WO2020141873A1

WO2020141873A1 - 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법 및 그 방법에 의한 항균 섬유원단

Info

Publication number: WO2020141873A1
Application number: PCT/KR2020/000006
Authority: WO
Inventors: 류성열
Original assignee: 류성열
Priority date: 2019-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2020-07-09
Also published as: KR101960511B1

Abstract

본 발명은 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법 및 그 방법에 의한 항균 섬유원단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법은, 섬유원단을 알루미늄 패널 상에 펼쳐 준비하는 단계와, 상기 준비된 섬유원단에 은나노 분말을 도포하는 단계와, 상기 은나노 분말이 도포된 섬유원단을 브러싱하여 상기 은나노 분말이 상기 섬유원단을 구성하는 원사 간의 틈새, 원사를 구성하는 섬유 간의 틈새 또는 이들 모두로 침투하도록 하는 단계와, 상기 은나노 분말이 침투된 섬유원단의 상면에 알루미늄 패널을 적층하는 단계와, 상기 섬유원단의 상면에 적층된 알루미늄 패널에 180~250℃의 열과 3~150bar의 압력을 가한 후, 이를 0~20℃로 냉각하여 상기 은나노 분말이 상기 섬유원단 내에 고착되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 항균 섬유원단의 제조방법 및 그 방법에 의한 항균 섬유원단은, 항균효과가 크고, 견뢰도가 우수하다는 장점이 있다. 또한, 원단의 촉감에 영향을 주지 않으며, 제조비용이 저렴하다는 장점이 있다.

Description

은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법 및 그 방법에 의한 항균 섬유원단

본 발명은 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법 및 그 방법에 의한 항균 섬유원단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 은나노 분말을 간단한 방법으로 섬유원단에 고착함으로써, 항균성과 견뢰도가 우수한 항균 섬유원단의 제조방법 및 그 방법에 의한 항균 섬유원단에 관한 것이다.

현대인들이 생활 속의 운동 반경은 축소되고 편리성에 길들어짐에 따라 점차로 건강, 쾌적, 위생 등에 많은 관심을 두게 되고, 이러한 여파는 섬유 염색 산업 분야에 있어서도 위생성 등 기능성을 겸비한 섬유 및 원단 개발을 초점으로 하기에 이르렀다.

이러한 개발에 초점을 두어 현재 항균기능의 재료를 원단에 처리한 항균 원단의 제조에 많은 관심을 보이고 있으며, 이러한 항균기능의 재료로 은(銀)이 다양한 적용 분야에 있어서 뛰어난 살균 및 항균 효과를 갖는 것으로 널리 알려져 있다.

은(銀)은 직물 등에 사용되어 내성균의 우려를 줄이며, 일반 유기계 항균제에 비하여 인체에 독성이 낮으며, 항균력이 우수한 것으로 알려져 있다.

종래 은 입자를 직물과 같은 섬유에 처리하는 방법은 섬유에 혼입 후 원사에 직접 입히는 방법, 원단에 바인더를 이용하여 직접 접착시키는 방법, 염색과정에서 은 입자를 염료와 함께 투입하여 처리하는 방법 등이 있다.

이 중 원사에 은 입자를 직접 입히는 방법은, 은 입자로 인하여 섬유의 굵기를 원하는 대로 제어할 수가 없으며, 원단으로 제조할 때 염색 및 표백 등의 공정을 거치면서 은 입자가 유실될 가능성이 높다는 단점이 있었다.

또한, 바인더를 이용하여 원단에 직접 접착시키는 방법은 원단의 표면에 바인더가 도포되므로, 바인더에 의해 원단의 촉감이 좋지 못한 것은 물론, 사용이나 세탁 등에 의해 은 입자가 쉽게 분리되므로 장시간 그 효과를 기대하기에는 턱없이 부족하다는 단점이 있었다.

아울러, 염색과정에서 은 입자를 염료와 함께 처리하는 방법은, 염색공정 후 후처리 단계로 표백 공정과 여러 번의 탈수 및 건조 공정을 거치게 되면서 은 입자의 유실이 발생하는 단점이 있었다.

