WO2022197015A1 - 항균성 복합 유리 조성물 및 이를 적용한 가전기기 - Google Patents

항균성 복합 유리 조성물 및 이를 적용한 가전기기 Download PDF

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WO2022197015A1
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glass composition
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김대성
김남진
김영석
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엘지전자 주식회사
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    • C08K2201/002—Physical properties
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Definitions

  • the present invention relates to an antimicrobial composite glass composition and a home appliance to which the same is applied.
  • Microorganisms such as germs, fungi and bacteria are ubiquitous in our living spaces, such as dryers, washing machines, or dishwashers. If these microbes get into our bodies, they can cause life-threatening infections.
  • Prior Patent Document 1 includes a glass that may include a glass phase (a glass phase) and a cuprite phase (a cuprite phase).
  • the glass comprises a degradable phase comprising a plurality of Cu 1+ ions, B 2 O 3 , P 2 O 5 and K 2 O and a durable phase comprising SiO 2 (a durable phase).
  • Patent Document 2 discloses an invention related to an antibacterial silicate glass powder that is insoluble in water (water insoluble). It is defined that the mother glass constituting the water-insoluble glass does not dissolve in water, and only the surface reacts with the surrounding water to exchange ions, and in order to obtain a sufficient sterilization effect in the applied product, the total metal ions of the glass In consideration of the synergistic effect, dissolution is disclosed that 50 to 10 ppm is good (for a pH value of 9 to 13 pH) and 1 ppm to less than 100 ppb is good.
  • the non-dissolving antibacterial glass claimed in the preceding Patent Documents 1 and 2 does not mean that the entire glass is non-dissolving, and a glass composed of a water-insoluble glass matrix and ions or crystalline components eluted for the purpose of antibacterial properties. It is called non-extraction. That is, in order to express antibacterial activity, ions or crystal phases expressing antibacterial activity are eluted to exhibit antibacterial activity.
  • An object of the present invention is to provide a composite glass composition capable of preventing contamination of highly contaminated parts of home appliances where water is used, in particular, parts highly contaminated enough to form a biofilm and exhibiting sufficient antibacterial activity, and home appliances using the same. do it with
  • An object of the present invention is to provide a composite glass composition capable of selectively generating an antibacterial effect depending on the pollution environment of home appliances in which water is used, long-term use, and securing human safety, and home appliances using the same. do.
  • the antimicrobial composite glass composition according to the present invention is a dissolvable glass composition capable of controlling the environment in which bacteria grow (hereinafter, the dissolution glass composition refers to the same object as "composition A”)
  • composition A An antibacterial composite glass composition comprising a non-dissolving glass composition (hereinafter, the non-dissolving glass composition is defined as referring to the same object as “composition B”) capable of exhibiting antibacterial properties by means of a surface charge property of a material) is a technical feature.
  • the antibacterial composite glass composition of the present invention exhibits antibacterial properties by eluting zinc ions from the non-dissolving glass composition (composition B) and the control of the pH environment and thereby exhibiting antibacterial properties in a normal environment. It is characterized in that it contains a castle glass composition (composition A), and may exhibit a synergy effect of the two glass compositions, and may have selective antimicrobial activity depending on the contamination environment.
  • the dissolution glass composition (composition A) is SiO 2 40 to 70% by weight; 5-20 wt% of at least one of NaO 2 , K 2 O and Li 2 O; 10-50 wt% CaO; and 10 to 40 wt% of MgO
  • the non-dissolving glass composition (composition B) is SiO 2 26 to 45 wt%; 0.5-4 wt% of at least one of B 2 O 3 and P 2 O 5 ; 15-25 wt% of at least one of NaO 2 and K 2 O; CaO 3-10% by weight; and 25 to 45 wt% of ZnO.
  • the sum of the contents of CaO and MgO is 30% by weight or more, and the content of CaO is greater than the content of MgO, Antibacterial activity and vitrification performance can be improved.
  • the content of SiO 2 is higher than the content of B 2 O 3 , the sum of the contents of NaO 2 , K 2 O and CaO is 20% by weight or more, and the content of ZnO is By making it more than the sum of the contents of NaO 2 , K 2 O and CaO, it is possible to improve antibacterial activity and durability.
  • the antimicrobial composite glass composition according to the present invention is a high-contamination part in which a biofilm is formed by mixing the dissolution glass composition (composition A) and the non-dissolving glass composition (composition B) in a weight ratio of 10:90 to 30:70. It can secure long-term usability and human safety while having excellent antibacterial activity (anti-biofilm properties) against
  • the antimicrobial composite glass composition according to the present invention may be added to a plastic resin, which is a material for manufacturing home appliances. At this time, in order to secure both antimicrobial activity and moldability, it is preferable to include 3 to 10 parts by weight of the antimicrobial composite glass composition according to the present invention with respect to 100 parts by weight of the plastic resin.
  • the antimicrobial composite glass composition according to the present invention is a composition in which a dissolvable glass composition (composition A) and a non-dissolvable glass composition (composition B) are mixed, and when a home appliance is manufactured using the plastic resin to which the mixed composition is added, , highly contaminated parts of home appliances, in particular, can exhibit excellent antibacterial activity against biofilm.
  • the antimicrobial composite glass composition according to the present invention can selectively exhibit antibacterial activity depending on the contaminated environment of the home appliance due to the combination of the dissolution glass composition (composition A) and the non-dissolving glass composition (composition B).
  • the antimicrobial composite glass composition of the present invention has antibacterial properties by eluting zinc ions from the non-dissolving glass composition (composition B) exhibiting antibacterial properties in a normal environment and the control of the pH environment and thereby the non-dissolving glass composition (composition B). It is characterized in that it contains a dissolution glass composition (A) showing a synergistic effect of the two glass compositions.
  • the antimicrobial composite glass composition of the present invention can be used for a long time (continuously) in home appliances, and is excellent in human safety.
  • the antimicrobial composite glass composition of the present invention may exhibit excellent antimicrobial activity of 99% or more against microorganisms, for example, the microorganisms include Escherichia coli and Staphylococcus aureus , Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas . aeruginosa ) may be one or more.
  • the antibacterial composite glass composition of the present invention has excellent anti-biofilm performance, and specifically may exhibit a biofilm reduction rate of 90% or more.
  • composition A the antimicrobial composite glass composition
  • composition B the non-dissolving glass composition
  • the antimicrobial composite glass composition according to the present invention is a mixed composition of a dissolution glass composition (composition A) and a non-dissolving glass composition (composition B), wherein the dissolution glass composition and the non-dissolving glass composition are 10:90-30: It is preferable to mix in a weight ratio of 70.
  • the amount of the dissolution glass composition is preferably 10 to 30 parts by weight.
  • the content of the dissolution glass composition with respect to the total composition is less than 10 parts by weight, the pH of water cannot be sufficiently raised. Since the compound effect cannot be expressed, the biofilm reduction effect may not be excellent.
