KR20210070106A - Fiber type color changeable gas sensor and article including the same - Google Patents

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KR20210070106A
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KR1020190160173A
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함완규
오현주
이승진
남인우
김도군
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한국생산기술연구원
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Abstract

Provided is a fiber-type color change gas sensor and an article including the same, comprising: fibers having a composite cross-sectional structure or a heterogeneous cross-sectional structure; and a dye that is located on at least one of the surface and the inside of the fiber, and shows a color change when exposed to acidic or basic gas.

Description

섬유형 색변화 가스센서 및 이를 포함하는 물품{Fiber type color changeable gas sensor and article including the same} Fiber type color changeable gas sensor and article including the same}

본 발명은 섬유형 색변화 가스센서 및 이를 포함하는 물품에 관한 것으로서, 구체적으로는 눈으로 색상 변화를 바로 관찰하여 작업자가 위험상황을 바로 인식할 수 있는 섬유형 색변화 가스센서 및 이를 포함하는 용품에 관한 것이다.The present invention relates to a fiber-type color change gas sensor and an article including the same, and specifically, a fiber-type color change gas sensor that allows an operator to immediately recognize a dangerous situation by directly observing a color change with the eyes, and an article comprising the same is about

최근 화학 관련 산업 현장에서 발생되는 안전사고와 화학가스 누출 및 폭발로 인한 인명피해가 지속적으로 증가하고 있으며, 이에 따른 가스 센서의 사용도 증가하는 추세이다.Recently, safety accidents occurring in chemical-related industrial sites and casualties due to chemical gas leaks and explosions are continuously increasing, and accordingly, the use of gas sensors is also increasing.

현재 유해가스 감지 센서 기술로는 전기적 신호, 또는 레이저와 같은 장치 방식, 색변화 조성물을 기재에 코팅하는 방식, 염색 또는 전기방사법을 이용한 섬유형 방식 등이 사용되고 있다. Currently, as a harmful gas detection sensor technology, a device method such as an electrical signal or a laser, a method of coating a color change composition on a substrate, a fiber type method using dyeing or electrospinning, etc. are used.

먼저, 전기적 신호 및 레이저와 같은 장치 방식은 별도의 디바이스 및 전원 장치가 필요하며, 유해가스를 측정 시, 감지 센서 장비는 측정이 필요한 장소에 거치식으로 구비하거나 소형의 장비를 작업자가 휴대하여 필요에 의해 센싱하는 방법을 채용하고 있다. 이때, 거치식의 경우, 공간 확보, 고비용으로 보급에 어려움이 있고, 휴대용의 경우에는 고가이면서 크기가 커서 휴대성이 떨어지는 한계가 있으며, 작동 방식이 일회성 감지의 경우가 대부분으로 작업 중 지속적인 모니터링의 어려움이 있다. 또한, 이러한 전기적 신호 및 레이저로 측정하는 방식을 채용한 장치는 유연성이 떨어져, 웨어러블 및 유연성이 요구되는 용도에 적용하기 힘든 단점이 있다.First, a separate device and power supply are required for device methods such as electrical signals and lasers, and when measuring harmful gases, the detection sensor equipment is installed in the place where the measurement is required, or a small equipment is carried by the operator to meet the needs. The sensing method is adopted. At this time, in the case of the stationary type, it is difficult to secure space and spread it at high cost, and in the case of the portable type, it is expensive and large in size, so there is a limitation in portability. There is this. In addition, a device employing such an electrical signal and a laser measurement method has poor flexibility, making it difficult to apply to wearables and applications requiring flexibility.

상기 색변화 조성물을 기재에 코팅하는 방식은, 사용되는 기재인 부직포 재료, 페이퍼 등의 비표면적이 작아 센서의 감도가 낮고, 소재와 단순 물리적 결합으로 구성되어 있어 내구성과 수명이 낮으며, 세탁가능성이 있는 스마트 의복 및 산업용 작업복과 같은 분야에 적용하기에 한계가 있다.In the method of coating the color change composition on the substrate, the specific surface area of the non-woven material, paper, etc., which is the substrate used, the sensitivity of the sensor is low, and the durability and lifespan are low because it is composed of a simple physical bonding with the material, and washability There is a limit to its application in fields such as smart clothing and industrial work clothes.

상기 염색을 이용한 섬유형 방식에서는, 침염 또는 날염의 염색이 적용 가능한 소재가 제한적이며, 섬유의 직경이 수십 마이크로미터로 감응성이 떨어지기 쉽고, 제조한 섬유구조체가 두꺼워 유연성을 떨어트릴 수 있다. 또한, 전기방사법을 이용한 섬유형 방식의 경우, 나노 사이즈로 비표면적이 높아져 센서의 감응 속도는 빠른 반면, 생산성이 낮아 단가가 높고, 기계적 강도가 낮아 보호복과 같은 일정 강도가 요구되는 적용분야에 제한이 있다.In the fiber-type method using the dyeing, the materials applicable to the dyeing of the immersion dyeing or printing are limited, the sensitivity of the fibers is tens of micrometers, and the sensitivity is easy to fall, and the fabricated fibrous structure is thick, so flexibility can be reduced. In addition, in the case of the fiber-type method using the electrospinning method, the nano-size specific surface area is increased and the sensor response speed is fast, but the productivity is low, so the unit price is high, and the mechanical strength is low, so it is limited to application fields that require a certain strength such as protective clothing There is this.

본 발명이 해결하려는 과제는 눈으로 색상 변화를 바로 관찰하여 작업자가 위험상황을 바로 인식할 수 있는 섬유형 색변화 가스센서 및 이를 포함하는 물품을 제공하는 것이다.An object to be solved by the present invention is to provide a fiber-type color change gas sensor and an article including the same, in which an operator can immediately recognize a dangerous situation by directly observing a color change with the eyes.

이러한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예의 섬유형 색변화 가스센서가 제공된다.In order to solve this problem, according to one aspect of the present invention, there is provided a fiber-type color change gas sensor of the following embodiment.

제1 구현에에 따르면, According to a first implementation,

복합 단면 구조 또는 이형 단면 구조를 갖는 섬유; 및 상기 섬유의 표면 및 내부 중 적어도 일 이상에 위치하고, 산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소;를 포함하는 섬유형 색변화 가스센서가 제공된다. fibers having a composite cross-sectional structure or a heterogeneous cross-sectional structure; and a dye located on at least one of the surface and the inside of the fiber and exhibiting a color change when exposed to an acidic or basic gas; a fiber-type color change gas sensor comprising a.

제2 구현예에 따르면, 제1 구현예에 있어서, According to a second embodiment, according to the first embodiment,

상기 섬유가 강도 1.5g/d 이상의 장섬유일 수 있다.The fiber may be a long fiber having a strength of 1.5 g/d or more.

제3 구현예에 따르면, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서, According to a third embodiment, according to the first or second embodiment,

상기 복합 단면 구조가 시스-코어 구조, 분할 구조, 분할된 시스-코어 구조, 또는 분할된 이형단면 구조일 수 있다.The composite cross-sectional structure may be a sheath-core structure, a divided structure, a divided sheath-core structure, or a divided heteromorphic cross-sectional structure.

제4 구현예에 따르면, 제3 구현예에 있어서, According to a fourth embodiment, according to a third embodiment,

상기 복합 단면 구조가 시스-코어 구조인 경우, 시스 부분에만 상기 색소가 혼합되고, 또는 분할 구조인 경우 일측에는 상기 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소가, 타측에는 상기 산성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소가 혼합될 수 있다.When the composite cross-sectional structure is a cis-core structure, the dye is mixed only in the cis portion, or in the case of a divided structure, a dye showing a color change when exposed to the basic gas is provided on one side and a color when exposed to the acid gas on the other side Pigments showing changes may be mixed.

제5 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, According to a fifth embodiment, according to any one of the first to fourth embodiments,

상기 산성 가스 노출에 색변화를 보이는 색소가 메틸렌블루(Methylene Blue), 메틸옐로우(Methyl Yellow), 티몰블루(Thymol Blue), 펜타메톡시레드(Pentamethoxy Red), 브로모크레졸 그린(Bromochresol green), 로다민(Rhodamine), 또는 이들 중 2 이상을 포함하고, 상기 염기성 가스 노출에 색변화를 보이는 색소가 페노프탈레인(Phenophthalein), 크레졸레드(Cresol Red), 알리자린엘로우 R(Alizarine Yellow R) 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.The pigments showing color change upon exposure to the acid gas are methylene blue, methyl yellow, thymol blue, pentamethoxy red, bromochresol green, Rhodamine, or a pigment containing two or more of them, and showing a color change upon exposure to the basic gas is phenophthalein, cresol red, alizarin yellow R (Alizarine Yellow R) or It may include two or more of these.

제6 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제5 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, According to a sixth embodiment, according to any one of the first to fifth embodiments,

상기 섬유형 색변화 가스센서가 산성 또는 염기성 가스에 노출전 대비 산성 또는 염기성 가스에 노출 후 2 이상의 색차(△E)를 나타낼 수 있다.The fiber-type color change gas sensor may exhibit a color difference (ΔE) of two or more after exposure to acidic or basic gas compared to before exposure to acidic or basic gas.

