항균제 및 항균 MECHANISM

1. 개 요

요즘들어서 향균프라스틱이 우리 일상생활에 많이 적용되고 있지요 우리가 좋아하는 자동차 부품에도 향균프라스틱 제품이 적용되고 있어요 국내에는 기아자동차가 국내 최초로 승용차에 일부 적용하고 있지요 향균 대해 잘 모르시는 분을 위하여 전반적인 내용을 다루고 있으니 참조하세요.

최근 위생에 대한 사회적 관심과 소비자의 요구가 증가함에 따라 항균성을 가진 플라스틱 제품이 다양하게 개발되고 있다. 일반적으로 Plastic 제품 표면이 오염물질로 인하여 오염이 되면 그 영양물질로 인하여 미생물이 번식하게 된다. 현재는 이러한 미생물을 제거하거나 억제하기 위해 과산화수소, 이산화염소, 칼슘이 온, 알콜스프레이 등의 살균제가 주로 사용되었으나, 효과는 우수한 반면 인체에 피해를 주는 등 지 속적이지 못한 것이 단점이 있다. 그러므로 제품의 표면에 번식하는 미생물의 오염을 근본적으로 예 방, 제거하고 살균제를 사용함으로서 나타나는 현재의 살균방법을 개선할 수 있는 방법은 항균성을 갖는 플라스틱 제품을 사용하는 것이다.

2. 미생물의 종류

미생물은 크게 세균, 곰팡이, 효모(직경 3∼4㎛), 바이러스(150∼180㎚)등으로 구분할 수 있고 Plastic 제품에 문제를 일으키는 미생물은 주로 세균과 곰팡이인 것으로 알려져 있다. 일반적으로 황 색 포도상구균은 비교적 건조에 강하나, 일반적으로 세균은(폭0.5∼1.0㎛, 길이 0.5∼5.0㎛,) 세포분열 을 하기 위해 수분을 필요로 하기에 수분이 없으면 단시간에 사멸한다. 대표적인 세균의 종류에는 Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, aeruginosa등이 있다. 곰팡이는(균사의 폭 5∼30㎛, 포자의 직경 3∼10㎛) 포자로 증식하며 균체가 실의 형태로 나타나는 미생물을 총칭한다. 낮은 수소이온 농 도에서나 수분이 적은 곳에서도 번식력이 우수하며 자체 광합성 능력이 없어 기생하여 영양분을 얻 는다. 대표적으로 Aspergillius, Niger, Penicillium, Alternaria, Cladosporium, Trichoderma등이 있다.

3. 항균제의 종류

현재 Plastic에 사용되는 항균제의 종류는 대단히 많으며 크게 유기계와 무기계로 분류된다.

(1) 유기계항균제

비교적 가공이 쉽고, 최종제품의 기계적 물성, 투명도, 색상 등에 크게 영향을 미치지는 않으나 제 품표면으로 약제가 쉽게 용출됨으로 효과는 좋으나 지속성이 결여되고 피부자극 등을 일으키는 종 류도 있다. 또한 장기적으로 사용시 내성균이 발생될 수 도 있다. 그러고 내열에 약해 가공중에 열 에 의해 분해가 일어나 그 기능을 상실하기가 쉽다. 종류에는 유기질소계화합물, 유기실리콘 제4급 암모니움염, 유기아연화합물, 기타의 유기 금속화합 물, 염소페닐에테르계, 유기수은화합물, 유기크롬산 구리화합물 등으로 대별된다. 이중에 특히 독성 이 강한 유기수은화합물, 유기크롬산 구리화합물등은 Plastic제품의 항균제로서 사용이 금지되었고 기타의 유기금속화합물은 극히 일부를 제외하고 Plastic제품에 거의 사용되지 않고 있다. 현재는 염 소페닐에테르계, 유기질소계화합물, 유기실리콘 제4급 암모니움염, Bromocinnamadehyde와 pylimidine계를 병용한 제품, 양이온 활성을 가진 유기실린 화합물등이 많이 쓰여지고 있다. 플라스틱 제품의 표면으로 약제가 쉽게 이동하며, 항균력의 지속성은 항균제의 첨가량, 적용제품의 두께, 적용수지의 종류에 따라 결정된다. 일반적으로 Tg가 낮은 수지(PE. PP. Urethane등)일 경우에 는 항균력은 우수하나 효능의 지속성은 떨러진다. 그리고 Tg가 높은 수지(Polyester, Polycarbonate 등)는 상온에서 표면으로 약제가 쉽게 확산되지 않으므로 효능의 발현이 어렵다.

