KR102086295B1 - 항균성이 우수한 목재가구 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항균성 및 코팅성이 우수한 목재가구 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게 베이스 수지, 표면 개질된 셀룰로오스계 원료, 금속산화물 입자, 아연피리치온 및 유기용매를 포함하는 항균 조성물로 가공된 목재가구 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

항균성이 우수한 목재가구 및 이의 제조방법 {Wooden furniture with excellent antibacterial properties, and method of manufacturing thereof}
본 발명은 항균성이 우수한 목재가구 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
목재는 우수한 내구성, 전기절연성 및 열안정성을 가져 건물의 외장 및 내장재, 가구류 등의 다양한 부재로 적용되며, 가공성이 우수하고, 석유화학 물질과는 달리 연소 시에 유해물질이 발생되지 않아 인체 및 환경 친화적인 소재로 밀접하게 사용되고 있으나, 수분 및 미생물에 취약한 한계를 가지고 있어 목재의 항균성을 향상시키기 위한 연구가 지속적으로 이어지고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1360938호는 플라이 애시(Fly ash)를 첨가하여 난연 성능을 향상시키고, 피톤치드(Phytoncide)가 함유된 편백나무 목분을 사용하여 항균 효과 및 삼림욕 효과를 갖는 합성목재를 제시하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1651585호는 항균, 항곰팡이 저항성을 향상시키기 위해 피톤치드 함유량이 우수한 편백나무를 가열을 통해 인공 건조하는 과정에서 발생하는 액상의 피톤치드를 포집한 후 응축하여 추출한 피톤치드 농축액을 비포르말린계 난연액에 혼입하여 가압식 함침 장비를 이용해 목재에 함침시켜 난연 처리 후, 건조함으로써 균류 및 곰팡이에 대하여 저항성을 갖는 난연목재의 제조 기술을 특징으로 하는 항균, 항곰팡이 성능을 가진 난연목재 및 그의 제조방법을 제시하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1077253호는 활성탄소섬유, 항균제, 나노 미립자 티타니아 광촉매 및 활석의 분말을 첨가하여 합성목재를 제조함으로써 항균성이 우수하고 휨강도가 현저하게 증가되도록 한 친환경 합성목재 제조방법을 제시하고 있다.
한편, 목재의 항균처리 조성물에 첨가되는 항균제는 크게 무기항균제와 유기항균제로 분류할 수 있으며, 유기항균제는 분산성은 우수하나 지속성이 떨어지고, 첨가 함량이 적절하지 못할 시 오히려 유해미생물을 발생시킬 수 있는 한계를 가지고 있으며, 무기항균제는 지속성은 우수하나, 소수성인 수지와 상호결합성이 좋지 못한 한계가 있으며, 다량 첨가 시 코팅막의 미관이 저하되는 한계를 갖는다.
대한민국 등록특허공보 제10-1360938호 (2014.02.04) 대한민국 등록특허공보 제10-1651585호 (2016.08.22) 대한민국 등록특허공보 제10-1077253호 (2011.10.20)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 항균성, 항균 지속성 및 코팅성을 향상시킨 목재가구 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 베이스 수지, 표면 개질된 셀룰로오스계 원료, 금속산화물 입자, 아연피리치온 및 유기용매를 포함하는 항균 조성물로 가공된 목재가구에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 항균 조성물은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 표면 개질된 셀룰로오스계 원료 1 내지 20 중량부, 금속산화물 입자 0.1 내지 5 중량부, 아연피리치온 0.1 내지 3 중량부, 및 유기용매 50 내지 200 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 표면 개질된 셀룰로오스계 원료는 실란계 커플링제에 셀룰로오스계 원료를 분산시킨 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 금속산화물 입자는 산화구리(I)(Cu2O), 산화구리(II)(CuO) 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 이때 상기 금속산화물 입자는 평균 입자크기가 1 ㎚ 내지 50 ㎛일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 항균 조성물은 중량평균분자량 200 내지 800 g/mol인 폴리에틸렌글리콜을 더 포함하는 것일 수 있으며, 베이스 수지 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 항균 조성물은 다관능성 아크릴레이트계 단량체를 더 포함하는 것일 수 있으며, 베이스 수지 100 중량부에 대하여 다관능성 아크릴레이트계 단량체 0.1 내지 20 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 a) 베이스 수지, 표면 개질된 셀룰로오스계 원료, 금속산화물 입자, 아연피리치온 및 유기용매를 포함하는 항균 조성물을 제조하는 단계; 및 b) 상기 항균 조성물로 목재를 가공하는 단계;를 포함하는 목재가구의 제조방법에 관한 것이다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 목재는 샌드 블라스트 처리된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 목재가구는 베이스 수지, 표면 개질된 셀룰로오스계 원료, 금속산화물 입자, 아연피리치온 및 유기용매를 포함하는 항균 조성물로 가공됨에 따라 우수한 항균성 및 항균 지속성을 가질 수 있으며, 코팅성 및 접착성이 뛰어나 코팅막이 쉽게 박리되거나 손상되지 않을 수 있다.
