KR20220089108A - 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 개인용품 - Google Patents

생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 개인용품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 개인용품에 관한 것으로서, 본 발명의 하나의 구현예에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단은, 전면부와 후면부를 포함하며, 여기에서 전면부가 키토산, 폴리유산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제1 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량%, 전분 중에서 선택되는 제2 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량% 및 잔량으로서 베이스 수지를 포함하는 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자 1 내지 20 중량부를 혼련하고, 스펀 본딩하여 수득되는 SB 부직포이고, 후면부가 상기 생분해성 수지 복합체를 멜트 블로우잉하여 수득되는 MB 부직포임을 특징으로 한다.

Description

생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 개인용품{Nonwoven fabric having biodegradibility and antibacterial activity, manufacturing method thereof and personal care comprising the same}
본 발명은 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 개인용품에 관한 것으로 특히, 생분해성 수지 복합체에 금속 나노입자를 적용시켜 생분해능과 항균능을 동시에 갖는 부직포 원단, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 개인용품에 관한 것이다.
마스크를 포함하여 개인용품을 제조하는 데 부직포가 많이 사용되나, 부직포의 원료로는 주로 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 주로 사용된다. 특히, 최근 코로나-19의 대유행에 따른 팬데믹으로 일회용 마스크의 수요와 공급이 크게 증가하고 있다.
상기와 같이 마스크 원료는 PP, PE, PET 등을 소재로 하여 이를 부직포, 특히 SB 부직포(spun bond nonwoven fabric)로 의료용 마스크, 덴탈 마스크, 일반 마스크 등을 만들고, 여기에 MB 부직포(melt blown nonwoven fabric)를 첨가함으로서 KF 94, KF 80 등의 제품군으로도 만들 수 있다.
기존 KF 94, KF 80 등은 보건용 마스크의 하나로, 입자 크기 0.6 ㎛ 이상의 먼지를 80% 이상 걸러주는 것이 KF 80 기준, 입자 크기 0.4 ㎛ 이상의 먼지를 94% 이상 걸러주는 것이 KF 94 기준이다. 하지만, KF 80, KF 94 등은 모두 먼지는 걸러 주지만, 먼지 입자의 1/100 만한 크기의 바이러스 차단은 막지를 못한다. 그리고, 호흡 곤란의 문제점도 가지고 있다.
마스크는 대부분 PP 소재로 만들어지고 있으며, 상온에 비치되어 있을 때 세균이 옮아 붙을 수 있다. MB 부직포 필터 또한 마찬가지이다.
그러나, 이렇게 제조된 일회용 마스크들은 바이러스 방지 및 미세먼지 방지를 위해서 대량 생산, 대량 소비되지만, 일회용의 특성 상 사용량의 증가 만큼 이를 적절히 처리하지 못하고, 단순 폐기에 그치며, 이러한 단순 폐기는 부직포 원료인 PP, PE, PET 등의 난분해성으로 말미암아 환경 오염이라는 또 다른 문제를 야기한다.
3D 마스크나 덴탈 마스크 모두 PP를 베이스 수지로 하고 있고, 항바이러스 및 항박테리아 기능은 전혀 없는 상태이다.
한지 마스크는 닥나무 껍질로 만들어지고, 위의 호흡 곤란 등을 개선하기는 하나, 이것도 PP와의 혼사로 제조되며, 약간의 항균력은 보유하고 있으나, 바이러스나 박테리아를 실질적으로 차단하기에는 부족한 면이 있다.
대한민국 등록특허 제10-2088938호(발명의 명칭: 긴급 재난용 필터 마스크)는 ‘전면으로부터 순차적으로, 다수의 소공이 형성된 부직포형 프리필터와, 망간 첨착 활성탄소섬유 필터와, 다수의 미세공이 형성된 부직포형 백킹 필터와, 부직포형 백킹 필터의 가장자리부에 위치하는 양면 점착부와, 양면 점착부에 위치하는 이형지로 구성되거나, 또는 선택적으로 부직포형 백킹 필터 배후에 탄성 지지체가 위치하도록 구성될 수도 있으며, 본 발명에 따른 긴급 재난용 필터 마스크는, 화재 재난 시 발생하는 대표적 유독가스인 일산화탄소 등과 같은 유독가스를 효과적으로 제거함과 아울러 방연함으로써, 호흡곤란이나 혼미로 인한 판단력 저하, 또는 질식을 피하면서 골든 타임 내에 안전한 장소로 대피함에 효과적으로 도움이 될 수 있으며, 정화통이 없고 경박단소하며 부피가 작아 우수한 휴대성 또는 보관성을 보유함과 아울러, 화재발생에 의한 긴급 상황 발생 시 안면 호흡부에 간단히 점착시키는 것에 의해 간단하고 신속히 착용 가능하므로 우수한 사용 편의성 및 착용 신속성을 지니며, 또한 선택적으로는 글로 스틱을 이용함으로써 화재 시의 연기 및 정전으로 인한 무광 상태하에서의 탈출 통로 확인 식별이나 재난 피해자의 구조 위치 확인이 용이하다’고 개시하고 있다.