(2) 무기계 항균제

일반적으로 곰팡이류나 일반세균에 대해 우수한 항균력을 가지고 있는 은, 구리, 아연 등의 항균 성 이온을 메탄형구조의 SiO4 사면체와 AlO4사면체가 상호 1개의 산소원자를 공유하면서 규칙적으 로 거대한 공공을 만드는 3차원의 골격구조를 형성하고 있는(공공은 대략 3∼10Å의 크기를 가진며 분자를 분해하는 성능을 가짐) 제오라이트, 실리카알루미나 등의 무기담체에 치환시킨 것으로 비표 면적이 크고 내열성이 우수하다. 미생물에 대한 독성이 있는 금속은 인체에도 독성을 가지고 있는것이 일반적이지만 은, 구리, 아연 등의 금속은 항균성이 높고 인체에 무해한 것으로 판명되었다. 무기계는 종래의 유기계와는 달리 내 열성이 높고, 휘발, 분해 등을 일으키지 않는 등 안정성이 높기에 많은 용도로 응용할 수 있다. 담체의 종류와 그 결속 상태에 따라 항균효능을 발휘하는 활성산소이온의 발생량이 다르다. 무기 계 항균제의 항균효과는 활성산소이온에 의해 발현되기 때문에 지속성이 길고 내성균을 만들지 않는다. 그리고 항균 효능은 수지내에서 약제의 이행 현상이 없으므로 적용제품의 두께, 적용수지의 종류에 거의 영향을 받지 않고 오직 약제의 첨가량에 의해서 결정된다. 그러나 은, 구리, 아연등의 금속이온은 수지를 황변시키고, 열화시킬 우려가 있다. 일반적으로 그 평균입경은 수 미크론 이상으 로 크고 입도 분포의 폭이 넓기 때문에 미세한 섬유를 혼합하여 방사할 경우 절사의 원인이 될 수 있으며 필름에 적용할 경우에는 필름의 투명도를 저하시키는 문제점을 지니고 있다.


유기계 및 무기계항균제의 특성 비교
특성 유기체 무기계
구성물질 유기화합물 무기물
상 태 액체 또는 고체 고체
가 격 저가 고가
안정성 소 대
항균력 큼 작음
항균력의 지속성 일시적 효과 반영구적 효과
가공성 가공에 미미한 영향을 줌 가공에 영향을 줌
제품의 물성 미미한 영향 영향을 줌


4. 항균 Mechanism

이러한 항균제의 역활은 미생물 세포의 호흡계나 전자 전달계등의 기본적인 신진대사의 효능을 저 하시키거나, 세포막의 물질 이동을 저하 시키므로서 항균성을 나타내고 있다. 또한 탈취효과는 악취 를 발생하는 세균들의 생육을 저지함으로서 냄새를 제거할 수 있다.

(1) 제어유리 Mechanism(Cotrolled release mechanism)

대분분의 항균 기능을 설명할 수 있는 mechanism으로 제품의 표면에서 항균에 필요한 성분이 일 정한 속도로 연속적으로 유리됨으로서 항균효과를 나타낸다. 제품의 표면에 존재하는 약제가 저 농도인 경우에는 미생물의 세포막 중에서 세포막의 기능인 전 달계를 저해하여 영양물의 섭취를 저해함으로서 항균 효과를 나타낸다. 또 표면의 약제 농도가 고 농도인 경우에는 미생물의 세포막을 직접적으로 파괴하여 사멸시킨다.

