Article
  • Antimicrobial Activity and Flame Retardancy of Polyvinyl Chloride Composite Containing Inorganic Bacteriocide and Aluminum Trihydroxide

  • Se-Ho Park, Hyeongsu Lee, Jae-Yeul Lee, Ju-Hwan Choi, Tae-Hee Park, Seun-Ah Yang*, Daesuk Bang† , and Kwang-Hwan Jhee†

  • School of Science and Engineering of Chemical Materials, Kumoh National Institute of Technology, Gumi 39177, Korea
    *Department of Food Science and Technology, Keimyung University, Sindang-dong, Daegu 42601, Korea

  • 무기항균제 및 난연제를 함유한 PVC 복합소재의 항균 및 난연 특성

  • 박세호 · 이형수 · 이재열 · 최주환 · 박태희 · 양선아* · 방대석† · 지광환†

  • 금오공과대학교 화학소재융합공학부, *계명대학교 식품가공학전공

Abstract

The aim of this study is to develop new materials with antimicrobial effect and flame-retardant properties. PVC/IB/ATH, a PVC composite material containing inorganic bacteriocide (IB) with silver and zinc in the zeolite pores, and aluminum trihydroxide (ATH), an environmentally friendly inorganic flame-retardant, was prepared. The antimicrobial effect of PVC/IB/ATH composite material was confirmed to be 99% as a result of turbidity analysis, shaking culture, drop-test, and double staining test using two kinds of bacteria. The flame-retardant properties of PVC/IB/ATH composites were investigated by limiting oxygen concentration index and thermogravimetric analysis, and they were increased depending on the aluminum content of ATH and IB agent. Also, the thermal properties of PVC/IB/ATH composites were slightly increased. In conclusion, the application of PVC/IB/ATH is expected in various fields such as medical industry, antibacterial system and flame-retardant materials.


본 연구는 세균에 대한 항균효과와 난연 특성을 갖는 신소재의 개발이 목표이다. 제올라이트의 기공에 은과 아연을 포함한 무기항균제(inorganic bacteriocide, IB)와 친환경 무기계 난연제인 aluminum trihydroxide(ATH)를 함유한 PVC 복합소재인 PVC/IB/ATH를 제조하였다. 두 종류의 세균으로 탁도 분석법, 진탕 배양법, drop-test, 이중 염색법을 사용하여 PVC/IB/ATH 복합소재의 항균효과 실험결과 99%의 항균효과를 확인하였다. 또한 한계산소농도 지수와 열중량 분석으로 PVC/IB/ATH 복합소재의 난연 특성을 확인한 바, ATH와 무기항균제의 알루미늄 성분에 의존적으로 증가하였다. 또한 PVC/IB/ATH 복합소재의 열적 특성은 소폭 증가하였다. 결론적으로, PVC/IB/ATH의 응용은 의료 산업, 항균 시스템 그리고 난연 물질과 같은 다양한 분야에 이용될 것으로 기대한다.


Keywords: antimicrobial activity, flame-retardant, inorganic bacteriocide, aluminum trihydroxide

서 론

산업 및 과학기술의 발전으로 현대인은 건강과 삶의 질 향상에 관심을 갖게 되었으며, 이에 부응하는 과학기술을 이용한 신소재 개발을 요구하고 있다. 따라서 현재 바이오 산업, 의학 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히 소재 분야에서는 나노, 바이오 기술을 접목함으로써 복합적인 특성을 가지는 신소재 개발에 집중하고 있다.1 이에, 우리는 가격이 저렴하고 다루기 쉬운 poly(vinyl chloride)(PVC)를 이용하여 질병과 균에 대한 감염에 취약하고 화재의 위험에 노출되어 있는 산업 기반에 접목할 수 있는 복합소재를 개발하고자 한다.
최근 여러 연구를 토대로 은과 아연이 함유된 물질을 사용함으로써 고분자 물질에 항균성을 부여하는 연구가 활발히 진행되고 있다.2-5 은(silver, Ag)은 인체에는 독성이 없다고 알려져 있으며, 미생물의 신진대사를 저해하여 유해 세균을 죽이는 것으로 알려져 있다. 아연(zinc, Zn)은 면역 조절과 항균효과 등을 나타내어 현재 항균제로써 응용이 되고 있다.6,7 Aluminum trihydroxide(ATH)는 무할로젠 난연제로써 다른 난연제에 비하여 가격이 저렴하고 무독성이여서 친환경적 난연제로 평가되고 있다. 또한 매트릭스의 기계적 물성을 유지할 수 있다는 장점을 가지고 있다.8,9
따라서 본 연구에서는 제올라이트(zeolite)의 미세한 기공에 은과 아연을 흡착한 IB(무기항균제, 크기 1.04~1.10 μm)와 무기계 난연제로 알려진 ATH를 PVC 소재에 배합하여 항균 효과 및 난연 특성 그리고 열적 안정성을 증대시킨 소재를 개발하고자 한다. 시편 제조는 이축압출기와 압축성형 프레스를 사용하여 제조하였다. 또한 inorganic bacteriocide와 ATH를 배합한 PVC 복합소재(PVC/IB/ATH)의 항균력은 탁도 분석법, 진탕 배양법, drop-test, 이중 염색법을 사용하였으며, 난연 특성 및 열적 안정성 측정은 한계산소지수(limiting oxygen index, LOI), 그리고 열중량분석(thermogravimetric analysis, TGA)을 사용하였다.

