KR20190007563A - 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치에 관한 것으로, 항균성능을 갖는 화합물 및 상기 화합물 밀링 공정 시 투입되는 분산제를 포함하는 첨가제와, 상기 첨가제와 혼합된 열가소성수지를 포함하고, 상기 열가소성수지 100 중량부에 대하여 상기 화합물 1 내지 30 중량부 포함하며, 상기 분사제는 상기 화합물 미립자들이 기설정된 간격을 유지하도록 상기 화합물 미립자들 둘레에 간격을 두고 배치되다.

Description

멜트 블로운 방사용 마스터 벳치{Master batch for melt blown spinning}
본 발명은 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치에 관한 것이다.
공기청정기, 에어컨 등에는 공기 중의 먼지를 걸러주는 필터가 장착되어 있다. 필터는 먼지 등에 의해 오염되며, 오염된 필터에는 유해한 박테리아, 바이러스 등이 서식할 수 있다. 오염된 필터가 장착된 공기청정기, 에어컨 등을 사용할 경우 알레르기, 호흡기 질환 등이 유발될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 유기항균제로 필터 표면을 코팅처리 하거나, 항균성능이 있는 무기물을 혼합하여 항균필터를 제작하게 된다.
항균필터는 유기항균제가 필터 표면에만 코팅되어 있어 높은 항균력을 기대하기 어렵다. 더욱이, 유기항균제의 코팅 성능 지속과 메틸클로로이소치아졸리논(Methylchloroisothiazolinone; MIT)에 의한 폐, 기관지 등에 문제가 되고 있다.
또한, 무기물은 입자 크기의 제한으로 인하여 멜트 블로운(Melt blown) 방사로 제작되는 헤파(HEPA)필터 사용에 무리가 있다. 이에 입자 크기를 제어하기 위하여 과도한 밀링 공정이 필요했고, 이로 인한 비용증가와 기능성 무기물의 고유성능 감소의 문제가 있었다.
등록특허 제10-0997052호 (2010.11.23.)
본 발명은 기능성 첨가제인 황화구리에 분산제를 습식밀링 공정 중에 투여하여 첨가제의 응집을 방지하고 방사시 첨가제가 수지 내부에 고르게 분산되도록 하는 기술을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치는 항균성능을 갖는 화합물 및 상기 화합물 밀링 공정 시 투입되는 분산제를 포함하는 첨가제와, 상기 첨가제와 혼합된 열가소성수지를 포함하고, 상기 열가소성수지 100 중량부에 대하여 상기 첨가제는 1 내지 30 중량부 포함하며, 상기 분사제는 상기 화합물 미립자들이 기설정된 간격을 유지하도록 상기 화합물 미립자 둘레에 간격을 두고 배치된다.
상기 화합물은 황화구리(copper sulfide; CuS)일 수 있다.
상기 분사제는, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 음이온 계면활성제는, 카르복시산염(carboxylates), 아미노산염(aminio acid salts), 황산염(sulfonates), 인산에스테르(phosphoric ester)염 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
양이온 계면활성제는, 사차암모늄(quaternary ammonium)염, 설폭소니움(sulfoxonium), 설포늄(sulfonium)염, 인계인 포스포니움(phosphonium)염, 요오드화합물, 비소 화합물(arsonium salt) 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 비이온 계면활성제는, 에톡실레이트(ethoxylates), 알카놀아미드(alkanolamides), 아민 옥시드(amine oxides), 아세틸렌(acetylene), 글리코스(glycols), 폴리(polyls)(당 에스테르(sugar ester), 소르비탄 에스테르(sorbitan) 에스테르(ester), 슬리세롤 에스테르(glycerol esters), 글리코시드(glycosides)) 중에 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 열가소성수지는, 나일론(Nylon), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리프로필렌(; PP), 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 중 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 첨가제와 상기 열가소성수지는 혼합되어 칩(chip) 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 분산제에 의하여 화합물 미립자들의 재 응집이 방지되고, 화합물 미립자들이 방사 수지 내부에 고르게 분산되므로 방사 공정에 영향을 주지 않는다. 분산제가 화합물 미립자를 전체 감싸지 않고 일 부분만을 감싸므로 화합물의 항균/소취 작용이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제 중 선택된 적어도 어느 하나가 분사제를 이루고 분산제가 황화구리를 이루는 화합물 습식밀링 공정 중 혼합되므로 분쇄공정이 줄고 부직포 제조를 위한 안정적인 멜트 블로운 방사가 가능하다.
