보고서 정보
주관연구기관 |
(주)효성 |
연구책임자 |
이민석
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2015-05 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO201600017615 |
과제고유번호 |
1415134837 |
사업명 |
산업소재핵심기술개발 |
DB 구축일자 |
2017-09-20
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키워드 |
헬스케어.서방성.항균성.흡한성.속건성.
|
초록
▼
□ 최종목표
< 개발 제품의 개요 >
: 특수방사 기술을 이용한 인체친화적인 서방성(徐放性) 섬유 제조 기술 개발
1. 인체친화적 서방성 헬스케어 섬유제조 기술 개발 (I형)
가. 고내열 서방성 Micro-capsulation(비타민, 허브, 아로마 등) 혼입 Sheath -Core 복합섬유 개발
나. 서방성 전용 폴리머 개발
1) 서방성 적합 개질 폴리머(Core부)
- 서방성 Micro-capsule의 열화 방지
2) 서방성 향상 Micro-crater 발현 폴리머(Sheath부)
□ 최종목표
< 개발 제품의 개요 >
: 특수방사 기술을 이용한 인체친화적인 서방성(徐放性) 섬유 제조 기술 개발
1. 인체친화적 서방성 헬스케어 섬유제조 기술 개발 (I형)
가. 고내열 서방성 Micro-capsulation(비타민, 허브, 아로마 등) 혼입 Sheath -Core 복합섬유 개발
나. 서방성 전용 폴리머 개발
1) 서방성 적합 개질 폴리머(Core부)
- 서방성 Micro-capsule의 열화 방지
2) 서방성 향상 Micro-crater 발현 폴리머(Sheath부)
-서방성 Micro-capsule의 기능(세탁내구성) 향상
다. 인체친화적 기능성(항아토피, 스킨케어, 인체 안락감 등) 부여
2. 복합기능 및 서방성 강화 항균 섬유 개발 (II형)
1) 항균성 원사 + 흡한속건성 + 서방성(pH조절, 온도 조절 등) 강화
2) 특수이형단면 복합기능성 섬유 개발을 통한 서방성 4-channel 채널 부여: 서방 기능의 세탁내구성 향상
가. 소재 : PET, Nylon등 범용 소재
< 최종 목표 >
: 특수방사 기술을 이용한 인체친화적인 서방성(徐放性) 섬유 제조 기술 개발
1. 인체친화적 서방성 헬스케어 섬유제조 기술 개발 (I형)
가. 서방성(세탁내구성, 세탁 20회후)
- Micro-crater에 의한 Micro-capsule내 기능성 물질의 서방성 방출 제어(초기 제품 대비 70% 이상)
나. Micro-capsule의 내열성: 250℃ 이상
다. 서방성 전용 폴리머 개발
1) 서방성 적합 개질 폴리머(Core부)
- 서방성 Micro-capsule의 열화 방지(융점 200℃ 이하)
2) 서방성 향상 Micro-crater 발현 폴리머(Sheath부)
- 서방성 Micro-capsule의 기능 향상(다공성 30% 이상)
라. 인체친화적 기능성(항아토피, 스킨케어, 인체 안락감 등) 부여
: 서방성 70% 이상(제조 90일후 초기 제품 대비)
마. 섬도 : 1∼3 dpf, 50∼150 den
바. 강도 : 4 g/den 이상
사. 공정성 : 방사 공정성(만관율) 95% 이상, 염색성(M율) 95% 이상
2. 복합기능 및 서방성 강화 항균 섬유 개발 (II형)
가. 항균성(KS K 0693) : 99.99%
나. 흡한속건성(JIS L 1096)
- 흡수성(70mm/10min 이상), 속건성(75% 이상)
다. 세탁내구성(20회 세탁후): 서방성(PH 조절, 온도 조절 등) 강화
- 4-channel의 Micro-Pocketing 효과에 의한 세탁 내구성 향상
- 항균성(20회 세탁후, 초기 제품 대비 90% 이상)
라. 섬도 : 0.5∼3 dpf, 40∼150 den
마. 강도 : 4 g/den 이상
바. 공정성 : 방사성 97% 이상, 염색성 97% 이상
