KR101564737B1

KR101564737B1 - 항균, 방취기능을 갖는 pvc수지 조성물 및 이를 이용한 상하수도관

Info

Publication number: KR101564737B1
Application number: KR1020150097055A
Authority: KR
Inventors: 신창훈
Original assignee: 주식회사 차후에스엔피
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2015-10-30

Abstract

분산성이 뛰어나고 항균력을 반영구적으로 지속시키기 위한 항균소재인 원적외선을 방사하는 패각소성분말 100중량부에 바이오세라믹분말 10 ~ 30중량부와 제올라이트 4A를 이용한 은나노 항균제 10 ~ 30중량부, 항균제의 분산성을 크게 향상시키기 위한 왁스계 분산제 0.5 ~ 1.5중량부를 130 ~ 150℃의 온도로 1차 배합하고, 방취와 소취기능을 갖기 위한 소재로 천연 제올라이트 분말 100중량부에 대나무 활성탄 분말 10 ~ 30중량부와 초미세분말 산화규소인 나노실리카 5 ~ 25 중량부로 구성됨으로써 본 발명에 따른 PVC 파이프 성형용 수지조성물은 높은 인장강도와 내충격성, 그리고 항균성과 방취기능을 갖으며, 또한, 수돗물에서 풍기는 소독제의 냄새를 격감시켜 수돗물을 마음 놓고 음용할 수 있으며, 연결구나 물받이 등에서 발생하는 악취를 격감시키고 각종 세균의 번식을 차단하는 효과가 있다.

Description

항균, 방취기능을 갖는 PVC수지 조성물 및 이를 이용한 상하수도관 {Antimicrobial, water and sewage with PVC resin compositions and it has a deodorizing function}

본 발명은 높은 인장강도와 내충격성 및 항균성과 방취기능을 갖는 상하수도관의 제조를 위한 PVC수지 조성물 및 이를 이용한 상하수도관에 관한 것으로 수돗물에서 풍기는 소독제의 냄새를 격감시켜 수돗물을 마음 놓고 음용할 수 있도록 하며 하수도 관로와 연결구, 물받이 등에서 발생하는 악취를 격감시키고 각종 세균의 번식을 차단하는 항균 방취 기능을 갖는 상하수도관을 제조하기 위한 PVC수지 조성물에 관한 발명이다.

지금까지의 상하수도관은 PVC수지에 열안정제와 충격보강제. 활제 등을 혼합하여 압출 성형한 PVC관으로 여기에 유,무기 항균제를 첨가한 항균성 상하수도관이 일부 생산 판매되고 있으며, 특히 현재 사용되고 있는 무기계 항균제는 주로 은, 구리, 아연과 같은 금속이온이 사용되고 있으나, 이들 금속은 독성 및 산화에 의한 변색 등의 문제점이 있어 사용을 기피하고 있고, 이들이 갖는 상기와 같은 부작용을 방지하기 위하여 다양한 종류의 상하수도관의 무기 항균제의 첨가제가 개발되고 있다.

관련 선행기술로는 국내등록특허 제 10-877201호에는 외층(1) 및 내층(3)의 항균성을 향상시키기 위한 항균제는 Zinc 2-pyridenthol-1-oxide와 인산지르코늄계 은이온 항균제 및 Ag 0.50%, SiO2 98.25%, 수분 0.25% 및 Al2O3 1.00%로 구성된 파우더형태의 항균제(제품명: Silvix Nanosilver Composite Powder)중에서 선택된 항규제를 사용하는 기술이 공개되어 있다.

국내등록특허 제10-384929호에는 곰팡이나 각종 유해 박테리아 번식에 의한 상하수도관 내부에 스킴(skim) 형성을 방지하기 위하여 황산제일철 수용액 25중량%와 EDTA 25중량%을 첨가하여 제2철의 킬레이트 화합물을 형성한 중성의 수용액 중에서 탄산칼슘화합물 50중량%로 안정화시킨 황산제일철 수용액 10 내지 40중량%와 EDTA 10 내지 40중량%을 첨가한 항균제 조성물이 공개되어 있다.

