KR20180102350A - 항균 및 살균 기능을 갖는 시트 및 그의 제조방법 - Google Patents

항균 및 살균 기능을 갖는 시트 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항균 및 살균 기능을 갖는 메쉬 구조 시트 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 유연성 시트 또는 메쉬 구조의 시트 상에 플라즈모닉스에 의한 항균 및 살균 기능을 가진 나노스피어를 견고하게 결합시키고, 또한 코팅 과정에서 메쉬 구조상의 공간(홀)이 막히는 것을 방지할 수 있으며, 그러한 시트를 연속 생산 가능하게 할 목적으로, 그 제조방법은, 메쉬 구조의 유연성 시트(10) 상에 프라이머 코팅제(20)를 분사 또는 침지하여 프라이머층(21)을 형성하는 프라이머 코팅 단계(S1); 상기 프라이머층이 형성된 시트 상에 에어를 분사하는 1차 에어분사 단계; 표면에 항균성 피막층(32)이 형성된 나노스피어(31) 분산액을 상기 시트 상에 분사 또는 침지하여 프라이머층 상에 항균층을 형성하는 항균제 코팅 단계(S3); 상기 항균층이 형성된 시트 상에 에어를 분사하는 2차 에어분사 단계(S4); 및 상기 프라이머층 및 항균층이 형성된 시트를 건조시키는 열처리 단계; 를 포함하는 항균 및 살균 기능을 갖는 메쉬 구조 시트의 제조방법에 관한 것이다.

Description

항균 및 살균 기능을 갖는 시트 및 그의 제조방법{SHEET WITH ANTIBACTERIUM AND STERILIZATION FUNCTION AND A PROCESS FOR PREPARING IT}
본 발명은 항균 및 살균 기능을 갖는 시트 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 유연성을 가진 시트 또는 메쉬 구조의 시트 상에 플라즈모닉스 항균/살균 기능을 가진 나노스피어를 효과적으로 결합시키고, 또한 연속 생산이 가능한 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 은(Ag)은 항균, 살균, 방취, 전자파 차단 기능이 우수하고 650가지 이상의 세균을 죽이는 것으로 알려져 있다. 또한, 나노사이즈로 분산된 은은 자외선 차단기능과 단열기능도 있으며 높은 전기 전도성으로 정전기 방지에도 탁월한 효과가 있다.
특히 은을 나노 사이즈로 제어한다면 상기 기능 중 항균력은 더욱 극대화되고 염소계열의 살균제보다 수십 배 강력하고 인체에는 전혀 무해한 특성을 나타내기 때문에 안전하며, 특히 나노 은의 대량 생산이 가능하고, 극소량만 첨가하여도 은 입자가 나노사이즈로 분산되어 그 효과는 훨씬 뛰어나기 때문에 나노 은에 관련한 기술의 효용성은 매우 크다고 할 수 있다.
이에 관한 일 예로서 대한민국 특허등록 제10-0592365호 등록특허공보(특허문헌 1)에서는, 나노 은 콜로이드 용액을 5 내지 5000ppm으로 희석하는 단계; 시트 상에 희석된 나노 은 콜로이드 용액을 도포하는 단계; 도포된 시트가 20 내지 25 %의 함수율을 가지도록 40 내지 120℃에서 예비 건조하는 단계; 예비 건조된 시트를 100 내지 170℃의 온도에서 큐어링을 하는 단계; 알칼리 액으로 소우핑(soaping) 및 수세를 하는 단계; 및 80 내지 150 ℃에서 건조하는 단계를 포함하는 시트의 항균 처리 방법이 제안된 바 있다.
그러나 특허문헌 1과 같은 나노 은 콜로이드 도포 방식은 나노스피어가 시트 상에 단순 도포된 것에 불과하므로 부착성 또는 결합력이 약하기 때문에 유연성 시트가 불특정한 방향으로 반복 굴절되거나 지속적으로 마찰이 가해질 경우 나노스피어가 이탈하여 항균성 또는 살균성이 저하되는 문제점이 있다.
