WO2012111894A1

WO2012111894A1 - 펠릿형 항균성 마스터배치

Info

Publication number: WO2012111894A1
Application number: PCT/KR2011/005911
Authority: WO
Inventors: 박충권
Original assignee: (주)더몰론코리아
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2012-08-23
Also published as: KR101045274B1

Abstract

본 발명은 합성수지와 분산력이 우수한 은 나노입자를 흡착시킨 실리카 나노튜브 항균제를 혼합하여 제조한 펠릿형 항균성 마스터배치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 펠릿형 항균성 마스터배치를 합성수지를 혼합하여 다양한 종류의 합성수지 제품을 성형함으로써, 작업공정이 단순하여 생산성이 높을 뿐만 아니라 특히 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브의 항균제가 합성수지 성형제품 내에서 균일하게 분산되어 항균성 기능이 우수하여 식기류, 도마, 물통 등과 같은 주방용품과 젖병, 장난감 등과 같은 유아용품, 각종 합성섬유 제품, 전자제품의 케이스 또는 내외장재 등의 건축자재 등과 같이 다양한 용도로 그 수요가 널리 확대될 것으로 기대된다.

Description

펠릿형 항균성 마스터배치

본 발명은 펠릿형 항균성 마스터배치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 합성수지와 분산력이 우수한 은 나노입자를 미세기공 내에 흡착시킨 실리카 나노튜브 항균제를 혼합하여 제조한 펠릿형 항균성 마스터배치를 합성수지를 혼합하여 합성수지 제품을 성형함으로써, 항균제가 합성수지 성형제품 내에서 균일하게 분산되어 항균성 기능이 우수한 것을 특징으로 하는 펠릿형 항균성 마스터배치에 관한 것이다.

일반적으로 합성수지 제품은 식기류, 도마, 물통, 젖병, 장난감 등과 같은 일상생활용품뿐만 아니라 각종 합성섬유와 이러한 합성섬유를 사용하여 제조한 의복류, 신발 안창류, 각종 전자제품의 케이스 또는 내외장재 등의 건축자재 등과 같이 다양한 용도로 사용되고 있고, 상기와 같은 합성수지 제품들은 각종 사용 용도에 따라 프레스 성형, 압출성형, 사출성형 등 다양한 방법에 의해 성형 가공된다.

이러한 일상생활용품 중에서 식기류나 물통 등은 음식물을 취급하는 제품들은 청결하게 취급하지 않으면 식품 찌꺼기 등의 부패 등으로 인한 유해 미생물군(microflora)이 증식하기 쉬우며, 특히 유아나 어린이들이 가지고 노는 장난감 또는 젖병 등은 아기의 침 또는 땀이 장난감의 표면에 묻어 유해 미생물군의 증식에 의해 인체에 유해한 각종 질병 등이 유발될 수 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 합성수지 제품의 성형가공시 합성수지와 함께 항균제를 첨가하여 성형 압출시 합성수지에 나노 크기의 은 나노입자만을 첨가하여 분산시킬 경우 미세한 은 나노입자가 합성수지 용융액 내에서 응집현상 등으로 인해 제대로 분산되지 않아 항균성능을 제대로 발휘하지 못하는 문제점 등이 발생하였다.

한편, 합성수지 성형시 용융액 내에서 항균제의 분산력을 높이기 위한 방안으로 개발된 특허들을 살펴보면, 국내 공개특허공보 특1999-79669호에 폴리에스테르 필름에 은, 구리, 아연 등의 이온으로 이루어진 군에서 선택한 어느 하나의 금속이온을 평균 입경이 0.1~5.0㎛인 다공질의 구형 실리카에 피복시킨 담체를 함유한 폴리에스테르 필름이 알려져 있지만 상기와 같은 특허는 합성수지 제품의 성형시에 합성수지와 함께 항균제를 첨가하여 혼합함에 따라 합성수지 용융액 내에서 항균제가 균일하게 분산되지 아니하여 상기에서 상술한 바와 같은 문제점들이 여전히 발생할 우려가 있다.

