JP2006009008A

JP2006009008A - ナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料及びその抗菌塗料のコーティング方法

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Publication number: JP2006009008A
Application number: JP2005179979A
Authority: JP
Inventors: Hyuk-Min Kwon; 赫敏權; Ho-Wook Yun; 浩旭尹; Shin-Chul Kang; 信鐵姜; Il-Jin Kim; 一進金; Sung-Soo Go; 聖洙高
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2006-01-12
Also published as: KR100606021B1; KR20050120888A; EP1609826A3; EP1609826A2; US20050287112A1; CN1712459A; CN100540616C

Abstract

【課題】射出予備成形品の表面に３０ＰＰＭのナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料組成物及びその抗菌塗料のコーティング方法を提供する。
【解決手段】所定濃度でナノシルバー粒子をエタノールに分散させてナノシルバーエタノール分散液を得て、イソブタノール溶液に前記ナノシルバーエタノール分散液を徐徐に投入し、所定時間の間、連続撹拌して所定濃度のナノシルバー粒子を含有するマスターバッチを製造し、紫外線クリア塗料に前記マスターバッチを投入し、所定時間の間、高速撹拌して所定濃度のナノシルバー粒子を含有する抗菌性紫外線クリア塗料を製造することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ナノシルバー（ＮａｎｏＳｉｌｖｅｒ）粒子を含有した抗菌塗料及びその抗菌塗料のコーティング方法に関し、特に、射出予備成形品の表面に３０ＰＰＭのナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料組成物及びその抗菌塗料のコーティング方法に関する。

最近、所得水準の向上と健康についての関心の高まりにより人体と接触する多くの製品に抗菌処理を施したものが製造されている。

特に、電話機及び携帯端末は、使用者が常に携帯するので、手を通じて細菌が端末機の表面に接触しているうちに使用者の口を通じて体内に侵入することは好ましくないので、抗菌性が強く要求されている。

細菌の繁殖を防止するために多様な抗菌剤が用いられており、抗菌素材としては、ヒスイ、セラミックなどを利用した製品が広く普及している。しかし、ヒスイやセラミックを用いた抗菌製品は、肺炎連鎖球菌、サルモネラ菌、Ｏ−１５７菌、ブドウ球菌、大膓菌等のようなすべての菌を完全に抗菌できない。

最近には、抗菌制としてヒスイやセラミックの代わりにナノ技術を利用した抗菌性が高い銀（ｓｉｌｖｅｒ）が多く使用されている。

通常、ナノ技術（Ｎａｎｏ−ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）とは、銀などの素材をナノサイズの粒子で製造し、これを最終的に、多孔性の粉末の固まりに加工して材料の性能を最大減に発揮させる技術を意味する。これは金属やセラミックなどの材料の結晶粒が１００ｎｍ未満まで小さくなり、従来の理論では説明されなかった新しい現象に基づくものである。ナノシルバー粒子には、抗菌性があることが知られており、ナノシルバー粒子の材料は、塗料、光触媒、磁石、電子素子センサー、触媒、生体技術材料などの多様な分野に応用されて高付加価値を創出している。

特に、最近、ナノシルバー粒子の抗菌性を利用して、ナノシルバー粒子を塗料に含ませて人体と接する多様な製品にコーティングして使用する方法が開発されている。

しかし、粒子のサイズが非常に小さい銀粒子は、周囲温度の影響を受け易い。このため、ナノシルバー粒子を含有した塗料は変色しやすいという問題点があった。即ち、塗料に添加されたナノシルバー粒子が紫外線に露出されると、直ちに銀が酸化されて酸化銀となり、黄色く変色（Ｙｅｌｌｏｗｉｎｇ、以下、「黄変」という。）されるといった短所があった。

また、黄変された塗料は、表面が活性化されていないので、他の物と化学的に結合させることが困難であった。

また、塗料に含まれるナノシルバー粒子が、抗菌性を維持できない場合も多かった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料組成物を製造することにおいて、ナノシルバー粒子の抗菌性を最大化すると共に黄変現象を最小化した抗菌塗料を提供することにある。

