KR102176473B1 - 금속 유도체 및 다공성 담체 이용 바이오 항균 원료 및 항균 제품 - Google Patents

금속 유도체 및 다공성 담체 이용 바이오 항균 원료 및 항균 제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오 항균 원료 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체 및 다공성 담체를 포함하는 항균 원료를 이용한 항균 롤백, 위생백, 지퍼백, 위생장갑 및 사출품 용도의 바이오 항균 원료 조성물에 관한 것이다.

Description

금속 유도체 및 다공성 담체 이용 바이오 항균 원료 및 항균 제품{BIO ANTIBACTERIAL PELLET AND ANTIBACTERIAL PRODUCTS BY USING METAL DERIVATIVES AND POROUS CARRIERS}
본 발명은 바이오 항균원료 및 항균제품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체 및 다공성 담체를 포함하는 바이오 항균 원료 및 이를 이용한 항균 롤백, 위생백, 지퍼백 및 위생장갑 용도의 항균 필름 제품 및 항균 사출품에 관한 것이다.
일반적으로 플라스틱을 이용한 필름 및 사출 성형 제품은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 계열의 플라스틱 수지를 주원료로 사용하고 있으나, 플라스틱을 이용한 필름 및 사출 성형 제품 등의 경우 세균이나 곰팡이 등에 대한 항균성이 없기 때문에 유통기간을 늘리기 위하여 통상적으로 다양한 기능성 물질을 첨가하여 제조하고 있다.
구체적으로, 인체에 유해한 특정균 들을 살균하거나 특정균이 번식하지 못하도록 항균력을 가지는 은이나 구리 등의 항균제 재료를 플라스틱 성형시 일정량 혼합시켜 성형하는 기술이 알려져 있다.
또한, 상기 항균제로서는 유기계 항균제와 비교하여 안전성이 높고, 항균 작용이 장기간 지속되며, 또한 내열성도 우수한 무기계 항균제가 주로 사용되고 있다.
그러나, 상기 항균력을 가지는 은이나 구리 등의 항균제 재료 혹은 무기계 항균제를 사용할 경우 충분한 항균력이 구현되지 못하거나 제품 성형시 문제가 발생할 수 있다.
한편, 환경에 대한 중요성이 대두되면서 다양한 산업 분야에 있어 환경을 오염시키지 않는 기술에 대한 개발이 필수적인 요소로 자리 잡고 있다. 우리 생활에 필수품이 된 플라스틱은 썩지 않아 환경오염의 주범이 되었으나, 최근 자연에 의해 분해되는 플라스틱에 대한 기술 개발이 활발히 진행되고 있고, 그 수요 또한 폭발적으로 증가하고 있다.
이와 관련하여, 국내외적으로 바이오 플라스틱(Bio plastics)에 대한 개발 및 산업화가 활발하게 이루어지고 있다. 바이오 플라스틱은 유한자원인 석유계 원료를 대체하는 소재로 주목을 받고 있으며, 특히 탄소중립(Carbon neutral)형 식물체 바이오매스는 지구의 이산화탄소 총량을 증가시키지 않는 점에서 큰 관심을 끌고 있다. 바이오 플라스틱(Bio plastics)은 크게 생분해 플라스틱(Bio degradable plastics), 산화생분해 플라스틱(Oxo-biodegradable plastics) 및 바이오 베이스 플라스틱(Bio based plastics)으로 나누어지는데, 이 중 바이오 베이스 플라스틱에 산화생분해 첨가제가 더 포함된 산화생분해 플라스틱은 옥수수 등 식물로부터 유래한 바이오매스를 25% 이상 함유하는 플라스틱에 추가로 산화생분해제를 더 첨가한 플라스틱이다. 산화생분해 플라스틱은 그 원료인 바이오매스가 광합성에 의해 생성되는바 이 과정에서 대기 중의 이산화탄소를 사용하여 탄소배출을 억제하는 효과가 있고, 한정된 자원인 석유의 소비량을 줄일 수 있으며, 폐기 후에는 미생물에 의해 분해되고, 특히 물성 개선 및 가격경쟁력 유지 측면에서 각광을 받고 있는 친환경적인 소재이다.
친환경 소재로 주목을 받고 있는 바이오 플라스틱 중 바이오 매스 플라스틱은 기존 생분해 플라스틱의 단점으로 지적되어 온 조기 생분해 문제, 물성 저하, 낮은 가격경쟁력 및 재활용의 어려움을 극복할 수 있어 급격히 산업화가 진행되고 있다.
하지만, 바이오 플라스틱은 아직까지 그 사용범위가 제한적이다. 바이오매스의 원가상승으로 인해 기존 플라스틱 제품 대비 2~3배 가량 비싸고, 전자제품 및 산업용품 등에서 요구되는 수준의 물성, 강도를 유지하는 것 등 해결해야 할 문제가 많이 남아 있다. 또한 바이오매스 중 전분의 경우 식량자원 사용이란 문제점이 대두되어 그 사용량을 줄일 필요가 있다.
