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KR100702848B1 - 은나노입자 및 고분자수지의 복합재료의 제조방법 - Google Patents

은나노입자 및 고분자수지의 복합재료의 제조방법 Download PDF

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KR100702848B1
KR100702848B1 KR1020040016124A KR20040016124A KR100702848B1 KR 100702848 B1 KR100702848 B1 KR 100702848B1 KR 1020040016124 A KR1020040016124 A KR 1020040016124A KR 20040016124 A KR20040016124 A KR 20040016124A KR 100702848 B1 KR100702848 B1 KR 100702848B1
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silver nanoparticle
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이정훈
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Abstract

본 발명에 따르면, 미리 예열시킨 고분자수지에 은나노입자 콜로이드 용액을 도입하고, 회전시키면서 수분을 제거하고, 압출기 내에서 혼련하고 적절한 형태로 압출시킴으로써, 은나노입자를 응집없이 고분자수지 내에 균일하게 분산시킨 은나노입자-고분자수지 복합재료를 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 은나노입자-고분자수지 복합재료에는 은나노입자가 고분자수지 내에 응집없이 균일하게 혼입되어 있으므로, 고분자수지의 물성 및 성능을 저하시키지 않고 은의 항균효과를 극대화시킬 수 있는 새로운 복합재료가 제공되며, 이렇게 제조된 은나노입자-고분자수지 복합재료는 압출, 사출, 방사용 마스터뱃치로 사용되어 성형체, 섬유, 쉬트, 필름 등의 각종 형태로 제조될 수 있다.

Description

은나노입자 및 고분자수지의 복합재료의 제조방법 {METHODE FOR THE PREPARATION OF SILVER NANOPARTICLES-POLYMER COMPOSITE}
도 1는 본 발명에 따라 제조된 은나노입자-고분자수지 복합재료의 단면에서 은나노입자의 분포를 보여주는 사진(배율 1000배)이다.
도 2은 본 발명에 따라 제조된 은나노입자-고분자수지 복합재료의 단면에서 은나노입자의 분포를 보여주는 사진(배율 2000배)이다.
본 발명은 은나노입자-고분자수지 복합재료의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 특별하게는, 은나노입자 콜로이드 용액에서 유래하는 은나노입자를 응집없이 고분자수지 내에 균일하게 분산시켜서 은나노입자-고분자수지 복합재료를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 은나노입자-고분자수지의 복합재료에 관한 것이다.
최근들어 나노기술의 발달로 나노크기를 갖는 수많은 무기입자 또는 금속입자들을 제조하는 것이 용이해졌다. 무기물 또는 금속의 나노입자들은 그들의 극대화된 표면적 및 양자효과로 인해 벌크상에서 나타내는 물리,화학적 성질들을 더욱 적은 양으로도 더욱 뛰어나게 구현할 뿐만 아니라, 벌크상에서와는 다른 성질들을 나타내기도 하는 것으로 보고되었다.
이처럼 나노입자들은, 극소량 사용하여도 벌크상으로 사용되는 재료와 거의 동등하거나 더욱 우수한 효과를 나타내는 나노입자들은 극소량 사용되기 때문에 인체 및 환경에 대한 독성도 거의 나타내지 않으므로, 환경친화적이고 인체 및 자연 환경에도 유익한 재료로 인정되어, 이들은 새로운 재료로 각광받으며 이에 대한 수많은 연구가 진행되고 있다.
이러한 나노입자들을 합성섬유, 플라스틱 성형품, 필름, 도료, 잉크 등의 고분자수지 제품에 혼입시켜 복합재료로 사용할 경우에는, 고분자수지와 무기 또는 금속 나노입자와 낮은 상용성, 응집, 불균일 분포 등으로 인한 복합재료의 물성의 열화 및/또는 불투명화 등의 문제점을 야기하여, 나노입자화에 따른 의도하는 효과를 수득하는 것이 어려운 것으로 알려져 있다. 이러한 불상용성, 응집, 불균일 분포와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 예를 들면 나노입자의 관능화, 분산제와 같은 상용화제의 사용, 나노입자 존재하의 중합반응 등의 방법들이 제안되었지만, 아직 만족스러운 해결 방법은 개발되지 않았다.
