KR101190264B1

KR101190264B1 - 목탄 분말을 포함하는 신발깔창 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101190264B1
Application number: KR1020100067492A
Authority: KR
Inventors: 안병준; 조성택; 이오규; 이수민; 김선익
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2012-10-17
Also published as: KR20120006824A

Abstract

본 발명은 목탄 분말을 포함하는 신발깔창 및 이의 제조방법에 관한 것으로서 본 발명은 목탄, 폴리머, 가교제, 가교조제, 가공조제, 발포제, 발포조제, 백색도증진제 및 항균제를 혼합하여 컴파운드를 제조하는 단계; 상기의 컴파운드를 압연하여 컴파운드의 두께를 조절하고 쉬트를 만드는 단계; 상기의 쉬트를 프레스기에 넣고 발포성형하여 발포체를 얻는 단계; 상기의 발포체 밑면에 접착제를 도포하여 발포체와 섬유를 합포한 후, 압착하는 단계; 및 상기의 발포체와 섬유를 합포 후 압착한 다음 건조하여 압착하고 신발깔창 형태로 재단하는 단계를 포함하는 목탄 분말을 포함하는 신발깔창의 제조방법 및 이러한 방법에 의해 제조한 목탄 분말을 포함하는 신발깔창을 포함한다.

Description

목탄 분말을 포함하는 신발깔창 및 이의 제조방법{Insole Comprising White Charcoal and Manufacturing Method Thereof}

신발깔창(Insole)은 구두, 운동화, 등산화 등의 신발을 신고 외부로 이동시 신발의 내부에 끼워 넣어 발과 신발 사이를 완충해주는 완충재료로서 안락성, 통풍성, 위생성, 청결성 등을 제공해 주는 목적으로 사용된다.

우리나라의 경우 종래의 신발로는 신발을 제조하는 재료에 따라 신발이 만들어져서 사용되었는데 이러한 신발의 일예로서 고무를 이용하여 만든 고무신, 동물의 가죽을 이용하여 만든 가죽신, 나무를 이용하여 만든 나무신, 짚을 이용하여 만든 짚신 등이 있었다.

종래 주로 사용하는 신발은 동물의 가죽을 이용한 가죽신과 짚을 이용한 짚신이 있었는데, 일반 평민들은 구하기 쉽고 값이 싼 짚신을 많이 신었으나, 지배층 사람들은 일반 평민과 신분상 차이와 과시의 수단 및 짚신에 비해 장점이 많은 고가의 동물가죽을 이용하여 제조한 가죽신을 주로 신었다. 이처럼 신발은 신발 본연의 목적 이외에도 신발을 신는 사람들의 신분을 나타내는 수단으로 이용되기도 하였다.

종래 신발은 단지 인체의 발바닥이 맨땅과의 직접적인 접촉을 막아 발이 상하는 것을 방지하고 오랫동안 보행할 수 있는 수단으로 이용하였기 때문에 신발과 발바닥 사이에 존재하는 신발깔창이라는 존재에 대해서는 필요하지 않아 신발깔창이라는 개념은 거의 없었다.

그러나 과학기술이 발전에 따라 신발을 만들기 위한 재료 또한 발전하면서 여러 가지 재료를 이용하여 사람, 계절 및/또는 용도에 따라 다양한 신발이 제조되었으며, 이러한 다양한 신발의 개발과 함께 보다 발이 편안하고, 발의 위생 및/또는 청결을 위한 수단을 강구하면서 사람의 발바닥과 신발 사이에 완충재를 구비하기 시작하여 신발내부에 구비하여 신발과 발바닥을 완충해주는 역할의 신발깔창에 대한 개념이 생기게 되었다.

초기의 신발깔창의 용도는 단순히 발이 편안하도록 하는 것을 목적으로 하였으나, 최근에는 이러한 목적 이외에도 사람이 장시간 동안 신발을 신을 경우 발생하는 발냄새를 방지하기 위한 수단, 외모를 위한 키높이 깔창 등의 목적을 위한 신발깔창이 연구 및 개발되고 있다.

종래의 신발깔창에 관련된 기술은 여러 가지가 있으며, 이러한 신발깔창에 대한 선행기술의 일예로서 한국실용신안등록 20-0360886호의 목초액이 주입된 신발깔창, 한국특허등록 10-0633726호의 기능성 신발깔창, 한국특허등록 10-0854589의 신발깔창 및 그 제조방법, 한국실용신안등록 20-0281300호의 신발깔창, 한국실용신안등록 20-0433213호의 황토가루가 함유된 부직포를 이용한 신발깔창, 한국실용신안등록 20-0332174호의 황토 신발깔창, 한국특허공개 2010-0040402호의 방향제의 교체가 가능한 향기배출 신발깔창, 한국특허공개 제2006-9059호의 탈취 및 건강증진 조성물 이용 신발깔창, 한국실용신안공개 제2008-0001132호의 향기배출수단이 내장된 신발깔창 등의 있으나 이들 종래기술은 본 발명과 비교시 기술적 구성이 다른 것이다.

