KR102442002B1 - 비오염 광 촉매 항균 pvc 창호 샷시 제작을 위한 pvc 항균 마스터배치 및 창호 프로파일의 제조 및 방법 - Google Patents

비오염 광 촉매 항균 pvc 창호 샷시 제작을 위한 pvc 항균 마스터배치 및 창호 프로파일의 제조 및 방법 Download PDF

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Abstract

폴리비닐클로라이드(PVC) 고분자 수지; 가소제; 무기 항균제; 유기 항균제; 안정제; 및 착색제;를 포함하는 PVC 항균 비오염 광촉매 마스터배치가 개시된다.
이렇게 생산된 PVC 항균 비오염 광촉매 마스터배치를 가열하여 젤 형태로 만든후 압출 성형기에 에어석션으로 주입하여 금형(Dies)에 일정한 압력과 속도로 압출하여 물 냉각으로 냉각을 통하여 PVC 창호 프레임 및 문틀의 형상을 연속적으로 제품을 만드는 공법이 개시된다.

Description

비오염 광 촉매 항균 PVC 창호 샷시 제작을 위한 PVC 항균 마스터배치 및 창호 프로파일의 제조 및 방법{Preparation and method of PVC antibacterial masterbatch and window profile for non-polluting photocatalytic antibacterial PVC window sash production}
비오염 광 촉매 PVC 항균 마스터배치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
비오염 광 촉매 항균 PVC 창호 샷시 제작을 위한 PVC 항균 마스터배치 및 창호 프로파일의 제조 및 방법에 관한 것이다.
폴리비닐클로라이드(이하, PVC)는 예를 들어 건축 부문에서의 창틀(window profile), 파이프, 바닥 커버링 및 지붕 시트를 위한 기재 물질로서 주로 사용된다. 경질 및 가요성 필름은 마찬가지로 PVC로부터 제조된다. PVC는 종종 전기 케이블 및 전기 스위치 박스를 위한 절연 재료, 케이블, 케이블 덕트 또는 케이블 커버를 위한 수축 튜브(shrink tube)로서 사용된다.
실내외 창틀이나 문, 또는 벽에 가공 목재를 사용하는 경우 내구성을 높이고 원목 느낌을 내기 위해 마감재로서 나무결이 인쇄된 PVC가 사용되고 있다.
PVC는 금속 소재와 비교하면 비중이 작고 가벼우며 열전도율이 낯은 우수하며 단열 성능도 우수하여 창호 소재로 많이 사용되며 금속 소재보다 가격이 저렴하고 가공성 쉬우며 복잡한 형상의 창호 제작을 위한 프로파일 소재로 사용이 편리하다.
건축의 외부 창호 마감재로 PVC 창호로 많이 사용되고 있으나 금속 알루미늄 창호 샷시에 비하여 창호 자재 표면 강도(Surface Strength)가 약하다.
햇빛 속의 자외선과 산소는 PVC의 광 산화 분해를 일으켜 유연성을 떨어뜨려 최종적으로 PVC 표면의 조직이 부서지기 쉬우며 PVC 소재의 열팽창 및 창문의 여닫는 반복적인 마찰로 소재의 금속에 비해 내구성이 떨어진다.
이러한 PVC 창호 표면에 얇은 광분해에 의한 표면에 스크래치가 쉽게 생긴 문제점이 있다.
또한, 이처럼 마모되어 교체 주기가 짧아지며, 스크래치가 생긴 부분에 유해균이 서식하게 되며 PVC 창호를 여러 사람의 손으로 접촉하여 여닫는 상태에 유해 세균 또는 박테리아균의 교차 접촉으로 인하여 면역력이 약한 어린이나 학생, 노약자들은 위험에 노출되게 된다
또한, 태양 햇빛 자외선에 의한 PVC 창호 샷시 표면의 부서지는 광 분해 현상으로 인한 대기의 불순물이 표면에 정전기 현상으로 인해 PVC 창호 창틀 표면에 흡착하여 건축물을 오염되어 건물의 미간이 안 좋다.
특허문헌 1: 대한민국등록특허 10-0521005
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고온, 고습 환경에서도 변질되지 않고, PVC 플라스틱 제품의 내마모성, 내스크래치성, 내구성이 우수하며, 우수한 항균성을 나타내면서도 태양광 자외선에 의한 오염이 되지 않는 항균성 유지력 및 광촉매로 오염물질을 분해할 수 있는 우수한 PVC 항균 마스터배치 제작하여 PVC 창호 샷시 프로파일을 압출하여 PVC 창호를 제작 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
폴리비닐클로라이드(PVC) 고분자 수지; 무기 항균제; 유기 항균제; 가소제; 안정제; 및 착색제;를 포함하는 PVC 항균 마스터배치를 제공한다.
