KR101955710B1 - 나노 다이아몬드 코팅 칫솔 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노 다이아몬드 분말로 칫솔모가 코팅된 나노 다이아몬드 코팅 칫솔 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 칫솔모의 표면을 실란 화합물에 분산된 나노 다이아몬드 분말로 코팅하여 제조되어 치아 미백 효과가 탁월한 나노 다이아몬드 코팅 칫솔 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조 방법에 따른 나노 다이아몬드 코팅 칫솔은 잇몸과 치아에 강한 물리적 자극을 주기 않으면서도 손쉽게 치솔질이 가능하며, 치아의 미백 효과가 탁월한 바 생활용품 관련 산업상 매우 유용한 발명이다.

Description

나노 다이아몬드 코팅 칫솔 및 이의 제조 방법{TOOTHBRUSH COATED WITH NANO SCALED DIAMOND POWDER AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 나노 다이아몬드 분말로 칫솔모가 코팅된 나노 다이아몬드 코팅 칫솔 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 칫솔모의 표면을 실란 화합물에 분산된 나노 다이아몬드 분말로 코팅하여 제조되어 치아 미백 효과가 탁월한 나노 다이아몬드 코팅 칫솔 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 양치질에 사용되는 칫솔은 손으로 잡도록 성형된 칫솔자루와 칫솔자루의 일측 길이 방향의 단부에는 칫솔모가 다수군으로 이식되어져 있으며, 이러한 칫솔모는 일정한 강도와 탄성을 갖고 있어서 양치되는 부분인 치아를 따라 양치하도록 되어 있다.

그러나, 상기 칫솔에 구비된 칫솔모는 단순히 치아를 닦도록 하는 기능밖에 구비되어 있지 않으므로, 치아의 표면에 물리적 힘만을 가하게 되어져 이물질이나, 치석 또는 흡연자의 치아에 흡착된 니코틴 등을 제거하기 위해서는 상당한 압력을 가해 닦지 않으면 안되며, 이러한 물리적 힘으로 인해 치아와 잇몸이 손상되는 문제점이 있다.

또한, 양치 중이거나 보관 중 세균 등이 칫솔모에 생성되어져 사용자가 각종 세균으로부터 감염될 수 있는 문제점이 있다.

특히, 이러한 세균에 의해 치아와 잇몸 또는 입안이 헐거나 상처가 있게되면 질환을 악화 또는 유발하게 되는데, 이러한 세균을 제거하기 위해서는 첨가제로서 고가의 항균제를 첨가하여서 제조해야만 하는 문제점이 있다.

또한, 치약을 사용하게 되는 경우 많은 거품으로 인해 사용도중 완전한 양치가 이루지지지 못한 상태에서 치약을 뱉어내야만 하여서 제대로 된 양치를 하지 못하는 불편이 있으며, 무리한 하중과 건조 및 습함에 따른 피로함으로 쉽게 칫솔모가 변형되어 교체시기가 빠른 단점이 있으며, 이를 조금이나마 해결하기 위해서 역시 고가의 혼합제 등을 첨가한 제품을 수입하여야만 하는 것으로 제조원가가 상승되는 문제점이 있었다.

한편, 나노 다이아몬드 소재는 트리니트로톨루엔(T.N.T), 백색 결정성 비수용성 폭탄인 RDX(Research department explosive) 등의 폭발물의 폭발 시 고온 고압 분위기를 유도하여 생성된 1~4nm의 다이아몬드 결정상의 핵을 비정질 탄소로 둘러싼 독특한 구조의 탄소 재료로서 입경이 작으며 비표면적이 넓음은 물론 표면에 다수의 친수성 작용기를 포함하고 있는 등 독특한 전기적, 화학적, 광학적 특징을 나타내는 것으로 알려져 있다.

이러한 특성으로 현재 다양한 응용분야에서 연구가 진행되고 있으며, 첨단 산업용 소재 및 생활용품에 이르기까지 여러 분야에 폭넓게 사용되고 있다. 특히, 작은 크기와 뛰어난 기계적 강도, 활성을 조절 가능한 독특한 표면 성질 때문에 고분자 재료의 강화 필러로의 응용 가능성이 높은 소재이다.

