KR20190090995A - Functional capsule for enhancing thermal stability comprising functional materials, filaments and manufacturing methods using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융가공(melt processing)이 가능한 고분자 컴파운딩 용 기능성 물질의 열안정성 개선을 위한 기능성 물질 캡슐, 이를 이용한 필라멘트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기능성 물질을 다공성 나노입자에 흡착시킨 캡슐에 금속산화물로 코팅시키면 캡슐화 된 기능성 물질의 내열성을 향상시켜 PET와 같은 고융점 고분자와의 복합 후 용융압출을 거치더라도 기능성 물질이 충분히 잔존할 수 있어 기능성 물질을 용융점이 높은 범용 고분자와 용융압출 하여 기능성 섬유를 제조할 수 있다.The present invention relates to a functional material capsule for improving thermal stability of a functional material for melt compounding (melt processing), a filament using the same and a method for preparing the same, and more particularly, to adsorb a functional material to porous nanoparticles. When coated with a metal oxide on the encapsulated capsule, the heat resistance of the encapsulated functional material can be improved, and the functional material can remain sufficiently even after melting and extrusion with a high melting point polymer such as PET. Extruded functional fibers can be prepared.

Description

내열성 향상을 위한 기능성 물질 캡슐, 이를 이용한 필라멘트 및 이의 제조방법{Functional capsule for enhancing thermal stability comprising functional materials, filaments and manufacturing methods using the same}Functional capsule for enhancing thermal stability comprising functional materials, filaments and manufacturing methods using the same

본 발명은 용융가공(melt processing)이 가능한 고분자 컴파운딩 용 기능성 물질의 열안정성 개선을 위한 기능성 물질 캡슐, 이를 이용한 필라멘트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a functional material capsule for improving thermal stability of a functional material for polymer compounding, which is melt processing, a filament using the same, and a method of manufacturing the same.

모노필라멘트의 개발은 나일론필라멘트와 테이퍼화 된 PBT 필라멘트를 거쳐 기능성 물질을 보유한 다양한 형태의 모노필라멘트로 개발되고 있다. 하지만 모노필라멘트를 제조하는 데 있어서 모노필라멘트의 방사에 사용되는 온도는 통상적으로 200 ~ 300℃ 정도로 상기 온도에서 열분해 되거나 물성이 변하는 소재의 첨가 또는 사용은 사실상 불가능하였다. The development of monofilament is being developed into various types of monofilament having a functional material through nylon filament and tapered PBT filament. However, in the production of monofilament, the temperature used for spinning of the monofilament is typically 200 to 300 ° C. It is virtually impossible to add or use a material that is pyrolyzed or changes in physical properties at this temperature.

또한 기능성 모노필라멘트를 구성하기 위한 기능성 물질이 약한 내열성 물질이거나 제한적으로 사용이 가능하다 하더라도 방사과정에서 색상이 변하거나 가온상태에서 물성이 변하여 원하는 제품의 형태를 가지기 어렵고, 필요한 기능성 물질의 종류, 특성이나 사용하는 농도에서 상당한 제한을 받고 있다.In addition, even if the functional material for constituting the functional monofilament is a weak heat-resistant material or limited use is possible, it is difficult to have a desired product form due to the color change in the spinning process or the physical property in the warm state, and the type and characteristic of the required functional material However, there is a significant limitation in the concentration used.

특히, 나일론 6 고분자와 같이 용융온도가 220℃ 부근으로 비교적 낮은 고분자를 사용할 경우에는 기능성 물질 함유 기능성 섬유를 제조할 수 있지만, 폴리에스테르(polyethylene terephthalate, PET)와 같이 용융온도가 높은 범용 고분자를 사용할 경우에는 열에 약한 기능성 물질 함유 기능성 섬유를 제조할 수 없었다.In particular, when a polymer having a relatively low melting temperature such as nylon 6 polymer is used around 220 ° C., a functional material-containing functional fiber can be manufactured. However, a general-purpose polymer having a high melting temperature such as polyester (polyethylene terephthalate (PET)) can be used. In the case, it was not possible to produce functional fibers containing functional materials that are susceptible to heat.

따라서, 열에 약한 기능성 물질을 포함하는 기능성 모노필라멘트를 제조할 수 있는 공정의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for the development of a process for producing a functional monofilament containing a functional material that is weak to heat.

대한민국 등록특허 제10-0749762호 (2007.08.09)Republic of Korea Patent No. 10-0749762 (2007.08.09)

본 발명의 목적은 용융가공(melt processing)이 가능한 고분자 컴파운딩 용 기능성 물질의 열안정성 개선을 위한 기능성 물질 캡슐을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide a functional material capsule for improving the thermal stability of the functional material for polymer compounding capable of melt processing (melt processing).

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 기능성 물질 캡슐을 이용한 기능성 물질 함유 필라멘트 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is to provide a functional material-containing filament using the functional material capsule and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다공성 나노입자와, 상기 다공성 나노입자 상에 흡착된 기능성 물질로 이루어진 코어 캡슐; 및 상기 코어 캡슐 표면이 금속산화물로 코팅된 스킨층을 포함하는 기능성 물질 캡슐을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a core capsule made of porous nanoparticles, and a functional material adsorbed on the porous nanoparticles; And a skin layer coated on the surface of the core capsule with a metal oxide.

또한, 본 발명은 상기 기능성 물질 캡슐을 고분자와 혼합하여 용융압출한 기능성 물질 함유 필라멘트를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a functional material-containing filament melt-extruded by mixing the functional material capsule with a polymer.

또한, 본 발명은 금속산화물 전구체 용액에 다공성 나노입자와 기능성 물질을 첨가하여 기능성 물질 캡슐을 제조하는 단계; 및 상기 기능성 물질 캡슐을 고분자와 혼합하여 용융압출하는 단계를 포함하는 기능성 물질 함유 필라멘트 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a functional material capsule by adding porous nanoparticles and a functional material to the metal oxide precursor solution; And it provides a functional material-containing filament manufacturing method comprising the step of melt-extrusion mixing the functional material capsule with a polymer.

또한, 본 발명은 다공성 나노입자에 기능성 물질을 흡착시켜 코어 캡슐을 제조하는 단계; 금속산화물 전구체 용액에 상기 코어 캡슐을 첨가하여 스킨층이 형성된 기능성 물질 캡슐을 제조하는 단계; 및 상기 기능성 물질 캡슐을 고분자와 혼합하여 용융압출하는 단계를 포함하는 기능성 물질 함유 필라멘트 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a core capsule by adsorbing a functional material to the porous nanoparticles; Preparing a functional material capsule having a skin layer formed by adding the core capsule to a metal oxide precursor solution; And it provides a functional material-containing filament manufacturing method comprising the step of melt-extrusion mixing the functional material capsule with a polymer.

