KR100865117B1 - 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 플라스틱 제품의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 플라스틱 제품의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 바실러스 균주(Bacullus species SSA3)를 이용하여 특정 입도 특성을 갖는 페그마타이트(거정석) 미분쇄물을 함유하는 파우더(미량의 보조 금속 성분을 추가 함유 가능)의 혼합물 파우더를 숙성시켜 이를 플라스틱 제품의 제조 공정에 적용한 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 플라스틱 제품의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라 페그마타이트-함유 파우더를 바실러스 균주(Bacillus species SSA3)로 숙성시켜 제조된 기능성 파우더를 사용하면, 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 가질 뿐만 아니라, 우수한 원적외선 방사 특성을 나타내어 향후 광범위한 영역에서 그 적용이 기대된다.
바실러스, 플라스틱, 페그마타이트, 방사율, 원적외선
Description
도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 플라스틱 제품의 항균성을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 플라스틱 제품의 항곰팡이성을 나타내는 사진이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 플라스틱 제품의 원적외선 방사 성능을 테스트한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 플라스틱 제품의 항곰팡이성을 나타내는 사진이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 플라스틱 제품의 원적외선 방사 성능을 테스트한 그래프이다.
본 발명은 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 플라스틱 제품의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 바실러스 균주(Bacullus species SSA3)를 이용하여 특정 입도 특성을 갖는 페그마타이트(거정석) 미분쇄물을 함유하는 파우더(미량의 보조 금속 성분을 추가 함유 가능)의 혼합물 파우더를 숙성시켜 이를 플라스틱 제품의 제조공정에 적용한 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 플라스틱의 제조방법에 관한 것이다.
페그마타이트는 마그마의 분화 광상 생성물로서 거정질 화강암이라고도 불리며, 유색 방사능 물질이며 약리 작용을 할 수 있는 광석을 특히 거정석 페그마타이트라고 한다. 이러한 페그마타이트는 단일 20종의 성분 중 인체에 유리한 9종의 성분을 함유한 광물질인 바, 단독 방사체의 소재로서 원적외선 방사 및 항균 탈취 기능을 갖는다. 특히, 원적외선을 방사 기능으로 인하여 체내의 세포 활성화, 혈액순환 촉진 등의 기능을 발휘할 수 있는 바, 예를 들면 국내특허번호 제366879호는 페그마타이트와 소량의 무기원소를 혼합하여 인체 혈액 순환용으로 사용할 수 있는 페그마타이트-함유 파우더를 개시하고 있다.
이외에도, 페그마타이트를 다양한 형태로 제조하여 기능성 제품을 제조하는 기술이 알려져 있다. 이와 관련하여, 국내특허번호 제506,691호는 페그마타이트 분말을 적용함으로써 각종 유해파, 원적외선 방사 등의 효과를 갖는 직물의 제조방법을 개시하고 있다. 또한, 국내특허번호 제426,789호는 키토산과 페그마타이트를 위생가공제로 하여 섬유에 코팅하여 기능성 섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있는 바, 상기 특허에 따라 제조된 섬유는 항균 방취 효과와 함께 보습성 및 원적외선 효과를 향상시킬 수 있는 것으로 평가된 바 있다. 한편, 한국공개특허 제2000-36402호 및 제1999-83944호에는 페그마타이트 분말을 에멀젼으로 균질화하여 섬유 원단에 코팅시킨 섬유의 제조방법이 개시되어 있다.
한편, 플라스틱 병이나 플라스틱 용기와 같은 플라스틱 제품에도 항균 및 항곰팡이 특성을 부여하기 위한 다양한 시도가 있어왔다. 예를 들어, 한국특허 제359289호에는 니신과 락티신 등의 항생물질인 박테리오신을 폴리아마이드 결착제와 혼합하여 플라스틱 필름 포장재에 코팅하여 식품포장에 사용함으로써 식품표면에서의 미생물 성장을 억제하는 박테리오신(bacteriocin)이 코팅된 항균성 플라스틱 필름 및 그 제조방법에 관해 개시되어 있으며, 한국특허 제501242호에는 투명플라스틱 원재료의 표면에 나노실버 입자 및 안료를 코팅하여 플라스틱 원재료의 표면에 나노실버 입자 및 안료가 코팅된 혼합물을 사출 성형기에 넣어 용융시킨 상태에서 사출성형하는 항균 기능을 갖는 사출물 성형 방법에 대해 개시하고 있다. 그러나 이들은 항균성을 갖는 재료들을 코팅하여 사용하는 것으로, 효과면에서 기대에 미치지 못할 뿐만 아니라, 경제적이지 못한 단점이 있다.
