KR102380963B1 - Tpu 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법 - Google Patents

Tpu 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법에 관한 것으로, (a) 열가소성 폴리우레탄에 안료 및 첨가제를 분산시킨 후 압출 성형하여 색상 마스터배치를 제조하는 단계, (b) 열가소성 폴리우레탄에 항균제 및 첨가제를 분산시킨 후 압출 성형하여 항균 마스터배치를 제조하는 단계, (c) 열가소성 폴리우레탄에 상기 (a)단계에서 제조된 색상 마스터배치를 분산시켜 혼합하는 단계, (d) 열가소성 폴리우레탄에 상기 (b)단계에서 제조된 항균 마스터배치를 분산시켜 혼합하는 단계, 및 (e) 상기 (c)단계에서 혼합된 물질과 상기 (d)단계에서 혼합된 물질을 분산시켜 사출 성형하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF ANTIBACTERIAL MOBILEPHONE CASE USING TPU ANTIBACTERIAL MASTER BATCH}
본 명세서에 개시된 내용은 TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시하지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
세계적으로 코로나 19에 의한 세균감염 사태가 장기화되면서 관공서, 기업, 아파트 등의 공용 엘리베이터와 문 손잡이 등 사람의 손이 닿는 곳에 항균필름을 설치할 정도로 국민들의 불안감이 높아지고 있다. 더불어 스마트폰 항균필름, 항균탈취제, 항균마스크, 항균장갑 등 다양한 항균제품에 대한 인기 및 소비가 점차 높아지고 있다. 특히, 최근 코로나 19 재확산세 조짐을 보이면서 안경, 이어폰, 악세서리 등 개인 소지품을 소독해주는 살균기가 등장했으며, 신체의 일부가 된 스마트폰의 위생과 살균에 대한 관심도도 커지면서 스마트폰 전용 살균 제품을 찾는 수요도 폭발적으로 증가했다. 이에 해당제품의 제조사들은 앞다투어 더 질 좋은 제품을 생산하기 위해 제품 연구 및 개발에 매진하고 있다.
이와 관련된 기술의 일 예로서, 특허문헌 1에는 커버층, 상기 커버층의 내면에 적층되는 접착층 및 상기 접착층에 부착되어 전자파 차폐 기능을 하는 금속층을 포함하는 휴대 단말기용 보호 커버 및 그의 제조방법에 대해 개시되어 있고, 특허문헌 2에는 원적외선 방사, 음이온 방사 및 항균 기능을 갖는 물질을 함유하고 있는 고분자 재질의 사출물로 된 케이스 본체와, 상기 사출물로 된 케이스 본체 위에 원적외선 방사, 음이온 방사 및 항균 기능을 갖는 물질을 함유하고 있는 유기 또는 무기 복합 재질의 코팅층이 형성된 하도 코팅층과 상기 하도 코팅층 위에 슬립성 및 친수성을 강화하기 위하여 형성된 유기 코팅층으로 구성된 친 건강 기능 휴대폰 케이스에 대해 개시되어 있다.
전술한 특허문헌 1에서는 방사용액 제조 시 은나노 물질, 고분자 및 용매와 함께 안료를 혼합함으로써 안료로 인해 은나노 물질의 항균성능이 제대로 발현되기 어렵고, 특허문헌 2에서도 하도 코팅층 형성 시 고분자, 나노 금/은에 염료를 혼합함으로써 염료로 인해 역시 나노 금/은의 항균성능이 제대로 발현되기 어려운 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 10-2014-0101675(2014.08.20) 대한민국 공개특허 10-2007-0025416(2007.03.08)
색상 마스터배치 및 항균 마스터배치를 각각 제조한 후 제1 혼합기에서 열가소성 폴리우레탄과 색상 마스터배치를 혼합하고 제2 혼합기에서 열가소성 폴리우레탄과 항균 마스터배치를 각각 혼합한 후 사출기에서 제1 혼합기에서 혼합된 물질과 제2 혼합기에서 혼합된 물질을 혼합함으로써 색상 마스터배치와 항균 마스터배치의 혼합과정을 최소화하여 항균성능이 향상된 TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.
개시된 내용의 일 실시예에 의하면, TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법은 (a) 열가소성 폴리우레탄에 안료 및 첨가제를 분산시킨 후 압출 성형하여 색상 마스터배치를 제조하는 단계, (b) 열가소성 폴리우레탄에 항균제 및 첨가제를 분산시킨 후 압출 성형하여 항균 마스터배치를 제조하는 단계, (c) 열가소성 폴리우레탄에 상기 (a)단계에서 제조된 색상 마스터배치를 분산시켜 혼합하는 단계, (d) 열가소성 폴리우레탄에 상기 (b)단계에서 제조된 항균 마스터배치를 분산시켜 혼합하는 단계, 및 (e) 상기 (c)단계에서 혼합된 물질과 상기 (d)단계에서 혼합된 물질을 분산시켜 사출 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (a)단계에서 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 안료 25~35중량부 및 첨가제 10~20중량부를 분산시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 (b)단계에서 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 항균제 25~35중량부 및 첨가제 10~20중량부를 분산시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 (a)단계 및 상기 (b)단계에서 압출 성형은 트윈 스크류 압출기에 의해 실시되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 (c)단계에서는 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 상기 색상 마스터배치 1~10중량부가 분산되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 (d)단계에서는 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 상기 항균 마스터배치 1~15중량부가 분산되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 (c)단계는 제1 혼합기에 의해 실시되되, 상기 제1 혼합기는, 내부에 스크류가 결합되며 제1 입구와 출구를 포함하는 제1 몸체부, 및 상기 제1 입구에 결합되어 상기 색상 마스터배치를 제공하는 제1 호퍼부를 포함할 수 있다.
