KR101398089B1 - 항균 제습기 - Google Patents

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Abstract

항균 제습기가 개시된다. 상기 항균 제습기는 항균 필터 및 용기 중 적어도 하나에 비표면적이 높고, 용융온도를 낮고, 안정적인 결정구조를 가진 산화아연 나노입자를 항균제로서 포함함으로써 제습 기능 뿐만 아니라 우수한 항균 기능을 구현하여, 제습기의 부차적인 오염 문제를 억제시킬 수 있다.

Description

항균 제습기{Antimicrobial dehumidifier}
항균 제습기에 관한 것이다.
환경의 변화에 따라 인체에 유해한 바이러스, 박테리아 등 인간의 건강을 위협하는 세균, 곰팡이류의 확산으로 이를 효과적으로 차단하고자 하는 노력이 지속되고 있다. 새로운 나노기술의 등장으로 항균 기능을 갖는 신제품들이 속속 출현하고 있다.
산업분야와 일상 생활에서 일반적으로 사용되고 있는 제습기는 염화칼슘, 실리카겔 등의 제습제를 이용하여 공기 중의 습기를 제거하고 있는데, 기존의 제습기는 포집된 습기와 습기를 저장한 용기의 위생처리 부족으로 부차적인 오염의 문제가 발생되어 왔다.
따라서, 단순한 습기 제거의 한계를 극복하여 습기와 함께 공기 중에 함유되어 있는 유해한 세균 및 박테리아 등의 미생물의 번식을 방지 또는 억제할 수 있는 항균 제습 기능을 갖는 제습기가 요구되고 있다.
본 발명은 우수한 항균기능을 가지는 항균 제습기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에서는,
공기흡입구를 포함하는 용기;
상기 용기의 내부에 배치된 제습제; 및
상기 공기흡입구에 배치되는, 항균 섬유층을 포함하는 필터;를 포함하며,
상기 항균 섬유층 및 상기 용기 중 적어도 하나가, 1차 입자가 집합된 2차 입자로 이루어진 산화아연을 포함하고, 상기 산화아연의 1차 입자의 평균 입경이 1nm 내지 50nm이고, 2차 입자의 평균 입경이 0.1μm 내지 10μm인 항균 제습기가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 산화아연의 비표면적이 40m2/g 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 산화아연의 용융온도가 350℃ 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 산화아연의 열변형 온도가 350 내지 450℃일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 항균 섬유층 및 상기 용기는 각각 독립적으로 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 폴리카보네이트(PC), 폴리아마이드(polyamide) 및 실리콘계 수지로부터 선택되는 적어도 하나의 고분자 수지를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 항균 섬유층은, 상기 산화아연을 상기 항균 섬유층 기준으로 0.01 내지 10 중량% 범위로 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 항균 섬유층은 부직포 시트일 수 있다. 예를 들어, 상기 항균 섬유층은 멜트 브라운 (melt brown) 시트일 수 있다.
상기 항균 섬유층은 20μm 이하의 기공 크기를 가질 수 있으며, 단위면적당 중량이 50g/m2 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 필터는 상기 항균 섬유층의 적어도 일면에 배치되는 지지층을 더 포함할 수 있다. 상기 지지층은 저융점 섬유 시트일 수 있으며, 상기 저융점 섬유 시트는 융점이 180℃ 이하의 저융점 섬유를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 필터는 상기 항균 섬유층의 양면에 상기 지지층이 배치되는 3중 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 필터는 상기 산화아연을 포함하는 멜트 브라운 부직포 시트를 중심으로 양 측면에 저융점 섬유 시트의 지지층이 배치된 3중 구조일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 용기는, 상기 산화아연을 상기 용기 기준으로 0.01 내지 10 중량% 범위로 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 용기 및 상기 항균 섬유층 모두 상기 산화아연을 포함할 수 있다.
상기 항균 제습기는 항균 필터 및 용기 중 적어도 하나에 비표면적이 높고, 용융온도가 낮고, 안정적인 결정구조를 가진 산화아연 나노입자를 항균제로서 포함함으로써 제습 기능 뿐만 아니라 우수한 항균 기능을 구현할 수 있으며, 이에 따라 제습기의 부차적인 오염 문제를 억제시킬 수 있다.
도 1은 비교제조예 1의 필터(#1) 및 제조예 1에 따른 항균 필터(#2)의 Staphylococcus aureus ATCC 6538에 대한 항균도 측정 결과를 나타낸 사진이다.
도 2는 비교제조예 1의 필터(#1) 및 제조예 1에 따른 항균 필터(#2)의 Escherichia coli ATCC 25922에 대한 항균도 측정 결과를 나타낸 사진이다.
