KR20230085334A - 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름 - Google Patents
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Abstract
최근 발생한 코로나 19 바이러스, 슈퍼 박테리아와 같은 전염력이 강한 바이러스, 균 등은 손에 의해 쉽게 전파된다고 알려졌어 사람의 손과 자주 접촉되는 대상물에 항균 필름을 부착하여 상기 대상 체에 바이러스와 균 등이 증식하지 못하도록 하는 시도가 진행되고 있다.
본 발명은 필름 표면에 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름 것으로서, 더욱 상세하게는 식품 포장지나 의료용 제품, 생활용품 등의 각종 물품 등에 널리 사용하며 항균성을 갖는 나노이온 클러스터를 필름에 분사하여 장기간에 걸쳐 나노입자의 항균성을 유지할 수 있는 항균필름 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 필름에 나노이온 클러스터에 의한 항균성을 최대화할 수 있고 부가적으로 광 촉매를 추기하여 항균성을 더욱 높일 수 있는 항균필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 세균 및 바이러스의 오염 환경에서 세균 및 바이러스의 접촉이 있더라도 증식을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 필름 자체에서 살균과 멸균이 가능하여 사용자의 감염을 방지하거나 최소화할 수 있는 항균 및 항바이러스 필름 및 그의 제작 방법 이를 이용하여 제작된 항균 및 항바이러스 필름에 관한 것이다.
이와 같이 본원의 나노이온 클러스터물질을 필름의 표면 일측면에 견고하게 코팅 또는 결합하여 각종 바이러스 및 세균을 사멸시키는데 효과적으로 차단하여 각종 질병의 예방에 효과적인 항균 필름을 대중에게 제공하게된다.
아울러 본 발명에 따르면 필름을 대량으로 저온 챔버에 투입하여 단시간 내에 금속 나노이온 클러스터 항균 물질을 얇게 도포하므로 제조원가가 절감되며 바이러스나 세균에 대한 항균 및 소취 작용을 지속적으로 유지하면서도 매우 위생적이며 편리하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 필름 표면에 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름 것으로서, 더욱 상세하게는 식품 포장지나 의료용 제품, 생활용품 등의 각종 물품 등에 널리 사용하며 항균성을 갖는 나노이온 클러스터를 필름에 분사하여 장기간에 걸쳐 나노입자의 항균성을 유지할 수 있는 항균필름 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 필름에 나노이온 클러스터에 의한 항균성을 최대화할 수 있고 부가적으로 광 촉매를 추기하여 항균성을 더욱 높일 수 있는 항균필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 세균 및 바이러스의 오염 환경에서 세균 및 바이러스의 접촉이 있더라도 증식을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 필름 자체에서 살균과 멸균이 가능하여 사용자의 감염을 방지하거나 최소화할 수 있는 항균 및 항바이러스 필름 및 그의 제작 방법 이를 이용하여 제작된 항균 및 항바이러스 필름에 관한 것이다.
이와 같이 본원의 나노이온 클러스터물질을 필름의 표면 일측면에 견고하게 코팅 또는 결합하여 각종 바이러스 및 세균을 사멸시키는데 효과적으로 차단하여 각종 질병의 예방에 효과적인 항균 필름을 대중에게 제공하게된다.
아울러 본 발명에 따르면 필름을 대량으로 저온 챔버에 투입하여 단시간 내에 금속 나노이온 클러스터 항균 물질을 얇게 도포하므로 제조원가가 절감되며 바이러스나 세균에 대한 항균 및 소취 작용을 지속적으로 유지하면서도 매우 위생적이며 편리하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 친환경 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름에 관한 것으로, 보다
상세하게는 휴대전화기 및 태블릿, 의료기, 문구 완구류, 천막, 매트, 시트지, 쿠션제, 식품용 필름, 썬팅필름, 인테리어필름, 도어, 손잡이, 가방, 의류, 엘리베이터 버튼, 필름, 핸드레일등 이외에도 셀 수 없을 정도로 폭넓게 사용되는 여러 종류의 필름에 금속 나노이온 클러스터를 커버링 되어 병원균 감염을 차단하도록 사용되는 기능성 필름에 관하여서이다.
본 발명의 항균 필름의 제조방법은 플라스마 챔버를 이용하여 필름 표면에
항균 활성을 가지는 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 물질을 적용하여 코팅 제조함에 따라 필름의 표면이 매우 부드럽고 신축성이 우수한 사용 감과 항균성이 뛰어난 금속 나노이온 클러스터 항균 필름을 제공하는 데 있으며 이를 산업 전반에 널리 사용하여 국민보건 향상에 이바지하는데 본원의 목적이 있다.
산업의 발달과 함께 합성수지를 제조된 필름의 수요가 빠르게 증가하고 있으며
일상생활의 많은 부분에서 사용되고 있다.
또한, 일반 단순한 필름이 아닌 다양한 기능성을 부여한 필름의 요구가 많아지고 있으며, 최근에는 건강에 대한 관심이 많아지면서 세균, 박테리아에 내성을 가진 항균성이 부여된 제품들이 속속 개발되어 출시되고 있다.
근래에 여러 항균제를 이용한 제품들 중에는 항균제로 유기 항균제가 많이 사용되고 있으나, 유기 항균제는 기본 특성상 내성의 증가, 인체 유해성 등으로 인하여 사용을 자제하고 있다.
한편, 유기 항균제를 대체하기 위하여 무기계 항균제, 천연 항균제가 사용되고 있으나 천연 항균제는 단가가 높고 첨가량이 많아야 항균력이 발현되고 항균 지속력도 떨어지는 문제가 있으며 무기계 항균제는 항균 지속력은 좋으나 인체 유해성 문제가 발생하고 있다.
상기하였듯이 본 발명은 친환경 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휴대전화기 및 태블릿, 의료기, 문구 완구류, 천막, 매트, 시트, 쿠션제, 시트지, 식품용 필름, 썬팅필름, 인테리어필름, 도어, 여러 종류의 손잡이, 가방, 의류, 엘리베이터 버튼 필름, 핸드레일등 여러 종류의 필름에 금속 나노이온 클러스터를 커버링 되어 병원균 감염을 차단하도록 사용되는 기능성 필름에 관하여서이다.
