KR101975955B1 - 맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 맥섬석 분쇄물과 물을 일정 비율로 혼합하여 슬러리를 수득하는 슬러리제조단계와; 상기 슬러리에 항균물질과 발포제를 첨가하여 더 혼합하여 과립화혼합물을 수득하는 1차혼합단계와; 과립기를 이용하여 상기 과립화혼합물을 0.1~1.5mm의 범위 이내의 평균입경의 과립상으로 성형하여 맥섬석 과립을 수득하는 과립성형단계와; 펠렛 형태의 플라스틱 원재료를 준비하여 상기 맥섬석 과립과 혼합하여 펠렛혼합물을 제조하는 2차혼합단계와; 상기 펠렛혼합물을 교반하여 180 ~ 250℃조건에서 용융 및 압출하는 압출단계와; 상기 용융 압출된 압출물을 냉각하고 절단하여 마스터배치를 제조하는 냉각절단단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 맥섬석 과립을 펠렛형태의 플라스틱 원료에 일정비율로 혼합하여 마스터배치를 성형하되, 표면에 맥섬석 과립 코팅층이 형성된 마스터배치와 플라스틱제품의 원재료를 일정비율로 혼합하여 재성형할 경우, 플라스틱과 비닐제품의 표면 및 소재에서 발생되는 항균, 살균 기능으로 인해 실생활에서 실용적으로 유용하게 활용할 수 있다.

Description

맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법{Manufacturing method of antimicrobial plastic masterbatch using macsumsuk granule}

본 발명은 플라스틱 제품을 제조하기 위해 사용되는 마스터배치를 제조하는 방법에 관한 것으로, 펠렛을 용융시킬 때 항균성 물질을 포함하면서 맥섬석을 원료로 하는 다공질의 소성과립을 첨가하여 우수한 항균 효과를 발휘할 수 있도록 한, 맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법에 관한 것이다.

항균 플라스틱은 플라스틱에 항균 물질이 포함되어 살균 및 항균 작용을 하며, 항곰팡이 능력, 부패 방지, 신선도 유지, 악취 제거 등의 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

항균 플라스틱의 제조와 관련된 기술로, "항균 플라스틱 소재, 항균 플라스틱, 항균 플라스틱 제조용 마스터배치, 및 항균 플라스틱의 제조방법"(한국 등록특허공보 제10-1334283호, 특허문헌 1)에는 1차 입자가 집한된 2차 입자로 이루어진 분말 형태의 코팅되지 않은 산화아연을 포함하는 플라스틱 소재에 관한 기술이 공개되어 있다.

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.

산화아연은 탁월한 자외선 차단 효과로 인하여 광범위하게 사용되어 온 제품이나 지속적인 효과를 발휘하기 힘들고, 플라스틱의 물성을 저해하는 문제점이 있었다.

또한, 기존 은나노 입자를 적용하려던 많은 노력이 있어 왔으나, 은나노 입자의 분리 문제 문제점이 있으며, 표면 코팅 방식이 아닌 플라스틱 자체에 함유되도록 하는 점에서 고른 품질을 제공하지 못할 뿐만 아니라 항균력이 떨어지는 문제점도 있었다.

KR 1001334283 (2013.11.22)

본 발명의 맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 마스터배치로 사용되었을 경우 우수한 항균 효과를 발휘할 수 있게 하는 제조 방법을 제공하려는 것이다.

특히, 맥섬석을 이용하여 내부에 빈 공간이 형성된 과립을 형성하고, 이 과립의 빈 공간 내부에 플라스틱 원료가 채워진 채 압출되도록 하여 플라스틱 제품 성형 과정에서 마스터배치간의 결합이 원할하고, 맥섬석 과립과 플라스틱 원료가 잘 분리되지 않게 하여 플라스틱 제품의 물성 저하를 방지할 수 있게 하려는 것이다.

또한, 항균물질인 은나노 입자가 과립의 성형 과정에 첨가 가공되고, 이후 과립이 소결 처리되는 과정에서 과립에 견고하에 일체화되도록 하여 플라스틱 제품의 제조를 위한 용융 처리 과정에서 비중이나 원심력에 의해 한 곳으로 치우치는 현상을 방지하여 항균효과가 전체 제품에 고르게 이루어질 수 있게 하려는 것이다.

