KR100492751B1 - 금속이온치환제올라이트를이용한항균SMC(SheetMoldingCompound)및그로부터제조한물탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식수용 탱크 등의 성형소재의 용도로 사용하는 판 성형 복합재(Sheet Molding Compound,SMC) 및 상기 판 성형 복합재로 제작된 항균 물탱크에 관한 것으로, 금속이온이 치환된 제올라이트 항균제를 포함하는 불포화폴리에스테르수지, 저수축제, 충진제 및 경화제로 구성된 SMC조성물을 고속믹서로 배합하고 상기 배합물을 함침기로 이동시켜 함침기에서 중점제를 배합한 후 보강제를 함침시켜 시트상으로 제조한 다음 숙성시키는 방법으로 SMC를 제조함으로써, SMC 성형품 자체만으로 대장균 및 녹농균 등의 중식을 효율적으로 억제할 수 있는 항균효과를 나타내는 판 성형 복합재 및 이 SMC로 제작한 항균 물탱크에 관한 것이다.

Description

금속이온 치환 제올라이트를 이용한 항균 SMC(Sheet Molding Compound) 및 그로부터 제조한 물탱크{Antibiotic SMC of zeolite substituted metal ion and a tank manufactured thereof}

본 발명은 성형품에서 항균효과를 낼 수 있는 판 성형 복합재(Sheet Molding Compound; 이하, SMC로 약칭함)와 상기 항균 SMC로 제작한 물탱크에 관한 것으로, 특히 SMC에, 제올라이트를 담체로하여 항균 금속을 치환시킨 항균제를 첨가함으로써 SMC 성형품자체만으로도 대장균 및 녹농균 등의 증식을 효율적으로 억제할 수 있는 SMC 와 상기 SMC로 제작한 항균 물탱크에 관한 것이다.

SMC는 섬유 강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics, FRP)을 제조하기 위한 성형재료의 일종으로서, 이 SMC를 가열가압의 조건하에서 성형하는 경우 뛰어난 기계적 특성을 나타낼 뿐만아니라 내식성 및 성형생산성이 우수함으로 인해 새로운 구조용 및 기능용 소재로 각광을 받으면서 그 활용범위가 점차 확대되어가고 있는 추세이다. 이에따라 식수용 탱크나 욕실용 자재 등 그 성형품의 위생처리가 강하게 요구되는 제품에도 이 SMC가 사용됨으로써 SMC 성형품의 위생에 대한 요구가 크게 증가되고 있다.

그러나 종래부터 사용되어 온 SMC는 다른 여러 플라스틱 소재와 마찬가지로 장시간 물과 접촉하였을 경우에 물속에 포함된 균류, 특히 녹농균 및 대장균 등의 증식으로 인한 오염을 막을 수 없었다.

따라서 본 출원인은, SMC로 성형된 용기내에서 균류들의 증식을 억제하기 위해서 알루미나, 실리타, 질리콘 등의 혼합물을 고온으로 소성배합한 인산계열의 세라믹스를 사용한 항균 SMC를 배합하는 시도를 하였으나 상기와 같은 배합물은 고온으로 가압성형시 변색됨으로 인해 외장제품으로 사용하기에는 어려운 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해서 안출된 것으로서, 성형물이 그 자체로서 항균력을 지니면서 성형물의 변색없는 SMC를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기한 SMC를 적용한 것으로, 이 SMC를 성형하여 제조한 항균 물탱크를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

한편, 기존의 SMC 소재가 가압성형시 변색되는 것은 고온으로 소성시 SMC 조성물 중에 포함된 불포화폴리에스테르 수지의 반응열에 의하여 혼합물 중에 구리와 은 성분이 변색되는 것에 기인하는 것으로 금속성분이 성형에 필요한 고온(약 150℃)에 견딜 수 있도록 새로운 금속성분과 금속을 적절히 치환할 수 있는 소재가 필요하였다.

따라서 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SMC는, SMC조성물 중에 항균제, 특히 금속이온이 치환된 제올라이트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 항균제를 포함하는 SMC조성물을 고속믹서로 배합하고 상기 배합물을 함침기로 이동시켜 함침기에서 중점제를 배합한 후 보강제를 함침시켜 시트상으로 제조한 다음 숙성시키는 SMC 제조공법을 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 방법으로 제조된 SMC는 항균제의 고른 분산으로 인하여 성형물에 국부적으로 항균효과가 없는 불량품이 원천적으로 발생할 수 없는 특징이 있다.