더욱이, 메쉬 구조를 갖는 시트 상에 나노 은 콜로이드 용액을 도포하여 건조시키면 메쉬 구조의 공간(홀)이 막혀서 유연성이 저하되고, 그에 따라 통기성, 항균성 및 살균성이 떨어지며, 또한 대량생산이나 연속생산이 어렵다는 단점도 있다.
이러한 문제점으로 인해 유연성을 가지는 기판이나 메쉬 구조상 시트 등에 나노스피어를 점착시키는 방법이 상용화되지 못하고 있는 실정이다.
대한민국 특허등록 제10-0592365호 등록특허공보
상기의 종래 기술에서 해결되어야 할 과제는 유연성 시트 또는 메쉬 구조의 시트 상에 플라즈모닉스에 의한 항균 및 살균 기능을 가진 나노스피어를 견고하게 결합시키는 것, 또한 코팅 과정에서 메쉬 구조상의 공간(홀)이 막히는 것을 방지할 수 있는 것, 그러한 시트를 연속 생산 가능한, 항균 및 살균 기능을 갖는 시트를 제조하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명자들은, 프라이머 코팅제를 메쉬 구조의 유연성 시트 상에 분사 또는 침지하여 프라이머층을 형성하고, 상기 프라이머층이 형성된 시트 상에 1차 에어 분사하고, 그 표면에 항균성 피막층이 형성된 나노스피어 분산액을 상기 시트 상에 분사 또는 침지하여 프라이머층 상에 항균층을 형성하고, 상기 항균층이 형성된 시트 상에 2차 에어 분사한 후, 상기 프라이머층 및 항균층이 형성된 시트를 건조시키는 열처리 공정을 통해 상기 문제점을 해결할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명에 의한 항균 및 살균 기능을 갖는 시트 및 그의 제조방법에 따르면, 유연성 시트 또는 메쉬 구조의 시트 상에 먼저 프라이머를 도포한 후 이산화티타늄이 피막된 나노스피어 분산액을 스프레이 또는 침지하여 코팅하므로 시트와 나노스피어 간 결합력을 향상시킬 수 있다.
또한, 실리카 계열의 프라이머와 이산화티타늄이 피막된 나노스피어를 사용하는 경우, 프라이머층과 피막층 간의 물리화학적 결합에 의해서 결합력을 극대화할 수 있게 되어 나노스피어의 탈리 또는 분리를 방지할 수 있어 영구적인 항균 성능을 갖는다.
그뿐 아니라, 프라이머 코팅 후, 그리고 나노스피어 분산액 코팅 후 각각 시트 상에 에어를 분사함으로써 메쉬 구조의 시트 상에 형성된 공간(홀)이 막히는 것을 방지할 수 있게 되어 유연성을 저해하지 않으면서도 항균성 및 살균 성능을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조 공정을 순차적으로 보인 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트를 연속 생산하기 위한 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조 공정 중 프라이머를 코팅하고 1차 에어분사한 상태에서 시트의 일부분을 확대 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조 공정을 완료한 상태에서 시트의 일부분을 확대 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조방법에 의해 플라즈모닉 항균 및 살균 기능의 나노스피어와 시트의 결합 상태를 보인 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조방법에 의해 이루어진 플라즈모닉 항균 및 살균 기능의 나노스피어와 시트의 결합부의 분자 결합 관계를 보인 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 이하에서는 본 발명의 바람직한 형태의 구조를 도면에서 예시하고 이에 기하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 예시된 형태만으로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위는 예시된 형태의 통상적인 변경이나 균등물 내지 대체물까지 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조 공정을 순차적으로 보인 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트를 연속 생산하기 위한 공정도이고, 도 3은 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조 공정 중 프라이머를 코팅하고, 1차 에어분사한 상태에서 시트의 일부분을 확대 촬영한 사진이고, 도 4는 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조 공정을 완료한 상태에서 시트의 일부분을 확대 촬영한 사진이고, 도 5는 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조방법에 의해 플라즈모닉 항균 및 살균 기능의 나노스피어와 시트의 결합 상태를 보인 구성도이며, 도 6은 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조방법에 의해 이루어진 플라즈모닉 항균 및 살균 기능의 나노스피어와 시트의 결합부의 분자 결합 관계를 보인 것이다.
