KR101476812B1

KR101476812B1 - 유기나노 클레이를 함유하는 항균 칫솔모 조성물과 이를 이용한 항균 칫솔모 그리고 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101476812B1
Application number: KR1020130060598A
Authority: KR
Inventors: 장현준; 최유성; 민경두; 조승현
Original assignee: 주식회사 럭키산업
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2014-12-26
Also published as: KR20140139903A

Abstract

본 발명은 유기나노 클레이를 함유하는 항균 칫솔모 조성물과 이를 이용한 항균 칫솔모 그리고 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기나노 클레이를 이용하여 항균 특성과 세정력을 향상시킬 수 있는 칫솔모 조성물과 이를 이용한 항균 칫솔모 그리고 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 유기나노 클레이를 함유하는 항균 칫솔모 조성물은 합성수지와 유기나노 클레이를 함유하여 항균 활성을 갖는 것을 특징으로 한다. 그리고 항균 칫솔모의 제조방법은 합성수지에 유기나노 클레이를 첨가한 후 혼합하여 칫솔모 조성물을 조성하는 조성단계와, 칫솔모 조성물을 성형하여 항균 칫솔모를 형성하는 성형단계를 포함한다.

Description

유기나노 클레이를 함유하는 항균 칫솔모 조성물과 이를 이용한 항균 칫솔모 그리고 이의 제조방법{antimicrobial brush composition having organic nano clay and antimicrobial brush for toothbrush and manufacturing method thereof}

본 발명은 유기나노 클레이를 함유하는 항균 칫솔모 조성물과 이를 이용한 항균 칫솔모 그리고 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기나노 클레이를 이용하여 항균 특성과 세정력을 향상시킬 수 있는 칫솔모 조성물과 이를 이용한 항균 칫솔모 그리고 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 칫솔은 칫솔모와 이를 구비하고 있는 헤드부와 이 헤드부에 연결된 손잡이로 이루어져 있다. 칫솔은 구강 위생을 위한 중요한 도구로서, 항상 청결하여야 하며, 특히 칫솔모 부분에서는 세균 번식이 되지 않도록 하여야한다.

그러나 현실적으로 음식찌꺼기가 세척된 후에도 칫솔모 주위에 잔존하게 되며, 칫솔모는 항상 완전히 건조되지 못한 채 습기가 많은 상태로 보관되므로 세균번식으로 인하여 여러 가지 위생적인 문제가 발생할 수 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 여러 가지 칫솔모 살균 방법들을 사용한다. 화학적으로 소독하는 방법, 빛 조사를 활용한 자외선 소독 방법 그리고 살균기기를 활용한 소독 방법 등 여러 가지 방법들이 제안되고 있으나 경제적인 비효율성과 휴대하기 어려운 문제점으로 인하여 궁극적인 해결방안이 되지는 못하고 있다.

이에 근래에는 칫솔모에 항균성을 갖는 물질들을 코팅하거나 혼합하여 방사하는 방법들이 개발되고 있다. 항균효과를 기대하기 위해 항생제를 함유한 칫솔모의 경우 항생제의 과다 사용으로 인한 부작용이 초래할 가능성이 있다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제 10-1176036호에는 항균활성을 갖는 칫솔모 조성물이 개시되어 있다. 하지만, 이러한 종래의 기술은 항균성이 미미하거나 혹은 혼합 및 코팅과정에서 불균일 혼합현상이 발생하거나 코팅이 벗겨지는 문제점이 있다. 또한, 종래의 기술은 항균력을 갖는다 하더라도 세정력이 약한 문제점이 있다.

양치 시 세정 효과를 높이기 위해 칫솔모 원사를 알카리 수용액에 사용부분을 부드럽고 미세하게 가공한 칫솔모(통상적인 미세모)를 사용하거나 칫솔모 원사 방사시 물리적인 방법으로 칫솔모의 표면에 일정한 모양을 주는 종래의 방법들이 있다. 그러나 이런 칫솔모는 오히려 칫솔모에 여러 가지 이물질이 잔존해 위생 상태를 저하시키고 세균 번식으로 인한 질병초래의 문제를 발생하곤 한다.