도 3은 비교제조예 1의 필터(#1) 및 제조예 1에 따른 항균 필터(#2)의 Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 에 대한 항균도 측정 결과를 나타낸 사진이다.
도 4a 내지 4c는 각각 스테필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus ATCC 6538), 에쉬리치아(Escherichia coli ATCC 8739), 및 피쉐우도모나스 아루기노사(Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853)의 실험균주에 대한 제조예 2의 항균 플라스틱 용기의 항균 능력을 블랭크(blank) 시료와 대조하여 관찰한 사진이다.
도 5a 내지 5c는 각각 스테필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus ATCC 6538), 에쉬리치아(Escherichia coli ATCC 8739), 및 피쉐우도모나스 아루기노사(Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853)의 실험균주에 대한 제조예 3의 항균 플라스틱 용기의 항균 능력을 블랭크(blank) 시료와 대조하여 관찰한 사진이다.
도 6a 내지 6c는 각각 스테필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus ATCC 6538), 에쉬리치아(Escherichia coli ATCC 8739), 및 피쉐우도모나스 아루기노사(Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853)의 실험균주에 대한 제조예 4의 항균 플라스틱 용기의 항균 능력을 블랭크(blank) 시료와 대조하여 관찰한 사진이다.
이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 항균 제습기는,
공기흡입구를 포함하는 용기;
상기 용기의 내부에 배치된 제습제; 및
상기 공기흡입구에 배치되는, 항균 섬유층을 포함하는 필터;를 포함하며,
상기 항균 섬유층 및 상기 용기 중 적어도 하나가 1차 입자가 집합된 2차 입자로 이루어진 분말 형태의 산화아연을 포함하고, 여기서 상기 산화아연의 1차 입자의 평균 입경이 1nm 내지 50nm이고, 2차 입자의 평균 입경이 0.1μm 내지 10μm일 수 있다.
상기 항균 제습기는, 예를 들어 공기흡입구를 구비한 용기 내부에 제습제를 충진한 후 상기 항균 섬유층을 포함하는 필터로 용기의 공기흡입구를 밀봉 처리하는 방법으로 제조될 수 있다. 상기 제습제로는 염화칼슘, 제올라이트 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 당해 기술분야에서 공지된 모든 제습제가 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 필터에 포함된 상기 항균 섬유층과 상기 제습제를 담는 용기 중 적어도 하나는 항균제로서 무기계 항균제인 산화아연을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 적어도 상기 항균 섬유층이 상기 산화아연을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 필터뿐만 아니라 상기 용기에도 산화아연을 포함할 수 있다. 필터뿐만 아니라 용기에도 산화아연을 함유시키는 경우, 공기 중의 습기가 상기 필터를 통해 제습제에 도달하게 될 때, 습기에 포함된 세균, 박테리아 등의 유해균은 산화아연으로 항균 처리된 항균 섬유층을 통과하면서 1차적으로 제거되고, 항균 섬유층의 기공을 통과한 유해균은 산화아연으로 항균 처리된 용기 안에서 2차적으로 제거될 수 있다.
무기계 항균제로서 산화아연은 우수한 수준의 독이나 세균에 대한 항성을 가지고 있어, 박테리아, 바이러스, 진균류 등의 단세포 동물이 산소 및 소화 대사 작용을 하는 특수한 효소에 작용하여 무력화시킬 수 있으므로 균들을 질식 또는 아사하게 하는 촉매작용을 하는 것으로 알려져 있다.
최근까지 섬유 또는 플라스틱 제품에 무기계 항균제로서 은 나노입자를 분산시키려는 방법이 지속적으로 시도되어 왔으나, 은 나노입자는 자체 위해성 및 고가의 경제성 결여 등으로 실제 제품에는 제한적으로 적용되는 수준에 그치고 있다. 이에 반해, 산화아연은 탁월한 자외선 차단 효과로 인하여 자외선 차단제로 광범위하게 사용되어온 물질이며, 은과는 달리 환경에 대한 위험성이 현저히 낮고 인체 적합성이 탁월하여 화장품, 비타민 제제 등에 광범위하게 적용되어 왔다. 따라서, 상기 산화아연은 은 나노입자를 대체할 수 있는 무기계 항균제로서 적용될 수 있다.
상기 항균 섬유층 및/또는 상기 용기에 함유되는 산화아연은 1차 입자가 집합된 2차 입자로 이루어지는 분말 형태를 갖는다. 여기서, 상기 1차 입자와 2차 입자의 사이즈를 제어함으로써 항균 섬유층이나 용기를 형성하는 고분자 수지에의 분산성 및 작업 용이성을 높이고, 표면효과에 따른 향균 성능을 극대화할 수 있다.
