KR100430332B1 - 형광증백제 함유 유무기 복합체 및 그 제조방법 - Google Patents

형광증백제 함유 유무기 복합체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

형광증백제 함유 유무기 복합체 및 그 제조방법에 관하여 개시한다. 본 발명에 따른 유무기 복합체는 무기물인 층상 금속 수산화물의 층간(層間)에 음이온성 유기물질로 이루어진 형광증백제가 삽입된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 형광증백제가 물에 일차적으로 직접 닿아 용해되는 종래의 경우와 달리 형광증백제가 층상 금속 수산화물의 층상 구조에 삽입되어 있다가 이온 교환반응에 의해 서서히 물에 용해되기 때문에 섬유에 국부적으로 염착되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

Description

형광증백제 함유 유무기 복합체 및 그 제조방법{Organic-inorganic hybrids containing fluorescent whitening agent and fabricating method thereof}
본 발명은 형광증백제 함유 유무기 복합체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 세탁시에 형광증백제의 염료성분이 섬유에 국부적으로 강하게 염착되는 현상을 방지할 수 있는 형광증백제 함유 유무기 복합체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
형광증백제(Fluorescent Whitening Agent, FWA)는 섬유, 세제, 종이, 플라스틱 등에 흡착되어 태양광선 중의 자외선 부분을 흡수하고 청색계 가시광선을 방출함으로써 흰색을 더욱 희고 밝게 보이게 하는 물질로서, 염료와 같은 특성을 가진다.
세탁 시에 형광증백제를 세제와 혼합하여 사용하면 형광증백제가 섬유제품에흡착되어 흰색 편물의 누런색을 상쇄시키기 때문에 흰색 섬유가 더욱 희게 보이게 된다. 기존에 사용되고 있는 형광증백제는 디스티릴바이페닐(distyrylbiphenyl: DSBP), 다이아미노설페이트(diaminosulfate:DAS) 등과 같이 대부분 스틸벤(stilbene)계이며, 액상 또는 고상의 형태를 갖는다.
현재까지는 액상의 형광증백제를 0.1∼0.15 중량% 정도로 액상 세제에 혼합한 것을 세탁 시에 사용하고는 있으나, 분말세제에 분말형태의 형광증백제를 혼합한 것을 세탁 시에 사용하는 것에 대해서는 실용화에 어려움을 겪고 있다. 왜냐하면, 후자의 경우 형광증백제가 물에 일차적으로 직접 닿아 빠른 속도로 용해되어 형광증백제의 염료성분이 섬유에 국부적으로 염착되는 현상이 심하게 나타나기 때문이다. 물론, 전자의 경우도 이러한 현상이 나타나기는 하지만 후자의 경우에 비하여 덜하다. 이러한 현상을 방지하기 위해 전자의 경우도 형광증백제를 0.1∼0.15 중량% 정도로 소량만을 첨가하여 사용하고 있는 것이다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 형광증백제를 분말세제와 함께 사용할 경우에도 형광증백제에 의한 국부적 염착이 생기지 않게 형광증백제가 물에 서서히 용해되도록 할 수 있는 형광증백제 함유 유무기 복합체를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 기술적 과제를 달성하는 데 적합한 유무기 복합체 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 얻어진 유무기 복합체 침전물을 분석한 결과 그래프들이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 유무기 복합체는, LDHs 또는 HDSs로 이루어진 층상 금속 수산화물과, 4,4-비스[(4-아닐리노-6-몰포리노-1,3,5-트리아진-2-일)-아미노]스틸벤-2,2'-디설포네이트, 4,4'-비스[(4-(4-설포아닐리노)-6-비스(2-하이드록시에틸)아미노-1,3,5-트리아진-2-일)아미노]스틸벤-,2'-디설포네이트, 4,4'-비스(2-설포스티릴)바이페닐, 4,4'-비스(4-클로로-3-설포스티릴)바이페닐, 4,4'-비스(5-에틸-3-설포벤조푸르-2-일)바이페닐, 및 테트라벤조-테트라아자포파인 유도체로 이루어진 형광증백제 물질군으로부터 선택된 어느 하나의 수용액과, 염기성 수용액을 pH가 5 내지 10이 되도록 서로 혼합한 후에 상기 층상 금속 수산화물의 층간에 상기 형광증백제가 삽입된 구조를 갖도록 상기 혼합 결과물을 상온교반함으로써 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 층상 금속 수산화물 모체의 한 예로서 사용되어진 LDHs(Layered Double Hydroxdes)의 일반적인 화학식은 [M2+ 1-xM'3+ x(OH)2]X+[An- x/nㆍmH2O]X-이다. 여기서, x는 M'/(M + M'') 을 나타내며, M은 Zn, Cu, Co, Ni, Mg, Cd, 또는 Mn 등이 될 수 있으며, M'는 Al, Cr, 또는 Fe 등이 될 수 있다. 그리고, An-는 층간교환 음이온인데 Cl-, NO3 -, CO3 2-, SO4 2-, CH3COO-, 또는 C6H5PO3 -등이 될 수 있다.
그리고, 상기 층상 금속 수산화물 모체의 다른 예로서 사용되어진 수산화기가 이중으로 된 층상염(Hydroxy Double Salts, HDSs)의 일반적인 화학식은 [(M2+ 1-x,M'2+ 1+x)(OH)3(1-y)]+An- (1+3y)/n·mH2O 이다. 여기서, M과 M'은 Cu, Co, Ni, Mg, Zn, Cd, Fe, 또는 Mn 등이 될 수 있고, An-는 NO3 -, Br-, ClO4 -, MnO4 -, NO2 -, CH3COO-, 또는 C6H5PO3 -등이 될 수 있다.