제7 구현예에 따르면,According to a seventh embodiment,

산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소 및 섬유 형성용 고분자를 압출기에 투입하고, 혼합 및 용융하여 용융 조성물을 준비하는 단계;Preparing a molten composition by adding a dye and a polymer for fiber formation that change color when exposed to acidic or basic gas to an extruder, mixing and melting;

상기 용융 조성물을 복합 단면 노즐 또는 이형 단면 노즐을 통해 복합 단면 구조 또는 이형 단면 구조를 갖는 섬유를 용융 방사하는 단계; 및melt spinning the molten composition into a fiber having a complex cross-sectional structure or a different cross-sectional structure through a complex cross-sectional nozzle or a different cross-sectional nozzle; and

상기 용융 방사된 섬유를 권취 및 연신을 통해 섬유를 세섬화 하는 단계; 를 포함하는, winding and drawing the melt-spun fiber to make the fiber finer; containing,

제1 구현예에 따른 섬유형 색변화 가스 센서의 제조방법이 제공된다.A method for manufacturing a fiber-type color change gas sensor according to the first embodiment is provided.

제8 구현예에 따르면, 제7 구현예에 있어서, According to the eighth embodiment, according to the seventh embodiment,

상기 용융 조성물을 준비하는 단계에서, 상기 산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소 및 섬유 형성용 고분자를 압출기에 투입할 때, 미리 상기 색소 및 섬유 형성용 고분자를 혼합하여 마스터배치를 준비하고, 이후 상기 마스터배치와 순수한 섬유 형성용 고분자를 투입 혼합할 수 있다.In the step of preparing the molten composition, when the dye and the polymer for fiber formation showing a color change when exposed to the acidic or basic gas are put into the extruder, the dye and the polymer for fiber formation are mixed in advance to prepare a master batch, , then the masterbatch and the polymer for forming pure fibers may be added and mixed.

제9 구현예에 따르면, 제8 구현예에 있어서, According to the ninth embodiment, according to the eighth embodiment,

상기 마스터배치를 준비하는 단계에서 상기 산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소의 함량이 상기 마스터배치 전체 중량 기준으로 1 내지 20 중량%일 수 있다.The content of the pigment showing a color change when exposed to the acidic or basic gas in the step of preparing the masterbatch may be 1 to 20% by weight based on the total weight of the masterbatch.

제10 구현예에 따르면, 제7 구현예 내지 제9 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, According to a tenth embodiment, according to any one of the seventh to ninth embodiments,

상기 색소가 160 내지 280℃에서 10분 이상 유지되었을 때 50% 이하의 중량감소 특성을 가질 수 있다.When the dye is maintained at 160 to 280° C. for 10 minutes or more, it may have a weight reduction characteristic of 50% or less.

제11 구현예에 따르면, 제7 구현예 내지 제10 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, According to an eleventh embodiment, according to any one of the seventh to tenth embodiments,

상기 복합 단면 노즐이 시스-코어 구조, 분할 구조, 분할된 시스-코어 구조, 또는 분할된 이형단면 구조를 가지고, 상기 이형 단면 노즐이 다각 단면 구조 또는 중공 구조를 가질 수 있다.The composite cross-section nozzle may have a sheath-core structure, a divided structure, a divided sheath-core structure, or a divided heterogeneous cross-sectional structure, and the heterogeneous cross-section nozzle may have a polygonal cross-sectional structure or a hollow structure.

제12 구현예에 따르면, 제7 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, According to a twelfth embodiment, according to any one of the seventh to eleventh embodiments,

상기 세섬화 하는 단계 이후에, 상기 세섬화된 섬유를 가연 및 합사하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the step of fibrillating, it may further include the step of twisting and braiding the fibrillated fibers.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예의 용품이 제공된다.According to one aspect of the present invention, an article of the following embodiments is provided.

제13 구현예에 따르면, 제1 구현예 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예의 섬유형 색변화 가스센서를 포함하는 물품이 제공된다.According to a thirteenth embodiment, there is provided an article comprising the fibrous color change gas sensor of any one of the first to sixth embodiments.

제14 구현예에 따르면, 제13 구현예에 있어서,According to the fourteenth embodiment, according to the thirteenth embodiment,

상기 물품이 의복, 장갑, 모자, 벨트, 마스크, 양말, 또는 손목 밴드 일 수 있다. The article may be a garment, a glove, a hat, a belt, a mask, a sock, or a wristband.

제15 구현예에 따르면, 제13 구현예 또는 제14 구현예에 있어서,According to a fifteenth embodiment, according to the thirteenth or fourteenth embodiment,

상기 섬유형 색변화 가스센서가 편직 혹은 자수 형태로 상기 물품의 일부에 적용될 수 있다.The fiber-type color change gas sensor may be applied to a part of the article in the form of knitting or embroidery.

본 발명의 일 구현예에 따른 섬유형 색변화 가스센서는, 화학 관련 산업 현장에서 종래의 고가의 가스 센서 장비와 비교하여 저가로 제조가 가능하다. 또한, 상기 섬유형 색변화 가스센서는 섬유 상태로 제조되어 편직 또는 제직을 통하여 보호복 등의 용품 자체로 제공할 수도 있고, 기존의 보호복, 모자 등의 용품에 자수 등의 방식으로도 용이하게 부가할 수 있다. 그 결과, 상기 섬유형 색변화 가스센서는 별도의 전기장치를 통해 산 및 염기감지를 측정하는 것이 아닌, 눈으로 색상 변화를 바로 관찰하여 작업자가 위험상황을 바로 인식할 수 있으며, 휴대성이 크게 개선되어, 종래의 거치식 혹은 휴대용 기기 기반으로 작업자가 필요한 장소에 별도로 거치 혹은 휴대하여 타겟 가스의 누출 여부 및 농도를 확인하여 위험성을 판단하는 번거로운 문제를 해소할 수 있다. 또한, 상기 섬유형 색변화 가스센서는 최근 각광받고 있는 웨어러블 기기 또는 유연 전자 소자에 적용할 수 있다. The fiber-type color change gas sensor according to an embodiment of the present invention can be manufactured at a low cost compared to conventional expensive gas sensor equipment in a chemical industry. In addition, the fiber-type color change gas sensor is manufactured in a fiber state and can be provided as a product such as a protective suit itself through knitting or weaving, and can be easily embroidered on existing protective clothing, hats, etc. can be added As a result, the fiber-type color change gas sensor does not measure acid and base detection through a separate electric device, but directly observes the color change with the eyes, so that the operator can immediately recognize a dangerous situation, and the portability is great. Improved, it is possible to solve the cumbersome problem of determining the risk by checking whether or not the target gas is leaked and the concentration by separately mounting or carrying it in a required place based on the conventional stationary or portable device. In addition, the fiber-type color change gas sensor can be applied to a wearable device or a flexible electronic device that has recently been in the spotlight.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 색변화 가스센서의 단면 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 색변화 가스센서의 사진이다.
도 3은 실시예 1 내지 4로부터 제조된 가스감지 색 변화 섬유의 단면을 FE-SEM으로 측정한 이미지이다.
도 4는 실시예 1 내지 2의 섬유형 색변화 가스센서의 50 ppm의 염산 가스 노출에 대한 시간에 따른 반사율(Reflectance)를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 1 내지 2의 섬유형 색변화 가스센서의 50 ppm의 염산 가스 노출에 대한 시간에 따른 △E값을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1 내지 2의 섬유형 색변화 가스센서의 산(HCl) 가스 노출 전 후의 사진이다.
도 7은 실시예 3 내지 4의 섬유형 색변화 가스센서의 50 ppm의 암모니아 가스 노출에 대한 시간에 따른 반사율(Reflectance)를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 3 내지 4의 섬유형 색변화 가스센서의 50 ppm의 암모니아 가스 노출에 대한 시간에 따른 △E값을 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 3 내지 4의 섬유형 색변화 가스센서의 염기(암모니아) 가스 노출 전 후의 사진이다.
도 10은 실시예 1의 섬유형 색변화 가스센서를 이용한 자수 샘플의 산 가스 노출 후 변색 이미지를 나타낸 사진이다.
The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention to be described later. should not be construed as being limited only to
1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a fiber-type color change gas sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of a fiber-type color change gas sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is an image of the cross-section of the gas-sensing color-changing fiber prepared in Examples 1 to 4 measured by FE-SEM.
4 is a graph showing reflectance over time for exposure to 50 ppm hydrochloric acid gas of the fiber-type color change gas sensor of Examples 1 and 2;
5 is a graph showing ΔE values according to time for exposure to 50 ppm hydrochloric acid gas of the fiber-type color change gas sensor of Examples 1 and 2;
6 is a photograph before and after exposure to acid (HCl) gas of the fiber-type color change gas sensor of Examples 1 and 2;
7 is a graph showing reflectance over time for exposure to 50 ppm ammonia gas of the fiber-type color change gas sensor of Examples 3 to 4;
8 is a graph showing ΔE values according to time for exposure to ammonia gas at 50 ppm of the fiber-type color change gas sensor of Examples 3 to 4;
9 is a photograph before and after exposure to base (ammonia) gas of the fiber-type color change gas sensor of Examples 3 to 4;
10 is a photograph showing a discoloration image of an embroidery sample using the fiber-type color change gas sensor of Example 1 after exposure to acid gas.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Accordingly, the configuration shown in the embodiments described in this specification is only one of the most preferred embodiments of the present invention and does not represent all of the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and variations.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복합 단면 구조 또는 이형 단면 구조를 갖는 섬유; 및 상기 섬유의 표면 및 내부 중 적어도 일 이상에 위치하고, 산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소;를 포함하는 섬유형 색변화 가스센서가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a fiber having a composite cross-sectional structure or a heterogeneous cross-sectional structure; and a dye located on at least one of the surface and the inside of the fiber and exhibiting a color change when exposed to an acidic or basic gas; a fiber-type color change gas sensor comprising a.

