KR102332545B1 - 항균 코팅층을 가진 가구용 목자재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항균성능이 우수하고, 항균성의 지속성이 좋은 항균 코팅층을 가진 가구용 목자재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 목섬유 및 목재 소편 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 주원료로 하는 가구용 목자재의 표면을 집진하는 집진 단계, UV 프라이머와 무기 항균제를 함유한 UV 경화성 도료를 각각 준비하는 도포제 준비 단계, 상기 가구용 목자재의 표면에 UV 프라이머를 10 ㎛의 두께로 도포하는 프라이머 도포 단계, 상기 UV 프라이머 상에 상기 UV 경화성 도료를 115 ㎛의 두께로 도포한 후, 표면온도가 200 ℃인 환경 하에서 자외선을 조사하여 UV 경화성 도료를 경화시키는 UV 경화성 도료 도포 단계 및 경화된 상기 경화성 도료 상에 보호 필름을 60 ㎛의 두께로 부착하는 보호 필름 부착 단계를 포함하며, 상기 무기 항균제는 상기 UV 경화성 도료 전체 중량의 0.13% 내지 0.17% 인 것을 특징으로 한다.

Description

항균 코팅층을 가진 가구용 목자재 및 이의 제조 방법 {Furniture Wood Materials With Antibacterial Coating Layer And Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 항균 코팅층을 가진 가구용 목자재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 원목을 주재로 제조되는 각종 가구류나 실내 인테리어 패널자재는 원목을 사용할 경우 원가상승 및 가공의 어려움 등으로 상대적으로 가격이 저렴한 인조목이나 합성목으로 대치되면서, PB(Particle Board), MDF(Medium Density Fiberboard)가 대부분을 차지한다.

인조목이나 합성목 제조시 첨가되는 접착제나 도장용 도료에 포함된 휘발성 유기화합물이 방출로 인해 새집증후군과 같은 문제가 발생되고 있다.

이러한 합판을 제조 생산하는 과정에서 접착제 혹은 도장용 도료가 필수적으로 사용되고 있다. 특히. 특히 열경화성수지인 멜라민, 요소 수지 등이 채택되어 사용되고 있다. 멜라민, 요소 수지 등에는 생산과정에서 포름알데히드 성분이 필수적으로 첨가되므로, 접착제 내부에 존재하는 미반응 포름알데히드가 서서히 방출되는 문제가 있다.

포름알데히드는 대표적인 새집증후군을 야기하는 화학물질로써, 코 막힘, 두통, 어지럼증, 안구 건조, 비염, 가려움증 및 피부 트러블을 유발하는데 심한 경우 심각한 가려움증을 동반한 아토피 피부염의 직접적인 원인이 되거나 호흡기나 기관지염을 이르키는 등 인체에 악영향을 주는 것으로 알려져 있다.

따라서 쾌적한 주거공간과 실내의 대기환경을 향상시키기 위해 가구류나 실내 인테리어용 패널에 도장용으로 사용되는 도료에 유기화합물 발생물질을 첨가하는 것을 제한하거나 최소화하고 있다.

한편, 최근 항균, 친환경 및 새집증후군에 대한 소비자의 관심이 커져가고 있는 가운데, 친환경적인 소재 및 가공법의 개발과 유해물질을 저감시키기 위한 표면처리에 대한 연구가 진행되기 시작하였다. 이러한 예로, 고압 라미네이트 패널은 사무용 가구, 주방 가구, 식탁 등에 널리 적용되고 있다. 이에 식품과 접촉하며 박테리아, 곰팡이 및 기타 미생물의 번식이 쉽게 이루어짐에 따라, 항균 작용을 하는 고압 라미네이트 패널의 개발이 시도되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제2006-0017252호 (공개일 : 2006.02.23)

바닥재, 가구재 등으로 사용되는 목재들은 최초 설치 이후, 오랜 기간 동안 사용이 되는 점과, 교체가 용이하지 않은 문제점이 있어, 종래의 항균제에 비해 오랜 기간동안 항균 성능이 지속되어야 할 필요성이 있다. 본 발명은 이러한 문제들을 개선하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 항균 코팅층을 가진 가구용 목자재 제조 방법은 목섬유 및 목재 소편 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 주원료로 하는 가구용 목자재의 표면을 집진하는 집진 단계, UV 프라이머와 무기 항균제를 함유한 UV 경화성 도료를 각각 준비하는 도포제 준비 단계, 상기 가구용 목자재의 표면에 UV 프라이머를 10 ㎛의 두께로 도포하는 프라이머 도포 단계, 상기 UV 프라이머 상에 상기 UV 경화성 도료를 115 ㎛의 두께로 도포하는 UV 경화성 도료 도포 단계, 표면온도가 200 ℃인 환경 하에서 자외선을 조사하여 UV 경화성 도료를 경화시키는 자외선 조사 단계 및 경화된 상기 경화성 도료 상에 보호 필름을 60 ㎛의 두께로 부착하는 보호 필름 부착 단계를 포함하며, 상기 무기 항균제는 상기 UV 경화성 도료 전체 중량의 0.13% 내지 0.17% 인 것을 특징으로 한다.

