이에 본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 천연 재료를 원료로 하여 환경친화적이며, 수생물체 성장에 도움이 되는 소포제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 실시예에 의하면, 황토 1 ~ 20 중량%, 동점도가 10 ∼ 50,000 cst인 실리콘 수지 10 ∼ 30 중량%, 증점제 1 ~ 5 중량%, 천연 계면활성제 1 ~ 10 중량%, 정수제 1 ~ 10 중량% 및 물 60 ~ 80 중량%로 이루어진 황토를 이용한 환경친화형 기능성 소포제가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 맥반석, 토르말린, 게르마늄 중에서 선택된 적어도 하나 이상과 황토를 혼합한 무기질 배합물 1 ~ 20 중량%, 동점도가 10 ∼ 50,000 cst인 실리콘 수지 10 ∼ 30 중량%, 증점제 1 ~ 5 중량%, 천연 계면활성제 1 ~ 10 중량%, 정수제 1 ~ 10 중량% 및 물 60 ~ 80 중량%로 이루어진 황토를 이용한 환경친화형 기능성 소포제가 제공된다.
상기 황토와 무기질 배합물의 평균 입경은 100 ~ 500㎛인 것이 바람직하다. 또한, 상기 천연 계면활성제는, 천연 지방산과 α, γ 하이드록시 실록산(α, γ Hydroxy siloxane)을 1:5 내지 1:7의 비율로 혼합한 혼합물 100 중량부에 0.05 ~ 0.2 중량부의 촉매를 첨가하여 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 의한 황토를 이용한 환경친화형 기능성 소포제는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 천연 계면활성제, 황토, 맥반석 등의 천연 물질을 주재료로 이용하였 기 때문에, 사용 후 유해 물질의 배출이 없다. 따라서 과량을 해양, 하천에 투입하여도 생물학적으로 안정하다. 또한, 천연재료를 사용하므로 식품 산업, 정수 산업, 미용 산업 등 전 산업에 폭넓게 적용할 수 있다.
둘째, 기존 공업용 실리콘 소포제에 비해 분산성 및 소포력이 우수하다.
셋째, 황토의 첨가로 소포 작용뿐 아니라 거품 중의 중금속 흡착 효과가 있으며, 음이온에 의한 정화 효과가 있다. 또한, 원적외선이 발산에 의한 항균작용에 의해 어류 및 수산생물의 성장에 도움이 되는 효과가 있다.
넷째, 황토는 주변에서 쉽고 값싸게 구할 수 있는 재료로써, 생산 단가를 낮출 수 있으므로 경제성이 있다.
다섯째, 토르말린, 맥반석 같은 천연 재료의 사용을 통해 수산 생물의 성장 촉진, 수질 정화가 가능하다.
본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예는 황토 또는 맥반석, 토르말린, 게르마늄 중에서 선택된 적어도 하나 이상과 황토를 혼합한 무기질 배합물 1 ~ 20 중량%, 동점도가 10 ∼ 50,000 cst인 실리콘 수지 10 ∼ 30 중량%, 천연 계면활성제 1 ~ 10 중량%, 증점제 1 ~ 5 중량%, 정수제 1 ~ 10 중량% 및 물 60 ~ 80 중량%로 이루어진 소포제이다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 황토를 이용한 환경친화형 기능성 소포제를 구성하는 성분에 대해 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 황토에 대해서 설명한다. 황토는 석면조면암, 안산암, 화강암등이 열 수작용 및 풍화작용에 의하여 분해되어 생성된 빛깔이 누르고 거무스름한 흙으로서, 화학식이 Al2O32SiO22H2O인 Kaolin족 점토류에 속하는 광물이다.