또한 상기 특허와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 항균제와 합성수지와 혼합하여 마스터배치화시킨 시킨 기술로서, 국내 공개특허공보 특2000-38362호에 항균제는 전체 조성물 중량대비 0.01∼40중량%, 금속염계 열안정제는 0.1∼10중량%, 합성수지는 50∼99.89중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 또는 항곰팡이성 합성수지제품의 조성물과, 국내 공개특허공보 특2002-12762호에 항균제 0.01∼40중량％, 비정질계 금속산화물과 커플링제로 이루어지는 분산제 0.1∼10중량％와 합성 수지 50∼99.89중량％를 포함하는 것을 특징으로 곰팡이방지 및 항균성 합성수지 조성물이 알려져 있지만, 상기와 같은 특허들은 무기계 또는 유기계 분말 입자의 항균제가 구상 형태로서, 마스터배치화한 합성수지 내에 항균제가 균일하게 분산되지 아니하여 합성수지 제품의 성형시에 합성수지 제품 내에 항균제가 균일하게 분산되는 효과가 떨어지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 본 발명은 합성수지와 분산력이 우수한 은 나노입자를 미세기공 내에 흡착시킨 실리카 나노튜브 타입의 항균제를 혼합하여 제조한 펠릿형 항균성 마스터배치를 합성수지를 혼합하여 합성수지 제품을 성형함으로써, 항균제가 합성수지 성형제품 내에서 균일하게 분산되어 항균성 기능이 우수한 것을 특징으로 하는 펠릿형 항균성 마스터배치를 제공함을 과제로 한다.

본 발명에 따른 상기의 과제를 해결하기 위한 방안으로 본 발명은 은 나노입자 항균제가 첨가된 펠릿형 항균성 마스터배치에 있어서,

합성수지 75~89 중량%와 은 나노입자 항균제 10~20 중량% 및 분산제 1∼5 중량％로 이루어지는 것을 특징으로 하는 펠릿형 항균성 마스터배치를 과제 해결 수단으로 한다.

그리고, 상기 은 나노입자 항균제는 은 나노입자가 20000~100000 ppm 함유된 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브로서, 평균 내경이 30~60 nm, 평균 길이가 10~30 ㎛이다.

또한 상기 펠릿형 항균성 마스터배치는 합성수지 제품 성형시, 펠릿형 항균성 마스터배치 10~20 중량%와 합성수지 80~90 중량%를 혼합하여 성형하는 것을 특징으로 한다.

상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명은 펠릿형 항균성 마스터배치를 합성수지를 혼합하여 다양한 종류의 합성수지 제품을 성형함으로써, 작업공정이 단순하여 생산성이 높을 뿐만 아니라 특히 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브의 항균제가 합성수지 성형제품 내에서 균일하게 분산되어 항균성 기능이 우수하여 식기류, 도마, 물통 등과 같은 주방용품과 젖병, 장난감 등과 같은 유아용품, 각종 합성섬유 제품, 전자제품의 케이스 또는 내외장재 등의 건축자재 등과 같이 다양한 용도로 그 수요가 널리 확대될 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명에 따른 펠릿형 항균성 마스터배치에 사용되는 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 실시 예 1에 사용된 은 나노입자-실리카 나노튜브를 찍은 TEM(5000배 확대) 사진,

도 3은 본 발명에 따른 실시 예 1에 사용된 은 나노입자-실리카 나노튜브의 XRD 측정결과를 나타낸 그래프,

도 4는 비교 예 1에 사용된 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카를 찍은 SEM(30,000배 확대) 사진,

도 5는 비교 예 1에 사용된 은나노입자- 구상형 메조세공 실리카의 XRD 측정결과를 나타낸 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 펠릿형 항균성 마스터배치를 찍은 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면인 도 1 내지 도 6에 의거하여 상세히 설명하며, 각 도면 및 상세한 설명에서 일반적인 항균성 마스터배치으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다.

본 발명은 은 나노입자 항균제가 첨가된 펠릿형 항균성 마스터배치에 있어서,

합성수지 75~89 중량%와 은 나노입자 항균제 10~20 중량% 및 분산제 1∼5 중량％로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 은 나노입자 항균제는 10~20 중량%인 것이 바람직하며, 은 나노입자 항균제의 혼합량이 10 중량% 미만인 경우에는 항균성 기능이 제대로 발현되지 않을 우려가 있고, 은 나노입자 항균제의 혼합량이 20 중량%를 초과할 경우에는 은 나노입자 항균제의 증가량에 비례하여 항균성 기능은 현저히 향상되지는 않는다.

그리고 본 발명에서 사용하는 은 나노입자 항균제는 본 출원인이 이미 국내 특허출원하여 제10-1010677호로 등록받은 바 있는 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브를 사용하였다.

따라서, 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브는 구형 실리카에 비해 합성수지 용융액 내에서의 분산력이 우수하므로 압출성형된 펠릿형 항균성 마스터배치 내에서 균일하게 분산되므로 항균성 기능이 향상된다.

