KR102259576B1 - 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 천연성분으로 제조되는 고흡수성 고분자 섬유원사의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 카파 카라기난(k-Carrageenan,KC) 성분이 포함된 원료물질로 방사원액을 만들어 가교액 내에서 방사시키는 방법으로 SAP(Super Absorbent Polymer, 고흡수성 수지) 섬유원사를 제조함으로써, 물에 대하여 높은 흡수율을 가지면서도 환경 친화적이고 인체에 무해하며, 위생용품은 물론 의약용 및 농업용 등에 널리 활용할 수 있는 천연의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 카파 카라기난 성분이 포함된 원료물질에 증류수를 첨가하여 혼합용액으로 만든 후 상기 혼합용액을 교반시키며 가열하여 방사원액을 만드는 방사원액 제조단계; KCl용액이 담긴 응고조 내에서 상기 방사용액을 습식으로 방사하면서 가교시켜 SAP 원사를 획득하는 방사단계; 상기 SAP 원사를 에탄올 처리조에 함침시켜 이송하면서 수분을 제거하는 탈수단계; 및 상기 탈수단계를 거친 상기 SAP 원사를 건조로 안에서 이송시키며 연신 및 건조시키는 건조단계를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
Description
본 발명은 천연성분으로 제조되는 고흡수성 고분자 섬유원사 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 카파 카라기난(k-Carrageenan, KC) 성분이 포함된 원료물질로 방사원액을 만들어 가교액 내에서 방사시키는 방법으로 SAP(Super Absorbent Polymer, 고흡수성 수지) 섬유원사를 제조함으로써, 물에 대하여 높은 흡수율을 가지면서도 환경 친화적이고 인체에 무해하게, 위생용품은 물론 의약용 및 농업용 등에 널리 활용할 수 있는 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 및 그 제조방법에 관한 것이다
물을 흡수하는 고분자 물질인 SAP(Super Absorbent Polymer)는 자체 무게의 수백 배에 해당하는 수분을 흡수할 수 있는 기능을 가진 고분자 물질로서, 주로 유아용 기저귀, 여성 위생용품, 성인용 기저귀 등 위생제품 용도로 주로 사용되어 왔으며, 최근에는 보냉용 및 보온용 pack이나 농업용으로서의 수분 유지제 및 토양 개질제, 식품용 포장재 등 산업 각 분야로 적용 분야를 확대해 나가고 있다.
고흡수성 고분자, 즉 SAP는 고분자 사슬 간에 가교결합을 통한 3차원의 망상구조 또는 단일 사슬구조에서 친수성기의 도입에 따른 유체의 흡수현상을 나타내는 고분자로서, 구조 내부에 다량의 액체를 흡수하고 팽창하여 하이드로겔을 형성하고, 흡수된 액체를 일정 압력 하에서 보유할 수 있는 가교 결합된 중합체를 말한다. 대표적인 합성 SAP의 종류에는 가교된 하이드로알킬(메타) 아크릴산, N-비닐피롤리돈, 에틸옥사이드, 아크릴아미드, (메타)아크릴산, 폴리(비닐알콜)이 있으며, 가교된 폴리(아크릴산)(PAA)가 시장의 많은 부분을 차지하고 있다. 그러나 합성 SAP 즉, 석유기반 SAP는 생분해가 불가능 하므로 사용 후 폐기 시 반드시 매립 또는 소각이 필요하며 이 때문에 환경오염이 심화되는 문제가 있다. 또한, 석유고갈이라는 전 세계적인 에너지문제 등을 감안할 때 기존의 석유기반 SAP를 생분해가 가능한 친환경 고분자로 대체해야 하는 필요성은 점점 크게 대두되고 있다.
SAP가 사용되는 제품 중 상당부분은 여성용, 영유아용 및 성인용 기저귀 등 위생용품으로서 인체에 직접 접촉하는 용품이기 때문에 인체에 미치는 다양한 유해영향에 대한 우려가 높아지고 있다. 특히 석유화학기반의 SAP는 고분자화 되지 않은 모노머가 미량이라도 SAP에 잔존할 경우 독성을 갖으며 현재 사용되는 대부분의 가교제 또한 인체에 유해한 성분이어서 SAP에 미 반응된 가교제가 미량이라도 잔존할 경우 인체에 대한 유해성이 항상 문제점으로 대두 되어왔다. 이러한 문제를 해결하기 위해 자연 친화형 프리미엄급 위생용품 개발이 국/내외적으로 매우 활발히 이루어져 왔으나 흡수능, 보수능 및 가압 흡수능 등 제품의 성능이 기존 화학제품과 비교했을 때 매우 낮은 실정이어서 인체에 무해하면서도 성능이 우수한, 생분해 친환경 소재 SAP 기술의 개발이 시급한 실정이다.
한편, 유케우마 코토니(Eucheuma cottonii) 또는 간단하게 코토니(Cottonii)로 알려져 있는 카파피쿠스 알바레지아이(Kappaphycus alvarezii)라는 홍조류를 원물로 하여 제조되는 카파 카라기난(k-Carrageenan, KC)은 유화제 및 증점제로서 식품산업에서 널리 사용되고 있는데, 여러 종류의 치즈와 유제품은 물론 애완동물 사료, 과일 잼, 치약 및 아이스크림과 같은 다수의 제품분야에서 사용되고 있다. 또한 카파 카라기난은 물에 대하여 높은 흡수율을 가지고 있을 뿐만 아니라 적정한 기계적 강도와 생체적합성, 생분해성을 가지고 있기 때문에 천연성분의 고분자 고흡수성 수지로 주목받을 수 있다. 그러나 아직까지는 카파 카라기난을 활용하여 실용성 있는 SAP로 만들 수 있는 기술이 없는 실정이다.
