KR102080021B1

KR102080021B1 - 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102080021B1
Application number: KR1020180116287A
Authority: KR
Inventors: 김병주; 한웅
Original assignee: 재단법인 한국탄소융합기술원
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-02-21

Abstract

본 발명은 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 항균성을 갖는 금속과 기계적 강도가 높은 탄소섬유 및 세라믹계 항균 필러를 이용하여 제조된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법에 있어서, (a) 항균성을 갖는 금속분말, 탄소섬유 및 세라믹계 항균 필러를 압출기의 호퍼에 넣고 분산 및 복합하는 단계; (b) 복합화된 탄소복합재를 냉각하고 절단하여 펠렛화시키는 단계; (c) 펠렛화하여 제작된 탄소복합재 펠렛을 완전 건조시키는 단계 및 (d) 건조된 탄소복합재 펠렛을 사출기에 넣고 음식물 수거용기를 사출하는 단계를 포함하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기 및 이의 제조방법{Food collection container utilizing carbon composite material having enhanced antimicrobial and mechanical strength and manufacturing method thereof}

본 발명은 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 항균성과 기계적 강도를 개선하기 위해 탄소섬유와 항균성을 가지는 금속 및 세라믹계 항균 필러를 복합화 시킨 탄소복합재로 음식물 수거용기를 제조하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

최근 삶의 질이 높아지면서 다양한 식재료를 활용한 다양한 요리를 접하게 되면서 음식물쓰레기 발생량이 날로 높아지고 있다.

이에 따라 음식물쓰레기의 발생에 따른 음식물쓰레기 배출 및 수거 등에서 발생하는 많은 문제점이 나타나고 있으며, 특히, 음식물쓰레기 수거용기에 음식물 배출시 이전에 배출된 음식물 쓰레기의 부패로 인한 세균 창궐 및 악취로 인한 문제점이 가장 큰 비중을 차지하고 있다.

음식물쓰레기는 일반쓰레기와 달리 수거용기에 배출한 이후에 시간이 지남에 따라 부패가 되며, 부패 시에 발생되는 다양한 세균들로 인해 음식물쓰레기 수거용기 주변에 오염되어 있는 세균이 손이나 신발 주위에 전이되어 2차 오염이 발생하는 문제점이 있다.

현재 상용화되어 있는 음식물쓰레기 수거용기의 경우 이러한 문제점을 가지고 있어 항균성능을 강화한 수거용기의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 항균성과 기계적 강도를 개선하기 위해 탄소섬유와 항균성을 가지는 금속 및 세라믹계 항균 필러를 복합화 시킨 탄소복합재를 사출 성형하여 음식물 수거용기를 제조할 수 있는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 수거용기 제조방법은 항균성을 갖는 금속과 기계적 강도가 높은 탄소섬유 및 세라믹계 항균 필러를 이용하여 제조된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법에 있어서, (a) 항균성을 갖는 금속분말, 탄소섬유, 열가소성 수지 및 세라믹계 항균 필러를 압출기의 호퍼에 넣고 분산 및 복합하는 단계; (b) 복합화된 탄소복합재를 냉각하고 절단하여 펠렛화시키는 단계; (c) 펠렛화하여 제작된 탄소복합재 펠렛을 완전 건조시키는 단계 및 (d) 건조된 탄소복합재 펠렛을 사출기에 넣고 음식물 수거용기를 사출하는 단계를 포함하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 (a) 단계는 상기 금속분말의 함량을 0.1wt.% 내지 1wt.%로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (a) 단계는 상기 탄소섬유의 함량을 1wt.% 내지 10wt.%로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (a) 단계는 상기 세라믹계 항균 필러의 함량을 0.01wt.% 내지 10wt.%로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (a) 단계는 상기 금속분말 및 탄소섬유를 상기 금속분말이 탄소섬유에 코팅된 형태로 제조하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (a) 단계는 상기 열가소성 수지에 따라 압출기의 가열 온도를 160℃ 내지 200℃ 내에서 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (b) 단계는 상기 복합화된 탄소복합재를 60℃ 이하의 냉각수로 냉각하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (c) 단계는 상기 탄소복합재 펠렛을 60℃ 내지 120℃에서 건조시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (d) 단계는 상기 열가소성 수지에 따라 사출기의 가열 온도를 170℃ 내지 210℃ 내에서 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 음식물 수거용기의 제조방법에 의해 제조된 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기를 제공할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기 및 이의 제조방법은 금속이 코팅된 탄소섬유 및 높은 항균특성을 보이는 산화아연을 이용하여 우수한 항균성능을 만족하고 높은 기계적 강도를 가지는 탄소복합재를 제조하고, 이를 이용하여 음식물 수거용기를 제조함으로써, 음식물 수거용기의 우수한 항균특성 및 기계적 물성을 구현할 수 있다.