상기 (d)단계는 제2 혼합기에 의해 실시되되, 상기 제2 혼합기는, 내부에 스크류가 결합되며 제2 입구와 출구를 포함하는 제2 몸체부, 및 상기 제2 입구에 결합되어 상기 항균 마스터배치를 제공하는 제2 호퍼부를 포함할 수 있다.
상기 제1 혼합기는 상기 제1 몸체부에 소포제를 제공하는 제1 소포제제공부를 더 포함할 수 있다.
상기 (e)단계는 싱글 스크류를 포함하는 사출기에 의해 실시되되, 상기 사출기는, 내부에 상기 싱글 스크류가 결합되며 사출입구와 사출출구를 포함하는 실린더부, 일측이 상기 제1 몸체부의 제1 출구와 연결되고 타측이 상기 실린더부와 연결되어 상기 제1 혼합기에서 혼합된 물질을 상기 실린더부에 공급하는 제1 연결부, 일측이 상기 제2 몸체부의 제2 출구와 연결되고 타측이 상기 실린더부와 연결되어 상기 제2 혼합기에서 혼합된 물질을 상기 실린더부에 공급하는 제2 연결부, 및 상기 사출출구에 결합된 노즐부에 연결되는 성형금형부를 포함할 수 있다.
상기 사출기는 상기 실린더부에 소포제를 제공하는 제3 소포제제공부를 더 포함할 수 있다.
상기 사출기는 상기 실린더부 내부의 온도, 압력, 조성비를 측정하여 상기 제1 연결부 및 제2 연결부를 각각 개폐하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법은, 색상 마스터배치 및 항균 마스터배치를 각각 제조한 후 제1 혼합기에서 열가소성 폴리우레탄과 색상 마스터배치를 혼합하고 제2 혼합기에서 열가소성 폴리우레탄과 항균 마스터배치를 혼합한 후 사출기에서 제1 혼합기에서 혼합된 물질과 제2 혼합기에서 혼합된 물질을 혼합함으로써 항균 마스터배치와 색상 마스터배치의 혼합과정을 최소화하여 안료가 항균제를 코팅함으로써 항균성능이 저하되는 현상을 방지하는 효과가 있다.
색상 마스터배치와 항균 마스터배치를 열가소성 폴리우레탄과 섞는 과정을 각각 제1 혼합기와 제2 혼합기에서 분리하여 실시함으로써 항균 마스터배치와 색상 마스터배치가 섞이는 시간을 최소화하여 항균지속력 및 성능을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
해양에 투기되거나 육상에 방치되면서 해안가 오염의 주범으로 여겨지는 버려진 굴, 가리비, 꼬막, 대합, 홍합, 바지락, 새조개, 모시조개, 키조개, 맛조개, 재첩, 및 전복의 껍데기를 휴대폰 케이스의 소재로 업사이클링(upsycling)함으로써 친환경적이면서 인체에 무해한 효과가 있다.
또한, 소포제제공부는 색상 마스터배치와 항균 마스터배치를 열가소성 폴리우레탄과 섞는 과정에서 발생하는 기포를 제거하여 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 내용의 일 실시예에 따른 TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2는 사출 성형 공정에 사용되는 설비에 대한 전체적인 개략도이다.
도 3은 혼합기를 나타낸 개략도이다.
도 4는 사출기를 나타낸 개략도이다.
도 5는 실시예 1의 항균 젤리 케이스를 50cm×50cm의 크기로 자른 사진이다.
도 6 내지 도 10은 실험예 1의 항균성능 평가 결과를 나타낸 시험성적서 및 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 개시된 내용의 바람직한 실시예의 구성 및 작용 효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.
이하, 본 명세서에 개시된 TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법을 도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 내용의 일 실시예에 따른 TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 1을 참조하면, 우선, 열가소성 폴리우레탄에 안료 및 첨가제를 분산시킨 후 압출 성형하여 색상 마스터배치를 제조한다(S10).
열가소성 폴리우레탄 100중량부에 안료 25~35중량부, 바람직하게는 27~30중량부 및 첨가제 10~20중량부, 바람직하게는 13~16중량부를 트윈 스크류 압출기를 이용하여 분산시킨 후 압출 성형함으로써 색상 마스터배치를 제조할 수 있다.
상기 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Poly Urethane, TPU)은 블럭공중합을 통해 연질상과 경질상을 지님으로써 두 상의 비율에 따라 다양한 경도의 탄성체 중합이 가능하다. 폴리머 주쇄간의 강력한 우레탄 상호결합으로 열가소성 탄성체 중 가장 높은 기계적 물성을 가졌을 뿐 아니라 내유성, 내연료성 등 내화학성 또한 매우 뛰어나다.
내마모성, 내스크레치성, 소프트터치가 필요한 다양한 자동차 부품으로 적용 가능하며, 우수한 물성과 유연성으로 무게절감 및 NVH 성능 향상이 가능하다. 또한, 응용분야로는 농업, 소비재, 원유/가스 탐사, 수송, 필름/시트, 전자, 산업용 부품, 전선/케이블 피복, 호스/튜브, 휠, 소프트 터치 오버 몰딩, 폴리머 개질제, 식품 가공, 레크리에이션, 풋웨어 등이 있다. 현재 한국에서는 산업용 시트, 스크린 보호 필름, 위생 도마 및 자동차 ABS 브레이크 센서 케이블로 널리 활용되고 있다.
