KR102112777B1 - 항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

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항균소재 주식회사
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Abstract

본 발명은 항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 입자에 무기항균제를 담지하여 항균특성이 장기간 보존되도록 함과 동시에 우수한 방염성 및 내스크래칭성을 갖는 항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 항균성 분체도료 조성물의 제조방법은 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100);와 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 상기 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부 혼합하여 액상의 항균성 분체도료 조성물을 제조하는 혼합단계(S200);와 상기 액상의 항균성 분체도료 조성물을 분말화하는 분말화단계(S300);를 포함한다.

Description

항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법{Antibacterial Powder Coating Composition and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 입자에 무기항균제를 담지하여 항균특성이 장기간 보존되도록 함과 동시에 우수한 방염성 및 내스크래칭성을 갖는 항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
가구란 실내에 배치하여 생활에 사용하는 기구 및 도구류의 총칭으로서, 기능, 의자, 테이블, 소파, 수납장, 작업대, 받침대 등 그 종류가 매우 다양하며, 용도, 기능, 구조 및 재료에 따라 다양하게 구분된다.
용도에 따라서는 크게 가정용, 주방용, 사무용으로 구분되며, 기능에 따라서는 크게 수납용, 휴식용, 거치용, 공간용으로 구분되고, 구조에 따라서는 크게 이동식, 붙박이식, 조립식으로 구분되며, 재료에 따라서는 크게 철재, 목재, 알루미늄재, 플라스틱재로 구분된다.
이처럼 가구는 다양한 기능, 구조, 용도 및 재료로 일상생활 및 산업 분야 전반에 걸쳐 광범위하며 이용되고 있으나, 밀접하게 사용되는 만큼 세균에 노출이 쉽게 되어 세균 번식이 쉬운 한계가 있다.
이에, 가구류에 항균성을 부여하기 위한 다양한 방법들이 시도되어 왔다.
이와 관련하여, 국내등록특허 제10-1805382호에서는 ABS 또는 ASA 수지를 이용하여 시트를 압출하고, 이에 항균 UV 도료를 도장함으로써, 항균성이 우수하고, 내스크래치성이 우수하며, 밴딩이 용이하고, 내후성이 우수한 가구용 항균 엣지 마감재, 그 제조방법 및 이를 포함하는 가구를 제시하고 있다.
한편 항균제는 크게 유기계 항균제, 무기계 항균제로 분류되는데, 유기계 항균제는 경제적이고 항균 즉효성이 좋으나 인체 안정성, 열안정성이 낮고, 혼합시 내구성을 저하시키는 문제점을 갖는다. 반면에, 무기계 항균제는 내구성, 열적 안정성이 우수하고, 인체 유해성이 없으며 장기적인 항균성의 유지를 기대할 수 있어 최근에는 무기계 항균제를 이용하려는 추세이나, 분산성 및 산화로 인한 변색 등의 한계를 안고 있다.
분체도장이란 분체가 정전 인력에 의해 피도장물에 흡인되어 가열 및 용해됨으로써 도막을 형성하는 도장방법으로, 특정 피도장물에 색상은 물론 항균성 등의 기능성을 부여하고, 1회의 도포로 소정의 막 두께를 얻을 수 있으며, 도료의 회수가 용이한 효과를 갖는다.
본 발명자는 가구류에 적용되는 분체도료 조성물에 항균성 등의 기능성을 부여하고자하는 연구의 일환으로 다공성 입자에 무기항균제를 담지하여 항균특성이 장기간 보존되도록 함과 동시에 우수한 방염성 및 내스크래칭성을 갖는 항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법 및 이의 제조방법을 개발하여 본 발명에 이르게 되었다.
국내등록특허 제10-1805382호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 다공성 입자에 무기항균제를 담지하여 항균특성이 장기간 보존되도록 함과 동시에 우수한 방염성 및 내스크래칭성을 갖는 항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1실시예 따른 항균성 분체도료 조성물은 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 2실시예 따른 항균성 분체도료 조성물은 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부를 포함한 액상의 항균성 분체도료 조성물을 분말화한 것을 특징으로 한다.
상기 항균 분산액은 유기용매, 무기항균제를 포함하는 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 무기항균제는 구리, 은, 티타늄, 아연 및 이들의 산화물 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1실시예 따른 항균성 분체도료 조성물의 제조방법은 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100);와 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 상기 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부 혼합하는 혼합단계(S200);를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 2실시예 따른 항균성 분체도료 조성물의 제조방법은 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100);와 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 상기 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부 혼합하는 혼합단계(S200);와 상기 액상의 항균성 분체도료 조성물을 분말화하는 분말화단계(S300);를 포함한다.
상기 항균 분산액 제조단계(S100)는 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하는 것을 특징으로 한다.
상기 항균 분산액 제조단계(S100)는 구리, 은, 티타늄, 아연 및 이들의 산화물 중 어느 하나 이상을 포함하는 무기항균제를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법에 의하면, 다공성 입자에 무기항균제를 담지하여 항균특성이 장기간 보존되도록 함과 동시에 우수한 방염성 및 내스크래칭성을 갖는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항균성 분체도료 조성물을 도포한 천연목재와 LPM(Low Pressure Melamine)의 항균실험 결과.
도 2는 본 발명에 따른 항균성 분체도료 조성물을 도포한 산화동 사출물과 철재의 항균실험 결과.
도 3은 본 발명에 따른 항균성 분체도료 조성물이 코팅된 시험편의 사진.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 입자에 무기항균제를 담지하여 항균특성이 장기간 보존되도록 함과 동시에 우수한 방염성 및 내스크래칭성을 갖는 항균성 분체도료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 항균성 분체도료 조성물의 제조방법은 액상의 항균성 분체도료 조성물의 제조방법에 관한 것으로서, 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100)와 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 상기 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부 혼합하는 혼합단계(S200)를 포함한다.
제 1실시예에 따른 항균 분산액 제조단계(S100)는 유기용매, 무기항균제를 포함하는 베이스 분산액을 제조하는 베이스 분산액 제조단계(S110)와 제조된 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하는 침지단계(S120)를 포함한다.
