KR102481595B1 - 항균 글라스 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항균 글라스 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 SiO2 20~45 중량%; B2O3 1~30 중량%; ZnO 10~30 중량%; Na2O, K2O 및 Li2O 가운데 1종 이상 5~25 중량%; Al2O3 및 TiO2 가운데 1종 이상 0.1~10 중량%; NaF 0.1~5 중량%; 및 Co3O4, CuO 및 Fe2O3 가운데 1종 이상 1~10 중량%;를 포함하여 내구성이 저하되지 않고 항균성이 우수하다.

Description

항균 글라스 조성물 및 이의 제조방법{ANTIBACTERIAL GLASS COMPOSITE, MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 항균 특성을 갖는 항균 글라스 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
세균, 균류, 박테리아와 같은 미생물은 세면대, 냉장고 선반, 또는 세탁기와 같은 우리의 생활 공간에 편재해 있다. 만일 이러한 미생물이 우리의 몸에 들어가게 되면, 이들은 생명을 위협하는 감염의 원인이 될 수 있다. 따라서, 세면대, 냉장고 선반, 오븐 또는 세탁기 등과 같은 생활용품에 미생물의 확산을 제어할 수 있는 항균 글라스 조성물이 요구된다.
종래에는 몰리브덴 산화물을 항균 글라스 조성물에 포함하여, 수분과 몰리브덴 산화물에서 발생된 수소 양이온의 수치를 증가시키는 방법이 사용되었다. 이로 인해, 수용성 매질은 산성환경이 조성되며, 산성환경에 의해 미생물은 죽게된다. 그러나, 상기와 같이 항균 글라스 조성물 내에 단일 몰리브덴 산화물을 사용하게 되면, 내수성에 취약하며 산성환경이 조성되어야 하는 문제가 있다.
충분한 내수성을 확보하기 위하여 항균 글라스 조성물 내에 몰리브덴과 은 또는 몰리브덴과 구리가 결합된 복합 산화물을 사용하는 방법이 있다. 그러나, 항균 글라스 조성물 내에 복합 산화물을 포함함으로써, 몰리브덴의 비율은 감소되며, 이에 따라 수용성 매질의 산성환경을 조성하기 어려워 항균성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 항균 글라스 조성물 내에 몰리브덴과 은 또는 몰리브덴과 구리가 결합된 복합 산화물을 포함함으로써, 인체 내에서 응혈성과 세포독성이 발생되는 문제가 있다.
또한, 은과 같은 고가의 성분은 항균 글라스 조성물의 제조 단가를 증가시키는 원인이 되기도 한다.
아울러, ZnO 함량을 50중량% 이상으로 높인 항균성 유리 조성물이 알려져 있다. 하지만, ZnO 만으로 항균성이 발휘되는 유리 조성물은 Zn의 계속적인 용출이 우려되고 내구성이 비교적 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 내구성이 우수함과 동시에 항균성도 탁월한 신규의 실리케이트계 항균 글라스 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히 본 발명은 ZnO의 함량을 높이더라도 내구성이 저하되지 않고 항균성이 우수한 신규의 글라스 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 ZnO를 10~30 중량% 포함함과 동시에 타성분의 조성비를 적절히 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 SiO2 20~45 중량%; B2O3 1~30 중량%; ZnO 10~30 중량%; Na2O, K2O 및 Li2O 가운데 1종 이상 5~25 중량%; Al2O3 및 TiO2 가운데 1종 이상 0.1~10 중량%; NaF 0.1~5 중량%; 및 Co3O4, CuO 및 Fe2O3 가운데 1종 이상 1~10 중량%;를 포함하여, 내구성이 저하되지 않고 항균성이 우수하다.
본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 내구성이 우수함과 동시에 항균성이 탁월한 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 다양한 제품군에 적용할 수 있는 다목적 항균제로 활용이 가능하다.
더 나아가 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 고가의 성분이 제외되어 보다 경제적으로 제조할 수 있다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 이하, 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물 및 이의 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
<항균 글라스 조성물>
본 발명에 따른 항균 글라스 SiO2 20~45 중량%; B2O3 1~30 중량%; ZnO 10~30 중량%; Na2O, K2O 및 Li2O 가운데 1종 이상 5~25 중량%; Al2O3 및 TiO2 가운데 1종 이상 0.1~10 중량%; NaF 0.1~5 중량%; 및 Co3O4, CuO 및 Fe2O3 가운데 1종 이상 1~10 중량;를 포함한다.
