KR20120113860A - 금속 이온 치환 결합된 무기 담체를 이용한 무기 항균제를 포함하는 안경테 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 이온으로 치환된 무기 담체를 이용한 무기 항균제와 상기 무기항균제를 포함하는 안경테 제품에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 장기간에 걸쳐 안정한 항균력을 발휘하며, 원적외선과 음이온 방출 효과가 우수하여, 안경 착용시 미생물의 번식을 방지하며 건강에 유익한 효과가 있다.

Description

금속 이온 치환 결합된 무기 담체를 이용한 무기 항균제를 포함하는 안경테 제조방법 {Manufacturing method of frames comprising said inorganic antibacterial material using metal ion substituted inorganic carrier}
본 발명은 금속 이온으로 치환된 무기 담체를 이용한 무기 항균제와 상기 무기항균제를 포함하는 안경테 제품에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 장기간에 걸쳐 안정한 항균력을 발휘하며, 원적외선과 음이온 방출 효과가 우수하여, 안경 착용시 미생물의 번식을 방지하며 건강에 유익한 효과가 있다.
일반적으로 안경테는 그 재질에 따라 크게 금속테와 뿔테로 구별할 수 있으며, 렌즈를 고정하는 렌즈프레임과 상기 렌즈프레임에 안경다리를 절첩 가능하게 연결하는 힌지부재를 포함하고 있다.
일반적으로 뿔테는 에폭시 수지, 셀룰로오스 수지 등 안경용 합성수지를 원료로 이용하여 사출성형하게 되며, 이러한 안경들은 모양과 색을 자유롭게 선택하여 성형할 수 있기 때문에 그 활용도가 매우 다양하며, 소비자들의 선택 폭이 보다 넓어지고 있다.
최근 뿔테의 사용이 많이 증가하는 추세이지만, 단순히 시력을 보조하는 안경테로서 기능 이외에는 없어 안경을 착용함에 의해 눈은 물론이고 얼굴 피부 건강에 또 다른 도움을 줄 수 있는 방안이 요구되고 있다.
이와 같이 건강에 관한 관심이 높아지면서 기능성 안경에 관한 관심이 증가하고 있으며, 안경의 각 구성 부재에 원적외선 방사물질을 코팅하여 시력보호 및 안면의 혈액순환 촉진, 눈의 피로 경감 및 대뇌의 생체리듬 활성화 효과를 얻고자 하는 제품이 개발되고 있다.
종래부터 아연, 구리, 은 등과 같은 금속들은 항균활성을 나타내는 것으로 알려져 왔고, 이들 항균성 금속들의 항균력을 안정적이고 지속적으로 활용하기 위해 많은 연구가 진행되어 왔다.
이들 항균성 금속들을 나노 입자화 시켜 수지와 단순한 혼합 가공하는 방법이 개발되었는데, 이 방법으로 제조된 항균 플라스틱 제품은 금속 입자가 분리되기 쉽기 때문에 일시적인 항균력을 가지며, 분리된 금속 나노 입자는 환경 오염을 야기할 수 있을 뿐만 아니라 최근에는 금속 나노 입자의 인체안전성에 관한 논란이 제기되고 있다.
최근에는 항균 금속 이온들을 제올라이트, 세라믹과 같은 무기담체에 결합시킨 무기계 항균제가 지속적으로 주목을 받고 있다. 이들 무기계 항균제는 폴리에틸렌 수지 등에 첨가, 혼합되어 항균력이 부여된 수지를 제공한다. 그러나 수지에 이들 무기 항균제를 첨가하는 경우, 수지와의 상용성이 크게 떨어져 결과적으로 무기 항균제가 수지의 국부적인 곳에 응집되는 현상을 가져와 수지의 항균력이 떨어지며, 항균력의 재현성을 주지 못하는 문제점이 발생된다. 이로 인해 항균력의 증진을 위해 더 많은 양의 무기 항균제를 수지에 혼입하게 되고, 이는 또 다른 문제점인 수지의 변색, 물성 저하 및 비용 상승 등의 문제점을 야기하게 된다.
