KR20160090576A - Multifunctional Membrane film and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이오-폴리우레탄과 나노-티타니아를 복합한 다기능성 멤브레인 필름과 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오-폴리우레탄에 친수성을 가지는 나노-티타니아를 복합하여 투습성을 향상시킴과 동시에 UV차단성, 항균성, 소취기능을 가지는 다기능성 멤브레인 필름과 그의 제조방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a multifunctional membrane film comprising a composite of bio-polyurethane and nano-titania and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a multi-functional membrane film that combines bio-polyurethane with hydrophilic nano- UV blocking property, antibacterial property, and deodorizing function, and a process for producing the same.
최근 레저, 캠핑 문화의 급격한 확산으로 가족 또는 친구 단위로 캠핑이나 레저를 즐기려 하는 캠핑족들이 많이 늘어나고 있는 추세이다. 이에 맞춰 섬유 및 의류시장은 캠핑, 등산, 자전거, 낚시, 골프 등 투습방수소재를 사용한 아웃도어 제품들이 많이 출시되고 있으며 그에 대한 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. Recently, the leisure and camping culture has been spreading rapidly, and there are a growing number of camping families who want to enjoy camping or leisure by family or friends. Accordingly, outdoor and outdoor products using breathable and waterproof materials such as camping, mountain climbing, bicycling, fishing, and golf are being widely launched in the textile and clothing market.
이와 동시에 환경 관련 문제가 전 세계적으로 대두되면서 친환경 섬유를 사용하고, 더불어 건강까지 생각할 수 있는 친환경,다기능성 섬유의 필요성이 증대되고 있다. 아웃도어 제품에 기본적으로 구비된 투습방수성에 항균기능, 소취기능, UV차단기능 등 건강을 생각할 수 있는 추가 기능들이 의류에 많이 적용되고 있다.At the same time, environment-related problems are emerging all over the world, and the need for eco-friendly, multifunctional fibers that can use environmentally friendly fibers and health as well is increasing. Additional functions that can think about health such as antimicrobial function, deodorizing function and UV blocking function are widely applied to clothes.
한편 바이오산업은 기존의 화학 산업이 화석원료인 석유자원에 의존하던 것과는 달리, 자연계의 빛에너지에 의한 식물의 광합성을 통해 반복적으로 생산되는 식물자원(biomass)을 원료로 한다. 기존의 화학 산업 중 상당 부분을 바이오 산업으로 대체함으로써 인류의 지속가능한 성장 및 생존을 가능케하고자 개발에 박차를 가하고 있다. On the other hand, bio-industry uses biomass, which is produced repeatedly through photosynthesis of plants by light energy of nature, unlike the existing chemical industry, which relies on petroleum resources, which are fossil raw materials. By replacing much of the existing chemical industry with biotechnology, we are spurring development to enable sustainable growth and survival of mankind.
이에 한국 등록특허 제 10-1296823호(친환경 투습방수 필름용 조성물, 이를 포함하는 친환경 투습방습 필름 및 이의 제조방법)은 식물성 바이오매스 유래의 폴리우레탄 수지를 사용한 최적의 조성 및 조성비로 이루어진 필름용 수지를 최적의 방법으로 필름을 제조함으로써 우수한 투습도, 내수도를 갖으면서도 생분해성이 우수한 필름을 제공하지만, 항균성과 UV차단성은 결여되어 다기능성이 요구되는 아웃도어 제품에는 사용되기 힘든 한계점이 있었다. Korean Patent No. 10-1296823 (a composition for an environment-friendly moisture-permeable and waterproof film, an environmental moisture-proof moisture-proof and moisture-proof film including the same, and a method for manufacturing the same) is characterized in that a resin for film having an optimum composition and composition ratio using a polyurethane resin derived from vegetable biomass , The film has excellent moisture permeability and water resistance, but has excellent biodegradability. However, it has a limit in that it can not be used in outdoor products requiring multi-functionality due to lack of antibacterial and UV barrier properties.
또한 바이오-폴리우레탄은 친환경적이긴 하지만 석유계 폴리우레탄에 비해 투습방수성 등 물리적 성질이 떨어지는 문제점을 안고 있다.
In addition, although bio-polyurethane is eco-friendly, its physical properties such as moisture permeability and water resistance are lower than petroleum-based polyurethane.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 바이오-폴리우레탄에 친수성을 가지는 나노-티타니아를 복합하여 투습성을 향상시킴과 동시에 UV차단성, 소취기능을 가지는 다기능성 멤브레인 필름과 그의 제조방법을 제공하는 것이다. DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a multifunctional membrane film having improved moisture permeability by combining nano-titania having hydrophilicity to bio-polyurethane and having UV blocking property and deodorization function, .
본 발명은 다른 목적은 나노-티타니아의 광촉매 기능을 이용하여 은을 효과적으로 도핑함으로써 항균기능이 향상된 다기능성 멤브레인 필름과 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a multifunctional membrane film having improved antimicrobial function by effectively doping silver using the photocatalytic function of nano-titania and a method for producing the same.