이와 같이 제조된 음식물 수거용기는 음식물쓰레기에서 주로 발생되는 황색포도상구균 및 대장균에 대한 99%의 항균 성능으로 세균에 대한 발생 및 오염을 감소할 수 있다.

나아가 간단한 방법으로 제조된 항균금속, 탄소섬유 및 세라믹계 항균필러를 이용한 탄소복합재로 생활용품 및 가전제품 분야에 유용하게 상용될 수 있는 응용 효과가 기대된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법을 순차적으로 도시한 흐름도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것이 존재함을 지정하려 는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 등을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자 에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 항균성과 기계적 강도를 개선하기 위해 탄소섬유와 항균성을 가지는 금속 및 세라믹계 항균 필러를 복합화 시켜 우수한 항균성능을 만족하는 탄소복합재를 제조하고, 제조된 탄소복합재를 이용하여 음식물 수거용기를 제조하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법을 주된 내용으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 도 1을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법은 분산 및 복합하는 단계(S100), 펠렛화시키는 단계(S200), 완전 건조시키는 단계(S300), 사출하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 분산 및 복합하는 단계(S100)는 항균성을 가지는 금속 분말, 탄소섬유, 열가소성 수지 및 세라믹계 항균 필러를 압출기의 호퍼에 넣고 분산 및 복합화할 수 있다.

여기서, 사용되는 항균성을 가지는 금속 분말은 구리일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 항균성을 가지는 금속이라면 적용 가능하다.

또한, 사용되는 탄소섬유는 PAN계 탄소섬유, Pitch계 탄소섬유 및 재활용 탄소섬유 중 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 평균 직경의 크기가 6 내지 10 ㎛이고, 길이는 1 내지 10 mm인 탄소섬유를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

하지만 이에 장섬유가 압출기에 직접 들어가면서 연속적으로 분쇄 및 펠렛화되는 In-line Long Fiber Thermoplastic (In-line LFT) 기법이나, 10 mm이상이 들어가는 Long Fiber Thermoplastic (LFT) 기법에 의해 제조되는 펠렛법을 제외하는 것은 아니다.

또한, 열가소성 수지는 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌공중합체수지(ABS), 폴리에스터(PBT) 및 폴리페닐렌옥사이드(PPO) 중 하나일 수 있다.

또한, 세라믹계 항균 필러는 산화아연이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 세라믹계 항균 필러의 입도는 50 내지 300 메쉬가 적당하며, 100 메쉬가 바람직하다. 또한, 세라믹 항균 필러의 형상은 구형, 판상형 등이 있으며, S100에서는 압출하기 때문에 분산이 용이한 판산형이 바람직하다.

S100 단계에서는 탄소섬유가 응집력이 강해 복합재 제작시에 균일한 분산을 필요로 하여 고분자 및 다른 항균 필러와의 고른 분산 및 복합을 위해 트윈스크류 압출기를 사용할 수 있다.

또한, S100 단계는 먼저 금속 분말, 탄소섬유를 열가소성 수지와 함께 트윈스크류 압출기에 넣어 균일한 색으로 변할 때까지 분산시킬 수 있다. 이후 산화아연을 첨가하여 상기와 동일한 과정을 거친 후 복합하여 탄소복합재를 제조할 수 있다.

이때, 탄소복합재의 항균성능 및 기계적 강도를 만족시키기 위하여, 금속 분말 0.1wt.% 내지 1wt.%, 탄소섬유 1wt.% 내지 10wt.% 및 세라믹계 항균 필러 0.01 내지 10wt.%가 바람직하며, 세라믹계 항균 필러는 1wt.%가 최적화된 함량일 수 있다.

또한, S100 단계는 압출기의 가열 온도를 열가소성 수지에 따라 160℃ 내지 200℃ 내에서 조절하는 것이 바람직하다.