사. 후공정성 : Loss율 5% 이하
3. 헬스케어용 천연 유기물질 개발
가. 천연물질 마이크로캡슐화 기술개발
- 비타민 A,D,E, 피톤치드 , 허브향등 다양한 기능성 물질의 마이크로캡슐화
나. 천연물질 마이크로캡슐의 섬유담지기술 및 후처리기술개발
- 마이크로캡슐의 size 제어기술개발
- 마이크로캡슐의 내열성 및 내구성 향상기술 개발
- 후처리 공정 기술의 최적화
다. 천연물질 발굴 및 분리/정제기술 개발
※ 당 총괄 과제인 “서방성 섬유 소재 및 응용 제품 개발”의 타 세부과제 (2∼5세부 과제)에 인체친화적 서방성 섬유 원천 소재 공급 및 응용 제품개발 Back-Up
□ 개발내용 및 결과
1. 인체친화적 서방성 헬스케어 복합섬유 개발(I형)
가. 서방성(세탁내구성, 세탁 20회후)
- 서방성 발현 및 제어 기술 개발 및 담지 기능성 물질 다양화
- Sheath Polymer의 비정부 및 Micro-Slit에 의한 Microcapsule내 기능성 물질의 서방성 방출 제어
- 제조 3개월후 서방성 90% 이상 확보 (세계 최고 수준 확보, 선진국 수준 서방성 40%)
나. Micro-capsule의 내열성: 250℃ 이상
- 고내열 서방성 유기 첨가제 마이크로 캡슐화 기술 개발
- 서방성 마이크로캡슐의 Pilot 제조 기술 개발 및 양산화 평가
- 서방성 마이크로캡슐의 내열성 320℃, 평균입도 1.4㎛ 확보
→ 마이크로캡슐의 이중외벽 적용, 외벽 구성 성분의 함량 및 비율 최적화로 내열성 향상 (세계 최고 수준 확보, 선진국 수준: 내열성 180℃, 평균 입도 5㎛)
다. 서방성 전용 폴리머 개발
1) 서방성 적합 개질 폴리머(Core부)
- 서방성 Micro-capsule의 열화 방지 목적
- NY공중합물(2~3성분계) 개발(융점 90~140℃)
2) 서방성 향상 Micro-crater(Slit) 발현 폴리머(Sheath부)
- 서방성 Micro-capsule의 기능 향상 목적
- 3성분계 Monomer 선정: PET+PEG+금속염
- 다공성 30% 이상 확보(SEM 단면)
라. 인체친화적 기능성(항아토피, 스킨케어, 인체 안락감 등) 부여
- 서방성 분석 설비 및 평가 기술 확립
- 제조 90일후 초기 제품 대비 서방성 최대 91% 발현
- 서방성 마이크로캡슐 적용 Compounding 기술 확립 (Slurry type 공법)
마. 섬도 : 1∼3 dpf, 50∼150 den
- 제사 공법: POY-DTY 및 FDY공법 제사기술 개발
- 개발 사종 규격: DTY 및 FDY 40d/24f ~ 150d/72f
바. 강도 : 4.5 g/den 확보(공인기관 성적서 참조)
사. 공정성 : 방사 공정성(만관율) 96% 이상, 염색성(M율) 97% 이상
아. 기능성 유기 첨가제 혼합 및 복합 방사 기술 개발
: 세계 최초 서방성 유기체 담지 Nylon6계 섬유 제사기술
- 열분해 방지 방사 기술 개발
- Core 내부의 기능성 물질 담지 및 형태안정화 기술
- Sheath/Core형 이성분 복합용융방사의 방사 기술 개발
자. 범용 원사와 동등 수준의 편직성 및 염색성 확보
2. 복합기능 및 서방성 강화 항균 섬유 개발 (II형)
가. 고내열 헬스케어 기능성 무기 첨가제 및 고분산화 기술
- Ag계 복합기능 항균 무기 담지체 고분산화 기술 개발
- 평균 입도 기존 2.0 → 0.6㎛ 수준 확보 (선진국 기술과 동등 수준)
나. 복합기능 항균무기 분체 및 Compounding 기술 최적화
- MB내 항균무기분체 함량 10~20%
- Pack 교체 주기 30일 이상 확보
- 항균 마스터배치 Compunding 기술 개발(국산화) (선진국 기술과 동등 수준)
다. 항균성(KS K 0693) : 99.99% 확보 (선진국 기술과 동등 수준)
- 항균 무기 분체
라. 흡한속건성(JIS L 1096)
- 4-channel의 모세관 효과에 의한 흡한속건성 박현