  • the content of the dissolution glass composition with respect to the entire composition exceeds 30 parts by weight, the pH of the water is raised too high, so that the alkali ions of the composition A, the alkaline earth ions, and the zinc (Zn) ions of the non-elutable glass composition are consumed. Due to its high speed, it may be unsuitable for continuous use for a long period of time.
  • composition A dissolution glass composition
  • composition B non-dissolving glass composition
  • compositions Composition (components) of the glass composition
  • SiO 2 is a network-forming oxide, an essential glass former for forming glass, and is a key component serving as a framework in view of the structure of the glass.
  • SiO 2 is contained in an appropriate amount or more, the viscosity increases when the glass is melted, and thus workability and yield are deteriorated in the cooling process.
  • B 2 O 3 and P 2 O 5 are typical network-forming oxides, and are key components that enable sufficient vitrification together with SiO 2 .
  • B 2 O 3 and P 2 O 5 have a low melting point and are used to lower the eutectic point of the melt.
  • B 2 O 3 and P 2 O 5 When melting (melting) for vitrification, by performing the action of increasing the solubility of rigid (rigid) components (Al 2 O 3 , CuO, etc.) It helps to become a homogeneous glass .
  • B 2 O 3 and P 2 O 5 are added above a certain level, a problem of reducing water resistance and the like by weakening the bonding structure of the glass may occur. Therefore, B 2 O 3 and P 2 O 5 are preferably used in trace amounts only for lowering the melting point in order to implement a water-insoluble antibacterial glass.
  • Alkali oxides such as Na 2 O, K 2 O, and Li 2 O are oxides that serve as a network modifier for non-crosslinking in the glass composition. These components cannot be vitrified alone, but vitrification is possible when mixed with a network former such as SiO 2 and B 2 O 3 in a certain ratio. If only one of the above components is included in the glass composition, the durability of the glass may be weakened in the area where vitrification is possible. However, when two or more components are included in the glass composition, the durability of the glass is improved again according to the ratio. This is called the mixed alkali effect. Therefore, alkali oxides such as Na 2 O, K 2 O, and Li 2 O improve the antimicrobial activity by using the point that first occupies the modification oxide site in the glass.
  • Alkaline earth oxides such as CaO and MgO are basically oxides that play the role of modifying oxides that are non-crosslinked in glass. Vitrification is impossible by itself, but vitrification is possible when mixed with a network former such as SiO 2 and B 2 O 3 in a certain ratio. Unlike alkali oxides, alkaline earth oxides such as CaO and MgO have a +2 charge and have to be replaced with two water molecule ions, so ion exchange is relatively difficult, so they are sometimes used as durability enhancing factors. . Therefore, alkaline earth oxides such as CaO and MgO have strong durability among modified oxides and occupy the site of the modified oxides to structurally indirectly contribute to the expression of water insolubility and antibacterial properties. used for the same purpose.
  • ZnO is a component that performs both the role of the network-forming oxide and the modifying oxide by covalent bonding by being substituted with a part of the network-forming oxide.
  • ZnO is a component that greatly contributes to the expression of the antibacterial effect.
  • ZnO must have a small atomic radius and a large electronegativity, so that it must have a small difference with oxygen in order to participate in the network-forming structure in glass.
  • These intermediate oxides have a larger atomic radius and lower electronegativity than conventional network-forming oxides, Si, P, and B, making it difficult to form glass alone, but in the presence of network-forming oxides, they are substituted with network-forming oxides and play a role. say ingredients.
  • ZnO only functions as a modified oxide, but above a certain content, it forms a covalent bond, and the durability is radically improved.
  • the predetermined content is determined by the content of the network-forming oxide and the modifying oxide.
  • composition A Dissolvable Glass Composition
  • the dissolution glass composition (composition A) according to the present invention comprises: SiO 2 40 to 70 wt%; 5-20 wt% of at least one of NaO 2 , K 2 O and Li 2 O; 10-50 wt% CaO; and 10 to 40 wt% of MgO.
  • the content of SiO 2 is preferably 40 to 70% by weight.
  • the content of SiO 2 in the composition A is less than 40% by weight, the network-forming oxide is insufficient to escape the vitrification region, and a heterogeneity phenomenon in which opacified glass and transparent ring glass are mixed may occur.
  • the content of SiO 2 in the composition A is more than 70% by weight, vitrification is strong, but alkali ion elution properties are lowered, so that the pH synergistic effect is lowered.
  • the content of the sum of at least one of NaO 2 , K 2 O and Li 2 O is preferably 5 to 20% by weight.
  • the content of the sum of at least one of NaO 2 , K 2 O and Li 2 O is less than 5% by weight, an unmelting phenomenon may occur and vitrification may be difficult, and when it exceeds 20% by weight, the water resistance is extremely As a result, a phenomenon in which moisture adheres to the antibacterial component occurs and a hydration layer is formed, which may cause a phenomenon in which performance deteriorates in a short period of time, which may be a problem.
  • the content of CaO is preferably 10 to 50% by weight.
  • the content of CaO in the composition A is less than 10% by weight, Ca ions are not eluted enough to sufficiently increase the pH, so that the antibacterial properties may be lowered, and when it is more than 50% by weight, alkaline earth, a substance that dissolves at high temperature Since it is not sufficiently melted, a phenomenon in which an unmelted material is formed outside the vitrification region may occur, which may cause a problem.
  • the content of MgO is preferably 10 to 40 wt%.
  • the content of MgO in the composition A is less than 10% by weight, Mg ions are not eluted enough to sufficiently raise the pH, so that the antibacterial properties may be lowered. Since it is not sufficiently melted, a phenomenon in which an unmelted material is formed outside the vitrification region may occur, which may cause a problem.
  • composition A if the sum of the contents of CaO and MgO is less than 30% by weight, a problem may occur that the pH cannot be sufficiently increased to exhibit antibacterial activity, and the content of CaO may be If it is less than the content of MgO, there may be a problem that the vitrification performance cannot be strengthened.
  • the sum of the contents of CaO and MgO in composition A is 30% by weight or more, and it is preferable that the content of CaO is higher than the content of MgO.
  • composition B Non-dissolving glass composition (composition B)
  • the non-dissolving glass composition (Composition B) according to the present invention comprises: SiO 2 26 to 45 wt%; 0.5-4 wt% of at least one of B 2 O 3 and P 2 O 5 ; 15-25 wt% of at least one of NaO 2 and K 2 O; CaO 3-10% by weight; and 25 to 45 wt% of ZnO.
  • the content of SiO 2 is preferably 26 to 45 wt%.
  • the content of SiO 2 in the composition B is less than 26% by weight, the network-forming oxide is insufficient to escape the vitrification region, and a heterogeneity phenomenon in which opacified glass and transparent glass are mixed may occur.
  • the content of SiO 2 in the composition B is more than 45% by weight, vitrification is strong, but alkali ion elution properties are lowered, so that the pH increase effect is lowered.