상기 복합 단면 구조를 갖는 섬유라 함은 2 이상의 상이한 섬유 성분을 포함하여 형성된 단면 구조를 갖는 섬유를 의미한다. 이러한 상기 복합 단면 구조를 갖는 섬유는 2 이상의 상이한 고분자를 각각 독립적으로 토출량을 조절하면서 하나의 세공을 통하여 방사하는 복합 방사를 통하여 구현될 수 있다.The fiber having a composite cross-sectional structure means a fiber having a cross-sectional structure formed by including two or more different fiber components. The fiber having such a composite cross-sectional structure may be implemented through composite spinning in which two or more different polymers are spun through one pore while independently controlling the discharge amount.

상기 복합 단면 구조로는 한 성분은 코어(심)로, 다른 성분은 이를 둘러싸고 있는 형태인 시스-코어 구조, 2 성분이 서로 부착되어 있는 형태인 분할 구조, 분할된 시스-코어 구조, 또는 분할된 이형단면 구조일 수 있다.The composite cross-sectional structure includes a sheath-core structure in which one component is a core (core) and the other component surrounds it, a divided structure in which two components are attached to each other, a divided sheath-core structure, or a divided It may have a heteromorphic cross-sectional structure.

상기 시스-코어 구조는 코어부가 1개인 모노 시스-코어 구조와, 코어부가 복수개인 멀티 시스-코어 구조 등이 있다. 또한, 상기 분할 구조는 2 성분이 서로 부착되어 있는 사이드-바이-사이드 구조, 또는 2 성분이 교호로 접합되어 있는 형식으로 복합되어 있는 형태인 다층 사이드-바이-사이드 구조 등이 있다. 또한, 상기 분할된 시스-코어 구조는 코어부를 둘러 싸는 시스부가 분할되어 있는 구조를 말한다. 위의 분할된 이형단면 구조는 사이드-바이-사이드 구조에 표면이 매끈한 원형이 아닌 다각의 이형 단면 구조를 말한다.The sheath-core structure includes a mono sheath-core structure having one core portion, a multi-sheath-core structure having a plurality of core portions, and the like. In addition, the divided structure includes a side-by-side structure in which two components are attached to each other, or a multi-layered side-by-side structure in which two components are combined in a form in which they are alternately joined. In addition, the divided sheath-core structure refers to a structure in which the sheath portion surrounding the core portion is divided. The above divided heterogeneous cross-sectional structure refers to a polygonal heterogeneous cross-sectional structure with a smooth surface in a side-by-side structure.

상기 이형 단면 구조를 갖는 섬유라 함은 섬유가 단면이 원형이 아닌 형태를 갖는 섬유를 말하고, 이러한 비원형화 단면 구조의 예로는 3각, 4각, 5각, 6각 등의 다각 단면 구조, 중공 구조 등이 있을 수 있다. 상기 이형 단면 구조를 갖는 섬유는 원형 단면을 갖는 섬유 보다 비표면적이 크므로, 산 또는 염기 가스와 접촉 면적이 넓어져서 더 빨리 정확하게 가스 노출 여부를 확인할 수 있는 장점이 있다.The term "fiber having a heterogeneous cross-sectional structure" refers to a fiber in which the fiber has a non-circular cross-section, and examples of such a non-circular cross-sectional structure include a polygonal cross-sectional structure such as triangular, quadrilateral, pentagonal, or hexagonal; There may be a hollow structure and the like. Since the fiber having the heterogeneous cross-sectional structure has a larger specific surface area than the fiber having a circular cross-section, the contact area with the acid or base gas is widened, so that it is possible to check whether the gas is exposed more quickly and accurately.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유형 색변화 가스센서의 단면 구조를 나타낸 모식도이다. 도 1의 (a)는 모노 시스-코어 구조를 나타내고, 도 1의 (b)는 사이드-바이-사이드 구조를 나타내고, 도 1의 (c)는 분할된 시스-코어 구조를 나타내며, 도 1의 (d)는 7각의 다각 단면의 이형단면 구조를 나타낸 것이다.1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a fiber-type color change gas sensor according to an embodiment of the present invention. Figure 1 (a) shows a mono cis-core structure, Figure 1 (b) shows a side-by-side structure, Figure 1 (c) shows a divided cis-core structure, (d) shows the heterogeneous cross-sectional structure of the 7-sided polygonal cross-section.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 시스-코어 구조를 갖는 섬유의 경우, 외곽인 시스부에 색소가 혼합된 고분자 수지가 있고 코어부는 기계적 강도를 보완하기 위한 고분자 수지가 배치될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in the case of the fiber having the sheath-core structure, a polymer resin mixed with a dye may be provided in the outer sheath portion, and a polymer resin may be disposed in the core portion to supplement mechanical strength.

또한, 상기 분할 구조를 갖는 섬유의 경우, 1종은 색소가 혼합된 고분자 수지(도 1의 (b)의 a 부분), 다른 면은 기계적 강도를 보완하기 위한 고분자 수지(도 1의 (b)의 b 부분)가 배치될 수 있다. 또는 1종은 염기 감지 색소, 다른 면은 산 감지 색소로 제조되어 산/염기 둘 다 감지 가능한 섬유로 제조될 수도 있다. In addition, in the case of the fiber having the split structure, one type is a polymer resin mixed with a dye (part a in Fig. 1 (b)), and the other side is a polymer resin for supplementing mechanical strength (Fig. 1 (b)). part b) of can be arranged. Alternatively, one type may be made of a base-sensing dye, and the other side may be made of an acid-sensing dye, so that the fiber can detect both acid/base.

상기 분할된 시스-코어 구조를 갖는 섬유의 경우, 코어부는 기계적 강도를 보완하기 위한 고분자 수지가 배치되고, 시스부의 일측(도 1의 (c)의 c 부분)에는 염기 감지 색소, 다른 측(도 1의 (c)의 d 부분)은 산 감지 색소로 제조될 수 있다. 이 경우에는 섬유의 기계적 강도를 증가하면서, 외곽에 산과 염기를 동시에 감지할 수 있는 장점이 있다.In the case of the fiber having the divided sheath-core structure, a polymer resin for supplementing the mechanical strength of the core is disposed, a base sensing dye is provided on one side of the sheath (part c in FIG. Part d of (c) of 1) may be prepared with an acid-sensitive dye. In this case, while increasing the mechanical strength of the fiber, there is an advantage that the acid and the base can be simultaneously detected on the outside.

상기 섬유로는 복합 단면 구조 또는 이형 단면 구조를 갖도록 용융 방사 가능한 재료라면 제한 없이 적용될 수 있다.As the fiber, any material that can be melt-spun to have a composite cross-sectional structure or a heterogeneous cross-sectional structure may be applied without limitation.

상기 섬유의 비제한적인 예로는 폴리아미드(나일론 6, 나일론 66 등), 폴리락트산(PLA), 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌이미드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 술폰화된 폴리술폰, 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리비닐아세테이트, 폴리에스테르(폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등), 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다.Non-limiting examples of the fibers include polyamide (nylon 6, nylon 66, etc.), polylactic acid (PLA), polyolefin (polyethylene, polypropylene, etc.), polyacrylonitrile, polyacrylic acid, polyacrylate, polymethylmethacrylic acid Late, polyethyleneimide, cellulose acetate, cellulose triacetate, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, sulfonated polysulfone, polyethylene oxide and polyvinyl acetate, polyester (polyethylene terephthalate, polybutylene tere phthalate, polytrimethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, etc.), or two or more of these.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 섬유의 평균 직경은 5 내지 30 ㎛, 또는 5 내지 18 ㎛, 또는 5 내지 13 ㎛일 수 있다. 상기 섬유의 평균 직경이 이러한 범위를 만족하는 경우에, 센싱 가능한 비표면적이 넓어지기 때문에 유리하다.According to one embodiment of the present invention, the average diameter of the fibers may be 5 to 30 μm, or 5 to 18 μm, or 5 to 13 μm. When the average diameter of the fiber satisfies this range, it is advantageous because the specific surface area that can be sensed increases.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 섬유는 강도 1.5g/d 이상, 또는 1.5g/d 내지 7.0 g/d, 또는 2.5 g/d 내지 5.5 g/d를 갖는 장섬유일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the fiber may be a long fiber having a strength of 1.5 g/d or more, or 1.5 g/d to 7.0 g/d, or 2.5 g/d to 5.5 g/d.

본 명세서에서 장섬유라 함은, 길이가 20 내지 100 mm 정도의 단섬유(또는 스테이플(staple) 섬유)와 대비하여, 섬유의 길이가 무한히 긴 섬유를 말하며, 필라멘트(filament) 섬유라고도 불리울 수 있다. 이 장섬유는 한 가닥만으로 한 올의 실를 구성하는 모노 필라멘트사일 수도 있고, 몇 가닥의 모노 필라멘트사가 합해 한 올의 실을 형성하는 멀티 필라멘트사일 수도 있다.As used herein, the long fiber refers to a fiber having an infinitely long fiber length as compared to a short fiber (or staple fiber) having a length of about 20 to 100 mm, and may also be called a filament fiber. have. The long fiber may be a monofilament yarn constituting a single yarn with only one strand, or a multifilament yarn in which several monofilament yarns are combined to form a single yarn.