베이스 분산액 제조단계(S110)에서는 유기용매, 무기항균제를 포함하는 베이스 분산액을 제조하는 단계로서, 유기용매 100중량부에 대하여 무기항균제 5 내지 30중량부를 포함하여 베이스 분산액을 제조한다.
상기 무기항균제는 구리, 은, 티타늄, 아연 및 이들의 산화물 중 어느 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 산화구리(I)(아산화구리, Cu2O), 산화구리(II)(CuO), 적동석 및 이들의 조합 중 어느 하나로 선택되는 구리 화합물을 사용할 수 있으나, 더욱 바람직하게는, 아산화구리를 사용할 수 있다.
산화구리(I)(아산화구리, Cu2O)는 산화구리(II)(CuO)와 비교해 항균 활성 및 항바이러스 활성이 높다. 즉, 아산화구리는 구리 이온을 용출하기 쉽기 때문에, 용출된 구리 이온이 미생물이나 바이러스와 접촉함으로써 효소나 단백질과 결합해 활성을 저하시켜, 미생물 및 바이러스의 대사 기능을 저해하기 쉬워진다. 또한 용출된 구리 이온의 촉매 작용에 의해서 공기 중의 산소를 활성화하여, 미생물 및 바이러스의 유기물을 분해하기 쉬워진다.
상기 무기항균제는 1 nm 내지 50 ㎛의 평균입도를 갖는 것을 사용하는데, 평균입도가 1 nm 미만일 경우 응집이 발생될 수 있으며, 평균입도가 50 ㎛를 초과할 경우 단위면적당 표면적이 작아져 항균성을 충분히 발휘할 수 없으며, 다공성 입자에 대한 담지특성이 저하되기 때문에 상기 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스 분산액은 인산, 인산암모늄, 붕산, 규산소다, 수산화알루미늄, 할로겐 화합물, 디시안디아미드 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방염제를 더 포함할 수 있다.
상기 방염제는 분체도료에 방염성을 부여하며, 동시에 무기항균제에 도막을 형성하여 분산성을 향상시킴과 동시에 녹청을 방지할 수 있는 효과를 부여한다.
상기 방염제는 유기용매 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부 포함될 수 있다.
상기 유기용매의 종류는 통상 사용되는 유기용매를 사용할 수 있으며, 구체적인 예로는, 케톤류(아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등), 알코올류(메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올 등), 에스테르류 (아세트산에틸, 아세트산부틸 등), 에테르 디이소프로필에테르 등), 지방족 탄화수소 또는 방향족 탄화수소, 할로겐화탄화수소 (퍼클로로에틸렌, 트리클로로-1,1,1-에탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 디클로로펜타플루오로프로판 등), 디메틸포름아미드, N-메틸-피롤리돈-2, 부티로아세톤, DMSO(디메틸술폭사이드), 글리콜에테르 및 그 유도체 등을 사용할 수 있다.
침지단계(S120)에서는 제조된 베이스 분산액에 다공성 입자를 침지하여 다공성 입자 내부 및 표면에 무기항균제 및 방염제를 담지하는 단계이다.
상기 다공성 입자는 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 다공성 입자의 크기는 10 내지 300㎛의 평균입경, 30 내지 70%의 기공률, 5nm 내지 10 ㎛의 평균기공크기를 가질 수 있다. 이때, 실리카의 경우, 황변의 발생을 최소화할 수 있는 건식 실리카를 사용할 수 있다.
상기 다공성 입자는 물리, 화학적 처리를 통해 전처리된 것을 사용할 수 있으며, 상기 전처리를 통해 다공성 입자의 비표면적을 높여 무기항균제의 담지특성을 높이고, 이온결합 및 흡착특성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
상기 전처리는 산 처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리, 실란 커플링제 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
산 처리는 질산, 황산, 염산, 인산, 포름산, 옥살산, 아세트산 및 이들의 조합 중 어느 하나의 산 용액을 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 산 용액의 농도는 0.5 내지 3N 인 것을 사용할 수 있다. 산 용액 침지 처리시, 산 용액의 온도는 25 내지 85℃, 반응시간은 10 내지 120 분간 수행된다.
알칼리 처리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 알칼리 용액을 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 알칼리 용액의 농도는 1 내지 15%(w/v)를 사용하여, 알칼리 용액의 온도 25 내지 85℃, 반응시간은 10 내지 120 분간 수행된다.
플라즈마 처리는 장치출력 50 내지 1000W, 챔버압력 30 내지 500 mTorr 갖는 플라즈마 장치에 공기, 산소, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 기체를 5 내지 100 sccm의 유량으로 유입시켜 30초 내지 600 초간 처리할 수 있다.
실란 커플링제는 비닐실란커플링제, 알콕시실란커플링제, 아미노실란커플링제, 에폭시실란커플링제, 메타아크릴옥시실란커플링제, 아크릴옥시실란커플링제, 우레이드실란커플링제, 메르캅토실란커플링제 및 이들의 조합으로 선택되는 그룹 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 유기용제 100중량부에 대하여, 상기 실란커플링제는 0.5 내지 15 중량부를 첨가한 실란 커플링제 처리용액에 상기 다공성 입자를 침지처리할 수 있다.
침지단계(S120)에서는 제조된 베이스 분산액 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 다공성 입자를 침지하여 다공성 입자 내부 및 표면에 무기항균제 및 방염제를 담지하게 되며, 침지방법은 교반, 초음파 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.