페그마타이트는 마그마의 분화 광상 생성물로서 거정질 화강암이라고도 불리며, 유색 방사능 물질이며 약리 작용을 할 수 있는 광석을 특히 거정석 페그마타이트라고 한다. 이러한 페그마타이트는 단일 20종의 성분 중 인체에 유리한 9종의 성분을 함유한 광물질인 바, 단독 방사체의 소재로서 원적외선 방사 및 항균 탈취 기능을 갖는다. 특히, 원적외선을 방사 기능으로 인하여 체내의 세포 활성화, 혈액순환 촉진 등의 기능을 발휘할 수 있는 바, 예를 들면 국내특허번호 제366879호는 페그마타이트와 소량의 무기원소를 혼합하여 인체 혈액 순환용으로 사용할 수 있는 페그마타이트-함유 파우더를 개시하고 있다.
이외에도, 페그마타이트를 다양한 형태로 제조하여 기능성 제품을 제조하는 기술이 알려져 있다. 이와 관련하여, 국내특허번호 제506,691호는 페그마타이트 분말을 적용함으로써 각종 유해파, 원적외선 방사 등의 효과를 갖는 직물의 제조방법을 개시하고 있다. 또한, 국내특허번호 제426,789호는 키토산과 페그마타이트를 위생가공제로 하여 섬유에 코팅하여 기능성 섬유를 제조하는 방법을 개시하고 있는 바, 상기 특허에 따라 제조된 섬유는 항균 방취 효과와 함께 보습성 및 원적외선 효과를 향상시킬 수 있는 것으로 평가된 바 있다. 한편, 한국공개특허 제2000-36402호 및 제1999-83944호에는 페그마타이트 분말을 에멀젼으로 균질화하여 섬유 원단에 코팅시킨 섬유의 제조방법이 개시되어 있다.
한편, 플라스틱 병이나 플라스틱 용기와 같은 플라스틱 제품에도 항균 및 항곰팡이 특성을 부여하기 위한 다양한 시도가 있어왔다. 예를 들어, 한국특허 제359289호에는 니신과 락티신 등의 항생물질인 박테리오신을 폴리아마이드 결착제와 혼합하여 플라스틱 필름 포장재에 코팅하여 식품포장에 사용함으로써 식품표면에서의 미생물 성장을 억제하는 박테리오신(bacteriocin)이 코팅된 항균성 플라스틱 필름 및 그 제조방법에 관해 개시되어 있으며, 한국특허 제501242호에는 투명플라스틱 원재료의 표면에 나노실버 입자 및 안료를 코팅하여 플라스틱 원재료의 표면에 나노실버 입자 및 안료가 코팅된 혼합물을 사출 성형기에 넣어 용융시킨 상태에서 사출성형하는 항균 기능을 갖는 사출물 성형 방법에 대해 개시하고 있다. 그러나 이들은 항균성을 갖는 재료들을 코팅하여 사용하는 것으로, 효과면에서 기대에 미치지 못할 뿐만 아니라, 경제적이지 못한 단점이 있다.
