KR20170005949A

KR20170005949A - 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20170005949A
Application number: KR1020150096005A
Authority: KR
Inventors: 윤태운; 이종환; 윤병학; 김치현
Original assignee: 주식회사 미라크롬
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-17
Also published as: KR101994364B1

Abstract

본 발명은 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체와 환경에 저독성인 유무기 하이브리드 물질을 첨가함으로써 광범위한 종류의 미생물에 항균 활성을 가지며, 열변형을 최소화하여 황변을 방지하고 항균력의 지속성을 높인 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법에 의하면, 인체와 환경에 저독성이고 광범위한 종류의 미생물에 항균 활성을 가지는 크림바졸 및 CPC와 열 안정성을 높이고 항균 물질의 용출성을 낮추기 위한 산화 아연 및 산화 티탄을 첨가하여 항균 지속효과를 증대시킨 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

Description

항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법 {Master batch of antimicrobial plastics and manufacturing method thereof}

본 발명은 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체와 환경에 저독성인 유무기 하이브리드 물질을 첨가함으로써 광범위한 종류의 미생물에 항균 활성을 가지며, 열변형을 최소화하여 황변을 방지하고 항균력의 지속성을 높인 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법에 관한 것이다.

환경의 변화에 따라 인체에 유해한 바이러스, 박테리아, 곰팡이 등 인간의 건강을 위협하는 미생물의 확산이 문제시되고 있어, 이를 효과적으로 차단하기 위한 노력이 지속되고 있다.

세균에 대한 제품의 외적 증상은 부패취 및 가스 발생, pH저하 및 그에 따른 물리 및 화학적 특성 저하가 발생할 수 있으며, 이러한 이유로 생활 전반에 걸쳐 자주 사용되는 고분자 화합물인 플라스틱 제품은 현재 항균 기능을 접목하여 세탁기, 냉장고, 에어컨 등의 가전 제품은 물론 자동차, 오토바이 등의 운송 수단, 그릇, 욕조, 바닥재 등 생활용품 전반에 걸쳐 보급되고 있다.

한편 항균제는 크게 유기계 항균제, 무기계 항균제, 천연 항균제로 분류된다. 천연계 항균제는 천연물로부터 얻어진 항균제로서 키토산, 아미노 화합물, 삼백초 추출물, 천연 유황, 천연광석 및 세라믹 등이 있다. 이러한 천연계 항균제를 사용시 환경과 인체에 무해한 장점을 가지지만 지속성이 떨어지고, 특정 미생물에만 선택적인 항균성을 나타내어 광범위한 적용이 힘들다는 한계를 가지고 있다.

이와 같은 이유로 유기계 항균제와 무기계 항균제가 항균 플라스틱 제품에 첨가되며, 표 1은 유기계 항균제와 무기계 항균제의 특징을 비교한 것이다.

	유기계 항균제	무기계 항균제
인체 안정성	낮음	높음
열 안정성	낮음(200℃)	높음(500℃)
항균력 즉효성	높음	낮음
항균력 지속성	일시적	반영구적
내성균	일부에서 나타남	나타나지 않음
경제성	저가	고가

일반적으로 사용되는 유기계 항균제로는 트리클로산, 트리클로카본, PCMX, DCOIT, OPBA, 징크피리치온 등이 있으나 장기간 사용시 인체 유해 등의 문제로 규제가 되고 있는 추세이다. 반면에 무기 항균제로는 은나노 계열의 항균 제품이 알려져 있지만 곰팡이(진균)에 대해서는 효과가 거의 없다고 판명되었고, 미국 EPA에서는 환경과 인체에 대한 무해성이 입증되지 않아 사용에 제재를 가하고 있는 상황이다.