본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 신규의 실리케이트계 글라스 조성물로서 내구성이 우수함과 동시에 항균성이 탁월하다. 이하에서는 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물의 성분에 대해 상세히 설명한다.
SiO2는 유리 구조를 형성하는 핵심적인 성분으로 유리 구조의 골격 역할을 하는 성분이다. 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 SiO2를 20~45 중량% 포함한다. 상기 SiO2가 45 중량%를 초과하여 포함되면 유리 용융시 점도가 높아짐에 따라 퀀칭 과정에서 작업성이 저하되는 문제가 있다. 반대로 상기 SiO2가 20 중량% 미만으로 포함되면 유리의 구조가 약화되어 내수성이 저하되는 문제가 있다.
B2O3는 SiO2와 함께 글라스 조성물의 유리화가 가능하도록 유리 형성제로서의 역할을 하는 성분이다. B2O3는 녹는점이 낮기 때문에 용융물의 공융점(eutectic point)을 낮출 뿐만 아니라, 글라스 조성물의 유리화가 쉽게 될 수 있게 도와주는 역할을 하는 성분이다. 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 B2O3를 1~30 중량% 포함한다. 상기 B2O3가 30 중량%를 초과하여 포함되면 타 성분의 함량을 방해함에 따라 오히려 항균성이 저하되는 문제가 있다. 반대로 상기 B2O3가 1 중량% 미만으로 포함되면 유리의 구조가 약화되어 내수성이 저하되는 문제가 있다.
ZnO는 유리의 구조적인 측면에서 망목형성제와 망목수식제의 역할을 모두 수행하는 성분이다. 또한, 글라스 조성의 항균성을 발현하는 중요 성분 가운데 하나이다. 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 ZnO를 10~30 중량% 포함한다. 본 발명에서는 항균성을 향상시키기 위해서 ZnO의 함량을 높였다. 글라스 조성에서 ZnO의 함량이 높아지면 상대적으로 글라스 조성의 내구성이 저하되지만 본 발명에서는 타성분의 함량을 제어하여 내구성이 저하되는 것을 방지한다. ZnO가 10중량% 미만으로 함유되면 글라스 조성의 항균성 발현이 어렵다. 반대로 ZnO가 30 중량%를 초과하여 포함되면 글라스 조성의 내구성이나 열 물성이 저하될 수 있다.
Na2O, K2O, Li2O와 같은 alkali oxide는 유리 조성 내에서 비가교결합을 하는 망목수식제 역할을 하는 산화물이다. 상기 성분들 가운데 단독으로는 유리화가 불가능하지만, SiO2 및 B2O3 등과 같은 망목형성제와 일정한 비율로 혼합하면 유리화가 가능해진다. 상기 성분들 가운데 한가지 성분만이 글라스 조성에 포함되면, 유리화가 가능한 영역 내에서는 유리의 내구성을 약화시킬 수 있다. 하지만, 두가지 이상의 성분이 글라스 조성에 포함되면 비율에 따라 유리의 내구성이 다시 향상되기도 한다. 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 Na2O, K2O 및 Li2O 가운데 1종 이상을 5~25 중량% 포함한다. Na2O, K2O 및 Li2O 가운데 1종 이상이 25 중량%를 초과하여 포함되면, 글라스 조성물의 열 물성이 저하될 수 있다. 반대로 Na2O, K2O 및 Li2O 가운데 1종 이상이 5 중량% 미만으로 포함되면 ZnO와 같은 성분의 가수를 제어하기 어려워 항균성이 저하될 수 있다.
보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 Li2O 3중량% 이하로 포함할 수 있다. Li2O이 3중량%를 초과하면 포함되면 유리화가 어렵고 실투가 발생할 가능성이 높아진다.
Al2O3 및 TiO2는 유리의 화학적 내구성 및 내열성 등을 증진시키는 성분이다. 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 Al2O3 및 TiO2 가운데 1종 이상을 0.1~10 중량% 포함한다. Al2O3 및 TiO2 가운데 1종 이상이 0.1 중량% 미만으로 포함되면 유리의 내구성 등이 저하될 수 있다. 반대로 Al2O3 및 TiO2 가운데 1종 이상이 10 중량%를 초과하여 포함되면 유리 용융 과정에서 실투가 발생할 수 있다.
