KR101224006B1 - 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지 및 이의 제조방법 - Google Patents

의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, ABS수지, SAN수지, 나일론수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트수지, 아크릴수지, 디엔계수지 중 어느 하나의 열가소성 합성수지 또는 이들을 두개 이상 혼합하여 형성된 복합수지 78 ∼ 82중량%, 대전방지제 0.3 ∼ 1.5중량%, 생광석 7 ∼ 11중량%, 제오라이트, 규조토, 일라이트에서 선택된 어느 하나의 성분 또는 두개 이상의 성분을 혼합한 혼합물 5 ∼ 10중량%, 무기항균제 0.3 ∼ 0.8중량%로 이루어진 수지조성물로 제작된 수지층과, 에틸알코올 55 ∼ 63중량%, 이소프로필알코올 25 ∼ 34중량%, 폴리실록산계 수지 6 ∼ 10중량%, 나노급의 아나타제형 이산화티탄 2 ∼ 2.5중량%, 유기실란 0.5 ∼ 2중량%을 교반 및 가열하여 제조된 불휘발분 8.5 ∼ 9.0%, 점도 40 ∼ 60cps인 광촉매 코팅제를 상기 수지층 표면에 코팅하여 형성하여, 수지에 항균기능과 더불어 탈취, 원적외선 방사 및 유해가스분해 기능과 더불어 광촉매 코팅제에 의한 표면 자정기능을 부여하여 공공환경 및 보건 위생을 한 단계 향상시킬 수 있는 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지 및 이의 제조방법{Mult-function synthetic resine for chair and desk member and the making method thereof}
본 발명은 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수지에 항균기능과 더불어 탈취, 원적외선 방사 및 유해가스분해 기능과 더불어 광촉매 코팅제에 의한 표면 자정기능을 부여하여 공공환경 및 보건 위생을 한 단계 향상시킬 수 있는 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
인류의 역사를 석기시대, 청동기시대, 철기시대로 구분한다면 현대는 플라스틱시대라 할 수 있다. 사실 플라스틱 없이는 현대 문명이 만들어낸 혁신적인 제품들을 제조할 수 없다. 예를 들면 수십 나노미터 크기의 패턴 해상도를 가지는 반도체 소자, 얇고 화려한 색감의 LCD와 유기EL 디스플레이, 고성능 2차 전지, 초극세사와 기능성 섬유, 자동차 내장재 등은 플라스틱이 개발되지 않았다면 볼 수 없었을 제품이다. 20세기를 주도한 기술 중 하나인 플라스틱은 다양한 용도로의 개발이 지속되고 있다.
플라스틱은 합성수지(合成樹脂)가 대부분인 고분자 물질을 주원료로 하여 인공적으로 유용한 형상으로 성형한 물체를 지칭하며 열 가공하거나 또는 경화제·촉매·중합체 등을 사용하여 시트·판·관·막대기 등 일정한 형상으로 성형한 것 또는 그 원료인 고분자 재료를 플라스틱이라 한다.
이러한 플라스틱은 20세기 생활공간에서 다양한 용도로 적용되어 지기 때문에 최근 들어 특히 다중생활공간에 사용되는 재료의 경우 생체보건학적인 측면에서 항균성을 부여한 다양한 제품들이 개발되어 지고 있다. 이른바 항균 플라스틱으로 지칭되는 것으로 지금까지 개발된 많은 유, 무기 항균제들을 적용하고 있다.
여기서, 항균 작용은 미생물의 발육저해 작용인 정균작용(Bacteriostatic, fungistatic)과 미생물 사멸작용인 살균작용(bactericidal, fungicidal)으로 구분한다. 우리가 일반적으로 언급하는 "항균"은 미생물을 근본적으로 사멸시키는 것을 목적으로 하는 "살균"과는 다른 개념으로, 미생물의 번식이 억제되거나 생성되지 않는 것을 의미한다. 살균은 일시적인 효과를 나타내는 반면 항균은 지속적인 효과를 지니고 있어야 한다. 또한 "곰팡이"는 포자로 증식하고 균체가 사상(絲狀)으로 나타나는 것을 총칭하는 것으로 항균과 다르게 "내 곰팡이"로 별도 구분 사용한다.
항균제는 [표 1]에서와 같이 재료에 따라 유기계와 무기계로 크게 분류되는데, 상기 유기계는 다시 천연계 및 합성품으로 분류된다.
상기 천연제품은 차, 대나무, 와사비 등에서 추출한 고농도 성분으로 구성되어 가장 안정하지만 항균 특성의 수명이 극히 짧고 내열성이 없어 사용이 극히 제한적이다.
더욱이, 유기계 항균제의 인체에 대한 안정성이 문제되면서 유기계의 단점을 보완할 수 있는 무기계 항균제가 주목받고 있으며 일반적으로 무기담체(擔體, carrier)에 은, 구리, 아연 등과 같이 항균성이 뛰어난 금속이온을 치환시킨 것을 적용하고 있다.
또한. 미생물에 대한 독성을 지닌 금속은 일반적으로 인체에 대해서도 독성이 강한 것이 많으나 은, 구리, 아연 등의 금속은 항균력이 강하고 안정성이 높은 몇 안되는 금속으로서 현재까지도 인체에 무해한 것으로 판명되어 있다.
이러한 무기계 항균제는 종래의 유기계 항균제와 비교하여 내열성이 높고 휘발, 분해 등을 일으키지 않는 등 안정성이 높기 때문에 넓은 용도로 응용할 수 있으며, 항균효과는 활성 산소이온에 의해 발현되기 때문에 약제의 용출에 의한 즉효성은 없지만 지속성이 길고 내성균을 발생시키지 않는다는 장점을 가지고 있다. 유기 항균제가 지속성이 짧은 이유는 근본적으로 자체가 유기질로 곰팡이의 먹이가 될 수 있기 때문이다.