이에, 본 발명자들은 필름에 항균기능성 물질인 나노이온 클러스터 물질을 이용하여 항균 성능을 구현하고자 연구한 결과, 산업적으로 이용되는 금속 스퍼터링(Sputtering)방법을 이용하여 필름 표면 일측에 나노 클러스터(Clusters) 금속 화합물의 항균물질인 Cu(구리), Tim(티타늄), Zr(지르코니아). Ag(은), Zn(아연) 또는 상기 금속의 산화물(Oxide) 중 어느 하나 또는 하나 이상을 입자를 균일하게 분산 코팅하여 여러 가지 조건에서 시험하여본 결과 필름에 코팅된 나노 클러스터 금속 화합물(Metal compound)에 의하여 항 살균력이 매우 우수함을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 나노이온 클러스터를 다양한 용도의 필름에 분사하여 장기간에 걸쳐 나노입자의 항균성을 유지할 수 있는 항균 필름 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 필름이나 이를 제조하는 원단에 나노이온 클러스터에 의한 항균성을 최대화할 수 있고 부가적으로 광 촉매를 부가하여 항균성을 더욱 높일 수 있는 항균필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본원은 필름 자체에서 살균과 멸균이 가능하여 산업 여러 분야에 걸쳐 파급 적으로 사용할 수 있으며 제조시 사용자의 감염을 방지하거나 최소화할 수 있는 항균 및 항바이러스 필름 및 그의 제작 방법으로 이를 이용하여 제작된 항균 및 항바이러스 기능을 갖는 여러 제품의 필름을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상술하였듯이 항균필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 나노이온 클러스터를 포함하는 항균필름 및 그 제조방법 및 이를 이용한 필름 제품에 관한 것이다.
따라서 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 공기 중에 떠도는 각종 바이러스 및 세균과 인체에 묻어있는 각종세균 등을 효과적으로 차단하거나 항균 처리하여 각종 질병으로부터 사용자가 안전하도록 필름 표면에 나노이온 클러스터물질을 사용하여 적용하여 코팅 제조하는 데 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 필름을 고압의 진공 압력 챔버에 투입하고 상기 필름의 표면에 나노이온 클러스터 물질인 금속이온 또는 산화물 클러스터를 분사하여 결합 코팅 하는 단계와;
상기 항균 나노이온 클러스터를 적용(코팅)한 필름 및 원단을 송풍 건조하는 단계와; 상기 건조된 필름 또는 필름 원단을 그 용도에 맞게 정해진 일정크기로 절단(Cutting)하는 단계를 거쳐 완성하는 것을 특징으로 하는 항균력이 극대화된 금속 나노이온 클러스터필름 제조 방법을 본원에서는 제공한다.
본원은 전술한바 대로 금속 나노이온 클러스터를 기반으로 한 항균물질을 필름 표면에 코팅함으로 항균 용액과의 반응성이 없이 항균력이 매우 뛰어나고 용매의 제한이 없고, 공정이 용이함으로써, 예컨대 음식물 또는 의료용 물질들에 사용시
강력한 항 살균력에 의하여 악취를 없애고 부패나 외부 감염을 차단하는 우수한 효과가 있는 것이다.
본원에서 제시하는 필름에 항 살균 물질을 필름에 도포하는 방법은 건식 스퍼터링(Sputtering)에 의하여 상기 항 살균 물질을 투입하는 방법이 현재까지 개발된 방법 중에 가장 안전하고 신속한 방법으로 알려졌으며 본 출원의 금속 나노이온 클러스터를 기반으로 하는 나노 복합 소재는 우수한 생체 적합성, 항균성 및 분산성을 가질 수 있다.
또한, 본 출원의 나노 클러스터 제조장치는 간단하고, 친환경적인 공정을 통하여, 연속적으로 금속 나노이온 클러스터 항균 소재를 제조할 수 있다.
본 발명은 앞서 말했듯이 본 발명에 따른 나노이온 클러스터 물질을 활용한 필름은 필름의 표면에 나노클러스터 항균 물질이 코팅되어 있으므로 다양한 병원균에 의한 감염이나 오염을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 사용자의 병원균에 의한 질병을 막을 수 있다.
또한, 부가적으로 광 촉매(Photo catalysts)를 필름 및 원단에 함유함에 따라 필름에 흡착되는 오염물의 분해를 수행하여 오염물에 의한 필름 손상뿐만 아니라 오염물로 인한 사용자의 질병발생 역시 최소화할 수 있는 효과가 있다.
아울러 산화에 의한 나노입자의 활성저하를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 장기간에 걸쳐 나노입자를 방출할 수 있으므로 필름의 항균활성을 오랜 기간에 유지할 수 있고 나노입자의 항균활성이 필름에 포함되는 광 촉매에 의하여 최대화될 수 있는 높은 항균활성을 가지는 필름의 제조가 가능하다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 균등물과 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 항균 나노이온 클러스터코팅 원리를 나타낸 그림.
도 2는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 항균 나노이온 클러스터코팅 원리를 나타낸 그림.
도 3은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터챔버 구조 및 작동과정을 나타낸 그림.
도 4는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 항균 나노이온 클러스터코팅 공정도.
도 5는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 챔버에 타깃투입 후 전극을 가해 나노 이온이 방출되는 과정을 나타낸 공정도.
도 6은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스트 롤투롤 코팅장비 개념도.
도 7은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스트 롤투롤 코팅장비 공정도.
도 8은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름의 나노 이온 쿨러스터 코팅 공정 조건표.
도 9는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 광촉매와 나노 이온 입자 항균 금속들의 세포 멸균 사시도.
도 10은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스터의 항균효과.
도 11은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 Cu Nanoparticles in coating film / Cu 나노 이온 입자 코팅 전자현미경 사진.
도 12는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 Cu NP 크기 제어 표면 형태의 SEM사진.
도 13은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터두께및 전자현미경 사진.
도 14는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스터의 결정조직과 다층 나노복합조직을 나타낸 그림이다.
도 15는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 3,000배 SEM 현미경사진.
도 16은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 20,000배 SEM 현미경사진.
도 17은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 50,000배 SEM 현미경사진.
도 18은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 20.000배 SEM 현미경사진.
도 19는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 50.000배 SEM 현미경사진.
도 20은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노이온 클러스터 50.000배 또 다른 SEM 현미경사진.
도 21은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름 의 500배 현미경 SAM 확대사진.
도 22는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스트 물질 Cu-CuOx 20nm-EDX 성분분석표.
도 23은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 1.
도 24는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 2.
도 25는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터항균테스트 결과치.
도 26은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클로스터 코팅 필름의 색상제어기술.
도 27은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노사이즈 금속이온 코팅 불럭도.
도 28은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름 사시도.
도 29는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 롤형태의 필름의 코팅 사시도.
도 2는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 항균 나노이온 클러스터코팅 원리를 나타낸 그림.
도 3은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터챔버 구조 및 작동과정을 나타낸 그림.
도 4는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 항균 나노이온 클러스터코팅 공정도.
도 5는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 챔버에 타깃투입 후 전극을 가해 나노 이온이 방출되는 과정을 나타낸 공정도.
도 6은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스트 롤투롤 코팅장비 개념도.