교반은 50 내지 500 rpm에서 10 내지 120분간 수행될 수 있으며, 초음파 처리는 20 kHz 내지 30 kHz 의 세기에서 5분 내지 20분간 수행되는데, 상기 초음파 세기 및 초음파 처리시간 미만으로 수행시에는 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 상기 초음파 세기 및 초음파 처리시간을 초과하여 수행시에는 다공성 입자의 물성을 저하시킬 수 있기 때문에 상기 조건 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는, 1차로 교반처리한 후 2차로 교반과 초음파처리를 동시수행하여 다공성 입자에 베이스 분산액을 침지시키는데, 다공성 입자에 베이스 분산액을 침지처리시, 베이스 분산액이 다공성 입자의 일부 공극을 막게 되는데, 초음파 처리를 통해 다공성 입자의 공극크기를 확장하거나 공극률을 증가시켜 방염제 및 무기항균제의 담지를 위한 공간을 확보할 수 있으며, 방염제 및 무기항균제와 접촉 표면적을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, 1차적으로 교반처리 후 2차로 교반과 초음파처리를 동시수행할 시, 초음파가 다공성 입자 공극에 직접적으로 작용하여 공극을 파괴시켜 비표면적을 감소시키는 것을 방지하고, 물성의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
제 2실시예에 따른 항균 분산액 제조단계(S100)는 유기용매, 무기항균제를 포함하는 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하고, 여과 및 건조하여 내부에 무기항균제 및 방염제가 담지된 다공성 입자를 '코어'로서 수득하고, 상기 코어의 표면에 CNC, CNF 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 표면코팅액을 도포하여 표면층을 형성한 복합 항균 분산액을 제조하는 방법을 포함할 수 있다.
제 2실시예에 따른 항균 분산액 제조단계(S100)는 유기용매, 무기항균제를 포함하는 베이스 분산액을 제조하는 베이스 분산액 제조단계(S110)와 제조된 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하는 침지단계(S120)와 다공성 입자를 여과 및 건조하여 내부에 방염제 및 무기항균제가 담지된 다공성 입자(이하, '코어'로 축약기재.)를 수득하는 코어 수득단계(S130)와 CNC, CNF 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 표면코팅액을 제조하는 표면코팅액 제조단계(S140)와 상기 코어의 표면에 표면코팅액을 도포하여 표면층을 형성하는 표면층 형성단계(S150)를 포함한다.
제 2실시예에 따른 항균 분산액 제조단계(S100)의 베이스 분산액 제조단계(S110)와 침지단계(S120)는 제 1실시예에 따른 항균 분산액 제조단계(S100)에 기재된 바와 동일한 바, 이에 대한 기재를 생략하도록 한다.
코어 수득단계(S130)에서는 다공성 입자를 여과 및 90 내지 150℃에서 수분함량 10 내지 30중량%를 갖도록 건조하여 내부에 방염제 및 무기항균제가 담지된 코어를 수득한다.
표면코팅액 제조단계(S140)에서는 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC), 셀룰로오스 나노파이버(CNF) 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 표면코팅액을 제조하는 단계이다.
상기 충전제는 분체도료에 강도를 부여함과 동시에 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제 및 이들의 조합 중 어느 하나의 기능성 물질을 담지하기 위한 담지체로 작용될 수 있다.
상기 충전제는 평균폭 1 내지 150nm, 평균길이 50nm 내지 5㎛, 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 충전제는 알칼리 용액에 침지처리된 것을 사용할 수 있는데, 알칼리 용액에 침지처리함으로써 충전제 내의 작은 공극들을 팽윤시키게 되며, 충전제의 팽윤을 통해 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제 등의 담지 특성을 향상시킴과 동시에 베이스 도료수지와의 상호결합성을 향상시킬 수 있다.
상기 알칼리 처리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 알칼리 용액을 사용할 수 있으며, 상기 알칼리 용액의 농도는 1 내지 15%(w/v)를 사용한다.
상기 충전제는 상기 알칼리 용액 100중량부에 대하여 1 내지 25중량부 투입되어 100 내지 200rpm 에서 30 내지 120분간 교반 및 30분 내지 90분간 정치시킨 후, 반응 완료 후 증류수를 이용하여 pH 6 내지 7이 될때까지 세척처리한다. 세척처리된 충전제를 60 내지 90℃에서 12 내지 24시간 건조하여 전처리된 충전제를 수득한다.
더불어, 알칼리 용액에 전처리된 충전제는 플라즈마 처리, 실란커플링제 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 표면개질처리를 하여 제타 포텐셜 ±40 내지 ±30mV 를 갖도록 처리될 수 있으며, 상기 표면코팅액 내에서 분산성을 향상시키고, 응집현상을 방지할 수 있으며, 나노 광촉매, 무기 항균제 및 방염제와의 결합특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 플라즈마 처리는 장치출력 50 내지 1000W, 챔버압력 30 내지 500 mTorr 갖는 플라즈마 장치에 플르오르(F)를 포함하는 기체를 5 내지 100 sccm의 유량으로 유입시켜 30초 내지 600 초간 처리할 수 있다.
상기 실란커플링제로는 비닐실란커플링제, 알콕시실란커플링제, 아미노실란커플링제, 에폭시실란커플링제, 메타아크릴옥시실란커플링제, 아크릴옥시실란커플링제, 우레이드실란커플링제, 메르캅토실란커플링제 및 이들의 조합으로 선택되는 그룹 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
나노 광촉매는 살균, 항균, 탈취, 유기물 분해 특성을 갖는 입자로, TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CdS, ZrO2, V2O3, WO3 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는, TiO2(anatase) 및 TiO2(rutile)를 사용할 수 있다. 상기 나노 광촉매는 1 내지 100nm의 평균입도를 갖는 것을 사용할 수 있다.
무기항균제와 방염제 및 유기용매는 상술된 것을 사용할 수 있으며, 단, 표면코팅액에 사용되는 무기항균제 및 방염제 등의 고형입자는 코어에 침지되는 무기항균제 및 방염제의 입자크기보다 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그외 특징은 상술된 바와 동일한 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
보다 바람직하게는, 상기 표면코팅액은 유기용매 100중량부에 대하여, 무기항균제 1 내지 15중량부, 나노 광촉매 0.1 내지 3중량부, 방염제 3 내지 10중량부를 혼합하여 제조될 수 있으며, 점도는 30 내지 500 cp 로 제어될 수 있다.
표면층 형성단계(S150)에서는 상기 코어의 표면에 표면코팅액을 도포하여 표면층을 형성하는 단계이다.
상기 표면코팅액을 상기 코어의 표면에 도포하는 방법은 한정하지 않으나, 구체적인 예로는, 스프레이 코팅, 침지, 유동층 코팅 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
상기 표면층 형성단계(S150)에서는 1 내지 10회 도포 및 건조의 반복을 통해 표면층을 형성할 수 있으며, 상기 표면층은 코어 두께 대비 1/10 내지 1/3으로 형성될 수 있다.
