KR100599532B1 - 항균, 살균 및 냄새제거 기능을 갖는 금속의 나노입자를 이용한 고농도 플라스틱 마스터뱃치 칩의 제조 및 그 성형품 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백금(Pt), 금(Au), 이산화티타늄(TiO₂), 은(Ag) 등의 금속의 나노입자를 일정 비율로 플라스틱 제품의 원료인 열가소성 및 열경화성 플라스틱 레진(Resign)에 혼합하여 M/B Chip(마스터베치 칩 : Master-Batch Chip)로 가공 후 이를 다시 사용할 원재료와 일정한 비율로 혼합하여 성형을 함으로써, 플라스틱제품의 소재 및 표면에서 항균력, 살균력과 냄새제거의 효과를 동시에 나타낼 수 있는 M/B(마스타베치)원료의 제조 및 그 성형품 제조방법에 관한 것이다.

Description

항균, 살균 및 냄새제거 기능을 갖는 금속의 나노입자를 이용한 고농도 플라스틱 마스터뱃치 칩의 제조 및 그 성형품 제조방법{Manufacture of high concentration plastic masterbatch chip and the mouldings manufacture method use of metallic nano particle that have antibiotic, sterilization and smell exclusion function}

도 1 내지 도 1c은 본 발명상의 콜로이달 상태의 백금(Pt) 나노입자가 5분내에 포름알레히드(도 1), 암모니아(도 1a), 톨루엔(도 1b), 벤젠(도 1c)을 각각 90% 이상 제거하는 것을 나타낸 시간경과에 따른 농도 곡선도.

도 2는 본 발명상의 이산화티타늄(TiO₂)이 유니블루A염료를 1시간내에 90% 이상 분해하는 것을 나타낸 시간경과에 따른 농도 곡선도.

도 3은 본 발명상의 은(Ag)의 나노화된 사진 및 분포도.

도 4는 본 발명상의 이산화티타늄과 은이 서로 혼합물 형태로 되거나 또는 이산화티타늄 표면에 나노화된 은 입자가 코팅된 상태의 사진을 나타낸 것이다.

본 발명은 항균, 살균 및 냄새 제거기능을 갖는 백금(Pt), 은(Ag), 이산화티 타늄(TiO₂) 등의 금속의 나노 입자 또는 이들 복합 금속 나노입자를 플라스틱 원료 소재에 혼합하여 고농도 플라스틱 마스터배치 칩(MasterBatch Chip)의 제조 및 그 성형품 제조방법에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 백금(Pt), 금(Au), 이산화티타늄(TiO₂), 은(Ag) 등의 금속의 나노입자를 일정 비율로 플라스틱 제품의 원료인 열가소성 및 열경화성 수지에 혼합하여 M/B Chip(마스터베치 칩 : Master-Batch Chip)로 가공 후 이를 다시 사용할 원재료와 일정한 비율로 혼합하여 성형을 함으로써, 플라스틱제품의 소재 및 표면에서 항균력, 살균력과 냄새제거의 효과를 동시에 나타낼 수 있는 M/B(마스타베치)칩원료의 가공과 플라스틱 성형품의 제조방법에 관한 것이다.

통상 식품을 가공하고 저장하며 위생적으로 처리할 수 있는 플라스틱 소재의 녹즙기(綠汁機)나 착즙기(搾汁機), 믹서기(Mixer), 쥬스 농축기 등 각종의 플라스틱소재로 구성된 식품 가공기나 용기는 기존에는 일반 항균제를 적용하여 항균력을 부여하는 수준이었으나, 특히 녹즙기나 쥬스 농축기 등의 식품 가공기는 녹즙가공, 마늘다지기, 각종 과일 분쇄 및 압착 등의 다양한 식품 재료와 가공을 동일한 식품 가공기에서 다목적으로 같은 가공기에서 가공하므로 마늘냄새가 가공라인의 스크류 등에 베어있을 수도 있고, 각종의 과일 쥬스나 녹즙의 고유 향이 가공라인에 남아 있다가 서로 다른 냄새가 혼합되므로 가공품인 녹즙에서 파인애플향이 섞여있을 수 있고, 심지어 고추를 분쇄가공 후에 녹즙을 가공 시에는 매운 고추의 맛이 녹즙에 베어 있는 등의 문제가 있었으나, 종전에는 이를 해결할 이렇다 할 기술이나 방법 이 별로 없었다.