이에 본 발명자들은 항균효과는 우수하면서 칫솔모의 표면에 변화를 주어 세정력 향상 효과까지 부여할 칫솔모 제조 방법에 대해 연구를 거듭하여 유기 클레이를 사용하여 우수한 항균 효과 외에도 칫솔모의 표면에 주름진 요철을 주어 세정력을 높일 수 있다는 사실을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

이에 따른 본 발명의 목적은 유기나노 클레이를 이용하여 항균 특성과 세정력을 향상시킬 수 있는 칫솔모 조성물과 이를 이용한 항균 칫솔모 그리고 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기나노 클레이를 함유하는 항균 칫솔모 조성물은 합성수지와 유기나노 클레이를 함유하여 항균 활성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 합성수지는 폴리프로필렌(poly propylene), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(poly butylene terephthalate), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(poly trimethylene terephthalate), 나일론 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 유기나노 클레이는 상기 조성물 전체에서 0.2 내지 0.5중량%로 함유된 것을 특징으로 한다.

상기 유기나노 클레이는 Mg-APTES/PTES 클레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 Mg-APTES/PTES는 Mg-APTES 및 Mg-PTES를 혼합하여 솔-겔(sol-gel) 반응을 통해 양이온성 메탈로 고정화한 하이브리드이고, 상기 양이온성 메탈은 Mg² ⁺, Ca²⁺, Zn² ⁺,Mn² ⁺, Cu² ⁺, Co² ⁺, Ni² ⁺, Al³ ⁺ 및 Fe³ ⁺중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 항균 칫솔모는 상기 항균 칫솔모 조성물을 성형하여 형성시킨 것을 특징으로 한다.

상기 칫솔모의 표면에 주름진 요철이 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 항균 칫솔모의 제조방법은 합성수지에 유기나노 클레이를 첨가한 후 혼합하여 칫솔모 조성물을 조성하는 조성단계와; 상기 칫솔모 조성물을 성형하여 항균 칫솔모를 형성하는 성형단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 항균 칫솔모 조성물은 대장균과 포도상구균 등에 대한 항균 효과가 우수하여 칫솔모의 표면에 서식하는 세균의 서식을 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서 구강 내에서 각종 세균으로 인해 발생되는 염증, 충치 및 구취 등을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 굴곡 회복률이 우수하고, 칫솔모 표면에 주름진 많은 요철을 형성함으로써 양치 시 치아 구석구석을 보다 깨끗하게 닦아낼 수 있어 구감을 개선하고 칫솔모의 벌어짐을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1a 내지 도 1d는 대장균(Escherichia coli)에 대한 유기나노 클레이의 최소 저해 농도(MIC)가 1,000ppm이라는 것을 나타낸 사진이고,
도 2a 내지 도 2d는 포도상구균(Staphylococcus aureus)에 대한 유기나노 클레이의 최소 저해 농도(MIC)가 1,000 ppm이라는 것을 나타낸 사진이고,
도 3a는 배양 후의 대장균의 잔존생균수를, 도 3b는 비교예 1의 대장균에 대한 잔존생균수를, 도 3c는 유기항균제를 함유한 비교예 2의 대장균에 대한 잔존생균수를, 도 3d 내지 도 3h는 실시예 1 내지 5에 따른 유기나노 클레이를 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5% 함유한 칫솔모의 대장균에 대한 잔존생균수를 나타낸 사진이다.
도 4a는 배양 후의 포도상 구균의 잔존생균수를, 도 4b는 비교예 1의 포도상 구균에 대한 잔존생균수를, 도 4c는 유기항균제를 함유한 비교예 2의 포도상 구균에 대한 잔존생균수를, 도 4d 내지 도 4h는 실시예 1 내지 5에 따른 유기나노 클레이를 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5% 함유한 칫솔모의 포도상 구균에 대한 잔존생균수를 나타낸 사진이다.
도 5a는 비교예 3인 PBT 칫솔모의 표면을, 도 5b는 유기항균제를 함유한 비교예 4의 칫솔모의 표면을, 도 5c 내지 도 5g는 실시예 1 내지 5의 조성물로 성형하여 유기나노 클레이를 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5% 함유한 칫솔모의 표면을 전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 6은 유/무기 하이브리드 다기능성 유기나노점토의 합성에 대한 라이브러리에 관한 것이다.
도 7은 합성한 마그네슘 organophyllosilicate의 이상적인 구조에 관한 모식도이다. APTES/TTMS/PTES 단독 사용시 대표구조도 (a), APTES/TTMS/PTES의 어느 한 종과 MTES/TE(M)OS와의 어느 한 종과의 조합시 대표구조도 (b), APTES/TTMS/PTES의 상호 조합시 대표구조도 (c).
도 8은 Mg-APTES clay을 물에 분산시킨 전자현미경 사진 (a,b), Mg-APTES clay를 에탄올에 분산한 주사전자현미경 사진 (c,d), Mg-PTES clay를 에탄올에 분산한 주사전자현미경 사진 (e,f)이다.
도 9는 에탄올에 분산시킨 Mg-APTES/PTES (9:1)의 전자현미경 사진(a,b), 에탄올에 분산시킨Mg-APTES/PTES (5:5)의 전자현미경 사진(c,d), 그리고 에탄올에 분산시킨 Mg-APTES/PTES(1:9)의 전자현미경 사진(e,f)이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유기나노 클레이를 함유하는 항균 칫솔모 조성물과 이를 이용한 항균 칫솔모 그리고 이의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 일 예에 따른 항균 칫솔모 조성물은 합성수지와 유기나노 클레이를 함유하여 우수한 항균 활성을 갖는 것을 특징으로 한다. 가령, 항균 칫솔모 조성물은 합성수지 99.5 내지 99.8중량%, 유기나노 클레이 0.2 내지 0.5중량%로 조성될 수 있다.

