KR20090022361A - 의료기기 포장용 항균포장 소재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 의료기기 포장용 항균포장 소재(Antibacterial packaging material for medical device packaging)에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 투명 플라스틱 수지에 대하여 은(silver)계 무기 항균제를 첨가하여 이루어진 항균성 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 항균 활성치가 높아 우수한 항균효과를 갖고 포장 후 장기간 보관 시에도 항균력을 유지할 수 있으며 항균제 첨가 시 투명도가 저하되지 않는 효과를 갖는 투명성과 항균성을 동시에 갖는 수지 조성물을 생산할 수 있다.

Description

의료기기 포장용 항균포장 소재 {Antibacterial packaging materials for medical device packaging}
본 발명은 의료기기 포장용 항균포장 소재(Antibacterial packaging material for medical device packaging)에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 투명 플라스틱 수지에 대하여 은(silver)계 무기 항균제를 첨가하여 이루어진 항균성 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 의료기관에서 의료용 소모품 및 재료의 사용이 증대됨에 따라 멸균포장지의 사용도 점차 증대되고 있는 추세에 있다. 하지만 멸균된 포장재라 하더라도 보관방법 및 보관장소에 따라 낙하세균에 의한 포장 개봉 감염 현상이 발생한다(김덕희, 병원내 공기중 낙하균 및 포도구균에 관한 연구, 연세대학교, 1971). 또한 멸균된 포장재의 짧은 유효기간으로 인해 재 멸균에 인력과 비용이 소모되고 있으며, 병원 감염율의 증가는 곧 비용의 증가로 이뤄지며 국민의 건강보험요율의 증가를 가져온다.
현재 국내에서는 의료기기의 멸균을 위해 저가의 소독포(모슬린, 종이)를 반복사용하고 있는 경우가 대부분이며, 의료기기 유통을 위한 포장소재로는 멸균 지속 효과를 높이기 위해서는 타이벡(Tyvek, 고밀도 폴리에틸렌 부직포 재질)과 같은 고가용 소재를 사용하고 있다. 타이벡은 미국 듀퐁사의 제품으로 현재 국내에서 100% 수입에 의존하고 있다. 2007년 현재 국내외 사용되는 포장재질의 종류는 표백된 또는 표백되지 않은 옥양목(Muslin140), 크라프트 종이제품 (30～40 파운드 중량), 부직포형태의 제품 (Nonwoven materials), 폴리프로필렌 파이버(Polypropylene fiber), 고밀도 폴리에틸렌 부직포 재질 (Tyvek), 폴리에틸렌 플라스틱 백 (Polyethylene plastic bag)과 폴리에틸렌/폴리에스터 (polyethylene/polyester)의 혼용소재, 폴리에틸렌 플라스틱 백(Polyethylene plastic bag)과 폴리에틸렌으로 된 용지(paper with polyethylene)의 혼용소재, 금속 포일(Metal foils), 셀로판(Cellophane), 폴리 비닐 클로라이드(Poly vinyl chloride), 폴리프로필렌 필름(Polypropylene film), 폴리에스터(Polyester,상표명 Mylar), 폴리아마이드(Polyamide 상표명 Nylon), 폴리 비닐리딘 클로라이드(Poly vinylidine chloride 상표명 Saran wrap) 등이 사용되고 있다.
산업용 일회용 포장재는 내부에 의료 기구를 넣어서 봉합하여 멸균하고 멸균된 의료기기가 사용될 때 까지 멸균성을 계속 유지하여야하므로 멸균용 포장지는 제 2 의 의료기구로 분류하고 있다.(FDA, 1991). 따라서 적절한 포장 재료를 사용하는 것이 매우 중요하며, 이상적인 포장재질은 물, 스팀, 멸균제재, 공기의 투과성이 좋아야 할 것, 멸균과정동안 물성의 변화 없이 성능이 잘 유지되어야 할 것, 먼지와 미생물의 방어에 효과적이어야 할 것, 견고하여야 할 것, 습도와 온도에 영향을 받지 않을 것, 보관 운반 시 찢어지거나 쉽게 구멍이 나지 않아야 할 것, 개 봉 시 내용물에 대한 오염이 일어나지 않는 디자인이어야 할 것, 인체에 무해하여야 할 것과 같은 조건들을 갖추고 있어야 한다. 우리나라의 경우 입원환자의 병원 감염률은 최대 13%로 보고된 바 있고 (대한병원감염협회) 의료용 제품(바이오 소재)이 인체에 사용되기 위해서는 멸균처리 후 균의 농도가 최소 SAL 10-6 이하를 유지하여야 한다(식품의약품 안전청). 현재 의료기기 포장용 항균포장 소재로서 사용되는 옥양목(Muslin140)은 반복사용에 따른 포장재질의 노후 및 멸균지속력이 짧은 단점이 있으며 크라프트 종이제품 (30～40 파운드 중량)은 날카로운 기구류 등의 소독이 어렵고 파손되기 쉬운 단점이 있다. 또한 부직포형태의 제품 (Nonwoven materials)은 소독성능은 매우 높으나, 습기에 저항력이 낮아 의료기기 포장용 항균포장 소재로 사용되기 어렵다. 타이벡(고밀도 폴리에틸렌 부직포 재질)은 소독 지속성능이 가장 높으나 가격 면에서 가장 고가로 경제성에서 단점이 있으며 감마선 멸균농도가 높아질수록 열화로 인한 멸균지속성이 감소되는 단점이 있다. 또한 기존의 멸균 포장지는 보관기간 및 보관장소에 따라 낙하세균에 의한 멸균된 포장지의 개봉오염을 막을 수 없는 실정이다.