일반적으로 기능성 플라스틱 소재를 개발하는 관점에서는, 일반적으로 플라스틱에 첨가되는 첨가제는 그 크기가 마이크로미터 이상을 사용하여 왔었으며, 최근 들어서야 나노입자를 프라스틱에 적용하기 시작하고 있는 바, 대부분은 나노실버를 플라스틱에 단순 혼합하여 항균력을 부여하는 기술로 일반 첨가제를 혼합 사용하는 공법과 동일하게 되어 있는 실정이다. 그러나 나노실버만으로는 항균 및 살균력과 세균성 냄새를 제거하는 기능에 그치고 있으며, 음식 재료 고유의 유기물에 의한 냄새가 플라스틱표면의 공극(空隙)에 스며들어가 있을 경우 이를 제거하지 못하는 단점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명은 녹즙기, 착즙기, 쥬스농축기, 믹서기 등 플라스틱소재로 구성된 식품 가공기나 플라스틱 식품 용기에 강력한 항균력 및 살균력을 기본적으로 부여함은 물론 플라스틱의 공극에 스며들어 있는 유기물을 분해하고 냄새를 제거함으로써 식품가공기의 가공 라인인 플라스틱 표면 접촉부위의 위생성을 높이고 식품의 맛과 냄새를 보존함으로써 식품가공기를 보다 효율적이고 다목적으로 사용하기 위한 것으로 금속의 나노입자를 사용하여 플라스틱 소재에서 항균, 살균 및 냄새제거 기능을 나타낼 수 있도록 하며, 각각의 기능을 원하는 정도에 따라 금속의 나노입자와 플라스틱 소재를 공정에 맞게 적정한 비율로 혼합 가공 및 성형하는 기술로서, 그 가공 공정 중 각각의 금속의 나노입자가 입성장을 하지 않고 효율 적으로 분산되어 플라스틱 소재에 안정화를 취할 수 있도록 가공하는 기술과, 그 가공 공정에서 각각 소재의 효과적인 혼합비율을 찾고, 혼합 가공하는 공정 시간의 기준을 설정하는 데에 그 기술적 과제가 있다 할 것이다.

일반적으로 플라스틱에 첨가되는 첨가제는 내구성, 내강도성, 내마찰성, 내마모성 등 단순 기능을 부여하는 첨가제를 단순 혼합 공정으로 사용하여 왔었으며, 최근에 은나노(나노실버)를 항균 목적으로 플라스틱에 혼합하여 성형을 하고 있는 수준이다. 그러나 이들은 플라스틱의소재 물성에 영향을 주는 첨가제를 혼합하여 기능을 추가하는 정도이고 추가적인 기능을 부여하는 것은 그나마 나노실버를 혼합하여 항균력을 부여하는 정도의 수준이다.

통상 사용하는 금속의 나노입자로서는 백금(Pt), 금(Au), 이산화티타늄(TiO₂), 은(Ag) 등을 사용한다. 이들의 금속의 나노입자가 분말상태 또는 각각 콜로이드상태의 평형을 유지한 상태에서 각각의 플라스틱에 혼합되는 공정과, 각각의 금속의 나노입자가 최적의 비율로 혼합되어 항균, 살균, 냄새제거의 기능을 빠르고도 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 기술이 중요하다.

여기에서, 나노입자의 크기는 통상 50nm 이하의 것을 사용하는 것으로 족하나 나노입자의 안정성과 상용성 그리고 항균 및 살균력, 냄새제거능력을 향상시키기 위할 때에는 10nm 이하의 나노입자를 사용한다.

본 발명에서 플라스틱 소재 식품가공기나, 플라스틱용기에 혼합하여 사용하는 금속의 나노 입자는 통상 크기 50nm 이하의 것으로 다음과 같다.

