KR101514329B1 - 금속산화물로 이루어진 항균층 - Google Patents

금속산화물로 이루어진 항균층 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속산화물로 이루어진 항균층에 관한 것으로, 금속산화물 즉, 산화아연 및/또는 산화칼슘을 이용한 항균 박막 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 더 상세히는 합성수지제의 평판, 예컨대, 안경 렌즈, 휴대전화 디스플레이, 식품 용기, 의료용기 등의 평판의 외부를 금속산화물, 즉 산화아연, 산화칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종으로 진공 코팅하여 이루어진 항균 박막 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

금속산화물로 이루어진 항균층 {ANTIBIOTIC THIN LAYER COMPRISING METAL OXID}
본 발명은 금속산화물 즉, 산화아연 및/또는 산화칼슘을 이용한 항균 박막 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 더 상세히는 합성수지제의 평판, 예컨대, 안경 렌즈, 휴대전화 디스플레이, 식품 용기, 의료용기 등의 평판의 외부를 금속산화물, 즉 산화아연, 산화칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종으로 진공 코팅하여 이루어진 항균 박막 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
현재까지 알려진 항균성을 나타내는 물질로서는 은, 구리, 목초액, 유기약품, 항생제 등이 알려져 있다. 그러나 이러한 물질을 합성수지제의 평판에 이를 이용하는 것은 가능하지 않고, 또한 광촉매활성을 나타내는 산화티타늄 또는 이를 포함하는 금속산화물 복합체 등이 광촉매 활성을 나타내어 항균, 탈취 등의 목적으로 사용할 수 있음이 다수 알려져 있다(예, 특허문헌 1 등). 그러나 이러한 광촉매활성 물질은 광(hμ)에 의해 활성되기 때문에 그에 따른 제약이 많고, 또한 산화티타늄이 가격이 높아 범용적으로 사용하기 적합하지 않다.
또한 산화아연이 ITO(인듐/주석산화물)의 대체물로서 사용하고 자 하는 시도(비특허문헌 1)가 있었으나, 산화아연 자체를 항균물질로서 이용하려는 어떠한 시도나 기재도 없었다.
또한 산화칼슘은 식용 등으로 이용되고 있으며, 특히 면류, 두부, 기타 식품에서의 저장성을 연장시킨다는 보고(비특허문헌 2 등)이 알려져 있으나, 이러한 산화칼슘이 항균성을 갖는다는 연구나, 이를 이용한 항균성 제품이 알려진 바 없다.
특허문헌 1: 대한민국 특허 제10-0409185호 공보
비특허문헌 1: 1997.10.04 매일경제 14면 IT/과학 기사 비특허문헌 2: 한국식품영양과학회지 제39권 제9호 (2010년 9월) pp.1373-1378 1226-3311
합성수지 제품은 유리제품에 비하여 오염되기 쉽고, 오염원인 세균 등을 단순한 세정에 의해서는 제거되지 않고, 끓는 물에 소독하는 것은 합성수지의 변형이 오며, 근년에 전화기의 송수신기에 세균 오염이 심각함이 보고되어 있다(참조, 상지대학교 논문집 제12집(1991.9) pp 67-81).
그러나 대다수의 일반인은 합성수지 제품이 오염되었는지도 인지하지도 못하고 있는 실정이다.
최근 안경 착용자가 급격히 증가하여 전 인구의 약 1/3에 달하고, 또한 휴대전화기 소지자가 우리나라 총인구의 약 70% 이상을 점하고 있으나, 이러한 안경이나 휴대전화의 오염에 대한 취급이나 대책은 전무한 실정이다.
이러한 상황 하에서 안경이나 휴대전화의 디스플레이와 같은 판상 합성수지제의 오염을 방지하는 것이 본 발명의 해결하고자 하는 과제이다.
본 발명자는 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, 산화금속, 즉 산화아연 및/또는 산화칼슘을 합성수지제의 안경렌즈나 휴대폰 디스플레이부에 박막을 형성하여 본 결과, 의외로 항균성이 높음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
그러나, 이러한 금속산화물로 박막을 형성하면 그의 두께에 따라 투과도가 떨어져 안경렌즈나 휴대전화 디스플레이로서 기능을 하지 못하는 단점이 있다. 이에 더 연구를 진행한 바, 박막의 두께를 30nm 이하, 바람직하기로는 20nm 이하로 하면, 투과도에 영향을 주지 않고, 또한 우수한 항균작용을 나타내며, 그의 항균작용의 효과도 장기간 유지됨을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명에 따르면, 안경렌즈, 휴대폰 디스플레이 등과 같은 평판 합성수지 제품의 항균성을 향상시키고, 내스크랫치성도 향상되어 산업상 유용하다.