LDHs 및 HDSs 과 같은 층상 금속 수산화물은 구조적으로 층간에 음이온을 받아들임으로써 전기적으로 중성이 된다. 따라서, 이러한 층상 금속 수산화물과 음이온성 형광증백제 수용액을 혼합하면 이온 교환 반응을 통해서 형광증백제의 음이온들이 층상 금속 수산화물의 층간에 삽입되는 구조를 갖게 된다.
세탁 시에 세제와 함께 본 발명에 따른 유무기 복합체를 사용하게 되면, 세제성분들이 먼저 용해되어 음이온성 계면활성제들이 물에 존재하게 되므로 물에 존재하는 음이온 양이 점점 많아지게 된다. 그런데 유무기 복합체의 층간에도 형광증백제에 의한 음이온이 존재하고 있으므로, 유무기 복합체와 물 사이에서 음이온 농도차에 의한 이온 교환 반응이 발생하게 된다. 따라서, 형광증백제 이온들이 층상금속 수산화물의 구조물에서부터 서서히 물에 용출 되기 시작하고, 이러한 원리에 의해 형광증백제의 급격한 용해에 의해 발생하는 국부 염착 현상을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 층상 금속 수산화물은 그 층간거리가 7 내지 35Å 인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 층상 금속 수산화물에 대한 상기 형광증백제의 당량비는 1 내지 20인 것이 바람직하며, 이 때의 상기 형광증백제의 양은 총 중량에 대해 5 내지 50 중량% 인 것이 바람직하다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 유무기 복합체 제조방법은, ZnNO3·6H2O 와 Al(NO3)3·9H2O를 [Zn2+]/[Al3+]가 1 내지 5가 되도록 하여 혼합하고, 이를 테트라벤조-테트라아자포파인 유도체 수용액 및 염기성 수용액과 혼합하여 pH가 5 내지 10이 되도록 한 후 이를 상온에서 교반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제조과정은 질소분위기에서 행해지는 것이 바람직하며, 상기 테트라벤조-테트라아자포파인 유도체는 Al3+에 대해서 1:1 내지 1:3의 당량비로 공급되는 것이 바람직하다.
[실시예]
ZnNO3·6H2O 와 Al(NO3)3·9H2O 수용액을 섞어서 Zn2+/Al3+가 3이 되도록 하고,테트라벤조-테트라아자포파인 유도체(M=Zn, R=CH3COO-인 유도체) 수용액에 떨어뜨린다. 이때 0.1M 가성소다를 이용해서 수용액의 pH가 7정도에서 공침이 이루어지도록 한다. 이렇게 하여 이온교환반응에 의하여 Zn-Al LDH에 형광증백제 음이온이 혼성된 유무기 복합체 침전물을 얻는다. 그리고, 침전물이 균일하게 혼합되고 과량으로 투입된 형광증백제 이온이 무기물 층사이에 충분이 삽입될 수 있도록 하기 위해서 실온에서 여러 시간 동안 교반한다. 테트라벤조-테트라아자포파인 유도체는 Al3+에 대해서 1:1의 당량비로 공급되었다. 위의 모든 제조과정은 질소 분위기 하에서 이루어졌다. 다음에 공침된 물질을 필터링하고 세척하여 실온에서 건조시킴으로써 층상구조의 Zn-Al LDH의 층간에 형광증백제가 삽입된 유무기 복합체를 얻는다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 얻어진 유무기 복합체 침전물을 분석한 결과 그래프들이다.
여기서, 도 1은 XRD(X-ray diffraction) 분석결과이고, 도 2는 유무기 복합체 침전물을 실온에서 800℃까지 공기 중에서 열분해 시켜 측정한 열분석결과이다. 그리고, 도 3 내지 도 5는 가시-자외선 분광법으로 분석한 결과인데, 구체적으로, 도 3는 형광증백제만을 물에 용해시켰을 때의 결과이고, 도 4는 유무기 복합체 분말을 물에 용해 시켰을 때의 결과이며, 도 5는 유무기 복합체 분말을 세제와 함께 물에 용해시켰을 때의 결과이다.
도 1을 참조하면, (00ℓ) 피크들이 일정한 간격을 가짐을 볼 수 있는데, 이는 본 발명의 실시예에 의하여 얻어진 유무기 복합체 침전물이 염(salt)화 된 것이아니라 LDH의 무기물 구조를 가짐을 나타내는 것이다. 또한, d003의 값을 계산해보면 22.5Å 가 되는데, 여기서, 이미 알고 있는 LDH의 수산화층의 두께 4.8Å을 빼면 수산화층 사이의 층간거리가 17.7Å 임을 알 수 있다.
도 2를 참조하면, 500℃ 근처에서 아주 큰 발열 반응을 하면서 질량 손실을 일으키는 것을 관찰 할 수 있는데, 이는 LDH 층간에 삽입된 형광증백제 유기물이 이 온도에서 열분해 되기 때문이라고 볼 수 있고, 질량 손실의 정도로 보아서 형광증백제 유기물은 Zn-Al LDH의 층간에 약 26중량% 만큼 삽입되어 있음을 알 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 유무기 복합체를 단순히 물에 분산시켰을 때에는 형광증백제가 LDH의 층간에서 빠져 나오지 않음을 볼 수 있다(도 3). 그러나, 유무기 복합체를 세제와 함께 물에 넣었을 때에는 세제가 용해되어 물에 음이온 계면활성제가 존재하기 때문에 음이온 교환반응에 의하여 형광증백제가 LDH의 층간에서 빠져나와 물에 존재하게 됨을 볼 수 있다(도 5).
한편, 도 3와 도 5를 비교해보면 도 5의 경우가 피크 강도가 더 약함을 볼 수 있는데, 형광증백제만을 물에 직접 용해시키는 경우보다 LDH의 층간에 형광증백제를 삽입시킨 경우에 형광증백제가 더 서서히 물에 용해됨을 보여주는 것이다. 이 현상은 본 발명에서 추구한 바와 같이, LDH 층간에 형광증백제를 넣음으로써, 물에서 용해되는 속도를 조절하여 국부적인 염착의 위험을 줄일 수 있다는 내용과 일치됨을 나타낸다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 형광증백제 함유 유무기 복합체 및 그 제조방법에 의하면, 형광증백제가 물에 일차적으로 직접 닿아 용해되는 종래의 경우와 달리 형광증백제가 층상 금속 수산화물의 층상 구조에 삽입되어 있다가 이온 교환반응에 의해 서서히 물에 용해되기 때문에, 분말 세제와 함께 본 발명에 따른 형광증백제 함유 유무기 복합체 분말을 사용하더라도 종래와 같은 국부적 염착을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (10)

