KR101414434B1

KR101414434B1 - 항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법

Info

Publication number: KR101414434B1
Application number: KR1020140000050A
Authority: KR
Inventors: 최상준
Original assignee: 주식회사 네오피지오텍
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2014-07-04
Also published as: WO2015102411A1; CN105829043A

Abstract

본 발명은 항균기능을 갖는 폴리우레탄폼의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리올과 항균제를 배합하여 만들어지는 폴리우레탄폼의 제조방법에 있어서, 배합기에 상기 폴리올과 폴리올 중량대비 분말형태의 항균제 0.8%를 넣어 배합물을 형성하되, 상기 배합기에 배합물 중량대비 발포반응 억제제 0.05%를 첨가하여 2시간 동안 배합 하는 1차배합물형성단계와, 상기 1차배합물형성단계 후 금형의 온도를 50°C ~ 60°C로 설정하고 발포기의 압력, RPM, 온도를 세팅한 후, 상기 배합기에 배합된 배합물을 원료탱크로 이동시키고, 상기 원료탱크의 배합물에 중량대비 발포반응촉매제 0.05%를 첨가하여 3시간동안 배합하는 2차배합물형성단계와, 상기 2차배합물형성단계 후 상기 금형에 배합물을 발포하여 폴리우레탄폼을 형성한 다음 꺼내어 건조기에 넣어 6시간 동안 건조하는 건조단계로 이루어짐으로써, 인체에 무해한 항균제이며 광범위한 세균, 곰팡이 및 바이러스에 반영구적인 항균효과를 가질 뿐만 아니라, 탈취작용 및 내열성이 매우 우수한 발명인 것이다.

Description

항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법{Antimicrobial method of manufacturing a polyurethane foam having}

본 발명은 항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리올과 인체에 무해한 항균제를 이용하여 폴리우레탄 폼을 형성하여 광범위한 세균, 곰팡이 및 바이러스에 항균효과를 발휘 할 수 있도록 하면서도 항균효과가 지속성을 유지할 수 있도록 하고, 탈취작용 및 내열성이 우수한 항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법에 관한 것이다.

폴리우레탄 폼은 발포시켜서 기포와 격막으로 구성된 상태로 이루어진 우레탄수지로서 보온성이 우수하고 비중이 작고 가벼워 베게, 침대 등 여러 가지 제품으로 만들어져 사용되고 있다. 그러나 폴리우레탄폼은 세탁이 불가하여 세균과 같은 오염에 취약하여 위생적으로 문제점이 제기되어 왔다.

종래에는 자체적으로 항균기능을 갖는 폴리우레탄폼을 구현하지 못하고, 폼 외부에 항균제를 뿌리거나 바르는 방법으로 항균기능을 부여해 왔는데 이 방법은 항균효과가 떨어지며 오래 지속되지 못하는 단점을 갖고 있다.

우선 종래의 기술들을 살펴보면, 등록번호 10-0448091 (특) 폴리올(polyol)을 준비하는 단계와, M 2/n O ·Al 2 O 3 ·YSiO 2 ·ZH 2 O(여기서, M은 Ag, Na와 같은 이온이며, X는 2이고, Y는 3이고, Z는 1이고, n은 정수이다)로 구성되는 슬러리형의 무기항균제를 준비하는 단계와, 상기 폴리올과 무기항균제를 혼합하는 단계 및 상기 폴리올과 무기항균제가 혼합된 혼합액과 폴리이소시아네이트(polyisocyanate), 첨가제 및 안정제를 혼합하여 발포 및 경화시킴으로써 항균 폴리우레탄 폼을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이다.

