KR102228207B1 - 도광판용 항균 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장시간 동안 항균력이 지속되고, 인쇄성 및 도광 성능을 향상시킬 수 있는 도광판 및 실사출력용 항균 필름에 관한 것이다.

Description

도광판용 항균 필름{Antibacterial film for light guide panel}
본 발명은 장시간 동안 항균력이 지속되고, 인쇄성 및 도광 성능을 향상시킬 수 있는 도광판 및 실사출력용 항균 필름에 관한 것이다.
항균제는 크게 유기계 항균제와 무기계 항균제로 나눌 수 있다. 인간이 대부분의 미생물을 효과적으로 없앨 수 있는 방법을 가지게 된 것은 유기화학, 고분자화학의 발달로 인해 시작되었다. 그래서 무기계 항균제보다는 유기계 항균제에 관한 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 현재까지 우리 주변에서 유기계 항균제가 별다른 의심 없이 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 웰빙 열풍 등으로 인간의 건강이나 환경에 대한 관심이 점차 높아짐에 따라 수십 년 이상을 사용해온 유기계 항균제가 인체에도 유해하다는 사실이 최근 속속 밝혀지고 있어, 그 사용에 제약이 가해지고 있다. 예를 들어 대표적인 유기계 항균제인 Triclosan은 항균비누, 바디 워시, 치약, 화장품 등에 사용되고 있으며, 미 식약청 (FDA) 조사에 따르면 미국에서 판매 중인 항바이러스 액상비누와 바디 워시 제품의 75%가 Triclosan을 사용하고 있는 것으로 나타났다. 하지만 미 식약청 (FDA)에서는 손세정제나 바디 워시 같은 개인용 세정제에 사용된 Triclosan이 항균효과를 가진다는 명확한 증거가 없다고 보고한 바 있으며, 많은 연구 결과에서 Triclosan이 생식과 성장에 필수적인 호르몬을 교란시킬 위험이 있으며 박테리아의 내성을 키울 수 있다고 주장하고 있다.
최근에는 Triclosan이 근육의 수축작용을 방해, 간섬유화와 암 유발, 특정 세균의 증식을 돕는다는 실험 결과 또한 속속 나오고 있다. 이처럼 유기계 항균제의 인체에 대한 안정성이 문제되면서 유기계 항균제의 단점을 보완할 수 있는 무기계 항균제가 주목을 받고 있다.
무기계 항균제로서 ZnO는 휘발 혹은 분해를 일으키지 않는 등 열적 안정성이
좋고, 약물 전달체, 화장품으로써 사용되며 인체 독성이 없다고 알려져 있다.
또한 가격이 저렴하고 그람양성 균, 음성 균에 걸쳐 높은 항균력을 갖는 등 다양한 장점으로 인해 항균제로써 활발히 연구되고 있다. 항균제로써 ZnO를 보다 잘 이용하기 위해서는 항균 메커니즘에 대한 이해가 필요하지만, ZnO의 강력한 항균력이 어떤 작용에 의해 생성되는지에 관해 확실하게 설명할 수 있는 주장은 아직까지 나오지 않고 있다.
지금까지 가장 많이 언급된 ZnO의 메커니즘을 살펴보면 크게 세 가지로 나눌 수 있다. ZnO 나노입자의 항균력은 활성산소종(reactive oxygen species, ROS) 혹은 ROS가 야기한 손상에 의한 것이라고 주로 설명된다. ZnO 나노 입자의 표면에 존재하는 산소원자 결함(oxygen vacancy)에 전자들이 갇히게 되고 이 위치에서 산화, 환원 반응이 활발하게 일어나게 되면서 ROS가 발생한다. 발생한 ROS에 의해 산화스트레스가 증가하게 되어 균의 사멸이 유도된다.
용해성이 있는 ZnO 나노입자의 항균력은 종종 Zn 이온의 방출에 의한 것이라 고 설명된다. Zn 이온은 다양한 균주에 대해 항균력을 가지므로, 수용액 상에서 ZnO 나노입자로부터 용해되어 나온 Zn 이온이 ZnO 나노입자의 항균 메커니즘의 주된 원인이 된다.
한편, 항균수지를 제조하는 방법으로서는 항균성 유기화합물을 수지가공 시에 혼합하는 방법 또는 항균성을 지닌 금속성분을 함유하고 있는 무기항균제를 수지가공 시에 혼합하는 방법 등이 알려져 있다. 그러나 수지가공 시에 항균성 유기 화합물을 혼합하는 방법은 항균성 유기화합물이 독성이 있거나 특정 균에 대해서만 효과를 나타내는 경우가 있어서 그다지 많이 사용되지는 않는다. 그리고 이러한 유기계 항균제는 통상 쉽게 용출될 수 있다는 점에서 항균 성능의 지속성이 짧다는 문제점도 내포하고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 항균수지 제조에는 통상 항균성을 지닌 금속성분을 함유하고 있는 무기계 항균제를 수지가공 시에 혼합하여 사용하는 경우가 많다.