또한,상기 가소제는 다이옥틸프탈레이트이고, 상기 무기 항균제는 입자크기 20-30 nm의 산화아연 입자, 입자크기 90-100 nm의 아산화구리 입자 및 입자크기 150-200 nm의 구리 입자이고, 상기 유기 항균제는 옥시비페녹사신(10,10'-oxydiphenoxarsine, OBPA) 및 아연 2-피리딘티올-1-옥사이드(Zinc 2-pyridinethiol-1-oxide, Zn PTO)이고, 상기 안정제는 염화나트륨 및 힌더드 아민(hindered amine)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 PVC 항균 마스터배치에 있어서, PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 산화아연 입자는 30-40 중량부이고, 아산화구리 입자는 10-20 중량부이고, 구리 입자는 5-10 중량부이고, OBPA는 0.1-0.3 중량부이고, Zn PTO는 0.1-0.3 중량부이고, 다이옥틸프탈레이트는 20-30 중량부이고, 염화나트륨은 0.1-0.3 중량부이고, 힌더드 아민은 1.8-2.0 중량부인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은
PVC 고분자 수지 100 중량부를 용융시킨 다음 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 150-200 nm의 구리 입자 5-10 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
상기 제1 혼합물에 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 20-30 nm의 산화아연 입자 30-40 중량부, 아산화구리 입자는 10-20 중량부, 옥시비페녹사신(10,10'-oxydiphenoxarsine, OBPA) 0.1-0.3 중량부, 아연 2-피리딘티올-1-옥사이드(Zinc 2-pyridinethiol-1-oxide, Zn PTO) 0.1-0.3 중량부, 염화나트륨 0.1-0.3 중량부, 힌더드 아민 1.8-2.0 중량부 및 착색제를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계;
상기 제2 혼합물을 교반하며 220-250℃의 온도범위에서 용융 및 압출하는 단계; 및
상기 용융 및 압출을 수행하여 형성된 압출물을 냉각하고 절단하여 마스터배치를 제조하는 단계;를 포함하는 PVC 항균 마스터배치의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 PVC 항균 마스터배치를 포함하는 PVC 항균 창호 샷시를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 PVC 항균 마스터배치를 포함하는 광촉매 비오염 PVC 항균 창호 샷시를 제공한다.
또한, 본 발명은
PVC 고분자 수지 100 중량부를 용융시킨 다음 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 150-200 nm의 구리 입자 5-10 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
상기 제1 혼합물에 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 20-30 nm의 산화아연 입자 30-40 중량부, 아산화구리 입자는 10-20 중량부, 옥시비페녹사신(10,10'-oxydiphenoxarsine, OBPA) 0.1-0.3 중량부, 아연 2-피리딘티올-1-옥사이드(Zinc 2-pyridinethiol-1-oxide, Zn PTO) 0.1-0.3 중량부, 염화나트륨 0.1-0.3 중량부, 힌더드 아민 1.8-2.0 중량부 및 착색제를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계;
상기 제2 혼합물을 교반하며 220-250℃의 온도범위에서 용융 및 압출하는 단계;
상기 용융 및 압출을 수행하여 형성된 압출물을 냉각하고 절단하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및
상기 마스터배치를 젤 형태로 만든 후, 압출 성형기에 에어석션으로 주입하여 금형에 일정한 압력과 속도로 압출하여 물 냉각을 이용한 냉각을 통해 PVC 창호 프로파일을 생산하는 단계;를 포함하는 PVC 창호 프로파일 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 PVC 항균 마스터배치는 고온, 고습 환경에서도 변질되지 않고, PVC 플라스틱 제품의 내마모성, 내스크래치성, 내구성이 우수하며, 우수한 항균성을 나타내면서도 항균성 유지력이 우수하다. 또한, 태양광 자외선에 의해 오염이 되지 않고, 광촉매로 오염물질을 분해할 수 있어 우수한 PVC 창호 샷시 프로파일 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PVC 항균 마스터배치 제조방법의 순서도를 나타낸 것이고;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PVC 창호 프로파일 제조방법의 순서도를 나타낸 것이고;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PVC 창호 프로파일 제조방법에 사용된 압출성형을 수행한 장치를 나타낸 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1차, 2차, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 용어 마스터배치는 컴파운드, 플라스틱 제품이 동의어로 사용되며, 폴리비닐클로라이드(PVC) 중합체 매트릭스 내로 첨가제들이 도입된 것을 의미하는 것으로 이해된다. 하나 이상의 고분자 또는 중합체는 바람직하게 50 중량% 이상, 바람직하게 80 중량%가 단량체 비닐클로라이드로부터 형성된다. 이는 일차적으로 중합체가 비닐클로라이드로부터 뿐만 아니라 다른 단량체, 예를 들어 비닐아세테이트 또는 부틸아크릴레이트로부터 형성된 PVC 공중합체인 경우에 해당한다. 그러한 경우에, 공중합체는 바람직하게는 50 중량% 이상, 보다 바람직하게는 80 중량% 이상이 단량체 비닐클로라이드로부터 형성된다. 이는 이차적으로 중합체가 다양한 중합체의 혼합물 또는 블렌드를 포함하며, 중합체 중 하나는 PVC 단독중합체 또는 PVC 공중합체인 경우에 해당한다. 그러한 경우에, 혼합물 또는 블렌드는 바람직하게 50 중량% 이상, 보다 바람직하게 80 중량% 이상이 단량체 비닐클로라이드로부터 형성된다. 중합체는 바람직하게 PVC이다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
본 발명은, 폴리비닐클로라이드(PVC) 고분자 수지; 무기 항균제; 유기 항균제; 가소제; 안정제; 및 착색제;를 포함하는 PVC 항균 마스터배치를 제공한다.
