KR20230147478A - 항균 필터용 레진 조성물 및 이의 제조 방법, 이를 이용한 항균 필터 - Google Patents

항균 필터용 레진 조성물 및 이의 제조 방법, 이를 이용한 항균 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에어컨, 가습기 또는 공기청정기와 같은 가전 기기에 적용되는 필터에서 세균의 번식을 억제하여 공기의 위생적인 문제를 개선하기 위한 항균 필터용 레진 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명의 항균 필터용 레진 조성물은 항균 유리 조성물과 필터용 레진을 포함하며, 특히 상기 항균 유리 조성물의 성분 및 함량을 제어하여 항균력 향상 뿐만 아니라 레진의 물성을 개선한다.

Description

항균 필터용 레진 조성물 및 이의 제조 방법, 이를 이용한 항균 필터 {RESIN COMPOSITION FOR ANTIBACTERIAL FILTER, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND ANTIBACTERIAL FILTER USING SAME}
본 발명은 항균 필터용 레진 조성물 및 이의 제조 방법과 상기 레진 조성물을 이용한 항균 필터에 관한 것이다.
세균, 균류, 박테리아와 같은 미생물은 세면대, 냉장고 선반, 세탁기, 에어컨, 가습기, 공기청정기 등과 같은 우리의 생활 공간에 편재해 있다. 만일, 미생물이 인체에 들어가게 되면, 이들은 생명을 위협하는 감염의 원인이 될 수 있다.
특히 에어컨이나 가습기, 공기청정기와 같은 가전 기기는 인체에 해로운 미생물을 밀폐된 공간에 퍼뜨릴 수 있다.
최근, 에어컨이나 가습기에 사용되는 필터에 항균제를 적용하는 기술이 시도되고 있다.
상기 필터는 레진 성분을 이용한 원사를 통해 제작된다. 필터 원사를 제조하는 공정은 레진을 용융하여 방사한 후 연신 공정을 거친다. 이에 따라, 길고 가느다란 원사가 제조된다. 이때 원사의 연신율이 확보되어야 연신 공정에서 문제가 발생하지 않는다. 하지만 항균제는 레진과 화학적 반응을 일으켜 폴리머 체인을 손상시킨다. 이에 따라, 항균제는 레진의 연신율을 저하시키는 문제를 발생시킨다. 원사의 연신율이 저하되면, 원사를 제조하는 과정에서 원사가 빈번하게 끊어진다. 이에 따라, 원사의 제조 수율이 저하된다. 따라서, 항균제를 이용한 필터를 제고하기 위해서는 공정을 개선하거나, 또는 항균제의 성분이나 함량을 변경하는 등의 과정이 필요하다.
아울러, 항균제 가운데 은(Ag)이 많이 사용되고 있다. 기준규격 및 검사기관 지정고시의 용출 안전성 기준에 따르면 은의 용출량은 10ppb(0.01mg/L) 이하가 되어야 하는 것을 정의하고 있다. 그러나 종래 기술은 다량의 은이 용출됨으로써 인체 및 생태학적 유해성을 줄 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 에어컨, 가습기 또는 공기청정기와 같은 가전 기기에 적용되는 필터에서 세균의 번식을 억제하여 공기의 위생적인 문제를 개선하기 위한 항균 필터용 레진 조성물을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 기존 필터 제조 공정의 변경 없이 항균 유리 조성물을 단순 첨가하는 것만으로도 인체에 무해하고 항균 성능을 발현하는 항균 필터용 레진 조성물의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 세균의 번식을 억제하여 공기의 위생적인 문제를 개선할 수 있도록 에어컨, 가습기 또는 공기청정기와 같은 가전 기기에 적용되는 신규의 항균 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 항균 필터용 레진 조성물은 항균 유리 조성물과 필터용 레진을 포함하며, 특히 상기 항균 유리 조성물의 성분 및 함량을 제어하여 항균력 향상 뿐만 아니라 레진의 물성을 개선하였다.
보다 구체적으로 본 발명에 따른 항균 필터용 레진 조성물은 항균 유리 분말 100 중량%를 기준으로, SiO2 26 ~ 50 중량%, B2O3 및 P2O5 가운데 1종 이상 0.5 ~ 4 중량%, Na2O 및 K2O 합산으로 15 ~ 27 중량%, CaO, MgO 및 WO3 가운데 1종 이상 3 ~ 20 중량% 및 ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상 22 ~ 44 중량%를 포함하는 항균 유리 분말 및 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를 포함하는 항균 유리 조성물; 및 고분자 소재를 포함하는 필터용 레진;을 포함한다.