이는 압출기의 가열 온도가 160℃ 미만일 경우 스크류 내에서 충분히 용융되지 않아 제대로된 혼합 및 분산이 이루어지지 않으며, 200℃를 초과할 경우 점도가 매우 낮아지면서 충분한 압력을 가하지 못해 압출이 어려운 문제가 나타날 수 있다.

이와 같이, 금속분말과 탄소섬유를 각각 압출기에 넣어 탄소복합재를 제조하는 방법도 있으나, 금속분말 및 탄소섬유를 금속분말이 탄소섬유에 코팅된 형태로 제조하여 탄소복합재를 제조하는 방법도 사용될 수 있다.

이에 대하여 구체적으로 설명하자면, 금속분말이 탄소섬유에 코팅된 형태로 제조하는 것은 표면처리 단계, 활성화시키는 단계, 금속분말을 코팅하는 단계, 중화 및 건조시키는 단계를 통해 이루어질 수 있다.

표면처리 단계는 탄소섬유 표면의 불순물을 제거하기 위하여 질산에 세척한 후, 증류수로 세척하고 건조시켜 탄소섬유의 표면을 처리할 수 있다.

이러한 표면처리는 탄소섬유의 표면에 존재하는 외부 불순물을 제거하고, -OH, -COOH관능기를 생성하여 후에 도금공정의 효율을 높이기 위한 전처리 과정으로, 산 또는 염기를 사용하여 탄소섬유를 표면처리 할 수 있다.

또한, 표면처리 단계는 표면처리를 하기 위해서 0.1M 내지 0.5M 농도의 질산을 사용하여 탄소섬유를 세척하는 것이 바람직하며, 0.3M가 가장 바람직하다.

이때, 질산의 농도가 0.1M 미만일 경우 탄소섬유 표면의 불순물이 잘 제거되지 않으며, 0.5M를 초과할 경우 탄소섬유의 표면이 손상될 수 있다.

또한, 질산에 탄소섬유를 세척하는 시간은 10분 내지 60분이 바람직하며, 40분이 가장 바람직하다.

여기서, 세척시간이 10분 미만일 경우 표면의 균일한 처리가 이루어지지 않을 수 있고, 60분을 초과할 경우 탄소섬유에 손상이 가해질 수 있다.

또한, 표면처리 단계는 질산에 세척시킨 탄소섬유를 여과하고, 증류수로 중성이 될 때까지 세척한 후 60℃이상에서 6 내지 24시간, 바람직하게는 12시간 동안 완전히 건조시키는 것이 바람직하다.

활성화시키는 단계는 표면처리 단계에서 표면처리된 탄소섬유를 염화주석(SnCl₂) 및 염화팔라듐(PdCl₂)을 이용하여 활성화시킬 수 있다.

활성화시키는 단계에서 염화주석 및 염화팔라듐은 각각 탄소섬유 표면의 민감화와 활성화처리를 위해 사용된다.

이 단계를 통해 탄소섬유 표면에 Sn-Pd 착화물을 형성하여 금속성을 부여하며, 환원을 통해 팔라듐 핵을 형성시킬 수 있는 것이다.

Sn² ⁺ + Pd² ⁺ ⇒ Sn⁴ ⁺ + Pd⁰

이에 따라, 생성된 팔라듐 핵은 도금시 자기촉매역할을 하기 때문에, 금속 도금시에 탄소섬유 표면에 금속 도금핵이 생성될 수 있도록 하여 금속 코팅층을 형성하는데 도움을 줄 수 있다.

이에 대해 구체적으로 설명하자면, 활성화키는 단계는 표면처리된 탄소섬유를 염화주석(SnCl₂)이 용해된 용액에 넣고 활성화 처리하는 제1 단계, 염화주석(SnCl₂)에 처리된 탄소섬유를 증류수로 세척하는 제2 단계, 탄소섬유를 염화팔라듐(PdCl₂)이 용해된 용액에 넣고 활성화 처리하는 제3 단계 및 염화팔라듐(PdCl₂)에 처리된 탄소섬유를 증류수로 세척하는 제4 단계를 포함할 수 있다.

제1 단계는 표면처리된 탄소섬유를 염화주석(SnCl₂)이 용해된 용액에 넣고 활성화 처리할 수 있다.