더 나아가, 성형되는 플라스틱 제품의 표면 또는 내용물 중의 맥섬석 과립에서 발생되는 원적외선과 항균 성분이 각종 세균이나 곰팡이를 억제하고, 신선도를 장기간 유지할 수 있도록 하며, 플라스틱의 물성 저하를 방지할 수 있게 하려는 것이다.

본 발명의 맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법에 있어서, 맥섬석 분쇄물과 물을 일정 비율로 혼합하여 슬러리를 수득하는 슬러리제조단계와; 상기 슬러리에 항균물질과 발포제를 첨가하여 더 혼합하여 과립화혼합물을 수득하는 1차혼합단계와; 과립기를 이용하여 상기 과립화혼합물을 0.1~100㎛의 범위 이내의 평균입경의 과립상으로 성형하여 소결시킨 맥섬석 과립을 수득하는 과립성형단계와; 펠렛 형태의 플라스틱 원재료를 준비하여 상기 맥섬석 과립과 혼합하여 펠렛혼합물을 제조하는 2차혼합단계와; 상기 펠렛혼합물을 교반하여 180 ~ 250℃조건에서 용융 및 압출하는 압출단계와; 상기 용융 압출된 압출물을 냉각하고 절단하여 마스터배치를 제조하는 냉각절단단계;를 포함하여 구성된다.

상기한 구성에 있어서, 상기 과립성형단계 이후에 상기 맥섬석 과립을 소성하여 내부에 빈 공간이 형성되고, 표면에 다공이 형성된 형태가 되도록 하는 소성단계;가 더 진행되며, 상기 압출단계에서 용융된 플라스틱 원료가 상기 맥섬석 과립 내부의 빈 공간에 채워져 결합되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 맥섬석 분쇄물은 맥섬석 원광을 고온 소성한 후 분쇄하여 수득된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 2차혼합단계에서 맥섬석 과립은 펠렛혼합물 100중량% 중 20 ~ 70 중량% 포함되도록 혼합되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 항균 물질은 은나노 입자인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 자체 항균성을 가지는 맥섬석 과립을 펠렛형태의 플라스틱 원료에 일정비율로 혼합하여 마스터배치를 성형함으로써 플라스틱 제품의 표면 및 소재에서 발생되는 항균, 살균 기능으로 인해 실생활에서 실용적으로 유용하게 활용할 수 있다.

또한, 플라스틱 제품의 표면 또는 포장된 내용물에 서식하는 미생물 및 곰팡이를 살균, 억제시킴에 따라 포장물의 신선도를 높여 국민건강 증진에 기여할 수 있다.

특히, 맥섬석을 이용하여 내부에 빈 공간이 형성된 과립을 형성하고, 이 과립의 빈 공간 내부에 플라스틱 원료가 채워진 채 압출되도록 하여 플라스틱 제품 성형 과정에서 마스터배치간의 결합이 원할하고, 맥섬석 과립과 플라스틱 원료가 잘 분리되지 않게 하여 플라스틱 제품의 물성 저하를 방지할 수 있게 된다.

또한, 항균물질인 은나노 입자가 과립의 성형 과정에 첨가 가공되고, 이후 과립이 소결 처리되는 과정에서 과립에 견고하에 일체화되도록 하여 플라스틱 제품의 제조를 위한 용융 처리 과정에서 비중이나 원심력에 의해 한 곳으로 치우치는 현상을 방지하여 항균효과가 전체 제품에 고르게 이루어질 수 있게 된다.

더 나아가, 성형되는 플라스틱 제품의 표면 또는 내용물 중의 맥섬석 과립에서 발생되는 원적외선과 항균 성분이 각종 세균이나 곰팡이를 억제하고, 신선도를 장기간 유지할 수 있도록 하며, 플라스틱의 물성 저하를 방지할 수 있게 된다.

도 1은 맥섬석 과립의 현미경 사진.
도 2는 맥섬석의 방사율을 나타낸 그래프.
도 3은 맥섬석의 분광복사율을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에서 맥섬석 과립의 형상을 나타낸 현미경 사진.
도 5는 본 발명에서 제조된 마스터배치의 일 예를 나타낸 사진.
도 6은 본 발명에 따른 플라스틱 원료, 맥섬석 과립 및 제조된 마스터배치를 좌측에서 우측으로 연속하여 나타낸 사진.
도 7은 본 발명에 의해 제조된 플라스틱 용기와 비교 대상 용기의 미생물 측정 실험 결과를 나타낸 표.
도 8은 본 발명에 따른 마스터배치를 이용한 식품 포장 용기와 시중 용기를 이용하여 토마토 저장 실험상태를 나타낸 사진들.