본 발명에 따른 조성물은 항균제가 분해되면서 항균력을 발현시키는 것이 아니라 항균성을 갖는 금속이온이 유리의 표면 전하를 양의 전하를 띄게 해 음의 전하를 띄는 세균을 끌어당겨 세균이 성장할 수 없도록 하는 메커니즘을 갖는다. 이에 따라, 본 발명은 반영구적인 항균력을 확보할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 항균 유리 조성물을 플라스틱 사출물의 첨가제로 활용할 시, 대장균 및 황색포도상구균에 대한 우수한 항균력을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 물이 존재하는 습한 환경에서 주요 발생균으로 문제가 되고 있는 녹농균에 대해서도 효과적으로 제거하는 것이 가능해질 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 항균 필터용 레진 조성물은 특히 항균제의 성분과 함량을 제어하여 레진을 이용한 원사의 연신율 저하를 방지하고 제조 수율 저하를 억제하였다.
또한, 본 발명의 제조 방법은 항균 유리 조성물을 제조하고 필터용 레진에 상기 항균 유리 조성물을 혼합하는 공정을 포함한다. 본 발명의 제조 방법은 상술한 바와 같이 간단한 공정을 이용하여 물리적 성질과 항균성이 우수한 항균 필터용 레진 조성물을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 항균 필터는 항균 필터용 레진 조성물을 이용한 원사를 포함하고, 상기 원사가 메쉬 형태로 제직된다.
본 발명에 따른 항균 필터용 레진 조성물은 에어컨, 가습기 또는 공기청정기와 같은 가전 기기에 적용되는 필터에서 세균의 번식을 억제하여 공기의 위생적인 문제를 개선할 수 있다.
특히, 본 발명의 항균 필터용 레진 조성물은 항균제의 성분과 함량을 제어하여 레진을 이용한 원사의 연신율 저하를 방지하고 제조 수율 저하를 억제할 수 있다.
아울러, 본 발명에 적용되는 항균 유리 조성물은 유리 형성제인 SiO2가 주 성분으로 첨가됨과 더불어, 유리 내에 첨가된 항균성을 갖는 금속이온이 유리의 표면 전하(제타 포텐셜)를 양의 전하를 띄게 한다. 이로 인해, 통상적으로 음의 전하를 띄는 세균을 끌어당겨 세균이 성장할 수 없는 전하 분위기를 조성해 균을 사멸시킬 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명의 항균 필터는 대장균 및 황색포도상구균에 대한 우수한 항균력을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 물이 존재하는 습한 환경에서 주요 발생균으로 문제가 되고 있는 녹농균에 대해서도 효과적으로 제거하는 것이 가능해질 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 항균 필터는 높은 열적 안정성과 항지속성을 가지면서, 무기 항균제의 단점인 느린 항균 즉효성을 보완하였다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항균 필터의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 3은 본 발명의 실시예에 따른 항균 필터를 나타낸 SEM 사진이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 항균 필터용 레진 조성물 및 이의 제조 방법과 상기 레진 조성물을 이용한 항균 필터를 설명하도록 한다.
<항균 필터용 레진 조성물>
본 발명의 항균 필터용 레진 조성물에 적용된 항균 유리 조성물은 각 성분 및 이의 성분비의 조절을 통하여 비용해성을 갖는 것에 의해 항균력에 대해 반영구적인 지속성을 확보하였다.
또한, 상기 항균 유리 조성물은 인체에 무해한 성분으로 이루어지며, 고내열성 및 고내수성을 가져 반영구적으로 항균 기능을 유지할 수 있다.
아울러, 상기 항균 유리 조성물은 항균제가 분해되면서 항균력을 발현시키는 것이 아니라 항균성을 갖는 금속이온이 유리의 표면 전하를 양의 전하를 띄게 해 음의 전하를 띄는 세균을 끌어당겨 세균이 성장할 수 없도록 하는 메커니즘이므로, 반영구적인 항균력을 확보할 수 있게 된다.
이 결과, 상기 항균 유리 조성물을 항균 필터의 첨가제로 활용할 시, 대장균 및 황색포도상구균에 대한 우수한 항균력을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 물이 존재하는 습한 환경에서 주요 발생균으로 문제가 되고 있는 녹농균에 대해서도 효과적으로 제거하는 것이 가능해질 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 항균 유리 조성물은 상술한 무기계 항균 글라스와 항균성 유기 물질이 결합된 형태를 가짐에 따라, 높은 열적 안정성과 항지속성을 가지면서, 무기 항균제의 단점인 느린 항균 즉효성을 보완하였다.
