KR20130092765A

KR20130092765A - 패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유

Info

Publication number: KR20130092765A
Application number: KR1020120014257A
Authority: KR
Inventors: 김태영; 김은혜
Original assignee: 김태영; 김은혜
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2013-08-21

Abstract

본 발명은 원적외선이 방사되고, 항균 및 탈취 능력이 우수한패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유의 제공을 목적으로 하고 있으며, 이러한 기능성 섬유는 다음과 같이 이루어진다.
즉, 섬유에 있어서, 상기 섬유는 우레탄레진과 희석제를 혼합하여 이루어진 액체조성액에 패각 미세분말이 첨가된 조성물로 코팅된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 패각 미세분말은, 패각을 세척하여 열처리하고, 1차 분쇄를 통해 패각분말로 이루어지며, 2차 분쇄 및 패각에 포함된 중금속을 제거하고, 3차 분쇄를 통해 1500메쉬 이상으로 분쇄하여 이루어지되, 상기 중금속 제거는 세라믹 볼 및 자석이 수용된 회전통을 회전시켜 패각분말을 더욱 분쇄하면서 패각분말에 포함된 중금속을 상기 자석을 통해 제거하고, 상기 3차 분쇄는 에어를 이용한 기류분쇄방식으로 패각분말을 1500메쉬 이상으로 분쇄된 것을 특징으로 한다.

Description

패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유{Functional fiber containing powder of shell}

본 발명은 원적외선이 방사되고, 항균 및 탈취 능력이 우수한패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유에 관한 것이다.

내의, 이불지 등의 인체에 직접 접촉하는 직물은 땀이 묻은 후 적절한 온도 및 습도가 제공되면 세균 등의 미생물이 증식하여 악취를 발생시키거나 직물의 변색 및 상하게 되는 문제가 있다. 이에 대해 섬유직물 또는 제품에 항균성과 방취성을 부여하기 위한 방법으로 유기 실리콘 4급 암모늄염이나 방향족 할로겐 화합물 등의 항균제를 포함하는 조성물을 섬유 제조 시에 혼합하거나 직물에 함침시키는 방법들이 제안되고 있다.

한편, 현재 우리나라에서 발생하고 있는 패각(貝殼)은 단추의 제작, 비료 및 건자재 등과 같은 일차적 가공물로서의 활용, 칼슘성분을 추출하여 식품 또는 의약품으로서의 활용 등 다양한 방법으로 실생활에 이용되고 있으며, 최근에는 건축분야에서도 굴 및 꼬막패각을 콘크리트 잔골재로 사용하려는 연구가 진행되고 있는 실정이다.

그러나 이러한 소비에도 불구하고 연간 40만 톤 이상이 폐기물로 처리되고 있어서 매립이나 야적을 위해 많은 유지 관리비를 발생시키며, 특히 해양폐기물의 주요 오염원으로 패각의 비율이 약 70%(패각 67.5%, 일반쓰래기 18.0%, 폐어구·어망 6.1%, 폐스티로폼 1.2%, 기타 7.5%, 2005년 기준)에 달해 심각한 환경문제를 초래하고 있어 패각의 재활용은 이러한 문제점의 해결 방안으로서 절실히 요구되는 상황이다.

패각은 조개의 종류에 따라 분쇄하였을 때 그 질감과 색상이 매우 미려하고 다양하게 나타날 뿐만 아니라 생물화학적으로 조성된 다공성의 칼슘성분으로 인하여 상당한 단열성능을 가지고 있고, 주변 공기와의 호흡을 통해 공기 중의 오염물질 등을 흡착하는 능력을 가지고 있는 위생적이고 친환경적인 재료로 알려져 있다.

본 발명은 원적외선이 방사되고, 항균 및 탈취 능력이 우수한 패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유의 제공을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 섬유에 있어서, 상기 섬유는 우레탄레진과 희석제를 혼합하여 이루어진 액체조성액에 패각 미세분말이 첨가된 조성물로 코팅된 것을 특징으로 하는 패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유에 의하면, 원적외선이 방사되고, 항균 및 탈취 능력이 우수하다. 이와 같은 효과는 패각 미세분말에 의한 것이다.

즉, 패각을 세척하고 800 ~ 1800℃로 열처리를 하게 되면 원적외선이 방출되어 항균성이 우수해지고, 중금속 제거 과정을 통해 중금속이 제거된 분말을 생성할 수 있으며, 볼밀 분쇄와 기류분쇄 등 여러 번의 분쇄과정을 통해 패각 분말을 1500메쉬 ~ 나노입자 수준의 패각 미세분말을 생성할 수 있다.