유, 무기계 항균제 비교
구분
항목		 무기계 항균제 유기계 항균제
항균력
MIC
시중유통 제품
>100ppm
>1ppm
초기 항균 즉효성 낮음 높음
항균 지속성 반 영구적 일시적(3개월 이내)
열 안정성 높음(∼800℃) 낮음(200℃미만)
선택성 광범위 한정
MRSA 억제성 있음 없음
내성균 없음 일부에서 보고됨
독성 없음 있음
반응성 없음 있음
항균 매카니즘 금속이온의 신진대사 억제 관능기에 의한 세포파괴
*MIC : 최소발육저지농도(Minimum Inhibitory Concentration)
*MRSA : 메티실린내성 황색포도상구균(Methicilin-Resistant Staphylococcus Aureus)
이러한, 무기항균제들은 고농도화하여 플라스틱의 경우 전체 중량에서 0.5 ∼ 3.0%를 적용해 항균성을 부여하는 것이 일반적이다.
실제로 폴리프로필렌수지, 폴리에틸렌수지, 폴리스티렌수지, ABS수지, SAN수지, 나일론수지, 폴리에스테르수지(PET등) 중 어느 하나의 열가소성 합성수지 또는 이들을 두개 이상 혼합한 복합수지(Polymer-alloy 혹은 Polymer-matrix)의 팰렛(Pallet)과 항균제를 잘 혼합하여 사출이나 압출과 같은 성형방식을 통해 성형하여 제작된다.
한편, 등록실용신안 제20-0301411에서는 의자 및 책상의 각 부품재료인 플라스틱에 대한 다양한 항균제의 적용방법을 제시하고 있다.
상기 등록실용신안은 플라스틱의 압출 혹은 사출성형 특성상 일정온도 이상을 가열하여야 하는 고정에 적합하게 다양한 내열성 무기항균제를 적용하고 있다.
하지만, 상기와 같은 종래의 등록실용신안은 무기항균제를 통한 항균기능에만 국한되어 있어, 경우 통상적으로 실내 내장재에서 축기가 축적되어 생활공간의 쾌적함을 저해하는 요소들에 대한 대안을 제시하고 있지 않은 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지는 ABS수지, SAN수지, 나일론수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트수지, 아크릴수지, 디엔계수지 중 어느 하나의 열가소성 합성수지 또는 이들을 두개 이상 혼합하여 형성된 복합수지 78 ∼ 82중량%, 대전방지제 0.3 ∼ 1.5중량%, 생광석 7 ∼ 11중량%, 제오라이트, 규조토, 일라이트에서 선택된 어느 하나의 성분 또는 두개 이상의 성분을 혼합한 혼합물 5 ∼ 10중량%, 무기항균제 0.3 ∼ 0.8중량%로 이루어진 수지조성물로 제작된 수지층과, 에틸알코올 55 ∼ 63중량%, 이소프로필알코올 25 ∼ 34중량%, 폴리실록산계 수지 6 ∼ 10중량%, 나노급의 아나타제형 이산화티탄 2 ∼ 2.5중량%, 유기실란 0.5 ∼ 2중량%을 교반 및 가열하여 제조된 불휘발분 8.5 ∼ 9.0중량%이고, 점도 40 ∼ 60cps인 광촉매 코팅제를 상기 수지층 표면에 코팅하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지에서 수지층의 무기항균제는 지르코늄 포스페이트와 제오라이트를 담체로 하여 은, 구리, 아연으로 이루어진 항균성 금속이온을 담지시켜 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지 제조방법은 ABS수지, SAN수지, 나일론수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트수지, 아크릴수지, 디엔계수지 중 어느 하나의 열가소성 합성수지 또는 이들을 두개 이상 혼합하여 형성된 복합수지 78 ∼ 82중량%를 간접가열 및 교반 가능한 플라스크에 투입하여 용융시켜 액상화시키고, 상기 플라스크에 대전방지제 0.3 ∼ 1.5중량%를 투입하여 일정한 교반속도를 유지하면서 교반한 후, 질소가스 투입구를 통해 질소가스를 충진함과 동시에 무기항균제 0.3 ∼ 0.8중량%를 투입한 다음, 제오라이트, 규조토, 일라이트 중 어느 하나의 성분 또는 두개 이상의 성분을 혼합한 혼합물 5 ∼ 10중량%와 생광석 7 ∼ 11중량%를 각각 30분간에 걸쳐 깔때기를 통해 투입한 상태에서 가열온도를 승온시켜 균일한 분산이 이루어질 수 있도록 120 ∼ 240분 동안 교반한 후 자연냉각하여 냉각수가 순환하는 용기 또는 냉각 컨베이어 팰렛 상으로 냉각 성형하는 수지층 제조단계와, 폴리실록산계 수지 6 ∼ 10중량%를 교반 및 가열 가능한 플라스크에 투입한 후 온도 180 ∼ 240℃ 및 교반속도 120 ∼ 150RPM을 유지하면서 교반하고, 에틸알코올 55 ∼ 63중량%와 이소프로필알코올 25 ∼ 34중량%를 혼합하여 알코올 혼합물을 제조한 후, 상기 알코올 혼합물 전체 중량의 2/3를 플라스크에 투입하여 균일하게 분포되도록 교반하고, 플라스크에 나노급 아나타제형 이산화 티탄 2 ∼ 2.5중량%를 투입 후 교반속도를 상승시켜 30 ∼ 60분간 교반한 후, 유기실란을 플라스크에 투입하지 않았던 알코올 혼합물 총량의 1/3에 희석시켜 적하용 뷰렛에 넣은 후 30분 동안 균일하게 적하하여 60 ∼ 120분간 교반하여 불휘발분 8.5 ∼ 9.0중량%이고, 점도 40 ∼ 60cps인 광촉매를 제조하는 광촉매 코팅제 제조단계와, 상기 수지층 제조단계에서의 수지층 표면에 광촉매 코팅제 제조단계에서 제조한 광촉매를 스프레이방식을 통해 박막코팅하는 박막코팅단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지 제조방법의 수지층 제조단계에서 수지층의 무기항균제는 지르코늄 포스페이트와 제오라이트를 담체로 하여 은, 구리, 아연으로 이루어진 항균성 금속이온을 담지시켜 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 수지에 항균기능과 더불어 탈취, 원적외선 방사 및 유해가스분해 기능과 더불어 광촉매 코팅제에 의한 표면 자정기능을 부여하여 공공환경 및 보건 위생을 한 단계 향상시킬 수 있는 유용한 발명이다.