아울러, 본 발명의 항균 필터용 레진 조성물은 특히 상기 항균 유리 조성물에서 항균제의 성분과 함량을 제어하여 레진을 이용한 원사의 연신율 저하를 방지하고 제조 수율 저하를 억제하였다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 항균 필터용 레진 조성물은 항균 유리 조성물과 필터용 레진을 포함하여, 상기 항균 유리 조성물은, 항균 유리 분말 100 중량%를 기준으로, SiO2 26 ~ 50 중량%, B2O3 및 P2O5 가운데 1종 이상 0.5 ~ 4 중량%, Na2O 및 K2O 합산으로 15 ~ 27 중량%, CaO, MgO 및 WO3 가운데 1종 이상 3 ~ 20 중량% 및 ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상 22 ~ 44 중량%를 포함하는 항균 유리 분말 및 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를 포함한다.
먼저, 본 발명의 항균 필터용 레진 조성물에 포함되는 항균 유리 조성물에 대해서 설명한다.
여기서, 상기 항균 유리 조성물이 유리가 되기 위해서는 유리 형성제가 필수적으로 포함되게 된다. 또한, 유리를 용융하는 조건(약 900 ~ 1600℃)에서 유리가 쉽게 구현되기 위해서는 유리 형성제를 균질하고 비정질 형태로 용융시키기 위한 수식산화물을 포함하게 된다.
상업적으로 가장 많이 사용되는 유리 형성제는 SiO2, B2O3, P2O5가 대표적인데, 다량의 B2O3 및 P2O5로 구성된 유리의 경우에는 흡습성이 강해져 표면에는 공기 중 수분에서 유래하는 OH기가 많이 흡착되어 표면 전하가 음의 전하를 띄게 된다. 이렇게 되면, 유리의 항균력을 저해하는 요소로 작용한다.
따라서, 본 발명은 B2O3 및 P2O5의 첨가를 의도적으로 적게 포함하고, 유리 형성제인 SiO2를 주 성분으로 하는 신규한 실리케이트계 항균 유리 조성물을 제공한다.
본 발명의 항균 유리 조성물에 포함된 항균 유리 분말은 SiO2 26 ~ 50 중량%, B2O3 및 P2O5 가운데 1종 이상 0.5 ~ 4 중량%를 포함한다.
SiO2는 유리화가 가능하게 하는 유리형성제로서, 유리의 구조적인 골격의 역할을 하는 핵심적인 성분이다. 또한, SiO2는 항균력을 발현하는 직접적인 성분으로 작용하지는 않으나, 대표적인 유리형성제인 P2O5 대비 유리 표면에 OH기를 덜 형성시켜 유리 내의 금속 이온으로 야기되는 유리 표면을 양의 전하로 띠게 하는데 유리하다.
이러한 SiO2는 본 발명에 따른 항균 유리 분말 100 중량%를 기준으로 26 ~ 50 중량%의 함량비로 첨가될 수 있다. SiO2가 50 중량%를 초과하여 다량 첨가되면, 유리 용융시 점도가 높아짐에 따라 냉각 과정에서 작업성 및 수율이 저하되는 문제가 있다. 반대로, SiO2가 26 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 유리의 구조가 약화되어 내수성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 다량의 B2O3 및 P2O5로 구성된 유리의 경우 흡습성이 강해져 표면에는 공기 중 수분에서 유래하는 OH기가 많이 흡착되어 표면 전하가 음의 전하를 띄게 된다. 이렇게 되면, 유리의 항균력을 저해하는 요소로 작용한다. 따라서, 본 발명은 B2O3 및 P2O5의 첨가를 최대한 배제하고, 유리 형성제인 SiO2를 주 성분으로 하는 신규한 항균 유리 조성물을 개발한 것이다.
즉, SiO2의 경우 유리의 구조를 강화시키는 역할을 하지만, 단일 성분으로 유리형성제의 역할로 사용할 경우 용융시 점도가 너무 높아져 균질한 유리를 제작하기에는 매우 높은 용융온도가 필요하다. 따라서, 유리의 내수성을 약화시키지 않는 범위 내에서 B2O3 및 P2O5를 미량 함께 첨가시켜 용융물의 점도를 떨어뜨리고 유리 제조에 대한 작업성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 항균 유리 분말은 B2O3 및 P2O5 가운데 1종 이상을 0.5 ~ 4 중량%를 포함한다.
만일, B2O3 및 P2O5 가운데 1종 이상이 4 중량%를 초과하여 다량 첨가되면 유리의 내수성이 떨어져 물속에서 용출이 쉽게 발생하게 될 수 있다. 반대로, B2O3 및 P2O5 가운데 1종 이상이 0.5 중량% 미만으로 첨가되면 유리 제조에 대한 작업성 및 수율이 저하될 수 있다.