이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

1. 슬러리제조단계

맥섬석 분쇄물과 물을 일정 비율로 혼합하여 슬러리를 수득한다.

맥섬석 분쇄물은 원광을 분쇄하여 사용할 수도 있으나, 가급적 소결한 후 분쇄한 것을 사용하는 것이 좋다.

맥섬석은 본 출원인이 출원한 여러 선행문헌들에 설명된 바 있는데, 도 1에는 0.1∼100㎛의 맥섬석 과립의 현미경 사진이 나타나 있다.

이러한 맥섬석은 아래 표 1에 그 성분이 나타나 있다.

<맥섬석의 성분과 함량>

성분명	함량(중량%)
이산화규소(Si02) 산화알루미늄(Al2O3) 산화철(Fe2O3) 산화칼슘(CaO) 산화마그네슘(MgO) 산화칼륨(K2O) 산화나트륨(Na2O) 이산화티탄(TiO2) 오산화인(P2O5) 산화망간(MnO) 강열감량	68.80 12.99 2.47 1.99 0.56 4.53 6.25 0.23 0.06 0.06 2.09

맥섬석은 화성암류 중의 석영반암에 속하는 암석으로 전체적으로는 풍화되어 깨지기 쉬운 것이 특징이고, 특히 흰 장석은 카오린화 되어 있는 경우가 많으며, 흑운모도 거의 산화되어 산화철의 형태로 산재해 있다.

각섬석이 다량 함유되어 있는 점이 특징이며, 산화마그네슘(MgO) 다량포함되어 있어 α선이 존재하며 생물에게 좋은 영향을 주는 작용이 있는 것으로 알려져 있다.

맥섬석에서 발생하는 파장은 8~14㎛의 범위 이내로 생체에 가장 유익한 파장대의 원적외선으로 알려져 있다. 이 파장대의 원적외선은 생체세포를 활성화시켜 신진대사를 촉진시키는 것으로 알려져 있다.

맥섬석은 암석 상태에서 발생하는 원적외선의 방사율보다 맥섬석을 미분말화(1~6㎛) 하였을 때 발생하는 원적외선의 방사율이 높아진다는 점에 착안하여 본 발명에서는 맥섬석을 분말화 하여, 특히 소성 후 분말화하고, 이를 과립형으로 제조하여 용융된 플라스틱 원료가 내부에 수용되는 담체로 활용하는 것을 특징으로 한다. 이렇게 형성될 경우 플라스틱 원료와 맥섬석의 무기질 성분이 내부에서 견고한 결합을 이루게 되며, 플라스틱 사출품의 강도와 같은 물성의 저하를 억제하고, 외관의 품질 저하를 방지할 수 있게 된다.

그 밖에 맥섬석의 작용은 다공성에 의한 흡착, 무기질의 석출, 수질의 조절, 수중 용존산소량의 증가 등의 기능을 나타낸다.

특히, 맥섬석은 산소와 반응하여 아주 높은 산화형태의 0²와 OH(수산기)를 가지므로 매우 강한 산화성과 환원성을 갖는다. 이로 인해 세균의 세포막을 뚫고 세포막의 단백질을 변질시켜 세균세포가 파괴되고, 세균을 살균시키는 작용을 하게 된다.

이는 곧 별도의 항균물질 사용량을 최소화할 수 있게 함을 의미한다.

또한, 맥섬석의 원적외선 방사량을 도 2에, 분광복사율을 도 3에 나타내었다. 도 2에서의 방사량의 단위는 180℃에서 측정하는 것을 기준으로 하여 W/㎡ㆍ㎛이며, 흑체와 유사하게 높은 원적외선 방사량을 나타냄을 확인할 수 있다. 도 2, 3의 그래프는 한국 원적외선 응용평가 연구원에서 측정한 결과이다.

맥섬석 원광의 소결분쇄물은 먼저 맥섬석 원료를 로에 넣어 적재한 다음, 온도와 압력을 조절하여 1,200℃에 도달하도록 한다.