이하에서는 본 발명의 구성을 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
본 발명은 ABS수지, SAN수지, 나일론수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트수지, 아크릴수지, 디엔계수지 중 어느 하나의 열가소성 합성수지 또는 이들을 두개 이상 혼합하여 형성된 복합수지 78 ∼ 82중량%를 간접가열 및 교반 가능한 플라스크에 투입하여 용융시켜 액상화시키고, 상기 플라스크에 대전방지제 0.3 ∼ 1.5중량%를 투입하여 일정한 교반속도를 유지하면서 교반한 후, 질소가스 투입구를 통해 질소가스를 충진함과 동시에 무기항균제 0.3 ∼ 0.8중량%를 투입한 다음, 제오라이트, 규조토, 일라이트 중 어느 하나의 성분 또는 두개 이상의 성분을 혼합한 혼합물 5 ∼ 10중량%와 생광석 7 ∼ 11중량%를 각각 30분간에 걸쳐 깔때기를 통해 투입한 상태에서 가열온도를 승온시켜 균일한 분산이 이루어질 수 있도록 120 ∼ 240분 동안 교반한 후 자연냉각하여 냉각수가 순환하는 용기 또는 냉각 컨베이어 팰렛 상으로 냉각 성형하는 수지층 제조단계와, 폴리실록산계 수지 6 ∼ 10중량%를 교반 및 가열 가능한 플라스크에 투입한 후 온도 180 ∼ 240℃ 및 교반속도 120 ∼ 150RPM을 유지하면서 교반하고, 에틸알코올 55 ∼ 63중량%와 이소프로필알코올 25 ∼ 34중량%를 혼합하여 알코올 혼합물을 제조한 후, 상기 알코올 혼합물 전체 중량의 2/3를 플라스크에 투입하여 균일하게 분포되도록 교반하고, 플라스크에 나노급 아나타제형 이산화 티탄 2 ∼ 2.5중량%를 투입 후 교반속도를 상승시켜 30 ∼ 60분간 교반한 후, 유기실란을 플라스크에 투입하지 않았던 알코올 혼합물 총량의 1/3에 희석시켜 적하용 뷰렛에 넣은 후 30분 동안 균일하게 적하하여 60 ∼ 120분간 교반하여 불휘발분 8.5 ∼ 9.0중량%이고, 점도 40 ∼ 60cps인 광촉매를 제조하는 광촉매 코팅제 제조단계와, 상기 수지층 제조단계에서의 수지층 표면에 광촉매 코팅제 제조단계에서 제조한 광촉매를 스프레이방식을 통해 박막코팅하는 박막코팅단계;;를 통해 제조하게 된다.
이때에, 상기 수지층의 무기항균제는 지르코늄 프스페이트와 제오라이트를 담체로 하여 은, 구리, 아연으로 이루어진 항균성 금속이온을 담지시켜 제조하여 이용한다.
우선, 본 발명에서의 수지층의 구성을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에서의 열가소성 수지 또는 합성수지는 통상적으로 이용하는 합성수지계열로 임계치 미만으로 혼합할 경우 합성수지 고유의 기능을 상실하게 되고, 임계치를 초과할 경우 부과적으로 기능을 부여하기 위한 성분의 조성에 작아지게 되어 부과기능의 효율성이 떨어지게 된다.
다음으로, 생광석은 견운모 계열로서 국내 다수의 인증기관이 원적외선 방사율을 측정하는 온도인 35 ∼ 40℃보다 상대적으로 낮은 온도인 25℃에서 NASA에서 밝힌 생체세포 활성화 효과를 갖는 4 ∼ 16㎛대의 원적외선 파장을 방사하는 물질이다. 특히, 생체 분자운동에너지인 9.36㎛인 원적외선 파장을 중심으로 8 ∼ 12㎛대의 원적외선 파장을 강하게 방사하는 물질이다.
상기 8 ∼ 12㎛대의 원적외선 파장은 피부세포 속 40mm 깊이로 투과되어 생체세포를 활성화시켜 모세혈관 확장 및 혈액순환 촉진효과를 높여 면역기능을 강화하는 것으로 국내의 다양한 임상실험에서 검증된 바 있다.
본 발명에서는 상술한 바와 같은 원적외선 파장을 방사시킬 수 있도록 혼합하며, 이때에, 상기 생광석은 강원도 영월 소재 한국생광석광업(주)의 생광석을 이용한다.
이러한, 생광석은 150 ∼ 500mesh인 것을 이용하며, 더욱 바람직하게는 325mesh인 것을 이용하는 것이 좋다.
상술한 mesh의 임계치 미만의 생광석을 이용할 경우 조직의 치밀성이 저하되고 표면이 부분적으로 뭉치는 현상과 더불어 평활한 표면을 얻지 못하고, 임계치를 초과할 경우 미립자화된 생광석에 의해 전체적인 점도가 높아져 가공성이 용이하지 않게 된다.
또한, 본 발명에서 상기 생광석은 전체 중량 대비 7 ∼ 11중량%를 혼합하여 사용하고 있는데, 만약 상기 임계치 미만으로 혼합할 경우 원적외선 파장 방사에 따른 효과를 기대할 수 없고, 임계치를 초과할 경우에는 점도가 높아져 적절한 작업성 확보가 어려운 문제점이 발생하게 된다.
다음으로, 탈취기능을 위한 제오라이트, 규조토, 일라이트에서 선택된 어느 하나의 성분 또는 두개 이상의 성분을 혼합한 혼합물이 혼합된다.
상기 탈취기능을 갖는 제오라이트는 알루미노실리케이트 결정체를 기본 구조로 가지고 있다.
천연 제오라이트(Zeolite)는 1756년 스웨덴 광물학자 Baron -Crons이 처음 발견하였다. 제오라이트(Zeolite)의 어원은 제오라이트가 물속에서 끓는 현상에서, 끓는 돌이란 뜻으로 Zeolite = Zeo (Boil) ＋ lithos (stone)로 명명하였다. 합성 제오라이트는 1940년 후반 - Union Carbide社가 설립되면서 합성 제오라이트가 생산되기 시작하였다.