이때, 제1 단계의 처리시간은 10분 내지 60분 동안 이루어지는 것이 바람직하며, 40분이 가장 효과적이다.

처리시간이 10분 미만일 경우 탄소섬유에 충분한 처리가 이루어지지 않아 Sn-Pd 착화물 생성이 미미할 수 있으며, 60분을 초과할 경우 탄소섬유 표면에 도금핵이 충분히 생성되어 이 이상의 처리는 경제적으로 효과적이지 않기 때문이다.

제2 단계는 제1 단계에서 염화주석(SnCl₂)으로 활성화 처리된 탄소섬유를 증류수로 세척할 수 있다.

제3 단계는 제2 단계에서 세척된 탄소섬유를 염화팔라듐(PdCl₂)이 용해된 용액에 넣어 두번째 활성화 처리를 할 수 있다.

제3 단계의 처리시간은 제1 단계와 마찬가지로 이루어질 수 있다.

이는 처리시간이 10분 미만일 경우 탄소섬유에 충분한 처리가 이루어지지 않아 Sn-Pd 착화물 생성이 미미할 수 있으며, 60분을 초과할 경우 탄소섬유 표면에 도금핵이 충분히 생성되어 이 이상의 처리는 경제적으로 효과적이지 않기 때문이다.

제4 단계는 제3 단계에서 염화팔라듐(PdCl₂)에 처리된 탄소섬유를 증류수로 세척할 수 있다.

금속분말을 코팅하는 단계는 활성화시키는 단계를 통해 활성화된 탄소섬유를 건조시킨 후, 금속분말을 무전해 금속액으로 제조하고 건조된 탄소섬유를 넣어 탄소섬유 표면에 금속을 코팅할 수 있다.

또한, 코팅하는 단계에서 금속 도금반응을 활성화하기 위해 무전해 금속액의 온도는 60℃ 내지 80℃이고, 코팅을 10초 내지 60초동안 하는 것이 바람직하며, 무전해 금속액의 온도는 75℃가 가장 바람직하다.

이때, 무전해 금속액의 온도가 60℃ 미만일 경우 금속 도금의 석출 속도가 미미할 수 있으며, 80℃를 초과할 경우 도금액의 과열로 인해 탄소섬유 이외에 도금욕조내에 도금석출이 일어나는 원인이 될 수 있다.

또한, 금속분말을 코팅하는 시간이 10초 미만일 경우 탄소섬유에 코팅층이 충분히 코팅되지 않아 균일한 코팅이 이루어지지 않을 수 있으며, 60초를 초과할 경우 과량의 코팅층이 형성될 수 있어 탄소섬유에 균일하게 분산되지 못하고 과량의 도금에 의해 서로 응집될 가능성이 있다.

중화 및 건조시키는 단계는 금속분말을 코팅하는 단계에서 금속분말이 코팅된 탄소섬유를 여과한 후에 증류수로 세척하여 중화 및 건조시킬 수 있다.

여기서, 증류수로 금속분말이 코팅된 탄소섬유를 세척하여 pH 5.5 내지 pH 7.5로 중화시키는 것이 바람직하다.

왜냐하면, pH는 탄소섬유의 도금 형성에 영향을 주는 주요 요인으로, 높을수록 도금의 형성이 빠르게 일어날 수 있다. 그러나, pH가 너무 높아지면 탄소섬유에 금속 코팅이 완료된 시점에서 반응하지 못하고 잔류된 핵의 제거와 여과 배관 중에 금속이 석출되는 경우가 나타날 수 있으므로, 이를 방지하기 위해서 금속분말이 코팅된 탄소섬유를 pH 5.5 내지 pH 7.5로 맞추는 것이 바람직하다.

또한, 중화 및 건조시키는 단계는 금속이 코팅된 탄소섬유를 중화시킨 후, 수분을 제거하기 위해서 60℃ 내지 100℃의 오븐에서 건조시킬 수 있다.

이와 같은 과정으로 S100 단계에서 금속분말을 탄소섬유에 코팅시킨 형태로 사용할 수도 있다.

펠렛화시키는 단계(S200)는 S100 단계에서 복합화된 탄소복합재를 냉각하고 절단하여 펠렛화시켜 탄소복합재 펠렛을 얻을 수 있다.