또한, 1500메쉬 ~ 나노입자 수준의 패각 미세분말의 생성으로 탈취효과가 우수해지는 등의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 패각 미세분말 제조과정을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 패각 미세분말 제조과정 중 중금속 제거단계를 위한 구성을 나타낸 도면,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 패각 미세분말을 건축재 타일에 적용했을 때 건축재 타일에서 방사되는 원적외선 그래프,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 패각 미세분말을 시멘트 몰탈에 적용했을 때 시멘트 몰탈에서 방사되는 원적외선 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 패각 미세분말이 적용된 시멘트 몰탈의 항균시험 그래프,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 패각 미세분말이 적용된 섬유의 탈취 성능 그래프.

본 발명은 원적외선이 방출되고, 흡착력이 우수하여 탈취에 효과적이며, 항균효과가 우수한 패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유에 관한 것으로, 다음과 같이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

섬유에 있어서, 상기 섬유는 우레탄레진과 희석제를 혼합하여 이루어진 액체조성액에 패각 미세분말이 첨가된 조성물로 코팅된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 액체조성액은 상기 우레탄레진과 희석제를 30 내지 33 : 65 내지 350의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하고, 코팅은 예컨대 침전, 스크린 인쇄, 롤 프린팅, 그라비아, 스프레이 등의 방식으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 액체조성액과 패각 미세분말은 1: 0.00001 내지 0.01의 비율로 혼합한 것을 특징으로 한다. 예컨대, 액체조성액이 10000g 일 경우 패각 미세분말은 0.1g 내지 100g 이 되고, 액체조성액이 500g 일 경우 패각 미세분말은 0.005g 내지 5g 이 되며, 바람직하게는 액체조성액이 1000g 일때 패각 미세분말을 1g 이 좋다.

또한, 상기 패각 미세분말은 패각을 세척하여 열처리하고, 1차 분쇄를 통해 패각분말로 이루어지며, 2차 분쇄 및 패각에 포함된 중금속을 제거하고, 3차 분쇄를 통해 1500메쉬 이상으로 분쇄하여 이루어지되, 상기 중금속 제거는 세라믹 볼 및 자석이 수용된 회전통을 회전시켜 패각분말을 더욱 분쇄하면서 패각분말에 포함된 중금속을 상기 자석을 통해 제거하고, 상기 3차 분쇄는 에어를 이용한 기류분쇄방식으로 패각분말을 1500메쉬 이상으로 분쇄된 것을 특징으로 한다.

이와 같은 패각 미세분말을 제조단계별로 살펴보면 다음과 같다.

패각 세척 단계(S10);

세척된 패각을 열처리하는 패각 열처리 단계(S20);

열처리된 패각을 분쇄하는 1차 분쇄단계(S30);

상기 1차 분쇄에 의한 패각분말을 2차 분쇄하면서 중금속을 제거하는 중금속 제거단계(S40);

상기 중금속이 제거된 패각분말을 1500메쉬 이상으로 분쇄하는 3차 분쇄단계(S50);(도 1 참조)

여기서, 중금속 제거단계(S40)는 세라믹 볼(12) 및 자석(11)이 수용된 회전통(10)을 회전시켜 패각분말을 더욱 분쇄하면서 패각분말에 포함된 중금속을 상기 자석(11)을 통해 제거하는 것을 특징으로 하고 있고, 상기 패각 열처리 단계(S20)는 800℃ 이상의 열로 이루어진다.

또한, 3차 분쇄단계(S50)는 에어를 이용한 기류분쇄방식으로 패각분말을 1500메쉬 이상으로 분쇄하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 패각은 예를들면, 꼬막, 모시조개, 홍합, 굴 및 맛조개 등을 포함하며, 이러한 패각을 먼저 세척(S10)한 후 미세분말 제조 및 패각으로부터 원적외선이 방사되도록 하기 위해 800℃ 이상의 열로 열처리(S20)한다. 바람직하게는 1300℃ 이상의 열로 열처리하면 패각에서 원적외선이 방사되면서도 패각 미세분말 제조시 분쇄가 용이하다.

열처리한 패각은 1차 분쇄단계(S30)를 거쳐 대략 10 ~ 50메쉬로 분쇄된다. 다음 2차 분쇄 및 중금속 제거단계(S40)를 통해 10 ~ 50메쉬로 분쇄된 패각분말이 더욱 분쇄되며 패각분말에 포함된 중금속이 제거된다.

여기서 2차 분쇄 및 중금속 제거를 위해서는 도 2에 도시한 바와 같이 중심선을 기준으로 회전되는 회전통(10)을 3 ~ 12시간 이용하여 분쇄 및 중금속을 제거하는데, 이를 위해서 회전통(10)의 내부에는 자석(11)과 세라믹 볼(12)이 구비되어 있다.

