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문제 정의
- 본 연구에서는 기존 PVC상재에 사용되는 용제형 광경화 도료를 대체하고, 바닥재로 많이 사용되는 PVC Tile의 오염을 방지하기 위한 내오염 및 대전 기능을 개선할 수 있는 내오염(Anti-stain)기능과 미생물의 서식이나 증식을 억제하여 전염성질환을 예방할 수 있는 항균(Anti-virus)기능을 지닌 복합기능성(내오염/항균) 광경화형 수성도료에 대한 연구를 진행 하였다.
제안 방법
- PVC Tile의 내오염성 및 항균성을 증가시키기 위해 일반 UV코팅액(국산, (주)유진텍21)에 4가 암모늄을 사용한 수용성 대전방지제 UJ-AS2006(국산, (주)유진텍21)을 수지의 양 대비 5%, 10%, 15% 함량으로 조절하여 첨가하였다.
- PVC Tile의 알맞은 복합기능(내오염/항균) 코팅의 조건을 찾기 위하여 수용성대전방지제와 항균제의 함량을 조절하여 복합기능성 코팅액을 제조하였다. 대전방지제와 항균제의 함량에 따른 분류는 표 4에 나타내었다.
- UV코팅액과 수용성 대전방지제를 배합하기 위해 고속 배합기를 사용하여 1000rpm으로 30분간 배합하여 내오염 코팅액을 제조하였다. 제조한 내오염 코팅액에 항균성을 증가시키기 위해 항균제 NAG- M1000(국산, 나노솔루션)을 1% 첨가하여 고속배합기를 사용하여 1000rpm으로 30분간 배합하여 복합기능성 내오염/항균 코팅액을 제조하였다.
- 5m/min, 경화횟수 1회로 동일한 조건에서 경화하였다. 그 후 내오염성, 항균성, 부착력, 코팅두께의 물성평가 테스트를 진행하였다. 코팅액 제조방법 및 코팅 조건은 그림 1과 같다.
- 그리고 먼지부착 Test는 입자 밀도가 낮은 담뱃재를 이용하여 PVC Tile 표면에 정전기를 발생시킨 후 담뱃재의 부착 유·무(Fail/Pass)로 평가 하였다.
- 기존의 우레탄-아크릴 수지에 내오염/항균성을 증가시키기 위하여 수용성 대전방지제(UJ-AS2006)와 항균제(NAG-M1000)를 첨가하여 PVC Tile에 코팅한 후 그 물성을 관찰하였다.
- 내오염성 평가 중 매직 Test는 코팅 표면에 유성매직으로 표시 후 Ethanol로 제거하였을 때 코팅층 표면에 남아있는 유성 매직 표시의 유·무(Fail/Pass) 관찰로 평가하였다.
- 부착력 평가는 ASTM D 3359에 근거하여 코팅층 표면에 1mm간격으로 칼집을 내어 100개의 정방형을 만들고 그 위에 테이프(3M Tape)를 잘 밀착시킨 후 일정한 힘으로 수회 떼어내어 코팅층과 기재와의 밀착정도를 관찰하였다. 코팅층의 박리정도에 따라 박리가 없다면 5B, 5%미만의 박리현상은 4B, 5～15%는 3B, 15～35%는 2B, 35～65%는 1B, 65%초과는 0B로 평가하였다.
- 환경에 대한 문제가 국제적 관심사로 부상하면서 쾌적한 생활을 누리고 싶어하는 인간의 욕구가 반영되어 ‘친환경’ 거주환경이라는 개념이 도입되었다. 이로 인해 코팅층 표면에 접착된 오염물이 쉽게 제거될 수 있으며 새집증후군과 같은 건물증후군으로부터 보호할 수 있는 특수 기능을 부여한 제품으로 코팅함으로써 환경 친화적이며 내오염/항균성 복합기능 코팅액을 제조하였다.
- UV코팅액과 수용성 대전방지제를 배합하기 위해 고속 배합기를 사용하여 1000rpm으로 30분간 배합하여 내오염 코팅액을 제조하였다. 제조한 내오염 코팅액에 항균성을 증가시키기 위해 항균제 NAG- M1000(국산, 나노솔루션)을 1% 첨가하여 고속배합기를 사용하여 1000rpm으로 30분간 배합하여 복합기능성 내오염/항균 코팅액을 제조하였다. 일반 UV코팅액의 조성과 대전방지제 및 항균제의 특성은 표1, 표2에 나타내었다.