상기 과제를 해결하기 위한 바이오-폴리우레탄과 나노-티타니아를 복합한 다기능성 멤브레인 필름은 바이오-폴리우레탄과 나노-티타니아를 복합하여 제조된 복합필름을 포함하며, 상기 복합필름에 은을 광층착시킨 것을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, a multi-functional membrane film comprising a composite of bio-polyurethane and nano-titania includes a composite film produced by combining bio-polyurethane and nano-titania, .
상기 과제를 해결하기 위한 바이오-폴리우레탄과 나노-티타니아를 복합한 다기능성 멤브레인 필름의 제조방법은 바이오-폴리우레탄을 메틸에틸케톤 용매하에서 10분간 초음파 처리하여 분산액을 제조하는 초음파 처리단계(S1)와 상기 분산액을 바이오-폴리우레탄 33wt%와 희석하여 희석액을 제조하는 희석단계(S2)와 상기 희석액에 대하여 나노-티타니아를 9 내지 15wt%로 혼합하여 혼합액을 제조하는 혼합단계(S3)와를 포함한다.In order to solve the above problems, a method for producing a multifunctional membrane film comprising a composite of bio-polyurethane and nano-titania includes an ultrasonic treatment step (S1) for producing a dispersion by ultrasonically treating the bio-polyurethane in a methyl ethyl ketone solvent for 10 minutes, And a diluting step (S2) of diluting the dispersion with 33 wt% of bio-polyurethane to prepare a diluting liquid, and a mixing step (S3) of preparing a mixed liquid by mixing nano-titania with 9 to 15 wt% with respect to the diluting liquid .
또한 상기 혼합액을 유리판 위에 2 내지 8 μm로 캐스팅하는 캐스팅 단계(S4)와 용매를 증발시키기 위하여 100℃에서 진공건조하여 복합필름을 제조하는 복합필름 제조단계(S5)와 상기 복합필름을 질산은수용액에 침지하여 자외선을 60 내지 120초 조사하는 침지 및 자외선 조사단계(S6)와 상기 침지 및 자외선 조사단계(S6)를 거친 복합필름을 증류수로 세척하는 세척단계(S7)를 포함한다. (S4) for casting the mixed solution to a thickness of 2 to 8 占 퐉 on a glass plate and a composite film production step (S5) for producing a composite film by vacuum drying at 100 占 폚 in order to evaporate the solvent and the composite film in an aqueous solution of silver nitrate Immersion and ultraviolet ray irradiation step (S6) for irradiating ultraviolet rays for 60 to 120 seconds, and washing step (S7) for washing the composite film having been subjected to the immersion and ultraviolet ray irradiation step (S6) with distilled water.
또한 상기 질산은수용액은 자외선을 조사하며 200ppm의 은(Ag)이온의 농도를 가지는 것을 특징으로 한다.
The aqueous solution of silver nitrate is characterized by having a concentration of silver (Ag) ion of 200 ppm by irradiation with ultraviolet rays.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오-폴리우레탄과 나노-티타니아를 복합한 다기능성 멤브레인 필름과 그의 제조방법에 의하면, 바이오-폴리우레탄에 친수성을 가지는 나노-티타니아를 복합하여 투습성을 향상시킴과 동시에 UV차단성, 소취기능을 가지며, 나노-티타니아의 광촉매 기능을 이용하여 은을 효과적으로 도핑함으로써 항균기능이 향상된 다기능성 멤브레인 필름과 그의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
As described above, according to the present invention, a multifunctional membrane film comprising a composite of bio-polyurethane and nano-titania and a method for producing the same provide improved bio-hygroscopicity by combining bio-polyurethane with nano- The present invention also provides a multifunctional membrane film having a UV blocking property and a deodorizing function and having an antibacterial function improved by effectively doping silver using the photocatalytic function of nano-titania and a method for producing the same.
도 1은 본 발명에 따른 다기능성 멤브레인 필름의 제조방법을 도시한 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 나노 사이즈와 마이크로 사이즈의 티타니아를 비교한 FE-SEM 사진.
도 3은 본 발명에 따른 나노 사이즈와 마이크로 사이즈의 티타니아의 입도 분포를 보여주는 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 보여주는 FE-SEM 사진.
도 5는 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 보여주는 EDS 분석사진.
도 6은 나일론 원단에 본 발명에 따른 다기능성 필름을 코팅한 것의 단면을 보여주는 FE-SEM과 EDS분석사진.
도 7은 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 확인하기 위한 X-선 회절분석 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 확인하기 위한 열중량분석(TGA) 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 다기능성 필름의 투습도를 보여주는 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 다기능성 필름의 UV차단성을 보여주는 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart showing a method for producing a multifunctional membrane film according to the present invention; FIG.
FIG. 2 is a FE-SEM photograph comparing a nano size and a micro-size titania according to the present invention.
3 is a graph showing particle size distribution of nano-sized and micro-sized titania according to the present invention.
4 is an FE-SEM photograph showing titania in the multi-functional film according to the present invention.
5 is a photograph of an EDS analysis showing the titania in the multi-functional film according to the present invention.