  • the content of the sum of at least one of B 2 O 3 and P 2 O 5 is preferably 0.5 to 4% by weight.
  • the content of the sum of at least one of B 2 O 3 and P 2 O 5 is less than 0.5% by weight, an unmelting phenomenon may occur and vitrification may be difficult, and when it is more than 4% by weight, in the network-forming structure In B, there may be a problem in that the water resistance deterioration phenomenon occurs due to the structural properties of P and / or the properties of the element itself.
  • composition B Based on the total weight of the non-dissolving glass composition (Composition B) according to the present invention, the content of the sum of at least one of NaO 2 and K 2 O is preferably 15 to 25% by weight.
  • composition B when the content of the sum of at least one of NaO 2 and K 2 O is less than 15% by weight, an unmelting phenomenon may occur and vitrification may be difficult, and when it exceeds 25% by weight, depending on the basic elution mechanism of the glass There may be a problem in that alkali ions are easily replaced with H 3 O + ions of water, and water resistance deterioration phenomenon that elution is deepened may occur.
  • the content of CaO is preferably 3 to 10% by weight.
  • the content of CaO in the composition B is less than 3% by weight, the structure cannot be strengthened at the modified oxide site, so there may be a problem in that the alkali elution cannot be controlled and the water resistance deterioration phenomenon may occur.
  • the content of CaO in the composition B is more than 10% by weight, since alkaline earth, which is a material that melts at a high temperature, is not sufficiently melted, a phenomenon in which an unmelted product is formed outside the vitrification region may occur, which may cause a problem.
  • the content of ZnO is preferably 25 to 45 wt%.
  • the content of ZnO in the composition B is less than 25% by weight, there is a problem that sufficient antibacterial activity cannot be exhibited because the absolute amount of the material exhibiting antibacterial performance is insufficient.
  • the content of ZnO in composition B is more than 45% by weight, ZnO does not exist homogeneously in the glass composition and may partially form crystals and leave the vitrification region, resulting in heterogeneity in which whitened glass and transparent ring glass are mixed. This can happen and cause problems.
  • composition B when the content of SiO 2 is less than the content of B 2 O 3 or the content of ZnO is less than the sum of the contents of Na 2 O, K 2 O and CaO , there may be a problem that the non-discharge characteristic is not exhibited. If the sum of the contents of Na 2 O, K 2 O, and CaO is less than 20% by weight, vitrification may not proceed.
  • the content of SiO 2 is greater than the content of B 2 O 3
  • the content of ZnO is greater than the sum of the contents of Na 2 O, K 2 O, and CaO
  • the content of Na 2 O, K 2 The sum of the contents of O and CaO is preferably 20% by weight or more.
  • a method for producing an antimicrobial composite glass composition comprises the steps of providing materials of the above-described dissolvable glass composition (composition A) and non-dissolving glass composition (composition B); Melting the composition A and the composition B at a temperature range of 1000 to 1300° C. for 10 to 60 minutes, respectively; cooling the molten composition A and composition B, respectively, to obtain a cullet of composition A and a cullet of composition B; grinding the cullet of composition A and the cullet of composition B, respectively, to form a composition A glass powder and a composition B glass powder; and mixing the composition A glass powder and the composition B glass powder.
  • antimicrobial resin mixture composition including the antimicrobial composite glass composition and the plastic resin according to the present invention will be described.
  • the antimicrobial composite glass composition according to the present invention may be applied as an additive to an injection molded product of a plastic resin.
  • an appropriate amount of the antimicrobial composite glass composition according to the present invention in the plastic resin injection molding it is possible to impart antimicrobial activity to the injection molding product.
  • an antimicrobial resin mixture composition by mixing with the antimicrobial composite glass composition and plastic resin according to the present invention.
  • the antimicrobial resin mixture composition according to the present invention includes an antibacterial composite glass composition having antibacterial and anti-biofilm properties, when used as a material when manufacturing home appliances, etc., the effect of excellent antibacterial properties and biofilm reduction rate in home appliances can perform
  • the plastic resin of the antimicrobial resin mixture composition according to the present invention can be used without limitation as long as it is a plastic resin for manufacturing home appliances, it can be applied to various home appliances.
  • it may be a plastic resin including polypropylene (PP).
  • the antimicrobial resin mixture composition according to the present invention preferably contains 3 to 10 parts by weight of the antimicrobial composite glass composition with respect to 100 parts by weight of the plastic resin. If the content of the antimicrobial composite glass composition is less than 3 parts by weight, the anti-biofilm performance cannot be sufficiently exhibited. have.
  • the antibacterial resin mixture composition according to the present invention has an antibacterial activity against at least one of Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa and Pseudomonas aeruginosa of 99% or more, and the biofilm reduction rate, which is a highly contaminated part, is 90% or more. Biofilm properties may be excellently exhibited.
  • Antimicrobial composite glass compositions having the compositions and contents shown in Tables 1 and 2 below were prepared. Each of the raw materials of the composition A and the composition B were separately mixed to prepare a composition A and a composition B, respectively.
  • each of the mixed raw materials to prepare the composition A and the composition B is sufficiently melted for 30 minutes at a temperature of 1200° C. in an electric furnace, cooled in an air-cooling manner on a stainless steel plate, and then twin rolls (twin rolls) -roll) to obtain a cullet of composition A and a cullet of composition B, respectively.
  • the cullet of the composition A and the cullet of the composition B were respectively pulverized with a ball mill, and then passed through a 400 mesh sieve, and the 'composition A glass powder' and 'composition A glass powder having a D50 average particle diameter of 10 ⁇ m' and ' Composition B glass powder' was obtained, respectively.
  • composition A Dissolution Glass Composition
  • Ingredient Content (wt%) SiO 2 42.5 Na 2 O 11.2 K 2 O 3.7 LiO 2 2.9 CaO 27.3 MgO 12.4 total 100
  • composition B Non-dissolving glass composition
  • ingredient Content (wt%) SiO 2 33.5
  • P 2 O 5 0.4 Na 2 O 17.5 K 2 O 6.7
  • the 'composition A glass powder' and 'composition B glass powder' prepared in Preparation Example were mixed in a ratio of 10:90 to prepare an antimicrobial composite glass composition powder. Based on 100 parts by weight of the polypropylene resin, 4 parts by weight of the prepared antimicrobial composite glass composition powder was added to obtain a polypropylene antimicrobial resin mixture composition.
  • the polypropylene antimicrobial resin mixture composition was prepared as an injection product having a thickness of 200 (mm) ⁇ 100 (mm) and a thickness of 3 (mm).
  • Example 2 The same as in Example 1, but by changing the ratio of the composition A and the composition B as shown in Table 3 below, to prepare the injection products of Examples 1 and Comparative Examples 1-2.