한국 등록특허 제 10-1481579호(대나무 숯을 함유하는 항균 플라스틱 펠렛 및 이의 제조 방법)은 대나무 숯에 질산은 또는 염화은이 담지된 은 첨착 대나무 숯과 폴리프로필렌을 포함하는 대나무 숯을 함유하는 항균 플락스틱 펠렛 및 이의 제조 방법을 제공하고 있다.

상기 특허문헌은 상기 기술된 바와 같이 환경과 인체에 대한 무해성이 입증되지 않은 은(Silver)을 사용하였으며, 대나무 숯과 같은 천연 항균제는 항균 효과의 지속에 한계가 있는 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제 10-1481579호(대나무 숯을 함유하는 항균 플라스틱 펠렛 및 이의 제조 방법)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 인체와 환경에 저독성이고 광범위한 종류의 미생물에 항균 활성을 가지는 크림바졸과 CPC를 첨가한 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열 안정성을 높이고 항균 물질의 용출성을 낮춰 항균 지속효과를 증대시킨 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열적 변형을 최소화한 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 항균 플라스틱 마스터 배치는 항균 컴플렉스와 베이스 수지를 혼합한 것으로, 상기 항균 컴플렉스는 크림바졸, CPC(Cetyl Pyridinium Chloride)로 선택되어지는 군 중 어느 하나 이상을 포함하는 항균제와 열적 안정성을 높이고, 항균성을 지속하기 위한 혼합 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 전체 중량 100 %에 대하여 상기 항균제 2 내지 20 중량%, 상기 혼합 첨가제 1 내지 10 중량%, 상기 베이스 수지 70 내지 97 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 혼합 첨가제는 산화 아연, 산화 티탄 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 베이스 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 아크릴 수지, 실리콘계 수지로 선택되어지는 군 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 항균 플라스틱 마스터 배치 제조방법은 항균 컴플렉스를 제조하는 항균 컴플렉스 제조 단계(S1)와 상기 베이스 수지와 상기 항균 컴플렉스를 100 내지 350℃에서 1분 내지 2분간 교반하여 액체상의 항균 수지 조성물을 제조하는 항균 수지 조성물 제조 단계(S2)와 상기 항균 수지 조성물을 봉형태로 압출 및 냉각하는 압출 및 냉각 단계(S3)와 상기 압출 및 냉각된 항균 수지 조성물을 1 내지 10mm 이하의 길이로 절단하는 절단 단계(S4)를 포함한다.

또한 상기 항균 컴플렉스 제조 단계(S1)는 크림바졸, CPC(Cetyl Pyridinium Chloride)로 선택되어지는 군 중 어느 하나 이상을 포함하는 항균제와 열적 안정성을 높이고, 항균성을 지속하기 위한 혼합 첨가제를 1분 내지 5분 혼합하는 것을 특징으로 하며, 상기 혼합 첨가제는 산화 아연, 산화 티탄 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법에 의하면, 인체와 환경에 저독성이고 광범위한 종류의 미생물에 항균 활성을 가지는 크림바졸과 CPC를 첨가한 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법에 의하면, 열 안정성을 높이고 항균 물질의 용출성을 낮춰 항균 지속효과를 증대시킨 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법에 의하면, 열적 변형을 최소화한 항균 플라스틱 마스터 배치와 그의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 유기계 항균제와 무기계 항균제가 제품의 표면에서 이동되는 모습을 보여주는 모식도.
도 2는 본 발명에 따른 항균 플라스틱 마스터 배치의 제조방법을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 항균 플라스틱 시료의 항균력(항진균)을 보여주는 사진.
도 4는 본 발명에 따른 항균 플라스틱 시료의 항균력(항세균)을 보여주는 사진.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

본 발명에 기술되는 용어 '항균' 이란 세균과 곰팡이(진균)을 포함하는 미생물에 저항하는 효능을 말한다.