PVC의 이론적인 융점은 220℃이나 그보다 훨씬 낮은 온도인 100℃에서부터 열분해를 시작하며 자외선에 의해서도 노화(Degradation)을 일으키는 단점을 가지고 있고, 또 비교적 연화점(Softening Point)이 낮아서 80℃ 부근에서는 기계적 강도가 급격히 떨어지는 단점이 있다. 그러나 내화학성이 우수하고 불꽃이 제거되면 바로 불꽃이 꺼지는 난연성을 가지고 있다. 그리고 가소제, 안정제, 충진재 등과 같은 다양한 첨가제들과 호환성(Compatibility)이 있으며, 다른 고분자 물질들과도 상당히 잘 섞이므로 그 가공범위가 매우 넓다. 따라서 취약한 열안정성을 가지고 있으면서도 다양한 가공성으로 많이 사용되고 있다.
PVC 플라스틱 제품으로는 창틀(샷시), 파이프, 빗물, 홈통 등의 구조재로 이용되며 연질제품으로는 전선 피복재, 의료용 튜브, 완구류, 바닥장식재, 1회용 장갑 등의 제조에 이용된다. 또한 자동차 내장재, 실란트, 성형품에도 사용되는 등 그 용도는 헤아릴 수 없을 정도로 많다. 또한 투명성이 우수하므로 투명한 플라스틱병이나 필름, 시트(sheet) 등에도 이용되고 있다. PVC 수지의 가공 특성으로는 열 안정성이 나쁘고, 활성이 낮고, 가소제의 흡수성이 낮고, 첨가제와의 상용성이 뛰어나다는 점들을 들 수 있다. 이러한 수지자체의 특성 때문에 PVC 단독으로 사용하지 못하고 여러 가지 첨가제와 병용하여 사용하기도 한다. 또한 여러 가지 첨가제와의 상용성이 우수하여 다양한 물성을 가진 제품의 생산이 가능하며, 다양한 가공방법이 이용될 수 있다는 장점이 있다.
상기 폴리비닐클로라이드(PVC) 고분자 수지는 중합도 800~1200가 바람직하다. 중합도가 800 미만이면 내수성, 내산성, 내알칼리성 등 물성이 낮아지게 되고 중합도가 1200 초과이면 가공성이 저하되는 문제가 있으므로 본 발명에서 제시한 범위에 유의하여 중합도를 조절한다.
상기 가소제는 PVC 고분자 수지가 분해점 이하에서 가공되어 성형될 수 있도록 PVC 고분자 수지의 가공성을 향상 시키고 유연성 및 탄성을 부여하기 위해 포함된다. 상기 가소제는 바람직한 일례로 다이옥틸프탈레이트를 사용하며, 더욱 바람직하게는 상기 가소제로 다이옥틸프탈레이트를 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 20-30 중량부를 사용하고, 가장 바람직하게는 상기 가소제로 다이옥틸프탈레이트를 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 25 중량부를 사용한다.
상기 무기 항균제는 산화아연 입자, 아산화구리 입자 및 구리 입자를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
산화아연 입자, 특히 산화아연 나노입자는 태양 빛을 에너지원으로 촉매 반응(산화, 환원 반응)을 촉진해 각종 세균 및 오염물질을 분해시켜주는 물질이다. 산화아연은 자외선에서의 높은 흡수율, 높은 산화력, 물리-화학적 안정성을 가지기 때문에 광촉매 물질로 우수하다. 산화아연은 빛을 받으면 산화-환원(REDOX) 반응을 일으키고, 강력한 산화제 역할을 하는 O2- 또는 OH 라디칼들을 발생시킨다. 이러한 라디칼들은 주변의 유해한 유기물들을 분해하고 그것을 이산화탄소 및 물로 전환한다. 산화아연 입자의 광촉매 현상으로 오염된 PVC 창호 샷시의 표면을 원래의 색상으로 유지를 할 수 있다. 더욱이, 산화아연은 바이러스나 박테리아의 신진대사를 저해시킴으로써 이를 고사시켜 제거하는 메커니즘도 수행될 수 있다. 나노사이즈의 상기 산화아연은 비표면적이 증가하여 벌크 재료가 구비하지 못한 표면효과를 가지며, PVC 플라스틱 제품이 공기 중의 수분과 접촉하게 될 때, 표면에 존재하는 산화아연의 아연 금속 성분이 이온화되어 용출되면서 박테리아 등의 유해균에 항균제로서 작용하게 된다. 상기 무기 항균제로 산화아연 입자는 입자크기가 20-30 nm인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 24-26 nm인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 무기 항균제로 산화아연 입자는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 30-40 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 35 중량부를 사용한다. 상기 산화아연 입자가 상기의 입자크기 및 함량 범위를 벗어나는 경우 항균 활성이 부족하거나 PVC 고분자 수지 내로 분산이 어렵거나 PVC 플라스틱 제품의 내구성에 문제가 발생할 수 있다.