도 1, 도 2 및 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조방법은, 접착을 위한 프라이머 코팅 단계(S1), 1차 에어분사 단계(S2), 항균제 코팅 단계(S3), 2차 에어분사 단계(S4) 및 열처리 단계(S5)를 포함한다.
상기 프라이머 코팅 단계(S1)는, 메쉬 구조의 유연성 시트(10) 상에 접착 성능을 가진 프라이머 코팅제(20)를 분사(spray)하거나 침지(dip)하여 유연성 시트(10) 표면에 프라이머층(21)을 형성하는 공정이다.
상기 프라이머 코팅제(20)는, 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 코팅제일 수 있으며, 일 예로 유무기 하이브리드 코팅제일 수 있다.
상기 유무기 하이브리드 코팅제는, 실리카 망목구조를 기반으로 하는 코팅제로서 유기물이 부착된 유기 실리콘 알콕사이드(organoalkoxysilane)인 RxSi(OR)y가 사용된 것일 수 있다. 이와 같은 알콕사이드 전구체에서 알콕시(alkoxy)기는 아래와 같은 가수분해 및 축합반응의 졸-겔반응에 의해 산화물 망목구조를 형성한다.
가수분해： ≡Si-OR+H2O→≡Si-OH+ROH
축합반응： ≡Si-OH+≡Si-OH→≡Si-O-Si≡+H2O
≡Si-OH+≡Si-OR→≡Si-O-Si≡+ROH
이러한 유무기 하이브리드 코팅제는, 예컨대 대한민국 등록특허 제10-1081431호에 기재된 제조방법에 의해 제조된 것일 수 있으나, 본 발명에 적용되는 프라이머 코팅제(20)는 위 특허문헌에서 예시된 것으로 제한되는 것은 아니며, 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 코팅제로서 접착성을 향상시킬 수 있는 것이면, 기타 공지의 시판되는 코팅제 또는 공지의 제조방법으로 제조된 코팅제를 적용할 수 있음을 밝혀둔다.
상기 1차 에어분사 단계(S2)는 상기 프라이머층(21)이 형성된 유연성 시트(10)에 대하여 에어를 분사하는 공정이다.
도 3을 참조하는 바와 같이 메쉬 구조의 유연성 시트(10)는 그 구조가 격자 형태로 이루어져 있기 때문에 메쉬 구조물 사이에 미세한 공간(홀)이 형성되어 있는데, 여기에 프라이머 코팅제(20)를 분사하거나 침지하면 시트(10) 상의 공간(홀)이 프라이머 코팅제(20)에 의해 폐쇄(막힘)될 수 있다.
따라서, 프라이머 코팅제(20)가 경화되기 전에, 고압의 에어를 분사하여 시트(10) 상의 공간(홀)에 침투한 코팅제(20)를 분리시키면, 유연성 시트(10)가 메쉬 구조 본연의 형태를 유지하면서 메쉬 구조물의 표면에만 프라이머층(21)이 형성될 수 있다.
상기 항균제 코팅 단계(S3)는, 표면에 항균성 및 살균성을 가진 피막층이 형성된 은(Ag) 나노스피어 분산액(30)을 상기 유연성 시트(10) 상에 분사(spray) 또는 침지(dip)하여 프라이머층(21) 상에 항균층을 형성하는 공정이다.
