KR102532458B1 - 가구 표면 마감용 항균 시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

가구 표면 마감용 항균 시트는, 기재층, 및 기재층 상에 형성된 UV 코팅층을 포함하고, UV 코팅층에는 그래핀과 육방정계질화붕소의 그래핀 혼합체가 분산되어 있는 것이다.

Description

가구 표면 마감용 항균 시트 및 이의 제조방법 {ANTI-MICROBIAL SHEET FOR SURFACE PROCESS OF FURNITURE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 가구 표면 마감용 항균 시트 및 이의 제조방법으로서, 보다 구체적으로는 기재층 상에 형성된 UV 코팅층에 그래핀이 분산되어 있음으로 인해서 항균 효과 및 원적외선 방출 효과를 가지는 가구 표면 마감용 항균 시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
나노바이오기술(Nano biotechnology; NBT)은 나노과학과 생물학의 교차하는 지점에 존재하는 기술로서 현재 매우 빠르게 발전하고 있는 연구 분야이며, 질병 진단 및 치료, 생명 연장 등 인류 삶의 질을 높이는 데 큰 공헌을 할 것으로 기대되며, 21세기 핵심 기술 중의 하나로 언급되고 있다.
나노바이오기술 분야에서 주목받고 있는 물질 중에는 탄소 동소체인 플러린(Fullerene), 탄소나노튜브(Carbon nanotube; CNT), 그래핀(Graphene) 등이 있다.
이들 중 그래핀은 흑연에서 한 겹만 뜯어낸 구조로, 탄소원자들이 육각형의 벌집모양으로 서로 연결되어 2차원의 판상구조를 가진다. 그래핀은 얇으면서도 단단한 물질로, 전기전도도가 구리보다 뛰어나고, 열전도도 또한 어떤 물질보다 우수한 특징을 가진다(한국등록특허 제10-1793683호 참조).
더욱이, 그래핀의 생체적합성으로 BT(Bio technology) 분야에서 수많은 잠재적 응용성을 가지고 있어, 바이오센서, 질병 진단, 항균 물질, 항바이러스 물질 등으로 연구·개발되고 있다.
최근에는 코로나 팬데믹으로 인해 제품의 수요자 사이에서 항균 성능을 중요시하게 되었으며, 그에 따라 가구 표면 마감용 시트에도 항균 성능을 요구하고 있는 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 항균 성능이 부여된 가구 표면 마감용 항균 시트 및 이의 제조방법의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 종래의 가구 표면 마감용 시트가 가지지 못하였던 항균 성능을 부여하기 위한 것으로, 가구 표면 마감용 시트로 사용되는 ASA, PET, PP 등의 여러 종류의 수지로 제조되는 베이스 시트에 그래핀이 함유된 코팅층을 형성시킴으로서 항균성이 우수한 가구 표면 마감용 항균 시트 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트는, 기재층, 및 기재층 상에 형성된 UV 코팅층을 포함하고, UV 코팅층에는 그래핀과 육방정계질화붕소의 그래핀 혼합체가 분산되어 있는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트의 제조방법은, 플라스틱 수지를 압출성형하여 기재층을 형성하는 단계, UV 코팅액에 그래핀과 육방정계질화붕소의 그래핀 혼합체를 분산시켜 UV 코팅 조성물을 생성하는 단계, UV 코팅 조성물을 기재층 상에 도포하는 단계, 및 도포된 UV 코팅 조성물에 UV를 조사하여 기재층 상에 UV 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고, UV 코팅층에는 그래핀 혼합체가 분산되어 있는 것이다.
본 발명에 따르면, 베이스 시트 상면에 그래핀이 함유된 코팅막에 의해서 항균 기능성을 가지며, 코팅막 내의 그래핀이 방출하는 원적외선에 의해 코팅막의 항균력이 장시간 지속되는 가구 표면 마감용 항균 시트 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트의 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트의 제조방법에 대한 흐름도이다.
도 3 내지 5 는 실시예 1에 대한 항균성능 시험성적서이다.
도 6 내지 8 은 실시예 1에 대한 원적외선 방출 성능에 대한 시험성적서이다.
도 9 내지 11 은 실시예 2에 대한 항균성능 시험성적서이다.
