KR102377855B1 - 항균성 열가소성 수지 시트 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항균성 열가소성 수지 시트과 이의 제조 방법에 관한 것으로, 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC) 수지, 가소제, 안정제, 안료 및 무기 항균제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 준비하는 원료 준비 단계, 상기 열가소성 수지 조성물을 압출기로 주입하여 융용시킨 후, 상기 압출기의 슬릿상의 토출구로 압출하는 압출 단계, 융용 압출된 상기 열가소성 수지 조성물을 다수개의 롤들의 조합으로 이루어진 카렌더링으로 이송하여 압연 가공하여 열가소성 수지 시트로 성형하는 성형 단계 및 와인더(Winder)에 압연 가공된 상기 열가소성 수지 시트를 권취하는 권취 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

항균성 열가소성 수지 시트 및 이의 제조 방법 {Antimicrobial thermoplastic resin sheet and manufacturing method thereof}
본 발명은 항균성 열가소성 수지 시트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
종래에는 폴리염화비닐(Poly Vinyl Chloride, PVC)과 같은 열가소성 수지를 사용하여 마감재, 데코 시트 등을 제조하였다.
일반적으로 플라스틱의 원료인 열가소성 수지는 미생물들이 서식하기 위한 영양분의 제공이 가능하여 세균류의 서식이 가능한 것으로 알려지고 있다. 이러한 플라스틱의 용도가 점차 확대되어 인간의 생활 주변에서 사용되는 전자제품 및 생활용품류에 적용되면서 습한 대기 상태에 노출된 플라스틱 제품은 각종 균의 서식처가 될 수 있는데, 균의 서식에 따른 수지의 변색으로부터 야기되는 제품의 성능저하보다도 플라스틱 제품의 표면상에서 서식하는 균에 의한 인체의 감염, 특히 유아의 경우 발생하는 열의 발산을 위하여 손 부위뿐만 아니라 인체에 땀과 같은 수분이 존재함으로써 플라스틱 제품에 존재하는 균 등을 통하여 질병을 유발하거나 건강상에 치명적인 영향을 주게 되는 문제가 있다.
이러한 예로, 도마의 경우에는 더욱 심각하다. 칼로 음식물 재료를 다듬는 경우 도마에 칼집이 나기 마련이고, 이러한 칼집에 세균들이 서식하는 경우가 더욱 많게 된다. 이러한 세균은 음식물을 다듬는 도마의 용도상 인체에 균이 침입할 수 있는 확률이 더욱 크게 되는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근 항균, 친환경에 대한 소비자의 관심이 커져가고 있는 가운데, 친환경적인 소재 및 가공법의 개발과 유해물질을 저감시키기 위한 표면처리에 대한 연구가 진행되기 시작하였다.
대한민국 등록특허공보 제2027803호 (2019.09.26) 대한민국 등록특허공보 제1780166호 (2017.09.13)
본 발명은 상기 기재된 상황 등을 고려하여 개발된 것으로 본 발명의 목적은 항균 기능을 가지는 시트를 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 항균성 열가소성 수지 시트 제조 방법은, 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC) 수지, 가소제, 안정제, 안료 및 무기 항균제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 준비하는 원료 준비 단계, 상기 열가소성 수지 조성물을 압출기로 주입하여 융용시킨 후, 상기 압출기의 슬릿상의 토출구로 압출하는 압출 단계, 융용 압출된 상기 열가소성 수지 조성물을 다수개의 롤들의 조합으로 이루어진 카렌더링으로 이송하여 압연 가공하여 열가소성 수지 시트로 성형하는 성형 단계 및 와인더(Winder)에 압연 가공된 상기 열가소성 수지 시트를 권취하는 권취 단계를 포함한다.
상기 무기 항균제는 산화 은, 산화 규소, 산화 붕소, 및 산화 나트륨을 혼합하여 700℃ 내지 1300℃의 온도로 용융한 후 건조하여 분쇄시킨 것이다.
분쇄된 상기 무기 항균제의 평균 입자직경은 5 ㎛ 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 열가소성 수지 조성물은,
상기 폴리염화비닐 수지 70 중량부 내지 75 중량부, 상기 가소제 10 중량부 내지 20 중량부, 상기 안정제 2 중량부 내지 5 중량부, 상기 안료 0.5 중량부 내지 2 중량부 및 상기 무기 항균제 0.10 중량부 내지 0.15 중량부를 포함한다.
본 발명의 열가소성 수지 시트 제조 방법에 의해 제조된 폴리염화비닐 수지 시트는 우수한 항균성 및 항균 지속성을 기대할 수 있으며, 이를 응용한 바닥재나, 마감재 등에서도 동일한 항균 기능을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항균성 열가소성 수지 시트의 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.
폴리염화비닐(Poly-vinyl Chloride, PVC)은 대표적인 열가소성 플라스틱 중 하나이다. 내유성과 내약품성, 내한성이 뛰어나 수명이 긴 것이 장점이며, 생산비용이 경제적이고, 절단 및 성형이 쉬워 다양한 형태로 가공이 용이하고, 염색이 쉬워 바닥재, 지붕재, 창호, 혹은 파이프 등과 같이 다양한 품목에 사용되고 있다.