플라스틱 수지에 무기질 재료를 충진시켜 기능성을 부여한 제품으로는 은이온 치환된 제올라이트를 연입한 수지, 계면활성제를 이용한 방담 수지, 아릴이소시아네이트와 시클로덱스트린(cyclodextrin)을 함유한 항균성 수지, 노송 추출물(히노키치올), 겨자추출물, 마늘의 향미성분 등 천연 항균제를 사용한 수지 등 다양한 제품을 농산물의 특성에 맞게 제품화시키고 있는 실정이다. 그러나 이러한 항균 플라스틱 수지는 주변의 환경에 따라 기능의 재현성이 떨어질 수 있어서 좀 더 발전된 형태의 제품수준이 요구된다.
본 발명의 장기간에 걸쳐 안정한 항균력을 발휘하는 무기 항균제를 제공하는 것이며,
또 다른 측면은 상기 무기 항균제를 포함하여 우수한 항균력을 가지고, 가공시 분산력이 우수하며, 수지의 변색 및 열화가 적은 열가소성 수지 조성물을 제공하는 것이며,
본 발명의 또 다른 측면은 상기 무기 항균제를 포함하는 안경테 제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 금속 이온으로 치환된 무기 담체 나노 입자를 포함하는 무기 항균제를 제공한다.
상기 금속 이온은 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬 및 탈륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 무기 담체는 제올라이트, 인산칼슘, 인산지르코늄 및 액상 유리로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상가 무기 항균제는 규산나트륨 코팅층을 더 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 무기항균제 0.05 내지 56 중량%; 및 열가소성 수지 44 내지 99.5 중량%를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 또다른 측면은 상기 열가소성 수지 조성물을 이용하여 제조된 안경테 제품을 제공한다.
상기 무기 항균제는 장기간 항균 효과를 지속지킬 수 있고, 상기 무기 항균제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 이용한 안경테 제품은 변색 및 열화가 적고, 가공성이 우수하며 가격이 저렴하고, 장기간에 걸쳐 안정한 항균력을 발휘 효과 뿐 아니라, 원적외선과 음이온 방출 효과가 우수하여 시력 보호 및 안면부의 혈액 순환 촉진, 눈의 피로 경감 및 대뇌의 생체리듬 활성화 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 무기항균제 제조 공정도이다
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 구현예는 금속 이온으로 치환된 무기 담체를 포함하는 무기 항균제를 제공한다.
상기 금속 이온은 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬 및 탈륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 무기 담체는 제올라이트, 인산칼슘, 인산지르코늄 및 액상 유리로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
하기 반응식 1은 무기 담체에 금속이 이온교환되어 금속 이온으로 치환된 무기 담체가 형성되는 것은 나타낸다.
[반응식 1]
M + Z → MZ
상기 식에서, M은 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬 또는 탈륨이고, Z는 무기 담체로서 제올라이트, 인산칼슘, 인산지르코늄 또는 액상 유리일 수 이다.
상기 본 발명의 무기 항균제는 상기 반응식 1에 의해 형성된 금속 이온이 치환된 무기 담체를 1종 이상 포함할 수 있다.
상기 무기 항균제는 규산나트륨 코팅층을 더 포함할 수 있다. 상기 코팅층은 금속 이온으로 치환된 무기 담체를 액상 유리(soluble glass)와 같은 규산나트륨으로 표면 코팅처리 하여 더 형성될 수 있다.
상기와 같이 규산나트륨으로 코팅층을 형성시킴으로써, 금속 이온이 무기 담체와 쉽게 분리되지 않도록 작용하여, 금속 이온이 무기 담체로부터 분리되는 것을 막아줄 수 있고, 그 결과 무기 항균제의 항균 효과를 장기간에 걸쳐 효과적으로 유지시킬 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 코팅층의 두께는 0.01 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 일 수 있다. 코팅층의 두께가 상기 범위 내로 형성될 때 무기항균제의 항균효과, 원적외선 및 음이온 방출 효과를 저하시키지 않고, 금속이온의 결합을 안정화시킬 수 있어 항균력을 장기간 안정하게 유지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 규산나트륨의 함량은 금속 이온 치환된 무기 담체 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부일 수 있다. 상기 범위의 함량으로 포함될 때, 항균력을 가장 안정적으로 유지할 수 있으며, 코팅 안정성 측면에서도 우수하다.
예를 들면, 각 원료를 첨가한 후 다음 원료를 첨가하기 전에 상온에서 10 내지 200 rpm 정도의 저속으로 1 내지 2시간 이상 교반하면서 원료가 완전히 용해 혼합되도록 하고, 생성된 침전물을 회수하여 충분히 정제수로 수 차례 세척한 후 건조하여 본 발명의 무기 항균제를 제조할 수 있다.