상기 안료(pigment)는 사용에 있어서 특별히 제한하지 않으며, 유기안료 및 무기안료 중 사용 가능하고, 어떠한 색상 안료도 사용할 수 있다. 안료는 기본적으로 불용성이고 특별한 화학반응을 하여 안료 표면에 분산작용기를 붙인 자분산 안료분산액과 고분자분산제를 사용하여 매질에 분산시키는 폴리머 분산액으로 분류할 수 있다. 유기안료는 아조계, 프탈로시아닌계, 염료계, 축합다환계, 퀴나크리돈계, 니트로계 및 니트로소계, 블랙계통의 카본블랙, 램프블랙, 아세틸렌 블랙 및 채널블랙 등의 착색제를 예로 들 수 있고, 무기안료는 코발트, 철, 크롬, 구 리, 아연, 납, 티타늄, 바나듐, 망간 및 니켈 등의 금속류, 금속 산화물 및 황화물 등을 예로 들 수 있다.
마젠타계 안료로서는 예를 들면 C. I. 피그먼트 레드 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 30, 31, 32, 37, 38, 40, 41, 42, 48(Ca), 48(Mn), 57(Ca), 57:1, 88, 112, 114, 122, 123, 144, 146, 149, 150, 166, 168, 170, 171, 175, 176, 178, 179, 184, 185, 187, 202, 209, 219, 245, C. I. 피그먼트 바이올렛 19, 23, 32, 33, 36, 38, 43, 50 등이 있다.
옐로우계 안료로서는 예를 들면 C. I. 피그먼트 옐로우 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 11, 12, 13, 14, 16, 17, 24, 34, 35, 37, 53, 55, 65, 73, 74, 75, 81, 83, 93, 94, 95, 97, 98, 99, 108, 109, 110, 114, 117, 120, 124, 128, 129, 133, 138, 139, 147, 151, 153, 154, 167, 172, 180 등이 있다.
시안계 안료로서는 예를 들면 C. I. 피그먼트 블루 1, 2, 3, 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:34, 15:4, 16, 18, 22, 25, 60, 65, 66 등이 있다.
마젠타, 옐로우, 시안계가 아닌 다른 피그먼트로서는, 예를 들면, C. I. 피그먼트 그린 7, 10, C. I. 피그먼트 브라운 3, 5, 25, 26, C. I. 피그먼트 오렌지 1, 2, 5, 7, 13, 14, 15, 16, 24, 34, 36, 38, 40, 43, 63 등이 있다.
블랙계의 안료로 카본블랙으로서 예를 들면, MCF88, No. 2300, 2200 B, 900, 33, 40, 45, 52, MA7, 8, 100 등(이상 상품명, 미츠비시화학社) Raven 5750, 5250, 5000, 3500, 1255, 700 등(이상 상품명, 콜롬비아 카본社) Rega1 400 R, 330 R, 660 R, Mogul L, Monarch 700, 800, 880, 900, 1000, 1100, 1300, 1400 등(이상 상품명, 캐벗社) Color Black FW1, FW2, FW2V, FW18, FW200, S150, S160, S170, Printex 35, U, V, 140 U, Special Black 6, 5, 4A, 4등(이상 상품명, 데구社) 등이 있다.
상기 안료는 하나의 안료 단독으로 사용하거나 다른 안료와 함께 혼합 사용하여도 무방하다.
한편, 안료의 평균입도는 0.005~15㎛, 바람직하게 0.05~5㎛의 범위일 수 있다. 안료의 평균입도가 0.005㎛미만이면, 열가소성 폴리우레탄에 분산되기 어려우며 유동성이 나쁠 수 있고, 15㎛를 초과하면, 원하는 색상 발현이 어려울 수 있다.
이러한 안료는 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 25~35중량부, 바람직하게는 27~30중량부로 포함될 수 있는데, 이는 안료가 25중량부 미만이면, 원하는 색상 발현이 어려울 수 있고, 35중량부를 초과하면, 점도의 증가로 인해 성형성이 나빠질 수 있다.
상기 첨가제는 가소제(plasticizers), 산화방지제(antioxidants), 열안정제(heat stabilizers), 자외선안정제(UV stabilizer), 난연제(flame retardants), 충진제(filler), 핵제(Nucleating Agent), 소포제, 활제, 대전방지제, 발포제, 충격보강제, 가교제, 분산제, 계면활성제, 탈취제 등을 포함할 수 있고, 바람직하게는 산화방지제 및 분산제를 포함할 수 있고, 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 10~20중량부, 바람직하게는 13~16중량부로 포함될 수 있다. 이는 첨가제가 10중량부 미만이면, 물리적 성질 및 기계적 강도가 떨어질 수 있고, 20중량부를 초과하면, 첨가제 대비 다른 성분의 함량이 적어져 바인딩 역할을 충분히 하지 못하기 때문에 기계적 강도가 떨어져 악영향을 미칠 수 있다.