본 발명에 따르면, 기능성 물질을 다공성 나노입자에 흡착시킨 캡슐에 금속산화물로 코팅시키면 캡슐화 된 기능성 물질의 내열성을 향상시켜 PET와 같은 고융점 고분자와의 복합 후 용융압출을 거치더라도 기능성 물질이 충분히 잔존할 수 있어 기능성 물질을 용융점이 높은 범용 고분자와 용융압출 하여 기능성 섬유를 제조할 수 있다.According to the present invention, when the functional material is coated with a metal oxide on the capsule adsorbed on the porous nanoparticles, the heat resistance of the encapsulated functional material is improved, and the functional material remains sufficiently even after being melt-extruded after being combined with a high melting polymer such as PET. The functional material can be melt-extruded with a general purpose polymer having a high melting point to produce a functional fiber.

도 1은 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐의 제조공정에 대한 개략도를 나타낸다.
도 2는 카페인 수용액의 농도별 UV 흡광도 곡선(좌), 카페인 수용액 농도 검정선(우)을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 제올라이트를 첨가한 카페인 수용액 농도 검정선(좌: 저농도 영역, 우: 고농도 영역)을 나타낸다.
도 4는 카페인 수용액의 농도 별 제올라이트에 흡착된 카페인의 흡광도 결과(좌: 흡광도 곡선, 우: 흡광도 최대값)를 나타낸다.
도 5는 카페인 수용액의 흡착시간에 따른 제올라이트에 흡착된 카페인의 흡광도 결과(좌: 흡광도 곡선, 우: 흡광도 최대값)를 나타낸다.
도 6은 본 발명에서 제조된 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐의 X-선 회절 곡선을 나타낸다.
도 7은 본 발명에서 제조된 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐의 SEM 사진을 나타낸다.
도 8은 본 발명에서 제조된 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐의 SEM-EDS 분석 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명에서 제조된 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐의 TGA 결과를 나타낸다.
도 10은 본 발명에서 제조된 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐을 이용한 용융방사 PET/TiO2@(Zeolite/caffeine) 복합체 필라멘트를 제조하는 공정의 개념도를 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 용융방사 PET/TiO2@(Zeolite/caffeine) 복합체 필라멘트에서 추출해 낸 카페인 용액의 흡광도를 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 용융방사 PET/TiO2@(Zeolite/caffeine) 복합체 필라멘트에서 추출해 낸 카페인 용액의 제조방법 및 압출온도에 따른 최대흡광도를 나타낸다.
도 13은 본 발명에 따른 용융방사 PET/TiO2@(Zeolite/caffeine) 복합체 필라멘트에서 추출해 낸 카페인 용액의 제조방법 및 압출온도에 따른 검정선을 이용하여 환산한 농도를 나타낸다.
도 14는 본 발명에 따른 용융방사 PET/TiO2@(Zeolite/caffeine) 복합체 필라멘트에서 추출해 낸 카페인 용액의 검정선을 이용하여 환산한 나노입자 함량에 따른 농도를 나타낸다.
도 15는 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐 제조 공정별의 기전을 나타낸다.
도 16은 본 발명에 따른 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐의 개념도를 나타낸다.
Figure 1 shows a schematic diagram of the manufacturing process of the TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) capsule.
Figure 2 shows the UV absorbance curve (left) for each concentration of the caffeine aqueous solution, caffeine aqueous solution concentration black (right).
Figure 3 shows the concentration test line (left: low concentration region, right: high concentration region) of the aqueous solution of caffeine added with zeolite according to the present invention.
Figure 4 shows the absorbance results (left: absorbance curve, right: absorbance maximum value) of caffeine adsorbed to the zeolite for each concentration of the caffeine aqueous solution.
5 shows the absorbance results (left: absorbance curve, right: absorbance maximum value) of caffeine adsorbed to zeolite according to adsorption time of aqueous solution of caffeine.
Figure 6 shows the X-ray diffraction curve of the TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) capsule prepared in the present invention.
Figure 7 shows a SEM photograph of the TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) capsule prepared in the present invention.
8 shows the results of SEM-EDS analysis of TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) capsules prepared in the present invention.
Figure 9 shows the TGA results of the TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) capsule prepared in the present invention.
Figure 10 shows a conceptual diagram of a process for producing a melt-spun PET / TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) composite filament using the TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) capsule prepared in the present invention.
Figure 11 shows the absorbance of the caffeine solution extracted from the melt-spun PET / TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) composite filament according to the present invention.
Figure 12 shows the maximum absorbance according to the production method and extrusion temperature of the caffeine solution extracted from the melt-spun PET / TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) composite filament according to the present invention.
Figure 13 shows the concentration converted by using a calibration line according to the production method and extrusion temperature of the caffeine solution extracted from the melt-spun PET / TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) composite filament according to the present invention.
Figure 14 shows the concentration according to the nanoparticle content converted using the calibration line of the caffeine solution extracted from the melt-spun PET / TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) composite filament according to the present invention.
Figure 15 shows the mechanism of each TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) capsule manufacturing process.
16 shows a conceptual diagram of a TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) capsule according to the present invention.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명자들은 기능성 물질을 폴리에스테르(polyethylene terephthalate, PET)와 같은 용융점이 높은 범용 고분자와 용융압출 방사 후에도 기능성 물질이 손실되지 않고 잔존할 수 있는 기술 개발을 위해 예의 노력한 결과, 기능성 물질을 다공성 나노입자에 흡착시킨 캡슐에 금속산화물로 코팅시키면 캡슐화 된 기능성 물질의 내열성을 향상시켜 PET와 같은 고융점 고분자와의 복합 후 용융압출을 가능하게 함을 확인하고 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have made diligent efforts to develop a functional material capable of remaining without losing the functional material even after melt-extrusion spinning with a general-purpose polymer having a high melting point such as polyester terephthalate (PET) and porous nanoparticles. When the capsules adsorbed on the metal oxide were coated with a metal oxide, the heat resistance of the encapsulated functional material was improved to allow melt extrusion after complexing with a high melting point polymer such as PET.

본 발명은 다공성 나노입자와, 상기 다공성 나노입자 상에 흡착된 기능성 물질로 이루어진 코어 캡슐; 및 상기 코어 캡슐 표면이 금속산화물로 코팅된 스킨층을 포함하는 기능성 물질 캡슐을 제공한다.The present invention provides a core capsule comprising a porous nanoparticle and a functional material adsorbed on the porous nanoparticle; And a skin layer coated on the surface of the core capsule with a metal oxide.