이때, S200 단계는 균일한 절단을 위하여 복합화된 탄소복합재를 60℃ 이하의 냉각수로 냉각하는 것이 바람직하다. 냉각수가 가열되어 60℃를 초과할 경우에는 압출된 탄소복합재가 충분히 냉각되지 않아 절단이 원활하게 이루어지지 않기 때문이다.

완전 건조시키는 단계(S300)는 S200 단계에서 펠렛화하여 제작된 탄소복합재 펠렛을 완전 건조시킬 수 있다. 이는 완전 건조가 이루어지지 않을 경우 S400단계에서 사출기의 스크류나 노즐의 세팅온도를 감소시킬 수 있으며, 수분이 불량을 초래할 수 있기 때문이다.

이때, S300 단계는 건조과정에서 탄소복합재 펠렛이 손상되지 않도록 60℃ 내지 120℃의 건조기에서 건조시키는 것이 바람직하다.

사출하는 단계(S400)는 S300 단계에서 건조된 탄소복합재 펠렛을 사출기에 넣고 음식물 수거용기를 사출하여 제조할 수 있다.

여기서, S100 단계는 사출기의 가열 온도를 열가소성 수지에 따라 170℃ 내지 210℃ 내에서 조절하는 것이 바람직하다.

이때, 사출기의 가열 온도가 170℃ 미만일 경우 점도가 높아서 스크류 및 노즐에 무리를 주게 되며 몰드에 수지가 충분히 주입되지 않을 수 있고, 210℃를 초과할 경우 급격하게 점도가 감소하게 되는데, 점도가 너무 낮으면 성형성이 좋지 못할 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법에 의해 제조된 음식물 수거용기는 우수한 항균성 및 기계적 물성을 가질 수 있다.

또한, 이러한 제조방법을 생활용품 및 가전제품 분야에 유용하게 적용할 수 있다.

이하, 실 시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

또한, 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경하여 구현할 수 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

[ 실시예 ]

<실시예 1>

구리분말 0.1wt.%, 탄소섬유 1wt.%를 1wt.%의 산화아연 및 열가소성 수지와 같이 트윈스크류 압출기에 넣고 분산 및 복합하여 탄소복합재를 제조하고, 탄소복합재를 냉각하고 절단한 탄소복합재 펠렛을 사출기로 사출하여 음식물 수거용기를 제조하였다.

<실시예 2>

실시예 1과 비교하여 구리분말의 첨가함량을 0.1wt.% 대신에 0.3wt.%로 증가시키는 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.

<실시예 3>

실시예 1과 비교하여 구리분말의 첨가함량을 0.1wt.% 대신에 0.5wt.%로 증가시키는 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.

<실시예 4>

실시예 1과 비교하여 구리분말의 첨가함량을 0.1wt.% 대신에 1wt.%로 증가시키는 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.

<실시예 5>

실시예 1과 비교하여 탄소섬유의 첨가함량을 1wt.% 대신에 3wt.%로 증가시키는 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.

<실시예 6>

실시예 1과 비교하여 탄소섬유의 첨가함량을 1wt.% 대신에 5wt.%로 증가시키는 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.

<실시예 7>

실시예 1과 비교하여 탄소섬유의 첨가함량을 1wt.% 대신에 7wt.%로 증가시키는 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.

<실시예 8>

실시예 1과 비교하여 탄소섬유의 첨가함량을 1wt.% 대신에 10wt.%로 증가시키는 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.

<실시예 9>

실시예 1과 비교하여 구리분말의 첨가함량을 0.1wt.% 대신에 1wt.%로 증가시키고, 첨가되는 탄소섬유의 함량을 1wt.% 대신에 3wt.%로 증가시키는 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.

<실시예 10>

실시예 1과 비교하여 구리분말의 첨가함량을 0.1wt.% 대신에 1wt.%로 증가시키고, 첨가되는 탄소섬유의 함량을 1wt.% 대신에 5wt.%로 증가시키는 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.

<실시예 11>

실시예 1과 비교하여 구리분말의 첨가함량을 0.1wt.% 대신에 1wt.%로 증가시키고, 첨가되는 탄소섬유의 함량을 1wt.% 대신에 7wt.%로 증가시키는 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.