이러한 폴리염화비닐 수지에 항균 기능을 부가하여 다양한 분야에 사용될 수 있는 시트의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.
원료 준비 단계 (S100)
원료 준비 단계는, 폴리염화비닐 수지, 가소제, 안정제, 안료 및 무기 항균제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 준비하는 단계이다.
우선 열가소성 수지 조성물의 원료가 되는 조성물들을 혼합한다.
폴리염화비닐 수지는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride)로 이루어진 열가소성 플라스틱이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 폴리염화비닐 수지의 함량은 전체 열가소성 수지 조성물에 대하여 70 ~ 75 중량부로 하는 것이 바람직하다.
가소제는 폴리염화비닐 수지가 분해점 이하에서 가공되어 시트 형태로 성형될 수 있도록 폴리염화비닐 수지의 가공성을 향상 시키고 유연성 및 탄성을 부여하기 위해 첨가한다. 본 발명의 폴리염화비닐 시트에 포함되는 가소제는 DOTP(Dioctyl Terephthalate), DPHP(Di PropylHeptyl Phthalate), ESBO (에폭시화 대두유; epoxidized soybean oil) 등이 있다. DOTP는 프탈레이트가 함유되지 않아 독성이 없고 열안정성이 우수하며 대부분의 유기용제에서 용해되므로 인쇄 공정을 거치게 되는 본 발명에 따른 폴리염화비닐 수지의 가소성을 높이는데 적합하다.
본 발명에서 사용하는 가소제로서 DOTP를 사용하고 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가소제의 함량은 전체 열가소성 수지 조성물에 대하여 10 ~ 20 중량부로 하는 것이 바람직하다. 가소제의 함량이 10 중량부 미만이면 폴리염화비닐 수지의 유연성이 부족하여 압연 과정에서 불량률이 증가하고 원하는 시트 두께로 조절하기 어렵고, 20 중량부 초과이면 용융 공정처럼 고온에서 수행하는 제조 단계에서 유해 물질이 방출될 수 있다.
안정제는 폴리염화비닐 수지가 가열됨에 따라 생성된 HCl을 제거하여 폴리염화비닐 수지의 열분해를 억제함으로써 가공을 원활하게 하고 제조된 열가소성 수지 시트의 열적 내성을 개선한다.
본 발명에서는 열안정제로서 Ba-Zn계 안정제를 사용하고 그 예로서 Bz 184T, Bp 276S가 있다. 본 발명의 열가소성 수지 시트에 포함되는 안정제의 함량은 전체 열가소성 수지 조성물에 대하여 2 ~ 5 중량부로 하는 것이 바람직하며, 그 함량이 2 중량부 미만이면 제조 공정에서 생성된 HCl이 완전히 제거되지 않고 기체로 방출되는 문제점이 존재하며, 폴리염화비닐 수지의 열분해가 일어날 수 있다. 안정제의 함량이 전체 열가소성 수지 조성물에 대하여 5 중량부 초과이면 안정제 일부가 가라 앉아 폴리염화비닐 조성물이 균일하게 섞이지 않고 폴리염화비닐 조성물이 용융될 때 안정제 일부가 타게 되는 문제가 있다.
안료는 열가소성 수지 시트의 변색이나 퇴색을 방지하고 색을 내어 그 자체로 미감을 나타내거나 열가소성 수지 시트의 표면에 무늬를 형성할 때 색감을 보정하여 보조하기 위해 첨가한다. 이에 시트의 표면에 나무 무늬를 형성하는 것이 가능하다. 본 발명의 열가소성 수지 시트에 포함되는 안료의 함량은 전체 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.5 ~ 2 중량부로 하는 것이 바람직하다. 안료의 함량이 0.5 중량부 미만이면 원하는 색상을 발현하기 어렵고, 2 중량부 초과이면 색 뭉침이 일어나 원하는 색이나 무늬를 발현시키기 어렵고 내광성이 저하될 수 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.
본 발명의 실시예에 따르면, 무기 항균제의 함량은 전체 열가소성 수지 조성물에 대하여 0.10% 내지 0.15%으로 마련되며 중간값인 0.13%가 가장 바람직한 조성비이다. 무기 항균제의 중량이 전체 수지 중량의 0.15% 이상일 경우, 수지가 띄는 색이 점차 어두워지므로, 은 항균제가 포함된 수지를 목재에 코팅할 경우, 심미성이 떨어지는 문제점이 존재한다.
또한 본 발명의 무기 항균제, 그리고 이를 포함하는 수지 조성물은 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.
앞서 설명된 열가소성 수지 조성물들은 계량된 분말상의 수지 및 첨가제 등 원재료를 균일하게 혼합한다. 이것은 가소화하기 전의 수지 입자 중에 가소제, 안정제, 안료 등을 균일하게 분산시킨다. 이 과정에서, 헨셀 믹서(Henschel Mixer), 리본 블랜더(Ribbon Blender) 등의 혼합 장치에 의해 이루어진다.