황토는 1차 점토(primary clay)인 Kaolin류의 표층이 산화, 풍화되어 형성된 것으로서, 산화철(Fe2O3)성분이 많아 붉은 색을 띠며, 4면체와 8면체가 1:1로 형성되어 2층 구조를 이룬다. 이러한 구조적 안정성으로 인해 반응성이 낮기 때문에 환경에 무해하다. 아래의 그림은 황토의 주성분인 고령토(Kanlinite)의 구조를 나타낸 그림이다(김인규, 서성훈, 강진양, “ 황토의 일반적인 특성 및 산화철 함량”, J. Kor. Pharm. Sci., Vol.30, No.3, p219-222 (2000)).
황토의 성분은 미생물학적 성분과 화학적 성분으로 나눌 수 있으며, 전자에는 생물에게 독소를 나타내는 과산화수소를 제거하여 생물에게 적절한 토양을 만들어 주며 가장 높은 활성을 갖는 카탈라아제, 토양산화력의 지표인 디페놀옥시다아 제, 사카라아제, 및 단백질 속의 질소가 무기화할 때 단백질을 아미노산으로 가수분해시키는 프로테아제의 네 종류가 있다. 이 효소들은 각기 독소 제거, 분해력, 비료요소, 정화작용의 역할을 하고 있다. 화학적 성분으로는 석영, 장석, 운모, 방해석 등 다양한 광물 입자가 있으며, 그 비율은 SiO2 35∼45%, Al2O3 20∼35%, Fe2O3 5∼15%, MgO 2∼3%, Na2O 1∼2% 정도로 알려져 있다.
황토는 태양에너지의 저장고라 불릴 정도로 동식물의 성장에 꼭 필요한 원적외선을 다량 발산하여 일명 살아있는 생명체라 불리기도 한다. 이러한 황토의 효능으로 인해 황토 그 자체에서 나오는 원적외선이 세포의 생리작용을 활성화하여 오염된 하천이나 적조현상으로 죽어가는 바다를 회복시키기도 한다.
황토 내 포함되어 있는 광물들은 그 표면에서 발생하는 전하 때문에 음이온 및 양이온을 흡착할 수 있고, 특유의 다공성 구조, 함유된 점토광물의 넓은 표면적으로 인해 Cu, Pb, Cr, Zn 등의 중금속, 및 부유 물질 흡착 등의 수질 정화 작용에 응용이 가능하다.
본 발명에 있어서, 황토는 거품 내 표면장력의 부분적인 불균형을 유발시켜 거품을 파괴하는 역할, 원적외선을 발산하는 역할 및 중금속을 흡착하는 역할을 하며, 1 ~ 20 중량% 범위로 첨가한다. 1 중량% 미만이면 파포성이 저하되며, 20 중량%를 초과하면 황토가 분리되어 가라앉는 문제가 발생한다. 또한, 겔화로 인해 점도가 상승하여 파포성이 저하된다.
맥반석은 옛날 중국에 있어서 약석으로 알려져 이용되어온 암석이다. SiO2 가 65% 이상을 차지한다. 본 발명에 있어서, 맥반석은 소포제의 중금속 흡착 능력을 향상시키는 역할과 수질을 정화하는 역할을 한다. 맥반석의 주성분인 SiO2의 강력한 흡착작용으로 인해 Cd, Hg 등의 중금속 등 유해한 중금 속을 흡착한다. 또한, Mg, Fe, Mn, Al, Si, Ca 등의 미네랄 성분이 용출되어 수질 정화 작용을 한다.
토르말린(電氣石, tourmaline)은 마찰에 의해 전기가 생기며, 가열하면 양끝이 양 ·음으로 대전하기 때문에 전기석이라고 불린다. 토르말린은 영구적으로 음이온과 원적외선을 방출하는 광물로 알려져 있다. 본 발명에서는 황토의 음이온 발산 기능을 촉진하기 위해 첨가되었다.
