KR20220055637A - 소취성 항균 플라스틱 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항균 및 소취 기능이 우수한 기능성 플라스틱 재료 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 인체친화성 천연 항균제인 항균동 분말; 고성능 흡착재인 천연 또는 합성 제올라이트 분말; 및 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴부타디엔스티렌, 실리콘 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 성분을 배합한 소재로부터 제조되는 항균 및 소취 기능이 우수한 기능성 플라스틱 재료 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

소취성 항균 플라스틱 제조방법{Deodorizing antimicrobial plastics}

본 발명은 항균 플라스틱에 소취 기능을 부여한 플라스틱 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 열가소성 플라스틱에 인체친화성 천연 항균제인 항균동 분말과 고성능 흡착제인 미세 제올라이트 분말을 첨가하여 항균 및 소취 기능을 부여한 복합 기능성 플라스틱 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 플라스틱 재료로 제조된 물건을 사용함에 있어서, 플라스틱을 통해 인체에 유해한 특정 균들을 살균하거나 특정 균들이 번식하지 못하도록 항균력을 가지는 은, 구리, 제올라이트 등 비철금속 재료를 플라스틱 성형시 일정량 혼합시켜 성형하는 기술이 알려져 있다. 보다 상세하게 일반적인 생활용품을 비롯하여 많은 플라스틱 제품은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 실리콘 수지, 폴리스티렌 수지, 멜라민 수지, 요소수지, ABS 수지 등의 재료로 제조되고 있다. 이러한 플라스틱 재료는 이용의 편리성과 경제성, 우수한 가공성 및 기능성으로 인해 사용량이 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 그러나 이러한 플라스틱 재료를 이용하여 제조되는 제품들은 살모레라균, 폐렴균, MRSA(Methicillin Resistant Staphylococcus Aureus)균, 대장균, 황색포도상구균, 녹농균 등의 병원균이 번식할 수 있는 환경에 노출되는 경우가 많다.

항균성을 가지는 플라스틱에 관한 선행기술로 한국 등록특허공보 특0502315호 ‘항균성 수지의 제조방법’이 공지되어 있는데, 이는 은, 구리, 주석, 비소 이온 중 1성분을 함유하고 지르코늄과 나트륨을 주성분으로 포함하는 무기 세라믹계 금속이온 담지체를 플라스틱에 첨가 사용하는 기술이다. 보다 상세하게, 상기 종래기술의 항균재료는 지르코늄과 나트륨의 사용 비율을 8 : 2로 하고 여기에 무기소재인 은, 구리, 주석 또는 비소 이온을 분말중량에 대하여 80 내지 120ppm이 되게 담지하여 고온 소성하여 형성된다. 그리고 플라스틱에 적용시 분산성 및 투명성에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 무기소재의 분말 입도를 0.5 내지 1.0㎛의 범위로 형성하고, 플라스틱에 대해 상기 지르코늄과 나트륨 및 무기소재 이온 분말로 이루어지는 항균재료를 0.1 내지 1.0중량% 범위 내에서 선택하여 첨가하는 것이다. 그러나 상기 종래기술은 플라스틱에 첨가되는 항균재료를 지르코늄과 나트륨 및 무기소재로 혼합하여 형성하는 것이어서, 항균재를 형성하는 구성요소의 종류가 너무 많아 재현성 있는 처방 실현이 어려운 단점이 있고, 특히 지르코늄은 원자력 발전과 항공기 및 우주선의 부품 재료로 사용되는 것이어서, 세계 각국에서 지르코늄과 그 원료인 지르콘을 전략 물자로 간주, 역외 수출이 제한되어, 구매가 어렵고 공급이 원활하지 않아 항균재 비용이 고가인 문제가 있다.

항균성을 가지는 플라스틱과 관련된 다른 선행기술로는 특허공개번호 제2009-0083256호 ‘측면 경사구조를 갖는 다기능성 항균성 양면도마’가 있다. 상기 선행기술은 은계 항균제 50 내지 200 ppm을 함유하는 항균성 중합체 복합소재를 사출하여 제조되고, 양쪽 도마 면을 모두 사용할 수 있고, 도마 면에 고무 홀더가 부설되어 있고, 측면에 경사 구조가 형성된 항균성 양면 도마에 대하여 개시하고 있다.