6 is an FE-SEM and EDS analysis photograph showing a cross section of a nylon fabric coated with the multi-functional film according to the present invention.
Figure 7 is an X-ray diffraction analysis graph for identifying titania in the multifunctional film according to the present invention.
Figure 8 is a thermogravimetric analysis (TGA) graph for identifying titania in the multifunctional film according to the present invention.
9 is a graph showing the moisture permeability of the multi-functional film according to the present invention.
10 is a graph showing the UV blocking property of the multifunctional film according to the present invention.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.Specific features and advantages of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The detailed description of the functions and configurations of the present invention will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred.
본 발명은 바이오-폴리우레탄과 나노-티타니아를 복합한 다기능성 멤브레인 필름과 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오-폴리우레탄에 친수성을 가지는 나노-티타니아를 복합하여 투습성을 향상시킴과 동시에 UV차단성, 항균성, 소취기능을 가지는 다기능성 멤브레인 필름과 그의 제조방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a multifunctional membrane film comprising a composite of bio-polyurethane and nano-titania and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a multi-functional membrane film that combines bio-polyurethane with hydrophilic nano- UV blocking property, antibacterial property, and deodorizing function, and a process for producing the same.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 다기능성 멤브레인 필름의 제조방법을 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 나노 사이즈와 마이크로 사이즈의 티타니아를 비교한 FE-SEM 사진이며, 도 3은 본 발명에 따른 나노 사이즈와 마이크로 사이즈의 티타니아의 입도 분포를 보여주는 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 보여주는 FE-SEM 사진이며, 도 5는 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 보여주는 EDS 분석사진이고, 도 6은 나일론 원단에 본 발명에 따른 다기능성 필름을 코팅한 것의 단면을 보여주는 FE-SEM과 EDS분석사진이며, 도 7은 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 확인하기 위한 X-선 회절분석 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 확인하기 위한 열중량분석(TGA) 그래프이며, 도 9는 본 발명에 따른 다기능성 필름의 투습도를 보여주는 그래프이고, 도 10은 본 발명에 따른 다기능성 필름의 UV차단성을 보여주는 그래프이다.
FIG. 1 is a flow chart showing a method for producing a multi-functional membrane film according to the present invention, FIG. 2 is a FE-SEM photograph comparing nano size and micro size titania according to the present invention, FIG. 4 is a FE-SEM photograph showing the titania in the multi-functional film according to the present invention, and FIG. 5 is a graph showing the particle size distribution of titania in the multi-functional film according to the present invention, FIG. 6 is an FE-SEM and EDS analysis image showing a cross section of a nylon fabric coated with a multi-functional film according to the present invention, and FIG. 7 is a graph showing an X- FIG. 8 is a thermogravimetric analysis (TGA) graph for identifying titania in the multifunctional film according to the present invention, and FIG. 9 Is a graph showing the moisture permeability of the functional film according to the present invention, Figure 10 is a graph showing the UV-barrier property of the multi-functional film in accordance with the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 다기능성 멤브레인 필름의 제조방법을 도시한 순서도로서, 바이오-폴리우레탄을 메틸에틸케톤 용매하에서 10분간 초음파 처리하여 분산액을 제조하는 초음파 처리단계(S1)와 상기 분산액을 바이오-폴리우레탄 33wt%와 희석하여 희석액을 제조하는 희석단계(S2)와 상기 희석액에 대하여 나노-티타니아를 9~15wt%로 혼합하여 혼합액을 제조하는 혼합단계(S3)를 포함한다. FIG. 1 is a flow chart showing a method for producing a multifunctional membrane film according to the present invention, which comprises an ultrasonic treatment step (S1) of ultrasonically treating a bio-polyurethane in a methyl ethyl ketone solvent for 10 minutes to prepare a dispersion, - a diluting step (S2) of diluting the polyurethane with 33 wt% of polyurethane to prepare a diluted liquid; and a mixing step (S3) of mixing the diluted liquid with nano-titania at 9 to 15 wt% to prepare a mixed solution.
또한 상기 혼합액을 유리판 위에 2 내지 8 μm로 캐스팅하는 캐스팅 단계(S4)와 용매를 증발시키기 위하여 100℃에서 진공건조하여 복합필름을 제조하는 복합필름 제조단계(S5)와 상기 복합필름을 질산은수용액에 침지하여 자외선을 60 내지 120초 조사하는 침지 및 자외선 조사단계(S6)와 상기 침지 및 자외선 조사단계(S6)를 거친 복합필름을 증류수로 세척하는 세척단계(S7)를 포함한다.
(S4) for casting the mixed solution to a thickness of 2 to 8 占 퐉 on a glass plate and a composite film production step (S5) for producing a composite film by vacuum drying at 100 占 폚 in order to evaporate the solvent and the composite film in an aqueous solution of silver nitrate Immersion and ultraviolet ray irradiation step (S6) for irradiating ultraviolet rays for 60 to 120 seconds, and washing step (S7) for washing the composite film having been subjected to the immersion and ultraviolet ray irradiation step (S6) with distilled water.
