KR102256087B1 - 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법 및 그 방법을 이용하여 제조되는 조성물 - Google Patents

항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법 및 그 방법을 이용하여 제조되는 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 바이러스, 세균 및 곰팡이 등을 효과적으로 제거할 수 있고, 각종 악취의 유발물과 냄새 입자 및 유해 물질을 지속적으로 제거할 수 있는, 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법 및 그 방법을 이용하여 제조되는 조성물을 제공한다.

Description

항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법 및 그 방법을 이용하여 제조되는 조성물{Method for manufacturing composition having antibacterial properties and properties decomposing odor-causing compounds, and the composition prepared using the same}
본 발명은 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법 및 그 방법을 이용하여 제조되는 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이러스, 세균 및 곰팡이 등을 효과적으로 제거할 수 있고, 각종 악취의 유발물과 냄새 입자 및 유해 물질을 지속적으로 제거할 수 있고, 고형화하여 다양한 제품으로 제조가 용이한, 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법 및 그 방법을 이용하여 제조되는 조성물에 관한 것이다.
최근 각종 바이러스 및 세균 문제가 이슈화되면서 살균 및 항균, 항바이러스 특성을 가지는 다양한 제품 군이 출시되고 있고, 이러한 제품은 항균성을 가지는 소재 중 하나로 이루어져 제조 및 판매되고 있다.
하지만, 대부분의 제품이 재료적으로 단일 소재에 국한되어 제조되고 있고, 특히 알코올과 같은 휘발성 또는 포집성 소재로 이루어진 제품의 경우 지속성이 담보되지 않아 사용기간이 매우 짧으며, 이렇게 단일 소재로 국한되어 제조되는 항균성 제품의 경우 장시간 유지시 오히려 각종 바이러스 또는 병원균의 서식지가 되는 문제가 있다.
또한, 시중에 출시된 탈취제의 경우, 근본적인 냄새 발생 물질을 제거하는 것이 아니라 발산되는 향을 통해 냄새를 막거나 또는 냄새 발생 물질을 단순히 포집하는 방식으로 구성되어 있어서, 탈취성이 없거나 매우 낮으며, 사용 기간도 짧고 사용 범위도 아주 좁게 한정되는 단점이 있다.
예를 들어, 실리카, 활성탄, 은나노 등을 이용한 유해 물질 분해용 소재가 있다. 그러나, 상기의 재료로 이루어진 소재는 파우더 형태에만 적용이 가능하고, 함침성 포집 방식의 메커니즘을 가지고 있어서, 특히 탈취의 지속성이 길지 않고 은나노를 제외하고는 항균성 및 항곰팡이성이 낮아서 사용자의 요구 수준을 만족시키지 못하여 제품의 상품성이 저하되는 문제가 있다.
국내등록특허공보 제2017-0019514호
본 발명은, 인체에 무해한 성분으로 구성되고, 바이러스, 세균 및 곰팡이 등을 효과적으로 제거할 수 있고, 각종 악취의 유발물과 냄새 입자 및 유해 물질을 인체에 무해한 상태로 변환시켜 지속적으로 제거할 수 있는, 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법 및 그 방법을 이용하여 제조되는 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 고형화하여 다양한 제품으로 제조가 가능하여 여러 가지 종류의 제품에 적용이 가능하고, 열안정성 및 내열성 등의 우수한 특성을 가질 수 있는, 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 산화마그네슘(MgO), 산화알루미나(Al2O3) 및 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 무기질 분체 40 내지 45중량%; 탄산칼슘(CaCO3) 32.5 내지 37.5중량%; 수지 18 내지 22중량%; 폴리에틸렌 왁스(PE wax) 0.60 내지 0.80중량%; 및 Zn-St 0.60 내지 0.80중량%; 를 포함하는 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 무기질 분체가 이산화규소(SiO2)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 조성물은 제올라이트, 산화하연(ZnO) 및 염소(Cl)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 수지는 LLDPE(UL814)이고, 안료를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 조성물은 고형체로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 산화마그네슘(MgO) 18 내지 22%, 산화알루미나(Al2O3) 18 내지 22% 및 이산화티타늄(TiO2) 28 내지 32%를 혼합하여 전구체를 만들고, 이 전구체에 전기 분해된 물 28 내지 32%를 넣고 수화 반응시켜 화합물을 마련하는 단계; 상기 화합물을 양생하는 단계; 상기 양생물을 500 내지 700
Figure 112021013904622-pat00001
에서 소성하는 단계; 상기 소성물을 분쇄하여 10㎛ 이하의 무기질 분체를 마련하는 단계; 상기 무기질 분체 40 내지 45중량%에, 탄산칼슘(CaCO3) 32.5 내지 37.5중량%, 수지 18 내지 22중량%, 폴리에틸렌 왁스(PE wax) 0.60 내지 0.80중량% 및 Zn-St 0.60 내지 0.80중량%를 합성하고 함침시켜 고형화된 제품으로 제형화 하는 단계; 를 포함하는 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 화합물 마련 단계에서, 이산화규소(SiO2)를 더 투입하고 수화 반응을 시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 제형화 단계에서, 제올라이트, 산화하연(ZnO) 및 염소(Cl)를 더 투입하고 고형화 할 수 있다.