그리고 항균제의 고른 분포로 인하여 성형시나 제품의 운반,시공 또는 제품의 사용할 때 그 표면이 긁히더라도 항균효과가 떨어지지 않는 특징이 있다.

또한 본 발명에 따른 SMC로 제작한 항균 물탱크는 오랜 시간 물과 접촉한 후에도 그 항균력을 유지하는 특징이 있다.

이하, 본 발명에 따른 SMC를 구체적 표를 참고로하여 설명한다.

우선, 일반적으로 식수용 탱크의 성형재료로 사용되는 SMC 조성물의 배합은 다음의 표 1과 같다.

[표 1]

여기서 각 성분의 배합비는 불포화폴리에스테르 100중량부를 기준으로 한 양이다.

본 발명에 따른 항균 SMC 조성물은 다음의 표 2와 같다.

[표 2]

항균 SMC 조성물의 성분과 그 배합비

여기서 배합비의 수치는 불포화폴리에스테르수지 100중량부를 기준으로 한 것이다. 그리고 상기 항균 SMC 조성물에 물과 메틸알코올을 전체 수분이 0.2 내지 0.25 % 되도록 첨가한다.

상기 표 2에서 알 수 있듯이 본 발명에서는 종전의 SMC 조성물과 달리 조성물에 항균제를 사용하였으며, 이 항균제로는 제올라이트를 담체로 하여 금속이온을 이온교환시켜 얻은 항균제를 사용하였다.

여기서 제올라이트 담체의 분자구조식은 Na₁₂(SiO₂ · AlO₂)₁₂ · n H₂O 이며, 치환된 금속이온은 아연, 은, 구리, 카드뮴, 크롬, 수은, 납 등이 가능하나 가장 바람직한 것은 아연으로 이는 인체에 무해하고 SMC의 변색을 방지하기 때문이다.

또한, 상기 표 2의 불포화폴리에스테르 수지는 테레프탈릭에시드, 프로필렌글리콜, 말레익안히이드라이드, 네오펜틸글리콜을 에스테르화반응시켜 얻은 고형물을 스티렌모노마에 약 60 중량부로 녹인 후 겔화시간을 5분 30초, 발열온도를 210℃로 조절한 것을 사용한다.

그리고 저수축제로는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸메카릴레이트나 이들의 공중합체를 사용할 수 있고, 성형품의 용도에 따라 선택가능하며, 일반적인 사용범위는 20-100부까지 가능하나 가장바람직한 사용범위는 20-50부이다. 상기 저수축제 A는 폴리스티렌을 스티렌모노마에 30 중량부로 녹인 것을 사용하고, 저수축제 B로는 저밀도의 폴리에틸렌 분말을 사용한다.

이형제로는 스테아린산 아연, 스테아린산 칼슘등이 사용될 수 있고 가장 바람직한 것은 스테아린산 아연이다. 함량은 4-10 중량부로 사용한다.

충진제는 중질탄산칼슘을 평균입도 2.5-4.5 미크론이 되도록 분쇄한 것이나 수산화알루미늄을 20 미크론정도 분쇄한 것을 사용한다.

또한 착색제로는 안료를 삼산화안티몬과 함께 불포화폴리에스테르 수지에 분산시킨 페이스트(paste)상으로 조제한 것을 사용한다.

경화제로는 일반적인 유기과산화물의 어떤 형태도 사용가능하나, SMC 가 고온에서 성형되는 조건을 고려할 때 고온용 경화제가 바람직하다. 고온용 경화제의 예로는 3-부틸퍼옥시벤조에이트(t-buty1 peroxy benzoate), 3부틸퍼옥시이소프로필카보네이트(t-butyl peroxy isopropyl carbonate)등이 있으나 가장 바람직한 것은 3-부틸퍼옥시벤조에이트(t-butyl peroxy benzoate)이다. 그 함량은 0.3-5부까지 사용가능하며 바람직한 것을 0.5-1.5부이다.