한편, 은(銀, silver)은 전도성을 갖는 금속으로서 항균, 살균, 항곰팡이, 탈취, 원적외선 방출, 대전 방지 등의 복합적인 성능을 가지는 것은 고대로부터 알려져 왔다. 은은 값비싼 귀금속이기 때문에, 은의 전도성, 항균성, 탈취성 등을 경제적으로 이용하기 위해, 은을 미립자화시키거나, 실리카, 제올라이트 등의 다공성물질에의 담지시키거나, 또는 코팅 또는 도금하여 이용해 왔다.
나노크기로 미립자화된 은나노입자들은 벌크상의 은에 비해 더욱 탁월한 성 질들을 나타낼 것으로 기대되어, 은나노입자를 분말 또는 용액상으로 제조하는 나노기술에 대해 수많은 연구가 있었다. 한편, 이렇게 제조된 은나노입자를 사용한 연구에서, 은나노입자들은, 어떠한 종류의 세균들에 대해서는 수초 이내에 99% 이상의 살균력을 보여주는 등, 벌크상의 은에 비해 극도로 향상된 항균, 살균, 항곰팡이 등의 효과를 보여주는 것으로 보고되었다.
이러한 나노입자화된 은을 중합체와 같은 고분자수지에 첨가하여 섬유 (한국 특허출원공개 제2003-0055197호, 제2003-0091574호), 필름 (한국 특허출원공개 제2003-0036491호) 등과 같은 항균성 물품을 제조하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 콜로이드 상태의 은나노입자들은 건조 시에 서로 응집하여 마이크로미터 단위의 입자로 성장하게 되며, 고분자수지 내에서 나노미터 크기로 재분산이 어려우며, 분말상태의 은나노입자들은 중합체와 같은 고분자수지와의 상용성이 적어 혼합이 어려우며 응집이 발생하여 고분자수지 내에서 나노미터 크기로 재분산이 어려운 것으로 알려져 있다.
이러한 입자의 조대화 또는 응집은 필연적으로 나노입자화에 따른 우수한 효과를 반감시키며 은나노입자-고분자수지 복합재료의 물성, 즉 고분자수지의 성능을 저하시키고, 특히 섬유 또는 필름 형태로 제조를 불가능하게 한다.
한편, 은나노입자와 단량체를 포함하는 용액의 중합반응에 의해 은나노입자를 고분자수지 내에 혼입시키는 방법이 제안되어 있다 [참조: 한국특허출원공개 제2003-0049007호, 제2003-0031090호]. 이러한 방법으로는 은나노입자가 비교적 균일하게 분산되어 있는 복합재료를 얻을 수 있지만, 용액중합에만 적용할 수 있고 은나노입자 또는 이의 용매, 또는 은나노입자를 균일하게 분산시키기 위해 사용되는 분산제 등의 첨가제가 중합반응에 영향을 끼칠 수 있다는 문제점이 있다.
분산제를 사용하여 은나노입자 또는 이의 콜로이드 용액을 고분자수지 내에 직접 혼입시키는 방법도 제안되었다. 그러나 분산제의 사용으로 은나노입자의 응집은 상당히 억제되지만, 은나노입자 콜로이드 용액의 중성 물성이 산성화되어 항균성이 저하하거나 복합재료의 물성이 저하된다는 문제점이 발생하였다.
이러한 상황에서, 은나노입자를 고분자수지 내에 응집없이 균일하게 혼입시킴으로써 고분자수지의 물성 및 성능을 저하시키지 않고 은의 항균효과를 극대화시킬 수 있는 새로운 복합재료의 개발이 요망되고 있다.