상술한 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은 카파 카라기난(KC) 성분이 포함된 원료물질로 방사원액을 만들어 방사하면서 가교시켜 SAP(Super Absorbent Polymer) 섬유원사를 제조함으로써, 수분에 대하여 높은 흡수율을 가지면서도 환경 친화적이고 인체에 무해하며, 위생용품은 물론 의약용 및 농업용 등에 널리 활용할 수 있는, 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 창안된 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사는 카파 카라기난 파우더 완성품 또는 코토니(Kappaphycus alvarezii) 원물을 증류수와 혼합하여 교반 및 가열한 혼합용액을 KCl용액에서 방사하여 가교시킨 후 에탄올 용액에 함침시켜 탈수하고 건조시킨 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사로 하는 것이 바람직하며, 상기 카파 카라기난 파우더 완성품 또는 상기 코토니 원물의 농도는 4wt% 내지 6wt%인 것을 특징으로 하는 것도 가능하며, 상기 KCl용액의 몰농도는 0.05M 내지 0.5M인 것을 특징으로 하는 것도 바람직하다. 또한 상기 에탄올 용액은 93 내지 97% 에탄올 용액인 것을 특징으로 하는 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사로 하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법은 카파 카라기난 성분이 포함된 원료물질에 증류수를 첨가하여 혼합용액으로 만든 후 상기 혼합용액을 교반시키며 가열하여 상기 원료물질의 농도가 4wt% 내지 6wt%인 방사원액을 만드는 방사원액 제조단계; 몰농도가 0.05M 내지 0.5M인 KCl용액이 담긴 응고조 내에서 상기 방사용액을 습식으로 방사하면서 가교시켜 SAP(Super Absorbent Polymer) 원사를 획득하는 방사단계; 상기 SAP 원사를, 에탄올 용액이 담긴 에탄올 처리조에 함침시켜 이송하면서 수분을 제거하는 탈수단계; 및 상기 탈수단계를 거친 상기 SAP 원사를 건조로 안에서 이송시키며 연신 및 건조시키는 건조단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 특징에 더하여 상기 원료물질은 해조류를 가공하여 제조된 카파 카라기난 파우더 완성품인 것을 특징으로 하는 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법으로 하는 것도 가능하며, 또는 상기 원료물질은 코토니(Kappaphycus cottonii, Kappaphycus alvarezii) 원물이며, 상기 방사원액 제조단계 전에 상기 코토니 원물을 증류수에 수세하여 염분을 제거하고, 건조하는 원물 가공단계; 를 더 포함하며, 상기 KCl용액의 몰농도는 0.1M 내지 0.5M인 것을 특징으로 하는 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법으로 하는 것도 가능하다.
뿐만 아니라 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법은 상술한 특징들에 더하여 상기 방사용액 제조단계에서, 상기 혼합용액에 대한 가열은 18분 내지 22분 동안 90℃ 이상이 유지되도록 가열하는 것을 특징을 더 포함하는 하는 것도 바람직하며, 상기 방사단계에서, 상기 방사원액의 온도를 80℃이상으로 유지하면서 방사하며, 상기 KCl용액은 15℃ 내지 25℃를 유지하는 것을 특징을 더 포함하는 것도 바람직하다.
그리고, 상술한 특징들에 더하여 상기 방사단계에서, 상기 SAP 원사의 직경이 500㎛ 내지 800㎛가 되도록 방사되는 특징을 더 포함하는 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법으로 하는 것도 가능하며, 이에 더하여 상기 에탄올 용액은 93 내지 97% 에탄올 용액인 특징을 더 포함하는 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법으로 하는 것도 가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법으로 제조된 SAP섬유는 천연성분인 코토니 또는 카파 카라기난을 주원료로 하여 제조됨으로써 인체에 무해하고 생분해를 통한 폐기가 가능하기에 환경 친화성을 가진 SAP 섬유를 얻게 되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법은 인체에 무해한 KCl을 가교제로 사용하고, KCl의 몰농도를 최적의 농도로 적용함으로써 흡수율 및 흡수속도가 우수함은 물론 적정한 강도를 가질 수 있는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법을 적용하는 경우 연속공정을 통하여 SAP를 섬유원사로 제조하기 때문에 제조 속도 증가 및 인건비 절감 등 제조공정의 효율성을 확보할 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라 탈수를 위한 에탄올의 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있으며, 이를 통하여 경제적인 비용을 SAP 섬유를 제조할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법에서는 카파 카라기난 완제품뿐만 아니라 가공 전의 원물인 코토니를 사용하여 SAP 섬유 원사를 제조할 수 있으므로 고가의 카라기난 완제품을 사용하지 않아도 되어 제조비용을 획기적으로 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사를 제조하기 위한 SAP 원사 제조장치(100)의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사를 제조하는 방법의 바람직한 일 실시예를 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사를 제조하는 방법의 바람직한 실시예 중 또 다른 일 실시예를 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 4는 가교제 첨가 없이 KC의 겔화를 유도하여 SAP를 제조하는 경우의 수분흡수능 실험결과이다.
도 5는 KC로 제조된 SAP 입자의 크기에 따른 수분흡수능 실험결과
도 6은 KC로 제조된 SAP의 분쇄 방법에 따른 수분흡수능 실험결과이다.
도 7은 KC로 제조된 SAP을 일반 분쇄하였을 때 입자 크기에 따른 수분흡수능 실험결과이다.
도 8은 KC로 제조된 SAP을 액체질소 하에 분쇄하였을 때 입자 크기에 따른 수분흡수능 실험결과이다.
도 9은 SAP에 대한 가압흡수능을 측정하기 위한 장비에 대한 개요도이다.
도 10은 KC용액의 농도에 따른 SAP 원사의 수분흡수능 실험결과이다
도 11은 원료물질이 KC 완제품이고, KC용액의 농도가 5wt%일 때, KCl용액의 몰농도 변화에 따른 수분흡수능 및 가압흡수능 실험결과이다.
도 12는 원료물질이 코토니이고, KC용액의 농도가 5wt%일 때, KCl용액의 몰농도 변화에 따른 수분흡수능 및 가압흡수능 실험결과이다.
도 2는 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사를 제조하는 방법의 바람직한 일 실시예를 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사를 제조하는 방법의 바람직한 실시예 중 또 다른 일 실시예를 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 4는 가교제 첨가 없이 KC의 겔화를 유도하여 SAP를 제조하는 경우의 수분흡수능 실험결과이다.