등록번호 10-0879756 (특) 수크로스에 에틸렌 산화물과 프로필렌 산화물을 첨가중합하여 제조된 폴리에테르폴리올 10 내지 50 중량%, 글리세린에 에틸렌 산화물과 프로필렌 산화물을 첨가중합하여 제조된 폴리에테르폴리올 10 내지 50 중량%, 솔비톨(sorbitol)에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 첨가중합하여 제조된 폴리에테르폴리올 10 내지 50 중량%, 및 무수프탈산에 에틸렌산화물과 프로필렌 산화물을 첨가중합하여 제조된 폴리에스테르폴리올 5 내지 40 중량%로 이루어지고 평균수산기 값이 300∼500 mgKOH/g인폴리올 혼합물 100 중량부; 실리콘계 계면활성제 0.001 내지 5 중량부; 발포제 5 내지 30 중량부; 촉매 0.01 내지 5 중량부; 및 액상 나노실버 0.001 내지 10 중량부; 로 이루어지는 것이다.

공개번호 10-2001-0112833(특) 폴리에테르계 또는 폴리에스테르계 폴리올에 300 내지 1000 메쉬 크기를 갖는 미립자 형상의 옥 분말을 상기 폴리올에 대해 중량비로 0.1 내지 50%를 추가로 첨가하여 배합하는 공정; 상기 배합공정에 의해 형성된 폴리올에 이소시네이트류, 발포제, 계면활성제, 촉매제, 금속촉매, 가교제를 단독 또는 2 이상의 혼합물을 혼합하여 발포 준비 과정을 거친 후 2000 내지 2500 cc/min 의 속도록 공기를 투입하는 혼합공정; 상기 혼합공정에 의해 토출되는 반응물을 물과 이소시네이트류의 반응에 의해 발생되는 이산화탄소 가스로 발포시키는 공정; 및 상기 발포공정에 의해 형성된 발포체가 완전히 경화 할 때까지 숙성시키는 숙성공정으로 이루어지는 것이다.

상기한 종래 기술을 보면, 폴리올과 무기항균제를 혼합하여 폴리우레탄 폼을 형성하는 것을 설명하고 있으나, 일반적으로 혼합하여 폴리우레탄 폼을 형성하는 방법에 불과할 뿐만 아니라 구체적인 제조방법을 언급하지 있지 않으며, 항균효과가 반영구적으로 지속적일 수 없는 단점을 갖고 있다.

다른 형태의 기술을 보면 다양한 재료를 첨가하여 폴리우레탄 폼용 폴리올 조성물을 기재 하고 있다. 하지만 이러한 폴리올을 이용하여 폴리우레탄 폼을 제조하는 방법에 대한 설명이 전혀 없고, 앞서 설명한 기술처럼 항균효과가 지속적이지 못하는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출해낸 것으로,

폴리우레탄폼의 제조 시 원재료인 폴리올과 무기질인 항균제를 배합하되, 수분함량을 10~15%가 유지될 수 있도록 하고, 발포를 위한 화학소재를 첨가하여 발포반응을 억제시킴과 더불어 발포반응촉매제를 더 첨가하여 발포반응을 촉진시키도록 한 항균제를 포함한 재료를 발포할 최적의 작업조건으로 제조되는 항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로 창안해낸 것이다.

이에 본 발명은 배합기에 상기 폴리올과 폴리올 중량대비 분말형태의 항균제 0.8%를 넣어 배합물을 형성하되, 상기 배합기에 배합물에 중량대비 발포반응 억제제 0.05%를 첨가하여 2시간 동안 배합 하는 1차배합물형성단계와, 상기 1차배합물형성단계 후 금형의 온도를 50°C ~ 60°C로 설정하고 발포기를 압력, RPM, 온도를 세팅한 후, 상기 배합기에 배합된 배합물을 원료탱크로 이동시키고, 상기 원료탱크의 배합물에 중량대비 발포반응촉매제 0.05%를 첨가하여 3시간동안 배합하는 2차배합물형성단계와, 상기 2차배합물형성단계 후 상기 금형에 배합물을 발포하여 폴리우레탄폼을 형성한 다음 꺼내어 건조기에 넣어 6시간 동안 건조하는 건조단계로 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법에 의하면, 인체해 무해한 무기질 항균제를 폴리올과 배합하여 만들어진 폴리우레탄 폼은 항균력이 100ppm이상의 아주 우수한 항균효과를 가지며, 반영구적으로 항균효과가 지속될 뿐 아니라 열안정성에 있어서도 800°C까지 항균효과를 지속할 수 있되, 항균효과가 한정적이지 않고 MRSA를 비롯한 광범위한 세균, 곰팡이 및 바이러스에 효과를 발휘할 수 있으며, 인체 및 환경에 대한 독성이 없는 환경 친화적이고 무취에 탈취작용까지 지니게 되며 원적외선 방사효과까지 지니게 되는 바, 베게와 장난감 등 모든 우레탄발포 제품에 항균기능을 부여함으로서 사용자의 질병을 예방하고 건강을 증진하며 환경을 보전할 수 있는 획기적인 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 3는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면