아산화구리는 항균 활성을 나타내는 구리 화합물로, 산화구리(CuO)와 비교하여 높은 항균 활성을 나타낸다. 아산화구리는 구리 이온을 용출하기 쉽기 때문에, 용출한 구리 이온이 미생물과 접촉함으로써 효소나 단백질과 결합하여 활성을 저하시켜 미생물의 대사 기능을 저해하기 용이하다. 때문에, 아산화구리를 무기 항균제로 산화아연과 함께 도입하는 것이 바람직하다. 아산화구리 입자는 결정 구조를 가지고 있어도 되고, 비정질 구조여도 된다. 아산화구리 입자가 결정 구조를 가지는 경우, 그 결정 구조에 상관없이, 세균이나 바이러스의 표면을 구성하는 단백질에 배위함으로써, 상기 단백질의 구조를 변화시켜, 세균이나 바이러스를 불활성화시킬 수 있다. 상기 무기 항균제로 아산화구리 입자는 입자크기가 90-100 nm인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 94-96 nm인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 무기 항균제로 아산화구리 입자는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 10-20 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 15 중량부를 사용한다. 상기 아산화구리 입자가 상기의 입자크기 및 함량 범위를 벗어나는 경우 항균 활성이 부족하거나 PVC 고분자 수지 내로 분산이 어렵거나 PVC 플라스틱 제품의 내구성에 문제가 발생할 수 있다.
구리는 항균성을 가지면서도 고온, 고습 환경에서도 변질되지 않고 항균성 유지력이 우수한 무기 항균제이다. 또한, 다른 무기 항균제들과 반응하지 않고 PVC 플라스틱 제품의 내마모성, 내스크래치성, 내구성을 우수하게 발현시킬 수 있다. 상기 무기 항균제로 구리 입자는 입자크기가 150-200 nm인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 170-180 nm인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 무기 항균제로 구리 입자는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 5-10 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 7.5 중량부를 사용한다. 상기 구리 입자가 상기의 입자크기 및 함량 범위를 벗어나는 경우 항균 활성이 부족하거나 PVC 고분자 수지 내로 분산이 어렵거나 PVC 플라스틱 제품의 무게가 증가하여 PVC 플라스틱 제품의 내구성에 문제가 발생할 수 있다.
상기 유기 항균제는 옥시비페녹사신(10,10'-oxydiphenoxarsine, OBPA) 및 아연 2-피리딘티올-1-옥사이드(Zinc 2-pyridinethiol-1-oxide, Zn PTO)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 PVC 항균 마스터배치는 고온에서 사출성형하는 경우에도 유기 항균제, 특히 상기 유기 항균제로 OBPA 및 Zn PTO를 혼합하여 사용함으로써 PVC 고분자 수지 자체의 내충격성, 열안정성 등 제반물성을 저하시키지 않으며, 세균 뿐만 아니라 곰팡이에 대한 항균성 및 항균성 지속력을 개선하는 효과가 있다.
상기 유기 항균제로 OBPA는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1-0.3 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 0.2 중량부를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 OBPA의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 PVC 항균 마스터배치의 내후성이 부족한 문제가 있다.
상기 유기 항균제로 Zn PTO는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1-0.3 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 0.2 중량부를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 Zn PTO의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 PVC 항균 마스터배치의 내후성이 부족한 문제가 있다.
상기 안정제는 PVC 고분자 수지의 기계적인 가공이나 가해지는 열에 대해 PVC 고분자 수지가 손상되는 것을 방지하기 위한 기계적/열적 안정제와 자외선으로 인한 고분자의 분해를 방지하는 자외선 안정제를 사용한다. 상기 안정제는 기계적/열적 안정제로 염화나트륨(NaCl) 및 자외선 안정제로 힌더드 아민(hindered amine)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 안정제로 염화나트륨은 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1-0.3 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 0.2 중량부를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 염화나트륨의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 PVC 항균 마스터배치의 내후성이 부족한 문제가 있다.
상기 안정제로 힌더드 아민은 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 1.8-2.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 1.9 중량부를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 힌더드 아민의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 PVC 항균 마스터배치의 내후성이 부족한 문제가 있다.