이때, 로 내의 온도가 1,040℃까지 상승한 다음에는 로 내부를 불완전 연소상태로 만들고, 로내 압력을 상승시켜 로의 내부온도를 균일하게 하여 원료 전체의 소결상태를 안정화시킨 후 1,200℃에 이르게 한다.

1시간 동안 1,200℃를 유지하게 하여 맥섬석의 화학적 성분이 재결정 결합, 즉 공유결합이 되도록 한다.

소결이 완료되면 온도를 서서히 하강시켜 소화 후, 5시간 만에 800℃에 이르게 하고, 800℃가 되면 완전히 개방하여 시간당 100℃씩 냉각키고, 이후 수득된 소결체를 먼저 습식분쇄기를 이용하여 0.1~100㎛ 입자로 분쇄한다.

맥섬석 분쇄물과 물의 혼합 비율은 2 : 1의 중량비가 되도록 함이 바람직하다.

물의 함량이 상기 비율을 초과할 경우 성형 과정에서 과립의 형상 유지가 어렵게 되며, 물의 비율이 상기 특정 비율 미만일 경우에는 과립화되기 어렵게 된다.

2. 1차혼합단계

상기 슬러리에 항균물질과 발포제를 첨가하여 더 혼합하여 과립화혼합물을 수득한다.

항균물질로는 은나노 입자를 사용하는 것이 바람직하다.

발포제는 탄산칼슘과 탄산나트륨의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

발포제는 소성시 열분해에 의해 이산화탄소를 발생시키고, 과립 내부에서 발생된 이산화탄소는 과립 내부에서 기공을 형성 후, 가스는 과립입자 사이로 방출되어 기공율 높여 플라스틱 원료가 내부에 침투하여 플라스틱 사출 성형시 물성을 향상시켜주게 된다.

또, 과립 표면에서 형성된 이산화탄소는 과립의 표면적을 크게 하여 과립 외부의 플라스틱 원료와의 결합이 원할히 이루어져 역시 물성을 향상시켜주게 된다.

이때, 발포제의 사용량은 상기 슬러리 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부 첨가됨이 바람직하다.

항균물질의 사용량은 상기 슬러리 100 중량부를 기준으로 0.001 ~ 0.1 중량부 첨가됨이 바람직하다.

3. 과립성형단계

과립기를 이용하여 상기 과립화혼합물을 0.1~100㎛의 범위 이내의 평균입경의 과립상으로 성형하여 맥섬석 과립을 수득한다.

과립기는 스프레이 드라이공법이 적용되는 것이 바람직하다.

과립성형단계는 보다 구체적으로, 과립기의 열풍로 버너를 점화하여 온도를 상승시켜 로의 내부온도가 1,000℃에 도달하게 하고, 1,000℃가 되면 송풍기를 가동하여 열을 사이클론 내부로 이동시키고, 내부온도가 300℃가 되면 사이클론 하단부에 노즐을 투입시키고, 40㎏f/㎠의 펌프압력으로 미세하게 분쇄된 과립화혼합물을 중량이 유입하는 상부점까지 품어 올린다.

이때, 방사된 액상은 사이클론 상부측면에서 유입되는 열풍으로 인해 와류를 일으키며 낙하하게 되며, 이로 인하여 환 형태가 형성되며, 300℃를 유지하는 내부열로 인해 원료에 함유된 수분이 증발하며 이로 인한 기공이 형성된 0.1~100㎛ 입자크기의 맥섬석 과립이 수득된다.

이 과정에서 슬러지의 수분함량을 높이면 과입자에 포함된 수분은 내부에서 급격한 기화가 일어나며, 이때 형성된 기포가 온도팽창으로 압력이 높아지고, 일정한 압력이상이 되면 구형의 표면을 뚫고 환상의 과립형태로 형성된다. 수증기가 빠져나간 환상형태의 과립은 물분자가 있던 자리에 작은 기공을 형성하고, 내부에서 파포된 자리는 0.1~1.5 mm의 환형으로 과립의 비중을 감소시키는 역할과 미크론 크기의 담체 역할을 한다.

제조된 맥섬석 과립은 도 4와 같이 구형에 가까운 형상을 이루게 되며, 파쇄된 분말 크기로는 0.1～10㎛ 정도가 좋다.

도 4의 좌측은 400배, 우측은 300배 확대한 사진이다.