여기서 '저항' 이란 균을 죽이는 살균과 균 발생을 억제한다는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 유기계 항균제와 무기계 항균제가 제품의 표면에서 이동되는 모습을 보여주는 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 항균 플라스틱 마스터 배치의 제조방법을 도시한 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 항균 플라스틱 시료의 항균력(항진균)을 보여주는 사진이고 도 4는 본 발명에 따른 항균 플라스틱 시료의 항균력(항세균)을 보여주는 사진이다.

본 발명에 따른 항균 플라스틱 마스터 배치는 항균 컴플렉스와 베이스 수지 를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하며, 이때 상기 항균 컴플렉스는 크림바졸, CPC(Cetyl Pyridinium Chloride)로 선택되어지는 어느 하나 이상을 포함하는 항균제와 열적 안정성을 높이고, 항균성을 지속하기 위한 혼합 첨가제를 포함한다.

이때 전체 중량 100 %에 대하여 상기 항균제는 2 내지 20 중량%, 상기 혼합 첨가제 1 내지 10 중량%, 상기 베이스 수지 70 내지 97 중량%를 포함한다.

상기 베이스 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 아크릴 수지, 실리콘계 수지로 선택되어지는 군 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 포함되는 크림바졸(Climbazole), CPC(Cetyl Pyridinium Chloride)는 세균, 곰팡이,조류 등의 미생물에 광범위한 항균성을 가지는 유기계 항균제이다.

도 1의 (A)는 유기계 항균제가 제품의 표면에서 이동되는 모습을 보여주는 모식도로서, 유기계 항균제는 약제의 용출에 의한 효과를 주로 이용하며, 살균보다는 세균의 군락을 형성하는 것을 방지하는 작용을 함으로써 항균작용을 하게 된다. 유기계 항균제를 플라스틱에 사용할 경우 항균제가 플라스틱 표면으로의 노출이 빠르게 진행되어 세균이 접근하면 세균 군락이 형성되지 않도록 하여 이로써 즉각적인 세균 번식 방지 기능을 하게 된다. 또한 유기계 항균제는 무기계 항균제에 비해 비교적 경제적인 이점을 가진다.

크림바졸(Climbazole,(R,S)-1-(4-Chlorophenoxy)-1-imidazole-1-yl-3,3-dimethylbutan-2-one)은 곰팡이, 세균, 조류 등의 미생물에 항균 활성을 가지면서 환경에 우호적이며, 인체에 자극이 없는 저독성 화합물이다. 또한 자외선과 열에 안정적이고, 계면활성제와 융화하였을 때 침전과 층분리가 발생하지 않고 잘 혼합될 수 있는 특성을 가진다.

CPC(Cetyl Pyridinium Chloride)는 세균 및 진균에 강한 살균성을 가지는 양이온성 4가 암모늄염으로서, 실온에서는 백색결정성 분말로 존재하며, 77~83℃의 녹는점을 가진다. 또한, 인체에 저독성이면서 탁월한 살균성과 탈취성을 가진다.

본 발명에 따른 크림바졸과 CPC는 동량 또는 목표 생물군에 따라 차등 적용될 수 있다.

표 2는 항균제의 함량에 따른 마스터 배치의 항균성과 황변 현상을 확인한 실시예와 그 결과를 보여주는 것이다.

항균제의 함량	항균력	황변현상
0.5	4	거의 없음
1.0	4	거의 없음
1.5	3	거의 없음
2~8	2	거의 없음
8.5~14.5	1	흐릿하게 변함
15~20	0	황변 약간 있음
20.5~22	0	황변 심함

상기 항균제로서 크림바졸과 CPC의 함량은 1: 1의 함량으로 첨가하고, 상기 혼합 첨가제(후기에 상세히 기술)로서 산화 티탄을 5% 첨가하고, 베이스 수지는 상기 항균제와 상기 혼합제를 첨가한 후 전체 100 중량% 가 되도록 첨가하여 마스터 배치를 제조하였다.