상기 착색제는 안료라고도 하며, 상기 착색제는 PVC 플라스틱 제품의 색을 내기 위해 적용된다. 상기 착색제는 구리 프탈로시아닌 안료일 수 있다. 상기 착색제는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 5-10 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 7.5 중량부를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 착색제가 5 중량부 미만이면 원하는 색상 발현이 어렵고, 10 중량부 초과이면 뭉치거나 내광성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 본 발명은 PVC 고분자 수지 100 중량부를 용융시킨 다음 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 150-200 nm의 구리 입자 5-10 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; 상기 제1 혼합물에 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 20-30 nm의 산화아연 입자 30-40 중량부, 아산화구리 입자는 10-20 중량부, 옥시비페녹사신(10,10'-oxydiphenoxarsine, OBPA) 0.1-0.3 중량부, 아연 2-피리딘티올-1-옥사이드(Zinc 2-pyridinethiol-1-oxide, Zn PTO) 0.1-0.3 중량부, 염화나트륨 0.1-0.3 중량부, 힌더드 아민 1.8-2.0 중량부 및 착색제를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; 상기 제2 혼합물을 교반하며 220-250℃의 온도범위에서 용융 및 압출하는 단계; 및 상기 용융 및 압출을 수행하여 형성된 압출물을 냉각하고 절단하여 마스터배치를 제조하는 단계;를 포함하는 PVC 항균 마스터배치의 제조방법을 제공한다.
이때, 도 1을 통해 본 발명에 따른 PVC 항균 마스터배치의 제조방법을 순서도로 나타내었으며, 이하, 도 1의 순서도를 참조하여 본 발명에 따른 PVC 항균 마스터배치의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 PVC 항균 마스터배치의 제조방법은 PVC 고분자 수지 100 중량부를 용융시킨 다음 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 150-200 nm의 구리 입자 5-10 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 PVC 항균 마스터배치에 적용되는 메인 고분자 수지인 PVC 고분자 수지와, 가소제인 다이옥틸프탈레이트를 총 사용량의 50 중량%를 적용하여 혼합하되, 사용되는 무기 항균제 중 입자크기가 가장 큰 150-200 nm의 구리 입자를 5-10 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조한다.
PVC 항균 마스터배치는 PVC 고분자 수지를 용융시켜 가소제, 항균제, 안정제 등을 혼합하고 이를 용융 및 압출하고, 형성된 압출물을 냉각 및 절단하여 제조하게 되는 데, 가장 먼저 PVC 고분자 수지를 용융시켜 절반의 가소제와 함께 가장 입크기가 큰 무기 항균제인 구리 입자를 혼합하여 제1 혼합물을 제조함으로써 균일한 혼합물을 형성할 수 있다.
상기 폴리비닐클로라이드(PVC) 고분자 수지는 중합도 800~1200가 바람직하다. 중합도가 800 미만이면 내수성, 내산성, 내알칼리성 등 물성이 낮아지게 되고 중합도가 1200 초과이면 가공성이 저하되는 문제가 있으므로 본 발명에서 제시한 범위에 유의하여 중합도를 조절한다.
상기 다이옥틸프탈레이트는 PVC 고분자 수지가 분해점 이하에서 가공되어 성형될 수 있도록 PVC 고분자 수지의 가공성을 향상 시키고 유연성 및 탄성을 부여하기 위해 포함된다. 상기 다이옥틸프탈레이트를 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 총 20-30 중량부를 사용하고자 하며, 제1 혼합물 제조시에는 10-15 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 상기 다이옥틸프탈레이트를 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 12.5 중량부를 사용한다.
상기 구리는 항균성을 가지면서도 고온, 고습 환경에서도 변질되지 않고 항균성 유지력이 우수한 무기 항균제이다. 또한, 다른 무기 항균제들과 반응하지 않고 PVC 플라스틱 제품의 내마모성, 내스크래치성, 내구성을 우수하게 발현시킬 수 있다. 상기 구리 입자는 입자크기가 150-200 nm인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 170-180 nm인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 구리 입자는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 5-10 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 7.5 중량부를 사용한다. 상기 구리 입자가 상기의 입자크기 및 함량 범위를 벗어나는 경우 항균 활성이 부족하거나 PVC 고분자 수지 내로 분산이 어렵거나 PVC 플라스틱 제품의 무게가 증가하여 PVC 플라스틱 제품의 내구성에 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 PVC 항균 마스터배치의 제조방법은 상기 제1 혼합물에 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 20-30 nm의 산화아연 입자 30-40 중량부, 아산화구리 입자는 10-20 중량부, 옥시비페녹사신(10,10'-oxydiphenoxarsine, OBPA) 0.1-0.3 중량부, 아연 2-피리딘티올-1-옥사이드(Zinc 2-pyridinethiol-1-oxide, Zn PTO) 0.1-0.3 중량부, 염화나트륨 0.1-0.3 중량부, 힌더드 아민 1.8-2.0 중량부 및 착색제를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 본 발명에서 제시하는 PVC 항균 마스터배치에 포함되는 가소제, 무기 항균제, 유기 항균제, 안정제 및 착색제를 모두 적용하여 제2 혼합물을 제조한다.