티타니아(TiO2)는 타이타늄의 산화물로서, 자외선을 흡수하면 공기 중의 산소나 물속에서 강한 산화력을 가지는 활성 산소를 만들어내어 오염 방지 작용, 공기 정화 작용, 항균 작용 및 환경 친화적인 광촉매의 작용을 하게 된다.Titania (TiO 2 ) is an oxide of titanium. If it absorbs ultraviolet rays, it produces active oxygen which has strong oxidizing power in oxygen or water in the air, and acts as a pollution preventing function, an air purification function, an antibacterial function and an environmentally friendly photocatalyst .
또한 티타니아는 무기물로서 친수 및 투습성이 좋으며 더불어 인체 무해성, UV차단성, 소취기능을 가진다. In addition, titania is an inorganic material with good hydrophilicity and moisture permeability, and has harmlessness to human body, UV blocking property and deodorizing function.
한편 바이오-폴리우레탄의 경우 옥수수 등의 식물자원을 원료로 하여 친환경적이지만 석유계-폴리우레탄에 비해 투습성이 떨어진다. 바이오-폴리우레탄에 친수성을 가지는 티타니아를 첨가하여 필름의 투습성을 향상시키고, 부가적으로 티타니아가 가지는 광촉매 기능을 이용하여 은을 효과적으로 광증착함으로써 항균성을 가질 수 있다.
On the other hand, bio-polyurethane is eco-friendly because it uses plant resources such as corn as a raw material, but has less moisture permeability than petroleum-polyurethane. Titanium oxide having hydrophilicity to bio-polyurethane is added to improve the moisture permeability of the film. In addition, antimicrobiality can be obtained by effectively depositing silver by photocatalytic function of titania.
본 발명에 사용되는 티타니아(TiO2)는 나노사이즈를 가지는 것으로 입도가 작아 잘 분산 및 혼합될 수 있다. The titania (TiO 2 ) used in the present invention has a nano size and is small in particle size and can be dispersed and mixed well.
도 2는 본 발명에 따른 나노 사이즈와 마이크로 사이즈의 티타니아를 비교한 FE-SEM사진으로서, (a)는 나노-티타니아(n-TiO2), (b)는 마이크로-티타니아(μ-TiO2)이다. 2 is an FE-SEM picture comparing a titania nano-sized and micro-sized in accordance with the present invention, (a) is a nano-titania (n-TiO 2), ( b) is a micro-titania (μ-TiO 2) to be.
나노-티타니아(n-TiO2)의 대조군으로 마이크로-티타니아(μ-TiO2)를 사용했으며 이들의 입자크기를 분석하기 위하여 전계방사형주사전자현미경 (FE-SEM; JEOL사, JSM-6500F, x30,000)을 사용하였다. Micro-titania (μ-TiO 2 ) was used as a control for nano-titania (n-TiO 2 ). In order to analyze their particle sizes, field emission scanning electron microscope (FE-SEM; JEOL Co., JSM-6500F, x30 , 000) was used.
배율 30,000배에서 이미지 분석 툴인 ImageJ를 이용해 입자 크기를 측정한 결과, 나노-티타니아(n-TiO2)의 평균은 40nm, 마이크로-티타니아(μ-TiO2)의 평균은 280nm로 측정되었다.
The average particle size of the nano-titania (n-TiO 2 ) was measured to be 40 nm and the average of the micro-titania (μ-TiO 2 ) was measured to be 280 nm at a magnification of 30,000 times using an image analysis tool ImageJ.
도 3은 본 발명에 따른 나노 사이즈와 마이크로 사이즈의 티타니아의 입도 분포를 보여주는 그래프로서, 입도분포 및 제타전위측정기(Zeta-PSA: Photal사 ELSZ)를 사용하여 측정하였다. FIG. 3 is a graph showing the particle size distribution of nano-sized and micro-sized titania according to the present invention, which was measured using a particle size distribution and zeta potential meter (Zeta-PSA: Photal ELSZ).
액상형태로 필름을 제조하기 때문에 액상형태에서 티타니아(TiO2)의 크기가 어떻게 변화되는지를 확인하기 위하여 입도 분포를 측정하였으며, 그 결과 나노-티타니아(n-TiO2)는 435.5nm, 마이크로-티타니아(μ-TiO2)는 2254.4nm로 측정되었다. The particle size distribution was measured in order to confirm how the size of titania (TiO 2 ) was changed in the liquid form to prepare the film in liquid form. As a result, the nano-titania (n-TiO 2 ) was 435.5 nm, (μ-TiO 2 ) was measured at 2254.4 nm.
도 2과 도 3에 도시된 바와 같이, 나노-티타니아(n-TiO2)는 마이크로-티타니아(μ-TiO2)와 비교하였을 때 입자 및 액상 상의 입도가 작아 혼합 및 분산이 잘 될 수있다는 것을 보여준다.
As shown in FIGS. 2 and 3, nano-titania (n-TiO 2 ) has a small particle size and particle size when compared with micro-titania (μ-TiO 2 ) Show.