백금(PT), 금(Au), 이산화티타늄(TiO₂), 은(Ag) ,코발트(Co) 및 몰리브덴(Mo), 산화알루미늄(Al₂O₃)

또한, 적용대상 플라스틱 소재는 다음과 같다.

열가소성플라스틱으로서 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE),에비에스(ABS), 산(SAN), 폴리카보네이트(PC), 피에스(HIPS, GPPS), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에스테르(PET), 케이레진(K-Resin) 등 내구성 또는 투명성이 있는 플라스틱 소재이다.

다음 열경화성 수지로서 페놀(PF), 우레아(UF), 멜라민(MF), 불포화폴리에스터(UP), 디아릴프탈레이트(DAP), 폴리우레탄(PUR) 등의 플라스틱 소재를 들수 있다.

한편, 본 발명에서 금속의 나노 입자는 다음의 구성으로 한다.

백금(Pt)

백금(Pt)은 10nm 이하의 콜로이달 상태로 되어 있으며, 기본적으로 나노화된 입자 표면의 에너지 값이 높아 화학적인 냄새의 분해 기능이 뛰어나다. 그 시험 성적은 “도 1”의 그라프에서 보는 바와 같이 5분 이내에 포름알데히드나 암모니아 가스를 각각 94%, 95% 이상 제거한다.

금(Au)

금(Au)은 5nm 이하로 나노입자가 작아질 경우 뛰어난 항균 및 살균력을 발휘하며 특히 콜로이달 상태에서 백금과 결합하여 뛰어난 안정성을 유지한다.

이산화티타늄(TiO ₂ )

이산화티타늄(TiO₂)은 자외선(Ultraviolet Rays)을 받아 유기물을 분해하는 능력이 탁월한 것으로 알려져 있다.

통상적으로는 50nm 이하인 아나타제형의 이산화티타늄을 사용하면 일반적인 효과를 얻을 수 있다. 유기물의 분해 효율을 높이기 위하여는 “도 2”의 그라프에서 보는 바와 같이 "유니블루A" 염료를 1시간 이내에 90% 이상 분해하는 성능을 갖고 있는 10nm 이하의 입자 크기를 사용한다.

은(Ag)

은(Ag)은 그 입자 크기를 통상 50nm 이하인 나노실버를 사용하면 된다. 사용하는 나노실버는 계면활성제를 수용체로 하여 제조된 나노실버, 실리카나 지올라이트를 담체로 한 나노실버, 폴리머를 근저로한 나노실버, 휘은석을 정제한 나노실버를 특정화하지 않고 모두 선택적으로 사용할 수 있다. 항균 및 살균력을 증대하기위하여서는 2nm 정도의 나노실버를 사용할 수 있다. “도 3”은 평균 7nm 정도의 나노입자를 갖는 나노실버의 사진 및 분포도이다.

코발트(Co)

코발트(Co) 및 몰리브덴(Mo)은 질소 화합물의 분해 능력이 있어 이를 콜로이드 상으로 결합하여 사용한다. 그 크기는 역시 10nm 정도의 나노입자를 사용하나 50nm 정도도 가능하다.

위 성분 중 백금(Pt)과 금(Au), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo)는 1액형의 콜로이드 상태로도 사용할 수 있고, 각각의 콜로이드 상으로도 사용할 수 있다.

위 성분 중 이산화티타늄(TiO₂)과 은(Ag)은 “도 4”의 사진에서 보는 바와 같이 서로 혼합물의 형태나 또는 이산화티타늄 표면에 나노화된 은 입자가 코팅된 상태의 이산화티타늄을 사용할 수도 있다. 이 경우 이산화티타늄(TiO₂)이 필요로 하는 자외선을 나노실버가 표면에서 흡수하여 이산화티타늄(TiO₂)에 높은 효율로 전달하기에 유기물의 분해력을 상승시킬 수 있다.