본 발명자는 은나노입자의 콜로이드 용액에서 유래하는 은 나노입자를 응집없이 고분자수지 내에 균일하게 분산시키기 위하여 예의 연구한 결과, 먼저 고분자수지를 50~90℃의 온도로 예열하고, 다음으로 은나노입자 콜로이드 용액을 임의의 분산제와 함께 도입하고, 상기 온도 범위에서 전체를 함께 고속회전시키면서 수분을 충분히 제거하여 은나노입자들을 고분자수지에 흡착시키고, 결과된 혼합물을 적절한 온도에서 혼련하고 압출함으로써, 은나노입자를 고분자수지 내에 응집없이 균일하게 분산시킬 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다. 더나가서, 이렇게 압출된 은나노입자-고분자수지 복합재료는 압출, 사출, 방사용 마스터뱃치로 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은 하기 단계를 포함하는 은나노입자-고분자수지 복합재료의 제조방법을 제공하는 것이다:
(1) 45~85℃로 예열된 고분자수지에 은나노입자 콜로이드 용액을 도입하고,
(2) 상기 온도에서 5분~2시간동안 더 회전시켜 수분을 제거하고,
(3) 결과된 혼합물을 압출기 내에서 혼련하고 적절한 형태로 압출시킴.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된, 은나노입자들이 응집없이 고분자수지 내에 균일하게 분산되어 있는, 은나노입자-고분자수지 복합재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 방법으로 제조된 은나노입자-고분자수지 복합재료의 마스터배치로서의 용도를 제공하는 것이다.
이하에 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 있어서, 은나노입자의 콜로이드 용액은 나노미터 크기의 은입자들이 물에 콜로이드 상태로 존재하는 수용액을 의미한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 은나노입자의 콜로이드 용액은 문헌 [참조: Nature 1985, 317, 344; Materials Letters 1993, 17, 314; 한국특허출원공개 제2003-0082065호]에 따라 제조된 것일 수 있으며 시판되는 것을 사용할 수도 있다.
이러한 은나노입자들의 크기는 일반적으로 수 ㎚ 내지 수 ㎛의 평균입경을 가질 수 있는데, 예를들면 1㎚~1000 ㎜㎚, 바람직하게는 2~100 ㎚, 특별하게는 4~70 ㎚이다.
은나노입자의 콜로이드 용액은 은나노입자를 10,000 ppm 이상, 바람직하게는 20,000 ppm 이상, 더욱 바람직하게는 30,000 ppm 이상, 특별하게는 50,000 ppm 이상의 양으로 함유할 수 있다. 은나노입자의 함량이 지나치게 낮으면, 예를 들어 5,000 ppm 이하이면 물의 제거가 어렵고 비경제적이 된다. 은나노입자의 함량의 상한선은 없지만, 경제성 및 공정 효율의 관점에서 500,000 ppm 이하, 바람직하게는 300,000 ppm 이하, 더욱 바람직하게는 200,000 ppm 이하가 유리할 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 고분자수지는 특별히 한정되지 않지만, 구체적인 예를 들면 다음과 같다:
- 폴리에틸렌계 수지, 예를 들면, 저밀도 폴리에틸렌수지 (LDPE), 초저밀도 폴리에틸렌수지 (LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 에틸렌-비닐아세테이트수지 (EVA), 이의 공중합체 등;
- 폴리스티렌계 수지, 예를들면, HIPS, GPPS, SAN 등;
- 폴리프로필렌계 수지, 예를들면, HOMO PP, RANDOM PP, 이의 공중합체;
- 투명 또는 일반 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 삼원공중합체),
- 경질 PVC,
- 엔지니어링 플라스틱, 예를들면, 나일론, PRT, PET, POM(아세탈), PC, 우레탄, 분체수지, PMMA, PES, 등.