本発明の他の目的は、ナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料組成物を製造することにおいて、ナノシルバー粒子の抗菌性を維持すると共に黄変現象を最小化した抗菌塗料の製造方法を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、携帯電話などの携帯端末射出予備成形品の表面をナノシルバー粒子を含む抗菌塗料によりコーティングする方法において、ナノシルバー粒子の使用を最小化すると共にナノシルバー粒子の抗菌性を維持することができる抗菌塗料のコーティング方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、ナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料であって、前記抗菌塗料は、携帯端末の射出予備成形品の上塗コーティングのための紫外線硬化性塗料であり、前記紫外線硬化性塗料は、５ｎｍの直径のナノシルバー粒子が３０ＰＰＭの濃度で含有されたことを特徴とする。

また、本発明によるナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料の製造方法は、所定濃度でナノシルバー粒子をエタノールに分散させてナノシルバーエタノール分散液を得る過程と、イソブタノール溶液に前記ナノシルバーエタノール分散液を徐々に投入して、所定時間の間、連続撹拌して所定濃度のナノシルバー粒子を含有するマスターバッチを製造する過程と、紫外線クリア塗料に前記マスターバッチを投入し、所定時間の間、高速撹拌して所定濃度のナノシルバー粒子を含有する抗菌性紫外線クリア塗料を製造する過程と、を備えていることを特徴とする。

また、本発明によるナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料のコーティング方法は、射出予備成形品の表面にカラー塗料で覆われる下塗をコーティングする段階と、前記下塗の表面を赤外線で１次乾燥させる段階と、前記下塗の上部に、所定のマスターバッチを投入して製造した紫外線クリア塗料を上塗コーティングする段階と、前記上塗の表面を紫外線で２次乾燥させる段階と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、携帯端末の射出予備成形品に３０ＰＰＭのナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料組成物をコーティングすることにより、この射出予備成形品の抗菌性及び殺菌性を向上させると共に、塗料のカラー変色を防止することができる。また、ナノ粒子の量を正確に制御して、塗料のカラー変色の主要因である黄変の発生を防止することができる。

以下、本発明の好適な一実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、本発明の好ましい第１の実施形態による抗菌塗料組成物について説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料を適用した携帯用通信装置のケースを示す斜視図である。

本発明による抗菌塗料は、電子製品の射出予備成形品に塗布するためのものとして、特に、図１に示すように、射出予備成形品１の実施形態として携帯端末のケース２０を示す。

携帯端末のケースをコーティングするための塗料には、一般的に紫外線硬化性塗料（以下、“ＵＶ塗料”という。）や熱硬化性塗料が使われる。ＵＶ塗料とは、紫外線照射装置などから発生する紫外線の化学的作用により比較的短時間に（５−１０秒）硬化される塗料を意味し、特に、本発明による抗菌塗料はＵＶ塗料に適用することが好ましい。

本発明によるＵＶ塗料組成物として使用されるナノシルバーは、大きく粉末型と液状型に分類することができ、また、液状型ナノシルバーは分散媒の種類によって水系（ＷａｔｅｒＴｙｐｅ）、エタノール系及びメタノール系に分けることができる。

非限定的に、ナノシルバーを含む塗料の黄変を最小化するために、本発明のＵＶ塗料組成物用ナノシルバーではエタノール系液状型ナノシルバーを使用することが好ましい。

より具体的に説明すれば、好ましくは、ＵＶ塗料組成物に使用されるナノシルバーは、その粒子の直径を５ｎｍにし、ナノシルバー粒子をエタノールなどの所定分散媒を使用したシルバーコロイド（Ｓｉｌｖｅｒｃｏｌｌｏｉｄ）溶液の形態で、ＵＶ塗料組成物に所定量（３０ＰＰＭ）を含有されると共に、所定の添加剤がＵＶ塗料組成物に添加される。