이하 본 발명에 따른 항균성이 우수한 목재가구 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 양태는 베이스 수지, 표면 개질된 셀룰로오스계 원료, 금속산화물 입자, 아연피리치온 및 유기용매를 포함하는 항균 조성물로 가공된 목재가구에 관한 것이다.
이처럼, 본 발명에 따른 목재가구는 베이스 수지, 표면 개질된 셀룰로오스계 원료, 금속산화물 입자, 아연피리치온 및 유기용매를 포함하는 항균 조성물로 가공됨에 따라 우수한 항균성 및 항균 지속성을 가질 수 있으며, 코팅성 및 접착성이 뛰어나 코팅막이 쉽게 박리되거나 손상되지 않을 수 있다.
이를 위해서는 상기 항균 조성물의 각 구성 성분의 함량을 적절하게 조절하여 주는 것이 중요하며, 구체적인 일 예시로 상기 항균 조성물은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 표면 개질된 셀룰로오스계 원료 1 내지 20 중량부, 금속산화물 입자 0.1 내지 5 중량부, 아연피리치온 0.1 내지 3 중량부, 및 유기용매 50 내지 200 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 보다 좋게는 베이스 수지 100 중량부에 대하여 표면 개질된 셀룰로오스계 원료 5 내지 15 중량부, 금속산화물 입자 1 내지 3 중량부, 아연피리치온 0.5 내지 1.5 중량부, 및 유기용매 100 내지 150 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 이와 같은 범위에서 목적하는 항균 효과 및 코팅 효과가 우수할 수 있다.
한편, 상기 항균 조성물로 가공되는 목재가구의 목재는 슬라브, 제제목, 집성목, 합판, 중밀도 섬유판(MDF, medium density fiberboard) 또는 파티클보드(PB, particle board) 등일 수 있으며, 상기 가공은 크게 세 가지 양태로 나눌 수 있는데, 목재의 표면을 항균 조성물로 코팅하는 제1양태, 목재 적층면에 항균 조성물을 도포하여 복수개의 목재를 적층하여 목재 합판을 제조하는 제2양태, 항균 조성물, 목질섬유, 유기용제 및 첨가제를 혼합한 복합 목재 조성물을 압연 성형하여 목재 플라스틱 복합재를 제조하는 제3양태일 수 있다.
또한, 상기 목재가구는 통상적으로 사용 가능한 용도라면 특별히 그 용도를 한정하지 않으며, 구체적으로 예를 들면 책상, 의자, 테이블, 책장, 장식장, 서랍장, 신발장, 티비다이, 침대, 화장대, 옷장, 이불장, 장롱, 식탁, 선반장, 사무용 책상, 사무용 의자, 사무용 사물함, 사무용 파일 서랍, 파티션, 교실용 책상, 교실용 걸상, 교탁, 청소도구함 또는 칸막이형열람대 등으로 활용할 수 있다. 또한, 상기 목재가구는 목재를 포함하는 가구를 모두 지칭하는 것일 수 있으며, 상세하세 일부 부품이 목재로 이루어진 가구 및 전 부품이 목재로 이루어진 가구 등일 수 있다. 아울러, 상기 목재가구는 한 자리에 두고 사용하거는 형태이거나 또는 바퀴가 구비된 이동형일 수 있다.
이하, 상기 항균 조성물의 각 구성 성분에 대하여 보다 상세히 설명한다.
발명의 일 예에 있어, 상기 베이스 수지는 당업계에서 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예로 아크릴계 수지, 멜라민계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드산계 수지, 폴리이미드계 수지, 스티렌말레산계 수지 및 스티렌무수말레산계 수지 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으나, 목재 적용 가능한 수지라면 한정하지 않고 사용할 수 있다. 보다 바람직하게 상기 베이스 수지는 우레탄계 수지 또는 아크릴계 수지일 수 있다.
발명의 일 예에 있어, 상기 표면 개질된 셀룰로오스계 원료는 베이스 수지와의 혼합성 및 상호결합성 향상을 위해 셀룰로오스계 원료의 표면을 소수성으로 개질한 것으로, 구체적으로 상기 표면 개질된 셀룰로오스계 원료는 실란계 커플링제에 셀룰로오스계 원료를 분산시킨 것일 수 있다. 이처럼 실란계 커플링제로 셀룰로오스계 원료를 처리함으로써 베이스 수지와의 혼합성 및 상호결합성이 보다 향상되어 항균 조성물의 목재에 대한 코팅성을 증가시킬 수 있다.
