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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 이러한 은 나노입자를 기능성 부직포 제조에 적용하기 위해 폴리프로필렌 수지를 바탕으로 은 나노입자 함유 수지조성물로 제조하고, 멜트블로운 부직포 방사시 은 나노 수지 조성물을 비율적으로 투여하여, 극세섬유 내·외부 에 은 나노 입자를 분산시킴으로써 강력한 항균, 살균기능 및 방취기능의 특성을 갖는 기능성 부직포를 제조하였다.
- 본 연구에서는 은 나노 입자를 멜트블로운 부직 포 방사시 투여하여, 강력한 항균, 살균기능 및 방 취기능의 특성을 갖는 기능성 부직포 제조와 후 가공에 의한 제품개발 및 응용에 관한 연구를 수행하였다.
- 본 연구에서는 은 나노 입자를 포함한 멜트블로 운 기능성 부직포를 후 가공 공정에 의한 제품개 발 및 응용으로 수처리용 필터, 의료용 마스크필 터, 젖소유방의 위생증대 효과를 위한 위생티슈 및 수산물의 신선도를 높일 목적으로 제조된 위생용 패드를 제조하여 각각의 적용분야에서 항균성과 그 활용에 관한 기초연구를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 그리고 이와 같이 제조된 수지 조성물은 멜트블로운 부직포 제조과정에서 멜트블로운 부직포 방사시 2,000ppm 은 나노 수지조성물을 1wt%, 3wt%, 5wt%, 7wt%로 각각 나노실버 마스터배치에 의해 공급시켜 부직포 웹 20, 40, 60, 80gsm을 제조하 고, 적용분야에 따라 후 가공 공정에 의해 제조된 기능성 부직포를 실험에 사용하였다.
- 그리고 이와 같이 제조된 수지 조성물을 멜트블 로운 부직포 제조과정에서 멜트블로운 부직포 방사 시 1wt%, 3wt%, 5wt%, 7wt%로 각각 나노실버 마 스터배치에 의해 공급시켜 부직포의 웹을 제조하고 각각에 대한 항균성을 Fig. 3에서 평가하였다. 그림 에서 보인바와 같이 은 나노입자 수지조성물이 증 가함에 따라 황색포도상구균에 대한 항균성이 우수 함을 알 수 있었고, 특히 5wt%이상에서 거의 99.
- 실험은 한 지정목장에서 6두를 선정하여 대조군 3두와 처리군 3두를 배치 하였으며, 두당 3개 분방 우유를 각각 채취하여 실험하였다. 그리고 처리군은 착유시 은 나노 함유 부직포 위생물티슈를 시험기간 중 지속적으로 사용 하였고, 대조군은 해당농장의 관행적인 유방 처리 방법으로 사용하였다.
- 그리고, 공시균주 Staphylococcus aureus (ATCC 6538)와 Klebsiella pneumoniae (ATCC 4352)로 항균 효과를 평가하고, 후 가공에 의한 제품개발 및 응 용으로 수처리필터, 의료용 마스크필터, 젖소유방 의 위생증대 효과를 위한 위생티슈 및 수산물의 신선도를 높일 목적으로 제조된 위생용 패드를 제조하여 각각의 적용분야에서 요구되는 항균특성을 평가하고, 제품활용에 대한 가능성을 검토하였다.
- 멜트블로운 방식에 의하여 제조된 부직포 웹의 파이버 직경과 공극의 크기는 방사노즐과 수집체 스크린사이의 방사거리(DCD), 방사압력, 방사온도 그리고 수집체 스크린의 이송속도 등의 멜트블로운 장치의 운전변수에 매우 민감하게 의존함으로, 본 연구에서는 Table 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 방사하여 부직포 웹을 제조하였다.
- 멜트블로운 방식에 의하여 제조된 은 나노 함유 의료용 마스크필터의 포집효율 및 압력손실은 여과재 성능시험기(Filter Certificater, TSI Model 8130) 를 사용하여 평가하였고, 수처리용 필터의 공극크 기, 분포 및 압력은 포아사이즈 측정기(Permporormeter, PMI사, USA)를 사용하여 평가하였다.
- 무균시험관(Cornical, 50ml)에 채취된 유즙시료는 냉장보관하여 실험실로 운반한 후 48시간이내에 검 사하였고, 유즙 중 체세포수의 산정은 자동유즙체 세포측정기(Combi-foss, Fossmatic-5000, Germany) 에 따라 수행하였으며, 세균수(cfu/ml)는 BactoScan 800(Foss, Germany)를 이용하여 산정하였다.