이에, 바이오 제품 원료로서, 성형된 바이오 필름 제품(예컨대, 롤백, 위생백, 지퍼백 및 위생장갑) 및 사출 성형품에 높은 항균성을 부여할 수 있는 새로운 형태의 원료에 대한 개발이 요구되고 있다.
한국등록특허 제10-1347584호
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 우수한 항균성을 갖는 항균 원료 조성물을 제공함을 기술적 과제로 한다.
이에 더하여, 산화생분해 내지 자연분해가 용이하되 제품에 요구되는 신장율, 인장 강도 등 기계적 물성을 함께 담보할 수 있는 친환경적인 바이오 필름 제품(예컨대, 항균 롤백, 위생백, 지퍼백 및 위생장갑) 및 바이오 사출품과 이를 위한 바이오 항균 원료 조성물을 제공함을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자, 본 발명은 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체 및 다공성 담체를 포함하는 항균 원료를 이용한 항균 롤백, 위생백, 지퍼백, 위생장갑 및 사출품 용도의 바이오 필름 및 항균 사출품용 바이오 항균 원료 조성물을 제공한다.
상기 구리를 포함하는 금속 유도체는 알긴산 구리 (Copper Alginate), 페놀계 구리, 옥신 구리(Oxine Copper), 구리 아세틸아세토네이트 (Copper Acetylacetonate, Cu(C5H7O2)2) 및 수화구리탄산염(hydrated copper carbonate, Cu2(OH)2CO3) 중에 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 아연을 포함하는 금속 유도체는 알긴산 아연(Zinc Alginate), 피리치온 아연(Zinc Pyrithione), 글루콘산 아연(Zinc Gluconate, C12H22O14Zn) 및 아연 아세틸아세토네이트 (Zinc Acetylacetonate, Zn(C5H7O2)2) 중에 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 다공성 담체는 알루미늄 규산염, 수산화 알루미늄, 알루민산염, 현무암, 부석, 규조암, 소석, 응회석 및 점토 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 항균 원료는 크산틴 옥시다아제 (xanthine oxidase), 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase), 라이소자임, 락토페린 및 감태 추출물 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 항균 원료 조성물은, 아세틸카바메이트금속염, 리놀레산, 중탄산소다 및 스테아린산을 포함하는 생분해 촉매제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면으로는 상기 바이오 항균 원료 조성물을 이용한 항균 필름 및 사출품을 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 바이오 항균 제품(롤백, 위생백, 지퍼백 및 위생장갑) 및 바이오 사출품은 항균성이 뛰어나다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 항균성이 뛰어난 바이오 항균 원료를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 항균성이 뛰어난 항균 롤백, 위생백, 지퍼백 및 위생장갑 용도의 바이오 필름 및 사출품용 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 인장강도, 신장율 등 기계적 물성이 우수한 산화생분해성 바이오 필름 및 사출 제품을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 사용되는 바이오 비닐용 조성물 생산 공정에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 항균 필름의 항균력을 보여주는 시험 분석 결과이다.
도 3은 본 발명에 의한 항균 필름의 항균력을 보여주는 시험 분석 결과이다.
이하, 실시예 및 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
본원에 사용된 바와 같이, "항균"이란 용어는 미생물 집단, 특히 대장균(escherichia coli), 그람양성균, 그람음성균 및/또는 메티실린-내성 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)에서 살균 활성 또는 미생물 성장 저해를 뜻한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 항균 제품 제조용 바이오 항균 원료 조성물은 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체 및 다공성 담체를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 바이오 항균 원료 조성물이 우수한 항균력을 가지기 위하여, 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체를 포함한다.
상기 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체 중 구리를 포함하는 금속 유도체는 알긴산 구리 (Copper Alginate), 페놀계 구리, 옥신 구리(Oxine Copper), 구리 아세틸아세토네이트 (Copper Acetylacetonate, Cu(C5H7O2)2) 및 수화구리탄산염(hydrated copper carbonate, Cu2(OH)2CO3) 중에 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 항균 원료 조성물은 알긴산 구리 (Copper Alginate), 페놀계 구리, 옥신 구리(Oxine Copper), 구리 아세틸아세토네이트 (Copper Acetylacetonate, Cu(C5H7O2)2) 및 수화구리탄산염(hydrated copper carbonate, Cu2(OH)2CO3) 중에 어느 하나 이상인 금속 유도체를 포함함으로써, 항균력이 우수할 수 있다.
구리는 항균 작용이 있으며, 인체 독성은 거의 없다. 금속 구리와 여러 구리 화합물들은 항균 성질을 보일 수 있다.
최근에는 구리를 이용하여 생산된 항균동(Antimicrobial Copper)을 이용하여 항균 효과를 얻는 기술이 사용되고 있다. 상기 항균동은 세균을 제거하는 항균 효과가 있다. 그러나, 상기 항균동은 구리 함량이 최소 60%가 넘는 구리 및 구리 합금 제품에서만 항균성이 발생한다.