  • Example 1 Example 2 Comparative Example 1 Comparative Example 2 composition A (weight%) 10 30 100 0 composition B (weight%) 90 70 0 100 Total (wt%) 100 100 100 100 100
  • the antibacterial activity values for E. coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa and P. evaluated.
  • the results are shown in Table 4 below. In general, when the antibacterial activity is 99% (converted to an antibacterial activity value of 2.0 or more), it is evaluated that the antibacterial property is exhibited.
  • Example 1 Example 2 Comparative Example 1 Comparative Example 2 port fungus power E. coli (%) 99.99 99.99 99.9 99.99 Staphylococcus aureus (%) 99.99 99.99 99.9 99.99 Bacillus pneumoniae (%) 99.99 99.99 99.99 99.99 99.99 99.99 Pseudomonas aeruginosa (%) 99.99 99.99 99 99.9 Biofilm reduction rate (%) (Pseudomonas aeruginosa) 94 99 70 32

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Abstract

본 발명은 항균성 복합 유리 조성물에 대한 것으로서, 보다 구체적으로 용출성 유리 조성물(조성물 A) 및 비용출성 유리 조성물(조성물 B)을 10:90 ~ 30:70의 중량비로 혼합된 항균성 복합 유리 조성물에 대한 것이며, 이를 플라스틱 수지와 혼합한 항균성 수지 혼합 조성물을 가전기기에 적용함으로써, 미생물에 대한 항균 특성 및 항바이오필름 특성(바이오필름 저감율)이 모두 우수하게 발현되는 효과가 있다.

Description

항균성 복합 유리 조성물 및 이를 적용한 가전기기
본 발명은 항균성 복합 유리 조성물 및 이를 적용한 가전기기에 관한 것이다.
세균, 균류, 박테리아와 같은 미생물은 건조기, 세탁기, 또는 식기 세척기와 같은 우리의 생활 공간에 편재해 있다. 만일 이러한 미생물이 우리의 몸에 들어가게 되면, 이들은 생명을 위협하는 감염의 원인이 될 수 있다.
특히, 물을 사용하는 가전기기인 건조기, 스타일러, 세탁기, 에어컨 등의 표면, 하수구 등에 잔존하는 물로 인해, 균과 곰팡이 등의 비이상적 생장현상이 발생하고, 이에 따라 형성되는 바이오필름(biofilm)이 형성되는 고오염부에 대한 우수한 항균력, 즉, 우수한 바이오필름 저감률을 확보할 수 있는 방안이 요구된다.
미국 특허출원 공개공보 제2019-0373897호("선행 특허문헌 1")에서는 유리상(a glass phase) 및 큐프라이트상(a cuprite phase)을 포함할 수 있는 유리를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 유리는 복수의 Cu1+ 이온, B2O3, P2O5 및 K2O를 포함하는 분해될 수 있는 상(a degradable phase) 및 SiO2를 포함하는 내구성이 있는 상(a durable phase)을 포함한다. 유리 형성 과정에서 SiO2가 풍부한 상(SiO2-rich phase)과 구리-B2O3-P2O5가 풍부한 상(copper- B2O3-P2O5-rich phase)로 상 분리시키는 기술로, 분해될 수 있는 상에서 큐프라이트(Cuprite; Cu2O)가 용출되어 항균력을 발현하는 것을 개시하고 있다.
또한, 일본 특허출원 공개공보 제2005-500972호("선행 특허문헌 2")에서는 물에 녹지 않는 (수불용성) 항균성 규산염 유리 분말 관한 발명을 개시하고 있다. 상기 수불용성 유리를 조성하는 모체 유리가 물에 녹지 않고, 표면만이 주위의 물과 반응하여 이온을 교환하는 것을 정의하고 있으며, 적용되는 제품에 있어서 충분한 살균 효과를 얻기 위해 유리의 전체 금속 이온의 용출은 상승효과를 고려하여, 50~10 ppm이면 좋고 (9~13 pH의 pH값에 대해서) 1 ppm ~ 100 ppb 미만이면 좋다는 것을 개시하고 있습니다.
상기 선행 특허문헌 1 및 2에서 주장하는 비용출성 항균 유리는 유리 전체가 비용출성을 의미하는 것이 아니며, 수불용성인 유리 매트릭스(glass matrix) 및 항균성을 목적으로 용출되는 이온 혹은 결정상 성분으로 구성된 유리를 비용출성으로 명명하고 있다. 즉, 항균력을 발현하기 위해서는 항균 성을 발현하는 이온 혹은 결정상이 용출되어 항균성을 나타낸다.
그러나, 바이오필름이 형성될 정도의 고오염부를 방지하고 항균력을 발휘하기 위한 수준의 항균력을 나타내지는 못하므로, 고오염부에 대한 항균 및 오염 방지를 위한 조성물에는 부적합, 불충분하다는 문제점이 있다.
따라서, 물이 사용되는 가전기기의 표면, 하수구 등에 형성되는 고오염부에 대한 충분한 항균력을 발현하면서도, 장기적으로 사용될 수 있고, 인체 안전성도 확보할 수 있는 항균성 유리 조성물에 관한 기술 개발의 필요가 여전히 존재한다.
