KR20200065139A - 공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체의 제조방법. - Google Patents

공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체의 제조방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체의 제조방법에 관한 것으로서, 원료 수지에 대하여 은(Ag), 황화구리(CuS) 및 산화아연(ZnO)로 이루어진 무기 항균제를 5 내지 10 중량% 혼합하여 항균 마스터배치를 제조하는 단계, 폴리프로필렌 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 중 어느 하나 또는 그 이상의 수지 및 상기 항균 마스터배치를 혼합하여 항균 플라스틱 재료를 제조하는 단계, 상기 항균 플라스틱 재료를 사출 성형하여 성형체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체의 제조방법.{MANUFACTURING METHOD OF ANTIBACTERIAL PLASTICS MOLDED ARTICLES FOR PARTS OF AIR CLEANER}
본 발명은 공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무기 항균제를 함유하는 항균 마스터배치를 이용하여 공기청정기의 하우징 및 내부부품을 이루는 성형체를 제조하는 제조방법에 관한 것이다.
플라스틱 제품 중 항균 성능이 요구되는 제품에 대해서 항균 마스터배치를 이용하여 플라스틱 성형체를 제조하고 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2011-0029712호에는 항균 마스터배치를 이용하여 정수기용 저장 탱크를 제조하고 있는데, 상기 항균 마스터 배치는 PE, PP, PA, PS, PLA, ABS, SAN 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자 100 중량부에 대하여 염소계, 퀴놀린계, 또는 인계 화합물의 유기 항균제; 은 또는 구리의 무기 항균제; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 항균제가 0.1∼20 중량부로 포함되어 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 10-1045274호에는 항균 마스터배치를 이용하여 식기류, 도마, 물통 등과 같은 주방용품과 젖병, 장난감 등과 같은 유아용품, 각종 합성섬유 제품, 전자제품의 케이스 또는 내외장재 등의 건축자재 등에 적용할 수 있는 성형체를 제조하고 있는데, 이 경우, 상기 항균 마스터배치에 은 나노입자를 흡착시킨 실리카 나노튜브 항균제를 포함함으로써 항균 기능을 향상시키고 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 10-0565671호에서는 99.0-99.7중량%의 폴리프로필렌 및 0.3-1.0중량%의 항균 마스터배치를 포함하여 구성되는 항균 플라스틱 조성물을 사용하여 드럼 세탁기의 설치대를 제조하고 있는데, 상기 항균 마스터배치로서 89중량%의 폴리프로필렌과 5중량%의 이소치아졸린계 화합물, 5중량%의 무기복합 화합물 및 1중량%의 은 화합물을 포함하는 조성물을 적용하고 있다.
이러한 선행기술들의 항균 마스터배치는 항균성이 우수한 금속 촉매를 마스터배치 내에 분산시킴으로써 각종 성형체를 제조하고 있다.
한편, 일반적인 공기청정기는 필터를 이용하여 미세먼지를 여과시키는 기능을 할 뿐이므로 필터 이외의 하우징 및 내부 부품은 병원균이나 미세먼지에 그대로 노출되고 있는데, 이러한 문제를 해결하기 위하여 상기 공기청정기를 구성하는 부품 자체에 항균 성능을 부여하도록 하는 기술이 요구되고 있다.
또한, 차량용 공기 청정기의 경우, 필터를 통한 미세먼지의 공기 청정 기능만 포함되어 있으므로, 상기 공기 청정기의 하우징 및 부품에서 공기 중에 포함된 세균이나 곰팡이의 번식을 막을 수 없고, 밀폐된 차량내 공간의 특성 상 상기와 같은 공기 청정기가 유해 병원균으로 인한 질병을 유발하는 원인이 될 수 있다.