도 5는 KC로 제조된 SAP 입자의 크기에 따른 수분흡수능 실험결과
도 6은 KC로 제조된 SAP의 분쇄 방법에 따른 수분흡수능 실험결과이다.
도 7은 KC로 제조된 SAP을 일반 분쇄하였을 때 입자 크기에 따른 수분흡수능 실험결과이다.
도 8은 KC로 제조된 SAP을 액체질소 하에 분쇄하였을 때 입자 크기에 따른 수분흡수능 실험결과이다.
도 9은 SAP에 대한 가압흡수능을 측정하기 위한 장비에 대한 개요도이다.
도 10은 KC용액의 농도에 따른 SAP 원사의 수분흡수능 실험결과이다
도 11은 원료물질이 KC 완제품이고, KC용액의 농도가 5wt%일 때, KCl용액의 몰농도 변화에 따른 수분흡수능 및 가압흡수능 실험결과이다.
도 12는 원료물질이 코토니이고, KC용액의 농도가 5wt%일 때, KCl용액의 몰농도 변화에 따른 수분흡수능 및 가압흡수능 실험결과이다.
상술한 목적과 특징이 분명해지도록 첨부된 도면을 참조하여 여러 가지 실시 예들에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련한 공지기술로서 이미 그 기술 분야에 익히 알려져 있는 것이고, 그 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 다양한 실시 예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.
다양한 실시 예들에 대한 설명 가운데 “제1”, “제2”, “1차”, “2차”, “첫째” 또는 “둘째”등의 표현들이 실시 예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분 짓기 위해 사용될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 및 그 제조방법에 대하여, 제조방법을 중심으로 설명한다. 먼저, 도 1은 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사를 제조하기 위한 SAP 원사 제조장치(100)의 구성도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 상기 SAP 원사 제조장치(100)는 방사원액 제조로(110), 방사펌프(120), 응고조(130), 방사구(131), 에탄올 함침조(140), 건조로(150) 및 섬유원사 회수장치(160)를 포함하여 구성하도록 하는 것이 바람직하다.
한편 도 2는 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사를 제조하기 위한 방법의 바람직한 실시예 중 하나를 개략적으로 도시한 순서도이다. 본 실시예에 의하면 코토니(cottonii)와 같은 홍조류를 가공하여 제조된 카파 카라기난 파우더 완성품을 이용하여 SAP(Super Absorbent Polymer)섬유 원사를 제조하는 것이 가능한데, 이를 위한 제조방법으로는 도 2에서 보는 바와 같이 방사원액 제조단계(s110), 방사단계(s120), 탈수단계(s130) 및 건조단계(s140)를 포함하여 제조하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 방사원액 제조단계(s110)에서는 카파 카라기난 성분이 포함된 원료물질에 증류수를 첨가하여 혼합용액으로 만든 후 상기 혼합용액을 교반시키며 가열하여 상기 원료물질의 농도가 4wt% 내지 6wt%인 방사원액을 만드는 것이 바람직하다. 여기서 원료물질은 코토니를 가공하여 제조된 카파 카라기난 파우더 완성품으로 하는 것이 바람직하며, 상기 혼합용액에 대한 가열은 18분 내지 22분 동안 90℃ 이상이 유지되도록 가열하는 것이 가장 바람직하다.
상기 방사단계(s120)에서는, 상기 방사원액 제조단계(s110)에서 제조된 상기 방사원액을, 몰농도가 0.05M 내지 0.5M인 KCl용액이 담긴 응고조 내에서 습식으로 방사하면서 가교시켜 SAP(Super Absorbent Polymer) 원사를 획득하게 된다. 여기서 KCl용액의 가장 바람직한 몰농도는 0.1M인데, 이에 대하여는 후술하게 되는 실험예들 및 그에 관한 결과에서 설명하게 된다. 또한 상기 방사단계(s120)에서는, 상기 방사원액의 온도를 80℃이상으로 유지하면서 방사되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 카파 카라기난이 일정온도 미만으로 냉각되는 경우 겔화되기 때문이며, 원활한 방사를 위하여는 상기 방사원액이 상기 방사구(131)를 통하여 상기 KCl용액으로 방사되기 전까지는 방사원액의 온도를 80℃이상으로 유지시키는 것이 가장 바람직하다. 따라서 상기 방사원액 제조로(110)에서 부터 상기 방사펌프(120)을 거쳐 상기 방사구(131)에 이르기 까지 단열처리가 되도록 하는 것도 바람직하다. 또한 상기 KCl용액의 경우에는 원사에 대한 적정 강도 확보와 가교밀도 보장을 위해 15℃ 내지 25℃를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 방사구(131)를 통하여 방사되는 상기 SAP 원사의 직경은 500㎛ 내지 800㎛가 되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 연속식 공정에서 적절한 강도와 흡수능을 갖는 SAP 원사 제조를 가능하게 할 수 있는 두께범위에 해당된다. 500㎛미만이 되는 경우 강도가 너무 약해서 연속식 공정이 어렵게 되며, 800㎛이상이 되는 경우 흡수능이 낮아지게 되어 SAP 원사로서의 품질이 저하된다.
또한 상기 탈수단계(s130)는 상기 방사단계(s120)에서 획득한 상기 SAP 원사에 포함된 수분을 제거하는 과정인데, 이를 위하여 93% 내지 97%의 에탄올 용액, 가장 바람직하게는 95% 에탄올 용액이 담긴 상기 에탄올 처리조(150)에 함침시켜 이송하면서 수분을 제거하도록 하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 상기 탈수단계(s130)를 거친 상기 SAP 원사는 상기 건조로(150) 안에서 이송시키며 연신 및 건조시키는 건조단계(s150)를 거치도록 하는 것이 바람직하다.