현재까지 의료기기용 항균 포장소재는 없는 실정이다. 본 발명을 통한 새로운 항균소재의 포장재는 낙하세균에 의한 멸균된 포장지의 개봉오염을 최소화시킬 수 있고 국내 병원에서 빈번하게 일어나는 감염사고의 발생을 감소하는데 기여할 수 있다.
본 기술은 고분자 수지와 Compounding 기술을 통해 고분자 수지의 자체 물 성을 유지하면서 유·무기 항균제를 사용하여 멸균포장재의 지속적인 항균성을 부여하고 지속가능한 유·무기 항균제의 선정 및 항균제 농도 결정을 통하여 국제규격에 부합하는 포장소재의 개발하여 기존 멸균포장지의 단점인 낙하세균에 의한 개봉오염을 최소화하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 기술인 항균성 수지 조성물 통해 국내 병원 오염율을 감소시켜 국민의 보건향상에 기여하고 포장소재기업의 연구의욕을 고취하여 식품, 의약품에 확대 사용을 목적으로 한다.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 본 발명은 투명 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여 은(silver)계 무기 항균제 0.5 내지 1 중량부를 첨가하여 이루어진 항균성 수지 조성물을 사용하는 경우, 항균 활성치가 높아 우수한 항균효과를 갖고 포장 후 장기간 보관 시에도 항균력을 유지할 수 있으며 항균제 첨가 시 투과도가 저하되지 않는 효과를 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 주된 목적은 항균 활성치가 높아 우수한 항균효과를 갖고 포장 후 장기간 보관 시에도 항균력을 유지할 수 있으며 항균제 첨가 시 투과도가 저하되지 않는 의료기기 포장용 항균포장 소재를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 항균 활성치가 높아 우수한 항균효과를 갖고 포장 후 장기간 보관 시에도 항균력을 유지할 수 있으며 항균제 첨가 시 투과도가 저하되지 않는 의료기기 포장용 항균포장용 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명은 고분자 수지와 Compounding 기술을 통해 고분자 수지의 자체 물성을 유지 하면서 유·무기 항균제를 사용하여 멸균포장재의 지속적인 항균성을 부여하고 지속가능한 유·무기 항균제의 선정 및 항균제 농도 결정을 통하여 국제규격에 부합하는 포장소재의 개발을 목적으로 한다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 투명 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여 은(silver)계 무기 항균제 0.5 내지 1 중량부를 첨가하여 이루어진 항균성 수지 조성물을 제공한다.
항균제는 유기계 항균제, 무기계 항균제 그리고 천연에서 얻을 수 있는 천연계 항균제로 크게 분류할 수 있다. 유기계 항균제는 유기물을 화학적으로 합성하여 항균력을 나타내는 제제로 항균력은 우수하지만 지속성이나 인체, 기타 환경에 대한 안정성을 고려하여 사용하여야 한다. 또한 무기계 항균제에 비하여 가격이 저렴하고 소량만 첨가해도 항균력을 얻을 수 있으나 내열성이 떨어지므로 그 이용에 제한이 많다. 상기 은계 무기 항균제는 크게 무기담체(擔體)에 은이온을 담지시킨 담체타입(파우더)과 담체를 사용하지 않은 나노실버 콜로이드의 비담체 타입(액상)으로 구분된다. 무기담체 은이온 담지(파우더형태의 은이온-제올라이트 등)의 경우 플라스틱의 변색유발이 아주 적은 장점이 있으며 원하는 색상구현이 용이하다. 그러나 플라스틱의 투명도 저하를 초래할 수 있고, 비 담체타입과 대비하여 투입량이 많은 단점이 있다. 본 발명에서는 투명도의 큰 저항을 초래하지 않고도 높은 항균활성을 나타낼 수 있는 은계 무기항균제와 그 성분비를 선택하였다. 은계 무기 항균제의 메카니즘은 은이온이 미생물의 티올(-SH-)와 반응하거나 세포핵과 반응하여, 효소작용을 장해시키거나 은이온의 촉매작용으로 활성산소(O2) 또는 수산라디칼(· OH)를 발생시켜 단백질구조를 파괴하여 항균작용을 한다. 은계 무기 항균제는 500여종의 병원체에 대한 광범위한 항균 스펙트럼을 갖고 환경 친화적이고, 인체에 무해하며 열 안정성이 있고, 색상안정성과 우수한 투명성의 장점을 갖는다.
본 발명에 있어서, 상기 은계 무기 항균제는 은이온(Ag+) 담지 제올라이트, 은이온(Ag+) 담지 지르코늄, 상기 은계 무기 항균제에 인산(phosphate) 염이 첨가된 유-무기 복합 항균제 및 그 혼합물로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 상기 은계 무기 항균제는 AG1100 (동아합성社 (일본), Silver sodium zirconium phosphate), IZAS (ISHIZUKA GLASS社 (Japan), Silver-glass), IM10D-L (시나넨社 (Japan), Silver-glass), AW10D (SINANEN (Japan), Silver-zeolite), AW10D (시나넨社 (Japan), Silver-zeolite), KM10D (시나넨社 (Japan), Silver & phosphate-salt)을 사용하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. AG1100(동아합성社 (일본), Silver sodium zirconium phosphate)는 은을 지로코늄에 담지시킨 은-지르코늄계 항균제이고, IZAS(ISHIZUKA GLASS (Japan), Silver-glass)는 일본 ISHIZUKA社의 은-글라스계 항균제이고, IM10D-L (SINANEN (Japan), Silver-glass)는 일본 시난넨 사의 노바론™계열의 은-글라스계 항균제이며, AW10D (SINANEN (Japan), Silver-zeolite)는 제오믹™계열로 일본 시난넨社의 은-제올라이트계 항균제이며, KM10D (SINANEN (Japan), Silver &phosphate-salt)는 은을 제올라이트에 담지시킨 은-제올라이트계의 은-인산염 유-무기 복합 항균제이다. 본 발명자는 IZAS 및 IM10D-L와 같은 은-글라스계 항균제는 가공시 열을 받으면 변색이 발행하는 단점이 있으며, AG1100와 같은 은-지르코늄계 항균제는 투명성은 우수하나 항균력이 높지 않았으며, KM10D와 같은 은-제올라이트계 항균제는 항균력이 우수하나 다량 첨가시 변색이 된다는 점을 밝혀내었다. 따라서, 바람직하게는 본 발명의 은계 무기 항균제는 가장 우수한 항균력을 나타내나 첨가량이 많아지면 변색 현상이 일어나는 KM10D (은계 인산염 항균제)와 그 투명성이 가장 우수하며 다량 첨가해도 변색이 발생하지 않는 AG1100 (실버 소듐 지르코늄 포스페이트 항균제 노바론)를 혼합하여 사용하는 것이 가장 좋다.