상기 다공성 나노입자는 비표면적이 600-800 m2/g 이고, 공극 평균부피가 0.7-1.5 cm3/g이고, 공극 평균직경이 4-5 nm 일 수 있고, 나노입자의 평균직경은 5 내지 800 nm 일 수 있으며, 제올라이트, 실리카, 산화아연, 흑연, 탄소나노튜브 및 클레이로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있지만. 이에 한정되는 것은 아니다.The porous nanoparticles may have a specific surface area of 600-800 m 2 / g, an average pore volume of 0.7-1.5 cm 3 / g, an average pore diameter of 4-5 nm, and an average diameter of the nanoparticles of 5 to 5 May be 800 nm and may be one selected from the group consisting of zeolite, silica, zinc oxide, graphite, carbon nanotubes and clay. It is not limited to this.

상기 기능성 물질로는 카페인, 비타민 D, 비타민 E, 사과산, 구연산, 효소, 프로폴리스, 폴리페놀 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있지만. 이에 한정되는 것은 아니다.The functional material may be one selected from the group consisting of caffeine, vitamin D, vitamin E, malic acid, citric acid, enzymes, propolis, polyphenols and chitosan. It is not limited to this.

본 발명에 따른 코어 캡슐은 다공성 나노입자 상에 기능성 물질의 흡착량을 최대화 하면소도 안정적으로 안착시킬 수 있다.The core capsule according to the present invention can be stably placed even if the maximum amount of adsorption of the functional material on the porous nanoparticles.

상기 스킨층은 열에 약한 기능성 물질의 내열성을 향상시킬 수 있다. The skin layer may improve heat resistance of a functional material that is weak to heat.

상기 금속산화물로는 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 이산화규소(SiO2), 은(Ag), 금(Au) 및 산화지르콘(ZrO2)로 이루어진 군에서 선택된 하나의 나노입자일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.The metal oxide is one nanoparticle selected from the group consisting of titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), silicon dioxide (SiO 2 ), silver (Ag), gold (Au) and zircon oxide (ZrO 2 ). It may be, but is not limited to such.

상기 코어 캡슐은 기능성 물질의 분산성 및 스킨층의 코팅성 향상을 위해 (3-아미노프로필)트리메톡시실란, 메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, 헥사메틸디실라제인(Hexamethyldisilazane) 및 폴리스타이렌-브러쉬(chlorosilane-terminated polystyrene)로 이루어진 군에서 선택된 물질로 표면 개질될 수 있다.The core capsules are (3-aminopropyl) trimethoxysilane, methacryloxypropyl trimethoxysilane, hexamethyldisilazane and polystyrene-brush to improve dispersibility of functional material and coating property of skin layer. It can be surface modified with a material selected from the group consisting of (chlorosilane-terminated polystyrene).

본 발명에 따른 기능성 물질 캡슐은 기능성 물질 최대 흡착농도가 0.1 g/g (functional additive/core capsule material) 이상, 입경 분산 계수(particle size dispersion coefficient, ε)가 1.0 이하, 평균입도가 800nm 이하인 것이 바람직하다.The functional material capsule according to the present invention preferably has a maximum functional adsorption concentration of at least 0.1 g / g (functional additive / core capsule material), a particle size dispersion coefficient (ε) of 1.0 or less, and an average particle size of 800 nm or less. Do.

또한, 본 발명은 상기 기능성 물질 캡슐을 고분자와 혼합하여 용융압출한 기능성 물질 함유 필라멘트를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a functional material-containing filament melt-extruded by mixing the functional material capsule with a polymer.

상기 고분자는 용융점이 100 ~ 300℃인 고분자로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론(nylon), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리젖산(PLA), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 군에서 선택된 용융점이 높은 고분자일 수 있지만. 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer is a polymer having a melting point of 100 ~ 300 ℃, polyethylene terephthalate (PET), nylon (nylon), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polylactic acid (PLA), polyethylene Although it may be a high melting point polymer selected from the group consisting of (PE) and polypropylene (PP). It is not limited to this.

또한, 본 발명은 금속산화물 전구체 용액에 다공성 나노입자와 기능성 물질을 첨가하여 기능성 물질 캡슐을 제조하는 단계; 및 상기 기능성 물질 캡슐을 고분자와 혼합하여 용융압출하는 단계를 포함하는 기능성 물질 함유 필라멘트 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a functional material capsule by adding porous nanoparticles and a functional material to the metal oxide precursor solution; And it provides a functional material-containing filament manufacturing method comprising the step of melt-extrusion mixing the functional material capsule with a polymer.

또한, 본 발명은 다공성 나노입자에 기능성 물질을 흡착시켜 코어 캡슐을 제조하는 단계; 금속산화물 전구체 용액에 상기 코어 캡슐을 첨가하여 스킨층이 형성된 기능성 물질 캡슐을 제조하는 단계; 및 상기 기능성 물질 캡슐을 고분자와 혼합하여 용융압출하는 단계를 포함하는 기능성 물질 함유 필라멘트 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a core capsule by adsorbing a functional material to the porous nanoparticles; Preparing a functional material capsule having a skin layer formed by adding the core capsule to a metal oxide precursor solution; And it provides a functional material-containing filament manufacturing method comprising the step of melt-extrusion mixing the functional material capsule with a polymer.

상기 고분자는 용융점이 100 ~ 300℃인 고분자로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론(nylon), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리젖산(PLA), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 군에서 선택된 용융점이 높은 고분자일 수 있지만. 이에 한정되는 것은 아니다.The polymer is a polymer having a melting point of 100 ~ 300 ℃, polyethylene terephthalate (PET), nylon (nylon), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polylactic acid (PLA), polyethylene Although it may be a high melting point polymer selected from the group consisting of (PE) and polypropylene (PP). It is not limited to this.

본 발명에 따른 기능성 물질이 함유된 캡슐을 고분자 기재와의 컴파운딩 공정으로 제조되는 마스터배치 칩은 나노입자의 농도가 10% 이상, 용융압출 후 기능성 물질의 잔존율이 30% 이상인 것이 바람직하다.The masterbatch chip prepared by compounding the capsule containing the functional material according to the present invention with the polymer substrate is preferably at least 10% concentration of the nanoparticles and at least 30% residual ratio of the functional material after melt extrusion.

이하, 하기 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited by these examples.