항균력을 알아보기 위하여 3일간 세균 배양을 한 후 변화를 확인하였으며, 결과판독은 현미경으로 세균 성장이 확인되지 않음(0), 세균 성장이 10%이내 인 것(1), 10~30%의 성장(2), 30~60%의 성장(3), 시료 전면적의 60% 이상 성장(4)으로 분류된다.

세균 성장이 0~ 30% 이루어지는 (0)~(2)까지를 항균력에 효과가 있는 것으로 판단하였으며, 실험 결과 항균제의 함량이 2% 이상일 때 목표 항균력을 만족하였다.

항균제의 함량이 증가할수록 항균력은 증가하지만 그에 따른 황변 현상이 발생하였으며, 항균제의 함량이 20중량% 이하일 때는 가공이 가능할 정도의 황변이 발생하였지만, 항균제의 함량이 20중량%를 초과하였을 때는 탄화가 발생하여 황변현상이 심하게 발생하였다.

다시 말해, 2 중량% 미만이면 항균 효과를 보기 힘들고, 20 중량%을 초과하면 가공 공정 중에 탄화되거나 황변을 발생시킬 수 있고, 항균제의 필요 이상의 첨가에 따른 비용이 낭비될 수 있어 전체 100 중량% 중 2 내지 20 중량%를 가지는 것이 바람직하다.

반면에, 크림바졸과 CPC의 경우 환경과 인체 안정성이 높은 항균제로 작용될 수 있지만, 고온 가공시 열적 안정성이 떨어질 수 있는 한계가 있다.

하여 상기 크림바졸, CPC와 혼합첨가제로 산화 아연, 산화 티탄을 혼합함으로써 이러한 한계를 보완할 수 있으며, 산화 아연과 산화 티탄은 크림바졸, CPC가 베이스 수지와 혼합될 때 열적 안전성을 높여 착색 등의 열변형을 최소화하고 항균 플라스틱의 지속성을 높이는 것 뿐만 아니라 무기 항균제로 작용한다.

보다 상세하게는 산화 아연, 산화 티탄은 인체 안정성이 높으며, 크림 바졸과 CPC의 용출성을 낮춰 항균 지속성을 높일 수 있는 효과를 가져다준다. 또한 산화 아연과 산화 티탄은 광촉매 효과를 가져 유해한 미생물을 분해하고, 신진대사를 방해함으로써 항균성을 가지며, 내성균을 발생시키지 않는다.

도 1의 (B)는 무기계 항균제가 제품의 표면에서 이동되는 모습을 보여주는 모식도로서, 무기계 항균제는 금속 이온 형태로 균의 세포벽과 결합하여 에너지 이동을 방해하거나 세포 내에 침투한 경우에는 단백질의 황성분과 결합함으로써 신진대사를 일으키는 효소의 작용을 억제하여 살균 효과를 가지게 된다.

보다 상세하게는, 항균 플라스틱이 공기 중의 수분과 접촉하게 될 때 표면에 존재하는 무기계 항균제의 금속 성분이 이온화되어 용출되면서 유해 미생물에 대한 항균제로서 작용하게 되며, ppb 농도로 용출되어 지속적인 효과를 가지게 된다.

종래에는 무기계 항균제로 은(Silver)계열의 물질을 사용해왔으나 원료가 고가이고 진균에 대해서는 효과가 거의 없는 것으로 판명되었으며, 미국 EPA에서는 환경 및 인체에 대한 무독성 입증되지 않아 사용에 대하여 제재를 가하고 있는 실정이다.

산화 아연과 산화 티탄은 은을 대체하여 사용되어 질 수 있으며, 이 중 산화 티탄은 빛에 닿으면 활성산소를 생성하고, 이 활성산소가 분해력을 갖게 되면서 유기물 분해와 항균, 탈취, 유해물질 제거 등의 기능을 발휘하게 된다. 또한, 화학적인 안정성이 높아 플라스틱의 내화학성을 높일 수 있는 특징을 가진다.