ナノシルバーの直径は、好適には５ｎｍとすることが好ましい。通常、７０ｎｍの直径を有するナノシルバー粒子（以下、“７０ｎｍナノシルバー粒子”という。）は粉末型ナノシルバーに使われ、５ｎｍの直径を有するナノシルバー粒子（以下、“５ｎｍナノシルバー粒子” という。）は液状型ナノシルバーに使われる。テスト結果によれば、抗菌性の観点からは、５ｎｍナノシルバー粒子を使用した場合、７０ｎｍナノシルバー粒子を使用した場合と比較して、単位面積当たりのナノシルバー粒子の表面積が増大するため、より少量の銀含有量であっても抗菌性を維持することができ、また、黄変を最小化することができた。

５ｎｍナノシルバー粒子を分散媒に対して１,０００ＰＰＭの濃度で分散させ、シルバーコロイド溶液（これをナノシルバーマスターバッチ（ＭａｓｔｅｒＢａｔｃｈ）という。）を調整する。好適には、この１,０００ＰＰＭのナノシルバーマスターバッチを塗料に３％添加する。分散媒としてはエタノールなどを使用することが好ましく、これについては本発明の第２の実施形態を参照して詳細に説明する。

５ｎｍの液状型ナノシルバーを使用する場合、塗料に添加されるナノ粒子の量によって黄変の程度が異なり、黄変を防止するためには、特に、ナノ粒子の量を正確に制御することが重要である。５ｎｍナノシルバー粒子は、粒子のサイズが小さくて保存性が良いので、コーティング時に均一に分布させることが可能である。ナノシルバー粒子を含む１,０００ＰＰＭのマスターバッチを調整することにより、ナノシルバー粒子を容易に分散させることができる。マスターバッチを塗料（ＵＶクリア塗料）に３％加えることにより、黄変を回避することができる。

テスト結果を参照すると、最終的にナノシルバー粒子の量は、塗料の量に対して３０ＰＰＭ（１,０００ＰＰＭ×０.０３＝３０ＰＰＭ）である。即ち、僅か３０ＰＰＭのナノシルバー粒子を含む塗料で、抗菌性を維持しながら黄変を最小化することができた。

所定の添加剤として、無黄変型ポリウレタン（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）系ポリマーを、塗料に含有される光重合性ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）として適用した場合、強い紫外線の下でもコーティング膜の黄変が最小化された。

以下、本発明の好ましい第２の実施形態による抗菌塗料の製造方法について説明する。

本発明によるナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料の製造方法は、ナノシルバーマスターバッチを製造する段階と、抗菌ＵＶクリア塗料を製造する段階と、で構成される。

図２は、本発明の一実施形態によるナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料製造工程を示す概略図である。

図２に示したように、マスターバッチの製造段階は、ナノシルバー粒子をエタノールに２０,０００ＰＰＭの割合で分散させてナノシルバーエタノール分散液を製造する過程と、撹拌機１０の撹拌コンテナ１２にイソブタノール５２を充填し、タービン１４を６００〜８００ｒｐｍで回転させながら、エタノールに分散されたナノシルバーを徐々に投入し、２５〜３０分間連続撹拌して所定のシルバーコロイド溶液を製造する過程（以後、「第１の撹拌過程」という。）と、を備える。

第１の撹拌過程は、分散媒内でのナノシルバーを均一に分散させると共に、分散媒（エタノール及びイソブタノール）に対するナノシルバーの濃度を、最終的に１,０００ＰＰＭになるように調整するために実行される。具体的には、ナノシルバー粒子をエタノールに２０,０００ＰＰＭで分散させ、これをイソブタノールによって１,０００ＰＰＭに希釈する。

抗菌ＵＶクリア塗料の製造段階においては、撹拌機１０の撹拌コンテナ１２にＵＶクリア塗料（図示せず）を充填し、タービン１４を８００〜１,０００ｒｐｍで高速回転させながら、マスターバッチを３％投入し、２５〜３０分間連続撹拌する（以後、「第２の撹拌過程」という。）。

第２の撹拌過程は、ＵＶクリア塗料内にマスターバッチを均一に分散させるために実行し、ＵＶクリア塗料に対してナノシルバー粒子の濃度は、３０ＰＰＭ（１,０００ＰＰＭ×０.０３）である。