도 12 내지 14 는 실시예 2에 대한 원적외선 방출 성능에 대한 시험성적서이다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1 을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트를 살펴본다. 도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트의 사시도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트(30)는, 기재층(20) 및 UV 코팅층(10)을 포함한다.
기재층(20)은 가구 표면 마감용 항균 시트(30)의 베이스 시트로서, ASA, PET, PP 등의 여러 종류의 플라스틱 수지로 제조될 수 있다. 한편, ASA 수지는 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴레이트 수지를 의미할 수 있다.
특히, 기재층(20)의 재료가 ASA 수지일 경우, ASA 수지는 가격이 저렴하면서도 친환경적이며, 내후성, 내후변색성, 내약품성, 열안정성 등이 우수한 특성으로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트(30)는 항균성뿐만 아니라 전술한 ASA 수지의 특성도 지닐 수 있다.
UV 코팅층(10)은 UV 코팅을 통해 기재층(20) 상에 형성된 코팅층이다.
후술하겠지만, UV 코팅층(10)을 형성하기 위해 UV 코팅액에 그래핀과 육방정계질화붕소의 그래핀 혼합체(40)를 분산시켜 UV 코팅 조성물을 제조하며, 이 UV 코팅 조성물로 기재층(20) 상에 UV 코팅층(10)을 형성할 수 있다.
따라서, UV 코팅층(10)에는 그래핀과 육방정계질화붕소의 그래핀 혼합체(40)가 분산될 수 있다.
이렇게 그래핀 혼합체(40)가 UV 코팅층(10)에 분산되어 있음으로 인해서 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트(30)는 항균성능을 가질 수 있다.
이와 관련하여, 그래핀의 항균 작용을 보면, 그래핀의 가장자리에 산소와 결합하거나 접근 가능한 카르복실기(-COOH), 카르보닐기(-C≡O) 및 하이드록시기(-OH)와 같은 결함 부위가 있는 산화 그래핀(Graphene Oxide)이 세균과 직접 접촉하여 세포막을 손상시켜 효과적인 세균 불활성화(항균) 성능을 가진다.
또한, 산화 그래핀에 의한 활성산소(Reactive Oxygen Species; ROS)의 생성으로 유발된 Oxidative stress가 박테리아의 DNA 손상 및 미토콘도리아 기능장애를 일으켜 박테리아의 억제를 유발할 수 있다.
더욱이, 그래핀이 원적외선을 방출함에 따라 살균 및 방충 성능을 구현할 수 있으며, UV 코팅막의 항균력이 장시간 지속될 수 있다.
한편, 후술하겠지만, 그래핀 혼합체(40)를 살펴보면, 기계적 박리법 등으로 천연 흑연으로부터 그래핀을 생성하고, 기계적 박리법 등으로 소정 두께를 가지는 육방정계질화붕소로부터 육방정계질화붕소(즉, 화이트 그래핀)를 생성할 수 있다. 이 때, 생성된 육방정계질화붕소는 붕소와 질소 원자 한 층으로 이뤄진 평면 구조의 소재이다.
이렇게 생성된 그래핀 및 육방정계질화붕소를 단순 혼합하여 그래핀 혼합체(40)를 만들 수 있다.
이러한 그래핀 혼합체(40)는, 혼합된 그래핀 및 육방정계질화붕소가 층을 형성하여 3 내지 10층으로 이루어진 그래핀(Few layer graphene; FLG) 및 10층 이상으로 이루어진 그래핀(Graphene Nanoplatelets; GNP)을 포함할 수 있다.
이 때, 3 내지 10층으로 이루어진 그래핀은 두께가 5nm미만일 수 있고, 10층 이상으로 이루어진 그래핀은 두께가 5nm이상일 수 있다.
아울러, 그래핀 혼합체(40)의 입도분포는 300 내지 1,000nm이며, 질량중위직경(D 50)은 500 내지 600nm일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 경우는, UV 코팅층(10)을 형성함에 있어서 그래핀만을 사용하는 것이 아니라, 그래핀과 육방정계붕화질소의 그래핀 혼합체(40)를 사용한다.