<실시예 12>

실시예 1과 비교하여 구리분말의 첨가함량을 0.1wt.% 대신에 1wt.%로 증가시키고, 첨가되는 탄소섬유의 함량을 1wt.% 대신에 10wt.%로 증가시키는 점만 다를 뿐 나머지 공정은 동일하게 하였다.

<비교예>

탄소섬유 1wt.%를 산화아연 및 열가소성 수지와 함께 트윈스크류 압출기에 넣고 분산 및 복합하여 탄소복합재를 제조하고, 탄소복합재를 냉각하고 절단한 탄소복합재 펠렛을 사출기로 사출하여 음식물 수거용기를 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 12 및 비교예에서 제조된 음식물 수거용기에 대하여 다음과 같은 시험을 실시하였다.

< 시험예 > 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 항균특성 및 기계적 강도 분석

실시예 1 내지 12 및 비교예에서 제조된 음식물 수거용기의 항균특성 분석을 위JIS-Z-2801방법으로 34℃ 내지 36℃ 이내의 온도에서 시험균액인 황색포도상구균 및 대장균액에 제조된 샘플을 노출시켜 24시간 정치 배양 후 남아있는 샘플 표면에 남아있는 균수를 측정하여 계산하였다.

기계적 강도는 인장강도 및 충격강도를 측정하였다.

인장강도는 ASTM D638에 의거하여, 만능재료시험기(Universal Testing Machine, Instron, 5599)을 사용하여 온도 23±2℃, 상대습도 50% 및 대기압의 조건에서 5㎜/min의 인장속도로 측정하였다.

충격강도는 ASTM E23 의거하여, 충격강도시험기(Impact Testing Machine, Istron, CEAST 9050)을 사용하여 온도 23±2℃, 상대습도 50% 및 대기압의 조건에서 charpy 방법으로 측정하였다

상기와 같이 제조된 음식물 수거용기의 항균특성 및 기계적 강도를 [표 1]에 나타내었다.

	구리분말 함유량 (wt.%)	탄소섬유 함유량(wt.%)	항균특성 (log)	항균특성 (%)	인장강도 (MPa)	충격강도 (kJ/m²)	비고
실시예1	0.1	1	< 0.63	99	30.10	9.01	산화아연 함유량은 모두 동일하게 1wt.%
실시예2	0.3	1	< 0.63	99	29.68	9.49
실시예3	0.5	1	< 0.63	99	29.42	10.21
실시예4	1	1	< 0.63	99	30.56	10.66
실시예5	0.1	3	< 0.63	99	32.43	10.40
실시예6	0.1	5	< 0.63	99	33.16	11.07
실시예7	0.1	7	< 0.63	99	35.84	11.44
실시예8	0.1	10	< 0.63	99	37.12	10.08
실시예9	1	3	< 0.63	99	33.39	10.78
실시예10	1	5	< 0.63	99	33.77	12.67
실시예11	1	7	< 0.63	99	36.46	12.63
실시예12	1	10	< 0.63	99	37.33	10.42
비교예	0	1	4.6	99	30.10	8.57

(항균특성은 log 2.0 값 이상이면 모두 항균효과가 나타난다고 분석)

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 12는 비교예보다 항균성이 높은 것을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예 4 내지 12는 비교예보다 인장강도가 높은 것을 확인할 수 있었고, 본 발명의 실시예 1 내지 12는 비교예보다 충격강도가 높은 것을 확인할 수 있었다.

또한, 음식물 수거용기의 항균성 및 기계적 강도를 만족시키는 최적화 함량을 찾기 위해 필러의 함량에 따른 도입 결과, 1 wt.%의 산화아연의 함량이 복합재의 최적화 비율임을 확인할 수 있었다.

또한, 탄소섬유의 첨가 함량이 증가됨에 따라 복합소재의 인장강도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 구리분말 및 탄소섬유의 첨가량이 증가됨에 따라 복합소재의 충격강도가 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 이때, 탄소섬유의 첨가량 7wt.%를 초과할 경우에는 다소 감소함을 보였으나 여전히 높은 충격강도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 구리분말 및 탄소섬유가 첨가된 탄소복합재의 항균성은 기존의 탄소섬유만 첨가된 탄소복합재보다 높은 항균성을 보이는 것으로 판단된다.