제오라이트의 구조는 아래와 같은 실험식을 갖으며 실제 입체적인 구조로는 AlO4, SiO4로 사면체 구조(Tetrahedra)를 이루고 있으며 산소이온을 공유하면서 서로 연결되어 있다.
실험식1 : M2/nO·Al2O3· ySiO2·wH2O
y = 2 ~ 10
M : 양이온
n : Cation valence (예로, Na일 경우 n=1이므로 M2/nO는 Na2O가 된다.
제오라이트 종류
종류 3A type 4A type 5A type 13X type
양이온 K Na Ca Na
공유 산소 수 8 8 8 12
공극의 크기
Pore Size(Å)		 3 4 5 13
제오라이트(Zeolite)는 앞서 설명한 바와 같이 알루미노실리케이트 결정체를 기본 구조로 내부에 갖고 있는 미세한 공극(孔隙)은 결정격자(Crystal Lattice) 의하여 정해지며 공극의 크기가 매우 균일하다. 제올라이트의 균일한 미세공극을 이용하여 선택적으로 분자들을 흡착할 수 있는데 이러한 분자체(Moulecular Sieve)효과라고 한다. 공업적으로 사용되는 분자체는 [표 2]에서와 같이 3Å, 4Å, 5Å의 미세한 공극(孔隙)을 가진 A type과 보다 큰 세공을 가진 X, Y type 등이 있다.
무수 제오라이트는 극성 분자에 대하여 흡착성이 강한 특성을 지니고 있다.
4A-type 제오라이트의 경우 화학식은 Na12·[(AlO2)12·(SiO2)12·XH2O이며, 가열에 의하여 무수 제오라이트가 되는 경우 4.5H2O가 떨어져 나가고, 제오라이트 골격은 빈자리를 만들어 유지된 제오라이트가 다시 공기와 접촉 산화(수화)시에는 이론상 최대 약 22%의 물을 흡수할 수 있다.
상기 제오라이트는 시중의 실리카겔이나 활성알루미나와 같은 흡수제와는 달리 기공분포가 매우 균일하여 특정 크기의 분자에 대해 선택적 흡착이 가능하고, 특히, 물 분자에 대하여 탁월한 선택적 흡수 능력을 발휘한다.
이러한 제오라이트의 높은 평형흡수력은 -60℃이하의 이슬점을 요구하는 대부분의 수분흡착 용도에서 광범위하게 적용된다.
또한, 상기 제오라이트는 기타 다른 건조/흡수 시스템에 비해 낮은 상대습도 및 고온에서도 상대적으로 우수한 흡수력을 나타냄과 동시에 Si와 Al을 주 성분으로하는 구조를 이루고 있기 때문에, 고온에서도 흡수력이 뛰어남은 물론, 상대습도의 변화에 따른 흡수력 변화가 적어 국내와 같이 계절별 습도의 변화가 큰 환경에 매우 적합하다.
일반적으로 4A type의 제오라이트의 경우 Pore Size가 4.2Å이다.
그러나 전술한 제오라이트의 구조에서와 같이 양이온의 치환정도와 Al/Si의 비에 따라 공유되는 산소 수에 의하여 제오라이트의 Pore Size(공극의 크기)가 결정된다.
규조토는 광물질 조성물질로서 단세포 조류(藻類)인 규조의 규산질유해(硅酸質遺骸)가 바다나 호수 바닥에 쌓여서 생성된 퇴적물로 90% 이상이 비정질의 실리카 (SiO2)로 되어 있어, 물리화학적으로 안정한 무기질이며, 표면에 무수히 작은 기공들이 존재함은 물론 표면적을 극대화하여 가볍고, 흡습성과 단열성이 뛰어나 소성 단열재로 적용이 가능하다. 또한, 규조토는 공기 중의 유해물질의 흡착, 여과의 역할이 가능하여 실내 공기 중에 있는 불순물을 걸러 주며, 음이온과 원적외선의 방출로 신체 내부 깊숙히 작용하여 인체의 신진대사를 원활하게 하여 준다.
특히, 음이온은 각종 오염으로 급증한 주변의 양이온을 흡착, 중화시킨다. 규조토의 대량의 기공성 구조는 다습할 경우에는 습기를 흡수하고 건조할 경우에는 발산을 하여, 사람이 수면을 취하는 동안 수분의 흡수와 발산을 반복적으로 수행하여 숙면을 취하게 하고, 전자파 및 각종 오염물질을 흡수하여 사람의 신체를 유해 전자파로부터 보호한다.
일라이트(Illite)는 단사정계(單斜晶系)에 속하는 미세한 운모족(雲母族) 광물. 화학조성은 (K, H3O)Al2(Si, Al)4O10(H2O, OH)2이다.
상기 일라이트는 알루미늄이 풍부한 이질(泥質) 또는 응회암질(凝灰岩質) 퇴적암 중에 산출되며, 열수성(熱水性) 광상모암의 변질광물로서 산출된다.
상술한 제오라이트, 규조토, 일라이트는 유기물질의 흡수 및 흡착이 매우 뛰어나 세계적으로도 많이 이용하는 의료용 점토 물질이다.
특히, 본 발명에서는 150 ∼ 500mesh 사이의 것을 이용하는 좋으며, 더욱 바람직하게는 325mesh인 제품을 사용하는 것이 좋다.
여기서, 상기 제오라이트, 규조토, 일라이트를 150mesh미만의 제품을 이용할 경우 비표면적이 적게 되어 탈위효과가 떨어지는 경향이 있으며, 500mesh를 초과하여 사용할 경우에는 용융된 합성수지의 점도가 높아져 가공성이 저하된다.
이러한, 제오라이트, 규조토, 일라이트에서 선택된 어느 하나의 성분 또는 두개 이상의 성분을 혼합한 혼합물은 총 중량의 5 ∼ 10중량%를 적용하여 후술할 무기항균제를 상대적으로 적은 양을 적용하더라도 항균 기능 이외에 탈취, 흡착, 유해가스분해 기능을 발휘할 수 있게 된다.