상기 합성수지로 폴리프로필렌(poly propylene), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(poly butylene terephthalate), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(poly trimethylene terephthalate), 나일론 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.

그리고 유기나노 클레이의 함량은 0.2 내지 0.5중량%인 것이 바람직한데, 이 범위 내에서 성형성과 항균활성이 우수함이 실험적으로 확인되었다.

본 발명에 적용될 수 있는 유기나노 클레이로 공지된 나노 클레이를 이용할 수 있으나, 바람직한 유기나노 클레이로 열적 안정성(Thermal Stability)이 우수한Mg-APTES/PTES 클레이를 포함한다.

이러한 유기나노 클레이는‘amino group을 가진 organosilane’과 ‘다른 기능기(-SH, Phenyl, OH etc.)를 가진 organosilane’를 혼합시킨 하이브리드 클레이다.

Mg-APTES/PTES 클레이는 Mg-APTES 및 Mg-PTES를 혼합하여 양이온성 메탈로 고정화한 하이브리드이다. 상기 혼합은 Mg-APTES : Mg-PTES 의 몰비가 9 : 1 ~ 1 : 9인 것이다. 그리고 상기 혼합은 에탄올 (ethanol), 메탄올(methanol), DMF (dimethylformamide) 및 DMSO (dimethyl sulfoxide)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 유기용매에서 이루어질 수 있다.

그리고 상기 APTES는 (3-aminopropyl)triethoxysilane, 3-(2-aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane 및 3-[2-(2-aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilane으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이다.

그리고 PTES는 phenyltriethoxysilane을 의미한다.

그리고 상기 양이온성 메탈은 Mg² ⁺, Ca² ⁺, Zn² ⁺,Mn² ⁺, Cu² ⁺, Co² ⁺, Ni² ⁺, Al³ ⁺ 및 Fe³⁺중에서 선택된 어느 하나이다.

도 6에 하이브리드 클레이의 합성에 대한 라이브러리를 나타내었다. 도 6을 보면, 기본적인 organoclay를 합성할 수 있는 주기방향으로는 organosilane계열을, 칼럼방향으로는 양이온성 메탈에 관해 정리한 도표이다. 이는 하나의 중심 이온(양이온성 메탈)에 하나의 organosilane을 sol-gel 반응을 통해 고정화한 organoclay 합성에 관한 것이다. 특히 첫 번째 칼럼은 aminosilane 계열의 organosilane를 총칭하며 clay 합성시 촉매가 필요 없다. 하지만 하이브리드 클레이는 organosilane를 2종 이상 혼합하여 합성하는 유-무기 클레이에 초점을 두고 있으며 이 표는 이를 위한 기본 틀에 해당한다. 물론 여기서 양이온성 메탈도 2종 이상을 사용할 수도 있다.

그리고 도 7은 합성한 마그네슘 organophyllosilicate의 이상적인 구조에 관한 모식도이다. APTES/TTMS/PTES 단독 사용시 대표구조도 (a), APTES/TTMS/PTES의 어느 한 종과 MTES/TE(M)OS와의 어느 한 종과의 조합시 대표구조도 (b), APTES/TTMS/PTES의 상호 조합시 대표구조도 (c)이다. 도 7을 살피면, organosilane 한 종 사용할 시에는 -NH₂, -SH, -Phenyl 각각이 side 방향으로 뻗어 나와 있는 상태가 되며 기능기의 밀도가 굉장히 높은 clay가 만들어진다. 하지만 이들을 TEOS (OH기로 기능기가 구성됨) 경우와 혼합할 시에는 clay sheet 구조끼리의 crosslinking (가교) 역할을 하여 clay 가 박리를 통한 분산을 하지 못하게 막는다. 일종의 defect로 작용하여 clay를 구조를 유도한다고 볼 수 있다. 하지만 APTES/TTMS/PTES 2종 또는 그 이상을 혼합할 시에는 random으로 기능기가 side 방향으로 돌출이 되며, 이 경우 수용액 상에서의 분산도의 감소는 TTMS와 PTES가 clay sheet에 crosslinking 역할을 하기 보기보다 -NH₂ site의 감소에 크게 기인하여 수용액상에서의 분산도가 감소하는 경향을 보인다.