본 발명에서 사용하는 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브는 도 1에 도시된 바와 같은 형상으로 다공성 실리카 나노튜브의 몸체(10)에 형성된 미세한 기공내에 은 나노입자(20)가 흡착된 구조로서, 은 나노입자가 20000~100000 ppm 함유되는 것이 바람직하다. 은 나노입자의 함유량이 20000 ppm 미만이 될 경우에는 항균작용이 충분히 발현되지 않을 우려가 있고, 은 나노입자의 함유량이 100000 ppm을 초과할 경우 항균성능은 현저하게 증가하지 않으면서 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브의 제조원가를 상승시키는 비경제적인 문제점이 발생할 우려가 있다.

또한 본 발명에서 사용하는 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브는 평균 내경(d)이 30~60 nm, 평균 길이(l)가 10~30 ㎛인 것이 바람직하다. 실리카 나노튜브의 평균 내경과 평균 길이가 상기에서 한정한 범위 내일 경우에는 구상형 메조세공 구조의 실리카와는 달리 나노튜브 구조에 의해 은 나노입자 자체가 합성수지 용융액 내에서 엉김현상 등이 발생하지 않아 분산력이 우수한 것이 특징이다.

그리고 본 발명은 펠릿형 항균성 마스터배치는 10~20 중량%의 항균제를 사용함에 따라 항균제의 분산력을 높이기 위해 분산제 1∼5 중량％를 혼합한다. 분산제의 혼합량이 1 중량% 미만이 될 경우에는 펠릿형 항균성 마스터배치 내에 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브 항균제가 균일하게 분산되지 않을 우려가 있고, 분산제의 혼합량이 5 중량%를 초과할 경우에는 분산제 혼합량의 증가에 따라 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브 항균제의 분산력이 현저히 향상되지는 않는다. 본 발명에서 사용가능한 분산제는 디옥틸 프탈레이트, 디이소 데실아디페이트, 이소프로필 트리스테아릴티탄, 액체 파라핀, 액체 폴리부텐 중에서 1종을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 따른 펠릿형 항균성 마스터배치는 합성수지 용액 내에서 분산력이 우수한 은 나노입자를 흡착시킨 실리카 나노튜브를 첨가하여 마스터배치를 제조함으로써, 마스터배치 내에 은 나노입자를 흡착시킨 실리카 나노튜브가 균일하게 분산되어 항균성 기능이 우수한 것이 장점이다.

그리고 본 발명에 따른 펠릿형 항균성 마스터배치는 합성수지 제품 성형시, 펠릿형 항균성 마스터배치 10~20 중량%와 합성수지 80~90 중량%를 혼합하여 성형하는 것이 바람직하다. 펠릿형 항균성 마스터배치의 혼합량이 10 중량% 미만이 될 경우에는 합성수지 제품의 항균력이 저하할 우려가 있고, 펠릿형 항균성 마스터배치의 혼합량이 20 중량%를 초과하더라도 특별히 항균력의 성능이 더 이상 향상되지 않는다.

본 발명에서 사용하는 합성수지는 각종 합성수지 제품의 성형에 사용되는 모든 수지로서, 구체적인 예를 들면 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에스테르 수지, 염화비닐수지, 폴리염화비닐리덴 수지, 폴리에틸렌테레프탈레트 수지, 페놀수지 등이 있으며, 특별히 합성수지의 종류는 한정하지 않는다.

또한 본 발명에 따른 펠릿형 항균성 마스터배치는 제조자의 필요나 또는 수요자의 요구에 따라 각종 색상을 나타내기 위해 안료를 첨가할 수 있다.

이하 본 발명은 하기의 실시예를 통해 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 본 발명은 하기의 실시예에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니다.

1. 펠릿형 항균성 마스터배치의 제조

(실시 예 1)

LDPE 75 중량%와 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브 20 중량% 및 분산제 5 중량%를 혼합하여 펠릿형 항균성 마스터배치를 제조하였다.

(실시 예 2)

LDPE 89 중량%와 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브 10 중량% 및 분산제 1 중량%를 혼합하여 펠릿형 항균성 마스터배치를 제조하였다.

본 실시 예 1, 2에서 사용한 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브는 실리카 나노튜브에 은 나노입자가 20000ppm가 함유되고, 실리카 나노튜브의 평균 내경은 30~60nm, 평균 길이는 10~30 ㎛이었다.

참고로, 도 2는 본 발명에 따른 실시 예 1, 2에 사용된 은 나노입자-실리카 나노튜브를 찍은 TEM(5000배 확대) 사진이고, 도 3은 본 발명에 따른 실시 예 1, 2에 사용된 은 나노입자-실리카 나노튜브의 XRD 측정결과를 나타낸 그래프이다.