상기 산화아연은 항균 효과를 구현하는 방법이 광촉매 활동에 의한 살균효과가 아닌, 위에서 설명한 것처럼 바이러스나 박테리아의 신진대사를 저해시킴으로써 이를 고사시켜 제거하는 메커니즘에 의한다. 나노사이즈의 상기 산화아연은 비표면적이 증가하여 벌크 재료가 구비하지 못한 표면효과를 가지며, 항균 섬유층 또는 용기 표면이 공기 중의 수분과 접촉하게 될 때, 산화아연의 아연 금속 성분이 이온화되어 용출되면서 박테리아 등의 유해균에 항균제로서 작용하게 된다. 상기 산화아연이 위와 같이 1차 입자가 집합된 2차 입자로 이루어진 입자 구조를 가짐으로써 효과적으로 표면효과를 나타낼 수 있다.
상기 1차 입자의 평균 입경은, 예를 들어 1nm 내지 50nm일 수 있다. 구체적으로는 1nm 내지 20nm, 보다 구체적으로는 5 내지 15nm일 수 있다. 이러한 1차 입자는 서로 응집되어 2차 입자를 형성하며, 상기 2차 입자의 평균 입경은, 예를 들어 0.1μm 내지 10μm일 수 있다. 상기 2차 입자의 평균 입경은 구체적으로는 0.5μm 내지 5μm, 보다 구체적으로는 1μm 내지 3μm일 수 있다. 이러한 2차 입자는 파우더 상태로 존재한다. 상기 1차 입자 및 2차 입자의 크기는 효과적인 표면효과를 가질 수 있도록 제어 가능하며, 위 범위에 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 평균 입경이란 전체 부피를 100%로 한 입도의 누적분포 곡선에서 50부피%에 해당하는 누적 평균 입경 (D50)을 의미한다. 평균 입경 D50은 당업자에게 널리 공지된 방법으로 측정될 수 있으며, 예를 들어, 입도 분석기(Particle size analyzer)로 측정하거나, TEM 또는 SEM 사진으로부터 측정할 수도 있다. 다른 방법의 예를 들면, 동적광산란법(dynamic Light-scattering)을 이용한 측정장치를 이용하여 측정한 후, 데이터 분석을 실시하여 각각의 사이즈 범위에 대하여 입자수가 카운팅되며, 이로부터 계산을 통하여 평균 입경 D50을 쉽게 얻을 수 있다.
1차 입자 및 2차 입자의 입자 구성을 갖는 상기 산화아연은 통상의 파우더(powder) 상태의 산화아연과는 달리, 높은 비표면적과 낮은 밀도를 구현하여 용융온도를 낮춤으로써 상기 고분자 수지의 소성 온도에 좀더 근접하게 유도할 수 있으며, 상기 산화아연이 상기 고분자 수지에 용이하게 분산되어 함유될 수 있도록 해준다. 이러한 상기 산화아연의 비표면적은 40m2/g 이상일 수 있다. 상기 산화아연의 용융온도는 350℃ 이상일 수 있으며, 예를 들어 350 내지 450℃ 범위일 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 산화아연의 용융온도가 380 내지 450℃, 또는 400 내지 450℃ 범위일 수 있다.
이러한 산화아연은 당해 기술 분야에서 공지되어 있는 다양한 공정에 따라 제조될 수 있다. 상기 산화아연은 예를 들어 습식 화학 공정 (wet chemical process)에 의해 제조된 1차 입자를 밀링 공정을 통해 2차 입자를 형성하는 방식으로 제조될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 아연 할로겐화물 수용액에 물 또는 염기성이 강한 수산화아연을 첨가하여 반응시킨 후, 물을 제공하지 않는 강한 염기성 화합물을 첨가한 후 승온시켜 평균입경 1nm 내지 50nm 범위의 산화아연 1차 입자를 형성시키고 분리한 다음, 산화아연 1차 입자를 밀링 공정을 통하여 2차 입자의 평균입경이 0.1μm 내지 10μm 범위를 유지하도록 하여 상기 입자 구조의 산화아연을 얻을 수 있다.
여기서, 상기 밀링 공정은 예를 들어 제트밀(Zet Mill), 비즈밀(beads mill), 고에너지 볼 밀(high energy ball mill), 유성 밀(planetary mill), 교반 볼 밀(stirred ball mill), 진동 밀(vibration mill) 등을 이용하여 수행될 수 있다. 밀링 공정에서 가공 에너지를 과도하게 투입하여 입자간 결합력을 높여 분산이 어렵도록 하지 않도록 유의할 필요가 있다.