第１及び第２の撹拌過程によりナノシルバー粒子はＵＶクリア塗料に均一に分散され、したがって、ナノシルバーの抗菌性により本発明による抗菌性ＵＶクリア塗料が製造される。

次に、本発明の好ましい第３の実施形態による、携帯電話など携帯端末の射出予備成形品の表面をナノシルバー粒子を含む抗菌塗料によりコーティングする方法について詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施形態によるナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料のコーティング方法を示す断面図であり、図４は、図３のＡ部分の拡大図である。

図３及び図４に示したように、携帯電話などの携帯端末のケース２０の表面を下塗３１及び上塗４１によりコーティングし、特に、上塗４１は、本発明の第２の実施形態により製造された抗菌ＵＶクリア塗料によりコーティングする。

下塗３１には、通常の塗料コーティングと同様にカラー塗料３２を被覆する。上塗４１は透明素材の塗料であり、ナノシルバー粒子５０を含んでいるので携帯電話などの携帯端末に抗菌性を発揮させる。また、このように上塗４１のみにナノシルバー粒子を含ませることにより、ナノシルバーの使用量を一層低減しながらも、抗菌性を得ることができる。

また、上述のようにコーティングするための本発明の好ましい第３の実施形態によるナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料組成物のコーティング方法の手順について図５を参照してより詳しく説明すれば、次のようである。

図５は、本発明のナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料のコーティング方法を示すフローチャートである。

図５に示すように、射出予備成形品１の例として、携帯用通信装置のケース２０が与えられている。

まず、ケース２０に抗菌塗料組成物３０をコーティングする。抗菌塗料組成物３０は上塗４１と下塗３１とからなり、上塗４１としてはナノシルバー粒子５０を含んだマスターバッチ４２を投入して製造した所定の抗菌ＵＶクリア塗料を使用し、下塗３１としてはカラー塗料３２を被覆する。

この状態で、ケース２０の表面に下塗３１をコーティングし、この下塗３１をカラー塗料３２で被覆する（ステップ１）。

次に、下塗３１の表面を赤外線（ＩＲ）で１次乾燥させる（ステップ２）。この時、１次乾燥はＩＲ乾燥機（図示せず）を使用して７０℃で５分間行われる。

次に、下塗３１の上部が、所定の抗菌ＵＶクリア塗料を使用した上塗４１によってコーティングされる（ステップ３）。抗菌ＵＶクリア塗料及びその製造方法については前述の通りであるので、説明は省略する。

次に、上塗４１の表面を紫外線（ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ:ＵＶ）で２次乾燥させる（ステップ４）。この時、２次乾燥は、ＵＶ乾燥機（図示せず）を使用し、４０℃で１分３０秒〜２分間行われる。

以上の過程により、ナノシルバーの使用量を低減しつつ抗菌性を維持し、ナノシルバーの黄変を防止することができる携帯電話など携帯端末のコーティング方法が提供される。

以下、字以来の７０ナノシルバー粒子と本発明による５ナノシルバー粒子とを比較して、本発明のナノシルバー粒子の利点について説明する。

［表１］は、既存の７０ナノシルバー粒子を使用する場合と、本発明による５ナノシルバー粒子を使用する場合とを比較したものである。

［表１］に示すように、既存の７０ナノシルバー粒子に比べて、５ナノシルバー粒子によれば、ナノシルバー粒子５０の数が増加され、抗菌性及び殺菌性が向上されることが分かる。

以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明したが、本発明の範囲は前述の実施形態によって限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものの範囲内で様々な変形が可能なことは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。即ち、本発明のナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料及びその抗菌塗料のコーティング方法は、上述の実施形態及び図面により限定されず、例えば、本発明は携帯が可能なすべての端末機に適用することができる。