Na2O, K2O와 같은 알칼리 산화물(alkali oxide)은 유리 조성 내에서 비가교 결합을 하는 망목수식제의 역할을 하는 산화물이다. 이러한 성분들은 단독으로는 유리화가 불가능하지만, SiO2 및 B2O3 등과 같은 유리형성제와 일정한 비율로 혼합하면 유리화가 가능해진다. 상기 성분들 가운데 한가지 성분만이 유리 조성물에 포함되면, 유리화가 가능한 영역 내에서는 유리의 내구성을 약화시킬 수 있다. 하지만, 2가지 성분이 함께 유리 조성에 포함되면 비율에 따라 유리의 내구성이 다시 향상되기도 한다. 이를 혼합된 알칼리 효과(mixed alkali effect)라 한다.
따라서, Na2O 및 K2O는 합산으로 본 발명에 따른 항균 유리 분말의 100 중량%를 기준으로 15 ~ 27 중량%의 함량비로 첨가된다. Na2O 및 K2O가 합산으로 27 중량%를 초과하여 다량 첨가되면, 유리 조성물의 열 물성이 저하될 수 있다. 반대로, Na2O 및 K2O가 합산으로 15 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 ZnO와 같은 성분의 가수를 제어하기 어려워 항균성이 저하될 수 있다.
또한 바람직하게는 상기 Na2O의 함량과 상기 K2O의 함량은 하기 관계식을 만족할 수 있다.
[관계식]
0.5 ≤ (Na2O의 함량)/(K2O의 함량) ≤ 1.5
만일 상기 Na2O의 함량과 상기 K2O의 함량은 위 관계식을 만족하지 않는 경우, 공융점을 통한 융점 저하 효과가 떨어져 항균 유리 조성물의 유리화가 어려워질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 항균 유리 분말은 CaO, MgO 및 WO3 가운데 1종 이상 3 ~ 20 중량% 포함한다.
CaO, MgO 및 WO3 가운데 1종 이상은 알칼리 산화물(alkali oxide)과 마찬가지로 유리 조성 내에서 비가교 결합을 하는 망목수식제의 역할을 하는 산화물들이다. CaO, MgO 및 WO3 가운데 1종 이상이 20 중량%를 초과하여 다량 첨가되면, 유리 조성물의 열 물성이 저하될 수 있다. 반대로, CaO, MgO 및 WO3 가운데 1종 이상이 3 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 유리 구조를 약화시킬 수 있어 내구성이 저하되고 항균 성능 또한 저하될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 항균 유리 분말은 항균 성능을 발현하는 성분으로서 ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상을 포함한다.
ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상은 본 발명에 따른 항균 유리 분말 100 중량%를 기준으로 22 ~ 44 중량%를 포함한다. ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상이 22 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 유리 조성의 항균성 발현이 어렵다. 반대로, ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상이 44 중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우에는 유리 조성의 내구성이나 열 물성이 저하될 수 있다. 바람직하게는, 상기 ZnO는 30 중량% 이상으로 첨가될 수 있다.
특히, 본 발명은 상기 항균 유리 분말이 타 성분들과 대비하여 상기 ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상을 22 ~ 44 중량%를 포함하는 것에 의해, 원사의 연신율 저하를 방지하고 원사의 제조 수율 저하를 방지하였다. 상기 ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상은 항균 성능을 발현하는 반면에 필터용 레진들과 화학적 반응을 일으켜 원사의 연신율을 저하시킨다. 이에 따라, 항균 필터용 레진 조성물에 포함되는 항균제는 항균 성분의 종류와 함량을 제어해야 할 필요가 있다. 본 발명은 타 성분 및 상기 ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상의 함량을 제어하여 원사의 연신율 저하를 방지하였다.
또한, 종래의 항균 조성물은 항균력(다양한 균에 대한 커버리지)을 발현하기 위해서 Ag, Ag 산화물 등 다양한 항균 성분을 포함한다. 하지만, Ag 성분이 적용되는 사출물은 빛에 장기간 노출되는 경우 색변화가 발생하게 된다. 본 발명은 Ag, Ag 산화물을 포함하지 않고 Zn과 Sn을 사용하여 항균력을 발현함에 따라 상술한 부작용을 억제할 수 있다. 가급적 본 발명의 항균 유리 조성물은 Ag, Ag 산화물을 포함하지 않는 것이 바람직하지만, 필요에 따라 Ag3PO4 또는 AgNO3를 항균 유리 분말 100 중량%를 기준으로 0.1 중량% 이하로 포함할 수도 있다.
