KR19990025578A - 산업 부산물을 함유한 항균성 몰탈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업 부산물을 함유한 항균성 몰탈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정유공장에서 촉매로서 일정 기간만 사용한 후 폐기되고 있는 고가의 탄화수소 분해용 제올라이트계 세라믹스 담체에 담지된 항균성 금속을 시멘트, 모래 및 분산제와 함께 혼합하여 몰탈을 제조함으로써, 산업 부산물의 폐기에 따른 환경오염의 방지는 물론 콘크리트 및 건자재가 항균성을 지니도록 하여 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라, 외관에 진균류의 생성을 방지하여 보다 미려한 외관과 위생적인 주거환경을 유지할 수 있도록 개선한 산업 부산물을 함유한 항균성 몰탈에 관한 것이다.

Description

산업 부산물을 함유한 항균성 몰탈

본 발명은 산업 부산물을 함유한 항균성 몰탈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 정유공장에서 촉매로서 일정 기간만 사용한 후 폐기되고 있는 고가의 탄화수소 분해용 제올라이트계 세라믹스 담체에 담지된 항균성 금속을 시멘트, 모래 및 분산제와 함께 혼합하여 몰탈을 제조함으로써, 산업 부산물의 폐기에 따른 환경오염의 방지는 물론 콘크리트 및 건자재가 항균성을 지니도록 하여 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라, 외관에 진균류의 생성을 방지하여 보다 미려한 외관과 위생적인 주거환경을 유지할 수 있도록 개선한 산업 부산물을 함유한 항균성 몰탈에 관한 것이다.

오늘날 급속한 산업화에 따른 각종 환경오염의 위협 등으로 인하여 일반 생활용품에서부터 산업용품에 이르기까지 세균의 번식과 성장을 억제할 수 있는 항균성 제품을 사용할 필요성이 부각되고 있다.

이러한 항균성 제품으로서는 항균방취섬유의 개발과 더불어 최근에는 고분자 수지 계통으로서 냉장고 내벽, 가습기, 식기건조기, 에어콘필터, 전화기 등 사람이 직접 사용할 수 있는 모든 가전제품; 주방용품 이외에도 속옷, 타월 등의 섬유제품; 물수건, 벽지 및 종이 등의 제지제품; 안료, 페인트, 접착제, 비누, 치약, 건축내장제, 변기, 위생도기 및 미생물 제거용의 정수장치; 피혁, 건재, 목재, 필름, 식품, 의약 및 화장품 등에 이르기까지 다양한 제품이 개발되고 있다.

이러한 항균제품에 사용되는 항균재료는 제품에 이용되어 인체에 유해한 각종 세균이나 진균류에 대하여 지속적으로 멸균, 살균, 방균효과를 나타내어 청결하고 위생적인 상태를 유지시키는 특성을 가지게 하여 사람과 가축에 대한 질병유발, 식품 및 약품의 부패, 변질을 방지할 수 있는 특성이 있어야 한다. 특히, 우리 나라의 경우 연중 수개월이 고온·다습한 계절적 특성상 각종 세균 및 진균의 성장과 번식에 적합한 환경을 제공하므로 항균재료의 필요성이 부각되고 있다.

특히, 본 발명에서와 같이 몰탈에 함유시킬 수 있는 항균재료는 다음과 같은 특성이 필요하다.

첫째, 금속과 금속산화물에서 나온 불활성 화합물로서 콘크리트 등의 물성에 영향이 없어야 한다.

둘째, 건자재의 전단면에 항균재료가 고루 분산되어 흠집이 생기더라도 효과의 저하가 없어야한다.

셋째, 항균효과가 반영구적으로 지속되어야 한다.

넷째, 항균성 금속의 용출량이 지극히 적어야 한다.

다섯째, 가격이 저렴하여야 한다.

항균재료는 크게 유기계와 무기계 항균재료로 대별되며, 무기계 항균재료의 경우 유기계 항균재료에 비해 반영구적인 지속성을 가지며, 온도나 습도 등의 외부환경에 대해서도 성능의 변화가 거의 없다는 장점이 있기 때문에 여러 종류의 항균제품에 응용되고 있다.