(선행 특허문헌 1) 미국 특허출원 공개공보 제2019-0373897호
(선행 특허문헌 2) 일본 특허출원 공개공보 제2005-500972호(JP 2005-500972 A)
본 발명은 물이 사용되는 가전기기의 고오염부, 특히, 바이오필름이 형성될 정도로 오염도 높은 부분의 오염을 방지하고 충분한 항균력을 발휘할 수 있도록 하는 복합 유리 조성물 및 이를 이용한 가전기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 물이 사용되는 가전기기의 오염 환경에 따라 선별적으로 항균성 효과가 발생하고, 장기적으로 사용될 수 있고, 인체 안전성도 확보할 수 있는 복합 유리 조성물 및 이를 이용한 가전기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
상술한 기술적 과제를 해결을 위해, 본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물은, 균이 생장하는 환경을 제어할 수 있는 용출성 유리 조성물(이하, 용출성 유리 조성물은"조성물 A"와 동일한 대상을 지칭하는 것으로 정의함) 및 재료의 표면전하 특성으로 항균성을 나타낼 수 있는 비용출성 유리 조성물(이하, 비용출성 유리 조성물은"조성물 B"와 동일한 대상을 지칭하는 것으로 정의함)을 포함하는 항균성 복합 유리 조성물인 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명의 항균성 복합 유리 조성물은, 통상적인 환경에서 항균성을 나타내는 비용출성 유리 조성물(조성물 B) 및 pH 환경의 조절과 이로 인한 비용출성 유리 조성물(조성물 B)로부터 아연 이온을 용출시켜 항균성을 나타내는 용출성 유리 조성물(조성물 A)을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 2가지 유리 조성물의 시너지 효과(synergy effect)를 나타낼 수 있고, 오염 환경에 따라 선별적인 항균력을 가질 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물에 있어서, 용출성 유리 조성물(조성물 A)은 SiO2 40~70 중량%; NaO2, K2O 및 Li2O 중 1종 이상 5~20 중량%; CaO 10~50 중량%; 및 MgO 10~40 중량%를 포함하는 것이 바람직하고, 비용출성 유리 조성물(조성물 B)은 SiO2 26~45 중량%; B2O3 및 P2O5 중 1종 이상 0.5~4 중량%; NaO2 및 K2O 중 1종 이상 15~25 중량%; CaO 3~10 중량%; 및 ZnO 25~45 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물의 용출성 유리 조성물(조성물 A)에 있어서, CaO 및 MgO의 함량의 합은 30 중량% 이상이고, CaO의 함량이 MgO의 함량보다 많도록 함으로써, 항균력 및 유리화 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 비용출성 유리 조성물(조성물 B)에 있어서, SiO2의 함량이 B2O3의 함량보다 많고, NaO2, K2O 및 CaO의 함량의 합은 20 중량% 이상이며, ZnO의 함량이 NaO2, K2O 및 CaO의 함량의 합보다 많도록 함으로써, 항균력 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물은 용출성 유리 조성물(조성물 A) 및 비용출성 유리 조성물(조성물 B)를 10:90 ~ 30:70의 중량비로 혼합함으로써, 바이오필름이 형성되는 고오염부에 대한 우수한 항균력(항바이오필름 특성)을 가지면서도, 장기 사용성 및 인체 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물을 가전기기를 제조하기 위한 재료인 플라스틱 수지(plastic resin)에 첨가할 수 있다. 이 때, 항균력 및 성형성을 모두 확보하기 위하여, 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여, 본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물은 3 ~ 10 중량부 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물은, 용출성 유리 조성물(조성물 A) 및 비용출성 유리 조성물(조성물 B)을 혼합한 조성물이며, 상기 혼합 조성물이 첨가된 플라스틱 수지를 사용하여 가전기기를 제조하게 되면, 가전기기의 고오염부, 특히, 바이오필름에 대해서도 항균력이 우수하게 발휘될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물은, 용출성 유리 조성물(조성물 A) 및 비용출성 유리 조성물(조성물 B)의 조합으로 인해, 가전 기기의 오염 환경에 따라 선별적으로 항균력을 발휘할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 항균성 복합 유리 조성물은, 통상적인 환경에서 항균성을 나타내는 비용출성 유리 조성물(조성물 B) 및 pH 환경의 조절과 이로 인한 비용출성 유리 조성물(조성물 B)로부터 아연 이온을 용출시켜 항균성을 나타내는 용출성 유리 조성물(A)을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 2가지 유리 조성물의 시너지 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 항균성 복합 유리 조성물은, 가전기기에서 장기적으로(지속적으로) 사용할 수 있으며, 인체 안전성도 우수하다.
본 발명의 항균성 복합 유리 조성물은 미생물에 대하여 99% 이상의 우수한 항균력을 나타낼 수 있으며, 예컨대, 상기 미생물은 대장균(Escherichia coli) 및 황색포도상구균(Staphylococcus aureus), 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae) 및 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 중 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 항균성 복합 유리 조성물은 항바이오필름 성능이 우수하며, 구체적으로 90% 이상의 바이오필름 저감율을 나타낼 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 실시예를 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, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 용출성 유리 조성물(조성물 A) 및 비용출성 유리 조성물(조성물 B)을 포함하는 항균성 복합 유리 조성물에 대해 상세히 설명하기로 한다.
<항균성 복합 유리 조성물>
본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물은, 용출성 유리 조성물(조성물 A) 및 비용출성 유리 조성물(조성물 B)의 혼합 조성물이며, 상기 용출성 유리 조성물 및 상기 비용출성 유리 조성물은 10:90 ~ 30:70의 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.
즉, 용출성 유리 조성물 및 비용출성 유리 조성물을 합한 전체 조성물 을 100 중량부로 할 때, 용출성 유리 조성물은 10 ~ 30 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
만일, 전체 조성물에 대한 용출성 유리 조성물의 함량이 10 중량부 미만이면, 물의 pH를 충분히 상승시키지 못하므로, 용출성 유리 조성물의 단독효과 및/또는 비용출성 유리 조성물과 혼합하여 사용할 때의 의도하는 복합 효과를 발현하지 못해 바이오필름 저감 효과가 우수하지 않을 수 있다.
또한, 전제 조성물에 대한 용출성 유리 조성물의 함량이 30 중량부 초과하면, 물의 pH를 너무 높게 상승시켜, 조성물 A의 알칼리 이온, 알칼리토류 이온 및 비용출성 유리 조성물의 아연(Zn) 이온이 소모되는 속도가 빨라져서, 장기간 지속적으로 사용하는데 부적합할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물에 포함되는 용출성 유리 조성물(조성물 A) 및 비용출성 유리 조성물(조성물 B)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
유리 조성물의 조성 (성분)
SiO2는 망목형성 산화물로서, 유리를 형성하기 위한 필수적인 유리형성제로서, 유리의 구조적인 측면에서는 뼈대의 역할을 하는 핵심적인 성분이 된다. 이러한 SiO2는 적정량 이상을 포함하게 되면 유리 용융시 점도가 높아져 냉각 과정에서 작업성 및 수율이 떨어지게 된다.
B2O3 및 P2O5는 대표적인 망목형성 산화물이며, SiO2와 함께 충분한 유리화가 가능하게 하는 핵심적인 성분이다. B2O3 및 P2O5는 녹는점이 낮아 용융물의 공융점(eutectic point)을 낮추는데 용도로 사용된다. 또한, B2O3 및 P2O5는 유리화를 위한 용융(melting)시, 단단한(rigid) 성분들(Al2O3, CuO 등)의 용해도를 높이는 작용을 수행함으로써 균질한 유리가 되도록 돕는다. 하지만, B2O3 및 P2O5는 일정 이상으로 첨가되면, 유리의 결합 구조를 약화시켜 내수성 등을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, B2O3 및 P2O5는 수불용성 항균 유리를 구현하기 위해 녹는점을 낮추는 용도 만으로 미량 사용하는 것이 바람직하다.
Na2O, K2O, Li2O와 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 망목형성제와 일정한 비율로 혼합하면 유리화가 가능해진다. 상기 성분들 가운데 한가지 성분만이 유리 조성물에 포함되면, 유리화가 가능한 영역 내에서는 유리의 내구성을 약화시킬 수 있다. 하지만, 2가지 이상의 성분이 유리 조성에 포함되면 그 비율에 따라 유리의 내구성이 다시 향상되기도 한다. 이를 혼합된 알칼리 효과(mixed alkali effect)라 한다. 따라서, Na2O, K2O, Li2O와 같은 알칼리 산화물(alkali oxide)은 유리 내에서 가장 먼저 수식산화물 사이트(site)를 차지하는 점을 이용하여 항균력을 향상시키게 된다.