  1. LDHs 또는 HDSs로 이루어진 층상 금속 수산화물과, 4,4-비스[(4-아닐리노-6-몰포리노-1,3,5-트리아진-2-일)-아미노]스틸벤-2,2'-디설포네이트, 4,4'-비스[(4-(4-설포아닐리노)-6-비스(2-하이드록시에틸)아미노-1,3,5-트리아진-2-일)아미노]스틸벤-,2'-디설포네이트, 4,4'-비스(2-설포스티릴)바이페닐, 4,4'-비스(4-클로로-3-설포스티릴)바이페닐, 4,4'-비스(5-에틸-3-설포벤조푸르-2-일)바이페닐, 및 테트라벤조-테트라아자포파인 유도체로 이루어진 형광증백제 물질군으로부터 선택된 어느 하나의 수용액과, 염기성 수용액을 pH가 5 내지 10이 되도록 서로 혼합한 후에 상기 층상 금속 수산화물의 층간에 상기 형광증백제가 삽입된 구조를 갖도록 상기 혼합 결과물을 상온교반함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 유무기 복합체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 층상 금속 수산화물의 층간거리가 7 내지 35Å 인 것을 특징으로 하는 유무기 복합체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 층상 금속 수산화물에 대한 상기 형광증백제의 당량비가 1 내지 20인 것을 특징으로 하는 유무기 복합체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 형광증백제의 양이 총 중량에 대해 5 내지 50 중량% 인 것을 특징으로 하는 유무기 복합체.
  7. ZnNO3·6H2O 와 Al(NO3)3·9H2O를 [Zn2+]/[Al3+] 가 1 내지 5가 되도록 하여 혼합하고, 이를 테트라벤조-테트라아자포파인 유도체 수용액 및 염기성 수용액과 혼합하여 pH가 5 내지 10이 되도록 한 후 이를 상온에서 교반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 복합체 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제조과정이 질소분위기에서 행해지는 것을 특징으로 하는 유무기 복합체 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 테트라벤조-테트라아자포파인 유도체가 Al3+에 대해서 1:1 내지 1:3의 당량비로 공급되는 것을 특징으로 하는 유무기 복합체 제조방법.
  10. 삭제
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