본 실시 예에 의해 제조되는 조성물은, 유기 화합물이 아닌 무기질 기반의 조성물로서 인체에 무해하고 무독, 무취, 무균의 특성을 가지며, 금속성 산화물을 이온화 하여 바이러스, 세균 및 곰팡이 등을 효과적으로 제거할 수 있고, 동시에 각종 악취의 유발물과 냄새 입자 및 유해 물질을 인체에 무해한 상태로 변환시킨 후 공기 중으로 환원하여 지속적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시 예에 의해 제조되는 조성물은, 고형화하여 다양한 제품으로 제조가 가능하여 여러 가지 종류의 제품에 적용이 가능하고, 열안정성 및 내열성 등의 우수한 특성을 가질 수 있고, 내성균이 없는 이점을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 항균성을 가지고 악취 유발 화합물을 분해하는 조성물을 제조하는 방법을 순서대로 나타낸 플로우차트이다.
도 2는 트리메틸아민에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 황화수소에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 메틸메르캡탄에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 암모니아에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 암모니아의 탈취 효율 테스트에 대한 시험성적서이다.
도 7은 본 실시 예의 항균 테스트의 시험성적서로서 항균 시험 조건을 나타낸 것이고, 도 8은 황색포도상구균에 대한 시험성적서이고, 도 9는 대장균에 대한 시험성적이고, 도 10은 폐렴간균에 대한 시험성적서이다.
도 11 내지 14는 유해성 물질 제거 효율 평가의 시험성적서이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되지 않고 청구 범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구 범위에 기재된 권리 범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물은, 기능성 무기질 소재에 이온화 기술을 접목한 것으로서, 구체적으로는 이렇게 이온화 기술에 의해 마련되는 무기질 분체와, 탄산칼슘(CaCO3), 수지, 폴리에틸렌 왁스(PE wax) 및 스테아린산 아연(Zn-St)를 포함한다.
본 실시 예의 조성물은 바람직하게 고형체의 제형으로 이루어져 여러 방법을 통해 항균성과 탈취성을 필요로 하는 다양한 형태의 제품을 제조할 때 그 원료 중 하나로 활용될 수 있다.
상기 무기질 분체는, 산화마그네슘(MgO), 산화알루미나(Al2O3) 및 이산화티타늄(TiO2)을 포함한다.
마그네슘은 1s22s22p63s2의　전자 배치를 가지며, 3s　오비탈의　전자　2개를 잃고　양이온이 되려는 성질로 인해 주된　산화수는 +2이다. 상기 마그네슘은 불투과성의 산화 피막으로 보호 받고 있기 때문에　산소를 차단하는 보관 환경을 따로 필요로 하지 않는다.
본 실시 예의 무기질 분체에 포함되는 산화마그네슘은, 2족 원소의 산화물로서, 상온에서 물과 반응하며　수소　기체와　기작하여 수산화마그네슘으로 전환되는 것으로서, 이러한 반응은 과량의　수증기에서 불용성의 마그네슘과　OH라디칼을 형성하게 된다. 이때, 산화마그네슘과 물의 반응식 1은 아래와 같다.
<반응식 1>
MgO + H2O + (이온 분해/결합) → Mg + 2(OH)
또한, 본 실시 예의 무기질 분체에 포함되는 산화알루미나(Al2O3)는, 13족 원소의 산화물로서, 물의 분자와 결합하고 이온화를 통해 전자 값의 상승 작용을 한다. 상기 산화알루미나는 전기적 이온화의 특성을 높여 전기적 유전율을 향상시키며, 조성물의 전기적 평활도를 높이는 역할을 한다.
또한, 본 실시 예의 무기질 분체에 포함되는 이산화티타늄(TiO2)은, 4족 원소의 산화물로서 광촉매의 기능을 상습한다. 본 실시 예에서, 상기 이산화티타늄은 루틸(Rutile)형을 사용하는 것이 바람직하다.