도 7은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스트 롤투롤 코팅장비 공정도.
도 8은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름의 나노 이온 쿨러스터 코팅 공정 조건표.
도 9는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 광촉매와 나노 이온 입자 항균 금속들의 세포 멸균 사시도.
도 10은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스터의 항균효과.
도 11은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 Cu Nanoparticles in coating film / Cu 나노 이온 입자 코팅 전자현미경 사진.
도 12는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 Cu NP 크기 제어 표면 형태의 SEM사진.
도 13은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터두께및 전자현미경 사진.
도 14는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스터의 결정조직과 다층 나노복합조직을 나타낸 그림이다.
도 15는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 3,000배 SEM 현미경사진.
도 16은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 20,000배 SEM 현미경사진.
도 17은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 50,000배 SEM 현미경사진.
도 18은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 20.000배 SEM 현미경사진.
도 19는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 50.000배 SEM 현미경사진.
도 20은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노이온 클러스터 50.000배 또 다른 SEM 현미경사진.
도 21은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름 의 500배 현미경 SAM 확대사진.
도 22는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스트 물질 Cu-CuOx 20nm-EDX 성분분석표.
도 23은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 1.
도 24는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 2.
도 25는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터항균테스트 결과치.
도 26은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클로스터 코팅 필름의 색상제어기술.
도 27은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노사이즈 금속이온 코팅 불럭도.
도 28은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름 사시도.
도 29는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 롤형태의 필름의 코팅 사시도.
전술한바 대로 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름은 우수한 생체 적합성, 항균성 및 분산성을 가질 수 있으며 최근에는 코로나 19처럼 전염성이 강한 병원균의 차단을 위해 특히, 마스크, 케이스 또는 엘리베이터,출입문,도어, 등과 같이 불특정 다수의 사람이 누르는 버튼에는 항균 시트가 부착되어 사용되고 있다.
이러한 항균 시트는 항균성 물질을 포함하는 시트로서 전염성이 있는 균류가 부착되더라도 활성을 억제하여 사멸되게 함으로써 전염을 억제하도록 하는 것으로 알려져 있다.
하지만, 항균성 물질이 계속 용출되는 것도 아니고, 항균 특성이 항시적으로 지속하는 것도 아니며, 불특정 다수인이 자주 접촉함으로써 오염물질이 전달되어 오염됨으로 인해 아주 단시간 내에 항균 기능이 떨어지는 단점이 있엇다.
잘 알려진 바와 같이, 필름의 소재로 자주 사용되는 PVC(Polyvinyl chloride)는 저렴한 가격과 우수한 유연성, 가공성, 투명성, 내구성, 내약품성, 후 가공성 등 다양한 특징을 가지고 있어 여러 분야에서 광범위하게 활용되고 있다.
본원 발명은 상기한바 대로 항 살균 기능을 갖는 필름 또는 필름의 원단에 관한 것으로 구체적으로는 필름 또는 필름의 원단 일면을 항균력이 탁월한 나노 금속이온 클러스터(Nano metal ion cluster)로 코팅하는 기술에 관한 것으로 휴대전화기 및 태블릿, 의료분야, 문구, 완구, 천막, 매트, 쿠션제, 식품용 필름, 썬팅필름, 인테리어필름, 문, 시트지, 패치, 패널, 손잡이, 가방, 의류, 엘리베이터 버튼 필름, 핸들레일로 제조되는 다양한 필름이나 패널 등에 본원 기술인 금속 나노이온 클러스터를 적용하여 항 살균력을 부여함으로 각종 세균이나 바이러스로부터의 감염을 최소화하는데 본원의 목적이 있는 것이다.
한편, 본원은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에서 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
현재 PVC, 폴리에스테르 등 합성 필름 소재 분야는 소비자의 변화하는 요구에 따라 기능성 및 감성이 추가된 새로운 필름 소재가 끊임없이 개발되어 출시되고 있고 본원에서와같이 항균특성(Antibacterial properties)이 있는 여러 종류의 기능성 필름 등이 빠르게 출시되고있다.
이러한 항균특성의 제어는 항균효과와 반응들이 강력하게 일어날 수 있도록 하는 항균소재의 종류 및 코팅된 항균소재의 입자크기와 조직에 의해 매우 다르게 되며, 특히 동일 종류의 소재의 크기가 20nm 이하의 초미세 크기로 작아질수록 항균효과가 급격하게 증대된다는 것이다.
따라서 본원에서는 항균력이 우수한 소재 설계를 통하여 입자크기를 나노구조로 제어하며 나노 사이즈 크기를 제어하여 금속 또는 금속 산화물을 이용하여 상기 필름 또는 필름의 원단 표면에 항균코팅 기술을 완전하게 구현할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시 예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다.
그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면의 도 1~5는 본원 필름의 스퍼터링 공정과 코팅원리를 나타낸 것이다.
도 1은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일 실시 예에 의한 상기 필름 또는 필름의 원단의 스퍼터링 공정을 나타낸 그림을 나타낸 것으로 본원의 스퍼터링(Sputtering)은 진공 증착법(Vacuum deposition method)의 일종으로 비교적 낮은 진공도(Vacuum too)에서 플라스마(Plasma)를 발생시켜 이온화한 아르곤 등의 가스를 가속하여 Target(타깃)에 충돌시켜 목적의 원자를 분출하며 그 근처에 있는 기판상에 막을 만드는 방법을 말한다고 할수있다.
이러한 플라스마의 발생 방법은 여러 가지의 타입이 있으며 막을 형성하는 속도는 작으나, 타깃 뒤 측에 자석을 놓은 마그네트론형 타깃(Magnetron-type target)의 개발로 지금까지 사용된 것보다 100배 정도로 크게 되었다고 할수있다.
또한, 합금의 스퍼터링(Sputtering)에서는 거의 합금의 조성대로 막을 형성할 수 있는 이점이 있고 반응성 가스를 이용하면 가스와의 반응물의 막 형성 반응 스퍼터링(Reaction sputtering)도 가능하며 기존의 스퍼터링을 적용한 코팅 기술은 주로 원자형태로 재료표면으로 이동하여 서로 합쳐지면 코팅층을 형성하는 공정으로 균일한 나노입자들을 적용하여 재료 표면에 코팅하기가 어려움이 있었다.