다음으로, 상기 항균 유리 조성물은 상술한 항균 유리 분말과 더불어 양이온 작용기를 갖는 실란 커플링제를 포함한다.
여기서, 상기 양이온 작용기는 4급 암모늄염, 이미다졸리움기, 피페리디늄기, 모폴리니움기, 피리디늄기 및 피롤리디늄기 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
아울러, 상기 실란 커플링제는 γ-아미노프로필 트리메톡시실란, γ-아미노프로필 트리에톡시 실란, γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란, γ-글리시독시 프로필 트리메톡시실란, γ-메르캅토 프로필 트리메톡시 실란, γ-메르캅토 프로필 트리에톡시 실란 및 아래 화학식으로 표시되는 실레인 결합제 가운데 1종 이상을 포함할 수 있다.
[화학식]
RO(CH2CHO)nCH2CH2CH2CSi(OR')3
(R은 메틸기, 에틸기, 또는 수소이며, R´은, 메틸기 또는 에틸기이며, n은 1∼10의 정수이다)
이처럼, 본 발명은 무기계 항균제인 항균 유리 분말을 포함하며, 또한 상기 항균 유리 분말의 성능을 극대화하기 위해서 상기 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를 포함한다. 보다 구체적으로는, 상기 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제가 상기 항균 유리 분말의 표면에 결합된다. 상기 양이온성 작용기는 음전하를 가지는 박테리아의 세포막과 상호작용하여 항균성을 낸다. 아울러, 본 발명의 항균 유리 조성물이 고분자에 적용될 경우, 고분자의 기계적 특성 및 분산성 개선에 이점이 있다. 상기 실란 커플링제는 상기 항균성 무기물(유리 분말)과 유기물(양이온성 작용기)을 이어주는 중간체로 사용된다.
상기 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제는 바람직하게는 항균 유리 분말 100 중량부를 기준으로 0.1 ~ 20 중량부 포함될 수 있고, 가장 바람직하게는 0.1 ~ 5 중량부 포함될 수 있다.
여기서, 본 발명의 항균 필터용 레진 조성물은 전체 100 중량%를 기준으로 상술한 항균 유리 조성물을 1~20 중량% 포함할 수 있다. 상기 항균 유리 조성물이 1 중량% 미만인 경우 요구되는 항균성이 발현되지 않을 수 있다. 반면에 상기 항균 유리 조성물이 20 중량%를 초과하면 오히려 필터의 내구성이나 연신율을 저하시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 항균 필터용 레진 조성물에 포함되는 필터용 레진에 대해 설명한다.
상기 필터용 레진은 항균 필터의 재료로서 사용될 수 있는 고분자 소재라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 필터용 레진은 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, HIPS(high-impact polystyrene), ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 공중합체 및 EPDM(Ethylene-propylene-diene monomer) 공중합체 가운데 1종 이상을 포함할 수 있다.
<항균 필터용 레진 조성물의 제조 방법>
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 항균 필터용 레진 조성물의 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 항균 필터용 레진 조성물 제조 방법은 먼저 항균 유리 조성물의 제조 공정을 포함하고, 상기 항균 유리 조성물의 제조 공정은 혼합 단계, 용융 단계, 냉각 단계 및 분쇄 단계를 포함한다.
혼합
혼합 단계에서는, 먼저 항균 유리 분말을 제조하되, 상기 항균 유리 분말은 항균 유리 분말 100 중량%를 기준으로 SiO2 26 ~ 50 중량%, B2O3 및 P2O5 가운데 1종 이상 0.5 ~ 4 중량%, Na2O 및 K2O 합산으로 15 ~ 27 중량%, CaO, MgO 및 WO3 가운데 1종 이상 3 ~ 20 중량% 및 ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상 22 ~ 44 중량%를 포함하는 항균 유리 분말을 포함한다.
상기 항균 유리 분말의 바람직한 조성비는 상술한 바와 같다.
용융
용융 단계에서는 상기 항균 유리 분말을 용융시킨다.
본 단계에서, 용융은 1,100 ~ 1,400℃에서 1 ~ 60분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 용융 온도가 1,200℃ 미만이거나, 용융 시간이 1분 미만일 경우에는 항균 유리 분말이 완전히 용용되지 못하여 유리 용융물의 불혼화를 발생시키는 문제가 있다. 반대로, 용융 온도가 1,300℃를 초과하거나, 용융 시간이 60분을 초과할 경우에는 과도한 에너지 및 시간이 필요하므로 경제적이지 못하다.
냉각
냉각 단계에서는 용융된 항균 유리 분말을 상온까지 냉각한다.