산화방지제(antioxidants)는 수지와 산소와의 화학적 반응을 억제 또는 차단시킴으로써 수지가 분리되어 고유물성이 상실되는 것을 방지하는 물질로 페놀계, 아민계, 유황계, 및 인계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
열안정제(heat stabilizers)는 고온에서 혼합 또는 성형할 경우 생기는 수지의 열적 분해를 억제 또는 차단해 주는 기능을 하는 물질로 Cd/Ba/Zn계, Cd/Ba계, Ba/Zn계, Ca/Zn계, Na/Za계, Sn계, Pb계, Cd계, 및 Zn계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
자외선안정제(UV stabilizer)는 자외선으로부터 플라스틱이 분해되어 색변 또는 기계적 성질이 상실되는 것을 억제 또는 차단시키는 기능을 하는 물질로 카본블랙(Carbon Black), 이산화티타늄(Titanium Dioxide, TiO2), 벤조트리아졸(Benzotriazole)계, 및 니켈-킬레이트(Ni-Chelate)계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
난연제(flame retardants)는 수지의 연소성을 감소시키는 기능을 하는 물질로 할로겐계, 인계, 및 무기계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
충진제(filler)는 대량으로 첨가되어 원가절감을 목적으로 하는 증량제와 기계적 열적, 전기적 성질이나 또는 가공성을 개선하기 위해 첨가되는 보강제로 실리카(Silica, SiO2), 산화알루미늄(Aluminum oxide), 산화마그네슘(Magnesium oxide), 산화칼슘(Calcium oxide), 수산화알루미늄(Aluminum hydroxide), 수산화마그네슘(Magnesium hydroxide), 수산화칼슘(Calcium hydroxide), 카본(Carbon), 탈크(Talc), 지르코니아(Zirconia, Zirconium oxide), 산화안티몬(Antimony oxide) 및 고무(Rubber)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
핵제(Nucleating Agent)는 수지의 결정화 속도를 촉진시키고 결정의 크기를 미세화시켜 투명성을 향상시키고 결정화 속도를 증가시킴으로써 싸이클 타임을 단축시키는 한편, 기계적 물성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가할 수 있다.
발포제는 수지의 무게를 줄이고 단열성 및 충격 흡수성을 높이기 위해 첨가하는 물질로 수산화마그네슘(Magnesium hydroxide), 아조디카본아 미드(Azodicarbonamide), 옥시디벤젠술포닐히드라지드 (Oxydibenzenesulfonylhydrazide, OBSH), p-톨루엔술포닐히드라지드(p-toluenesulfonyl hydrazide), 소듐바이카보네이트(Sodiumbicarbonate), 탄화수소(Hydrocarbon), 및 에틸렌비닐아세테이트(ethylene-vinyl acetate, EVA)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
소포제는 유해한 기포를 제거하기 위해 첨가하는 물질로 휘발성이 적고 확산력이 큰 기름상의 물질 또는 수용성의 계면할성제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 라우릴알코올, 세틸알코올, 스테아릴알코올, 올레일알코올, 데실알코올 및 도데실알코올 중에서 선택되는 하나 이상의 지방산 알코올 100중량부, 탄소수가 15~20인 지방산 1~10중량부, 소르비탄 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리글리세린 지방산 에스테르, 프로필 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌글리세린 지방산 에스테르 및 폴리옥시에틸렌프로필렌글리콜 지방산 에스테르 중에서 선택되는 하나 이상의 비이온계면할성제 50~80중량부, 대두유, 팜유, 옥수수유 및 미강유 중에서 선택되는 하나 이상의 식물성 오일 40~70중량부, 미네랄오일, 파라핀오일 및 페트롤라튬 중에서 선택되는 하나 이상의 광물성 오일 30~50중량부로 구성된 것을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
계면활성제는 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온계 계면활성제 및 플루오르계 계면활성제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
열가소성 폴리우레탄에 항균제 및 첨가제를 분산시킨 후 압출 성형하여 항균 마스터배치를 제조한다(S20).
열가소성 폴리우레탄 100중량부에 항균제 25~35중량부, 바람직하게는 27~30중량부, 및 첨가제 10~20중량부, 바람직하게는 13~16중량부를 트윈 스크류 압출기를 이용하여 분산시킨 후 압출 성형함으로써 항균 마스터배치를 제조할 수 있다.
상기 항균제는 굴, 가리비, 꼬막, 대합, 홍합, 바지락, 새조개, 모시조개, 키조개, 맛조개, 재첩, 및 전복 중에서 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 굴, 가리비, 및 꼬막 중에서 선택되는 하나 이상을 분쇄한 후 소결하여 제조된 것일 수 있으며, 분쇄 및 소결하는 과정에 의해 알칼리염이 생성되면서 항균력을 가질 수 있다.
상기 분쇄는 볼 밀(Ball mill), 아크리션 밀(Attrition mill), 제트 밀(Jet mill), 회전밀(Rotary mill) 및 진동 밀(Vibration mill) 중 선택되는 어느 하나의 장비를 이용하여 항균제의 평균입도가 1~10㎛, 바람직하게는 5~7㎛가 되도록 분쇄를 실시할 수 있다. 상기 항균제의 평균입도가 1㎛ 미만이면, 열가소성 폴리우레탄 및 첨가제와 잘 혼합되지 않고 쉽게 비산되어 작업환경을 오염시킬 뿐만 아니라 향균력의 효과가 저조할 수 있고, 10㎛를 초과하면, 입자크기가 너무 크기 때문에 열가소성 폴리우레탄 및 첨가제와 혼합 시 침전됨으로써 골고루 혼합되기 어려울 수 있다.
상기 소결은 600~1200℃의 온도로 1~5시간 동안 실시될 수 있으며, 상기 소결 온도 및 시간이 상기 언급된 범위 미만이면, 항균제의 성분 중 하나인 탄산칼슘(CaCO3)으로부터 산화칼슘(CaO)이 충분히 생성되지 못할 수 있고, 상기 언급한 범위를 초과하면, 소성로의 구동 시간 및 비용 대비 산화칼슘(CaO)의 생산량은 그다지 증가되지 않으므로 비경제적일 수 있다.