공기 청정기의 하우징 및 내부 부품에 항균 성능을 부여하는 경우, 플라스틱 성형체의 가공성이 우수하면서도 내충격성과 상용성이 우수하고 장기간 항균 능력을 유지할 수 있는 항균 마스터배치를 적용할 필요가 있으므로, 종래기술의 항균 마스터배치와 달리 이에 적합한 항균 마스터배치와 항균 플라스틱 재료를 개발할 필요가 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2011-0029712호 대한민국 등록특허공보 10-1045274호 대한민국 등록특허공보 10-0565671호 대한민국 등록특허공보 10-1334283호 대한민국 공개특허공보 10-2017-0005949호
본 발명은 상기와 같은 종래기술을 감안하여 안출된 것으로서, 공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체를 제조하기 위한 항균 마스터배치와 이를 이용한 플라스틱 성형체의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 물성 및 항균 성능이 우수한 항균 마스터배치를 이용함으로써 공기청정기의 커버뿐만 아니라 다양한 형상의 내부 부품을 성형체로 제조할 수 있는 플라스틱 성형체의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체의 제조방법은 원료 수지에 대하여 은(Ag), 황화구리(CuS) 및 산화아연(ZnO)로 이루어진 무기 항균제를 5 내지 10 중량% 혼합하여 항균 마스터배치를 제조하는 단계, 폴리프로필렌 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 중 어느 하나 또는 그 이상의 수지 및 상기 항균 마스터배치를 혼합하여 항균 플라스틱 재료를 제조하는 단계, 상기 항균 플라스틱 재료를 사출 성형하여 성형체를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 항균 플라스틱 재료는 상기 항균 마스터배치를 10 내지 20 중량% 포함할 수 있다.
또한, 상기 원료 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 중 어느 하나 또는 그 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 플라스틱 성형체의 제조방법은 공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체를 제조하기 위한 물성 및 항균 성능이 우수한 항균 마스터배치를 이용함으로써 공기청정기의 커버뿐만 아니라 다양한 형상의 내부 부품을 성형체로 제조할 수 있는 효과를 나타낸다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
본 발명에 따른 공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체의 제조방법은 항균 마스터배치를 제조하고 상기 항균 마스터배치와 수지를 배합하여 항균 플라스틱 재료를 제조한 후 이를 성형함으로써 제조되는 것으로서, 인체에 무해하며 반영구적으로 항균 성능을 나타내는 항균 플라스틱 재료를 제공할 수 있게 된다.
상기 항균 플라스틱 성형체의 제조방법은 원료 수지에 대하여 은(Ag), 황화구리(CuS) 및 산화아연(ZnO)로 이루어진 무기 항균제를 5 내지 10 중량% 혼합하여 항균 마스터배치를 제조하고, 폴리프로필렌 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 중 어느 하나 또는 그 이상의 수지 및 상기 항균 마스터배치를 혼합하여 항균 플라스틱 재료를 제조한 후, 상기 항균 플라스틱 재료를 사출 성형하여 성형체를 제조하는 단계를 통해 제조될 수 있다.
상기 원료 수지는 항균 마스터배치를 구성하는 수지라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으나, 공기 청정기용 부품에 적용하기에 적합하면서 상용성을 고려하여 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 중 어느 하나 또는 그 이상인 것이 바람직하다.
상기 원료 수지와 무기 항균제를 압출기에 투입하고 강제 혼련하면 항균 마스터배치가 제조되는데, 상기 무기 항균제의 사용량이 5 내지 10 중량%의 범위를 벗어나는 지나치게 적은 양으로 사용되면 항균 효과가 불충분하며, 너무 많이 사용되면 항균 플라스틱 제조 과정에서 상용성이 감소하여 내구성이 저하되는 문제점이 발생하기 때문에 상기 범위에서 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 무기 항균제로서 은(Ag), 황화구리(CuS) 및 산화아연(ZnO)을 혼합하여 사용하고 있다.