도 1은 산화아연 및 산화칼슘을 1:1(중량비)로 혼합하여 성막한 경우, 스타필로코쿠스 아우레우수 및 에세리아의 콜라이의 식균상태(도면의 좌측 Blank 표시)와 염색후의 상태(도면의 우측 Sample 표시)를 나타내는 도이다.
도 2는 산화칼슘을 이용하여 성막을 형성한 경우, 스타필로코쿠스 아우레우수 및 에세리아의 콜라이의 식균상태(도면의 좌측 Blank 표시)와 염색후의 상태 (도면의 우측 Sample 표시)를 나타내는 도이다.
도 3은 산화아연을 이용하여 성막을 형성한 경우, 스타필로코쿠스 아우레우수 및 에세리아의 콜라이의 식균상태(도면의 좌측 Blank 표시)와 염색후의 상태 (도면의 우측 Sample 표시)를 나타내는 도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 본 발명의 바람직한 형태의 구조를 예시하고 이에 기하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 예시된 형태만으로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위는 예시된 형태의 통상적인 변경이나 균등물 내지 대체물까지 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 보인 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에서 사용하는 금속산화물이란 전술한 바와 같이 산화아연 및 산화칼슘을 의미한다. 산화아연은 아연화라고 불리는 무정형의 백색분말로 밀도 5.47g/㎤인 것과 6방정계 결정으로 밀도 5.78g/㎤인 것이 존재한다. 또한 탄산아연이나 탄산수산화아연을 하소시켜 순수한 산화아연을 얻을 수 있다. 본 발명에서는 시판의 결정형 산화아연을 사용한다. 또한 산화칼슘은 융점이 2572℃로 탄산칼슘을 하소하여 고순도의 것을 얻든가 또는 질산칼슘과 탄산암모늄 용액으로부터 탄산칼슘을 만들고, 이것을 전기로에서 강열하여 아산화탄소탄화칼슘으로 하고, 공기중의 이산화탄소를 흡수하여 탄산칼슘을 얻기도 한다. 본 발명에서는 탄산칼슘을 하소하여 얻은 산화칼슘을 사용하였다. 이러한 산화칼슘은 도기, 의료용으로 이용되고, 토양개량제로서 이용되기도 하나, 합성수지제의 표면의 코팅재료로 사용된 적은 없다.
이러한 금속산화물을 이용하여 항균층을 형성하는 것은 통상 안경렌즈의 진공증착, 소위 멀티코팅이라고 불리는 방법을 그대로 이용한다.
즉, 광학 제품의 표면에서 고굴절물질과 저굴절물질이 교번하여 복수 개의 층을 이룬 멀티코팅층과, 상기 멀티코팅층 상에 적층된 베이스층과, 상기 베이스층 상에 적층된 항균층 및 상기 항균층 상에 적층된 보호층을 포함하는 층간 항균층이 구비된 멀티코팅에 있어서, 상기 항균층을 전술한 산화아연 및/또는 산화칼슘을 이용하여 형성하는 것이다. 상기에서 고굴절물질 및 저굴절물질이란, CR-39(일반렌즈)에서 굴절률이 1.4이하는 저굴절렌즈, 1.5~1.6은 중굴절렌즈, 1.6이상은 고굴절렌즈를 의미하는 것으로 일반적으로 알려진 굴절률을 나타내는 물질을 의미한다.
이러한 항균층의 두께는 50nm를 초과하면 렌즈나 휴대전화 디스플레이의 투과도가 떨어져 바람직하지 않다. 바람직한 두께는 10~30nm, 더 바람직하기로는 5~20nm이다.
이러한 항균층의 형성은 산화아연 또는 산화칼슘에서 선택된 1종 만을 이용하여 성막하고, 항균성을 살펴보면 양자 모두 항균성을 나타내며, 산화아연과 산화칼슘의 혼합물을 사용하여 성막하여도 항균성을 나타내었다. 본 발명자가 항균시험을 외부에 의뢰한 바, 상기 화합물들을 단독으로 하였을 때보다, 이들을 혼합하여 성막하였을 때, 특히 산화아연과 산화칼슘을 1:1(중량비)로 혼합한 것을 이용하여 성막하고, 황색 포도상 구균 ATCC 6538p 및 대장균 ATCC 8739로 식균하고 항균시험을 측정한 바, 가장 우수한 항균효과를 나타냈다.
산화아연과 산화칼슘의 혼합물을 사용할 때, 이들의 비는 7:3 내지 1:1(중량비)인 경우가 바람직하다.
실시예
산화아연과 산화칼슘의 1:1(중량비) 혼합물을 이용하여 20nm의 두께를 갖는 항균층을 형성하였다.
이러한 항균층이 형성된 렌즈를 하기 시험방법에 따라 항균시험을 측정하였다.
시험예
시험방법
하기 조건으로 JIS 2801을 준용하여 시험하였다.