한편 상기 초음파 처리단계(S1)에서는 바이오-폴리우레탄을 메틸에틸케톤 용매하에서 10분간 초음파 처리하여 분산액을 제조하게 되며, 상기 과정을 거침으로써 바이오-폴리우레탄이 티타니아(TiO2)와 고르게 섞일 수 있게 된다. 이때 사용된 바이오-폴리우레탄는 BGS사의 Bio-PU(920F)이다. On the other hand, in the ultrasound treatment step (S1), the bio-polyurethane is subjected to ultrasonic treatment in a methyl ethyl ketone solvent for 10 minutes to prepare a dispersion. By performing the above process, the bio-polyurethane can be uniformly mixed with the titania (TiO 2 ) do. The bio-polyurethane used herein was Bio-PU (920F) manufactured by BGS.
상기 희석단계(S2)에서는 상기 (S1)단계에서 제조된 분산액을 바이오-폴리우레탄 33wt%와 희석하여 바이오-PU의 농도가 15wt%가 되도록 하였다.In the diluting step (S2), the dispersion prepared in the step (S1) is diluted with 33 wt% of bio-polyurethane so that the concentration of bio-PU is 15 wt%.
상기 혼합단계(S3)에서는 상기 (S2)단계에서 제조된 희석액에 대하여 나노-티타니아를 9~15wt%로 혼합하여 혼합액을 제조하게 되며, 상기 캐스팅 단계(S4)에서는 상기 혼합액을 유리판 위에 2 내지 8 μm로 캐스팅하고, 용매를 증발시키기 위하여 100℃에서 진공건조하는 복합필름 제조단계(S5)를 거침으로써 복합필름이 제조된다. In the mixing step S3, nano-titania is mixed with 9 to 15 wt% of the diluent prepared in the step (S2) to prepare a mixed solution. In the casting step S4, the mixed solution is coated on a glass plate at 2 to 8 μm, and a composite film production step (S5) in which vacuum drying is performed at 100 ° C. to evaporate the solvent, whereby a composite film is produced.
또한 티타니아가 가지는 광촉매 기능을 활용하여 복합 필름 표면에 은을 광증착하여 항균성을 향상시키는 과정을 거치게 되며, 상기 침지 및 자외선 조사단계(S6)에서 상기 복합필름을 질산은수용액에 침지하여 자외선을 60 내지 120초 조사하게 된다. UV조사시간에 따른 향균 효과는 후술되는 표 2에 도시된다. 이때 상기 질산은수용액은 자외선을 조사하며 200ppm의 은(Ag)이온의 농도를 가진다.
In addition, in the immersion and ultraviolet ray irradiation step (S6), the composite film is immersed in an aqueous solution of silver nitrate, and ultraviolet rays are irradiated to the surface of the composite film in an amount of 60 - 120 seconds. The antimicrobial effect according to the UV irradiation time is shown in Table 2 described later. At this time, the aqueous silver nitrate solution is irradiated with ultraviolet rays and has a concentration of silver (Ag) ion of 200 ppm.
도 4는 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 보여주는 FE-SEM 사진으로서, 티타니아의 함량(3wt%, 6wt%, 9wt%)을 달리하여 (a)티타니아가 혼합되지 않은 필름, (b)나노-티타니아가 혼합된 필름, (c)마이크로-티타니아가 혼합된 필름 내의 티타니아를 확인하였다.FIG. 4 is a FE-SEM photograph showing the titania in the multifunctional film according to the present invention. FIG. 4 (a) shows a film without titania mixed with (b) - titania mixed film, and (c) titania in a film in which micro-titania was mixed.
6,500배 확대하여 촬영하였으며, (b)나노-티타니아가 혼합된 필름, (c)마이크로-티타니아가 혼합된 필름 모두 티타니아가 관찰되었으며, 마이크로-티타니아의 경우 나노-티타니아보다 입자가 더 큰 것을 확인할 수 있었다. 또한 티타니아의 함량이 증가할수록 관찰되는 티타니아 입도의 수와 크기가 커진 것을 관찰할 수 있었다.
Titania was observed in both (b) film mixed with nano-titania and (c) film mixed with micro-titania. In micro-titania, particles were found to be larger than nano-titania there was. Also, as the content of titania increased, the number and size of titania particles observed were increased.
도 5는 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 보여주는 EDS 분석사진으로서, 티타니아의 함량(3wt%, 6wt%, 9wt%)을 달리하여 (a)티타니아가 혼합되지 않은 필름, (b)나노-티타니아가 혼합된 필름, (c)마이크로-티타니아가 혼합된 필름 내의 티타니아를 확인하였다.5 is a photograph of an EDS analysis showing the titania in the multifunctional film according to the present invention, wherein (a) a film in which titania is not mixed, (b) a film in which nano- Titania mixed film, and (c) titania in the micro-titania mixed film.
동일한 구간에서 Ti원소 피크가 확인되었으며, 3wt%, 6wt%, 9wt%로 증가함에 따라 Ti원소 피크도 증가하는 것을 확인할 수 있다.
The peak of Ti element was confirmed in the same section, and the peak of Ti element was also increased by increasing to 3 wt%, 6 wt% and 9 wt%.