따라서, 항균동을 이용하여 항균 효과를 얻을 수 있는 바이오 비닐을 제작하기 위하여는 높은 함량의 구리를 이용하여야 하기 때문에 제조 단가가 상승한다는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 상기 구리를 포함하는 금속 유도체 중 항균력이 가장 우수한 것으로서 알긴산 구리 (Copper Alginate)를 사용하는 것이 바람직한데, 상기 알긴산 구리 (Copper Alginate)를 사용할 경우, 대장균 및 포도상구균에 대하여 우수한 항균 성능을 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 바이오 항균 원료 조성물은 상기 알긴산 구리 (Copper Alginate) 대신에 혹은 이에 더하여 페놀계 구리, 옥신 구리(Oxine Copper), 구리 아세틸아세토네이트 (Copper Acetylacetonate, Cu(C5H7O2)2) 및 수화구리탄산염(hydrated copper carbonate, Cu2(OH)2CO3) 중에 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
이로 인하여, 상기 바이오 항균 원료 조성물은 우수한 항균 특성을 가질 수 있다.
상기 구리를 포함하는 금속 유도체는 상기 바이오 항균 원료 조성물 100 중량%에 대하여, 1 중량% 내지 5 중량% 함량으로 포함될 수 있다.
상기 구리를 포함하는 금속 유도체가 상기 바이오 항균 원료 조성물 100 중량%에 대하여, 1 중량% 내지 5 중량% 함량으로 포함됨으로써 우수한 항균 특성을 가질 수 있다.
상기 구리를 포함하는 금속 유도체가 상기 바이오 항균 원료 조성물 100 중량%에 대하여, 1 중량% 미만의 경우에는 항균 특성이 충분하지 못한 문제가 있으며, 5 중량%를 초과할 경우 과량의 구리를 포함하기 때문에 제조 원가가 상승하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 아연을 포함하는 금속 유도체는 알긴산 아연(Zinc Alginate), 피리치온 아연(Zinc Pyrithione), 글루콘산 아연(Zinc Gluconate, C12H22O14Zn) 및 아연 아세틸아세토네이트 (Zinc Acetylacetonate, Zn(C5H7O2)2) 중에 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 항균 원료 조성물은 알긴산 아연(Zinc Alginate), 피리치온 아연(Zinc Pyrithione), 글루콘산 아연(Zinc Gluconate, C12H22O14Zn) 및 아연 아세틸아세토네이트 (Zinc Acetylacetonate, Zn(C5H7O2)2) 중에 어느 하나 이상인 금속 유도체를 포함함으로써, 항균력이 우수할 수 있다.
아연은 항균 작용이 있으며, 인체 독성은 없다고 알려져 있다. 또한, 가격이 저렴하고 그람양성균, 그람음성균에 걸쳐 높은 항균력을 갖는다는 장점이 있다.
최근에는 항균제로서 ZnO를 이용하여 항균 효과를 얻는 기술이 사용되고 있다. 상기 항균동은 세균을 제거하는 항균 효과가 있다. 그러나, 상기 ZnO를 이용할 경우 그람양성균 및 그람음성균에 대한 항균성은 발생하나, 대장균 및 포도상구균 등에도 항균성이 발생할 수 있는 보다 우수한 아연을 포함하는 금속 유도체의 필요성이 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 상기 아연을 포함하는 금속 유도체 중 항균력이 가장 우수한 것으로서 알긴산 아연 (Zinc Alginate)를 사용하는 것이 바람직한데, 상기 알긴산 아연 (Zinc Alginate)을 사용할 경우, 대장균, 포도상구균, 그람양성균 및 그람음성균에 대하여 우수한 항균 성능을 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 바이오 항균 원료 조성물은 상기 알긴산 아연 (Zinc Alginate) 대신에 혹은 이에 더하여 피리치온 아연(Zinc Pyrithione), 글루콘산 아연(Zinc Gluconate, C12H22O14Zn) 및 아연 아세틸아세토네이트 (Zinc Acetylacetonate, Zn(C5H7O2)2) 중에 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
이로 인하여, 상기 바이오 항균 원료 조성물은 우수한 항균 특성을 가질 수 있다.
상기 아연을 포함하는 금속 유도체는 상기 바이오 항균 원료 조성물 100 중량%에 대하여, 1 중량% 내지 5 중량% 함량으로 포함될 수 있다.
상기 아연을 포함하는 금속 유도체가 상기 바이오 항균 원료 조성물 100 중량%에 대하여, 1 중량% 내지 5 중량% 함량으로 포함됨으로써 우수한 항균 특성을 가질 수 있다.
상기 아연을 포함하는 금속 유도체가 상기 바이오 항균 원료 조성물 100 중량%에 대하여, 1 중량% 미만의 경우에는 항균 특성이 충분하지 못한 문제가 있으며, 5 중량%를 초과할 경우 과량의 아연을 사용하여야 하기 때문에 제조 원가가 상승하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 항균 원료 조성물은 상기 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체와 함께 다공성 담체를 포함할 수 있다.