도 1은 멜트 블로운용 마스터 벳치로 제작된 부직포(필터) 성능표.
도 2는 황화구리 파우더의 입자개질(밀링후)후의 입자 크기 그래프.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치에 대하여 설명한다.
멜트 블로운 방사 시 첨가제를 이루는 화합물의 미립자 크기(size)를 제어하고, 원활한 방사가 이루어 질 수 있도록 한다. 첨가제와 혼합되는 분산제에 의해 첨가제의 밀링공정을 줄이고, 안정적인 멜트 블로운 방사가 가능하도록 한 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치를 제작한다.
본 실시예에 따른 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치는 첨가제와 열가소성수지를 포함한다. 첨가제는 항균성능을 갖는 화합물 및 상기 화합물 밀링 시 투입되는 분산제를 포함한다.
화합물은 황화구리(copper sulfide; CuS)일 수 있다.
황화구리는 황과 구리의 화합물이다. 황과 구리의 비율에 따라 여러 화합물이 존재하나, 황화구리(I)(Cu2S)과 황화구리(II)(CuS)로 형성될 수 있다.
황화구리(Ⅰ)은 황화제일구리(copper(Ⅰ) sulfide, cuprous sulfide)라고도 하며 화학식은 Cu2S, 화학식량은 159.15이다. 구리를 수소/황화수소 혼합기체와 함께 가열하거나 황화구리(Ⅱ)를 소량의 황과 함께 수소 기체 속에서 가열하여 얻을 수 있다. 천연으로는 휘동광에서 산출된다. 결정의 형태에 따라 α형(입방결정계)과 β형(사방결정계)이 있으며 녹는점은 α형이 1130℃, β형이 1100℃로 비슷하다. α형은 91℃보다 고온에서 안정하고 용융물을 냉각할 때 석출되며, β형은 91℃보다 저온에서 안정하고 천연 휘동광이 β형에 속한다. α, β 모두 금속 광택이 있는 검은 회색의 결정으로 열에 안정하며 고온에서는 염소 또는 탄산나트륨과 천천히 반응한다. 물에는 잘 녹지 않으나 질산이나 암모니아수에는 녹는다.
황화구리(Ⅱ)는 황화제이구리(copper(Ⅱ) sulfide, cupric sulfide)라고도 하며 화학식은 CuS, 화학식량은 95.61이다. 천연으로는 남동광으로 산출되며 공업적으로는 구리(Ⅱ)염 수용액에 황화수소를 통하여 흑갈색의 침전으로 얻거나 구리와 황을 직접 결합시켜 만든다. 황화구리(Ⅱ)는 검은색의 가루 또는 청흑색의 육방결정계 결정으로 구조가 복잡하다. 전기전도성은 황화구리(Ⅰ)보다 크며, 220℃에서 가열하면 황화구리(Ⅰ)로 분해된다. 물이나 묽은 산에 거의 녹지 않으나 고온의 질산이나 사이안화알칼리 용액에는 녹는다.
황(S)은 여러 가지 용도로 다양하게 사용되는 것으로 고무의 탄력성을 높이는데 사용되기도 하고, 여러 살충제, 살균제, 의약품, 화학 약품 등을 제조하는데 사용될 수도 있다. 황(S)은 살충제와 살균제로 사용하는 황 분말이 유기농 과수 농가가 사용하는 유일한 농약이다.