- 흡수성(150mm/10min), 속건성(75%) 확보 (선진국 기술과 동등 수준)
마. 세탁내구성(20회 세탁후): 서방성(PH 조절, 온도 조절 등) 강화
- 방사 구금 설계를 통한 이형도 1.4~1.6 수준의 4-channel 부여 원사 제조 기술 확보
- 방사 구금 설계(방사구금 제조 기술 국산화)
: 총 10여가지의 방사 구금 설계 및 평가
- 4-channel의 Micro-Pocketing 효과에 의한 세탁 내구성 향상
- 항균성: 20회 세탁후, 99% 확보(세계최고수준)
바. 섬도 : 0.5∼3 dpf, 40∼150 den
- 기능성 무기 첨가제 혼합 방사 기술 확립
- 제사 공법: POY-DTY 및 FDY공법 제사기술 개발 완료
- 개발 사종: DTY 및 FDY 40d/36f ~ 150d/72f
마. 강도 : 4.6 g/den 확보
바. 공정성 : 방사성 98%, 염색성 99% 확보 (일반 PET 원사와 동등 수준 확보)
사. 후공정성 : Loss율 1% 이하 확보 (일반 PET 원사와 동등 수준 확보)
3. 헬스케어용 천연 유기물질 개발
가. 천연물질 마이크로캡슐화 기술개발
1) Core 내부의 기능성물질 담지기술개발 ((주)인실리코)
가) 최적 유화제 선정 및 유화조건의 선정
- 유화제 선정: SMA, PSSA, SOF 등
- 유화 조건: 유화rpm 5,000∼9,000
나) 외벽경화조건 및 분산조건 선정
- 외벽경화조건의 최적화: 반응 온도 95℃
- Mono 및 copolymer 외벽 형성 실험: Monomer 성분 및 비율 최적화
- 분산 안정성 증대: 안정제 TLB 첨가
2) 마이크로캡슐 내열성/내구성 평가기술 개발
: TGA 활용 온도 조건별 무게감소율 측정
3) 마이크로캡슐 내열성/내구성 향상기술 개발 및 최적화
가) Melamine 단일외벽 공정 개발 및 최적화
나) Melamine+ Epoxy Hybrid 외벽 공정 개발 및 최적화 (세계 최초 개발 기술)
- 외벽 반응 온도 최적화: 95℃
- 멜라민 투입 외벽양 최적화 (기존외벽 대비 300% up)
- 멜라민과 우레아 Co-polymer비율 최적화
→ 멜라민 : 우레아 = 75:25
- 에폭시 함량 최적화: 10%, 20%
4) 마이크로캡슐 size 제어기술 개발
가) 첨가제 및 유화 분산조건에 따른 size 제어기술 개발
: 유화보조제로 TLB, HEC를 첨가함.
나) 형태안정성 및 내열성 평가
- 최종 평균 입도 내열성 320℃, 평균입도 1.4㎛ 확보 (세계 최고 수준)
- 인체친화적 서방성 섬유 제조 평가 완료
5) 마이크로캡슐 파우더화 분산기술 개발
가) Spray dryer 공정
나) Convection oven 공정(응집제-F 적용, PH 조절)
6) 다양한 기능성 물질의 담지기술 개발
: Vitamin E (1.45㎛), Aloevera (1.46㎛), 편백R (1.5㎛), Lavender (1.83㎛), Rosemary (1.72㎛) 제조 평가
7) 마이크로캡슐의 양산화 공정 개발 및 최적화
- 100kg 생산 장비를 이용하여, 액상 슬러리 100kg 양산 공정 개발 완료
나. 천연물질 마이크로캡슐의 섬유담지기술 및 후처리기술 개발
1) 시료 및 시약
- 원단 사양 : Rib 조직 원단 (복합기능 항균섬유 적용)
- 마이크로캡슐 종류 :
· 유칼립투스 함유 마이크로캡슐 (Aroma Ball S-Eucalyptus SF, ㈜인실리코)
· 모기기피제 함유 마이크로캡슐(AmosBall, ㈜인실리코)
- 바인더 종류(마이크로 캡슐: 바인더 = 1:1 비율로 처리, o.w.f%)
· 아크릴계 수지(Nonion성,Picoat 30G, Daiwa)
· 우레탄계 수지(Nonion성,Proteset K-RIP089, 프로텍스 코리아)
- 유연제 종류 및 처리 조건
· 흡수성 유연제 (SFT-500, 영창케미칼) 5 %(o.w.f)
2) 후가공 처리 조건
- 욕비 1:10, Pick-up율 : 100%
- 텐터 조건 : 160℃에서 60sec.