종래에 전기 용액 방사로 얻어진 섬유의 경우 강도가 200 MPa 이하로 매우 작아서, 보호복과 같은 일정 강도가 요구되는 용도에 적용이 곤란하고, 부직포 상태로 다양한 형태로의 적용이 불리할 수 있다.Conventionally, in the case of fibers obtained by electrolytic solution spinning, the strength is very small (200 MPa or less), so it is difficult to apply to uses requiring a certain strength, such as protective clothing, and application in various forms in a nonwoven state may be disadvantageous.

상기 산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소로는 상기 섬유의 표면 및 내부 중 적어도 일 이상에 위치하면서, 산성 또는 염기성 가스에 의해 색변화를 일으키는 염료나 안료 등이 적용될 수 있다. 전술한 바와 같이 상기 섬유가 복합 단면 구조 또는 이형 단면 구조를 갖는 섬유로 형성하기 위해서 용융 방사 공정을 거치게 되므로, 상기 색소도 용융 방사 공정에 적합한 특성을 가져야 한다. 따라서, 상기 산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소는 통상의 용융 방사 공정의 온도 조건인 160 내지 280℃에서 사용이 가능한 열안정성이 필요하다. 예를 들어 상기 색소는 용융 방사 공정의 온도 조건에서 10분 이상 유지되었을 때 50% 이하의 중량감소 특성을 보이거나, 더욱 바람직하게는 30분 이상 유지되었을 때 50% 이하의 중량감소 특성을 보이는 것이 바람직할 수 있다. 이때, 상기 색소의 열안정성은 시차열분석(DTA), 시차주사열량측정(DSC), 또는 열중량측정(TG) 등의 방법을 이용하여 평가할 수 있다.As the pigment showing a color change upon exposure to the acidic or basic gas, a dye or pigment that is located on at least one of the surface and the inside of the fiber and causes a color change by an acidic or basic gas may be applied. As described above, since the fiber undergoes a melt spinning process to form a fiber having a composite cross-sectional structure or a heterogeneous cross-sectional structure, the dye must also have properties suitable for the melt spinning process. Therefore, the dye showing color change upon exposure to the acidic or basic gas needs thermal stability that can be used at 160 to 280° C., which is a temperature condition of a typical melt spinning process. For example, the dye exhibits a weight reduction characteristic of 50% or less when maintained for 10 minutes or more at the temperature condition of the melt spinning process, or more preferably, shows a weight reduction characteristic of 50% or less when maintained for 30 minutes or more may be desirable. In this case, the thermal stability of the dye may be evaluated using a method such as differential thermal analysis (DTA), differential scanning calorimetry (DSC), or thermogravimetry (TG).

상기 색소의 부피 평균 입경이 1 내지 200 ㎛, 또는 1 내지 100 ㎛, 또는 1 내지 50 ㎛일 수 있다. 이때, 상기 색소의 부피 평균 입경이 이러한 범위를 만족하는 경우에 방사 노즐 막힘 등의 공정상의 문제를 최소화 할 수 있어서 유리하다.  The volume average particle diameter of the pigment may be 1 to 200 μm, or 1 to 100 μm, or 1 to 50 μm. In this case, when the volume average particle diameter of the dye satisfies this range, it is advantageous in that it is possible to minimize process problems such as clogging of the spinning nozzle.

상기 색소의 일례로는, 산성 가스 누출에 색변화를 보이는 색소로 메틸렌블루(Methylene Blue)(융점 100-110℃), 메틸옐로우(Methyl Yellow)(융점 111℃, 메틸오랜지(Methyl Orange)(융점 300℃ 이상) 티몰블루(Thymol Blue)(융점 221~224℃), 펜타메톡시레드(Pentamethoxy Red)(융점 146-148℃), 브로모크레졸 그린(Bromochresol green)(융점 225℃), 로다민(Rhodamine)(융점 210~211℃) 등이 있고, 염기성 가스 누출에 색변화를 보이는 색소로 페노프탈레인(Phenophthalein)(융점 258~263℃), 크레졸레드(Cresol Red) (융점 250℃), 알리자린엘로우 R(Alizarine Yellow R) (융점 253~254 ℃), 등이 사용될 수 있으나, 여기에 제한되지 않는다.As an example of the pigment, methylene blue (melting point 100-110 ℃), methyl yellow (melting point 111 ℃, methyl orange) (melting point) as a pigment showing a color change in acid gas leakage 300℃ or higher) Thymol Blue (melting point 221~224℃), Pentamethoxy Red (melting point 146-148℃), Bromocresol green (melting point 225℃), Rhodamine (Rhodamine) (melting point 210~211℃), etc., and it is a pigment that shows color change when basic gas leaks. Phenophthalein (melting point 258~263℃), Cresol Red (melting point 250℃) , Alizarin Yellow R (Alizarine Yellow R) (melting point 253 ~ 254 ℃), and the like may be used, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 섬유형 색변화 가스센서는, 산 및 염기가스 혹은 산/염기 둘 다 감지할 수 있는 색소가 표면에 함유되어 가스에 노출 시 40초 이내, 또는 30 초 이내, 또는 10초 이내에 변색될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the fiber-type color change gas sensor contains a dye capable of detecting acid and base gas or both acid/base on the surface, so that when exposed to gas within 40 seconds, or within 30 seconds , or may be discolored within 10 seconds.

본 명세서에서 색변화라 함은, 산성 또는 염기성 가스와 접촉하기 전 최초 섬유형 색변화 가스센서와 대비하여 산성 또는 염기성 가스에 노출 후 2 이상, 또는 5 이상의 색차(△E)를 나타내는 것을 의미할 수 있다.As used herein, the color change means showing a color difference (ΔE) of 2 or more, or 5 or more after exposure to acidic or basic gas compared to the first fiber-type color change gas sensor before contact with acidic or basic gas. can

이 때 △E는 분광색차계로부터 측정된 CIE L*a*b* 표색계에서 얻어진 L*, a*, b* 값의 거리를 가지고 계산한 값으로, 최초 상태(가스 노출전)의 시료를 기준으로 하여 △E를 다음의 계산식으로부터 계산한 것이다.At this time, ΔE is a value calculated with the distance of L*, a*, b* values obtained from the CIE L*a*b* colorimetric system measured from the spectrophotometer, and is based on the sample in the initial state (before gas exposure). ΔE is calculated from the following formula.

Figure pat00001
Figure pat00001

본 발명의 일 구현예에 따른 섬유형 색변화 가스센서는 별도의 전기장치를 통해 산 및 염기감지를 측정하는 것이 아닌, 눈으로 색상 변화를 바로 관찰하여 작업자가 위험상황을 바로 인식할 수 있다. The fiber-type color change gas sensor according to an embodiment of the present invention does not measure acid and base detection through a separate electric device, but directly observes the color change with the eyes, so that the operator can immediately recognize a dangerous situation.

상기 섬유형 색변화 가스센서는 섬유 형성 고분자와 색소를 함께 용융방사 형태로 제조되어, 상기 색소가 섬유의 표면 및 내부 등에 견고하게 결착되어 있다. 따라서, 종래의 염색 방식이나 코팅 방식에 의해 산성 또는 염기성 가스에 변색하는 염료를 적용한 기술에 비하여, 이러한 섬유형 색변화 가스센서를 적용한 물품의 세탁 내구성이 현저하게 우수하여, 반복된 세탁을 하여도 색변화 특성이 저하되지 않은 상태로 재사용 할 수 있다.The fiber-type color change gas sensor is manufactured in the form of melt spinning together with a fiber-forming polymer and a dye, and the dye is firmly bound to the surface and inside of the fiber. Therefore, compared to the technology of applying a dye that changes color to acidic or basic gas by a conventional dyeing method or coating method, the washing durability of the article to which this fiber-type color change gas sensor is applied is remarkably superior, even after repeated washing. It can be reused without deterioration of color change characteristics.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 섬유형 색변화 가스센서에서 상기 색소의 함량은 상기 섬유형 색변화 가스센서 전체 중량 기준으로 1 내지 5 중량%, 또는 2 내지 3 중량%일 수 있다. 상기 색소의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에 센서의 민감도 측면에서 유리할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the content of the dye in the fiber type color change gas sensor may be 1 to 5 wt%, or 2 to 3 wt% based on the total weight of the fiber type color change gas sensor. When the content of the dye satisfies this range, it may be advantageous in terms of sensitivity of the sensor.

또한, 상기 섬유형 색변화 가스센서가 시스-코어 구조를 갖는 경우에는 시스부 및 코어부의 단면적비는 2:8 내지 5:5, 또는 3:7 내지 4:6 일 수 있다. 상기 시스부 및 코어부의 단면적비가 이러한 범위를 만족하는 경우에 색변화 가스센서의 기계적 강도 및 방사성 측면에서 유리할 수 있다.In addition, when the fiber-type color change gas sensor has a sheath-core structure, the cross-sectional area ratio of the sheath portion and the core portion may be 2:8 to 5:5, or 3:7 to 4:6. When the cross-sectional area ratio of the sheath portion and the core portion satisfies this range, it may be advantageous in terms of mechanical strength and radiation of the color change gas sensor.

또한, 상기 섬유형 색변화 가스센서가 시스-코어 구조이고, 시스부에만 색소가 포함되는 경우에, 상기 색소의 함량은 상기 시스부 전체 중량 기준으로 1 내지 5 중량%, 또는 2 내지 3 중량%일 수 있다. 상기 색소의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에 센서의 가스 감지 성능 측면에서 유리할 수 있다.In addition, when the fiber-type color change gas sensor has a sheath-core structure and a pigment is included only in the sheath, the content of the pigment is 1 to 5% by weight, or 2 to 3% by weight based on the total weight of the sheath. can be When the content of the dye satisfies this range, it may be advantageous in terms of gas sensing performance of the sensor.