구리(Cu)는 강력한 항균 성능을 가지고 있기 때문에 포도상구균, 폐렴간균 등의 일반세균과 메티실린 내성 황색포도알균(methicillin-resistant Staphylococcus aureus infection; MRSA), 살모넬라 등의 병원균은 물론, 곰팡이류인 진균과 사상균에도 강력한 항균효과가 있다. 구리의 우수한 항균성능을 이용하여 공기청정기에 사용되는 필터에 서식 할 수 있는 박테리아, 바이러스, 진균 등을 제거할 수 있다. 또한, 악취를 분해하고 수지 내부에 기능성 물질이 존재하기 때문에 성능 발현을 반영구적으로 사용할 수 있다.
황화구리로 이루어진 화합물 미립자는 용융 방사 시 사절 방지 및 플록킹 처리를 위한 촙섬유(Chopped Fibers) 제조를 위해, 입자 크기 및 입도 분포가 적절한 사이즈 및 분포로 되도록 개질된다. 화합물 미립자의 개질은 습식밀링, 건조, 건식밀링 및 분급하는 공정을 통해 달성되며, 개질된 화합물 미립자의 평균 직경은 0.5 내지 2㎛일 수 있다. 화합물 미립자 직경이 2㎛를 초과 할 경우에는 방사시 필라멘트가 사절된 위험이 있고, 0.5㎛ 미만일 경우는 밀링 과정에서 컨트롤에 어려움이 발생할 수 있다. [도 2]를 참고하면, 입자 최대치가 2㎛ 이하이고, 거의 대부분이 1㎛이하에 분포하여 용융방사 시 필라멘트의 사절이 없이 방사가 이루어질 수 있다. 화합물 미립자의 사이즈(size)가 작으면 작을수록 방사 효율은 향상될 수 있다.
본 실시예에 따른 화합물 미립자의 개질은 습식밀링으로 달성될 수 있다. 입자 개질을 위한 습식밀링 공정에서는 볼밀 장치나 입자를 더 미세하게 분쇄할 수 있는 비드(bead) 밀이 사용될 수 있다. 바스켓 밀, 다이노밀, 호리젠탈밀, 링밀 등이 사용될 수도 있다. 물과 혼합된 황화구리 화합물을 지르코니아 비드와 마찰시켜서 더 작은 나노 사이즈 수준으로 밀링할 수도 있다.
분산제는, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
음이온 계면활성제는, 탄소 원자와 산소 원자가 이중결합으로 결합되어 있고 히드록시기가 단일 결합을 하고 있는 화합물인 카르복시산염(carboxylates), 생물의 몸을 구성하는 단백질의 기본 구성 단위인 아미노산염(aminio acid salts), 황산염(sulfonates), 인산에스테르염(phosphoric ester) 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
양이온 계면활성제는, 사차암모늄(quaternary ammonium)염, 설폭소니움(sulfoxonium), 설포늄(sulfonium)염, 인계인 포스포니움(phosphonium)염, 요오드화합물, 비소 화합물(arsonium salt) 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
비이온 계면활성제는, 에톡실레이트(ethoxylates), 알카놀아미드(alkanolamides), 아민 옥시드(amine oxides), 아세틸렌(acetylene), 글리코스(glycols), 폴리(polyls)(당 에스테르(sugar ester), 소르비탄 에스테르(sorbitan) 에스테르(ester), 슬리세롤 에스테르(glycerol esters), 글리코시드(glycosides)) 중에 선택된 어느 하나일 수 있다.
열가소성수지는, 거미줄보다 가늘고 마찰에 강하며 인장강도가 다른 섬유보다 우수한 나일론(Nylon), 결정성 플라스틱으로서 내열성, 강성, 전기적 성질, 내유성이 우수한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 탄소와 수소만으로 이루어져 전기적 성질이 우수하고 비용과 환경면에서 유리한 장점을 갖는 폴리프로필렌(; PP), 내충격성이 크고 가공 및 사용이 쉬운 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
열가소성수지의 종류는 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치가 첨가되어 성형되는 물품의 재질에 따라 달라질 수 있다.