혼합단계(S200)에서는 베이스 도료수지 100중량부에 대하여 상기 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부 혼합한다.
상기 항균제 분산액이 0.5중량부 미만으로 투입되면 항균효과를 기대하기 힘들고, 20중량부를 초과하여 투입될 경우, 항균제 분산액의 투입량 대비 항균효과의 증대가 미미하며, 과량의 투입은 오히려 물성을 저하시키기 때문에 바람직하지 못하다.
바람직하게는, 상기 항균제 분산액은 상기 범위 내에서 항균성 분체도료 조성물이 1011 내지 1014 Ω·㎝ 의 저항값, 진비중 1.2 내지 1.8, 외관비중 0.5 내지 0.7을 갖도록 혼합할 수 있다.
상기 베이스 도료수지는 통상 분체도료 수지로 사용되는 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 사용할 수 있으며, 구체적인 예로는, 열가소성 수지로는 폴리염화비닐 수지, 폴리아미드 수지 및 이들의 조합을 사용할 수 있고, 열경화성 수지로는 에폭시, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 수지 및 이들의 조합을 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
바람직하게는, 열경화성 수지를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 에폭시와 폴리에스테르를 혼합한 하이브리드 형태의 수지를 사용할 수 있다.
또한, 상기 혼합단계(S200)에서는 열중합억제제, 착색제, 산화방지제, 자외선안정제, 내후제, 경화촉진제, 증량제, 계면활성제, 가소제 및 이들의 조합을 포함하는 첨가제를 더 첨가할 수 있으며, 상기 첨가제는 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 0.01 내지 10중량부 첨가될 수 있다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 항균성 분체도료 조성물의 제조방법은 무용제형 항균성 분체도료 조성물의 제조방법에 관한 것으로서, 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100)와 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 상기 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부 혼합하여 액상의 항균성 분체도료 조성물을 제조하는 혼합단계(S200)와 상기 액상의 항균성 분체도료 조성물을 분말화하는 분말화단계(S300)를 포함한다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 항균성 분체도료 조성물의 제조방법에서 항균 분산액 제조단계(S100)와 혼합단계(S200)는 상술된 제 1실시예에 따른 방법과 동일한 바 중복기재하지 않도록 한다.
분말화단계(S300)는 액상의 항균성 분체도료 조성물을 분말화하는 단계로서, 이때, 분말의 크기는 1 nm 내지 500㎛, 바람직하게는, 30 내지 60 ㎛로 제어되며, 건조방법은 통상의 분말화방법을 이용할 수 있으나, 바람직하게는, 스프레이 코팅법, 유동층 코팅 방법 및 이들의 조합을 이용할 수 있다.
스프레이 코팅법을 이용할 시, 분무건조장치 입구온도 150 내지 170 ℃, 출구온도 90 내지 105 ℃, 분무압 5 내지 10 kPa, 열풍 공기량 0.30 내지 0.50 m3/분에서 수행될 수 있다.
유동층 코팅방법을 이용할 시, 유동층 코팅기 흡입 공기량 5 ~ 15㎥/sec, 투입관 온도 80 ~ 150℃, 분무압력 10 ~ 50 bar, 분무속도 1 ~ 10kg/hr 하에서 수행될 수 있다.
상기 분말화단계(S300)에서는 액상의 항균성 분체도료 조성물의 점도를 제어하여 분말의 크기 및 밀도를 제어하는 것도 가능하다.
유동층 코팅방법을 이용하여 코팅처리시 액상의 항균성 분체도료 조성물을 수차례 내지 수십차례 분사하여 과립을 형성하게 되며, 분사시 액상의 항균성 분체도료 조성물의 점도를 제어하여 분말의 크기 및 밀도를 제어하는 것도 가능하다.
구체적인 예를 들어, 1차 액상의 항균성 분체도료 조성물의 점도를 50 내지 100cp, 2차는 40 내지 70cp, 3차는 30 내지 50cp로 제어함으로써, 높은 점도의 항균성 분체도료 조성물을 이용하여 과립 씨드를 단시간에 형성 및 과립 씨드의 밀도를 높이고, 점차 낮은 점도의 항균성 분체도료 조성물을 분사함으로써 과립 씨드에 대한 액상 항균성 분체도료 조성물의 함침성을 높일 수 있도록 한다.
이하, 본 발명에 따른 항균성 분체도료 조성물을 설명하도록 한다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 항균성 분체도료 조성물은 액상의 항균성 분체도료 조성물을 제공하는 것으로서, 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부를 포함한다.
제 1실시예에 따른 항균 분산액은 유기용매, 무기항균제를 포함하는 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하여 제조된다.
베이스 분산액은 유기용매, 무기항균제를 포함하는 것으로서, 유기용매 100중량부에 대하여, 무기항균제 5 내지 30중량부를 포함한다.
상기 무기항균제는 구리, 은, 티타늄, 아연 및 이들의 산화물 중 어느 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 산화구리(I)(아산화구리, Cu2O), 산화구리(II)(CuO), 적동석 및 이들의 조합 중 어느 하나로 선택되는 구리 화합물을 사용할 수 있으나, 더욱 바람직하게는, 아산화구리를 사용할 수 있다.
산화구리(I)(아산화구리, Cu2O)는 산화구리(II)(CuO)와 비교해 항균 활성 및 항바이러스 활성이 높다. 즉, 아산화구리는 구리 이온을 용출하기 쉽기 때문에, 용출된 구리 이온이 미생물이나 바이러스와 접촉함으로써 효소나 단백질과 결합해 활성을 저하시켜, 미생물 및 바이러스의 대사 기능을 저해하기 쉬워진다. 또한 용출된 구리 이온의 촉매 작용에 의해서 공기 중의 산소를 활성화하여, 미생물 및 바이러스의 유기물을 분해하기 쉬워진다.
상기 무기항균제는 1 nm 내지 50 ㎛의 평균입도를 갖는 것을 사용하는데, 평균입도가 1 nm 미만일 경우 응집이 발생될 수 있으며, 평균입도가 50 ㎛를 초과할 경우 단위면적당 표면적이 작아져 항균성을 충분히 발휘할 수 없으며, 다공성 입자에 대한 담지특성이 저하되기 때문에 상기 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스 분산액은 인산, 인산암모늄, 붕산, 규산소다, 수산화알루미늄, 할로겐 화합물, 디시안디아미드 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방염제를 더 포함할 수 있다.