상기 다공성 담체는 세라믹 또는 금속 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상일 수 있으며, 예를 들어 알루미늄 규산염, 수산화 알루미늄, 알루민산염, 현무암, 부석, 규조암, 소석, 응회석 및 점토 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
추가로, 상기 다공성 담체는 제올라이트, 실리카 및 인산지르코늄 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 다공성 담체는 내부에 미세한 기공을 포함하고 있고, 유체는 상기 기공을 통과하게 된다. 다공성 담체의 기공의 크기나 공극율(porosity)은 본 발명의 바이오 비닐이 사용되는 환경에 따라 다르게 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 바이오 항균 원료 조성물이 우수한 항균 특성을 가지기 위하여, 증착이나 염착 등의 방법에 의하여 상기 다공성 담체의 표면에 상기 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체를 코팅하거나 상기 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체와 다공성 담체의 원료를 혼련하여 다공성 담체를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 항균 원료 조성물은 상기와 같이 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체와 함께 다공성 담체를 포함함으로써, 다공성 담체 내 기공으로 도입된 유해한 미생물을 상기 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체가 살균함으로써, 보다 우수한 항균 효과를 나타낼 수 있다.
상기 다공성 담체는 상기 바이오 항균 원료 조성물 100 중량%에 대하여, 1 중량% 내지 5 중량% 함량으로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 바이오 항균 원료 조성물이 포함하는 항균 원료는 크산틴 옥시다아제 (xanthine oxidase), 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase), 라이소자임, 락토페린 및 감태 추출물 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 항균 원료가 크산틴 옥시다아제 (xanthine oxidase), 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase), 라이소자임, 락토페린 및 감태 추출물 중 어느 하나 이상을 더 포함함으로써, 상기 바이오 항균 원료 조성물은 보다 우수한 항균 효과를 얻을 수 있다.
상기 항균 원료가 포함하는 크산틴 옥시다아제 (xanthine oxidase), 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase), 라이소자임, 락토페린 및 감태 추출물 중 어느 하나 이상은 상기 바이오 항균 원료 조성물 제조시 상기 다른 항균 원료와 혼련하여 투입될 수도 있고, 상기 다공성 담체 표면에 증착이나 염착을 통해 투입될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 상기 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase)를 사용하는 것이 바람직한데, 상기 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase)를 사용할 경우, 대장균, 포도상구균, 그람양성균 및 그람음성균에 대하여 우수한 항균 성능을 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 항균 원료가 포함하는 크산틴 옥시다아제 (xanthine oxidase), 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase), 라이소자임, 락토페린 및 감태 추출물 중 우수한 항균 효과를 얻기 위하여 라이소자임과 락토페린을 동시에 사용할 수 있다.
상기 라이소자임은 일반적으로 대장균 및 포도상구균 등에 항균 효과가 있으나, 그람음성균의 경우 세포막이 외막으로 덮여 있기 때문에 라이소자임 단독으로는 항균 활성을 나타내지 않는다. 그러나, 라이소자임과 함께 락토페린을 투입할 경우 락토페린과의 상승 효과에 의해 살균 효과를 나타낼 수 있다.
상기 항균 원료가 포함하는 크산틴 옥시다아제 (xanthine oxidase), 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase), 라이소자임, 락토페린 및 감태 추출물 중 어느 하나 이상은 상기 바이오 항균 원료 조성물 100 중량%에 대하여, 1 중량% 내지 5 중량% 함량으로 포함될 수 있다.
상기 항균 원료가 포함하는 크산틴 옥시다아제 (xanthine oxidase), 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase), 라이소자임, 락토페린 및 감태 추출물 중 어느 하나 이상이 상기 바이오 항균 원료 조성물 100 중량%에 대하여, 1 중량% 내지 5 중량% 함량으로 포함됨으로써 우수한 항균 특성을 가질 수 있다.
상기 항균 원료가 포함하는 크산틴 옥시다아제 (xanthine oxidase), 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase), 라이소자임, 락토페린 및 감태 추출물 중 어느 하나 이상이 상기 바이오 항균 원료 조성물 100 중량%에 대하여, 1 중량% 미만의 경우에는 항균 특성이 충분하지 못한 문제가 있으며, 5 중량%를 초과할 경우 과량의 원료 사용에 의해 제조 원가가 상승하는 문제가 있을 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 다공성 알루미늄 규산염 담체에 알긴산 구리 (Copper Alginate)와 알긴산 아연 (Zinc Alginate)을 사용하고 이에 더하여 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase) 혹은 라이소자임과 락토페린을 동시에 사용함으로써, 대장균, 포도상구균, 그람양성균 및 그람음성균에 대하여 우수한 항균 성능을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 바이오 항균 원료 조성물은, 아세틸카바메이트금속염, 리놀레산, 중탄산소다 및 스테아린산을 포함하는 생분해 촉매제를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 생분해 촉매제는 바이오매스 25 내지 50 중량부; 아세틸카바메이트금속염 0.1 내지 2 중량부; 바인더 수지 30 내지 50 중량부; 불포화지방산 1 내지 5 중량부; 탄산칼슘 10 내지 50 중량부; 중탄산소다 1 내지 5 중량부; 및 스테아린산 1 내지 5 중량부;를 포함하는 것일 수 있다.