본 발명의 상기 투명 플라스틱 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 또는 스타이렌-부타디엔 블록 공중합체(Styrene- Butadiene Copolymer)인 것을 특징으로 하는 조성물을 제공한다. 본 발명의 스타이렌-부타디엔 블록 공중합체는 어떤 스타이렌-부타디엔 블록 공중합체(Styrene-Butadiene Copolymer)도 가능하지만 필립스사의 K-resin (Styrene-Butadiene Copolymer, SBC , 75:25)이 바람직하다. 상기 K-resin은 탁월한 투명성과 우수한 내충격성을 가지며, USP(US Pharmacopoeia : 미국약국방) VI-50 물질로 인증되어 있으며 에틸렌 옥사이드 가스(Ethylene Oxide Gas), 감마선(Gamma Radiation), 전자빔(Electron Beam)에 의한 살균이 가능하다. K-Resin은 스타이렌-부타디엔 블록 공중합체로 가공이 용이하고 투명도가 높아 투명 포장 소재로 널리 사용되고 있는 재료이다. 그러나 K-Resin을 단독으로 사용 시 시트 압출 후 열성형 시 강도가 부족한 단점이 있으므로 혼화성이 우수하며 강도가 높은 GPPS(투명 폴리스티렌)를 첨가하여 강도를 보완하였다. K-Resin은 한국 케이알코퍼레이션의 XK-44 그레이드를 적용하였으며 GPPS(General Purpose Polystyrene )는 동부한농화학(주)의 G126 그레이드를 사용하였다. 예비 실험 결과 K-Resin 70%대 GPPS 30% 혼합 비율에서 가장 우수한 강성과 연성이 물성 균형을 나타냈다.
본 발명의 상기 투명 플라스틱 수지는 상기 스타이렌-부타디엔 블록 공중합체에 80%:20% 내지 60%:40%의의 혼합 비율로 폴리스티렌(Polystyrene)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 수지 조성물을 제공한다. 이 경우 스타이렌-부타디엔 블록 공중합체와 폴리스티렌(Polystyrene)을에 80%:20% 내지 60%:40%의의 혼합 비율로 합성하는 경우 K-Resin을 단독으로 사용하는 경우보다 시트 압출 후 열성형 시 강도가 부족한 단점을 보완하여 혼화성이 우수하며 강도가 높은 GPPS(투명 폴리 스티렌)를 첨가하여 강도를 보완할 수 있으므로 스타이렌-부타디엔 블록 공중합체에 80%:20% 내지 60%:40%의의 혼합 비율로 폴리스티렌(Polystyrene)을 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 폴리스티렌으로서 General Purpose Polystyrene (GPPS)을 사용하였다. 상기 GPPS는 투명하면서도 강도가 높아 장남감이나 CD 케이스의 재료로 사용되고 있다. 기존에 흔히 사용되는 투명용 포장 소재로는 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트)가 있으나 이는 가격이 비싸고 성형온도도 270~290℃정도로 상당히 높다. 따라서 본 발명에서는 PET에 비해 가격이 30% 정도 낮고 성형온도도 200℃ 정도로 낮아 사용이 용이한 K-Resin을 사용하였다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 코팅용 에멀젼 100 중량부에 대하여 은(silver)계 무기 항균제를 1 내지 3 중량부를 첨가하여 이루어진 항균성 코팅액 조성물을 제공한다. 코팅용 에멀젼에 사용되는 유-무기 항균제에는 전술한 유-무기 항균제가 사용가능하다. 코팅용 에멀젼은 코팅제로 사용되는 물내불용인 모노머를 유화 또는 계면활성제를 이용하여 물속에서 분산하여 중합된 미립자상 또는 고분자를 계면활성제를 이용해서 분산한 미립자상의 상태를 의미한다. 코팅용 에멀젼은 폴리머에 의해 분류할 때 폴리스티렌 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 아크릴 에멀젼, 폴리에틸렌 에멀젼, 폴리프로필렌 에멀젼, 비닐아세테이트 에멀젼, 비닐아세테이트-에틸렌 에멀젼(EVA 에멀젼) 등이 있다. 코팅용 에멀젼은 상기 언급된 폴리스티렌 에멀젼, 우레탄 에멀젼, 아크릴 에멀젼, 폴리에틸렌 에멀젼, 폴리프로필렌 에멀젼, 비닐아세테이트 에멀젼, 비닐아세테이트-에틸렌 에멀젼(EVA 에멀젼)등이 사용가능하나 비닐아세테이트-에틸렌 에멀젼(EVA)의 사용이 바람직하다. 본 발명에서는 비 닐아세테이트-에틸렌 에멀젼으로서 한국에어프로덕트(주)의 EP500 또는 EP645를 사용하였으나, 코팅 후 코팅 표면을 검사한 결과 EP 645의 경우 건조 후에도 끈적임이 남아있어 이후 실험은 EP 500 코팅으로 진행하였다. 여기서 EP500, EP645은 비닐 아세테이트-에틸렌 에멀젼(EVA)으로 비닐아세테이트와 에틸렌의 함량 비율을 의미하며 EP645가 EP500 보다 비닐아세테이트 함량이 높다.