대안적으로는, 상기 산화아연은 시중에서 입수 가능한, 평균입경 1nm 내지 50nm 범위의 1차 입자를 이용하여 밀링 공정을 통해 2차 입자를 형성하는 방식으로 제조될 수도 있다.
상기 항균 섬유층 또는 용기에 상기 산화아연을 함유시키는 방법은 예를 들어 아래와 같이 수행될 수 있다. 먼저 상기 산화아연을 고농도로 함유하는 마스터배치를 제조한 다음, 상기 마스터배치를 항균 섬유층 및 용기 각각에서 원하는 산화아연 함량에 따라 고분자 기본 수지와 혼합하고, 이를 섬유로 가공하거나 용기로 성형하는 방법에 의할 수 있다.
상기 마스터배치는 고분자 수지에 산화아연을 고농도로 분산시켜 함유하고 있으며, 상기 고분자 수지로는 섬유상 또는 플라스틱의 용기 제조에 사용될 수 있는 모든 종류의 합성수지가 사용될 수 있고 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 고분자 수지는 예를 들어 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 폴리카보네이트(PC), 폴리아마이드(polyamide) 및 실리콘계 수지로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 항균 섬유층 및 용기 제조를 위하여, 상기 마스터배치는 동일한 고분자 수지를 사용할 수도 있고, 특정 성능 및 용도에 따라 서로 다른 고분자 수지를 사용할 수도 있다.
이러한 고분자 수지는 항균성을 손상시키지 않는 범위에서 무광제, 개질제, 대전제, 안료 등을 더 포함할 수 있다.
상기 마스터배치는 상기 산화아연을 1 내지 50 중량% 범위로 포함할 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 산화아연은 상기 마스터배치에 5 내지 30 중량% 범위, 보다 구체적으로는 10 내지 20 중량% 범위로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 산화아연의 분산력이 저하됨이 없이 고농도의 산화아연을 포함하면서도 성형성이 우수한 마스터배치를 제조할 수 있다.
상기 마스터배치는 항균 효과를 저해하지 않는 범위에서 분산제, 유연제, 흡수제, 소취제, 발수제 등의 첨가제를 하나 이상 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 그 첨가효과를 나타낼 수 있도록, 예를 들어 상기 마스터배치 100중량부 기준으로 0.1 내지 30 중량부 범위로 첨가될 수 있다.
상기 마스터배치는 고분자 기본 수지와 용이하게 혼합되어 산화아연을 고르게 분산시킬 수 있도록 펠렛 형태로 성형될 수 있다. 상기 고분자 기본 수지는 상기 마스터배치에 사용된 고분자 수지와 동일한 종류의 것일 수 있다. 상기 마스터배치와 상기 고분자 기본 수지의 혼합비율은 상기 항균 섬유층 및 용기에의 산화아연 함유량에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
상기 항균 섬유층의 경우, 상기 마스터배치와 고분자 기본 수지를 혼합한 혼합물을 용융 방사하여 부직포 형태의 시트로 제조될 수 있다. 상기 용융 방사는 이중화 컴포넌트(component) 복합방사 또는 단순방사 방법으로 수행될 수 있으며, 또한 단섬유(fiber)로의 생산도 가능하다. 항균효과를 극대화하기 위해서 혼합물 방사시 고분자 수지의 흐름성이 좋게 유도하고, 만들어지는 섬유가 연신효과를 가질 수 있도록 어느 정도 연신을 유도할 수 있다.
방사되는 항균 섬유의 형태는 장섬유인 멀티필라멘트 및 모노필라멘트, 또는 단섬유 등 어떠한 것이라도 무방하다.
상기 항균 섬유층은 항균 성능을 저해하지 않은 범위에서, 후 가공에 의해 대전방지제, 유연제, 흡수제, 탈취제, 발수제, 방오제, 방염제, 방진드기제 등을 부여할 수 있으며, 투습 방수 가공을 하는 것도 가능하다.
상기 항균 섬유층은, 상기 산화아연을 상기 항균 섬유층 기준으로 0.01 내지 10 중량% 범위로 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 산화아연이 상기 항균 섬유층 기준으로 0.1 내지 5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 변색이나 물성의 저하 없이 우수한 항균력을 나타낼 수 있다.
상기 항균 섬유층은 부직포 시트일 수 있으며, 예를 들어 멜트 브라운 (melt brown) 부직포 시트일 수 있다.
상기 항균 섬유층은 공기 중의 습기가 통과하면서도 박테리아 등의 유해균을 살균할 수 있도록 예를 들어 20μm 이하의 기공 크기를 가질 수 있으며, 단위면적당 중량이 50g/m2 이상일 수 있다.