항균성을 나타내는 금속에는 은, 구리, 아연 등이 있고 이들을 담지하는 무기질 재료로서는 제오라이트류, 인산염류, 활석류, 하이드록시아파타이트류, 실리카겔 및 활성탄 등이 알려져 있으나, 담지체 내에 함유되어 있는 금속의 상태 혹은 금속과 담지체의 결합력 및 담지된 항균성 금속의 함량에 따라 항균성능의 지속성과 수지에 미치는 영향에 있어서 상당한 차이를 나타낸다. 항균성능 측면에서는 항균성 금속성분 중 은 혹은 은과 다른 항균성 금속이 함께 사용되는 경우가 가장 우수하지만 수지의 변색 및 가공안정성 측면에서 불리하다. 또한 일부 담지체들은 담지체가 함유할 수 있는 항균성 금속의 함량에 제한이 있는 관계로 항균성능이 미약하게 나타나는 경우도 있다. 이러한 수지가공 시의 색상 안정성과 항균력은 상호 상반된 결과를 나타내어 항균력이 미약한 항균제는 수지를 거의 변색시키지 않는 반면 항균력이 우수한 항균제들은 수지를 심각하게 변색시키는 결과를 나타내었다.
또한 일부 항균제들은 은 자체의 색상이 흑색 또는 갈색 계통인 관계로 수지에 적용시 수지의 색상을 심하게 변색시키므로 적용이 불가능한 경우도 발견되었다. 따라서, 상기에 제시된 항균제들은 항균제 자체로서는 그 의미를 부여할 수 있지만 항균수지로 제품화하기에는 상당한 제약과 곤란이 따른다.
한편 나노 사이즈로 분해 또는 용해시킨 은을 저 농도로 함유하여 비교적 투명한 상태의 콜로이드실버 용액을 수지에 일정비율 혼합하여 마스터배치 하는 방법들이 고안되기도 하였으나, 이 경우 콜로이드실버의 낮은 은 함량 때문에 항균력이 현저히 떨어지는 문제점이 나타났으며, 이를 보완하기 위하여 콜로이드실버를 다량 첨가하게 되면 수성 성분 처리의 어려움과 수지의 물성 취약 등의 문제가 발생하여 역시 적용에 어려움이 있었다. 이를 극복하기 위하여 은 입자를 고농도로 함유한 콜로이드실버를 사용하는 방법이 강구되기도 하였으나, 이 경우 항균성능은 향상되지만 통상의 고농도 콜로이드실버는 흑색 또는 진한 갈색을 띄고 있어 수지에의 적용시 색상변색 문제가 앞의 담지체를 이용한 무기항균제 적용시와 동일하게 나타나는 문제점이 있어 이 역시 항균수지로 제품화하기에는 상당한 제약과 곤란이 따른다.
대한민국 등록특허 제10-2089178호 대한민국 등록특허 제10-1932703호 대한민국 등록특허 제10-1398969호 대한민국 공개특허 제10-2009-0067976호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 항균 성능을 향상하고, 장시간 동안 항균력이 지속되고, 인쇄성 및 도광 성능을 향상시킬 수 있는 항균 필름을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 항균 필름은 필름 제조시 항균조성물을 첨가함으로써, 인쇄성을 향상시킬 수 있는 항균 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 항균 필름 제조방법은 폴리염화비닐(Poly vinyl chloride)을 포함하는 원료를 계량하여 배합기에 넣고 배합하고 상기 배합된 원료를 압출성형장치에 넣어 용융혼련시킨 후 압출 성형하여 필름을 제조하는 단계와;
상기 필름 표면에 인쇄층을 형성하는 단계와;
상기 인쇄층 표면에 항균코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 필름을 제조하는 단계에서,
상기 원료는, 폴리염화비닐(Poly vinyl chloride) 100중량부와, 항균처리제 0.1~10중량부를 포함하여 이루어지며,
상기 항균처리제는, 규산나트륨(Na2O-nSiO2)의 몰비(SiO2/Na2O×1.032)가 3.1~3.4인 규산나트륨(Na2O-nSiO2) 수용액 100중량부와; 항균제 입자 0.1~1중량부와; 실리카를 포함하여 이루어지되,
상기 실리카(SiO2)는, 3-아미노프로필트리에톡시실란으로 표면 처리한 다음, 은 전구체 용액에 함침하여 표면에 은 나노 입자가 도핑된 것이며,
상기 항균코팅층은, 규산나트륨(Na2O-nSiO2) 수용액 100중량부와; 수분산 폴리우레탄(PolyUrethane Dispersion) 5~10중량부와; 에틸렌 디아민(ethylene diamine) 1~3중량부와, 항균제 입자 0.1~1중량부로 이루어지며,
상기 항균제 입자는 산화아연 입자 100중량부를 기준으로, 구리 입자 1~10중량부와, 은 입자 1~10중량부가 혼합된 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따른 항균 필름에 의하면, 항균 성능을 향상하고, 장시간 동안 항균력이 지속되고, 인쇄성과 도광 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 항균 필름의 일실시예를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 항균 필름의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 3 내지 도 4b는 실험예 1의 결과를 나타내는 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 항균 필름의 일실시예를 도시하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 항균 필름(10)은 필름(11) 표면에 항균코팅층(12)이 형성된 구조로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 필름은 폴리염화비닐(Poly vinyl chloride), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트, 아크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐클로라이드 중 어느 하나인 것을 예시할 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 중에서 폴리염화비닐(Poly vinyl chloride)로 이루어진 필름은 인쇄 내지 출력시 착색이 잘 되고, 내변색성 및 투명도가 우수한 특징이 있다.