상기 열가소성수지 100 중량부에 대하여 첨가제는 1 내지 30 중량부가 포함될 수 있다. 첨가제가 1 중량부 미만인 경우 마스터 벳치의 제조비용이 부담되며, 30 중량부를 초과할 경우 황화구리의 분산에 따른 작업성에 문제가 생길 수 있다.
분산제는 황화구리로 형성된 화합물의 항균성능 발현을 위해 화합물 입자를 완전히 감싸지 않고 30% 내지 50%만 감쌀 수 있다. 분사제는 화합물 미립자들이 기설정된 간격을 유지하도록 화합물 미립자들 둘레에 간격을 두고 배치된다. 분산제는 화합물 입자와 접하는 헤드부와 헤드부로부터 돌출된 꼬리부를 포함한다. 꼬리부는 방사시 분해될 수 있다.
분산제에 의하여 화합물 미립자들의 재 응집이 방지되고, 화합물 미립자들이 방사 수지 내부에 고르게 분산되므로 방사 공정에 영향을 주지 않는다. 분산제가 화합물 입자를 전체 감싸지 않고 일 부분만을 감싸므로 화합물의 항균/소취 작용이 향상될 수 있다.
이와 같은 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치는 칩(chip) 형태로 형성되고, 칩과 부직포 제조용 수지를 혼합하여 멜트 블로운 방식으로 방사하여 부직포를 제작할 수 있다. 부직포를 이용하여 필터를 제조할 수 있다.
벨트 블로운 방사용 마스터 벳치는 부직포를 이루는 방사 수지 내부에 존재하므로 유기항균 코팅제와 같이 인체유해성에 관하여 안전하고 외부 마찰에 의하여 없어지지 않다. 그리고 유기항균 성능이 반영구적으로 유지될 수 있다.
벨트 블로운 방사용 마스터 벳치를 포함하는 방사 수지로 제조된 부직포를 이용한 필터는 우수한 항균/소취 성능으로 인해 불쾌한 냄새를 제거할 수 있으며 인체에 유해한 박테리아, 바이러스 등의 서식하지 않는다.
[실시예 1]
공기청정기, 에어컨, 공기조화기 등의 필터를 제조하기 위하여, 황화구리로 이루어진 화합물을 1% 이상 포함하는 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치와 부직포를 형성할 수지를 혼합하여 멜트 브로운 방식으로 방사하여 부직포(시료 5)를 제조하였다. 이러한 부직포를 이용하여 필터를 제조하였다.
[비교예 1]
필터를 제조하기 위하여 황화구리로 이루어진 화합물을 0.5% 이상 포함하는 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치와 부직포를 제조할 수지를 혼합하여 멜트 브로운 방식으로 방사하여 부직포(시료 4)를 제조하였다. 상기 화합물의 함유 비율을 제외하고 [실험예 1]과 동일한 방법으로 멜트 브로운 방식 방식으로 부직포를 제조하였다. 이러한 부직포를 이용하여 필터를 제조하였다.
[비교예 2]
필터를 제조하기 위하여 황화구리로 이루어진 화합물을 0.2% 이상 포함하는 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치와 부직포를 제조할 수지를 혼합하여 멜트 브로운 방식으로 방사하여 부직포(시료 3)를 제조하였다. 상기 화합물의 함유 비율을 제외하고 [실험예 1]과 동일한 방법으로 멜트 브로운 방식 방식으로 부직포를 제조하였다. 이러한 부직포를 이용하여 필터를 제조하였다.
[비교예 3]
필터를 제조하기 위하여 황화구리로 이루어진 화합물을 0.1% 이상 포함하는 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치와 부직포를 제조할 수지를 혼합하여 멜트 브로운 방식으로 방사하여 부직포(시료 2)를 제조하였다. 상기 화합물의 함유 비율을 제외하고 [실험예 1]과 동일한 방법으로 멜트 브로운 방식 방식으로 부직포를 제조하였다. 이러한 부직포를 이용하여 필터를 제조하였다.