그리고 도 3은 본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사를 제조하는 방법의 바람직한 실시예 중 또 다른 하나의 실시예를 개략적으로 도시한 순서도인데, 본 실시예에 의하면 카파 카라기난 파우더 완성품이 아닌 원물을 이용하여 SAP 원사를 제조하는 것이 가능하게 된다. 이를 위한 제조방법으로는 도 3에서 보는 바와 같이 원물가공단계(s200), 방사원액 제조단계(s210), 방사단계(s220), 탈수단계(s230) 및 건조단계(s240)를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 원물 가공단계(s200)는 카파 카라기난을 제조할 수 있는 홍조류 원물인 코토니(Kappaphycus alvarezii 또는 Kappaphycus cottonii)를 증류수로 수세하여 염분을 제거한 후 건조하는 과정이다. 본 실시예에 따라 카파 카라기난 완제품이 아닌 원물을 사용하게 되면, 고가의 완제품 대신 원재료물질을 사용하게 되므로 비용을 크게 절약할 수 있을 뿐만 아니라 원물 내에 존재하는 섬유질과 단백질로 인하여 SAP 원사의 형태유지 및 강도를 강화할 수 있는 효과를 얻게 된다.
본 실시예에서 상기 원물 가공단계(s200)이후의 나머지 단계 즉 방사원액 제조단계(s210), 방사단계(s220), 탈수단계(s230) 및 건조단계(s240)는 상기 도 2에서 설명한 실시예에서의 방사원액 제조단계(s110), 방사단계(s120), 탈수단계(s130) 및 건조단계(s140)와 각각 동일하나, 상기 방사단계(s220)에서 상기 KCl용액의 몰농도를 0.1M 내지 0.5M로 하는 것이 바람직한데, 가장 바람직한 몰농도는 0.1M이다. 이에 대하여는 후술하게 되는 실시예 및 실험예를 통하여 설명하기로 한다.
이하에서는 위에서 상술한 바 있는 바람직한 실시예들을 도출하기까지의 각종 실시예, 비교예 및 실험예 등에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
<바이오매스 원료물질 및 가교제의 선정>
본 발명에 의한 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법의 바람직한 실시예들을 도출하기 까지 다양한 바이오매스 원료물질에 관한 연구를 진행하였다. 바이오매스 기반 고분자를 이용한 생분해성 SAP의 원료물질은 독성이 없고 생분해가 되는 동시에 적정한 시장가격을 형성하여야 한다. 그 중 해조류(홍조류)를 가공하여 얻는 카파 카라기난(k-Carrageenan)은 식품원료로 사용하는 물질로 안전하고 용이하게 획득할 수 있는 재료이나 다만 상대적으로 높은 시장 가격을 형성하고 있다. 반면, 카파 카라기난(k-Carrageenan) 제조에 사용되는 천연원물인 코토니는 카파 카라기난을 약 46%포함하고 있으며 카파 카라기난 제조과정에서 특별한 정제과정이 없다는 점에 착안하여 직접 사용하는 것이 가능하다고 결론지었으며, 이를 직접 사용하게 되면 효과적으로 제조단가를 절감하는 것이 가능하다. 따라서 완성품인 카파 카라기난과 함께 카파 카라기난의 원물인 코토니를 원료물질로 선정하였다.
또한, 원료물질들 즉 카파 카라기난과 원물(코토니)에 대하여 적합한 가교제로서 KCl, KSCN 및 BaCl2를 대상으로 연구를 진행한 결과, 카파 카라기난은 K+, Ba2+ 와 같은 금속이온과 만나 물리적 가교를 형성하여 젤화하는 특성을 가지는 반면, BaCl2 와 KSCN은 인체에 유해한 것으로 조사 되었다. 따라서 적절한 가교도와 안전성을 가지는 가교제는 KCl이 가장 적절하다고 결론지었다.
<실시예 1> 가교제 첨가 없이 겔화를 유도하여 SAP제조
카파 카라기난 3kg에, 물 200리터를 첨가한 혼합용액을 만들어 교반기에 넣은 후 상온에서 교반하여 분산시킨 뒤 90℃까지 가열하면서 교반하여 용해시켰다. 교반 및 가열을 계속하며 95%의 에탄올 200kg을 천천히 투입하고 난 후 교반기의 자켓에 냉각수를 넣어 1시간 동안 교반을 지속하였다. 그 뒤 1 micro bag filter와 압착기를 이용하여 약 3kg의 결정을 회수하였다. 자켓의 온도를 65℃로 하여 4시간 동안 진공건조를 하여 수분율 3%, 총중량 3kg의 결정을 회수하였고, 이를 500㎛ 내지 1,000㎛로 분쇄하여 SAP 입자를 획득하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1의 공정 중 결정을 분쇄하는 공정에서 회수한 결정에 대하여 500㎛ 미만으로 분쇄하여 SAP 입자를 획득하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 및 상기 비교예 1에서 얻어진 SAP입자들에 대하여 물에 대한 흡수능을 측정하였다. 물에 대한 흡수능 측정 방법은 공인 흡수능 시험 방법 (KS P ISO 17190-5)를 참조하여 Tea bag Test를 사용하였다. Tea bag Test는 적정량의 SAP(0.1g±0.001g)을 40~60 mesh size의 Tea bag에 넣고 일정시간(10초 ~ 1시간)동안 각각 100ml의 물에 담그어 일정 시간 후 티백을 물로부터 제거하여 무게를 측정한다. SAP가 들어있지 않은 Tea bag도 동일하게 상기 시험방법에 따라 무게를 측정한 후 일정시간동안 SAP가 흡수한 물의 양 및 이에 따른 흡수율을 아래와 같이 계산한다.
- SAP가 흡수한 물의 양(g) = Wt - (Ww + Wd)
- 흡수능(g/g) = (Wt - (Ww + Wd)) / Wd
- Wt : 일정시간 동안 물에 담근 후, SAP를 포함한 티백의 무게
- Ww : 일정시간 동안 물에 담근 후, 빈 티백의 무게
- Wd : 실험에 사용한 SAP의 무게
또한, 1차, 2차, 3차 흡수시간을 파악해 보기 위해 Vial 테스트를 진행하였다.