현재 개발되어 시판되고 있는 무기계 항균재료는 산화티탄, 아파타이트, 실리카겔, 인산칼슘, 제올라이트, 인산지르코늄, 규산칼슘 및 티탄산칼륨 등의 담체에 은, 구리, 아연 등의 금속 착화합물을 고정화시킨 것이다. 이러한 무기계 항균재료는 실제 문구류, 실내 장식을 비롯한 여러 분야에 응용되고 있으며, 최근 들어서는 각종 건자재 분야에서도 이러한 항균재료를 함유한 항진균성 건자재가 출시되고 있으나, 여전히 제조상 균질한 분산이 어려운 문제가 있어 건자재의 품질을 떨어뜨리며, 또한 종래의 무기계 항균재료를 건자재에 사용하기에는 재료비의 부담이 과다해져 제품가격이 너무 높아짐에 따라 비경제적이라는 문제점이 있게 된다.

따라서, 보다 경제적인 항균성 몰탈을 개발할 필요가 있으며, 현재 이러한 요구를 만족하는 항균재료로는 비소(As)나 수은계 항균재료가 있다. 그러나 이들 또한 항균효과는 우수한 반면 인체나 가축에도 치명적인 독성을 가지고 있어 몰탈에 첨가시 많은 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 점을 개선하고자, 본 발명은 석유 화학 공정에서 사용하는 탄화수소 분해 촉매 중 일정기간 사용되고 폐기되는 제올라이트 구조의 세라믹스 담체에 미량의 항균성 금속성분이 침지되어 있는 Si-Al계 다공질 분체를 항균재료로서 시멘트, 모래, 분산제 등과 혼합하여 몰탈 등의 건자재를 제조함으로써, 몰탈 등의 내구성을 향상시킴은 물론 몰탈 표면에서 진균류의 번식을 방지할 수 있어 외면의 미관을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 폐기물에 의한 환경오염을 예방할 수 있는 산업 부산물을 함유한 항균성 몰탈을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 석유 화학공정 중에 배출되는 제올라이트계 세라믹스 담체에 항균성 금속이 침지되어 있는 Si-Al계 다공질 분체를 혼합하여 제조한 항균성 몰탈을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 정유공장에서 일정 기간만 사용한 후 폐기되는 고가의 탄화수소 분해 촉매를 미분말로 분쇄한 후, 시멘트 등의 통상의 몰탈성분과 혼합한 항균성 몰탈에 관한 것이다.

우선, 본 발명은 각 정유공장에서 열 또는 접촉식으로 원유를 나프타, 가솔린, 경질유 및 중질유 등으로 분해하는 공정에 사용되는 탄화수소 분해 촉매중 제올라이트계 세라믹스 담체에 항균성 금속이 침지된 형태의 Si-Al계 다공질 분체로서 일정기간 사용하고 폐기되는 고가의 촉매를 항균재료로서 이용한다. 따라서, 상기한 항균재료가 갖추어야할 요건을 만족시킬 뿐만 아니라 상기 폐기물로 인한 환경오염을 방지할 수 있는 이중의 효과가 있게된다. 물론, 상기와 같은 산업부산물이 아닌 순수한 탄화수소 분해 촉매중 제올라이트계 세라믹스 담체에 항균성 금속이 침지된 형태의 Si-Al계 다공질 분체를 사용하여도 결과된 몰탈의 물성에 미치는 영향은 없다.

본 발명은 항균재료로서 제올라이트계 세라믹스 담체에 항균성 금속으로 아연, 구리, 니켈이 미량 포함되어 있는 것을 이용함으로써, 인체에는 무해하면서 미생물에 대해 증식 억제 기능을 갖는다.

이때, 이들 항균성 금속이 갖는 항균작용의 메카니즘은 다음과 같다.

항균재료에 함유되어 있는 항균성 금속으로 아연, 구리, 니켈의 양이온이 활성산소를 생성시키거나 서서히 용출되어 살균효과를 나타낸다고 알려져 있으며, 이들 양이온은 미생물의 세포막을 손상하여 전자전달계를 방해하고, DNA의 기능저해를 가져오는 것으로 알려져 있다. 활성산소에 의한 항균작용은 항균성 금속성분에 의해 항균성분 주위의 극히 일부의 산소가 부분적으로 활성을 띠는 산소로 전환되어 강력한 살균작용을 나타낸다는 이론으로서 이러한 활성산소는 오존이나 과산화수소와 같이 강력한 항균 및 탈취작용을 발휘하게 된다. 이러한 항균 작용을 하는 항균성 금속 성분은 세균의 세포막 단백질에 흡착하여 세균의 세포막 구성 성분 중 SH-라디칼을 파괴하거나, 세균과의 접촉만으로도 전해질막인 세포막의 전하를 교란시켜 세균의 신진대사 및 에너지 대사를 저해하는 작용을 한다.