상기 무기 항균제는 산화 은, 산화 규소, 산화 붕소, 및 산화 나트륨을 혼합하여 700℃ 내지 1300℃의 온도로 용융한 후 건조하여 분쇄시킨 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

분쇄된 상기 무기 항균제의 평균 입자직경은 5 ㎛ 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 본 발명의 제조 방법으로 제조되는 항균 코팅층을 가진 가구용 목자재를 제공함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 항균 코팅층을 가진 가구용 목자재 제조 방법에 의해 제조된 UV 코팅된 가구용 목자재는 우수한 항균성 및 항균 지속성을 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항균 코팅층을 가진 가구용 목자재의 제조 방법에 대해 도시한 순서도이다.

도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 실시예에 기초하여 설명하도록 하며, 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.

본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조, 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.

따라서 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.

본 발명은 목섬유 혹은 목재 소편을 주 원료로 하는 목재재인 중밀도 섬유판(MDF), 혹은 파티클 보드(PB)의 양면에 그라비아 인쇄된 모양지에 멜라민 수지와 요소 수지를 함침한 후, 적합한 열과 낮은 압력을 가하여 성형 접착시킨 후 가공한 것을 저압 멜라민 함침지 (LPM, Low-pressure melamine impregnated paper) 혹은 저압 라미네이트 패널(LPL, Low-pressure laminate)라고 한다. LPM은 접착제 없이 열압만으로 성형 접착할 수 있게 만든 표면 마감재로 표현력과 자연감이 뛰어나며 강한 내마모성, 내스크래치성, 내열수성, 내화학성 등이 우수한 친환경 표면 마감재다. 타 표면재 대비 가격 경쟁력이 높아 일반 가구와 부엌, 사무용, 붙박이장, 목창호, 마루 등에서 대부분 사용하고 있으며 아파트 내장 표면 마감재로도 사용된다. 이하에서는 이러한 저압 라미네이트 패널에 별도의 UV 코팅을 하여 항균 기능성을 가진 목자재를 제조하는 방법에 대해 설명하도록 한다.

집진 단계 (S100)

집진 단계(S100)는 앞서 준비된 LPM와 같은 가구용 목자재에 UV 코팅을 하기에 앞서, 가구용 목자재 표면의 잔재료, 먼지, 이물질 등을 제거하는 단계이다. 이는 UV 프라이머와 도료가 균일하게 도장될 수 있도록 하기 위함이다.

도포제 준비 단계 (S200)

가구용 목자재의 표면을 코팅하기 위한 재료인 UV 프라이머와 무기 항균제를 함유한 UV 경화성 도료를 각각 준비하는 단계이다.

UV 경화(UV Curing)는 200 ㎚ 내지 400 ㎚ 파장대역의 자외선(UV, Ultraviolet)이 조사되면, 광화학 고분자 반응에 의해 경화되는 성질을 의미한다.

UV 프라이머는 가구용 목자재를 부식과 수분 등으로부터 보호하는 역할과, 가구용 목자재와 다른 UV 경화성 도료와의 부착성을 개선하는 역할을 한다. UV 프라이머의 주성분으로는 아크릴레이트계 수지, 모노머, 안료, 광개시제, 및 첨가제 등을 포함하여 이루어진다.

상기 아크릴레이트계 수지는 UV 경화형 코팅을 위한 주요 성분으로서 우레탄 아크릴레이트 혹은 에폭시 아크릴레이트가 가장 널리 사용되는 물질이며, 높은 범용성과 내구성, 및 외견 그리고 내후성 등이 장점으로 알려져 있다.

상기 모노머는 반응성 희석제로 사용되는데, TMPTA(Trimethylol Propane Triacrylate)와 같은 3관능기 모노머, TPGDA(Tripropylene Glycol Diacrylate)와 같은 2관능기 모노머, HEA(Hydroxy Ethyl Acrylate), HPA(Hydroxy Propyl Acrylate)와 같은 단관능기 모노머중에서 선택하여 사용한다.