게르마늄(Germanium)은 납, 구리, 카드뮴 등 중금속 흡착 능력을 향상시키며, 원적외선을 발산하는 역할을 한다. 전자공학분야에 주로 쓰이던 금속이나, Organiometallic Compound의 형태나, Organic Chelating Agent로 합성되어 의학 치료 영역에 널리 이용된다. 유기 게르마늄은 종양 방지 효과, 생명연장효과, 항 돌연변이 작용, 바이러스 감염의 치료, 류머티스성 질환의 치료에 효과가 있다는 연구가 보고되고 있다. 최근에는 기능성 농산물 생산을 위해 벼, 딸기, 토마토, 배, 미나리 등에 이용하고 있고, 육질 개선을 위해 오리 사육에 대한 연구도 진행되어, 육질과 연도가 개선되고, 저장 중 산화가 지연되는 결과가 확인되었다(한국 축산식품학회지 제23권 제3호, p 200∼208, 2003년).
이상의 무기질 배합물는 평균 입경은 100 ~ 500㎛인 것을 사용한다. 평균 입경이 너무 작으면, 겔화될 수 있으며, 평균 입경이 너무 크면, 소포제 내에서 분리 되어 침전되기 때문이다.
친환경 반응성 실리콘 수지는 구성성분들을 균일하게 혼합하는 기능과 표면장력을 떨어뜨리는 기능을 하며, 10 ∼ 30 중량% 범위로 첨가한다. 실리콘 수지는 식품의 거품을 제거하는데 이용하는 식품첨가물로써 식품의약품 안전청에서 무해함이 인정된 물질이다. 실리콘 수지는 각종 농축공정, 발효공정, 증류공정에서 사용되어 제품의 균일화에 도움을 준다. 발효산업에서 이스트, 젖산, 알코올 생산 등에 이용되며, 식품산업에서는 간장, 제당, 당밀, 유제품, 잼, 과즙제품, 두부 등의 제조에 사용되며, 의약품산업에서는 항생물질의 제조, 비타민류의 농축에 사용된다.
천연 계면활성제는 분자 간의 낮은 인력과 표면의 발수성 및 비접촉성으로 인해 표면장력을 낮추어 거품의 안정성을 파괴하는 역할과 황토 등의 고체물질을 분산시키는 역할을 한다. 천연 계면활성제는 1∼10 중량% 범위로 첨가한다. 본 발명에서 사용되는 계면활성제는 석유 정제를 통한 계면활성제가 아닌, 올레익산 등이 포함된 대두유, 피마자유, 당계 계면활성제 등을 이용하므로 환경 및 인체에 무해하다. 또한, 종래의 공업용 계면활성제에 비해 사용 후, 환경을 오염시키지 않는다.
증점제는 소포제의 점도를 일정하게 유지하기 위한 것으로서, 1 ~ 5 중량% 첨가한다. 본 발명에 사용된 증점제는 천연 성분의 증점제이다. 천연 성분의 증점제로는 쟁탄검, 천연셀룰로오스, 하이셀, 메칠셀룰로오즈, 카보머, 카보폴 프리젤, 젤라틴 등이 있다.
정수제는 물속에 포함된 박테리아, 바이러스 각종 포자 등 병원체를 박멸하고 중금속을 제거하는 기능을 하는 것으로서, 용도에 따라서 황산알루미늄계 정수제, 염소계 발포 정수제 등이 사용된다. 본 발명에서는 식품 첨가용 솔비톨(-OH기 많은 분자물질)을 정수제로 사용하였다.
다음으로, 상기와 같은 성분을 사용하여 본 발명의 실시예에 따른 황토를 이용한 환경친화형 기능성 소포제를 제조하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.
우선 천연 계면활성제의 제조 방법을 설명한다. 먼저, 반응기 내에 피마자유, 대두유(올레인산, 리놀산, 리노신산으로 구성됨) 등의 천연 지방산과 α, γ 하이드록시 실록산(α, γ Hydroxy siloxane)을 1:6의 중량비로 넣고, 상온에서 교반한다. α, γ 하이드록시 실록산(α, γ Hydroxy siloxane)(poly ethylene glycol)은 천연 지방산과 에스테르화 반응을 일으킨다. 다음으로, 130℃ ~ 160℃에서 촉매를 반응물 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 0.2 중량부를 첨가하고, 6시간 동안 환류 반응시킨다. 반응 중 생성되는 물은 딘스탁 트랩으로 분리 제거한다. 반응 종료 후, 상온 냉각하여 생성된 짙은 황색의 유동성 있는 액체를 분리하여, 천연 계면활성제를 얻는다.