한편, 코로나-19의 유행 등으로 인하여 개인 위생의 중요성은 더욱 더 높아지고 있으며, 단순히 비말 차단 등에 의한 개인 위생 관리 보다는 오히려 적극적인 항균능의 부여의 필요성이 더욱 더 커져가고 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로 생분해성 수지 복합체에 금속 나노입자를 적용시켜 생분해능과 항균능을 동시에 갖는 부직포 원단, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 개인용품을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단은, 전면부와 후면부를 포함하며, 여기에서 전면부가 키토산, 폴리유산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제1 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량%, 전분 중에서 선택되는 제2 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량% 및 잔량으로서 베이스 수지를 포함하는 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자 1 내지 20 중량부를 혼련하고, 스펀 본딩하여 수득되는 SB 부직포이고, 후면부가 상기 생분해성 수지 복합체를 멜트 블로우잉하여 수득되는 MB 부직포임을 특징으로 한다.
상기 베이스 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르(PET) 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 전분은 식물 유래의 미변성 전분 또는 변성 전분을 모두 포함하며, 여기에서 상기 천연 전분은 옥수수, 감자, 고구마, 밀, 쌀, 귀리, 보리, 타피오카, 사고(sago), 왁시 마즈(waxy maize), 수수(sorghum), 퀴노아(quinoa), 아마란쓰(amaranth), 타피오카 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 미변성 전분일 수 있고, 상기 변성 전분은 상기 미변성 전분을 에테르화, 에스테르화, 산화, 산처리(풀빅산 처리 또는 휴믹산 처리 포함), 산화 에스테르화, 산화 에테르화 또는 효소처리로 이루어지는 물리화학적 처리 방법으로 개질시킨 변성 전분일 수 있다.
상기 금속 나노입자는 은(Ag) 나노입자, 구리(Cu) 나노입자, 아연(Zn) 나노입자 및 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있고, 여기에서 나노입자는 1 내지 100 ㎚의 범위 이내의 평균 입자 크기를 갖는다.
상기 생분해성 수지 복합체는 CaO, MgO, ZnO, 인산염, 실리카(SiO2, glass beads 포함) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 무기분말을 더 포함할 수 있다.
상기 생분해성 수지 복합체를 구성하는 제1 천연 고분자 물질이 폴리유산과 키토산의 혼합물로 이루어지되, 폴리유산 : 키토산의 혼합비가 중량비로 9 내지 1 : 1 내지 9의 비율로 혼합된 혼합물일 수 있다.
상기 부직포 원단은 상기 전면부와 상기 후면부 사이에 1 매 또는 그 이상의 중간부를 더 포함할 수 있으며, 상기 중간부는 MB 부직포일 수 있다.
상기 부직포 원단은 전면부 상에 표면 장식층을 더 포함할 수 있다.
상기 부직포 원단은 후면부 상에 이면 보호층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 하나의 구현예에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단의 제조방법은, (1) 제1 천연 고분자 물질과 베이스 수지를 혼련하여 제1 마스터 배치를 수득하는 제1 단계; (2) 제1 천연 고분자 물질, 제2 고분자 물질 및 베이스 수지를 혼련하여 제2 마스터 배치를 수득하는 제2 단계; (3) 제1 마스터 배치와 제2 마스터 배치를 베이스 수지와 혼련하여 생분해성 수지 복합체를 수득하는 제3 단계; (4) 상기 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자 1 내지 20 중량부를 혼련하고, 스펀 본딩하여 SB 부직포를 제조하고, 상기 생분해성 수지 복합체를 멜트 블로우잉하여 MB 부직포를 제조하는 제4 단계; 및 (5) 상기 SB 부직포와 MB 부직포를 합지하여 부직포 원단을 제조하는 제5 단계;를 포함하되, 상기 생분해성 수지 복합체가 제1 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량%, 제2 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량% 및 잔량으로서 베이스 수지를 포함하도록 조성됨을 특징으로 한다.
상기 생분해성 수지 복합체를 구성하는 제1 천연 고분자 물질이 폴리유산과 키토산의 혼합물로 이루어지되, 폴리유산 : 키토산의 혼합비가 중량비로 9 내지 1 : 1 내지 9의 비율로 혼합된 혼합물일 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 구현예에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 포함하는 개인용품은, 마스크, 손수건, 위생 장갑, 양말, 속옷, 작업복 또는 단체복일 수 있다.