사용공시균주
균주 1: 황색 포도상 구균(Staphylococcus aureus) ATCC 6538p,
균주 2: 대장균(Escherichia coli) ATCC 8739.
표준 피복필름: Stomacher 400® POLY-BAG
시험조건: 시험균액을 35±1℃
시료 표면적: 25㎠
항균활성치(S): log(Mb/Mc), 감소율 (%): [(Mb-Mc)/Mb]×100
증식치(F): log(Mb/Mc)(1.5 이상)
Ma: 표준시료의 시험균 접종직후의 생균수의 평균(3검체)
Mb: 표준시료의 일정시간(24시간) 배양 후 생균수의 평균(3검체)
Mc: 항균가공시료의 일정시간(24시간) 배향후 생균수의 평균(3검체)
상기 시험방법에 따라 항균시험한 결과, 산화아연:산화칼슘=1:1(중량비)의 혼합물을 상기 균주를 접증, 증식하였을 때는 항균활성치가 99.9%이었고, 산화아연 단독의 항균층을 형성한 경우는 항균활성치가 99.8%이었으며, 산화칼슘 단독의 항균층을 형성한 경우는 항균활성치가 99.6~99.7%이었다. 이 결과의 성적서 및 접촉시의 사진 및 접종 24시간 후의 염색하였을 때의 생존하는 균의 상태를 촬영한 사진을 각각 도 1, 도 2 및 도 3으로 나타낸다.
시험 결과 (1)
산화아연:산화칼슘=1:1(중량비)의 혼합물을 이용하여 항균층을 형성한 후, 그 위에 상기 균주를 접증, 증식하였을 때의 항균활성 시험 결과
Staphylococcus aureus ATCC 6538p
접종균 농도(CFU/㎖) 2.1 × 105
증식치(F) 1.7
Ma 2.1 × 105
Mb 1.0 × 107
Mc < 10
항균활성치 (S) - 감소율 (%) (6.0) 99.9
Escherichia coli ATCC 8739
접종균 농도(CFU/㎖) 2.1 × 105
증식치(F) 1.7
Ma 2.4 × 105
Mb 1.3 × 107
Mc < 10
항균활성치 (S) - 감소율 (%) (6.1 99.9
주, 1) < = 미만, 2) CFU= Colony Forming Unit
시험 결과 (2)
산화칼슘 만을 이용하여 항균층을 형성한 후, 그 위에 상기 균주를 접증, 증식하였을 때의 항균활성 시험 결과
Staphylococcus aureus ATCC 6538p
접종균 농도(CFU/㎖) 2.3 × 105
증식치(F) 1.7
Ma 2.3 × 105
Mb 1.3 × 107
Mc 5.2× 104
항균활성치 (S) - 감소율 (%) (2.4) 99.6
Escherichia coli ATCC 8739
접종균 농도(CFU/㎖) 2.4× 105
증식치(F) 1.7
Ma 2.4 × 105
Mb 1.3 × 107
Mc 3.9× 104
항균활성치 (S) - 감소율 (%) (2.5) 99.7
주 1) < = 미만, 2) CFU= Colony Forming Unit
시험 결과 (3)
산화아연 만을 이용하여 항균층을 형성한 후, 그 위에 상기 균주를 접증, 증식하였을 때의 항균활성 시험 결과
Staphylococcus aureus ATCC 6538p
접종균 농도(CFU/㎖) 2.4 × 105
증식치(F) 1.6
Ma 2.4 × 105
Mb 1.1 × 107
Mc 2.2× 104
항균활성치 (S) - 감소율 (%) (2.7) 99.8
Escherichia coli ATCC 8739
접종균 농도(CFU/㎖) 2.2× 105
증식치(F) 1.7
Ma 2.2 × 105
Mb 1.2 × 107
Mc 2.4× 104
항균활성치 (S) - 감소율 (%) (2.7) 99.9
주 1) < = 미만, 2) CFU= Colony Forming Unit
상기 결과로부터 산화아연 및 산화칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종으로 항균층을 형성한 경우, 항균활성이 99.6~99.9% 감소함을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 광학 제품의 표면에서 굴절률 1.6 이상을 나타내는 고굴절물질과 굴절률 1.4이하를 나타내는 저굴절물질이 교번하여 복수 개의 층을 이룬 멀티코팅층과, 상기 멀티코팅층 상에 적층된 베이스층과, 상기 베이스층 상에 적층된 항균층 및 상기 항균층 상에 적층된 보호층을 포함하는 층간 항균층이 구비된 멀티코팅에 있어서,
    상기 항균층이 산화아연과 산화칼슘의 혼합비가 7:3 내지 5:5(중량비)인 혼합물을 이용하여 진공 증착 형성된 금속산화물로 이루어진 항균층.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서, 항균층의 두께가 5~20nm인 금속산화물로 이루어진 항균층.
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