상기 셀룰로오스계 원료는 목분, 죽분, 왕겨분말 및 셀룰로오스 분말 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 구체적으로 상기 셀룰로오스계 원료는 10 내지 300 ㎛의 평균입경을 가지며, 길이 : 직경의 비율이 1 : 0.2 내지 1 인 것을 사용할 수 있다. 상기 셀룰로오스계 원료는 목재와의 친화성이 높기 때문에 목재 가공처리 시 코팅막 형성능이 우수하며, 무기항균제의 첨가에 의해 목재의 질감 및 색상이 인위적으로 보이는 것을 방지할 수 있다.
상기 실란계 커플링제는 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 일 예로 아미노계 실란, 에폭시계 실란, 아크릴계 실란, 메르캅토계 실란 및 비닐계 실란 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 더욱 구체적인 일 예시로, 상기 실란계 커플링제는 비닐트리클로르실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 2-(3,4에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 3-글리시드옥시프로필메틸디에톡시실란, 3-글리시드옥시프로필트리에톡시실란, p-스티릴트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시디프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸-부틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-(비닐벤질)-2-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란의 히드로클로라이드, 3-우레이도프로필트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라술피드 및 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
바람직하게, 상기 실란계 커플링제는 아미노계 실란일 수 있으며, 아미노계 실란의 메톡사이드는 목질 재료의 수분으로부터 탈수 반응을 하고, 아민기는 베이스 수지와 가교가 가능하여 결합성을 향상시킬 수 있다.
상기 실란계 커플링제는 그 농도 및 점도 조절을 위해 제2유기용매가 사용될 수 있으며, 그 종류는 통상 사용되는 유기용매일 수 있다. 구체적인 일 예로, 헥산, 헵탄 등의 지방족 탄화수소류; 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소류; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올 등의 알코올류; 셀루솔부, 부틸 셀루솔부 등의 에테르류; 에틸아세테이트, 부틸 아세테이트, 아밀 아세테이트 등의 에스터류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류; 및 N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는 방향족 탄화수소류, 알코올류 또는 이들의 혼합 용매를 사용할 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 항균 조성물에 포함되는 유기용매와 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 실란계 커플링제의 농도는 0.1 내지 10 중량%, 보다 좋게는 1 내지 5 중량%일 수 있다. 이와 같은 범위에서 셀룰로오스계 원료가 효과적으로 표면 개질될 수 있다. 또한, 표면 전처리 시 실란계 커플링제 용액 100 중량부에 대하여 셀룰로오스계 원료 5 내지 30 중량부를 투입하여 50 내지 150 rpm의 속도로 5 내지 60분간 교반할 수 있으며, 이후 표면 개질된 셀룰로오스계 원료를 분리하고, 50 내지 70℃의 열풍으로 1 내지 24 시간 건조하여 표면 개질된 셀룰로오스계 원료를 수득할 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 셀룰로오스계 원료는 실란계 커플링제로 표면 개질되기 전, 알칼리 용액으로 전처리된 것일 수 있다. 이를 통해 셀룰로오스 내의 작은 공극들을 팽윤시킬 수 있으며, 셀룰로오스의 팽윤을 통해 실란계 커플링제의 침투성을 높여 소수성을 갖는 베이스 수지와의 상호결합성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 알칼리 용액은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 및 이들의 조합 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 알칼리 용액의 농도는 1 내지 15 중량%일 수 있으며, 알칼리 용액 100 중량부에 대하여 1 내지 25 중량부의 셀룰로오스계 원료를 투입하여 100 내지 200 rpm 에서 30 내지 120분간 교반하여 전처리된 셀룰로오스계 원료를 수득할 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
발명의 일 예에 있어, 상기 금속산화물 입자는 항균성을 가진 금속산화물 입자라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으나, 바람직하게는 산화구리(I)(Cu2O), 산화구리(II)(CuO) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 특히 항균 활성 및 항바이러스 활성이 높은 산화구리(I)를 사용하는 것이 가장 바람직한데, 산화구리(I)는 산화구리(II)보다 구리 이온을 용출하기 쉽기 때문에, 용출된 구리 이온이 미생물이나 바이러스와 접촉함으로써 효소나 단백질과 결합해 활성을 저하시켜, 미생물 및 바이러스의 대사 기능을 저해하는 것이 쉬울 수 있다. 또한 용출된 구리 이온의 촉매 작용에 의해서 공기 중의 산소를 활성 산소화해, 미생물 및 바이러스의 유기물을 분해하는 것이 쉬울 수 있다.
상기 금속산화물 입자는 평균 입자크기가 1 ㎚ 내지 50 ㎛일 수 있으며, 보다 좋게는 0.1 내지 10 ㎛일 수 있다. 평균 입자크기가 1 ㎚ 미만일 경우 입자가 서로 응집될 수 있으며, 50 ㎛를 초과할 경우 단위면적당 표면적이 작아져 항균성을 충분히 발휘할 수 없고, 목재에 코팅 시 탁도가 높아져 목재의 고유색을 발현하기가 힘들기 때문에 상기 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.
