KR101185161B1 - 탈취 및 제습 기능을 가진 탈취/제습제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단백석의 강력한 흡착원리를 이용하여 탈취/소취효과와 제습 및 조습 기능을 가진 다기능 탈취/제습제에 관한 것으로, 단백석을 미세한 분말로 분쇄하는 분쇄단계, 분말화된 단백석에 흡착수를 첨가하여 반죽물을 조성하고, 이 반죽물에 숯 분말과 알루미나를 첨가하여 구형의 볼로 성형하는 볼 성형단계, 성형된 볼을 가마에 투입하여 수분함유량을 일정수준 이하로 건조하는 건조단계, 건조된 볼을 가마에 재투입하여 고온으로 가열하여 성형단계에서 첨가된 숯 분말을 제거하고 소결처리하는 소결단계, 및 소결된 볼의 표면을 연마 가공하는 표면가공단계로 이루어진 친환경 무공해 소재로 만든 탈취/제습제의 제조방법을 제공하는 것이다.

Description

탈취 및 제습 기능을 가진 탈취/제습제의 제조방법 {Method for manufacturing deodorant/desiccant}

본 발명은 탈취 및 소취 효과와 제습 및 조습 기능을 가진 성형물의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세한 나노 및 미크론 크기의 미세기공이 다양하게 혼합된 단백석을 가공함으로써 더욱 향상된 흡착력을 갖도록 한 탈취/제습제의 제조방법에 관한 것이다.

흡착이란 물질이 달라붙는 것을 말하며 흡착에는 부착된 입자가 온도 상승으로 다시 떨어져 나가는 물리적 흡착과 일단 부착된 후에는 떨어져 나가지 않는 화학적 흡착이 있다.

본 발명에서 사용되는 단백석의 흡착력은 미세한 나노 크기 및 미크론 크기의 미세기공이 다양하게 혼합된 것으로서, 공기와 접하고 있는 계면이 활성화되는 상태로 성형함으로써 비표면적과 흡착력을 더욱더 강력하게 하여 줄 수 있다.

계면에서는 기체의 인력이 거의 작용하지 않으므로 내부보다 안정도가 작아 안정을 위한 여분의 표면에너지를 갖게 되며, 입자가 작을수록 비표면적이 커서 표면에너지도 많이 갖게 된다. 따라서, 응집 또는 부착되는 성질도 표면에너지가 클수록 큰 값을 갖는다.

비표면적이라 함은 단위 중량의 분진 입자가 갖는 표면적의 총화로서 입자의 모양이 일정하다면 입자의 직경이 작을수록 비표면적은 커진다.

본 발명에 따라 제조된 탈취/제습제의 비표면적은 1g당 4,000이상의 면적으로서 숯의 1g당 400 면적과 대비하여 10배 이상의 비표면적을 가질 수 있게 하였다.

기존 시장에 유통되고 있는 실리카겔과 물먹는 하마로 잘 알려진 염화칼슘 제습제의 유해성이 최근에 심각하게 대두함에 따라 이의 대체물질 개발과 보급이 시급한 상황이다.

특히 실리카겔의 경우 많은 산업분야에서 안 쓰이는 분야가 없을 정도로 광범위하지만, 유럽을 포함한 미주 지역 등에서는 실리카겔에 유해성분DMF가 함유된 물질의 수입 및 반입이 금지되었다. 따라서, 대체제로서 활성탄을 이용한 제습제가 일부 이용되고는 있지만 이것 또한 환경오염의 주범으로서 탄소 배출권에도 영향을 미치기 때문에 다른 대체제의 대량생산과 개발이 절실한 상황이다.

실리카겔은 산업용 제습제로서 다양하게 사용되고 있다. 그러나 정상적인 공정으로 만들어진 실리카겔은 인체에 무해하다고는 하지만 전세계 제조공장의 99%이상이 중국에 위치하고 있고 그 제조 과정상 DMF라는 유해 물질이 첨가가 되기 때문에 인체에 악영향을 미칠 수가 있다.

DMF란, 예를 들어 상품을 수송하거나 보관 중에 나타날 수 있는 곰팡이 발생을 방지하기 위해 제품과 함께 포장 상자 안에 넣어두는 방습제인 "실리카겔"에 주로 첨가되는 것으로, 피부 접촉시 통증, 가려움증, 염증 및 흡입시 호흡장애 등을 일으킬 수 있는 화학물질이다.