다음으로, 대전방지제는 열가소성 합성수지 또는 복합수지의 용융시 정전기 등에 의해 발생하는 화재를 방지하기 위해 적용한다.
일반적으로 합성수지 또는 복합수지를 가공하기 위해서는 이들을 액상으로 상변화를 시켜야 하는데, 합성수지 또는 복합수지의 융점보다 최소 30 ∼ 50℃이상으로 가열하여야 한다.
이때에, 상기 합성수지 또는 복합수지의 가열시 상기 수지들에 잔존하는 잔류모노마(Free Monomer)는 정전기 등에 의해서도 화재의 위험이 있기 때문에 이를 방지하기 위해 대전방지제를 적용하여야만 한다.
특히, 상기 대전방지제는 상기 수지들의 표면에 부분적으로 친수화하기 때문에 표면에 대전되는 전하에 의한 미세먼지의 부착을 방지하여 수지층의 표면에 먼지가 집적되는 현상을 방지하게 된다.
상기 대전방지제(Antistatic Agent)는 분자내 친수기(Hydrophilic Group)와 친유기(Hydrophilic Group)를 동시에 가지고 있으며, 친유기 부분은 기재에 부착 또는 함침되고 친수성 부분은 바깥쪽으로 배향되어진다. 대전방지제의 친수기와 공기 중의 수분(물분자) 간 수소결합에 의한 인력으로 기재의 표면은 수분이 흡착되고 이러한 방식으로 흡착된 수분과 대전방지제 자신의 도전성은 기재의 표면전기저항을 감소시킴으로써 정전기 발생의 원인이 되는 대전(전하의 축적)을 방지하여 정전기 발생을 방지하는 역할을 하게 된다.
본 발명에서의 대전장지제의 주된 용도는 탈취 및 항균기능을 갖는 고체입자상 물질의 투입, 분산을 위하여 수지들의 가열 용융과정에서 잔존모노마가 휘산되면서 정전기에 의하여 발생할 수도 있는 화재를 방지하기 위한 것이다.
한편, 본 발명에서는 담배연기와 같은 유해가스 분해 자정기능을 추가 보강하기 위한 광촉매 코팅제에 대해 살펴보면 다음과 같다.
광촉매 코팅제에 의해 도장된 표면에 광원을 조사시키면 광여기(광활성화)에 의하여 전자 종공이 생기게 되고 생성된 전자는 표면 산소를 환원하여 Super oxide ion(O2 -)를 생성시켜 정공(절연체나 반도체의 원가 간을 결합하고 있는 전자가 밖에서 에너지를 얻어 보다 높은 상태로 이동하면서 그 뒤에 남은 결합이 빠져나간 구멍)은 표면 수산기를 산화시켜 레디칼 반응기를 생성함으로써, 활성산소군의 산화, 환원 반응에 의해 오염물질이 분해된다.(초친수현상)
그러나, 광촉매의 밴드갭(band-gap : 전도대 맨 아래 부분의 에너지 준위와 가전자대 맨 위 부분의 에너지 준위 간의 에너지 차)에너지 보다 높은 에너지 광을 주사하지 않으면 표면의 초친수화는 일어나지 않는다.
따라서, 광촉매 작용에 의한 광촉매 코팅 표면에 물이 수산기(OH-)의 형태로 화학흡착되어 지는 서에 의해 표면이 초친수화되며, 이렇게 한번 고도로 친수화가 이루어지게 되면 암소에 보관하여도 표면의 친수성은 일정기간 동안 지속된다.
한편, 시간이 경과하여 표면 수산기에 오염물이 흡착되어 표면이 점차로 초친수성을 상실할 때에는 재차 다시 광에 의하여 광여기(광활성화) 시키면 초친수성은 회복된다.
광촉매 코팅을 최초 친수화시키는 것은 광촉매의 밴드갭 에너지보다 높은 에너지의 파장을 갖는 임의의 광원을 이용하는 것이 가능한데, 이산화티탄과 같은 광여기 파장이 자외선 영역에 위치하는 광촉매의 경우에는 광촉매 코팅된 부분에 태양광을 조사시켜 태양광에 함유된 자외선을 매우 적절하게 이용하는 것이 가능하다.
따라서, 옥내 혹은 야간에는 인공광원에 의한 광여기(광활성화)를 시키는 것도 가능하다.
광촉매 코팅제를 이산화티탄으로 하는 경우에는 1차 초친수화 된 경우에는 일반 가정의 형광등에 함유되어 있는 미약한 자외선에도 쉽게 친수수성의 유지 및 회복이 가능하다.
이러한, 광축매 코팅제는 상당히 얇은 도막에도 초친수성을 발현하고, 특히, 금속산화물로 이루어지는 광촉매 코팅제는 충분한 경도를 형성하고 있기 때문에 매우 우수한 내구성과 내마모성을 갖고 있다.
본 발명에서와 같이 항균성을 구비하면서 광촉매 효과를 상대적으로 비내열성 재료인 수지층에 부여하기 위해서는 광목매를 함유한 내광산화성 도료를 표면에 도포하여 경화시키는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에서의 광촉매 코팅제는 에틸알코올 55 ∼ 63중량%, 이소프로필알코올 25 ∼ 34중량%, 폴리실록산계 수지 6 ∼ 10중량%, 나노급의 아나타제형 이산화티탄 2 ∼ 2.5중량%, 유기실란 0.5 ∼ 2중량%를 교반 및 가열하여 제조된 것으로 불휘발분 8.5 ∼ 9.0%, 점도 40 ∼ 60cps로 이루어져 있으며, 수지층에 코팅시 3 ∼ 10㎛의 두께로 코팅하는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 광촉매 코팅제에서는 나노급의 아나타제형 이산화티탄(TiO2)를 이용하고 있다.
또한, 후술할 폴리실록산 수지의 함유량은 바인더와의 적합성을 고려해 총 중량의 2.0 ∼ 2.5중량%를 적용하였다. 이러한 이산화티탄은 각격도 고가인 점에서 그 사용량을 적게하는 것이 원가절감면에서 이익이기도 하지만, 미시적인 관점에서 광여기(photo-excited)되기 위해서는 가능한 광원과 가깝게 도막 상부층에 노출되는 것이 바람직하고, 이러한 점에서 박막으로 코팅되어야 하기 때문에 이산화티탄의 함유량이 낮은 것이 유리하다.