이렇게 루틸형의 이산화티타늄을 사용하면 완성된 조성물이 광원적 반응 및 전기적 반응에 대한 우수한 민감도와 우수한 전기적 밀도를 가질 수 있고, 이렇게 전기적 밀도를 높이는 경우 본 실시 예의 조성물을 정밀도를 요구하는 의료용 제품에도 활용할 수 있다.
한편, 상기 무기질 분체는 이산화규소(SiO2)를 더 포함할 수 있다. 상기 이산화규소는 무기질 분체 제조시 이산화티탄, 산화알루미나 및 산화마그네슘의 결합력을 높이는 역할을 하면서 추가로 방습성을 제공할 수 있다.
상기 탄산칼슘은 조성물에 포함되는 여러 소재들 간의 결합력을 향상시키는 역할을 하게 된다.
상기 수지는 예를 들어 PE, PP, ABS, SBS, Astal, PVC, 등을 사용할 수 있고, 본 실시 예에서는, 바람직하게 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE: UL814)을 사용할 수 있다. 상기 LLDPE는 가공성이 좋고 인장 강도가 크며 우수한 내저온취화성, 내화학성, 내수성을 가지고 있어서, 사출성형 또는 압출성형 등의 여러 방법을 이용하여 다양한 제품을 제조하는데 사용될 수 있으며, 본 조성물에서 가공성과 여러 물리적/화학적 특성을 향상시키는 역할을 하게 된다.
상기 PE Wax는 가소제로 작용하여 본 실시 예의 조성물로 제품 가공시 성형품의 가공성 및 물성을 향상시키는 역할을 하게 된다. 그리고, 상기 Zn-St는 분산제로서 여러 성분을 혼합하고 교반할 때 교반이 원활하게 이루어지도록 하는 역할을 하게 된다.
본 실시 예의 조성물은, 바람직하게, 산화마그네슘(MgO), 산화알루미나(Al2O3) 및 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 무기질 분체 40 내지 45중량%; 탄산칼슘(CaCO3) 32.5 내지 37.5중량%; 수지 18 내지 22중량%; 폴리에틸렌 왁스(PE wax) 0.60 내지 0.80중량%; 및 Zn-St 0.60 내지 0.80중량%; 를 포함할 수 있다.
본 실시 예의 조성물이 상술한 바와 같은 조성 범위를 만족할 경우, 각종 악취 유발 화합물의 흡착 및 분해 속도가 균형을 이루어 상기 조성물에 의한 악취 유발 화합물의 흡착 및 분해 성능이 장기간 이루어질 수 있고, 항균성도 최적화될 수 있다.
이때, 본 실시 예의 조성물은, 더 바람직한 일 예로서, 산화마그네슘(MgO), 산화알루미나(Al2O3) 및 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 무기질 분체 42.25중량%; 탄산칼슘(CaCO3) 35.21중량%; 수지 21.14중량%; 폴리에틸렌 왁스(PE wax) 0.70중량%; 및 Zn-St 0.70중량%; 를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시 예의 조성물은, 항균 및 항바이러스 특성이 우수한 제올라이트, 산화아연(ZnO) 및 염소(Cl)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 실시 예의 조성물은 안료를 더 포함할 수 있고, 이때 상기 안료는 KRONOS2450일 수 있다. 상기 KRONOS2450은 수지에 대해 보편적인 안료로서, 본 실시 예의 조성물로 필름을 제조하거나 그 외 사출 성형을 할 때 탁월한 불투명도를 부여하게 된다.
이와 같이 구성되는 본 실시 예에 의한 조성물은 무기질 기반의 흰색 분체로 이루어질 수 있고 물에 녹지 않아 항균성과 탈취성을 필요로 하는 다양한 제품에 첨가제로 사용이 가능하다. 예를 들어, 고무, 플라스틱, 세라믹, 유리, 시멘트, 윤활유, 페인트, 난연재, 배터리 제조에 사용될 수 있고, 광촉매제로 화장품에도 사용될 수 있다.
예를 들어, 공기 중에 존재하는 암모니아계 화합물은 산성 물질로서 상기 조성물에 흡착되어 상기 조성물로 지속적으로 유입되는 공기 중 산소와 알칼리 금속 이온에 의하여 산화되면서 동시에 히드록실기에 의하여 미세한 수분으로 환원되어 완전히 분해될 수 있다.
본 발명의 조성물을 고형체로 제형하여 식품 보관 용기를 제조하는 경우, 제품 내부의 수분이 흡수되어 증발되고, 용기의 내부에 존재하는 공기 중 산소의 양은 줄이고 이산화탄소의 양은 상대적으로 소량 증가되도록 할 수 있다.