NaF는 유리의 표면장력을 제어하여 유리 코팅막의 표면특성을 향상시키는 성분이다. 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 NaF를 0.1~5 중량% 포함한다. 상기 NaF가 5 중량%를 초과하여 포함되면 유리의 열물성이 저하될 수 있다. 반대로 NaF가 0.1 중량% 미만으로 포함되면 유리 코팅막의 표면특성이 저하되는 문제가 있다.
Co3O4, CuO 및 Fe2O3은 유리가 자체적으로 항균 효과를 발현할 수 있도록 기능하는 성분이다. 또한 Co3O4, CuO 및 Fe2O3은 유리가 저탄소강 기판에 코팅하는 재료로 쓰일 때 기판과 유리의 화학적 결합을 유발시켜 유리 코팅층의 밀착성을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 Co3O4, CuO 및 Fe2O3 가운데 1종 이상을 1~10 중량% 포함한다. Co3O4, CuO 및 Fe2O3 가운데 1종 이상이 1 중량% 미만으로 포함되면 유리의 항균성이 저하될 수 있다. 반대로, Co3O4, CuO 및 Fe2O3 가운데 1종 이상이 10 중량%를 초과하면 유리의 내구성이 저하될 수 있다.
보다 바람직하게는, Co3O4, CuO가 각각 0.5 중량% 이상으로 항균 글라스 조성물에 포함될 수 있다. 항균 글라스 조성물의 항균성과 밀착성을 균형 있게 향상시키기 위해서 Co3O4, CuO가 모두 상기 글라스 조성물에 포함되는 것이 바람직하다.
< 항균 글라스 조성물의 제조방법>
다음으로, 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 항균 글라스 조성물의 제조방법은, 상술한 항균 글라스 조성물 재료를 제공하는 단계; 상기 항균 글라스 조성물 재료를 멜팅하는 단계; 및 상기 멜팅된 항균 글라스 조성물 재료를 퀀칭 롤러에서 냉각하여, 항균 글라스 조성물을 형성하는 단계; 를 포함한다.
상기 항균 글라스 조성물 재료를 충분히 혼합한 후, 상기 항균 글라스 조성물 재료는 멜팅된다. 바람직하게는, 상기 항균 글라스 조성물 재료는 1000~1500℃의 온도범위에서 멜팅될 수 있다. 또한, 상기 항균 글라스 조성물 재료는 10~60분 동안 멜팅될 수 있다.
이후, 상기 멜팅 된 항균 글라스 조성물 재료는 칠러 등이 사용되어, 퀀칭 롤러에 의해 급냉시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 항균 글라스 조성물이 형성될 수 있다.
<항균성 코팅층의 제조>
다음으로, 본 발명에 따른 항균 글라스 조성물은 대상 물체의 일 표면에 코팅될 수 있다. 상기 대상 물체는 금속 플레이트, 강화 유리 플레이트, 조리기기의 일부, 또는 전부일 수 있다. 코팅방법은 스프레이 방식을 사용할 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 항균 글라스 조성물은 700~750℃의 온도범위에서 300~450초 동안 소성될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명의 구체적인 태양을 살펴보기로 한다.
< 실시예 >
<항균 글라스 조성물의 제조>
하기 표 1에 기재된 조성비를 갖는 항균 글라스 조성물을 제조하였다. 각 성분의 원재료들을 V-혼합기(V-mixer)에서 3시간 동안 충분히 혼합하였다. 여기서, Na2O, K2O, 및 Li2O의 원재료는 각각 Na2CO3, K2CO3, 및 Li2CO3를 사용하였으며, 나머지 성분은 표 1에 기재된 성분과 동일한 것을 사용하였다. 혼합된 재료를 1300℃에서 30분 동안 충분히 용융시키고, 퀀칭 롤러(quenching roller)에서 급냉 시킨 후 유리 컬릿을 수득하였다.
상기 과정으로 수득한 유리 컬릿을 분쇄기(ball mill)로 초기 입도를 제어 후 젯밀을 이용하여 약 5시간 동안 분쇄 후 325 메쉬 시브(ASTM C285-88)에 통과시켜 입경을 45㎛이하로 제어하여, 최종적으로 항균 글라스 조성물을 제조하였다.
