KR20150102549A - 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유 제조 방법 - Google Patents

나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원적외선에 의해 보온성을 향상시킬 수 있고, 살균성, 항균성 및 탈취, 음이온방출에 의해 땀 냄새를 비롯한 각종 냄새를 제거할 수 있도록 하고, 인체의 기능이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법에 관한 것으로, 합성수지원료 80 ~ 95중량%와, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 및 기능성 물질 5 ~ 20중량%를 혼합하여 방사하는 것이다.

Description

나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유 제조 방법{Method for manufacturing fiber containing ilite of nano particle and complex functional mineral}
본 발명은 섬유 제조 방법에 관한 것으로, 특히 실생활의 중금속 및 유독가스 등의 유해 물질의 흡착, 항균, 탈취, 음이온 발생 및 원적외선 방사 기능, 나노파장을 갖는 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 섬유는 대단히 길고 가늘며 연하게 굽힐 수 있는 천연 또는 인조의 선상(線狀) 물체를 의미하는 것으로, 섬유는 직물의 원료가 될 뿐만 아니라 편물, 로프, 그물, 펠트 등 섬유 제품의 원료 및 제지(製紙)의 원료로 쓰이는 것이 특징이다.
공업재료로서의 물성은 불휘발성(不揮發性)이고, 물이나 그 외 다른 용제에 녹지 않거나 또는 잘 녹지 않아야 하며, 열에 대하여 안정되고, 화합물로서의 안정성을 가져야 한다. 또 어느 정도의 강도 및 신도(伸度)를 가져야 하고 적당한 탄성(彈性) 및 가소성(可塑性) 등의 성질도 가져야 한다.
용도에 따라 방직용, 제직용, 제지용, 펄프용 섬유 등으로 분류할 수 있으며, 이중 가장 많이 쓰이는 것이 방직용 섬유이다. 섬유 제품의 원료에 쓰이는 섬유를 그 생성과정에 따라 대별하면 천연 섬유와 인조 섬유로 나누어진다.
상기 천연 섬유에는 식물 섬유, 동물 섬유, 광물 섬유 등이 있다.
상기 식물 섬유에는 면화(棉花), 케이폭면(kapok棉), 코이어(coier) 등의 종자 섬유(種子纖維)와, 마닐라삼, 사이잘삼 등의 엽맥 섬유(葉脈纖維), 그리고 아마, 모시풀, 황마, 삼 등의 인피 섬유(靭皮纖維)가 있다.
상기 동물 섬유에는 양모, 산양모, 낙타털, 캐시미어 등의 수모 섬유(獸毛纖維)와, 가잠견(家蠶絹), 야잠견(野蠶絹) 등의 견섬유(絹纖維)가 있다.
상기 광물 섬유에는 석면(石綿:아스베스토스) 등이 있다.
상기 인조 섬유는 무기 섬유(無機纖維)와 유기 섬유(有機纖維)로 대별할 수 있는데, 상기 무기 섬유에는 금박사(金箔絲), 은박사 등의 금속 섬유와, 유리 섬유, 암석 섬유, 광재 섬유(鑛滓纖維) 등의 규산염 섬유가 있다. 상기 유기 섬유에는 재생 섬유, 반합성 섬유, 합성 섬유로 나누어진다.
상기 재생 섬유로는 비스코스 레이온, 큐프라 레이온 등의 섬유소 섬유와 단백질 섬유가 있고, 상기 반합성 섬유에는 아세테이트, 트리아세테이트 등이 있으며, 상기 합성 섬유에는 폴리아미드계로서 나일론 섬유, 폴리에스테르계로서 폴리에스테르섬유렵, 폴리우레탄계, 폴리우레어계, 폴리에틸렌계, 폴리염화비닐계, 폴리비닐리덴계, 폴리테트라플루오로에틸렌계, 폴리비닐알코올계, 폴리아크릴로니트릴계, 폴리프로필렌계 등이 있다.
이러한 섬유를 그 형태면에서 구분하면, 장섬유, 준장섬유, 단섬유 등으로 나뉜다. 상기 장섬유는 필라멘트라고 하며 천연 섬유로는 견사, 인조 섬유로는 방사된 상태로 무한하게 길게 뽑아낸 실상태의 섬유이며, 상기 준장 섬유는 식물 섬유 중에서 인피 섬유와 초피(草皮) 섬유가 이에 속하고, 상기 단섬유는 스테이플(staple)이라고 하여 면화, 양모 또는 인조 섬유의 유기 섬유를 적당히 끊어서 짧게 만든 섬유를 말한다.
상기 천연 섬유는 인류역사에서 가장 오래전부터 사용되어 왔으며, 상기 인조 섬유가 공업화된 것은 1890년 이후이지만 해마다 품질이 비약적으로 개선되었기 때문에 오늘날 급속히 발전된 인조 섬유의 사용량은 천연 섬유와 비슷한 수량에 이르고 있다.