이러한 항균제는 상기 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 대하여, 25~35중량부, 바람직하게는 27~30중량부로 포함될 수 있는데 이는 항균제가 25중량부 미만이면, 항균력이 미미할 수 있고, 35중량부를 초과하면, 필요이상의 첨가에 따른 상승효과는 그다지 크지 않으므로 비용만 상승되는 문제점이 발생될 수 있으므로 바람직하지 못하다. 상기 언급한 함량을 만족 시 항균효과 및 제형 안정성이 우수할 수 있다.
본 명세서에 개시된 항균제는 해양에 투기되거나 육상에 방치되면서 해안가 오염의 주범으로 여겨지는 버려진 굴, 가리비, 꼬막, 대합, 홍합, 바지락, 새조개, 모시조개, 키조개, 맛조개, 재첩, 및 전복의 껍데기를 휴대폰 케이스의 소재로 업사이클링(upsycling)함으로써 친환경적이면서 인체에 무해한 이점이 있다.
한편, 항균제는 아연(Zn), 은(Ag), 세라믹 및 구리(Cu) 중에서 선택되는 하나 이상으로 이루어진 나노복합체를 더 포함할 수 있으며, 이러한 나노복합체는 항균 마스터배치 100중량부에 대하여 1~2중량부로 첨가될 수 있다. 상기 언급한 함량 범위를 벗어나는 경우 향균성능의 향상효과가 제대로 구현되지 않거나 가공 작업성이 나빠질 수 있으므로 바람직하지 못하다. 본 실시예에서 상기 나노복합체는 세라믹으로 이루어진 코어와, 상기 코어의 표면에 은, 아연 및 구리가 도핑된 형태일 수 있으며 이에 항균 성능이 장기간 지속 가능할 수 있다.
열가소성 폴리우레탄 및 첨가제에 대해서는 상기 S10단계에서 상세하게 설명하였으므로 생략하기로 한다.
도 2는 사출 성형 공정에 사용되는 설비에 대한 전체적인 개략도이고, 도 3은 혼합기(100, 200)를 나타낸 개략도이다.
도 2의 예시에서 알 수 있는 바와 같이 일례로, 사출 성형 공정에 사용되는 설비에는 제어부(10), 가압부(20), 컴프레셔(21), 저장탱크(22), 진공부(30), 진공이젝터(31) 등을 포함할 수 있다. 일례로, 제어부(10)는 컴프레셔(21)와 진공이젝터(31) 등을 제어할 수 있으며, 가압부(20), 컴프레셔(21), 저장탱크(22), 진공부(30), 진공이젝터(31) 등의 기능 등은 일반적인 사출 성형 공정과 같은 것으로 구체적인 설명은 생략한다.
(c)단계는 제1 혼합기(100)에 의해 실시되되, 제1 혼합기(100)는, 내부에 스크류가 결합되며 제1 입구(111)와 출구(112)를 포함하는 제1 몸체부(110), 및 제1 입구(111)에 결합되어 색상 마스터배치를 제공하는 제1 호퍼부(120)를 포함할 수 있으며, 제1 혼합기(100)는 제1 몸체부(110)에 소포제를 제공하는 제1 소포제제공부(130)를 더 포함할 수 있다.
제1 혼합기(100)는 열가소성 폴리우레탄에 색상 마스터배치를 분산시키고 열가소성 폴리우레탄과 색상 마스터배치를 혼합할 수 있다(S30).
도 2 또는 도 3의 예시에서 알 수 있는 바와 같이 일례로, 제1 혼합기(100)를 이용하여 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 상기 S10단계에서 제조된 색상 마스터배치 1~10중량부, 바람직하게는 3~5중량부를 분산시킨 후 열가소성 폴리우레탄과 색상 마스터배치를 혼합할 수 있다.
색상 마스터배치가 1중량부 미만이면, 원하는 색상 발현이 어려울 수 있고, 10중량부를 초과하면, 원하는 색상 발현이 어려울 뿐만 아니라 완제품의 표면에 자국이 깊게 생성됨으로써 제품의 품질이 저하될 수 있다.
도 3의 예시에서 알 수 있는 바와 같이 일례로, 제1 혼합기(100)는 열가소성 폴리우레탄과 색상 마스터배치를 혼합하는 역할을 하는 것으로, 제1 몸체부(110), 제1 호퍼부(120), 및 제1 소포제제공부(130) 등을 포함할 수 있다.
제1 몸체부(110)는 내부에 스크류가 결합되어 열가소성 폴리우레탄과 색상 마스터배치가 섞이는 하우징 역할을 하는 것으로, 제1 입구(111)와 출구(112)를 포함할 수 있다.
제1 호퍼부(120)는 제1 몸체부(110)의 제1 입구(111)에 결합되는 것으로 제1 몸체부(110)에 색상 마스터배치를 제공하는 역할을 할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 분산 시 발생된 기포로 인해 최종 제품의 품질이 저하되는 현상을 방지하기 위한 목적으로 소포제를 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 대해 0.1~5중량부로 첨가할 수 있다. 이러한 소포제로는 라우릴알코올, 세틸알코올 및 스테아릴알코올이 1:1:3 중량비로 혼합된 지방산 알코올 100중량부, 탄소수가 15~20인 지방산 1~10중량부, 글리세린 지방산 에스테르 및 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르가 1:1 중량비로 혼합된 비이온계면할성제 50~80중량부, 대두유, 팜유, 옥수수유 및 미강유 중에서 선택되는 하나 이상의 식물성 오일 40~70중량부, 미네랄오일, 파라핀오일 및 페트롤라튬 중에서 선택되는 하나 이상의 광물성 오일 30~50중량부로 구성된 것을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
일례로, 제1 몸체부(110)의 일측에는 소포제를 제공하는 제1 소포제제공부(130)가 구비될 수 있으며, 소포제에 의해 열가소성 폴리우레탄에 색상 마스터배치가 분산될 때 발생된 기포가 제거되어 기포로 인해 최종 제품의 품질이 저하되는 현상이 방지될 수 있다.