- 가공 조건 (o.w.f.%): 서방성 마이크로캡슐 2.5~5% + 아크릴/우레탄계 바인더 5%흡수성 유연제 5%
3) 후가공 원단 기능성 평가
- 항균성: 99.90% 이상(선진국과 동등 수준 확보)
- 흡한속건성: 흡수성 150mm/10min, 속건성 75.3% (선전국과 동등 수준 확보)
다. 천연물질 발굴 및 분리/정제기술 개발
1) 기능성 천연 유기물질 자료조사 및 선정
가) 고내열성 기능성 천연유기물질 조사
- 기능성 천연유기물질 기초 조사
나) 항균성 물질 우선 탐색
- 인체친화적 항균성 물질 탐색(화장품용) 및 기초 조사
2) 기능성 천연 유기물질의 기초데이터 확보
가) 기능성 천연 유기물질의 분해, 증발 및 승화 온도 측정
나) 기능성 천연 유기물질 기초 조사 및 구조, 융점, 비점
3) 기능성 천연 유기물질의 분리/정제기술 개발
가) 30여종의 항균물질을 확보하고 열분해 특성 등을 조사
- 서방성 캡슐 제조의 기초 데이터로 활용
나) 기능성 천연 유기물질의 서방성 평가법 확립 및 평가 (세계 최초 평가법 확립)
- 액체 전달매체에 따른 평가 프로토콜 확립
- 기체 전달매체에 다른 평가 프로토콜 확립
□ 기술개발 배경
1. 오늘날 과학의 발전 및 사회의 고도화, 복합화 등으로 인해 각종 세균류, 곰팡이류 등의 미생물에 대한 노출 및 피해가 늘어가고 있으며, 생활 수준의 향상으로 고기능성 섬유에 대한 요구가 증대되고 있는 실정임.
2. 보다 쾌적한 생활을 추구하고자 하는 소비자들의 요구에 부응하여 땀을 흡수/배출하고, 인체 및 섬유에 기생하여 각종 질병 및 악취의 근원이 되는 각종 미생물을 제거하며, 적절한 습도를 유지하여 쾌적한 생활을 보장하는 복합기능 및 서방성 강화 항균(항균, 흡한, 속건, 및 보습) 제품과 인체친화적인 유기 물질의 발산 기능을 이용하여 항아토피, 스킨케어, 신체 안락감 등을 발현하는 인체친화적 서방성 헬스케어 제품에 대한 개발을 제안함.
3. 이러한 복합기능성 및 서방성 섬유 소재 및 응용 제품은 그 제조공정성이 우수하고, 인체 안정성이 탁월하며, 염가공 등의 후공정 조건에 의해 기능성 저하를 초래하지 않고, 지속시간이 서방적인 차별화 기능성 고부가가치 제품으로 성장할 전망임.
□ 핵심개발 기술의 의의
1. 고유 신규 기술 개발
가. 고내열 헬스케어 기능성 무기 첨가제 및 고분산화 기술
나. 고내열 서방성 유기 첨가제 및 마이크로 캡슐화 기술 개발
다. 기능성 유/무기 첨가제 Pocketing 4-channel 부여 원사 제조 기술
라. 기능성 유/무기 첨가제 혼합 및 복합 방사 기술
마. Core내부의 기능성 물질담지 특수방사 및 형태안정화 기술
바. 인체 친화적 서방성 원사 및 원단 제조 및 후공정 기술
→ 세계 최초 및 최고 수준 고유 기술 확보 및 국산화
2. 기존 기술 개발 활용 및 업그레이드
가. Sheath/Core형 이성분 복합용융방사의 방사 기술
나. 유/무기 첨가제 혼합 방사 기술
다. 방사구금 설계를 통한 이형단면 합성섬유 제조 기술
→ 분야별 해외 기술 도입을 통한 국내 최고 기술 수준 확보 및 수입 대체 효과 증대
□ 적용 분야
1. 의류전반의 헬스케어 제품개발 뿐만이 아니라 나아가 의료 분야의 제품군, 즉 Medical textile로도 확대 보급이 가능.