상술한 유기나노 클레이를 함유하는 본 발명의 칫솔모 조성물은 압출기로 연신하여 칫솔모로 성형할 수 있다.

합성수지에 유기나노 클레이를 첨가하여 혼합할 때, 혼합된 물질들이 엉겨붙어 덩어리지거나 한쪽으로 치우치지 않도록 고르게 잘 섞이도록 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 원활한 혼합을 위해 열성이 제공되는 믹서기를 사용할 수 있다.

합성수지에 유기나노 클레이가 첨가된 칫솔모 조성물로부터 화학섬유인 칫솔모를 방사하는 방법은 당업계에 알려진 통상적인 방법으로 수행될 수 있는데, 이러한 방법으로는 합성수지를 마스터 배치(Master Batch)로 제조한 다음 유기나노 클레이를 혼합한 후 방사하는 방법, 또는 합성수지에 유기나노 클레이를 첨가한 다음, 마스터 배치를 수행하여 입자(pellet)화 한 후 용융 방사하는 방법 등이 있을 수 있다.

상기 마스터 배치라 함은, 주원료가 되는 수지에 기능성을 부여하는 첨가제를 혼합하여 믹서기에 의해 혼열 회전시킨 후, 적정 온도를 갖는 이축 압출기(twin screw extruder)에 의해 원료를 압출하여 펠렛으로 생산하는 것을 말하며, 상기 용융 방사라 함은, 섬유 형성능을 지닌 중합체를 가열하여 녹인 후 공기나 가스 속으로 또는 적당히 냉각고화 시키는 액체속으로 밀어내어 섬유를 제조하는 방법을 말한다.

칫솔모가 성형되면 통상적인 방법으로 절단하고 가공하여 칫솔에 식모할 칫솔모를 준비할 수 있다.

칫솔은 헤드부와 손잡이로 구성되는 몸체와, 헤드부에 식모되는 칫솔모로 이루어진다.

상기 몸체는 통상적으로 칫솔을 제조하는 방법에 따라 성형될 수 있는데, 즉, 합성수지를 금형에 주입하고 사출 성형함으로써 제조될 수 있다. 상기 합성수지는 칫솔제조에 사용되는 합성수지라면 모두 사용될 수 있으며, 이에 제한되지는 않으나, 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르(PS), 실리콘, 폴리염화비닐(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌, 아클릴로니트릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리우레탄(PU), 나일론, 산 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(acid PETG), 스티렌 아크릴로니트릴 수지(SAN), 폴리시클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트(PCTA) 및 고무 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 조합인 것이 바람직하다.

상기와 같이 칫솔의 헤드부와 손잡이가 제조되면, 칫솔의 헤드부에 칫솔모를 식모함으로써 항균력과 세정력을 향상시킬 수 있는 칫솔을 제공할 수 있다.

이하 본 발명의 내용을 제조예, 실험예 및 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

<유기나노 클레이의 제조예>

Mg-APTES clay 제조의 경우, 에탄올 40 mL에 MgCl₂ㆍ6H₂O 4.06g을 녹인 후, APTES(3-aminopropyltriethoxysilane) 6.22 mL를 넣어서 혼합한 후 NaOH (1.0 N or 5.0 N)을 5 mL 넣어서 48 시간 동안 반응을 시켜서 합성하였다.

그리고 Mg-PTES clay 제조의 경우, 에탄올 40 mL에 MgCl₂ㆍ6H₂O 4.06g을 녹인 후, PTES(phenyltriethoxysilane) 6.42 mL를 넣고 혼합한 후, NaOH (1.0 N or 5.0 N)을 5 mL 넣어서 48 시간 동안 반응을 시켜서 합성하였다.

그리고 하이브리드 타입의 Mg-APTES/PTES clay 제조의 경우, 에탄올 40 mL에 MgCl₂ㆍ6H₂O 4.06g를 녹인 후, APTES(3-aminopropyltriethoxysilane)을 원하고자 하는 molar ratio에 따라 먼저 투입하고 연이어 PTES(phenyltriethoxysilane)를 molar ratio에 따라 투여하여 혼합한다. 다음으로 NaOH (1.0 N or 5.0 N)을 5 mL 넣어서 48시간 동안 반응을 시켜서 합성하였다.