하지만 산화 아연과 산화 티탄과 같은 광촉매 물질은 유기물질과 반응할 때 광반응으로 유기물질을 분해시키게 되며, 이는 유기물질의 물성의 저하로 이어질 수 있다.

하여 본 발명에 따른 산화 티탄과 산화 아연은 표면에 세라믹을 부분적으로 가공 처리한 하이브리드 입자 형태를 가져 유기물질을 분해가 발생되지 않도록 하였다.

즉, 산화 티탄과 산화 아연 표면에 광촉매 활성이 없는 실리카나 아파타이트 등의 세라믹을 마스크메론형 또는 돌기형상으로 덮어 씌워 유기 물질과 직접적으로 접촉하지 않도록 하였다.

마스크 메론형은 그물 모양의 껍질을 가지는 비광촉매 물질을 산화 티탄과 산화 아연 입자 표면에 씌움으로써 산화 티탄과 산화 아연의 입자 표면이 플라스틱과 직접적으로 접촉하지 않게 되고, 돌기 형상은 비광촉매 물질을 별 사탕의 돌기 모양으로 씌움으로써 플라스틱과 직접적으로 닿지 않게 하는 방식이다.

이로써 산화 티탄 표면이 플라스틱과 직접적인 접촉을 하지 못하므로 유기물질(플라스틱)의 분해 현상을 방지할 수 있으며, 특히 아파타이트(apatide)는 뼈나 치아를 구성하는 물질로서 생체 친화성이 뛰어나 미생물을 흡착할 수 있으므로, 산화 티탄 하이브리드 입자가 탁월한 항균 효과를 가질 수 있게 한다.

도 2는 본 발명에 따른 항균 플라스틱 마스터 배치 제조방법을 도시한 순서도이다. 본 발명에 따른 항균 플라스틱 마스터 배치 제조방법은 항균 컴플렉스를 제조하는 항균 컴플렉스 제조 단계(S1)와 상기 베이스 수지와 상기 항균 컴플렉스를 100 내지 350℃에서 1분 내지 2분간 교반하여 액체상의 항균 수지 조성물을 제조하는 항균 수지 조성물 제조 단계(S2)를 포함한다.

또한 상기 항균 수지 조성물을 봉형태로 압출 및 냉각하는 압출 및 냉각 단계(S3)와 상기 압출 및 냉각된 항균 수지 조성물을 1 내지 10mm 이하의 길이로 절단하는 절단 단계(S4)를 포함한다.

상기 항균 컴플렉스 제조 단계(S1)는 크림바졸, CPC(Cetyl Pyridinium Chloride)로 선택되어지는 어느 하나 이상을 포함하는 항균제와 열적 안정성을 높이고, 항균성을 지속하기 위한 혼합 첨가제를 1분 내지 5분 혼합한다.

보다 상세하게는, 하기에 설명되는 베이스 수지와 혼합 및 분산성을 위하여 항균제와 혼합 첨가제를 미리 혼합하여 항균 컴플렉스를 제조하게되며, 이때 크림바졸과 CPC의 함량은 동량 또는 목표 미생물군에 따라 차등 적용할 수 있으며, 전체 100 중량% 중 2 내지 20 중량%를 가진다.

2 중량% 미만이면 항균 효과를 보기 힘들고, 20 중량%를 초과하면 가공 공정 중에 탄화되거나 황변을 발생시킬 수 있고, 비경제적이기 때문에 전체 100 중량% 중 2 내지 20 중량%를 가지는 것이 바람직하다.

상기 혼합 첨가제는 산화 티탄, 산화 아연 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이때 산화 티탄과 산화 아연은 전체 중량 100중량%에 대하여 1 내지 10 중량% 내지 포함하는 것이 바람직한데, 1중량% 미만이면 항균제의 용출성을 감소시키는 데 효과가 미미하여 항균 지속성이 떨어진다.