- 일반 UV코팅액의 조성과 대전방지제 및 항균제의 특성은 표1, 표2에 나타내었다. 첨가제 중 수지와 수용성대전방지제의 혼합을 위하여 가용화제를 첨가하였다.
데이터처리
- 코팅두께의 측정은 초음파 multi-layer 코팅 두께 측정기(미국, Defelsko, positector® 100)로 5회 측정 후 평균값으로 평가하였다.
이론/모형
- 코팅된 PVC Tile의 전기저항성 평가는 절연저항측정기(일본, HIOKI사)로 JIS K6911에 기준하여 PVC Tile 표면의 표면 저항 및 체적 저항 정도에 따라 평가하였다. 전기저항성 측정은 습도 35～45%내에서 측정하였다.
- 항균성 평가는 JIS Z 2801에 준용하여 황색포도상구균인 Staphylococcus aureus(ATCC 6538P)와 대장균인 Escherichia coli(ATCC 8739)를 이용하여 시험균액을 35±1℃, RH 90±5%에서 24시간 정치 배양 후 균수 측정 방법으로 (주)바이오테카에 의뢰하여 항균성을 측정하였다.
성능/효과
- 대장균 Escherichia coli의 코팅층 물성평가 결과 항균가공시료의 24시간 배양 후 생균수의 평균치는 8.3 × 106에서 10미만으로, 항균활성치는 0.2에서 6.1로, 감소율은 31.2%에서 99.9%로 항균제를 첨가하지 않았을 때보다 좋은 물성을 보였다.
- 대전방지제와 항균제 1%를 첨가한 코팅층은 모두 6.1의 항균활성치와 99.9%의 항균력을 보였다.
- 9%, 부착력 100%로 가장 좋은 물성을 보였다. 따라서 대전방지제의 함량이 높을수록 내오염성이 우수하며 1%의 항균제 첨가로 우수한 항균력을 얻은 것으로 판단된다.
- 부착력은 ASTM D 3359 부착력 평가에 따라 모든 코팅층에서 최상등급인 5B로 박리현상이 보이지 않았으며 대전방지제 함량변화에도 모두 우수하였다.
- 수지에 수용성 대전방지제(UJ-AS2006)를 혼합하지 않은 코팅층의 전기저항성은 1013Ω/㎠, 대전방지제와 항균제를 첨가한 코팅층의 전기저항성은 109～1010Ω/㎠으로 측정되었고 매직오염도와 먼지부착 Test는 대전방지제의 함량이 증가할수록 코팅층 표면에 남아있는 매직과 담뱃재의 양이 적어지는 결과를 얻었다. 항균성은 항균제를 1%로 첨가 시 황색포도상구균과 대장균에 대해 모든 코팅층에서 99.
- 연구결과, 우레탄-아크릴 수지에 수용성 대전방지제(UJ-AS2006) 15%와 항균제 1%를 혼합하여 제조한 코팅액을 Bar-coater No.12(27.43㎛)로 코팅한 PVC바닥상재가 전기저항성 3.08×109Ω/㎠, 내오염성(매직오염도, 먼지부착 Test) 양호, 항균력 99.9%, 부착력 100%로 가장 좋은 물성을 보였다.
- 매직과 먼지부착 Test는 A-1, 2, 3 코팅층에서는 매직과 담뱃재가 코팅 표면에 남는 좋지 못한 결과가 나왔으나 A-4에서는 양호한 결과가 측정되었다. 코팅 두께에 따른 내오염 코팅층 물성은 차이를 보이지 않았으나 대전방지제의 함량이 많아질수록 전기저항성 및 내오염성에서 우수한 것을 알 수 있었다.
- Ω/㎠으로 측정되었고 매직오염도와 먼지부착 Test는 대전방지제의 함량이 증가할수록 코팅층 표면에 남아있는 매직과 담뱃재의 양이 적어지는 결과를 얻었다. 항균성은 항균제를 1%로 첨가 시 황색포도상구균과 대장균에 대해 모든 코팅층에서 99.9%의 항균력을 얻을 수 있었다. 부착력은 모든 코팅층에서 박리현상이 보이지 않는 5B로 우수한 결과를 나타냈다.
- 항균제를 1% 첨가한 코팅층 물성평가 결과 황색포도상구균 Staphylococcus aureus의 항균가공시료의 24시간 배양 후 생균수의 평균치는 8.2 × 106에서 10미만의 수로, 항균활성치는 0.1에서 6.0으로, 감소율은 25.1%에서 99.9%로 항균제를 첨가 시 첨가하지 않은 코팅층보다 좋은 항균 물성을 보였다.
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