중점제로는 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 산화칼슘, 수산화칼슘 등이 사용될 수 있으며 가장 바람직한 것을 산화마그네슘이다. 중점제의 함량은 보강제의 함침성과 함침장치의 선속도, 성형시 SMC 의 점도등을 고려하여 결정함이 바람직하며 일반적으로 0-10 부까지 사용가능하다. 특히 바람직한 것을 1-4부이다.

보강제로는 카본섬유, 보론섬유, 유리섬유등을 사용할 수 있으며, 특히 바람직한 것은 가격이나 성능면에서 우수한 유리섬유를 사용한다. 보강제의 함량은 성형품의 요구강도에 따라 조정하는 것이 바람직하며 10-60중량부로 사용한다.

한편, 적정한 항균력을 갖는 항균제의 첨가량을 결정하기 위해 다음의 표 3에 나타난 비율의 항균제를 SMC 조성물에 첨가한 후 항균력 시험을 하였고, 그 결과는 표 4와 같다.

[표 3]

항균제 첨가량

여기서 첨가량은 SMC 조성물을 100으로 하였을 때의 중량부이다.

[표 4]

항균제 첨가량에 따른 항균력

여기서 수치의 단위는 ml당 세균수이다.

표 4의 항균력 시험결과에서도 알 수 있듯이 항균제의 첨가량은 0.1-1.0 중량부의 범위에서 사용할 수 있으며, 가장 바람직한 첨가량은 0.15-0.30 중량부이다.

그러나 상기의 금속 이온 치환 제올라이트 항균제를 SMC 조성물에 첨가한 후 산화마그네슘 중점제로 중점시킬 경우 중점속도가 저하되어 SMC 제조공정중 조성물이 흘러내리는 현상(squeeze out)이 발생되고, 성형시 끈적거림으로 인하여 생산성이 저하되었다.

이와 같은 문제점은 제올라이트 담체의 결정구조사이로 산화마그네슘의 활성도를 높혀주는 물분자가 침투하기 때문에 산화마그네슘의 활성도가 떨어지고, 제올라이트 담체에 치환된 금속이온이 산화마그네슘에서 유리된 마그네슘이온보다 활성도가 높아 불포화폴리에스테르와 마그네슘이온과의 반응보다 먼저 반응이 일어나기 때문에 발생하였다.

따라서 SMC 조성물 중의 전체 수분함량을 0.20-0.25%로 높여주도록 물을 추가해 주는 것이 필요하다. 이때 물의 첨가함에 있어서 물만 첨가할 경우에 SMC 조성물내에 분산되지 않는 물이 존재하여 불포화폴리에스테르의 가수분해로 안하여 SMC 조성물이 변질되는 경우가 발생하므로 메틸알코올을 물과 2 대 1 내지 3 대 1의 중량부로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한 마그네슘 이온의 수를 증가시키기 위해서 시험결과에 따라 종래의 사용량보다 25-35중량부 중량시켜주는 것이 필요하다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명의 제조방법에 따라 다음과 같은 구체적인 실시예로 SMC를 제조한 후 성형하여 그 물성을 측정하여 보았는바, 그 구체적인 실시예 및 물성결과는 다음과 같다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것이지 이를 제한하지 않는다. 여기서 특별한 언급이 없는 한 시험 결과의 수치의 단위는 ml당 세균수이다.

<실시예 1>

테레프탈릭에시드, 프로필렌글리콜, 말레익안히이드라이드, 네오펜틸글리콜을 에스테르화반응시켜서 스티렌모노마에 60 중량부로 녹인 후 겔화시간을 5분 30초, 발열온도를 210℃로 조절한 불포화폴리에스테르 수지 100중량부, 폴리스틸렌을 스티렌모노마에 30 중량부로 녹인 저수축제 A 37중량부, 저밀도폴리에틸렌분말 4중량부, 아연이 치환된 제올라이트 항균제 0.8중량부 스테아린산 아연 7.5 중량부, 평균입도 25 미크론의 탄산칼슘 188중량부, 제3 부틸 퍼옥시 벤조에이트 1중량부, 산화마그네슘 1.5 중량부, 유리섬유 155 중량부를 배합한 후 이 SMC 조성물을 150℃로 가열된 금형내에 투입하여 45Kgf/cm²의 압력을 가하여 1mm 두께당 80초의 시간으로 성형한 후 시편을 제작하여 세균증식시험을 하였다.이 시험방법은 가압밀착법을 사용하였으며, 시험균액을 25℃에서 24시간 진탕배양한 후 균수를 측정하였는바 시료의 표면적은 60cm²이고 사용한 공시균주는 대장균(Escherichia)를 사용하였다. 그 결과는 다음의 표 5와 같다.

