KR20170049300A - 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항균성을 가지며, 구강 내 각종 세균으로 인하여 발생되는 염증, 충치, 구취 등을 예방하기 위한 항균 칫솔 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 칫솔모 제조 시, 폴리계 수지 90~95중량%, 왁스계의 분산제 5~10중량%의 조성비를 갖는 폴리계 수지 94.5~97.5중량%, 대나무 숯 분말 1.1~3.0중량% 및 지솔 1.2~3.0중량%를 혼합하여 칫솔모로 가공한 것을 특징으로 하는 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 및 그의 제조방법은 음이온과 천연 미네랄이 풍부하게 함유된 대나무 숯 분말 및 무기항균제인 지솔(G-sol) 등이 혼합되어 첨가된 칫솔을 사용하여 칫솔질 시 구강건강에 도움이 되며, 구강 내 세균에 의한 전신질환으로의 이행(移行)을 예방하는데 도움을 준다. 또한, 칫솔질 후 칫솔의 보관 시, 수분의 빠른 제거 및 방부작용으로 칫솔 위생을 유지하고 칫솔의 교체시기를 연장해 줄 수 있는 효과도 있다.

Description

대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 및 그의 제조방법{Antibacterial toothbrush and a method of manufacturing the same using charcoal}

본 발명은 항균성을 가지며, 구강 내 각종 세균으로 인하여 발생되는 염증, 충치, 구취 등을 예방하기 위한 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 칫솔은, 일정한 강도 및 경도를 가지는 칫솔모와, 이 칫솔모가 식모된 헤드부, 그리고 헤드부와 연결되어 사용자가 파지하는 손잡이로 구성되어 있다. 이러한 칫솔은 구강 위생을 위한 필수적인 위생도구로, 헤드부의 솔체 위에 적당량의 치약을 묻혀 구강 내의 치아나 혀 등에 닦아 주는 도구로서, 항상 청결을 유지해야 하며, 특히 칫솔모에 세균 번식이 되지 않도록 주의해야 한다.

그러나, 현실적으로는 사용자가 구강 세척을 위해 칫솔질을 하고 난 후 칫솔모에 음식 찌꺼기, 니코틴 등의 이물질이 잔존하고 있어서, 칫솔질 후에는 필히 칫솔모를 세척해야만 하기 때문에 칫솔모는 항상 완전히 건조되지 못한 채 습기가 많은 상태로 보관될 수 밖에 없어 세균번식으로 인한 여러가지 위생적인 문제가 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 칫솔의 미사용 시에는 유리컵 등과 같은 용기 내에 세워서 보관하거나 칫솔 꽂이 등에 보관하게 되는데, 용기 내에 보관 시 보관된 칫솔의 수량이 많은 경우 칫솔의 칫솔모들이 상호 접촉한 상태로 보관될 수 밖에 없어 각종 세균의 감염 등 비위생적인 문제점이 있었으며, 칫솔 꽂이에 걸어 보관 시에는 칫솔의 칫솔모가 상호 접촉되는 것을 어느 정도는 막아주지만 칫솔 사용 시 혹은 사용 후 걸어둔 주변의 다른 칫솔들을 건드려 바닥 등에 떨어지는 경우가 빈번하게 발생되어 사용의 불편과 함께 위생 상에 문제점들이 있었다.

따라서, 전술한 문제점을 해결하고자 한국 등록특허 제10-0281817호에 세균을 살균하는 항균부재를 칫솔모 주위와 식모홈 내부벽면에 설치함으로써 칫솔모 주위와 식모홈 내부에 잔존하는 음식 찌꺼기에 의한 세균번식을 억제하여 위생적으로 사용가능한 '항균칫솔'이 게시되어 있다.

그러나, 상기 발명은 사용 후 일시적으로는 항균효과가 있을지 몰라도, 칫솔 사용 후 칫솔이 보관되는 용기 혹은 칫솔 꽂이 등에 보관하면, 칫솔모로부터 칫솔모를 세척한 뒤, 잔여분의 물이 손잡이를 타고 흘러내려 칫솔 전체에 분포하게 되고, 또한 이 상태로 장시간 사용하지 않을 경우에는 칫솔의 칫솔모가 습기로 인해 부패되어 각종 세균 등이 배양되어 항균효과가 급격하게 저하되는 문제점이 있다.

한국 등록특허 제10-0281817호(2001.02.15.) 한국 공개특허 제10-2009-0060151호(2009.06.11.) 한국 등록실용신안 제20-0456552호(2011.11.07.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 안출(案出)된 것으로, 본 발명의 목적은 일반 칫솔로 칫솔질을 할 때 발생하는 유해 세균의 유입을 방지하고자 항균, 항취 효과가 높은 대나무 숯 분말 및 무기항균제인 지솔(G-sol) 등을 혼합하여 제조된 칫솔모를 구비한 항균 칫솔로 박테리아의 증식을 방지하여 구강 내 세균에 의한 전신질환으로의 이행(移行)을 예방하는데에 있다. 다른 한편, 칫솔의 보관 시 수분의 빠른 제거 및 방부작용으로 칫솔 위생을 청결하게 유지하는데에 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔의 제조방법은,

(a) 폴리계 수지 90~95중량%, 왁스계의 분산제 5~10중량%로 이루어진 혼합 수지 준비 단계(S11);

(b) 상기 혼합 수지 94.5~97.5중량%, 대나무 숯 분말 1.1~3.0중량% 및 무기항균제인 지솔(G-sol) 1.2~3.0중량%를 믹서기에 넣고 교반하는 단계(S12);