상기 산화아연 입자는 항균 효과를 구현하는 방법이 광촉매 활동에 의한 살균효과가 아닌, 바이러스나 박테리아의 신진대사를 저해시킴으로써 이를 고사시켜 제거하는 메커니즘에 의한다. 나노사이즈의 상기 산화아연은 비표면적이 증가하여 벌크 재료가 구비하지 못한 표면효과를 가지며, 항균 섬유가 공기 중의 수분과 접촉하게 될 때, 표면에 존재하는 산화아연의 아연 금속 성분이 이온화되어 용출되면서 박테리아 등의 유해균에 항균제로서 작용하게 된다. 상기 산화아연 입자는 입자크기가 20-30 nm인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 24-26 nm인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 산화아연 입자는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 30-40 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 35 중량부를 사용한다. 상기 산화아연 입자가 상기의 입자크기 및 함량 범위를 벗어나는 경우 항균 활성이 부족하거나 PVC 고분자 수지 내로 분산이 어렵거나 PVC 플라스틱 제품의 내구성에 문제가 발생할 수 있다.
아산화구리는 항균 활성을 나타내는 구리 화합물로, 산화구리(CuO)와 비교하여 높은 항균 활성을 나타낸다. 아산화구리는 구리 이온을 용출하기 쉽기 때문에, 용출한 구리 이온이 미생물과 접촉함으로써 효소나 단백질과 결합하여 활성을 저하시켜 미생물의 대사 기능을 저해하기 용이하다. 때문에, 아산화구리를 무기 항균제로 산화아연과 함께 도입하는 것이 바람직하다. 아산화구리 입자는 결정 구조를 가지고 있어도 되고, 비정질 구조여도 된다. 아산화구리 입자가 결정 구조를 가지는 경우, 그 결정 구조에 상관없이, 세균이나 바이러스의 표면을 구성하는 단백질에 배위함으로써, 상기 단백질의 구조를 변화시켜, 세균이나 바이러스를 불활성화시킬 수 있다. 상기 아산화구리 입자는 입자크기가 90-100 nm인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 94-96 nm인 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 아산화구리 입자는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 10-20 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 15 중량부를 사용한다. 상기 아산화구리 입자가 상기의 입자크기 및 함량 범위를 벗어나는 경우 항균 활성이 부족하거나 PVC 고분자 수지 내로 분산이 어렵거나 PVC 플라스틱 제품의 내구성에 문제가 발생할 수 있다.
상기 PVC 항균 마스터배치의 제조방법은 고온에서 사출성형하게 되는데, 이러한 경우에도 유기 항균제, 특히 상기 유기 항균제로 OBPA 및 Zn PTO를 혼합하여 사용함으로써 PVC 고분자 수지 자체의 내충격성, 열안정성 등 제반물성을 저하시키지 않으며, 세균 뿐만 아니라 곰팡이에 대한 항균성 및 항균성 지속력을 개선하는 효과가 있다.
상기 OBPA는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1-0.3 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 0.2 중량부를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 OBPA의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 PVC 항균 마스터배치의 내후성이 부족한 문제가 있다.
상기 Zn PTO는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1-0.3 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 0.2 중량부를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 Zn PTO의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 PVC 항균 마스터배치의 내후성이 부족한 문제가 있다.
PVC 고분자 수지의 기계적인 가공이나 가해지는 열에 대해 PVC 고분자 수지가 손상되는 것을 방지하기 위한 기계적/열적 안정제와 자외선으로 인한 고분자의 분해를 방지하는 자외선 안정제를 사용한다. 본 발명에서는 기계적/열적 안정제로 염화나트륨(NaCl) 및 자외선 안정제로 힌더드 아민(hindered amine)을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 염화나트륨은 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1-0.3 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 0.2 중량부를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 염화나트륨의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 PVC 항균 마스터배치의 내후성이 부족한 문제가 있다.
상기 힌더드 아민은 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 1.8-2.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 1.9 중량부를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 힌더드 아민의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우 PVC 항균 마스터배치의 내후성이 부족한 문제가 있다.
상기 착색제는 안료라고도 하며, 상기 착색제는 PVC 플라스틱 제품의 색을 내기 위해 적용된다. 상기 착색제는 구리 프탈로시아닌 안료일 수 있다. 상기 착색제는 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 5-10 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 7.5 중량부를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 착색제가 5 중량부 미만이면 원하는 색상 발현이 어렵고, 10 중량부 초과이면 뭉치거나 내광성이 저하되는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 PVC 항균 마스터배치의 제조방법은 상기 제2 혼합물을 교반하며 220-250℃의 온도범위에서 용융 및 압출하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 전단계에서 제조된 제2 혼합물을 교반하며 220-250℃의 온도에서 용융 및 압출하여 압출물을 제조한다.