상기 나노스피어 분산액(30)은, 질산은(AgNO3)과 TTIP(Titanium tetra-isopropoxide)를 이용하여 제조된 것으로, 즉 이소프로필 알코올(2-propano)과 TTIP(Titanium tetra-isopropoxide)를 소정의 비율로 혼합한 후, 교반(stirring)하면서 질산은(AgNO3)과 디메틸포름아미드(DMF)를 시차를 두고 순차적으로 투입하고 가열하여 제조될 수 있다.
이와 같은 제조 방법에 의해서 도 5와 같이 은(Ag) 나노스피어(31)의 표면에 이산화티타늄(TiO2) 피막층(32)이 형성된 Ag-TiO2 코어 쉘(core shell) 구조의 항균제를 제조할 수 있다.
상기 2차 에어분사 단계(S4)는, 나노스피어 분산액(30)이 코팅된 유연성 시트(10)에 대하여 에어를 분사하는 공정으로, 전술한 1차 에어분사 단계(S2)와 같이 메쉬 구조의 유연성 시트(10)의 미세한 공간(홀)이 나노스피어 분산액(30)에 의해 막히는 것을 방지하기 위한 공정이다.
상기 열처리 단계(S5)는, 유도가열장치 또는 열풍장치와 같은 열처리 장치(40)를 이용하여 80℃ ~ 150℃ 환경에서 건조시키는 공정으로, 이때 프라이머층(21)과 나노스피어 분산액(30)의 Ag-TiO2 코어 쉘(core shell)이 상호 물리화학적으로 결합될 수 있고, 그에 따라 도 4의 표면 사진 및 도 5와 같은 단면 구조와 같이 프라이머층(21)과 피막층(32)이 상호 물리화학적으로 결합된 결합부(33)가 형성된다.
도 5 및 도 6을 참조하는 바와 같이 프라이머층(21)은 실시카 나노입자를 기반으로 하며, 항균층은 이산화티타늄(TiO2) 피막층(32)을 포함하고 있기 때문에 이들이 부착된 상태에서 열처리 공정을 거치면, 프라이머층(21)의 Si-O-Si 구조가 항균층의 Ti-O-Ti 구조와 결합하여 Si-O-Ti 결합에 의해 항균층의 피막층(32)가 프라이머층(21)이 물리화학적으로 연결되어 결합부(33)를 형성할 수 있으며, 이에 따라 결합력, 즉 부착력이 증가되어 항균층의 내구성 및 접착성이 향상될 수 있다.
상기 프라이머 코팅 단계(S1)로부터 상기 열처리 단계(S5)까지의 일련의 공정은, 도 2에 도시한 바와 같이 메쉬 구조의 유연성 시트(10)를 다수 개의 롤러(11)에 의해 이송되게 하는 이송과정에서 상기 프라이머 코팅 단계(S1), 1차 에어분사 단계(S2), 항균제 코팅 단계(S3), 2차 에어분사 단계(S4) 및 열처리 단계(S5)가 순차적으로 이루어지게 하면 항균 및 살균 기능을 갖는 시트를 연속적으로 생산할 수 있다.
[항균 및 살균 시험예]
본 발명에 따른 항균 및 살균 기능을 갖는 시트를 가로 및 세로 각 5㎝로 절단한 시험편(표 1의 Mesh Sheet) 2개를 준비하고, 각 시험편에 Escherichia coli ATCC 25922 및 Staphylococcus aureus ATCC 6538인 시험균주를 접종한 다음, LED 램프로부터 2.5㎝ 거리에서 30분 동안 빛(가시광)을 조사시킨 후 세균 감소율을 측정하였다.