이상의 금속의 나노입자를 각각 개별적인 독립된 물질을 일정 비율로 혼합하여 사용할 수도 있으나, 각각의 금속을 고온(약1,300℃)에서 소성하여 금속의 결정을 변화시켜 결합되는 페롭스카이트형의 복합 금속 나노입자를 사용하면 살균력 및 냄새제거 효율을 더욱 높일 수 있다. 백금(Pt)과 이산화티타늄(TiO₂)의 복합금속화합물인 페롭스카이트형 나노입자를 사용시 흡수에너지 효율이 23%이상 증대(기존 효율의 5배)되는 결과(영국학회지 “Chemical Communication, 1999년 게재, 포항공과대 이재성교수”, 미국 화학회 발간 “Chemical & Engineering NEWS : C & EN 에 논문발표 , 1999. 6.28, 포항공과대학교 이재성교수” )가 이를 입증한 바 있다.

한편, 금속의 나노입자를 효율적으로 사용할 수 있는 비율은 다음과 같다.

일반적으로 사용하는 농도 비율에서 특히 살균력을 증대하기 위하여서는 금(Au)과 은(Ag)의 나노 입자 사용량을 금(Au)은 0.0003wt%에서 0.0005wt%(3ppm- 5ppm)로, 은(Ag)는 0.0030wt%-0.0100wt%(30ppm-100ppm)으로 그 사용량을 높이면 기대효과를 얻을 수 있다. 이는 나노화된 금과 은의 살균력이 뛰어나기에 특히 은(Ag)을 50ppm-100ppm 정도로 사용할 때 항곰팡이성을 나타낼 정도로 강력한 살균력을 유지할 수 있다.

냄새제거 효율을 높이기 위하여는 상대적으로 백금(Pt)과 이산화티타늄(TiO₂)의 사용함량을 높인다. 그 사용 농도는 백금은 0.0005wt%-0.0010wt%(5ppm-10ppm), 이산화티타늄(TiO₂)은 0.0020wt%-0.0040wt%(20ppm-40ppm)정도로 상향 조정하여 사용하면 냄새 제거 효율 및 유기물 분해 효율을 높일 수 있다.

특히 질소 화합물의 냄새 제거를 위하여 코발트(Co)와 몰리브덴(Mo) 사용함량을 0.0005wt%-0.0015wt%(5ppm-15ppm) 농도로 상향하여 사용하면 질소화합물의 냄새제거 효율을 일층 더 높일 수 있게 된다.

위 사용 비율들을 표로 정리하여 나타내면 표 1 ~ 표 3과 같다.

표 1-일반적인 최종 플라스틱 제품에 사용되는 비율

표 2-살균력의 증대를 위한 최종 사용비율

표 3-냄새제거 효율을 높이기 위한 최종 사용비율

표 4-페롭스카이트형 복합 금속나노입자 사용시 일반적인 최종 플라스틱 제품에 사용되는 비율

* 이 경우 Pt-TiO₂, Pt-Au, Al₂O₃-TiO₂가 주요 성분으로 복합 금속결 합을 이룬 제품을 사용한다. 그 주요 구성비는 4(Pt-TiO₂):2(Pt-Au):4(Al₂O₃-TiO ₂)정도로 한다.

상술한 금속의 나노입자를 플라스틱에 가공하는 단계별 공정을 다음에 설명한다.

먼저 제1단계로서 상술한 금속의 나노 입자(백금, 금, 이산화티타늄, 은, 코발트, 몰리브덴)를 각각 별도로 혼합하여 사용할 수도 있으나, 가공 공정의 안정성과 효율을 위하여 백금(Pt), 금(Au), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo)의 나노입자를 1액형의 콜로이드 상으로 제조하여 이를 사용하고자 하는 플라스틱 원료(Law Material)에 먼저 원하는 농도로 혼합한다.

그 다음으로 콜로이드 상의 이산화티타늄(TiO₂)과 은(Ag)을 역시 혼합하여 건조한다. 혼합 공정은 원통형의 믹서기나 교반기에서 골고루 혼합이 될 수 있도록 약 3분에서 10분 정도면 된다.