본 발명의 상기 은계 무기 항균제는 은이온(Ag+) 담지 제올라이트, 은이온(Ag+) 담지 지르코늄, 상기 은계 무기 항균제에 인산(phosphate) 염이 첨가된 유-무기 복합 항균제 및 그 혼합물로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 조성물을 제공한다. 이 경우 은계 무기 항균제는 은이온(Ag+) 담지 제올라이트, 은이온(Ag+) 담지 지르코늄 및 상기 은계 무기 항균제에 인산(phosphate)염이 첨가된 유-무기 복합 항균제로 구성된 군에서 선택된 어느 것이나 사용 가능하나 코팅액의 경우는 투명성이 문제가 되지 않으므로 본 발명에서는 DLD 503 (시나넨 社의 코팅액용 은-제올라이트 항균제)를 사용하였다.
본 발명의 상기 코팅용 에멀젼은 비닐아세테이트-에틸렌 에멀젼인 것을 특징으로 하는 항균성 코팅액 조성물을 제공한다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 투명 플라스틱 수지와 은계 무기 항균제를 100 : 0.5-1 중량부의 비율로 혼합하는 1단계; 상기 혼합물을 압출기로 용융압출하여 펠렛을 제조하는 2단계; 및 상기 펠렛을 압출기로 성형하여 항균 시트를 제조하 는 3단계를 포함하는 항균성 투명 수지 시트의 제조방법을 제공한다.
상기 1단계는 헨셀믹서(Henchel mixer)를 사용하여 상온에서 800-1200 rpm으로 3-8분간 혼합하는 것이 바람직하고, 상기 2단계는 단축 압출기(L/D=28)를 사용하여 170~210℃ 온도범위에서 200~300의 스크류 rpm으로 융용압출하는 것이 바람직하며, 상기 3단계는 T-Die 형태의 시트 압출기(L/D=30)를 사용하여 190~200℃ 압출온도에서 400-500 ㎛의 시트 두께로 성형하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 코팅용 에멀젼과 정제수를 혼합한 후 은계 무기 항균제를 100 : 1-3 중량부의 비율로 투입하여 교반하여 항균 코팅액을 제조하는 1단계; 상기 항균 코팅액을 종이에 코팅하는 2단계; 및 상기 코팅된 종이를 오븐에서 건조하는 3단계를 포함하는 항균 코팅된 종이의 제조방법을 제공한다.
상기 1단계에서 코팅용 에멀젼과 정제수를 70:30 내지 90:10 중량% 비율로 혼합한 후 100~150rpm으로 교반하면서 은계 무기 항균제를 서서히 투입하면서 20-40분 동안 교반하는 것이 바람직하며 상기 2단계에서 Baker Applicator YBA-6 타입의 바코터를 사용하여 종이(두께 100-120 ㎛)에 80-100 ㎛ 두께로 코팅하는 것이 바람직하고 상기 3단계에서 코팅된 종이는 오븐을 사용하여 50-70℃에서 3-8분간 건조하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 항균성 수지 조성물 및 항균성 코팅액 조성물과 제조방법에 대하여 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
실시예 1: 항균제의 선정
1-1. 유기 항균제
본 발명에서 1차적으로 검토한 유기 항균제를 다음 표에 나타내었다.
[표 1]. 검토한 유기 항균제
항균제 화학명/CAS No. 성상 열적 성질 특징
Ciprofloxacin CAS No. 85721-33-1 백색 분말 Tm: 318 ℃ 퀴놀린계 항생제의 일종
Ciprofloxacin Hydrochloride CAS No. 86393-32-0 백색 분말 Tm: 없음. 약 250 ℃부터 탄화 퀴놀린계 항생제의 일종 물에 녹음
Enrofloxacin CAS No. 93106-60-6 노란색 분말 Tm: 221~226 ℃ 퀴놀린계 항생제
Triclosan 2,4,4'-Trichloro- 2'-hydroxydiphenyl ether CAS No.: 3380-34-5 백색 분말 Tm: 56~58 ℃ FDA 인가 항균제로 샴푸, 비누 등에 사용
IPBC 3-Iodo-2- propynylbutylcarbamate) 노란색 분말 Tm: 65~67 ℃ 열분해온도: 192 ℃ 요오드계 항균제 용해도 156ppm(물)
PHMG Polyhexamethylene Guanidine Phosphate CAS No.: 89697-78-9 백색 분말 Tm: 57 ℃ 물에 매우 잘 녹으며 250℃에서 열 분해됨
Zinc-Pyrithione CAS No. 13463-41-7 백색 분말 Tm: 240 ℃ (열 분해 시작) 용해도: 0.02g/liter(물) 샴푸 등에 사용됨
본 발명에 유기 항균제를 적용하는 데 있어서 가장 큰 문제점은 열적 성질로 고분자 수지와 컴파운딩을 하는 경우 PET의 경우 260~290℃ 정도의 고온에서 혼련이 되어야 하며, 본 발명에서 적용하고자 하는 K-Resin의 경우에도 항균제와 혼련 온도가 190~200℃ 정도이다. 더구나 실제로 항균제가 혼련과정에서 압출기 실린더 내부에서 스크류 사이에서 받는 온도는 실제 작업 온도보다 높게 된다. 이러한 조건에서 항균제의 열 분해가 일어나지 않으며, 열 변성에 의해 컴파운딩 된 고분자 수지가 노랗게 변하는 황변 현상이 일어나지 않아야 한다. 또한 일부 수용성 유기 항균제의 경우에는 장기가 보관 시 공기 중의 수분이나 또는 수분과의 접촉을 통하여 밖으로 용출 될 가능성이 크므로 지속적인 항균력을 나타내는데 어려움이 있을 수 있다.