한편, 상기 수지층에 광촉매 코팅제를 코팅하기 위해서는 유기물인 수지층이 광촉매의 광산화 작용에 의한 열화(Deterioration)를 방지하고, 수지층 표면과 최종도장(Top coat)되는 광촉매 코팅제의 도막의 층간부착력이 우수한 것을 선정하여야 한다. 이에 본 발명에서는 폴리실록산계 수지인 세라톤티피엔(Ceraton PTN, 일본 영목산업주회사)을 주 바인더로 적용하고, 수지층과의 층간 밀착성을 보강하기 위해 유기실란을 적용하였다.
Polypropylene 제조 실시 예 및 비교예
원 료 명 실시
예
01		 실시
예
02		 실시
예
03		 실시
예
04		 실시
예
05		 실시
예
06		 실시
예
07		 실시
예
08		 실시
예 09		 비교
예
10		 특기 사항
wt %
①PP 수지 81 81 81 83 83 83 84 84 84 83 SEETEC,
LG화학(주)
Polypropylene
②대전방지제 0.3 0.3 0.3 0.31 0.31 0.31 0.32 0.32 0.32 0.31 JISTAT,
중일유화(주)
③무기항균
powder		 0.3 0.3 0.3 0.31 0.31 0.31 0.32 0.32 0.32 1.0 BAC300Z
(Bactocide
-300Z)
아성정밀화학(주)
④제오라이트 7.5 - - 5.0 5.0 2.5 2.5 - - - (주)렉셈
325mesh
⑤규조토 - 7.5 - 2.5 - 5.0 - 5.0 2.5 - 하소(燒)규조토
325mesh,
유화엠에스(주)
⑥일라이트 - - 7.5 - 2.5 - 5.0 2.5 5.0 - (주)용궁일라이트,
325mesh
⑦생광석 10.9 10.9 10.9 8.88 8.88 8.88 7.86 7.86 7.86 - 한국생광석(주)
325mesh
⑧탄산칼슘 - - - - - - - - - 15.69 옥염하 탄산칼슘
동호칼슘(주)
325mesh
1) ①을 간접 가열 및 교반 가능한 플라스크에 넣고 180 ∼ 190℃로 가열 승온한다. 내용물이 액상으로 용융되기 시작하면 ②를 투입하면서 120 ∼ 150RPM을 유지 교반한다.
2) 200 ∼ 210℃의 온도로 승온한 후 질소가스 투입구를 통하여 질소가스를 액상 내용물 내로 충진하면서 ③을 투입한다.
3) ④ ∼ ⑦을 순서대로 각각 30분간에 걸쳐 깔때기를 통하여 투입한다.(비교예 10)의 경우에는 ⑧을 투입)
4) 210 ∼ 220℃의 온도로 승온한 후 균일한 분산이 될 수 있도록 120 ∼ 240분 동안 교반한 후 자연냉각하여 190 ∼ 200℃의 온도에서 플라스크 내용물을 냉각수가 순환하는 용기에 판상으로 혹은 냉각 컨베이어 팰렛(pallet)상으로 플라스크 내용물을 토출시킨다.
Polyamide(Nylon-6) 제조 실시 예 및 비교예
원 료 명 실시
예 11		 실시
예
12		 실시
예
13		 실시
예
14		 실시
예
15		 실시
예
16		 실시
예
17		 실
시
예
18		 실
시
예 19		 비
교
예
20		 특기 사항
wt %
①PA 수지
(NYLON)		 81 81 81 83 83 83 84 84 84 83 LUMID
GP 1300AP,
LG화학(주)
Polyamide(nylon-6)
②대전방지제 1.0 1.0 1.0 1.1 1.1 1.1 1.2 1.2 1.2 1.1 JISTAT
중일유화(주)
③무기항균
powder		 0.3 0.3 0.3 0.31 0.31 0.31 0.32 0.32 0.32 1.0 BAC300Z
(Bactocide
-300Z)
아성정밀화학(주)
④제오라이트 6.9 - - 4.6 4.6 2.3 2.3 - - - (주)렉셈
325mesh
⑤규조토 - 6.9 - 2.3 - 4.6 - 4.6 2.3 - 하소(燒)규조토
325mesh,
유화엠에스(주)
⑥일라이트 - - 6.9 - 2.3 - 4.6 2.3 4.6 - (주)용궁일라이트,
325mesh
⑦생광석 10.8 10.8 10.8 8.69 8.69 8.69 7.58 7.58 7.58 - 한국생광석(주)
325mesh
⑧탄산칼슘 - - - - - - - - - 14.9 옥염하 탄산칼슘
동호칼슘(주)
325mesh
1) ①을 간접 가열 및 교반 가능항 플라스크에 넣고 230 ∼ 240℃로 가열 승온한다. 내용물이 액상으로 용융되기 시작하면 ②를 투입하면서 120 ∼ 150RPM을 유지 교반한다.
2) 240 ∼ 250℃의 온도로 승온한 후 질소가스 투입구를 통하여 질소가스를 액상 내용물 내로 충진하면서 ③을 투입한다.
3) ④ ∼ ⑦을 순서대로 각각 30분간에 걸쳐 깔때기를 통하여 투입한다.(비교예 20)의 경우에는 ⑧을 투입)
4) 250 ∼ 260℃의 온도로 승온한 후 균일한 분산이 될 수 있도록 120 ∼ 240분 동안 교반한 후 자연냉각하여 230 ∼ 240℃의 온도에서 플라스크 내용물을 냉각수가 순환하는 용기에 판상으로 혹은 냉각 컨베이어 팰렛(pallet)상으로 플라스크 내용물을 토출시킨다.
여기서, 상기 [표 3] 및 [표 4]의 실시 예 및 비교 예에서의 수지(PP, PA)는 실제 의자 및 책상에 많이 이용하는 플라스틱 부재를 기본 부재로 채택하였다.