유럽연합은 2010년 5월 1일부터 발효된 새 규정(Commission Decision 2009/251/EC)에 따라 DMF함유량이 0.1ppm 이상일 경우 유럽 내 제조 및 반입을 금지하고 있으며 이전에 출시된 제품들은 모두 회수할 것을 명령했다.

일상생활용으로 가구용이나 실내 습기제거제로 쓰이고 있는 염화칼슘의 유해성은 위험유해성 등급/ NFPA 등급: 보건 1등급으로 분류가 되어있고, 그 위험성은 아래와 같다.

1) 주요 건강 위험성: 호흡기도 자극, 피부 자극, 눈 자극

2) 잠재적 건강영향

a. 단기간/장기간 흡입노출: 자극, 호흡곤란

b. 단기간/장기간 피부접촉 노출: 자극, 수포

c. 눈 접촉: 자극, 최루,

d. 섭취: 구역

* 보건 1등급: 처치를 하지 않으면 자극의 원인이 되거나 약간의 상처가 남는다. 승인된 방독마스크의 착용이 필요하다.

- 화기조건하에서 자극성의 가연성 물질

- 피부조직을 파괴하지는 않으나 자극적

본 발명에 사용되는 주원료인 단백석은 주성분인 SiO₂ 이외의 구성성분(AlO₃, MgO)에 의해 방청, 항균효과도 뛰어나 습기에 민감한 제품(반도체, 전자제품, 식료품, 의약품 등)에 적합하며 다세공 구조의 이온교환작용에 의한 강력한 흡착력으로 습기와 냄새를 흡수한다.

또한, 본 발명에 사용되는 단백석은 약 알칼리성으로 금속성분에 전혀 무해하며 흡습시 구성 성분의 흡착력으로 용출현상이 없고 고습도 상태에서는 상대적으로 늦게 반응하여 방습제의 품질관리가 용이하며, 특히 저습도 상태에서 강한 흡습효과를 나타내어 반도체, 전자제품 등 저습도 상태에서 결함이 발생하는 민감한 제품의 포장관리에 가장 적합하다.

본 발명품은 다세공 층상구조의 약알칼리성 활성점토로서 화학제재인 SILICA GEL보다 약 15% 가량 흡습력이 뛰어나고, 염화칼슘(CaCl₂) 성분이 없으므로 발열 및 수용액의 용출현상이 없어 제품을 보호할 수 있는 특징이 있다.

제습제의 성능은 저온에서 많은 양의 수분을 흡수할 수 있어야 하고 온도가 상승하면서 쉽게 탈착이 가능해야 한다. 또한 저온 흡수와 고온 재생과정이 반복되므로 열적 안정성도 우수해야 한다. 시중에 개발된 제올라이트 종류는 낮은 온도에서 쉽게 수분을 흡수하지만 흡수된 수분을 탈착시키기 위해서는 섭씨 200 이상의 높은 온도를 필요로 한다. 따라서 최근에는 합성 제올라이트의 기공을 옹스트롱 크기로 확대시킨 다공성 물질을 제조하고 이들의 수분에 대한 흡착과 탈착 특성에 대한 연구가 진행되고 있다. 하지만 이렇듯 복잡하고 까다로운 공정을 거쳐 대중성 있고 경제적으로 효율적인 제습/탈취제를 제조하기에는 아직도 많은 노력과 연구가 필요하고 상용화까지는 많은 시행착오가 따르고 있는 실정이다.

본 발명은 이러한 제조공정상 복잡하고 비효율적인 과정을 거치지 않고도 경제적인 제습 기능 또는 탈취 기능 한쪽의 기능만이 아닌 두 가지를 동시에 충족할 수 있는 경제적이고 효율적인 탈취/제습제의 제조방법을 제공하는 것이다.

화학 물질로 구성된 실리카겔의 경우 규산소다를 강산으로 분해 처리한 화학적 분자구조이므로 장시간의 구조변경이 일어난 뒤에 분해됨으로써 환경에 해를 끼치게 되며 염화칼슘의 조해성을 이용한 흡습제의 경우는 자체중량의 3배까지 지나친 수분을 흡습함으로 수용액의 용출현상이 일어나며 사용중에 분진이 발생할 우려가 있고 제품이 흡습하게 되면 형체가 파괴되면서 수분이 누출되어 포장 제품에 치명적인 손상을 줄 수 있다.