따라서, 원단의 표면 전체에 바인더가 도포되지 않아 원단의 촉감에는 영향을 미치지 않으면서도, 은 입자가 유실되지 않아 항균효과가 크고, 견뢰도가 우수한 항균 원단을 제조하는 방법이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 섬유원단의 표면 전체에 바인더가 도포되지 않아 원단의 촉감에는 영향을 미치지 않으면서도, 은 입자가 유실되지 않아 항균효과가 크고, 견뢰도가 우수하여 장기간 항균 효과를 발휘할 수 있는 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법 및 그 방법에 의한 항균 섬유원단을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법은, 섬유원단을 알루미늄 패널 상에 펼쳐 준비하는 단계와, 상기 준비된 섬유원단에 은나노 분말을 도포하는 단계와, 상기 은나노 분말이 도포된 섬유원단을 브러싱하여 상기 은나노 분말이 상기 섬유원단을 구성하는 원사 간의 틈새, 원사를 구성하는 섬유 간의 틈새 또는 이들 모두로 침투하도록 하는 단계와, 상기 은나노 분말이 침투된 섬유원단의 상면에 알루미늄 패널을 적층하는 단계와, 상기 섬유원단의 상면에 적층된 알루미늄 패널에 180~250℃의 열과 3~150bar의 압력을 가한 후, 이를 0~20℃로 냉각하여 상기 은나노 분말이 상기 섬유원단 내에 고착되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 섬유원단의 상, 하부에 적층되는 알루미늄 패널의 두께는 1~2mm인 것을 특징으로 한다.

상기 준비된 원단에 은나노 분말을 도포하는 단계는, 상기 은나노 분말을 송진 분말과 1:0.2~0.5 중량비로 혼합한 후, 상기 송진 분말이 혼합된 은나노 분말을 도포하는 것임을 특징으로 한다.

상기 은나노 분말의 입도는 1~100nm이고, 상기 송진 분말의 입도는 100~10,000nm인 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 의한 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단은 상기한 방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 항균 섬유원단의 제조방법 및 그 방법에 의한 항균 섬유원단은, 항균효과가 크고, 견뢰도가 우수하다는 장점이 있다.

또한, 원단의 촉감에 영향을 주지 않으며, 제조비용이 저렴하다는 장점이 있다.

본 발명에 의한 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조공정도.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

종래 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단은, 섬유원단 표면에 바인더가 처리되어 원단 특유의 촉감이 훼손되었으며, 견뢰도가 좋지 못해 항균성이 장기간 지속되지 못한다는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래의 항균 섬유원단이 갖는 제반 문제점을 해소하기 위한 것으로, 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법은, 섬유원단을 알루미늄 패널 상에 펼쳐 준비하는 단계와, 상기 준비된 섬유원단에 은나노 분말을 도포하는 단계와, 상기 은나노 분말이 도포된 섬유원단을 브러싱하여 상기 은나노 분말이 상기 섬유원단을 구성하는 원사 간의 틈새, 원사를 구성하는 섬유 간의 틈새 또는 이들 모두로 침투하도록 하는 단계와, 상기 은나노 분말이 침투된 섬유원단의 상면에 알루미늄 패널을 적층하는 단계와, 상기 섬유원단의 상면에 적층된 알루미늄 패널에 180~250℃의 열과 3~150bar의 압력을 가한 후, 이를 0~20℃로 냉각하여 상기 은나노 분말이 상기 섬유원단 내에 고착되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도 1을 참조하여 단계 별로 상세히 설명한다.

섬유원단을 알루미늄 패널 상에 펼쳐 준비하는 단계

섬유원단을 준비한다.

이때, 상기 섬유원단이란 천연섬유 및 인조섬유를 모두 포함하여 직조된 원단을 포함한다. 상기 천연섬유의 일례로는 면, 양모, 마, 견(실크) 등이 있고, 인조섬유로는 레이온, 아세테이트 등의 재생섬유; 나일론, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 등의 합성섬유가 있는바, 본 발명에서는 그 종류에 관계없이 어떠한 것이라도 사용 가능하다.