한편, 이를 개선한 본원에서는 진공챔버(140)에 금속 합금 또는 산화물(160)타깃(Target)을 투입하고 피코팅 소재(The coated material)를 투입하는 스퍼터링 공정을 그림으로 나타낸 것이고;
도 2는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 항균 나노이온 클러스터코팅 원리를 나타낸 그림;
도 3은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터챔버(Chamber)구조및 작동 과정을 나타낸 그림;
도 4는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 항균 나노이온 클러스터 코팅 공정도;
도 5는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 챔버에 타깃투입 후 전극을 가해 나노 이온이 방출되는 과정을 나타낸 공정도로 챔버에 피코팅체를 투입하고 금속 나노이온 클러스터(Cluster)를 코팅하는 챔버및 챔버 가동 조건 등을 나타낸것으로 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 항균소재 타깃 및 피코팅 소재를 챔버(140)에 장착 후 진공(Vacuum)을 10-5 Torr 이하로 배기하는 진공 배기단계와; 진공 배기 후 비활성 기체인
Argon(아르곤) 가스를 주입하여 진공도가 5x10-3Torr ~5x10-4 Torr 범위가 되도록 Ar가스 주입 단계와;
전원을 켜서 약 300V~1,000V 범위로 항균소재 타깃에 전기를 부가하여 방전반응을 일으키는 방전단계를 거치게 되면 Ar가스가 이온화되면서 이온화된 Ar가스가 타깃을 때리도록 하여 항균소재를 증발 및 이온화 시킨다.
그리하면 이렇게 증발 및 이온화된 원자들에 자장을 가하면 증발된 중성입자(Neutral particle)들이 이온화되며 이러한 입자들 및 원자들이 서로 충돌하면서 정정 기력(Electrostatic force))에 의해 집합하며 수 나노(1~5nm) 직경 크기의 클러스터 입자들이 형성되어 피코팅재로 이동하며 코팅되게 된다.
이와 같이 나노 클러스터의 크기는 주입 Ar가스의 양, 전원의 전압 및 전류제어, 자장의 세기를 조절하여 조정하게 되는 것이다.
도 6은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터롤투롤(Rolltop roll)코팅장비 개념도 이고 도 7은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터 롤투롤 코팅장비 공정도이다.
도 8은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 챔버(140)에 타깃투입 후 전극을 가해 나노 이온이 방출되는 과정을 나타낸 공정도를 나타낸 그림으로 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 항균소재 타깃 및 피코팅 소재를 챔버(140)에 장착 후 진공을 10-5 Torr 이하로 배기하는 진공 배기단계와; 진공 배기 후 비활성 기체인 Argon(아르곤) 가스를 주입하여 진공도(Vacuum too)가 5x10-3Torr ~5x10-4 Torr 범위가 되도록 Ar가스 주입단계를 거친 후 증발 및 이온화된 원자들에 대하여 자장을 가하는 단계가 이루어지는데 이는 증발된 중성입자(Neutral particles)들 및 이온화된 입자들 및 원자들이 충돌하면서 정정 기력에 의해 집합하며 수 나노(1~20nm) 직경 크기의 클러스터 입자들이 형성되게 하는 과정이라고 볼수있다.
더불어 일 실시 예에 의한 나노 금속이온 클러스터 적용한 코팅(180)공정을 좀 더 자세히 살펴보면 먼저, 필름이 투입되는 압력 챔버(140)는 바람직하게는 약 80~180℃의 온도와 약 1.8kg f/㎠~ 5kgf/㎠ 압력을 30분~180분 정도 유지하는 챔버(140)가 바람직하며 여기서 금속 또는 금속산화물(Metallic dxide)을 이온화하고 상기 필름(120) 필름의 원단에 나노 형태로 도포하게 되는데 상기 챔버설정 조건은 피코팅체의 재질이나 투입량 주위환경에 따라 수시로 달라질 수 있으며 챔버의 온도를 낮추어 저온으로 코팅되므로 필름이나 필름원단의 물성에는 아무런 변화가 없게 된다. 아울러 바람직하게 적용되는 나노이온 클러스터 항균물질은 Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니아). Zn(아연), AG(은)과 같은 여러 금속 또는 산화물 중 택일 된 어느 하나 또는 두 개의 물질로 이루어지며 바람직하게는 타깃의 형태로 이루어짐이 매우 바람직하다.
본원의 기술은 항균 특성이 있는 금속 및 산화물 재료들을 원자상태(The atomic state)로 증발 및 이온화(Ionization)시킨 후 직경 수 나노 크기의 입자들로 필름 표면에 용도에 따라 여러 가지 사이즈로 나노 두께로 코팅하는 기술이며 바람직하게는 나노 두께의 범위 : 1nm ~ 100nm / 항균 코팅 시 바람직한 코팅 두께는 1~20nm가 적당하다 하겠다.
한편, 본원의 나노 금속이온 클러스터 적용하는 코팅(180)장치 및 구성을 살펴보면;
- 장치의 구성 : 진공용 챔버(140), 진공펌프, 항균 금속 물질 타깃, 피코팅 소재, 전원 및 제어시스템, 진공 게이지, 가스공급 및 제어 시스템과 같은 다양한 장비가 구성된다.
- 상기 챔버에 투입되는 바람직한 항균물질 타깃으로는 Cu, Ti, Zr. Zn Ag 또는 이들 금속의 산화물 등을 들수있다.
- 피코팅 소재로는 필름 소재인 필름을 비롯하여 합성 필름, 천연필름, 폴리머필름 등 다양한 재료에 본원기술을 예의 적용할 수 있다.
다음으로, 본원의 나노 금속이온 클러스터를 적용한 코팅(180)공정을 살펴보면 다음과 같다.
한편, 본원에서는 광 촉매(TiOx)를 합성하여 코팅할 수 있는데 이러한 가시광선 광 촉매 소재는 Cu(구리)를 코팅한 TiOx 광 촉매 소재가 매우 바람직하다.
Cu는 광 촉매 효과가 우수하여 오염물질 제거 및 항균특성을 나타내지만 UV(자외선, Ultraviolet) 파장의 빛에서만 작용하는 물질적 특성이 있으며 Cu를 TiOx에서 코팅하면 가시광선 범위에서도 광 촉매 효과가 일어나 TiOx보다 우수한 광 촉매 효과로 우수한 항균특성이 나타나는 특성을 가지며 이를 사용하기 위해 Ti 전체중량 100중량비에 대하여 Cu 코팅량은 5~30중량부를 투입하여 사용할수있다.
항균소재인 TiOx는 알려진 항균소재인 Cu는 내마모성이 약하며, 유해한 냄새를 유발하는 동시에 고온 다습한 환경에서는 산화되어 변색 및 수분과의 반응에 의한 유해 산화 화합물(Oxidizing compound)을 발생하여 인체에 유해한 것에 비하여 비해 상기 TiOx는 고온 다습한 분위기에서 비교적 안정한 화합물로 항균특성도 매우 우수하며 동시에 Cu 금속에 비해 강도도 높아 코팅시 쉽게 탈피가 안 되어 내구성이 타금속 이온에 비하여 우수한 물성을 가지고 있다.