(비교 예 1)

실시 예 1과 동일한 방법에 의해 펠릿형 항균성 마스터배치를 제조하되, 본 비교 예 1에서 사용한 은 나노입자 함유 구상형 메조세공 실리카는 평균 입경이 3.0㎛ 크기의 구상형 메조세공 실리카에 은 나노입자가 20000ppm가 함유된 것을 사용하였다.

(비교 예 2)

실시 예 2와 동일한 방법에 의해 펠릿형 항균성 마스터배치를 제조하되, 본 비교 예 1에서 사용한 은 나노입자 함유 구상형 메조세공 실리카를 사용하였다.

참고로, 도 4는 비교 예 1, 2에 사용된 은 나노입자가 분산 함유된 구상형 메조세공 실리카를 찍은 SEM(30,000배 확대) 사진이고, 도 5는 비교 예 1, 2에 사용된 은나노입자 함유 구상형 메조세공 실리카의 XRD 측정결과를 나타낸 그래프이다.

2. 항균성 합성수지제 필름의 성형

상기 실시 예 1, 2의 방법에 따라 제조한 펠릿형 항균성 마스터배치를 사용하여 아래 내용과 같이 실시 예 3 내지 실시 예 6의 방법에 따라 항균성 합성수지제 필름을 성형하고, 상기 비교 예 1, 2의 방법에 따라 제조한 펠릿형 항균성 마스터배치를 사용하여 아래 내용과 같이 비교 예 3 내지 비교 예 6의 방법에 따라 항균성 합성수지제 필름을 성형하였다.

(실시 예 3)

실시 예 1의 펠릿형 항균성 마스터배치 10 중량%와 합성수지 90 중량%를 혼합하여 0.03 mm 두께의 항균성 합성수지제 필름을 성형하였다.

(실시 예 4)

실시 예 1의 펠릿형 항균성 마스터배치 20 중량%와 합성수지 80 중량%를 혼합하여 0.03 mm 두께의 항균성 합성수지제 필름을 성형하였다.

(실시 예5)

실시 예 2의 펠릿형 항균성 마스터배치 10 중량%와 합성수지 90 중량%를 혼합하여 0.03 mm 두께의 항균성 합성수지제 필름을 성형하였다.

(실시 예 6)

실시 예 2의 펠릿형 항균성 마스터배치 20 중량%와 합성수지 80 중량%를 혼합하여 0.03 mm 두께의 항균성 합성수지제 필름을 성형하였다.

(비교 예 3 내지 비교 예 6)

상기 비교 예 1의 펠릿형 항균성 마스터배치를 사용하여 상기 실시 예 3 및 4의 방법과 동일한 방법에 의해 성형한 항균성 합성수지제 필름을 각각 비교 예 3 및 비교 예 4라 하고, 비교 예 2의 펠릿형 항균성 마스터배치를 사용하여 상기 실시 예 5 및 6의 방법과 동일한 방법에 의해 성형한 항균성 합성수지제 필름을 각각 비교 예 5 및 비교 예 6이라 한다.

3. 항균성 합성수지제 필름의 평가

상기 2의 방법에 의해 제조한 항균성 합성수지제 필름을 대상으로 하여 대장균(Escherichia coli) 및 포도상구균(Staphylococcus aureus)에 대한 항균력 시험을 JIS Z 2801 : 2006(항균가공제품, 항균성 시험방법, 항균효과)에 의거 실시하였으며, 그 결과는 항균활성치(R)의 값은 아래 [표 1]의 내용과 같다.

시험균주는 Escherichia coli ATCC 8739와 Staphylococcus aureus ATCC 6538p를 각각 사용하였다.

표 1

(단위 : 항균활성치 R)

구분	실시 예				비교 예
구분	1	2	3	4	1	2	3	4
E,coli	6.0 log	6.2 log	6.1 log	6.0 log	3.3 log	3.1 log	3.4 log	3.4 log
S.aureus	3.4 log	3.3 log	3.5 log	3.4 log	2.0 log	2.0 log	2.1 log	2.2 log

상기 [표 1]의 내용에 의하면, 실시 예 3 내지 6은 대장균(E. coli)의 항균활성치(R)가 6.0~6.2 log(항균효과가 99.99% 이상)이고, 비교 예 3 내지 6은 대장균(E. coli)의 항균활성치(R)가 3.1~3.4 log(항균효과가 99.90% 이상)로서, 실시 예 3 내지 6이 비교 예 3 내지 6에 비해 대장균(E. coli)에 대한 항균효과가 우수한 것으로 나타났다.