상기 인조 섬유 중 합성 섬유는 폴리아미드계, 아크릴계 및 폴리에스테르계를 3대 합섬이라 하여 주종을 이루고 있으며, 그 구성비는 폴리아미드계 49%, 아크릴계 20%, 폴리에스테르계 31 %이다.
종래에는 섬유에 다양한 기능을 갖도록 하는 기능성 섬유 제작하는 방법에는 섬유의 일반적인 제조공정의 기본으로 하여 다양한 기능을 갖는 단일 광물 분말을 화학수지나 원단에 도포하거나 코팅하여 이루어져 왔고, 또한 다양한 기능을 갖는 나노 입자의 일라이트 광석 분말과 복합 광물을 화학수지 등에 일정량 첨가한 후 방사, 연신, 가연, 컷팅 또는 방적, 제직공정을 통해 제조되어 왔다.
그러나 상기와 같은 종래의 기능성을 부여한 섬유는 그 제조공정에 있어서 화학수지에 첨가된 기능성 광물은 그 결정형이 주상, 피라미드상, 능면체상, 육면체상, 팔면체상, 십이면체상 등으로 다양하게 구비됨에 따라 섬유의 제조공정 중 설비의 부속 즉 종광, 롤러, 가이드 바디 등을 마모시키는 일이 빈번히 발생하였고, 상기한 광물의 고유한 형태에 따라 제조된 원사의 표층이 균일하지 않아 제조된 섬유의 표면이 매끄럽지 못하였으며, 원사의 제조 시 실의 끊어짐과 같은 불량이 빈번히 발생하였다.
즉, 광물의 분말을 첨가하여 기능성 섬유를 제조하는데 광물의 결정구조가 불규칙하고 경도가 높은 원인으로 인하여 제조된 원사는 표층에 광물 입자가 돌출되어 있어 제조공정 중에 마찰에 의해 고가의 방사, 연신, 가연, 및 방적 공정설비를 마모시킴으로 정상적인 대량생산을 불가능하게 하였고 이에 따른 경제적인 손실이 발생됨에 기능성 섬유의 제조가 어렵게 되는 문제점이 있었으며, 상기와 같은 종래의 기능성 섬유들은 본래의 성질을 갖는 유효 기능(탈취성, 항균성, 인체친화성 및 흡습, 원적외선 방출 등)이 인체에 필요한 효과의 극대화를 갖기에는 기대할 수 없었다.
또한, 분말 구성의 입자에 따라서 섬유의 내구성 및 효능의 균일성을 기대하기 어려운 것이었다.
따라서, 유해 성분의 강한 흡착, 탈취성, 항균성, 인체친화성 및 흡습, 원적외선 방출기능을 비롯한 음이온 발생기능과, 실질적으로 나노 입자의 법제 유황성분의 효과인 간접적인 다기능의 성질을 최대한 섬유조직에서 구비하여 인체에 필요한 효과를 기대할 수 있는 기능성 섬유 및 그 제조 방법의 제공이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 원적외선에 의해 보온성을 향상시킬 수 있고, 살균성, 항균성 및 탈취, 음이온방출에 의해 땀 냄새를 비롯한 각종 냄새를 제거할 수 있도록 하고, 인체의 기능이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유 제조 방법은, 합성수지원료 80 ~ 95중량%와, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 및 기능성 물질 5 ~ 20중량%를 혼합하여 방사하는 것에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 합성수지원료는 폴리아미드, 폴리에스테르, 아크릴, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플로우로에틸렌 중 선택된 어느 1종이며, 상기 기능성 물질은, 합성수지 원사에 기능성을 부여하기 위한 것으로, 법제유황, 희토류 광석, 감람석, 포졸란, 흑석, 토르말린, 천조석, 성광석, 규석, 무기향균제, 제올라이트, 숯, 황토, 해조류 중 선택되는 적어도 1종으로 구성되고, 상기 나노 입자의 일라이트 광석 분말은 방사능 물질을 포함하는 이온광석(라돈) 및 온천광석과, 일라이트, 의왕석, 맥반석 및 장석과 같은 천연광석과 모나자이트와 같이 자체적으로 이온을 방출하는 광석을 포함함을 특징으로 한다.