본 발명에 의하면, 생분해성 수지 복합체에 금속 나노입자를 적용시켜 생분해능과 항균능을 동시에 갖는 부직포 원단, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 개인용품이 제공되어, 특히 바이러스 등에 의한 전염병의 확산 방지 및 전염병으로부터의 개인의 보호에 의한 개인 위생 및 공중 위생에 기여할 수 있고, 또한, 일회용이 아닌 반복 세탁 후 사용이 가능하여 일회용 개인용품의 단점인 환경 오염을 줄일 수 있으며, 또한 사용 후 매립에 의한 폐기 시, 생분해가 가능하여 역시 환경 오염을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 구현예로서의 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 모식적으로 도시한 부분확대 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 하나의 구현예로서의 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 하나의 구현예로서의 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 하나의 구현예로서 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 이용하여 제조된 마스크의 일례를 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단의 항균성을 시험한 결과를 보여주는 시험성적서이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 이용하여 제조된 마스크의 하나의 구현예의 항균성을 시험한 결과를 보여주는 시험성적서이다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단은, 전면부와 후면부를 포함하며, 여기에서 전면부가 키토산, 폴리유산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제1 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량%, 전분 중에서 선택되는 제2 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량% 및 잔량으로서 베이스 수지를 포함하는 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자 1 내지 20 중량부를 혼련하고, 스펀 본딩하여 수득되는 SB 부직포이고, 후면부(12)가 상기 생분해성 수지 복합체를 멜트 블로우잉하여 수득되는 MB 부직포임을 특징으로 한다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단(10)은, 도 1에 예시적으로 도시한 바와 같이, 전면부(11)와 후면부(12)를 포함하며, 여기에서 전면부(11)는 본 발명에 따른 부직포 원단으로 제조되는 개인용품의 인체에의 착용 시 피부와 접촉되지 않고, 바깥쪽으로 향하는 외면을 의미하며, 상기 전면부(11)는 키토산, 폴리유산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제1 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량%, 전분 중에서 선택되는 제2 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량% 및 잔량으로서 베이스 수지를 포함하는 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자 1 내지 20 중량부를 혼련하고, 스펀 본딩하여 수득되는 SB 부직포이다.
SB 부직포(스펀 본드 부직포: spun-bonded fabric)는 주로 폴리프로필렌(PP: Polypropylene), 폴리에틸렌(PE: Polyethylene), 또는 폴리에스테르(PET: Polyester)를 방사한 후 열을 가해 접착해서 만드는 부직포의 일종으로 장섬유 부직포로서 가공성, 내화학성 및 안전성 등이 우수하여 위생용, 농업용, 생활용 등 다양한 분야에서 널리 사용되는 소재이다. 도배 할 때 바르는 초배지, 공기청정기 속 필터, 포장재 등에 사용되는 소재로, 최근엔 산업자재 및 자동차 부품용 신소재 분야로 진출하면서 고부가 제품으로 주목받고 있다. SB 부직포는 강도가 강하고 저렴한 가격 때문에 마스크 뿐만 아니라 여러 용도로 사용되고 있다.
본 발명에 따른 부직포 원단(10)의 전면부(11)를 구성하는 SB 부직포는 특히 키토산, 폴리유산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제1 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량%, 전분 중에서 선택되는 제2 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량% 및 잔량으로서 베이스 수지를 포함하는 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자 1 내지 20 중량부를 혼련하고, 스펀 본딩하여 수득되는 것으로서, SB 부직포의 주재료로서의 베이스 수지에 생분해성을 부여하기 위하여 천연 고분자 물질, 특히 상기한 바와 같이, 키토산, 폴리유산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제1 천연 고분자 물질 및 전분 중에서 선택되는 제2 천연 고분자 물질을 포함하며, 항균성을 부여하기 위하여 금속 나노입자를 포함하도록 조성되는 점에 특징이 있다.
상기 베이스 수지는 통상의 SB 부직포의 제조에서 사용되는 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 또는 폴리에스테르(Polyester)를 포함하여 열가소성 수지들이 주로 사용되며, 바람직하게는 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르, 보다 바람직하게는 폴리프로필렌일 수 있다.
상기 제1 천연 고분자 물질은 키토산, 폴리유산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 천연 고분자 물질로서, 생분해성을 부여하는 기능을 한다.
상기 키토산(Chitosan)은 갑각류에 함유되어 있는 키틴을 가공한 물질로서, 게나 가재, 새우 껍데기에 들어 있는 키틴을 탈아세틸화하여 얻어낸 물질을 총칭한다. 1811년 프랑스의 자연사학자 브라코노가 버섯에 포함되어 있는 미지의 성분, 즉 키틴을 발견한 것이 시초이다. 그 후, 1859년 화학자 루게가 키틴을 탈아세틸화하여 새로운 물질을 얻어냈으며, 1894년에 과학자 후페 자이라가 이를 키토산이라 명명하였다. 키토산은 게, 새우, 곤충, 버섯을 구성하는 주요 성분으로 지구상에서 두 번째로 풍부한 자연산물이며, 항균성도 가지고 있는 것으로 알려져 있다.