혼합될 플라스틱 원료는 50Kg에서 200Kg 단위로 하여 함께 혼련 한다. 골고루 분산되어 혼합된 금속의 나노입자는 건조의 공정을 필요로 하며 이는 수지의 특성을 고려하여 건조 온도와 건조 시간을 결정하여 실시를 한다.

제2단계에서 금속의 나노입자와 혼합되어 건조된 플라스틱 원료를 마스터베치용 압출기(Extruder for Masterbatch Chip)에 일정 온도와 압력으로 용융 압출(extruding)한다. 이 때의 온도와 압력 등의 기술적인 기준치는 사용하는 플라스틱 원료의 용융점(Melting Index)를 참조하여 압출하면 족하다.

제3단계는 금속의 나노입자가 혼합되어 용융압출된 플라스틱 원료를 냉각하고 냉각된 혼합물 플라스틱을 압출 후의 수냉식 건조 후 회전칼로 컷팅(Cutting)하여 이를 건조하면 원하는 농도의 마스터베치 칩(Chip)을 생산할 수 있다.

특히 주의를 요하는 것은 제1단계에서 금속의 나노입자와 플라스틱원료를 혼합할 때 플라스틱 표면에 부착된 금속의 나노 입자가 떨어져 나가지 않도록 적정한 시간으로 혼합 교반해야 한다. 이 때 지나치게 믹서기에서 혼합시간을 길게 하면 플라스틱의 표면이 깨어져나가면서 분진가루가 발생하게 되고 금속의 나노입자도 함께 떨어져 나가버린다.

이에 대한 적정한 기술적인 자료는 금속의 나노입자가 에탄올 용매일 경우 통상 폴리카보네이트(PC)수지를 기준으로 하면 다음과 같다. 물론 계절적인 평균 온도와 습도는 통상의 연평균 기준치를 기준으로 한다.

이때 들수 있는 매우 중요한 기준으로는 용매인 에탄올의 휘발정도이다. 금속의 나노 입자와 플라스틱원료가 혼합되어 교반 시에 처음에는 플라스틱의 표면에 금속의 나노 입자가 붙게 되나 용매인 에탄올이 휘발될 때 까지만 교반하면 되고, 에탄올이 휘발된 후에 계속 교반할 때에는 플라스틱의 표면이 플라스틱 원료 간의 마찰에 의하여 깨어지면서 플라스틱 표면에 붙어 있던 금속의 나노입자도 떨어져 나가게 된다.

이렇게 떨어져 나간 금속의 나노 입자를 플라스틱 원료와 함께 압출하게 될 경우 검은 반점의 발생과 투명도 떨어지는 원인이 되므로 에탄올 또는 물 등의 용매의 휘발성과 플라스틱의 마찰에 의한 분진 발생시점을 혼합 교반 시간의 한계 기준 척도 시간으로 한다. 따라서 다수의 실험으로 얻은 교반에 필요한 시간의 상한치를 표 5에 기재하였다.

표 5

제4단계는 절단된 1차 가공원료인 금속의 나노입자가 고농도로 혼합된 마스터배치(M/B)칩(chip)을 제품생산에 사용할 플라스틱 주원료와 일정비율로 혼합하는 사용원료 혼합단계로서, 다시 말해 1단계부터 3단계의 공정을 거쳐 생산된 금속의 나노입자가 혼합된 마스터베치 칩(Masterbatch Chip)을 사용하고자 하는 플라스틱의 원료와 일정 비율로 희석하여 사용하는 공정이다. 이때 M/B Chip(마스터베치 칩)의 농도를 참조하여 희석하는 농도를 결정하면 된다. 통상 5wt%를 희석하여 사용할 수 있도록 M/B Chip(마스터베치 칩)의 농도를 200ppm -500ppm정도의 고농도로 생산을 한다.

제5단계는 혼합된 원료를 해당 성형기의 가공공정을 거쳐 원하는 형상의 금형으로 성형하여 제품을 생산하는 제품성형 단계이다.