이처럼 본원은 광 촉매/항균 복합코팅은 iOx와 CuOx 가시광선 영역에서도 광 촉매 효과 및 항균특성을 복합적인 반응으로 강력한 광 촉매(Photo catalyst) 효과를 얻게 되는 것이다.
본원에서는 이처럼 상기 광 촉매 및 항균특성을 복합하는 코팅소재를 이온 나노클러스터 코팅 공정기술로 코팅된 입자들의 구조 및 크기를 적어도 1~20nm 범위의 크기를 자유롭게 제어하며 코팅하여 강력한 항균성능이 본원 필름 또는 필름의 원단에 나타나도록 코팅하는 효과적인 기술이라 할수있는 것이다.
다음으로, 내 마모, 항균 복합코팅을 살펴보면 다음과 같다.
- 내 마모소재 금속과 Cu를 질소/산소 가스를 공급하며 동시에 코팅할 수 있다.
- 코팅시 질소(N2), 산소(O2) 가스를 복합코팅 종류에 따라 단독 또는 동시에 양을 제어하며 공급한다.
- TiN, ZrN 합성시 질소만 공급.
- TiOx, Zero 합성시 산소만 공급.
- TiONx, ZrONx 합성시 질소와 산소 동시 공급.
- 코팅두께 : 5~50nm / 50nm 이상도 코팅.
- 코팅조직 : 내 마모 코팅 박막 층(Ti/ZrNx, Ti/ZrOx, Ti/ZrONx) 내에 항균 CuOx 나노입자들이 분산되게한다.
주요 제어방법으로는 전술한바 대로 진공챔버(140)내 압력 및 자기장을 3D로 구속하여 입자의 밀도를 높여 입자들이 원자와 충돌하면서 전하를 가지게 하면 입자들 간 정전기 현상에 의해 입자들이 서로 초 미세나노 입자(Ultra-fine nano particles)들로 결합하며 나노사이즈를 형성하게 된다.
이에 피코팅 소재로는 천연 필름 또는 합성 필름 등을 모두 사용할 수 있는데
예를 들어, PVC, 나일론(Nylon), 폴리에스테르계(Polyester), 폴리염화비닐계(Polyvinyl chloride), 폴리아크릴로니트릴계(Polyacrylonitrile), 폴리아미드계(polyamide), 폴리올레핀계(Polyolefin), 폴리우레탄계(Polyurethane), 폴리플로 오르에틸렌계(Polyfluoro olethylene) 중의 어느 하나로 이루어진 필름을 사용할 수 있다.
더욱더 바람직하게는 합성필름은 폴리머(Polymer)를 사용하여 얻어진 필름을 사용할 수도 있고 폴리에틸렌계(Polyethylene)수지, 예를 들면, 저밀도 폴리에틸렌 수지(LDPE), 초저밀도 폴리에틸렌 수지(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 에틸렌-비닐아세테이트 수지(EVA)를 포함한 천연 필름도 가능하고 상기한 필름 이외에도 전술된 것과 다른 필름을 사용하는 것도 충분히 가능하다.
이러한 나노이온 클러스터를 항균 필름에 이를 적용 코팅하여 유연성을 가지기 위해이온 클러스터의 직경은 전술한 바와 같이 나노 사이즈를 적어도 1~20nm 내 범위에서 코팅하는 것이 바람직하다.
1nm 미만으로 나노를 제작하면 이온 클러스터의 크기에 비해 이온 클러스터의 간격이 좁아지게 되므로 나노의 형태를 유지하기가 힘들며 제품으로의 가치가 떨어지며 20nm 초과는 항균력을 나타내기에 충분한 양을 초과하므로 인해 많은 양의이온 클러스터를 사용함에 따라 가격 상승을 초래하게 되어 비경제적인 문제점이 발생하게 되는 것이다.
한편, 더욱 바람직하게는 상기 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 금속은 Ti(티타늄), Zr(지르코니아). Zn(아연), Ag(은)중 택일 된 어느 하나의 물질 100중량에 대하여 Cu(구리)가 첨가하되 이때 첨가량은 1 내지 10중량 부인 것을 특징으로 하여 피코팅체인 필름 또는 필름의 원단에 본원의 나노금속입자가 코팅된 항균 필름 또는 필름의 원단이 완성되게 되는 것이다.
다음으로, 도 9~10은 본원의 나노이온 클러스터의 항균효과를 나타낸 것이며 도 9는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 광 촉매와 나노이온 입자 항균 금속들의 세포 멸균 사시도로 10은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터의 항균효과를 나타낸 것으로 이를 좀 더 설명하면 본원의 나노 금속이온 클러스터 항균소재들에 의한 항균은 크게 2가지 원리를 설명하면 이는 항균소재와 수분이 반응하면 H2O 물 분자가 해리되어 OH-O-와 같은 세포 분자들과 반응성이 높은 활성 라디칼(Radica)들이 발생하게 되며, 이러한 라디칼들이 항균소재 표면에 흡착된 유해 세균들의 표면과 반응하여 세균표면의 세포들의 결합을 끊게 되어 세포가 즉시 사멸하게 된다.
바람직한 또 다른 사멸 원리로는 항균소재의 금속원자들이 이온화되어 직접 세균의 세포 결합구조를 끊으며 유해 세포들을 사멸시키게되는 것이다.
더불어 본원의 PDL 항균 시험법을 살펴보면 다음과 같다.
PDL 항균 시험법 (Revised from JIS Z 2801/ISO 22196 Protocol)
테스트하고자 하는 샘플의 원하는 크기로 준비한다. (ex. 1cm*1cm or 2cm*2cm)
테스트하고자 하는 균 (S. aureus) stock 100 ul를 10ml Tryptic soy broth (TSB)에 키운다.
균이 OD600=0.3까지 자랐을 때, 20ml glass vial에 600 ul 씩 접종한 뒤, 준비된 샘플의 코팅된 표면이 균과 접촉되도록 놓으며 37도 incubator(부화기관)에서 overnight incubation(하루 배양)한다.
Incubation(배양)이 끝난 샘플을 10ml 1X PBS buffer로 wash/shake out(혼합, 세척) 해준다.
Wash out(세척) 된 용액을 1X PBS buffer(완충)로 104배 희석하고, 희석된 균을 준비된 TSA (Tryptic soy agar미생물 배지) plate(그릇)에 100 ul씩 도말한다.
도말된 TSA plate(생배지)를 37도 Incubator에서 overnight incubation 한다.
Incubation이 끝난 plate에 뜬 colony의 개수 (CFU)를 비교한다.
모든 테스트는 Growth control (균 Only)과 Sterile control (broth only)와 함께 진행한다. 항균력 분석은 다음 식을 따른다.