이렇게 함으로써, 그래핀 혼합체(40) 내에서 슬립 현상이 발생하여 그래핀 혼합체(40)의 분산성이 우수해지고, 그에 따라 가구 표면 마감용 항균 시트(30)의 표면 전체에 걸쳐서 항균성능이 보장될 수 있다.
또한, 그래핀과 육방정계질화붕소는 나노 사이즈 입자이며, 이들 그래핀 혼합체(40) 또한 나노 사이즈 입자이고, 전술한 바와 같이 그래핀 혼합체(40)는 분산성이 좋으므로, UV 코팅액에 그래핀 혼압체(40)를 첨가하여도 UV 코팅액의 투명도가 유지될 수 있다. 따라서, 그래핀 혼합체(40)가 UV 코팅층(10)에 분산되어 있어도 이들로 인한 UV 코팅층(10)의 투명도 저하 또는 얼룩 발생 등의 부작용이 발생하지 않는다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트(30)를 설명하였다. 이하, 도 2 를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트의 제조방법을 설명한다. 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트의 제조방법에 대한 흐름도이다.
도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트의 제조방법은, 플라스틱 수지를 압출성형하여 기재층을 형성하는 단계(S10), UV 코팅액에 그래핀과 육방정계질화붕소의 그래핀 혼합체를 첨가한 후 분산시켜 UV 코팅 조성물을 생성하는 단계(S20), UV 코팅 조성물을 기재층 상에 도포하는 단계(S30), 및 도포된 UV 코팅 조성물에 UV를 조사하여 기재층 상에 UV 코팅층을 형성하는 단계(S40)를 포함한다.
플라스틱 수지를 압출성형하여 기재층을 형성하는 단계(S10)에서, ASA, PET, PP 등의 여러 종류의 플라스틱 수지를 압출성형하여 기재층(20)을 형성할 수 있다.
UV 코팅액에 그래핀과 육방정계질화붕소의 그래핀 혼합체를 첨가한 후 분산시켜 UV 코팅 조성물을 생성하는 단계(S20)에서, 우선 기계적 박리법을 이용하여 천연 흑연으로부터 그래핀을 생성하고, 소정 두께를 가지는 육방정계질화붕소로부터 육방정계질화붕소를 생성할 수 있다.
본 발명의 경우는 그래핀 및 육박정계질화붕소를 생성하기 위해서 용매와 화학물질을 사용하지 않고 기계적 박리법을 이용하며, 그에 따라 제조 과정에서 인체 내지 환경에 해로운 오염물질이 발생하지 않아 친환경적인 제조 방법이다.
한편, 기계적 박리법을 이용하여 제조된 그래핀 혼합체(40)는 사람 머리카락보다 굵기가 작지만, 강철보다 더 높은 파괴강도를 가지며, 높은 열전도도, 경도, 탄성계수 및 항균력을 가질 수 있다. 또한, 그래핀 혼합체(40)는 우수한 내후성(UV 안정성), 열안정성, 내마모성, 내용제성 및 원적외선 방출 효과를 가질 수 있다.
이후, 생성된 그래핀 및 육방정계질화붕소를 단순 혼합하여 그래핀 혼합체(40)를 생성할 수 있고, 생성된 그래핀 혼합체(40)를 UV 코팅액에 첨가한 후 분산시켜 UV 코팅 조성물을 제조할 수 있다.
이 때, 그래핀 혼합체(40)는 무기물 소재로 볼 수 있으므로 UV 코팅액과는 화학반응을 일으키지 않으며, UV 코팅액에 분산된 채로 존재할 수 있다.
이러한 그래핀 혼합체(40)는, 혼합된 그래핀 및 육방정계질화붕소가 층을 형성하여 3 내지 10층으로 이루어진 그래핀(Few layer graphene; FLG) 및 10층 이상으로 이루어진 그래핀(Graphene Nanoplatelets; GNP)을 포함할 수 있다.
이 때, 3 내지 10층으로 이루어진 그래핀은 두께가 5nm미만일 수 있고, 10층 이상으로 이루어진 그래핀은 두께가 5nm이상일 수 있다.
아울러, 그래핀 혼합체(40)의 입도분포는 300 내지 1,000nm이며, 질량중위직경(D 50)은 500 내지 600nm일 수 있다.