(2) 봉쇄(Barrier mechanism)

이 Mechanism은 미생물이 통과 할 수 없도록 항균제가 제품의 표면에 차단벽을 만듦으로서 항균 작용을 한다는 Mechanism으로, 곰팡이나 부식을 일으키는 세균으로부터 플라스틱 제품을 보호하기 위해서 처리하는 가공에 일반적으로 적용된다.

항균 작용 화합물
항 균 작 용 화 합 물
막교란 작용 세포막 합성계 저해 NitroPheno, Isocynate
세포막 세포질막 저해 4급 암모늄 화합물, 지방산 아민
호흡계 저해작용 산화적인 산화 PhentaChloroPhenol, 2-4-DinitroPherlol, Penaziro
SH기 저해 Tin 화합물, 구리 화합물, Isothiocyanate
DNA 복제 저해 Benzoimidazole
전자 전달계 저해 Carboxine, Nitrofurane, Oxicarboxin

5. 항균 효능 평가법

(1) 최소 발육 저지 농도(MIC)의 측정

항균력을 나타내는 항균제의 종류 및 효력의 강도를 평가 하기 위해서 미생물의 증식을 저해하는 항균제의 최소 농도를 ppm 또는 ㎍/ml의 단위로 표시한다. MIC 측정에서 얻어지는 수치는 항균제를 함유하는 액체를 시험균에 직접 접종하여 얻어진 수치이 므로 플라스틱 제품이 효능을 보유하는데 필요한 최소 량과는 일치하지 않는다. 일반적으로 MIC의 50-100배의 양을 첨가하여 혼련가공한다.

(2) 실험실적 항균 실험

항균제의 항균력을 평가하는 기본적인 실험이다.
대표적인 항균 시험법
시험균 시 험 법 판 정 법 적용 항균제
세균 Halo Test 저지대폭 용출형
Bioassary Method 균감소율 용출 및 비용출형
Shake Flask Test 균감소율 용출 및 비용출형
Growth Tube Test 균의 진행거리 용출 및 비용출형
곰팡이 Halo Test 저지대폭 용출형
JIS Z 2911 번식정도 용출 및 비용출형
AATCC 30,Test III 번식정도 용출 및 비용출형
AATCC 30 번식정도 용출 및 비용출형

6. 활성 산소에 의한 항균 Mechanism

항균성 금속 성분에 의해서 항균성분 주위의 극히 일부 산소가 부분적으로 활성을 띄는 산소로 전 환되어 강력한 살균작용을 나타낸다는 이론으로 이러한 활성산소(O2 + e- --> O2-)는 오존이나 과 산화수소와같이 강력한 항균, 탈취작용을 발휘하게 된다. .이러한 활성산소(Active Oxygen)가 미생 물 세포막에 흡착하고 신진대사를 방해하여 항균, 살균, 효과를 발휘하게 된다. (금속성분에 의한 항균 작용) (1) 항균활성이 있는 금속성분이 균체의 세포막(단백질)에 흡착하여 세포구성성분등의 SH-radical 을 파괴함과 동시에 신진대사 및 에너지 대사를 저해한다는 것으로 이는 금속 이온이 무기물 담체 내에서 빠져나와 직접 세균에 작용한다는 기구이다. ▶ 단백질에서 발견되는 아미노산중 시스테인 :
HS - CH2 - CH - COOH
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NH2


▶ O2- 이온 ⇒ 양성자(H+ 이온)를 강하게 당기는 성질 예) O2- + H2O → 2OH- (2) 항균제 속에 함유되어 있는 Ag이온은 물과 접촉하게 되면 이온화 되어 이때, Ag+이온에 의해 용존산소인 O2의 일부가 O3- 로 변화한다. 이때 발생되는 O3-는 오존(O3)과 동종으로서 물을 통해 주변으로 확산 하여 항균, 살균작용을 나타나게 된다.