[표 5]

항균제를 첨가한 SMC 성형물의 항균력

<비교예 1>

항균제인 아연이 치환된 제올라이트를 SMC 조성물에 첨가하지 않는 것만을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시험한다. 그 결과는 다음의 표 6과 같다.

[표 6]

종래의 SMC 성형물의 세균배양 시험 결과

상기의 시험결과에 나타난 바와 같이 기존의 성형품은 세균의 증식을 억제하는 효과가 극히 미미함에 비해 본 발명에 따른 항균 SMC의 성형물은 탁월한 효과를 보여줌은 명백하다.

<실시예 2>

실시예 1에서 사용한 SMC 와 동일한 배합을 가진 항균 SMC를 식수저장용 탱크로 Press 가압 성형하여 생산한 다음 실시예 1에서와 같은 방법으로 항균력 시험을 3회 반복 실시하였다. 그 결과는 다음의 표 7 및 표 8과 같다.

[표 7]

항균 SMC로 성형한 식수용 탱크의 대장균에 대한 항균력

여기서 '환경처리후'라는 것은 시편을 120시간동안 수도물에 담궈 둔 후 시험한 결과를 말한다.

[표 8]

항균 SMC로 성형한 식수용 탱크의 고초균에 대한 항균력

여기서 '환경처리후'라는 것은 시편을 120시간동안 수도물에 담궈 둔 후 시험한 결과를 말한다.

<비교예 2>

항균제인 아연이 치환된 제올라이트를 SMC 조성물에 첨가하지 않는 종래의 SMC를 실시예 2와 동일한 방법으로 물탱크로 성형한 후 시험한다. 그 결과는 다음의 표 9와 같다.

[표 9]

종래의 SMC로 성형한 식수용 탱크의 항균력

상기한 표 7 내지 표 9 에서도 알 수 있듯이 본 발명에 따른 항균 SMC로 성형 제작한 식수용 물탱크는 종래의 물탱크에 비해 현저한 항균력을 가질 뿐만아니라 오랜시간 사용 후에도 그 항균력이 지속된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 SMC는, 불포화폴리에스테르수지, 저수축제, 충진제 및 경화제로 구성된 SMC조성물을 원료로 사용하여 이를 고속믹서로 배합하고 상기 배합물을 함침기로 이동시켜 함침기에서 중점제를 배합한 후 보강제를 함침시켜 시트상으로 제조한 다음 숙성시키는 방법으로 제조하되 그 배합과정 중에 금속이온 치환 제올라이트를 항균제로 포함하도록 제조한 것으로, SMC가 그 자체로서 항균력을 나타내면서도, 가열가압의 성형공정후에도 변색되지 않는 것이다.

또한 본 발명에 따른 항균 물탱크 역시 그 자체로서 항균력을 가지는 위생에 있어 효율적인 물탱크이다.

Claims (6)

1. 불포화폴리에스테르수지, 저수축제, 충진제 및 보강제로 이루어진 SMC 조성물에 있어서, 상기 조성물이 항균제인 아연이 치환된 제올라이트를 SMC 조성물 100중량부당 0.1~1.0 중량부 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 SMC 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속이온이 아연인 것을 특징으로 하는 SMC조성물.
3. 제1항에 있어서, 상기 항균제가 SMC조성물 100중량부당 0.15~0.30중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 SMC조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 조성물에 수분함량이 전체 조성물 중량당 0.2내지 0.24%되도록 물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 SMC조성물.
5. 제4항에 있어서, 상기 조성물에 물과 메틸알코올을 2대1내지 3대1의 중량비로 혼합하여 첨가하는 것을 특징으로 하는 SMC조성물.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중점제의 함량을 25내지 35중량부로 증가시키는 것을 특징으로 하는 SMC조성물.