상기 필터는, 상기 항균 섬유층이 찢어지거나 변형되는 것을 방지하기 위하여 상기 항균 섬유층의 적어도 일면에 이를 지지할 수 있는 지지층이 더 배치될 수 있다. 상기 지지층은 항균 섬유층의 지지 기능을 수행할 수 있는 것이라면 그 재질이나 형태에 제한은 없다. 상기 지지층은 예를 들어 저융점 섬유 시트로 이루어질 수 있다. 상기 저융점 섬유 시트는 융점이 180℃ 이하의 저융점 섬유를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 필터는 상기 항균 섬유층의 양면에 상기 지지층이 배치되는 3중 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 필터는 상기 산화아연을 포함하는 멜트 브라운 부직포 시트를 중심으로 양 측면에 저융점 섬유 시트의 지지층이 배치된 3중 구조일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 항균 섬유층과 이를 지지하는 지지층은 열로 합지(Thermal Bonding)시켜 라미네이트 될 수 있다.
한편, 상기 제습기의 용기에 상기 산화아연을 함유시킬 경우, 상기 용기는 상술한 마스터배치와 고분자 기본 수지를 혼합한 혼합물을 소정의 형태로 성형함으로써 제조될 수 있다. 성형 공정은 당해 기술분야에서 통상적으로 사용하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 성형 공정은 용기 형태나 수지의 종류에 따라 다양하게 선택할 수 있다. 예를 들어 사출 성형, 압출 성형, 인플레이션(inflation)법, 캐스트(cast)법, 그 밖의 다양한 성형 방법을 이용할 수 있다.
이와 같이 제조된 용기는 용기 내에 산화아연이 고르게 분포되어 있어 우수한 항균력을 나타내며, 산화아연 함유에도 불구하고 플라스틱 고유의 기본 색상을 그대로 구현할 수 있다.
필터뿐만 아니라 용기에도 산화아연을 함유시키는 경우, 공기 중의 습기가 상기 필터를 통해 제습제에 도달하게 될 때, 습기에 포함된 세균, 박테리아 등의 유해균은 산화아연으로 항균 처리된 항균 섬유층을 통과하면서 1차적으로 제거되고, 항균 섬유층의 기공을 통과한 유해균은 산화아연으로 항균 처리된 용기 안에서 2차적으로 제거될 수 있다.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 예시적인 구현예들이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 기술적 사상을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.
( 제습기용 항균 필터 제조)
제조예 1
항균제로 나노사이즈 산화아연 파우더 입자(SH에너지화학 주식회사, 산화아연, 1차 입경 5~15nm, 비표면적 47m2/g)을 해쇄기를 통해 2차 입경 1.7μm 내외로 유지하여, 이를 폴리프로필렌(MI-800 제품)과 1 : 19의 중량비로 고압 압출기(한국생산기술원 보유 기자재)를 통해 마스터배치를 제작하였다. 상기 마스터배치를 다시 폴리프로필렌(MI-800)과 1 : 4의 중량비로 섞은 다음 한국생산기술원 보유 Melt Brown 부직포 섬유 제조 설비를 통해 180℃ 온도로 용융하고 방사시켜 멜트 브라운 부직포 시트를 제조하였다.
상기 멜트 브라운 부직포 시트의 양면에 저융점 부직포 시트(한국생산기술원, LM30)를 배치하고 열합지(thermal bonding)하여 3중 구조의 항균 필터를 제조하였다.
비교제조예 1
산화아연을 포함시키지 않고, 폴리프로필렌(MI-800)을 한국생산기술원 보유 Melt Brown 부직포 섬유 제조 설비를 통해 180℃ 온도로 용융하고 방사시켜 멜트 브라운 부직포 시트를 제조하였으며, 상기 멜트 브라운 부직포 시트의 양면에 저융점 부직포 시트(한국생산기술원, LM30)를 배치하고 열합지하여 3중 구조의 필터를 제조하였다.
평가예 1: 항균도 측정
비교제조예 1에 따른 필터(#1)와 제조예 1에 따른 항균 필터(#2)에 대한 항균도 조사를 KS J 4206법에 따라 실시하였다. 실험 균주로 스테필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus ATCC 6538), 에쉬리치아(Escherichia coli ATCC 25922), 피쉐우도모나스 아루기노사(Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853)를 공시균으로 사용하였다.