백금(PT), 금(Au), 이산화티타늄(TiO₂), 은(Ag) ,코발트(Co), 및 몰리브덴(Mo) 등 금속의 나노입자와 플라스틱 소재를 혼합하여 성형 가공함에 있어, 메라닌 수지(MF)나 폴리에테르설폰 수지(PES) 등 성형성이 일반 플라스틱 소재에 비하여 떨어지는 종류는 고농도의 M/B Chip(마스터베치 칩)을 가공하여 사용하지 않고 바로 원하는 농도의 수지로 컴파운딩(Compounding)하거나 그냥 믹서기에서 혼합하여 교반 후 건조된 상태에서 바로 제품성형을 하여 열에 의한 물성의 저하를 최소로 한다.

이상의 공정으로 최종 제품을 생산하면 항균 및 살균 , 냄새제거 기능을 갖는 플라스틱 소재의 가공기나 용기를 생산 할 수 있다.

이하에 본 발명을 보다 알기 쉽고 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 들어 설명한다. 단, 본 발명은 이 실시예에만 한정되지 않음을 밝힌다.

[실시예]

(실시예 1)

일반적인 녹즙기나 쥬서기의 경우 녹즙을 짜는 데에도 사용하지만, 과일 쥬스를 만들고, 고춧가루도 빻고, 국수나 떡볶이도 가공 생산할 정도로 그 기능이 다용도화 되어 있다.

바로 이 경우 고춧가루를 빻고 아무리 세척을 잘하여 보관한다 할지라도 다음 날 플라스틱 표면에 세균 발생의 가능성도 높지만 녹즙을 짜 먹을 경우 고추의 매운 맛과 냄새가 녹즙에 함께 녹아 나오게 마련이다. 이는 플라스틱의 표면이 아무리 조밀하다 하더라도 유기물이 충분히 침투할 수 있기에 고춧가루의 성분과 함께 냄새가 녹즙기의 가공 라인에 베어있을 수 밖에 없는 것이다.

여기서, 일반적인 쥬서기의 구성품인 드럼, 멧돌스크류, 분쇄망 또는 착즙망, 드럼켑, 노즐 등은 특히 그 플라스틱 해당 소재의 표면과 공극(空隙)에 냄새가 베어들 가능성이 높은 기구들이다. 쥬서기의 경우는 쥬스액이 흘러나오는 플라스틱 몸체에 적용하면 효과를 볼 수 있다. 여기에는 항균 및 살균력의 기능 이외에 냄새제거 기능을 높인 즉 백금(Pt)과 이산화티타늄(TiO₂)의 최종 사용 농도를 높인 아래 표의 구성비를 갖는 금속의 나노입자를 사용할 수 있도록 하였다.

최종 플라스틱 제품에서 백금의 사용 농도는 6ppm, 이산화티타늄의 사용농도는 30ppm의 농도가 될 수 있도록 하였다. 최종 농도를 사용하기 위하여 M/B Chip(마스터베치 칩)의 농도는 약 20배 정도 높은 농도로 가공하여 이 M/B Chip을 사용 하는 원료에 5%를 혼합하여 사용하면 최종의 원하는 농도 제품을 생산하였다. 가공 공정은 이미 설명된 공정의 순서에 의한다.

실시예에서 M/B 고농도 Chip의 금속 나노입자 혼합 농도 및 비율은 다음 표 6과 같았다.

표 6

최종 제품에 사용되는 농도는 다음 표 7과 같았다.