제1 몸체부(110)의 일측에는 가열히터(미도시)가 장착될 수 있으며, 가열히터에 의해 열가소성 폴리우레탄과 색상 마스터배치가 용융될 수 있다. 가열히터에 의해 용융된 용융물은 스크류에 의해 압축되어 후술하는 제1 연결부(330)를 통해 사출기(300)로 이동될 수 있다.
(d)단계는 제2 혼합기(200)에 의해 실시되되, 제2 혼합기(200)는, 내부에 스크류가 결합되며 제2 입구(211)와 출구(212)를 포함하는 제2 몸체부(210), 및 제2 입구(211)에 결합되어 항균 마스터배치를 제공하는 제2 호퍼부(220)를 포함할 수 있으며, 제2 혼합기(200)는 제2 몸체부(210)에 소포제를 제공하는 제2 소포제제공부(230)를 더 포함할 수 있다.
제2 혼합기(200)는 열가소성 폴리우레탄에 항균 마스터배치를 분산시키고 열가소성 폴리우레탄과 항균 마스터배치를 혼합할 수 있다(S40).
도 2 또는 도 3의 예시에서 알 수 있는 바와 같이 일례로, 제2 혼합기(200)를 이용하여 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 S20단계에서 제조된 항균 마스터배치 1~15중량부, 바람직하게는 3~10중량부를 분산시켜 혼합할 수 있다. 본 실시예에서는 향균력을 향상시키기 위한 목적으로 제1 혼합기(100)에서 열가소성 폴리우레탄에 색상 마스터배치를 혼합하고 제2 혼합기(200)에서 열가소성 폴리우레탄에 항균 마스터배치를 혼합하는 과정을 분리하여 실시함으로써 안료가 항균제를 코팅함으로써 항균성능이 저하되는 현상을 보다 효율적으로 방지하고 항균 지속력 및 효능을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
항균 마스터배치가 1중량부 미만이면, 항균력이 미미할 수 있고, 15중량부를 초과하면, 점도의 상승으로 인해 완제품의 표면에 결함이 발생될 수 있다.
도 3의 예시에서 알 수 있는 바와 같이 일례로, 제2 혼합기(200)는 열가소성 폴리우레탄과 항균 마스터배치를 혼합하는 역할을 하는 것으로, 제2 몸체부(210), 제2 호퍼부(220), 및 제2 소포제제공부(230) 등을 포함할 수 있다.
제2 몸체부(210)는 내부에 스크류가 결합되어 열가소성 폴리우레탄과 항균 마스터배치가 섞이는 하우징 역할을 하는 것으로, 제2 입구(211)와 출구(212)를 포함할 수 있다.
제2 호퍼부(220)는 제2 몸체부(210)의 제2 입구(211)에 결합되는 것으로 제2 몸체부(210)에 항균 마스터배치를 제공하는 역할을 할 수 있다.
일례로, 제2 몸체부(210)의 일측에는 소포제를 제공하는 제2 소포제제공부(230)가 구비될 수 있으며, 소포제에 의해 열가소성 폴리우레탄에 항균 마스터배치가 분산될 때 발생된 기포가 제거되어 기포로 인해 최종 제품의 품질이 저하되는 현상이 방지될 수 있다. 소포제에 대한 내용은 전술한 바와 같다.
제2 몸체부(210)의 일측에는 가열히터(미도시)가 장착될 수 있으며, 가열히터에 의해 열가소성 폴리우레탄과 항균 마스터배치가 용융될 수 있다. 가열히터에 의해 용융된 용융물은 스크류에 의해 압축되어 후술하는 제2 연결부(340)를 통해 사출기(300)로 이동될 수 있다.
도 4는 사출기(300)를 나타낸 개략도이다.
(e)단계는 싱글 스크류(310)를 포함하는 사출기(300)에 의해 실시되되, 사출기(300)는, 내부에 싱글 스크류(310)가 결합되며 사출입구(321)와 사출출구(322)를 포함하는 실린더부(320), 일측이 제1 몸체부(110)의 제1 출구(112)와 연결되고 타측이 실린더부(320)와 연결되어 제1 혼합기(100)에서 혼합된 물질을 실린더부(320)에 공급하는 제1 연결부(330), 일측이 제2 몸체부(210)의 제2 출구(212)와 연결되고 타측이 실린더부(320)와 연결되어 제2 혼합기(200)에서 혼합된 물질을 실린더부(320)에 공급하는 제2 연결부(340), 및 사출출구(322)에 결합된 노즐부(350)에 연결되는 성형금형부(360)를 포함할 수 있으며, 사출기(300)는 실린더부(320)에 소포제를 제공하는 제3 소포제제공부(370)를 더 포함할 수 있으며, 사출기(300)는 실린더부(320) 내부의 온도, 압력, 조성비를 측정하여 제1 연결부(330) 및 제2 연결부(340)를 각각 개폐하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
마지막으로 제1 혼합기(100)에서 혼합된 물질과 제2 혼합기(200)에서 혼합된 물질을 사출기(300)에서 혼합하여 사출 성형한다(S50).