개시된 선행기술들은 항균작용을 위하여 지르코늄이나 은을 사용하고 있다. 그러나 은은 인체에 유해하고 다른 한편으로 나노 입자 형태로 함유되는 경우 음식 재료에 포함되어 인체로 섭취되면 다양한 형태의 위험을 유발시킬 가능성이 있다. 다른 한편으로 선행기술들은 소취 기능에 대하여 개시하고 있지 아니하다. 그러므로 인체에 유해하지 않은 성분을 이용하여 항균성을 가지도록 하는 플라스틱의 필요성이 요구되며 다른 한편으로 소취 기능을 부여하는 것은 플라스틱 재료의 위생성이 향상되도록 하여 보다 인체 친화적인 소재로 만들 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 선행기술들이 가진 문제점을 해결하는 한편 다양한 복합 기능을 발현하는 플라스틱 재료를 제공하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 인체 무해하고 반영구적인 항균성이 보장되는 천연 무기 항균제와 소취 기능을 가진 성분을 포함하는 플라스틱 재료 및 항균/소취 복합기능을 가진 플라스틱의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 항균 및 소취 기능이 부여된 플라스틱은 천연 항균동 분말; 천연 또는 합성 제올라이트 분말 및 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴부타디엔스티렌, 실리콘 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 배합한 소재로부터 제조된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 항균 및 소취 기능이 부여된 플라스틱의 제조 방법은 항균동 분말과 분산제를 혼합하는 항균제 준비단계; 제올라이트에 분산제와 흡습제를 혼합하는 소취제 준비단계; 항균제와 소취제를 배합하는 배합단계; 항균제와 소취제를 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴부타디엔스티렌, 실리콘 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분과 배합하여 공랭식 또는 수냉식으로 컴파운드나 마스터 배치로 만드는 단계: 및 사출 또는 압출 성형하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 플라스틱 재료는 천연 항균 성분을 사용하는 것에 의하여 유해 성분의 부착이나 성장이 방지될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 플라스틱 재료는 소취기능이 부여되어 제품의 신선도나 청결성이 유지될 수 있도록 한다는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 항균 및 소취를 위한 성분이 함유된 플라스틱 소재를 제조하는 공정을 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 플라스틱은 천연 항균동 분말, 천연 또는 합성 제올라이트 분말 및 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴부타디엔스티렌, 실리콘 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 배합한 소재로부터 제조된다. 그리고 본 발명에 따른 플라스틱은 항균동 분말과 분산제를 혼합하는 항균제 준비단계, 제올라이트에 분산제와 흡습제를 혼합하는 소취제 준비단계, 항균제와 소취제를 배합하는 배합단계, 항균제와 소취제를 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴부타디엔스티렌, 실리콘 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분과 배합하여 공랭식 또는 수냉식으로 컴파운드나 마스터 배치로 만드는 단계 및 사출 또는 압출 성형하는 단계를 통하여 제조될 수 있다.

아래에서 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 소취성 항균 플라스틱의 제조 과정을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 소취성 항균 플라스틱은 항균동 분말과 분산제를 혼합하는 항균제 준비단계, 제올라이트에 분산제와 흡습제를 혼합하는 소취제 준비단계, 항균제와 소취제를 배합하는 배합단계, 항균제와 소취제를 플라스틱과 배합하여 컴파운드나 마스터 배치로 만드는 단계 및 사출 또는 압출 성형하는 단계를 통하여 제조될 수 있다.