도 6은 Mg-APTES clay을 물에 분산시킨 전자현미경 사진 (a,b), Mg-APTES clay를 에탄올에 분산한 주사전자현미경 사진 (c,d), Mg-PTES clay를 에탄올에 분산한 주사전자현미경 사진 (e,f)이다. 구체적으로 살피면, Mg-APTES clay의 경우 적층형태를 보여주며, 30-100 nm 정도의 submicro-size 분포를 보인다는 것을 확인할 수 있으며 주사전자현미경 사진은 벽돌과 같은 민무늬 형태를 보여주며 오히려 측면에서는 뚜렷한 적층 구조를 확인할 수는 없으나 수용액상 거동시에 뚜렷이 적층 구조를 확인할 수 있는 것으로 보인다. Mg-PTES의 경우에는 작은 구슬 모양의 알갱이가 모여있는 형태이며 powder 형태상으로는 Mg-APTES보다 더 입자가 작을 것으로 예측된다.

도 7은 에탄올에 분산시킨 Mg-APTES/PTES (9:1)의 전자현미경 사진(a,b), 에탄올에 분산시킨Mg-APTES/PTES (5:5)의 전자현미경 사진(c,d), 그리고 에탄올에 분산시킨 Mg-APTES/PTES(1:9)의 전자현미경 사진(e,f)이다. 구체적으로 살피면, 하이브리드 클레이 (Mg-APTES/PTES clay)의 경우에는 묵과 같이 표면이 smooth한 것이 특징이다. 특히 PTES가 상대적으로 많이 함유된 1:9의 image의 경우에는 알갱이 모양으로 대부분 구성되어 있으며 이는 Mg-PTES clay image와 많이 닮아가 있는 것을 확인할 수 있었다.

<실험예 1> 나노 클레이 용액의 대장균에 대한 최소 저해 농도(MIC) 측정

상기 제조예에서 제조한 Mg-APTES/PTES 나노 클레이에 정제수를 첨가하여 각각 250ppm 나노 클레이 용액, 500ppm 나노 클레이 용액, 1,000ppm 나노 클레이 용액을 얻었다.

하기 표 1에 기재한 조건의 기준물질인 대장균을 LB 배지에 상기의 250ppm 나노 클레이 용액, 500ppm 나노 클레이 용액, 1,000ppm 나노 클레이 용액에 접종 후 액체 배양을 통해 세포 농도를 측정하고, 각각 고체 배지에 20㎕씩 도포하여 24시간 배양하였다. 대장균에 대한 나노 클레이의 최소 저해 농도를 세포농도 측정과 생균수 측정 방법을 이용하여 측정하고 이를 아래의 표 1과 도 1a 내지 도 1d에 나타내었다.

도 1a는 기준물질인 대장균을 액체 배양 후, 고체 배지에 도포하여 생균수를 나타낸 사진이고, 도 1b는 250ppm 나노 클레이 용액에 기준물질인 대장균을 액체 배양 후, 고체 배지에 도포하여 생균수를 나타낸 사진이고, 도 1c는 500ppm 나노 클레이 용액에 기준물질인 대장균을 액체 배양 후, 고체 배지에 도포하여 생균수를 나타낸 사진이며, 도 1d는 1,000ppm 나노 클레이 용액에 기준물질인 대장균을 액체 배양 후, 고체 배지에 도포하여 생균수를 나타낸 사진이다.

하기 표 1과 도 1a 내지 도 1d를 통해 대장균에 대한 나노 클레이 용액의 최소 저해 농도는 1,000ppm 임을 알 수 있었다.

항목	기준물질	나노클레이 용액 1,000ppm	나노클레이 용액 500ppm	나노클레이 용액 250ppm
세포농도	1.209	0.071	0.361	1.028
생균수(CFU/ml)¹ ⁾	1.50×10⁷	< 10	0.75×10⁷	1.00×10⁷
항균력(%)² ⁾	-	99.9	50.0	33.3
MIC	1,000 ppm

¹⁾ 생균수 N = C × D × V, [C : 집락수(시험편 1개 당), D : 희석배수(희석액의 희석배수), V : 균액 회수에 사용된 배지의 액량(㎖)]

²⁾ 항균력 = {(A-B)/A}×100, (A : 대조군의 잔존 생균수, B : 시험군의 잔존 생균수)

<실험예 2> 나노 클레이 용액의 포도상 구균에 대한 최소 저해 농도(MIC) 측정

하기 표 2에 기재한 조건의 기준물질인 포도상 구균을 TSB 배지에 상기의 250ppm 나노 클레이 용액, 500ppm 나노 클레이 용액, 1,000ppm 나노 클레이 용액에 접종 후 액체 배양을 통해 세포 농도를 측정하고, 각각 고체 배지에 20㎕씩 도포하여 24시간 배양하였다. 포도상 구균에 대한 나노 클레이의 최소 저해 농도를 세포농도 측정과 생균수 측정 방법을 이용하여 측정하고 이를 아래의 표 2와 도 2a 내지 도 2d에 나타내었다.