3-1. 소성단계;

상기 과립성형단계 이후에 상기 맥섬석 과립을 소성하여 다공질을 갖도록 하는 소성단계;가 더 진행될 수 있다.

소성 온도는 100 ~300℃의 온도 범위가 적당하며, 소성으로 인해 과립이 형성될때 습기를 제거하고 또 강도가 일률적으로 높아져 압출단계를 진행할 때, 과립 형태가 붕괴되는 것을 일률적으로 되도록 도와준다.

이로 인해 환상의 과립 형태 유지가 가능하게 되며, 이 결과로 환상 내부의 공간에는 사출 과정에서 플라스틱 원료가 채워진 상태를 유지할 수 있게 되며, 우수한 물성을 보다 더 잘 유지할 수 있게 된다.

4. 2차혼합단계

펠렛 형태의 플라스틱 원재료를 준비하여 상기 맥섬석 과립과 혼합하여 펠렛혼합물을 제조한다.

이때, 플라스틱 원재료와 상기 맥섬석 과립의 혼합 비는 플라스틱 원재료의 재질, 사출 성형하고자 하는 플라스틱 제품의 물적 특성에 따라 달라질 수 있다.

플라스틱 원료로는 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear Low Density Polyethylene, LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene, LDPE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리 부틸렌 테레프탈레이트(Poly Butylene Terephthalate, PBT), 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride, PVC), 스타이렌 아크릴로니트릴 공중합체(Styrene Acrylonitrile Copolymer, SAN), 아크릴로니트릴 부타디엔 스타이렌 공중합체(Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS) 및 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 등이 사용될 수 있다.

이러한 상술한 합성수지는 비분해성 열가소성 수지인 것을 특징으로 한다.

상술한 비분해성 열가소성 수지가 플라스틱 원료로 사용될 경우 맥섬석 과립과의 혼합 비는 맥섬석 과립이 전체 펠렛혼합물의 20 ~ 70 중량%가 됨이 바람직하다.

5. 압출단계

상기 펠렛혼합물을 교반하여 180 ~ 250℃조건에서 용융 및 압출한다.

압출기는 통상의 용융압출기를 통해 진행되며, 다만 온도는 상기 범위로 한정된다.

상기 범위를 초과할 경우 압출이 원할하게 이루어지지 못하고, 상기 온도 미만일 경우 용융이 원할히 이루어지지 못해 맥섬석 과립이 균일한 분산 상태를 이루지 못하게 된다.

6. 냉각절단단계

상기 용융 압출된 압출물을 냉각하고 절단하여 마스터배치를 제조한다.

도 5에는 이상과 같은 공정에 의해 제조된 마스터배치의 일 예가 도시되어 있다.

도면에 나타난 바와 같이 제조된 마스터배치는 반투명한 암갈색을 띄게 된다.

제조된 마스터배치는 플라스틱 제품 원재료와 일정 비율로 혼합된 뒤, 압출, 사출 등의 방식으로 제품화된다.

이때, 마스터배치는 사출성형시 전량으로 이루어지는 것은 적절치 않고, 전체 성형 원료의 6 ~ 13중량% 포함되도록 구성됨이 바람직하다.

이렇게 제조될 경우 항균물질인 은나노 성분이 맥섬석 과립 내에 온전히 유지되며, 맥섬석 과립들은 플라스틱 원료들 내에서 고르게 분포될 뿐만 아니라, 그 형상의 붕괴가 잘 이루어지지 않게 되고, 수지 성분과 고르게 연결된 상태를 유지할 수 있게 된다.

이로 인해 항균물질에 따른 항균 효과와 더불어 맥섬석 특유의 성질에 기초하여 원적외선 방사 효과 및 물분자 활성화 효과를 발휘할 수 있게 된다.

<맥섬석 슬러리의 제조>

0.1~5mm로 분쇄된 맥섬석 원료를 로에 넣어 적재한 다음, 온도와 압력을 조절하여 1,200℃에 도달시켰다.

1차점화는 로내의 엘피지(LPG)가스(이하 '가스'라 한다) 압력을 0.1㎏/hr로 조정하여 1시간 동안에 300℃에 도달하게 하였다.

1시간 후에는 가스 압력을 0.125㎏/hr로 조정하여 1시간 동안 500℃에 이르게 하였다.

500℃가 되면 가스 압력을 0.15㎏/hr으로 조정하여 1시간 동안 700℃에 이르게 하였다.