다음으로, 도 11~25까지는 본원발명의 필름 또는 필름의 원단의 SAM, TEMP 사진과 더불어 다양한 항균 테스트를 제시한 자료이다.
도 11은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 코팅 필름의 Cu 나노 입자(Cu Nanoparticles in coating film)
전자현미경 사진.
도 12는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스트 Cu NP 크기 제어 표면 형태의 SEM사진.
도 13은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터두께및 전자현미경 사진.
도 14는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스터의 결정조직과 다층 나노 복합조직을 나타낸 그림이다.
도 15는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 3,000배 SEM 현미경사진.
도 16은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 20,000배 SEM 현미경사진.
도 17은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 50,000배 SEM 현미경사진.
도 18은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 20.000배 SEM 현미경사진.
도 19는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노 이온 클러스트 50.000배 SEM 현미경사진.
도 20은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름에 코팅된 나노이온 클러스터50.000배 또 다른 SEM 현미경사진.
도 21은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름의 500배 현미경 SAM 확대사진으로 본원의 나노이온 클러스터필름 또는 필름의 원단에 나노입자를 적용하여 골고루 코팅됨을 알수가있다.
도 22는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노 이온 클러스트 물질 Cu-CuOx 20nm-EDX 성분분석표.
도 23은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 1이고 도 24는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 한국의류사 연구원 항균시험 성적서 2이며 도 25는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클러스터 항균테스트 결과치로 본원의 필름의 항균력이 99.99%로 나온 실험데이터를 첨부한 것이다.
도 26은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노이온 클로스터 코팅 필름의 색상제어기술로 본원에서는 내 마모/내스크래치 항균소재 및 코팅기술을 발현할 수 있는데 이를 살펴보면 다음과 같다.
내 마모/내스크랫치 기본 소재로는 TiN, ZrN, TiOx, ZrOx, TiONx, ZrONx 등
- 항균 소재 : Cu 내 마모 소재 내 바람직한 일실시예의 코팅량은 상기 금속 100에 대하여 20~50 중량부가 매우 바람직하다.
- 내 마모/항균 코팅 : TiCuNx, ZrCuNx, TiCuOx, ZrCuOx, TiCuONx, ZrCuONx
- TiCuNx, ZrCuNx : 노랑~골드 색을 띤다.
- TiCuOx, ZrCuOx : 투명색상을 띈다.
- TiCuONx, ZrCuONx : 약한 노란색을 띠며 본원에서 자유롭게 색상을 변화하여 널리 사용할 수 있다.
도 27은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 나노사이즈 금속이온 코팅 불럭도로 상기 필름 외피(20)와 내피(40) 중 택일 된 어느 한 면이나 양면이 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 물질을 적용하여 코팅된 것을 특징으로 한다.
상기한바 대로 상기 금속 화합물의 항균물질은 Cu(구리), Tim(티타늄), Zr(지르코니아). Ag(은), Zn(아연) 중 선택된 적어도 어느 하나 또는 두 개의 물질이며 상기 금속화합물의 산화물을 더 포함하게 되며 항균소재 타깃 및 피코팅 소재를 챔버(140)에 투입 및 장착 후 진공을 10-5 Torr 이하로 배기하는 진공 배기단계와; 진공 배기 후 비활성 기체인 Argon(아르곤) 가스를 주입하여 진공도가 5x10-3Torr ~5x10-4 Torr 범위가 되도록 Ar가스 주입단계와;
전원을 켜서 300V~1,000V 범위로 항균소재 타깃에 전기를 부가하여 항균소재를 증발 및 이온화 방전반응(Discharge reaction)을 일으키는 방전단계와;
이를 거쳐 Evaporate(증발) 및 이온화된 원자들에 자장을 가하는 단계와;
증발된 중성입자들 및 이온화된 입자들 및 원자들이 충돌하면서 정정 기력에 의해 집합하며 수나노(1~20nm) 직경 크기의 클러스터입자들이 형성되는 단계와;
피코팅체인 필름으로 이동하며 코팅하는 단계를 거치게 되며 여기서 상기 필름에 코팅된 나노 클러스터의 사이즈는 주입 Ar가스의 량, 전원의 전압 및 전류제어, 자장의 세기에 의하여 자유로이 조절할수있는 것을 특징으로 한다.
아울러 상기 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터금속을 원자상태로 증발 및 이온화시킨 후 직경 1nm ~ 20nm 필름 중 선택된 어느 일면에 적용 코팅하는 것을 특징으로 하며 상기 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 금속에 대하여 Cu를 TiOx에 첨가하여 가시광선(Visible light)범위에서도 광 촉매 효과가 일어나게 하는 것을 본원의 구성으로 하게 되는 것이다.
도 28은 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 필름 사시도를 나타낸 것이고 도 29는 본 발명의 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름의 일실시예에 의한 롤형태의 필름의 코팅 사시도를 나타낸 것으로 상기 필름이나 필름원단 내피(40)와 외피(20), 중 적어도 어느 하나가 나노 금속이온 클러스터를 적용하여 코팅되거나 양면 모두가 코팅 제작되며 상기 나노 금속이온 클러스터를 적용한 필름 재질은 천연수지(Natural resin)
또는 합성수지(Synthetic resin ))로 이루어진 섬유사를 더 포함하게 되며 이를 사시도로 나타낸 것이다.
이와 같이 상기 필름이나 원단의 내피(40)와 외피(20) 중 적어도 어느 하나가 나노 금속이온 클러스터를 적용하여 코팅되거나 양면 모두가 코팅 제작되며 필름 부재에 대하여 1 내지 30mm의 나노사이즈의 금속 나노 이온클러스터를 적용하여 코팅시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 내마모성 소재 금속과 Cu를 질소/산소 가스를 공급하며 동시 코팅하며 코팅시 질소(N2), 산소(O2) 가스를 복합코팅 종류에 따라 단독 또는 동시에 공급하거나 또는 TiN, ZrN 합성시에는 질소만 공급하고 TiOx, Zero 합성시에는 산소만 공급하며 TiONx, ZrONx 합성시에는 질소와 산소를 동시에 공급하여 코팅할수도있다.
더불어서 상기 챔버(140)에 필름을 투입하고 상기 필름 표면에 Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니아). Zn(아연),Ag(은) 중 선택된 적어도 어느 하나 또는 두 개의 나노이온 클러스터물질을 함께 방전하여 코팅하는 것도 가능하다.