본 발명의 항균코팅층은 규산나트륨 100중량부와, 바인더 5~10중량부와, 가교제 1~3중량부와, 구리, 은, 산화아연 중 적어도 하나의 입자를 포함하는 항균제 0.1~1중량부를 포함하는 코팅조성물로 이루어지는데, 유기 용매를 사용하지 않기 때문에 안전성이 높으며 항균, 항곰팡이제 역할을 한다.
상기 항균코팅층은 규산나트륨의 망목 구조 내에 항균성을 가진 금속이온을 함유한 용해성 글라스라는 특징을 가지고 있다.
항균코팅층 표면에 수분이 존재하면 금속이온이 극히 소량씩 서서히 방출되는데, 이러한 금속이온이 플러스로 대전되어 있으며, 이 금속이온이 마이너스로 대전하고 있는 세균의 표면에 끌어당겨지면서 세균막을 파괴하는 방식으로 항균 성능을 발휘하게 된다.
일반적으로 무기계 항균제를 첨가하면 불투명해지거나 투명도가 크게 낮아지지만 본 발명의 항균코팅층은 주요 성분인 규산나트륨으로 인해 투명성을 유지할 수 있는 특징이 있다.
상기 규산나트륨 수용액은 물유리라고도 하는 것으로서, 실리카나 결정 실리카의 여러 다른 형태에 공통적으로 나타나는 사면체 구조를 가지고 있는데, 이것은 실리케이트 사면체 단분자나 Si-O-Si 브리지(bridge) 형태로 산소를 공유하여 고분자 형태를 갖는다. 그러나 수용성 규산나트륨의 전체적인 구조는 공유된 양이온인 Na2O와 SiO4 분자의 불규칙한 배열을 가진다. 본 발명에서는 규산나트륨(Na2O-nSiO2) 의 몰비(SiO2/Na2O×1.032)는 3.1~3.4인 것을 예시할 수 있다.
상기 바인더는 수분산 폴리우레탄(PolyUrethane Dispersion)인 것을 예시할 수 있지만, 이는 예시에 불과하며 유기 용매를 사용하지 않는 바인더라면 특별한 제한은 없다.
상기 가교제는 규산나트륨의 망구조와 폴리우레탄을 결합하는 역할을 하여 접착력을 향상시키는 것으로서, 실란계의 에틸렌 디아민(ethylene diamine)인 것을 예시할 수 있다.
상기 항균제의 입자는 산화아연 입자, 구리 입자 및 은 입자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 예시할 수 있으며, 항균 효과의 개선 및 지속성을 위해 50~150nm인 것이 바람직하다.
그리고 상기 항균제의 입자는 산화아연 입자 100중량부를 기준으로, 구리 입자 1~10중량부와, 은 입자 1~10중량부가 혼합된 것을 예시할 수 있다.
여기서 필름의 목적에 따라 투명성을 높이기 위해서는 상기 구리 입자 1~3중량부인 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 구리 입자가 3중량부를 초과하는 경우, 구리 고유의 색에 의한 착색으로 투명도가 크게 저하되기 때문이다.
도 2는 본 발명에 따른 항균 필름의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 항균 필름(10a)은 폴리염화비닐(Poly vinyl chloride)을 포함하는 원료를 계량하여 배합기에 넣고 배합하고 상기 배합된 원료를 압출성형장치에 넣어 용융혼련시킨 후 압출 성형하여 제조될 수 있다.