이러한 작용에 의해 용기 내부가 곰팡이 또는 세균이 번식하기에 불리한 환경으로 조성됨으로써, 식품의 부패를 억제하고 악취가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 냉장 식품을 포함한 식자재의 중장기 보관의 어려움을 해소하는 식품 보관 용기의 제작이 가능해진다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법에 대해 아래의 일 실시 예를 들어 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 실시 예의 조성물을 제조하기 위해서는, 먼저 산화마그네슘(MgO), 산화알루미나(Al2O3) 및 이산화티타늄(TiO2)를 혼합하여 전구체를 만들고(S10), 이 전구체에 전기 분해된 물을 넣고 수화 반응시켜 화합물을 마련하다(S20).
이때, 상기 화합물은, 산화마그네슘(MgO) 18 내지 22%, 산화알루미나(Al2O3) 18 내지 22%, 이산화티타늄(TiO2) 28 내지 32% 및 물 28 내지 32%의 비율로 혼합하고 반응을 시켜 마련할 수 있다.
더 바람직하게 상기 화합물은, 산화마그네슘(MgO) 20%, 산화알루미나(Al2O3) 20%, 이산화티타늄(TiO2) 30% 및 물 30%의 비율로 혼합하여 마련할 수 있다.
이때, 수화 반응 전에 이산화규소(SiO2)를 더 투입할 수 있으며, 이 경우 아래 반응식 2에 의한 반응이 일어나게 된다.
<반응 식 2>
(Al, Mg)2Si4O10(OH)2 + nH2O
상기 반응식 2를 보면, n개의 H2O 와 이온화된 소재의 반응을 통하여 각각의 원소가 분리되고, 음이온으로 변환시키며, 이때 수산계와 만난 H2O는 H 단일 개수가 각각의 원소와 결합하고 OH만 남아 항균 기능의 OH 라디칼로 기능을 발휘하게 된다.
본 실시 예에서는, 이온화 담채 기술을 이용하여 이산화티탄, 산화알루미나 및 산화마그네슘을 전기 분해된 물과 혼합하고, 이때 마그네슘과 H2O가 결합하면서 2 내지 4℃의 온도 상승만으로도 수화 반응이 일어나게 되며, 이에 TiO2가 Ti+로 이온화 되고 Al+도 서로 담채되어 성형체 내에 남게 된다.
이러한 구조에 따라, 본 실시 예의 조성물은 접촉한 물질 또는 대기로부터 수분 및 히드록실기-함유 화합물을 흡수하게 된다.
이때, 산화알루미나는 본 실시 예의 조성물에 흡수된 수분 및 히드록실기-함유 화합물이 공기 중으로 재 방출되는 것이 방지되도록 상기 조성물에 흡수된 수분 및 히드록실기-함유 화합물을 강력히 흡착시키는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 이산화티타늄(TiO2)은 결정 구조에 따라 루틸(Rutile)형과 아나타제(Anatase)형으로 구분된다.
상기 루틸형의 경우, 알루미늄 인터 칼 레이션 사이트, 인터 칼 레이션 전압, 저장 용량 및 알루미늄 확산 경로를 조사한 후 안정적인 알루미늄 인터 칼 레이션 사이트가 O6 팔면체의 중심에 위치한다. 상기 아나타제의 경우, 안정적인 알루미늄 인터 칼 레이션 사이트가 O6 팔면체의 중앙에서 벗어난다.
상기 루틸형과 상기 아나타제형에 대해 달성 가능한 최대 Al/Ti 비율은 각각 0.34375 및 0.36111이다. 상기 루틸형은 상기 아나타제형 보다 약간 높은 알루미늄 저장 용량을 갖는 것으로 밝혀졌지만 상기 루틸형의 이론적 비에너지는 상기 아나타제형(9.84Wh kg-1)의 거의 두 배인 20.90Wh kg-1에 도달 할 수 있다. 또한 상기 루틸형에서 알루미늄 이온의 확산 계수는 10-9cm2s-1로 상기 아나타제형의 10-20cm2s-1 보다 훨씬 높다.
본 실시 예에서는 이산화티타늄으로 에너지의 밀도가 더 높은 루틸형을 사용한다. 일반적으로 이산화티타늄은 광촉매 기능에 있어서 UV에만 항균 기능을 발휘하는데, 본 실시 예에서는 루틸형의 이산화티타늄을 사용하여 모든 광원에 대해 광 촉매 작용이 가능하도록 할 수 있다.