CaO, MgO와 같은 알칼리 토류 산화물(alkaline earth oxide)은 기본적으로 유리 내에서 비가교결합을 하는 수식 산화물의 역할을 하는 산화물이다. 단독으로는 유리화가 불가능 하지만, SiO2 및 B2O3 등과 같은 망목형성제와 일정한 비율로 혼합하면 유리화가 가능해진다. CaO, MgO와 같은 알칼리 토류 산화물(alkaline earth oxide)은 알칼리 산화물(alkali oxide)과 달리 +2가 전하를 띠어 물분자 이온 2개와 치환되어야 하기 때문에 상대적으로 이온교환이 어려워 내구성 강화 요소로 사용 되기도 한다. 따라서, CaO, MgO와 같은 알칼리 토류 산화물(alkaline earth oxide)은 수식 산화물 중 내구성이 강건한 점과 수식산화물 사이트를 차지하여 수불용성 및 항균특성을 발현하는데 구조적으로 간접 기여하는 알칼리 산화물(alkali oxide)과 같은 목적으로 사용한다.
ZnO는 망목형성 산화물의 일부와 치환되어 공유결합하여 망목형선 산화물의 역할 및 수식산화물 역할을 모두 수행하는 성분이다. 아울러, ZnO는 항균 효과를 발현하는데 크게 기여하는 성분이다. 이러한 ZnO는 중간산화물로서, 유리에서 망목형성 구조에 참여하기 위해서는 원자 반경이 작고, 전기음성도가 커서 산소와의 차이가 작아야 한다. 이러한 중간산화물은 통상적인 망목형성 산화물인 Si, P, B보다 원자 반경이 크고, 전기음성도가 낮아 단독으로 유리 형성은 어려우나 망목형성 산화물이 존재하는 상황에서 망목형성 산화물과 치환되어 그 역할을 하는 성분을 말한다. 이러한 ZnO는 일정 함량 이하에서는 수식산화물로만 역할 하게 되나, 일정 함량 이상에서는 공유결합을 형성하여 내구도가 급진적으로 향상된다. 여기서, 일정 함량은 망목형성 산화물과 수식산화물의 함량에 의하여 결정된다.
용출성 유리 조성물(조성물 A)
본 발명에 따른 용출성 유리 조성물(조성물 A)은, SiO2 40~70 중량%; NaO2, K2O 및 Li2O 중 1종 이상 5~20 중량%; CaO 10~50 중량%; 및 MgO 10~40 중량%을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 용출성 유리 조성물(조성물 A)의 전체 중량에 대하여, SiO2의 함량은 40~70 중량%인 것이 바람직하다. 조성물 A에서 SiO2의 함량이 40 중량% 미만일 경우, 망목형성 산화물이 부족하여 유리화 영역을 벗어나게 되고, 유백화된 유리와 투명환 유리가 혼재하는 불균질화 현상이 발생할 수 있다. 조성물 A에서 SiO2의 함량이 70 중량% 초과일 경우, 유리화가 강하게 되지만 알칼리 이온 용출 특성이 저하되어 pH 상승효과가 낮아지므로 결국 항균 특성이 저하된다는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 용출성 유리 조성물(조성물 A)의 전체 중량에 대하여, NaO2, K2O 및 Li2O 중 1종 이상의 합의 함량은 5~20 중량%인 것이 바람직하다. 조성물 A에서 NaO2, K2O 및 Li2O 중 1종 이상의 합의 함량이 5 중량% 미만일 경우, 미용융 현상이 발생하여 유리화가 어려워질 수 있고, 20 중량% 초과일 경우, 내수성이 극도로 저하되어, 수분이 항균 성분에 달라붙는 현상이 발생하고 수화층이 형성되어 단기간에 성능이 저하되는 현상이 발생하여 문제될 수 있다.
본 발명에 따른 용출성 유리 조성물(조성물 A)의 전체 중량에 대하여, CaO의 함량은 10~50 중량%인 것이 바람직하다. 조성물 A에서 CaO의 함량이 10 중량% 미만일 경우, pH를 충분히 상승시킬 수 있을 정도로 Ca 이온이 용출되지 않아 항균 특성이 저하될 수 있고, 50 중량% 초과일 경우, 고온에 녹는 물질인 알칼리 토류가 충분히 용융되지 못하기 때문에 유리화 영역을 벗어나 미용융물이 형성되는 현상이 발생하여 문제될 수 있다.
본 발명에 따른 용출성 유리 조성물(조성물 A)의 전체 중량에 대하여, MgO의 함량은 10~40 중량%인 것이 바람직하다. 조성물 A에서 MgO의 함량이 10 중량% 미만일 경우, pH를 충분히 상승시킬 수 있을 정도로 Mg 이온이 용출되지 않아 항균 특성이 저하될 수 있고, 40 중량% 초과일 경우, 고온에 녹는 물질인 알칼리 토류가 충분히 용융되지 못하기 때문에 유리화 영역을 벗어나 미용융물이 형성되는 현상이 발생하여 문제될 수 있다.
한편, 상기 용출성 유리 조성물(조성물 A)에 있어서, CaO 및 MgO의 함량의 합은 30 중량% 미만이면, 항균력을 발휘할 수 있을 정도로 충분히 pH 상승될 수 없는 문제가 발생할 수 있고, CaO의 함량이 MgO의 함량보다 적게 되면, 유리화 성능이 강화될 수 없다는 문제점이 있을 수 있다.
따라서, 상기 용출성 유리 조성물이 우수한 항균력 발휘 및 유리화 성능을 강화시키기 위하여, 조성물 A에서 CaO 및 MgO의 함량의 합은 30 중량% 이상이고, CaO의 함량이 MgO의 함량보다 많은 것이 바람직하다.