그리고 상기 항균 필름 표면(11)에 실사 출력층(13)과, 항균 코팅층(15)이 순차로 형성되는 것을 예시할 수 있다.
여기서, 상기 압출 성형 원료는 폴리염화비닐(Poly vinyl chloride) 100중량부와, 항균처리제 0.1~10중량부를 포함하여 이루어지는 것을 예시할 수 있다.
상기 항균처리제는 규산나트륨 수용액 100중량부와, 구리, 은, 산화아연 중 적어도 하나의 입자를 포함하는 항균제 0.1~1중량부와, 실리카(SiO2) 또는 이산화티탄(TiO2) 1~10중량부를 포함하는 것을 예시할 수 있다.
상기 실리카는 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES) 등으로 표면 처리한 다음, 은 전구체 용액에 함침하여 표면에 은 나노 입자가 도핑된 것을 예시할 수 있다. 이러한 실리카는 증점성 및 성형성을 가질 뿐만 아니라, 항균 성능을 가진다.
여기서, 은 전구체 용액은 질산은(silver nitrate), 초산은(silver acetate), 과염소산은(silver perchlorate) 및 염화은(silver chloride) 중 어느 하나인 것을 예시할 수 있다.
상기 항균 코팅층은 규산나트륨 수용액 100중량부와, 유기 바인더 5~10중량부와, 가교제 1~3중량부와, 구리, 은, 산화아연 중 적어도 하나의 입자를 포함하는 것을 예시할 수 있다.
본 발명의 항균 필름을 아래와 같이 제조하였다.
1. 항균조성물 제조
규산나트륨(Na2O-nSiO2) 수용액 100중량부와, 수분산 폴리우레탄(PolyUrethane Dispersion),((주)유니테크산업) 10중량부와, 에틸렌 디아민(ethylene diamine) 1중량부와, 항균제 0.5중량부를 혼합하여 제조하였다.
여기서, 항균제는 산화아연 입자 100중량부를 기준으로, 은 입자 8~10중량부, 구리 입자 1~3중량부가 혼합된 것을 사용하였다.
2. 항균코팅층 형성
폴리염화비닐(Poly vinyl chloride) 표면에 항균조성물을 도포한 뒤 경화시켜 항균코팅층을 형성하였다.
[실험예 1]
상기 항균코팅층에 대한 대장균과, 황색포도구균에 대한 항균시험을 수행하였으며, 대장균 및 황색포도구균에 대한 결과는 도 3 및 도 4a 및 도 4b에 나타내었다.
도 3에서 확인할 수 있듯이 단시간은 물론, 48시간이 지난 후에도 항균 성능이 저하되지 않고 지속된다는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 항균 필름
11 : 필름
12, 15 : 항균코팅층
13 : 인쇄층

Claims (6)

  1. 항균 필름 제조방법에 있어서,
    폴리염화비닐(Poly vinyl chloride)을 포함하는 원료를 계량하여 배합기에 넣고 배합하고 상기 배합된 원료를 압출성형장치에 넣어 용융혼련시킨 후 압출 성형하여 필름을 제조하는 단계와;
    상기 필름 표면에 인쇄층을 형성하는 단계와;
    상기 인쇄층 표면에 항균코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 필름을 제조하는 단계에서,
    상기 원료는, 폴리염화비닐(Poly vinyl chloride) 100중량부와, 항균처리제 0.1~10중량부를 포함하여 이루어지며,
    상기 항균처리제는, 규산나트륨(Na2O-nSiO2)의 몰비(SiO2/Na2O×1.032)가 3.1~3.4인 규산나트륨(Na2O-nSiO2) 수용액 100중량부와; 항균제 입자 0.1~1중량부와; 실리카를 포함하여 이루어지되,
    상기 실리카(SiO2)는, 3-아미노프로필트리에톡시실란으로 표면 처리한 다음, 은 전구체 용액에 함침하여 표면에 은 나노 입자가 도핑된 것이며,
    상기 항균코팅층은, 규산나트륨(Na2O-nSiO2) 수용액 100중량부와; 수분산 폴리우레탄(PolyUrethane Dispersion) 5~10중량부와; 에틸렌 디아민(ethylene diamine) 1~3중량부와, 항균제 입자 0.1~1중량부로 이루어지며,
    상기 항균제 입자는 산화아연 입자 100중량부를 기준으로, 구리 입자 1~10중량부와, 은 입자 1~10중량부가 혼합된 것을 특징으로 하는 항균 필름 제조방법.
  2. 청구항 1의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 도광판용 또는 실사출력용 항균 필름.
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