이에, 본 발명자는 상기 종래기술의 한계를 극복하기 위하여 광범위한 연구를 수행한 결과, 종래에 알려져 있는 페그마타이트 파우더 제조 공정을 이용하여 페그마타이트 파우더를 제조하고 보조 금속 성분을 혼합한 다음, 바실러스 균주(Bacillus species SSA3)로 숙성시켜 제조된 기능성 파우더를, 염료와 혼합하여 플라스틱 원료 조성물에 투입하여 혼합시키면, 상기 기능성 파우더를 소량 사용하여도 우수한 항균 및 항곰팡이 특성뿐만 아니라, 우수한 원적외선 방사 특성을 갖는 플라스틱 제품을 제조할 수 있음을 발견하였으며, 본 발명은 이를 기초로 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 항균 및 항곰팡이 특성과 우수한 원적외선 방사 특성의 유익한 효과를 발휘할 수 있는 적용한 플라스틱 제품을 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 플라스틱 제품의 제조방법은 (A) 0.35∼1㎛의 입자크기로 조절된 페그마타이트 미분쇄물을 함유하는 파우더를 바실러스 균주(Bacillus speciesSSA3)의 존재 및 35∼45℃의 온도 조건 하에서 10∼20일 동안 숙성시킨 후에 건조시켜 기능성 파우더를 제조하는 단계; (B) 상기 기능성 파우더가 3 내지 4 중량부가 되도록 염료와 혼합하는 단계; 및 (C) 상기 혼합물을 플라스틱 원료 조성물 100중량부 당 3 내지 4 중량부가 되도록 혼합하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 항균 및 항곰팡이 특성과 우수한 원적외선 방사 특성의 유익한 효과를 발휘할 수 있는 적용한 플라스틱 제품을 경제적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 플라스틱 제품의 제조방법은 (A) 0.35∼1㎛의 입자크기로 조절된 페그마타이트 미분쇄물을 함유하는 파우더를 바실러스 균주(Bacillus speciesSSA3)의 존재 및 35∼45℃의 온도 조건 하에서 10∼20일 동안 숙성시킨 후에 건조시켜 기능성 파우더를 제조하는 단계; (B) 상기 기능성 파우더가 3 내지 4 중량부가 되도록 염료와 혼합하는 단계; 및 (C) 상기 혼합물을 플라스틱 원료 조성물 100중량부 당 3 내지 4 중량부가 되도록 혼합하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 바실러스 균주(Bacullus species SSA3)를 이용하여 특정 입도 특성을 갖는 페그마타이트(거정석) 미분쇄물을 함유하는 파우더(미량의 보조 금속 성분을 추가 함유 가능)의 혼합물 파우더를 숙성시켜 이를 플라스틱 제품의 가공 공정에 적용하여 우수한 원적외선 방사 및 항균탈취 성능을 나타내며, 그리고 인체에 대한 유해성이 문제시되어 왔던 각종 전자파, 수맥파 등에 있어서도 우수한 차폐 성능을 갖고 있어 혈액 순환 개선 효과 및 신선도 유지 효과를 나타내는 플라스틱 제품의 제조방법에 관한 것이다.
우선, 기능성 파우더를 제조하기 위하여, 먼저 페그마타이트 광석을 파쇄(crushing) 또는 조분쇄하는 과정을 수행한다. 상기 과정을 위하여, 바람직하게는 당업계에 알려진 패쇄기를 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 조 크러셔(jawcrusher)를 사용할 수 있다. 그 다음, 상기 파쇄된 페그마타이트를 적당한 입자 크기로 추가 분쇄하는데, 바람직하게는 임팩트 크러셔(impact crusher)를 사용하여 약 300∼400메쉬가 되도록 한다.
상기와 같이, 분쇄된 페그마타이트는 보다 미세하고 균등한 입자 크기를 갖도록 미분쇄하는 과정을 거치는데, 이를 위하여 사용하는 대표적인 장치로 에어 제트 밀(air jet mill)을 들 수 있다. 상기 미분쇄 과정의 경우, 전형적으로 약 5∼10 ㎏/㎠, 바람직하게는 약 6∼8㎏/㎠의 컴프레서 에어를 이용함으로써 이물질의 혼입 및 미분쇄 과정에서 마찰 등으로 인하여 발생할 수 있는 광물질의 성분 변화를 억제할 수 있다. 상기 미분쇄 과정의 결과로 얻어지는 미분쇄물은 약 0.35∼1㎛의 입자크기를 갖는데, 만약 상기 입자크기 수준에 미달할 경우에는 예를 들면 2단 체를 이용한 선별 과정을 통하여 분리되어 다시 미분쇄 과정으로 리사이클되며, 상기 미분쇄된 파우더는 구상 형상을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 얻어진 페그마타이트 미분쇄물은 미량의 보조 금속 성분과 혼합할 수 있는 바, 이를 통하여 페그마타이트 내에 함유된 각종 유효 금속 성분의 함량을 추가함으로써 원적외선 방사, 항균 성능 등을 극대화할 수 있다. 