상기 방염제는 분체도료에 방염성을 부여하며, 동시에 무기항균제에 도막을 형성하여 분산성을 향상시킴과 동시에 녹청을 방지할 수 있는 효과를 부여한다.
상기 방염제는 유기용매 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부 포함될 수 있다.
상기 유기용매의 종류는 통상 사용되는 유기용매를 사용할 수 있으며, 구체적인 예로는, 케톤류(아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등), 알코올류(메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올 등), 에스테르류 (아세트산에틸, 아세트산부틸 등), 에테르 디이소프로필에테르 등), 지방족 탄화수소 또는 방향족 탄화수소, 할로겐화탄화수소 (퍼클로로에틸렌, 트리클로로-1,1,1-에탄, 트리클로로트리플루오로에탄, 디클로로펜타플루오로프로판 등), 디메틸포름아미드, N-메틸-피롤리돈-2, 부티로아세톤, DMSO(디메틸술폭사이드), 글리콜에테르 및 그 유도체 등을 사용할 수 있다.
제조된 베이스 분산액에 다공성 입자를 침지시켜 다공성 입자 내부 및 표면에 무기항균제 및 방염제를 담지하게 된다.
상기 다공성 입자는 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 상기 다공성 입자의 크기는 10 내지 300㎛의 평균입경, 30 내지 70%의 기공률, 5nm 내지 10 ㎛의 평균기공크기를 가질 수 있다. 이때, 실리카의 경우, 황변의 발생을 최소화할 수 있는 건식 실리카를 사용할 수 있다.
상기 다공성 입자는 물리, 화학적 처리를 통해 전처리된 것을 사용할 수 있으며, 상기 전처리를 통해 다공성 입자의 비표면적을 높여 항균제의 담지특성을 높이고, 이온결합 및 흡착특성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
상기 전처리는 산 처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리, 실란 커플링제 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
산 처리는 질산, 황산, 염산, 인산, 포름산, 옥살산, 아세트산 및 이들의 조합 중 어느 하나의 산 용액을 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 산 용액의 농도는 0.5 내지 3N 인 것을 사용할 수 있다. 산 용액 침지 처리시, 산 용액의 온도는 25 내지 85℃, 반응시간은 10 내지 120 분간 수행된다.
알칼리 처리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 알칼리 용액을 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 알칼리 용액의 농도는 1 내지 15%(w/v)를 사용하여, 알칼리 용액의 온도 25 내지 85℃, 반응시간은 10 내지 120 분간 수행된다.
플라즈마 처리는 장치출력 50 내지 1000W, 챔버압력 30 내지 500 mTorr 갖는 플라즈마 장치에 공기, 산소, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 기체를 5 내지 100 sccm의 유량으로 유입시켜 30초 내지 600 초간 처리할 수 있다.
실란 커플링제는 비닐실란커플링제, 알콕시실란커플링제, 아미노실란커플링제, 에폭시실란커플링제, 메타아크릴옥시실란커플링제, 아크릴옥시실란커플링제, 우레이드실란커플링제, 메르캅토실란커플링제 및 이들의 조합으로 선택되는 그룹 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 유기용제 100중량부에 대하여, 상기 실란커플링제는 0.5 내지 15 중량부를 첨가한 실란 커플링제 처리용액에 상기 다공성 입자를 침지처리할 수 있다.
제조된 베이스 분산액 100 중량부에 대하여, 20 내지 70중량부의 다공성 입자를 침지하여 다공성 입자 내부 및 표면에 무기항균제 및 방염제를 담지하게 되며, 침지방법은 교반, 초음파 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다.
교반은 50 내지 500 rpm에서 10 내지 120분간 수행될 수 있으며, 초음파 처리는 20 kHz 내지 30 kHz 의 세기에서 5분 내지 20분간 수행되는데, 상기 초음파 세기 및 초음파 처리시간 미만으로 수행시에는 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 상기 초음파 세기 및 초음파 처리시간을 초과하여 수행시에는 다공성 입자의 물성을 저하시킬 수 있기 때문에 상기 조건 범위 내에서 수행되는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는, 1차로 교반처리한 후 2차로 교반과 초음파처리를 동시수행하여 다공성 입자에 베이스 분산액을 침지시키는데, 다공성 입자에 베이스 분산액을 침지처리시, 베이스 분산액이 다공성 입자의 일부 공극을 막게 되는데, 초음파 처리를 통해 다공성 입자의 공극크기를 확장하거나 공극률을 증가시켜 방염제 및 무기항균제의 담지를 위한 공간을 확보할 수 있으며, 방염제 및 무기항균제와 접촉 표면적을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, 1차적으로 교반처리 후 2차로 교반과 초음파처리를 동시수행할 시, 초음파가 다공성 입자 공극에 직접적으로 작용하여 공극을 파괴시켜 비표면적을 감소시키는 것을 방지하고, 물성의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
제 2실시예에 따른 항균 분산액은 유기용매, 무기항균제를 포함하는 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, CNT 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하고, 여과 및 건조하여 내부에 무기항균제 및 방염제가 담지된 다공성 입자를 '코어'로서 수득하고, 상기 코어의 표면에 CNC, CNF 및 이들의 조합 중 어느 하나의 충전제, 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제, 유기용매 및 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 표면코팅액을 도포하여 표면층을 형성한 복합 항균 입자를 포함한다.
제 2실시예에 따른 항균 분산액의 내부에 방염제 및 무기항균제가 담지된 다공성 입자는 제 1실시예에 따른 내부에 방염제 및 무기항균제가 담지된 다공성 입자와 동일한 바, 이에 대한 기재를 생략하도록 한다.
다공성 입자를 여과 및 90 내지 150℃에서 수분함량 10 내지 30중량%를 갖도록 건조하여 내부에 방염제 및 무기항균제가 담지된 코어를 수득하게 된다.
상기 충전제는 분체도료에 강도를 부여함과 동시에 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제 및 이들의 조합 중 어느 하나의 기능성 물질을 담지하기 위한 담지체로 작용될 수 있다.