로내 온도가 700℃에 도달하면 가스 압력을 0.2㎏/hr로 조정하고 온도를 850℃에 이르게 하였다.

850℃가 되면 가스 압력을 0.2㎏/hr로 고정시킨 상태에서 원료 내부에 함유된 유기물질의 완전연소를 위해 1시간 정도 온도를 유지시켰다.

유기물질의 연소가 끝나면 가스 압력을 0.25㎏/hr로 조정하여 1시간 동안 온도를 950℃까지 상승시켰다.

950℃가 되면 다시 가스 압력을 0.3㎏/hr로 상승시켜 1시간 동안 온도를 1,040℃까지 상승시켰다.

1시간 후, 온도가 1,040℃에 도달하면 로의 내부를 불완전 연소상태로 만들고, 로내 압력을 상승시켜 로의 내부온도를 균일하게 하여 원료 전체의 소결상태를 안정화시켰다. 그 후, 로압을 유지하며 5시간 동안 1,200℃에 이르게 하였다.

1,200℃에 도달하면 가스 압력을 고정시킨 상태에서 배기량을 줄여 로압을 상승시켜 1시간 동안 1,200℃를 유지하게 하여 맥섬석의 화학적 성분이 재결정 결합, 즉 공유결합이 되도록 하였다.

소결이 완료되면 로의 불을 끄고 배기구를 닫은 상태에서 온도를 서서히 하강시켜 소화 후, 5시간 만에 800℃에 이르게 하였다. 800℃가 되면 완전히 개방하여 시간당 100℃씩 냉각시켰다.

이후 수득된 소결체를 먼저 습식분쇄기로 0.1~100㎛ 입자 이하로 분쇄하였다.

다음에 0.1~100㎛이하로 분쇄된 소결입자를 물과 2:1의 중량 비율로 혼합하여 습식분쇄기에 넣어 평균입도 0.1~100㎛이하로 미세하게 분쇄된 액상혼합물 즉, 슬러리를 제조하였다.

<맥섬석 과립의 제조>

실시예 1에서 제조된 슬러리에 최종과립의 기공율을 높이기 위해 발포제로써 탄산칼슘 및 탄산나트륨의 1:1 중량비 혼합물을 상기 슬러리의 고형분 100 중량부 대비 5 중량비가 되도록 첨가하고, 항균물질로써 은나노 입자 0.05 중량부를 첨가하여 과립화혼합물을 제조하였다.

이후, 과립화를 위하여 스프레이 드라이공법으로써 열풍로의 버너를 점화하여 2시간 동안 온도를 상승시켜 로의 내부온도가 1,000℃에 도달하게 하고, 1,000℃가 되면 송풍기를 가동하여 열을 사이클론 내부로 이동시키고, 내부온도가 300℃가 되면 사이클론 하단부에 노즐을 투입시키고, 40㎏f/㎠의 펌프압력으로 미세하게 분쇄된 과립화혼합물을 중량이 유입하는 상부점까지 품어 올렸다.

방사된 액상은 사이클론 상부측면에서 유입되는 열풍으로 인해 와류를 일으키며 낙하하게 되며, 이로 인하여 환형태가 형성되며, 300℃를 유지하는 내부열로 인해 원료에 함유된 수분이 증발하며 이로 인한 기공이 형성된 0.1~1.5mm 입자크기의 과립자가 수득된다.

이 과정에서 슬러지의 수분함량을 높이면 과입자에 포함된 수분은 내부에서 급격한 기화가 일어나며, 이때 형성된 기포가 온도팽창으로 압력이 높아지고, 일정한 압력이상이 되면 구형의 표면을 뚫고 환상의 과립형태로 형성된다. 수증기가 빠져나간 환상형태의 과립은 물분자가 있던 자리에 작은 기공을 형성하고, 내부에서 파포된 자리는 0.1~1.5mm의 환형으로 과립의 비중을 감소시키는 역할과 미크론 크기의 담체 역할을 한다.

이후 구간에서는, 1에서 8구간에 걸쳐 100℃~ 300℃까지 설정된 구간을 1시간 동안 통과시켜 과립 속에 함유된 잔여수분 및 이물질을 제거하여 맥섬석 과립을 제조하였다.