도 2a는 기준물질인 포도상 구균을 액체 배양 후, 고체 배지에 도포하여 생균수를 나타낸 사진이고, 도 2b는 250ppm 나노 클레이 용액에 기준물질인 포도상 구균을 액체 배양 후, 고체 배지에 도포하여 생균수를 나타낸 사진이고, 도 2c는 500ppm 나노 클레이 용액에 기준물질인 포도상 구균을 액체 배양 후, 고체 배지에 도포하여 생균수를 나타낸 사진이며, 도 2d는 1,000ppm 나노 클레이 용액에 기준물질인 포도상 구균을 액체 배양 후, 고체 배지에 도포하여 생균수를 나타낸 사진이다.

하기 표 2와 도 2a 내지 도 2d를 통해 포도상 구균에 대한 나노 클레이 용액의 최소 저해 농도는 1,000ppm 임을 알 수 있었다.

항목	기준물질	나노클레이 용액 1,000ppm	나노클레이 용액 500ppm	나노클레이 용액 250ppm
세포농도	1.453	0.129	0.499	1.389
생균수(CFU/ml)¹ ⁾	1.50×10⁷	< 10	0.75×10⁷	1.25×10⁷
항균력(%)² ⁾	-	99.9	50.0	16.7
MIC	1,000 ppm

<실시예 1 내지 5 >

칫솔모의 수지 원료인 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 10kg에 상기 제조예에서 제조한 Mg-APTES/PTES 나노 클레이를 첨가하여 10분간 혼합한 다음, 이축 압축기(Twin screw extruder)를 통해 PBT 마스터배치(M/B)을 제조하였다.

제조한 PBT 마스터배치를 방사하여 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 수지에 나노 클레이의 함량이 0.1 ~ 0.5 중량%인 칫솔모를 제조하였다. 이때 방사 조건은 압출기의 온도가 250℃가 되도록 유지시켰고, 5분의 체류시간, 35rpm의 교반 속도, 24℃의 냉각 온도 및 85℃의 가열 온도가 되도록 하였다.

제조된 칫솔모를 나노 클레이의 함량에 따라 하기 표 3에 정리하였다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
나노 클레이 함량 (중량%)	0.1 %	0.2 %	0.3%	0.4 %	0.5 %

<실험예 3> 칫솔모의 방사성 평가

상기 실시예 1 내지 5의 칫솔모 제조시 나노 클레이의 함유량에 따른 칫솔모의 연신(방사) 정도를 테스트하였다. 방사성 평가 방법은 하기에 기재된 기준에 따라 수행하였고, 그 결과를 표 4에 나타내었다.

-방사성 평가 기준

◎ :60분 이상 연속 방사,

○ : 10분 이상 연속 방사됨,

△ : 1분 이상 연속 방사됨,

× : 1분 미만 연속 방사됨,

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
각 칫솔모의 방사성 평가	◎	◎	◎	◎	○

상기 표 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 나노 클레이를 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 % 함유한 칫솔모를 제조할 경우(실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4) 60분 이상으로 연속 방사가 가능한 것으로 나타났고, 나노 클레이를 0.5% 함유한 칫솔모를 제조할 경우(실시예 5) 10분 이상에서 60분 미만으로 연속 방사가 가능한 것으로 나타났다.

<실험예 4> 칫솔모의 항균성 평가

본 발명의 방법에 따라 제조된 칫솔모의 항균성 평가하기 위하여 상기에서 제조된 칫솔모들 중 60분 이상의 연속 방사가 가능하여 얻어진 칫솔모(실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4)와 10분 이상의 연속 방사가 가능하여 얻어진 칫솔모(실시예 5)를 통상적인 칫솔모의 항균성 평가방법인 KS J 4206;2008 방법을 통해 대장균과 포도상 구균에 대한 항균력을 측정하였다.