상기 나노 다이아몬드 소재는 통상, 그 입자의 특성상 건조 시 서로 강하게 응집하여 본연의 입도와 특성을 나타내지 않으므로 친수성인 표면성질을 이용하여 증류수와 9:1의 비율로 혼합, 분산된 수용성 액상제품 또는 분말이 공급되고 있다. 액상 제품은 수성 코팅 용액에는 바로 적용이 가능하나 대부분의 고분자 수지 코팅액은 유성 용제를 사용하므로 적용이 불가능하여 분말 제품을 사용해야 한다. 그러나, 나노 다이아몬드 분말 제조과정 중 나노 다이아몬드 입자는 정제 및 건조과정에서 필연적으로 단단하게 뭉치게 되어, 단위 입자는 4~10nm로 매우 작으나 분말 나노 다이아몬드 입자는 각각의 크기가 마이크론 크기 이상이다.

따라서, 분말의 경우 바로 사용 시 코팅용액과 상용성이 있는 용제 내에서의 분쇄 및 분산 과정 및 친수성 표면을 개선하는 과정 없이는 이후 응용이 불가능하다.

KR 10-2000-0024117 A KR 10-2014-0105096 A KR 10-2008-0093625 A KR 10-2017-0092769 A

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 물리적 힘을 크게 가하지 않아 치아와 잇몸이 손상되지 않으면서도 치아의 미백 효과가 탁월한 나노 다이아몬드가 코팅된 칫솔 및 이의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 칫솔자루 및 상기 칫솔자루의 일측 단부에 칫솔모가 구비된 칫솔에 있어서, 상기 칫솔모는 표면이 나노 다이아몬드로 코팅된 것을 특징으로 하는 나노 다이아몬드 코팅 칫솔을 제공한다.

상기 나노 다이아몬드의 직경은 100~500nm인 것이 바람직하다.

상기 나노 다이아몬드는 실란 화합물에 분산된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 (1) 직경 100~500nm의 나노 다이아몬드 분말을 제조하는 단계; (2) 상기 나노 다이아몬드 분말을 실란 화합물에 분산시켜 코팅 용액을 제조하는 단계; (3) 상기 코팅 용액을 칫솔모에 스프레이 코팅하는 단계; (4) 코팅된 칫솔모를 열처리하는 단계; 및 (5) 코팅된 칫솔모를 칫솔자루의 일측 단부에 이식하는 단계를 포함하는 나노 다이아몬드 칫솔의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제조 방법에 따른 나노 다이아몬드 코팅 칫솔은 잇몸과 치아에 강한 물리적 자극을 주기 않으면서도 손쉽게 치솔질이 가능하며, 치아의 미백 효과가 탁월한 바 생활용품 관련 산업상 매우 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 나노 다이아몬드 코팅 칫솔의 제조 공정을 순서도로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 나노 다이아몬드 코팅 칫솔의 사시도 및 확대도를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 발명자는 강한 물리적 자극 없이도 치아의 미백 효과가 탁월한 칫솔모를 개발하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 칫솔모에 나노 다이아몬드 분말이 분산된 코팅 용액으로 코팅하는 경우 부드러운 칫솔질로도 치아 미백 효과가 현저히 우수해짐을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 칫솔자루 및 상기 칫솔자루의 일측 단부에 칫솔모가 구비된 칫솔에 있어서, 상기 칫솔모는 표면이 나노 다이아몬드로 코팅된 것을 특징으로 하는 나노 다이아몬드 코팅 칫솔을 제공한다.

상기 나노 다이아몬드는 분말상이며, 직경 100~500nm인 것이 바람직하다. 상기 직경이 100nm 미만인 경우에는 코팅을 위한 용액 제조시 나노 다이아몬드 분말의 분산성이 좋지 못하며, 500nm를 초과하는 경우에는 코팅된 칫솔모의 강도가 커져서 잇몸과 치아에 미세한 손상을 줄 염려가 있다. 직경 100~500nm의 나노 다이아몬드 분말은 미크론 크기의 나노 다이아몬드 분말을 유기 용매에 혼합하여 밀링 공정을 수행함으로써 수득될 수 있다. 이때 유기 용매 100중량부에 대하여 나노 다이아몬드 분말을 5~10중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

유기 용매에 포함된 나노 다이아몬드 분말을 칫솔모에 적용시키기 위하여 액상의 실란 화합물에 분산시킬 수 있는데, 상기 실란 화합물은 알콕시기 또는 에폭시기가 치환된 알킬 실란 화합물, 예를 들어, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란일 수 있다. 이때, 유기 용매 상의 나노 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 5~10중량부의 실란 화합물을 첨가하여 분산시키고, 상기 결과물 100중량부에 대하여 500~1,000중량부의 상용 유성 코팅 용액을 혼합하여 코팅 용액을 제조한다.