본 단계에서, 냉각은 노냉(cooling in furnace) 방식으로 수행되는 것이 바람직하다. 공냉 또는 수냉을 적용할 경우에는 항균 유리의 내부응력이 심하게 형성되어 경우에 따라서는 크랙이 발생할 수 있는 바, 냉각은 노냉이 바람직하다.
분쇄
분쇄 단계에서는 냉각된 항균 유리를 분쇄한다. 이때, 분쇄는 건식 분쇄기를 이용하는 것이 바람직하다. 건식 분쇄기는 예를 들면 볼밀 공정, 젯밀 공정을 이용할 수 있다. 이러한 분쇄 공정에서 상기 항균 유리 분말에 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를 첨가한다.
상술한 분쇄에 의해, 항균 유리가 미세하게 분쇄되어 항균 유리 분말과 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를 포함한 항균 유리 조성물이 제조된다. 이러한 항균 유리 조성물은 30㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 15 ~ 25㎛의 평균 직경을 제시할 수 있다.
상기의 과정에 의해 본 발명의 실시예에 따른 항균 유리 조성물이 제조될 수 있다.
다음으로, 상기 항균 유리 조성물과 필터용 레진을 혼합하는 단계를 거쳐서 본 발명의 항균 필터용 레진 조성물을 제조할 수 있다.
상기 항균 유리 조성물의 바람직한 함량과 상기 필터용 레진의 바람직한 예시는 상술한 바와 같다.
<항균 필터>
다음으로, 본 발명의 항균 필터에 대해 설명한다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 항균 필터(10)는 상술한 제조 방법으로 얻어진 항균 필터용 레진 조성물을 이용한 원사(F)를 포함하고, 상기 원사(F)가 메쉬(MESH) 형태로 제직된 필터이다.
본 발명의 항균 필터(10)에 포함된 원사(F)는 직경이 100 ~ 150 ㎛일 수 있고, 상기 원사(F)에는 평균 입경이 3 ~ 5 ㎛인 항균 유리(AG)가 분산되어 있을 수 있다. 여기서 평균 입경이라 함은 적어도 10개 이상의 항균 유리 입자(AG)의 입경에 대한 평균값을 의미한다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 항균 필터용 레진 조성물 제조
표 1에 기재된 조성을 갖는 항균 유리 조성물을 전기로에서 1,250℃의 온도로 용융시킨 후 ?칭 트윈롤을 이용하여 두께 1mm 이하의 컬릿을 얻었다.
여기서, Na2O, K2O, CaO의 원재료는 각각 Na2CO3, K2CO3, CaCO3를 사용하였고, 이를 제외한 나머지 성분은 표 1에 기재된 것과 동일한 것을 사용하였다. 유리화는 균질하게 유리성상을 보이는 경우와 유백화/미용융물이 발생하는 현상을 기준으로 구분하였다.
제조된 유리는 건식분쇄기(ball mill 또는 jet mill)로 분쇄하여 평균 입도는 3~6㎛의 분말을 제조하였다.
다음으로, 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를 제조하였다.
양이온성 작용기와의 합성을 위해 실란 커플링제는 3-Chloropropyltrimethoxysilane를 사용하였다. 이미다졸리움을 실란 커플링제와 합성하기 위해 130℃, 24시간, 톨루엔 분위기에서 1: 1.2의 몰 비율로 합성을 진행하여 다음과 같은 물질을 제조하였다.
이후, 위와 같이 제조된 항균 유리 분말과 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를 합성하였다.
항균 유리 분말과 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를 분쇄하면서 장시간 혼합 후 120℃ 24시간 동안 열처리를 하여, 상기 항균 유리 분말과 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를 물리화학적으로 결합시켰다.
주 수지로서 폴리프로필렌을 포함하는 필터용 레진을 준비한 후, 상기 항균 유리 조성물 10 중량%와 상기 필터용 레진 90 중량%를 혼합하여 필터용 레진 조성물을 제조하였다.
표 2에는 실시예 및 비교예의 유리화 여부, 실란 커플링제의 함량을 기재하였다. 실시예 1, 2에는 이미다졸리움을 이용한 실란 커플링제가 사용되었고, 실시예 3, 4 및 비교예 2에는 4급 암모늄염을 이용한 실란 커플링제가 사용되었다.
구분 실시예 1 비교예 1
SiO2 35.1 53
P2O5 0 4
B2O3 2 0
Na2O 9.6 15
K2O 9.6 0
WO3 0 0
CaO 4.3 18
MgO 0 0
SnO 0 0
ZnO 39.4 10
Total 100 100
(단위 : 중량%)
구분 실시예 1 비교예 1
유리화 여부 O O
양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제
(항균 유리 분말 중량 대비)		 0.1 0.1
레진 조성물 내 항균 유리 글라스 함량(중량%) 1.5 1.5
또한, 시중에 판매되고 있는 ZnO 기반의 항균제를 필터용 레진에 혼합하여 비교예 2에 따른 조성물을 제조하였다. 비교예 2도 마찬가지로 항균제가 1.5 중량% 포함되었다.