본 발명은 상술한 고분자수지로 한정되지 않으며, 임의의 천연 또는 합성 고분자수지 또는 이들의 혼합물 또는 배합물을 모두 사용할 수 있다는 것은 당업자에게 명료하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제 1 단계에 있어서, 혼합기 또는 배합기에서 고분자수지의 예열 온도는 45~85℃, 바람직하게는 50~80℃, 더욱 바람직하게는 55~70℃이다. 예열온도가 45℃ 보다 낮으면 물의 제거 속도가 느려 비효율적이고 은나노입자가 고분자수지에 잘 흡착되지 않고, 예열온도가 85℃ 보다 높으면 물의 제거가 지나치게 빠르거나 과다 증발로 인해 균일한 흡착 및 배합이 힘들어 진다.
본 발명의 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 고분자수지의 예열은 10분~150분, 바람직하게는 20분~100분, 더욱 바람직하게는 30~70분 동안 회전시키면서 수행될 수 있다. 이 경우에, 회전속도는 크게 제한되지 않지만, 보통 1000 rpm 이하, 바람직하게는 10~700 rpm 이하, 더욱 바람직하게는 20~500 rpm이다.
고분자수지의 예열온도, 예열시간 및 회전속도는 제거할 물의 양, 물의 제거속도, 및/또는 사용된 고분자수지의 연화점 (또는 융점)에 따라 적절히 조절되어야 하는 것은 당연히 이해될 수 있다. 당업계의 숙련된 기술자들은 사용되는 고분자수지의 유형 및 은나노입자의 콜로이드용액의 농도에 따라 적절한 예열온도 및 회전속도를 상술한 온도 범위 내에서 몇 번의 실험을 통해 찾을 수 있을 것이다.
본 발명에 있어서, 고분자수지와 은나노입자들은 배합기 내에 순차적으로 도입된다. 배합기에 고분자수지와 은나노입자 콜로이드 용액을 동시에 투입하였을 때, 투입 즉시 고분자수지와 콜로이드 용액의 분리가 발생하여 콜로이드 용액이 배출구로 배출될 수도 있기 때문에 배합이 이루어지지 않았다. 분산제 (예: 폴리에틸렌 왁스)를 추가로 투입하여 배합을 시도하였으나, 콜로이드의 매질인 물과 고분자수지의 비혼화성 때문에 배합되지 않았다.
본 발명에 있어서, 은나노입자의 함유량은 최소의 비용으로 최적의 항균력(99.9% 이상)을 얻기 위해서는 최종 제품 1㎏에 은나노입자 10~500 ppm, 바람직하게는 50~200 ppm 의 비율로 포함시킬 수 있지만, 이로써 본 발명이 제한되지는 않는 것은 당연하다.
본 발명의 제 2 단계에서, 물의 증발속도 및 제거량은, 고속회전 시에 은나노입자가 서로 응집하지 않고 고분자수지 표면에 균일하게 흡착될 수 있을 정도이면 엄밀하게 한정되지 않는다. 은나노입자가 표면에 흡착된 고분자수지를 압출기에 이송하기 전까지 콜로이드 용액 중의 물의 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 더욱 바람직하게는 95% 이상을 제거할 수 있다.
본 발명의 방법의 제 2 단계는 본 발명의 방법의 중대한 특징 및 이점을 구성하는 단계로서, 분산제 또는 상용화제의 사용하지 않고서도 은나노입자를 고분자수지 내에 균일하게 분산시키기 위하여, 수지 고유의 특성 중에서 고분자수지를 가열하면 주변 입자를 끌어들이려는 성질을 이용한다. 고분자수지에 은나노입자의 균일한 분산을 도와주는 분산제 또는 상용화제를 사용하지 않는 이유는 이들이 은나노입자의 콜로이드 용액의 중성 물성을 변성시켜 은나노입자의 효과를 상쇄시킬 수도 있기 때문이다. 따라서, 고분자수지의 주변입자를 끌어드리려는 성질을 최대화하는 조건을 알아내기 위하여, 배합기의 온도 및 회전속도를 조절하면서 수많은 실험을 수행하였다.
