KR102342240B1 - 항균 코팅층을 가진 가구용 표면재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항균성능이 우수하고, 항균성의 지속성이 좋은 항균 코팅층을 가진 가구용 표면재와 이의 제조 방법에 관한 것으로, 항균 코팅층 가구용 표면재의 제조 방법은 코팅 대상이 될 가구용 표면재를 준비하는 가구용 표면재 준비 단계, UV 프라이머와 무기 항균제를 함유한 UV 경화성 도료를 각각 준비하는 도포제 준비 단계, 상기 가구용 표면재의 배면에 UV 프라이머를 도포한 후 1차 건조하는 프라이머 도포 단계, 상기 UV 프라이머 상에 그라비아 코팅 방식과 슬롯 다이 코팅 방식을 통해 상기 UV 경화성 도료를 도포한 후, 2차 건조하는 UV 경화성 도료 도포 단계, 자외선을 조사하여 상기 UV 경화성 도료를 경화시키는 자외선 조사 단계, 경화된 상기 경화성 도료 상에 보호 필름을 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 표면재 및 이의 제조 방법 {Film with Antibacterial Coating Layer For Furniture And Manufacturing Method Thereof}

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

일반적으로, 가구는 합판 또는 목재 등의 재료를 이용하여 제작되며, 가구의 표면 또는 내면은 통상적으로 소정의 두께를 갖는 마감재에 의해 마감된다.

이러한 가구의 마감재는 사용자가 계속적으로 손으로 접촉하는 부분으로서, 항균 기능을 가지고 있지 않아 대장균이나 기타 균들에 의해 쉽게 감염되는 문제가 발생하였다.

대한민국 등록특허공보 제2203261호 (등록일 : 2021.01.08)

본 발명은 습기나 외부 요인에 의해 오염이 되기 쉬운 가구용 표면재의 세균과 곰팡이 등의 증식을 억제하기 위한 항균성을 가진 가구용 표면재를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 항균 코팅층을 가지는 가구용 표면재 제조 방법은, 코팅 대상이 될 가구용 표면재를 준비하는 가구용 표면재 준비 단계, UV 프라이머와 무기 항균제를 함유한 UV 경화성 도료를 각각 준비하는 도포제 준비 단계, 상기 가구용 표면재의 배면에 UV 프라이머를 도포한 후 1차 건조하는 프라이머 도포 단계, 상기 UV 프라이머 상에 상기 UV 경화성 도료를 도포한 후, 2차 건조하는 UV 경화성 도료 도포 단계, 자외선을 조사하여 상기 UV 경화성 도료를 경화시키는 자외선 조사 단계, 경화된 상기 경화성 도료 상에 보호 필름을 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 한다.

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

상기 프라이머 도포 단계는, 그라비아 코팅 방식을 이용하여 가구용 표면재의 배면에 UV 프라이머를 도포하는 것을 특징으로 한다.

상기 UV 경화성 도료 도포 단계는, 상기 UV 프라이머 상에 그라비아 코팅 방식과 슬롯 다이 코팅 방식을 통해 상기 UV 경화성 도료를 도포하는 것을 특징으로 한다.

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

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

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

이하에서는 본 발명의 실시예에 따르는 항균 코팅층을 가지는 가구용 표면재의 제조 방법에 대해 순서대로 설명하도록 한다.

가구용 표면재 준비 단계 (S100)

가구용 표면재 준비 단계(S100)는 코팅의 대상이 되는 가구용 표면재를 준비하는 단계를 의미한다. 구체적으로 가구용 표면재의 두께, 무늬, 패턴, 색상 등을 결정하고, 표면의 먼지, 이물질 등을 제거한다. 이는 UV 프라이머와 UV 경화성 도료가 균일하게 도장될 수 있도록 하기 위함이다.

본 발명의 실시예에 따르는 가구용 표면재는 대표적으로 ASA(Acrylic Styrene Acrylonitrile) 필름, PET(Polyethylene Terephtalate) 필름이 있다. 실시하기에 따라 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)와 같은 다른 소재의 필름도 적용될 수 있다.

일반적으로 가구용 표면재를 가공하는 공정들은 복수의 롤러를 이용한 롤-투-롤(roll-to-roll) 장비들에 의해 달성된다. 따라서 가구용 표면재가 권취되어 있는 언와인더(unwinder), 공정이 끝난 가구용 표면재를 권취하기 위한 리와인더(rewinder), 그리고 상기 언와인더와 상기 리와인더 사이의 가구용 표면재장력을 제어하기 위한 다양한 이송 유닛과 장력제어 유닛 등이 마련되므로, 코팅의 대상이 되는 가구용 표면재가 권취되어 있는 언와인더의 장착, 코팅 공정과 권취 공정에 적합한 필름의 장력의 조절, 적정 온도까지의 승온 과정 등이 가구용 표면재 준비 과정(S100)에 속한다.

도포제 준비 단계 (S200)

가구용 표면재의 배면을 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 표면재를 부식과 수분 등으로부터 보호하는 역할과, 가구용 표면재와 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 은은 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 표면재의 배면에 상기 UV 프라이머를 도포한다. 본 단계에서 도포 방식은 그라비아 코팅 방식(Gravure Coating), 콤마 코팅 방식(Comma Coating) 등이 있으며, 코팅의 두께에 따라 적합한 코팅 방식이 선정되어야 한다. 본 발명의 실시예에서는 그라비아 코팅 방식을 채택하여 가구용 표면재의 배면에 UV 프라이머를 도포한다.