성분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
SiO2 26.25 28.27 28.27 47.02 60.32
B2O3 27.1 23.58 23.58 5.88 12.1
Na2O 11.6 11.9 11.9 11.75 13.25
K2O 5.9 5.88 5.88 5.95 0　
Li2O 2.28 2.2 2.2 2.3 1.8
Al2O3 0.1 1.67 1.30 0　 0.1
ZrO2 0 0 0　 0　 2.2
TiO2 0 0 0.37 23.8 2.2
ZnO 19.5 21.1 21.1 0　 0　
CaO 0　 0　 0　 0　 1.53
NaF 3.27 2.8 2.8 3.3 2.2
Co3O4 2.4 1.9 1.9 0 1.6
CuO 0.8 0.7 0.7 0 0　
Fe2O3 0.8 0　 0　 0　 0　
NiO 0　 0　 0　 0　 1.3
MnO2 0　 0　 0　 0 1.4
<항균 글라스 조성물 시편 제조>
상기 실시예와 비교예에 따른 항균 글라스 조성물을 200mm×200mm 및 두께 1mm 이하의 저탄소강 시트에 코로나 방전 건(Corona discharge gun)을 이용하여 스프레이 하였다. 코로나 방전 건의 전압은 40~100kV의 범위에서 제어하였다. 상기 저탄소강 시트에 스프레이 된 항균 글라스 조성물의 양은 300g/m2 이다. 이후, 상기 항균 글라스 조성물을 700~750℃의 온도범위에서 300~450초간 소성하여, 최종적으로 코팅층이 형성된 시편을 완성하였다.
< 실험예 >
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 시편에 대해 하기와 같이 항균 특성을 평가하였다.
코팅층에 대하여 항균력을 확인하기 위해 항균규격시험법인 JIS Z 2801, 필름부착법으로 황색포도상구균 및 대장균에 대한 항균활성치를 확인하였다. 일반적으로 항균활성치가 2.0 이상이며, 항균력을 99%로 환산한다. 자세한 환산법은 아래와 같다.
항균활성치 항균력
2.0 이상 99.0%
3.0 이상 99.9%
4.0 이상 99.99%
항균 활성치 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
Staphylococcus aureus 4.6 4.6 4.6 1.8 측정불가
Escherichia coil 6.2 6.2 6.2 0.7 측정불가
상기 표 3에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 항균 성능이 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.
상기 비교예1은 실시예와 비교하여 항균성능이 매우 불만족스러운 것으로 확인되었다. 비교예2는 모재와의 열팽창계수가 매칭되지 않아 소성 이후 코팅층이 기판에서 분리되었다. 이에 따라, 항균 특성 측정이 불가능하였다.
이상과 같이 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (6)

  1. SiO2 20~45 중량%;
    B2O3 1~30 중량%;
    ZnO 10~30 중량%;
    Na2O, K2O 및 Li2O 가운데 1종 이상 5~25 중량%;
    Al2O3 및 TiO2 가운데 1종 이상 0.1~10 중량%;
    NaF 0.1~5 중량%; 및
    Co3O4, CuO 및 Fe2O3 가운데 2종 이상 1~10 중량%;를 포함하되,
    상기 Co3O4 및 CuO는 각각 0.5 중량% 이상으로 포함되는
    항균 글라스 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 Na2O, K2O 및 Li2O 가운데 2종 이상을 포함하고,
    상기 Li2O는 0 초과 3 중량% 이하로 포함되는
    항균 글라스 조성물.

  3. 삭제
  4. SiO2 20~45 중량%;
    B2O3 1~30 중량%;
    ZnO 10~30 중량%;
    Na2O, K2O 및 Li2O 가운데 1종 이상 5~25 중량%;
    Al2O3 및 TiO2 가운데 1종 이상 0.1~10 중량%;
    NaF 0.1~5 중량%; 및
    Co3O4, CuO 및 Fe2O3 가운데 2종 이상 1~10 중량%;를 포함하되, 상기 Co3O4 및 CuO는 각각 0.5 중량% 이상으로 포함되는 항균 글라스 조성물 재료를 제공하는 단계;
    상기 항균 글라스 조성물 재료를 멜팅하는 단계; 및
    상기 멜팅된 항균 글라스 조성물 재료를 퀀칭 롤러에서 냉각하여, 항균 글라스 조성물을 형성하는 단계; 를 포함하는
    항균 글라스 조성물의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 항균 글라스 조성물 재료는
    상기 Na2O, K2O 및 Li2O 가운데 2종 이상을 포함하고,
    상기 Li2O는 0 초과 3 중량% 이하로 포함되는
    항균 글라스 조성물의 제조방법.
  6. 삭제
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