<실시예 1> TiOExample 1 TiO 22 (스킨층)@(Zeolite/Caffeine)(코어) 복합 나노입자 제조(Skin layer) @ (Zeolite / Caffeine) (Core) Composite nanoparticles manufacture

1. 제올라이트/카페인 캡슐 제조1. Zeolite / Caffeine Capsule Manufacturing

실험에 사용된 물질로 베타 제올라이트[SiO2/Al2O3 = 98/2, Cosmo Fine Chemicla]와 카페인[1,3,7Trimethylpurine2,6-dione, C8H10N4O2, SIGMA-ALDRICH]를 사용하였다. The materials used in the experiment were beta zeolite [SiO 2 / Al 2 O 3 = 98/2, Cosmo Fine Chemicla] and caffeine [1,3,7 Trimethylpurine 2,6-dione, C 8 H 10 N 4 O 2 , SIGMA-ALDRICH ] Was used.

카페인 8g을 증류수 100 ml에 넣고 60℃에서 1시간 용해시켜 카페인 용액을 제조하였고, 카페인 용액에 건조시킨 제올라이트 3g을 넣어 주었다. 카페인의 용해도는 물의 온도가 올라갈수록 농도를 증가시킬 수는 있지만 용매의 온도를 과도하게 높이면 높은 온도에서는 카페인이 제올라이트에 흡착된 후 다시 추출되므로 용해 온도를 60℃로 설정하였고 카페인 농도는 80 mg/ml로 하였다. 8 g of caffeine was added to 100 ml of distilled water to dissolve at 60 ° C. for 1 hour to prepare a caffeine solution, and 3 g of dried zeolite was added to the caffeine solution. The solubility of caffeine can be increased with increasing water temperature, but if the solvent temperature is too high, the caffeine is extracted after adsorption on zeolite at high temperature, so the dissolution temperature is set to 60 ℃ and the caffeine concentration is 80 mg / ml.

제올라이트를 첨가한 카페인 용액은 60℃에서 30분 교반시킨 후 원심분리기를 이용하여 3000rpm에서 1시간 원심 분리한 뒤 건조를 시켜 제올라이트/카페인 분말(캡슐)을 제조하였다.The zeolite-added caffeine solution was stirred at 60 ° C. for 30 minutes, centrifuged at 3000 rpm for 1 hour using a centrifuge, and dried to prepare a zeolite / caffeine powder (capsule).

다음 표 1은 제올라이트에 카페인을 최대로 흡착시키는 조건으로 카페인 농도, 처리 시간(h), pH에 따라 조건을 달리하여 캡슐을 제조한 조건이다.The following Table 1 is a condition for preparing capsules by varying the conditions depending on caffeine concentration, treatment time (h), and pH as a condition of maximally adsorbing caffeine to zeolite.

조건
Sample
Condition
Sample
Caffeine 농도(mg/ml)Caffeine Concentration (mg / ml) 처리 시간(h)Processing time (h) pHpH
Sample 1Sample 1 2020 44 66 Sample 2Sample 2 4040 44 66 Sample 3Sample 3 6060 44 66 Sample 4Sample 4 8080 44 66 Sample 5Sample 5 8080 0.50.5 66 Sample 6Sample 6 8080 1One 66 Sample 7Sample 7 8080 22 66 Sample 8Sample 8 8080 33 66 Sample 9Sample 9 8080 44 66 Sample 10Sample 10 8080 55 66 Sample 11Sample 11 8080 44 33 Sample 12Sample 12 8080 44 1010

2. TiO2. TiO 22 코팅 coating

앞서 제조한 제올라이트/카페인 캡슐에 졸-겔법을 이용한 TiO2 코팅을 하기 위해 TiO2 전구체인 티타늄(IV) 이소프록폭사이드([Titanium(Ⅳ) isopropoxide, Ti(OCH(CH3)2)4 [TTIP 97%, SIGMA-ALDRICH])를 사용하였다. 전구체인 TTIP의 가수분해를 위해 증류수를 사용하였으며, 용매로 이소프로필알콜(CH(CH3)2OH [IPA 99.5%, DUSKAN])을 사용하였다. 4 TiO 2 precursor of titanium (IV) iso-proxy polyepoxide ([Titanium (Ⅳ) isopropoxide, Ti (OCH (CH 3) 2) to the TiO 2 coating using the gel method [-sol to the previously prepared zeolite / caffeine Capsules TTIP 97%, SIGMA-ALDRICH]). Distilled water was used for hydrolysis of the precursor TTIP, and isopropyl alcohol (CH (CH 3 ) 2 OH [IPA 99.5%, DUSKAN]) was used as a solvent.

도 1은 TiO2의 두 가지 코팅 단계를 도식화한 것이다. TiO2 코팅 단계에 따라 통상적인 방법으로 카페인 흡착 후 캡슐 분말을 TTIP 용액에 넣어 코팅시키는 방법을 2step이라 명명하였고, 각각 제올라이트/카페인 용액과 TTIP 용액을 만들어 한 번에 나노입자를 만드는 방법을 1step이라 명명하였다.1 is a schematic of two coating steps of TiO 2 . According to the TiO 2 coating step, the method of coating the capsule powder into the TTIP solution after caffeine adsorption by the conventional method was named 2step. Named it.

1) TiO2@(제올라이트/카페인) - 2 step1) TiO 2 @ (zeolite / caffeine)-2 step

TTIP 5 ml와 용매인 IPA 13 ml를 60℃에서 1시간 교반한 후 1.1에서 설명한 방식으로 제조한 제올라이트/카페인 캡슐 3g을 TTIP 용액에 넣어 30분 교반시켰다. 여기에 증류수 70 ml와 IPA 30 ml 용액을 혼합하여 2시간 동안 60℃에서 교반하였다. 이렇게 얻은 용액의 층이 분리되면 상층액을 버린 후 60℃에서 12시간 건조시켰다.After stirring 5 ml of TTIP and 13 ml of solvent IPA at 60 ° C. for 1 hour, 3 g of a zeolite / caffeine capsule prepared in the manner described in 1.1 was added to the TTIP solution and stirred for 30 minutes. 70 ml of distilled water and 30 ml of IPA were mixed and stirred at 60 ° C. for 2 hours. When the layers of the solution thus obtained were separated, the supernatant was discarded and dried at 60 ° C for 12 hours.