본 발명은 폴리올과 인체에 무해한 항균제를 이용하여 폴리우레탄 폼을 형성하여 광범위한 세균, 곰팡이 및 바이러스에 항균효과를 발휘 할 수 있도록 하면서도 항균효과가 지속성을 유지할 수 있도록 하고, 탈취작용 및 내열성이 우수한 항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법을 제공한다.

이하, 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성 및 작용에 대하여 도 1 내지 도 5를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

우선 본 발명을 설명하기에 앞서 그 구성을 살펴보면, 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이 폴리올과 항균제를 배합하여 만들어지는 폴리우레탄폼의 제조방법에 있어서, 배합기에 상기 폴리올과 폴리올 중량대비 분말형태의 항균제 0.8%를 넣어 배합물을 형성하되, 상기 배합기에 배합물 중량대비 발포반응 억제제 0.05%를 첨가하여 2시간 동안 배합 하는 1차배합물형성단계와, 상기 1차배합물형성단계 후 금형의 온도를 50°C ~ 60°C로 설정하고 발포기의 압력, RPM, 온도를 세팅한 후, 상기 배합기에 배합된 배합물을 원료탱크로 이동시키고, 상기 원료탱크의 배합물에 중량대비 발포반응촉매제 0.05%를 첨가하여 3시간동안 배합하는 2차배합물형성단계와, 상기 2차배합물형성단계 후 상기 금형에 배합물을 발포하여 폴리우레탄폼을 형성한 다음 꺼내어 건조기에 넣어 6시간 동안 건조하는 건조단계로 이루어지는 것이다.

다시 말해 본 발명은 폴리우레탄폼에 항균효과를 가지도록 하되, 종래에서처럼 분사방식으로 항균작업을 하지 않고 폴리우레탄폼을 형성할 시 재료로 사용되는 폴리올에 항균제를 배합 시켜 완성하여 반영구적인 항균효과를 가질 수 있도록 하는 것이다.

표 1

표 2

상기 1차배합물형성단계는 표 1 내지 2에 나타내는 바와 같이 배합물을 형성함에 있어 폴리올과 항균제를 사용하게 되는데 배합기에 폴리올과 상기 폴리올 중량대비 분말형태의 항균제 0.8%를 넣어 배합하여 배합물을 형성하되, 상기 배합물에 중량대비 발포반응 억제제 0.05%를 더 첨가시켜 2시간 동안 배합하여 배합물을 1차적으로 배합물을 형성하게 된다.

여기서, 상기 폴리올에는 중량대비 수분함량이 4.15%~4.25%가 포함되어 있고, 상기 항균제 또한 중량대비 수분함량이 4.15%~4.25%가 포함되어 있다. 즉, 상기 폴리올과 항균제에는 각각 중량대비 수분함량이 4.15%~4.25%가 포함되어 있는 것이다.

통상적으로 폴리올은 종류에 따라 차이가 있으나 어느 정도 수분을 포함하고 있는데 분발형태의 무기질 항균제를 폴리올과 배합할 때 99.9%의 항균효과를 얻기 위해서는 최소 0.8%의 항균제를 배합해야 하는데, 종래에 있어서 폴리올과 항균제를 배합 하는 과정에 있어 분말형태를 갖는 항균제가 폴리올에 함유된 수분을 흡수하기 때문에 이렇게 형성된 배합물을 발포하게 되면 정상적인 발포가 이루어지지 않았다.