상기 코팅 용액에는 코팅 용액 100중량부에 대하여 미선나무 에탄올 추출물 5~10중량부가 추가로 포함될 수 있다. 미선나무는 최근 다양한 생리 활성 기능이 알려지면서 주목받고 있는 천연물로서, 미선나무의 이름은 아름다운 부채라는 뜻의 미선(美扇) 또는 부채의 일종인 미선(尾扇)에서 유래한다. 열매의 모양이 둥근 부채를 닮아 미선나무라고 부르는데, 우리나라에서만 자라는 한국 특산식물이다. 볕이 잘 드는 산기슭에서 자란다. 높이는 1m에 달하고, 가지는 끝이 처지며 자줏빛이 돌고, 어린 가지는 네모진다. 잎은 마주나고 2줄로 배열하며 달걀 모양 또는 타원 모양의 달걀형이고 길이가 3~8cm, 폭이 5~30mm이며 끝이 뾰족하고 밑 부분이 둥글며 가장자리가 밋밋하다. 잎자루는 길이가 2~5mm이다. 꽃은 지난해에 형성되었다가 3월에 잎보다 먼저 개나리 꽃모양의 흰색 꽃이 총상꽃차례로 수북하게 달린다. 연분홍색의 꽃이 달리는 경우도 있지만 흔치않다. 노란색의 개나리꽃은 향기가 없지만 미선나무의 꽃은 향기가 뛰어나다. 꽃받침은 종 모양의 사각형이고 길이가 3~3.5mm이며 4개로 갈라지고, 갈라진 조각은 달걀을 거꾸로 세운 모양 또는 달걀 모양의 원형이다. 화관은 꽃받침보다 길고 4개로 갈라진다. 수술은 2개이다. 열매는 시과이고 둥근 타원 모양이며 길이가 25mm이고 끝이 오목하며 둘레에 날개가 있고 2개의 종자가 들어 있다. 종자와 꺾꽂이로 번식한다. 한국 특산종으로 충청북도 괴산군과 진천군에서 자라는데 이들이 자생하는 지형은 거의 돌밭으로 척박한 곳에서 자라는 독특한 생태를 가지고 있다. 미선나무의 종류는 흰색 꽃이 피는 것이 기본종이다. 분홍색 꽃이 피는 것을 분홍미선(for. lilacinum), 상아색 꽃이 피는 것을 상아미선(for. eburneum), 꽃받침이 연한 녹색인 것을 푸른미선(for. viridicalycinum), 열매 끝이 패지 않고 둥글게 피는 것을 둥근미선(var. rotundicarpum)이라고 한다. 미선나무의 자생지는 천연기념물로 지정되어 보호받고 있으며, 멸종위기 야생식물 2급으로 지정되어 있다. 본 발명에서는 미선나무를 에탄올로 추출한 분말상의 추출물을 상기 코팅 용액에 첨가함으로써 치아 미백 효과를 더욱 강화시키고자 하였다. 미선나무 에탄올 추출물의 제조 공정은 다음과 같다. 우선, 미선나무 줄기를 건조시켜 세절한 후, 미선나무 건조 중량의 5~10배의 에탄올을 가하여 10~12시간 동안 추출한다. 추출액은 동결 건조 방식으로 분말상의 미선나무 에탄올 추출물을 수득할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 나노 다이아몬드가 코팅된 칫솔은 사용자가 칫솔질을 할때 강한 물리적 자극을 주어 잇몸과 치아의 손상을 주지 않고도 탁월한 치아 미백 효과를 볼 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 나노 다이아몬드 칫솔의 제조 공정을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명은 (1) 직경 100~500nm의 나노 다이아몬드 분말을 제조하는 단계; (2) 상기 나노 다이아몬드 분말을 실란 화합물에 분산시켜 코팅 용액을 제조하는 단계; (3) 상기 코팅 용액을 칫솔모에 스프레이 코팅하는 단계; (4) 코팅된 칫솔모를 열처리하는 단계; 및 (5) 코팅된 칫솔모를 칫솔자루의 일측 단부에 이식하는 단계를 포함하는 나노 다이아몬드 칫솔의 제조 방법을 제공한다.