<마스터배치의 제조>

플라스틱 원료로 LDPE(저밀도 폴리 에틸렌)를 준비하고, 상기 맥섬석 과립은 30 중량%가 되도록 하고, LDPE는 70 중량%가 되도록 하여 혼합한 후, 용융 압출기에 투입하였다

용융 압출기의 로 내부 온도를 180~250℃로 세팅하여 플라스틱 원료의 용융을 달성하면서 맥섬석 과립이 플라스틱 원료 중에 고르게 분산되도록 하면서 압출하였고, 압출물을 냉각시킨 후 절단하여 마스터배치를 제조하였다.

도 6에서 좌측은 LDPE 플라스틱 원료, 중간은 맥섬석 과립, 우측은 마스터배치를 나타낸 것이다.

<항균 플라스틱 성형품의 제조>

상기 실시예 3에서 제조된 마스터배치를 원료로 하되, 마스터배치는 10중량%가 되도록 하고, 잔량은 폴리프로필렌으로 하여 사출업체에 의뢰하여 플라스틱 용기(제품명 "웰리온락")를 제조하였다.

<실험예 1> 항균력 측정

맥섬석 과립의 항균 플라스틱의 항균력 및 신선도를 테스트한 결과를 설명한다(2018년 12월 14일자 경일대학교 식품과학연구소에서 시험을 완료하여 결과를 시험성적서에 표기한 것임).

시험방법은 일정농도의 시험균주 전배양액 일정 양을 시료(실시예 4의 용기에 접종한다. 그리고 그 위에 같은 시료를 가압 밀착한다. 가압밀착 직후 바로 생균수를 확인한다(A). 가압밀착 후 24시간 경과 후 생균수를 확인한다(B).시험균주는 salmonella typhimurium(KCTC 1925)를 사용하였다.

측정 공식은 다음과 같다.

항균력 시험(TI-10-008; 가압밀착법이 사용됨):

균 감소율(%) = (A-B)/A ×100(이때, A; 접종 직후의 생균수, B; 배양 24시간 후의 생균수를 의미함).

즉, 균 감소율(%) = [(6.0×10)- (9.0×10)] / (6.0×10)×100 = 99.9%임을 확인하였다.

<실험예 2> 미생물 검사

실시예 4의 용기와, 비교예로 시중에서 판매되는 플라스틱 3종의 용기를 구입한 다음 시중에서 방울토마토를 구이한 다음 각 용기별로 방울토마토 200g씩 담아 25℃ 항온기에 저장하고, 3일차, 7일차 미생물적 품질과 산가를 측정하였다.

미생물 검사 항목은 일반 세균, 대장균, 곰팡이, pH를 측정하였다.

검사 방법은 과일 2개씩 약 20g의 시료를 stomacher bag으로 옮긴 후 10배의 멸균증류수를 가하여 희석하고 stomacher로 2분 세게 진탕하여 균질화한 현탁액을 시험용액으로 사용하였으며, 멸균증류수를 이용하여 10배씩 연속적으로 희석하여 일반세균은 aerobic acount plate petrifilm(3M Microbiology, USA)에 접종하여 35℃에서 48시간, 대장균/대장균군은 E.coli/coliform count petrifilm(3M Microbiology, USA)에 접종하여 35℃에서 48시간, 곰팡이수는 yeast&old count plate petrifilm(3M Microbiology, USA)에 접종하여 25℃에서 5~7일간 배양한 후, 육안으로 균수를 colony forming units(CFU)값으로 측정하고 표기하였다.

pH는 과육을 파괴한 상태로 pH meter를 이용하여 측정하였다.

시험 결과 3일차에서는 육안으로 곰팡이 들이 관찰되었으나 과육에 침범하지 않아 섭취가 가능한 상태이었으며, 미생물적 품질은 비교대상 용기에서 일반세균이 10⁷CFU/g을 초과하여초기 부패가 진행되는 것으로 보였다.

저장 기간에 따른 pH변화는 초기 4.4에서 점차 증가하였으나 용기에 따른 변화는 없는 것으로 보였다.

시험 결과는 도 7에 도시되었다.

<실험예 3> 신선도 측정

다음은 실시예 4에서 제조된 용기에서 보관한 야채의 신선도를 시험하였다. 10일간의 방울도마토를 상온상태(25℃, 50%RH)에서 실시예 4의 식품저장박스(흰색 타원 용기)와 시중에서 판매되는 식품저장박스(비교 1 내지 3)를 대조하는 실험결과, 신선도 유지의 효과를 측정하였다.