2) TiO2@(제올라이트/카페인) - 1 step2) TiO 2 @ (zeolite / caffeine)-1 step

카페인 80mg/ml의 용액에 제올라이트 3g을 넣어 60℃에서 30분 교반시킨 용액과 TTIP 5ml, IPA 13ml를 60℃에서 1시간 교반시킨 용액을 각각 준비하였다. 그리고 증류수 70ml와 IPA 30ml를 섞은 용액에 제올라이트/카페인 용액과 TTIP 용액을 모두 넣은 후 60℃에서 2시간 한 번에 교반시켰다. 이렇게 교반 후 마찬가지로 용액의 층이 분리되면 상층액을 버린 후 60℃에서 12시간 건조시켰다.3 g of zeolite was added to a solution of 80 mg / ml caffeine, and a solution obtained by stirring at 60 ° C. for 30 minutes and a solution of 5 ml of TTIP and 13 ml of IPA at 60 ° C. for 1 hour was prepared. Then, both zeolite / caffeine solution and TTIP solution were added to a solution of 70 ml of distilled water and 30 ml of IPA, followed by stirring at 60 ° C. for 2 hours. After stirring like this, if the layers of the solution were separated, the supernatant was discarded and dried at 60 ° C. for 12 hours.

다음 표 2와 같이 1step의 제조방법을 통해 제올라이트/카페인 캡슐에 TiO2를 코팅하는 조건을 pH, 처리시간(h)을 달리하여 나노입자를 제조하였다.Next, as shown in Table 2, the nanoparticles were prepared by varying the pH and treatment time (h) of coating TiO 2 on the zeolite / caffeine capsule through the manufacturing method of 1step.

조건
Sample
Condition
Sample
처리 시간(h)Processing time (h) pHpH
Sample 1Sample 1 0.50.5 66 Sample 2Sample 2 1One 66 Sample 3Sample 3 22 66 Sample 4Sample 4 33 66 Sample 5Sample 5 22 33 Sample 6Sample 6 22 1010

<실시예 2> TiOExample 2 TiO 22 (스킨층)@(Zeolite/Caffeine)(코어) 복합 나노입자 물성 및 구조 측정(Skin Layer) @ (Zeolite / Caffeine) (Core) Composite Nanoparticle Properties and Structure Measurement

1. 분석 방법1. Analysis method

UV-visible spectroscopy(Cary 5000, Agilent)를 사용하여 액체 시료의 광투과율을 측정하였다. 측정한 시료는 카페인의 검정선(calibration curve)을 만들기 위해 증류수에 카페인을 농도별로 넣어 측정 하였다. 또한 제조한 나노입자 1.5g을 에탄올 30ml에 넣어 Auto clave로 추출한 카페인 용액을 quartz cell에 넣어 200~600nm범위에서 광투과율을 측정하였다.The light transmittance of the liquid sample was measured using UV-visible spectroscopy (Cary 5000, Agilent). The measured samples were measured by adding caffeine to each concentration in distilled water to make a calibration curve of caffeine. In addition, 1.5 g of the prepared nanoparticles were placed in 30 ml of ethanol, and the caffeine solution extracted with auto clave was put in a quartz cell, and the light transmittance was measured in the range of 200 to 600 nm.

앞서 제조한 나노입자의 결정구조와 제올라이트/카페인, TiO2@(제올라이트/카페인)-2step, TiO2@(제올라이트/카페인)-1step의 TiO2 코팅 여부 확인을 위하여, X선 회절 분석기(XRD bulk(powder), PANalytical)을 사용하였다. 측정 조건은 40kV, 100mA이며 2θ의 범위는 10°~80°에서 5°/min의 속도로 측정하였다.X-ray diffraction analyzer (XRD bulk) to confirm the crystal structure of the nanoparticles prepared above and whether TiO 2 is coated with zeolite / caffeine, TiO 2 @ (zeolite / caffeine) -2step, TiO 2 @ (zeolite / caffeine) -1step (powder), PANalytical) was used. The measurement conditions were 40 kV and 100 mA, and the range of 2θ was measured at a rate of 5 ° / min at 10 ° to 80 °.

나노입자의 구조 분석을 확인하기 위하여, 탄소 테이프에 시료를 부착시켜 금속 이온 코팅기(Ion-Sputter, E-1030)를 사용하여 백금으로 진공 증착시킨 후 주사전사현미경(SEM, Hitachi)으로 형태 및 크기를 확인하였으며 무기입자 TiO2의 코팅 확인을 위하여, EDS(Energy Dispersive Spectrometer, Hitachi)를 통해 입자의 원소 성분을 확인하였다. 투과전자현미경(TEM, Hitachi)을 이용한 시료 관찰은 파우더 0.1g과 증류수 10ml를 1시간 분산시킨 후 그리드에 떠내어 건조 한 후 나노 사이즈로 입자의 형태와 크기를 확인하였다. In order to confirm the structural analysis of the nanoparticles, a sample was attached to a carbon tape, vacuum deposited with platinum using a metal ion coating machine (Ion-Sputter, E-1030), and then scanned in a microscope (SEM, Hitachi) in shape and size. In order to confirm the coating of the inorganic particles TiO 2 , the elemental components of the particles were identified through an EDS (Energy Dispersive Spectrometer, Hitachi). In the observation of samples using transmission electron microscope (TEM, Hitachi), 0.1g of powder and 10ml of distilled water were dispersed for 1 hour, floated on a grid, dried, and then confirmed the shape and size of the particles in nano size.

열중량분석(TGA, TA Instruments)은 5mg의 파우더를 사용하여 20℃/min 속도로 30~500℃까지 측정하였고, 이를 통해 캡슐 파우더 제조법에 따라 존재하는 카페인의 열안정성을 측정하였다. Thermogravimetric analysis (TGA, TA Instruments) was measured up to 30 ~ 500 ℃ at 20 ℃ / min rate using 5mg of powder, through which the thermal stability of caffeine present according to the capsule powder manufacturing method.

2. 분석 결과2. Analysis Results

1) UV 카페인 검정선1) UV Caffeine Black Line

UV 흡광도를 이용해 카페인 농도를 측정하기 위해 농도를 달리하여 카페인 용액을 제조하고 이들의 흡광도(도 2, 좌)를 측정하여 카페인 용액의 농도 검정선(도 2, 우)을 작성하였다. In order to measure the concentration of caffeine using UV absorbance, caffeine solutions were prepared by varying the concentrations, and their absorbance (FIG. 2, left) was measured to prepare a concentration calibration line (FIG. 2, right) of the caffeine solution.

그리고, 제올라이트를 첨가한 카페인 수용액 중 카페인 농도가 낮은 영역에서는 직선성(도 3, 좌)을 나타내고 카페인 농도가 높은 영역(도 3, 우)에서는 곡선적으로 흡광도가 증가하는 것을 확인하였으며 저농도 영역과 고농도 영역의 검정선을 작성하였다.In addition, it was confirmed that the area of low caffeine in the solution of zeolite added caffeine showed linearity (FIG. 3, left), and the absorbance was increased in the area of high caffeine concentration (FIG. 3, right). A calibration line of high concentration region was created.