상기 바이오매스는 탄소중립형 식물체 바이오매스를 사용할 수 있는데, 가공성, 물성이 우수한 전분, 셀룰로오스 등 유기탄소를 포함하는 바이오매스 또는 혼합물일 수 있으며, 바이오매스 부산물이 사용될 수도 있다. 바이오매스 사용량은 많을수록 이산화탄소 저감효과가 우수하지만 너무 많은 양을 사용하는 경우 물성이 나빠지는 문제점이 있어 적정량을 사용하는 것이 중요하지만 바이오 베이스 플라스틱 규격 기준이 유기탄소 함량 기준으로 25 중량부 이상인 것을 고려하여 바람직하게는 최소 25 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 또한 50 중량부 이상 사용하는 경우 물성이 저하되는 문제점이 있다. 한편 이러한 바이오매스로는 대두유, 면실유, 올리브유 및 해바라기유 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수도 있다.
상기 아세틸카바메이트금속염은 고분자 플라스틱의 완전 분해기간을 1년 내지 5년으로 단축하기 위해 첨가되는 촉매제로서 페릭아세틸카바메이트, 알미늄아세틸카바메이트, 망간아세틸카바메이트 또는 그 혼합물이 사용될 수 있는데 바람직하게는 0.1 중량부 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 0.1 중량부 미만으로 사용하는 경우 최종 생분해 기간이 길어지는 단점이 있다. 또한 2 중량부를 초과할 경우 효과는 우수하지만 가격이 상승하는 단점이 있다. 아세틸카바메이트금속염인 페릭아세틸카바메이트, 알미늄아세틸카바메이트, 망간아세틸카바메이트의 철, 알미늄, 망간은 광산화반응을 촉진시키는 역할을 수행한다.
상기 바인더 수지는 선형저밀도폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이 사용될 수 있는데, 바람직하게는 저밀도폴리에틸렌이 사용될 수 있다.
상기 불포화지방산은 올레산, 리놀레산, 아라키돈산, 리놀렌산 등 이중 결합이 2개 이상인 폴리엔 지방산을 사용할 수 있는데, 바람직하게는 알파 리놀레산과 아라키돈산의 혼합물을 사용할 수 있다. 불포화 지방산은 고분자 자동산화 기능을 수행하여 고분자 분해에 기여할 수 있는데, 1 내지 5 중량부 사용할 수 있다. 1 중량부 미만의 경우 고분자 분해시 자동 산화분해 기능이 약하고, 5 중량부를 초과할 경우 고분자 물성 저하 및 가격 상승 가능성이 있다.
상기 탄산칼슘은 바이오 비닐 제품의 내구성 강화를 주된 목적으로 첨가되는 무기필러 성분으로서, 평균입경(지름)이 2 μm, 밀도가 1.5~2.0 g/cm3, 열분해 온도가 350℃, 인화점(Flash point)이 400℃인 불수용성 탄산칼슘 펠릿, 구체적으로는 상품명 「CALFIN 1152WA」 또는 「OMYACARB®1-SW」인 탄산칼슘을 사용할 수 있다. 이처럼 소정의 물리적/화학적 특성을 지닌 특정 종류의 탄산칼슘을 사용함으로써, 바이오 비닐 제품의 통기성을 개선하고, 사용 후 폐기를 위한 소각시 발열량을 감소시켜 소각로의 사용수명을 연장할 수 있는 장점이 있다. 이러한 탄산칼슘 종류는 일반 탄산칼슘보다 입경이 작아서 작업성 및 흐름성도 좋게 만들 수 있다.
상기 중탄산소다는 식물체 바이오매스의 가소제 및 금속염의 작용을 도와 분해를 촉진시키는 성분으로서, 1 내지 5 중량부를 사용할 수 있다. 1 중량부 미만 사용시 그 기능이 약할 수 있고, 5 중량부 초과 사용시 발포가 일어날 수 있는 문제점이 있다.
상기 스테아린산은 이중 결합이 없는 포화지방산으로 생산성, 흐름성을 원활하게 해주는 왁스류와 같은 활제 기능을 수행할 수 있는데, 1 내지 5 중량부를 사용할 수 있다. 1 중량부 미만 사용시 활제로서의 기능을 기대하기 어렵고, 5 중량부 초과 사용시 다이스 토출부에 찌꺼기 발생현상이 생길 수 있다.