<결과 1>
흡수능 실험결과, 도 4에서 보는 바와 같이 500㎛ 내지 1,000㎛ 입자크기를 가진 SAP에서 1시간 이후의 최대 흡수능이 3,850%가 나왔으며, Vial 테스트 결과에서는 500㎛미만 입자는 물론 500㎛ ~ 1,000㎛ 입자도 모두 뭉침 현상으로 인해 2차, 3차 흡수가 느려지는 경향을 보였으며, 500μm 미만의 입자크기를 가지는 SAP에서는 뭉침 현상이 매우 심하게 발견되었다.
500μm 미만 : 1차 흡수 5분 이상
*500μm ~ 1000μm : 1차 흡수 5초, 2차 흡수 30초, 3차 흡수 50초, 4차 흡수 5분 이상
또한 카파 카라기난을 가열하며 용해하는 과정에서도 카파 카라기난 파우더들이 서로 뭉쳐 고른 분산 용액을 만들기 어려운 점도 발견되었다.
<실시예 2> 카파 카라기난에 산처리를 한 후 가교제 없이 SAP제조
카파 카라기난 12kg을 물 200리터에 혼합하여 혼합용액을 만든 후, 상온의 HCl 수용액(pH2.7) 300리터와 함께 교반기에 부어 상온에서 교반하여 분산시킨 뒤 90℃까지 가열 및 교반하면서 용해하였다. 교반 및 가열을 계속하면서 90%의 에탄올 800kg을 천천히 투입한 후 자켓에 냉각수를 넣어 1시간 동안 계속 교반하여 결정화 하였다. 1 micro bag filter와 압착기를 이용하여 결정회수를 한 후 자켓온도를 65℃로 하여 4시간동안 진공 건조하여 수분율이 3%이고 총중량이 12kg인 SAP결정을 회수하였고 이를 500㎛ 내지 1,000㎛ 크기로 분쇄하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 2에서 회수한 결정을 분쇄하는 공정에서 500㎛ 미만 및 1,000㎛이상으로 분쇄한 SAP 입자를 각각 획득하였다.
<실험예 2>
상기 실시예 2 및 상기 비교예 2에서 얻어진 SAP입자들에 대하여 물에 대한 흡수능을 측정하였다. 물에 대한 흡수능 측정방법은 실험예 1에서 적용한 방법과 동일한 방법을 사용하였다.
<결과 2>
도 5에서 보는 바와 같이 500μm 미만, 500μm ~ 1000μm, 1000μm 이상의 세 가지 입자크기 모두에서 2,000% 전/후반의 수분 흡수능을 보였다. 또한 산 처리를 함으로서 바이오매스의 구조에 일부 손상이 가해진 것으로 보이며, 이로 인해 강도가 하락하고 흡수능 또한 감소된 것으로 나타났다. 실시예 1과 실시예 2 모두 흡수능이 다소 미흡한 이유는 가교제가 첨가되지 않아 강도가 낮아졌기 때문인 것으로 추정되어 가교제 처리가 필요하다는 결론을 얻었다.
<실시예 3> 카파 카라기난에 가교제로 KCl을 사용하여 SAP제조
교반기에 상온의 KCl 수용액(0.2mol) 60리터에 카파 카라기난 파우더 1.2kg을 투입하고 상온에서 교반하여 분산시킨 뒤 90℃까지 가열하면서 교반하여 용해시켜 KC(카파 카라기난)수용액을 만들었다. KC수용액에 대하여 가열 및 교반을 계속하면서 95% 에탄올 60리터를 천천히 투입하였다. 에탄올 투입 완료 후 자켓에 냉각수를 넣어 냉각해주면서 1시간 동안 교반을 지속한 후 1 micro bag filter와 압착기를 이용하여 약 20kg의 결정을 회수하였다. 회수된 결정에 대하여 자켓 온도를 65℃로 유지하면서 4시간 동안 진공 건조하여 수분율이 3%이고 총중량이 1.2kg인 SAP를 회수하였다.
<비교예 3a>
교반기에 상온의 KCl 수용액(0.2mol) 30리터와 카파 카라기난 파우더 1.2kg을 투입한 후 상온에서 교반하여 분산시킨 뒤 90℃까지 가열하면서 교반하여 용해시켜 KC수용액을 만들었다. 고속 교반중인 에탄올 수조에 KC수용액을 천천히 부어 주었더니, 크고 두꺼운 밧줄 형태 혹은 덩어리 형태의 SAP가 생성되었다. 자켓 온도 65℃로 4시간 동안 진공 건조하는 과정에서 밧줄형태의 SAP가 교반기의 임펠러에 휘감겨 건조가 거의 진행되지 않아 중단되었다.
<비교예 3b>
실시예 3에서 임펠러가 교반 중인 환경에서 95% 에탄올을 천천히 부어주는 방식으로 결정화를 함에 따라 SAP가 미분 형태로 회수 되었으며 이로 인해 낮은 흡수성능을 보이는 문제가 나타났고 이를 해결하기 위하여 비교예 3b에서는, ①용해완료 직후 열원을 차단하고(자켓 내부 온수를 전량 드레인) ②교반을 중단한 뒤 ③95% 에탄올을 일시에 투입하는 방식을 채택함으로서 큰 결정을 얻고자 하였는데, 위 방식으로 제조된 SAP는 얇은 섬유와 같이 거친 형태의 입자를 나타내었기 때문에 일반 분쇄 또는 액체질소 하에서 분쇄하는 분쇄 공정을 추가하였으며,
따라서 교반기에 상온의 KCl 수용액(0.2mol) 60리터와 카라기난 파우더 1.2kg을 투입하고 상온에서 교반하여 분산시킨 뒤 90℃까지 가열하면서 교반하여 용해시켜 KC수용액을 만들었다. 용해완료 직후 자켓 내의 온수를 전량 드레인하고 교반을 중단한 뒤, 95% 에탄올 60리터를 일시에 투입하였다. 미교반 상태에서 KC수용액의 표면이 급속히 결정화되어 KC수용액과 에탄올 층이 확연히 분리되었다. 에탄올 투입 직후 교반기를 가동하면서 자켓에 냉수를 공급하며 1시간동안 교반 및 냉각한 후 1 micro bag filter와 압착기를 이용하여 결정을 회수하였다. 회수된 결정 약 20kg을 95% 에탄올 30리터에 재침지하여 overnight한 후 bag filter와 압착기를 이용하여 결정을 회수하였는데, 압착의 정도는 약하게 하였다. 자켓 온도를 65℃로하여 5시간 동안 진공 건조하여 수분율 8%, 총중량 1.2kg의 SAP를 회수하였다.
