폴리락틱산은 생분해성 소재이며 21세기의 유망한 섬유 소재 중 하나입니다.폴리락틱산(PLA)자연에 존재하지 않으며 인공 합성이 필요합니다. 원료인 젖산은 밀, 사탕무, 카사바, 옥수수와 같은 작물과 유기 비료를 발효시켜 얻습니다. 옥수수 섬유라고도 하는 폴리락틱산 섬유는 방적을 통해 얻을 수 있습니다.
폴리락틱산 섬유의 개발
젖산은 요구르트에서 발견됩니다. 이후 과학자들은 동물과 인간의 근육 운동으로 생성되는 산이 젖산이라는 사실을 발견했습니다. 나일론을 발명한 듀폰(DuPont Corporation)은 실험실에서 젖산 중합체를 사용하여 폴리락틱산 중합체 재료를 제조한 최초의 기업이었습니다.
폴리락틱산 섬유의 연구 개발은 반세기 이상의 역사를 가지고 있습니다.미국 회사인 Cyanamid는 1960년대에 폴리락틱산 흡수성 봉합사를 개발했습니다.1989년에 일본의 Zhong Fang과 Shimadzu Manufacturing Institute는 순수 스펀 폴리락틱산 섬유(LactonTM)와 천연 섬유와의 블렌드(Corn FiberTM)를 개발하기 위해 협력했고, 이는 1998년 나가노 동계 올림픽에서 전시되었습니다.일본의 Unijica Corporation은 2000년에 폴리락틱산 필라멘트와 스펀본드 부직포(TerramacTM)를 개발했습니다.미국의 Cargill Dow Polymers(CDP, 현 NatureWorks)는 2003년에 폴리락틱산 수지, 섬유, 필름을 포함하는 일련의 제품(IngeoTM)을 출시했고, 독일의 Trevira와 라이선스 계약을 맺고 자동차, 가정용 직물, 위생용품 등의 분야에 사용되는 IngeoTM 시리즈 부직포를 생산했습니다.
폴리락틱산 섬유의 공정 및 응용
현재 주류 PLA 부직포는 높은 광학 순도의 L-폴리락틱산(PLLA)을 원료로 하여 높은 결정성과 배향성을 활용하고, 다양한 방사 공정(용융 방사, 습식 방사, 건식 방사, 건식 습식 방사, 정전 방사 등)을 통해 제조됩니다. 이 중 용융 방사 폴리락틱산 섬유(장섬유, 단섬유)는 의류, 홈텍스타일 등 다양한 분야에 사용될 수 있습니다. 생산 설비 및 공정은 폴리에스터와 유사하며, 우수한 방사성과 적절한 성능을 보입니다. 적절한 개질 과정을 거치면 폴리락틱산 섬유는 우수한 난연성(자기소화성)과 천연 항균성을 얻을 수 있습니다. 그러나 용융 방사 PLA 섬유는 기계적 강도, 고온 치수 안정성, 복원력, 내노화성 측면에서 여전히 개선의 여지가 있습니다.
폴리락틱산 섬유(멤브레인)의 습식 방사, 건식 방사, 건식 습식 방사, 전기 방사는 주로 바이오메디컬 분야에서 사용됩니다. 대표적인 제품으로는 고강도 흡수성 봉합사, 약물 전달체, 유착 방지 멤브레인, 인공 피부, 조직 공학용 지지체 등이 있습니다.
의료, 위생, 여과, 장식 및 기타 분야에서 일회용 부직포에 대한 수요가 증가함에 따라 폴리락틱산 부직포도 연구 개발의 핫스팟 중 하나가 되었습니다.
1990년대 미국 테네시 대학교에서 폴리락틱산 스펀본드와 멜트블로운 부직포를 최초로 연구했습니다. 이후 일본 중팡(Zhongfang)은 농업용 폴리락틱산 스펀본드 부직포를 개발했고, 프랑스 파이버웹(Fibreweb)은 폴리락틱산 스펀본드, 멜트블로운 부직포, 그리고 다층 복합 구조(Deposita™)를 개발했습니다. 이 중 스펀본드 부직포 층은 주로 기계적 지지 기능을 제공하며, 멜트블로운 부직포 층과 스펀본드 부직포 층은 차단, 흡착, 여과, 단열 효과를 제공합니다.
국내 동제대학, 상하이 동지량 생체재료 유한회사, 헝톈 장강 생체재료 유한회사 등은 스펀 비스코스, 스펀레이스, 열간 압연, 열풍 등의 부직포를 개발하여 생리대, 기저귀 등 일회용 위생용품은 물론, 마스크, 티백, 공기 및 물 여과재 등의 제품에 사용되는 부직포 및 부직포 제품용 복합섬유를 개발하는 데 성공했습니다.
폴리락틱산 섬유는 천연 원료, 생분해성, 환경 친화성 덕분에 자동차 내장재, 담배 뭉치 등의 분야에서 널리 홍보되고 적용되어 왔습니다.
폴리락틱산 섬유의 특성
폴리락틱산 섬유의 높은 장점 중 하나는 생분해되거나 체내에서 흡수되는 능력입니다. 표준 퇴비화 조건에서는 생분해성을 측정해야 하며, 분해 산물은 물과 이산화탄소입니다. 기존의 폴리락틱산 섬유는 정상적인 사용이나 대부분의 자연 환경에서 느리게 가수분해되거나 감지하기 어려울 정도로 분해됩니다. 예를 들어, 자연 토양에 1년 동안 묻어두면 기본적으로 분해되지 않지만, 일반적인 온도의 퇴비화 조건에서는 약 1주일 동안 분해됩니다.
폴리락트산 섬유의 생체 내 분해 및 흡수는 결정성에 큰 영향을 받습니다. 체외 분해 시뮬레이션 실험 결과, 고결정성 폴리락트산 섬유는 5.3년 후에도 형태와 거의 80%의 강도를 유지하며, 완전히 분해되기까지는 40~50년이 걸릴 수 있습니다.
폴리락틱산 섬유의 혁신과 확장
반세기 이상 개발 및 생산되어 온 화학 섬유 품종인 폴리락틱산 섬유의 실제 사용량은 폴리에스터 섬유의 1,000분의 1에도 미치지 못합니다. 원가가 가장 중요하지만, 성능 또한 무시할 수 없습니다. 폴리락틱산 섬유를 개발하는 한 가지 방법은 개량입니다.
중국은 화학 섬유의 주요 생산국이자 소비국이며, 최근 몇 년 동안 변성 폴리락틱산 섬유에 대한 연구가 우선적으로 진행되고 있습니다. 폴리락틱산 섬유는 전통적인 천연 섬유인 면, 리넨, 양모와 혼방하여 상호 보완적인 성능을 가진 기계 직조 및 편직물을 만들 수 있으며, 스판덱스나 PTT와 같은 다른 화학 섬유와 혼방하여 피부 친화적이고 통기성이 좋으며 흡습성이 뛰어난 직물을 만들 수 있습니다. 이러한 특성은 속옷 원단 분야에서 널리 활용되고 있습니다.
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게시 시간: 2024년 6월 11일