항균동 분말은 평균 직경 15~75㎛의 구형입자 분말 : 길이 10~75㎛ 및 두께 3~10㎛의 플레이크형 분말을 무게비로 6~8 : 2~4로 혼합하는 것이 바람직하다. 구형 분말(Cu-A)의 평균직경이 15㎛ 미만이면 분말 입도가 작아 성형성은 우수하지만, 플라스틱 내에서 골고루 분산 배치되지 않아 성형된 제품의 항균력이 전체면적에서 일정하고 균일하게 나타나지 않을 수 있고, 구형 분말의 평균직경이 75㎛를 초과하면 분말 입도가 너무 크기 때문에 항균 플라스틱의 성형성이 저하될 뿐만 아니라 유동성이 제한되어, 항균력이 전체 면적에서 일정하고 균일하게 나타나지 못할 수 있으므로, 구형 분말(Cu-A)은 상기 범위인 것이 바람직하다. 또한 플레이크형 분말(Cu-F)의 길이와 폭이 10㎛ 미만, 두께가 3㎛ 미만이면 구형 분말(Cu-A)과 마찬가지로 플라스틱 내에서 골고루 분산 배치되지 않을 수 있고, 길이와 폭이 75㎛ 초과, 두께가 10㎛를 초과하면 성형된 제품 표면으로 노출되어 표면이 거칠어지는 문제가 발생할 수 있으므로, 플레이크형 분말(Cu-F)은 상기 범위인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 항균동 구리 분말는 특별히 제한하지 않지만 국내외적으로 항균 효과를 인정받은 항균동 소재를 사용하는 것이 바람직하다.

제올라이트는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물로 천연 또는 합성 제올라이트가 될 수 있고 예를 들어 고나다이트, 그멜리나이트, 내트롤라이트, 캐버자이트, 다키아다이트 및 레빈과 같은 것을 포함할 수 있고 다양한 형태의 A-형, X-형 및 Y-형 제올라이트를 포함한다. 본 발명은 제올라이트의 종류에 특별히 제한되지 않는다. 제올라이트는 분말 형태로 만들어질 수 있고 분말의 크기는 특별히 제한되지 않으나 10~50㎛ 내외의 미세분말을 사용하는 것이 혼련 및 컴파운딩에 유리하다.

준비된 항균동 및 제올라이트 분말은 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴부타디엔스티렌, 실리콘 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분과 함께 배합기에 투입될 수 있다. 마스터배치의 경우 배합기에 투입되는 양은 중량 비율로 합성수지: 항균동: 제올라이트: 분산제/흡습제 =80~84: 8~12: 5~6.5: 2~3이 될 수 있다. 만약 항균동이나 제올라이트의 양이 제시된 것에 비하여 적으면 항균 및 소취 기능이 제대로 발휘되기 어렵다는 문제점을 가진다. 이에 비하여 제올라이트 성분이 제시된 양에 비하여 많아지면 차후 성형되는 플라스틱의 유연성 또는 인장력이 약해진다는 단점을 가진다. 마스트배치는 예를 들어 압출 공정으로 만들어질 수 있는데, 압출기를 통하여 압출되는 과정에서 냉각은 공기 냉각 방식이 바람직하다. 일반적으로 제올라이트는 수분을 흡수할 수 있는 능력을 가지므로 물에 의하여 냉각되는 경우 제올라이트의 수분 흡수로 인하여 소취 기능이 약해질 수 있다. 그러므로 냉각은 자연 냉각 또는 강제 공기 냉각 방식을 적용하는 것이 바람직하다.

마스트배치는 펠렛(Pellet) 형태와 같이 이 분야에서 공지된 임의의 형태로 만들어질 수 있다. 마스트배치가 만들어지면 이를 이용하여 예를 들어 사출 성형과 같은 공정을 사용하여 제품이 성형될 수 있다

아래에서 본 발명에 따라 마스트배치가 만들어지는 과정에 대한 실시 예에 대하여 설명한다.

실시예

단계1: 마스터배치의 제조

폴리프로필렌 800g과 항균동 120g, 제올라이트 50g, 분산제 27g, 흡습제 3g을 배합기에 투입하여 혼련을 시키고 압출기를 통하여 토출시키면서 펠렛 형태의 마스터배치를 제조하였다. 압출기의 토출 과정에서 팬을 이용하여 강제 공기 냉각을 시켰다.

단계2: 밀폐용기 성형

단계1에서 제조된 마스터배치 200g을 폴리프로필렌 수지 800g과 혼합, 사출 가공하여 밀폐용기를 제조하였다.

시험 예 1(항균 시험)

실시 예의 단계2에 따라 제조된 밀폐용기에 대하여 항균 시험이 진행되었다. 항균 시험은 필름밀착법(한국건설시험환경연구원 시험규격, KCL-FIR-1003)에 의해 다음과 같이 실시하였다.