다음으로, 상기 화합물을 충진기로 보내서 양생실의 트레이에 정량을 충진한 후, 18 내지 22℃의 온도, 습도 30 내지 35%의 조건으로 8시간 정도 건조시키며 양생한다(S30). 이때, 양생시 온도와 습도 조건을 만족하지 못하는 경우, 조성물의 강도가 저하될 수 있다.
다음으로, 상기 양생물을 500 내지 700℃의 소성로에서 3시간 동안 소성하여 표면의 물기는 물론 내부의 물기까지 모두 제거되도록 한다(S40).
그리고, 양생물을 죠크라샤 등의 장비를 이용하여 1차 분쇄하고 3단 스크린으로 입도를 선별하여 10메쉬 정도의 입경을 가지는 제1 무기질 분체를 마련한다(S50).
다음으로, 선별된 제1 무기질 분체를 ACM(미분화장비)를 이용하여 2차 분쇄하여 10㎛ 이하의 입경을 가지는 보다 미세한 제2 무기질 분체를 마련할 수 있다. 이때, 상기 제2 무기질 분체의 입경은 더 바람직하게는 2 내지 4㎛가 되도록 할 수 있다.
그리고, 제품에 따라 분체를 보다 미세하게 만들 필요가 있는 경우에는, JET밀 장비를 사용하여 3차 분쇄 공정을 더 진행할 수 있으며, 이 경우 1㎛ 정도의 미세한 입경을 가지는 제3 무기질 분체를 마련할 수 있다.
다음으로, 제2 무기질 분체 또는 제3 무기질 분체를 폴리머와 합성하고 함침시켜 고형화된 제품으로 제형화 하는 단계(S60)를 진행한다.
이때, 무기질 분체 40 내지 45중량%에, 탄산칼슘(CaCO3) 32.5 내지 37.5중량%, 수지 18 내지 22중량%, 폴리에틸렌 왁스(PE wax) 0.60 내지 0.80중량% 및 Zn-St 0.60 내지 0.80중량%를 합성하고 함침시켜 고형화된 제품으로 제형화 하게 된다.
상기 수지는 PE, PP, ABS, SBS, Astal, PVC, 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 LLDPE(UL814)를 사용할 수 있다.
또한, 필요시 상기 제형화 단계에서, 제올라이트, 산화하연(ZnO) 및 염소(Cl)를 더 투입하고 고형화 공정을 진행할 수 있다.
그리고, 필요시 상기 제형화 단계에서 안료를 더 투입하고 고형화 할 수 있다.
다음으로, 고형화 된 제품을 포장기로 포장하여 출고하게 된다.
본 발명의 조성물은, 양전하를 띤 금속 이온이 음전하를 띤 미생물 성분과 상호 작용을 하게 된다. 즉, 금속 양이온과 음전하를 띄는 세포 표면 사이의 정전기적 상호 작용으로 소수성 사슬을 세포 벽에 침투 시켜 세포를 파괴한다.
보다 구체적으로는, 2가 양이온의 산화 환원 반응을 통해 수분을 해리시켜 Al2O3에서 이온화 된 Al+와 루틸형의 이산화티타늄의 작용으로 인해 에너지의 밀도를 높이고 분자 내의 자유 전자를 빼앗아, 이에 포자 또는 균의 수분을 통기하는 작용을 억제함과 동시에 균의 연결 고리를 분리 또는 단절시켜 공기 중에 또는 신체나 물체에 묻어 있는 균을 사멸시키는 작용을 하게 된다. 이러한 작용에 의해 각종 세균, 곰팡이 또는 살모넬라균과 같은 여러 병원균의 번식을 억제하여 항균성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시 예의 조성물에서, 금속 양이온은 황 산소, 질소와 같은 전자를 주는 그룹과 결합하여 미생물의 신진 대사를 억제할 수 있다. 예를 들어, 금속 이온이 단백질과 결합하여 단백질 내 공유 결합을 절단하고 단백질을 침전시키며, 이후 DNA에 결합하는 효소 및 단백질 생성을 억제할 수 있다.
더불어, 본 실시 예에서는, 수화반응으로 사용된 H2O에 붙어 있는 두 개의 H의 고리가 루틸형의 각각의 TiO2에서 떨어져 나온 O2와 만나면서 강한 산화 항균 물질인 OH 라디칼이 발생되고, 이러한 반응으로 인해 세포의 수분이 없어지면서 균이 자멸되도록 하여 항균성을 더 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 -OH는 하이드록시 라디칼이라고 하며 카르복실, 수산화물 등의 유기 물질과 결합하여 강력한 분해 능력을 제공함으로써 각종 균, 악취의 원인이 되거나 유해한 성분(예를 들어, 암모니아, 초산 등) 및 VOC 등을 분해하여 제거할 수 있다.