가. 스포츠웨어: 육상, 골프, 농구, 축구, 테니스, 에어로빅 등
나. 캐주얼웨어: 재킷, 점퍼, 셔츠, 바지 등
다. 레저웨어: 등산, 조깅, 사이클링 등
라. 언더웨어: 언더웨어, 란제리 등
마. 스포츠용품 외: 양말, 장갑, 모자, 밴드, 수건 등
바. Medical textile : 환자복, 환자 침장구, 침구류, 중환자실복, 간호사복, 의사복, 무균실복(감염내과), 아토피 환자복, 알레르기 환자복 등
2. 기존의 항균, 소취, 보습등 단일 기능성 섬유제품에서 다양한 기능성들이 융합된 다기능성 제품으로 기능성이 확대 가능
3. 기능성 신제품들이 의류제품에서부터 인테리어 제품군, 신발 등에도 폭넓게 사용될 것으로 전망
4. 당 총괄 과제인 “서방성 섬유 소재 및 응용 제품 개발”의 타 세부과제(2∼5세부 과제)에 인체친화적 서방성 섬유 원천 소재 공급 (I형 또는 II형) 및 응용 제품 개발 Back-Up
(출처 : 초록)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
- 기술개발사업 주요 연구성과 ... 23
- 목차 ... 28
- 제 1 장 서론 ... 29
- 제 1 절 과제의 개요 ... 29
- 1. 인체친화적 서방성 헬스케어 섬유제조 기술 개발 (I형) ... 29
- 2. 복합기능 항균섬유 개발 (II형) ... 29
- 3. 개발제품의 용도 ... 30
- 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 31
- 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 31
- 1. 기술 개발의 최종 목표 ... 31
- 2. 기술 개발의 정량적 목표 ... 33
- 3. 정량적 목표항목의 평가 방법 ... 35
- 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 37
- 제 2-1절 연차별 개발 목표 및 개발 내용 ... 37
- 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 131
- 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 131
- 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 132
- 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 132
- 1. 인체친화적 서방성 섬유 제조 기술 개발(I형) ... 132
- 2. 복합기능 항균 섬유 개발 (II형) ... 133
- 3. 헬스케어용 천연 유기물질 개발 ... 134
- 4. 정량적 목표 및 달성 수준 ... 137
- 5. 연구개발 추진 일정 ... 138
- 6. 연구개발 추진 실적 ... 143
- 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 146
- 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 147
- 제 4 절 고용 창출 효과 ... 148
- 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 149
- 부록 ... 150
- 부록목록 ... 150
- 1. 인장강도 ... 151
- 2. 인장강도(단위변환) ... 152
- 3. 항균성(75d/36f) ... 153
- 4. 항균성(75d/72f) ... 154
- 5. 피톤치드 캡슐 후가공 원단의 항균성(1) ... 155
- 6. 피톤치드 캡슐 후가공 원단의 항균성(2) ... 156
- 7. 개발 원사의 흡한속건성 ... 157
- 8. 서방성 섬유 FDY 70/24: 인장 강도 측정 공인 성적서: 4차년도 ... 159
- 9. 서방성 섬유 DTY 40/24: 인장 강도 측정 공인 성적서: 4차년도 ... 161
- 10. 항균성 세탁전/후 측정 공인인증서: 3차년도 ... 163
- 11. 복합기능 항균 섬유 DTY 75/36, 75/72: 흡한속건성 측정 공인 성적서 : 3차년도 ... 165
- 12. 혼용율, 견뢰도 및 항균성 ... 167
- 13. 서방성 원사물성(1) : 5차년도 ... 170
- 14. 서방성 원사물성(2) : 5차년도 ... 171
- 15. 항균성: 5차년도 ... 172
- 16. 세탁 후 항균성: 5차년도 ... 173
- 17. 항균성: 5차년도 ... 174
- 18. 세탁 후 항균성: 5차년도 ... 175
- 19. 흡한속건성: 5차년도 ... 176
- 20. 강신도: 5차년도 ... 177
- 21. 항균성 ... 178
- 끝페이지 ... 180
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