또한, 국내등록특허 제 10-1260031호에는 20㎛의 평균입경을 갖는 향나무분말 1 ~ 3중량부를 배합하여 항균효과를 얻는 기술이 공개되어 있으며, 국내등록특허 10-969655호에는 제올라이트는 항균효과의 향상 및 층간의 결합력을 향상시키며, 질석은 원적외선 방출 효과 및 항균성을 부여하는 동시에 충진제(Filler) 역할을 하며, 인산염계화합물은 항균성을 갖는 성분으로 제1인산염, 제2인산염, 헥사메타인산염 및 테트라피로 인산칼륨(Mono-Phosphate, Di-Phosphate, Hexameta-Phosphate 및 Tetra-Potassium Pyrophosphate) 중에서 선택한 하나 이상을 배합하여 향균성을 일층 증가시키는 기술이 공개되어 있다.

국내등록특허 10-890796호에는 수도관의 항균제용 첨가제로 한정한 것은 아니지만 곰팡이 등에 항균성을 갖는 0.1 ~ 3 질량%를 함유하는 항균성 제올라이트에 대한 기술이 공개되어 있다.

그러나 상기의 선행기술들은 세균의 번식을 억제하는 항균성을 지니면서도 수도물에서 발생하는 소독제 냄새를 원천적으로 제거하는데는 한계가 있었고 항균 성능이나 악취제거에 만족할만한 수준이 미치지 못하는 실정이다.

1. 국내등록특허 제 10-877201호 1. 국내등록특허 제 10-384929호 1. 국내등록특허 제 10-1260031호 1. 국내등록특허 제 10-969655호 1. 국내등록특허 제 10-890796호

본 발명은 분산성이 뛰어나고 항균력이 반영구적으로 지속되는 항균소재를 개발함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 방취 및 소취기능을 갖는 소재를 개발함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기계적 강도는 물론 높은 항균력과 방취 및 소취기능이 뛰어난 상하수도관 및 이음관을 제공함에 그 목적이 있다.

기존 상하수도관 중에는 PVC수지에 열안정제와 충격보강제. 활제등을 혼합하여 압출성형한 PVC관으로 여기에 유,무기 항균제를 첨가한 항균성 상하수도관이 일부 생산 판매되고 있으며 특히 현재 사용되고 있는 무기계 항균제는 주로 은, 구리, 아연과 같은 금속이온이 사용된다. 구리의 경우에는 독성 및 산화에 의한 변색의 문제로 인해 건자재 등에만 적용이 될 뿐이며, 실제적으로는 은이 가장 많이 응용이 되고 있다. 은이온의 경우 세포벽과 결합하여 에너지 이동을 방해하거나 세포 내에 침투한 경우에는 단백질의 황성분과 결합함으로써 신진대사를 일으키는 효소를 억제하여 세균의 번식을 차단하는 작용을 하는 것으로 구체적으로는 금속이온은 플라스틱 내에 함침된 금속성분으로부터 이온화가 되어 플라스틱 표면으로 용출되어 작용을 하는데 은입자의 경우 수 ppb의 농도로 용출되기 때문에 함량이 적정하면 대부분은 플라스틱 내구성까지 지속적인 작용을 하게 된다. 아주 적은 ppb(10억분의 1 그램) 수준으로 용출이 되지만 효과적인 세균번식 방지 및 사멸효과를 나타내게 되는데, 이러한 플라스틱 표면에서의 공기 중에 존재하는 수분과의 접촉에 의한 금속이온이 용출되는 모식도는 아래 [그림]과 같다.

[그림]