한편, 상기 금속산화물 입자는 표면 전처리된 것일 수 있다. 표면 전처리를 통해 금속산화물 입자의 표면에 수불용성인 피막을 형성하여, 산화 및 변색을 방지하고, 윤활성 및 분산성을 향상시키며, 베이스 수지 및 표면 개질된 셀룰로오스계 원료와의 결합 특성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 금속산화물 입자는 인산 화합물, 크롬 화합물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 표면 전처리 용액으로 표면 전처리될 수 있으며, 바람직하게는 인체 및 환경에 유해성이 적은 인산 화합물 용액으로 표면 전처리될 수 있다. 일 예로, 상기 인산 화합물은 용매 상에서 인산 이온을 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 인산, 폴리인산, 인산 유도체 및 아인산 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 보다 구체적이며, 비 한정적인 일 예로 인산암모늄, 인산칼륨, 인산나트륨 및 인산칼슘 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 이와 같은 인산 화합물은 금속산화물 입자의 표면에 인산 금속염을 형성함으로써 피막을 형성하게 된다.
상기 표면 전처리 용액은 3 내지 20 중량%의 농도를 갖는 것을 사용할 수 있으며, 이때 사용되는 용매는 증류수, 제3유기용매 또는 이들의 혼합 용매일 수 있으며, 바람직하게는, 제3유기용매일 수 있다.
상기 제3유기용매의 종류는 통상 사용되는 유기용매일 수 있으며, 구체적인 일 예로, 헥산, 헵탄 등의 지방족 탄화수소류; 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소류; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올 등의 알코올류; 셀루솔부, 부틸 셀루솔부 등의 에테르류; 에틸아세테이트, 부틸 아세테이트, 아밀 아세테이트 등의 에스터류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류; 및 N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는 방향족 탄화수소류, 알코올류 또는 이들의 혼합 용매를 사용할 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 항균 조성물에 포함되는 유기용매와 동일하거나 상이할 수 있다.
또한, 표면 전처리 시 표면 전처리 용액 100 중량부에 대하여 금속산화물 입자 5 내지 30중량부 투입하여 50 내지 150 rpm의 속도로 5 내지 60분간 교반하여 표면 전처리된 금속산화물 입자를 수득할 수 있으며, 이후 증류수를 이용하여 세척하고, 60 내지 90℃에서 12 내지 24시간 건조할 수 있다.
발명의 일 예에 있어, 상기 아연피리치온(Zn-pyrithione)은 항균 조성물의 항균 특성 및 항박테리아 특성을 더욱 향상시키기 위한 것으로, 아연피리치온은 물에 분산시킨 현탁액으로 사용할 수 있으며, 일반적으로 48 중량% 현탁액 상태로 제품화되어 판매되고 있으나, 아연피리치온(100%)을 사용할 수도 있다.
발명의 일 예에 있어, 상기 유기용매는 특별히 한정되지 않지만, 항균 조성물이 균질하게 혼합되고, 코팅막 형성 시에 용이하게 휘발되며, 경화 저해 등을 일으키지 않는 것을 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
구체적인 일 예로, 상기 유기용매는 헥산, 헵탄 등의 지방족 탄화수소류; 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소류; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올 등의 알코올류; 셀루솔부, 부틸 셀루솔부 등의 에테르류; 에틸아세테이트, 부틸 아세테이트, 아밀 아세테이트 등의 에스터류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류; 및 N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는 방향족 탄화수소류, 알코올류 또는 이들의 혼합 용매를 사용할 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 항균 조성물은 본 발명의 목적을 헤치지 않는 범위 내에서 추가 성분을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 항균 조성물은 아연피리치온의 용해도를 높이기 위하여 중량평균분자량 200 내지 800 g/mol인 폴리에틸렌글리콜을 더 포함할 수 있으며, 보다 좋게는 300 내지 600 g/mol 폴리에틸렌글리콜을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 중량평균분자량을 가진 폴리에틸렌글리콜을 사용함으로써 아연피리치온을 효과적으로 용해시켜 항균 조성물 내 아연피리치온의 함량을 보다 높일 수 있으며, 이를 통해 보다 우수한 항균 특성 및 항박테리아 특성을 확보할 수 있다.