상기 폴리유산(poly(lactic acid))은 유산(lactic acid)의 중축합 혹은 락티드(lactide)의 개환 중합으로 합성되는 생분해성 합성 고분자로서, 폴리락티드라고도 한다. 폴리－L－유산, 폴리－D－유산 및 폴리－DL－유산이 있으나, 모두 생분해성이다. 의료. 의약용 재료로 사용된다.
즉, 상기 제1 천연 고분자 물질들은 모두 생분해성을 갖는 것으로서, 그 자체로서 생분해성을 가지는 것은 물론 본 발명에 따라 후술되는 제2 천연 고분자 물질들과 함께 베이스 수지와의 혼련을 통하여 생분해성 수지 복합체를 구성하고, 그에 따라 이러한 생분해성 수지 복합체를 스펀 본딩을 통하여 SB 부직포로 가공되며, 이러한 SB 부직포 역시 생분해성을 갖게 된다.
상기 제1 천연 고분자 물질은, 생분해성 수지 복합체 총 중량을 기준으로 0.1 내지 15중량%, 바람직하게는 0.5 내지 12중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 10중량%의 양으로 포함될 수 있으며, 상기 제1 천연 고분자 물질이 생분해성 수지 복합체 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 미만으로 포함되는 경우, 수득되는 SB 부직포의 생분해능이 충분치 못하게 되어 폐기 시, 특히 매립에 의한 폐기 시 충분히 생분해가 이루어지지 않아 환경오염의 문제를 야기하거나, 분해에 너무 많은 시간이 소요되는 문제점이 있을 수 있고, 15중량%를 초과하는 경우, 스펀 본딩 과정에서 사절이 일어나서 장섬유 SB 부직포를 수득하지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 제2 천연 고분자 물질은 전분으로부터 선택되는 천연 고분자 물질로서, 상기한 바와 같은 제1 천연 고분자 물질과 함께 베이스 수지에 혼련되어 생분해성 수지 복합체를 구성하고, 후속하여 스펀 본딩을 통하여 SB 부직포로 가공된다. 상기 전분은 식물 유래의 미변성 전분 또는 변성 전분을 모두 포함하며, 여기에서 상기 천연 전분은 옥수수, 감자, 고구마, 밀, 쌀, 귀리, 보리, 타피오카, 사고(sago), 왁시 마즈(waxy maize), 수수(sorghum), 퀴노아(quinoa), 아마란쓰(amaranth), 타피오카 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 미변성 전분일 수 있고, 상기 변성 전분은 상기 미변성 전분을 에테르화, 에스테르화, 산화, 산처리(풀빅산 처리 또는 휴믹산 처리 포함), 산화 에스테르화, 산화 에테르화 또는 효소처리로 이루어지는 물리화학적 처리 방법으로 개질시킨 변성 전분일 수 있다.
상기 제2 천연 고분자 물질은, 생분해성 수지 복합체 총 중량을 기준으로 0.1 내지 15중량%, 바람직하게는 0.5 내지 12중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 10중량%의 양으로 포함될 수 있으며, 상기 제2 천연 고분자 물질이 생분해성 수지 복합체 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 미만으로 포함되는 경우, 수득되는 SB 부직포의 생분해능이 충분치 못하게 되어 폐기 시, 특히 매립에 의한 폐기 시 충분히 생분해가 이루어지지 않아 환경오염의 문제를 야기하거나, 분해에 너무 많은 시간이 소요되는 문제점이 있을 수 있고, 15중량%를 초과하는 경우, 스펀 본딩 과정에서 사절이 일어나서 장섬유 SB 부직포를 수득하지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있다.