상기 충전제는 평균폭 1 내지 150nm, 평균길이 50nm 내지 5㎛, 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g를 갖는 것을 사용할 수 있다.
상기 충전제는 알칼리 용액에 침지처리된 것을 사용할 수 있는데, 알칼리 용액에 침지처리함으로써 충전제 내의 작은 공극들을 팽윤시키게 되며, 충전제의 팽윤을 통해 나노 광촉매, 무기항균제, 방염제 등의 담지 특성을 향상시킴과 동시에 베이스 도료수지와의 상호결합성을 향상시킬 수 있다.
상기 알칼리 처리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나의 알칼리 용액을 사용할 수 있으며, 상기 알칼리 용액의 농도는 1 내지 15%(w/v)를 사용한다.
상기 충전제는 상기 알칼리 용액 100중량부에 대하여 1 내지 25중량부 투입되어 100 내지 200rpm 에서 30 내지 120분간 교반 및 30분 내지 90분간 정치시킨 후, 반응 완료 후 증류수를 이용하여 pH 6 내지 7이 될때까지 세척처리한다. 세척처리된 충전제를 60 내지 90℃에서 12 내지 24시간 건조하여 전처리된 충전제를 수득한다.
더불어, 알칼리 용액에 전처리된 충전제는 플라즈마 처리, 실란커플링제 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 표면개질처리를 하여 제타 포텐셜 ±40 내지 ±30mV 를 갖도록 처리될 수 있으며, 상기 표면코팅액 내에서 분산성을 향상시키고, 응집현상을 방지할 수 있으며, 나노 광촉매, 무기 항균제 및 방염제와의 결합특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 플라즈마 처리는 장치출력 50 내지 1000W, 챔버압력 30 내지 500 mTorr 갖는 플라즈마 장치에 플르오르(F)를 포함하는 기체를 5 내지 100 sccm의 유량으로 유입시켜 30초 내지 600 초간 처리할 수 있다.
상기 실란커플링제로는 비닐실란커플링제, 알콕시실란커플링제, 아미노실란커플링제, 에폭시실란커플링제, 메타아크릴옥시실란커플링제, 아크릴옥시실란커플링제, 우레이드실란커플링제, 메르캅토실란커플링제 및 이들의 조합으로 선택되는 그룹 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
나노 광촉매는 살균, 항균, 탈취, 유기물 분해 특성을 갖는 입자로, TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CdS, ZrO2, V2O3, WO3 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 바람직하게는, TiO2(anatase) 및 TiO2(rutile)를 사용할 수 있다. 상기 나노 광촉매는 1 내지 100nm의 평균입도를 갖는 것을 사용할 수 있다.
무기항균제와 방염제 및 유기용매는 상술된 것을 사용할 수 있으며, 단, 표면코팅액에 사용되는 무기항균제 및 방염제 등의 고형입자는 코어에 침지되는 무기항균제 및 방염제의 입자크기보다 작은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그외 특징은 상술된 바와 동일한 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
보다 바람직하게는, 상기 표면코팅액은 유기용매 100중량부에 대하여, 무기항균제 1 내지 15중량부, 나노 광촉매 0.1 내지 3중량부, 방염제 3 내지 10중량부를 혼합하여 제조될 수 있으며, 점도는 30 내지 500 cp 로 제어될 수 있다.
표면층은 상기 코어의 표면에 표면코팅액을 도포하여 형성되며, 상기 표면코팅액을 상기 코어의 표면에 도포하는 방법은 한정하지 않으나, 구체적인 예로는, 스프레이 코팅, 침지, 유동층 코팅 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
준비된 항균 분산액은 베이스 도료수지 100중량부에 대하여 0.5 내지 20 중량부 혼합된다.
이때, 상기 항균제 분산액은 0.5 내지 20중량부가 투입되는데, 상기 항균제 분산액이 0.5중량부 미만으로 투입되면 항균효과를 기대하기 힘들고, 20중량부를 초과하여 투입될 경우, 항균제 분산액의 투입량 대비 항균효과의 증대가 미미하며, 과량의 투입은 오히려 물성을 저하시키기 때문에 바람직하지 못하다.
바람직하게는, 상기 항균제 분산액은 상기 범위 내에서 항균성 분체도료 조성물이 1011 내지 1014 Ω·㎝ 의 저항값, 진비중 1.2 내지 1.8, 외관비중 0.5 내지 0.7을 갖도록 혼합할 수 있다.
상기 베이스 도료수지는 통상 분체도료 수지로 사용되는 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 사용할 수 있으며, 구체적인 예로는, 열가소성 수지로는 폴리염화비닐 수지, 폴리아미드 수지 및 이들의 조합을 사용할 수 있고, 열경화성 수지로는 에폭시, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 수지 및 이들의 조합을 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
바람직하게는, 열경화성 수지를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 에폭시와 폴리에스테르를 혼합한 하이브리드 형태의 수지를 사용할 수 있다.
또한, 베이스 도료수지와 항균 분산액의 혼합시 열중합억제제, 착색제, 산화방지제, 자외선안정제, 내후제, 경화촉진제, 증량제, 계면활성제, 가소제 및 이들의 조합을 포함하는 첨가제를 더 첨가할 수 있으며, 상기 첨가제는 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 0.01 내지 10중량부 첨가될 수 있다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 항균성 분체도료 조성물은 무용제형 항균성 분체도료 조성물을 제공하는 것으로서, 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부를 포함한 액상의 항균성 분체도료 조성물을 분말화한 것이다.
무용제형 항균성 분체도료 조성물은 도장 작업시 점도 조정이 요구되지 않고, 도장 후 용제 휘발 공정이 요구되지 않아 작업시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 항균성 분체도료 조성물은 제 1실시예에 따른 액상의 항균성 분체도료 조성물을 분말화한 것으로, 액상의 항균성 분체도료 조성물은 상술된 제 1실시예에 따른 것과 동일한 바 중복기재하지 않도록 한다.
분말의 크기는 1 nm 내지 500㎛, 바람직하게는, 30 내지 60 ㎛로 제어되며, 건조방법은 통상의 분말화방법을 이용할 수 있으나, 바람직하게는, 스프레이 코팅법, 유동층 코팅 방법 및 이들의 조합을 이용할 수 있다.