또한, 본 실시 예의 조성물은 식품의 노화 원인 물질인 에틸렌을 흡수하여 분해할 수 있고, 대기 중의 산소를 흡수하여 산소량은 감소시키고 수분은 유지할 수 있으며, 납, 카드뮴, 수은, 크롬 등의 중금속을 제거할 수 있어서, 식품을 보관하는 제품에 적용시 유용한 효과를 기대할 수 있다.
[평가 예 1: 트리메틸아민((CH3)3N), 황화수소(H2S), 메틸메르캡탄(CH3SH), 암모니아(NH3)의 탈취 효율 평가]
탈취율 평가 표준 방법 중 하나인 "FTM-5-2: 2004, 가스검지관법"에 따라 본 실시 예에 의한 조성물의 트리메틸아민, 황화수소, 메틸메르캡탄 및 암모니아의 탈취 효율을 평가하여, 그 결과를 아래 표 1-4에 각각 나타내었다. 표 1-4의 결과는 조건 20.5±0.7℃, 상대 습도 45.0±1.1%에서 시간 경과에 따른 가스 농도를 측정하여 나타낸 것이다. 여기서, 검출 한계는 0.1μmol/mol이다. 도 6은 이 중에서 암모니아 테스트에 대한 시험성적서이다.
도 2와 표 1은 트리메틸아민에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 것으로서, 도 2와 표 1을 참조하면, 본 실시 예의 조성물은, 공기 중에서 트리메틸아민을 최단 30분 이내에 99% 이상 분해 또는 소거하는 것을 확인할 수 있다.
시험항목 단위 시험결과
Blank농도
(μmol/mol)		 실시 예 농도
(μmol/mol)		 농도 감소율(%)
트리메틸아민
(CH3)3N		 0분 % 50 50 0.0
30분 % 45 < 0.1 99.8
60분 % 43 < 0.1 99.8
90분 % 41 < 0.1 99.8
120분 % 40 < 0.1 99.8
도 3과 표 2는 황화수소에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 것으로서, 도 3과 표 2를 참조하면, 본 실시 예의 조성물은, 공기 중에서 황화수소를 최단 30분 이내에 99% 이상 분해 또는 소거하는 것을 확인할 수 있다.
시험항목 단위 시험결과
Blank농도
(μmol/mol)		 실시 예 농도
(μmol/mol)		 농도 감소율(%)
황화수소
H2S		 0분 % 50 50 0.0
30분 % 49 < 0.1 99.8
60분 % 49 < 0.1 99.8
90분 % 49 < 0.1 99.8
120분 % 48 < 0.1 99.8
도 4와 표 3은 메틸메르캡탄에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 것으로서, 도 4와 표 3을 참조하면, 본 실시 예의 조성물은, 공기 중에서 메틸메르캡탄을 최단 30분 이내에 99% 이상 분해 또는 소거하는 것을 확인할 수 있다.
시험항목 단위 시험결과
Blank농도
(μmol/mol)		 실시 예 농도
(μmol/mol)		 농도 감소율(%)
메틸메르캡탄(CH3SH) 0분 % 50 50 0.0
30분 % 49 < 0.1 99.8
60분 % 49 < 0.1 99.8
90분 % 49 < 0.1 99.8
120분 % 48 < 0.1 99.8
도 5와 표 4는 대표적인 악취 발생 원인 물질인 암모니아에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 것으로서, 도 5와 표 4를 참조하면, 본 실시 예의 조성물은, 공기 중에서 암모니아를 최단 30분 이내에 99% 이상 분해 또는 소거하는 것을 확인할 수 있다.
이러한 작용은, 본 실시 예의 조성물에 포함된 Al+에 의하여 암모니아가 N과 3H로 분리되면서 TiO2가 보유한 O2와 3H가 흡수하여 H2O와 H로 분해하는 기작을 진행하는 것으로서, 이에 암모니아 본연의 악취 발생 특성을 제거할 수 있다.
시험항목 단위 시험결과
Blank농도
(μmol/mol)		 실시 예 농도
(μmol/mol)		 농도 감소율(%)
암모니아(NH3) 0분 % 50 50 0.0
30분 % 49 1 98.0
60분 % 49 1 98.0
90분 % 49 1 98.0
120분 % 49 < 0.2 99.6
이와 같이, 상기의 시험 결과를 통해, 본 실시 예에 의한 조성물을 이용하면, 악취의 주요 원인 물질인 아세트알데하이드와, 트리메틸아민, 황화수소, 메틸메르캡탄 및 아미노산 등이 최단 30분 이내에 99% 이상 분해 또는 소거되고 120분 후에도 그 상태가 계속 유지되는 결과를 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시 예의 조성물은 악취 유발 화합물을 분해하며 우수하고 지속적인 탈취성을 가진다고 볼 수 있다.