도 6은 나일론 원단에 본 발명에 따른 다기능성 필름을 코팅한 것의 단면을 보여주는 FE-SEM과 EDS분석사진으로서, 다기능성 필름을 코팅한 나일론 원단의 겉과 속 부분 모두 티타니아가 확인되었으며, EDS분석사진에서도 Ti원소피크를 확인할 수 있었다.
FIG. 6 is an FE-SEM and EDS analysis image showing a cross section of a nylon fabric coated with the multifunctional film according to the present invention. Titania was found in both the outer and inner parts of the nylon fabric coated with the multifunctional film, In the photograph, Ti element peaks were confirmed.
도 7은 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 확인하기 위한 X-선 회절분석 그래프를 보여주는 것으로서, 티타니아의 함량(3wt%, 6wt%, 9wt%)을 달리하여 티타니아의 피크를 확인하였다. FIG. 7 is a graph showing an X-ray diffraction analysis chart for identifying titania in the multifunctional film according to the present invention. Titania peaks were identified by varying the content of titania (3 wt%, 6 wt%, 9 wt%).
그 결과 티타니아의 함량이 3wt%, 6wt%, 9wt%일 경우 모두 티타니아 고유 피크가 관찰되었으며, 함량이 많아질수록 피크가 커지는 것을 확인할 수 있었다.
As a result, the titania intrinsic peak was observed when the content of titania was 3 wt%, 6 wt% and 9 wt%, respectively. As the content increased, the peak became larger.
도 8은 본 발명에 따른 다기능성 필름 내의 티타니아를 확인하기 위한 열중량분석(TGA) 그래프로서, (a)티타니아가 혼합되지 않은 필름, (b)나노-티타니아가 3wt% 혼합된 필름, (c)나노-티타니아가 9wt% 혼합된 필름을 질소상태에서 600℃까지 온도를 가열하였을 때 각 필름들의 무게 측정 변화를 확인하였다. FIG. 8 is a thermogravimetric analysis (TGA) graph for identifying titania in the multifunctional film according to the present invention. FIG. 8 (a) ) 9 wt% of nano - titania was heated at 600 ℃ in nitrogen condition.
(a)티타니아가 혼합되지 않은 필름의 경우 600℃에서 기존 필름 대비 10%의 무게만 남은 것에 비해 (b)나노-티타니아가 3wt% 혼합된 필름은 처음 무게의 약 17%이상, (c)나노-티타니아가 9wt% 혼합된 필름은 약 20% 남아있는 것을 보아 티타니아가 잘 복합되었다는 것을 확인할 수 있다.
(b) a film containing 3 wt.% of nano-titania mixed with at least about 17% of the original weight, (c) a nano- - It can be seen that titania is well compounded by about 20% of remaining film mixed with 9 wt% of titania.
표 1은 본 발명에 따른 다기능성 필름의 친수성 및 투습도를 보여주는 것으로서, 상기 다기능성 필름 표면에 물방울을 떨어뜨려 표면과 물방울과의 접촉각을 통하여 친수성 및 투습도를 확인할 수 있었다.Table 1 shows the hydrophilicity and moisture permeability of the multifunctional film according to the present invention. Water droplets were dropped on the surface of the multifunctional film, and hydrophilicity and moisture permeability could be confirmed through the contact angle between the surface and water droplets.
석유계-PU필름, 순수 바이오-PU 필름, 마이크로-티타니아 복합필름(3wt%, 6wt%, 9wt%), 나노-티타니아 복합필름(3wt%, 6wt%, 9wt%)을 준비하여 접촉각의 비교하였다. (3 wt%, 6 wt%, 9 wt%) and nano-titania composite film (3 wt%, 6 wt%, 9 wt%) were prepared, and contact angles were compared .
친수성과 투습도는 신체에서 발생한 수분을 외부로 방출하는 성질로서 아웃도어 제품에 중요한 특성이 된다. 물방울을 복합 필름 표면에 떨어뜨려 표면과 물방울과의 접촉각을 측정하게 되며, 접촉각이 낮을수록 친수성이 높다는 것을 의미하게 된다. Hydrophilicity and moisture permeability are properties that emit moisture from the body to the outside and are important characteristics for outdoor products. The contact angle between the surface and water droplets is measured by dropping water droplets on the surface of the composite film, and the lower the contact angle, the higher the hydrophilic property.
석유계-PU필름과 순수 바이오-PU 필름을 비교하였을 때 순수 바이오-PU 필름의 접촉각이 석유계-PU필름의 접촉각보다 큰 것을 보아 친수성이 떨어지지만, 티타니아를 첨가했을 때는 접촉각이 낮아지는 것을 보아 친수성이 증가한 것을 확인할 수 있었다.
When comparing the petroleum-PU film with the pure bio-PU film, the contact angle of pure bio-PU film is larger than that of petroleum-PU film. However, when the titania is added, the contact angle is lowered It was confirmed that the hydrophilicity was increased.