상기 단계2에서 제조된 밀폐용기에서, 가로 50mm ×세로 50mm ×두께 2mm의 시험편을 추출하고, 대조용 필름 가로 50mm ×50mm를 준비하였다.

준비된 시험편 전면을 에탄올이 함유된 탈지면으로 2～3회 닦은 후 건조하여 시험편 및 대조편을 살균하고, 사용 균주로 포도상구균(staphylococcus aureus ATCC 6538)과 살모넬라균(salmonella enterica ATCC 10708)을 이용하여 배양하였다.

시험편을 패트리 접시 안에 넣고, 시험 균액을 피펫으로 0.2mL 채취하여 접종하며, 접종된 시험 균액 위에 필름을 덮고, 시험 균액이 필름 전체에 퍼지도록 누른 다음 패트리 접시의 뚜껑을 덮고 35℃에서 12시간 동안 정치 배양하였다.

시험 균액 접종 직후의 무가공 시험편과 배양 후 시험편에 대해서 피복 필름과 시험편을 분리하고, SCDLP 배지 10mL를 첨가하여 시험균을 세척한 다음, 이 세척액으로부터 신속하게 생균수를 측정하였다.

위 세척액 1mL를 채취하여 생리식염수 9mL가 들어간 시험관에 첨가하여 혼합하고, 세척액을 단계적으로 희석하여 한천 육즙 배지(Nutrient agar)에 0.1mL를 3매 도말하고 35℃에서 12시간 동안 정치 배양시켰다.

이러한 시험을 통한 세균 감소율은 (24시간 배양 후 대조 시료의 평균 균수) - 24시간 배양 후 시험 시료의 평균 균수) /(24시간 배양 후 대조 시료의 평균 균수) ×100 수식으로 산출하였다. 항균 시험 결과가 아래의 표 1에 제시되었다. 제조된 펠렛을 첨가한 시험군에서 포도상구균과 살모넬라균의 농도가 급격히 낮아졌다는 것을 알 수 있다.

항균 시험

시험항목	시료구분	초기농도(CFC/ml)	24시간 후 농도(CFC/ml)	균감소율(%)
포도상구균에 의한 항균시험	Blank	6.1*10^5	4.9*10^5	-
	실시 예의 pellet		<1.0*10^4	99.9
살모넬라균에 의한 항균시험	Blank	1.8*10^5	2.1*10^5	-
	실시 예의 pellet		<1.0*10^3	99.9

시험 예2 (탈취 시험)

실시 예의 단계 2에 따라 제조된 밀폐용기에 소취 시험을 진행하였다. 소취 시험은 한국건설시험환경연구원에서 단체표준 SPS-KCLI2218-6218 시험방법을 이용하여 진행되었고, 시험가스는 암모니아였으며, 가스 농도측정을 위하여 감스검지관이 이용되었다. 시험 결과가 아래의 표 2에 제시되었다. 실시 예의 단계 2에 따라 제조된 밀폐용기는 2시간 이내에 50% 이상의 높은 탈취 효과를 발휘한다는 것을 알 수 있다.

소취 시험

시험항목	경과시간(분)	Blank 농도(ppm)	시료 농도(ppm)	소취율(%)
소취시험	0	500	500	-
	30	490	230	53
	60	480	200	58
	90	470	180	62
	120	460	175	62

위에서 본 발명의 제시된 실시 예를 통하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

Claims (1)

1. 항균 및 소취 기능이 부여된 플라스틱의 제조에 있어서, 평균 직경 15~75㎛의 구형입자 분말 : 길이 10~75㎛ 및 두께 3~10㎛의 플레이크형 분말을 무게비로 6~8 : 2~4로 혼합한 항균동 분말; 10~50㎛ 내외의 미세 제오라이트 분말; 및 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴부타디엔스티렌, 실리콘 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분과 함께 배합한 소재로서, 마스터배치의 경우 배합기에 투입되는 양은 중량 비율로 합성수지: 항균동: 제올라이트: 분산제/흡습제 = 80~84: 8~12: 5~6.5: 2~3 인 것을 특징으로 하는 항균 및 소취 기능이 우수한 플라스틱 재료의 제조방법

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