산화 티탄과 산화 아연은 백색을 띄는 결정으로서 10중량% 이상이면 플라스틱의 색상을 불투명하게 만들고, 광촉매에 의한 지나친 광화학반응으로 플라스틱을 분해하는 결과를 초래할 수 있으며, 또한 필요 이상의 첨가는 비용적 부담을 가중시키게 되므로 1 내지 10중량%가 바람직하다.

상기 항균제와 상기 혼합 첨가제는 열적 손상이 발생하지 않도록 50 내지 100℃에서 1분 내지 5분간 혼합하게 되는데 1분 이내면 혼합이 충분히 되지 않고 높은 온도에서 5분 이상이면 열적 손상이 발생할 수 있기 때문에 1분 내지 5분간 혼합된다. 또한 항균제로서 크림바졸과 CPC를 함께 첨가할 때 50℃ 이상에서 두 물질이 공유결합을 형성하고, 크림바졸과 CPC는 유기물질로서 100℃ 이상일 경우 황변현상 또는 열적분해가 발생할 있어 반응을 하면서 열적 분해가 발생하지 않는 50내지 100℃ 이하가 바람직하다.

상기 항균 수지 조성물 제조 단계(S2)에서는 앞서 제조된 항균 컴플렉스를 베이스 수지와 100 내지 350℃에서 1분 내지 2분간 교반하여 액체상의 항균 수지 조성물을 제조하게 된다.

상기 베이스 수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 아크릴 수지, 실리콘계 수지로 선택되어지는 군 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하며, 상기 베이스 수지는 분말상 또는 펠렛상 중 어느 것이든 상관없다.

상기 베이스 수지는 종류마다 다르겠지만 100 내지 350℃에서 용융되어 액체상으로 제조될 수 있으며, 열적충격을 최소화하기 위하여 재료의 최소한의 용융온도에 맞게 설정하여 1분 내지 2분간 단시간 교반하는 것이 바람직하다.

예를 들면 폴리에틸렌(PE)의 경우 일반적으로 110 내지 140℃의 용융온도를 가지며, 밀도에 따라 저밀도 폴리에틸렌과 고밀도 에틸렌으로 분류된다. 저밀도 에틸렌의 경우 고밀도 에틸렌보다 결정화도가 낮아 110 내지 140℃의 범위 내에서 비교적 낮은 온도의 용융온도를 가진다. 이에 폴리에틸렌의 밀도에 따라 충분히 용융되는 최소한의 온도에서 1분 내지 2분의 단시간 교반하는 것이 열적 변화를 최소화할 수 있게 된다.

교반 시간이 1분 이내이면 열을 흡수할 충분한 시간을 갖지 못하여 항균 컴플렉스와 균일하게 혼합되기 어렵고, 2분 이상이면 열에 의한 황변이 발생하고, 항균 지속성을 떨어뜨릴 수 있어 1분 내지 2분이 바람직하다.

상기 압출 및 냉각 단계(S3)에서는 상기 항균 수지 조성물 제조 단계(S2)에서 제조된 항균 수지 조성물을 봉형태로 압출 및 냉각하게 되고, 상기 절단 단계(S4)에서는 상기 압출 및 냉각 단계(S3)에서 제조된 압출 및 냉각된 봉형상의 항균 수지 조성물을 1 내지 10mm 이하의 길이로 절단하게 된다.

1mm 이하로 절단할 경우 가공의 복잡성과 공정시간이 길어지고, 10mm 이상으로 절단할 경우 차후 용융가공시 용융시간이 길어지고 다른 플라스틱 수지와 혼합성이 떨어질 수 있기 때문에 1 내지 10mm이하의 길이가 바람직하다.