도 9는 본 발명에 따른 다기능성 필름의 투습도를 보여주는 그래프로서, 워터법을 이용하여 온도 40℃, 습도 50% 환경에서 필름 1㎡당 1시간 동안 투과하는 수증기의 양을 비교하였다.9 is a graph showing the moisture permeability of the multifunctional film according to the present invention. The amount of water vapor permeated for 1 hour per 1
석유계-PU필름의 경우 3380 mmH2O로 측정된 것에 비해 순수 바이오-PU 필름은 1034 mmH2O로 측정되어 석유계-PU필름에 비해 투습도가 현저히 떨어지는 것을 알 수 있었다.In the case of petroleum -PU film compared to 3380 mmH 2 O as measured by pure bio-film -PU 1034 mmH 2 O is measured as it was found that compared to petroleum-based film -PU WVTR is markedly inferior.
하지만 순수 바이오-PU 필름에 나노-티타니아(n-TiO2)와 마이크로-티타니아(μ-TiO2)를 복합한 필름의 경우 투습도가 향상되었으며, 티타니아(TiO2)의 함량이 증가할수록 투습도도 증가하였다.
However, the moisture permeability was improved in the pure bio-PU film composed of nano-titania (n-TiO 2 ) and micro-titania (μ-TiO 2 ), and as the content of titania (TiO 2 ) Respectively.
도 10은 본 발명에 따른 다기능성 필름의 UV차단성을 보여주는 그래프로서, 자외-가시선 분광광도계(측색기)를 사용하여 측정하였으며, 순수 바이오-PU 필름과 나노-티타니아(n-TiO2)를 복합한 필름의 UV차단성을 비교하였다.10 is a graph showing the UV blocking property of the multifunctional film according to the present invention, which was measured using an ultraviolet-visible spectrophotometer (a colorimeter), and a pure bio-PU film and nano-titania (n-TiO 2 ) The UV barrier properties of one film were compared.
UV 영역에 해당하는 파장인 300~400nm에서 순수 바이오-PU 필름은 UV차단률이 평균 20%인 것에 반해, 나노-티타니아(n-TiO2)가 복합된 필름은 UV차단률이 평균 80%이상으로 측정되어 UV차단효과가 있음을 확인할 수 있었다.
In the case of pure bio-PU films with a wavelength of 300-400 nm corresponding to the UV region, the UV blocking rate is 20% on average, whereas the film comprising nano-titania (n-TiO 2 ) has an average UV blocking rate of 80% And it was confirmed that there is UV blocking effect.
표 2는 본 발명에 따른 다기능성 필름의 항균성을 보여준다.Table 2 shows the antibacterial properties of the multi-functional film according to the present invention.
티타니아는 자외선을 흡수하면 광촉매작용을 하게 되며, 복합필름 제조단계(S5)를 거쳐 제조된 상기 복합필름은 티타니아의 광촉매효과로 은을 효과적으로 도핑하여 항균성을 부여하게 된다.Titania absorbs ultraviolet rays to act as a photocatalyst, and the composite film produced through the composite film production step (S5) effectively imparts antimicrobiality by doping silver with the photocatalytic effect of titania.
상기 복합필름을 200ppm의 농도의 질산은수용액에 침지하여 자외선을 조사하게 되며, 자외선 조사 시간에 따른 항균효과를 측정하기 위하여 0초, 60초, 120초간 자외선을 조사한 후 증류수로 세척하였다. The composite film was immersed in an aqueous solution of silver nitrate at a concentration of 200 ppm to irradiate ultraviolet rays. Ultraviolet rays were irradiated for 0 seconds, 60 seconds, and 120 seconds to measure the antimicrobial effect according to ultraviolet irradiation time, and then washed with distilled water.
향균성을 확인하기 위한 시험균주는 황색포도상구균, 폐렴군, 대장균을 선택하였으며, 순수 바이오-PU 필름과 나노-티타니아(n-TiO2)의 티타니아 함량을 달리한 필름(3wt%, 6wt%, 9wt%)에 세균배양실험을 실시하였다. A film (3wt%, unlike the titania content of titania (n-TiO 2), 6wt %, - test organisms to confirm the antibacterial is Staphylococcus aureus, pneumonia group, the E. coli was selected, pure bio -PU film with
순수 바이오-PU 필름에 자외선을 조사하기 전(0초)일 때는 항균성이 30%정도로 나타났으며, 황색포도상구균에 대해 나노-티타니아(n-TiO2)복합필름의 티타니아 함량이 증가할수록 항균성이 증가하였다. The antimicrobial activity of the pure bio-PU film was found to be about 30% at 0 second before UV irradiation. As the titania content of the nano-titania (n-TiO 2 ) composite film was increased with respect to Staphylococcus aureus, Respectively.
UV조사시간을 60초로 하였을 때 나노-티타니아(n-TiO2)복합필름의 티타니아 함량에 관계없이 99.99%의 항균성을 보였고, 120초일경우 역시 99.99%의 항균성을 보였다.When the UV irradiation time was 60 seconds, 99.99% of the nano-titania (n-TiO 2 ) composite film showed antimicrobial activity regardless of the titania content.