균일하게 혼합된 원료에 열과 압력, 그리고 유동 에너지를 가하여 원료를 융용시키는 혼련 과정이 마련된다. 혼련 과정은, 반바리 믹서(Banbury Mixer), 믹싱 롤(Mixing Roll), 스트레이너(Strainer), 코-니더(Co-kneader) 혹은 플레너터리(Planetary) 등의 혼련 장치들에 의해 이루어진다.
압출 단계(S200)
압출 단계는 혼련된 열가소성 수지 조성물을 압출기로 주입하여 융용시킨 후, 상기 압출기의 슬릿상의 토출구인 T다이로 이송시킨 후, 용융된 열가소성 수지 조성물은 가로 방향으로 확장하여 개방된 토출구를 통해 압출한다. 이에 따라, T-다이의 토출구(10a)로부터 토출된 용융 수지는 일정한 두께의 용융 시트가 형성된다.
성형 단계(S300)
성형 단계는 융용 압출된 상기 열가소성 수지 조성물을 다수개의 롤들의 조합으로 이루어진 카렌더링 장치로 이송하여 압연 가공하여 열가소성 수지 시트로 성형하는 단계이다.
카렌더링 장치는 다수개의 롤들로 구성되는 압연기계이다. 각각의 롤들의 표면 온도는 개별적으로 제어될 수 있으며, 상이할 수 있다. 용도에 따라 가열 롤과 냉각 롤로 나누어질 수 있다. 롤 온도의 불균일은 롤 자체에 열 왜곡을 발생시켜 롤 크라운의 변형을 초래할 뿐만 아니라, 가공 재료의 점도 불균일을 발생시켜 가공성을 저하시킨다. 또한 각 컴파운드의 가공온도 범위는 비교적 좁고, 그 온도 범위 내에서 뱅크의 온도를 유지해야 하므로 칼렌더링의 속도는 롤 온도의 제어 능력에 제한을 받게 된다. 따라서 롤은 표면의 균일함과 일정한 온도 분포가 요구된다.
그리고 카렌다링 장치는 롤의 배열방식에 따라 직렬형, 경사형, L형, 역L형, Z형, 경사Z형의 등의 형식이 있다. 압연 시에 카렌더에 걸리는 큰 힘이나 열팽창에 의한 롤의 힘 등을 변형을 보정하기 위하여 미리 롤의 중앙부에 설치하여 있는 크라운을 이용한다. 압연 이후, 시트의 두께를 조절과 함떼 장력의 제어를 위해 임의의 롤들을 더 배치할 수 있으며, 그 배치는 다양하게 실시될 수 있다.
압연이 끝난 이후, 칼렌더링의 마지막 롤로부터 용융된 시트를 롤로부터 떼어내는 인취 공정과, 인취된 시트를 물성변화가 없도록 서서히 냉각시켜서 권취가 가능하도록 냉각 하는 냉각 공정이 이루어진다.
권취 단계 (S400)
권취 단계는 앞선 성형 공정이 끝난 열가소성 수지 시트를 와인더(Winder)에 권취하는 단계이다. 실시하기에 따라, 별도의 절단 공정이나, 제진 공정 등이 이뤄질 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 (5)

  1. 다양한 품목으로 제조하기 위한 중간재 항균성 열가소성 수지 시트의 제조 방법에 있어서,
    폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC) 수지, 가소제, 안정제, 안료 및 무기 항균제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 준비하는 원료 준비 단계;
    상기 열가소성 수지 조성물을 압출기로 주입하여 융용시킨 후, 상기 압출기의 슬릿상의 토출구로 압출하는 압출 단계;
    융용 압출된 상기 열가소성 수지 조성물을 다수개의 롤들의 조합으로 이루어진 카렌더링으로 이송하여 압연 가공하여 열가소성 수지 시트로 성형하는 성형 단계; 및
    와인더(Winder)에 압연 가공된 상기 열가소성 수지 시트를 권취하는 권취 단계;를 포함하고,
    상기 무기 항균제는 산화 은, 산화 규소, 산화 붕소, 및 산화 나트륨을 혼합하여 700℃ 내지 1300℃의 온도로 용융한 후 건조하여 분쇄시키고,
    분쇄된 상기 무기 항균제의 평균 입자직경은 5 ㎛ 내지 10 ㎛이고,
    상기 열가소성 수지 조성물은 전체 100중량부에 대하여,
    상기 폴리염화비닐 수지 70 중량부 내지 75 중량부;
    상기 가소제는 DOTP(Dioctyl Terephthalate)이고, 10 중량부 내지 20 중량부;
    상기 안정제는 Ba-Zn계 안정제이고, 2 중량부 내지 5 중량부;
    상기 안료 0.5 중량부 내지 2 중량부; 및
    상기 무기 항균제 0.13 중량부;를 포함하고,
    상기 무기 항균제는 미생물에 대하여 최소 발육 저지 농도(MIC, minimum inhibitory concentration)가 400μg/ml 내지 800 μg/ml 인 것을 특징으로 하는 중간재 항균성 열가소성 수지 시트 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 상기 제 1 항에 기재된 제조 방법으로 제조된 중간재 항균성 열가소성 수지 시트.
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