도 4의 예시에서 알 수 있는 바와 같이 일례로, 스크류 구조의 사출기(300)를 이용하여 제1 혼합기(100)에서 혼합된 열가소성 폴리우레탄과 색상 마스터배치와 제2 혼합기(200)에서 혼합된 열가소성 폴리우레탄과 항균 마스터배치를 혼합하여 사출 성형을 실시할 수 있다. 본 실시예에서는 향균력을 향상시키기 위한 목적으로 제1 혼합기(100)에서 열가소성 폴리우레탄에 색상 마스터배치를 분산시켜 혼합(S30)하고 제2 혼합기(200)에서 열가소성 폴리우레탄에 항균 마스터배치를 분산시켜 혼합(S40)한 후 사출기(300)에서 제1 혼합기(100)에서 혼합된 물질과 제2 혼합기(200)에서 혼합된 물질을 혼합함으로써 항균성분과 색상성분이 혼합되는 시간과 공정을 최소화하여 항균성능이 저하되는 현상을 보다 효율적으로 방지하고 항균 지속력 및 효능을 보다 향상시킬 수 있다.
도 4의 예시에서 알 수 있는 바와 같이 일례로, 사출기(300)는 제1, 제2 혼합기(100, 200)에서 각각 혼합된 물질을 혼합하고 사출 성형하는 역할을 하는 것으로, 실린더부(320), 제1, 제2 연결부(330, 340), 노즐부(350), 성형금형부(360), 제3 소포제제공부(370), 및 센서부 등을 포함할 수 있다.
실린더부(320)의 내부에는 싱글 스크류(310)가 구비되어 제1, 제2 혼합기(100, 200)에서 각각 혼합되어 유입된 물질을 혼합하는 역할을 할 수 있으며, 사출입구(321)와 사출출구(322)를 포함할 수 있다.
도 3 또는 도 4의 예시에서 알 수 있는 바와 같이 일례로, 제1 연결부(330)는 일측이 제1 몸체부(110)의 제1 출구(112)와 연결되고 타측이 실린더부(320)와 연결되어 제1 혼합기(100)에서 혼합된 물질을 실린더부(320)에 공급하는 역할을 할 수 있다. 제2 연결부(340)는 일측이 제2 몸체부(210)의 제2 출구(212)와 연결되고 타측이 실린더부(320)와 연결되어 제2 혼합기(200)에서 혼합된 물질을 실린더부(320)에 공급하는 역할을 할 수 있다.
일례로, 실린더부(320)는 일측에는 가열히터가 장착될 수 있으며 가열히터에 의해 열가소성 폴리우레탄, 색상 마스터배치 및 항균 마스터배치가 용융될 수 있다. 가열히터에 의해 용융된 용융물은 싱글 스크류(310)에 의해 압축되어 노즐부(350)를 통해 성형금형부(360)로 사출됨으로써 제품(1)화될 수 있다.
또한, 실린더부(320)의 일측에는 소포제를 제공하는 제3 소포제제공부(370)가 구비될 수 있다. 일례로, 소포제에 의해 제1 혼합기(100)에 혼합된 물질과 제2 혼합기(200)에서 혼합된 물질이 분산되어 혼합될때 발생되는 기포가 제거되어 기포로 인해 최종 제품(1)의 품질이 저하되는 현상이 방지될 수 있다.
일례로, 센서부(미도시)는 실린더부(320) 내부의 온도, 압력, 조성비 등을 측정할 수 있는 것으로, 실린더부(320) 내부의 조건에 따라 실린더부(320) 내부의 상태를 제어할 수 있다. 일례로, 센서부는 실린더부(320) 내부의 조건에 따라 제1 연결부(330) 또는 제2 연결부(340)를 각각 개폐하여 제1 혼합기(100)나 제2 혼합기(200)로부터 실린더부(320)에 유입되는 혼합물의 양을 조절할 수 있다.
상술한 바와 같은 사출 성형하는 단계가 완료되면, 최종 항균 휴대폰 케이스가 수득된다. 이러한 항균 휴대폰 케이스는 색이 선명하고 표면이 매끄러우며 품질이 우수하다.
실시예 1. 항균 휴대폰 케이스 제조
열가소성 폴리우레탄 70g에 평균입도 5~7㎛인 모시조개껍데기 20g 및 폐놀계 산화방지제와 분산제 10g을 트윈 스크류 압출기를 이용하여 300~400rpm으로 분산시킨 후 압출 성형하여 필렛 형상의 항균 마스터배치를 제조하였다. 그리고, 열가소성 폴리우레탄 70g에 G7과 Rutile TiO2 20g 및 폐놀계 산화방지제와 분산제 10g을 트윈 스크류 압출기를 이용하여 300~400rpm으로 분산시킨 후 압출 성형하여 필렛 형상의 색상 마스터배치를 제조하였다. 제1 혼합기(100)를 이용하여 열가소성 폴리우레탄 1000g에 색상 마스터배치 50g을 혼합하고, 제2 혼합기(200)를 이용하여 열가소성 폴리우레탄 1000g에 색상 마스터배치 70g을 혼합한 후, 사출기(300)에서 제1 혼합기(100)와 제2 혼합기(200)에서 혼합된 물질을 혼합하고 사출 성형하여 항균 휴대폰 케이스를 제조하였다.
실험예 1. 항균성능 평가
실시예 1에 따른 항균 젤리 케이스의 병원균에 대한 항균력을 평가하기 위하여 한국분석시험연구원에 실험을 의뢰하였다. 도 5 내지 도 9는 한국분석시험연구원에서 제공한 시험 성적서 및 사진이다.
JIS Z 2801:2010 실험 방법에 따라 실험을 실시하였다.