나노-티타니아와 은(Ag)의 광증착으로 인하여 짧은 UV조사만으로도 항균성이 발휘되는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 티타니아의 광촉매 작용에 필요한 활성화 에너지가 낮다는 것을 의미한다. 이는 인공적인 UV가 아닌 자연광 조건하에서도 항균효과가 효과적으로 발휘될 수 있음을 의미한다.
Due to the photodeposition of nano - titania and silver (Ag), it was confirmed that the antimicrobial activity is exhibited only by short UV irradiation, which means that the activation energy required for the photocatalytic action of titania is low. This means that the antimicrobial effect can be effectively exerted even under natural light conditions other than artificial UV.
본 발명은 다기능성 멤브레인 필름과 그의 제조방법에 관한 것으로서, 석유계-PU를 대체하여 옥수수를 원료로 하는 바이오-PU를 사용하여 친환경적이며, 티타니아(TiO2)를 첨가함으로써 투습친수성을 향상시킴과 동시에 UV차단성, 소취기능을 가지고, 나노-티타니아의 광촉매 기능을 이용하여 은을 효과적으로 도핑함으로써 항균기능이 향상된 다기능성 멤브레인 필름과 그의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
The present invention relates to a multifunctional membrane film and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to a multifunctional membrane film which is eco-friendly by using bio-PU made of corn as a raw material instead of petroleum-PU and which is improved in moisture permeability by adding titania (TiO 2 ) At the same time, there is an effect of providing a multifunctional membrane film having a UV blocking property and a deodorizing function and having an antibacterial function improved by effectively doping silver using a photocatalytic function of nano-titania and a method for producing the same.
이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken as a limitation of the scope of the present invention. Or modify it. The scope of the invention should, therefore, be construed in light of the claims set forth to cover many of such variations.
Claims (3)
바이오-폴리우레탄과 나노-티타니아를 복합하여 제조된 복합필름을 포함하며,
상기 복합필름에 은을 광층착시킨 것을 특징으로 하는
바이오-폴리우레탄과 나노-티타니아를 복합한 다기능성 멤브레인 필름.
In a multifunctional membrane film comprising a bio-polyurethane and nano-titania composite,
A composite film comprising a composite of bio-polyurethane and nano-titania,
Characterized in that silver is light-deposited on the composite film
Multifunctional membrane film combining bio-polyurethane and nano-titania.
바이오-폴리우레탄을 메틸에틸케톤 용매하에서 10분간 초음파 처리하여 분산액을 제조하는 초음파 처리단계(S1)와;
상기 분산액을 바이오-폴리우레탄 33wt%와 희석하여 희석액을 제조하는 희석단계(S2)와;
상기 희석액에 대하여 나노-티타니아를 9 내지 15wt%로 혼합하여 혼합액을 제조하는 혼합단계(S3)와;
상기 혼합액을 유리판 위에 2 내지 8 μm로 캐스팅하는 캐스팅 단계(S4)와;
용매를 증발시키기 위하여 100℃에서 진공건조하여 복합필름을 제조하는 복합필름 제조단계(S5)와;
상기 복합필름을 질산은수용액에 침지하여 자외선을 60 내지 120초 조사하는 침지 및 자외선 조사단계(S6)와;
상기 침지 및 자외선 조사단계(S6)를 거친 복합필름을 증류수로 세척하는 세척단계(S7)를 포함하는 것을 특징으로 하는
바이오-폴리우레탄과 나노-티타니아를 복합한 다기능성 멤브레인 필름의 제조방법.
A method for producing a multi-functional membrane film comprising a bio-polyurethane and nano-titania composite,
An ultrasonic treatment step (S1) of ultrasonically treating the bio-polyurethane in a methyl ethyl ketone solvent for 10 minutes to prepare a dispersion;
A diluting step (S2) of diluting the dispersion with 33 wt% of bio-polyurethane to prepare a diluting liquid;
A mixing step (S3) of mixing the diluent with nano-titania at 9 to 15 wt% to prepare a mixed solution;
A casting step (S4) of casting the mixed solution on a glass plate to 2 to 8 탆;
(S5) for preparing a composite film by vacuum drying at 100 DEG C to evaporate the solvent;
An immersion and ultraviolet irradiation step (S6) of immersing the composite film in an aqueous solution of silver nitrate and irradiating ultraviolet rays for 60 to 120 seconds;
And a washing step (S7) of washing the composite film having been subjected to the immersion and ultraviolet ray irradiation step (S6) with distilled water
A process for producing a multi-functional membrane film comprising a combination of bio-polyurethane and nano-titania.
상기 질산은수용액은
자외선을 조사하며 200ppm의 은(Ag)이온의 농도를 가지는 것을 특징으로 하는
바이오-폴리우레탄과 나노-티타니아를 복합한 다기능성 멤브레인 필름의 제조방법.3. The method of claim 2,
The silver nitrate aqueous solution
And has a concentration of silver (Ag) ions of 200 ppm upon irradiation with ultraviolet rays
A process for producing a multi-functional membrane film comprising a combination of bio-polyurethane and nano-titania.
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