비용출성 유리 조성물(조성물 B)
본 발명에 따른 비용출성 유리 조성물(조성물 B)은, SiO2 26~45 중량%; B2O3 및 P2O5 중 1종 이상 0.5~4 중량%; NaO2 및 K2O 중 1종 이상 15~25 중량%; CaO 3~10 중량%; 및 ZnO 25~45 중량%을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 비용출성 유리 조성물(조성물 B)의 전체 중량에 대하여, SiO2의 함량은 26~45 중량%인 것이 바람직하다. 조성물 B에서 SiO2의 함량이 26 중량% 미만일 경우, 망목형성 산화물이 부족하여 유리화 영역을 벗어나게 되고, 유백화된 유리와 투명한 유리가 혼재하는 불균질화 현상이 발생할 수 있다. 조성물 B에서 SiO2의 함량이 45 중량% 초과일 경우, 유리화가 강하게 되지만 알칼리 이온 용출 특성이 저하되어 pH 상승효과가 낮아지므로 결국 항균 특성이 저하된다는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 비용출성 유리 조성물(조성물 B)의 전체 중량에 대하여, B2O3 및 P2O5 중 1종 이상의 합의 함량은 0.5~4 중량%인 것이 바람직하다. 조성물 B에서, B2O3 및 P2O5 중 1종 이상의 합의 함량이 0.5 중량% 미만일 경우, 미용융 현상이 발생하여 유리화가 어려워질 수 있고, 4 중량% 초과일 경우, 망목형성 구조 내에서 B, P의 구조적 성질 및/또는 원소 자체의 성질에 의해 내수성 저하 현상이 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명에 따른 비용출성 유리 조성물(조성물 B)의 전체 중량에 대하여, NaO2 및 K2O 중 1종 이상의 합의 함량은 15~25 중량%인 것이 바람직하다. 조성물 B에서, NaO2 및 K2O 중 1종 이상의 합의 함량이 15 중량% 미만일 경우, 미용융 현상이 발생하여 유리화가 어려워질 수 있고, 25 중량% 초과할 경우, 유리의 기본 용출 기작에 따라 알칼리 이온이 쉽게 물의 H3O+ 이온과 치환이 일어나고 용출이 심화되는 내수성 저하 현상이 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명에 따른 비용출성 유리 조성물(조성물 B)의 전체 중량에 대하여, CaO의 함량은 3~10 중량%인 것이 바람직하다. 조성물 B에서 CaO의 함량이 3 중량% 미만일 경우, 수식산화물 사이트(site)에서 구조를 강하게 하지 못하므로 알칼리 용출을 제어하지 못하여 내수성 저하 현상이 발생할 수 있는 문제점이 있을 수 있다. 조성물 B에서 CaO의 함량이 10 중량% 초과일 경우, 고온에 녹는 물질인 알칼리 토류가 충분히 용융되지 못하기 때문에 유리화 영역을 벗어나 미용융물이 형성되는 현상이 발생하여 문제될 수 있다.
본 발명에 따른 비용출성 유리 조성물(조성물 B)의 전체 중량에 대하여, ZnO의 함량은 25~45 중량%인 것이 바람직하다. 조성물 B에서 ZnO의 함량이 25 중량% 미만일 경우, 항균 성능을 발현하는 물질의 절대량이 부족하기 때문에 충분한 항균력을 발휘할 수 없다는 문제점이 있다. 조성물 B에서 ZnO의 함량이 45 중량% 초과일 경우, ZnO가 유리 조성물 내에서 균질하게 존재하지 못하고 부분적으로 결정을 형성시키 유리화 영역을 벗어날 수 있으며, 백화된 유리와 투명환 유리가 혼재하는 불균질화 현상이 발생하여 문제될 수 있다.
한편, 상기 비용출성 유리 조성물(조성물 B)에 있어서, SiO2의 함량이 B2O3의 함량보다 적거나, 또는 ZnO의 함량이 Na2O, K2O 및 CaO의 함량의 합보다 적은 경우, 비용출 특성이 발휘되지 않는 문제점이 발생할 수 있다. Na2O, K2O 및 CaO의 함량의 합이 20 중량% 미만이면 유리화가 진행되지 않을 수 있다.
따라서, 상기 비용출성 유리 조성물에 있어서, SiO2의 함량이 B2O3의 함량보다 많고, ZnO의 함량이 Na2O, K2O 및 CaO의 함량의 합보다 많고, Na2O, K2O 및 CaO의 함량의 합은 20 중량% 이상인 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
<항균성 복합 유리 조성물의 제조방법>
본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물의 제조방법은, 상술한 용출성 유리 조성물(조성물 A) 및 비용출성 유리 조성물(조성물 B)의 재료를 제공하는 단계; 상기 조성물 A 및 조성물 B를 각각 1000~1300℃의 온도범위에서 10~60분 동안 용융하는 단계; 상기 용융된 조성물 A 및 조성물 B를 각각 냉각하여, 조성물 A의 컬릿(cullet) 및 조성물 B의 컬릿을 수득하는 단계; 상기 조성물 A의 컬릿 및 조성물 B의 컬릿을 각각 분쇄하여 조성물 A 유리 분말 및 조성물 B 유리 분말을 형성하는 단계; 및 상기 조성물 A 유리 분말 및 조성물 B 유리 분말을 혼합하는 단계;를 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물 및 플라스틱 수지를 포함하는 항균성 수지 혼합 조성물에 대해 설명하기로 한다.
<항균성 수지 혼합 조성물>
본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물은, 플라스틱 수지(plastic resin)의 사출물에 첨가제로 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물을 플라스틱 수지 사출품에 적정량 포함시켜, 사출물에 항균력을 부여할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 항균성 복합 유리 조성물 및 플라스틱 수지와 혼합하여 항균성 수지 혼합 조성물을 수득할 수 있다.
본 발명에 따른 항균성 수지 혼합 조성물은 항균성 및 항바이오필름 특성을 가진 항균성 복합 유리 조성물을 포함하므로, 가전기기 등을 제조할 때 재료로 사용하게 되면, 가전기기에서 우수한 항균성 및 바이오필름 저감율의 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에 따른 항균성 수지 혼합 조성물의 플라스틱 수지는 가전기기 등을 제조하기 위한 플라스틱 수지라면 제한없이 사용될 수 있으므로, 다양한 가전기기에 적용할 수 있다. 예를 들어, 폴리프로필렌(polypropylene; PP)를 포함하는 플라스틱 수지일 수 있다.
본 발명에 따른 항균성 수지 혼합 조성물은, 상기 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여, 상기 항균성 복합 유리 조성물을 3~10 중량부 포함하는 것이 바람직하다. 만일, 상기 항균성 복합 유리 조성물의 함량이 3 중량부 미만일 경우 항바이오필름 성능을 충분히 발휘하지 못하고, 10 중량부 초과일 경우 사출물로 적용하여 가전기기 등에 적용할 때 성형성이 저하된다는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 항균성 수지 혼합 조성물은 대장균, 황색포도상구균, 폐렴간균 및 녹농균 중 1종 이상에 대한 항균력이 99% 이상이고, 고오염부인 바이오필름 저감률이 90% 이상을 나타내므로, 항균성 및 항바이오필름 특성이 우수하게 발휘될 수 있다.
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 분야의 통상의 기술자라면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
<제조예 : 조성물 A 및 조성물 B의 제조>
하기 표 1 및 표 2에 기재된 조성 및 함량을 갖는 항균성 복합 유리 조성물을 제조하였다. 조성물 A 및 조성물 B 각각의 원재료들을 별도로 혼합하여, 조성물 A 및 조성물 B를 각각 제조하였다.
구체적으로, 조성물 A 및 조성물 B을 제조하기 위해 혼합된 원재료 각각을 전기로에서 1200℃의 온도로 30분 동안 충분히 용융시키고, 스테인리스 스틸 플레이트(stainless steel plate)에서 공냉 방식으로 냉각 후, 트윈롤(twin-roll)을 이용하여, 조성물 A의 컬릿(cullet) 및 조성물 B의 컬릿을 각각 수득하였다. 상기 조성물 A의 컬릿 및 조성물 B의 컬릿을 각각 건식분쇄기(ball mill)로 분쇄한 다음, 400 메쉬(mesh) 시브(sieve)에 통과시켜, D50 평균 입경이 10μm인 '조성물 A 유리 분말' 및 '조성물 B 유리 분말'을 각각 수득하였다.