전체적으로 상기 성분의 혼합물이 본 발명에서 산화생분해 촉매제로 사용되어 바이오 비닐 제품의 최종 생분해기간을 제어할 수 있게 된다. 한편 조성물의 원료 사용량은 예컨대, 바이오매스 30 중량부, 페릭아세틸카바메이트 0.1 중량부, 알미늄아세틸카바메이트 0.3 중량부, 바인더 수지 40 중량부, 불포화지방산 5 중량부, 탄산칼슘 20 중량부, 중탄산소다 2 중량부 및 스테아린산 2.6 중량부의 비율로 포함될 수 있다.
상기와 같이, 바이오 항균 원료 조성물을 구현할 수 있고, 제조한 바이오 항균 원료와 다른 플라스틱 수지를 이용하여 압출기로 용융 압출하여 필름, 사출품을 형성시킬 수 있다.
또한, 다른 플라스틱 수지와 함께 공압출하여 다층 형태의 바이오 필름 제품을 제조할 수 있다. 물론, 사용하는 수지의 선택에 의해, 각종 기능을 부여한 필름이 얻어진다. 예컨대 기체 차단성이 뛰어난 필름이나, 열접착성이 뛰어난 필름 등을 사용하여 기능성을 부가할 수 있음은 물론이다.
상기 항균 및 산화생분해성 첨가제로 제 1수지층과, 다른 필름용 수지 조성물을 사용하여 공압출하여 다층 필름형태로 제조할 수 있다. 상기 제 1수지층이 외부, 내부, 또는 중간에 위치하는 등의 다양한 형태로 다층 필름이 가능함은 물론이다. 상기 조성물은 기본 베이스가 되는 수지가 올레핀 계열이므로 올레핀 계열을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 올레핀계 수지는 폴리에틸렌 수지인 것이 바람직하다. 폴리프로필렌의 연화점보다는 폴리에틸렌의 연화점의 범위가 보다 넓고 그 구조적 측면에서도 장점이 있기 때문이다. 포장용도, 필름 용도로 사용되기 위해 좀 더 가공성과 물성을 좋게 하기 위해 폴리에틸렌 수지를 좀 더 특정할 수 있다. 물론, 필요 물성에 따라 보다 결정구조를 갖는 폴리프로필렌을 혼용하여 사용하는 것도 가능하다. 상기 제 2수지층은 선형저밀도폴리에틸렌 수지와 저밀도폴리에틸렌 수지를 공압출하여 다층형태인 것이 바람직하다.
일반적으로 폴리에틸렌 필름 제품의 경우 선형저밀도폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌, 폴리에틸렌 개질제, 방담제, 접착제 등을 사용하는 것이 일반적이다.
본 발명에 따른 항균 및 산화생분해성 바이오 비닐용 조성물은 일련의 압출 및 냉각 과정을 통하여 얇은 박막 형상의 필름으로 얻어질 수 있다. 조성물 단계에서 미리 설정한 기계적 물성이 필름에서도 구현될 수 있어야 하고, 이에 따라 필름의 두께가 설정될 필요가 있다. 본 발명에 따른 항균 및 산화생분해성 바이오 비닐 제품의 두께는 바람직하게 10 내지 20 ㎛가 될 수 있고, 더 바람직하게 11 내지 15 ㎛가 될 수 있다. 11 내지 15 ㎛의 두께 범위에서 필름에 적합한 우수한 물성이 나타날 수 있다.
상기 바이오 항균 원료는 본 발명에 따른 바이오 항균 제품에 강하고 지속적인 항균성을 부여하는 성분으로서, 상술한 바와 같이 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체, 다공성 담체 및 항균 효소 중 적어도 1종 이상을 사용한다. 상기 바이오 항균 원료는 바이오 항균 제품(항균 필름, 사출품)용 조성물 100 중량부를 기준으로 3.0 ~ 10.0 중량부 정도 포함되는 것이 적절하다.
상기 산화촉진제는 플라스틱 수지 등과 같은 고분자 물질의 분해를 가속화하고 열분해, 광분해 및 자동산화분해를 더욱 촉진하기 위한 성분으로서, 베헨산, 포름산, 아세트산, 미리스트산, 펜타데실산 및 카프로산 중에서 선택된 1종 이상의 포화지방산;과 녹는점 50℃ 이하(예컨대, -50℃~50℃)인 아크릴산, 이소크로톤산, 운데실렌산, 아라키돈산 및 프로피올산 중에서 선택된 1종 이상의 불포화지방산;을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 가소제는 식물체 바이오매스를 가소화시키는 성분인바, 최종 제품의 식물성 바이오매스 함량이 높으면 그만큼 이산화탄소 배출이 적게 되는 측면에서 바람직한데, 일반 식물체는 신장율, 강도, 흐름성 등 물성이 나빠 완제품에 많은 양을 첨가할 수 없다. 따라서 부족한 식물체 바이오매스 함량을 높이는 작용으로서 식물체의 가소화가 중요하며, 유지류 등을 효과적으로 가소화시켜야만 바이오 비닐의 투명성도 좋아진다. 상기 가소제로는 식물성 가소제인 트리아세틴(Triacetin)(하기 구조식)을 사용할 수 있다. 상기 트리아세틴은 화살나무과(Evonymus europaea)의 종자에 함유돼 있는 천연 유래의 친환경 가소제로서, 무색의 액체라 바이오 비닐 제품의 투명성에 불리한 영향을 미치지 않고, 항곰팡이 작용도 일부 수행하여 제품의 신선도 유지 기능에도 일조할 수 있는 장점이 있다.