상기 나노 입자의 일라이트 광석 분말 형성 방법은, 이온광석을 1차 분쇄를 통해 모래알 크기 정도로 함마 파쇄한 후, 에어젯트 밀링으로 2차 평균 입도 3 ~ 5㎛ 정도로 미세 분쇄하고, 3차 습식 밀링으로 평균입자 1.5㎛ 이하로 초미세 분쇄하는 단계와, 180 ~ 200℃의 온도에서 건조시켜 상기 습식 밀링 시 함유된 수분을 제거하고, 에어젯트 밀링으로 다시 한 번 분쇄하여 입도가 1㎛ 이하 되도록 분쇄하되, 0.5~1㎛의 입자가 98%이상 되도록 하는 단계와, 잔존 수분을 완전 제거하기 위하여 재차 180 ~ 200℃의 온도로 건조하여 잔존수분함량이 1% 내외인 나노 입자의 일라이트 광석 분말을 얻음을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법은,나노 입자의 일라이트 광석 분말 80 ~ 90중량%와 기능성 물질 10 ~ 20중량%를 혼합하여 구비되는 입자A, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 100중량%로 구비되는 입자B, 화학수지를 준비하는 단계; 상기 입자A 10 ~ 25중량%와 상기 화학수지 75 ~90중량% 또는 상기 입자B 10 ~ 25중량%와 상기 화학수지 75 ~90중량%를 혼합하여 마스터뱃치(MB)를 형성하는 단계; 그리고 상기 입자A가 함유된 마스터뱃치(MB)0.5 ~ 15중량%와 상기 화학수지 85 ~ 99.5중량%, 또는 상기 입자B가 함유된 마스터뱃치(MB)0.5 ~ 15중량%와 상기 화학수지 85 ~ 99.5중량%를 혼합하여 방사하여 섬유 형성 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 화학수지는 폴리에스테르, 아크릴, 레이온, 나이론, 아세테이트, 폴리프로필렌 중 선택된 어느 1종이며, 상기 기능성 물질은, 합성수지 원사에 기능성을 부여하기 위한 것으로, 법제유황, 희토류 광석, 감람석, 포졸란, 흑석, 토르말린, 천조석, 성광석, 규석, 무기향균제, 제올라이트, 숯, 황토, 해조류 중 선택되는 적어도 1종으로 구성되고, 상기 나노 입자의 일라이트 광석 분말은 방사능 물질을 포함하는 이온광석(라돈) 및 온천광석과, 일라이트, 의왕석, 맥반석 및 장석과 같은 천연광석과 모나자이트와 같이 자체적으로 이온을 방출하는 광석을 포함함을 특징으로 한다.
상기 마스터뱃치(MB)를 형성하는 단계는, 상기 입자A 10 ~ 25중량%와 상기 화학수지 75 ~90중량% 또는 상기 입자B 10 ~ 25중량%와 상기 화학수지 75 ~90중량%를 혼합한 후, 함침된 수분을 제거하기 위해 150 ~ 180℃이 온도에서 7시간 ~ 9시간 동안 건조시킴을 특징으로 한다.
장섬유(필라멘트)를 제조하기 위하여, 상기 입자A가 10 ~ 20중량% 혼합된 마스터뱃치(MB) 7~ 13 중량%와 폴리에스테르 87 ~ 93중량%를 혼합하여 용융 방사하거나, 단섬유(fiber)를 제조하기 위하여, 상기 입자B가 15 ~ 25중량% 혼합된 마스터뱃치(MB) 10~ 15중량%와 폴리에스테르 85 ~ 90중량%를 혼합하여 용융 방사함을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법은, 용융된 합성수지 90 ~ 95중량%와, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 4.5 ~ 6중량%와, 기능성 물질 0.5 ~ 1.5중량%를 고르게 교반한 후, 압출 및 권취 공정으로상기 교반된 용융 상태의 혼합물을 900 ~ 1000kg/로 압출하여 섬유 상태를 이루게끔 성형함에 그 특징이 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 다양한 기능성을 구비하는 나노 입자의 일라이트 및 법제 유황, 감람석, 제올라이트, 숯, 황토, 해조류 등의 혼합물을 섬유 원료에 첨가함으로써 섬유의 항균성을 향상시킨다.
둘째, 폴리에스테르, 나일론, 폴리프로필렌, 아크릴 등과 같은 화학섬유에 상기 혼합물을 첨가하여 용융방사한 후, 연신, 가연하는 장섬유(필라멘트) 또는 연신, 가연, 캇팅하는 단섬유(fiber)를 구비하고, 상기 원사를 면, 모달, 아크릴, 폴리에스테르, 라이오셀 등의 모든 섬유와 혼방시켜 각종 직물, 의류, 솜, 원사, 침구류, 건강보조기구 등의 제조하여 사용할 수 있도록 함에 따라 이온광석에서 방사되는 원적외선에 의해 보온성을 향상시킬 수 있고, 살균성, 항균성 및 탈취, 음이온방출에 의해 땀 냄새를 비롯한 각종 냄새를 제거할 수 있도록 하고, 인체의 기능이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 매우 유용한 효과가 있다.
셋째, 인체에 유익한 성분이 다량 함유하고 다양한 기능성을 가지는 나노 입자의 일라이트 광석 분말과 복합 복제유황 등의 나노 광물이 함유된 환경 친화적인 기능성 섬유로서, 유행성분의 흡착, 여과, 탈취, 음이온방출, 양이온중화효과, 원적외선 방사효과, 공기정화, 물의 정화 효과 및 습도조절효과가 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 나노 입자의 일라이트 광석 분말이 함유된 섬유의 제조 방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유 제조 방법은, 합성수지원료 80 ~ 95중량%와, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 및 기능성 물질 5 ~ 20중량%를 혼합하여 방사하여 이루어지는 구성이다.