다음으로, 완성된 천연 계면활성제를 이용하여 황토를 이용한 환경친화형 기능성 소포제를 제조하는 방법을 설명한다. 먼저, 반응 용기에 적당량의 물을 넣고 Inline Mixing이용하여 교반하면서 천연 계면활성제를 첨가한 후, 적절히 상온에서 계속 교반한다. 충분히 섞인 후, 식품첨가용 실리콘 수지, 증점제 및 정수제를 섞 어서 충분히 교반한다. 충분히 섞인 반응물에 황토 등 무기 배합물와 물을 혼합한 수용액을 가하면서 교반한다. 황토, 맥반석, 천연 토르말린, 게르마늄은 잘게 분쇄하여, 100 mesh이상의 망을 통해 걸러낸 후 사용한다. 각 단계별로 충분히 교반하여, 분산도를 일정하게 유지하도록 한다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
대두유 1g과 α, γ 하이드록시 실록산(α, γ Hydroxy siloxane) 6g를 혼합하고 촉매를 0.007g 첨가하고, 6시간 동안 환류시키고, 에스테르화 반응에 의해서 발생한 물을 분리 제거하여 천연 계면활성제를 준비하였다. 다음으로, 물 40g에 황토 3g을 첨가하여 황토 수용액을 준비하였다.
다음으로, 물 30g에 준비된 계면활성제 5g을 첨가하고 상온에서 10분간 교반하였다. 여기에 실리콘수지 7g과 천연 증점제인 천연셀룰로오스 1g 및 식용 정수제 3g을 첨가하여 계속 교반하면서 황토 수용액 43g을 첨가하고, 130℃에서 5시간 혼합하여 소포제를 제조하였다.
<실시예 2>
계면활성제는 실시예 1과 동일하게 준비하였다. 다음으로, 물 40g에 황토 3g, 맥반석 1g, 토르말린 0.5g, 게르마늄 0.5g을 첨가하고 혼합하여 무기질 배합물 수용액을 준비하였다. 다음으로, 물 30g에 계면활성제 6g을 첨가하고 상온에서 10분간 교반하였다. 여기에 실리콘 수지 7g과 천연 증점제인 천연셀룰로오스 2g 및 식용 정수제 4g을 첨가하여 계속 교반하면서 무기질 배합물 수용액 45g을 첨가하고, 130℃에서 5시간 혼합하여 소포제를 제조하였다.
<비교예 1>
계면활성제는 실시예 1과 동일하게 준비하였다. 다음으로, 물 60g에 황토를 25g 첨가하여 황토 수용액을 준비하였다. 다음으로, 물 10g에 계면활성제 5g을 첨가하고 상온에서 10분간 교반하였다. 여기에 실리콘 수지 7g과 천연 증점제인 천연셀룰로오스 1g 및 식용 정수제 3g을 첨가하여 계속 교반하면서 황토 수용액 85g을 첨가하고, 130℃에서 5시간 혼합하여 소포제를 제조하였다. 결과적으로 황토의 함량이 25g으로 증가한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
<비교예 2>
계면활성제는 실시예 1과 동일하게 준비하였다. 다음으로, 물 40g에 황토 3g을 첨가하여 황토 수용액을 준비하였다.