(c) 상기 단계(b) 이후, 교반된 원료를 압출장치에서 단일 가닥의 직경이 0.25~0.35mm로 형성되도록 압출하여 칫솔모를 형성하는 단계(S13);

(d) 상기 압출된 칫솔모를 절단하고, 절단된 칫솔모의 끝단을 매끄럽게 가공하는 단계(S14); 및

(e) 상기 가공된 칫솔모(22)를 칫솔의 헤드부(20)에 식모하는 단계(S15);로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 대나무 숯 분말은 대나무를 1,000~1,200℃에서 탄화시켜 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 지솔(G-sol)은 은(Ag) 50~62중량%, 이산화티타늄(TiO₂) 38~50중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리계 수지는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 내충격성 폴리스티렌(HIPS), 스타이렌수지(GP), ABS수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트수지(PET), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리부틸렌 테레프탈레이트수지(PBT), 폴리우레탄(PU) 및 나일론(NYLON) 중에서 선택된 하나 또는 하나 이상이 혼합된 수지를 사용하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 (b)단계에서 믹서기의 내부 온도를 150~170℃로 유지하면서, 각 원료를 교반하는 것을 특징으로 한다.

상기 압출장치는 믹서기와 이송관을 매개로 연결 배치되고, 상기 믹서기에서 교반이 완료된 원료는 200~250℃로 가열된 압출장치로 이송되어 압출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 및 그의 제조방법은 음이온과 천연 미네랄이 풍부하게 함유된 대나무 숯 분말 및 무기항균제인 지솔(G-sol) 등이 혼합되어 첨가된 칫솔을 사용하여 칫솔질 시 구강건강에 도움이 되며, 구강 내 세균에 의한 전신질환으로의 이행(移行)을 예방하는데 도움을 준다.

또한, 칫솔질 후 칫솔의 보관 시, 수분의 빠른 제거 및 방부작용으로 칫솔 위생을 유지하고 칫솔의 교체시기를 연장해 줄 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔의 제조 공정도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예의 제조방법에 의해 형성된 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔의 시제품 사진이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예의 제조방법에 의해 형성된 칫솔모의 항균성을 시험한 시험성적서이다.

본 발명의 명칭은 '대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 및 그의 제조방법' 으로 이 분야에 종사하는 기술자가 쉽게 알 수 있도록 구체적인 내용을 기재하고 충분히 유추 가능한 별도의 기재는 생략한다. 또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석하지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 본 발명에 따른 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 및 그의 제조방법에 대하여 자세하게 설명한다.

본 발명은 폴리계 수지 90~95중량%, 왁스계의 분산제 5~10중량%의 조성비를 갖는 혼합 수지 94.5~97.5중량%와; 1.1~3.0중량%의 대나무 숯 분말과; 1.2~3.0중량%의 무기항균제인 지솔(G-sol)을 믹서기에 넣고 혼합하고, 압출과 가공과정을 거쳐 칫솔모(22)를 제조한다.

이때, 상기 칫솔모(22)는 폴리계 수지 90중량% 내지 95중량%, 왁스계의 분산제 5중량% 내지 10중량%로 이루어진 혼합 수지 준비 단계(S11)와; 상기 혼합 수지 94.5중량% 내지 97.5중량%와 대나무 숯 분말 1.1중량% 내지 3.0중량%와 무기항균제인 지솔(G-sol) 1.2중량% 내지 3.0중량%를 믹서기에 넣고 교반하는 단계(S12)와; 상기 단계(S12) 이후, 혼합된 원료를 압출장치에서 단일 가닥이 직경 0.25mm 내지 0.35mm로 형성되도록 압출하여 칫솔모를 형성하는 단계(S13)와; 상기 칫솔모를 절단하고, 절단된 칫솔모의 끝단을 매끄럽게 가공하는 단계(S14); 및 상기 가공된 칫솔모(22)를 칫솔의 헤드부(20)에 식모하는 단계(S15)로; 제조된다.

먼저 본 발명에 있어서, 요부인 칫솔모(22)는 폴리계 수지 90~95중량%, 왁스계의 분산제 5~10중량%의 조성비를 갖는 혼합 수지 94.5~97.5중량, 대나무 숯 분말 1.1중량% 내지 3.0중량% 및 무기항균제인 지솔(G-sol) 1.2중량% 내지 3.0중량%로 크게 구성된다.

전술한 구성에 나타난 주원료 및 기능성 소재의 특징을 살펴보면 다음과 같다. 먼저 상기 칫솔모(22)에 적용되는 폴리계 수지의 종류에는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 내충격성 폴리스티렌(HIPS), 스타이렌수지(GP), ABS수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트수지(PET), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리우레탄(PU) 및 나일론(NYLON) 등으로 통상적으로 사용되는 합성수지에 해당되며, 이 중에서 1종 또는 이들이 2종 이상 혼합된 수지도 사용이 가능할 수도 있다. 상기 성분으로 이루어진 혼합 수지는 왁스계의 분산제 5중량% 내지 10중량%를 포함하면서 칫솔모(22)를 구성하는 전체 조성비 중 94.5중량% 내지 97.5중량%가 함유될 수 있는데, 94.5중량% 미만으로 함유될 경우에는 상기 칫솔모(22)가 연질의 성질을 띄면서 내구성이 크게 저하될 수 있고, 97.5중량%를 초과하여 함유되면 칫솔모가 단단해지면서, 구강 세척 시 상피세포 등을 자극하여 사용상에 곤란함을 초래할 수 있다.