하나의 실험에서, 배합기에 수지(LDPE5321)를 투입하고 200 RPM 및 90℃의 조건에서 30분간 회전시킨 후 은나노입자 콜로이드 용액을 투입한 결과, 수지와 은나노입자 콜로이드 용액이 배합은 되었으나 균일하게 분산되지 않았다. 즉 은나노 입자들은 고분자수지에 고르게 배합되지 않았다. 이러한 불균일 분산의 원인은 배합기의 높은 온도와 고속 회전으로 인한 은나노입자 용액의 수분 과다 증발로 추정되었다.
이렇게 하여, 배합기의 RPM(회전수)과 온도의 수많은 조합 하에 행한 실험을 통해서 응집없이 균일한 분산이 달성되는 공정조건 범위가 결정되었다.
본 발명의 제 2 단계에서, 은나노입자는 고분자수지의 표면에 흡착 및/또는 봉입되어 있고, 이 때문에 은나노입자들의 응집이 방지되는 것으로 생각된다.
본 발명의 제 3 단계에서는, 상술한 바처럼 표면에 은나노입자를 흡착한 고분자수지를 압출기에 이송하여 혼련하고 압출한다. 이렇게 하여, 은나노입자들이 응집없이 균일하게 분산되어 있는 고분자수지 복합재료가 얻어진다. 압출기에서의 혼련과 압출은 당업계에 통상적으로 알려진 운전조건으로 수행될 수 있다.
본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 상술한 제 2 단계에서 수득된 은나노입자-흡착된 고분자수지를 압출기에 공급한다. 은나노입자-흡착된 고분자수지의 온도는 제 2 단계의 공정온도와 비슷하게 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해 압출기의 투입구 온도는 제 2 단계의 공정온도와 비슷하게 조절할 수 있다.
압출기의 배럴 온도 및 다이스 온도는 엄밀히 한정되지 않으며, 사용된 수지의 유형에 따라 당업계의 숙련된 기술자에 의해 적절히 결정될 수 있다. 예를들면, 고분자수지가 폴리프로필렌일 경우에는 압출기의 실린더 배럴 부분은 160~200℃(±5℃), 다이스 부분은 150~190℃(±5℃)로 조절하며, 고분자수지가 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 또는 나일론일 경우에는 실린더 배럴 부분은 220~260℃(±5 ℃), 다이스 부분은 220~260℃(±5℃)로 조절할 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 혼합기와 압출기의 유형은 엄밀히 한정되지 않으며, 시판되는 혼합기 및/또는 압출기를 사용할 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 은나노입자-고분자수지 복합재료는 성형체, 필름, 쉬트, 섬유 등을 제조하기 위한 마스터배치(masterbatch)로서 사용될 수 있다. 본 발명에서 제조된 복합재료에서, 은나노입자들은 중합체 내에 응집없이 균일하게 분포하고 있기 때문에, 두께가 얇은 필름의 형태로 또는 1데니어 이하의 극세사의 형태로 성형될 때에도 결과된 물품의 물성을 저하시키거나 열화시키지 않는다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 은나노입자-고분자수지 복합재료는, 은나노입자가 응집없이 계속 미립자 상태로 유지되며, 상대적으로 적은 양으로도 항균력 등의 효과를 나타내며, 소재 내부에 삽입되어 있어 마찰 견뢰도가 영구적이며, 공정을 1 단계로 진행하므로 원가가 절감되며, 가장 얇고 가는 소재에 적용가능하며, 섬유의 경우 그 물성의 저하가 거의 없어 천연소재와 혼직할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 복합재료는, 은나노입자들은 고분자수지 내에 또는 표면에 봉입되어 있기 때문에 은나노입자들의 손실이나 비산이 최소화될 수 있어, 환경 및 인체에 더욱 안정하다.