本発明の一実施形態によるナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料を適用した携帯用通信装置のケースを示す斜視図である。本発明の一実施形態によるナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料製造工程を示す概略図である。本発明の一実施形態によるナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料のコーティング方法を示す断面図である。図３のＡ部分の拡大図である。本発明のナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料のコーティング方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１，２０射出予備成形品（ケース）
１０撹拌機
１２撹拌コンテナ
１４タービン
３０抗菌塗料組成物
３１下塗
３２カラー塗料
４１上塗
４２マスターバッチ
５０ナノシルバー粒子
５２イソブタノール

Claims

ナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料であって、
前記抗菌塗料は、携帯端末の射出予備成形品の上塗コーティングのための紫外線硬化性塗料であり、前記紫外線硬化性塗料は、５ｎｍの直径を有するナノシルバー粒子が３０ＰＰＭの濃度で含有されたことを特徴とするナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料。
前記抗菌性紫外線硬化塗料は、無黄変型ポリウレタン系ナノポリマーを光重合性ポリマーとして使用することを特徴とする請求項１に記載のナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料。
ナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料の製造方法であって、
所定濃度でナノシルバー粒子をエタノールに分散させてナノシルバーエタノール分散液を得る過程と、イソブタノール溶液に前記ナノシルバーエタノール分散液を徐々に投入して、所定時間の間、連続撹拌して所定濃度のナノシルバー粒子を含有するマスターバッチを製造する過程と、
紫外線クリア塗料に前記マスターバッチを投入し、所定時間の間、高速撹拌して所定濃度のナノシルバー粒子を含有する抗菌性紫外線クリア塗料を製造する過程と、を備えていることを特徴とするナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料の製造方法。
前記ナノシルバーエタノール分散液において、ナノシルバーの濃度は、２０,０００ＰＰＭであることを特徴とする請求項３に記載のナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料の製造方法。
前記マスターバッチに含まれたナノシルバーの濃度は、１,０００ＰＰＭであることを特徴とする請求項３に記載のナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料の製造方法。
前記マスターバッチのための連続撹拌は、６００〜８００ｒｐｍの速度で２５〜３０分間行われることを特徴とする請求項３に記載のナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料の製造方法。
前記抗菌性紫外線クリア塗料に含まれるナノシルバー濃度は、１,０００ＰＰＭのマスターバッチを３％投入して３０ＰＰＭになるように調整することを特徴とする請求項３に記載のナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料の製造方法。
前記マスターバッチの紫外線クリア塗料での高速撹拌は、８００〜１０００ｒｐｍの速度で２５〜３０分間行われることを特徴とする請求項３に記載のナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料の製造方法。
前記ナノシルバー粒子は、５ｎｍの直径を有する粒子からなることを特徴とする請求項３に記載のナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料の製造方法。
ナノシルバー粒子を含有する抗菌塗料のコーティング方法であって、
射出予備成形品の表面にカラー塗料で覆われる下塗をコーティングする段階と、
前記下塗の表面を赤外線で１次乾燥させる段階と、
前記下塗の上部に、所定のマスターバッチを投入して製造した紫外線クリア塗料を上塗コーティングする段階と、
前記上塗の表面を紫外線で２次乾燥させる段階と、
を含むことを特徴とするナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料のコーティング方法。
前記下塗表面を１次乾燥する段階は、赤外線（ＩＲ）乾燥機を使用して行われることを特徴とする請求項１０に記載のナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料のコーティング方法。
前記下塗表面を１次乾燥する段階は、７０℃で５分間行われることを特徴とする請求項１０に記載のナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料のコーティング方法。
前記上塗コーティングする段階において、前記マスターバッチはナノシルバー粒子を含有し、前記上塗用紫外線クリア塗料に３％の前記マスターバッチが投入されることを特徴とする請求項１０に記載のナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料のコーティング方法。
前記上塗表面を２次乾燥する段階は、紫外線（ＵＶ）乾燥機を使用して行われることを特徴とする請求項１０に記載のナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料のコーティング方法。
前記上塗表面を２次乾燥する段階は、４０℃で１分３０秒〜２分間行われることを特徴とする請求項１０に記載のナノシルバー粒子を含有した抗菌塗料のコーティング方法。