상기 보조금속 성분은 혼합물 전체를 기준으로 약 0.1 중량% 이내, 바람직하게는 0.05 중량% 이내의 범위에서 사용하는 것이 바람직한데, 지나치게 많은 량을 혼합할 경우에는 추가되는 효과에 비하여 경제성이 저하되기 때문이다. 이러한, 보조 금속 성분의 예로는 Ca, Ge, Se, Ho, Ce, Zr, La, Y 등이 있으며, 이로부터 1 또는 2 이상 선택하여 사용할 수 있다. 페그마타이트미분쇄물과 보조 무기금속의 혼합에 적합한 장치로서 에어 블렌더가 사용될 수 있으며, 약 20∼40분, 전형적으로는 약 30분 동안 고속 블렌딩하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제조된 혼합물 파우더는 모두 천연 성분인 만큼, 인체에 무자극성을 나타내며, 구체적인 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
상기와 같이 제조된 페그마타이트-함유 파우더는 바실러스 균주(Bacillus species SSA3)의 존재 하에서 숙성된다. 이러한 바실러스 균주는 전형적으로 일반 가정에서 재래식 방법으로 담근 숙성된 간장으로부터 분리되는 바, 본 발명에서는 수탁번호 KCTC 8488(1990. 5. 23.)로 기탁된 균주를 사용하였다. 상기 바실러스 균주는 단일균 발효로 장류를 제조할 수 있는 특성을 나타내며, 종래에는 이로부터 색소를 분리하여 의약품 또는 식품에 적용된 바 있다. 예를 들면, 국내특허 제371387호에서는 Bacillus species SSA3에 의하여 생성된 색소를 원심분리-양이온 컬럼 크로마토그래피-용출-감압농축-건조의 순으로 분리하여 항돌연변이성 색소를 정제하는 방법이 개시되어 있다. 이때, 숙성 과정은 약 35∼45℃, 바람직하게는 약 38∼42℃의 온도 조건에서 약 10∼20일, 바람직하게는 약 14∼16일 동안 수행되며, 또한 공기의 입출입이 가능하도록 전통적인 옹기 내의 공간과 유사한 환경을 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 숙성 과정이 예측치 못한 기능성을 발휘하는 이유는 과학적으로 명확히 규명된 것은 아니나, 균주에 의한 생물원자극소의 원리로 추측된다.
상술한 숙성 과정이 완료된 후에는 보관 등을 용이하게 하기 위하여 건조 과정을 거치게 되는 바, 인위적인 조작보다는 자연 상태에서 건조하되, 암냉 환경(어둡고 서늘한 환경)에서 수분이 0.5% 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는 건조된 파우더를 재차 숙성하여 건조하는 것도 가능하다.
상술한 방법에 따라 제조된 기능성 파우더는 염료와 혼합하여 플라스틱 원료용 조성물에 투입하여 플라스틱 제품에 포함시킨다. 여기서, 플라스틱 제품은 그 형상에 따라 당분야의 공지 방법, 예컨대 사출성형(injection forming), 진공성형(vacuum forming), 취입성형(blow forming) 또는 압출성형(extrusing forming)방법 등에 의해 제조할 수 있으며, 본 발명에서도 제품 형상에 따라 적절한 방법을 선택하여 제조할 수 있을 것이다. 일례로, 도시락 용기와 같은 경우에는 사출성형으로, 딸기 포장 용기와 같은 경우에는 진공성형으로, 페트병과 같은 경우에는 취입성형으로, 파이프와 같은 경우에는 압출 성형 방법으로 제조할 수 있으며, 그 상세한 설명은 피하기로 한다.
본 발명에서 플라스틱 제품의 원료로는 그 용도에 따라 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등을 사용하는 데, 본 발명에서도 그 용도에 따라 필요한 재료를 선택하여 사용가능하며, 이들 원료 조성물에 본 발명의 기능성 파우더를 투입하게 된다. 구체적으로, 본 발명에서는 플라스틱 제품의 제조 시, 상기 기능성 파우더를 염료와 함께 혼합하여 제공한다. 즉, 플라스틱 원료 조성물에 투입되는 총 염료 내에 3 내지 4 중량부가 되도록 상기 기능성 파우더를 혼합한다. 이렇게 혼합한 기능성 파우더와 염료의 혼합물을 플라스틱 원료 조성물에 투입하는데, 상기 혼합물은 플라스틱 원료 조성물 100 중량부 당 3 중량부 내지 4 중량부가 되도록 한다. 상기 기능성 파우더의 총량이 3 중량부에 미달할 경우에는 투입 효과가 미흡하기 때문에 의도하는 기능성을 달성할 수 없으며, 4 중량부를 초과할 경우에는 더 이상의 상승 효과가 미약하다. 본 발명에서 사용되는 염료는 당 분야에서 공지의 것이면 어떠한 것이든 무관하다.