[평가 예 2: Staphylococcus aureus(황색포도상구균), Escherichia coli(대장균), Klebsiella pneumonia(패렴간균)의 항균 효율 평가]
항균 테스트는, 항균 평가 표준 방법 중 하나인 "JS Z 2801: 2010 필름밀착법"에 따라 Staphylococcus aureus(황색포도상구균), Escherichia coli(대장균), Klebsiella pneumonia(패렴간균)에 의한 항균 시험을 수행하여, 그 결과를 아래 표 5에 나타내었다. 도 7은 이러한 항균 테스트의 시험성적서이고, 도 8은 황색포도상구균에 대한 시험성적서이고, 도 9는 대장균에 대한 시험성적서이고, 도 10은 폐렴간균에 대한 시험성적서이다.
이때, 사용 균주로는 Staphylococcus aureus ATCC 6538P, Escherichia coli ATCC 8739, Klebsiella pneumonia ATCC 4352를 각각 사용하였으며, 배지(nutrient-salt agar)를 제조하고, 배지 위에 해당 분말을 투입한 후, 포자 현탁액을 분산시키고, 35±1℃ 및 상대 습도 90%에서 24시간 정치 배양 후 해당 분말 상의 균 수를 각각 측정하였다.
Blank 실시 예
Staphylococcus aureus
(황색포도상구균)		 초기균수 1.4Х104 -
24시간 후 2.7Х104 4.0Х10
평균활성치 - 2.8
Escherichia coli
(대장균)		 초기균수 1.4Х104 -
24시간 후 9.2Х104 < 0.63
평균활성치 - 6.1
Klebsiella pneumonia
(패렴간균)		 초기균수 1.4Х104 -
24시간 후 4.2Х104 < 0.63
평균활성치 - 5.8
표 5를 참조하면, 실시 예의 경우, Staphylococcus aureus(황색포도상구균), Escherichia coli(대장균), Klebsiella pneumonia(패렴간균)에 대한 항균 활성치를 측정한 결과 최대 6.1(99.999963% 항균)을 확인하였다.
이는 기존의 항균 기능을 가지는 단일 소재로서의 구리, 은나노, 제올라이트와 비교해도 우수한 결과를 보였으며, 기작된 본 실시 예의 조성물의 작용을 통한 물리적/전기적 OH 라디칼이 아닌 수화 반응을 통하여 발생한 무기질 고체형으로 개발된 OH라디칼 발생 촉매로서 우수한 항균성을 가지는 것을 확인할 수 있다. 이는 기존의 에틸 알콜이나, 염소계 물질에서는 확인하지 못한 소재적 기능으로 판단된다.
한편, 상기의 시험의 결과는 본 발명에 의한 조성물을 분체화하고, 이를 PP(Polypropylene)에 담채한 마스터 배치를 제작하고, 이를 필름으로 제작된 결과물로서 조성물의 함량이 전체 필름의 5%의 함유만으로도 항균성을 보이게 된다.
이와 같이 본 실시 예의 조성물은 다양한 소재가 결합된 배치에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 각종 폴리머 계열에 담채함으로서 다양한 제품에 항균 기능을 부여할 수 있을 것으로 판단된다. 이때, 베이스 수지로는 PE, PP, ABS, SBS, Astal, PVC 등이 사용될 수 있다.
따라서, 본 실시 예의 조성물을 이용하여, 예를 들어, 필름, 시트, 포장 비닐, 식품 포장 용기, 지퍼백, 롤백, 항균 패드, 트레이 등의 플라스틱 기반의 항균성 제품을 제조하거나, 항균성 및 탈취성을 가지는 항균 마스크, 위생용품, 항균 필터, 신발 깔창, 식품 보관 박스, 애견 패드, 차량용 소취제, 차량용 항균/탈취기 등의 생활 용품을 포함한 다양한 제품을 제조할 수 있다.
[평가 예 3: 유해성 물질 제거 효율 평가]
유해물질 평가 표준 방법 중 하나인 "KICM-FIR-1085: 2010"에 따라 본 실시 예에 의한 조성물의 자일렌, 톨루엔, 포름알데하이드 및 벤젠의 탈취 효율을 평가하여, 그 결과를 도 11 내지 14에 각각 나타내었다.