- 시험에 사용한 공시균주는 Staphylococcus aureus (ATCC 6538), Klebsiella pneumoniae (ATCC 4352), Escherichia coli (ATCC8739)이며, 35±1℃, RH 90±5 %에서 24시간 정치배양 후 세균수의 변화를 측정 하여 정균감소율(%)로 항균효과를 평가 하였다(KSK ISO 20645).
- 은 나노 수지 조성물은 은의 항균효과를 획기적으로 향상시키기 위해 AgNO3를 초기원료로 사용하여 고순도의 은 나노수지를 생산할 수 있도록 기존 멜트블로운 폴리프로필렌 수지를 바탕으로 국내 U사에 의뢰하여 은 나노 2,000ppm 함유 수지 조성물을 제조하여 사용하였다. 실험에 사용된 폴리 프로필렌은 2,5-dimethyl-2,5-di-(tertbutylperoxy)-hexane을 사용하여 용융 유량(MFR : melt flow rate)이 1,200으로 조절된 초고유동성 isotatic 폴리프로필렌 수지를 사용하였고, 또한 수지 조성물 제조에 사용된 은 나노의 입자 평균크기는 약 10∼50nm로 조절하였고, 순도는 99.
- 그림에서 알 수 있는 바와 같이 제조된 고순도 은 나노 입자는 약 10∼50nm의 균일한 입자크기를 가지고 있다. 이러한 입자 분포 를 갖는 은 나노 입자를 이용하여 기존 폴리프로 필렌 수지(A)에 2,000ppm을 적량적으로 함침 분산 시켜 은 나노 함유 멜트블로운용 폴리프로필렌 수지조성물(B)을 Fig. 2와 같이 제조하였다.
- 이와 같이 제조된 부직포 웹을 후가공 공정에 의해 수처리용 마이크로 필터, 의료용 마스크 필터, 목장용 습윤티슈 및 수산물용 위생 패드를 제조하여 현장적용 시험을 수행하였다.
- 일반적으로 우유는 원유의 성분 또는 위생 상태에 따라 등급을 설정 하여 유대를 지급하고 있으며, 우유의 등급 판정에 서는 체세포와 세균수를 기준으로 하고 있다. 착유 전 Fig. 8과 같이 사용한 후 유즙내 체세포수와 세 균수 변동을 관찰 하였다. 실험은 한 지정목장에서 6두를 선정하여 대조군 3두와 처리군 3두를 배치 하였으며, 두당 3개 분방 우유를 각각 채취하여 실험하였다.
대상 데이터
- 5의 (A)는 은 나노함유 부직포웹을 수처리 용 여과재로 사용하기 위해 캘린더 롤러를 이용한 후 가공공정을 보이고 있다. 그림에서 상하 캘린더 롤러의 온도(상 : 80℃, 하 : 60℃)와 압력(4kg/cm2 ) 을 최적화하여 수처리용 여과재를 제조하였다. 본 연구에서 제조된 수처리용 여과재는 포아사이즈 측 정기에 의한 기공크기 측정결과 1-10㎛범위의 균일 한 공극을 갖는 여과재임을 알 수 있었다.
- 본 연구를 위한 멜트블로운 제조장치는 Melt-Blown System(JM Labs., USA)을 사용하였고, Table 1과 같은 운전 조건에 의해 멜트블로운 부직포를 제조 하였다. 멜트블로운 부직포 제조 장치의 작동 원리는 부직포의 원료인 폴리프로필렌 수지(polypropylene resin)와 은 나노 수지조성물 마스터배치에 의해 정 량화하여 공급하고, 이것을 용융시켜 충분히 혼합을 한 후, T-다이에 부착된 방사노즐을 통해 시트상으로 부직포 웹을 형성하는 것이다.
- 실험에 사용된 폴리 프로필렌은 2,5-dimethyl-2,5-di-(tertbutylperoxy)-hexane을 사용하여 용융 유량(MFR : melt flow rate)이 1,200으로 조절된 초고유동성 isotatic 폴리프로필렌 수지를 사용하였고, 또한 수지 조성물 제조에 사용된 은 나노의 입자 평균크기는 약 10∼50nm로 조절하였고, 순도는 99.9%였다.