상기 단계 (1)은 본 발명의 칫솔모에 코팅될 나노 다이아몬드 분말을 제조하는 공정이다. 상기 나노 다이아몬드는 분말상이며, 직경 100~500nm인 것이 바람직하다. 상기 직경이 100nm 미만인 경우에는 코팅을 위한 용액 제조시 나노 다이아몬드 분말의 분산성이 좋지 못하며, 500nm를 초과하는 경우에는 코팅된 칫솔모의 강도가 커져서 잇몸과 치아에 미세한 손상을 줄 염려가 있다. 직경 100~500nm의 나노 다이아몬드 분말은 미크론 크기의 나노 다이아몬드 분말을 유기 용매에 혼합하여 밀링 공정을 수행함으로써 수득될 수 있다. 이때 유기용매 100중량부에 대하여 나노 다이아몬드 분말을 5~10중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유기 용매는 특별히 한정되지는 않지만, 바람직하게는, 밀링 공정에서 쉽게 휘발하지 않는 특성을 갖는 N-메틸피롤리돈일 수 있다.

상기 단계 (2)는 단계 (1)로부터 제조된 나노 다이아몬드 분말을 용액 중에 분산시켜 코팅 용액을 제조하는 공정이다. 유기 용매에 포함된 나노 다이아몬드 분말을 칫솔모에 적용시키기 위하여 액상의 실란 화합물에 분산시킬 수 있는데, 상기 실란 화합물은 알콕시기 또는 에폭시기가 치환된 알킬 실란 화합물, 예를 들어, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란일 수 있다. 이때, 유기 용매 상의 나노 다이아몬드 분말 100중량부에 대하여 5~10중량부의 실란 화합물을 첨가하여 충분히 교반 과정을 통하여 분산시키고, 상기 결과물 100중량부에 대하여 500~1,000중량부의 상용 유성 코팅 용액을 혼합하여 코팅 용액을 제조한다. 상기 유성 코팅 용액은 폴리테트라플루오로에틸렌일 수 있다.

상기 코팅 용액에는 코팅용액 100중량부에 대하여 미선나무 에탄올 추출물 5~10중량부가 추가로 포함될 수 있다. 미선나무는 최근 다양한 생리 활성 기능이 알려지면서 주목받고 있는 천연물로서, 본 발명에서는 미선나무를 에탄올로 추출한 분말상의 추출물을 상기 코팅 용액에 첨가함으로써 치아 미백 효과를 더욱 강화시키고자 하였다. 미선나무 에탄올 추출물의 제조 공정은 다음과 같다. 우선, 미선나무 줄기를 건조시켜 세절한 후, 미선나무 건조 중량의 5~10배의 에탄올을 가하여 10~12시간 동안 추출한다. 추출액은 동결 건조 방식으로 분말상의 미선나무 에탄올 추출물을 수득할 수 있다.

상기 단계 (3)은 제조된 코팅 용액을 칫솔모에 코팅하는 공정이다. 통상 스프레이 방식으로 코팅할 수 있으며, 코팅된 칫솔모는 자연 건조 방식으로 건조시킬 수 있다.

상기 단계 (4)는 칫솔모의 코팅층을 안정화시키기 위한 열처리 공정으로서, 통상 60~80℃에서 1~3시간 동안 열풍 건조기에서 수행될 수 있다.

상기 단계 (5)는 열처리된 칫솔모를 칫솔자루의 일측 단부에 이식하는 공정으로서, 통상 칫솔모를 칫솔자루에 이식하는 일반적으로 방식을 적용 가능하다.

이하에서는, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 구체예를 기재한 것이며, 하기 실시예에 기재된 사항에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

실시예 1

평균 직경 300nm의 나노 다이아몬드 분말을 제조하기 위하여, 유기 용매로서 N-메틸피롤리돈 100중량부에 평균 직경 2,000nm 크기의 나노 다이아몬드 분말 5중량부를 첨가하여 밀링 공정을 수행하였다. 상기 결과물 100중량부에 대하여, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 5중량부를 첨가하여 5시간 동안 교반 과정을 통하여 분산시키고, 상기 결과물 100중량부에 대하여 1,000중량부의 폴리테트라플루오로에틸렌을 혼합하여 코팅 용액을 제조하였다. 제조된 코팅 용액을 수지 소재의 칫솔모에 스프레이 방식으로 분사하여 칫솔모의 표면을 코팅하고, 자연 건조 방식으로 건조시킨 후, 80℃에서 1시간 동안 열풍 건조기에서 열처리하였다. 열처리된 칫솔모를 칫솔자루의 일측 단부에 기계적 방식으로 이식하여 나노 다이아몬드 코팅 칫솔을 제조하였다.