상기 무기 항균제는 열가소성 수지에 첨가되어 사용될 수 있고, 상기 무기 항균제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 성형하여 제품을 제조시 무기 항균제의 분산성이 우수하다.
본 발명의 또다른 구현예에서, 상기 무기 항균제 0.05 내지 56 중량% 및 열가소성 수지 44 내지 99.5 중량%를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 제공한다. 상기 열가소성 수지 조성물은, 예를 들면, 무기 항균제 0.5 내지 10 중량% 및 열가소성 수지 90 내지 99.5 중량%를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 무기 항균제는 열가소성 수지와 혼합시 분산성이 우수하여, 이를 포함하는 열가소성 수지 조성물의 가공성이 우수하고, 또한 상기 열가소성 수지 조성물은 수지의 변색 및 열화가 적을 뿐만 아니라, 가공성도 우수하며, 가격도 저렴하여 특히, 안경테로의 용도에 적합하게 사용할 수 있다. 상기 무기 항균제를 포함하는 열가소성 수지 조성물로부터 제조된 안경테로 안경을 제조하게 되면 유해세균의 번식을 방지할 뿐만 아니라 탈취에도 탁월한 효과를 나타낸다. 이와 같이 안경테로 응용 시 항균, 원적외선 및 음이온 방사, 탈취 등 다양한 기능을 가지고 있어, 시력교정용, 선글라스, 패션용 등 모든 안경테에 이용될 수 있다.
상기 열가소성 수지 조성물에서 무기 항균제의 함량이 상기 범위보다 낮을 경우에는 항균성, 원적외선 및 음이온 방출 효과, 탈취 효과 등 기능성이 저하되어 품질이 낮아 질 수 있으며, 상기 범위 보다 함량 비율이 높을 경우에는 안경테 제품의 투명성이 저하되고 가공성이 좋지 않아 품질이 나빠질 수 있다.
상기 열가소성 수지는 예를 들면, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아미드(PA), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리염화비닐(PVC), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 천연 및 합성고무 등을 사용할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 열가소성 수지와 무기 항균제를 혼합 가공하여 플라스틱 제품을 제조할 수 있게 된다.
상기 열가소성 수지 조성물은 필요에 따라서 각종 첨가제를 함유시키는 것이 가능하며, 충전제, 산화방지제, 열안정제, 광안정제, 자외선 흡수제, 가소제, 대전방지제, 난연제, 이형제, 발포제, 핵제, 윤활제, 방서제, 수적방지제, 금속불활성제, 안료 등의 첨가제를 1종 이상 첨가할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 열가소성 수지와 본 발명의 무기항균제 분말을 균일하게 분산시키기 위해 무기항균제는 우선 마스터배치화하는 것이 바람직하다. 상기 무기항균제가 분말상이기 때문에 열가소성 수지 펠렛과 혼합시 입경의 차이로 인해 입도 분리 현상이 발생할 수 있는데, 마스터배치화하여 미리 열가소성 수지 속에 분산시킨 후 열가소성 수지 펠렛과 거의 동일한 입경을 가지는 펠렛으로 만듦으로써 입도 분리 현상을 방지할 수 있다.
예를 들면, 우선 열가소성 수지 20 내지 99 중량%에 무기 항균제 분말 1 내지 80 중량%를 혼합한 후 약 160 내지 200℃의 온도에서 40 내지 80rpm의 교반속도로 교반하고, 분산된 혼합물은 약 40 내지 60℃의 온도에서 냉각 압출하여 마스터배치화 한다. 이어서 무기 항균제를 함유한 마스터배치화된 펠렛 5 내지 70중량%를 열가소성 수지 30 내지 95중량%와 혼합하여 열가소성 수지 조성물을 제조할 수 있다.
상기와 같이 제조된 열가소성 수지 조성물은 사출 가공 공정을 거쳐 각종 형태의 안경테 제품으로 제조할 수 있다.
상기 열가소성 수지 조성물은 수지의 변색 및 열화가 적을 뿐만 아니라 가공성이 우수하고 가격도 저렴하여 여러 가지 용도로 사용될 수 있다.
상기 본 발명의 무기 항균제는 장기간에 걸쳐 안정한 항균력을 발휘할 수 있고, 또한 원적외선와 음이온 방출 효과가 우수하며, 탈취 기능이 우수하므로 상기 본 발명의 무기 항균제를 포함하는 열가소성 수지 조성물은 안경테 사용될 수 있다.