UV 코팅 조성물을 기재층 상에 도포하는 단계(S30)에서, 그래핀 혼합체(40)가 분산되어 있는 UV 코팅 조성물을 생성된 기재층(20) 상에 도포할 수 있다.
도포된 UV 코팅 조성물에 UV를 조사하여 기재층(20) 상에 UV 코팅층을 형성하는 단계(S40)에서, UV 코팅 조성물을 기재층(20) 상에 도포한 후에 도포된 UV 코팅 조성물에 UV를 조사하여 기재층(20) 상에 UV 코팅층(10)을 형성할 수 있다.
이렇게 제조된 가구 표면 마감용 항균 시트(30)의 UV 코팅층(10)에는 그래핀 혼합체(40)가 분산되어 존재하게 되고, UV 코팅층(10) 상에 분산되어 존재하는 그래핀 혼합체(40)는 3 내지 10층으로 이루어진 그래핀(Few layer graphene; FLG) 및 10층 이상으로 이루어진 그래핀(Graphene Nanoplatelets; GNP)을 포함할 수 있다.
이 때, 3 내지 10층으로 이루어진 그래핀은 두께가 5nm미만일 수 있고, 10층 이상으로 이루어진 그래핀은 두께가 5nm이상일 수 있다.
아울러, 그래핀 혼합체(40)의 입도분포는 300 내지 1,000nm이며, 질량중위직경(D 50)은 500 내지 600nm일 수 있다.
UV 코팅층(10)에 그래핀 혼합체(40)가 분산되어 존재함에 따라 가구 표면 마감용 항균 시트(30)는 항균성능을 가질 수 있다. 또한, 그래핀 혼합체(40)는 원적외선 방출 효과를 가지며, 그에 따라 UV 코팅막의 항균력이 장시간 지속될 수 있다.
이하, 도 3 내지 14 를 참조하여, 본 발명에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트(30)의 특성 내지 물성, 즉 항균성능 및 원적외선 방출 성능을 좀 더 이해하기 쉽도록, 실시예 들어 설명하도록 한다.
여기서, 실시예는 ASA 수지로 제조된 시트를 기재층(20)으로 사용하고, UV 코팅액에 그래핀 혼합체(40)를 소정 성분비로 첨가 및 분산하여 조성된 UV 코팅 조성물을 UV 코팅에 사용하였다.
즉, 하기의 실시예는 본 발명에 따른 첨가제의 성분비에 기술적 의의가 있음을 입증하는 자료이다.
실시예 1
실시예 1은 ASA 수지로 제조된 시트(즉, 기재층(20))에, UV 코팅액에 그래핀 혼합체(40)를 0.5%로 첨가 및 분산되어 조성된 UV 코팅 조성물을 도포하고 UV 조사하여 ASA 시트 표면에 그래핀 함유 항균 코팅막을 형성시킨 본 발명에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트(30)이다. 이 때, 항균 코팅막의 두께는 12μm이다.
이하, 실시예 1의 항균성능 및 원적외선 방출 성능의 시험결과를 본다.
우선, 도 3 내지 5 를 참조하여, 실시예 1의 항균성능을 보면, 사용균주 1은 Staphylococcus aureus ATCC 6538P이고, 사용균주 2는 Escherichia coli ATCC 8739이다.
균주 1에 대한 향균성능
내용 균주 1 : Staphylococcus aureus ATCC 6538P
접종균 농도 (CFU/㎖) 5.1 X 105
유효시험조건
(Lmax-Lmin)/(Lmean)		 0.030
U0 1.3 X 104
Ut 6.8 X 105
At < 10
항균활성치(R)-감소율(%) (4.8) 99.9
균주 2에 대한 향균성능
내용 균주 2 : Escherichia coli ATCC 8739
접종균 농도 (CFU/㎖) 5.1 X 105
유효시험조건
(Lmax-Lmin)/(Lmean)		 0.035
U0 1.3 X 104
Ut 7.2 X 105
At < 10
항균활성치(R)-감소율(%) (4.9) 99.9
위 표 1 및 2를 보면, 실시예 1은 사용균주에 대하여 99.9%의 항균성능을 보이는 바, 본 발명에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트(30)는 우수한 항균성능을 지님을 알 수 있다.