이렇게 염료와 기능성 파우더의 혼합물을 플라스틱 원료 조성물에 투입하여 혼합한 후, 당 분야에서 공지인 플라스틱 제품의 성형 방법, 예컨대 사출성형, 진공성형, 취입성형, 압출성형방법 등을 통해 본 발명의 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 플라스틱 제품을 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 페그마타이트-함유 파우더를 바실러스 균주(Bacillus species SSA3)로 숙성시켜 제조된 기능성 파우더를 플라스틱 제품의 제조를 위한 원료 조성물에 첨가하면, 경제적으로 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 제품을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 원적외선 방사 특성을 가지고 있어, 이러한 특성이 요구되는 다양한 제품에 유용하게 사용할 수 있으며, 더욱이 인체에 대한 유해성이 문제시되어 왔던 각종 전자기파, 수맥파 등에 있어서도 우수한 차폐 효과를 갖고 있어 인체의 혈액순환에 유리한 장점이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만 하기 실시예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
페그마타이트 광석을 조 크래셔로 파쇄한 후에 임팩트 크래셔를 이용하여 325 메쉬가 되도록 추가적으로 분쇄하였다. 그 다음, 에어 제트 밀을 사용하여 약 7 ㎏/㎠의 컴프레서 에어 하에서 미분쇄하여 0.35∼1㎛의 입자크기로 조절된 페그마타이트 미분쇄물을 함유하는 파우더를 제조하였다. 상기 페그마타이트 파우더에 보조 금속 성분(혼합물 기준으로, Ge:0.000345 중량%, Ho: 0.0001 중량%, Ce: 0.022 중량%, Zr: 0.0115 중량%, La: 0.0077 중량%, Y: 0.0025 중량%)를 혼합한 다음, Bacillus species SSA3 균주를 투입하여 숙성을 수행하였다. 이때, 숙성은 약 40℃에서 15일 동안 옹기 내에서 수행하였다. 상기 숙성된 파우더 내의 수분이 0.5%가 되도록 암냉 조건 하에서 건조시켜 보관하였다.
실시예 1
기능성 파우더를 함유하는 플라스틱의 제조
제조예 1에서 제조한 기능성 파우더 3.2 g을 염료 100 g과 혼합하였다. 이 혼합물 38 중량부를 폴리에스테르 수지 원료 1000 중량부와 혼합하고 사출성형하여 플라스틱 도시락 용기를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에 따라 제조된 플라스틱 도시락 용기의 시편에 대하여 살균성을 한국 원적외선 협회에 의뢰하여 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2 및 도 1, 도 2에 나타내었다.
* : 배지상의 균수는 희석배수를 곱하여 산출한 것임
1) 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli) ATCC 25922
2) 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus) ATCC 6538
실시예 3
실시예 1에 따라 제조된 플라스틱에 대하여 항곰팡이성을 한국 원적외선 협회에 의뢰하여 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 3 및 도 3에 나타내었다.
* 0 : 시료에서 균의 성장을 인지할 수 없음.
시험한 곰팡이 균주 :
아스퍼질러스 나이거(Aspergillus niger) ATCC 9642
페니실리움 피노필럼(Penicillium pinophilum) ATCC 11797
캐토미움 글로보솜(Chaetomium globosom) ATCC 6205
상기 실시예 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 플라스틱 용기는 우수한 항균 및 항진균성을 나타냄을 알 수 있다.
실시예 4
실시예 1에 따라 제조된 플라스틱에 대하여 원적외선 방출량을 한국 원적외선협회에 의뢰하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5 및 도 4, 도 5에 나타내었다.
상기 시험 결과는 FT-IR 스펙트로메터를 이용한 블랙바디 대비 측정결과임.
상기 표 4 및 도 4, 도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 기능성 파우더를 투입하여 제조된 플라스틱 제품은 인체가 흡수할 수 있는 유효원적외선 파장대인 5∼20㎛에서의 방사율이 높고, 방사 에너지 역시 월등히 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 바실러스 균주(Bacullus species SSA3)를 이용하여 특정 입도 특성을 갖는 페그마타이트(거정석) 미분쇄물을 함유하는 파우더(미량의 보조 금속 성분을 추가 함유 가능)의 혼합물 파우더를 숙성시켜 이를 플라스틱 제품의 가공 공정에 적용하여 우수한 원적외선 방사 및 항균탈취 성능을 나타내며, 그리고 인체에 대한 유해성이 문제시되어 왔던 각종 전자파, 수맥파 등에 있어서도 우수한 차폐 성능을 갖고 있어 혈액 순환 개선 효과 및 신선도 유지 효과를 나타내는 플라스틱 제품의 제조방법에 관한 것이다.