특히, 일정하중, 일정온도에서 가지는 플라스틱 재료의 용융 흐름성이 사출 또는 압출 성형성을 좌우하게 되는데 우수한 사출 성형성을 위해서는 요융지수가 높은 것이 바람직하고, 압출성형성은 어느 정도 낮은 용융수지가 필요한데, 만약 용융수지가 어느 수준까지 낮지 않으면 압출 시 다이 끝에서 성형된 압출물이 형태를 유지하는 용융강도가 부족해 제품을 압출하기 어려워진다. 본 발명에서의 플라스틱 가공시에는 기능성 광물질이 충진되면서 용융흐름지수가 낮아지는 경향이 있기 때문에 상기 수지들의 선정시 용융 흐름 지수가 비교적 높은 것을 선정하였다.
또한, 가열 가공과정에서 플라스틱 재료에 잔존하는 잔류 모노마의 휘산에 의하여 발생할 수 있는 화재 위험성 방지를 위해 대전방지제를 용융과정에서 선행하여 적용하였고, 특히, 200℃대의 비교적 높은 가공온도에서 산화 등에 의한 변색을 방지하기 위하여 용융액상에 불활성 가스인 질소(N2)가스를 지속적으로 공급하였다.
실시 예 및 비교 예에 따른 각종 시험결과 비교표
시험항목
구 분		 항균시험 탈취율 (%) 원적외선 방사율 내곰팡이성시험
대장균시험
일반세균시험
실시예 01 99.7 94 0.909 0
99.4
실시예 02 99.9 95 0.913 0
99.3
실시예 03 99..7 89 0.910 0
99.0
실시예 04 98.8 91 0.901 0
98.5
실시예 05 98.9 89 0.899 0
98.6
실시예 06 99.1 93 0.901 0
99.0
실시예 07 95.4 87 0.885 0
94.6
실시예 08 95.3 90 0.855 0
94.8
실시예 09 95.6 85 0.830 0
94.9
비교예 10 99.7 17 0.6이하 1
99.2
실시예 11 99.7 95 0.902 0
99.3
실시예 12 99.5 96 0.904 0
99.0
실시예 13 99.4 92 0.901 0
99.2
실시예 14 95.3 92 0.875 0
94.6
실시예 15 95.6 90 0.867 0
94.7
실시예 16 95.8 94 0.842 0
94.5
실시예 17 94.3 87 0.823 0
94.8
실시예 18 93.8 91 0.814 0
90.5
실시예 19 94.9 84 0.854 0
90.5
비교예 20 99.5 22 0.6이하 1
97.9
1. 항균시험
시험균주 E. Coli ATCC 25922 대장균 및 S. Aureus ATCC 25923 일반세균
억제율(%) = (A - B) / A x 100
A : 초기 농도 B : 일정시간(24시간) 후 세균의 수
2. 탈취시험
KICM-FIR-1085 : 2001 , NH3가스 / 2시간 후 탈취율
3. 원적외선 방사율 시험
KICM-FIR-1005 : 2006 , (5~20㎛, 40℃/ 흑체대비)
4. 내곰팡이성
ASTM G-21 4주 배양시험
평가 ;
0 : 시험편 접종부분에 균사 발육 인지되지 않음
1 : 시험편의 발육부분 인지 면적 10% 미만
2 : 시험편의 발육부분 인지 면적 10~30%
3 : 시험편의 발육부분 인지 면적 30~60%
4 : 시험편의 발육부분 인지 면적 60% 이상
상기와 같이 본 발명에 따른 실시 예들과 비교 예들의 항균시험결과는 큰 차이를 보이지 않고 있다.
다만, 비교 예10, 20에서는 탈취율, 원적외선 방사율 및 내곰팡이성시험 결과에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시 예들과 현격한 차이가 있는 것을 알 수 있다.
광촉매 코팅제의 실시 예
원 료 명 조 성
wt % 		제원
①폴리실록산수지 8 Ceraton PTN, 日本 鈴木産業株式會社, 고형분 65%
②이산화티탄 2.25 Anatase형 TiO2 TIONA PC-500A
(미국, Crystal Global사)
③유기실란 1.25 3-글리시틸옥시프로폭시트리메톡시실란
(3-GlycidylOxyPropoxytri-Methoxy Silane,C9H19O5Si) Dynasylane Glymo, 독일 Evonik사
④에틸알코올 59 국내 시약급, 순도 99.9이상
⑤이소프로필알코올 29.5 국내 시약급, 순도 99.9이상
1) ①을 교반 및 가열 가능한 플라스크에 투입한 후 500RPM을 유지하면서 40℃의 온도로 승온한다.
2) ④, ⑤을 미리 혼합한 알코올 혼합물 총량의 2/3를 정량 계량하여 플라스크에 투입한 후 균일한 액상이 되도록 교반한다.
3) ②를 투입한 후 1200RPM의 교반속도로 올려 30 ∼ 60분간 교반한다.
4) 1/3이 남은 ④, ⑤의 혼합물에 ③을 희석시킨 후 적하용 뷰렛에 넣어 30분 동안 균일하게 적하(dropping)한 후 500RPM으로 60 ∼ 120분간 교반한 후 용기에 담는다.
이때에, 완성된 광촉매 코팅제는 불휘발분 8.5 ∼ 9.0%(120℃에서 30분 강제 증발 후 측정한 조건임), 점도 40 ∼ 60cps(25℃측정 조건임)를 형성하고 있었다.