표 7

나머지 ③호퍼나 걸름망, 누름봉 등의 기구의 최종 제품의 사용 농도는 아래 표의 금속의 나노 입자의 구성 비율로서도 충분하였다. 이 경우는 은(Ag) 단독 사용으로도 항균 살균력이 있어 가능하다. 2nm 정도의 입자 크기의 나노화된 은(Ag)만 단독적으로 사용할 경우에는 50ppm 정도면 1시간 이내에 99.9%의 살균력을 얻을 수 있었다.
참고로, 상기 각 소재별 함량 기준은 효능을 내기 위한 최소 함량을 최소치에 10%정도 안전율을 더한 것을 ‘일반적인 경우 사용량’으로 하였고 최고치(살균 및 냄새제거) 사용량은 효율을 극대화할 수 있는 수준에서 가격 경쟁력을 고려한 수치이다.(더 이상 사용 하여도 무방하나 경제성이 떨어짐)
다만, 살균력을 극대화하기 위하여 금과 은의 함량을 높였으며, 냄새제거 효율을 높이기 위하여 백금과 이산화티타늄의 함량을 높이고, 아울러 질소계 냄새 제거를 위하여 코발트와 몰리부덴 함량을 높였다.
총체적인 함량비는 기술적으로 각각의 경우 해당되는 비율이 혼합 되었을 시에 가공 공정과 제품에서 안정성을 유지하는데 큰 무리가 없는 비율이며, 특정의 어느 한 소재의 농도만 높아질 경우 가공 공정에서 주의를 요하는 등 애로가 있다. 즉, 은의 함량을 지나치게 높이면 용매의 안정성을 위해 음이온이 혼합되지 않도록 가공해야 하는 등의 문제가 발생하게 된다.

본 발명의 효과는 플라스틱의 표면에 강력한 항균 및 살균력을 유지하는 동 시에 플라스틱의 공극(空隙)에 스며들어 있는 유기물을 분해하고 냄새를 제거하는 기능을 부여하는 데 있다 할 것이다.

일반적으로 식품을 가공하고 저장하며 위생적으로 처리할 수 있는 플라스틱 소재로 구성된 녹즙기(綠汁機)나 착즙기(搾汁機), 믹서기(Mixer), 쥬서기 등 각종의 플라스틱 소재의 식품 가공기나 플라스틱 용기는 기존에는 항균제를 응용하여 항균력을 부여하는 수준이었으나, 특히 녹즙기나 쥬서기 등의 식품 가공기는 녹즙가공, 마늘다지기, 각종 과일 분쇄 및 압착 등의 다양한 소재와 가공을 동일한 가공기에서 다목적으로 하기에 마늘냄새가 가공라인에 베어있을 수도 있고, 각종의 과일 쥬스나 녹즙의 고유 향이 가공 라인의 표면에 베어 있다가 새로운 식품을 가공할 때 서로 다른 냄새가 혼합되어 가공되기에 가공품인 녹즙에서 파인애플향이 섞여있을 수 있고, 심지어 고추를 분쇄가공 후에 녹즙을 가공 시에는 매운 고추의 맛이 녹즙에 베어 있는 등의 애로가 있었으나, 종전에는 이를 해결할 기술이나 방법이 별로 뚜렷이 없었으나,

본 발명은 플라스틱 소재로 구성된 식품 가공기나 플라스틱 용기에 강력한 항균 및 살균력을 기본적으로 부여함은 물론 플라스틱의 소재의 표면과 공극(空隙)사이의 유기물을 분해하고 냄새제거의 기능을 추가로 부여함으로써 보다 효율적이고 다용도, 다목적으로 식품 가공기를 사용할 수 있는 계기를 제공할 수 있게 되었다.

특히, 항균 및 살균 작용에 의해 대장균이나 기타 균이 죽는 다 하더라도 이들 균이 죽으면서 내뿜는 각종의 독소 성분은 제거할 방법이 없었으나, 백금(Pt)과 이산화티타늄(TiO₂)이 이들 독소 성분의 유기물을 분해 함으로써 안전한 식품으로 가공을 할 수 있도록 한 점에서 획기적인 효과를 거둘 수 있게 된 것이 본 발명의 가장 큰 효과이다.