우선, 기능성 파우더를 제조하기 위하여, 먼저 페그마타이트 광석을 파쇄(crushing) 또는 조분쇄하는 과정을 수행한다. 상기 과정을 위하여, 바람직하게는 당업계에 알려진 패쇄기를 특별한 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 조 크러셔(jawcrusher)를 사용할 수 있다. 그 다음, 상기 파쇄된 페그마타이트를 적당한 입자 크기로 추가 분쇄하는데, 바람직하게는 임팩트 크러셔(impact crusher)를 사용하여 약 300∼400메쉬가 되도록 한다.
상기와 같이, 분쇄된 페그마타이트는 보다 미세하고 균등한 입자 크기를 갖도록 미분쇄하는 과정을 거치는데, 이를 위하여 사용하는 대표적인 장치로 에어 제트 밀(air jet mill)을 들 수 있다. 상기 미분쇄 과정의 경우, 전형적으로 약 5∼10 ㎏/㎠, 바람직하게는 약 6∼8㎏/㎠의 컴프레서 에어를 이용함으로써 이물질의 혼입 및 미분쇄 과정에서 마찰 등으로 인하여 발생할 수 있는 광물질의 성분 변화를 억제할 수 있다. 상기 미분쇄 과정의 결과로 얻어지는 미분쇄물은 약 0.35∼1㎛의 입자크기를 갖는데, 만약 상기 입자크기 수준에 미달할 경우에는 예를 들면 2단 체를 이용한 선별 과정을 통하여 분리되어 다시 미분쇄 과정으로 리사이클되며, 상기 미분쇄된 파우더는 구상 형상을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 얻어진 페그마타이트 미분쇄물은 미량의 보조 금속 성분과 혼합할 수 있는 바, 이를 통하여 페그마타이트 내에 함유된 각종 유효 금속 성분의 함량을 추가함으로써 원적외선 방사, 항균 성능 등을 극대화할 수 있다. 상기 보조금속 성분은 혼합물 전체를 기준으로 약 0.1 중량% 이내, 바람직하게는 0.05 중량% 이내의 범위에서 사용하는 것이 바람직한데, 지나치게 많은 량을 혼합할 경우에는 추가되는 효과에 비하여 경제성이 저하되기 때문이다. 이러한, 보조 금속 성분의 예로는 Ca, Ge, Se, Ho, Ce, Zr, La, Y 등이 있으며, 이로부터 1 또는 2 이상 선택하여 사용할 수 있다. 페그마타이트미분쇄물과 보조 무기금속의 혼합에 적합한 장치로서 에어 블렌더가 사용될 수 있으며, 약 20∼40분, 전형적으로는 약 30분 동안 고속 블렌딩하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제조된 혼합물 파우더는 모두 천연 성분인 만큼, 인체에 무자극성을 나타내며, 구체적인 조성을 하기 표 1에 나타내었다.
| 원소 | 함량(%) |
| SiO2 | 65.52 |
| Al2O3 | 22.81 |
| Fe2O3 | 3.20 |
| CaO | 1.69 |
| MgO | 1.40 |
| Na2O | 1.92 |
| TiO2 | 0.79 |
| K2O | 2.16 |
| Ge | 0.014 |
| Se | 0.032 |
| Zr | 0.0113 |
| Ca | 0.045 |
| Ho | <0.0001 |
| Y | 0.0015 |
| La | 0.0076 |
| Ce | 0.011 |
| 기타 | 0.3875 |
상기와 같이 제조된 페그마타이트-함유 파우더는 바실러스 균주(Bacillus species SSA3)의 존재 하에서 숙성된다. 이러한 바실러스 균주는 전형적으로 일반 가정에서 재래식 방법으로 담근 숙성된 간장으로부터 분리되는 바, 본 발명에서는 수탁번호 KCTC 8488(1990. 5. 23.)로 기탁된 균주를 사용하였다. 상기 바실러스 균주는 단일균 발효로 장류를 제조할 수 있는 특성을 나타내며, 종래에는 이로부터 색소를 분리하여 의약품 또는 식품에 적용된 바 있다. 예를 들면, 국내특허 제371387호에서는 Bacillus species SSA3에 의하여 생성된 색소를 원심분리-양이온 컬럼 크로마토그래피-용출-감압농축-건조의 순으로 분리하여 항돌연변이성 색소를 정제하는 방법이 개시되어 있다. 이때, 숙성 과정은 약 35∼45℃, 바람직하게는 약 38∼42℃의 온도 조건에서 약 10∼20일, 바람직하게는 약 14∼16일 동안 수행되며, 또한 공기의 입출입이 가능하도록 전통적인 옹기 내의 공간과 유사한 환경을 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 숙성 과정이 예측치 못한 기능성을 발휘하는 이유는 과학적으로 명확히 규명된 것은 아니나, 균주에 의한 생물원자극소의 원리로 추측된다.