다음으로, 도 6 내지 8 을 참조하여, 실시예 1의 원적외선 방사율 및 방사에너지를 보면, 시험 방법은 KFIA-FI-1005이며, 37℃에서 시험하였으며, FT-IR Spectrometer를 이용한 BLACK BODY 대비 측정결과이다.
원적외선 방사율 및 방사에너지
방사율
(5 ~ 20 μm)		 방사에너지
(W/m2μm, 37℃)
0.873 3.37 X 102
위 표 3을 보면, 실시예 1은 37℃에서 0.873이라는 원적외선 방사율을 보이는 바, 본 발명에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트(30)는 우수한 원적외선 방사율을 지님을 알 수 있다.
실시예 2
실시예 2는 ASA 수지로 제조된 시트(즉, 기재층(20))에, UV 코팅액에 그래핀 혼합체(40)를 0.7%로 첨가하여 분산되어 조성된 UV 코팅 조성물을 도포하고 UV 조사하여 ASA 시트 표면에 그래핀 함유 항균 코팅막을 형성시킨 본 발명에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트(30)이다. 이 때, 항균 코팅막의 두께는 12μm이다.
이하, 실시예 2의 항균성능 및 원적외선 방출 성능의 시험결과를 본다.
우선, 도 9 내지 11 을 참조하여, 실시예 2의 항균성능을 보면, 사용균주 1은 Staphylococcus aureus ATCC 6538P이고, 사용균주 2는 Escherich`ia coli ATCC 8739이다.
균주 1에 대한 향균성능
내용 균주 1 : Staphylococcus aureus ATCC 6538P
접종균 농도 (CFU/㎖) 5.1 X 105
유효시험조건
(Lmax-Lmin)/(Lmean)		 0.030
U0 1.3 X 104
Ut 6.8 X 105
At < 10
항균활성치(R)-감소율(%) (4.8) 99.9
균주 2에 대한 향균성능
내용 균주 2 : Escherichia coli ATCC 8739
접종균 농도 (CFU/㎖) 5.1 X 105
유효시험조건
(Lmax-Lmin)/(Lmean)		 0.035
U0 1.3 X 104
Ut 7.2 X 105
At < 10
항균활성치(R)-감소율(%) (4.9) 99.9
위 표 4 및 5를 보면, 실시예 2는 사용균주에 대하여 99.9%의 항균성능을 보이는 바, 본 발명에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트(30)는 우수한 항균성능을 지님을 알 수 있다.
다음으로, 도 12 내지 14 를 참조하여, 실시예 2의 원적외선 방사율 및 방사에너지를 보면, 시험 방법은 KFIA-FI-1005이며, 37℃에서 시험하였으며, FT-IR Spectrometer를 이용한 BLACK BODY 대비 측정결과이다.
원적외선 방사율 및 방사에너지
방사율
(5 ~ 20 μm)		 방사에너지
(W/m2μm, 37℃)
0.874 3.37 X 102
위 표 6을 보면, 실시예 2는 37℃에서 0.874라는 원적외선 방사율을 보이는 바, 본 발명에 따른 가구 표면 마감용 항균 시트(30)는 우수한 원적외선 방사율을 지님을 알 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: UV 코팅층 20: 기재층
30: 가구 표면 마감용 항균 시트 40: 그래핀 혼합체

Claims (6)

  1. 기재층; 및
    상기 기재층 상에 형성된 UV 코팅층을 포함하고,
    상기 UV 코팅층에는 기계적 박리법을 이용하여 생성된 그래핀과 육방정계질화붕소의 그래핀 혼합체가 분산되어 있고,
    상기 그래핀 혼합체는, 혼합된 그래핀과 육방정계질화붕소가 층을 형성하여, 3 내지 10층으로 이루어진 그래핀(Few layer graphene; FLG) 및 10층 이상으로 이루어진 그래핀(Graphene Nanoplatelets; GNP)을 포함하는 것인 가구 표면 마감용 항균 시트.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀 혼합체의 입도분포는 300 내지 1,000nm이며, 질량중위직경(D 50)은 500 내지 600nm인 것인 가구 표면 마감용 항균 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재층의 재료는 ASA 수지인 것인 가구 표면 마감용 항균 시트.
  5. 삭제
  6. 삭제
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