1-2. 무기계 항균제
무기계 항균제는 항균성능과 인체에 대한 안전성을 고려하여 은계 무기항균제를 그 검토 대상으로 하였다. 현재 세계적으로 FDA 및 EPA에 대하여 인증이 되어 있는 항균제로는 일본 시나넨社와 東亞合成의 두 개사에서 생산하는 제품이 있다. 시나넨사의 제오믹은 이온교환기술을 이용하여 제올라이트 내부의 다양한 양이온들을 항균력이 우수한 나노 은(Ag+) 이온과 교환하여 담지 한 것으로 무독성이며 넓은 항균 스펙트럼과 높은 열 저항력 및 효능이 오랫동안 유지되는 특성을 가지고 있다. 급성 독성테스트에서도 최고레벨의 안전성을 가지고 있어 식품, 화장품, 약물첨가제분야에도 적용이 가능하다. 내구성에 있어서도 Ag+는 이온적으로 제올라이트 표면에 결합되기 때문에 항균이온으로 장기간 존재할 수 있다. 또한 기화되거나 분해되지 않기 때문에 장기간 항균 활성을 유지할 수 있다. 또한 유기항균제의 열 저항력이 낮은데 비하여 800℃까지 열적 안정성을 갖는다. 평균입경은 0.6~2.5㎛로 투명성을 유지할 수 있는 그레이드 및 첨가량을 결정하기 위한 실험이 필요하다. 동아합성(주) 노바론(NOVARON)은 지르코늄 이온교환체에, 나노 은 이온(Ag+)을 담지시켜 제조한 항균제로 흡습성이 거의 없고 내열성이 우수하기 때문에 필름, 플라스틱 성형품에 쉽게 혼합할 수도 있다. 또한 물리화학적으로 매우 안정하며, 가공 시 착색과 내변색성이 뛰어나다. 미국 FDA 및 EPA에 항균제로서 안전성이 승인되었으므로 의료용 포장재에 적용에 문제가 없는 것으로 판단된다. 평균입경은 0.4~1.3㎛로 투명성과 항균력을 고려한 첨가량 결정이 필요하다. 노바론(NOVARON)은 800℃까지 가열하여도 항균효과에는 변함이 없으며 미립자로 여러 투명수지와 빛의 굴절율이 유사하기 때문에 이를 배합한 수지들은 우수한 투명성을 유지할 수 있다.
1-3. 항균제의 선정
앞서 검토한 유기 및 무기 항균제에 대하여 K-Resin과 예비 컴파운딩을 거쳐 열 분해 여부 및 최종 컴파운딩 된 수지의 변색 정도를 관찰하였다. 그 결과를 다음 표에 정리하였다.
[표 2]. 컴파운딩 된 수지의 변색 정도 평가
항균제 열분해 여부 (200℃) 변색 여부 컴파운딩 작업성
유기 항균제
Ciprofloxacin 열 분해 없음 노랗게 변색됨 작업성 양호
Ciprofloxacin Hydrochloride 열 분해 있음 검게 탐 노랗게 변색됨 작업성 양호
Enrofloxacin 열 분해 없음 노랗게 변색됨 작업성 양호
Triclosan 열 분해 있음 가스 발생 노랗게 변색됨 녹는점이 낮아 작업이 어려움
IPBC 열 분해 있음 가스 발생 보라색 변색 작업성 양호
PHMG 열 분해 있음 가스 발생 회색 변색 녹는점이 낮아 작업이 어려움
Zinc-Pyrithione 열 분해 있음 가스 발생 회색 변색 작업성 양호
무기 항균제
제오믹 열 분해 없음 변색 없음 작업성 양호
노바론 열 분해 없음 변색 없음 작업성 양호
예비 시험 결과 유기 항균제의 경우 열적 안정성이 부족하여 본 과제에 적용할 수 없는 것으로 판단되었다. 따라서 1차적으로 은계 무기 항균제를 적용하여 적용할 무기 항균제 그레이드 결정 및 적용양 등을 결정하기 위한 실험을 진행하였다. 특히 본 과제에서 검토한 두 회사의 은계 무기 항균제의 경우 EPA 및 FDA에 그 적용이 인가된 제품으로 의료용 포장재로서 적합한 것으로 판단되었다.
실시예2 : 항균성 투명 수지 시트의 제조방법
스타이렌-부타디엔 블록 공중합체에 80%:20% 내지 60%:40%의의 혼합 비율로 폴리스티렌(Polystyrene)을 더 포함하는 수지에 항균제를 첨가한 후 헨셀믹서(Henchel mixer)를 사용하여 상온에서 1000 rpm으로 5분간 혼합한 후 170~210℃ 온도범위에서 단축 압출기(L/D=28)를 사용하여 압출하였다. 압출 시 스크류 rpm은 200~300이었으며 스트랜드 커팅(Strand cutting) 방식으로 항균제가 혼합된 펠렛을 제조하였다. 앞서 컴파운딩된 항균 투명 수지를 사용하여 항균 시트를 제조하였다. 포장용 항균 시트는 T-Die 형태의 시트 압출기(L/D=30)를 사용하여 시트를 성형하였다. 압출 온도는 190~200℃, 시트 두께는 450 ㎛의 조건 하에서 항균 시트를 제조하였다.