2. 항균 필터 제조
위와 같이 제조된 항균 필터용 레진 조성물을 압사출하여 펠렛 형태로 제작하고, 상기 펠렛을 필터용 방사기에 투입하여 방사 및 연신하여 원사를 제작하였다.
제작된 원사를 제직기를 통해 서로 수직방향으로 교차시켜 30 ~ 40 MESH 형태로 제직하였다. 이후 직물형태로 제직된 MESH를 인서트 사출하고 프레임과 결합하여 필터를 제작하였다.
3. 항균 필터에 대한 평가
(1) 항균 필터 구조
도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1로부터 제조된 필터의 SEM 사진이 도시되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 필터의 원사에는 항균 유리가 촘촘히 배치되어 있음을 확인할 수 있다.
(2) 물성 평가
실시예 1에 따른 필터에 대해 인장시험을 진행하였다. Push-Pull gauge를 이용하여 3.5kgf의 힘으로 가했을 때 실시예 1에 따른 필터는 MESH 찢어짐이 없었다.
(3) 항균 시험 평가
다음으로, 각 필터에 대해 항균 규격 시험(ISO 20743, 섬유항균시험법)에 의거하여 황색포도상구균 및 대장균에 대한 항균활성치를 확인하였다.
구분 실시예 1 비교예 1 비교예 2
ISO 20743
(FITI시험연구원)		 황색 포도상구균 99.999 90.00 90.00
대장균 99.999 90.00 90.00
표 3에 기재된 바와 같이, 실시예에 따라 제조된 필터는 비교예에 따른 시편 대비 항균력이 우수한 것을 확인할 수 있다.
(4) 항균력 수명 시험
항균 필터를 중성세제가 들어간 세척물에 17시간(@40℃) 노출시킨 후 항균력을 평가하였다.
실시예 1에 따른 필터와 비교예 2에 따른 필터의 항균력을 비교했을 때, 두 필터의 초기 항균 성능은 동등 수준이나, 물 침지 후 항균력은 실시예 1에 따른 필터가 우위한 항균력을 보였다. 이는 필터의 노후 환경에서도 본 발명의 항균 글라스가 적용된 항균 필터의 내구성이 우수하다는 것을 보여줄 수 있다.
구분 항균활성치 (log)
(황색포도상구균)		 비고
0hr 17hr
비교예2 5.8 2.4 ISO 20743
(FITI시험연구원)
실시예1 5.8 3.5
(5) 필터 원사 방사 시험항균력 수명 시험
실시예 1과 비교예 2의 프리필터 원사의 방사 제조 시험을 실시하였다. 방사기 노즐의 hole의 개수는 120 hole이다. 실시예 1의 경우에는 노즐 막힘과 같은 문제가 발생하지 않았다.
하지만, ZnO 기반의 항균제는 필터용 레진과의 화학적 반응으로 인해 레진 경화 현상이 발생하였고, 이에 따라 기존 수량의 원사를 방사할 수 없었다. 이러한 문제점은 제조 수율을 저하시킬 뿐만 아니라 생산량을 감소시킨다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (18)

  1. 항균 유리 분말 100 중량%를 기준으로
    SiO2 26 ~ 50 중량%,
    B2O3 및 P2O5 가운데 1종 이상 0.5 ~ 4 중량%,
    Na2O 및 K2O 합산으로 15 ~ 27 중량%,
    CaO, MgO 및 WO3 가운데 1종 이상 3 ~ 20 중량% 및
    ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상 22 ~ 44 중량%를 포함하는 항균 유리 분말 및
    양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를 포함하는 항균 유리 조성물; 및
    고분자 소재를 포함하는 필터용 레진;을 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Na2O의 함량과 상기 K2O의 함량은 하기 관계식을 만족하는
    항균 필터용 레진 조성물.