상기 혼합 수지에 5중량% 내지 10중량%가 포함되는 왁스계 분산제는 지방족 디엔이가 주 원료를 이루는 성분으로, 칫솔모 제조에 함유되는 물성들의 미세분말 상태가 상기 혼합 수지와 결합 시 고르게 잘 분포되도록 유도하는 첨가제로써, 특히, 혼합된 물질이 엉겨붙어 덩어리지거나 어느 한쪽으로 치우치지 않도록 하는 역할을 한다. 상기 혼합 수지에 왁스계 분산제를 전술한 범위에서 미달되거나 초과하여 첨가하게 되면, 혼합되는 성분들의 결합이 불규칙하게 일어나서 압출 시 칫솔모의 가닥 외주면이 균일하지 않게 된다.

한편, 대나무 숯 분말은 다공을 띄면서, 이러한 다공성의 구멍은 미생물의 주거 공간이 되어 유해한 세균과 냄새를 흡착하는 기능을 한다. 본 발명에서는 대나무를 1,000℃ 내지 1,200℃의 고온에서 일정시간 탄화시켜, 대나무 숯 분말을 얻을 수 있다. 이때, 탄화온도가 1,000℃ 미만일 경우에는 탄화시간이 너무 길어지고, 1,200℃를 넘으면 에너지 소비량이 높아져 비경제적이다. 탄화가 완료되면 물을 분부하여 숯쪽이 대기와의 순간적인 접촉으로 인해 연소가 더이상 진행되지 않도록 하고, 흙 등으로 질식 소화시킨다. 계속적으로 숯의 표면이 연소하게 되면 대나무 숯의 두께에 따른 탄화정도가 불일정하여 숯의 특성이 떨어진다.

상기 대나무 숯 분말은 다른 성분과 혼합 시 1.1중량% 내지 3.0중량% 범위 내에서 혼합될 수 있는데, 전체 조성비에서 1.1중량% 미만이 혼합되면 항균성이 현저하게 떨어지게 되고, 반대로 3.0중량%를 초과하여 첨가하면, 칫솔모 수지의 특성 상 칫솔모가 쉽게 부러질 수도 있다.

참고로, 대나무 숯 분말은 다음과 같은 특징을 지닌다.

첫째, 재료에 차이가 있긴 하지만 보통 1g당 내부 표면적이 무려 3백 평방미터(약 1백평)나 된다. 즉 손마디 정도 크기의 숯에 테니스장 넓이 정도의 내부 표면을 갖고 있는 셈이다. 활성탄은 이 내부 표면적을 극대화한 것으로 3,500평방미터나 되는 다공성을 갖고 있다. 목탄을 활성탄이라 부르는 것은 바로 이런 구멍이 미생물의 주거 공간이 되어 유해한 세균과 냄새를 흡착하기 때문이다. 따라서 구멍이 작고 많을수록 좋은 목탄이라고 할 수 있다. 예컨대, 간장이나 된장을 담글 때 금줄에 숯을 달아 놓는 것도 이러한 성질을 이용한 것이다. 또한, 숯의 다공성은 습기를 조절하는 능력과 방부작용을 가지고 있다.

둘째, 숯 자체에서 발생되는 음(-)이온은 산소가 풍부하여 공기를 맑게 하고 모든 생명활동을 돕는 작용을 한다. 예컨대, 냉장고의 심한 악취는 냉장고 내의 산소가 부족할 때 산소를 싫어하는 미생물이 많이 번식하여 가스를 발산하기 때문이다. 이런 환경에서는 자연히 양(+)이온이 많이 존재하고 음이온은 매우 적어진다. 이럴때 숯이 있으면 숯에 기생하는 미생물과 숯이 내뿜는 음이온의 효과로 환경을 바꿀 수 있으며, 따라서 냄새도 없어지게 되는 것이다.

셋째, 숯은 탄소질이 약 80%이고, 나머지가 미네랄(칼슘, 나트륨, 철, 마그네슘, 칼륨, 인 등)로 구성되어 있다. 숯에는 나무가 토양에서 빨아 올린 천연 미네랄이 균형 있게 들어 있으며, 숯이 만들어지는 과정에서 농축된다. 미네랄은 바닷물에 균형이 잘 잡힌 상태로 존재하고 있으며, 소금은 이것이 잘 농축된 상태이다.

한편, 대나무 숯 분말은 전술한 바와 같이 탈취, 살균, 방부, 습도조절 등을 고루 갖고 있으며, 최근에는 인체에 유익한 원적외선 및 음이온을 발생하는 한편, 전자파를 차단하는 등의 효과가 연구결과에 의해 학계에 발표되고 있다.

이와 같이 인체에 유익한 성분으로 구성된 대나무 숯 분말은 금속, 비금속 및 합성수지 등과 같은 제품과 혼합 성형되어 사용될 수 있는데, 이러한 대나무 숯 분말은 타 제품군과 혼합하여 사용 시 환경호르몬과 같은 독성물질을 제거하고 인체에 유익한 성분을 방사하게 된다.

상기 무기항균물질인 지솔(G-sol)은, 국내에서 자체 개발한 항바이러스 개발제품으로, 본 발명에서는 항균 칫솔에 포함되어 이루어지는 성분인 상기 지솔(G-sol)의 기능성을 가장 극대화할 수 있도록 함유되는 물질의 조성비를 반복적인 실험을 통해 도출하였고, 이를 본 발명에 적용시켰다.