상기 폴리에틸렌글리콜의 첨가량은 특별히 한정되진 않지만, 상기 항균 조성물은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것일 수 있으며, 보다 좋게는 폴리에틸렌글리콜 3 내지 8 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 이와 같은 범위에서 목표하는 함량의 아연피리치온을 효과적으로 용해시킬 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 항균 조성물은 목재와 코팅막의 접착력을 향상시키기 위하여 다관능성 아크릴레이트계 단량체를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 다관능성 아크릴레이트계 단량체는 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기가 2 내지 6개인 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 및 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
상기 다관능성 아크릴레이트계 단량체의 첨가량은 특별히 한정되진 않지만, 상기 항균 조성물은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 다관능성 아크릴레이트계 단량체 0.1 내지 20 중량부를 포함하는 것일 수 있으며, 보다 좋게는 다관능성 아크릴레이트계 단량체 3 내지 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 이와 같은 범위에서 항균 조성물로 목재를 코팅할 시 코팅성 및 접착력을 효과적으로 향상시킬 수 있어 좋다.
상기 항균 조성물은 유기산을 더 포함할 수 있다. 상기 유기산은 아연피리치온과 착물을 형성하여 코팅 조성물의 안전성을 보다 높이기 위한 것으로, 구체적인 일 예로 상기 유기산은 개미산, 초산, 프로피온산, 옥살산, 숙신산, 벤조산, 시트르산, 말레인산, 말론산, 말산, 타르타르산, 글루콘산, 락트산, 게스티스산, 푸마르산, 락토비온산, 살리실산, 프탈산, 엠본산, 아스파르트산 및 글루탐산 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
상기 유기산의 첨가량은 특별히 한정되진 않지만, 상기 항균 조성물은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 유기산 0.05 내지 3 중량부를 포함하는 것일 수 있으며, 보다 좋게는 유기산 0.1 내지 1 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 이와 같은 범위에서 효과적으로 아연피리치온과 착물을 형성할 수 있으며, 코팅막의 물성을 저해하지 않을 수 있다.
이 외에도 상기 항균 조성물은 당업계에서 통상적으로 첨가하는 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 상기 기능성 첨가제는 분산제, 침강방지제, 산화방지제, 소포제, 난연제 및 자외선 안정제 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 목재가구를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상세하게 a) 베이스 수지, 표면 개질된 셀룰로오스계 원료, 금속산화물 입자, 아연피리치온 및 유기용매를 포함하는 항균 조성물을 제조하는 단계; 및 b) 상기 항균 조성물로 목재를 가공하는 단계;를 포함하는 목재가구의 제조방법에 관한 것이다.
먼저, a) 베이스 수지, 표면 개질된 셀룰로오스계 원료, 금속산화물 입자, 아연피리치온 및 유기용매를 포함하는 항균 조성물을 제조하는 단계를 수행할 수 있다. 이때, 상기 항균 조성물 내 구성 성분 및 그 함량은 전술한 바와 동일함에 따라 중복 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 베이스 수지, 표면 개질된 셀룰로오스계 원료, 금속산화물 입자, 아연피리치온 및 유기용매가 준비되면, 이들을 균질하게 혼합하여 항균 조성물을 제조할 수 있다. 이때, 상기 항균 조성물은 점도 브룩쉴드 점도계 기준 25℃에서 50 내지 1000 cps의 점도를 갖도록 하는 것이 바람직하며, 목재의 종류 및 가공처리방법에 따라 적절한 점도를 갖도록 혼합될 수 있다.
다음으로, 항균 조성물이 준비되면, b) 상기 항균 조성물로 목재를 가공하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 가공은 크게 세 가지 양태로 나눌 수 있으며, 구체적인 일 예시로, 제1양태는 목재의 표면을 항균 조성물로 코팅하는 공정, 제2양태는 목재 적층면에 항균 조성물을 도포하여 복수개의 목재를 적층하여 목재 합판을 제조하는 공정, 제3양태는 항균 조성물, 목질섬유, 유기용제 및 첨가제를 혼합한 복합 목재 조성물을 압연 성형하여 목재 플라스틱 복합재를 제조하는 공정일 수 있다.
상기 제1양태에 따른 목재가공은 상기 항균 조성물로 목재를 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 목재는 슬라브, 제제목, 집성목, 합판, 중밀도 섬유판(MDF, medium density fiberboard) 또는 파티클보드(PB, particle board) 등일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 코팅은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법으로 수행될 수 있으며, 일 예로 스프레이 코팅, 딥 코팅 및 바 코팅 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법을 통해 코팅을 수행할 수 있다. 코팅 횟수는 특별히 한정하지 않으며, 일 예로 항균 조성물을 1 내지 5회 도포하여 목재의 표면에 코팅층을 형성할 수 있으며, 바람직하게 코팅층의 두께가 목재 두께의 0.5 내지 30 %가 되도록 코팅할 수 있다.
이후, 건조 단계가 더 수행될 수 있으며, 건조 단계는 50 내지 90℃의 온도에서 수행될 수 있다. 50℃ 미만에서는 공정시간이 너무 길어져 효율이 떨어지며, 90℃를 초과할 경우에는 코팅막에 뒤틀림 및 크랙이 발생되거나 탄화가 발생될 수 있다.