- 시험조건: 시험균액을 37 ± 1 ℃ 에서 24 시간 진탕 배양 후 균수 측정 (진탕 횟수 120 회/분)
- 시험시료 중량: 2.0g
- 중화용액: 인산완충용액 ( pH 7.0 ± 0.2 )
- 감소율(%) : [(Mb - Mc) / Mb] × 100
- 증가율(F) : Mb / Ma (31.6 배 이상)
- Ma : 대조시료의 초기 균수 (평균치)
- Mb : 24 시간 배양 후 대조 시료의 균수 (평균치)
- Mc : 24 시간 배양 후 시험 시료의 균수 (평균치)
각 실험균주에 대한 항균도(균 감소율, %) 측정 결과는 하기 표 1-3 및 도 1-3에 나타내었다.
균주 1 : Staphylococcus aureus ATCC 6538
비교제조예 1 (#1) 제조예 1 (#2)
접종균 농도(CFU/㎖) 1.4 × 105
증가율(F) 55 TIMES
Ma 1.4 × 105
Mb 7.7 × 107
Mc 5.6 × 106 < 10
감소율 (%) 27.3 99.9
(*CFU = Colony Forming Unit, < = 미만)
균주 2 : Escherichia coli ATCC 25922
비교제조예 1 (#1) 제조예 1 (#2)
접종균 농도(CFU/㎖) 1.3 × 105
증가율(F) 48 TIMES
Ma 1.3 × 105
Mb 6.2 × 106
Mc 4.7 × 106 < 10
감소율 (%) 23.6 99.9
(*CFU = Colony Forming Unit, < = 미만)
균주 3 : Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853
비교제조예 1 (#1) 제조예 1 (#2)
접종균 농도(CFU/㎖) 1.5 × 105
증가율(F) 53 TIMES
Ma 1.5 × 105
Mb 8.0 × 106
Mc 6.1 × 106 < 10
감소율 (%) 24.0 99.9
(*CFU = Colony Forming Unit, < = 미만)
상기 표 1-3 및 도 1-3에서 보는 바와 같이, 제조예 1의 항균 필터는 상업적으로 완벽한 수준인 99.9%의 항균력을 보이고 있음을 알 수 있다.
( 제습기용 항균 플라스틱 용기 제조)
제조예 2
항균제로 나노사이즈 산화아연 파우더 입자(SH에너지화학 주식회사, 산화아연, 1차 입경 5~15nm, 표면적 47m2/g)을 해쇄기를 통해 2차 입경 3.0 μm 내외로 유지하여, 이를 BYK P-4102 분산제, PP 수지(폴리미래)와 각각 1 : 1 : 9의 비율로 고압 압출기(대광케미칼 보유)를 통해 마스터배치를 제작하였다.
상기 마스터배치를 다시 PP 수지(폴리미래)와 2 : 8의 비율로 섞은 후 온도 190℃ 내외의 온도로 용융하고, 사출시켜 플라스틱 용기를 제조하였다.
제조예 3
항균제로 나노사이즈 산화아연 파우더 입자(SH에너지화학 주식회사, 산화아연, 1차 입경 5~15nm, 표면적 47m2/g)을 해쇄기를 통해 2차 입경 3.0 μm 내외로 유지하여, 이를 BYK P-4102 분산제, PP 수지(폴리미래)와 각각 1 : 1 : 9의 비율로 고압 압출기(대광케미칼 보유)를 통해 마스터배치를 제작하였다.
상기 마스터배치를 다시 PP 수지(폴리미래)와 3 : 7의 비율로 섞은 후 온도 190℃ 내외의 온도로 용융하고, 사출시켜 플라스틱 용기를 제조하였다.
제조예 4
항균제로 나노사이즈 산화아연 파우더 입자(SH에너지화학 주식회사, 산화아연, 1차 입경 5~15nm, 표면적 47m2/g)을 해쇄기를 통해 2차 입경 3.0 μm 내외로 유지하여, 이를 BYK P-4102 분산제, PP 수지(폴리미래)와 각각 1 : 1 : 9의 비율로 고압 압출기(대광케미칼 보유)를 통해 마스터배치를 제작하였다.
상기 마스터배치를 다시 PP 수지(폴리미래)와 5 : 5의 비율로 섞은 후 온도 190℃ 내외의 온도로 용융하고, 사출시켜 플라스틱 용기를 제조하였다.
비교제조예 2
산화아연을 포함하지 않은 플라스틱 제작을 위하여, ABS 수지(LG화학 제품)만을 이용하여 이를 온도 230℃로 용융, 사출시킨 후 플라스틱 용기를 제작하였다.