2) 카페인 용액의 제올라이트 흡착 (카페인 농도, 흡착시간 영향)2) Zeolite adsorption of caffeine solution (caffeine concentration, adsorption time effect)

제올라이트 입자에 카페인을 흡착시켜 캡슐을 제조한 후 카페인이 얼마나 흡착되었는지를 알아보기 위해 카페인이 흡착된 캡슐에서 카페인을 다시 추출한 용액의 UV 흡광도를 측정하였다. After preparing a capsule by adsorbing caffeine to zeolite particles, UV absorbance of the solution of caffeine extracted from the caffeine-adsorbed capsule was measured to determine how much caffeine was adsorbed.

도 4는 카페인 용액의 농도에 따른 제올라이트 입자에 흡착된 카페인의 흡광도를 나타낸 것으로 흡착된 카페인의 양과 관계가 있는데 흡착시키는 카페인 용액의 농도가 증가할수록 제올라이트 입자에 흡착되는 카페인의 양도 증가하는 경향을 나타내었다. Figure 4 shows the absorbance of the caffeine adsorbed to the zeolite particles according to the concentration of caffeine solution, which is related to the amount of caffeine adsorbed, the amount of caffeine adsorbed to the zeolite particles increases as the concentration of the caffeine adsorbed increases It was.

카페인 수용액의 농도를 80mg/ml로 고정 후 흡착시간에 따른 카페인의 제올라이트에 흡착성을 살펴보았는데 도 5와 같이 시간에 따른 영향은 크지 않고 흡착시간 30분 정도에서 충분히 흡착됨을 확인하였다.After fixing the concentration of the solution of caffeine to 80mg / ml and looked at the adsorption to the zeolite of caffeine according to the adsorption time, as shown in Figure 5 it was confirmed that the adsorption sufficiently in the adsorption time of about 30 minutes without significant effect.

3) 제올라이트/카페인 캡슐에 TiO3) TiO to Zeolite / Caffeine Capsules 22 코팅 여부 확인  Check coating

제올라이트에 카페인을 흡착시킨 후 TiO2를 코팅하였는데 TiO2의 제올라이트 표면에 생성 여부를 X-선 회절을 이용하여 분석하였다. 제올라이트와 TiO2 단독입자의 X-선 회절 곡선과의 비교를 통해 도 6과 같이 1 step, 2step의 방법 모두 제올라이트의 표면에 TiO2가 형성된 것을 확인하였다.After adsorbing caffeine on zeolite, TiO 2 was coated. Whether TiO 2 was formed on the zeolite surface was analyzed by X-ray diffraction. The comparison of the zeolite and X-ray diffraction curves of TiO 2 single particles confirmed that TiO 2 was formed on the surface of the zeolite in the method of 1 step and 2 step as shown in FIG. 6.

도 7과 같이 SEM 사진(그림 7)으로도 제올라이트 입자 표면에 TiO2 입자가 형성된 것을 확인하였으며, 도 8과 같이 SEM-EDS 원소 분석을 통해 TiO2의 주 성분인 Ti가 검출되는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 7, it was confirmed that TiO 2 particles were formed on the surface of the zeolite particles as shown in FIG. 7 (FIG. 7). As shown in FIG. 8, Ti, which is a main component of TiO 2 , was detected through SEM-EDS elemental analysis.

4) 제올라이트/카페인 캡슐, TiO4) Zeolite / Caffeine Capsules, TiO 22 @(제올라이트/카페인) 캡슐에서의 카페인 열안정성 분석 Caffeine Thermal Stability Analysis of @ (zeolite / caffeine) Capsule

제올라이트에 흡착시킨 카페인의 열안정성을 측정하기 위해 측정한 TGA 결과는 도 9와 같이 단독 카페인의 경우 178℃인 융점 부근에서부터 용융되기 시작해 200℃ 이상에서는 급격하게 분해되는 것을 볼 수 있으며 제올라이트 단독입자는 100℃ 부근에서 수분이 제거되는 것을 제외하고는 열적으로 안정한 것을 확인할 수 있다. TGA results measured to measure the thermal stability of the caffeine adsorbed to the zeolite as shown in Figure 9 can be seen that the melting point from the melting point near the melting point of 178 ℃ in case of single caffeine is rapidly decomposed at 200 ℃ or more. Except that the water is removed in the vicinity of 100 ℃ it can be confirmed that the thermally stable.

제올라이트에 카페인을 흡착시키면 카페인이 단독으로 존재할 때 대비 열분해가 지연되는 것을 확인할 수 있으며 2 step 방법의 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐의 경우 카페인 흡착량이 1 step 제조법에 비해 적은 것으로 나타났다. 2 step 공정에서 TiO2를 코팅하는 단계에서 Zeolite/caffeine 캡슐에 존재하는 카페인 용액이 일부가 추출되어 탈착된 것에 기인한다.When caffeine was adsorbed on zeolite, pyrolysis was delayed compared to when caffeine was present alone, and the amount of caffeine adsorbed in the 2 step TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) capsule was less than that of 1 step. This is due to the extraction and desorption of some of the caffeine solution present in the Zeolite / caffeine capsule in the step of coating TiO 2 in a two-step process.

<실시예 3> PET 용융방사 모노필라멘트 제조Example 3 Preparation of PET Melt Spinning Monofilament

1. PET 용융방사 필라멘트 제조1. PET melt spinning filament manufacturing

앞서 제조한 나노입자에 함유된 기능성 물질인 카페인의 열 안정성을 확인하기 위하여, 용융점이 낮은(165℃) 고분자인 폴리프로필렌[PP MI 8.5, 대한유화]과 용융점이 높은(260℃) 고분자인 폴리에틸렌 테레프탈레이트[PET IV 0.8, Toray Chemical] 각각에, 앞서 제조한 나노입자 분말인 제올라이트/카페인, TiO2@(제올라이트/카페인)-2step, TiO2@(제올라이트/카페인)-1step 입자를 각각 혼합하였다. 압출기[Noztek Pro Filament Extruder, Φ1.7 die]에서 권취 속도는 10rpm으로 하였으며 압출 온도는 PP는 220℃, PET는 285℃, 290℃, 295℃로 하였고 캡슐입자 함량(wt%)은 3, 5, 7 중량%로 압출하였다.In order to confirm the thermal stability of caffeine, a functional material contained in the nanoparticles prepared above, polypropylene [PP MI 8.5, Korea Emulsification] polymer having a low melting point (165 ° C.) and polyethylene having a high melting point (260 ° C.) polymer To each of terephthalate [PET IV 0.8, Toray Chemical], zeolite / caffeine, TiO 2 @ (zeolite / caffeine) -2step and TiO 2 @ (zeolite / caffeine) -1step particles, which were previously prepared nanoparticle powders, were mixed. . The winding speed was 10 rpm in the extruder [Noztek Pro Filament Extruder, Φ1.7 die]. The extrusion temperature was 220 ° C for PP, 285 ° C, 290 ° C, and 295 ° C for PET. , 7% by weight.