이를 위해, 미생물 배지(대장균은 LB medium, 포도상 구균은 TSB medium) 및 50ml 튜브와 칫솔모는 모두 가압증기 하에서 멸균처리 하여 테스트하였다. 상기 멸균된 튜브에 각각의 칫솔모를 1.0g 첨가한 다음, 상기 멸균된 미생물 배지 25ml을 각각 첨가하여 24시간 동안 37℃, 150rpm으로 액체 진탕시켰다. 액체 진탕된 시료에는 1.0×10³ CFU/ml의 균주를 각각 50㎕씩 접종하여 37℃, 150rpm으로 24시간 동안 진탕 배양하였다. 각각의 배양액은 고체 배지에 20㎕씩 도포하여 37℃에서 24시간 배양하여 잔존생균수를 계수하여 항균력을 측정하였다. 이때, 대조군으로는 칫솔모 물질의 첨가 없이 단지 1.0×10³ CFU/ml의 균주를 접종하여 배양한 것을 사용하였다. 또한, 비교군으로는 칫솔모로 가장 많이 사용되는 PBT 칫솔모(비교예 1)과 나노실버 함유 칫솔모(Naosilver, PEDEX사, 독일)(비교예 2)를 상기와 같은 방법으로 항균력을 측정하였다.

상기 실험에 따라 측정된 각각의 칫솔모의 항균성은 하기에 기재된 기준에 따라 평가하였고, 그 결과를 표 5에 기재하였으며, 도 3과 도 4에 사진으로 나타내었다. 도 3a 내지 도 3h는 각 칫솔모의 대장균에 대한 잔존생균수를 나타낸 사진이며, 도 4a 내지 도 4h는 각 칫솔모의 포도상 구균에 대한 잔존생균수를 나타낸 사진이다.

균주 접종 후 대조군의 초기 균수보다 접종 후 24시간 배양된 대조군의 균수에 뚜렷한 증가가 있어야 시험 성립 조건을 성립한다. 뚜렷한 증가라 함은 균의 증식값이 31.6배를 초과해야 하며, 그렇지 않을 경우, 시험은 유효하지 않은 것으로 판정하여 재시험을 실시한다. 여기에서 증식값은 24시간 배양 후 대조군의 균수(평균값)을 대조군의 초기 균수(평균값)으로 나눈 값이다.

시험이 유효할 경우, 시험군(비교예들 및 실시예들)에 의한 세균의 감소율을 계산하여 항균성을 평가한다. 여기에서 세균 감소율(%)은 {(M_b -M_c)/M_b}×100으로, M_b는 24시간 배양 후 대조군의 균수(평균값)이며, M_c는 24시간 배양 후 시험군의 균수(평균값)이다.

구분	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
각 칫솔모의 대장균에 대한 감소율(%)	0	37.5	0	25.0	37.5	87.5	98.3
각 칫솔모의 포도상 구균에 대한 감소율(%)	0	50.0	0	25.0	50.0	62.5	8.8

항균성 테스트 결과, 상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 나노 클레이를 0.4%, 0.5% 함유하여 제조된 실시예 4, 실시예 5의 칫솔모가 PBT 칫솔모(비교예 1)와 유기항균제 함유 칫솔모(비교예 2)보다 항균력이 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.

<실험예 5> 칫솔모의 굴곡 회복률 평가

칫솔모의 굴곡 회복률을 평가하기 위하여 상기에서 제조된 칫솔모들 중 60분 이상의 연속 방사가 가능하여 얻어진 칫솔모(실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4)와 10분 이상의 연속 방사가 가능하여 얻어진 칫솔모(실시예 5)를 통상적인 모의 굴곡 회복률 측정 방법인 KS G 3103;2003 방법을 통해 골곡 회복률을 측정하였다. 상기 방법을 통해 실시한 칫솔모가 갖는 굴곡 회복률은 하기에 기재된 기준에 따라 평가하였고, 그 결과를 표 6에 나타내었다.

-굴곡 회복률의 평가 기준

◎ : 굴곡 회복률 값이 50% 이상으로 매우 우수함,

○ : 굴곡 회복률 값이 26 ~ 49%로 양호함,

× : 굴곡 회복률 값이 25% 이하로 칫솔모로 사용 불가능함

구분	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
각 칫솔모의 굴곡 회복률	36 ~ 39 ≒ 37.5	36 ~ 39 ≒ 37.5	36 ~ 39 ≒ 37.5	39 ~ 42 ≒ 40.5	39 ~ 42 ≒ 40.5	42 ~ 45 ≒ 43.5	42 ~ 45 ≒ 43.5