[비교예 4]
필터를 제조하기 위하여 황화구리로 이루어진 화합물을 포함하지 않은(0%) 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치와 부직포를 제조할 수지를 혼합하여 멜트 브로운 방식으로 방사하여 부직포(시료 1)를 제조하였다. 상기 화합물의 함유 비율을 제외하고 [실험예 1]과 동일한 방법으로 멜트 브로운 방식 방식으로 부직포를 제조하였다. 이러한 부직포를 이용하여 필터를 제조하였다.
시료 NO 화합물 항곰팡이성
1 0.0% 5급
2 0.1% 4급
3 0.2% 2급
4 0.5% 1급
5 1.0% 0급
황화구리로 이루어진 화합물을 1% 이상 포함하는 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치와 부직포 성형용 수지를 혼합하여 멜트 블로운 방식으로 방사하여 부직포를 제조하였고, 상기 부직포를 이용하여 공기청정기 헤파(HEPA) 필터를 제작하여 ISO 846 A법의 방미시험 결과 현미경으로 곰팡이 성장이 관찰되지 않는 '0' 등급으로 판명되었다(도 1 참조).
이에, 인체 유해성 문제가 있는 유기항균제 코팅 방법을 사용하지 않고, 우수한 항균 성능을 가진 황화구리로 이루어진 화합물을 포함하는 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치와 부직포 성형용 수직을 혼합하여 부직포를 제조하고 부직포를 이용하여 필터를 제작하면 유해한 공기질로부터 신선한 공기의 생성이 가능하여 쾌적한 생활환경을 조성할 수 있다.
한편, 필터는 폴리프로필렌으로 형성될 수 있으며 필터는 폴리프로필렌 100 중량부에 대하여 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치는 0.1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (8)

  1. 마스터 벳치에 관한 것으로,
    항균성능을 갖는 화합물 및 상기 화합물 밀링 공정 시 투입되는 분산제를 포함하는 첨가제와, 상기 첨가제와 혼합된 열가소성수지를 포함하고,
    상기 마스터 벳치는, 상기 열가소성수지 100 중량부에 대하여 상기 화합물 1 내지 30 중량부 포함하며,
    상기 분사제는 상기 화합물 미립자들이 기설정된 간격을 유지하도록 상기 화합물 미립자들 둘레에 간격을 두고 배치되는
    멜트 블로운 방사용 마스터 벳치.
  2. 제1항에서,
    상기 화합물은 황화구리(copper sulfide; CuS)인 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치.
  3. 제1항에서,
    상기 분사제는, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제 중 선택된 적어도 어느 하나인 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치.
  4. 제3항에서,
    상기 음이온 계면활성제는 카르복시산염(carboxylates), 아미노산염(aminio acid salts), 황산염(sulfonates), 인산에스테르(phosphoric ester)염 중 선택된 적어도 어느 하나인 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치.
  5. 제3항에서,
    양이온 계면활성제는 사차암모늄(quaternary ammonium)염, 설폭소니움(sulfoxonium), 설포늄(sulfonium)염, 인계인 포스포니움(phosphonium)염, 요오드화합물, 비소 화합물(arsonium salt) 중 선택된 적어도 어느 하나인 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치.
  6. 제3항에서,
    상기 비이온 계면활성제는 에톡실레이트(ethoxylates), 알카놀아미드(alkanolamides), 아민 옥시드(amine oxides), 아세틸렌(acetylene), 글리코스(glycols), 폴리(polyls)(당 에스테르(sugar ester), 소르비탄 에스테르(sorbitan) 에스테르(ester), 슬리세롤 에스테르(glycerol esters), 글리코시드(glycosides)) 중에 선택된 적어도 어느 하나인 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치.
  7. 제1항에서,
    상기 열가소성수지는,
    나일론(Nylon), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 중 선택된 적어도 어느 하나인 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치.
  8. 제1항에서,
    상기 첨가제와 상기 열가소성수지는 혼합되어 칩(chip) 형태로 형성된 멜트 블로운 방사용 마스터 벳치.
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