특히, 본 발명에 따라 제조되는 상기 SB 부직포는 상기한 바와 같은 생분해성 수지 복합체를 스펀 본딩하기 전에 금속 나노입자와 혼합, 혼련되며, 금속 나노입자에 의하여 항균성이 부여된다. 이때, 상기 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자 1 내지 20 중량부를 혼련하는 것이 바람직하며, 상기 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자가 1 중량부 미만의 양으로 포함되는 경우, 목적하는 바, 항균성이 충분히 나타나지 않게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 20 중량부를 초과하는 경우, 스펀 본딩 과정에서 사절이 일어나서 장섬유 SB 부직포를 수득하지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 금속 나노입자는 은(Ag) 나노입자, 구리(Cu) 나노입자, 아연(Zn) 나노입자 및 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있고, 여기에서 나노입자는 1 내지 100 ㎚의 범위 이내의 평균 입자 크기를 갖는다. 상기한 범위 이내의 평균 입자 크기를 갖는 상기 금속 나노입자는 소위 양자점(quantum dot)으로 기능하며, 광으로 활성화될 때, 초과산화물(superoxides)이라 불리우는 화합물을 생성하며, 특히 약물 내성 박테리아를 사멸시킬 수 있을 정도로 강력한 항균능을 나타내는 것으로 알려져 있다. 여기에서, 초과산화물은 박테리아의 대사 및 세포 과정을 방해하는 반응성 산소종을 의미한다. 즉, 양자점이 광으로 활성화될 때 초과산화물이라고 알려진 활성 산소종을 생성하는 반도체성 나노입자 또는 양자점이 기존의 항생제 활성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 부직포 원단(10)의 후면부(12)를 구성하는 MB 부직포는 상기 SB 부직포를 제조할 때 사용되던 상기 생분해성 수지 복합체를 멜트 블로우잉하여 수득되는 MB 부직포이다. 즉, SB 부직포를 제조할 때 사용되던 생분해성 수지 복합체로서 금속 나노입자를 포함하지 않는 것이다. 즉, 상기 생분해성 수지 복합체는 키토산, 폴리유산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제1 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량%, 전분 중에서 선택되는 제2 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량% 및 잔량으로서 베이스 수지를 포함하여 이루어진다. 상기 제1 천연 고분자 물질, 제2 천연 고분자 물질 및 베이스 수지들은 상기 설명한 것과 동일 및/또는 유사한 것으로서 반복되는 설명은 피하기로 한다. 상기 생분해성 수지 복합체의 멜트 블로우잉하여 수득되는 MB 부직포는 폴리프로필렌(PP) 등의 열가소성 원료를 고온으로 녹여 미세한 홀의 노즐로 방사하면서 공기를 분사하여 초극세 섬유조직을 가진 막(부직포)을 제조하는 공법이다. 따라서, 가공 방법, 특히 노즐의 직경 등에 따라 마이크로 크기 내지 나노 크기의 미립자를 걸러낼 수 있는 섬유조직을 형성할 수 있으며, 에어 필터나 헤파 필터와 같은 필터, 마스크, 방호복 등의 제조에 주로 사용된다. 특히, 정전기가 부여되는 경우, 먼지 등의 여과율이 높아진다.
상기 생분해성 수지 복합체는 CaO, MgO, ZnO, 인산염, 실리카(SiO2, glass beads 포함) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 무기분말을 더 포함할 수 있다.
상기 생분해성 수지 복합체를 구성하는 제1 천연 고분자 물질이 폴리유산과 키토산의 혼합물로 이루어지되, 폴리유산 : 키토산의 혼합비가 중량비로 9 내지 1 : 1 내지 9의 비율로 혼합된 혼합물일 수 있다.
본 발명에 따른 부직포 원단은 상기 전면부와 상기 후면부 사이에 1 매 또는 그 이상, 예를 들어, 용도에 따라 1 내지 5 매, 달리, 2 내지 4 매의 중간부를 더 포함할 수 있으며, 상기 중간부는 MB 부직포일 수 있다. 예를 들어, 도 2에 예시적으로 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 하나의 구현예에 따른 부직포 원단(20)은 SB 부직포로 이루어지는 하나의 전면부(21), MB 부직포로 이루어지는 하나의 후면부(22) 및 역시 MB 부직포로 이루어지는 2개의 중간부(23)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 부직포 원단은 전면부 상에 표면 장식층을 더 포함할 수 있다. 상기 표면 장식층은 미감을 높이기 위한 용도로 사용되며, 직물 및/또는 부직포 어느 것이나 표면 장식층으로 사용될 수 있으며, 염색이나 무늬가 인쇄된 직물이 사용될 수 있다. 이러한 표면 장식층은 생분해성이나 항균능과 같은 특별한 기능을 부여하기 보다는 심미감을 높이기 위하여 사용되며, 따라서 표면 장식층은 생략될 수 있다. 예를 들어, 마스크의 제조에 사용되는 경우, 이러한 표면 장식층이 없는 부직포 원단이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 부직포 원단은 또한 후면부 상에 이면 보호층을 더 포함할 수 있다. 상기 이면 보호층은 본 발명에 따른 부직포 원단을 사용하여 제조되는 개인용품을 착용하거나 사용할 때 후면부가 직접 착용자 또는 사용자의 피부와 접촉되는 것을 방지하고, 착용자 또는 사용자의 피부를 보호하기 위한 용도로 사용되며, 직물 및/또는 부직포 어느 것이나 이면 보호층으로 사용될 수 있으며, 이러한 이면 보호층은 생분해성이나 항균능과 같은 특별한 기능을 부여하기 보다는 피부에 자극을 덜 주고, 피부에 마찰감이나 이물감 등을 덜 부여하도록 사용되며, 따라서 이면 보호층은 생략될 수 있다. 예를 들어, 마스크의 제조에 사용되는 경우, 이러한 이면 보호층이 없는 부직포 원단이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 예시적으로 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 하나의 구현예에 따른 부직포 원단(30)은 SB 부직포로 이루어지는 하나의 전면부(31), MB 부직포로 이루어지는 하나의 후면부(32), MB 부직포로 이루어지는 하나의 중간부(33), 상기 전면부(31) 상에 위치되는 표면 장식층(34) 및 상기 후면부(32) 상에 위치되는 이면 보호층(35)을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 구현예에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단의 제조방법은, (1) 제1 천연 고분자 물질과 베이스 수지를 혼련하여 제1 마스터 배치를 수득하는 제1 단계; (2) 제1 천연 고분자 물질, 제2 고분자 물질 및 베이스 수지를 혼련하여 제2 마스터 배치를 수득하는 제2 단계; (3) 제1 마스터 배치와 제2 마스터 배치를 베이스 수지와 혼련하여 생분해성 수지 복합체를 수득하는 제3 단계; (4) 상기 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자 1 내지 20 중량부를 혼련하고, 스펀 본딩하여 SB 부직포를 제조하고, 상기 생분해성 수지 복합체를 멜트 블로우잉하여 MB 부직포를 제조하는 제4 단계; 및 (5) 상기 SB 부직포와 MB 부직포를 합지하여 부직포 원단을 제조하는 제5 단계;를 포함하되, 상기 생분해성 수지 복합체가 제1 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량%, 제2 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량% 및 잔량으로서 베이스 수지를 포함하도록 조성됨을 특징으로 한다.