상기 지솔(G-sol)은 은(Ag) 50중량% 62중량%와 이산화티타늄(TiO₂) 38중량% 내지 50중량%를 포함하여 이루어진다. 상기 두 물질은 분말 형태로 이루어지고, 공지된 것이나 상업 상 입수 가능한 것이라면 사용이 가능한다. 상기 은(Ag)은 합성수지의 여러 문제들 중에 인체에 미치는 악영향들, 예컨대 피부질환, 불임, 유산, 면역성 저하, 암 유발 등을 은(Ag)의 고유한 항균, 항독성으로 인해 질병을 미연에 방지할 수 있다. 상기 은(Ag)은 다공성 실리카 복합체 분말로 첨가량을 50중량% 미만으로 첨가하면 항균효과 등의 기능성이 미비하며, 62중량%를 초과할 경우 제조원가의 상승 요인이 된다.

한편, 지솔(G-sol)에 포함되는 이산화티타늄(TiO₂)은 분말 형태로 존재하고, 양이온 부유입자와 전기적인 중화응집으로 침전을 유발하여 정수작용이 우수하며 자체함수 기능으로 보습효과가 크고, 호라성도(활성화)가 높은 고유의 특성이 있는 한편, 상온에서 5마이크로 내지 20마이크로 파장의 원적외선을 90% 이상 방사하는 특징이 있는 강한 음이온(-)을 발산하는 기능성 물질이다. 상기 이산화티타늄(TiO₂)은 이와 유사한 기능을 하는 포조란 광물을 미세입자로 분쇄하여 동일한 중량비로 지솔(G-sol)의 혼합물로 사용할 수도 있다. 상기 이산화티타늄(TiO₂)은 38중량% 미만으로 첨가되는 경우 기능상 발현이 미흡하며, 50중량%를 초과하여 첨가되면 그 이상의 기능성 효과가 크게 형성되지 않고 첨가량의 낭비만 초래할 수 있다.

이와 같은, 은(Ag)과 이산화티타늄(TiO₂)이 포함된 지솔(G-sol)은 혼합 수지에 혼합하여 사용할 경우, 항균성과 항독성이 뛰어나 살균효능이 지속적으로 유지되고, 칫솔질 후 칫솔의 보관 시 수분의 빠른 제거 및 방부작용으로 칫솔 위생을 청결하게 유지할 수 있다. 상기 지솔(G-sol)의 특징을 일반 칫솔모에 일반적으로 사용되는 유기화학제제와 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.

항 목	지솔(G-sol)	유기화학제제
주성분	천연 미네랄물질 무알콜, 무염소계, 무페놀류	대부분 알콜류, 페놀류, 염소계
살균효능의 지속성	나노입자로 부착력 우수	휘발성이므로 순간살균
안전성	인체, 동물에 무해함	유기화합물로 인체에 자극 우려
항바이러스	항균, 항바이러스	항균
탈취력	유해가스 탈취 성능 우수	탈취 효능 없음

한편, 지솔(G-sol)은 칫솔모(22)를 이루는 전체 조성비 중, 1.2중량% 내지 3.0중량%가 함유되는데, 1.2중량% 미만이 함유되는 경우에는 목적하고자 하는 효과 즉, 항균성 등이 현저하게 떨어지고, 3.0중량%를 초과하여 함유되면, 대나무 숯 분자 입자와 지솔(G-sol)의 분자가 상호 반데르발 작용, 다시 말해서 분자 입자끼리 충돌하여 상기 분자 입자가 상쇄될 수 있다.

이상 열거한 기능성 물질들은 도 1에 나타낸 제조방법에 의해 칫솔모(22)를 구성하게 된다.

먼저, 폴리계 수지 90중량% 내지 95중량%와 왁스계의 분산제 5중량% 내지 10중량%로 이루어진 혼합 수지를 준비한다.

다음으로, 상기한 성분들의 구성으로 이루어진 혼합 수지 94.5중량% 내지 97.5중량%와 대나무 숯 분말 1.1중량% 내지 3.0중량%와 무기항균제인 지솔(G-sol) 1.2중량% 내지 3.0중량%를 믹서기에 넣고 교반시킨다. 상기 교반 시에는 믹서기의 내부 온도를 150℃ 내지 170℃로 유지하는게 좋다. 상기 믹서기의 내부 온도가 150℃ 미만이면, 원료의 혼합이 잘 이루어지지 않고, 170℃ 이상이면, 고온으로 인하여 물질의 분자가 일부 파괴되어 제 기능을 발휘하지 못할 수도 있다. 한편, 상기 온도는 별도의 열원발생장치 등을 이용하여 달성할 수 있다.

상기 열거한 성분들은 믹서기로 40분 내지 45분 동안 250rpm/min 내지 350rpm/min 속도로 회전시켜 교반시키는게 바람직하다. 이는 분말 상태의 대나무 숯 분말과 지솔(G-sol)이 혼합 수지와 혼합 시 고르게 잘 분포되도록 유도함으로써, 혼합되어 교반된 물질이 엉겨붙어 덩어리지거나 한쪽으로 치우치지 않도록 하기 위함이다.

이후, 교반된 원료를 200~250℃로 가열된 압출장치에서 단일 가닥이 0.25mm 내지 0.35mm의 직경으로 형성되도록 압출하여 칫솔모를 형성한다. 상기 범위의 온도에서 압출하는 것은 교반된 원료 중에 하나인 혼합 수지를 완전히 용융하여 압출하기 위함이다.