또한, 상기 섬유형 색변화 가스센서가 분할 구조 중 사이드-바이-사이드 구조를 갖는 경우에는 일 사이드와 타 사이드의 단면적비는 5:5 내지 7:3, 또는 6:4 내지 4:6 일 수 있다. In addition, when the fiber-type color change gas sensor has a side-by-side structure among the divided structures, the cross-sectional area ratio of one side and the other side may be 5:5 to 7:3, or 6:4 to 4:6. have.

상기 일 사이드와 타 사이드의 단면적비가 이러한 범위를 만족하는 경우에 센서의 감지 성능 및 방사 공정성 면에서 유리할 수 있다.When the cross-sectional area ratio of the one side and the other side satisfies this range, it may be advantageous in terms of sensing performance and radiation fairness of the sensor.

또한, 상기 섬유형 색변화 가스센서가 사이드-바이-사이드 구조이고, 일 사이드부에만 색소가 포함되는 경우에, 상기 색소의 함량은 상기 일 사이드부 전체 중량 기준으로 1 내지 5 중량%, 또는 2 내지 3 중량%일 수 있다. 또한, 상기 섬유형 색변화 가스센서가 사이드-바이-사이드 구조이고, 일 사이드부에는 산성 가스 감지 색소를, 타 사이드부에는 염기성 가스 감지 색소를 각각 포함하는 경우에, 상기 각 색소의 함량은 각각 독립적으로 일 사이드부 전체 중량 기준으로 1 내지 5 중량%, 또는 2 내지 3 중량%일 수 있다. 상기 색소의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우에 가스 감지 성능 및 방사 공정성 면에서 유리할 수 있다.In addition, when the fiber-type color change gas sensor has a side-by-side structure and a dye is included in only one side part, the content of the dye is 1 to 5% by weight based on the total weight of the one side part, or 2 to 3% by weight. In addition, when the fiber-type color change gas sensor has a side-by-side structure and includes an acid gas sensing dye in one side portion and a basic gas detection dye in the other side portion, the content of each dye is respectively Independently, it may be 1 to 5 wt%, or 2 to 3 wt%, based on the total weight of one side part. When the content of the dye satisfies this range, it may be advantageous in terms of gas sensing performance and radiation fairness.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 단계를 포함하는 전술한 섬유형 색변화 가스센서의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing the above-described fiber-type color change gas sensor comprising the following steps.

산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소 및 섬유 형성용 고분자를 압출기(익스트루더)에 투입하고, 혼합 및 용융하여 용융 조성물을 준비하는 단계;Preparing a molten composition by adding a dye and a polymer for fiber formation that change color when exposed to acidic or basic gas to an extruder (extruder), mixing and melting;

상기 용융 조성물을 복합 단면 노즐 또는 이형 단면 노즐을 통해 복합 단면 구조 또는 이형 단면 구조를 갖는 섬유를 용융 방사하는 단계; melt spinning the molten composition into a fiber having a complex cross-sectional structure or a different cross-sectional structure through a complex cross-sectional nozzle or a different cross-sectional nozzle;

상기 용융 방사된 섬유를 권취 및 연신을 통해 섬유를 세섬화 하는 단계;를 포함할 수 있다.It may include; winding and stretching the melt-spun fiber to make the fiber finer.

이때, 상기 산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소 및 섬유 형성용 고분자를 압출기(익스트루더)에 투입할 때, 미리 색소 및 섬유 형성용 고분자를 혼합하여 마스터배치를 준비하고, 이후 상기 마스터배치와 순수한 섬유 형성용 고분자를 투입 혼합할 수도 있다. At this time, when the dye and the polymer for fiber formation, which show color change when exposed to the acidic or basic gas, are put into the extruder (extruder), a master batch is prepared by mixing the dye and the polymer for fiber formation in advance, and then Masterbatch and pure fiber-forming polymer may be added and mixed.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소의 함량이 상기 마스터배치 전체 중량 기준으로 1 내지 20 중량%, 또는 1 내지 10 중량%일 수 있다. 이와 같이 마스터배치를 이용하는 경우에는 최종 섬유에 포함되는 색소의 함량 조절에 유리하고, 압출기 내에서 색소와 섬유 형성용 고분자간의 보다 더 균일한 혼합을 가능하게 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the content of the pigment showing a color change when exposed to the acidic or basic gas may be 1 to 20% by weight, or 1 to 10% by weight based on the total weight of the masterbatch. In the case of using the masterbatch as described above, it is advantageous to control the content of the dye contained in the final fiber, and it is possible to enable more uniform mixing between the dye and the polymer for fiber formation in the extruder.

상기 복합 단면 노즐은 전술한 섬유의 단면 구조와 대응되게, 시스-코어 구조, 분할 구조, 분할된 시스-코어 구조, 또는 분할된 이형단면 구조를 가지고, 상기 이형 단면 노즐은 3각, 4각, 5각, 6각 등의 다각 단면 구조 다각 단면 구조 또는 중공 구조를 가질 수 있다.The composite cross-sectional nozzle has a sheath-core structure, a divided structure, a divided sheath-core structure, or a divided heterogeneous cross-sectional structure to correspond to the cross-sectional structure of the above-described fiber, and the heterogeneous cross-section nozzle is triangular, quadrangular, Polygonal cross-sectional structure such as pentagonal, hexagonal, etc. It may have a polygonal cross-sectional structure or a hollow structure.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 세섬화 하는 단계에서 권취 속도는 800 내지 5,000 m/min이고, 연신비는 2 내지 4배로 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the winding speed in the step of thinning is 800 to 5,000 m/min, and the draw ratio can be adjusted to 2 to 4 times.

또한, 상기 세섬화된 섬유는 선택적으로 가연 및 합사하는 공정을 더 거칠 수 있다. In addition, the fibrillated fiber may be further subjected to a process of selectively twisting and braiding.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 섬유형 색변화 가스센서를 포함하는 물품이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided an article including the above-described fiber-type color change gas sensor.

상기 물품은 의복, 장갑, 모자, 벨트, 마스크, 양말, 또는 손목 밴드 등일 수 있다. 이때, 상기 섬유형 색변화 가스센서는 편직 또는 제직하여 편물 또는 직물 등의 섬유 구조물로 얻고 이를 의복, 마스크, 모자, 장갑, 양말, 벨트, 손목 밴드 등의 용품으로 직접 제조할 수도 있다. 또한, 상기 섬유형 색변화 가스센서는 기존의 의복 등의 용품에 편직 또는 자수 등의 형태로 일부 면적에 국한되어 적용될 수도 있다. The article may be a garment, a glove, a hat, a belt, a mask, a sock, or a wristband, and the like. In this case, the fiber-type color change gas sensor may be knitted or woven to obtain a fiber structure such as knitted or woven fabric, and may be directly manufactured into articles such as clothes, masks, hats, gloves, socks, belts, and wrist bands. In addition, the fiber-type color change gas sensor may be applied to an existing article such as clothes in the form of knitting or embroidery, limited to a partial area.

이와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 섬유형 색변화 가스센서는 직접 섬유 구조물로 제조하거나, 또는 기존 용품의 일부분에만 편직 또는 자수 등의 형태로 적용할 수 있으므로, 종래에 유해 가스 검출을 위해서 별도의 장치 (거치 혹은 휴대용)를 작업자가 구비하지 않아도 편리하게 착용하여 유해 가스 노출 여부를 즉각적으로 감지할 수 있다.As such, since the fiber-type color change gas sensor according to an embodiment of the present invention can be directly manufactured as a fiber structure or applied in the form of knitting or embroidery only to a part of an existing article, in the prior art, for detecting harmful gases Even if the operator does not have a separate device (stationary or portable), it can be conveniently worn to detect exposure to harmful gases immediately.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, to help the understanding of the present invention, examples will be described in detail. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

실시예 1Example 1

산 감지 가능한 섬유형 색변화 가스센서를 용융방사 방법을 통해 이하와 같이 제조하였다. A fiber-type color change gas sensor capable of detecting acid was prepared as follows through the melt spinning method.

나일론(Nylon) 6 (Grade1011BRT, Hyosung, Korea) 수지를 260℃로 온도 조절된 압출기(트윈 익스투르더)를 통해 용융 시킨 뒤 산성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소인 로다민(Rhodamine) B (CAS# 81-88-9, Sigma-Aldrich, USA) 10 wt%를 호퍼에 주입하여 고분자 수지 내에 고르게 분산시켰다. 용융된 수지를 노즐을 통해 토출시켰고, 25℃의 응고욕조를 통과하며 고화된 수지를 3mm로 절단하여 산성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소가 함유된 마스터배치를 제조하였다. After melting nylon 6 (Grade1011BRT, Hyosung, Korea) resin through an extruder (twin extruder) temperature controlled at 260°C, Rhodamine B, a pigment that changes color when exposed to acid gas ( CAS# 81-88-9, Sigma-Aldrich, USA) 10 wt% was injected into the hopper and uniformly dispersed in the polymer resin. The molten resin was discharged through a nozzle, passed through a coagulation bath at 25° C., and the solidified resin was cut into 3 mm to prepare a masterbatch containing a color change when exposed to acid gas.