또한 무기계 항균제는 용출속도가 늦어 내구성이 우수하다는 점, 극소량의 용출로 환경적이나 인체유해성이 없다는 점, 열적 안정성이 우수하다는 점 등의 장점을 갖는 반면에 고분자 수지 내의 분산성, 색상변화(discolouration), 비교적 고가라는 점 등이 단점으로 지적되고 있다. 최근 나노기술의 발달로 벌크입자 보다는 나노입자를 응용하는 경우가 비약적으로 발전이 되고 있고, 나노입자를 사용할 경우에는 질량대비 비표면적의 증가로 용출을 극대화할 수가 있어 훨씬 소량으로도 동일한 효과를 발휘할 수 있으므로 가격을 획기적으로 낮출 수 있게 되었다. 실제적으로 플라스틱에 첨가할 경우 2500ppm 이상이 되어야 용출에 의한 항균 및 살균 효과를 발휘하였으나 나노입자를 사용하게 됨으로써 100ppm의 농도에서도 동일한 효과가 발휘되고 있다. 그렇지만 나노입자를 고분자와 가공하는 것은 아직까지 연구개발이 미진하여 기술개발의 정도에 따라 항균 및 살균효과를 발휘하는 유효농도가 천차만별이며, 특히 나노입자의 고분자 수지내의 분산에 대한 연구개발이 시급한 실정이다. 무기항균제는 무기질의 담체에 은, 동, 아연 등을 치환시킨 항균제로 분말상의 PVC수지와 혼합시 분산성이 낮아 소기의 항균력을 발휘하지 못하고 있는 실정이다. 본 발명은 이러한 분산성의 문제를 해결하기 위해 왁스계열의 분산제(DP720)를 첨가하여 분산성을 원활하고 균일하게 분산시켜 항균력을 극대화 하였다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 ① 향균성을 증진시키기 위하여, 패각소성분말 100중량부에 바이오세라믹분말 10~30중량부와 제올라이트 4A를 이용한 은나노항균제 10~30중량부 및 항균제의 분산성을 크게 향상시키기 위한 왁스계 분산제 0.5~1.5중량부를 130~150℃의 온도로 1차 배합하고,

② 방취와 소취기능을 갖기 위하여 천연 제올라이트 분말 100중량부에 대나무 활성탄 분말 10 ~ 30중량부와 초미세분말 산화규소인 나노실리카 5 ~ 25 중량부를 100~120℃의 온도로 가열 배합한 후 60~80℃로 냉각시킨 후

③ 중합도 800~1200의 PVC수지 100중량부에 칼슘계 무독성 열안정제 3 ~ 5 중량부와 MBS계 충격보강제 2 ~ 5중량부, 가공조제 1 ~ 4중량부, ①의 항균소재 5 ~ 15중량부와 함께 ②의 방취소재 10 ~ 25중량부를 120 ~ 140℃의 온도에서 가열 배합한 후 60 ~ 80℃로 냉각시켜 압출 성형시켜 기계적 강도는 물론 높은 항균력과 방취 및 소취기능이 뛰어난 상하수도관 및 이음관을 제공하는데 있다.

분산성이 뛰어나고 항균력이 반영구적으로 지속시키기 위한 항균소재인 원적외선을 방사하는 패각소성분말 100중량부에 바이오세라믹분말 10 ~ 30중량부와 제올라이트 4A를 이용한 은나노 항균제 10 ~ 30중량부, 항균제의 분산성을 크게 향상시키기 위한 왁스계 분산제 0.5 ~ 1.5중량부를 130 ~ 150℃의 온도로 1차 배합하고, 방취와 소취기능을 갖기 위한 소재로 천연 제올라이트 분말 100중량부에 대나무 활성탄 분말 10 ~ 30중량부와 초미세분말 산화규소인 나노실리카 5 ~ 25 중량부로 구성됨으로써 본 발명에 따른 PVC 파이프 성형용 수지조성물은 높은 인장강도와 내충격성, 그리고 항균성과 방취기능을 갖으며, 또한, 수돗물에서 풍기는 소독제의 냄새를 격감시켜 수돗물을 마음 놓고 음용할 수 있으며, 연결구나 물받이 등에서 발생하는 악취를 격감시키고 각종 세균의 번식을 차단하는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 PVC 수지조성물의 구체적인 배합비율에 의해 성형한 PVC 상하수도관에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

<항균기능을 갖는 조성물의 제조〉

본 발명은 분산성이 뛰어나고 항균력이 반영구적으로 지속시키기 위하여 원적외선을 방사하는 패각소성분말 100중량부에 바이오세라믹분말 10~30중량부와 제올라이트 4A를 이용한 은나노항균제 10~30중량부, 항균제의 분산성을 크게 향상시키기 위한 왁스계 분산제 0.5~1.5중량부를 130~150℃의 온도에서 1차 조성물을 제조한다.