실시예3 : 항균 코팅된 종이의 제조방법
코팅액은 EP500, EP645(한국에어프로덕트(주), 비닐아세테이트-에틸렌 에멀젼) 두 가지 타입의 코팅액을 사용하였으며 코팅액 조성 및 항균제 첨가량은 다음표와 같다.
[표 3]. 코팅액 조성 및 항균제 첨가량
성 분 함 량
코팅액 (EP 500 or EP 645) 80 wt%
정제수 20 wt%
항균제(제오믹 DLD503) 1.5 phr.중량부
먼저 코팅액과 정제수를 상기 비율대로 혼합한 후 100~150rpm으로 교반하면서 항균제를 서서히 투입하면서 30분 동안 교반하여 코팅액 내에 고르게 분산시켜 종이용 항균 코팅액을 제조하였다. 앞서 제조된 항균 코팅액을 종이에 코팅하여 항균 코팅된 종이를 제조하였다. 코팅은 Baker Applicator YBA-6 타입(요시미츠정밀(주), 일본)의 바코터를 사용하였으며, 바 코터 높이를 200 ㎛로 설정하여 종이(두께 110 ㎛)에 90 ㎛ 두께로 코팅하였다. 코팅된 종이는 오븐을 사용하여 60℃에서 5분간 건조하였다. 코팅 후 코팅 표면을 검사한 결과 EP 645의 경우 건조 후에도 끈적임이 남아있어 이후 실험은 EP 500 코팅으로 진행하였다. 항균시험 결과 항균제를 코팅한 종이의 경우 우수한 항균력이 발현되는 것을 확인하였다. 따라서 의료용 포장용지에 항균력을 부여하기 위하여 은계 무기항균제를 코팅액에 분산시켜 코팅함으로써 항균력을 부여할 수 있는 방법을 확립하였다.
실시예 4: 항균 투명수지의 항균력 평가
실시예 2에서 제조된 은(silver)을 함유한 항균제 종류에 따른 항균 투명 수지의 항균력을 평가하였다. 여러 가지 은계 무기 항균제에 대하여 항균 컴파운딩 후 시트를 압출하여 항균력을 평가하였다. 항균력은 플라스틱 등 소재의 표면 항균력을 평가하는 대표적인 방법인 JIS Z 2801:2000 규격에 의거하여 실시하였다. JIS Z 2801 방법은 시료의 표면에 균이 들어있는 액을 0.4ml 떨어뜨린 후 그 위에 필름을 덮어 균액이 시료 표면에 고르게 퍼지게 한 뒤, 24시간 배양 후 살아 있는 균의 수를 측정하여 항균력을 평가하는 방법이다. 시험균주는 대표적인 그람 음성균인 대장균(Escherichia coli (ATCC 25922))을 사용하였으며 각각의 시료에 첨가한 항균제 종류 및 첨가량은 다음 표와 같다. 상기 항균시험결과는 다음 표 5와 도 2에 나타내었다.
[표 4]. 시료에 첨가한 항균제 종류 및 첨가량
(단위: phr.)
No. AG1100 IZAS IM10D-L AW10D KM10D
1 - - - - -
2 0.5 - - - -
3 - 0.11 - - -
4 - - 0.7 - -
5 - - - 0.7 -
6 - - - - 0.5
7 - - 0.3 0.3 -
8 0.3 - - - 0.4
* AG1100: TOAGOSEI (Japan), Silver sodium zirconium phosphate
IZAS: ISHIZUKA GLASS (Japan), Silver-glass
IM10D-L: SINANEN (Japan), Silver-glass
AW10D: SINANEN (Japan), Silver-zeolite
KM10D: SINANEN (Japan), Silver & phosphate-salt
[표 5]. 항균 투명수지의 항균시험 결과
시 료 명 내 용 2 3 4 5 6 7 8
접종균 농도( M a ) 4.40 × 106 4.40 × 106 4.40 × 106 4.40 × 106 4.40 × 106 4.40 × 106 4.40 × 106
M b 2.10 × 107 2.10 × 107 2.10 × 107 2.10 × 107 2.10 × 107 2.10 × 107 2.10 × 107
M c 2.35 × 107 2.16 × 107 2.80 × 107 < 10 < 10 1.97 × 107 < 10
항균활성치 (R) - - - 6.32 6.32 - 6.32
정균 감소율(%) - - - 99.99 99.99 - 99.99
비이온 계면활성제 접균 후 시편 세척 시 TWEEN 80 (0.7%) 사용
항균활성치 R=log(Mb/ Mc) * 항균활성치가 2.0 이상일 경우 항균력이 있는 것으로 판정함 정균 감소율(%) : [(Mb Mc) / Mb] × 100 Ma : 대조시료의 초기 균수 (CFU/ml, 평균치) Mb : 24시간 배양 후 대조시료(Control)의 균수 (CFU/ml, 평균치) Mc : 24시간 배양 후 시험시료(Sample)의 균수 (CFU/ml, 평균치)
항균시험결과 도 2와 표 5의 5번(AW10D 0.7phr.)과 6번(KM10D 0.5phr), 8 번(AG1100 0.3phr & KM10D 0.4 phr) 세 가지 조성에서 항균력이 나타나는 것을 확인하였다. 그러나 AW10D의 경우 소량이 첨가되어도 투명도가 급격히 떨어지는 단점이 나타났다. 5번 시편의 경우 불투명한 시편 상태를 나타냈다. KM10D의 경우 우수한 항균력을 나타냈으나 첨가량이 많아지면 컴파운딩시 황변현상이 나타났다. AG1100 & KM10D의 경우 우수한 항균력을 나타내면서도 투명도가 저하되지 않고 컴파운딩시 황변현상이 나타나지 않음을 확인하였다. 따라서 항균력과 투명도를 동시에 만족시킬 수 있는 8번 조성이 가장 바람직한 것으로 판단되었다.