그러나 본 발명에서는 폴리올과 항균제를 배합 시 각각 중량대비 4.15%~4.25%의 수분을 함량 되도록 구성됨으로써, 배합 시 수분을 흡수하지 않고 배합물에도 중량대비 4.15%~4.25%의 수분이 함량 되어 있어 하기될 단계에서 정상적인 발포가 가능하게 되는 것이다.

또한, 상기 1차배합물형성단계에서 배합기 및 원료탱크의 온도는 25°C ~ 30°C로 맞추어 종래에 문제로 되어 왔던 발포과정에 있어서 이물질 입자가 있으며 그 물질이 구성체(입자형성의 중심체) 역할을 하여 부분적으로 딱딱하게 굳어 정상적인 발포가 되지 않도록 발포반응을 억제 시키게 하는 것이다.

표 3

상기 2차배합물형성단계는 표 3에 나타내는 바와 같이 상기 1차배합물형성단계 후 금형의 온도를 50°C ~ 60°C로 설정하고 발포기의 압력, RPM, 온도 등을 세팅한 후, 상기 배합기에 배합된 배합물을 원료탱크로 이동시키고, 상기 원료탱크의 배합물에 중량대비 발포반응촉매제 0.05%를 첨가하여 3시간동안 배합하게 되는 것이다.

여기서, 도시하진 않았지만 금형을 깨끗이 청소한 후 발포 시 배합물이 금형의 내부에 붙는 것을 방지 할 수 있도록 이형제를 분사하게 된다. 상기 금형 청소 및 이형제를 분사하는 것은 통상의 방법이므로 구체적인 설명은 생략한다.

표 4

이렇게, 2차배합물형성단계를 거친 후에는 표 4에 나타내는 바와 같이 상기 금형에 배합물을 발포하되, 이때 상기 원료탱크는 1기압, 발포기는 6기압의 압력인 것으로 하여 발포 하였고, 발포를 함에 있어 최적의 조건인 것이다.

이렇게 금형에 발포하게 되면 일정시간이 지나게 되면 폴리우레탄폼이 형성되고 형성된 상기 폴리우레탄폼을 금형에서 꺼내어 1시간 정도 별도로 보관한 후에는 형성된 폴리우레탄폼의 냄새와 가스를 제거할 수 있도록 건조기에 넣어 6시간 동안 건조하는 건조단계를 하게 된다.

여기서, 상기 건조단계에서 건조 시 온도는 10°C ~ 70°C의 온도로 건조하는 것이다. 더욱 자세하게는 상기 건조기에서 폴리우레탄 폼을 건조할 때에는 자체적으로 건조기에 자동적으로 설정을 해놓게 되면, 건조기가 자동적으로 10°C ~ 70°C의 온도로 상향 및 하향되면서 건조할 수 있으며, 필요에 따라 사용자가 선택적으로 상기 건조기의 온도를 설정할 수 도 있는 것이다. 즉 필요에 따라서 선택적으로 제어할 수 있는 것이다.

종래에 있어서, 폴리우레탄폼을 형성할 수는 있었으나, 항균효과에 있어서 지속적이 못할 뿐만 아니라, 배합물을 형성하는 과정에 있어서도 굳어지는 현상으로 인해 제대로 된 발포가 이루어지지 않았지만 상기한 바와 같은 본 발명의 방법을 통해 항균효과를 갖는 폴리우레탄폼을 형성할 수 있는 최적의 조건을 통해서 내열성, 반영구적인 항균성 및 인체에 무해한 폴리우레탄폼을 구성할 수가 있으며 경제적 효율성을 높일 수가 있게 되는 것이다.

표 5

상기 건조단계 후 표 5에 나타내는 바와 같이 폴리우레탄폼을 꺼내어 제품의 사상 검사 및 최종적으로 불량유무를 확인 하여 마무리 하게 되는 것이다.