세라믹 볼(12)은 회전통(10)의 회전과 연동되어 패각분말을 사이에 두고 서로 부딪혀 패각분말을 더욱 분쇄하고, 자석(11)은 세라믹 볼(12)이 패각분말을 더욱 분쇄할 때 패각분말에 포함된 중금속을 자력으로 수집한다.

따라서, 도 2와 같은 회전통(10)은 패각분말을 분쇄하면서도 중금속을 수집하기에 적합하나, 당업자는 이와 같은 구성에 연연하지 않고 다른 구성들로 패각분말을 분쇄하면서도 중금속을 수집할 수 있을 것은 현 기술상황으로 볼 때 자명하기에 본 발명은 패각분말을 더욱 분쇄하면서도 중금속을 제거하는 구성을 이와 같은 회전통(10)의 구성으로 한정하지 않는다.

다음으로 2차 분쇄를 통해 더욱 분쇄된 패각분말을 3차 분쇄하는 단계(S50)를 거치는데, 본 발명에서의 패각분말은 3차 분쇄단계를 거치면 입자의 크기가 대략 1500메쉬 ~ 나노입자가 되고, 이 정도의 입자 크기가 되면 주변 공기와의 호흡을 통해 공기 중의 오염물질 등을 흡착하는 능력이 우수해진다. 이를 위해 본 발명에서는 2차 분쇄된 패각 분말을 통상의 에어를 이용한 기류분쇄장치(Air Zet Mill)로 1 ~ 3시간 분쇄하는데, 이러한 기류분쇄장치의 원리는 다음과 같다. 휘드호파(Feed Hopper)로부터 투입되어 벤추리노즐에 의해 초음속으로 가속되어 밀(Mill) 내부로 들어간 원료는 밀(Mill) 내부의 안쪽 원호에 같은 간격으로 6 ~ 8등분된 그라인팅 노즐로부터 토출되는 에어(Air)에 의해 형성된 분쇄존(Zone) 내에서 상호충돌과 마찰로 인하여 분쇄가 이루어지며, 분쇄후 미분이 되면 원심력을 상실하여 분쇄기 중심으로 모이게 되면서 초미분만이 생산된다. 조립자(租砬子)는 원심력을 상실할때까지 분쇄존(Zone) 안에서 분쇄된다.

위와 같은 기류분쇄방식으로 분쇄된 패각 미세분말은 대략 입자의 크기가 1500메쉬 ~ 나노입자가 되는데, 이러한 입자크기의 패각 미세분말이 최종 완성품이 된다.

한편, 패각 미세분말은 원적외선이 방출되고, 흡착력이 우수하여 탈취에 효과적이며, 항균효과가 우수해지는데, 이를 건축재 타일을 제조할 때 사용해본 결과 다음과 같은 원적외선 방사 및 항균 결과를 얻게 되었다.

표 1과 같은 시험결과는 한국건설생활환경시험연구원에서 FT-IR Spectrometer를 이용한 Black Body대비 측정 결과이며, 그래프로 나타내면 도 3 및 도 4와 같다.

표 2에서 'BLANK'는 본 발명의 패각 미세분말을 사용하지 않은 건축재 타일이고, '건축재 타일'은 패각 미세분말을 사용한 건축재 타일이다.

또한, CFU: Colony Forming Unit이고,

접종균 세균농도(CFU/mL): 대장균 3.3 × 10⁵, 녹농균 3.5 × 10⁵, 황색포도상구균 3.0 × 10⁵이고,

사용균주: Escherichia coli ATCC 8739

Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442

Staphylococcus aureus ATCC 6538P 이고,

시험편: 5 × 5 cm, 대조편: Stomacher film - 5 × 5 cm 이다.

한편, 최종 완성품을 시멘트 몰탈 시편에 사용해본 결과 다음과 같은 원적외선 방사 및 탈취 결과를 얻게 되었다.

표 3과 같은 시험결과는 한국건설생활환경시험연구원에서 FT-IR Spectrometer를 이용한 Black Body대비 측정 결과이며, 그래프로 나타내면 도 5 및 도 6과 같다.

표 4에서 'BLANK'는 본 발명의 패각 미세분말을 사용하지 않은 시멘트 몰탈 시편이고, 'Sample'는 패각 미세분말을 사용한 시멘트 몰탈 시편이고, 그래프로 표현하면 도 7과 같다.