실시예5 : 항균 코팅 포장지의 항균력 평가
실시예 3에 따라 제조된 항균제를 종이 코팅용 에멀젼에 분산 시킨 후 종이에 코팅하여 항균력이 발현되는 지 확인하기 위한 실험을 실시하였다. 코팅액은 EP500, EP645(한국에어프로덕트(주), 비닐아세테이트-에틸렌 에멀젼) 두 가지 타입의 코팅액을 사용하였으며 코팅액 조성 및 항균제 첨가량은 다음 표와 같다[표 6]. 코팅액 조성 및 항균제 첨가량
[표 6]
성 분 함 량
코팅액 (EP 500 or EP 645) 80 wt%
정제수 20 wt%
항균제(제오믹 DLD503) 1.5 phr.
코팅은 Baker Applicator YBA-6 타입(요시미츠정밀(주), 일본)의 바코터를 사용하였으며, 바 코터 높이를 200 ㎛로 설정하여 종이(두께 110 ㎛)에 90 ㎛ 두께 로 코팅하였다. 코팅 후 60℃에서 5분간 건조하였다. 코팅 후 코팅 표면을 검사한 결과 EP 645의 경우 건조 후에도 끈적임이 남아있어 이후 실험은 EP 500 코팅으로 진행하였다. 항균제가 코팅된 종이에 대하여 JIS Z 2801 (가압밀착법)에 준하여 항균시험을 수행하였다. 시험균주는 그람 음성균인 Escherichia coli (ATCC 25922)로 평가하였다. 그 결과는 표 7과 도 3에 나타내었다. 항균시험 결과 항균제를 코팅한 종이의 경우 우수한 항균력이 발현되는 것을 확인하였다. 따라서 의료용 포장용지에 항균력을 부여하기 위하여 은계 무기항균제를 코팅액에 분산시켜 코팅함으로써 항균력을 부여할 수 있는 방법을 확립하였다.
[표 7]. 항균 코팅 포장지의 항균력 평가
시 료 명 내 용 Blank 항균 코팅 종이
접종균 농도( M a ) 7.20 × 106 7.20 × 106
M b 1.34 × 107 1.34 × 107
M c -
항균활성치 (R) - 6.13
정균 감소율(%) - 99.99
비이온 계면활성제 접균 후 시편 세척 시 TWEEN 80 (0.7%) 사용
항균활성치 R=log(Mb/ Mc) * 항균활성치가 2.0 이상일 경우 항균력이 있는 것으로 판정함 정균 감소율(%) : [(Mb - Mc) / Mb] × 100 Ma : 대조시료의 초기 균수 (CFU/ml, 평균치) Mb : 24시간 배양 후 대조시료(Control)의 균수 (CFU/ml, 평균치) Mc : 24시간 배양 후 시험시료(Sample)의 균수 (CFU/ml, 평균치)
실시예6 : 항균 투명 시트와 항균코팅지의 내후성 항균력 평가
장기간 보존 후 항균력의 저하 여부를 확인하기 위하여 항균 투명 시트 및 항균코팅 종이에 대하여 내후성 시험을 실시한 후 동일 시료에 대하여 항균력을 평 가하였다. 내후성 시험은 Zenon Arc 램프 촉진 내후성 시험기로 320nm 파장, 온도 45±5℃에서 300시간 동안 노출하였으며 내후성 시험이 완료된 시편에 대하여 JIS Z 2801:2000에 준하여 항균 성능의 변화 여부를 시험하였다. 시험균주는 그람 음성균인 Escherichia coli (ATCC 25922)와 그람 양성균인 Staphylococcus aureus(ATCC 6538) 두 가지 균을 가지고 실험하였다. 그 결과는 표 7과 도 4에 나타내었다. 시험 결과 내후성 시험 후에도 항균시트 및 항균 코딩 종이 모두 우수한 항균력을 나타내고 있는 것을 확인하였다. 따라서 포장 후 장기간 보관 시에도 항균력을 유지할 수 있다는 것을 확인하였다.
[표 8]. 항균시트 및 항균 코딩 종이의 내후성 평가
시 료 명 내 용 Control E. coli 항균 투명시트 E. coli 항균코팅 종이 E. coli Control S. aureus 항균 투명시트 S. aureus 항균코팅 종이 S. aureus
접종균 농도( M a ) 3.31 × 106 3.31 × 106 3.31 × 106 3.00 × 107 3.00 × 107 3.00 × 107
M b 1.14 × 107 1.14 × 107 1.14 × 107 1.20 × 107 1.20 × 107 1.20 × 107
M c - < 10 < 10 - < 10 < 10
항균활성치 (R) - 6.06 6.06 - 6.08 6.08
정균 감소율(%) - 99.99 99.99 - 99.99 99.99
비이온 계면활성제 접균 후 시편 세척 시 TWEEN 80 (0.7%) 사용
항균활성치 R=log(Mb/ Mc) * 항균활성치가 2.0 이상일 경우 항균력이 있는 것으로 판정함 정균 감소율(%) : [(Mb Mc) / Mb] × 100 Ma : 대조시료의 초기 균수 (CFU/ml, 평균치) Mb : 24시간 배양 후 대조시료(Control)의 균수 (CFU/ml, 평균치) Mc : 24시간 배양 후 시험시료(Sample)의 균수 (CFU/ml, 평균치)
실시예7 : 투명성 평가
(1) 실험재료 및 방법
은계 무기 항균제가 첨가된 시트에 대하여 항균제가 첨가되기 전과 후의 투명도 차이를 비교하였다. 시트의 두께는 0.40 mm이며 투과율은 UV visible spectro-photometer((주)매카시스, 한국)를 사용하여 일반적으로 적용되는 투과율 측정 파장인 660nm에서 측정하였다. 항균제가 첨가되지 않는 시트의 조성은 K-Resin(XK-44, 케이알코퍼레이션, 한국)과 GPPS(G126, 동부한농화학(주))가 70대 30의 비율로 컴파운딩되었으며, 항균 시트는 이 수지 조성에 은계 무기 항균제 AG-1100 0.3 phr., KM10D 0.4 phr.이 컴파운딩되었다.