여기서, 믹서기 내부에서 150℃ 내지 170℃로 교반된 원료는 즉시 압출장치로 이송시키는게 바람직하다. 상온에서 공기와 접촉 시 교반된 원료가 굳음으로써, 기능성을 띄는 원료들의 분자 입자의 결합이 약해져 목적하고자 하는 효과를 기대하기 어렵기 때문이다. 이를 위해, 상기 믹서기와 압출장치를 이송관을 매개로 연결 배치하여 일체형으로 구성된다. 이때, 상기 믹서기는 개폐토출구가 별도로 마련되어, 교반이 완료된 원료는 상기 개폐토출구를 개방하여 이와 연결된 이송관으로 이송시킬 수 있다. 상기 이송관은 바람직하게는 믹서기 하부 일측, 압출장치의 상부 일측에 각각 연결되며, 이송관의 내부에는 컨베이어 등의 이송수단을 설치할 수 있다.

상기 압출장치에서 압출된 칫솔모의 단일 가닥의 직경은 0.25mm 내지 0.35mm로 형성되도록 하는게 바람직하다. 상기 칫솔모의 단일 가닥을 전술한 범위로 미세하게 압출함으로써, 치아 사이의 틈새에 끼어있는 이물질 제거 기능이 탁월할 수 있다.

상기와 같이 압출된 칫솔모는 끝단을 매끄럽게 가공하고, 가공된 칫솔모(22)를 칫솔의 헤드부(20)에 식모함으로써 칫솔모(22)가 기능성 소재로 된 칫솔을 제조하게 된다.

이와 같이, 전술한 제조방법에 의해 제조된 칫솔모(22)는 최종적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 미끄럼 방지돌기(12)가 형성된 손잡이부(10)와; 상기 손잡이부(10)의 상부에 일체로 형성되며, 상기 칫솔모(22)가 식모된 헤드부(20);로 구성된 본 발명의 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔을 완성할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 및 그의 제조방법에 관한 것으로 폴리계의 합성수지 원료에 음이온이 발생되는 다수의 기능성 소재를 혼합하여 칫솔모(22)를 형성하고, 이를 칫솔 헤드부(20)에 식모하여 사용하는 것인 바, 상기 칫솔모(22)가 구비된 칫솔로 구강 청소 시 입속에 기생하는 세균의 서식 및 번식을 억제할 뿐만 아니라, 상기 구강 청소만으로 인체의 유해한 요소를 제거함으로써 원활한 신진대사를 도모하고 나아가 건강을 증진시키는 효과가 있다.

이하, 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

그러나, 하기에 설명하고 있는 실험예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

( 실험예 1) 무기항균물질 지솔의 항균성 검사

실험에 사용되는 방법은 희석평판배양법을 사용하여 충치 원인균인 S. mutans에 대한 살균 실험을 실시하였다.

1. 실험방법

실험균주를 액체배지에 배양시킨 후 배양된 세균을 희석하여 초기 세균수가 1.0~9.9×10⁵cfu/㎖가 되도록 조정하여 실험에 사용하였다.

검체 원액을 실험액으로 사용하였으며, 실험액 20㎖에 균액 0.2㎖을 첨가하여 혼합한 후 실온에서 30분 방치한 후에 세균수를 측정하여 초기 세균수에 대한 감소율을 알아보았다. 생리식염수를 대조로 하여 초기 세균수를 측정하였다.

단, 이때 모든 실험의 희석 단계에서는 D/E Neutralizing Broth(DIFCO)를 이용하여 중화시키는 과정을 거쳐 실험을 실시하였으며 배지에서 세균이 증식한 경우, 배지상의 균수에 희석 배수를 곱하여 산출하였다. 배지에서 세균이 증식하지 않은 경우는 중화단계에서 이루어진 희석배수를 곱하여 10미만(<10)으로 표시하였다. 모든 단계의 세균수의 측정은 TSA를 이용하였으며 생균수 계산은 하기 식 1에 따라 측정하였고, 항균감소율은 하기 식 2에 따라 결정하였다.

(N : 생균수, C : 집락수, D : 희석배수)

(R : 살균감소율, A : 초기 세균수, B : 일정시간 후 세균수)

2. S. mutans에 대한 살균실험 결과

S. mutans에 대한 결과는 초기 접종균수 3.1×10⁵cfu/㎖에서 30분 후 <10cfu/㎖로 나타났다.

구 분	초 기	30분 후
G-Sol (CFU/㎖)	3.1×105	< 10 (99.9% 이상)

(A : 초기 세균수, B : 일정기간 후 세균수)

3. 결론

소독제에는 중금속류, Halogen 화합물, 산화제, 산 및 알칼리, Akyle화제, 석탄산 유도체, 지방족 화합물, 계면활성제, 색소, 식품첨가용 방부제 등이 속하는데, 미생물에 의한 피해를 줄이기 위해 공산품에 항균능력을 나타내는 소재를 많이 첨가하고 있다. 본 실험에 사용된 시료는 무기화합물인 지솔(G-sol)로서 이에 대한 살균실험 결과 충치 원인균으로 알려진 S. mutans에 대하여 99.9% 이상의 살균 효력을 나타냈다.

(살균실험 초기)

(살균실험 30분 후)

(G-sol의 S. mutans에 대한 CFU chart)

( 실험예 2) 대나무 숯의 항균성 검사

실험에 사용되는 방법은 희석평판배양법을 사용하여 충치 원인균인 S. mutans에 대한 살균 실험을 실시하였다.