한편, 제1양태에 따른 상기 목재는 항균 조성물의 코팅성 및 접착성을 향상시키기 위해 샌드 블라스트 처리된 것일 수 있다. 이처럼 샌드 블라스트 처리함으로써 목재의 표면에 요철을 형성할 수 있으며, 이를 통해 목재의 비표면적을 크게 넓일 수 있고, 코팅막 형성 시 앵커링(anchoring) 효과에 의해 코팅막이 목재에 보다 단단히 결합될 수 있다.
상기 제2양태에 따른 목재가공은 목재 적층면에 항균 조성물을 도포하여 복수개의 목재를 적층하여 목재 합판을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 항균 조성물은 항균성을 부여함과 동시에 접합제의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 접합성을 극대화하기 위하여 제2양태에 따른 항균 조성물은 베이스 수지를 접착력이 우수한 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 아크릴계 수지를 사용할 수 있다.
아울러, 코팅 및 건조 방법은 제1양태와 동일할 수 있음에 따라 중복 설명은 생략한다.
상기 제3양태에 따른 목재가공은 항균 조성물, 목질섬유, 유기용제 및 첨가제를 혼합한 복합 목재 조성물을 압연 성형하여 목재 플라스틱 복합재(WPC; Wood Plastic Composite)를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 항균 조성물은 항균성을 부여함과 동시에 바인더의 역할을 수행할 수 있다.
보다 구체적인 일 예시로, 상기 복합 목재 조성물은 항균 조성물 100 중량부에 대하여, 목질섬유 20 내지 50 중량부, 유기용제 50 내지 200 중량부 및 첨가제 0.5 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 목질섬유는 상기 셀룰로오스계 원료와 동일 또는 상이할 수 있으며, 구체적으로 목분, 죽분, 왕겨분말 및 셀룰로오스 분말 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 목질섬유는 10 내지 300 ㎛의 평균입경을 가지며, 길이 : 직경의 비율이 1 : 0.2 내지 1 인 것을 사용할 수 있다.
상기 유기용제는 통상 사용되는 유기용매일 수 있으며, 구체적인 일 예로, 헥산, 헵탄 등의 지방족 탄화수소류; 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소류; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올 등의 알코올류; 셀루솔부, 부틸 셀루솔부 등의 에테르류; 에틸아세테이트, 부틸 아세테이트, 아밀 아세테이트 등의 에스터류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류; 및 N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 바람직하게는 방향족 탄화수소류, 알코올류 또는 이들의 혼합 용매를 사용할 수 있으나, 이는 일 예시일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 항균 조성물에 포함되는 유기용매와 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 첨가제는 분산제, 침강방지제, 산화방지제, 소포제, 난연제 및 자외선 안정제 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
전술한 조성 및 함량으로 복합 목재 조성물이 준비되면, 상기 복합 목재 조성물을 압출성형기를 이용하여 용융압출 170 내지 190℃, 100 내지 150 rpm의 압출속도로 압출성형하여 목재 플라스틱 복합재(WPC)를 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 항균성이 우수한 목재가구 및 이의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[실시예 1]
1) 목분의 표면 개질: 먼저 7 중량%의 수산화나트륨 100 중량부에 대하여 20 중량부의 목분을 첨가한 후 60분간 교반하여 목분을 전처리하였다. 3-아미노프로필트리메톡시실란 용액(3 중량%, in DMF) 100 중량부에 대하여 전처리된 목분 25 중량부를 혼합한 후 30분 간 교반하여 목분을 표면 개질하였다. 이후 표면 개질된 목분을 여과 분리한 후 60℃로 2 시간 동안 열풍 건조하였다.
2) 아산화구리(Cu2O) 입자 전처리: 디메틸포름아미드(DMF) 100 중량부에 대하여 아산화구리(평균 입자크기 20 ㎚) 10 중량부 및 인산암모늄 5 중량부를 혼합하고 30분간 교반하여 아산화구리 입자를 전처리하였다. 이후, 증류수로 세척하고 80℃에서 12 시간 건조하였다.
3) 항균 조성물 제조: 폴리벤질메타크릴레이트 수지(PBMA, 제품명 NPR1520) 100 중량부에 대하여, 상기 표면 개질된 목분 12 중량부, 아산화구리 입자 2.5 중량부, 아연피리치온(ZnPy) 1 중량부 및 DMF 100 중량부를 혼합하여 항균 조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 제조예 1과 동일하게 표면 개질된 목분 및 아산화구리 입자를 준비하였다. 다음으로, PBMA 수지 100 중량부에 대하여, 상기 표면 개질된 목분 12 중량부, 아산화구리 입자 2.5 중량부, 아연피리치온 1 중량부, 폴리에틸렌글리콜(PEG, 중량평균분자량 400 g/mol) 3 중량부 및 DMF 100 중량부를 혼합하여 항균 조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
상기 제조예 1과 동일하게 표면 개질된 목분 및 아산화구리 입자를 준비하였다. 다음으로, PBMA 수지 100 중량부에 대하여, 상기 표면 개질된 목분 12 중량부, 아산화구리 입자 2.5 중량부, 아연피리치온 1 중량부, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(PETTA) 10 중량부 및 DMF 100 중량부를 혼합하여 항균 조성물을 제조하였다.