[표 9]. 투명도 차이 평가
시험 재료 투과율 (%)
항균제 첨가하지 않은 시트 89
항균제 첨가 시트 66
투과도 측정결과 항균제가 첨가된 시트의 투과도가 항균제가 첨가되지 않은 시트의 투과도에 비해 낮은 것으로 나타났으나, 66%의 투과도의 경우 포장 용기 내부가 충분히 육안으로 관찰 가능한 투과도이므로 실제 적용 시 제품에 문제가 되지 않을 것으로 판단된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 항균 활성치가 높아 우수한 항균효과를 갖고 포장 후 장기간 보관 시에도 항균력을 유지할 수 있으며 항균제 첨가 시 투과도가 저하되지 않는 효과를 갖는 투명성과 항균성을 동시에 갖는 수지 조성 물을 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 항균성 수지 조성물의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 항균 투명수지의 항균시험 결과를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 항균 코팅 포장지의 항균시험 결과를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 항균시트 및 항균 코딩 종이의 내후성 시험 결과를 나타낸다.

Claims (15)

  1. 투명 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여 은(silver)계 무기 항균제 0.5 내지 1 중량부를 첨가하여 이루어진 항균성 수지 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 은계 무기 항균제는 은이온(Ag+) 담지 제올라이트, 은이온(Ag+) 담지 지르코늄, 상기 은계 무기 항균제에 인산(phospate) 염이 첨가된 유-무기 복합 항균제 및 그 혼합물로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 항균성 수지 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 투명 플라스틱 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 또는 스타이렌-부타디엔 블록 공중합체(Styrene-Butadiene Copolymer)인 것을 특징으로 하는 항균성 수지 조성물.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 스타이렌-부타디엔 블록 공중합체는 80%:20% 내지 60%:40%의 혼합 비율로 폴리스티렌(Polystyrene)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 수지 조성물.
  5. 코팅용 에멀젼 100 중량부에 대하여 은(silver)계 무기 항균제를 1 내지 3 중량부를 첨가하여 이루어진 항균성 코팅액 조성물.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 은계 무기 항균제는 은이온(Ag+) 담지 제올라이트, 은이온(Ag+) 담지 지르코늄, 상기 은계 무기 항균제에 인산(phospate) 염이 첨가된 유-무기 복합 항균제 및 그 혼합물로 구성된 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 항균성 코팅액 조성물.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 코팅용 에멀젼은 비닐아세테이트-에틸렌 에멀젼인 것을 특징으로 하는 항균성 코팅액 조성물.
  8. 투명 플라스틱 수지와 은계 무기 항균제를 100 : 0.5-1 중량부의 비율로 혼합하는 1단계; 상기 혼합물을 압출기로 용융압출하여 펠렛을 제조하는 2단계; 및 상기 펠렛을 압출기로 성형하여 항균 시트를 제조하는 3단계를 포함하는 항균성 투명 수지 시트의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 1단계는 헨셀믹서(Henchel mixer)를 사용하여 상온에서 800-1200 rpm으로 3-8분간 혼합하는 것을 특징으로 하는 항균성 투명 수지 시트의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 2단계는 단축 압출기(L/D=28)를 사용하여 170~210℃ 온도범위에서 200~300의 스크류 rpm으로 융용압출하는 것을 특징으로 하는 항균성 투명 수지 시트의 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 3단계는 T-Die 형태의 시트 압출기(L/D=30)를 사용하여 190~200℃ 압출온도에서 400-500 ㎛의 시트 두께로 성형하는 것을 특징으로 하는 항균성 투명 수지 시트의 제조방법.
  12. 코팅용 에멀젼과 정제수를 혼합한 후 은계 무기 항균제를 100 : 1-3 중량부의 비율로 투입하여 교반하여 항균 코팅액을 제조하는 1단계; 상기 항균 코팅액을 종이에 코팅하는 2단계; 및 상기 코팅된 종이를 오븐에서 건조하는 3단계를 포함하는 항균 코팅된 종이의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 1단계에서 코팅용 에멀젼과 정제수를 70:30 내지 90:10 중량% 비율로 혼합한 후 100~150rpm으로 교반하면서 은계 무기 항균제를 서서히 투입하면서 20-40분 동안 교반하는 것을 특징으로 하는 항균 코팅된 종이의 제조방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 2단계에서 Baker Applicator YBA-6 타입의 바코터를 사용하여 종이(두께 100-120 ㎛)에 80-100 ㎛ 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 항균 코팅된 종이의 제조방법.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 3단계에서 코팅된 종이는 오븐을 사용하여 50-70℃에서 3-8분간 건조하는 것을 특징으로 하는 항균 코팅된 종이의 제조방법.
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