기존 방습제의 성분들이 인위적인 화학제품이며 산성을 지니고 반도체 및 금속성분에 유해한 염소성분을 함유하고 있는데 반하여 본 발명에 따른 제품은 캐나다 청정지역에서 채굴되는 단백석과 천연화산석 재질을 혼합하여 만든 제품으로서 염소성분이 없어 금속 및 기타 성분에 무해하며 흡습시 구성성분의 흡착력으로 용출현상이 없고, PH7.9의 중성이기 때문에 금속에 접촉하여도 산화 부식되지 안으며 화학적으로 안정되어 방습제의 흡습된 수분의 누출현상이 없으므로 제품에 손상이 전혀 없다.

또한, 100nm 크기의 기공 활성화 과정을 거쳐 살아 있는 나노 기공의 특성을 유지하면서 만든 제품이므로, 식료,곡류에 사용하여도 전혀 해가 없다(8대 유해 중금속 불검출).

단백석의 주요성분은 천연규산(SiO₂)으로서 사용 후 환경오염 우려가 전혀 없다.

사용 후 농작물 및 화훼 작물 등의 비료로 사용가능하다. 소재 화학적 구성 특성상 천연 규산이 90%이상 함유된 양질의 규산질 비료이기 때문이다.

본 발명에 소재로 이용되는 단백석은 1억 4천만년전 화산폭발로 고온의 화산분말이 분출하여 유리구슬상태로 담수호로 떨어지면서 담수호의 조개와 어류생물, 조류식물 등 풍부한 단백 미생물과 함께 순식간에 냉각되고 침전되므로 이런 과정이 수없이 반복되어 화산분말 침전물은 미생물과 일체가 되고 대지의 변천으로 화산암 광석으로 변성되어 인위적인 가공이 아닌 자연 발생적으로 층상구조와 섬유상구조의 나노, 마이크로급 공간격을 갖는 공상태의 나노 구조 특징이 있게 된 학명으로 경질혈암단백석으로 명명된 광석을 사용한다.

다음의 표는 한국화학시험연구원에서 분석한 단백석의 주요 화학성분 구성표이다.

성분	SiO₂	AI₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	TiO₂	LOS
함유량	90.18	2.48	1.03	0.14	0.82	0.15	0.48	0.08	3.98

본 발명은 유해한 실리카겔과 습기제거제로 쓰이고 있는 염화칼슘제를 대체하는 것으로, 천연 광석물질을 소재로 사용하여 제습과 탈취의 두 가지 기능을 가진 탈취/제습제를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 인공적인 화학성분을 사용하지 않고, 자연에서 채취한 천연재료를 이용하여 탈취와 제습 두 가지 기능을 가진 탈취/제습제를 제조함으로써, 실리카겔이나 염화칼슘 등의 재료에 의한 유해가 발생하지 않는 천연 탈취/제습제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 표면의 미세한 기공을 활성화하기 위해 숯과 알루미나를 표면에 처리하는 소결과정을 통하여 미세기공의 활성화가 극대화가 될 수 있게 함으로써 흡착기능을 더욱 배가시킬 수 있게 하는 제조방법을 통하여 강력한 흡착력을 가진 탈취/제습제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 해결하기 위한 본 발명은, 단백석을 미세한 분말로 분쇄하고, 이 단백석 분말에 접착제를 혼합하지 않은 자연 상태로 구형으로 성형한 후, 이를 건조하고 숯과 알루미나를 적정비율로 배합하여 표면처리하여 고온으로 소성처리 하였을때 미세한 숯과 알루미나 성분이 산화되어 소결처리하여 표면의 미세기공을 활성화시키고자 한다. 이렇게 활성화된 표면은 단백석 성분의 특징 중 하나인 미세기공을 더욱 활성화하고 표면의 비표면적을 더욱 활성화하게 되어 흡착력을 높일 수 있는 것이다.

또한 구형 또는 자연 원석 형태의 그래뉼 타입으로 탈취/제습제를 제공하여 보관의 용이성과 제품의 미려함 그리고 경제적인 생산성을 해결하고자 하는 것이다.