<실험예 3>
상기 실시예 3 및 상기 비교예 3b에서 얻어진 SAP입자들에 대하여 물에 대한 흡수능을 측정하였다. 물에 대한 흡수능 측정 방법은 실험예 1에서 적용한 방법과 동일한 방법을 사용하였다. 비교예 3b에서 분쇄한 입자들에 대하여는 200㎛ 미만, 200㎛ 내지 500㎛, 500㎛ 내지 710㎛, 710㎛ 내지 1000㎛, 1000㎛ 내지 1700㎛의 입자로 분류하여 수분 흡수능을 측정하였다.
<결과 3>
상기 실시예 3, 비교예 3a 및 비교예 3b에서, KCl 수용액에 KC를 분산시켰을 때 증류수에 분산시켰을 때보다 쉽게 분산되었으며, 이에 따라 균일한 KC 수용액의 제조가 용이하였다. 그러나 실시예 3에서는 미세 분말의 SAP가 회수되어 낮은 흡수능을 보였을 뿐만 아니라, 심한 뭉침 현상이 발견 되었는데, 이는 SAP가 미세분말 형태를 가졌기 때문인 것으로 파악되며, 이것이 낮은 흡수능의 원인인 되는 것으로 파악되었다. 또한 Scale이 커지면서 냉각속도의 저하가 관찰되었고 이에 따라 SAP 결정이 서서히 생성되었으며, 교반을 계속해 주면서 SAP 결정이 작게 만들어졌다. 따라서 더 큰 입자의 SAP를 제조하기 위해서는 SAP 제조공정에 변화가 필요한 것으로 판단되었다.
비교예 3a에서는 SAP의 냉각속도를 조절함으로서 입자크기를 조절하고자 하였다. 따라서 고속 교반중인 에탄올 수조에 KC용액을 천천히 부어 줌으로서 KC용액의 온도를 급격히 떨어트리는 방식을 이용하여 SAP 제조를 시도하였으나, 굵은 밧줄 형태 또는 크고 덩어리진 형태의 SAP가 생성되었고, 낮은 비표면적으로 인해 긴 에탄올 처리 시간이 소요되었다. 그리고 건조 과정 중에서 밧줄형태의 SAP가 임펠러에 얽혀 건조에 실패하였다.
비교예 3b에서는 결정의 성상이 얇은 섬유와 유사하였고, 이로 인하여 미세분말 형태에 비해 건조시간이 1시간 정도 늘어났으며, 에탄올 결정화시 미교반 상태였음에 따라, 건조 완료 후에도 1~2cm 크기의 덩어리가 소량 발견되었다. 이런 덩어리는 표면이 막을 형성하고 있어 내부까지 건조가 불가능하므로 채를 쳐서 분리하여 파쇄 후 재 건조하거나 폐기되어야 할 것으로 관찰되었다. 도 6 내지 도 8은 비교예 3b에서 분쇄방법 및 분쇄한 입자크기에 따른 흡수능을 비교한 결과로서 도 6은 SAP의 분쇄방법에 따른 수분흡수능 실험결과이고, 도 7은 SAP를 일반분쇄하였을 때 입자크기에 따른 수분흡수능 실험결과이며 도 8은 SAP를 액체질소 하에서 분쇄하였을 때 입자크기에 따른 수분흡수능 실험결과이다. 도 6 내지 8에서 보는 바와 같이 흡수능 시험 결과 약 5,000%의 흡수능을 보였다. 제조된 SAP의 성상은 얇고 짧은 섬유형태이며 응용제품 제조를 위해서는 살포 가능한 형태의 입자로 SAP가 제조 되어야 한다. 따라서 적정 크기로 분쇄하는 과정을 거쳐야 하며 일반 분쇄기를 이용한 분쇄 또는 액체질소를 이용해 냉각한 후 분쇄 두 가지 방법을 사용하여 분쇄를 진행 하였으며, 각각 분쇄 방법에 따른 수분 흡수율을 측정하였다. 수분 흡수능 시험 결과 일반 분쇄하여 회수한 SAP은 약 5,000%의 수분 흡수율을 보였으며, 액체질소 하에 분쇄하여 회수한 SAP의 수분흡수율은 약 5,600%로 일반분쇄보다 약 600% 향상된 수분 흡수 성능을 보였다. 위 방법으로 1.2kg의 SAP을 회수하는데 약 90L의 에탄올 사용하여야하며, 분쇄시 사용되는 액체질소와 액체질소 분쇄 설비 때문에 너무 높은 수준의 생산 단가를 필요로 하였다.
<섬유형태 SAP 제조의 필요성>
SAP를 이용한 응용제품을 만들기 위해서는 흡수능도 중요하지만, 가압흡수능(Absorbency Under Load, AUL)이 충분히 확보되어야 한다. 따라서 가압흡수능을 증대시키기 위해서 SAP의 형태를 섬유 형태로 변화 시켜 진행시킬 필요가 있었다. 또한, 위 실시예들에 따른 공정으로는 대량의 에탄올이 소비되기 때문에 이로 인하여 제품단가의 상승이 되므로 원가절감을 위한 해결책 모색 필요하였다.