1. 실험방법

Trypticase Soy Broth에 S. mutans 균을 접종하고 (37±1)℃에서 24시간 진탕 배양한 균액을 1~5×10⁵개/㎖가 되도록 희석하여 접종균액으로 사용하였다. 실험시료 및 대조시료는 자외선(UV lamp) 등을 이용하여 청정화 시킨 후 실험에 사용하였으며 중화용액을 대조수단으로 이용하였다. 미리 준비해 둔 중화용액에 0.2g/㎖의 비율로 시료를 넣고 접종균액을 접종하여 120rpm, (37±1)℃의 조건에서 24시간 진탕 배양하였다. 따로 동일한 방법으로 시료를 넣지 않은 중화용액에 실험균액을 접종하여 대조로 하였다. 배양 후 실험시료 및 대조시료로부터 균액을 채취하여 생리식염수를 이용하여 희석하고, TSA 배지를 사용하여 (37±1)℃에서 24시간 배양해 세균수를 측정하였다. 생균수 계산은 하기 식 3에 따라 측정하였고, 항균감소율은 하기 식 4에 따라 결정하였다. 본 실험은 하기 식 5의 실험성립조건을 만족시키는 것으로 나타났다.

(N : 생균수, C : 집락수, D : 희석배수)

(M_b : 24시간 배양 후 대조시료의 균수, M_c : 24시간 배양 후 실험시료의 균수)

(M_b : 24시간 배양 후 대조시료의 균수, M_a : 대조시료의 초기 균수)

시험성립조건 : 균의 증식값이 31.6배 이상이어야 함

2. S. mutans에 대한 살균실험 결과

S. mutans에 대한 결과는 초기 접종균수 3.3×10³cfu/㎖에서 24시간 후 대조시료는 3.4×10⁵cfu/㎖로 나타났고, 시험시료는 1.4×10⁵cfu/㎖로 나타났다.

구 분	초 기(CFU/㎖)	24시간 후(CFU/㎖)	감소율
대조시료	3.3×103	3.4×105	58.8%
실험시료		1.4×105

3. 결론

실험에 사용된 시료인 대나무 숯 분말에 대하여 항균력 실험을 한 결과 충치 원인균으로 알려진 S. mutans에 대하여 58.8%의 살균 효력을 나타내었다.

(살균실험 24시간 후[대조시료])

(살균실험 24시간 후[실험시료])

(대나무 숯의 S. mutans에 대한 CFU chart)

( 실험예 3) 본 발명에 따른 칫솔모에 대한 항균성 검사

대나무 숯과 무기항균물질인 지솔(G-sol)을 첨가하여 제작한 칫솔모에 대한 항균성 실험을 실시하였다. 실험예 1에서 지솔의 항균성을 검증한 바 있으며, 실험예 2에서는 대나무 숯 분말과 항균성을 실험하여 검증하였다. 이들 결과를 바탕으로 대나무 숯 분말과 지솔 용액을 수지에 첨가하여 칫솔모를 제작한 후, 시제품으로 만들어진 칫솔모에 대한 항균성 검사를 실시하였다. 실험에 사용된 방법은 한국산업규격(KS J 4206:2008 진탕 플라스크방법)으로 이 표준은 항균 기능이 부여된 제품의 진탕 플라스크에 의한 항균력 시험방법으로 기능성 플라스틱 제품의 항균성 검사에 사용된다. 진탕 플라스크 시험에 사용되는 공시균은 Escherichia coli ATCC 25922, KCTC 1682과 Staphylococcus aureus ATCC 6538, KCTC 1916 인데, 본 실험에서는 E. coli를 사용하여 항균성을 검사하였다. 충치 원인균인 S. mutans에 대한 실험은 실험예 1 및 2에서 지솔과 대나무 숯 분말의 항균성을 검증하는 과정에서 수행하였으므로 실험예 3에서는 공시균인 E. coli에 대해 칫솔모의 항균성 실험을 실시하였다.

1. 실험방법

Trypticase Soy Broth에 공시균을 접종하고 (37±1)℃에서 24시간 진탕 배양한 균액을 1~5×10⁵개/㎖가 되도록 희석하여 접종균액으로 사용하였다. 실험재료 및 대조시료는 자외선(UV lamp) 등을 이용하여 청정화 시킨 후 실험에 사용하였으며 중화용액을 대조시료로 이용하였다. 미리 준비해 둔 중화용액에 0.2g/㎖의 비율로 시료를 넣고 접종 균액을 접종하여 120rpm, (37±1)℃의 조건에서 24시간 진탕 배양하였다. 따로 동일한 방법으로 시료를 넣지 않은 중화용액에 실험균액을 접종하여 대조로 하였다. 배양 후 실험시료 및 대조시료로부터 균액을 채취하여 생리식염수를 이용하여 희석하고, TSA 배지를 사용하여 배양해 세균수를 측정하였다. 균 접종 초기 균수 측정은 접종 즉시 실험시료와 대조시료를 포함하고 있는 삼각플라스크로부터 균액을 일정량 채취하여 생리식염수로 희석하고 TSA배지를 사용하여 (37±1)℃에서 24시간 배양 후 균수를 확인하였다. 배양 후 균수 측정은 24시간 후 대조시료 및 실험시료를 포함하고 있는 삼각플라스크의 각 실험용액으로부터 일정량을 채취하여 생리식염수를 이용하여 희석하고 TSA배지를 사용하여 (37±1)℃에서 24시간 배양 후 균수를 확인하였다. 이때 희석 비율은 10¹~10⁴배의 희석 범위로 하였다.