광촉매 코팅제 시험결과
시험항목
구 분		 자 정 능 력 특기 사항
항균 시험 MB 탈색시험 탈취율 (%)
시편 01 5 ㎛ 99.9 OK 99 실시예 02의 표면
기재 위에 코팅
10㎛ 99.9 OK 99
시편 02 5 ㎛ 99.9 OK 99 실시예 06의 표면
기재 위에 코팅
10㎛ 99.9 OK 99
시편 03 5 ㎛ 99.5 변화없음 25 비교예 10을
표면처리 않한 것
10㎛ 99.5 변화없음 25
시편 04 5 ㎛ 88.8 OK 95 실시예 11의 표면
기재 위에 코팅
10㎛ 99.8 OK 94
시편 05 5 ㎛ 99.9 OK 95 실시예 12의 표면
기재 위에 코팅
10㎛ 99.9 OK 93
시편 06 5 ㎛ 99.8 변화없음 35 비교예 20을
표면처리 않한 것
10㎛ 99.7 변화없음 30
[시험방법]
1. 항균시험
시험균주 E. Coli ATCC 25922 대장균 및 S. Aureus ATCC 25923 일반세균
억제율(%) = (A - B) / A x 100
A : 초기 농도 B : 일정시간(24시간) 후 세균의 수
2. MB 탈색시험
Methylene Blue 시험 법
(광촉매는 빛을 받아 free electron 을 만들고, 광촉매 주변의 메틸렌블루가 전자를 받게되면 환원이 되고, 따라서 색이 없어지게 되는 원리로 만든 광촉매가 작동하는지 여부를 육안으로도 확인이 가능하고, 반응 전과 후의 메틸렌블루의 흡광도를 찍어 메틸렌 블루가 얼만큼 없어졌는지, 그래서 산화환원 반응이 얼마나 진행이 되었는지 알수 있다.)
3. 탈취시험
KICM-FIR-1085 : 2001 , NH3가스 / 2시간 후 탈취율
[시편 제작방법]
1. 각각 도막두께 5㎛, 10㎛가 되도록 저압 스프레이 방식으로 도장한 후 60 ∼ 80℃에서 30 ∼ 60분간 건조한 다음 상온 건조기(데시케이터)에서 24일 방치한다.
2. 0.5mW/㎠의 조도로 100시간 조사한다.
상기 [표 7]에서와 같이 시편03 및 시편 06은 비교 예10과 비교 예20의 표면에 광촉매 코팅제를 코팅하지 않은 군으로, 항균시험에서는 차이를 보이지 않고 있지만 탈취율 및 탈색시험에서는 본 발명에서의 광촉매 코팅제를 코팅한 것과 현격한 차이를 보이고 있음을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. ABS수지, SAN수지, 나일론수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트수지, 아크릴수지, 디엔계수지 중 어느 하나의 열가소성 합성수지 또는 이들을 두개 이상 혼합하여 형성된 복합수지 78 ∼ 82중량%, 대전방지제 0.3 ∼ 1.5중량%, 생광석 7 ∼ 11중량%, 제오라이트, 규조토, 일라이트에서 선택된 어느 하나의 성분 또는 두개 이상의 성분을 혼합한 혼합물 5 ∼ 10중량%, 무기항균제 0.3 ∼ 0.8중량%로 이루어진 수지조성물로 제작된 수지층과,
    에틸알코올 55 ∼ 63중량%, 이소프로필알코올 25 ∼ 34중량%, 폴리실록산계 수지 6 ∼ 10중량%, 나노급의 아나타제형 이산화티탄 2 ∼ 2.5중량%, 유기실란 0.5 ∼ 2중량%을 교반 및 가열하여 제조된 불휘발분 8.5 ∼ 9.0중량%이고, 점도 40 ∼ 60cps인 광촉매 코팅제를 상기 수지층 표면에 코팅하여 형성된 것에 특징이 있는 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 수지층의 무기항균제는 지르코늄 포스페이트와 제오라이트를 담체로 하여 은, 구리, 아연으로 이루어진 항균성 금속이온을 담지시켜 제조된 것에 특징이 있는 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지.
  3. ABS수지, SAN수지, 나일론수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트수지, 아크릴수지, 디엔계수지 중 어느 하나의 열가소성 합성수지 또는 이들을 두개 이상 혼합하여 형성된 복합수지 78 ∼ 82중량%를 간접가열 및 교반 가능한 플라스크에 투입하여 용융시켜 액상화시키고, 상기 플라스크에 대전방지제 0.3 ∼ 1.5중량%를 투입하여 일정한 교반속도를 유지하면서 교반한 후, 질소가스 투입구를 통해 질소가스를 충진함과 동시에 무기항균제 0.3 ∼ 0.8중량%를 투입한 다음, 제오라이트, 규조토, 일라이트 중 어느 하나의 성분 또는 두개 이상의 성분을 혼합한 혼합물 5 ∼ 10중량%와 생광석 7 ∼ 11중량%를 각각 30분간에 걸쳐 깔때기를 통해 투입한 상태에서 가열온도를 승온시켜 균일한 분산이 이루어질 수 있도록 120 ∼ 240분 동안 교반한 후 자연냉각하여 냉각수가 순환하는 용기 또는 냉각 컨베이어 팰렛 상으로 냉각 성형하는 수지층 제조단계와
    폴리실록산계 수지 6 ∼ 10중량%를 교반 및 가열 가능한 플라스크에 투입한 후 온도 180 ∼ 240℃ 및 교반속도 120 ∼ 150RPM을 유지하면서 교반하고, 에틸알코올 55 ∼ 63중량%와 이소프로필알코올 25 ∼ 34중량%를 혼합하여 알코올 혼합물을 제조한 후, 상기 알코올 혼합물 전체 중량의 2/3를 플라스크에 투입하여 균일하게 분포되도록 교반하고, 플라스크에 나노급 아나타제형 이산화 티탄 2 ∼ 2.5중량%를 투입 후 교반속도를 상승시켜 30 ∼ 60분간 교반한 후, 유기실란을 플라스크에 투입하지 않았던 알코올 혼합물 총량의 1/3에 희석시켜 적하용 뷰렛에 넣은 후 30분 동안 균일하게 적하하여 60 ∼ 120분간 교반하여 불휘발분 8.5 ∼ 9.0중량%이고, 점도 40 ∼ 60cps인 광촉매를 제조하는 광촉매 코팅제 제조단계와,
    상기 수지층 제조단계에서의 수지층 표면에 광촉매 코팅제 제조단계에서 제조한 광촉매를 스프레이방식을 통해 박막코팅하는 박막코팅단계;로 이루어진 것에 특징이 있는 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 수지층 제조단계에서 수지층의 무기항균제는 지르코늄 포스페이트와 제오라이트를 담체로 하여 은, 구리, 아연으로 이루어진 항균성 금속이온을 담지시켜 제조된 것에 특징이 있는 의자 및 책상 부재용 다기능 합성수지 제조방법.
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