예를 들어 약 500-800μm의 얇은 두께로 섬유를 방사하는 경우 에탄올 처리가 용이하며, 연속식 공정으로 인하여 소량의 에탄올로도 많은 양의 SAP 제조가 가능하다. 또한 섬유형태로 하는 경우 수분을 흡수팽창 하면서 섬유들의 형태로 인해 물구멍(Water hole)이 생성되어 뭉침 현상이 나타나지 않으며, 초기 흡수뿐만 아니라 2차, 3차 흡수에도 탁월한 수분 흡수 능력을 보이게 된다. 따라서 얇은 두께로 섬유를 방사하는 방식으로 SAP 원사를 제조하는 실시예를 실험하게 되었다. 섬유의 두께를 500-800μm로 하는 것이 바람직한 이유는, 섬유의 두께를 500μm 미만으로 되는 경우 섬유의 강도가 너무 낮아져서 연속식공정을 적용하기 어려웠으며, 앞의 비교예 3b에 대한 실험결과(도 7 및 도 8 참조)에서 보는 바와 같이 SAP의 입자크기가 크게 되면 수분흡수능이 낮아지게 되므로 방사되는 섬유의 두께를 적어도 800μm 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
고분자 섬유를 방사하는 방법은 크게 용융방사, 건식방사, 습식방사가 있다. 용융방사는 고분자를 용융시켜 노즐을 통해 방사함과 동시에 냉각시켜 섬유를 회수시키는 방식이고, 건식방사는 유기용매에 고분자를 용해시켜 노즐을 통해 방사함과 동시에 용매를 건조시켜 섬유를 회수하며, 습식방사는 고분자를 용매에 용해시킨 후 비 용매인 응고조 내에서 방사하여 섬유를 회수하는 방식이다. 본 발명에서는 카파 카라기난에 대하여 KCl수용액을 이용한 가교가 필요하기 때문에 KCl수용액 내에서 방사하는 습식방사 방식을 적용하는 것이 바람직하다.
<실시예 4> 카파 카라기난 파우더를 KCL용액에 가교하여 SAP 원사 제조
카파 카라기난 파우더를 증류수에 첨가하여 혼합용액으로 만들어 교반시키며 가열하여 90℃ 이상이 되도록 한 후 20분간 더 가열하여 카파 카라기난 농도가 5wt%인 방사원액을 만들었다. 그리고 상기 방사원액을 80℃이상으로 유지하면서, 몰농도가 0.5M이고 20℃의 KCl용액이 담긴 응고조 내에서 습식으로 방사하면서 가교시켜 SAP 원사를 획득하였다. 상기 SAP 원사를 95% 에탄올 용액이 담긴 에탄올 처리조에 함침시켜 이송하면서 수분을 제거한 후 건조로 안에서 이송시키며 연신 및 건조시켰다.
<비교예 4a>
상기 실시예 4에서 방사원액을 카파 카라기난의 농도가 6wt%인 방사원액으로 만들었고, 나머지는 상기 실시예 4와 동일하게 실시하였다.
<비교예 4b>
상기 실시예 4에서 KCl의 몰농도를 0.05M, 0.1M, 0.2M로 각각 달리해가며 나머지는 상기 실시예 4와 동일하게 각각 실시하였다.
<실험예 4>
상기 실시예 4, 상기 비교예 4a 및 상기 비교예 4b에서 얻어진 SAP 원사 들에 대하여 물에 대한 흡수능과 가압흡수능(AUL)을 측정하였다. 물에 대한 흡수능 측정방법은 실험예 1에서 적용한 방법과 동일한 방법을 사용하였고, 물에 대한 가압흡수능(AUL, Absorbency Under Load) 측정방법은 한국산업표준 KS P ISO 17190-7(고분자기반 흡수재의 특성화 시험방법 : 압력시 흡수된 중량의 측정)을 참조하여 시행하였다. 가압흡수능을 측정하기 위한 장비에 대한 개념도는 도 9에 도시되어 있다. 도 9에서 보는 바와 같이 적정량의 SAP(0.9g ± 0.005g)를 유리실린더(내경= 60 ± 0.2mm, 높이=50 ± 0.5mm)하부 스크린에 분포시킨다. 시험시료가 들어있는 유리 실린더 위에 플라스틱 피스톤(직경= 60±0.2mm)을 올리고 실린더 기구의 무게를 측정한다(W1). 그 후 페트리 접시에 다공성 유리필터(Porosity=0)를 위치시키고 페트리 접시에 각각 물을 채워준다. 상기 물이 담긴 페트리 접시의 다공성 유리필터 위에 완비된 실린더 기구를 올린 후 원통형의 추를 올려 압력이 0.3psi가 되도록 피스톤의 무게(574±5g)를 맞춘다. 일정시간(60±1분)간 시험시료가 물과 혈액을 흡수할 수 있도록 방치한 후, 실린더 기구의 무게를 측정한다(W2). 일정시간 동안 가압상태에서 SAP가 흡수한 물의 양에 대한 가압흡수능(AUL)을 아래와 같이 계산하였다.
- AUL(g/g) = (W2(g)-W1(g))/SAP무게(g)
<결과 4>
도 10에서 보는 바와 같이 0.5Mol의 KCl에 방사하여 제조한 SAP는 방사원액의 카파 카라기난 농도가 5wt%일 때 흡수능이 약 5,600%이며(실시예 4), 방사원액의 농도가 6wt%일 때는 흡수능이 3,900%로서(비교예 4a) 방사원액의 농도가 5%일 때 더 높은 흡수성능을 나타내었다. 농도가 4wt%일 경우에는 6wt%인 경우와 유사하게 나왔다. 따라서 비교예 4b에서는 방사원액의 농도를 5wt%로 고정하여 진행하였다.
도 11에서 보는 바와 같이 방사원액의 농도가 5wt%일 때 응고조의 KCl 용액에 대한 Mol농도를 변화시켜 가며 SAP 원사의 흡수능 비교를 진행한 결과 KCl 용액의 Mol 농도에 따른 일반 흡수능력 4,000% 전후로서 크게 차이 나지 않았지만, 가압흡수능(AUL) 실험결과 0.1Mol의 KCl 용액으로 가교한 SAP 원사에 대한 최대 가압흡수능이 2,000%를 보였다. 0.05Mol의 KCl 용액으로 가교한 SAP 원사의 경우 낮은 가교 밀도로 인해 가압흡수능이 감소하였으며 뭉침 현상이 발견되었다.