본 발명에 따른 항균 플라스틱은 열충격을 최소화한 항균 마스터 배치(펠렛) 형태로 제조되어 차후 다른 플라스틱 수지와 용융 및 혼합하여 사용되거나 단독으로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 항균 마스터 배치는 다른 플라스틱 수지에 첨가할 경우 0.5 내지 10% 첨가하여 사용하는 것이 바람직한데, 0.5% 이하를 첨가할 경우 분산 문제가 발생함은 물론 항균 효과를 보기 힘들며, 10% 초과할 경우 고온가공과정에서 갈라짐, 부풀어오르는 현상 등의 물성 변화가 나타나고 제품 단가가 올라갈 수 있기 때문이다.

항균력을 확인하기 위하여 ASTM G-21 법으로 곰팡이(진균) 특이성을 가지는 배지에 항균 플라스틱(ABS 베이스 수지) 시료를 올려 놓은 후 곰팡이를 접종하고 인큐베이터에서 배양하여 항균력을 확인하였다.

상기 항균 플라스틱은 상기 제조 방법을 이용하여 크림바졸 7%, CPC 7%, 산화 아연 4%, ABS 82%를 첨가하여 5cm×5cm의 시료를 제작하였다.

사용된 배지는 pH 5.6의 효모, 곰팡이용 PDA(Potato Dextrose Agar)이며, 사용된 균주는 Aspergillus niger(ATCC 9642), Pencillium pinophilum(ATCC 11797), Chaetominm globosum(ATCC 6205), Gliocladium virens(ATCC 9645), Aureobasidium pullulans(ATCC 15233)이다.

30 ℃의 배양기에서 3~7일간 배양하고, 미생물의 성장 여부를 4주간 관찰하였다. 결과판독은 현미경으로 곰팡이 성장이 확인되지 않음(0), 곰팡이 성장이 10%이내 인 것(1), 10~30%의 성장(2), 30~60%의 성장(3), 시료 전면적의 60% 이상 성장(4)로 분류된다.

초기는 5일간 배양한 샘플이며, 항균 처리가 되지 않은 군(대조군), 항균 처리 한 군(실험군)이다.

표 3는 본 발명에 따른 항균 플라스틱 시료의 항균력(항진균)을 보여주는 것이다.

	Sample
	초기	1주	2주	3주	4주
Blank	-	-	-	-	-
대조군	0	0	1	2	3
실험군	0	0	0	0	0

실험결과, 항균처리를 한 실험군은 4주간 미생물을 관찰할 수 없었으며, 항균처리를 하지 않은 대조군은 2주가 지나자 곰팡이균의 성장이 가속되었다.

도 3은 본 발명에 따른 항균 플라스틱 시료의 항균력(항진균)을 보여주는 사진으로서, 상기 표 3의 실험사진을 나타내고 있으며 (a)~(e)는 순서대로 초기~4주 간의 곰팡이 배양 결과이다. 왼쪽은 Blank, 가운데는 항균처리를 하지않은 대조군, 오른쪽은 항균처리한 실험군이다.

항균처리되지 않는 대조군에서는 곰팡이균이 플라스틱 시료에 퍼져나가 시간이 지날수록 곰팡이균의 성장이 가속된 반면에, 항균처리를 한 실험군에서는 항균 플라스틱 시료 주변으로 균이 자라지 않는 억제환이 생성된 것을 확인할 수 있었다.

표 4는 본 발명에 따른 항균 플라스틱 시료의 항균력(항세균)을 보여주는 것이다.

	Sample
	Blank	대조군	실험군
E. coli	-	0.88	5.90
S.aur	-	0	9.06

상기 실험(표 3)과 동일한 항균 플라스틱(ABS 베이스 수지)을 이용하여 세균에 대한 방부 활성 효과를 확인하였으며, 사용한 배지는 pH7.3의 NA(Nutrient Agar)이며, 사용 균주는 대장균(Escherichia coli: ATCC 8739), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus: ATCC 6538P)이다.