상기한 수단으로 제조되는 본 발명의 탈취/제습제는, 천연재료인 단백석만을 이용하여 탈취/제습제를 제조하게 되므로, 안심하고 사용할 수 있으며, 탈취/제습제를 다양한 포장용기에 담아 사용하여도 되고, 부직포에 포장하여 수출 포장용, 산업기기 보호용, 전자, 식품, 제약 분야, 컨테이너 결로(내부, 외부의 온도차이로 인한 습기피해)예방용, 기타 산업 분야 등에 사용할 수 있고, 일생 생활에 있어서는 물먹는 하마, 냄새 먹는 하마 등의 염화칼슘 대체제, 냉장고용 탈취제, 차량용 탈취제(새차증후군), 담배냄새 및 악취제거, 새집증후군 유해가스 제거용 (가정용)

애견용품, 신발장, 옷장용 탈취 제습제, 신발 악취, 습기 제거용(군 장병용)으로 모든 산업분야에 이용 가능하다.

친환경물질로서 환경오염이 없고 실리카겔, 염화칼슘 등의 유해성으로부터 자유로울수 있으며 가격은 기존 저가의 실리카겔이나 염화칼슘보다 저렴하게 공급할 수가 있어 산업시장에 새로운 대체제로서 큰 변화를 기대할 수 있다.

본 발명의 탈취 제습제는, 단백석을 미세한 분말로 분쇄하고, 여기에 흡착수를 첨가하여 반죽물로 조성한 다음, 1~30mm의 직경을 갖는 볼로 성형하고, 건조와 소결단계를 거쳐 구형 또는 천연원석 형태의 불규칙한 과립형태의 탈취/제습제를 성형하는 것이다.

더욱 구체적으로는, 단백석을 10~700 메쉬(mesh)로 분쇄하여 분말화하고, 이 분말 70~85중량부에 흡착수 15~30중량부를 혼합하여 반죽한 다음, 지름 1~30mm의 크기의 입자가 되도록 성형하여 100~200의 온도에서 24~28시간 동안 가열함으로써,성형물의 수분함유량이 10중량부 이하가 될 때까지 건조한 후, 300~1000의 고온에서 1~2시간 가열하여 소결하는 것이다.

상기한 탈취,제습제의 제조공정은, 단백석을 10~700 메쉬(mesh)크기의 분말로 분쇄하는 분쇄단계, 분말화된 단백석에 흡착수를 첨가하여 반죽물을 조성하여 구형의 볼로 성형하는 볼 성형단계, 성형된 볼을 가마에 투입하여 수분함유량을 일정수준 이하로 건조하는 건조단계, 건조된 볼을 가마에 재투입하여 고온으로 가열 소결처리하는 소결단계, 및 소결된 볼의 표면을 연마 가공하는 표면가공단계로 이루어진다.

본 발명에 있어서 상기한 분쇄단계는, 작은 암반형태의 단백석 원석을 파쇄기로 파쇄하여 작은 암석 형태로 파쇄한 다음, 파쇄된 원석을 분쇄기에 투입하여 분말형태로 만들고, 이 단백석 분말을 거름망을 통과시켜 10~700메쉬의 크기만 통과시키고, 그 이상의 크기를 갖는 단백석 분말은 다시 분쇄기로 투입하여 소정의 크기로 분쇄될 때까지 반복하여 분쇄하는 것이다.

분쇄단계에서 단백석 분말을 10~700메쉬 크기로 한정하는 것은, 단백석 분말이 10메쉬 이하인 경우 점성이 약해져 성형이 어렵고, 700메쉬 이상인 경우 흡착수와의 혼합이 잘 되지 않아 성형이 어렵게 된다.

상기 볼 성형단계는, 단백석 분말 70~85중량부와 흡착수 15~30중량부를 혼합하여 반죽한다.

이어서, 상기 반죽물 100중량부에 숯 분말 1~2중량부 및 알루미나 1중량부를 첨가한 후, 성형기를 이용하여 지름 10~30mm의 크기의 볼로 성형하는 것이다.

특히, 성형단계에서 첨가되는 숯 분말은 각각 10메쉬~1000메쉬까지 다양한 크기로 첨가한다. 이는 다양한 크기의 숯 분말이 반죽물에 고루 분포되어 다양한 크기의 기공을 형성하도록 하기 때문이다.

상기 건조단계는, 성형물을 가마에 투입하여 100~200의 온도에서 24~28시간 동안 가열하여 수분함유량이 10중량부 이하가 될 때까지 건조하는 것이다.