은(Ag)은 무기 항균제로서 널리 사용되는 것으로서, 플라스틱 성형체나 마스터 배치에 첨가되어 항균 효과를 발휘하는 소재로 알려져 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 10-1334283호에서는 산화아연을 포함하는 마스터배치를 이용하여 항균 플라스틱을 제조하고 있고, 대한민국 공개특허공보 10-2017-0005949호에서는 크림바졸, CPC(Cetyl Pyridinium Chloride)로 선택되어지는 군 중 어느 하나 이상을 포함하는 항균제를 포함하는 항균 마스터배치에서 열적 안정성을 높이고, 항균성을 지속하기 위하여 산화아연을 혼합 첨가제로 사용하고 있는 등 산화아연의 항균 성능에 대해서는 공지된 바이다.
그러나 상기 은이나 상기 산화아연만을 적용했을 때 항균 성능의 지속성이 문제가 있는 것으로 나타났으며, 황화구리와 혼합하여 사용할 때 항균 성능의 지속성이 크게 향상되는 것으로 나타났다.
구체적으로는 상기 무기 항균제가 마스터배치에 5 내지 10 중량%의 함량으로 혼합될 때, 상기 황화구리 및 산화아연은 1:1 내지 3:1의 중량 비율로 혼합하여 이를 은과 혼합하는 것이 바람직한데, 황화구리의 함량이 지나치게 적으면 산화아연만을 적용한 마스터배치와 효과에서 차이가 없는 것으로 나타났으며, 황화구리의 함량이 지나치게 많아도 항균 지속성은 향상되나 항균 효과가 감소되는 것으로 나타났다.
또한, 상기 은과 상기 황화구리 및 산화아연의 혼합물은 2:1 내지 5:1의 중량 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 함량 범위에서 은의 항균 효과를 더욱 증대시키는 것으로 나타났다.
상기 은, 황화구리 및 산화아연은 1 내지 50㎛ 크기의 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 무기물 입자와 수지와의 상용성을 고려한 크기로서 입자가 지나치게 크면 성형성이 떨어지며 입자가 지나치게 작아도 경제성이 저하되기 때문에 상기 입자 크기의 무기물 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 항균 마스터배치는 수지 조성물에 혼합하여 플라스틱 재료를 제조하게 되는데, 폴리프로필렌 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 중 어느 하나 또는 그 이상의 수지 및 상기 항균 마스터배치를 혼합하여 항균 플라스틱 재료를 제조한 후, 상기 항균 플라스틱 재료를 사출 성형함으로써 공기청정기의 부품으로 적합한 다양한 형태의 성형체를 제조할 수 있다.
또한, 상기 항균 플라스틱 재료를 제조할 때 필요에 따라 충격보강제, 상용화제, 충전제, 대전 방지제, 윤활제, 안료, 염료, 가소제, 가공 보조제, 이형제, 슬립제, 안티-블로킹제, 안정화제, 자외선 흡수제, 점도 조절제, 왁스 중 어느 하나 또는 그 이상의 첨가제를 첨가할 수도 있다.
상기 항균 플라스틱 재료를 제조할 때, 상기 항균 마스터배치는 플라스틱 재료 전체에 대하여 10 내지 20 중량% 포함하는 것이 바람직하다. 상기 항균 마스터배치의 함량이 지나치게 적은 경우 항균 효과를 충분히 나타내지 못하며, 항균 마스터배치의 함량이 지나치게 많은 경우에는 사출성형 시 성형성이 떨어져 내구성이 감소되는 문제점이 있으므로 상기 범위에서 배합되는 것이 적합하다.
본 발명의 제조방법에 따른 항균 플라스틱 재료의 항균 성능의 장기간 지속성을 확인하기 위하여 표 1에서와 같이 폴리프로필렌에 대하여 무기 항균제를 배합하여 항균 마스터배치를 제조하고 이를 수지 조성물과 배합하여 플라스틱 재료를 제조한 후 사출 성형에 의해 20×20㎝의 시험편을 제조하였다. 각각의 시험편에 시험균액을 (35± 1)℃, RH 90%에서 2시간 정치 배양한 후 균액을 채취하여 대장균 및 포도상구균의 균수 측정하여 초기 균주수에 대한 균주 감소율(%)을 측정하였다. 그 결과는 표 2와 같다.