조성물 A
(용출성 유리 조성물)
성분 함량(중량%)
SiO2 42.5
Na2O 11.2
K2O 3.7
LiO2 2.9
CaO 27.3
MgO 12.4
총 합 100
조성물 B
(비용출성 유리 조성물)
성분 함량(중량%)
SiO2 33.5
B2O3 3.2
P2O5 0.4
Na2O 17.5
K2O 6.7
CaO 6.1
ZnO 32.6
총 합 100
<실시예 1>
상기 제조예에서 제조된 '조성물 A 유리 분말' 및 '조성물 B 유리 분말'을 10:90의 비율로 혼합하여, 항균성 복합 유리 조성물 분말을 제조하였다. 폴리프로필렌 수지 100 중량부에 대하여, 상기 제조된 항균성 복합 유리 조성물 분말을 4 중량부 첨가하여, 폴리프로필렌 항균성 수지 혼합 조성물을 수득하였다.
상기 폴리프로필렌 항균성 수지 혼합 조성물을 200(mm)Х100(mm) 및 두께 3(mm)의 사출품으로 제작하였다.
<실시예 2 및 비교예 1~2>
실시예 1과 동일하되, 하기 표 3에 기재된 것과 같이 조성물 A 및 조성물 B의 비율을 달리하여, 실시예 1 및 비교예 1~2의 사출품을 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
조성물 A
(중량%)		 10 30 100 0
조성물 B
(중량%)		 90 70 0 100
총합(중량%) 100 100 100 100
<실험예 : 항균력 및 항바이오필름 특성 평가>
본 발명에 따른 실시예 1~2 및 비교예 1~2를 통해 제조된 사출물에 대하여, 항균 규격 시험(JIS Z 2801, 필름 부착법)으로 대장균, 황색포도상구균, 폐렴간균 및 녹농균에 대한 항균활성치를 평가하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타냈다. 일반적으로, 항균력이 99%인 경우(항균활성치로 환산하면 2.0 이상), 항균 특성이 발휘되는 것으로 평가한다.
본 발명에 따른 실시예 1~2 및 비교예 1~2를 통해 제조된 사출물에 대하여, 항바이오필름 효과를 확인하기 위해 녹농균을 이용하여 규격시험법 ASTM E2562-12로 평가하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타냈다. 일반적으로, 바이오필름 저감율이 90% 이상일 때, 항바이오필름 성능이 발휘되는 것으로 평가한다.
실시예1 실시예2 비교예1 비교예2
항
균
력		 대장균(%) 99.99 99.99 99.9 99.99
황색포도상구균 (%) 99.99 99.99 99.9 99.99
폐렴간균(%) 99.99 99.99 99.99 99.99
녹농균(%) 99.99 99.99 99 99.9
바이오필름 저감율(%)
(녹농균)		 94 99 70 32
상기 표 4로부터 알 수 있는 것처럼, 본 발명에 따른 실시예는 비교예에 비하여 미생물에 대한 항균 특성 및 항바이오필름 특성이 모두 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (12)

  1. 용출성 유리 조성물 및 비용출성 유리 조성물을 포함하고,
    상기 용출성 유리 조성물 및 상기 비용출성 유리 조성물은 10:90 ~ 30:70의 중량비로 혼합되는,
    항균성 복합 유리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용출성 유리 조성물은, SiO2 40~70 중량%; NaO2, K2O 및 Li2O 중 1종 이상 5~20 중량%; CaO 10~50 중량%; 및 MgO 10~40 중량%을 포함하고,
    상기 비용출성 유리 조성물은, SiO2 26~45 중량%; B2O3 및 P2O5 중 1종 이상 0.5~4 중량%; NaO2 및 K2O 중 1종 이상 15~25 중량%; CaO 3~10 중량%; 및 ZnO 25~45 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    항균성 복합 유리 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 용출성 유리 조성물에서,
    CaO 및 MgO의 함량의 합은 30 중량% 이상이고,
    CaO의 함량이 MgO의 함량보다 많은 것을 특징으로 하는,
    항균성 복합 유리 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 비용출성 유리 조성물에서,
    SiO2의 함량이 B2O3의 함량보다 많고,
    ZnO의 함량이 Na2O, K2O 및 CaO의 함량의 합보다 많고,
    Na2O, K2O 및 CaO의 함량의 합은 20 중량% 이상인 것을 특징으로 하는,
    항균성 복합 유리 조성물.
  5. 용출성 유리 조성물 및 비용출성 유리 조성물을 10:90 ~ 30:70의 중량비로 혼합한 항균성 복합 유리 조성물; 및
    플라스틱 수지(plastic resin);
    를 포함하는 항균성 수지 혼합 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 용출성 유리 조성물은, SiO2 40~70 중량%; NaO2, K2O 및 Li2O 중 1종 이상 5~20 중량%; CaO 10~50 중량%; 및 MgO 10~40 중량%을 포함하고,
    상기 비용출성 유리 조성물은, SiO2 26~45 중량%; B2O3 및 P2O5 중 1종 이상 0.5~4 중량%; NaO2 및 K2O 중 1종 이상 15~25 중량%; CaO 3~10 중량%; 및 ZnO 25~45 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    항균성 수지 혼합 조성물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 용출성 유리 조성물에서,
    CaO 및 MgO의 함량의 합은 30 중량% 이상이고,
    CaO의 함량이 MgO의 함량보다 많으며,
    상기 비용출성 유리 조성물에서,
    SiO2의 함량이 B2O3의 함량보다 많고,
    ZnO의 함량이 Na2O, K2O 및 CaO의 함량의 합보다 많으며,
    Na2O, K2O 및 CaO의 함량의 합은 20 중량% 이상인 것을 것을 특징으로 하는,
    항균성 수지 혼합 조성물.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 플라스틱 수지 100 중량부에 대하여, 상기 항균성 복합 유리 조성물을 3~10 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는,
    항균성 수지 혼합 조성물.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 플라스틱 수지는 폴리프로필렌(polypropylene; PP)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    항균성 수지 혼합 조성물.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 항균성 복합 유리 조성물은 D50 평균 입경이 5~15μm인 분말 형태인 것을 특징으로 하는,
    항균성 수지 혼합 조성물.
  11. 제5항에 있어서,
    대장균(Escherichia coli) 및 황색포도상구균(Staphylococcus aureus), 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae) 및 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 중 1종 이상에 대한 항균력이 99% 이상이고,
    바이오필름 저감율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는,
    항균성 수지 혼합 조성물.
  12. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항의 항균성 수지 혼합 조성물이 적용된 가전기기.
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