상술한 숙성 과정이 완료된 후에는 보관 등을 용이하게 하기 위하여 건조 과정을 거치게 되는 바, 인위적인 조작보다는 자연 상태에서 건조하되, 암냉 환경(어둡고 서늘한 환경)에서 수분이 0.5% 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는 건조된 파우더를 재차 숙성하여 건조하는 것도 가능하다.
상술한 방법에 따라 제조된 기능성 파우더는 염료와 혼합하여 플라스틱 원료용 조성물에 투입하여 플라스틱 제품에 포함시킨다. 여기서, 플라스틱 제품은 그 형상에 따라 당분야의 공지 방법, 예컨대 사출성형(injection forming), 진공성형(vacuum forming), 취입성형(blow forming) 또는 압출성형(extrusing forming)방법 등에 의해 제조할 수 있으며, 본 발명에서도 제품 형상에 따라 적절한 방법을 선택하여 제조할 수 있을 것이다. 일례로, 도시락 용기와 같은 경우에는 사출성형으로, 딸기 포장 용기와 같은 경우에는 진공성형으로, 페트병과 같은 경우에는 취입성형으로, 파이프와 같은 경우에는 압출 성형 방법으로 제조할 수 있으며, 그 상세한 설명은 피하기로 한다.
본 발명에서 플라스틱 제품의 원료로는 그 용도에 따라 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등을 사용하는 데, 본 발명에서도 그 용도에 따라 필요한 재료를 선택하여 사용가능하며, 이들 원료 조성물에 본 발명의 기능성 파우더를 투입하게 된다. 구체적으로, 본 발명에서는 플라스틱 제품의 제조 시, 상기 기능성 파우더를 염료와 함께 혼합하여 제공한다. 즉, 플라스틱 원료 조성물에 투입되는 총 염료 내에 3 내지 4 중량부가 되도록 상기 기능성 파우더를 혼합한다. 이렇게 혼합한 기능성 파우더와 염료의 혼합물을 플라스틱 원료 조성물에 투입하는데, 상기 혼합물은 플라스틱 원료 조성물 100 중량부 당 3 중량부 내지 4 중량부가 되도록 한다. 상기 기능성 파우더의 총량이 3 중량부에 미달할 경우에는 투입 효과가 미흡하기 때문에 의도하는 기능성을 달성할 수 없으며, 4 중량부를 초과할 경우에는 더 이상의 상승 효과가 미약하다. 본 발명에서 사용되는 염료는 당 분야에서 공지의 것이면 어떠한 것이든 무관하다.
이렇게 염료와 기능성 파우더의 혼합물을 플라스틱 원료 조성물에 투입하여 혼합한 후, 당 분야에서 공지인 플라스틱 제품의 성형 방법, 예컨대 사출성형, 진공성형, 취입성형, 압출성형방법 등을 통해 본 발명의 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 플라스틱 제품을 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 페그마타이트-함유 파우더를 바실러스 균주(Bacillus species SSA3)로 숙성시켜 제조된 기능성 파우더를 플라스틱 제품의 제조를 위한 원료 조성물에 첨가하면, 경제적으로 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 제품을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 원적외선 방사 특성을 가지고 있어, 이러한 특성이 요구되는 다양한 제품에 유용하게 사용할 수 있으며, 더욱이 인체에 대한 유해성이 문제시되어 왔던 각종 전자기파, 수맥파 등에 있어서도 우수한 차폐 효과를 갖고 있어 인체의 혈액순환에 유리한 장점이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만 하기 실시예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
페그마타이트 광석을 조 크래셔로 파쇄한 후에 임팩트 크래셔를 이용하여 325 메쉬가 되도록 추가적으로 분쇄하였다. 그 다음, 에어 제트 밀을 사용하여 약 7 ㎏/㎠의 컴프레서 에어 하에서 미분쇄하여 0.35∼1㎛의 입자크기로 조절된 페그마타이트 미분쇄물을 함유하는 파우더를 제조하였다. 상기 페그마타이트 파우더에 보조 금속 성분(혼합물 기준으로, Ge:0.000345 중량%, Ho: 0.0001 중량%, Ce: 0.022 중량%, Zr: 0.0115 중량%, La: 0.0077 중량%, Y: 0.0025 중량%)를 혼합한 다음, Bacillus species SSA3 균주를 투입하여 숙성을 수행하였다. 이때, 숙성은 약 40℃에서 15일 동안 옹기 내에서 수행하였다. 상기 숙성된 파우더 내의 수분이 0.5%가 되도록 암냉 조건 하에서 건조시켜 보관하였다.