그리고 상기 섬유원단을 알루미늄 패널 상에 펼쳐둔다. 이는 후공정인 섬유원단에 열과 압력을 가하는 공정을 용이하게 실시하기 위한 것으로, 그 두께는 1~2mm 정도면 족하다.

상기 준비된 섬유원단에 은나노 분말을 도포하는 단계.

다음으로, 상기 준비된 섬유원단에 은나노 분말을 도포한다.

상기 은나노 분말이란 은을 1~100nm의 크기의 분말로 제조한 것을 의미하는 것으로, 우수한 항균성을 갖는다.

그리고 상기 은나노 분말의 도포방법은 제한하지 않는바, 에어 브러시를 통해 스프레이 분무하여 도포할 수도 있고, 브러시 등에 은나노 분말을 묻혀 도포할 수도 있으며, 별도의 도포용 도구를 이용할 수도 있는바, 이를 제한하지 않는다.

또한, 상기 은나노 분말의 도포량 역시 제한하지 않는 것으로, 예시적으로 섬유원단 1㎡당 5~200g 정도의 은나노 분말을 사용할 수 있다. 이는 후공정을 통해 표면의 잔여 은나노 분말이 제거된 실제 사용량을 의미한다.

상기 은나노 분말의 제조방법은 이 기술이 속하는 분야에서 충분히 공지되었는바, 그 방법을 제한하지 않는다. 예시적으로 다음과 같은 과정을 통해 은나노 분말을 제조할 수 있다. 먼저, 은의 전구체, 예시적으로 초산은, 질산은 중 1종 이상을 물, 탄소수 1 내지 4의 알코올 중 1종 이상의 용매에 용해한 후, 상기 제조된 전구체 용액을 초음파 분무, 에어에 의한 스프레이 노즐 분무 및 압력 노즐 분무 중 어느 하나의 방법으로 미세한 액적으로 분무한다. 그리고 분무된 액적을 산소, 질소 및 공기 중 1종 이상의 캐리어가스에 의해 가열반응로 또는 화염반응로 속으로 이송하고, 400~2,000℃의 온도에서 가열하여 분해시킨다. 그리고 이를 물, 질소 또는 공기 등의 냉각 유체에 의해 0~200℃로 급속냉각시킴으로써, 입자 크기가 작고 균일한 은나노 분말을 제조하는 것이다.

상기 은나노 분말이 도포된 섬유원단을 브러싱하여 상기 은나노 분말이 상기 섬유원단을 구성하는 원사 간의 틈새, 원사를 구성하는 섬유 간의 틈새 또는 이들 모두로 침투하도록 하는 단계

다음으로, 상기 은나노 분말이 도포되 섬유원단을 브러시로 브러싱함으로써, 상기 섬유원단 상에 도포된 은나노 분말이 상기 섬유원단을 구성하는 원사 간의 틈새, 원사를 구성하는 섬유 간의 틈새 또는 이들 모두로 침투하도록 한다.

즉, 본 발명의 섬유원단은 원사를 통해 제직된 상태이므로, 제직된 원사 간에 틈새가 존재하고, 상기 원사를 구성하는 섬유 간에도 미세 틈새가 존재하게 되는데, 이러한 틈새에 상기 은나노 분말이 용이하게 침투하도록 브러싱을 통해 약간의 압력을 가해주는 것이다. 아울러, 섬유원단 표면의 불필요하게 남아 있는 잔여의 은나노 분말 역시 브러싱을 통해 제거하는 것이다. 이때, 그 압력의 정도는 제한하지 않는바, 2~5bar 정도면 족하고, 브러시의 종류 역시 제한하지 않는다.

상기 은나노 분말이 침투된 섬유원단의 상면에 알루미늄 패널을 적층하는 단계.

다음으로, 상기 은나노 분말이 침투된 섬유원단의 상면에 알루미늄 패널을 적층한다. 상기 패널은 섬유원단을 열압착하기 위한 것이므로, 열전도도가 우수한 알루미늄 패널을 이용하는 것이며, 그 두께는 1~2mm, 더욱 바람직하게는 1mm인 것이다.