상기 광개시제는 모노머가 광 중합하는데 필요한 에너지를 가함으로써 모노머가 경화된 후의 고분자 물질로 바뀌도록 광 중합을 개시시키는 역할을 한다. 광개시제는 라디칼 개시 타입과 양이온 결합식 광개시제로 구분된다.

UV 경화성 도료는 자외선과의 광반응에 의해 UV 경화 이뤄지는 도료이다. 앞서 설명한 UV 프라이머와 조성물이 유사하고, 소정의 색들을 표현할 수 있는 잉크 조성물이 포함될 수 있으나, 무광인 경우, 잉크 조성물은 제외될 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에서는 UV 도료에 무기 항균제가 혼합되어 있다.

상기 무기 항균제는 산화 은(AgO₂), 산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃), 및 산화 나트륨(Na₂O)을 혼합하여 높은 온도에서 용융한 후, 냉각하여 분쇄함으로써 얻는다. 용융 과정 시 온도는 700℃ 내지 1300℃의 범위에서 이루어진다. 구체적으로, 수용성 유리 성분인 산화 규소, 산화 붕소 및 산화 나트륨을 혼합하여 가열한 후, 산화 은을 첨가하여 분산시키는 과정을 거친다.

상기 무기 항균제는 분말 형태의 기능성 소재로서, 비표면적이 크고, 우수한 항균성을 제공한다. 상기 무기 항균제는 산화 은(AgO₂), 산화 규소(SiO₂), 산화 붕소(B₂O₃), 및 산화 나트륨(Na₂O)이 서로 결합된 상태의 복합체를 유효성분으로 한다. 이때, 산화 규소와 산화 붕소는 서로 공유결합된 산화 붕소화 규소 유리(borosilicate glass)일 수 있고, 산화 나트륨과 산화 은 각각 이온결합적으로 결합된 복합체일 수 있다.

그리고 분쇄된 무기 항균제의 평균 입자직경은 5 ㎛ 내지 10 ㎛이다. 평균 입자직경을 10 ㎛ 보다 클 경우, 무기 항균제가 분산성이 낮아지는 문제가 있으며, 가공 후 코팅제의 표면이 거친 느낌이 날 수 있다. 반대로, 평균 입자직경을 5 ㎛ 보다 작을 경우, 항균 성능의 지속성이 크게 낮아지는 문제점이 존재한다.

무기 항균제는 상기 UV 경화성 도료 전체의 내지 0.17%으로 마련되며 중간값인 0.15%이 가장 바람직한 조성비이다. 무기 항균제의 중량이 전체 수지 중량의 0.17% 이상일 경우, 수지가 띄는 색이 점차 어두워지므로, 은 항균제가 포함된 수지를 목재에 코팅할 경우, 심미성이 떨어지는 문제점이 존재한다.

또한 본 발명의 무기 항균제는 미생물에 대하여 최소 발육 저지 농도(MIC, minimum inhibitory concentration)가 400μg/ml 내지 800 μg/ml 일 수 있다.

구체적으로 최소 발육 저지 농도는 대상 균에 따라 상이하다. 대장균(Escherichia Coil(EHEC), NRBC 3972), 황색포도상구균(St. aureus, NBRC 12732), 녹농균(Pseudomonas Aeruginosal, NRBC 12689), 메티실린내성황색포도상구균(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA, MRSAKB-1006), 간디다진균(Can. albicans, IFO-1060)은 400μg/ml 이며, 백선병(Ir. mentagrophytes, NBRC-6124), 흑피곰팡이( Cl. cladosporiodes, NBRC-6348)은 800μg/ml 이다.

프라이머 도포 단계 (S300)

프라이머 도포 단계는 상기 가구용 목자재의 표면에 UV 프라이머를 10 ㎛의 두께로 도포한다. UV 프라이머의 도포에 적용될 수 있는 방식은 롤 코팅(roll coating), 커튼 코팅(curtain coating), 스프레이 코팅(spray coating) 방식 등이 있다. 이러한 방식들은 코팅의 두께에 따라 적합한 코팅 방식이 선정되어야 한다. 일반적으로, 롤 코팅과 스프레이 코팅의 경우 도포 두께가 적은 경우에 많이 이용되는 반면, 커튼 코팅은 도포 두께가 많은 경우에 이용된다. 본 발명의 실시예에 따르면 UV 프라이머의 도포는 롤 코팅 방식에 의해 도포되는 것이 바람직하다.