2. 용융방사한 필라멘트에서 카페인 추출 시험2. Caffeine Extraction Test from Melt-Spun Filament

고온의 용융압출을 거쳐 제조한 필라멘트에 열분해되지 않고 함유되어 있는 카페인의 함량을 확인하기 위하여, 압출한 필라멘트 1.5g을 약 1cm로 자른 후 에탄올 30ml에 넣어 수열 멸균 반응기(Hydrothermal autoclave reactor)에서 130℃, 4시간 추출하였다. 불순물을 제거하고 에탄올과 카페인만을 남기기 위해 주사기 필터(200nm급)를 사용하여 추출한 용액을 필터링하였다.In order to check the content of caffeine contained in the filament prepared through high temperature melt extrusion without pyrolysis, 1.5 g of the extruded filament was cut to about 1 cm and placed in 30 ml of ethanol at 130 ° C. in a hydrothermal autoclave reactor. , 4 hours extraction. The extracted solution was filtered using a syringe filter (200 nm class) to remove impurities and leave only ethanol and caffeine.

<실시예 4> PET/TiOExample 4 PET / TiO 22 @(Zeolite/caffeine) 복합체 모노필라멘트의 카페인 함량 및 물성 측정Caffeine Content and Physical Properties of @ (Zeolite / caffeine) Composite Monofilament

실시예 1에서 제조한 나노입자와 혼합하여 압출한 PET 모노필라멘트를 1.5g 잘라 30ml 에탄올에서 카페인을 추출한 용액을 앞서 설명한 나노입자 분말과 마찬가지로 방법으로 UV-visible spectroscopy(Cary 5000, Agilent)를 사용하여 quartz cell에 넣어 200~600nm 범위에서 카페인 함량을 측정하였다. 압출한 PET 모노필라멘트의 물성 측정을 위하여 시차주사열량측정법(DSC, Perkin Elmer)을 사용하여 20℃/min 속도로 40~290℃ 온도 범위에서 측정하였다.1.5 g of the PET monofilament mixed with the nanoparticles prepared in Example 1 was cut and a solution of caffeine extracted from 30 ml ethanol was prepared using UV-visible spectroscopy (Cary 5000, Agilent). The caffeine content was measured in the 200 ~ 600nm range into the quartz cell. In order to measure the physical properties of the extruded PET monofilament, differential scanning calorimetry (DSC, Perkin Elmer) was used at a temperature range of 40 to 290 ° C. at a rate of 20 ° C./min.

용융압출 공정을 거쳐 제조된 필라멘트 내에 존재하는 캡슐내의 카페인을 정량하기 위해 제조된 필라멘트를 10cm 길이로 잘라 오토클레이브 반응기에서 고온 추출 후 추출한 용액을 필터링 후 UV 흡광도를 측정하였다. In order to quantify the caffeine in the capsule present in the filament prepared through the melt extrusion process, the prepared filament was cut into 10 cm length and the UV absorbance was measured after filtering the extracted solution after hot extraction in an autoclave reactor.

도 11과 같이 UV 흡광도 곡선을 통해 용융압출 공정을 거친 후에도 카페인 성분이 분해되지 않고 잔존하는 것을 확인하였으며, 도 12와 같이 압출온도에 따른 흡광도 크기는 압출온도가 증가할수록 감소하는 경향을 나타내나 크게 감소하지는 않았고 295℃의 높은 온도에서도 카페인이 잔존하는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 11, the caffeine component remained undecomposed even after the melt extruding process through the UV absorbance curve as shown in FIG. 11. As shown in FIG. 12, the absorbance size according to the extrusion temperature showed a tendency to decrease as the extrusion temperature increased. It did not decrease and confirmed that caffeine remained at a high temperature of 295 ° C.

카페인 용액의 농도별 흡광도 검정선으로부터 용융압출한 PET/TiO2@(Zeolite/caffeine) 복합체 필라멘트 내에 존재하는 카페인의 농도를 환산하여 비교해 본 결과, 도 13과 같이 1 step으로 제조한 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐이 가장 높은 카페인 잔존을 나타내었다. 2 step 방법의 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐은 TiO2를 코팅하지 않은 Zeolite/caffeine 캡슐보다 낮은 값을 나타내었는데 이것은 TGA 결과와도 일치하는데 2 step으로 제조한 TiO2@(Zeolite/caffeine)의 TiO2 코팅 공정에서 Zeolite/caffeine 캡슐에 존재하는 카페인 용액이 일부가 추출되어 탈착된 것에 기인한다.As a result of comparing the concentration of caffeine present in the melt-extruded PET / TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) composite filament from the absorbance calibration line for each concentration of caffeine solution, TiO 2 @ ( Zeolite / caffeine) capsules showed the highest caffeine residues. The TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) capsule of the 2 step method showed lower value than the Zeolite / caffeine capsule without TiO 2 coating, which is also consistent with the TGA result.The TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) This is due to the extraction and desorption of some of the caffeine solution present in the Zeolite / caffeine capsule in the TiO 2 coating process.

PET/TiO2@(Zeolite/caffeine) 복합체 필라멘트 내에 나노입자 함량에 따른 필라멘트 내 존재하는 카페인의 농도를 환산하여 비교해 본 결과, 도 14와 같이 나노입자의 함량이 증가할수록 잔존하는 카페인의 농도는 증가하는 경향을 나타내며 압출온도의 결과와 마찬가지로 1 step 공정으로 제조한 경우 카페인의 잔존율이 가장 컸다. As a result of comparing the concentration of caffeine present in the filament according to the nanoparticle content in PET / TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) composite filament, as the content of nanoparticles increases, the concentration of remaining caffeine increases. As the result of the extrusion temperature, the caffeine residual ratio was the largest when manufactured by the 1 step process.