용융 방사 시, 시스/코어 (Sheath/Core) 노즐을 사용하였고, 사용된 노즐의 직경은 0.4Φ, 홀 수는 36홀, 시스와 코어 노즐의 고분자 토출량 비율은 4:6 이었고, 노즐 온도는 280℃ 이었다. 시스부에는 제조된 나일론6/로다민 10 중량%(wt%) 마스터배치와 순수 나일론 6 원료와 혼합하여, 시스부 전체 중량 대비 산성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소의 함량이 1 중량%이 되도록 산 감지 가능한 나일론6/로다민 수지를 투입하였고, 코어부에는 섬유 물성을 지지할 수 있는 폴리프로필렌(PP) (HP552R, Polymirae, Korea) 수지를 투입하여 나일론 6(로다민)/PP의 시스/코어 구조를 갖는 산 감지 가능한 섬유형 색변화 가스센서를 제조하였다. During melt spinning, a sheath/core nozzle was used, the diameter of the nozzle used was 0.4Φ, the number of holes was 36 holes, the ratio of polymer discharge between the sheath and core nozzle was 4:6, and the nozzle temperature was 280. ℃ was. In the sheath part, the prepared nylon 6/rhodamine 10 wt% (wt%) masterbatch and pure nylon 6 raw material are mixed, and the content of the pigment showing color change when exposed to acidic gas is 1 wt% based on the total weight of the sheath part. Nylon 6 / rhodamine resin that can detect acid was added as much as possible, and polypropylene (PP) (HP552R, Polymirae, Korea) resin that can support fiber properties was added to the core part to provide a sheath of nylon 6 (rhodamine) / PP. A fiber-type color change gas sensor capable of sensing an acid having a /core structure was manufactured.

실시예 2Example 2

시스부에 나일론6/로다민 10 중량% 마스터배치와 순수 나일론 6 원료와 혼합하여 산성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소의 함량이 3 중량%인 산 감지 가능한 나일론6/로다민 수지를 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 나일론 6(로다민)/PP의 시스/코어 구조를 갖는 산 감지 가능한 섬유형 색변화 가스센서를 제조하였다. In the sheath part, nylon 6/rhodamine 10 wt% masterbatch and pure nylon 6 raw material are mixed and acid-sensing nylon 6/rhodamine resin with 3 wt% of pigment that changes color when exposed to acid gas is added. An acid-sensing fiber-type color change gas sensor having a sheath/core structure of nylon 6 (rhodamine)/PP was prepared in the same manner as in Example 1, except that

실시예 3Example 3

염기 감지 가능한 섬유형 색변화 가스센서를 용융방사 방법을 통해 이하와 같이 제조하였다. A fiber-type color change gas sensor capable of detecting a base was prepared as follows through the melt spinning method.

폴리락트산(PLA) (6201D, IngeoTM, USA) 수지를 160℃로 온도 조절된 압출기(트윈 익스투르더)를 통해 용융 시킨 뒤 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소인 Alizarine Yellow R (CAS# 2243-76-7, Sigma-Aldrich, USA) 10 wt%를 호퍼에 주입하여 고분자 수지 내에 고르게 분산시켰다. 용융된 수지는 노즐을 통해 토출 되었고, 25℃의 응고욕조를 통과하며 고화된 수지를 3mm로 절단하여 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소가 함유된 마스터배치를 제조 하였다. Polylactic acid (PLA) (6201D, IngeoTM, USA) resin is melted through an extruder (twin extruder) temperature controlled at 160°C, and Alizarine Yellow R (CAS# 2243), a pigment that changes color when exposed to basic gas -76-7, Sigma-Aldrich, USA) 10 wt% was injected into the hopper and uniformly dispersed in the polymer resin. The molten resin was discharged through a nozzle, passed through a coagulation bath at 25°C, and the solidified resin was cut into 3 mm to prepare a masterbatch containing a color change when exposed to basic gas.

용융 방사 시, 시스/코어 (Sheath/Core) 노즐을 사용하였고, 사용된 노즐의 직경은 0.3Φ, 홀 수는 36홀, S/C 비율은 4:6 이었고, 노즐 온도는 200℃ 이었다. 시스부에는 제조된 PLA/ Alizarine Yellow R 10wt% 마스터배치와 순수 PLA 원료를 혼합하여 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소의 함량이 1 중량%인 염기 감지 가능한 PLA/ Alizarine Yellow R 수지를 투입하였고, 코어부에는 섬유 물성을 지지할 수 있는 폴리프로필렌(PP) (HP552R, Polymirae, Korea) 수지를 투입하여 PLA(Alizarine Yellow R)/PP의 시스/코어 구조를 갖는 염기 감지 가능한 섬유형 색변화 가스센서를 제조하였다. During melt spinning, a sheath/core nozzle was used, the diameter of the nozzle used was 0.3Φ, the number of holes was 36 holes, the S/C ratio was 4:6, and the nozzle temperature was 200°C. In the sheath part, PLA/Alizarine Yellow R resin capable of detecting a base with 1 wt% of a pigment that shows color change when exposed to basic gas by mixing the manufactured PLA/Alizarine Yellow R 10wt% masterbatch and pure PLA raw material was added. In the core part, polypropylene (PP) (HP552R, Polymirae, Korea) resin that can support fiber properties is put in, and a base-detectable fiber-type color change gas having a sheath/core structure of PLA (Alizarine Yellow R)/PP The sensor was fabricated.

실시예 4Example 4

시스부에 PLA/ Alizarine Yellow R 10 중량% 마스터배치와 순수 PLA 원료를 혼합하여 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소의 함량이 3 중량%인 염기 감지 가능한 PLA/ Alizarine Yellow R 수지를 투입 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 PLA(Alizarine Yellow R)/PP의 시스/코어 구조를 갖는 염기 감지 가능한 섬유형 색변화 가스센서를 제조하였다. PLA/Alizarine Yellow R resin capable of detecting a base with 3 wt% of a pigment that changes color when exposed to basic gas by mixing PLA/Alizarine Yellow R 10 wt% masterbatch and pure PLA raw material in the sheath A fiber-type color change gas sensor capable of detecting a base having a sheath/core structure of PLA (Alizarine Yellow R)/PP was prepared in the same manner as in Example 1, except that.

도 2에는 실시예 1 내지 4에서 제조된 섬유형 색변화 가스센서의 사진을 나타내었다. 2 shows photographs of the fiber-type color change gas sensor prepared in Examples 1 to 4.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 3에서 시스부에 투입된 PLA/ Alizarine Yellow R 수지와 동일한 함량으로 시스/코어 노즐이 아닌 단일 노즐로 용융방사를 실시하였다. 이때 사용된 노즐의 직경은 0.3Φ, 홀수는 10홀, 노즐 온도는 200℃ 이었다. 단독 방사의 경우, 분산된 원료 물질의 응집으로 인한 높은 팩압에 의해 방사는 불가능 하였다.In Example 3, melt spinning was performed with a single nozzle instead of a sheath/core nozzle at the same content as the PLA/Alizarine Yellow R resin injected into the sheath. The diameter of the nozzle used at this time was 0.3Φ, the odd number was 10 holes, and the nozzle temperature was 200°C. In the case of single spinning, spinning was impossible due to high pack pressure due to aggregation of the dispersed raw materials.

실험예 1; 시스/코어 복합노즐로 제조된 섬유의 단면 확인Experimental Example 1; Cross-section confirmation of fibers manufactured with sheath/core composite nozzles

도 3은 실시예 1 내지 4로부터 제조된 가스감지 색 변화 섬유의 단면을 FE-SEM으로 측정한 이미지이다. 용융 방사된 섬유의 시스/코어 구조가 잘 형성되었음을 확인하였고, 시스부에 투입되는 산성 도는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소의 함량이 증가할수록 전체 섬유의 직경도 증가하는 경향을 보임을 확인하였다. 또한, 산성 도는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소를 포함한 섬유는 표면의 시스부에 위치하고, 강도 및 방사성을 보완하기 위한 PP는 코어부에 위치함을 확인할 수 있었다.3 is an image of the cross-section of the gas-sensing color-changing fiber prepared in Examples 1 to 4 measured by FE-SEM. It was confirmed that the sheath/core structure of the melt-spun fiber was well formed, and it was confirmed that the diameter of the entire fiber tends to increase as the content of the pigment that changes color when exposed to acidic basic gas injected into the sheath increases. did. In addition, it was confirmed that the fiber containing the pigment showing color change when exposed to acidic or basic gas was located in the sheath portion of the surface, and the PP for supplementing strength and radioactivity was located in the core portion.

실험예 2; 섬유의 강도Experimental Example 2; fiber strength

상기 실시예 1 내지 4의 섬유 데니어, 강도 및 신도를 확인하기 위해 단섬유 물성 측정기 (Favimat, textechno, Germany)를 사용하였으며, Gauge length는 20 mm, Crosshead speed는 10 mm/min으로 진행하였다. 각 시료마다 약 10개의 시편을 측정하였고, 결과는 그 평균 값으로 계산하였다. 표 1에 실시예 1 내지 4의 섬도, 강도 및 신도를 나타내었다. In order to check the fiber denier, strength and elongation of Examples 1 to 4, a short fiber physical property measuring instrument (Favimat, tetechno, Germany) was used, the gauge length was 20 mm, and the crosshead speed was 10 mm/min. About 10 specimens were measured for each sample, and the result was calculated as the average value. Table 1 shows the fineness, strength, and elongation of Examples 1 to 4.