항균력을 확인하기 위하여 곰팡이(진균) 특이성을 가지는 배지에 항균 플라스틱(ABS 베이스 수지) 시료를 올려 놓은 후 곰팡이를 접종하고 인큐베이터에서 배양하여 항균력을 확인하였다.

30 ℃의 배양기에서 2~3일간 배양하고, 세균의 성장 여부를 확인하였다.

이때 단위가 높을수록 방부활성이 좋은 것이며, 실험군(항균 처리된 플라스틱)이 대조군(항균 처리를 하지 않은 플라스틱)과 비교하였을 때 방부 활성 값이 높게 나온 것을 확인할 수 있었다.

도 4는 본 발명에 따른 항균 플라스틱 시료의 항균력(항세균)을 보여주는 사진으로서, 상기 표 4의 실험 결과를 보여준다.

(a)는 대장균, (b)는 황색포도상구균을 배양한 것이다.

육안상으로는 억제환을 확인할 수는 없었으나 항균 플라스틱의 세균수를 확인한 결과 세균이 거의 확인되지 않았으며 탁월한 항균효과를 확인할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

Claims

항균 컴플렉스와 베이스 수지를 혼합하여 제조되는 항균 플라스틱 마스터 배치에 있어서,
상기 항균 컴플렉스는
크림바졸, CPC(Cetyl Pyridinium Chloride)로 선택되어지는 군 중 어느 하나 이상을 포함하는 항균제와;
열적 안정성을 높이고, 항균성을 지속하기 위한 혼합 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하며,
전체 중량 100 %에 대하여 상기 항균제 2 내지 20 중량%, 상기 혼합 첨가제 1 내지 10 중량%, 상기 베이스 수지 70 내지 97 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는
항균 플라스틱 마스터 배치.
제 1항에 있어서,
상기 혼합 첨가제는
산화 아연, 산화 티탄 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는
항균 플라스틱 마스터 배치.
제 1항에 있어서,
상기 베이스 수지는
폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 아크릴 수지, 실리콘계 수지로 선택되어지는 군 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는
항균 플라스틱 마스터 배치.
항균 컴플렉스와 베이스 수지를 혼합하여 제조되는 항균 플라스틱 마스터 배치의 제조방법에 있어서,
상기 항균 컴플렉스를 제조하는 항균 컴플렉스 제조 단계(S1)와;
상기 베이스 수지와 상기 항균 컴플렉스를 100 내지 350℃에서 1분 내지 2분간 교반하여 액체상의 항균 수지 조성물을 제조하는 항균 수지 조성물 제조 단계(S2)와;
상기 항균 수지 조성물을 봉형태로 압출 및 냉각하는 압출 및 냉각 단계(S3)와;
상기 압출 및 냉각된 항균 수지 조성물을 1 내지 10mm 이하의 길이로 절단하는 절단 단계(S4)를 포함하는
항균 플라스틱 마스터 배치 제조방법.
제 4항에 있어서,
상기 항균 컴플렉스 제조 단계(S1)는
크림바졸, CPC(Cetyl Pyridinium Chloride)로 선택되어지는 군 중 어느 하나 이상을 포함하는 항균제와;
열적 안정성을 높이고, 항균성을 지속하기 위한 혼합 첨가제를 1분 내지 5분 혼합하는 것을 특징으로 하며,
상기 혼합 첨가제는
산화 아연, 산화 티탄 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는
항균 플라스틱 마스터 배치 제조방법.
제 4항에 있어서,
상기 베이스 수지는
폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVA), 아크릴 수지, 실리콘계 수지로 선택되어지는 군 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는
항균 플라스틱 마스터 배치 제조방법.
제 4항 또는 제 5항에 있어서,
전체 중량 100 %에 대하여 상기 항균제 2 내지 20 중량%, 상기 혼합 첨가제 1 내지 10 중량%, 상기 베이스 수지 70 내지 97 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는
항균 플라스틱 마스터 배치 제조방법.