Claims (3)

1. 플라스틱소재 식품가공기나 플라스틱용기에 혼합하여 사용하는 금속의 나노 입자는 통상 50nm 이하의 것을 사용하나, 나노입자의 안정성과 상용성, 및 항균, 살균력, 냄새제거능력을 향상시키기 위하여 10nm 이하의 나노입자를 사용하며, 상기 금속의 나노입자 사용비율은,

   살균력을 증대시키기 위해서는

   Au:0.0005wt%~0.0008wt% Pt:0.0003wt%~0.0005wt%

   Ag:0.0030wt%~0.0100wt% TiO₂:0.0010wt%~0.0020wt%

   Co:0.0003wt%~0.0005wt% Mo:0.0003wt%~0.0005wt%로 첨가하고,

   냄새제거 효율을 높이기 위하여는

   Pt:0.0005wt%~0.0010wt% Au:0.0003wt%~0.0005wt%

   Ag:0.0005wt%~0.0010wt% TiO₂:0.0020%~0.0040wt% 사용하며,

   특히 질소화합물의 냄새와 유기물의 냄새제거를 위하여

   Co:0.0005wt%~0.0015wt% Mo:0.0005wt%~0.0015wt%를 추가로 사용하며,

   특히 복합금속화합물인 Pt-TiO₂, Pt-Au, Al₂O₃-TiO₂계의 페롭스카이트형의 금속의 나노입자를 사용할 경우는

   Pt:0.0001wt%~0.0003wt% Au:0.0001wt%~0.0003wt%

   Ag:0.0005wt%~0.0010wt% TiO₂:0.0005wt%~0.0010wt%

   Co:0.0001wt%~0.0002wt% Mo:0.0001wt%~0.0002wt%

   Al₂O₃:0.0002wt%~0.0004wt%

   로 사용하며, 이때 Pt-TiO₂, Pt-Au, Al₂O₃-TiO₂가 복합금속결정을 이룬 제품으로 사용하고, 그 상대적 구성비는 4:2:4로 하는 것을 특징으로 하는 고농도플라스틱 마스터뱃치 칩의 플라스틱 가공품.
2. 제 1항 기재의 플라스틱성형품을 제조하기 위한 공정은

   금속의 나노입자와 사용 플라스틱 원료와 원하는 농도로 혼합하는 제 1단계 공정;

   혼합된 금속의 나노 입자와 플라스틱 원료를 용융 압출(Extruding)하는 제2단계 공정;

   금속의 나노 입자가 혼합되어 용융 압출된 플라스틱원료를 냉각 및 냉각된 혼합물 플라스틱을 건조하며 일정크기로 절단하는 건조 및 절단하는 제3단계 공정;

   절단된 1차 가공 원료인 금속의 나노 입자가 고농도로 혼합된 마스터베치(M/B) 칩(Chip)을 제품생산에 사용할 플라스틱 주된 원료와 일정비율로 혼합하는 사용원료 혼합하는 제4단계 공정;

   혼합된 원료를 해당 성형기의 가공 공정을 거쳐 원하는 형상의 금형으로 성형하여 제품을 생산하는 제품 성형하는 제5단계 공정;

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고농도플라스틱 마스터뱃치 칩의 플라스틱성형품의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 금속의 나노입자를 플라스틱에 가공하는 공정 중 혼합공정은 먼저 금속의 나노 입자(백금, 금, 이산화티타늄, 은, 코발트, 몰리브덴, 산화알루미늄)를 각각 별도로 혼합하여 사용하거나, 가공 공정의 안정성과 효율을 위하여 백금(Pt), 금(Au), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo)을 1액형의 콜로이드 상 또는 복합 금속의 나노입자로 제조하여 이를 사용하고자 하는 플라스틱 원료(Law Material)에 먼저 혼합한 다음, 콜로이드 상의 이산화티타늄(TiO₂)과 은(Ag)을 역시 혼합하여 건조하며, 상기 혼합시에는 금속의 나노입자와 플라스틱원료를 혼합할 때 플라스틱 표면에 부착된 금속의 나노 입자가 떨어져 나가지 않고 원통형의 믹서기나 교반기에서 골고루 혼합이 될 수 있도록 3분~10분간의 시간 사이에서 계절에 따른 온도차이를 감안하여 혼합, 교반, 건조하여 제조하는 것을 특징으로 하는 고농도 플라스틱 마스터뱃치 칩의 플라스틱 성형품의 제조방법.

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