실시예
실시예 1: 무기 항균제의 제조
물 500g에 염화알루미늄(AlCl3) 50g을 넣고 상온에서 50 rpm으로 1시간 동안 교반하였고, 이어서 Ag 및 Zn 금속 이온으로 치환된 제올라이트(C & C사 BACTECIDE.) 200g을 첨가하여 상온에서 50 rpm으로 2시간 동안 교반한 다음, 여기에 다시 수산화나트륨 용액(NaOH 용액, 10w/w%)를 첨가하여 상온에서 pH 7로 유지하면서 50 rpm으로 2시간 동안 교반하였다. 상기 각 원료를 혼합한 혼합 용액을 상온에서 방치하였다. 방치 후 침전물이 형성되었고, 상기 혼합 용액을 필터로 여과하여 침전물을 회수한 후, 염소이온이 남지 않을 때까지 정제수로 수 차례 세척한 후 60℃에서 5시간 동안 건조하고, 이후 다시 200℃에서 2시간 동안 건조하여 무기 항균제 분말을 얻었다.
실시예 2: 무기 항균제의 제조
물 500g에 염화알루미늄(AlCl3) 50g을 넣고 상온에서 50 rpm으로 1시간 동안 교반하였고, 이어서 Ag 및 Zn 금속 이온으로 치환된 제올라이트(C & C사 BACTECIDE.) 200g을 첨가하여 상온에서 50 rpm으로 2시간 동안 교반한 다음, 여기에 다시 수산화나트륨 용액(NaOH 용액, 10w/w%)를 첨가하여 상온에서 pH 7로 유지하면서 50 rpm으로 2시간 동안 교반하였다. 이어서, 규산나트륨(Na4O4Si) 30g을 첨가하여 상온에서 50 rpm으로 2시간 동안 교반하였고, 이어서, 황산 용액(H2SO4 용액, 10w/w%) 5g을 첨가하여 상온에서 50 rpm으로 2시간 동안 교반하였다. 상기 각 원료를 혼합한 혼합 용액을 상온에서 방치하였다. 방치 후 침전물이 형성되었고, 상기 혼합 용액을 필터로 여과하여 침전물을 회수한 후, 염소이온이 남지 않을 때까지 정제수로 수 차례 세척한 후 60℃에서 5시간 동안 건조하고, 이후 다시 200℃에서 2시간 동안 건조하여 무기 항균제 분말을 얻었다.
실시예 3
용융된 폴리아미드(PA) 수지 70 중량%에 상기 실시예 1에서 제조된 무기 항균제 분말 30 중량%를 첨가하였다. 이후 180℃에서 60rpm으로 교반하여 분산시킨 후, 60℃에서 냉각압출하고, 이를 절단하여 펠렛 형태의 마스터배치를 제조하였다.
상기의 방법으로 제조된 마스터배치 15 중량%와 폴리아미드 수지 85 중량%를 사출성형기에 넣어 안경테와 안경다리를 성형한다.
비교예 1
용융된 폴리아미드 수지 70 중량%에 은-아연-제올라이트(Ag-Zn-Zeolite) 무기항균제 분말(C & C사 BACTECIDE) 30 중량%를 첨가하였다. 이후 180℃에서 60rpm으로 교반하여 분산시킨 후, 60℃에서 냉각압출하고, 이를 절단하여 펠렛 형태의 마스터배치를 제조하였다.
상기의 방법으로 제조된 마스터배치 15 중량%와 폴리아미드 수지 85 중량%를 압출기에 넣어 실시예 3에서와 동일한 방법으로 안경테를 제조하였다.
비교예 2
폴리아미드 수지 100 중량%를 사출성형기에 넣어 실시예 3에서 동일한 방법으로 안경테를 제조하였다.
실험예 1: 항균력 시험
상기 실시예 3, 비교예 1 내지 2에서 제조한 안경테를 길이 2cm로 잘라 시편을 준비하였다. 또한 JIS 103법에 따라 세척을 10회 반복 후 동일한 크기의 시편을 준비하였다.
시험 균주로는 대장균 (Escherichia Coli ATCC 25922)과 황색포도상구균 (Staphylococcus aureus ATCC 6538)을 사용하였으며, 36℃ 배양기에서 상기 균을 각각 16시간 배양하여 배양액을 준비하였다.