본 발명은 아래의 실시예들을 참조로 더욱 상세히 묘사되나 이들로 본 발명이 한정되지 않는다. 또한 본 발명의 정신 및 이점을 해치지 않는 한도 내에서 본 발명의 변법, 변형 및 개선안도 본 발명의 범주에 속한다.
실시예 1: LDPE의 실버뱃치화 공정
1) 슈퍼믹서기 (Super Mixer 300L AC 75HP 4P, 대창정밀기계주식회사((DAECHANG Precision Co., Ltd))에 저밀도폴리에틸렌 (LDPE) (상표명 LDPE5321, 한화석유화학주식회사(HANWHA Chemical Corp.)) 100 ㎏을 투입하고 40분 동안 고속회전(100RPM) 시켰다. 이 동안, 수지온도는 55℃~65℃ 로 상승하였다.
2) 100,000 ppm/㎏의 농도를 갖는 은나노입자 콜로이드 용액 (상표명 NanoSilver; Nanotek Ltd, 한국) 2㎏을 배합기에 투입하고 20 ~ 30분동안 고속회전(100RPM)시켜, 수분을 충분히 제거하고, 수지에 은나노입자를 흡착시켰다.
3) 수지와 은나노입자가 충분히 교반된 상태에서 쌍축압출기 (모델명 DCM 70 Twinextruder Machine; 대창정밀기계주식회사, 한국)에 투입하였다. 이때 압출기의 온도는 투입구 부분 70℃(±5℃), 실린더 배럴 부분 180℃(±5℃), 다이스 부분 170℃(±5℃)를 유지하였다.
4) 압출기에서 혼련 및 압출하여 은나노입자-LDPE 복합재료를 펠렛 형태로 수득하였다. 은입자의 농도는 약 2,000 ppm/㎏ 이었다.
도 1 및 2는 상기 제조된 은나노입자-고분자수지 복합재료의 단면에서 은나노입자의 분포를 보여주는 사진(배율 1000배 및 2000배)으로, 은나노입자들이 고분자수지 내에서 응집없이 균일하게 분산되어 있음을 보여준다.
비교예 1:
실시예 1에서와 유사하게 처리하지만, 수지를 예열하지 않고 실온에서 조작하였다. 은나노입자 용액을 시간 차이를 두고 투입한 결과 수지와 은나노입자 용액이 배합은 되었으나 은(Ag) 나노입자가 수지에 고루 배합되지 않고, 은(Ag)의 나노 입자 단위가 10배 이상 커진 상태에서 배합되었다.
이렇게 제조된 복합재료의 단면을 전자현미경으로 관할하며, 은나노입자들이 고분자수지 내에서 10 배 이상의 크기로 응집하였음을 보여준다.
비교예 2:
실시예 1에서와 유사하게 처리하지만, 수지를 예열하지 않고 분산제를 첨가하여 실온에서 조작하였다. 분산제로서는 컬러 마스터배치 (color M/B) 작업시 사용되는 첨가제(분산제)인 왁스 (상품명: X861, Bayer)를 사용하여 나노 은의 입자 단위가 커지는 것과 고루 배합되지 않는 것을 방지하였다.
결과된 생성물에서 은나노입자와 고분자수지의 교합은 안정되었지만, 은나노입자가 갖는 고유의 기능(항균력)이 현저하게 저하되었다.
실시예 2: 은나노입자-폴리프로필렌(PP) 복합재료의 제조
1) 슈퍼믹서기에 폴리프로필렌(PP) (PPJ700, HYOSUNG Corp., 한국) 100 ㎏을 투입하고 40분동안 고속회전(100RPM) 시켰다. 이때 수지온도는 55℃ ~ 65℃로 상승되었다.
2) 100,000 ppm/kg의 농도를 갖는 은나노입자 콜로이드 용액 2㎏을 배합기에 투입하고 20 ~ 30분동안 고속회전(100RPM) 시켜, 수분을 충분히 제거하였다.