상기 용융 및 압출하는 온도범위는 220-250℃인 것이 바람직하고, 230-240℃인 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위에서 용용 및 압출하여 마스터배치를 제조하고자 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 PVC 항균 마스터배치의 제조방법은 상기 용융 및 압출을 수행하여 형성된 압출물을 냉각하고 절단하여 마스터배치를 제조하는 단계를 포함한다.
최종적으로 압출물을 냉각하고 절단하여 PVC 항균 마스터배치를 제조한다.
또한, 본 발명은 상기의 PVC 항균 마스터배치를 포함하는 PVC 항균 창호 샷시를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 PVC 항균 마스터배치를 포함하는 광촉매 비오염 PVC 항균 창호 샷시를 제공한다.
본 발명에 따른 PVC 항균 마스터배치를 포함하는 PVC 항균 창호 샷시는 고온, 고습 환경에서도 변질되지 않고, 내마모성, 내스크래치성, 내구성이 우수하며, 우수한 항균성을 나타내면서도 항균성 유지력이 우수하다. 또한, 태양광 자외선에 의해 오염이 되지 않고, 광촉매로 오염물질을 분해할 수 있어 더욱 우수한 성능을 나타낸다.
또한, 본 발명은
PVC 고분자 수지 100 중량부를 용융시킨 다음 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 150-200 nm의 구리 입자 5-10 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
상기 제1 혼합물에 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 20-30 nm의 산화아연 입자 30-40 중량부, 아산화구리 입자는 10-20 중량부, 옥시비페녹사신(10,10'-oxydiphenoxarsine, OBPA) 0.1-0.3 중량부, 아연 2-피리딘티올-1-옥사이드(Zinc 2-pyridinethiol-1-oxide, Zn PTO) 0.1-0.3 중량부, 염화나트륨 0.1-0.3 중량부, 힌더드 아민 1.8-2.0 중량부 및 착색제를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계;
상기 제2 혼합물을 교반하며 220-250℃의 온도범위에서 용융 및 압출하는 단계;
상기 용융 및 압출을 수행하여 형성된 압출물을 냉각하고 절단하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및
상기 마스터배치를 젤 형태로 만든 후, 압출 성형기에 에어석션으로 주입하여 금형에 일정한 압력과 속도로 압출하여 물 냉각을 이용한 냉각을 통해 PVC 창호 프로파일을 생산하는 단계;를 포함하는 PVC 창호 프로파일 제조방법을 제공한다.
이때, 도 2를 통해 본 발명에 따른 PVC 창호 프로파일 제조방법을 순서도로 나타내었으며, 이하, 도 2의 순서도를 참조하여 본 발명에 따른 PVC 창호 프로파일 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
상기 마스터배치를 제조하는 단계까지는 전술한 PVC 항균 마스터배치의 제조방법과 동일하게 수행하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 PVC 창호 프로파일 제조방법은 이렇게 생산된 PVC 항균 마스터배치를 이용하며, 상기 마스터배치를 젤 형태로 만든 후, 압출 성형기(또는 압출성형장치)에 에어석션으로 주입하여 금형에 일정한 압력과 속도로 압출하여 물 냉각을 이용한 냉각을 통해 PVC 창호 프로파일을 생산하는 단계를 포함한다.
상기 단계에서는 완성된 마스터배치를 교반하고 공압출하여 PVC 창호 프로파일을 생산한다. 일례로, 도 3에 나타낸 바와 같은 압출성형장치를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 압출성형장치는 성형재료인 PVC 항균 마스터배치가 투입되는 호퍼, PVC 항균 마스터배치가 젤 형태로 투입되어 금형로 이동시키며, 히터, 가열실린더 및 스크루를 포함하는 본체, 본체와 금형 사이에 위치하는 차단판, PVC 창호 프로파일의 형태를 압출하는 금형을 포함한다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> PVC 항균 마스터배치의 제조
PVC 고분자 수지로 p-1000을 100 g을 교반기에 투입하고 180℃의 온도에서 용융시키고 여기에 다이옥틸프탈레이트 25 g 및 입자크기가 170-180 nm인 구리 입자 7.5 g을 투입하여 2000 rpm으로 교반하여 제1 혼합물을 제조하였다.
상기 제1 혼합물에 다이옥틸프탈레이트 25 g, 입자크기 24-26 nm인 산화아연 입자 35 g, 입자크기 94-96 nm인 아산화구리 입자 15 g, 옥시비페녹사신(10,10'-oxydiphenoxarsine, OBPA) 0.2 g, 아연 2-피리딘티올-1-옥사이드(Zinc 2-pyridinethiol-1-oxide, Zn PTO) 0.2 g, 염화나트륨 0.2 g, 힌더드 아민 1.9 g 및 착색제로 구리 프탈로시아닌 안료 7.5 g을 투입하여 3000 rpm으로 교반하여 제2 혼합물을 제조하였다.