    [관계식]
    0.5 ≤ (Na2O의 함량)/(K2O의 함량) ≤ 1.5
  3. 제1항에 있어서,
    상기 항균 유리 분말은
    Ag 또는 Ag를 포함한 산화물을 0.1 중량% 이하로 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 항균 유리 분말은
    상기 ZnO를 30 중량% 이상으로 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양이온성 작용기는 4급 암모늄염, 이미다졸리움기, 피페리디늄기, 모폴리니움기, 피리디늄기 및 피롤리디늄기 중에서 선택된 1종 이상이고,
    상기 실란 커플링제는 γ-아미노프로필 트리메톡시실란, γ-아미노프로필 트리에톡시 실란, γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란, γ-글리시독시 프로필 트리메톡시실란, γ-메르캅토 프로필 트리메톡시 실란, γ-메르캅토 프로필 트리에톡시 실란 및 아래 화학식으로 표시되는 실레인 결합제 가운데 1종 이상을 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물.

    [화학식]
    RO(CH2CHO)nCH2CH2CH2CSi(OR')3
    (R은 메틸기, 에틸기, 또는 수소이며, R´은, 메틸기 또는 에틸기이며, n은 1∼10의 정수이다)
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를
    상기 항균 유리 분말 100 중량부를 기준으로
    0.1 ~ 20 중량부 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 필터용 레진은
    폴리프로필렌, 폴리카보네이트, HIPS(high-impact polystyrene), ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 공중합체 및 EPDM(Ethylene-propylene-diene monomer) 공중합체 가운데 1종 이상을 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 항균 유리 조성물을 전체 100 중량% 기준으로 1~20 중량% 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물.
  9. 항균 유리 분말 100 중량%를 기준으로
    SiO2 26 ~ 50 중량%,
    B2O3 및 P2O5 가운데 1종 이상 0.5 ~ 4 중량%,
    Na2O 및 K2O 합산으로 15 ~ 27 중량%,
    CaO, MgO 및 WO3 가운데 1종 이상 3 ~ 20 중량% 및
    ZnO 및 SnO 가운데 1종 이상 22 ~ 44 중량%를 포함하는
    항균 유리 분말을 제조하는 단계;
    상기 항균 유리 분말을 용융시키는 단계;
    상기 용융된 항균 유리 분말을 냉각하는 단계;
    상기 냉각된 항균 유리 분말에 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제를 첨가하고 분쇄하여 항균 유리 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 항균 유리 조성물과 필터용 레진을 혼합하는 단계;를 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 항균 유리 분말에 포함된 상기 Na2O의 함량과 상기 K2O의 함량은 하기 관계식을 만족하는
    항균 필터용 레진 조성물의 제조 방법.

    [관계식]
    0.5 ≤ (Na2O의 함량)/(K2O의 함량) ≤ 1.5
  11. 제9항에 있어서,
    상기 항균 유리 분말은
    Ag 또는 Ag를 포함한 산화물을 0.1 중량% 이하로 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 항균 유리 분말은
    상기 ZnO를 30 중량% 이상으로 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 양이온성 작용기는 4급 암모늄염, 이미다졸리움기, 피페리디늄기, 모폴리니움기, 피리디늄기 및 피롤리디늄기 중에서 선택된 1종 이상이고,
    상기 실란 커플링제는 γ-아미노프로필 트리메톡시실란, γ-아미노프로필 트리에톡시 실란, γ-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란, γ-글리시독시 프로필 트리메톡시실란, γ-메르캅토 프로필 트리메톡시 실란, γ-메르캅토 프로필 트리에톡시 실란 및 아래 화학식으로 표시되는 실레인 결합제 가운데 1종 이상을 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물의 제조 방법.

    [화학식]
    RO(CH2CHO)nCH2CH2CH2CSi(OR')3
    (R은 메틸기, 에틸기, 또는 수소이며, R´은, 메틸기 또는 에틸기이며, n은 1∼10의 정수이다)
  14. 제9항에 있어서,
    상기 양이온성 작용기를 갖는 실란 커플링제는
    상기 항균 유리 분말 100 중량부를 기준으로
    0.1 ~ 20 중량부가 첨가되는
    항균 필터용 레진 조성물의 제조 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 필터용 레진은
    폴리프로필렌, 폴리카보네이트, HIPS(high-impact polystyrene), ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene) 공중합체 및 EPDM(Ethylene-propylene-diene monomer) 공중합체 가운데 1종 이상을 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물의 제조 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 항균 필터용 레진 조성물은
    상기 항균 유리 조성물을 전체 100 중량% 기준으로 1~20 중량% 포함하는
    항균 필터용 레진 조성물의 제조 방법.
  17. 제9항으로 방법으로 제조된 항균 필터용 레진 조성물을 이용한 원사를 포함하고,
    상기 원사가 메쉬 형태로 제직된
    항균 필터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 원사의 직경은 100 ~ 150 ㎛이고,
    상기 원사에는 평균 입경이 3 ~ 5 ㎛인 항균 유리가 분산되어 있는
    항균 필터.
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