실험성립조건은, 접종 후 대조시료의 초기 균수보다 접종 후 24시간 배양된 대조시료의 균수에 뚜렷한 증가가 있어야 한다. 균의 증식값이 31.6배가 넘는 경우 실험은 정상적으로 행해진 것으로 보고 실험이 유효하다고 판정한다. 증식값이 31.6배 이하인 경우 실험은 유효하지 않은 것으로 판정하여 재실험을 실시한다. 본 실험은 하기 식 8의 실험성립조건을 만족시키는 것으로 나타났다. 실험이 유효하므로 하기 식 6에 의해 세균의 생균수를 계산하였다. 세균의 감소율은 하기 식 7에 의해 계산하였다.

(N : 생균수, C : 집락수, D : 희석배수)

(M_b : 24시간 배양 후 대조시료의 균수(평균값), M_c : 24시간 배양 후 실험시료의 균수(평균값))

(M_b : 24시간 배양 후 대조시료의 균수(평균값), M_a : 대조시료의 초기 균수(평균값))

실험성립조건 : 접종 후 대조시료의 초기 균수보다 접종 후 24시간 배양된 대조시료의 균수가 뚜렷한 증가가 있어야 함(균의 증식값이 31.6배 이상)

2. 살균실험 결과

E. coli에 대한 결과는 초기 접종균수 4.5×10³CFU/㎖에서 24시간 후 대조시료는 3.5×10⁵CFU/㎖로 나타났고, 실험시료는 <10CFU/㎖로 나타났다.

구 분	초 기 (CFU/㎖)	24시간 후 (CFU/㎖)	감소율
대조시료	4.5×108	3.5×105	99.9%
실험시료		<10

3. 결론

실험에 사용된 시료인 대나무 숯 분말과 지솔을 첨가한 칫솔모에 대하여 항균성 검사를 한 결과 그람 음성균인 E. coli에 대하여 99.9%의 항균 효력을 나타내었다.

(24시간 후 E. coli[대조시료])

(24시간 후 E. coli[실험시료])

(칫솔모의 E. coli에 대한 CFU chart)

( 실험예 4) 일반모와 본 발명에 따른 칫솔모에 대한 항균성 비교 검사

실험군(대나무 숯과 무기항균물질은 지솔을 첨가하여 제작한 칫솔모)과 대조군(일반 칫솔모)에 대한 항균성 비교 실험을 실시하였다. 실험에 사용된 방법은 KS J 4206:2008 진탕 플라스크 방법으로 이 표준은 항균 기능이 부여된 플라스틱 제품의 항균성 검사에 사용된다. 실험에 사용된 균은 충치를 유발시키는 S. mutans균이다.

1. 실험방법

Brain Heart Broth에 S. mutans균을 접종하고 (37±1)℃에서 24시간 진탕 배양한 균액을 1~5×10⁵개/㎖가 되도록 희석하여 접종균액으로 사용하였다.

실험시료(대나무 숯모) 및 대조시료(일반모)는 자외선(UV lamp) 등을 이용하여 청정화 시킨 후 실험에 사용하였다. 미리 준비해 둔 중화 용액에 0.2g/㎖의 비율로 시료를 넣고 접종균액을 접종하여 120rpm, (37±1)℃의 조건에서 24시간 진탕 배양하였다. 배양 후 실험시료 및 대조시료로부터 균액을 채취하여 생리식염수를 이용해 희석하고, BHI agar plate를 사용하여 (37±1)℃에서 24시간 배양하여 세균수를 측정하였다. 생균수 계산은 하기 식 9에 따라 측정하였고, 항균감소율은 하기 식 10에 따라 계산하였다. 본 실험은 하기 식 11의 실험성립조건을 만족시키는 것으로 나타났다.

(N : 생균수, C : 집락수, D : 희석배수)

(M_b : 24시간 배양 후 대조시료의 균수, M_c : 24시간 배양 후 실험시료의 균수)

(M_b : 24시간 배양 후 대조시료의 균수, M_a : 대조시료의 초기 균수)

실험성립조건 : 균의 증식값이 31.6배 이상이어야 함

2. 항균실험 결과

S. mutans에 대한 결과는 초기 접종균수 3.8×10³CFU/㎖에서 24시간 후 대조시료는 3.4×10⁵CFU/㎖로 나타났고, 실험시료는 <10CFU/㎖로 나타났다.

구 분	초 기 (CFU/㎖)	24시간 후 (CFU/㎖)	감소율
대조시료	3.8×103	3.4×105	99.9%
실험시료		<10

3. 결론

실험군(대나무 숯과 무기항균물질인 지솔을 첨가하여 제작한 칫솔모)과 대조군(일반 칫솔모)에 대하여 항균성 비교 시험실험을 한 결과 그람 양성균인 S. mutans에 대하여 대조군에 비해 실험군이 99.9% 이상의 항균 효력을 나타내는 것을 알 수 있었다.

(24시간 후 S. mutans[일반 칫솔모])

(24시간 후 S. mutans[대나무 숯 칫솔모])

(일반모와 대나무 숯 칫솔모의 S. mutans에 대한 CFU 비교 chart)

상기 실험은 대나무 숯을 이용하여 주요 구강 미생물인 Streptococcus mutans, Escherichia coli의 세균류에 대한 항균 효과를 확인하여 그 결과를 바탕으로 칫솔의 강모단부에 항균 기능을 갖는 대나무 숯 칫솔을 발명하였다. 실험을 통해 도출한 결과는 하기와 같다.