항균 마스터배치 PP
(중량부)
ABS
(중량부)
마스터배치
(중량부)
항균제
(중량%)
CuS:ZnO
(중량비)
Ag:Cu,Zn혼합물
(중량비)
실시예1 8 2:1 3:1 90 - 10
실시예2 8 2:1 3:1 - 90 10
실시예3 8 2:1 4:1 85 - 15
실시예4 8 2:1 5:1 - 85 15
비교예1 8 2:1 4:1 95 5
비교예2 8 2:1 4:1 - 95 5
비교예3 - - - 100 - -
비교예4 - - - - 100 -
비교예5 8 0:1 3:1 85 - 15
비교예6 8 0.5:1 3:1 85 - 15
비교예7 8 1:0 3:1 85 - 15
비교예8 8 2:1 6:1 90 - 10
초기균주수(세균수/㎖) 1일 30일 120일
대장균 포도상구균 대장균 포도상구균 대장균 포도상구균 대장균 포도상구균
실시예1 1.4×104 1.4×104 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9
실시예2 1.5×104 1.5×104 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9
실시예3 1.3×104 1.5×104 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9
실시예4 1.4×104 1.4×104 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9
비교예1 1.4×104 1.5×104 98 98 98 98 94.5 95
비교예2 1.5×104 1.3×104 98 98 98 98 93 94
비교예3 1.3×104 1.3×104 - - - - - -
비교예4 1.5×104 1.5×104 - - - - - -
비교예5 1.4×104 1.3×104 99.5 99.2 98 98 95 94.5
비교예6 1.5×104 1.4×104 99.5 99 98 98 95.5 96
비교예7 1.4×104 1.5×104 98 98 95 95 91 90.5
비교예8 1.4×104 1.5×104 98.2 98 96.5 95.5 92.5 92.5
표 2의 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 항균제를 적용한 항균 마스터배치로 항균 플라스틱 재료를 제조하고 이로부터 성형품을 제조하는 경우 초기 항균 성능이 120일이 지난 후에도 유지되는 것으로 나타나 장기간에 걸친 항균 성능이 우수한 것으로 나타났다. 반면에 항균 마스터배치의 배합량이 상대적으로 적은 비교예 1, 2에서는 초기 항균 성능이 다소 낮게 나타났으며, 120일 후에는 항균 성능이 크게 저하되는 것으로 나타나 장기 항균 성능의 발현을 위해서는 항균 마스터배치의 배합량을 최적화할 필요가 있는 것을 확인하였다.
또한, 항균 마스터배치를 제조할 때 사용하는 항균제를 CuS나 ZnO 단독으로 사용한 비교예 5, 7과 CuS를 소량 배합한 항균제를 사용한 비교예 6에서는 장기 항균 성능의 발현이 미흡한 것으로 나타나 CuS와 ZnO를 적절한 비율로 배합하여 항균제로서 함유하도록 하는 것이 본 발명의 목적을 달성하기 위해 필수적인 요소임을 확인하였다.
또한, CuS와 ZnO의 혼합물을 Ag에 대해 지나치게 적은 양으로 배합하는 경우 120일이 경과된 때 항균 성능이 저하되는 것으로 나타나, 상기 CuS와 ZnO의 혼합물을 통해 Ag 자체의 항균 성능의 장기간 지속에 대한 상승된 효과를 나타내는 것을 확인하였다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (3)

  1. 원료 수지에 대하여 은(Ag), 황화구리(CuS) 및 산화아연(ZnO)로 이루어진 무기 항균제를 5 내지 10 중량% 혼합하여 항균 마스터배치를 제조하는 단계;
    폴리프로필렌 및 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS) 중 어느 하나 또는 그 이상의 수지 및 상기 항균 마스터배치를 혼합하여 항균 플라스틱 재료를 제조하는 단계;
    상기 항균 플라스틱 재료를 사출 성형하여 성형체를 제조하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 항균 플라스틱 재료는 상기 항균 마스터배치를 10 내지 20 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 원료 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리아마이드, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 중 어느 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 공기청정기 부품용 항균 플라스틱 성형체의 제조방법.
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