[트리아세틴의 구조]
Figure 112020068435484-pat00001
상기 고분자 수지로는 PE, PP 등 올레핀계 수지 또는 상용성 및 분산성이 우수한 임의의 고분자 레진을 사용할 수 있으며, 예를 들어 LDPE, HDPE, LLDPE 또는 고투명 PP 등 비정질 특성이 있는 수지를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 항균 원료 조성물은 다른 원료 수지와 함께 압출성형 등을 통해 필름의 형태(예컨대, 50㎛ 두께)로 제공된 후 필요한 추가 가공을 거쳐, 각종 바이오 항균 원료 제품, 특히 항균 롤백, 위생백, 지퍼백 및 위생장갑으로 제조될 수 있다. 또한 PVA 및 점착성 수지 등을 추가로 첨가하고 T-die형 필름기로 성형하여 고투명의 바이오 랩 형태(예컨대, 15㎛ 두께)로 제공될 수도 있다.
본 발명에 따른 바이오 항균 원료 조성물을 압출성형하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 준비된 조성물을 압출기(예컨대, 트윈 익스트루더)를 이용하여 압출한 후 송풍 건조하여 수행할 수 있다. 압출시에는 압출기(예컨대, 트윈 익스트루더)를 통한 반응온도 100~300℃, 스크류 회전속도 300~800RPM의 조건에서 수행하는 것이 적절하다.
이하, 실시예 및 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 예로 한정되는 것은 아니다.
실시예
(1) 생분해 촉매제의 제조
PLA 전분 30 중량부, 페릭아세틸카바메이트 0.1 중량부, 알미늄아세틸카바메이트 0.3 중량부, LDPE 40 중량부, 리놀레산 5 중량부, 탄산칼슘 20 중량부, 중탄산소다 2 중량부, 스테아린산 2.6 중량부를 헨셀믹서에 투입한 후, 고온 혼합시 발생되는 자열에 의해 80±5℃가 될때까지 회전속도 400 RPM으로 혼합 및 건조를 한 다음, 통상의 익스트루더인 다이 직경 90 mm, L/D 40인 압출성형기를 이용하여 스크류 온도 180 내지 200℃, 스크류 회전속도 500 RPM으로 스트랜드를 압출 생산하고 공냉 또는 수냉식으로 냉각후 펠리타이저로 절단하여 펠릿 형상의 생분해 촉매제를 제조하였다.
(2) 바이오 항균 원료 펠릿의 제조
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 바이오 항균 원료인 다공성 알루미늄 규산염 담체, 알긴산 구리 (Copper Alginate)와 알긴산 아연 (Zinc Alginate) 및 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase), 상기 (1)에서 제조된 생분해 촉매제, 식물체 바이오매스, 활제(DA-01, Sungu Co. Ltd., Siheung, Korea), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 베헨산(Behenic acid), 트리아세틴(Triacetin), 탄산칼슘(CALFIN 1152WA, 평균입경 2 μm), 왁스(LC-102N, Lion chemtech, Daejeon, Korea) 및 유기산(Citric acid, APS Co. Ltd., Ansan, Korea)(표 1 참조)을 믹서에 투입한 다음, 500 rpm, 100±10℃를 유지하면서 50분간 건조를 수행하였다.
이어서, 압출성형기(JTE-58HS, tween extruder, JinsanPRM, Korea)를 이용하여(다이 직경: 58 mm, 롤 비율(길이/직경): 40, 배럴 온도: 170℃, 스크류 회전속도: 800 rpm, 스크류 니딩존 2개, 리버스존 2개, 진공벤트존 1개, 오픈벤트존 1개) 스트랜드를 만들었고, 수분 재흡수 방지를 위해 공랭식 콘베이어 벨트를 이용해 냉각한 다음, 이를 2~3 mm 크기로 커팅하여 바이오 항균 원료 펠릿을 제작하였다.