상기한 바와 같은 방법을 통해 완성된 폴리우레탄 폼의 항균효과를 가지는 시험 결과를 도 3 내지 5에 도시된 바와 같은 결과를 얻을 수가 있었다. 그 결과를 살펴보면 다음과 같다.

급성 경구독성에 관한 실험에서 쥐에게 물리적 최대 투여량인 2000mg/kg 체중의 투여로도 한 마리의 사망도 없었던 것을 알 수 있었고 투여 후의 체중감소도 보이지 않았으며, 피부 자극성시험에서도 습진이나 홍반에 의한 피부반응은 전혀 발생하지 않았고 복귀돌연변이 시험에서도 음성이 나왔다.

즉, 상기한 실험결과에서 나타난 바와 같이 본 발명의 제조방법으로 제조되는 폴리우레탄 폼은 인체해 전혀 무해한 것을 알 수 있었다.

도 3 내지 5에서 나타내는 바와 같이 병원 등과 같은 곳에서 환자들의 편안함을 추구할 수 있도록 배게 형태로 만들어 사용할 수 있고, 인체해 무해함으로 인해 유아 및 어린이들의 장난감 등 다양한 방면으로 사용이 가능하게 되는 것이며, 본 발명의 실시 예로써 한정짓지 아니한다.

본 발명에 따른 항균기능을 갖는 폴리우레탄폼의 제조방법에 의하면, 인체해 무해한 무기질 항균제를 폴리올과 배합하여 만들어진 폴리우레탄 폼은 항균력이 100ppm이상의 아주 우수한 항균효과를 가지며, 반영구적으로 항균효과가 지속될 뿐 아니라 열안정성에 있어서도 800°C까지 항균효과를 지속할 수 있되, 항균효과가 한정적이지 않고 MRSA를 비롯한 광범위한 세균, 곰팡이 및 바이러스에 효과를 발휘할 수 있으며, 인체 및 환경에 대한 독성이 없는 환경 친화적이고 무취에 탈취작용까지 지니게 되며 원적외선 방사효과까지 지니게 되는 바, 베게와 장난감 등 모든 우레탄발포 제품에 항균기능을 부여함으로서 사용자의 질병을 예방하고 건강을 증진하며 환경을 보전할 수 있는 획기적인 발명인 것이다.

Claims

폴리올과 항균제를 배합하여 만들어지는 폴리우레탄폼의 제조방법에 있어서,
배합기에 상기 폴리올과 폴리올 중량대비 분말형태의 항균제 0.8%를 넣어 배합물을 형성하되, 상기 배합기에 배합물 중량대비 발포반응 억제제 0.05%를 첨가하여 2시간 동안 배합 하는 1차배합물형성단계;
상기 1차배합물형성단계 후 금형의 온도를 50°C ~ 60°C로 설정하고 발포기의 압력, RPM, 온도를 세팅한 후, 상기 배합물을 원료탱크로 이동시키고, 상기 원료탱크의 배합물에 중량대비 발포반응촉매제 0.05%를 첨가하여 3시간동안 배합하는 2차배합물형성단계;
상기 2차배합물형성단계 후 상기 금형에 배합물을 발포하여 폴리우레탄폼을 형성한 다음 꺼내어 건조기에 넣어 6시간 동안 건조하는 건조단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 항균제는 중량대비 수분함량이 4.15 ~ 4.25%이고, 상기 배합물은 중량대비 수분함량이 4.15 ~ 4.25%인 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 1차배합물형성단계에서 배합기 및 원료탱크의 온도는 25°C ~ 30°C로 맞추어 발포반응을 억제시키는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 건조단계에서 건조 시 폴리우레탄폼의 냄새와 가스를 제거하되, 10°C ~ 70°C의 온도로 건조하는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 원료탱크는 1기압, 발포기는 6기압의 압력인 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 폴리우레탄 폼의 제조방법.
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