또한, 이러한 항균성 금속 성분은 토양이나 물에 존재하는 각종 세균의 증식을 억제하여 호기성 세균의 증식 과정에 의해 발생하는 초산, 젖산 등의 약산과 혐기성 세균의 증식 과정에서 발생되는 황화수소의 환원물인 황산에 의해 콘크리트 표면이 용해, 침식되는 것을 억제하는 작용을 한다. 그 결과, 몰탈 등의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 또한 몰탈표면에 발생할 수 있는 진균류의 증식을 원천적으로 억제하게 되어 몰탈외면을 미려하게 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라 진균류의 포자가 실내에 산란됨으로써 발생하는 위생적인 문제를 해결할 수도 있다. 특히, 항균재료내의 실리카와 알루미나 성분은 시멘트와 반응하여 안정한 수화물을 형성하므로 콘크리트의 결합재 형태로 존재하면서 콘크리트의 작업성에는 전혀 영향을 끼치지 않으며 또한 장기적인 면에서 몰탈 및 건자재의 강도를 증진시킬 수도 있다.

그러나, 본 발명에 사용되는 항균재료는 다공질 분체여서 이를 그대로 사용하여 몰탈 또는 건자재 제조시에는 작업성을 악화시킬 수 있으므로, 이를 분쇄하여 비표면적을 8,000 ∼ 10,000 ㎠/g까지 미분화하여 첨가한다. 이때, 이들의 첨가량은 몰탈 또는 건자재의 용적에 대하여 0.1 ∼ 25 중량%를 첨가하는데, 만일 첨가량이 0.1 중량% 미만이면 항균 및 항진균의 성능을 얻을 수 없고, 첨가량이 25 중량%를 초과하면 작업성의 악화 및 강도 등의 물성저하 문제가 있어 바람직하지 않다.

본 발명은 상기한 탄화수소 분해촉매 중 Si-Al계 다공질 분체를 항균재료로하여 시멘트, 모래, 물과 함께 분산제를 첨가혼합하여 몰탈을 제조한다.

여기서 사용하는 분산제 나프탈렌설폰산 포름알데히드 축합물, 멜라인설폰산 포름알데히드 축합물, 하이드록시프로필메틸셀룰로오즈는 상기의 항균재료가 몰탈의 내부 및 외부의 전단면에 고루 분산되도록 함으로써 일부 흠집이 생기더라도 항균효과의 저하를 방지하기 위하여 첨가하는 것이다. 그 결과, 이러한 항균성 금속성분을 함유하고 있는 본 발명의 무기계 항균재료가 몰탈의 내부 및 외부의 전단면에 고루 분산되어 콘크리트나 몰탈의 표면이 물리적인 충격이나 손상에 의해 표면이 일부 박리되거나 떨어져 나가더라도 항균효과를 그대로 지속시킬 수 있는 효과가 있으며 또한 산성 용액에서 용출 시험을 한 결과 금속의 용출량이 매우 적어 실제 사용 조건에서 항균 효과가 반영구적으로 지속되는 효과를 갖는다. 이때, 이러한 효과를 얻기 위한 분산제의 첨가량은 전체 함량 중 0.05 ~ 0.25 중량% 범위내가 바람직한 데, 만일 첨가량이 0.05 중량% 미만이면 분산성이 저하되는 문제가 있으며, 반면 0.25 중량%를 초과하면 역시 기포가 형성되어 결함으로 작용하거나 시멘트의 경화가 지연되는 문제가 있어 바람직하지 않다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2 :몰탈의 제조

석유화학 공정에서 배출되는 회백색 미분말인 다음 표 1과 같은 조성을 갖는 폐촉매를 비표면적 8,000∼10,000 ㎠/g이 되도록 분쇄하여 항균재료로 사용하였으며, 다음의 표 2에 나타낸 조성 및 배합비로하여 몰탈을 제조하였다.