실시예 1
기능성 파우더를 함유하는 플라스틱의 제조
제조예 1에서 제조한 기능성 파우더 3.2 g을 염료 100 g과 혼합하였다. 이 혼합물 38 중량부를 폴리에스테르 수지 원료 1000 중량부와 혼합하고 사출성형하여 플라스틱 도시락 용기를 제조하였다.
실시예 2
실시예 1에 따라 제조된 플라스틱 도시락 용기의 시편에 대하여 살균성을 한국 원적외선 협회에 의뢰하여 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2 및 도 1, 도 2에 나타내었다.
| 시험항목 | 초기농도* | 24시간 후 농도* | 살균 감소율(%) | 시험방법 |
| 대장균1)에 의한 살균시험 | 3.3×105 | 4.2×104 | 87.3 | KS K 0693-2001 |
| 포도산구균2)에 의한 살균시험 | 5.1×105 | 4.5×104 | 91.2 |
* : 배지상의 균수는 희석배수를 곱하여 산출한 것임
1) 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli) ATCC 25922
2) 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus) ATCC 6538
실시예 3
실시예 1에 따라 제조된 플라스틱에 대하여 항곰팡이성을 한국 원적외선 협회에 의뢰하여 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 3 및 도 3에 나타내었다.
| 시험항목 | 배양시험기간 | 시험방법 | |||
| 항곰팡이성 | 1주 후 | 2주 후 | 3주 후 | 4주 후 | ASTMG-21 |
| 0＊ | 0 | 0 | 0 | ||
* 0 : 시료에서 균의 성장을 인지할 수 없음.
시험한 곰팡이 균주 :
아스퍼질러스 나이거(Aspergillus niger) ATCC 9642
페니실리움 피노필럼(Penicillium pinophilum) ATCC 11797
캐토미움 글로보솜(Chaetomium globosom) ATCC 6205
상기 실시예 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 플라스틱 용기는 우수한 항균 및 항진균성을 나타냄을 알 수 있다.
실시예 4
실시예 1에 따라 제조된 플라스틱에 대하여 원적외선 방출량을 한국 원적외선협회에 의뢰하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5 및 도 4, 도 5에 나타내었다.
| 시험항목 | 시험결과 | 시험방법 | |
| 원적외선 방출량 (47℃) | 실시예 1 | KFIA-F1-1005 | |
| 방사율 (5~20㎛) | 0.896 | ||
| 방사에너지 (W/㎡) | 3.45×102 | ||
상기 시험 결과는 FT-IR 스펙트로메터를 이용한 블랙바디 대비 측정결과임.
상기 표 4 및 도 4, 도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 기능성 파우더를 투입하여 제조된 플라스틱 제품은 인체가 흡수할 수 있는 유효원적외선 파장대인 5∼20㎛에서의 방사율이 높고, 방사 에너지 역시 월등히 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 페그마타이트-함유 파우더를 바실러스 균주(Bacillus species SSA3)로 숙성시켜 제조된 기능성 파우더를 플라스틱 제품의 제조에 사용하면, 경제적이며, 우수한 원적외선 방사뿐만 아니라 항균 및 항곰팡이 특성을 나타내며, 페그마이타이트의 항균 탈취 성능과 더불어 인체에 대한 유해성이 문제시되어 왔던 각종 전자파, 수맥파 등에 있어서도 우수한 차폐 성능을 갖고 있어 혈액 순환 개선 효과를 나타내고 항균 및 항곰팡이 특성이 요구되는 다양한 분야에 적용가능하여, 광범위한 영역에서 그 적용이 기대된다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (1)
- (A) 0.35∼1㎛의 입자크기로 조절된 페그마타이트 미분쇄물을 함유하는 파우더를 바실러스 균주(Bacillus speciesSSA3)의 존재 및 35∼45℃의 온도 조건 하에서 10∼20일 동안 숙성시킨 후에 건조시켜 기능성 파우더를 제조하는 단계;(B) 플라스틱 제조용 염료 100중량부에 대하여 상기 기능성 파우더 3 내지 4 중량부를 혼합하는 단계; 및(C) 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 군으로부터 선택되는 플라스틱 원료 조성물 100 중량부 당 상기 혼합물 3 ~ 4중량부를 혼합하고 성형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 플라스틱 제품의 제조방법.
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