이러한 실험결과를 바탕으로 도 15에서 TiO2@(Zeolite/caffeine) 캡슐의 형성 및 카페인 흡착 메카니즘을 나타내며, 2 step 공정의 경우 1단계 카페인을 제올라이트에 흡착시킨 후 건조 후 TTIP를 이용해 TiO2에 코팅하는 단계에서 카페인이 일부 추출되어 캡슐에 존재하는 카페인의 함량이 낮아졌고, 1 step 공정에서는 카페인이 탈착되는 것이 2 step 공정에 비해 적어 높은 카페인 함량을 나타낸 것으로 판단된다. Fig. 15 shows the formation of TiO 2 @ (Zeolite / caffeine) capsules and the caffeine adsorption mechanism based on these experimental results. In the case of the two step process, the first step was adsorbed on zeolite and dried and then coated on TiO 2 using TTIP. Part of the caffeine was extracted in the step to decrease the content of caffeine in the capsule, and in the 1 step process is less caffeine desorption compared to the 2 step process is considered to have a high caffeine content.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated by the limited embodiment and drawing, this invention is not limited by this, The person of ordinary skill in the art to which this invention belongs, Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

Claims (12)

다공성 나노입자와, 상기 다공성 나노입자 상에 흡착된 기능성 물질로 이루어진 코어 캡슐; 및
상기 코어 캡슐 표면이 금속산화물로 코팅된 스킨층을 포함하는 기능성 물질 캡슐.
A core capsule made of porous nanoparticles and a functional material adsorbed on the porous nanoparticles; And
Functional core capsule, wherein the core capsule surface comprises a skin layer coated with a metal oxide.
청구항 1에 있어서, 상기 다공성 나노입자는 제올라이트, 실리카, 산화아연, 흑연, 탄소나노튜브 및 클레이로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 기능성 물질 캡슐.The method of claim 1, wherein the porous nanoparticles functional material capsule, characterized in that one selected from the group consisting of zeolite, silica, zinc oxide, graphite, carbon nanotubes and clay. 청구항 1에 있어서, 상기 기능성 물질은 카페인, 비타민 D, 비타민 E, 사과산, 구연산, 효소, 프로폴리스, 폴리페놀 및 키토산으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 기능성 물질 캡슐.The functional substance capsule according to claim 1, wherein the functional substance is one selected from the group consisting of caffeine, vitamin D, vitamin E, malic acid, citric acid, enzymes, propolis, polyphenols, and chitosan. 청구항 1에 있어서, 상기 금속산화물은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 이산화규소(SiO2), 은(Ag), 금(Au) 및 산화지르콘(ZrO2)로 이루어진 군에서 선택된 하나의 나노입자인 것을 특징으로 하는 기능성 물질 캡슐.The method of claim 1, wherein the metal oxide is selected from the group consisting of titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), silicon dioxide (SiO 2 ), silver (Ag), gold (Au) and zircon oxide (ZrO 2 ). Functional material capsule, characterized in that one nanoparticle. 청구항 1에 있어서, 상기 코어 캡슐은 (3-아미노프로필)트리메톡시실란, 메타크릴옥시프로필 트리메톡시실란, 헥사메틸디실라제인(Hexamethyldisilazane) 및 폴리스타이렌-브러쉬(chlorosilane-terminated polystyrene)로 이루어진 군에서 선택된 물질로 표면 개질된 것을 특징으로 하는 기능성 물질 캡슐.The group of claim 1, wherein the core capsule is a group consisting of (3-aminopropyl) trimethoxysilane, methacryloxypropyl trimethoxysilane, hexamethyldisilazane and chlorosilane-terminated polystyrene. Functional material capsule, characterized in that the surface modified with a material selected from. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 기능성 물질 캡슐을 고분자와 혼합하여 용융압출한 기능성 물질 함유 필라멘트.A functional material-containing filament obtained by melt-extruding a functional material capsule according to any one of claims 1 to 5 by mixing with a polymer. 청구항 6에 있어서, 상기 고분자는 용융점이 100 ~ 300℃인 고분자인 것을 특징으로 하는 기능성 물질 함유 필라멘트.The filament of claim 6, wherein the polymer is a polymer having a melting point of 100 to 300 ° C. 청구항 7에 있어서, 상기 고분자는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론(nylon), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리젖산(PLA), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 군에서 선택된 용융점이 높은 고분자인 것을 특징으로 하는 기능성 물질 함유 필라멘트.The method of claim 7, wherein the polymer is polyethylene terephthalate (PET), nylon (nylon), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polylactic acid (PLA), polyethylene (PE) and poly Functional material-containing filament, characterized in that the high melting point polymer selected from the group consisting of propylene (PP). 금속산화물 전구체 용액에 다공성 나노입자와 기능성 물질을 첨가하여 기능성 물질 캡슐을 제조하는 단계; 및
상기 기능성 물질 캡슐을 고분자와 혼합하여 용융압출하는 단계를 포함하는 기능성 물질 함유 필라멘트 제조방법.
Preparing a functional material capsule by adding porous nanoparticles and a functional material to the metal oxide precursor solution; And
The functional material-containing filament manufacturing method comprising the step of mixing the functional material capsule with a polymer melt extrusion.
다공성 나노입자에 기능성 물질을 흡착시켜 코어 캡슐을 제조하는 단계;
금속산화물 전구체 용액에 상기 코어 캡슐을 첨가하여 스킨층이 형성된 기능성 물질 캡슐을 제조하는 단계; 및
상기 기능성 물질 캡슐을 고분자와 혼합하여 용융압출하는 단계를 포함하는 기능성 물질 함유 필라멘트 제조방법.
Preparing a core capsule by adsorbing a functional material on the porous nanoparticles;
Preparing a functional material capsule having a skin layer formed by adding the core capsule to a metal oxide precursor solution; And
The functional material-containing filament manufacturing method comprising the step of mixing the functional material capsule with a polymer melt extrusion.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 고분자는 용융점이 100 ~ 300℃인 고분자인 것을 특징으로 하는 기능성 물질 함유 필라멘트 제조방법.The method of claim 9 or 10, wherein the polymer is a functional material-containing filament manufacturing method, characterized in that the polymer having a melting point of 100 ~ 300 ℃. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 고분자는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론(nylon), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTT), 폴리젖산(PLA), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 군에서 선택된 용융점이 높은 고분자인 것을 특징으로 하는 기능성 물질 함유 필라멘트 제조방법.





The method according to claim 9 or 10, wherein the polymer is polyethylene terephthalate (PET), nylon (nylon), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polylactic acid (PLA), polyethylene (PE) And a high melting point polymer selected from the group consisting of polypropylene (PP).





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