주성분 (중량%)	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	TiO2	Ig.loss
	40.2	52.2	1.81	1.26	0.20	0.02	3.81	0.50
미량성분(ppm)	Cu	Zn	Ni	Cr	Mn	Pb	Cd
	23	135	4979	38	3	0	0

배 합	시멘트(㎏)	모래(㎏)	물(㎏)	분산제(㎏)	항균재료(㎏)
실시예 1	436	1300	260	0.125	10
실시예 2	423	1300	260	0.225	20
실시예 3	395	1300	260	0.275	40
실시예 4	340	1300	260	0.300	80
비교예 1	450	1300	260	0	0
비교예 2	443	1300	260	0	5

실험예 1 :몰탈의 물성

상기 실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2에서 제조한 몰탈의 물성을 KS L 5220 방법으로 측정하였다. 그리고, 그 결과는 다음 표 3에 나타내었다.

배 합	플로우(%)	공기량(%)	압축강도(㎏f/㎠)
			3일	7일	28일
실시예 1	105	10	122	186	291
실시예 2	100	10	120	183	294
실시예 3	105	10	118	178	285
실시예 4	95	10	110	176	276
비교예 1	100	10	140	195	280
비교예 2	98	10	126	190	290

실험예 2 :몰탈의 항균성 시험

상기 실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 ∼ 2에서 제조한 몰탈을 28일간 양생한 후 분쇄하여 쉐이크-플라스크 방법에 의해 5개의 균주에 대한 항균 시험을 하였다.

즉, 배양액에서 균주를 배양전과 24시간 배양후의 세균 수를 측정한 다음, 배양액만으로 균주를 배양한 경우를 기준으로하여 세균의 감소율을 상대 백분율로하여 구하고 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다.

균주명	프로테우스 불가리스	살모넬라 티피무리움	대장균	슈도모나스 애루지노사	바실러스 메가테리움
실시예 1	99.9	99.6	98.2	98.0	97.2
실시예 2	99.9	99.9	98.4	98.3	97.9
실시예 3	99.9	99.9	99.0	98.8	98.4
실시예 4	99.9	99.9	99.9	99.0	98.9
비교예 1	80.5	76.2	78.1	69.6	62.3
비교예 2	99.0	98.8	98.0	97.2	96.9

실험예 3 :몰탈 외면의 항균성 시험

항진균 시험으로 밀폐된 항온항습기 안에 몰탈 판을 걸어 진균 포자를 날려서 부착시킨 뒤 4주간 번식시켰다. 그런 다음, KS M 5000 시험방법 3431을 기준으로 피막의 변형여부를 판단하여 등급을 정하고 그 결과를 다음의 표 5에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2
등 급	9	9	10	10	5	8
(주)등급 0 : 피막의 변형이 극심함.5 : 피막의 변형이 일부 나타남.10 : 피막의 변형이 거의 없음.각 등급의 중간단계는 시료의 상태에 따라 판정함.

항균재료를 첨가하지 않은 비교예 1의 일반 시멘트 몰탈의 경우 시멘트의 알칼리 성분에 의하여 균주의 증식이 억제되나 그 감소율이 80% 이하로 항균 효과가 적은 반면 항균재료 분말을 첨가한 실시예의 경우에는 최소 96%에서 99.9%까지 균주가 감소되어 항균성이 있음을 확인하였고 또한 항균재료를 첨가하지 않은 몰탈에서는 진균의 번식이 관찰된 반면, 항균재료를 첨가한 몰탈에서는 진균의 번식이 관찰되지 않음을 확인하였다.

본 발명에 따른 몰탈 제조시에 사용되는 항균재료는 석유 화학 공정에서 일정기간 사용되고 폐기되는 무기계 촉매를 재사용하기 때문에 가격이 저렴하며, 또한 분산제와 함께 처리하였기 때문에 구조체 전단면에 항균재가 고루 분산되어 항균효과가 뛰어날 뿐만 아니라 무기계 항균재로서 항균효과가 반영구적으로 지속될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 제올라이트계 세라믹스 담체에 항균성 금속이 침지되어 있는 항균재료를 혼합하여 제조한 것임을 특징으로 하는 항균성 몰탈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 항균성 금속은 아연, 구리, 니켈중에서 선택된 1 종 이상의 것임을 특징으로 하는 항균성 몰탈.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 항균재료가 0.1 ∼ 25 중량% 함유된 것임을 특징으로 하는 항균성 몰탈.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 항균재료는 비표면적 8,000 ∼ 10,000 ㎠/g으로 분쇄하여 함유시킨 것임을 특징으로 하는 항균성 몰탈.