상기하였듯이 상기 챔버(140)는 80~180℃의 온도와 1.8kgf/㎠~ 5kgf/㎠ 압력을 30분~180분을 유지하는 챔버(140)이며 상기 클러스터 나노이온 형태로 상기 챔버(140) 내에 필름 표면에 분사 코팅하며 상기 필름은 천연필름 또는 합성 필름이며 합성 필름으로는 폴리에스테르계, 폴리아크릴계, 폴리아크릴로니트릴계, 폴리아미드계, 폴리염화비닐계, 폴리우레탄계, 폴리올레핀계, 폴리플루오로에틸렌계, 페놀, 요소, 멜라민, 에폭시 수지로 이루어진 합성수지 군에서 적어도 1군 또는 1군 이상이 선택되어 금속 나노이온 클러스터를 적용하여 코팅 제조됨을 본원의 특징으로 한다.
더불어 상기 나노이온 클러스터물질은 상기 필름이나 원단 100을 기준으로 0.001 내지 1중량 부로 코팅됨을 특징으로 하며 상기 필름에 코팅된 금속 나노이온 클러스터의 두께가 0.01 내지 100nm의 나노사이즈 범위에 포함됨을 특징으로 한다.
상기 필름에 투입된 금속 나노이온 클러스터 항균물질은 Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니아). Zn(아연) 중 택일 된 어느 하나 또는 두 개의 물질로 이루어진 타깃으로 구성된 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
한편, 본원은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에서 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 전술하였듯이 나노이온 클러스터를 필름에 분사하여 장기간에 걸쳐 나노입자의 항균성을 유지할 수 있는 항균필름 및 그 제조방법을 제공하는 것이며 필름에 나노이온 클러스터에 의한 항균성을 최대화할 수 있고 부가적으로 광 촉매를 부가하여 항균성을 더욱 높일 수 있는 항균필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.
아울러 본 발명은 필름이나 원단 표면에 나노이온 클러스터를 적용 코팅함에 따라 표면이 매우 부드럽고 신축성이 우수한 사용 감과 더불어 항균성이 지속하며 뛰어난 나노 이온클러스터 항균 필름을 제공하여 전 세계적으로 저변을 확대하는 데 목적이 있으며 다양한 제품에 이를 널리 적용할 수 있어 이른 시간에 본원 제품의 상품성을 널리 확보할 수 있다.
20: 필름 외피 40: 필름 내피
140: 챔버 160: 금속 합금 또는 산화물
180: 나노 금속이온 클러스터 코팅 200: 나노이온 클러스터코팅층
140: 챔버 160: 금속 합금 또는 산화물
180: 나노 금속이온 클러스터 코팅 200: 나노이온 클러스터코팅층
Claims (17)
- 휴대전화기 및 태블릿, 의료분야, 문구, 완구, 천막, 매트, 쿠션제, 식품용 필름, 썬팅필름, 인테리어필름, 도어, 시트지, 패치, 패널, 손잡이, 가방, 의류, 엘리베이터 버튼 필름, 핸드레일로 제조되는 다양한 필름에 있어서,
상기 필름 중 택일 된 어느 하나의 필름 표면에 항균활성을 가지는 물질인 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 입자를 적용하여 코팅 제조되되;
상기 나노 금속 합금 또는 산화물의 항균물질은 Cu(구리), Tim(티타늄), Zr(지르코니아). Ag(은), Zn(아연) 또는 상기 금속들의 합금 및 산화물들 중 선택된 적어도 어느 하나 또는 두 개의 물질로 구성되어 코팅되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제1항에 있어서,
상기 금속 화합물의 산화물을 항균소재 타깃 및 피코팅 소재인 필름 또는 필름
원단을 챔버(140)에 장착 후 진공을 10-5 Torr 이하로 배기하는 진공 배기단계와; 진공 배기 후 비활성 기체인 Ar(아르곤) 가스를 주입하여 진공도가 5x10-3Torr ~5x10-4 Torr 범위가 되도록 가스 주입단계와;
전원을 켜서 300V~1,000V 범위로 항균소재 타깃에 전기를 부가하여 항균소재를 증발 및 이온화 방전반응을 일으키는 방전단계와;
이를 거쳐 증발 및 이온화된 원자들에 고밀도 구속 자장을 2차원 또는 3차원으로 가하는 자장 가압 단계와;
증발된 중성입자들 및 이온화된 입자들 및 원자들이 충돌하면서 정정 기력에 의해 집합하며 수나노(1~20nm) 경 크기의 클러스터입자들이 형성되는 단계와;
피코팅체인 필름 및 원단으로 이동하며 이를 코팅하는 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제2항에 있어서,
상기 필름 또는 필름 원단에 코팅된 나노 클러스터의 사이즈는 주입 Ar가스의 량, 전원의 전압 및 전류제어, 자장의 세기에 의하여 조절할 수 있으며;
상기 나노 금속, 합금 또는 산화물을 원자상태로 증발시켜 이온화시킨 후 직경 1nm ~ 20nm 크기로 나노 금속이온 클러스터 입자들을 필름 일면에 코팅하여 완성하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제3항에 있어서,
상기 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 금속에 대하여 Cu를 TiOx에 첨가하여 가시광선 범위에서도 광 촉매 효과가 일어나게 하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제4항에 있어서,
상기 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 금속은
Ti(티타늄), Zr(지르코니아). Zn(아연),Ag(은), 중 택일 된 어느 하나의 물질 100중량에 대하여 Cu(구리)가 첨가하되 첨가량은 30 내지 50중량 부이며
Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니아). Zn(아연), Ag(은)중 택일 된 어느 하나의 물질 재료를 사용하여 Ar 및 O2 가스를 사용하여 TiOx 합금 산화물을 적용 코팅하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 휴대전화기 및 태블릿, 의료분야, 문구, 완구, 천막, 매트, 쿠션제, 식품용 필름, 썬팅필름, 인테리어필름, 도어,시트지,패치,패널, 손잡이, 가방, 의류, 엘리베이터 버튼 필름, 핸드레일로 제조되는 다양한 필름또는 패널에 있어서,
상기 필름 또는 필름 원단 중 택일 된 어느 하나의 표면에 항균활성을 가지는 물질인 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 입자를 적용하여 코팅 제조되되;
내 마모 소재인 TiN, ZrN, TiOx, ZrOx, TiONx, TiZrNx, TiZrOx 중 선택된 어느 하나의 화합물들 중 Ti, Zr금속 및 TiZr 합금소재 100중량에 대하여 Cu가 내 마모 소재 30 내지 50중량 부가 투입되어 필름 일면에 나노이온 클러스터를 적용 코팅하며 상기 내 마모소재 금속과 Cu를 질소/산소 가스를 공급하며 동시에 내 마모 항균 복합코팅이 이루어지는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제6항에 있어서.