또한, 대조군으로서 항균 및 살균 코팅을 수행하기 전의 비항균성 시트를 가로 및 세로 각 5㎝로 절단한 시험편(표 1의 Blank) 2개를 준비하고, 각 시험편에 Escherichia coli ATCC 25922 및 Staphylococcus aureus ATCC 6538인 시험균주를 접종한 다음, LED 램프로부터 2.5㎝ 거리에서 30분 동안 빛(가시광)을 조사시킨 후 세균 감소율을 측정하였으며, 그 시험 결과는 하기의 표 1과 같다.

시험항목		 시험결과 시험환경
초기농도
(CHU/mL)		 30분 후 농도
(CHU/mL)		 세균감소율
(%)


(37.0±0.1) ℃
(31.9±0.2) % R.H.
대장균
에 의한
항균시험		 Blank 1.5 ×104 1.5 ×104 -
Mesh Sheet 1.5 ×104 2.5 ×103 83.3
황색포도상구균
에 의한
항균시험		 Blank 1.0 ×104 1.0 ×104 -
Mesh Sheet 1.0 ×104 1.2 ×103 88.0
* CFU: Colony Forming Unit
* 사용균주 : Escherichia coli ATCC 25922
Staphylococcus aureus ATCC 6538
* 접종방법 및 결과판독 : KCL-FIR-1003:2011 준용
위 표 1의 결과와 같이, 항균 및 살균 코팅을 하지 않은 블랭크(Blank) 시험편은 30분 경과시 세균 감소가 없었던 반면, 본 발명과 같이 플라즈모닉스 항균 및 살균 기능을 가진 나노스피어가 결합된 시험편(Mech Sheet)은 대장균이 83.3%, 황색포도상구균이 88.0% 감소하였으며, 이를 통해 항균 및 살균 특성이 탁월하다는 것을 확인하였다.
이상에서, 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것이 아니고, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.
10... 유연성 시트
11... 롤러
20... 프라이머 코팅제
21... 프라이머층
30... 나노스피어 분산액
31... 나노스피어
32... 피막층
33... 결합부
40... 열처리 장치

Claims (6)

  1. 프라이머 코팅제를 메쉬 구조의 유연성 시트 상에 분사 또는 침지하여 프라이머층을 형성하는 프라이머 코팅 단계;
    상기 프라이머층이 형성된 시트 상에 에어를 분사하는 1차 에어분사 단계;
    표면에 항균성 피막층이 형성된 나노스피어 분산액을 상기 시트 상에 분사 또는 침지하여 프라이머층 상에 항균층을 형성하는 항균제 코팅 단계;
    상기 항균층이 형성된 시트 상에 에어를 분사하는 2차 에어분사 단계;
    상기 프라이머층 및 항균층이 형성된 시트를 건조시키는 열처리 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메쉬 구조의 유연성 시트는 다수 개의 롤러에 의해 이송되는 과정에서 상기 프라이머 코팅 단계, 1차 에어분사 단계, 항균제 코팅 단계, 2차 에어분사 단계 및 열처리 단계가 순차적으로 이루어짐으로써 연속 생산 가능하게 된 것을 특징으로 하는 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 프라이머는 실리카 계열의 유무기 코팅제인 것을 특징으로 하는 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 항균제는 은(Ag) 나노스피어 표면에 이산화티타늄(TiO2) 피막층이 형성된 것을 특징으로 하는 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열처리 온도는 80 ~ 150℃인 것을 특징으로 하는 항균 및 살균 기능을 갖는 시트의 제조방법.
  6. 프라이머 코팅제를 메쉬 구조의 유연성 시트 상에 분사 또는 침지하여 프라이머층을 형성하고, 상기 프라이머층이 형성된 시트 상에 1차 에어 분사한 후, 표면에 항균성 피막층이 형성된 나노스피어 분산액을 상기 시트 상에 분사 또는 침지하여 프라이머층 상에 항균층을 형성하고, 상기 항균층이 형성된 시트 상에 2차 에어 분사하고, 상기 프라이머층 및 항균층이 형성된 시트를 건조하여 얻어진 항균 및 살균 기능을 갖는 시트.
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