평가예 2: 항균도 측정
제조예 2 내지 4에 따른 항균 플라스틱 용기에 대하여 항균도 조사를 JIS Z 2801법에 따라 실시하였다. 실험 균주로 스테필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus ATCC 6538), 에쉬리치아(Escherichia coli ATCC 8739), 피쉐우도모나스 아루기노사(Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853)를 공시균으로 사용하였다.
- 표준피복필름 : Stomacher 400® POLY-BAG
- 시험조건 : 시험균액을 35 ± 1 ℃, RH 90 ± 5 % 에서 24 시간 정치 배양후 균수 측정
- 시료 표면적 : 25 ㎤
- 항균활성치 (S) : log(Mb / Mc), 감소율(%) : [(Mb - Mc) / Mb] × 100
- 증식치 (F) : log(Mb / Ma) (1.5 이상)
- Ma : 표준시료의 시험균 접종직후의 생균수의 평균 (3검체)
- Mb : 표준시료의 일정시간 (24 시간) 배양후 생균수의 평균 (3검체)
- Mc : 항균가공시료의 일정시간 (24 시간) 배양후 생균수의 평균 (3검체)
각 실험균주에 대한 항균도(균 감소율, %) 측정 결과는 하기 표 1-3 및 도 1-3에 나타내었다.
스테필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus ATCC 6538), 에쉬리치아(Escherichia coli ATCC 8739), 및 피쉐우도모나스 아루기노사(Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853)의 각 실험균주에 대한 제조예 2 내지 4에 따른 항균 플라스틱 용기의 항균 능력을 블랭크(blank) 시료와 대조하여 관찰한 사진을 각각 도 4a-4c, 도 5a-5c, 및 도 6a-6c에 나타내었다.
도 4a 내지 도 6c에서 보는 바와 같이, 제조예 2 내지 4에 따른 항균 플라스틱 용기는 항균 능력이 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 제조예 2 내지 4에 따른 항균 플라스틱 용기의 스테필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus ATCC 6538), 에쉬리치아(Escherichia coli ATCC 8739), 및 피쉐우도모나스 아루기노사(Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853)의 각 실험균주에 대한 항균도(균 감소율, %) 측정 결과를 하기 표 4-6에 나타내었다.
균주 1 : Staphylococcus aureus ATCC 6538
제조예 2 제조예 3 제조예 4
산화아연 함량 2wt% 3wt% 5wt%
접종균 농도(CFU/㎖) 2.2 × 105 2.2 × 105 2.2 × 105
증식치(F) 1.6 1.6 1.6
Ma 2.2 × 105 2.2 × 105 2.2 × 105
Mb 1.1 × 107 1.1 × 107 1.1 × 107
Mc 7.0 × 105 5.5 × 104 2.2 × 104
항균활성치 (S)
및 감소율 (%)		 (1.2) 93.6 (2.3) 99.5 (2.7) 99.8
(*CFU = Colony Forming Unit)
균주 2 : Escherichia coli ATCC 8739
제조예 2 제조예 3 제조예 4
산화아연 함량 2wt% 3wt% 5wt%
접종균 농도(CFU/㎖) 2.3 × 105 2.3 × 105 2.3 × 105
증식치(F) 1.7 1.7 1.7
Ma 2.3 × 105 2.3 × 105 2.3 × 105
Mb 1.2 × 107 1.2 × 107 1.2 × 107
Mc 8.6 × 105 8.4 × 104 < 10
항균활성치 (S) 및
감소율 (%)		 (1.2) 92.8 (2.2) 99.3 (6.1) 99.9
(*CFU = Colony Forming Unit, < = 미만)
균주 3 : Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853
제조예 2 제조예 3 제조예 4
산화아연 함량 2wt% 3wt% 5wt%
접종균 농도(CFU/㎖) 2.1 × 105 2.1 × 105 2.1 × 105
증식치(F) 1.6 1.6 1.6
Ma 2.1 × 105 2.1 × 105 2.1 × 105
Mb 1.0 × 107 1.0 × 107 1.0 × 107
Mc 1.7 × 105 4.0 × 104 2.0 × 104
항균활성치 (S) 및
감소율 (%)		 (1.8) 98.3 (2.4) 99.6 (2.7) 99.8
(*CFU = Colony Forming Unit)
상기 표 4-6에서 보는 바와 같이, 플라스틱 내 산화아연의 함량이 증가할수록 항균력이 향상되는 것을 알 수 있다.
(항균 제습기 제조)
실시예 1
상기 제조예 2의 항균 플라스틱 용기 내에 제습제로서 염화칼슘(중국, Qingdao Huadong Calcium Producing Co. Ltd.) 270g를 충진한 후, 제조예 1의 항균 필터로 상기 용기를 밀봉처리하여 항균 제습기를 제조하였다.