1차 조성물

구분	첨가량(중량부)
패각소성분말	100
바아오세라믹분말	10 - 30
은나노 항균제	10 -30
분산제(왁스계)	0.5 - 1.5

상기의 패각 소성분말은 조개껍질, 석화껍질, 소라껍질 중에서 선택된 어느 하나 이상의 패류껍질을 수세하고 이물질을 제거한 다음 소성 후 냉각하고 분쇄하여 얻은 분말을 사용할 수 있다. 패류껍질에는 산화칼슘(CaO)이나 산화마그네슘(MgO) 등의 원적외선 방사물질 들을 풍부하게 함유하고 있으며, 강알칼리성을 띈다. 본 발명에서는 원적외선 방사물질을 풍부하게 함유한 패류 껍질을 소성하여 원적외선 방사에 대한 효과를 보다 향상시키기 위하여 패류껍질을 800 - 900 ℃로 가열시켜 소성한 것을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 바이오세라믹은 다양한 광물질이 혼합 성형된 것을 특징으로 하며, 견운모, 사문석, 규선석, 점토, 석류석, 백토, 다이아스포아 등으로부터 원재료의 광물질을 추출한다. 광물질의 주 화학성분은 산화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화칼륨, 산화티탄 및 게르마늄을 100- 200 메쉬(MESH)로 분쇄하여 초미분화 한 것으로 그 조성비율은 산화규소 67.4중량%, 산화알루미늄 16.2중량%, 산화마그네슘 0.59중량%, 산화칼슘 1.63중량%, 산화칼륨4.28중량%, 산화철 2.8 중량%, 산화티탄 0.27중량%, 셀레늄0.06중량%, 게르마늄(Ge)0.52%중량 및 기타 화합물 6.25중량%의 비율로 구성된다.

제올라이트 4A는 분자식이 Na₁₂[Al₁₂Si₁₂O₄₈].27H₂O 인 Zeolite A에는 Na가 12개 있고, Si는 [+4]이며, Al은 [+3]로 Si와 Al이 동수인 구조에서는 [+12]가 부족한 현상이 발생되어 이를 구조적으로 보완하기 위해 [+1]인 Na이 12를 필요로 하고 있으며, 활성탄이나 숯은 다공성은 좋으나 400℃를 넘어서면 연소되는 단점이 있는 반면 제올라이트는 연소가 되지 않아 높은 온도에서도 안정적인 장점과 흡착에 있어 중요한 비표면적이 참숯:250~300m2/g, 활성탄:800~1000m2/g에 비하여 천연제올라이트 : 300~600m2/g, 합성제올라이트 : 800~900m2/g 정도로 상당히 높은 편으로 비표면적에 큰 차이가 있어 상기의 제올라이트4A에 은나노항균제를 도포시키고 분산성을 향상시키기 위한 왁스계 분산제를 배합한다. 분산제로는 산화폴리에틸렌(Oxidized Polyethylene) 또는 파라핀왁스를 단독 또는 혼합 사용하는 것이 바람직하다.

〈방취 및 탈취기능을 갖는 조성물의 제조〉

방취와 소취기능을 갖기 위한 소재로 천연 제올라이트 분말 100중량부에 대나무 활성탄 분말 10~30중량부와 초미세분말 산화규소인 나노실리카 5~25 중량부를 100~120℃의 온도로 가열 배합한 후 60~80℃로 냉각시켜 [표 2]와 같이 2차 조성물을 제조한다.

2차 조성물

구분	첨가량(중량부)
천연제올라이트 분말	100
대나무 활성탄 분말	10 - 30
나노실리카	5 - 25

상기 제1차 조성물 및 제2차 조성물에 중합도 800~1200 의 PVC수지 100중량부에 칼슘계 무독성 열안정제 3~5중량부와 MBS계 충격보강제 2~5중량부, 가공조제 1~4중량부와 항균 소재인 제1차 조성물 5~15중량부와 방취소재인 제2차 조성물 10~25중량부를 120~140℃의 온도에서 가열 배합하여 항균력과 방취 및 소취기능이 뛰어난 PVC 수지 조성물을 [표 3]의 실시예 1 내지 실시예 3과 같이 제조하였다.