실시예 2

평균 직경 300nm의 나노 다이아몬드 분말을 제조하기 위하여, 유기 용매로서 N-메틸피롤리돈 100중량부에 평균 직경 2,000nm 크기의 나노 다이아몬드 분말 5중량부를 첨가하여 밀링 공정을 수행하였다. 상기 결과물 100중량부에 대하여, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 5중량부를 첨가하여 5시간 동안 교반 과정을 통하여 분산시키고, 상기 결과물 100중량부에 대하여 1,000중량부의 폴리테트라플루오로에틸렌을 혼합하여 코팅 용액을 제조하였다. 미선나무 줄기를 건조시켜 세절한 후, 미선나무 건조 중량의 5~10배의 에탄올을 가하여 10시간 동안 추출하였다. 추출액은 필터링한 후 동결 건조 방식으로 분말상의 미선나무 에탄올 추출물을 수득하여, 상기 코팅 용액 100중량부에 대하여 5중량부를 첨가하였다. 제조된 코팅 용액을 수지 소재의 칫솔모에 스프레이 방식으로 분사하여 칫솔모의 표면을 코팅하고, 자연 건조 방식으로 건조시킨 후, 80℃에서 1시간 동안 열풍 건조기에서 열처리하였다. 열처리된 칫솔모를 칫솔자루의 일측 단부에 기계적 방식으로 이식하여 나노 다이아몬드 코팅 칫솔을 제조하였다.

비교예

시판되는 L사의 칫솔을 구입하여 하기 실험에 사용하였다.

실험예

상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예의 칫솔을 30인으로 이루어지는 평가단을 3그룹으로 분류하여 각 그룹에 1달 동안 사용하여 한 후, 아래 항목에 대한 평가를 5점 척도법에 따라 평가하였다.

대상	사용감	사용 후 잇몸 상태	미백 효과
실시예 1	4.6	4.5	4.5
실시예 2	4.5	4.6	4.8
비교예	4.5	4.3	3.3

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2의 칫솔은 시판되는 비교예의 칫솔과 비교하여 사용감에 차이가 없었으나, 사용 후 잇몸 상태가 비교적 양호해지고, 미백 효과가 현저히 개선됨을 확인할 수 있었다. 나아가, 실시예 1과 실시예 2의 칫솔 간의 미백 효과도 유의미한 차이를 확인할 수 있었다.

10---칫솔모
11---수지재
12---나노 다이아몬드 코팅층
20---칫솔 일측 단부
30---칫솔자루
100---칫솔

Claims (4)

1. 칫솔자루 및 상기 칫솔자루의 일측 단부에 칫솔모가 구비된 칫솔에 있어서, 상기 칫솔모의 표면은, 직경이 100~500nm이고, 미선나무 에탄올 추출물이 포함된 실란 화합물에 분산된 나노 다이아몬드로 코팅된 것을 특징으로 하는 나노 다이아몬드 코팅 칫솔.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. (1) 직경 100~500nm의 나노 다이아몬드 분말을 제조하는 단계;
   (2) 미선나무 줄기를 건조시켜 세절한 후, 미선나무 건조 중량의 5~10배의 에탄올을 가하여 10~12시간 동안 추출하되 추출액은 동결 건조 방식으로 분말상의 미선나무 에탄올 추출물을 수득하는 미선나무 에탄올 추출물 제조 단계;
   (3) 상기 나노 다이아몬드 분말을 알콕시기 또는 에폭시기가 치환된 알킬 실란 화합물에 분산시켜 코팅 용액을 제조하되 코팅 용액 100중량부에 대하여 미선나무 에탄올 추출물 5~10중량부를 추가하는 코팅 용액을 제조하는 단계;
   (4) 상기 코팅 용액을 칫솔모에 스프레이 코팅하는 단계;
   (5) 코팅된 칫솔모를 열처리하는 단계; 및
   (6) 코팅된 칫솔모를 칫솔자루의 일측 단부에 이식하는 단계;를 포함하는 나노 다이아몬드 칫솔의 제조 방법

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