평가예 3: 미생물 오염 측정
상기 실시예 1에 따른 항균 제습기에 대한 미생물 오염 정도를 측정하기 위하여, 제습기 상단부의 부직포에 대하여 ASTM D 2574에 따라 미생물 오염 검정 시험을 실시하였다. 미생물 오염 정도를 비교하기 위하여 시중에서 판매되는 세 가지 제품, 즉 홈플러스 알뜰상품 제습제 (비교예 1), 애경 홈즈 제습力(옷장용) (비교예 2) 및 옥시 물먹는 하마(옷장용) (비교예 3)에 대해서도 동일하게 실험하였다.
실험 배지로는 MacConkey agar, Mannitol salt agar, 및 Potato dextrose agar을 사용하였으며, 오염도 측정은 균락(colony, 균이 존재하는 밀집된 군락을 의미함)의 숫자로 평가하였으며, 각 균락의 숫자범위에 따른 등급은 아래 기준과 같다.
- 0: No microbial recovery
- 1: Trace of contamination (1 to 9 colonies)
- 2: Light contamination (10 to 99 colonies)
- 3: Moderate contamination (> 100 distinct colonies)
- 4: Heavy contamination (continuous smear of growth, colonies have grown together and are indistinguishable)
상기 실시예 1 및 비교예 1-3의 제습기에 대한 오염도 측정 결과로서, 균락의 숫자 및 이에 따른 등급을 하기 표 7에 나타내었다.
시료 비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1
MacConkey agar 0 0 0 0
0등급 0등급 0등급 0등급
Mannitol salt agar 3 1 1 0
1등급 1등급 1등급 0등급
Potato dextrose agar 3 5 2 1
1등급 1등급 1등급 1등급
위에서 보는 바와 같이, 실시예 1에 따른 항균 제습기는 기존의 제습기에 비하여 미생물 오염에 대한 억제 능력이 뛰어난 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 항균 제습기는 제습 기능 뿐만 아니라 우수한 항균 기능을 구현하여, 제습기의 부차적인 오염 문제를 억제시킬 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 공기흡입구를 포함하는 용기;
    상기 용기의 내부에 배치된 제습제; 및
    상기 공기흡입구에 배치되는, 항균 섬유층을 포함하는 필터;를 포함하며,
    상기 항균 섬유층 및 상기 용기 중 적어도 하나가 고분자 수지 내에 분산된 1차 입자가 집합된 2차 입자로 이루어진 분말 형태의 코팅되지 않은 산화아연을 포함하고, 상기 산화아연의 1차 입자의 평균 입경이 1nm 내지 50nm이고, 2차 입자의 평균 입경이 0.1μm 내지 10μm인 항균 제습기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화아연의 비표면적이 40m2/g 이상인 항균 제습기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화아연의 용융온도가 350℃ 이상인 항균 제습기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산화아연의 용융온도가 350 내지 450℃인 항균 제습기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 항균 섬유층 및 상기 용기는 각각 독립적으로 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 폴리카보네이트(PC), 폴리아마이드(polyamide) 및 실리콘계 수지로부터 선택되는 적어도 하나의 고분자 수지를 포함하는 항균 제습기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 항균 섬유층은, 상기 산화아연을 상기 항균 섬유층 기준으로 0.01 내지 10 중량% 범위로 포함하는 항균 제습기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 항균 섬유층은 부직포 시트인 항균 제습기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 항균 섬유층은 멜트 브라운 (melt brown) 시트인 항균 제습기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 항균 섬유층은 20μm 이하의 기공 크기를 갖는 항균 제습기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 항균 섬유층은 단위면적당 중량이 50g/m2 이상인 항균 제습기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 필터는 상기 항균 섬유층의 적어도 일면에 배치되는 지지층을 더 포함하는 항균 제습기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지지층은 저융점 섬유 시트인 항균 제습기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 저융점 섬유 시트는 융점이 180℃ 이하의 저융점 섬유를 포함하는 항균 제습기.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 필터는, 상기 항균 섬유층의 양면에 상기 지지층이 배치되는 3중 구조를 갖는 항균 제습기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 항균 섬유층은 멜트 브라운 부직포 시트이고, 상기 지지층은 저융점 섬유 시트인 항균 제습기.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 항균 섬유층과 상기 지지층은 열 합지(Thermal Bonding)에 의하여 라미네이트되는 항균 제습기.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 용기는, 상기 산화아연을 상기 용기 기준으로 0.01 내지 10 중량% 범위로 포함하는 항균 제습기.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 용기 및 상기 항균 섬유층 모두 상기 산화아연을 포함하는 항균 제습기.
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