그라비아 코팅 방식은 그라비아 롤러에 코팅액을 공급하고, 상기 그라비아 롤러가 가구용 표면재에 접촉된 상태로 회전하되, 가구용 표면재의 이동방향과 반대방향으로 회전됨으로써 그라비아 롤러에 묻은 코팅액이 가구용 표면재에 도포되도록 하는 방식이다. 그라비아 코팅방식은 코팅액의 손실이 적고 코팅이 고르게 이루어지는 장점이 있어 선호되고 있다.

UV 프라이머가 도포된 이후, 정전기를 제거하는 제전 단계가 더 포함될 수 있다.

그라비아 코팅 유닛에 의해 가구용 표면재에 상기 UV 프라이머의 도포가 완료되면, 가구용 표면재가 건조기에 진입하여 상기 UV 프라이머가 1차 건조된다. 이때, 건조 온도는 가구용 표면재의 소재 혹은 두께에 따라 상이하게 설정된다. 1차 건조시, 그리고 가구용 표면재가 상기 건조기에 진입하기까지 점진적으로 건조 온도가 증가할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이는, 갑작스러운 가구용 표면재의 온도는 뒤틀림이나 휨 등이 발생할 수 있으며, UV 프라이머가 온도에 의한 반응이 발생할 수 있기 때문이다.

건조 단계 이후, 가구용 표면재의 평활도를 향상시키기 위한 한 쌍 이상의 히팅 롤(heating roller)과 냉각 롤(cooling roller)을 진행할 수 있다.

UV 경화성 도료 도포 단계 (S400)

UV 경화성 도료 도포 단계는 가구용 표면재 상에 도포된 상기 UV 프라이머 상에 상기 UV 경화성 도료를 도포하는 단계이다. 본 발명의 실시예에 따르면, UV 경화성 도료의 도포는 그라비아 코팅 방식을 통한 1차 도포를 한 후, 슬롯 다이 코팅(Slot-die Coating) 방식을 통한 2차 도포가 이루어진다.

슬롯 다이 코팅 방식은 가구용 표면재가 롤러를 따라 슬롯 다이가 있는 곳을 지나면, 슬롯 다이에서 토출되는 코팅액이 필름위로 도포되는 방식이다. 슬롯 다이의 입구(inlet)과 출구(outlet)의 형상과 구조의 설계에 따라 코팅액이 토출되는 양과 속도 등을 제어하는 것이 가능하다.

자외선 조사 단계 (S500)

UV 경화성 도료의 도포가 완료된 이후, UV 램프가 구비된 건조기에 투입하여, 자외선을 조사하여 UV 경화성 도료를 경화시킴과 동시에 2차 건조시킨다. UV 경화를 위한 자외선 조사는 가구용 표면재의 종류, 색상과 두께에 따라 광량과 광도를 조절한다.

UV 경화성 도료 도포가 완료된 후, UV 램프가 구비된 건조기에 진입하기까지 점진적으로 온도가 상승하도록 건조하는 것이 바람직하다.

보호 필름 부착 단계 (S600)

보호 필름 부착 단계는 경화된 상기 경화성 도료 상에 보호 필름을 부착하는 단계이다. 보호 필름은 UV 차단 필름, 방수 필름 등일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 보호 필름이 권취되어 있는 별도의 언와인더(unwinder)과 상기 리와인더(rewinder)의 롤투롤 공정을 통해 부착된다.

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. 롤-투-롤(roll-to-roll) 장비를 이용하여 가구용 표면를 제조하는 방법에 있어서,
   코팅 대상이 될 ASA(Acrylic Styrene Acrylonitrile), 혹은 PET(Polyethylene Terephtalate) 소재의 가구용 표면재를 준비하는 가구용 표면재 준비 단계;
   UV 프라이머와 무기 항균제를 함유한 UV 경화성 도료를 각각 준비하는 도포제 준비 단계;
   상기 가구용 표면재의 배면에 UV 프라이머를 도포한 후 1차 건조하는 프라이머 도포 단계;
   UV 프라이머가 도포된 이후, 정전기를 제거하는 제전 단계;
   상기 UV 프라이머 상에 상기 UV 경화성 도료를 도포한 후, 2차 건조하는 UV 경화성 도료 도포 단계;
   자외선을 조사하여 상기 UV 경화성 도료를 경화시키는 자외선 조사 단계; 및
   경화된 상기 경화성 도료 상에 보호 필름을 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 것이고,
   분쇄된 상기 무기 항균제의 평균 입자직경은 5 ㎛ 내지 10 ㎛이며,
   상기 프라이머 도포 단계는 그라비아 코팅 방식을 이용하여 가구용 표면재의 배면에 UV 프라이머를 도포하고,
   상기 UV 경화성 도료 도포 단계는 상기 UV 프라이머 상에 그라비아 코팅 방식으로 1차 도포한 후, 슬롯 다이 코팅 방식을 통해 상기 UV 경화성 도료를 2차 도포하며,
   상기 무기 항균제는 미생물에 대하여 최소 발육 저지 농도(MIC, minimum inhibitory concentration)가 400 μg/ml 내지 800 μg/ml 인 것을 특징으로 하는 항균 코팅층을 가진 가구용 표면재 제조 방법.
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6. 상기 제 1 항에 기재된 제조 방법으로 제조되는 항균 코팅층 가진 가구용 표면재.

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