상기 섬유원단의 상면에 적층된 알루미늄 패널에 180~250℃의 열과 3~150bar의 압력을 가한 후, 이를 0~20℃로 냉각하여 상기 은나노 분말이 상기 섬유원단 내에 고착되도록 하는 단계

다음으로, 상기 적층된 알루미늄 패널에 열압착기, 다리미 등을 이용하여 180~250℃의 열과 3~150bar의 압력을 가하고, 이를 0~20℃로 급속히 냉각한다.

상기 알루미늄 패널에 열과 압력을 가하면, 알루미늄 패널을 통해 섬유원단에 열과 압력이 그대로 전달되고, 상기 섬유원단을 구성하는 섬유 간 틈새 및 원사 간 틈새가 미세하게 확장되면서 상기 은나노 분말은 틈새 내로 더욱 깊숙이 침투하게 된다.

아울러, 합성섬유의 경우 섬유의 일부가 연화되어 틈새로 침투된 은나노 분말이 상기 섬유의 표면에 고착되게 되며, 상기 천연섬유의 경우 냉각을 통해 확장된 미세 틈새가 다시 급속히 좁아지므로, 틈새 내 은나노 분말이 고정된 상태가 되는 것이다.

다만, 천연섬유의 경우 은나노 분말만으로는 견뢰도 향상이 제한될 수 있으므로, 본 발명은 상기 은나노 분말과 함께 건조한 송진 분말을 혼합하여 사용할 수 있다.

천연 송진은 소나무과의 나무가 손상을 입었을 때 분비되는 액체로서, 인체에 무해한 천연 재료이며 곰팡이, 개미, 진드기와 같은 유해균과 곤충의 발생을 억제하여 항균성을 더욱 개선한다. 또한, 천연 송진은 기름에는 녹으나 물에는 녹지 않는 성질을 가지므로, 세탁 견뢰도가 우수하게 된다.

본 발명의 송진 분말은 천연 송진을 건조하여 분쇄한 것이다.

즉, 상기 송진 분말의 녹는점은 120~130℃ 정도로서 은나노 분말과 달리 섬유 깊숙이 침투하지 않고 틈새 상에만 위치되더라도 상기 섬유원단에 열과 압력을 가해지면, 쉽게 용융되어 섬유원단의 틈새 내부에 쉽게 고착되면서, 이를 통해 은나노 분말 역시 함께 고착되는 것이다.

아울러, 상기 송진 분말의 입도는 100~10,000nm 정도면 족한바, 틈새 내에 위치될 수 있는 정도면 족하기 때문이다.

이때, 상기 은나노 분말과 송진 분말과의 혼합비는 1:0.2~0.5 중량비 정도면 족한바, 송진 분말이 0.2중량부 미만이면 고정력이 부족할 수 있고, 0.5중량부를 초과하면 과량이 되어 섬유원단의 감촉을 저하시키는 등의 단점이 있기 때문이다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 항균 섬유원단은, 우수한 항균성을 가지면서도 견뢰도가 우수하여, 항균성을 장기간 발휘할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 간단한 공정을 통해 제조되므로, 고부가가치의 제품을 제조할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 상기에서는 본 발명의 은나노 분말을 섬유원단의 일측에만 도포하고, 열과 압력을 가하여 고착하는 것을 설명하였으나, 필요에 따라 섬유원단의 양측모두에 은나노 분말을 도포하고, 브러싱한 후, 열과 압력을 가하여 고착할 수도 있는 것으로, 그 추가 실시를 제한하지 않는다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

(실시예 1)

작업대에 2mm 두께의 알루미늄 패널을 올려두고, 상기 패널 상에 폴리에스테르 원단을 평평하게 펼쳐두었다. 그리고 평균 입자의 크기가 10nm인 은나노 분말을 준비하고, 이를 상기 원단 상에 5m/sec의 속도로 에어 브러시를 이용하여 도포하였다.