상기 표 6에 기재한 바와 같이, 나노 클레이를 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%를 함유한 칫솔모(실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5)와 일반 PBT 칫솔모(비교예 1) 및 유기항균제를 함유한 칫솔모(비교예 2) 모두는 골곡 회복률 값이 26 ~ 49%의 범위에 포함되어 양호한 것으로 나타났다. 또한, 나노 클레이를 0.3%, 0.4%, 0.5% 함유한 칫솔모(실시예 3, 실시예 4, 실시예 5)가 일반 PBT 칫솔모(비교예 1)와 유기항균제를 함유한 칫솔모(비교예 2)의 칫솔모보다 골곡 회복률이 3.0에서 5.0% 더 우수한 것으로 나타났다. 따라서 상기 결과로, 본 발명은 일반 PBT 칫솔모와 유기항균제를 함유한 칫솔모보다 더 우수한 굴곡 회복률 효과가 있음을 알 수 있었다.

<실험예 6> 칫솔모의 표면 거칠기 평가

칫솔모의 양치 시의 세정 효과를 평가하기 위하여 상기에서 제조된 칫솔모들 중 60분 이상의 연속 방사가 가능하여 얻어진 칫솔모(실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4)와 10분 이상의 연속 방사가 가능하여 얻어진 칫솔모(실시예 5)의 표면을 전자현미경을 사용하여 각각 관찰하였고 그 결과를 하기 표 7에 기재하였다.

-칫솔모 표면 거칠기 평가 기준

◎ : 칫솔모의 표면이 매우 주름지어 관찰됨,

○ : 칫솔모의 표면이 일부 주름지게 관찰됨,

× : 칫솔모의 표면이 매끄럽게 관찰됨,

구분	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
각 칫솔모의 표면 관찰	×	×	◎	◎	◎	◎	◎

상기 표 7에서 보는 바와 같이, 전자현미경을 사용하여 분석한 칫솔모의 표면의 주름진 정도는 일반 PBT 칫솔모와 유기항균제를 함유한 칫솔모의 경우에는 전혀 관찰되지 않았다(도 5a와 도 5b 참조). 반면 나노 클레이를 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5% 함유하여 제조된 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5의 경우에는 모든 칫솔모의 표면이 매우 주름지게 관찰됨을 알 수 있었다(도 5c 내지 도 5h 참조).

상술한 실험들을 통해 본 발명은 기존의 PBT 칫솔모와 유기항균제를 함유한 칫솔모보다 항균력이 월등히 우수함을 알 수 있었다. 본 발명은 칫솔모의 표면에 서식하는 각종 세균류의 서식을 효과적으로 방지할 수 있기 때문에 구강 내에서 각종 세균으로 인해 발생되는 염증, 충치 및 구취 등을 예방할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 본 발명은 기존의 칫솔모와 달리 칫솔모의 표면에 주름진 요철이 무수하게 형성되어 양치 시 세정 효과를 크게 높일 수 있을 것으로 보인다.

이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

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항균 칫솔모 조성물을 성형하여 형성시키며,
상기 항균 칫솔모 조성물은 합성수지와 유기나노 클레이를 함유하여 항균 활성을 가지고,
상기 유기나노 클레이는 Mg-APTES/PTES 클레이를 포함하며,
상기 Mg-APTES/PTES는 Mg-APTES 및 Mg-PTES를 혼합하여 양이온성 메탈로 고정화한 하이브리드이고,
상기 양이온성 메탈은 Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺,Mn²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Al³⁺ 및 Fe³⁺중에서 선택된 어느 하나이며,
상기 유기나노 클레이는 상기 항균 칫솔모 조성물 전체에서 0.4 내지 0.5중량%로 함유되고,
칫솔모의 표면에 주름진 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 항균 칫솔모.
합성수지에 유기나노 클레이를 첨가한 후 혼합하여 항균 칫솔모 조성물을 조성하는 조성단계와;
상기 항균 칫솔모 조성물을 성형하여 항균 칫솔모를 형성하는 성형단계;를 포함하고,
상기 유기나노 클레이는 Mg-APTES/PTES 클레이를 포함하며, 상기 Mg-APTES/PTES는 Mg-APTES 및 Mg-PTES를 혼합하여 양이온성 메탈로 고정화한 하이브리드이고, 상기 양이온성 메탈은 Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺,Mn²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Al³⁺ 및 Fe³⁺중에서 선택된 어느 하나이며, 상기 유기나노 클레이는 상기 항균 칫솔모 조성물 전체에서 0.4 내지 0.5중량%로 함유되는 것을 특징으로 하는 항균 칫솔모의 제조방법.