상기 합성수지원료는 폴리아미드, 폴리에스테르, 아크릴, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플로우로에틸렌 중 선택된 어느 1종이며, 상기 폴리아미드, 폴리에스테르, 아크릴, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플로우로에틸렌는 화학수지로서, 각각 섬유를 구성하는 중추적인 역할을 하는 것이고, 혼합비율이 80중량% 미만으로 구성되면 섬유의 장력이 약해져 끊김 현상이 자주생기며 95중량%를 초과하게 되면 얻고자하는 섬유의 기능을 얻을 수 없으므로 따라서 합성수지원료의 혼합비율을 80중량% ~ 95중량%로 하는 것이 바람직하다.
상기 기능성 물질은, 합성수지 원사에 기능성을 부여하기 위한 것으로, 법제유황, 희토류 광석, 감람석, 포졸란, 흑석, 토르말린, 천조석, 성광석, 규석, 무기향균제, 제올라이트, 숯, 황토, 해조류 중 선택되는 적어도 1종으로 구성된다.
상기 기능성 물질중의 하나인 법제유황은 기본적으로 동서를 막론하고 통증완화작용, 염증제거, 세포막의 운반작용, 노화를 방지하는 연동 작용, 세포재생작용, 황산화 작용, 면력력 강화작용 등의 효과 작용을 하는 물질이다.
상기 기능성 물질중의 하나인 감람석은 크리솔라이트 또는 올리빈이라고 하고, 화학성분은 2SiO4이다. 주상 결정을 이루지만, 결정이 분명하지 않은 것도 있으며, 올리브색 또는 황갈색, 회적색(灰赤色)을 띠며, 투명 또는 반투명하고, 조흔색(條痕色)은 백색이다. 굳기 6.5~7, 비중 3.2~3.4이고, 변질하기 쉬운 광물 중의 하나이며, 흔히 그 둘레나 갈라진 틈을 따라 사문석으로 변하고, 대개 안산암이나 현무암 등 화산암의 반정(斑晶)으로서 산출되는데, 화산암 속에 입상(粒狀)의 집합체로 된 노듈로서도 산출되며, 감람암 등 심성암에 함유되어 있는 경우도 많고, 고운 것은 옥으로 사용되며, 투명한 녹색 감람석은 페리도트(peridot)라는 보석으로 널리 알려져 있다.
상기 나노 입자의 일라이트 광석 분말은 방사능 물질을 포함하는 이온광석(라돈) 및 온천광석과, 일라이트, 의왕석, 맥반석 및 장석과 같은 천연광석과 모나자이트와 같이 자체적으로 이온을 방출하는 모든 광석을 포함하고, 음이온 방출, 원적외선 방사, 흡습 효과, 소취 작용, 가스 흡착, 탈취 작용, 습도 조절, 전자파 차폐, 항균 작용, 정수 정화 작용 등의 기능을 갖는다.
상기 나노 입자의 일라이트 광석 분말 및 기능성 물질의 혼합비율이 5중량% ~ 20중량%인 이유는, 5중량%미만으로 구성되면 얻고자하는 기능을 섬유에서 얻을 수 없으며, 20중량%를 초과하게 되면 섬유 생산 시 섬유의 장력이 약해져 끊김 현상이 발생하므로, 5중량% ~ 20중량%로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 나노 입자의 일라이트 광석 분말이 함유된 섬유 제조 방법은, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 및 상기 기능성 물질 80 ~ 90중량%와 상기 기능성 물질 10 ~ 20중량%를 혼합하여 구비되는 입자A와, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 100중량%로 구비되는 입자B와, 폴리에스테르, 아크릴, 레이온, 나이론, 아세테이트, 폴리프로필렌 중 어느 1종을 선택하여 혼합하고자 하는 화학수지를 준비한다.
상기 준비된 입자A 10 ~ 25중량%와 상기 화학수지 75 ~90중량%, 또는 입자B 10 ~ 25중량%와 화학수지 75 ~90중량%를 혼합하여 마스터뱃치(MB)를 형성한다.
상기 마스터뱃치(MB)는 본 발명에 따른 나노 입자의 일라이트 광석 분말이 함유된 섬유를 제조하기 위해 각각의 원료를 혼합하고자 할 때, 원료의 균일분포와 제조를 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 구비되는 것으로, 섬유를 제조하기 위해 구비되는 각각의 원료를 소정의 비율로 혼합하여 원료가 균등하게 분포되도록 교반한 뒤 응고하여 칩의 형태를 구비하고, 본 발명에 따른 나노 입자의 일라이트 광석 분말이 함유된 섬유를 제조하기 위해 상기 마스터뱃치(MB)와 화학수지를 소정의 분량만큼 혼합하여 용융 방사하여 섬유를 제조하도록 하기 위함이다.