스프레이 코팅법을 이용할 시, 분무건조장치 입구온도 150 내지 170 ℃, 출구온도 90 내지 105 ℃, 분무압 5 내지 10 kPa, 열풍 공기량 0.30 내지 0.50 m3/분에서 수행될 수 있다.
유동층 코팅방법을 이용할 시, 유동층 코팅기 흡입 공기량 5 ~ 15㎥/sec, 투입관 온도 80 ~ 150℃, 분무압력 10 ~ 50 bar, 분무속도 1 ~ 10kg/hr 하에서 수행될 수 있다.
상기 분말화 처리시, 액상의 항균성 분체도료 조성물의 점도를 제어하여 분말의 크기 및 밀도를 제어하는 것도 가능하다.
유동층 코팅방법을 이용하여 코팅처리시 액상의 항균성 분체도료 조성물을 수차례 내지 수십차례 분사하여 과립을 형성하게 되며, 분사시 액상의 항균성 분체도료 조성물의 점도를 제어하여 분말의 크기 및 밀도를 제어하는 것도 가능하다.
구체적인 예를 들어, 1차 액상의 항균성 분체도료 조성물의 점도를 50 내지 100cp, 2차는 40 내지 70cp, 3차는 30 내지 50cp로 제어함으로써, 높은 점도의 항균성 분체도료 조성물을 이용하여 과립 씨드를 단시간에 형성 및 과립 씨드의 밀도를 높이고, 점차 낮은 점도의 항균성 분체도료 조성물을 분사함으로써 과립 씨드에 대한 액상 항균성 분체도료 조성물의 함침성을 높일 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 항균성 분체도료 조성물은 철재, 목재, 알루미늄재, 플라스틱재, LPM(Low Pressure Melamine) 및 이들의 조합의 피가공품에 적용될 수 있다.
이때, 상기 피가공품은 사포처리, 무늬처리, 플라즈마 표면개질 등의 전처리공정을 거친 것을 사용하는 것도 가능하다.
상기 항균성 분체도료 조성물은 코팅, 건조처리 공정을 1 내지 3회 반복하여 피가공품에 도장처리될 수 있으며, 바람직하게는, 1회차 도장시에는 베이스 도료수지만 도포하여 상기 베이스 도료수지가 프라이머 역할을 수행하도록 하고, 2회차부터는 항균성 분체도료 조성물을 도포할 수 있다.
상기 항균성 분체도료 조성물은 건조 후 두께 1㎛ 내지 500㎛를 갖도록 도포처리될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
1. 항균 분산액의 제조
1-1. 베이스 분산액의 제조
유기용매로 DMF(Di-methyl formarmide) 500g에 무기항균제로 평균입도 20 nm 갖는 아산화구리(Cu2O)분말 50g, 방염제는 인산암모늄 25 g을 교반하여 베이스 분산액을 제조하였다.
방염제의 첨가 유무에 따른 항균특성을 확인하기 위하여 방염제를 제외한 베이스 분산액을 제조하였다.
1-2. 다공성 입자의 준비
평균입경크기 50 ㎛, 평균기공크기 5nm~1㎛를 갖는 제올라이트를 준비하였다.
다공성 입자의 전처리 유무에 따른 담지특성을 확인하기 위하여 플라즈마 처리하였다.
상기 플라즈마 처리는 장치출력 1000W, 챔버압력 200 mTorr 갖는 플라즈마 장치에 산소를 20~30 sccm의 유량으로 유입시켜 300 초간 수행되었다.
1-3. 침지처리
상기 베이스 분산액에 상기 다공성 입자를 교반 및 초음파 처리를 통해 침지처리하였으며, 침지처리방법에 따른 항균 특성을 확인하였다. 교반은 100rpm에서 30분간 수행하였고, 초음파 처리는 25 kHz 의 세기에서 10분간 수행되었다.
방염제 첨가유무, 다공성 입자의 전처리 유무 및 침지방법에 따른 분산 안정성 및 무기항균제의 담지량을 확인하기 위하여, 하기의 표 1과 같이 실험설계하였다.
Figure 112019094733404-pat00001
분산 안정성은 제타 포텐셜을 측정하여 확인하였으며, 표 2는 상기 표 1의 실험설계를 토대로 실험 후 측정한 제타 포텐셜 및 담지량을 보여준다.
Figure 112019094733404-pat00002
그 결과, 실시예 1에서 가장 우수한 분산성 및 담지량을 나타내었는데, 이는 방염제의 첨가가 무기항균제에 도막을 형성하여 분산성을 향상시킴과 동시에 녹청을 방지할 수 있으며, 다공성 입자의 플라즈마 처리를 통해 무기항균제의 담지특성을 극대화할 수 있고, 교반과 초음파 조사를 함께 수행하였을 때 물성의 저하를 방지하면서 기공을 막지않아 무기항균제의 담지특성을 증대시킬 수 있음에 기인할 것으로 판단하였다.
2. 베이스 도료수지와 항균 분산액의 혼합
베이스 도료수지로 에폭시와 폴리에스테르를 혼합한 하이브리드 형태의 수지 500g 을 준비하고, 실시예 1에 의해 제조된 항균 분산액을 항균 분산액 50g 혼합하여 분체도료 조성물을 제조하였다.
3. 항균성 테스트
3-1. 분제도료 조성물의 항균성
피가공품(천연목재, LPM, 산화동사출물, 철재)에 상기 분체도료 조성물을 도포하여 항균성 테스트를 실시하였다.(표 3)
분체도료 조성물의 항균성 실험은 KCL-FIR-1003: 2018 방법에 의거하여 실시하였다.
사용균주는 대장균 (Escherichia coli ATCC 8739), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538P)을 각각 3.7×105, 3.4×105 CFU/mL의 농도로 접종하고, 24시간 후 세균감소율을 확인하였다.
도 1은 본 발명에 따른 항균성 분체도료 조성물을 도포한 천연목재와 LPM(Low Pressure Melamine)의 항균실험 결과이고, 도 2는 본 발명에 따른 항균성 분체도료 조성물을 도포한 산화동 사출물과 철재의 항균실험 결과를 보여준다.