첫째, 무기항균물질인 지솔(G-sol)에 대해 희석평판배양법을 사용하여 충치 원인균인 S. mutans에 대한 살균 실험을 실시하여 항균성을 검증하였다. 배지에서 세균이 증식한 경우 배지상의 균수에 희석 배수를 곱하여 산출하였으며, 배지에서 세균이 증식하지 않은 경우는 10미만(<10)으로 표시하였다. 모든 단계의 세균수의 측정은 TSA를 이용하여 실시하였다. 본 실험에 사용된 시료에 대한 살균실험 결과 충치 원인균으로 알려진 S. mutans에 대하여 99.9% 이상의 살균 효력이 있음을 알 수 있었다.

둘째, 대나무 숯에 대한 항균성을 희석평판배양법을 사용하여 충치 원인균인 S. mutans에 대한 항균성을 입증하였다. 본 실험에서는 Trypticase Soy Broth에 S. mutans균을 접종하고 (37±1)℃에서 24시간 진탕 배양한 균액을 1~5×10⁵개/㎖가 되도록 희석하여 접종균액으로 사용하였다. 본 실험은 균의 증식값이 31.6배 이상이어야 한다는 실험성립조건을 만족시키는 것으로 나타났다. 실험에 사용된 시료인 대나무 숯 분말에 대하여 항균성 실험을 한 결과 충치 원인균으로 알려진 S. mutans에 대하여 58.8%의 살균 효력이 있음을 알 수 있었다. 실험의 결과로 대나무 숯 분말은 어느 정도의 항균 능력이 있음을 알 수 있었다.

셋째, 시제품으로 제작한 칫솔모에 대한 항균성 실험을 실시하였다. 실험에 사용된 방법은 한국산업규격 진탕 플라스크방법으로, 이 방법은 기능성 플라스틱 제품의 항균성 검사에 사용된다. 실험결과 E. coli에 대한 결과는 초기 접종균수 4.5×10³cfu/㎖에서 24시간 후 대조시료는 3.5×10⁵cfu/㎖로 나타났고, 실험시료는 <10cfu/㎖로 나타났다. 따라서 그람 음성균인 E. coli에 대하여 99.9%의 항균 효력을 나타내는 것을 알 수 있었다.

넷째, 실험군(대나무 숯과 무기항균물질인 지솔을 첨가하여 제작한 칫솔모)과 대조군(일반 칫솔모)에 대한 항균성 비교 실험을 실시하여 대나무 숯 칫솔모의 항균성을 증명하였다. 실험시료(대나무 숯모) 및 대조시료(일반모)는 자외선(UV lamp) 등을 이용하여 청정화 시킨 후 실험에 사용하였다. 실험결과 초기 접종균수 3.8×10³cfu/㎖에서 24시간 후 대조시료는 3.4×10⁵cfu/㎖로 나타났고, 실험시료는 <10cfu/㎖로 나타났다. 따라서 실험군과 대조군의 비교에서 S. mutans에 대하여 99.9%의 항균 효력을 나타내는 것을 알 수 있었다.

도 3에 첨부된 자료는 본 실험의 항균성 비교 실험을 더욱 객관적으로 확인할 수 있는 증빙자료로써, 공인시험기관(한국화학융합시험연구원)에 직접 시험을 의뢰하여 발급받은 시험성적서이다. 시험방법은 KS J 4206:2008에 의거하여 시행하였으며, 결과치는 모두 실험예에서 도출한 결과값에 준한다는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 실험예에 의해 설명되었지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 : 손잡이부 20 : 헤드부
12 : 미끄럼 방지돌기 22 : 칫솔모

Claims (7)

1. (a) 폴리계 수지 90~95중량%, 왁스계의 분산제 5~10중량%로 이루어진 혼합 수지 준비 단계(S11);
   (b) 상기 혼합 수지 94.5~97.5중량%, 대나무 숯 분말 1.1~3.0중량% 및 무기항균제인 지솔(G-sol) 1.2~3.0중량%를 믹서기에 넣고 교반하는 단계(S12);
   (c) 상기 단계(b) 이후, 교반된 원료를 압출장치에서 단일 가닥의 직경이 0.25~0.35mm로 형성되도록 압출하여 칫솔모를 형성하는 단계(S13);
   (d) 상기 압출된 칫솔모를 절단하고, 절단된 칫솔모의 끝단을 매끄럽게 가공하는 단계(S14); 및
   (e) 상기 가공된 칫솔모(22)를 칫솔의 헤드부(20)에 식모하는 단계(S15);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 제조방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 대나무 숯 분말은 대나무를 1,000~1,200℃에서 탄화시켜 형성된 것을 특징으로 하는 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 제조방법.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 지솔(G-sol)은 은(Ag) 50~62중량%, 이산화티타늄(TiO₂) 38~50중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 제조방법.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 폴리계 수지는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 내충격성 폴리스티렌(HIPS), 스타이렌수지(GP), ABS수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트수지(PET), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리부틸렌 테레프탈레이트수지(PBT), 폴리우레탄(PU) 및 나일론(NYLON) 중에서 선택된 하나 또는 하나 이상이 혼합된 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 제조방법.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 (b)단계에서 믹서기의 내부 온도를 150~170℃로 유지하면서, 각 원료를 교반하는 것을 특징으로 하는 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 제조방법.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 압출장치는 믹서기와 이송관을 매개로 연결 배치되고, 상기 믹서기에서 교반이 완료된 원료는 200~250℃로 가열된 압출장치로 이송되어 압출되는 것을 특징으로 하는 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔 제조방법.
   
7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 대나무 숯을 이용한 항균 칫솔.

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