상기 제1 단계는 제1 천연 고분자 물질과 베이스 수지를 혼련하여 제1 마스터 배치를 수득하는 것으로 이루어지며, 여기에서 제1 천연 고분자 물질은 키토산, 폴리유산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있고, 베이스 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르(PET) 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 제1 단계에서의 혼련은 30 내지 50℃의 범위 이내의 온도에서 50 내지 100 시간의 범위 이내의 시간 동안 공지의 니더(kneader) 내에서 혼합하는 것에 의하여 수행될 수 있다.
상기 제2 단계는 제1 천연 고분자 물질, 제2 고분자 물질 및 베이스 수지를 혼련하여 제2 마스터 배치를 수득하는 것으로 이루어지며, 여기에서 상기 제2 천연 고분자 물질은 전분으로부터 선택될 수 있고, 바람직하게는 식물 유래의 미변성 전분 또는 변성 전분으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있고, 보다 더 바람직하게는 옥수수, 감자, 고구마, 밀, 쌀, 귀리, 보리, 타피오카, 사고(sago), 왁시 마즈(waxy maize), 수수(sorghum), 퀴노아(quinoa), 아마란쓰(amaranth) 및 타피오카로 이루어지는 미변성 전분 및 상기 미변성 전분을 에테르화, 에스테르화, 산화, 산처리(풀빅산 처리 또는 휴믹산 처리 포함), 산화 에스테르화, 산화 에테르화 또는 효소처리로 이루어지는 물리화학적 처리 방법으로 개질시킨 변성 전분으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 제2 단계에서의 혼련은 30 내지 50℃의 범위 이내의 온도에서 50 내지 100 시간의 범위 이내의 시간 동안 공지의 니더 내에서 혼합하는 것에 의하여 수행될 수 있다.
상기 제3 단계는 제1 마스터 배치와 제2 마스터 배치를 베이스 수지와 혼련하여 생분해성 수지 복합체를 수득하는 것으로 이루어지며, 여기에서 상기 제1 단계 내지 제3 단계에서 수득되는 상기 생분해성 수지 복합체는 제1 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량%, 제2 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량% 및 잔량으로서 베이스 수지를 포함하도록 조성된다. 즉, 제1 단계에서는 베이스 수지에 제1 천연 고분자 물질 만이 그리고 제2 단계에서는 제1 단계에서 수득되는 혼합물에 제2 천연 고분자 물질, 즉 전분이 더 혼합되고, 혼련되되, 상기한 비율로 혼합되도록 하는 점에 특징이 있다.