상기 제2 혼합물을 용융 압출기로 투입하고 내부온도를 235℃로 설정하여 용융 및 압출시킨 후 압출물을 냉각시킨 후 절단하여 마스터배치를 제조하였다.
<실험예 1> PVC 항균 마스터배치의 물성 분석
상기 실시예 1에서 제조된 마스터배치를 사용하여 내마모율, 인장강도, 인열강도 및 신장율 시험을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
내마모율은 ASTM D 1630 방법에 의하여 측정하였고, 인장강도는 ASTM D412 방법에 의하여 측정하였고, 인열강도는 ASTM D624 방법에 의하여 측정하였으며, 신장율은 ASTM D412 방법에 의하여 측정하였다(시편 크기 : 가로 및 세로 각 15 ㎝, 시험 장소의 온도 : 19℃, 습도 : 60%).
내마모율
(%)		 인장강도
(kg/cm2)		 인열강도
(kg/cm)		 신장율
(%)
실시예 1 968 93 75 352
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 PVC 항균 마스터배치는 물성이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 특히, 내마모율, 인열강도 및 신장율이 매우 우수함을 확인할 수 있었다.
<실험예 2> PVC 항균 마스터배치의 항균활성 분석
상기 실시예 1에서 제조된 마스터배치를 사용하여 항균 성능을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
항균 성능은 KS J 4206법에 따라 수행하였고, 실험균주로 스테필로코쿠스 아우레우스(Staphylococcus aureus ATCC 6538; 이하 균주 1), 에쉬리치아(Escherichia coli ATCC 25922; 이하 균주 2), 피쉐우도모나스 아루기노사(Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853; 이하 균주 3) 및 대장균(E.Coli ATCC 25922; 이하 균주 4)를 사용하였다. 시험조건은 시험균액을 37±1℃에서 24시간 진탕 배양 후 균수를 측정하였다(진탕 횟수 120회/분). 시험시료 중량은 2.0 g이고, 중화용액으로 인산완충용액(pH 7.0±2)을 사용하였고, 감소율(%)은 [(Mb-Mc)/Ma]X100 이고 증가율(F)는 Mb/Ma(31.6배 이상)로 계산하였다(Ma: 대조시료의 초기 균수, Mb: 24 시간 배양 후 대조 시료의 균수, Mc: 24 시간 배양 후 시험 시료의 균수).
균주 1에 대한
항균활성 (%)		 균주 2에 대한
항균활성 (%)		 균주 3에 대한
항균활성 (%)		 균주 4에 대한
항균활성 (%)
실시예 1 98 98 99 99
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 PVC 항균 마스터배치는 항균활성이 매우 우수함을 확인할 수 있었다.

Claims (6)

  1. PVC 고분자 수지 100 중량부를 용융시킨 다음 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 150-200 nm의 구리 입자 5-10 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 제1 혼합물에 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 20-30 nm의 산화아연 입자 30-40 중량부, 아산화구리 입자는 10-20 중량부, 옥시비페녹사신(10,10'-oxydiphenoxarsine, OBPA) 0.1-0.3 중량부, 아연 2-피리딘티올-1-옥사이드(Zinc 2-pyridinethiol-1-oxide, Zn PTO) 0.1-0.3 중량부, 염화나트륨 0.1-0.3 중량부, 힌더드 아민 1.8-2.0 중량부 및 착색제를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 제2 혼합물을 교반하며 220-250℃의 온도범위에서 용융 및 압출하는 단계; 및
    상기 용융 및 압출을 수행하여 형성된 압출물을 냉각하고 절단하여 마스터배치를 제조하는 단계;를 포함하는 PVC 항균 마스터배치의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. PVC 고분자 수지 100 중량부를 용융시킨 다음 PVC 고분자 수지 100 중량부에 대하여 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 150-200 nm의 구리 입자 5-10 중량부를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 제1 혼합물에 다이옥틸프탈레이트는 10-15 중량부, 입자크기 20-30 nm의 산화아연 입자 30-40 중량부, 아산화구리 입자는 10-20 중량부, 옥시비페녹사신(10,10'-oxydiphenoxarsine, OBPA) 0.1-0.3 중량부, 아연 2-피리딘티올-1-옥사이드(Zinc 2-pyridinethiol-1-oxide, Zn PTO) 0.1-0.3 중량부, 염화나트륨 0.1-0.3 중량부, 힌더드 아민 1.8-2.0 중량부 및 착색제를 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 제2 혼합물을 교반하며 220-250℃의 온도범위에서 용융 및 압출하는 단계;
    상기 용융 및 압출을 수행하여 형성된 압출물을 냉각하고 절단하여 마스터배치를 제조하는 단계; 및
    상기 마스터배치를 젤 형태로 만든 후, 압출 성형기에 에어석션으로 주입하여 금형에 일정한 압력과 속도로 압출하여 물 냉각을 이용한 냉각을 통해 PVC 창호 프로파일을 생산하는 단계;를 포함하는 PVC 창호 프로파일 제조방법.
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