시험 결과, 맥섬석 과립이 처리된 LDPE와 맥섬석 과립이 처리되지 않은 LDPE의 식품보존성에 있어 식품의 종류 및 신선도에 따라 약간의 차이를 보였다. 상온(25℃, 50%RH)상태에서 맥섬석 과립이 처리된 LDPE는 약 4일까지 보관상태가 양호하였고, 맥섬석 과립이 처리되지 않은 LDPE는 약 2일까지 보관상태가 양호하였다.

또한 맥섬석 과립이 처리된 LDPE 및 맥섬석 과립이 처리되지 않은 LDPE에서 모두 2일째부터 습기가 발생하였다. 맥섬석 과립이 처리되지 않은 LDPE에서 습기가 좀 더 많이 발생하였다.

4일째부터는 맥섬석 과립이 처리되지 않은 LDPE의 상치는 조직감이 현저하게 떨어졌으며, 황변이 시작하였다. 맥섬석 과립이 처리된 LDPE의 상치는 색깔의 변화는 없었다.

6일째부터는 맥섬석 과립이 처리되지 않은 LDPE의 상치는 흑변이 발생하였다.

도 8에는 신선도 검사 결과가 일자별로 사진으로 도시되어 있다.

본 발명에 따라 제조된 마스터배치는 비닐팩, 플라스틱 용기, 음식물수거 용기, 플라스틱 파이프, 식품 어패류 및 농산물 및 과일 포장용 필름, 음식품 포장 필름, 전시 보관용 필름, 방진 마스크, 상하수도용 배관자재, 의료용 플라스틱 기기 및 기구, 위생용기, 가습기 자재, 도마, 동식물 상품 포장재, 의료용 약품 보관 플라스틱 필름 및 성형용품, 건축자재, 식기 건조기 플라스틱자재, 양어장 자재, 수족관 자재, 양돈 양계 축산물 가공자재, 정수 공기정화용 필터, 보호대, 의료용품, 이불 베게, 시트, 전선과, 해양설비용 자재(해조류, 미생물 저항이 요구되는 플라스틱자재), 해양부표, 그물망, 로프, 매트용 시트, 이불, 차량범퍼, 농사모?용 플라스틱 용기 등에 적용될 수 있으며, 사출 성형품 외에도 필름이나 시트상으로 성형될 수도 있다 할 것이다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법에 있어서,
   맥섬석 분쇄물과 물을 일정 비율로 혼합하여 슬러리를 수득하는 슬러리제조단계와;
   상기 슬러리에 항균물질과 발포제를 첨가하여 더 혼합하여 과립화혼합물을 수득하는 1차혼합단계와;
   과립기를 이용하여 상기 과립화혼합물을 0.1~1.5mm의 범위 이내의 평균입경의 과립상으로 성형하여 소결시킨 맥섬석 과립을 수득하는 과립성형단계와;
   펠렛 형태의 플라스틱 원재료를 준비하여 상기 맥섬석 과립과 혼합하여 펠렛혼합물을 제조하는 2차혼합단계와;
   상기 펠렛혼합물을 교반하여 180 ~ 250℃조건에서 용융 및 압출하는 압출단계와;
   상기 용융 압출된 압출물을 냉각하고 절단하여 마스터배치를 제조하는 냉각절단단계;를 포함하여 구성되되,
   상기 과립성형단계 이후에 상기 맥섬석 과립을 소성하여 내부에 빈 공간이 형성되고, 표면에 다공이 형성된 형태가 되도록 하는 소성단계;가 더 진행되며,
   상기 압출단계에서 용융된 플라스틱 원료가 상기 맥섬석 과립 내부의 빈 공간에 채워져 결합되는 것을 특징으로 하는,
   맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 맥섬석 분쇄물은 맥섬석 원광을 고온 소성한 후 습식으로 분쇄하여 0.1 ~ 1.5mm 크기의 과립형으로 수득된 것을 특징으로 하는,
   맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 2차혼합단계에서 맥섬석 과립은 펠렛혼합물 100중량% 중 20 ~ 70 중량% 포함되도록 혼합되는 것을 특징으로 하는,
   맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 항균 물질은 은나노 입자인 것을 특징으로 하는,
   맥섬석 과립 항균 플라스틱 마스터배치 제조 방법.

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