시험편은 5cm ×5cm의 천연목재, LPM, 산화동사출물, 철재에 대해 실시하였으며, 대조편으로 Stomacher film 5cm ×5cm를 사용하였다. 도 3은 본 발명에 따른 항균성 분체도료 조성물이 코팅된 시험편을 보여준다.
Figure 112019094733404-pat00003
그 결과, 본 발명에 따른 분체도료 조성물이 다양한 피가공품에 우수한 항균성을 가짐을 확인할 수 있었다.
3-2. 분체도료 조성물의 항균 지속성
피가공품으로 두께 5mm의 철재 프레임을 준비하였다. 상기 철재 프레임에 분체도료 조성물을 두께 10%가 되도록 코팅처리하고, 6개월 후 실시예 1의 항균분산액을 이용한 분체도료 조성물(이하, 실시예 1의 분체도료처리 가공품)의 항균성을 확인하였다.
대조군으로 비교예 3의 무기항균제와 베이스 도료수지를 단순배합한 조성물을 사용하여 동일한 조건 하에서 코팅처리하고, 동일한 환경하에서 6개월간 유지시켰다.
항균성 테스트는 3-1.에 상술된 방법을 이용하였다.
그 결과, 대조군의 경우 육안상 변색이 확인되었으며, 실시예 1의 분체도료처리 가공품에서는 색상 변화가 거의 없었다. 이는 실시예 1의 항균 분산액이 무기항균제의 산화 및 녹청을 방지한 것에 기인한 것으로 판단하였다.
항균 테스트 결과, 실시예 1의 분체도료처리 가공품에서는 대장균, 황색포도상구균에 대해 세균감소율이 99.9% 를 보였으나, 대조군에서는 균이 번식됨을 확인할 수 있었다. 이를 통해 단순 무기항균제의 배합한 분체도료처리 가공품보다 실시예 1의 분체도료처리 가공품이 장기간 항균 지속성이 우수함을 확인할 수 있었다.
4. 물성 테스트
실시예 1의 분체도료처리 가공품의 내스크래치성을 확인하였다.(표 4). 대조군으로 비교예 3의 무기항균제와 베이스 도료수지를 단순배합한 조성물을 코팅처리한 가공품(이하, 비교예 3의 가공품)과 무기항균제를 투입하지 않은 베이스 도료 수지 마스터 배치(이하, 비교예 4의 가공품)를 준비하였다.
내스크래치성은 Erichsen 장비를 이용하여 일정 하중 10N 아래 1000 mm/min의 속도로 교차 스크래치를 2mm × 20회 간격으로 가한 다음 스크래치를 색차계(Color-7000A)을 사용하여 측정하였다.
Figure 112019094733404-pat00004
그 결과, 실시예 1의 분체도료처리 가공품의 내스크래칭성이 우수함을 확인할 수 있었으며, 비교예 3은 실시예 1보다 내스크래칭성이 낮게 측정되었는데, 이는 무기항균제의 배합시 낮은 분산성에 기인한 것으로 판단하였다.
5. 방염성 테스트
실시예 1의 분체도료처리 가공품의 난연성을 확인하였다(표 5). 대조군으로 비교예 3의 무기항균제와 베이스 도료수지를 단순배합한 조성물을 코팅처리한 가공품(이하, 비교예 3의 가공품)과 무기항균제를 투입하지 않은 베이스 도료 수지 마스터 배치(이하, 비교예 4의 가공품)를 준비하였다.
난연성 시험방법 KS F ISO 5660-1에 따라 난연 테스트를 하였다. 100 mm × 100 mm × 50 mm의 심재 샘플을 제작하여 5분간 가열 후 균열 발생여부와 잔류층 두께(mm) 를 측정하였다.
Figure 112019094733404-pat00005
그 결과, 실시예 1의 분체도료처리 가공품의 경우, 잔류층 및 균열이 전혀 확인되지 않아 난연성이 우수함을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부를 포함하며,
    상기 항균 분산액은 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, 탄소나노튜브 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지한 것이며,
    상기 다공성 입자는 산처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 전처리된 것임을 특징으로 하는
    항균성 분체도료 조성물.
  2. 베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부를 포함한 액상의 항균성 분체도료 조성물을 분말화한 것이며,
    상기 항균 분산액은 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, 탄소나노튜브 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지한 것이며,
    상기 다공성 입자는 산처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 전처리된 것임을 특징으로 하는
    항균성 분체도료 조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 무기항균제는
    구리, 은, 티타늄, 아연 및 이들의 산화물 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는
    항균성 분체도료 조성물.
  5. 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100);와
    베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 상기 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부 혼합하는 혼합단계(S200);를 포함하며,
    상기 항균 분산액 제조단계(S100)에서는 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, 탄소나노튜브 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하며,
    상기 다공성 입자는 산처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 전처리된 것임을 특징으로 하는
    항균성 분체도료 조성물의 제조방법.
  6. 다공성 입자에 무기항균제가 담지된 항균 분산액을 제조하는 항균 분산액 제조단계(S100);와
    베이스 도료수지 100중량부에 대하여, 상기 항균 분산액 0.5 내지 20 중량부 혼합하여 액상의 항균성 분체도료 조성물을 제조하는 혼합단계(S200);와
    상기 액상의 항균성 분체도료 조성물을 분말화하는 분말화단계(S300);를 포함하며,
    상기 항균 분산액 제조단계(S100)에서는 방염제, 유기용매, 무기항균제를 혼합한 베이스 분산액에 실리카, 제올라이트, 인산칼슘, 활성탄, 탄소나노튜브 및 이들의 조합 중 어느 하나의 다공성 입자를 침지하며,
    상기 다공성 입자는 산처리, 알칼리 처리, 플라즈마 처리 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법을 이용하여 전처리된 것임을 특징으로 하는
    항균성 분체도료 조성물의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제 5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 항균 분산액 제조단계(S100)는
    구리, 은, 티타늄, 아연 및 이들의 산화물 중 어느 하나 이상을 포함하는 무기항균제를 혼합하는 것을 특징으로 하는
    항균성 분체도료 조성물의 제조방법.
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