3) PP의 원료 수지의 겉면이 매우 미끄러워 (성분 중 왁스 등의 성분이 포함되어 있는 것으로 추정), 은나노입자를 수지 표면에 잘 융착되지 않아서, 분산제로서 왁스 (상품명: X861, Bayer) 500g을 투입하고 5~10분 더 회전시켜 수지표면에 은나노입자를 균일하게 흡착시켰다.
4) 수지와 은나노입자가 충분히 교반된 상태에서 쌍축압출기 M/C에 투입하였다. 이때 압출기의 온도는 투입구 부분은 70℃(±5℃), 실린더 배럴 부분은 180℃(±5℃), 다이스 부분은 170℃(±5℃)으로 유지하였다.
5) 압출기에서 혼련 및 압출하여 은나노입자-PP 복합재료를 펠렛 형태로 수득하였다.
실시예 3: 은나노입자-폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 복합재료의 제조
폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) (K177Y, 주식회사 코오롱(KOLON Ind. Inc.))를 60℃ ~ 70℃로 예열하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일하게 조작하였다. 압출기의 온도는 투입구 부분은 70℃(±5℃), 실린더 배럴 부분은 240℃(±5℃), 다이스 부분은 240℃(±5℃)으로 유지하였다.
은나노입자가 PET 수지 내에 응집없이 균일하게 분산되어 있는 은나노입자-PET 복합재료를 펠렛 형태로 수득하였다.
실시예 4: 은나노입자-나일론(Nylon) 복합재료의 제조
나일론 (Nylon 6 또는 66, 주식회사 코오롱) 을 60℃ ~ 70℃로 예열하는 것 을 제외하고는 실시예 1에서와 동일하게 조작하였다. 압출기의 온도는 투입구부분은 70℃(±5℃), 실린더 배럴 부분은 240℃(±5℃), 다이스 부분은 240℃(±5℃)으로 유지하였다.
은나노입자가 나일론 수지 내에 응집없이 균일하게 분산되어 있는 은나노입자-나일론 복합재료를 펠렛 형태로 수득하였다.
실시예 5: 은나노입자-폴리카보네이트(PC) 복합재료의 제조
폴리카보네이트(PC) 수지 (PC, 주식회사 삼양사 (SAMYANG Corp.), 한국)를 60℃ ~ 70℃로 예열하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일하게 조작하였다. 압출기의 온도는 투입구부분은 70℃(±5℃), 실린더 배럴 부분은 260~270℃(±5℃), 다이스 부분은 260~270℃(±5℃)으로 유지하였다.
은나노입자가 PC 수지 내에 응집없이 균일하게 분산되어 있는 은나노입자-PC 복합재료를 펠렛 형태로 수득하였다.
실시예 6: 은나노입자-ABS 복합재료의 제조
아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS) 삼원공중합체 수지 (ABS380, 주식회사 금호석유화학 (KOREA KUMHO Petrochemical Co., Ltd.), 한국)를 60℃ ~ 70℃로 예열하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일하게 조작하였다. 압출기의 온도는 투입구부분은 70℃(±5℃), 실린더 배럴 부분은 260~270℃(±5℃), 다이스 부분은 260~270℃(±5℃)으로 유지하였다.
은나노입자가 PC 수지 내에 응집없이 균일하게 분산되어 있는 은나노입자-PC 복합재료를 펠렛 형태로 수득하였다.
실시예 7: MB(Melt Blown) 방식을 이용한 나노은 부직포의 제조
800 rpm으로 회전하는 믹서기에 실시예 ?에서 제조되고 2000 ppm/㎏의 농도를 갖는 은나노입자-PP 복합재료 5 ㎏과 PP 수지 (상표, 제조회사) 95 ㎏을 150℃의 온도에서 약 3분간 혼합하였다. 혼합물을 15℃로 냉각된 호퍼에 투입한 후에 내부온도가 280℃이고 52 rpm으로 회전하는 실린더 스크류에 투입하였다. 실린더 스크류의 배출구에서 0.3~0.6데니어의 은섬유를 방사하였다. 수득된 은섬유는 ㎏당 약 80~100 ppm 의 은농도를 갖는다. 이 은섬유가 굳기 전에 0.3마이크로미터 이상의 미세입자를 99.9% 이상 필터링할 수 있는 고균질의 미세 공간을 갖는 부직포로 방사와 동시에 열성형하였다. 상기의 마이크로화이버 수준의 수득된 부직포는 ㎏당 약 80~100 ppm 의 은농도를 갖는다.