PVC 수지 조성물

구분	실시예 1	실시예2	실시예3
PVC수지(중합도 800~1200)	100	100	100
칼슘계 열안정제	3	4	5
MBS 충격보강제	2	3	4
가공조제	1	2	4
1차 배합 혼합물	5	10	15
2차 배합 혼합물	10	15	20

본 발명에 따른 충격보강제, 열안정제, 가공조제는 성형용 수지조성물에 일반적으로 배합되는 첨가제이며, 충격보강제는 PVC 수지의 내충격성을 향상시키기 첨가하는 성분으로서, 예를들면, MBS계(Methylmetacrylate Butadiene Stylene), 아크릴계, 부타디엔계 등이 사용될 수 있으며, MBS계 충격보강제가 특히 바람직하다.

상기 열안정제로는 스테아린산 아연, 스테아린산 칼슘, 및 메틸틴머켑타이드(Methyltin Mercaptide) 중에서 1종 또는 2종을 혼합 사용하는 것이 바람직하고, 또환, 비교적 적은 수준의 양을 투여하여 물성에 큰 영향을 주지 않으면서 가공성을 개선시키기 위한 가공조제로 산화폴리에틸렌(Oxidized Polyethylene) 또는 파라핀왁스를 단독 또는 혼합 사용하거나 또는 대전방지제로 음이온계, 양이온계 등이 사용된다.

또한 본 발명에 따른 상하수관 성형용 PVC 수지조성물에는 상기한 첨가제 외에 PVC 성형체를 제조할 때 필요에 따라 일반적으로 첨가되는 자외선 안정제, 가공성 개선제 등의 첨가제도 첨가할 수 있으며, 특별히 제한하는 것은 아니며 이러한 첨가제는 이 분야의 숙련자이면 적절한 첨가제 및 가공조제를 선택할 수 있으므로 구체적인 기재는 생략한다.

상기 실시예 1 내지 실시예 3의 수지조성물을 이용하여 통상의 압출 성형기로 압출 성형한 상하수도관의 물성을 시험한 결과를 아래 [표 4]에 나타내었다.

순번	실시예	압출부하 (Nm)	압출량 (g/min)	인장강도 (N/㎡)	IZOD 충격강도 (㎏㎝/㎝)	굴곡강도 (㎏/㎠)	가공조건
1	실시예1	55	43.8	46	6.8	735	175℃, 20rpm
2	실시예2	59	44.3	48	7.3	803	175℃, 20rpm
3	실시예3	62	48.3	52	8.2	837	170℃, 20rpm

상기 [표 4]에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 상하수도관 PVC수지 조성물은 충격강도 및 인장강도가 종래의 PVC 수지관에 비하여 향상되었음을 확인할 수 있다.

Claims

중합도 800 ~1200의 PVC수지 100중량부에 칼슘계 무독성 열안정제 3 ~ 5 중량부, MBS계 충격보강제 2 ~ 5중량부, 가공조제 1 ~ 4중량부, 항균소재 5 ~ 15중량부 및 방취소재 10 ~ 25중량부로 포함하며,
상기 항균소재는 패각소성분말 100중량부에 100-200메쉬의 바이오세라믹분말 10~30중량부, 제올라이트 4A를 이용한 은나노항균제 10~30중량부 및 왁스계 분산제 0.5~1.5중량부를 조성되며,
상기 방취소재는 천연 제올라이트 분말 100중량부에 대나무 활성탄 분말 10 ~ 30중량부, 초미세분말 산화규소인 나노실리카 5 ~ 25 중량부로 조성되는 것을 특징으로 하는 항균 및 방취기능을 갖는 PVC수지 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
충격보강제가 MBS계 인 것을 특징으로 하는 항균 및 방취기능을 갖는 PVC수지 조성물.
제1항의 PVC 수지 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 항균 및 방취기능을 갖는 상하수도관.
제1항의 PVC 수지 조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 항균 및 방취기능을 갖는 이음관.