준비된 시편에 각 시험 균주 배양액을 20,000배 희석하여 1ml씩 시편에 적하한 후 25℃에서 24시간 보존 후 꺼낸다. 이를 멸균 처리된 한천배지에서 48시간 배양하고 습식 평판 배양법으로 조사하여 생균수를 측정하였다. 그리고 아래의 식에 따라 멸균율(%)을 계산하였으며, 그 결과는 표 1, 2와 같다. 표 1은 제조된 시편에 대하여 측정한 결과이고, 표 2는 시편을 물로 10회 세척 후 측정한 결과이다.
멸균율(%) = [(희석액의 생균수 - 24시간 보존 후의 생균수)] × 100
구 분
균 주		 실시예 비교예
3 1 2
대장균 99.9 99.6 10-2
포도상구균 99.9 99.6 10-2
구 분
균 주		 실시예 비교예
3 1 2
대장균 99.1 89.6 10-2
포도상구균 97.9 88.9 10-2
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 3에서 제조된 안경테가 비교예 1 및 2에서 제조된 안경테에 비하여 대장균 또는 황색포도상구균에 대한 감소율이 크다. 따라서, 실시예 3의 방법에서 우수한 항균 효과를 나타냄을 알 수 있다. 반면에, 일반적인 안경테 (비교예 2)는 오히려 세균이 증가하였다.
상기 표 2에 나타난 바와 같이 각 안경테를 10회 세척 후 측정한 항균력 시험에서 실시예 3에서 제조된 안경테는 모두 세척전의 안경테와 동일한 항균력을 가지고 있으며, 비교적 우수한 항균력이 유지됨을 보여주었고, 비교예 1에서 제조된 필름의 경우 항균력이 감소하는 결과를 나타내었다.
이와 같은 결과를 통해 본 발명의 열가소성 수지 조성물로 성형된 안경테 제품은 장기간의 반복 사용시에도 우수한 항균 효과가 지속적으로 유지될 것임을 알 수 있다.
실험예 2: 원적외선 방사율 및 방사에너지
상기 실시예 3 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 안경테를 KFIA-FI-1005 방법에 따라 40℃에서 FT-IR spectrometer를 이용하여 이상흑체(black body, 방사율 100%)와 비교하여 5~20㎛의 원적외선 방사율과 방사에너지를 측정하였으며, 그 결과는 표 3과 같다.
구 분 실시예 비교예
3 1 2
방사율 0.878 0.850 -
방사에너지* 3.53×102 3.42×102 -
* 방사에너지 단위 : W/m2㎛ 40℃
상기 표 3에 나타난 바와 같이 실시예 3에서 무기항균제가 첨가될 경우 원적외선 방사율과 방사에너지가 첨가하지 않은 비교예 2에 비하여 현저히 높은 것을 알 수 있으며, 비교예 1에 비해서도 상당히 높은 결과를 얻을 수 있었다.

Claims (5)

  1. 금속 이온으로 치환된 무기 담체를 포함하는 무기 항균제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 이용하여 제조된 안경테 제품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 이온은 아연, 구리, 은, 수은, 주석, 납, 비스무스, 카드뮴, 크롬 및 탈륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속의 이온인 무기 항균제 를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 이용하여 제조된 안경테 제품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기 담체는 제올라이트, 인산칼슘, 인산지르코늄 및 액상 유리로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 무기 항균제를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 이용하여 제조된 안경테 제품.
  4. 제1항에 있어서,
    무기항균제 0.05 내지 56 중량%; 및 열가소성 수지 44 내지 99.5 중량%를 포함하는 열가소성 수지 조성물 제조된 안경테 제품.
  5. 제1항에 있어서,
    열가소성 수지는 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리아미드 (PA), 폴리스티렌 (PS), 폴리카보네이트 (PC), 폴리염화비닐 (PVC), 에틸렌비닐아세테이트 (EVA), 천연 및 합성고무, 에폭시 수지 및 셀룰로오수 수지 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속의 이온인 무기 항균제 를 포함하는 열가소성 수지 조성물을 이용하여 제조된 안경테 제품.
KR1020110031513A 2011-04-06 2011-04-06 금속 이온 치환 결합된 무기 담체를 이용한 무기 항균제를 포함하는 안경테 제조방법 KR20120113860A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103467836A (zh) * 2013-08-23 2013-12-25 吴江市天源塑胶有限公司 一种eva抗菌塑料
WO2022080640A1 (ko) * 2020-10-14 2022-04-21 (주) 엘지화학 열가소성 수지 조성물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 성형품

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