- 8과 같이 사용한 후 유즙내 체세포수와 세 균수 변동을 관찰 하였다. 실험은 한 지정목장에서 6두를 선정하여 대조군 3두와 처리군 3두를 배치 하였으며, 두당 3개 분방 우유를 각각 채취하여 실험하였다. 그리고 처리군은 착유시 은 나노 함유 부직포 위생물티슈를 시험기간 중 지속적으로 사용 하였고, 대조군은 해당농장의 관행적인 유방 처리 방법으로 사용하였다.
성능/효과
- 2,000ppm 나노실버수지조성물 5wt%로 제조된 부직포에 배양된 박테리아수의 변화를 Table 2에서 보면 황색포도상구균과 폐렴간균에 대한 세균 감소 율의 특성이 높게 나타남으로써, 은 나노 입자가 함 유된 극세섬유 부직포의 항균효과가 매우 우수함을 확인할 수 있었다. 이는 기존 용액상태에서만 존재 할 수 있는 은 이온은 응용하는데 많은 제한이 있 으므로, 최근에는 고체상태로 사용이 가능한 나노 사이즈 은 입자를 이용한 제품개발 및 항균성 연 구가 매우 효과적이라는 것을 보여주고 있다.
- 3에서 평가하였다. 그림 에서 보인바와 같이 은 나노입자 수지조성물이 증 가함에 따라 황색포도상구균에 대한 항균성이 우수 함을 알 수 있었고, 특히 5wt%이상에서 거의 99.9% 의 항균성을 확인할 수 있었다.
- 7m/sec의 조건으로 여과재 성능 시험기(Filter certificator, TSI Model 8130)에 의해 5회 측정한 평균치의 비교 결과를 나타내고 있다. 그림에서 보인바와 같이 은 나노 함유 부직포 웹 형성조건의 중량이 증가함에 따라 기존 부직포 의 웹과 같이 모두 포집효율과 압력손실이 증가함 을 확인 할 수 있었다.
- 그림에서 알 수 있는바와 같이 은 나노 함유부직포 위생물티슈를 7주간 사용한 젖 소의 유즙내 체세포수와 세균수 변동은 처리군과 대조군 간의 평균 체세포수와 세균수 변동률에 약 간의 차이가 있었으나 전반적으로 대조군에 비해 처리군에서 세균수가 감소하는 경향을 관찰할 수 있었다.
- 그림에서 상하 캘린더 롤러의 온도(상 : 80℃, 하 : 60℃)와 압력(4kg/cm2 ) 을 최적화하여 수처리용 여과재를 제조하였다. 본 연구에서 제조된 수처리용 여과재는 포아사이즈 측 정기에 의한 기공크기 측정결과 1-10㎛범위의 균일 한 공극을 갖는 여과재임을 알 수 있었다. 그리고 Fig.
- 시험에 사용한 공시균주는 Escherichia coli(ATCC8739)와 Staphylococcus aureus(ATCC 6538)를 사용하였고, 35±1℃, RH 90±5%에서 24시간 정치배양 후 세균 수의 변화를 측정하여 감소율(%)로 비교 평가한 결과 99.9%의 항균력을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 그림에서 보인바와 같이 부직포는 일정한 공극을 가지면서 섬유 간 자기접 착으로 형성된 웹상태의 구조를 확인할 수 있었다. 따라서 이와 같은 웹상태의 구조는 멜트블로운 방 사조건에 따라 여러 형태의 구조와 물성이 가능하 므로 후 가공 공정을 통해 다양한 용도전개가 가능할 것으로 판단된다.
- 이는 기존 용액상태에서만 존재 할 수 있는 은 이온은 응용하는데 많은 제한이 있 으므로, 최근에는 고체상태로 사용이 가능한 나노 사이즈 은 입자를 이용한 제품개발 및 항균성 연 구가 매우 효과적이라는 것을 보여주고 있다. 따라서 후 가공 공정에 의한 제품 개발로 응용범위가 더욱 확대되리라 기대할 수 있었다.
- 이는 은 나노분체를 제조할 수 있는 기술이 가 능해져 은 입자의 표면적을 획기적으로 증가시킴으 로써 미량으로도 항균효과가 우수하여 항균기능을 갖는 부직포 제조가 가능하고 또한 항균특성이 요 구되는 다양한 위생제품에 확대 응용할 수 있는 가능성을 확인하였다.
- 9%의 항균력을 확인할 수 있었다. 이러한 일련의 결과들은 향후 은 나노 함유부직포의 용도 범위 확대에 있어서 후 가공 공정변화에 따라 다 양한 적용분야로의 학술적인 기초연구로써 응용이 크게 기대되고 또한 유용하게 사용될 수 있을 것 이라 사료된다.
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