내 마모소재 금속과 Cu를 질소/산소 가스를 공급하며 동시 코팅하며 코팅시 질소(N2), 산소(O2) 가스를 복합코팅 종류에 따라 단독 또는 동시에 공급하며;
TiN, ZrN 합성시에는 질소만 공급하고 TiOx, Zero 합성시에는 산소만 공급하고 TiONx, ZrONx 합성시에는 질소와 산소를 동시에 공급하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 휴대전화기 및 태블릿, 의료분야, 문구, 완구, 천막, 매트, 쿠션제, 식품용 필름, 썬팅필름, 인테리어필름, 도어,시트지,패치,패널, 손잡이, 가방, 의류, 엘리베이터 버튼 필름, 핸드레일로 제조되는 다양한 필름 또는 필름 원단으로 제조되는 천연 필름 또는 합성필름에 있어서,
상기 필름 중 택일 된 어느 하나의 필름 표면에 항균활성을 가지는 물질인 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 입자를 적용하여 코팅 제조되되;
상기 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노이온 클러스터금속을 적용한 코팅층을 챔버(140)에 투입하여 상기 필름의 내피(40)와 외피(20) 중 어느 하나가 나노 금속이온 클러스터를 적용하여 코팅되거나 또는 양면 모두가 나노 금속이온 클러스터를 적용하여 코팅 제작된 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제8항에 있어서,
상기 나노 금속이온 클러스터를 적용한 필름 재질은 천연 필름 또는 합성필름이며 상기 필름의 내피(40)와 외피(20) 중 어느 하나가 나노 금속이온 클러스터를 적용하여 코팅되거나 또는 양면 모두가 나노 금속이온 클러스터를 적용하여 1 내지 30mm의 금속 나노 이온클러스터를 저온 코팅시키는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제9항에 있어서,
상기 필름 또는 필름의 원단을 압력 챔버에 투입되고 챔버(140)는 80~180℃의 온도와 1.8kgf/㎠~ 5kgf/㎠ 압력을 30분~180분에서 금속 나노이온 클러스터가 상기 필름 표면에 분사 코팅하며; 상기 챔버(140)에 필름을 투입하고 상기 필름 표면에 Cu(구리),Ti(티타늄), Zr(지르코니아). Zn(아연),Ag(은) 중 선택된 적어도 어느 하나 또는 두 개의 나노이온 클러스터물질을 함께 방전하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제10항에 있어서,
상기 챔버(140)는 80~180℃의 온도와 1.8kgf/㎠~ 5kgf/㎠ 압력을 30분~180분을 유지하는 챔버(140)이며, 상기 클러스터 나노이온 형태로 상기 챔버(140)내에 필름의 표면에 분사 코팅하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 휴대전화기 및 태블릿, 의료기, 문구 완구류, 천막, 매트, 쿠션제, 식품용 필름, 썬팅필름, 인테리어필름, 도어,시트지, 손잡이, 가방, 의류, 엘리베이터 버튼 필름, 핸드레일로 제조되는 천연 필름 또는 합성필름에 있어서,
상기 필름 또는 필름의 원단 중 택일 된 어느 하나의 표면에 항균활성을 가지는 물질인 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 입자를 적용하여 코팅 제조되되;
상기 필름을 제조하는 필름을 고압의 압력에 챔버(140) 투입하고 필름의 표면에 Ti(티타늄), Zr(지르코니아). Zn(아연) 중 택일 된 어느 하나의 물질 재료에 Cu를 첨가하여 Ar 및 O2 가스를 사용하여 TiCuOx, ZrCuOx, ZnCuOx 합금 산화물로 코팅하는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제12항에 있어서,
상기 필름은 천연필름 또는 합성 필름이며 합성 필름으로는 폴리에스테르계, 폴리아크릴계, 폴리아크릴로니트릴계, 폴리아미드계, 폴리염화비닐계, 폴리우레탄계, 폴리올레핀계, 폴리플루오로에틸렌계, 페놀, 요소, 멜라민, 에폭시 수지로 이루어진 합성수지 군에서 적어도 1군 또는 1군 이상이 선택되어 금속 나노이온 클러스터가 상기 필름에 코팅되어 제조되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제13항에 있어서,
상기 필름 또는 필름의 원단에 투입된 나노이온 클러스터물질은 상기 필름 100중량을 기준으로 0.001 내지 1중량 부로 코팅되며; 상기 필름에 코팅된 금속 나노이온 클러스터의 두께가 0.01 내지 100nm의 범위에 포함됨을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제14항에 있어서,
상기 필름 또는 필름의 원단에 투입된 금속 나노이온 클러스터 항균물질은 Cu(구리), Ti(티타늄), Zr(지르코니아). Zn(아연),Ag(은) 또는 이 금속들의 산화물 중 택일 된 어느 하나 또는 두 개의 물질로 이루어진 타깃으로 구성되며;
나노 클러스터의 금속 크기는 주입 Ar가스의 량, 전원의 전압 및 전류제어, 자장의 세기를 조절하여 조정하게 되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제15항에 있어서,
상기 필름 또는 필름의 원단에 코팅되는 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노 금속이온 클러스터 금속은 Ti(티타늄), Zr(지르코니아). Zn(아연),Ag(은) 중 택일 된 어느 하나의 물질 100중량에 대하여 Cu(구리)가 첨가하되 첨가량은 1 내지 10중량 부인 것을 특징으로 하여 피코팅체인 필름에 본원의 나노금속입자가 적용하여 코팅되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름. - 청구항 제16항에 있어서,
상기 필름에 코팅되는 나노 금속 합금 또는 산화물을 재질로 하는 나노이온 클러스터금속은 Ti(티타늄), Zr(지르코니움). Zn(아연),Ag(은) 중 택일 된 적어도 어느 하나의 물질 100 원자중량비(Atomic %)에 대하여 Cu 첨가 코팅량은 5~30중량 부를 투입하여 코팅되는 것을 특징으로 하는 나노이온 클러스터 공정으로 코팅한 항균 필름.
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| KR101004027B1 (ko) | 2010-06-23 | 2010-12-31 | (주) 더몰론코리아 | 항균성 식품포장용 필름 |
| KR101334283B1 (ko) | 2012-07-13 | 2013-11-28 | (주)나노미래생활 | 항균 플라스틱 소재, 항균 플라스틱, 항균 플라스틱 제조용 마스터배치, 및 항균 플라스틱의 제조방법 |
| KR101821673B1 (ko) | 2017-06-27 | 2018-01-24 | 주식회사 원인터내셔날 | 항균 기능을 갖는 동조엠보 시트, 그의 제조방법 및 그 제조장치 |
| KR20180071601A (ko) | 2016-12-20 | 2018-06-28 | (주) 에이치피엠글로벌 | 산화아연 나노입자가 코팅된 포장 필름 및 그 제조방법 |
| KR20200061305A (ko) | 2018-11-23 | 2020-06-02 | 한국생산기술연구원 | 천연 항균 점착필름의 제조방법 |
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