롤 코터(roll coater)에 의해 상기 UV 프라이머의 도포가 완료되면, 가구용 목자재가 건조기에 진입하여 1차 건조된다. 이때, 건조 온도는 70℃ 미만의 온도로 가열하여 1차 건조가 수행된다. 그리고, 가구용 목자재가 상기 건조기에 진입하기 까지 점진적으로 건조 온도가 증가할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이는, 갑작스러운 가구용 목자재의 온도는 뒤틀림이나 휨 등이 발생할 수 있으며, UV 프라이머가 온도에 의한 반응이 발생할 수 있기 때문이다.

UV 경화성 도료 도포 단계(S400)

UV 경화성 도료 도포 단계는 가구용 목자재 상에 도포된 상기 UV 프라이머 상에 상기 UV 경화성 도료를 도포하는 단계이다. 본 발명의 실시예에 따르면, UV 경화성 도료는 115 ㎛의 두께로 도포되며, UV 경화성 도료의 도포 방식은 커튼 코팅 방식을 이용하여 도포되는 것이 바람직하다.

자외선 조사 단계 (S500)

UV 경화성 도료의 도포가 완료되면, UV 램프가 구비된 건조기에 투입하여, 자외선을 조사하여 UV 경화성 도료를 경화시킴과 동시에 2차 건조시킨다.

UV 경화성 도료 도포가 완료된 후, UV 램프가 구비된 건조기에 진입하기까지 점진적으로 온도가 상승하도록 건조하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에 따르면, UV 경화성 도료가 도포가 모두 완료되어 UV 램프가 구비된 건조기까지의 이송로 에서의 건조 온도는 60℃에서 점차 승온되기 시작하여 UV 램프가 위치한 건조기에서는 최대 200℃ 까지 승온된다.

또한 실시하기에 따라, 복수의 UV 코팅층이 더 도포될 수 있다. 이러한 경우, 중도 코팅(middle coating), 상도 코팅(top coating), 혹은 상도 코팅, 2차 상도 코팅 등으로 마련될 수 있다. 복수의 UV 코팅층으로 코팅하는 경우, 1차 UV 경화성 도료 도포 → 1차 자외선 건조 → 2차 UV 경화성 도료 도포 → 2차 자외선 건조 → n차 UV 경화성 도료 도포 → 최종 건조와 같이 도료의 도포와 자외선 건조 단계를 반복한 후, 최종 건조 단계를 수행할 수 있도록 한다.

보호 필름 부착 단계 (S600)

보호 필름 부착 단계는 경화된 상기 경화성 도료 상에 보호 필름을 60 ㎛의 두께로 부착하는 단계이다. 보호 필름은 UV 차단 필름, 방수 필름 등일 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예, 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정, 및 변형이 가능하다.

따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

1. 목섬유 및 목재 소편 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 주원료로 하는 가구용 목자재의 표면을 집진하는 집진 단계;
   UV 프라이머와 무기 항균제를 함유한 UV 경화성 도료를 각각 준비하는 도포제 준비 단계;
   상기 가구용 목자재의 표면에 UV 프라이머를 도포하는 프라이머 도포 단계;
   상기 UV 프라이머 상에 상기 UV 경화성 도료를 도포하는 UV 경화성 도료 도포 단계;
   표면온도가 200 ℃인 환경 하에서 자외선을 조사하여 UV 경화성 도료를 경화시키는 자외선 조사 단계; 및
   경화된 상기 경화성 도료 상에 보호 필름을 60 ㎛의 두께로 부착하는 보호 필름 부착 단계;를 포함하며,
   상기 무기 항균제는 상기 UV 경화성 도료 전체 중량의 0.15% 이며,
   상기 무기 항균제는 산화 은, 산화 규소, 산화 붕소, 및 산화 나트륨을 혼합하여 700℃ 내지 1300℃의 온도로 용융한 후 건조하여 분쇄시킨 것이며,
   분쇄된 상기 무기 항균제의 평균 입자직경은 5 ㎛ 내지 10 ㎛이며,
   상기 무기 항균제는 미생물에 대하여 최소 발육 저지 농도가 400 μg/ml 내지 800 μg/ml이며,
   상기 도포하는 프라이머 도포 단계에서,
   상기 가구용 목자재의 표면에 UV 프라이머를 10 ㎛의 두께로 도포하고,
   상기 UV 경화성 도료 도포 단계에서,
   상기 UV 프라이머 상에 상기 UV 경화성 도료를 115 ㎛의 두께로 도포하는 것을 특징으로 하는 항균 코팅층 가진 가구용 목자재 제조 방법.
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6. 제 1 항에 기재된 제조 방법으로 제조되는 항균 코팅층 가진 가구용 목자재

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