시험균주로는 Pseudomonas aeruginosa ATCC 10145(균주1), Staphlococcus aureus ATCC 6538(균주2), 및 Escherichia coli ATCC 8739(균주3)를 사용하였다. 대조군으로는 폴리프로필렌 필름(PP film)을 사용하였다.
우선, 균주 각각에 대하여 시험균액을 준비하고, 초기 균수를 측정하였다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이 실시예 1의 항균 젤리 케이스 및 대조군의 폴리프로필렌 필름을 각각 50cm×50cm의 크기로 준비하고, 상기 시험균액 0.4ml를 필름 위에 적하한 후 커버필름을 덮었다. 그리고 실내 온도 및 습도의 조건 하에서 형광등을 조사하면서 24시간 동안 정치 배양하고 균수를 측정하였다.
그 결과, 도 6 내지 도 10을 참조하면 실시예 1의 항균 젤리 케이스가 균주 1(녹농균)에서는 세균 감소율을 보이기는 하나 그 수준이 7.7%로 매우 저조한데 반해 균주 2(황색포도상구군) 및 균주 3(대장균)에서는 모두 100%에 가까운 세균 감소율을 나타냄을 확인할 수 있었다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.
1: 사출 성형이 완료된 제품
100: 제1 혼합기
110: 제1 몸체부
111: 제1 입구
112: 제1 출구
120: 제1 호퍼부
130: 제1 소포제제공부
200: 제2 혼합기
210: 제2 몸체부
211: 제2 입구
212: 제2 출구
220: 제2 호퍼부
230: 제2 소포제제공부
300: 사출기
310: 싱글 스크류
320: 실린더부
321: 사출입구
322: 사출출구
330: 제1 연결부
340: 제2 연결부
350: 노즐부
360: 성형금형부
370: 제3 소포제제공부

Claims (12)

  1. (a) 열가소성 폴리우레탄에 안료 및 첨가제를 분산시킨 후 압출 성형하여 색상 마스터배치를 제조하는 단계;
    (b) 열가소성 폴리우레탄에 항균제 및 첨가제를 분산시킨 후 압출 성형하여 항균 마스터배치를 제조하는 단계;
    (c) 열가소성 폴리우레탄에 상기 (a)단계에서 제조된 색상 마스터배치를 분산시켜 혼합하는 단계;
    (d) 열가소성 폴리우레탄에 상기 (b)단계에서 제조된 항균 마스터배치를 분산시켜 혼합하는 단계; 및
    (e) 상기 (c)단계에서 혼합된 물질과 상기 (d)단계에서 혼합된 물질을 분산시켜 사출 성형하는 단계;를 포함하며,
    상기 (a)단계에서 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 안료 25~35중량부 및 첨가제 10~20중량부를 분산시키고,
    상기 (b)단계에서 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 항균제 25~35중량부 및 첨가제 10~20중량부를 분산시키며,
    상기 (c)단계에서는 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 상기 색상 마스터배치 1~10중량부를 분산시키고,
    상기 (d)단계에서는 열가소성 폴리우레탄 100중량부에 상기 항균 마스터배치 1~15중량부를 분산시키며,
    상기 (c)단계는 제1 혼합기에 의해 실시되되,
    상기 제1 혼합기는,
    내부에 스크류가 결합되며 제1 입구와 출구를 포함하는 제1 몸체부; 및
    상기 제1 입구에 결합되어 상기 (a)단계에서 제조된 색상 마스터배치를 제공하는 제1 호퍼부;를 포함하며,
    상기 (d)단계는 제2 혼합기에 의해 실시되되,
    상기 제2 혼합기는,
    내부에 스크류가 결합되며 제2 입구와 출구를 포함하는 제2 몸체부; 및
    상기 제2 입구에 결합되어 상기 (b)단계에서 제조된 항균 마스터배치를 제공하는 제2 호퍼부;를 포함하고,
    상기 (e)단계는 싱글 스크류를 포함하는 사출기에 의해 실시되되,
    상기 사출기는,
    내부에 상기 싱글 스크류가 결합되며 사출입구와 사출출구를 포함하는 실린더부;
    일측이 상기 제1 몸체부의 제1 출구와 연결되고 타측이 상기 실린더부와 연결되어 상기 제1 혼합기에서 혼합된 물질을 상기 실린더부에 공급하는 제1 연결부;
    일측이 상기 제2 몸체부의 제2 출구와 연결되고 타측이 상기 실린더부와 연결되어 상기 제2 혼합기에서 혼합된 물질을 상기 실린더부에 공급하는 제2 연결부; 및
    상기 사출출구에 결합된 노즐부에 연결되는 성형금형부;를 포함하며,
    (a)단계 및 (b)단계에서 생성된 물질을 바로 (e)단계에서 혼합하지 않고, (e)단계와 별도로 (c)단계 및 (d)단계를 두어 상기 제1 및 제2 혼합기에서 각각 실시한 후 (e)단계를 상기 사출기에서 실시하여 항균성분과 색상성분이 혼합되는 시간 및 공정을 최소화하여 항균성능 저하를 방지하는 것을 특징으로 하는 TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계 및 상기 (b)단계에서 압출 성형은 트윈 스크류 압출기에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 혼합기는 상기 제1 몸체부에 소포제를 제공하는 제1 소포제제공부를 더 포함하는 TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 사출기는 상기 실린더부에 소포제를 제공하는 제3 소포제제공부를 더 포함하는 TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 사출기는 상기 실린더부 내부의 온도, 압력, 조성비를 측정하여 상기 제1 연결부 및 제2 연결부를 각각 개폐하는 센서부를 더 포함하는 TPU 항균 마스터배치를 이용한 항균 휴대폰 케이스의 제조방법.
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