실시예 1과 2는 동일 방사 조건에서 시스부에 투입되는 산성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소의 함량이 증가함에 따라 섬유의 섬도가 증가하고, 상대적으로 강도가 감소하는 경향을 보임을 확인할 수 있었다. 실시예 3과 4의 경우 시스부에 투입되는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소의 함량이 증가함에 따라 섬도는 약간 감소하였고, 강도는 유사한 것을 확인할 수 있었다. In Examples 1 and 2, it can be confirmed that the fineness of the fiber increases and the strength decreases relatively as the content of the pigment showing a color change when exposed to the acid gas injected into the sheath under the same spinning conditions increases. there was. In the case of Examples 3 and 4, as the content of the pigment showing a color change upon exposure to the basic gas injected into the sheath increased, the fineness was slightly decreased, and it was confirmed that the strength was similar.

섬도 (den)fineness (den) 강도 (g/den)Strength (g/den) 신도 (%)Elongation (%) 실시예 1Example 1 2.82.8 4.74.7 2222 실시예 2Example 2 3.743.74 3.413.41 37.237.2 실시예 3Example 3 3.13.1 5.45.4 30.130.1 실시예 4Example 4 2.72.7 5.45.4 32.132.1

실험예 3; 산 가스 테스트Experimental Example 3; acid gas test

실시예 1 내지 2의 섬유형 색변화 가스센서의 산 가스 하에서의 색 변화 성능을 확인하기 위해 산(HCl) 가스 50 ppm 농도에서 시료를 노출 시킨 뒤 시간에 따른 색 변화를 관찰하였다. 가스 테스트 장비는 측색기 (Color-eye 7000A spectrophotometer, X-rite, USA)와 연결하여 구성된 Home-made 장비로 실시간 색 변화를 측정 및 모니터링 하기 위해 설계되었다. 본 장비 구성의 간단한 장치 설명으로는 시험편이 고정된 스테인레스 챔버를 측색부와 연결하고 설정 가스 농도를 가스 순환 장치를 통해 흘려 보낸 뒤 색 변화 섬유의 색 변화를 반사율 측정을 통해 실시간으로 모니터링 할 수 있는 시스템으로 매크로 프로그램을 이용해 10초 간격으로 총 5분 동안 측색하였다.In order to confirm the color change performance of the fiber-type color change gas sensor of Examples 1 and 2 under acid gas, the sample was exposed to an acid (HCl) gas at a concentration of 50 ppm and the color change with time was observed. The gas test equipment is a home-made equipment that is connected to a colorimeter (Color-eye 7000A spectrophotometer, X-rite, USA) and is designed to measure and monitor real-time color change. As a brief description of the device configuration of this equipment, it is possible to monitor the color change of the color change fiber in real time by measuring the reflectance after connecting the stainless chamber with the specimen fixed to the colorimeter and flowing the set gas concentration through the gas circulation device. Colorimetry was performed for a total of 5 minutes at 10-second intervals using a macro program as a system.

도 4는 실시예 1 내지 2의 섬유형 색변화 가스센서의 50 ppm의 염산 가스 노출에 대한 시간에 따른 반사율(Reflectance)를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing reflectance over time for exposure to 50 ppm hydrochloric acid gas of the fiber-type color change gas sensor of Examples 1 and 2;

도 4를 참조하면, 실시예 1 내지 2의 섬유형 색변화 가스센서는 염산 가스 하에서 시간에 따라 반사율이 지속적으로 변화 되었음을 확인하였다.Referring to FIG. 4 , it was confirmed that the fiber-type color change gas sensor of Examples 1 and 2 continuously changed the reflectance with time under hydrochloric acid gas.

도 5는 실시예 1 내지 2의 섬유형 색변화 가스센서의 50 ppm의 염산 가스 노출에 대한 시간에 따른 △E값을 나타낸 그래프이다. 표 2는 실시예 1 내지 2의 섬유형 색변화 가스센서의 응답속도를 나타낸 것으로, 본 실험에서 응답속도는 △E값이 5이상 변화된 시작점의 시간을 기준으로 하였다. 실시예 1과 2의 경우, 응답속도는 40초로 그 시점의 △E값을 표에 나타내었다5 is a graph showing ΔE values according to time for exposure to 50 ppm hydrochloric acid gas of the fiber-type color change gas sensor of Examples 1 and 2; Table 2 shows the response speed of the fiber-type color change gas sensor of Examples 1 and 2, and in this experiment, the response speed was based on the time of the starting point at which the ΔE value was changed by 5 or more. In the case of Examples 1 and 2, the response speed was 40 seconds, and the ΔE value at that time was shown in the table.

응답속도(s)Response speed (s) △E△E 실시예 1Example 1 4040 5.35.3 실시예 2Example 2 4040 8.28.2

도 5 및 표 2를 참조하면, △E값이 5 이상 되는 시간을 기준으로 응답속도를 판단한 결과 실시예 1과 2의 경우 40초 이내에 뚜렷한 색 변화를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이 때 △E는 분광색차계로부터 측정된 CIE L*a*b* 표색계에서 얻어진 L*, a*, b* 값의 거리를 가지고 계산한 값으로 초기 시편의 색상을 기준으로 하여 다음의 계산식으로부터 계산된 것이다.Referring to FIG. 5 and Table 2, as a result of judging the response speed based on the time when the ΔE value becomes 5 or more, it was confirmed that Examples 1 and 2 showed a clear color change within 40 seconds. At this time, ΔE is a value calculated with the distances of L*, a*, and b* values obtained from the CIE L*a*b* colorimetric system measured from the spectrophotometer. it is calculated

Figure pat00002
Figure pat00002

도 6은 실시예 1 내지 2의 섬유형 색변화 가스센서의 산(HCl) 가스 노출 전 후의 사진이다.6 is a photograph before and after exposure to acid (HCl) gas of the fiber-type color change gas sensor of Examples 1 and 2;

도 6를 참조하면, 실시예 1 내지 2의 섬유형 색변화 가스센서는 가스 노출 시 흰색 혹은 베이지에서 보라색 계열로 색 변화 함을 확인하였다. Referring to FIG. 6 , it was confirmed that the fiber-type color change gas sensor of Examples 1 and 2 changed color from white or beige to purple when exposed to gas.

실험예 4; 염기 가스 테스트Experimental Example 4; base gas test

실시예 3 내지 4의 섬유형 색변화 가스센서의 염기 가스 하에서의 색 변화 성능을 확인하기 위해 염기(NH3) 가스 50 ppm 농도에서 시료를 노출 시킨 뒤 시간에 따른 색 변화를 관찰하였다. 가스 테스트 장비는 실험예 3과 동일한 장비를 사용하였다. In order to confirm the color change performance of the fiber-type color change gas sensor of Examples 3 to 4 under a base gas , the sample was exposed to a base (NH 3 ) gas at a concentration of 50 ppm and the color change over time was observed. As the gas test equipment, the same equipment as in Experimental Example 3 was used.

도 7은 실시예 3 내지 4의 섬유형 색변화 가스센서의 50 ppm의 암모니아 가스 노출에 대한 시간에 따른 반사율(Reflectance)를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing reflectance over time for exposure to 50 ppm ammonia gas of the fiber-type color change gas sensor of Examples 3 to 4;

도 7을 참조하면, 실시예 3 내지 4의 섬유형 색변화 가스센서는 암모니아 가스 하에서 시간에 따라 반사율이 급격하게 변화 되었음을 확인하였다.Referring to FIG. 7 , it was confirmed that the fiber-type color change gas sensor of Examples 3 to 4 had a rapid change in reflectance with time under ammonia gas.

도 8은 실시예 3 내지 4의 섬유형 색변화 가스센서의 50 ppm의 암모니아 가스 노출에 대한 시간에 따른 △E값을 나타낸 그래프이다. 표 3은 실시예 3 내지 4의 섬유형 색변화 가스센서의 응답속도를 나타낸 것으로, 본 실험에서 응답속도는 △E값이 5이상 변화된 시작점의 시간을 기준으로 하였다. 실시예 3과 4의 경우, 응답속도는 10초로 그 시점의 △E값을 표에 나타내었다. 8 is a graph showing ΔE values according to time for exposure to ammonia gas at 50 ppm of the fiber-type color change gas sensor of Examples 3 to 4; Table 3 shows the response speed of the fiber-type color change gas sensor of Examples 3 to 4, and in this experiment, the response speed was based on the time of the starting point at which the ΔE value was changed by 5 or more. In the case of Examples 3 and 4, the response speed was 10 seconds, and ΔE values at that time were shown in the table.

도 8 및 표 3을 참조하면, △E값이 5 이상 되는 시간을 기준으로 응답속도를 판단한 결과 실시예 3과 4의 경우 10초 이내에 뚜렷한 색 변화를 보이는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 8 and Table 3, as a result of determining the response speed based on the time when the ΔE value becomes 5 or more, it was confirmed that Examples 3 and 4 showed a clear color change within 10 seconds.

응답속도(s)Response speed (s) △E△E 실시예 3Example 3 1010 36.636.6 실시예 4Example 4 1010 39.639.6

도 9는 실시예 3 내지 4의 섬유형 색변화 가스센서의 염기(암모니아) 가스 노출 전 후의 사진이다.9 is a photograph before and after exposure to base (ammonia) gas of the fiber-type color change gas sensor of Examples 3 to 4;

도 9를 참조하면, 실시예 3 내지 4의 섬유형 색변화 가스센서는 가스 노출 시 노란색에서 탁한 노랑 혹은 갈색 계열로 색 변화 함을 확인하였다.Referring to FIG. 9 , it was confirmed that the fiber-type color change gas sensor of Examples 3 to 4 changed color from yellow to turbid yellow or brown when exposed to gas.