도 11은 자일렌에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 것으로서, 도 11을 참조하면, 본 실시 예의 조성물은, 공기 중에서 자일렌을 30분 후 19.4% 분해 또는 소거하고 120분 후에는 46.5%의 탈취율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 12는 톨루엔에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 것으로서, 도 12를 참조하면, 본 실시 예의 조성물은, 공기 중에서 톨루엔을 30분 후 21.3% 분해 또는 소거하고, 120분 후에는 42.5%의 탈취율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 13은 포름알데하이드에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 것으로서, 도 13을 참조하면, 본 실시 예의 조성물은, 공기 중에서 포름알데하이드를 30분 후 42.9% 분해 또는 소거하고, 120분 후에는 86.9%의 탈취율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
도 14는 벤젠에 대한 탈취 시험 결과를 나타낸 것으로서, 도 14를 참조하면, 본 실시 예의 조성물은, 공기 중에서 벤젠을 30분 후 18.1% 분해 또는 소거하고, 120분 후에는 41.4%의 탈취율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 상기의 시험 결과를 통해, 본 실시 예에 의한 조성물을 이용하면, 주요 유해성물질인 자일렌, 톨루엔, 포름알데하이드 및 벤젠 등이 시간이 지나면서 분해 또는 소거되는 것을 확인할 수 있고 120분 후에도 탈취효율이 계속 증가하는 결과를 확인할 수 있다. 따라서, 본 실시 예의 조성물은 유해성물질을 분해하며 우수하고 지속적인 탈취성을 가진다고 볼 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것이 아니며, 이외에 다양한 형태로 변형 실시가 가능한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 변형되는 실시 예들 또한 모두 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
S10: 전구체 마련
S20: 화합물 마련
S30: 양생
S40: 소성
S50: 무기질 분체 마련
S60: 제형화

Claims (5)

  1. 산화마그네슘(MgO) 18 내지 22%, 산화알루미나(Al2O3) 18 내지 22% 및 루틸(Rutile)형의 결정 구조를 가지는 이산화티타늄(TiO2) 28 내지 32%를 혼합하여 전구체를 만들고, 이 전구체에 전기 분해된 물 28 내지 32%를 넣고 반응식 2에 의해 마그네슘과 H2O가 결합 하면서 2 내지 4℃의 온도 상승만으로 수화 반응이 일어나게 하여, TiO2가 Ti+로 이온화되고 Al+가 담채되어 성형체 내에 남으면서 화합물을 마련하는 단계;
    상기 화합물을 18 내지 22℃, 습도 30 내지 35%의 조건으로 8시간 건조시키며 양생하는 단계;
    상기 양생물을 500 내지 700℃에서 표면의 물기와 내부의 물기가 제거되도록 3시간 소성하는 단계;
    상기 소성물을 조크라샤로 1차 분쇄하고 3단 스크린으로 염도를 선별하여 10메쉬의 입경을 가지는 제1 무기질 분체를 마련하고, 상기 제1 무기질 분체를 미분화장비(ACM)을 이용하여 2차 분쇄하여 2 내지 4㎛의 입경을 가지는 제2 무기질 분체를 마련하는고, 상기 제2 무기질 분체를 JET밀 장비를 이용하여 3차 분쇄하여 1㎛의 입경을 가지는 제3 무기질 분체를 마련하는 단계;
    상기 제3 무기질 분체 42.25중량%에, 탄산칼슘(CaCO3) 35.21중량%, 수지선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE: UL814) 21.14중량%, 폴리에틸렌 왁스(PE wax) 0.70중량% 및 Zn-St 0.70중량%를 합성하고, 이 합성물에 제올라이트, 산화아연(ZnO), 염소(Cl) 및 안료를 더 투입한 후 함침시켜 고형화된 제품으로 제형화 하는 단계; 를 포함하고,
    상기 화합물 마련 단계에서, 이산화규소(SiO2)를 더 투입하고 수화 반응을 시키는 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법.
    <반응식 2>
    (Al, Mg)2Si4O10(OH)2 + nH2O
  2. 제1항에 있어서, 상기 제형화 단계에서, 고무, 플라스틱, 세라믹, 유리, 시멘트, 윤활유, 페인트, 난연재, 배터리 중 하나의 제조에 사용되는 첨가제로 제조하는 것을 특징으로 하는 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제형화 단계에서, 화장품용 광촉매제로 제조하는 것을 특징으로 하는 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제형화 단계에서, 식품 보관 용기로 제조하는 것을 특징으로 하는 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조되는 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물.
KR1020210015248A 2021-02-03 2021-02-03 항균성 및 악취유발화합물 분해성을 가지는 조성물의 제조방법 및 그 방법을 이용하여 제조되는 조성물 KR102256087B1 (ko)

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