그리고 상기 화학수지 85 ~ 99.5중량%와 상기 입자A가 함유된 마스터뱃치(MB) 0.5 ~ 15중량%, 또는 상기 화학수지 85 ~ 99.5중량%와 상기 입자B가 함유된 마스터뱃치(MB) 0.5 ~ 15중량%를 혼합하고 방사하여 섬유를 형성한다.
상기 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에서 나노 입자의 일라이트 광석 분말을 형성하는 방법은 다양하게 이루어질 수 있지만, 본 발명에서는 다음과 같은 방법을 권장하는 바이다. 나노 입자의 일라이트 광석으로 이온광석을 이용하는 경우를 설명한다.
상기 이온광석을 1차 분쇄를 통해 모래알 크기 정도로 함마 파쇄한 후, 에어젯트 밀링으로 2차 평균 입도 3 ~ 5㎛정도로 미세 분쇄하고, 3차 습식 밀링으로 평균입자 1.5㎛ 이하로 초미세 분쇄한다. 그리고, 180 ~ 200℃의 온도에서 건조시켜 상기 습식 밀링 시 함유된 수분을 80% ~ 90% 제거하고, 에어젯트 밀링으로 다시 한 번 분쇄하여 입도가 1㎛ 이하 되도록 분쇄하되, 0.5~1㎛의 입자가 98%이상 되도록 한 후, 잔존 수분을 완전 제거하기 위하여 재차 180 ~ 200℃의 온도로 건조하여 잔존수분함량이 1% 내외인 나노 입자의 일라이트 광석 분말을 얻는다.
상기 습식 밀링은 이온광석을 0.5~1㎛ 이하로 초미세 분쇄하기 위한 방법으로써, 임펠러 날개가 고속 회전되고 3~5 지르코니아 볼을 가진 습식 밀링 통내의 이온광석과 물의 혼합물을 연속 순회 반복 투입하여 미세화 분쇄하는 장치이다. 일반적인 방법으로는 1 이하의 미세화 분쇄는 불가능하기 때문에 물의 와류현상과 볼간 마찰로 발생되는 밀링 현상 등으로 미세화 분쇄되는 습식 밀링을 선택하는 것이다.
상기 마스터뱃치(MB) 형성단계는 상기 재료준비단계에서 준비된 입자A 10 ~ 25중량%와 입자C 75 ~90중량% 또는 입자B 10 ~ 25중량%와 입자C 75 ~90중량%를 혼합하여 교반을 시행한 원료를 칩 생산용 압출기를 통해 쌀알 크기의 마스터뱃치(MB)를 구비하는 단계이다.
상기 마스터뱃치(MB) 형성단계는 입자A 분말 또는 입자B 분말과 폴리에스테르, 아크릴, 레이온, 나이론, 아세테이트, 폴리프로필렌 중 1종을 선택하여 혼합한 후 다양한 방법에 의해 제조될 수 있음을 분명히 밝혀두는 바이고, 다음과 같은 방법을 권장한다.
상기 입자A 분말 또는 입자B 분말과 폴리에스테르, 아크릴, 레이온, 나이론, 아세테이트, 폴리프로필렌 중 1종을 선택하여 혼합한 후 칩 생산용 압출기의 투입구에 투입하면 내부온도 220 ~ 290℃의 온도로 가열하여 투입시킨 합성수지가 이송용 스크루에 의해 이송되면서 용융되고 노즐을 통해 압출하여 가닥으로 뽑아내고 냉각, 컷팅 공정을 통하여 이온광석 및 기능성 마스터 뱃치를 생산하는 것이다.
이때, 입자A 또는 입자B의 함량이 25중량%를 초과하게 되면 필터의 막힘 현상으로 팩 압 상승 및 이온광석 원사 생산 시 인장 강도, 인성, 내구성을 저해할 수 있고, 10중량% 미만의 나노 입자의 일라이트 광석 분말을 혼합하면 그 효과가 미세하여 나타나지 않으므로 10중량% ~ 25중량%의 나노 입자의 일라이트 광석 분말을 혼합하도록 함량조절에 주의가 요구된다.
또한, 상기 이온광석 10중량% ~ 25중량%와 합성수지 75중량% ~ 90중량%를 혼합하여 이루어진 이온광석 마스터뱃치(MB)는 마스터뱃치(MB) 생산 시 함침되는 수분을 제거하기 위해 150 ~ 180℃이 온도에서 7시간 ~ 9시간 동안 건조를 시행하는 것이 바람직하다. 상기 건조 온도를 150℃ 미만으로 하면 건조가 이루어지지 않고 180℃보다 높은 온도로 건조시키게 되면 합성수지 성분이 용융될 수 있으므로 150 ~ 180℃의 온도로 건조시키는 것이 바람직하고, 건조시간을 7시간 미만으로 하면 건조가 확실히 이루어지지 않고, 9시간 이상으로 건조하면 건조시간이 초과되어 합성수지 성분이 용융 될 뿐만 아니라 연료 소비가 증가하여 경제적인 손실이 발생하므로 150 ~ 180℃의 온도로 7시간 ~ 9시간 동안 건조하는 것이 바람직하다.