시험예 1: 항균력 시험
실시예 7에서 제조된 은나노입자-함유 부직포의 항균력을 다음과 같이 시험하였다.
원형 (지름 4.8㎝) 디스크로 절단된 부직포를 시험균으로 접종하고 35±1℃에서 24시간동안 진탕(150회/분)시켜 배양시킨 후, 비이온성 계면활성제 TWEEN (0.05%)을 함유하는 일정량의 인산완충용액 (pH 7.0±0.2) 속에 진탕시켜 배양된 세균을 추출시켰다. 이 액체 속에 존재하는 세균의 수를 측정하여 세균감소율을 계산하였다.
결과는 2회 시험결과의 평균으로서 하기 표 1에 기재한다.
[표 1]
균주 대조(Blank) (세균수/㎖) 본 발명 (세균수/㎖)
균주 1 초기균수 1.6ㅧ105 1.6ㅧ105
24시간후 7.2ㅧ106 <10
세균감소율 45배 증가 99.9% 감소
균주 2 초기균수 1.3ㅧ105 1.3ㅧ105
24시간후 6.1ㅧ106 <10
세균감소율 47배 증가 99.9% 감소
균주 3 초기균수 1.5ㅧ105 1.5ㅧ105
24시간후 6.6ㅧ106 <10
세균감소율 44배 증가 99.9% 감소
균주 1 : 황색포도상구균 (Staphylococcus aureus ATCC 6538) 균주 2 : 대장균 (Escherichia coli ATTC 25922) 균주 3 : 칸디다 알비칸스 (Candida albicans ATCC 14053)
본 발명에 따르면, 은나노입자를 고분자수지 내에 응집없이 균일하게 혼입시킴으로써 고분자수지의 물성 및 성능을 저하시키지 않고 은의 항균효과를 극대화시킬 수 있는 새로운 복합재료가 제공된다. 이렇게 제조된 은나노입자-고분자수지 복합재료는 압출, 사출, 방사용 마스터뱃치로 사용되어 성형체, 섬유, 쉬트, 필름 등의 각종 형태로 제조될 수 있다.

Claims (7)

  1. 하기 단계를 포함하는 은나노입자-고분자수지 복합재료의 제조방법:
    (1) 45~85℃로 예열된 고분자수지에 은나노입자 콜로이드 용액을 도입하고,
    (2) 결과된 혼합물을 상기 온도에서 회전시키면서 수분을 제거하고,
    (3) 결과된 혼합물을 압출기 내에서 혼련하고 적절한 형태로 압출시킴.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 단계에서 고분자수지를 55~70℃의 온도로 예열하는 것을 특징으로 하는 은나노입자-고분자수지 복합재료의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 제 1 단계에서 고분자수지를 배합기 또는 혼합기에서 회전시키면서 예열하는 것을 특징으로 하는 은나노입자-고분자수지 복합재료의 제조방법.
  4. 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 고분자수지는 폴리에틸렌계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지, ABS, PVC, 엔지니어링 플라스틱, 이들의 공중합체 또는 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 은나노입자-고분자수지 복합재료의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 2 단계에서 물을 80% 이상 제거하는 것을 특징으로 하는 은나노입자-고분자수지 복합재료의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 분산제를 전술한 은나노입자 콜로이드 용액과 함께첨가하는 것을 특징으로 하는 은나노입자-고분자수지 복합재료의 제조방법.
  7. 삭제
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