다음으로, 브러시를 이용하여 상기 은나노 분말이 도포된 원단의 표면을 3bar의 압력으로 5분간 브러싱하여 상기 은나노 분말이 원단 내로 침투되도록 하고, 표면의 잔여 은나노 분말은 제거하였다. 이때, 최종 사용된 은나노 분말은 1㎡당 10g이었다.

다음으로, 상기 은나노 분말이 침투된 원단의 상면에 1mm 두께의 알루미늄 패널을 적층하고, 이에 200℃의 열과 5bar의 압력을 가한 후, 이를 10℃로 냉각하였다.

(실시예 2)

실시예 1과 동일하게 실시하되,

은나노 분말의 사용시 천연 송진 분말(평균 입자 크기 500nm)을 1:0.3 중량비로 혼합하여 사용하였다.

(비교예 1)

실시예 1과 동일한 원단에 은나노 분말과 에폭시계 바인더 수지를 1:1 중량비로 혼합하고, 원단 표면에 45g/㎡의 양으로 도포하고 경화시켰다.

(시험예 1)

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1의 섬유 원단에 대하여 세탁 전 및 세탁 후(세탁 조건은 비이온합성세제 10g/L로 10분 세탁, 2분 탈수의 과정을 20회 반복하고, 마지막에 자연건조함)에 항균 테스트를 실시하였다.

사용된 시험방법은 KS K 0693 : 2006 (직물의 항균도 시험법, shake flask test법)이고, 공시균주로 황색포도상구균(Staphylococcus aureus, ATCC 6538)과 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae, ATCC 4352)을 사용하여, 37±1℃, 24시간 배양한 후 공시균주의 감소율을 계산하였다. 감소율은 다음식으로 계산하여 표 1에 나타내었다.

감소율(%) = [(Mb -Mc)/Mb]×100

여기에서, Ma는 대조시료의 초기 균수(평균치)이고, Mb는 24시간 배양 후 대조시료의 균수(평균치)이며, Mc는 24시간 배양 후 시험시료의 균수(평균치)이다.

시험예 1 결과

구분	세탁전		세탁후
구분	황색포도상구균	폐렴간균	황색포도상구균	폐렴간균
실시예 1	99.99%	99.99%	97.81%	95.25%
실시예 2	99.99%	99.99%	99.99%	99.99%
비교예 1	75.21%	72.25%	67.12%	64.12%

상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1, 2는 세탁 전 항균성이 우수할 뿐만 아니라, 세탁 후 항균성 역시 세탁 전과 큰 차이가 없음을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 의한 항균섬유는, 항균성뿐 아니라, 견뢰도 역시 우수하여 장기간 우수한 항균력을 발휘할 수 있음을 확인하였다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims

섬유원단을 알루미늄 패널 상에 펼쳐 준비하는 단계와,

상기 준비된 섬유원단에 은나노 분말을 도포하는 단계와,

상기 은나노 분말이 도포된 섬유원단을 브러싱하여 상기 은나노 분말이 상기 섬유원단을 구성하는 원사 간의 틈새, 원사를 구성하는 섬유 간의 틈새 또는 이들 모두로 침투하도록 하는 단계와,

상기 은나노 분말이 침투된 섬유원단의 상면에 알루미늄 패널을 적층하는 단계와,

상기 섬유원단의 상면에 적층된 알루미늄 패널에 180~250℃의 열과 3~150bar의 압력을 가한 후, 이를 0~20℃로 냉각하여 상기 은나노 분말이 상기 섬유원단 내에 고착되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 섬유원단의 상, 하부에 적층되는 알루미늄 패널의 두께는 1~2mm인 것을 특징으로 하는 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 준비된 원단에 은나노 분말을 도포하는 단계는,

상기 은나노 분말을 송진 분말과 1:0.2~0.5 중량비로 혼합한 후, 상기 송진 분말이 혼합된 은나노 분말을 도포하는 것임을 특징으로 하는 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 은나노 분말의 입도는 1~100nm이고,

상기 송진 분말의 입도는 100~10,000nm인 것을 특징으로 하는 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단의 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 은나노 분말을 이용한 항균 섬유원단.