상기 제4 단계는 상기 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자 1 내지 20 중량부를 혼련하고, 스펀 본딩하여 SB 부직포를 제조하고, 상기 생분해성 수지 복합체를 멜트 블로우잉하여 MB 부직포를 제조하는 것으로 이루어진다. 여기에서 스펀 본딩에 의한 SB 부직포의 제조나 멜트 블로우잉에 의한 MB 부직포의 제조는 당업자에게는 용이하게 실시할 수 있을 정도로 공지된 부직포 제조공법들로서, 이들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제5 단계는 상기 제4 단계에서 수득되는 상기 SB 부직포와 MB 부직포를 합지하여 부직포 원단을 제조하는 제조하는 것으로 이루어지며, 여기에서 SB 부직포와 MB 부직포를 합지하는 공정 역시 당업자에게는 용이하게 실시할 수 있을 정도로 공지된 것으로서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 생분해성 수지 복합체를 구성하는 제1 천연 고분자 물질이 폴리유산과 키토산의 혼합물로 이루어지되, 폴리유산 : 키토산의 혼합비가 중량비로 9 내지 1 : 1 내지 9의 비율로 혼합된 혼합물일 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 방법에 따라 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 수득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 구현예에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 포함하는 개인용품은, 예시적으로, 마스크, 손수건, 위생 장갑, 양말, 속옷, 작업복 또는 단체복일 수 있으나, 본 발명에 따른 개인용품이 이들로 한정되도록 의도되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 부직포 원단으로 제조될 수 있는 물품, 특히 개인용 및/또는 개인 위생용으로 사용되되, 직포 및/또는 부직포로 제조될 수 있는 것이라면 어느 것이나 가능함은 당업자에게는 이해될 수 있을 것이다. 예시적으로, 본 발명에 따른 부직포 원단으로 제조되는 마스크(40)를 도 4에 도시하였으며, 상기 마스크(40)는 부직포 원단(10)으로 구성되는 본체와 이를 착용하기 위한 착용끈(41)으로 이루어진다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.
이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.
실시예 1
제1 고분자 물질로서 폴리유산과 키토산의 혼합물을 사용하되, 폴리유산 : 키토산의 혼합비가 중량비로 9 : 1이 되도록 혼합한 혼합물 10중량%를 베이스 수지로서 폴리프로필렌 90중량%와 혼련하여 제1 마스터 배치를 제조하였다.
별도로, 제2 고분자 물질로서 옥수수 전분 10중량%를 베이스 수지로서 폴리프로필렌 90중량%와 혼련하여 제2 마스터 배치를 제조하였다.
상기 제1 마스터 배치 30중량%와 제2 마스터 배치 30중량%를 베이스 수지로서 폴리프로필렌 40중량%와 혼련하여 생분해성 수지 복합체를 수득하였다.
이후, 상기 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 구리 나노입자(평균입경 65 ㎚) 10 중량부를 혼련하고, 스펀 본딩하여 SB 부직포를 제조하고, 별도로 구리 나노입자를 포함하지 않는 상기 생분해성 수지 복합체를 멜트 블로우잉하여 MB 부직포를 각각 제조하였으며, 이렇게 수득된 SB 부직포와 MB 부직포를 합지하여 부직포 원단을 제조하였다.
실시예 2
제1 고분자 물질로서 폴리유산과 키토산의 혼합물을 사용하되, 폴리유산 : 키토산의 혼합비가 중량비로 7 : 3이 되도록 혼합한 혼합물 10중량%를 베이스 수지로서 폴리프로필렌 90중량%와 혼련하여 제1 마스터 배치를 제조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
실시예 3
제1 고분자 물질로서 폴리유산과 키토산의 혼합물을 사용하되, 폴리유산 : 키토산의 혼합비가 중량비로 5 : 5가 되도록 혼합한 혼합물 10중량%를 베이스 수지로서 폴리프로필렌 90중량%와 혼련하여 제1 마스터 배치를 제조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
실시예 4
제1 고분자 물질로서 폴리유산과 키토산의 혼합물을 사용하되, 폴리유산 : 키토산의 혼합비가 중량비로 3 : 7이 되도록 혼합한 혼합물 10중량%를 베이스 수지로서 폴리프로필렌 90중량%와 혼련하여 제1 마스터 배치를 제조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
실시예 5
제1 고분자 물질로서 폴리유산과 키토산의 혼합물을 사용하되, 폴리유산 : 키토산의 혼합비가 중량비로 1 : 9가 되도록 혼합한 혼합물 10중량%를 베이스 수지로서 폴리프로필렌 90중량%와 혼련하여 제1 마스터 배치를 제조하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
실험예 1
상기 실시예 1 내지 5의 각 부직포 원단을 공지에 50㎝의 깊이로 매립한 후, 방치하였다가 6개월 및 2년 후 각각 매립된 원단 일부를 취하여 인장강도를 측정하고, 원단의 매립 전 초기 인장강도와 비교하여 인장강도 유지율로 생분해율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure pat00001
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예들 모두 지중 매립 시 시간의 경과에 따라 높은 생분해성을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 특히 폴리유산 대비 키토산의 함량이 높은 경우에 생분해율이 높게 나타남을 확인할 수 있었다.
실험예 2
상기 실시예 1에서 수득된 부직포 원단의 항균성 시험을 수행하였다. 항균성 시험은 균주 1(Staphylococcus aureus(MRSA) ; ATCC 33591) 및 균주 2(Klebsiella pneumoniae ; ATCC 4352)의 2종의 균주에 대한 항균성 시험을 하였으며, 그 결과의 시험성적서를 도 5에 나타내었으며, 각 균주에 대하여 99.9%의 균감소율을 확인하여 우수한 항균성을 갖는다는 것을 확인하였다.