상기 섬유 형성 단계는 상기 마스터뱃치(MB) 형성 단계에서 구비된 화학수지85 ~ 99.5중량%와 입자A가 함유된 마스터뱃치(MB)0.5 ~ 15중량% 또는 화학수지85 ~ 99.5중량%와 입자B가 함유된 마스터뱃치(MB)0.5 ~ 15중량%를 혼합하여 방사하는 단계로, 방사 방법에는 공지된 다양한 기술이 적용될 수 있음은 물론이다.
이때, 상기 화학수지의 비율이 85 ~ 99.5중량%인 이유는 85중량% 미만으로 구성되면 섬유의 장력이 약해져 끊김 현상이 자주 생기고, 99.5중량%를 초과하게 되면 얻고자하는 섬유의 기능을 얻을 수 없으므로 85중량% ~ 99.5중량%만큼 혼합하는 것이고, 입자A 또는 입자B를 0.5 ~ 15중량% 혼합하는 이유는 0.5중량% 미만으로 구성되면 얻고자하는 기능을 얻을 수 없고, 15중량%를 초과하게 되면 섬유의 장력이 약해짐으로 0.5중량% ~ 99.5중량% 만큼 혼합하는 것이며, 상기와 같이 혼합된 혼합물을 900 ~ 1000kg/로 압출하여 섬유상태를 이루게끔 성형하여 본 발명의 나노 입자의 일라이트 광석 분말이 함유된 기능성 섬유를 제조하게 된다.
상기 혼합물을 900 ~ 1000kg/로 압출하는 이유는 900kg/ 미만의 압력으로 압출하면 압출이 이루어지지 않고, 1000kg/를 초과하는 압력으로 압출하면 압력이 상승하여 압출 노즐이 터지는 위험이 있으므로, 900 ~ 1000kg/의 압력으로 압출하는 것이 바람직하다.
또한, 방사 섬유가 2데니아 이상 5데니아 이하일 경우, 나노 일라이트 및 복합 광석 함유가 20중량% 함유된 마스터뱃치(MB) 15중량%와 폴리에스테르 85중량%를 혼합하도록 권장하는 바이고, 5데니아 이상의 경우 나노 일라이트 및 복합 광석 함유가 20중량% 함유된 마스터뱃치(MB) 15 ~ 25중량%와 폴리에스테르 75 ~ 85중량%를 혼합하도록 권장하는 바이며, 아크릴, 나이론, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐의 생산 시에도 그 혼합비율은 폴리에스테르와 동일하게 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유 제조 방법에 의해 제조된 나노 입자의 일라이트 광석 분말이 함유된 섬유는 장섬유 또는 단섬유로 구비될 수 있다.
또한 본 출원인은 본 발명의 제 3 실시예로, 장섬유(필라멘트)를 제조하기 위하여 나노 입자 의 일라이트 광석 분말 및 기능성 물질(상기 입자A)이 10 ~ 20중량%(바람직하게는 15중량%) 혼합된 마스터뱃치(MB) 7~ 13 중량%(바람직하게는 10중량%)와 폴리에스테르 87 ~ 93중량%(바람직하게는 90중량%)를 혼합하여 용융 방사하였고, 단섬유(fiber)를 제조하기 위하여 나노 입자 의 일라이트 광석 분말(입자B)이 15 ~ 25중량%(바람직하게는 20중량%) 혼합된 마스터뱃치(MB) 10~ 15중량%(바람직하게는 12.5중량%)와 폴리에스테르 85 ~ 90중량%(바람직하게는 87.5중량%)를 혼합하여 용융 방사하였다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법은, 각각 원료의 혼합 공정 시에 혼합 공정으로서 용융된 합성수지 90 ~ 95중량%와, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 4.5 ~ 6중량%와, 기능성 물질 0.5 ~ 1.5중량%를 고르게 교반하고, 상기와 같이 교반한 후 압출 및 권취 공정으로서 교반된 용융 상태의 혼합물을 900 ~ 1000kg/로 압출하여 섬유 상태를 이루게끔 성형하여 본 발명의 나노 입자의 일라이트 광석 분말이 함유된 섬유를 제조하게 된다.