[실시예 4]
상기 제조예 1과 동일하게 표면 개질된 목분 및 아산화구리 입자를 준비하였다. 다음으로, PBMA 수지 100 중량부에 대하여, 상기 표면 개질된 목분 12 중량부, 아산화구리 입자 2.5 중량부, 아연피리치온 1 중량부, 시트르산(CA) 0.5 중량부 및 DMF 100 중량부를 혼합하여 항균 조성물을 제조하였다.
[실시예 5]
상기 제조예 1과 동일하게 표면 개질된 목분 및 아산화구리 입자를 준비하였다. 다음으로, PBMA 수지 100 중량부에 대하여, 상기 표면 개질된 목분 12 중량부, 아산화구리 입자 2.5 중량부, 아연피리치온 1 중량부, PEG(중량평균분자량 400 g/mol) 3 중량부, PETTA 10 중량부, CA 0.5 중량부 및 DMF 100 중량부를 혼합하여 항균 조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
상기 제조예 1과 동일하게 표면 개질된 목분을 준비하였다. 다음으로, PBMA 수지 100 중량부에 대하여, 상기 표면 개질된 목분 12 중량부 및 DMF 100 중량부를 혼합하여 항균 조성물을 제조하였다.
[비교예 2]
상기 제조예 1과 동일하게 표면 개질된 목분 및 아산화구리 입자를 준비하였다. 다음으로, PBMA 수지 100 중량부에 대하여, 상기 표면 개질된 목분 12 중량부, 아산화구리 입자 2.5 중량부 및 DMF 100 중량부를 혼합하여 항균 조성물을 제조하였다.
[비교예 3]
상기 제조예 1과 동일하게 표면 개질된 목분을 준비하였다. 다음으로, PBMA 수지 100 중량부에 대하여, 상기 표면 개질된 목분 12 중량부, 아연피리치온 1 중량부 및 DMF 100 중량부를 혼합하여 항균 조성물을 제조하였다.
[비교예 4]
상기 제조예 1과 달리 표면 개질되지 않은 목분을 사용한 것 외 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 진행하여 항균 조성물을 제조하였다.
[특성 평가]
1. 항균성 평가
KCL-FIR-1003:2018 방법으로 항균성을 실험하였다. 상세하게, 대장균 (Escherichia coli ATCC 8739) 3.7×105 CFU/㎖, 황색포도상구균(staphylococos aureus ATCC 6538P) 3.4×105 CFU/㎖의 초기농도로 접종하고, 37.0 ±0.2℃에서 24 시간 동안 방치한 후의 농도(A) 및 세균감소율(B)을 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다. 대조군으로는 무처리군을 준비하였다.
조성 (중량부) 대장균 황색포도상구균
PBMA 목분 Cu 2 O ZnPy 추가성분 A
(CFU/㎖) 		B
(%) 		A
(CFU/㎖) 		B
(%)
대조군 - - - - - 9.5 × 106 - 2.3 × 106 -
실시예 1 100 12 2.5 1 - 10 미만 99.999 10 미만 99.999
실시예 2 2.5 1 PEG 3 10 미만 99.999 10 미만 99.999
실시예 3 2.5 1 PETTA 10 10 미만 99.999 10 미만 99.999
실시예 4 2.5 1 CA 0.5 10 미만 99.999 10 미만 99.999
실시예 5 2.5 1 PEG 3
PETTA 10
CA 0.5		 10 미만 99.999 10 미만 99.999
비교예 1 - - - 4.2 × 106 - 1.0 × 106 -
비교예 2 2.5 - - 5.8 × 102 99.84 1.2 × 103 99.65
비교예 3 - 1 - 3.3 × 103 99.11 3.9 × 103 98.85
비교예 4 100 12
(미개질)		 2.5 1 - 10 미만 99.999 10 미만 99.999
상기 항균성 평가를 통해 본 발명에 따른 항균 조성물 및 이로 코팅된 목재의 우수한 항균성을 확인할 수 있었다. 반면, 아산화구리 또는 아연피리치온이 첨가되지 않은 경우, 항균 효과는 있었으나, 그 효과가 떨어졌다.