References
  • 1. G. Seyfriedsberger, K. Rametsteiner, and W. Kern, Eur. Polym. J., 42, 3383 (2006).
  •  
  • 2. D. R. Monterio, L. F. Gorup, A. S. Takamiya, A. C. Ruvollo-Filho, E. R. de Camarogo, and D. B. Barbosa, Int. J. Antimicrob. Agents, 34, 103 (2009).
  •  
  • 3. P. Spacciapoli, D. Buxton, D. Rothstein, and P. Friden, J. Periodont. Res., 36, 108 (2001).
  •  
  • 4. S. H. Park, J. Y. Lee, J. H. Choi, T. H Park, S. B. Moon, H. S. Lee, D. S. Bang, S. A. Yang, and K. H. Jhee, Elastom. Compos., 50, 223 (2015).
  •  
  • 5. N. W. Choi, Y. J. Jo, and C. K. Kim, Polym. Korea, 40, 245 (2016).
  •  
  • 6. J. T. Seil and T. J. Webster, Acta Biomater., 7, 2579 (2011).
  •  
  • 7. B. A. Sevinc and L. Hanley, J. Biomed. Mater. Res. Part B, 94, 22 (2010).
  •  
  • 8. H. S. Lee, S. H. Park, J. Y. Lee, Y. R. Park, H. B Jeong, K. H. Jhee, and D. S. Bang, Elastom. Compos., 51, 147 (2016).
  •  
  • 9. T. R. Hull, A. Witkowski, and L. Hollingbery, Polym. Degrad. Stab., 96, 1462 (2011).
  •  
  • 10. Z. X. Xin, Z. X. Zhang, K. Pal, J. U. Byeon, S. H. Lee, and J. K. Kim, Mater. Des., 31, 589 (2010).
  •  
  • 11. J. Ji and W. Zhang, J. Biomed. Mater. Res. Part A, 88, 448 (2008).
  •  
  • 12. J. Vartiainen, M. Ratto, and S. Paulussen, Packag. Technol. Sci., 18, 243 (2005).
  •  
  • 13. O. Akhavan, R. Azimirad, S. Safa, and E. Hasani, J. Mater. Chem., 21, 9634 (2011).
  •  
  • 14. T. Mondal, A. K. Bhowmick, and R. Krishnamoorti, J. Mater. Chem., 22, 22481 (2012).
  •  
  • 15. O. Akhavan and E. Ghaderi, ACS Nano, 4, 5731 (2010).
  •  
  • 16. O. Akhavan and E. Ghaderi, Carbon, 50, 1853 (2012).
  •  
  • 17. P. Daewon, W. Jun, and A. M. Klibanov, Biotechnol. Prog., 22, 584 (2006).
  •  
  • 18. ISO 4589 2, Plastic – Determination of burning behavior by Oxygen index: Part 2: Ambient-temperature test.
  •  
  • 19. Y. H. Zhao, Y. F. Zhang, Z. K. Wu, and S. L. Bai, Composites Part B, 84, 52 (2016).
  •  
  • 20. J. Husheng, H. Wensheng, W. Liqiao, X. Bingshe, and L. Xuguang, Dent. Mater., 24, 244 (2008).
  •  
  • 21. D. Zampono, T. Ferreri, C. Puglisi, M. Mancuso, R. Zaccone, R. Scaffoaro, and D. Bennardo, J. Mater. Sci., 46, 6734 (2011).
  •  
  • 22. B. Galeano, E. Korff, and W. L. Nicholson, Appl. Environ. Microbiol., 69, 4329 (2003).
  •  
  • 23. L. A. Casemiro, C. H. G. martins, F. C. Panzeri, P. Souza, and H. Panzeri, Gerodontology, 25, 187 (2008).
  •  
  • 24. M. M. Cowan, K. Z. Abshire, S. L. Houk, and S. M. Evans, J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 30, 102 (2003).
  •  
  • 25. F. Laoutid, L. Bonnaud, M. Alexandre, J. M. Lopez-Cuesta, and Ph. Dubois, Mater. Sci. Eng. Rep., 63, 100 (2009).
  •  
  • 26. W. Wang, W. Zhang, H. Chen, S. Zhang, and J. Li, Constr. Build. Mater., 79, 337 (2015).
  •  
  • Polymer(Korea) 폴리머
  • Frequency : Bimonthly(odd)
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This Article

  • 2018; 42(2): 249-256

    Published online Mar 25, 2018

  • 10.7317/pk.2018.42.2.249
  • Received on Aug 11, 2017
  • Revised on Sep 18, 2017
  • Accepted on Sep 26, 2017

Correspondence to

  • Daesuk Bang , and Kwang-Hwan Jhee

  • School of Science and Engineering of Chemical Materials, Kumoh National Institute of Technology, Gumi 39177, Korea

  • E-mail: dsbang@kumoh.ac.kr, khjhee@kumoh.ac.kr
  • ORCID:
    0000-0001-8406-2652,0000-0002-0192-3523