구분 함량 (wt%) 물질
식물체 바이오매스 10~15 대두유, 면실유, 올리브유, 해바라기유
항균제 4.0~10.0 알긴산 구리, 알긴산 아연, 알루미늄 규산염, 라이실 옥시다아제
생분해 촉매제 0.1~1.0 아세틸카바메이트금속염+α
바인더 수지 70~80 LLDPE
산화촉진제 0.1~1.0 베헨산
가소제 2.5~7.5 트리아세틴
탄산칼슘 1~10 CALFIN 1152WA
활제 0.25~2.5 DA-01
왁스 1~4 LC-102N
유기산 0.1~1.0 시트르산
(3) 바이오 항균 필름의 제조
실시예로서, 상기 제조된 바이오 항균 원료 펠릿, 고밀도폴리에틸렌(HDPE)(7000F, Honam Petrochemical Corporation, Seoul, Korea) 및 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE)(UF315, Honam Petrochemical Corporation, Seoul, Korea)을 혼합한 후, 스크류 온도 100℃에서 필름성형기(BS-55, Boosung, Hanam, Korea)로 압출하여 두께 50㎛의 항균성 바이오 비닐 필름을 제조하였다.
구분 함량 (wt%)
Bio pellet M/B HDPE LLDPE
실시예 10 80 10
대조군 - 90 10
실험예 (항균성 평가)
항균성 평가를 위해 대조군인 일반 비닐 필름과 시험군인 실시예의 항균성 바이오 비닐 필름의 표면을 70% 에탄올로 살균하여 준비한 후, 균액을 0.4 mL씩 채취하여 대조군과 시험군 필름 위에 접종하였다. 접종한 시편을 인큐베이터에서 배양시키고 Stomacher pouch를 사용하여 배양시킨 균을 회수한 뒤, 회수한 균액을 1 mL 채취하여 배지에 도포한 후 24시간 배양시켰고 마지막으로 콜로니 카운터를 사용하여 균수를 측정한 결과, 아래 그림 1에 나타낸 것처럼 대조군과 시험군을 비교하여 항균작용이 99.9% 나오는 것을 확인하였다.
[그림 1]
Figure 112020068435484-pat00002
결과 검토
본 발명에서는 다공성 알루미늄 규산염 담체에 알긴산 구리 (Copper Alginate)와 알긴산 아연 (Zinc Alginate)을 사용하고 이에 더하여 라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase) 혹은 라이소자임과 락토페린을 동시에 사용함으로써, 대장균, 포도상구균, 그람양성균 및 그람음성균에 대하여 우수한 항균 성능을 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따라 제작된 항균 필름 및 항균 사출품을 시험분석기관(SGS)에 시험 분석을 의뢰한 결과 대장균(E. Coli)와 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)에 대해 항균 효율 99.9% 임을 확인하였다.
또한, 본 발명에 따른 항균성 바이오 비닐은 일반 플라스틱이나 기존 생분해성 플라스틱과 비교할 때 항균성, 생분해성 및 기계적 물성이 우수함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

Claims (7)

  1. 구리 및 아연을 포함하는 금속 유도체; 및
    다공성 담체;를 포함하며,
    라이실 옥시다아제 (lysyl-oxidase)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 항균 원료를 이용한 항균 롤백, 위생백, 지퍼백, 위생장갑 및 사출품 용도의 바이오 항균 원료 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구리를 포함하는 금속 유도체는 알긴산 구리 (Copper Alginate), 옥신 구리(Oxine Copper), 구리 아세틸아세토네이트 (Copper Acetylacetonate, Cu(C5H7O2)2) 및 수화구리탄산염(hydrated copper carbonate, Cu2(OH)2CO3) 중에 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
    항균 원료를 이용한 항균 롤백, 위생백, 지퍼백, 위생장갑 및 사출품 용도의 바이오 항균 원료 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아연을 포함하는 금속 유도체는 알긴산 아연(Zinc Alginate), 피리치온 아연(Zinc Pyrithione), 글루콘산 아연(Zinc Gluconate, C12H22O14Zn) 및 아연 아세틸아세토네이트 (Zinc Acetylacetonate, Zn(C5H7O2)2) 중에 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
    항균 원료를 이용한 항균 롤백, 위생백, 지퍼백, 위생장갑 및 사출품 용도의 바이오 항균 원료 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 담체는 알루미늄 규산염, 수산화 알루미늄, 알루민산염, 현무암, 부석, 규조암, 소석, 응회석 및 점토 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
    항균 원료를 이용한 항균 롤백, 위생백, 지퍼백, 위생장갑 및 사출품 용도의 바이오 항균 원료 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 항균 원료는 크산틴 옥시다아제 (xanthine oxidase), 라이소자임, 락토페린 및 감태 추출물 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    항균 원료를 이용한 항균 롤백, 위생백, 지퍼백, 위생장갑 및 사출품 용도의 바이오 항균 원료 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 항균 원료는 아세틸카바메이트금속염, 리놀레산, 중탄산소다 및 스테아린산을 포함하는 생분해 촉매제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    항균 원료를 이용한 항균 롤백, 위생백, 지퍼백, 위생장갑 및 사출품 용도의 바이오 항균 원료 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 항균 원료를 이용한 항균 롤백, 위생백, 지퍼백, 위생장갑 및 사출품 용도의 바이오 항균 원료 조성물을 이용한 항균 제품.
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