그리고 실시 예 3 내지 6은 포도상구균(S. aureus)의 항균활성치(R)가 3.3~3.5 log(항균효과가 99.90% 이상)이고, 비교 예 3 내지 6은 포도상구균(S. aureus)의 항균활성치(R)가 2.0~2,2 log(항균효과가 99.00% 이상)로서, 실시 예 3 내지 6이 비교 예 3 내지 6에 비해 포도상구균(S. aureus)에 대한 항균효과가 우수한 것으로 나타났다.

따라서, 상기 [표 1]에서 나타난 바와 같이 실시 예 3 내지 6이 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브가 함유된 펠릿형 항균성 마스터배치를 사용하여 항균성 합성수지제 필름을 성형함에 따라 비교 예 3 내지 6의 구상형 메조세공 실리카가 함유된 펠릿형 항균성 마스터배치를 사용하여 항균성 합성수지제 필름을 성형한 것에 비해 대장균(E. coli) 및 포도상구균(S. aureus)에 대한 항균력이 모두 우수한 것이 확인되었다.

특히, 실시 예 3 내지 6과 비교 예 3 내지 6은 모두 사전에 펠릿형 항균성 마스터배치를 제조하고, 이 마스터배치를 사용하여 항균성 합성수지제 필름을 성형하였지만, 상기와 같은 결과의 차이는 실시 예 3 내지 6의 실리카 나노튜브가 비교 예 3 내지 6의 구상형 메조세공 실리카에 비해 항균성 마스터배치 내에서의 분산력이 우수한 것에 기인하는 것으로 추정된다.

참고로 본 명세서에 첨부된 도면인 도 6은 상기 실시 예 1의 방법에 의해 제조한 본 발명에 따른 펠릿형 항균성 마스터배치를 나타낸 사진으로 펠릿형 항균성 마스터배치의 제조시 사용한 LDPE의 색상에 의해 펠릿형 항균성 마스터배치가 노란색을 나타낸다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 항균성 마스터배치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 은 나노입자 항균제가 첨가된 펠릿형 항균성 마스터배치에 있어서, 합성수지 75~89 중량%와 은 나노입자 항균제 10~20 중량% 및 분산제 1∼5 중량％로 이루어지는 것을 발명의 실시를 위한 형태로 한다.

한편, 상기 은 나노입자 항균제는 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 나노입자 함유 실리카 나노튜브는 은 나노입자가 20000~100000 ppm 함유되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 나노입자 함유 실리카 나노튜브는 평균 내경이 30~60 nm, 평균 길이가 10~30 ㎛인 것이 바람직하다.

또한, 상기 펠릿형 항균성 마스터배치는 합성수지 제품 성형시, 펠릿형 항균성 마스터배치 10~20 중량%와 합성수지 80~90 중량%를 혼합하여 성형하는 것이 바람직하다.

본 발명은 합성수지와 분산력이 우수한 은 나노입자를 미세기공 내에 흡착시킨 실리카 나노튜브 타입의 항균제를 혼합하여 제조한 펠릿형 항균성 마스터배치를 합성수지를 혼합하여 합성수지 제품을 성형함으로써, 항균제가 합성수지 성형제품 내에서 균일하게 분산되어 항균성 기능이 우수한 것을 특징으로 하는 펠릿형 항균성 마스터배치로써, 산업현장에서 널리 사용될 것으로 기대된다.

Claims

은 나노입자 항균제가 첨가된 펠릿형 항균성 마스터배치에 있어서,

합성수지 75~89 중량%와 은 나노입자 항균제 10~20 중량% 및 분산제 1∼5 중량％로 이루어지는 것을 특징으로 하는 펠릿형 항균성 마스터배치.
제 1항에 있어서,

상기 은 나노입자 항균제는 은 나노입자 함유 실리카 나노튜브인 것을 특징으로 하는 펠릿형 항균성 마스터배치.
제 1항에 있어서,

상기 나노입자 함유 실리카 나노튜브는 은 나노입자가 20000~100000 ppm 함유되는 것을 특징으로 하는 펠릿형 항균성 마스터배치.
제 3항에 있어서,

상기 나노입자 함유 실리카 나노튜브는 평균 내경이 30~60 nm, 평균 길이가 10~30 ㎛인 것을 특징으로 하는 펠릿형 항균성 마스터배치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 펠릿형 항균성 마스터배치는 합성수지 제품 성형시, 펠릿형 항균성 마스터배치 10~20 중량%와 합성수지 80~90 중량%를 혼합하여 성형하는 것을 특징으로 하는 펠릿형 항균성 마스터배치.