건조단계를 거친 이후에 수분이 10중량부 이상 남아있을 경우 고온의 소결단계에서 급격한 수분증발이 일어나 성형물이 깨지거나 표면에 크랙이 발생할 수 있으므로 수분함유량이 10중량부 이하가 될 때까지 건조하여야 한다.

상기 소결단계는, 건조된 성형 볼을 가마에 투입하여 300~1000의 고온에서 1~2시간 가열하여 첨가된 숯 분말을 제거하고, 소결하는 것이다.

특히, 소결단계에서 건조한 성형 볼에 첨가된 다양한 크기의 숯 분말이 400~1250의 고온에서 완전히 연소하여 제거되어 성형 볼에 다양한 크기의 기공을 형성시켜 탈취 제습제의 흡착력을 더욱 향상시키고 겉표면의 비표면적을 활성화시켜 수분과 악취를 잘 흡착해내게 되는 것이다.

또한, 소결단계에서 건조된 성형 볼의 제조과정 중에 함유될 수 있는 불순물을 완전히 제거하여 단백석 성분만 남게 되고, 소결처리된 성형 볼의 색상이 산화과정을 통해 연한 황토색과 유사한 색상으로 변형되는 것이다.

상기 표면가공단계는, 소결처리된 볼의 불규칙한 표면을 표면연마기계인 볼밀에 통과시켜 표면을 연마 가공하는 것이다.

상기한 단계를 통하여 제조되는 볼에는 미세한 기공이 무수하게 존재하게 되고, 이 기공을 통하여 수분과 악취를 흡수하게 되는 것이다

상기 볼의 크기는 1~30mm위 크기로 제한하는데, 이는 1mm 이하의 크기로 제작하게 되면, 볼의 크기가 너무 작아 분진이 자주 발생할 수 있는 단점이 있고, 30mm 이상의 크기로 제조하면 용기가 지나치게 커질 수가 있어 흡착효율에 비해 비효율적일 수 있는 단점이 있다.

본 발명의 제조방법에 따라 제조된 탈취 제습제를 한국세라믹기술원에 의뢰하여 흡수율과 흡유율을 시험한 결과 29.5%의 흡수율과 18%의 흡유율을 나타냈다.

다음의 표는 한국세라믹기술원에서 진행한 탈취/제습제의 흡수율과 함수율 시험 결과를 나타내었다.

시험결과
시료명	시험항목	단위	시료구분	결과치	시험방법
본 발명의 탈취/제습제	흡수율	%	B	21.3	무게분석
	함수율	%	B	0.54	무게분석

(시험환경: 온도 20~22, 상대습도 48~52% RH)

상기한 시험결과표에 나타나 있듯이, 본 발명의 탈취/제습제의 흡수율과 함수율이 각 21.3%와 0.54%로 일반적인 광물의 흡수율이 약 1~2% 수준이고, 함수율은 3~5%수준의 결과치가 나오는 점과 비교하였을 때 본 발명제품의 그 결과치가 매우 높으며, 이는 본 발명자가 연구개발한 상기 제조방법의 성형단계, 소결단계 과정을 통해 얻어진 수치이다.

Claims (5)

1. 다음의 단계를 포함하는 탈취/제습제의 제조방법:
   단백석을 10~700 메쉬 크기의 미세한 분말로 분쇄하는 분쇄단계;
   분말화된 단백석 70~85중량부에 흡착수 15~30중량부를 혼합하여 반죽물을 조성하고, 1~30mm 크기 구형의 볼로 성형한 다음, 성형된 볼의 겉표면의 비표면적을 활성화시키기 위해 10~1000메쉬 크기의 숯과 알루미나를 첨가하는 성형단계;
   성형된 볼을 가마에 투입하여 100~200의 온도에서 24~28시간 동안 가열하여 성형 볼의 수분함유량이 10중량부 이하가 될 때까지 건조하는 건조단계;
   건조된 성형물을 가마에 재투입하여 300~1000의 고온으로 소결처리하는 소결단계; 및
   소결된 성형물의 표면을 연마, 가공하는 표면가공단계.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 단백석은 경질혈암단백석인 것을 특징으로 하는 탈취/제습제의 제조방법.
   
4. 제 1항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 탈취/제습제.
   
5. 삭제