이를 통하여, 카파 카라기난 파우더 완제품을 이용하여 SAP 원사를 제조하는 경우 방사원액의 카파 카라기난 농도는 5wt%로, KCl 용액의 농도는 0.1Mol로 하여 가교하는 것이 가장 바람직하다는 결과가 나왔다. 따라서 카파 카라기난 파우더 완제품으로 방사원액을 만들어 SAP섬유 원사를 방사하고자 하는 경우에는 방사원액의 농도를 4wt% 내지 6wt%로 하고, 가교제로서의 KCl 용액의 몰농도 범위는 0.05Mol 내지 0.5Mol로 하는 것이 바람직하다. 그리고 방사된 SAP섬유원사를 탈수하기에 적정한 에탄올은 93% 내지 97%의 에탄올 용액이 바람직하다.
<실시예 5> 원물인 코토니를 KCL용액에 가교하여 SAP 원사 제조
카파 카라기난의 원물인 코토니에 증류수에 첨가하여 혼합용액으로 만들어 교반시키며 가열하여 90℃ 이상이 되도록 한 후 20분간 더 가열하여 원물 농도가 5wt%인 방사원액을 만들었다. 그리고 상기 방사원액을 80℃이상으로 유지하면서, 몰농도가 0.2M이고 20℃의 KCl 용액이 담긴 응고조 내에서 습식으로 방사하면서 가교시켜 SAP 원사를 획득하였다. 상기 SAP 원사를 95% 에탄올 용액이 담긴 에탄올 처리조에 함침시켜 이송하면서 수분을 제거한 후 건조로 안에서 이송시키며 연신 및 건조시켰다.
<비교예 5>
상기 실시예 5에서 KCl의 몰농도를 0.1M 및 0.5M로 각각 달리해가며 나머지는 상기 실시예 5와 동일하게 각각 실시하였다.
<실험예 5>
상기 실시예 5 및 상기 비교예 5에서 얻어진 SAP 원사 들에 대하여 물에 대한 흡수능과 가압흡수능(AUL)을 측정하였다. 물에 대한 흡수능 측정방법은 실험예 1에서 적용한 방법과 동일한 방법을 사용하였고, 물에 대한 가압흡수능(AUL) 측정방법은 실험예 4에서 사용한 방법과 동일한 방법을 사용하였다.
<결과 5>
도 12에서 보는 바와 같이 원물 5wt%의 방사원액, 0.2Mol의 KCl 용액으로 가교하여 SAP 원사를 제조하는 경우(실시예 5) SAP 원사의 최대 흡수능은 약 4,000%로서 0.1Mol의 KCl 용액으로 가교하여 제조하는 경우보다 다소 낮았지만, AUL 값은 약 1,950%로서 가장 높은 값을 보였다. 원물 5wt%의 방사원액, 0.1Mol의 KCl 용액으로 가교하여 SAP 원사를 제조하는 경우에는 뭉침 현상이 관찰 되었으며, 약 1,500%의 AUL 값을 보였다. 따라서 원물인 코토니를 KCL용액에 가교하여 SAP 원사 제조하는 경우 방사원액의 원물농도를 5wt%로 하고 KCl 용액의 Mol농도를 0.2Mol로 하여 가교하는 것이 가장 바람직하다는 결과가 나왔다. 따라서 코토니 원물로 방사원액을 만들어 SAP섬유 원사를 방사하고자 하는 경우에는 방사원액의 농도를 4wt% 내지 6wt%로 하고, 가교제로서의 KCl 용액의 몰농도 범위는 0.1Mol 내지 0.5Mol로 하는 것이 바람직하다. 그리고 방사된 SAP섬유원사를 탈수하기에 적정한 에탄올은 93% 내지 97%의 에탄올 용액이 바람직하다.
상술한 여러 가지 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (11)
- 카파 카라기난 성분을 가지는 코토니(Kappaphycus alvarezii) 원물로 된 원료물질에 증류수를 첨가한 혼합용액을 교반 및 가열함으로써, 상기 혼합용액 중 상기 원료물질의 농도가 4wt% 내지 6wt%인 방사원액으로 만들어, 상기 방사원액을 몰농도가 0.05M 내지 0.5M인 KCl용액에서 방사하여 가교시킨 후, 93%내지 97%의 에탄올 용액에 함침시켜 탈수하고 건조시킨 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 카파 카라기난 성분을 가지는, 코토니(Kappaphycus alvarezii) 원물로 된 원료물질을 증류수에 수세하여 염분을 제거하고, 건조하는 원물 가공단계;
상기 원료물질에 증류수를 첨가하여 혼합용액으로 만든 후, 상기 혼합용액을 교반시키며 가열하여, 상기 혼합용액 중 상기 원료물질의 농도가 4wt% 내지 5wt%인 방사원액을 만드는 방사원액 제조단계;
몰농도가 0.05M 내지 0.5M인 KCl용액이 담긴 응고조 내에서 상기 방사원액을 습식으로 방사하면서 가교시켜 SAP(Super Absorbent Polymer) 원사를 획득하는 방사단계;
상기 SAP 원사를, 93%내지 97%의 에탄올 용액이 담긴 에탄올 처리조에 함침시켜 이송하면서 수분을 제거하는 탈수단계; 및
상기 탈수단계를 거친 상기 SAP 원사를 건조로 안에서 이송시키며 연신 및 건조시키는 건조단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법 - 삭제
- 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 방사원액 제조단계에서, 상기 혼합용액에 대한 가열은 18분 내지 22분동안 90℃ 이상이 유지되도록 가열하는 것을 특징으로 하는 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법 - 제8항에 있어서,
상기 방사단계에서, 상기 방사원액의 온도를 80℃이상으로 유지하면서 방사하며, 상기 KCl용액은 15℃ 내지 25℃를 유지하는 것을 특징으로 하는 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법 - 제5항에 있어서,
상기 방사단계에서, 상기 SAP 원사의 직경이 500㎛ 내지 800㎛가 되도록 방사되는 것을 특징으로 하는 천연성분의 고흡수성 고분자 섬유원사 제조방법
- 삭제
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Legal Events
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