다음으로, 물 30g에 준비된 계면활성제 15g을 첨가하고 상온에서 10분간 교반하였다. 여기에 실리콘 수지 7g과 천연 증점제인 천연셀룰로오스 1g 및 식용 정수제 3g을 첨가하여 계속 교반하면서 황토 수용액 43g을 첨가하고, 130℃에서 5시간 혼합하여 소포제를 제조하였다. 결과적으로 계면활성제의 함량이 15g으로 증가한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
<시험예 1>
상기 실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 2에 의해 제조된 소포제를 사용하여 다음과 같은 방법으로 소포력을 시험하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
[소포력 실험 방법]
① 소포제가 1 중량% 첨가된 소포제 희석 용액 1 ml를 제조한다.
② 발포제가 1 중량% 첨가된 발포액 40 ml를 제조한다.
③ 소포제 희석 용액 1 ml와 발포액 40 ml를 메스플라스크에 담아 혼합한다.
④ 메스플라스크를 정해진 시간 동안 일정한 속도로 흔든다.
⑤ 거품의 높이가 0이 될 때까지 시간을 측정한다.
Shaking Time (min) |
소포 소요 시간(sec) |
실시예 1 |
실시예 2 |
비교예 1 |
비교예 2 |
1 |
8 |
6 |
6 |
12 |
2 |
17 |
15 |
16 |
23 |
3 |
27 |
23 |
25 |
33 |
4 |
35 |
31 |
34 |
42 |
5 |
46 |
39 |
42 |
52 |
6 |
57 |
41 |
48 |
66 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 황토를 이용한 환경친화형 기능성 소포제는 비교예 2에 따른 소포제에 비해서 소포력이 우수함을 확인할 수 있었다.
실시예 2는 실시예 1과 달리 황토 외의 천연 무기질 재료를 첨가하여 제조된 소포제로 각 재료의 고유 특성이 황토 기능의 활성화에 기여하여 소포시간이 단축됨을 확인할 수 있었다. 황토 함량을 증가시켜 시험한 비교예 1의 경우에는 소포력은 우수하나, 황토가 분리되어 가라앉는 문제가 있었다. 비교예 2는 과량으로 첨가된 계면활성제가 오히려 거품을 발생하는 역할을 하기 때문에 실시예 1과 2에 비해서 소포에 걸리는 시간이 길었다.
<시험예 2>
상기 실시예 1에 의해 제조된 소포제를 사용하여 다음과 같은 방법으로 어독성을 시험하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다. 어독성이란 물에 용해 또는 현탁된 농약 등의 약물이 어패류 등 수생 생물에게 장애를 일으키는 성질, 또는 그 정도를 의미한다.
[어독성 실험 방법]
OECD TG 203에 명시된 급성어독성시험의 공시 어종이며 국내외적으로 비교할 수 있는 충분한 기초자료가 축적되어 있는 송사리를 시험어로 선택하여 급성어독성시험을 진행하였다. 시험은 다음과 같은 단계로 진행되었다.
① 소포제 50g을 12.5L의 시험용 수조에 넣고, 시험용수를 전량 5L가 되도록 하여 완전히 혼합될 때까지가 충분히 교반한다(농도 10,000 mg/L).
② 시험용수가 투여된 수조와 지하수가 투여된 수조에 각각 10마리의 시험어를 투입한다.
③ 수온은 21 ~ 25℃, 광조건 16시간, 암조건 8시간으로 유지하며, 시험개시 24시간 전부터 시험종료시까지 사료공급은 중단한다.
④ 시험시작 직후, 24시간, 48시간, 72시간, 96시간 경과시에 일반중독증상, 특이증상 및 치사어 유무를 관찰한다.
농도 (mg/L) |
시험어수 |
치사어 수 |
치사율(%) |
24시간 |
48시간 |
72시간 |
96시간 |
48시간 |
96시간 |
지하수 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
10,000 |
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 10,000 mg/L의 시험농도에서 96시간 경과시까지 치사어가 관찰되지 않았다. 즉, 반수치사농도(LC50)값이 10,000 mg/L이상으로 나타났다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 황토를 이용한 환경친화형 기능성 소포제는 환경에 노출되었을 때 수생환경에 서식하는 어류에 대해서는 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.