따라서, 본 발명의 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법은 항균성 및 기계적 강도가 우수한 음식물 수거용기를 제조할 수 있다.

이상, 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

항균성을 갖는 금속과 기계적 강도가 높은 탄소섬유 및 세라믹계 항균 필러를 이용하여 제조된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법에 있어서,
(a) 항균성을 갖는 금속분말, 탄소섬유, 열가소성 수지 및 세라믹계 항균 필러를 압출기의 호퍼에 넣고 분산 및 복합하는 단계;
(b) 복합화된 탄소복합재를 냉각하고 절단하여 펠렛화시키는 단계;
(c) 펠렛화하여 제작된 탄소복합재 펠렛을 완전 건조시키는 단계 및
(d) 건조된 탄소복합재 펠렛을 사출기에 넣고 음식물 수거용기를 사출하는 단계를 포함하고,
상기 (a) 단계는,
상기 금속분말의 함량을 0.1wt.% 내지 1wt.%로 하는 것을 특징으로 하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법.
삭제
항균성을 갖는 금속과 기계적 강도가 높은 탄소섬유 및 세라믹계 항균 필러를 이용하여 제조된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법에 있어서,
(a) 항균성을 갖는 금속분말, 탄소섬유, 열가소성 수지 및 세라믹계 항균 필러를 압출기의 호퍼에 넣고 분산 및 복합하는 단계;
(b) 복합화된 탄소복합재를 냉각하고 절단하여 펠렛화시키는 단계;
(c) 펠렛화하여 제작된 탄소복합재 펠렛을 완전 건조시키는 단계 및
(d) 건조된 탄소복합재 펠렛을 사출기에 넣고 음식물 수거용기를 사출하는 단계를 포함하고,
상기 (a) 단계는,
상기 탄소섬유의 함량을 1wt.% 내지 10wt.%로 하는 것을 특징으로 하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법.
항균성을 갖는 금속과 기계적 강도가 높은 탄소섬유 및 세라믹계 항균 필러를 이용하여 제조된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법에 있어서,
(a) 항균성을 갖는 금속분말, 탄소섬유, 열가소성 수지 및 세라믹계 항균 필러를 압출기의 호퍼에 넣고 분산 및 복합하는 단계;
(b) 복합화된 탄소복합재를 냉각하고 절단하여 펠렛화시키는 단계;
(c) 펠렛화하여 제작된 탄소복합재 펠렛을 완전 건조시키는 단계 및
(d) 건조된 탄소복합재 펠렛을 사출기에 넣고 음식물 수거용기를 사출하는 단계를 포함하고,
상기 (a) 단계는,
상기 세라믹계 항균 필러의 함량을 0.01wt.% 내지 10wt.%로 하는 것을 특징으로 하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법.
항균성을 갖는 금속과 기계적 강도가 높은 탄소섬유 및 세라믹계 항균 필러를 이용하여 제조된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법에 있어서,
(a) 항균성을 갖는 금속분말, 탄소섬유, 열가소성 수지 및 세라믹계 항균 필러를 압출기의 호퍼에 넣고 분산 및 복합하는 단계;
(b) 복합화된 탄소복합재를 냉각하고 절단하여 펠렛화시키는 단계;
(c) 펠렛화하여 제작된 탄소복합재 펠렛을 완전 건조시키는 단계 및
(d) 건조된 탄소복합재 펠렛을 사출기에 넣고 음식물 수거용기를 사출하는 단계를 포함하고,
상기 (a) 단계는,
상기 금속분말 및 탄소섬유를 상기 금속분말이 탄소섬유에 코팅된 형태로 제조하여 사용하는 것을 특징으로 하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
상기 열가소성 수지에 따라 압출기의 가열 온도를 160℃ 내지 200℃ 내에서 조절하는 것을 특징으로 하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 복합화된 탄소복합재를 60℃ 이하의 냉각수로 냉각하는 것을 특징으로 하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 탄소복합재 펠렛을 60℃ 내지 120℃에서 건조시키는 것을 특징으로 하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 열가소성 수지에 따라 사출기의 가열 온도를 170℃ 내지 210℃ 내에서 조절하는 것을 특징으로 하는 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기의 제조방법.
제1항, 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 항균성 및 기계적 강도가 강화된 탄소복합재를 활용한 음식물 수거용기.