실험예 5; 자수 샘플의 산 가스 테스트Experimental Example 5; Acid gas testing of embroidery samples

실시예 1의 섬유형 색변화 가스센서를 일반 폴리에스테르 직물(ISO 105-F04 폴리에스터 표준 백포)에 도안을 따라 기본 스트레이트 스티치 방법으로 자수 샘플을 준비하였다.An embroidery sample was prepared by a basic straight stitch method according to the pattern of the fiber-type color change gas sensor of Example 1 on a general polyester fabric (ISO 105-F04 polyester standard white fabric).

가스 테스트 장비를 이용하여 준비된 자수 샘플을 산(HCl) 가스 200 ppm 농도에서 5분 동안 노출 시킨 뒤 색 변화를 관찰하고, 그 결과를 도 10에 나타내었다. 도 10을 참조하면, 실시예 1의 섬유형 색변화 가스센서를 이용한 자수 샘플은 산 가스에 노출 후에 선명한 색 변화가 관찰되었는 바, 이를 작업용 물품(의복, 장갑, 신발, 벨트, 마스크, 모자 등)에 적용한다면 작업자가 유해 가스의 존재를 육안으로 빠르게 확인할 수 있을 것으로 예상된다.After exposing the prepared embroidery sample using a gas test equipment to 200 ppm of acid (HCl) gas for 5 minutes, the color change was observed, and the results are shown in FIG. 10 . Referring to FIG. 10 , in the embroidery sample using the fiber-type color change gas sensor of Example 1, a vivid color change was observed after exposure to acid gas, and the work article (clothes, gloves, shoes, belt, mask, hat, etc.) ), it is expected that the operator can quickly check the presence of harmful gases with the naked eye.

Claims (15)

복합 단면 구조 또는 이형 단면 구조를 갖는 섬유; 및 상기 섬유의 표면 및 내부 중 적어도 일 이상에 위치하고, 산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소;를 포함하는 섬유형 색변화 가스센서. fibers having a composite cross-sectional structure or a heterogeneous cross-sectional structure; and a dye located on at least one of the surface and the inside of the fiber and exhibiting color change when exposed to acidic or basic gas. 제1항에 있어서,
상기 섬유가 강도 1.5g/d 이상의 장섬유인 것을 특징으로 하는 섬유형 색변화 가스센서.
According to claim 1,
Fiber-type color change gas sensor, characterized in that the fiber is a long fiber having a strength of 1.5 g/d or more.
제1항에 있어서,
상기 복합 단면 구조가 시스-코어 구조, 분할 구조, 분할된 시스-코어 구조, 또는 분할된 이형단면 구조인 것을 특징으로 하는 섬유형 색변화 가스센서.
According to claim 1,
The fiber type color change gas sensor, characterized in that the composite cross-sectional structure is a sheath-core structure, a divided structure, a divided sheath-core structure, or a divided heterogeneous cross-sectional structure.
제3항에 있어서,
상기 복합 단면 구조가 시스-코어 구조인 경우, 시스 부분에만 상기 색소가 혼합되고, 또는 분할 구조인 경우 일측에는 상기 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소가, 타측에는 상기 산성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소가 혼합되는 것을 특징으로 하는 섬유형 색변화 가스센서.
4. The method of claim 3,
When the composite cross-sectional structure is a cis-core structure, the dye is mixed only in the cis portion, or in the case of a divided structure, a dye showing a color change when exposed to the basic gas is provided on one side and a color when exposed to the acid gas on the other side A fiber-type color change gas sensor, characterized in that a dye showing a change is mixed.
제1항에 있어서,
상기 산성 가스 노출에 색변화를 보이는 색소가 메틸렌블루(Methylene Blue), 메틸옐로우(Methyl Yellow), 티몰블루(Thymol Blue), 펜타메톡시레드(Pentamethoxy Red), 브로모크레졸 그린(Bromochresol green), 로다민(Rhodamine), 또는 이들 중 2 이상을 포함하고, 상기 염기성 가스 노출에 색변화를 보이는 색소가 페노프탈레인(Phenophthalein), 크레졸레드(Cresol Red), 알리자린엘로우 R(Alizarine Yellow R) 또는 이들 중 2 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형 색변화 가스센서.
According to claim 1,
The pigments showing color change upon exposure to the acid gas are methylene blue, methyl yellow, thymol blue, pentamethoxy red, bromochresol green, Rhodamine, or a pigment containing two or more of them, and showing a color change upon exposure to the basic gas is phenophthalein, cresol red, alizarin yellow R, or Fiber-type color change gas sensor comprising two or more of them.
제1항에 있어서,
상기 섬유형 색변화 가스센서가 산성 또는 염기성 가스에 노출전 대비 산성 또는 염기성 가스에 노출 후 2 이상의 색차(△E)를 나타내는 것을 특징으로 하는 섬유형 색변화 가스센서.
According to claim 1,
Fiber type color change gas sensor, characterized in that the fiber type color change gas sensor exhibits a color difference (ΔE) of two or more after exposure to acidic or basic gas compared to before exposure to acidic or basic gas.
산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소 및 섬유 형성용 고분자를 압출기에 투입하고, 혼합 및 용융하여 용융 조성물을 준비하는 단계;
상기 용융 조성물을 복합 단면 노즐 또는 이형 단면 노즐을 통해 복합 단면 구조 또는 이형 단면 구조를 갖는 섬유를 용융 방사하는 단계; 및
상기 용융 방사된 섬유를 권취 및 연신을 통해 섬유를 세섬화 하는 단계; 를 포함하는,
제1항에 따른 섬유형 색변화 가스 센서의 제조방법.
Preparing a molten composition by adding a dye and a polymer for fiber formation that change color when exposed to acidic or basic gas to an extruder, mixing and melting;
melt spinning the molten composition into a fiber having a complex cross-sectional structure or a different cross-sectional structure through a complex cross-sectional nozzle or a different cross-sectional nozzle; and
winding and drawing the melt-spun fiber to make the fiber finer; containing,
The method for manufacturing a fiber-type color change gas sensor according to claim 1 .
제7항에 있어서,
상기 용융 조성물을 준비하는 단계에서, 상기 산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소 및 섬유 형성용 고분자를 압출기에 투입할 때, 미리 상기 색소 및 섬유 형성용 고분자를 혼합하여 마스터배치를 준비하고, 이후 상기 마스터배치와 순수한 섬유 형성용 고분자를 투입 혼합하는 것을 특징으로 하는 섬유형 색변화 가스 센서의 제조방법.
8. The method of claim 7,
In the step of preparing the molten composition, when the dye and the polymer for fiber formation showing a color change when exposed to the acidic or basic gas are put into the extruder, the dye and the polymer for forming the fiber are mixed in advance to prepare a master batch, , Then, a method of manufacturing a fiber-type color change gas sensor, characterized in that the mixing of the master batch and the polymer for forming pure fibers.
제8항에 있어서,
상기 마스터배치를 준비하는 단계에서 상기 산성 또는 염기성 가스에 노출시 색변화를 보이는 색소의 함량이 상기 마스터배치 전체 중량 기준으로 1 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 섬유형 색변화 가스 센서의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Method for producing a fiber-type color change gas sensor, characterized in that the content of the pigment showing color change when exposed to the acidic or basic gas in the step of preparing the masterbatch is 1 to 20% by weight based on the total weight of the masterbatch .
제7항에 있어서,
상기 색소가 160 내지 280℃에서 10분 이상 유지되었을 때 50% 이하의 중량감소 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유형 색변화 가스 센서의 제조방법.
8. The method of claim 7,
A method of manufacturing a fiber-type color change gas sensor, characterized in that the dye has a weight reduction characteristic of 50% or less when maintained at 160 to 280° C. for 10 minutes or more.
제7항에 있어서,
상기 복합 단면 노즐이 시스-코어 구조, 분할 구조, 분할된 시스-코어 구조, 또는 분할된 이형단면 구조를 가지고, 상기 이형 단면 노즐이 다각 단면 구조 또는 중공 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 섬유형 색변화 가스센서의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Fiber-type color change, characterized in that the composite cross-section nozzle has a sheath-core structure, a divided structure, a divided sheath-core structure, or a divided irregular cross-sectional structure, and the irregular cross-section nozzle has a polygonal cross-sectional structure or a hollow structure A method of manufacturing a gas sensor.
제7항에 있어서,
상기 세섬화 하는 단계 이후에, 상기 세섬화된 섬유를 가연 및 합사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유형 색변화 가스센서의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
After the step of fibrillating, the method of manufacturing a fiber-type color change gas sensor, characterized in that it further comprises the step of twisting and braiding the fibrillated fiber.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 섬유형 색변화 가스센서를 포함하는 물품.An article comprising the fiber-type color change gas sensor of any one of claims 1 to 6. 제13항에 있어서,
상기 물품이 의복, 장갑, 모자, 벨트, 마스크, 양말, 또는 손목 밴드인 것을 특징으로 하는 물품.
14. The method of claim 13,
wherein the article is a garment, a glove, a hat, a belt, a mask, a sock, or a wristband.
제13항에 있어서,
상기 섬유형 색변화 가스센서가 편직 혹은 자수 형태로 상기 물품의 일부에 적용되는 것을 특징으로 하는 물품.
14. The method of claim 13,
The article, characterized in that the fiber-type color change gas sensor is applied to a part of the article in the form of knitting or embroidery.
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