또한, 섬유의 굵기가 2데니아 이하인 경우에는 나노 입자의 일라이트 광석 분말 및 기능성 물질의 평균 최대입자가 0.5 ~ 1㎛ 이하로 하며, 그 이유는 나노 입자의 일라이트 광석 분말의 입자가 0.5 ~ 1㎛ 이상인 경우에는 제조된 섬유가 끊어지는 현상이 발생하고 섬유의 인장 강도와 가공성이 떨어지기 때문이다. 섬유의 굵기가 3 ~ 5데니아인 경우에는 나노 입자의 일라이트 광석 분말 및 기능성 물질의 평균 최대입자가 1.5㎛ 이하로 하며, 그 이유는 나노 입자의 일라이트 광석 분말의 입자가 1.5㎛ 이상인 경우에는 제조된 섬유가 끊어지는 현상이 발생하고 섬유의 인장 강도와 가공성이 떨어지기 때문이고, 섬유의 굵기가 5 ~ 15 데니아 이하인 경우에는 나노 입자의 일라이트 광석 분말 및 기능성 물질의 평균 최대입자가 2㎛ 이하로 하며 그 이유는 나노 입자의 일라이트 광석 분말의 입자가 2㎛ 이상인 경우에는 제조된 섬유가 끊어지는 현상이 발생하고 섬유의 인장 강도와 가공성이 떨어지기 때문이다.
상기와 같이, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 및 기능성 물질의 입자 크기를 조절하지 않고 사용할 경우에는 방사된 섬유의 유연성이 떨어져 가공하기 어렵고, 용융 혼합이 잘 이뤄지지 않아 연신성이 급격히 저하되어 섬유 방사 시 절사 현상 및 팩압 상승, 또는 막힘이 발생하므로 나노 입자의 일라이트 광석 분말 및 기능성 물질의 입자 크기가 방사될 섬유의 굵기에 따라 유동성 있게 구비되도록 하며, 본 발명은 상기한 일실시 예에 한정되지 않음을 분명히 밝혀두는 바이다.
대장균을 이용한 항균성, 암모니아 가스를 이용한 소취성, 원적외선 방사량, 음이온 방출의 측정결과를 각 실시예로 정리하면 [표1]과 같다.
구분 원적외선
방사율(%)		 향균성(%) NH3 제거율
(%)		 섬유종류 및
굵기		 분말 함유량
(wt%)		 음이온 방출
(cc)
실시예1 92% 99% 84% 폴리에스터
2 데니아		 3% 654cc
실시예2 90% 97% 83% 아크릴
2 데니아		 2% 630cc
실시예3 91% 97% 82% 폴리프로필렌
2데니아		 3% 550cc
실시예4 90% 98% 83% 나이론
2 데이아		 2% 525cc
실시예5 91% 99% 84% 몰리에스테르
7데니아		 5% 567cc
실시예6 92% 98% 82% 폴리에스테르
3데니아		 3% 575cc
또한, 본 발명 나노 입자의 일라이트 광석 분말이 함유된 마스터뱃치(MB) 제조 방법은 나노 입자의 일라이트 광석 분말 80 ~ 90중량%와 감람석 10 ~ 20중량%를 혼합하여 입자A를 구비하고, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 100중량%로 입자B를 구비하며, 폴리에스테르, 아크릴, 레이온, 나이론, 아세테이트, 폴리프로필렌 중 어느 1종을 선택하여 혼합하고자하는 화학수지를 구비하고, 상기 입자A 10 ~ 25중량%와 화학수지 75 ~90중량% 또는 입자B 10 ~ 25중량%와 화학수지 75 ~90중량%를 혼합하여 이루어지는 구성이다.
입자A는 나노 입자의 일라이트 광석 분말 80 ~ 90중량%와 감람석 10 ~ 20중량%를 혼합하여 구비되며, 입자B는 나노 입자의 일라이트 광석 분말 100중량%로 구비된다.
화학수지는 폴리에스테르, 아크릴, 레이온, 나이론, 아세테이트, 폴리프로필렌 중 어느 1종을 선택하여 혼합하여 구비되는 것이며, 상기 입자A 분말 또는 입자B 분말과 폴리에스테르, 아크릴, 레이온, 나이론, 아세테이트, 폴리프로필렌 중 1종 을 선택하여 혼합한 후 다양한 방법에 의해 제조될 수 있음을 분명히 밝혀두는 바이고, 입자A 또는 입자B의 함량이 25중량%를 초과하게 되면 필터의 막힘 현상으로 팩압 상승 및 고기능성 나노 입자의 일라이트와 결합한 유황 및 복합기능의 광성 원사 생산 시 인장 강도, 인성, 내구성을 저해할 수 있고, 10중량% 미만의 나노 입자의 일라이트 광석 분말을 혼합하면 그 효과가 미세하여 나타나지 않으므로 10중량% ~ 25중량%의 나노 입자의 일라이트 광석 분말을 혼합하도록 함량조절에 주의가 요구된다. 또한, 상기 이온광석 10중량% ~ 25중량%와 화학수지 75중량% ~ 90중량%를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.

Claims (8)

  1. 합성수지원료 80 ~ 95중량%와, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 및 기능성 물질 5 ~ 20중량%를 혼합하여 방사하는 것을 특징으로 하는 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법.