표 5는 본 발명에 따른 패각 미세분말을 사용한 시멘트 몰탈 시편에 곰팡이가 발육되는지를 시험한 것으로, 곰팡이 균주(혼합균주)는,

Aspergilllus niger ATCC 9642

Penicillium pinophilum ATCC 11797

Chaetomium globosum ATCC 6205

Gliocladium virens ATCC 9645

Aureobasidium pullulans ATCC 15233 이고,

'0'이라 함은 시험편의 접종한 부분에 균사의 발육이 인지되지 않음을 의미한다.

위 표 1 내지 표 5를 참조하면, 1500메쉬 ~ 나노입자의 패각 미세분말을 건축재 등에 사용하면, 사용하지 않은 건축재에 비해 항균, 탈취 효과가 뛰어나면서도, 원적외선이 방출되는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 패각 미세분말을 섬유에도 적용시켰으며, 다음과 같은 결과를 도출하였다.

우레탄레진과 희석제를 혼합하여 이루어진 액체조성액에 패각 미세분말이 첨가된 조성물로 섬유에 코팅한 결과 표 6과 같은 원적외선 방사율 및 원적외선 방사에너지를 얻을 수 있었다.

표 7은 우레탄레진과 희석제를 혼합하여 이루어진 액체조성액에 패각 미세분말이 첨가된 조성물이 코팅된 섬유 원단 시료와 코팅되지 않은 섬유 원단 시료(BLANK)에 녹농균 및 황색포도상구균을 도포한 후 감소율 추이를 지켜본 결과에 대한 것으로,

CFU: Colony Forming Unit

접종균 세균농도(CFU/mL): 녹농균 1.5 × 10⁵, 황색포도상구균 1.1 × 10⁵

사용균주: Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442

Staphylococcus aureus ATCC 6538

시료: 0.4g 이다.

표 8은 우레탄레진과 희석제를 혼합하여 이루어진 액체조성액에 패각 미세분말이 첨가된 조성물이 코팅된 섬유 원단 시료의 포름알데히드의 탈취시험 결과에 대한 것으로, 도 8에는 그래프로 나타나 있으며 시험방법 'A'는 다음과 같다.

1. 섬유 원단 시료를 100mm × 200mm (가로 × 세로)의 크기로 5L 크기 반용기에 놓고 밀봉한다.

2. 시험가스(포름알데히드)의 초기농도를 50μ㏖/㏖으로 주입하고 시험가스의 농도를 초기(0분), 30분, 60분, 90분, 120분에서 측정하고 이를 Sample 농도라 한다.

3. 시험가스의 농도는 KS I 2218: 2009에 의해 측정한다.

4. 시험 중 온도는 23℃ ±5℃, 습도는 50% ±10%를 유지한다.

5. 이와 별도로 시료가 없는 상태에서 위의 2 ~ 4에 의해 시험을 진행하고 이를 BLANK농도라 한다.

6. 각 시간대별 시험가스의 제거율은 다음 식에 의해 계산한다.

시험가스의 제거율(%)=[{(BLANK농도)-(Sample농도)}/(BLANK농도)]×100.

표 9는 우레탄레진과 희석제를 혼합하여 이루어진 액체조성액에 패각 미세분말이 첨가된 조성물이 코팅된 섬유 원단 시료의 암모니아의 탈취시험 결과에 대한 것으로, 도 9에는 그래프로 나타나 있으며 시험방법 'A'는 전술한 바와 같고, 다만 시험가스는 암모니아를 채택한 것이다.

N.D.: Not detected(검출한계 0.5μ㏖/㏖)

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 회전통 11:자석
12: 세라믹볼

Claims

섬유에 있어서,
상기 섬유는 우레탄레진과 희석제를 혼합하여 이루어진 액체조성액에 패각 미세분말이 첨가된 조성물로 코팅된 것을 특징으로 하는 패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유.
제 1항에 있어서,
상기 액체조성액은,
상기 우레탄레진과 희석제를 30 내지 33 : 65 내지 350의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유.
제 1항에 있어서,
상기 액체조성액과 패각 미세분말은 1: 0.00001 내지 0.01의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유.
제 1항에 있어서,
상기 패각 미세분말은,
패각을 세척하여 열처리하고, 1차 분쇄를 통해 패각분말로 이루어지며, 2차 분쇄 및 패각에 포함된 중금속을 제거하고, 3차 분쇄를 통해 1500메쉬 이상으로 분쇄하여 이루어지되,
상기 중금속 제거는 세라믹 볼 및 자석이 수용된 회전통을 회전시켜 패각분말을 더욱 분쇄하면서 패각분말에 포함된 중금속을 상기 자석을 통해 제거하고,
상기 3차 분쇄는 에어를 이용한 기류분쇄방식으로 패각분말을 1500메쉬 이상으로 분쇄된 것을 특징으로 하는 패각 미세분말을 이용한 기능성 섬유.