2. 코팅성 평가
1) 균일성: 상기 제조된 제조예 1 내지 5, 및 비교제조예 1 내지 3 각각의 항균 조성물을 목재 시편에 코팅하여 코팅막을 형성하고, 24 시간 방치한 후의 외관을 육안으로 평가하였다. 평가는 코팅막이 들뜨거나 오렌지필 현상이 심한 경우 불량(X), 코팅막에 약한 오렌지필 현상이 발생한 경우 보통(△), 외관이 양호한 경우 양호(○), 외관이 매끈하고 수려한 경우 우수(◎)로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
2) 접착성: 상기 제조된 제조예 1 내지 5, 및 비교제조예 1 내지 3 각각의 항균 조성물을 목재 시편에 코팅하여 코팅막을 형성하고, 24 시간 방치하였다. 코팅막을 커터를 사용하여 0.5 ㎝ 간격으로 종횡 각각 10개의 라인을 그어 100개의 정사각형 컷팅 라인을 긋는다. 컷팅 라인은 목재 시편에 도달할 수 있을 정도로 충분히 깊게 한다. 이후, 셀로판 테이프(NICHIBAN, 폭 24 ㎜)를 정사각형 컷팅 라인에 붙이고 완전히 밀착시킨 후, 순간적으로 떼어낸다. 이후, 코팅층 면에서 떼어진 정사각형 모눈의 수를 육안으로 세어 접착성을 평가하되, 70개 미만인 경우 불량(X), 70 이상 90개 미만 접착되어 있는 경우 보통(△), 90 이상 95개 미만 접착되어 있는 경우 양호(○), 95개 이상 접착되어 있는 경우 우수(◎)로 평가하였다.
조성 (중량부) 코팅성
PBMA 목분 Cu 2 O ZnPy 추가성분 균일성 접착성
실시예 1 100 12 2.5 1 - ○ ○
실시예 2 2.5 1 PEG 3 ◎ ○
실시예 3 2.5 1 PETTA 10 ○ ◎
실시예 4 2.5 1 CA 0.5 ◎ ○
실시예 5 2.5 1 PEG 3
PETTA 10
CA 0.5		 ◎ ◎
비교예 1 - - - ○ ○
비교예 2 2.5 - - ○ ○
비교예 3 - 1 - ○ ○
비교예 4 100 12
(미개질)		 2.5 1 - △ △
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 항균 조성물은 목재에 대한 코팅균일성 및 접착성이 우수하였다. 특히, 폴리에틸렌글리콜 또는 시트르산이 첨가된 실시예 2 및 4의 경우, 아연피리치온에 대한 용해도가 증가하여 코팅균일성이 더욱 향상되었으며, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트가 첨가된 실시예 3의 경우 접착성이 더욱 향상되었다.
한편, 표면을 개질하지 않은 목분을 그대로 첨가한 비교예 4의 경우, 목분과 베이스 수지(폴리벤질메타크릴레이트 수지) 간 상호결합성이 떨어져 코팅균일성 및 접착성이 모두 좋지 않았다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (11)

  1. 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 표면 개질된 셀룰로오스계 원료 5 내지 15 중량부, 금속산화물 입자 1 내지 3 중량부, 아연피리치온 0.5 내지 1.5 중량부, 및 유기용매 100 내지 150 중량부를 포함하며, 상기 금속산화물 입자는 산화구리(I)(Cu2O), 산화구리(II)(CuO) 또는 이들의 혼합물인 항균 조성물로 가공된 목재가구.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 표면 개질된 셀룰로오스계 원료는 실란계 커플링제에 셀룰로오스계 원료를 분산시킨 것인, 목재가구.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 금속산화물 입자는 평균 입자크기가 1 ㎚ 내지 50 ㎛인, 목재가구.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 항균 조성물은 중량평균분자량 200 내지 800 g/mol인 폴리에틸렌글리콜을 더 포함하는 것인, 목재가구.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 항균 조성물은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것인, 목재가구.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 항균 조성물은 다관능성 아크릴레이트계 단량체를 더 포함하는 것인, 목재가구.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 항균 조성물은 베이스 수지 100 중량부에 대하여 다관능성 아크릴레이트계 단량체 0.1 내지 20 중량부를 포함하는 것인, 목재가구.
  10. a) 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 표면 개질된 셀룰로오스계 원료 5 내지 15 중량부, 금속산화물 입자 1 내지 3 중량부, 아연피리치온 0.5 내지 1.5 중량부, 및 유기용매 100 내지 150 중량부를 포함하며, 상기 금속산화물 입자는 산화구리(I)(Cu2O), 산화구리(II)(CuO) 또는 이들의 혼합물인 항균 조성물을 제조하는 단계; 및
    b) 상기 항균 조성물로 목재를 가공하는 단계;
    를 포함하는 목재가구의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 목재는 샌드 블라스트 처리된 것인, 목재가구의 제조방법.
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