  2. 제 1 항에서 있어서,
    상기 합성수지원료는 폴리아미드, 폴리에스테르, 아크릴, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리테트라플로우로에틸렌 중 선택된 어느 1종이며,
    상기 기능성 물질은, 합성수지 원사에 기능성을 부여하기 위한 것으로, 법제유황, 희토류 광석, 감람석, 포졸란, 흑석, 토르말린, 천조석, 성광석, 규석, 무기향균제, 제올라이트, 숯, 황토, 해조류 중 선택되는 적어도 1종으로 구성되고,
    상기 나노 입자의 일라이트 광석 분말은 방사능 물질을 포함하는 이온광석(라돈) 및 온천광석과, 일라이트, 의왕석, 맥반석 및 장석과 같은 천연광석과 모나자이트와 같이 자체적으로 이온을 방출하는 광석을 포함함을 특징으로 하는 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 입자의 일라이트 광석 분말 형성 방법은,
    이온광석을 1차 분쇄를 통해 모래알 크기 정도로 함마 파쇄한 후, 에어젯트 밀링으로 2차 평균 입도 3 ~ 5㎛ 정도로 미세 분쇄하고, 3차 습식 밀링으로 평균입자 1.5㎛ 이하로 초미세 분쇄하는 단계와,
    180 ~ 200℃의 온도에서 건조시켜 상기 습식 밀링 시 함유된 수분을 제거하고, 에어젯트 밀링으로 다시 한 번 분쇄하여 입도가 1㎛ 이하 되도록 분쇄하되, 0.5~1㎛의 입자가 98%이상 되도록 하는 단계와,
    잔존 수분을 완전 제거하기 위하여 재차 180 ~ 200℃의 온도로 건조하여 잔존수분함량이 1% 내외인 나노 입자의 일라이트 광석 분말을 얻음을 특징으로 하는 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법.
  4. 나노 입자의 일라이트 광석 분말 80 ~ 90중량%와 기능성 물질 10 ~ 20중량%를 혼합하여 구비되는 입자A, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 100중량%로 구비되는 입자B, 화학수지를 준비하는 단계;
    상기 입자A 10 ~ 25중량%와 상기 화학수지 75 ~90중량% 또는 상기 입자B 10 ~ 25중량%와 상기 화학수지 75 ~90중량%를 혼합하여 마스터뱃치(MB)를 형성하는 단계; 그리고
    상기 입자A가 함유된 마스터뱃치(MB)0.5 ~ 15중량%와 상기 화학수지 85 ~ 99.5중량%, 또는 상기 입자B가 함유된 마스터뱃치(MB)0.5 ~ 15중량%와 상기 화학수지 85 ~ 99.5중량%를 혼합하여 방사하여 섬유 형성 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 화학수지는 폴리에스테르, 아크릴, 레이온, 나이론, 아세테이트, 폴리프로필렌 중 선택된 어느 1종이며,
    상기 기능성 물질은, 합성수지 원사에 기능성을 부여하기 위한 것으로, 법제유황, 희토류 광석, 감람석, 포졸란, 흑석, 토르말린, 천조석, 성광석, 규석, 무기향균제, 제올라이트, 숯, 황토, 해조류 중 선택되는 적어도 1종으로 구성되고,
    상기 나노 입자의 일라이트 광석 분말은 방사능 물질을 포함하는 이온광석(라돈) 및 온천광석과, 일라이트, 의왕석, 맥반석 및 장석과 같은 천연광석과 모나자이트와 같이 자체적으로 이온을 방출하는 광석을 포함함을 특징으로 하는 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 마스터뱃치(MB)를 형성하는 단계는, 상기 입자A 10 ~ 25중량%와 상기 화학수지 75 ~90중량% 또는 상기 입자B 10 ~ 25중량%와 상기 화학수지 75 ~90중량%를 혼합한 후, 함침된 수분을 제거하기 위해 150 ~ 180℃이 온도에서 7시간 ~ 9시간 동안 건조시킴을 특징으로 하는 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    장섬유(필라멘트)를 제조하기 위하여, 상기 입자A가 10 ~ 20중량% 혼합된 마스터뱃치(MB) 7~ 13 중량%와 폴리에스테르 87 ~ 93중량%를 혼합하여 용융 방사하거나,
    단섬유(fiber)를 제조하기 위하여, 상기 입자B가 15 ~ 25중량% 혼합된 마스터뱃치(MB) 10~ 15중량%와 폴리에스테르 85 ~ 90중량%를 혼합하여 용융 방사함을 특징으로 하는 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법.
  8. 용융된 합성수지 90 ~ 95중량%와, 나노 입자의 일라이트 광석 분말 4.5 ~ 6중량%와, 기능성 물질 0.5 ~ 1.5중량%를 고르게 교반한 후, 압출 및 권취 공정으로상기 교반된 용융 상태의 혼합물을 900 ~ 1000kg/로 압출하여 섬유 상태를 이루게끔 성형함을 특징으로 하는 나노 입자의 일라이트와 복합 기능성 광물이 함유된 섬유의 제조 방법.
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