실시예 6
상기 실시예 5에서 수득된 부직포 원단을 사용하여 마스크로 제조하는 가공을 거친 후, 제조된 마스크에 대한 항균성 시험을 수행하였다. 항균성 시험은 균주 1(Staphylococcus aureus(MRSA) ; ATCC 33591) 및 균주 2(Klebsiella pneumoniae ; ATCC 4352)의 2종의 균주에 대한 항균성 시험을 하였으며, 그 결과의 시험성적서를 도 6에 나타내었으며, 각 균주에 대하여 99.9%의 균감소율을 확인하여 우수한 항균성을 갖는다는 것을 확인하였다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10, 20, 30: 부직포 원단 11, 21, 31: 전면부
12, 22, 32: 후면부 23, 33: 중간부
34: 표면 장식층 35: 이면 보호층
40: 마스크 41: 착용끈

Claims (13)

  1. 전면부와 후면부를 포함하며, 여기에서 전면부가 키토산, 폴리유산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 제1 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량%, 전분 중에서 선택되는 제2 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량% 및 잔량으로서 베이스 수지를 포함하는 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자 1 내지 20 중량부를 혼련하고, 스펀 본딩하여 수득되는 SB 부직포이고, 후면부가 상기 생분해성 수지 복합체를 멜트 블로우잉하여 수득되는 MB 부직포임을 특징으로 하는 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 수지가 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르(PET) 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전분이 식물 유래의 미변성 전분 또는 변성 전분을 모두 포함하며, 여기에서 상기 천연 전분이 옥수수, 감자, 고구마, 밀, 쌀, 귀리, 보리, 타피오카, 사고(sago), 왁시 마즈(waxy maize), 수수(sorghum), 퀴노아(quinoa), 아마란쓰(amaranth), 타피오카 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 미변성 전분이고, 상기 변성 전분이 상기 미변성 전분을 에테르화, 에스테르화, 산화, 산처리(풀빅산 처리 또는 휴믹산 처리 포함), 산화 에스테르화, 산화 에테르화 또는 효소처리로 이루어지는 물리화학적 처리 방법으로 개질시킨 변성 전분인, 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 나노입자가 은(Ag) 나노입자, 구리(Cu) 나노입자, 아연(Zn) 나노입자 및 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있고, 여기에서 나노입자는 1 내지 100 ㎚의 범위 이내의 평균 입자 크기를 갖는, 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 생분해성 수지 복합체가 CaO, MgO, ZnO, 인산염, 실리카(SiO2, glass beads 포함) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 무기분말을 더 포함하는, 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 부직포 원단이 상기 전면부와 상기 후면부 사이에 1 매 또는 그 이상의 중간부를 더 포함할 수 있으며, 상기 중간부는 MB 부직포인, 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 부직포 원단이 전면부 상에 표면 장식층을 더 포함하는, 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 부직포 원단이 후면부 상에 이면 보호층을 더 포함하는, 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단.
  9. (1) 제1 천연 고분자 물질과 베이스 수지를 혼련하여 제1 마스터 배치를 수득하는 제1 단계;
    (2) 제1 천연 고분자 물질, 제2 고분자 물질 및 베이스 수지를 혼련하여 제2 마스터 배치를 수득하는 제2 단계;
    (3) 제1 마스터 배치와 제2 마스터 배치를 베이스 수지와 혼련하여 생분해성 수지 복합체를 수득하는 제3 단계;
    (4) 상기 생분해성 수지 복합체 100 중량부를 기준으로 금속 나노입자 1 내지 20 중량부를 혼련하고, 스펀 본딩하여 SB 부직포를 제조하고, 상기 생분해성 수지 복합체를 멜트 블로우잉하여 MB 부직포를 제조하는 제4 단계; 및
    (5) 상기 SB 부직포와 MB 부직포를 합지하여 부직포 원단을 제조하는 제5 단계;
    를 포함하되,
    상기 생분해성 수지 복합체가 제1 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량%, 제2 천연 고분자 물질 0.1 내지 15중량% 및 잔량으로서 베이스 수지를 포함하도록 조성됨을 특징으로 하는 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단의 제조방법.
  10. 마스크, 손수건, 위생 장갑, 양말, 속옷, 작업복 또는 단체복으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 포함하는 개인용품.
  11. 마스크, 손수건, 위생 장갑, 양말, 속옷, 작업복 또는 단체복으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 제 6 항에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 포함하는 개인용품.
  12. 마스크, 손수건, 위생 장갑, 양말, 속옷, 작업복 또는 단체복으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 제 7 항에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 포함하는 개인용품.
  13. 마스크, 손수건, 위생 장갑, 양말, 속옷, 작업복 또는 단체복으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 제 8 항에 따른 생분해능과 항균능을 갖는 부직포 원단을 포함하는 개인용품.
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