지구촌은 급격한 산업화로 인하여 CO₂배출이 늘면서 온난화에 따라 해수면의 온도가 변하고 환경오염이 심화되고 있다. 우리의 일상생활 속에서 자주 접하게 되는 생활 필수품목으로부터 발생되는 유해가스 또는 인체로부터 발산되는 악취가스는 본인 뿐만 아니라 주변 사람들에게도 불쾌감을 주게 된다. 특히 장기간 신발을 착용하고 작업을 해야 하거나 운동량이 많은 사람, 특히 여름철 발 냄새가 심한 사람들은 본인 뿐만 아니고 주변의 사람들에게도 고민거리를 제공하고 있으므로 해결책이 필요하다. 따라서 본 발명은 신발깔창으로 인해 발생하는 문제점을 해결하는 데 있다.

친환경 소재를 일상생활용품에 사용하고 자 하는 소비자들의 요구가 급증하게 되고, 숯이 거실, 침실과 같은 주거공간의 인테리어(interior) 소재나 냉장고 탈취제 등 가공되지 않은 형태로 이용되기도 하며, 숯 배게, 숯 침대 등 1차 가공된 형태로 용도가 다양화되고 있다. 본 발명은 장기간 신발을 착용하고 작업을 해야 하거나 운동량이 많은 사람, 특히 여름철 발 냄새가 심한 사람들에게 친환경 흡착소재인 목탄을 이용한 친환경 신발깔창을 제공하는 데 있다.

본 발명의 신발깔창은 친환경소재를 적용함에 따라 냄새 제거와 착용감 제공할 수 있다. 또한 품질규격의 적정성 여부에 있어서도 경도, 인장강도, 인열강도, 비중, 압축영구줄음, 열수축율에서도 모두 우수한 결과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제조공정도이다.

본 발명은 목탄 분말을 포함하는 신발깔창의 제조방법을 나타낸다.

본 발명은 고분자수지, 목탄, 가교제, 가교조제, 가공조제, 발포제, 발포조제, 백색도증진제 및 항균제를 혼합하여 컴파운드를 제조하는 단계; 상기의 컴파운드를 압연하여 컴파운드의 두께를 조절하고 쉬트를 만드는 단계; 상기의 쉬트를 프레스기에 넣고 발포성형하여 발포체를 얻는 단계; 상기의 발포체 밑면에 접착제를 도포하여 발포체와 섬유를 합포한 후, 압착하는 단계; 및 상기의 발포체와 섬유를 합포 후 압착한 다음 건조하여 압착하고 신발깔창 형태로 재단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목탄 분말을 포함하는 신발깔창의 제조방법을 나타낸다(도 1 참조).

상기에서 고분자 수지 100중량부에 대하여 목탄 1～5중량부, 가교제 0.5～1.0중량부, 가교조제 0.1～0.3중량부, 가공조제 0.5～1.5중량부, 발포제 4～6중량부, 발포조제 4～5중량부, 백색도증진제 3～5중량부 및 항균제 0.4～0.6중량부를 혼합하여 컴파운드를 제조할 수 있다.

상기에서 고분자수지는 에틸렌 비닐아세테이트(EVA), 아크릴우레탄계열의 폴리머 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기에서 목탄은 1,000℃ 이상의 고온에서 생산한 참나무백탄, 1,000℃ 이상의 고온에서 생산한 대나무숯 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기에서 목탄은 1,000～1300℃의 고온에서 생산한 참나무백탄, 1,000～1300℃의 고온에서 생산한 대나무숯 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기에서 목탄은 1,200℃의 고온에서 생산한 참나무백탄, 1,200℃의 고온에서 생산한 대나무숯 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기에서 목탄은 1,100℃의 고온에서 생산한 참나무백탄, 1,100℃의 고온에서 생산한 대나무숯 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기에서 발포체에 합포된 섬유는 폴리에스테르, 나일론, 비스코스 레이온, 폴리우레탄 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.

상기에서 항균제는 아연(Zn) 나노화합물, 은(Ag) 나노화합물, 산성백토, 녹차추출물 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기의 아연(Zn) 나노화합물, 은(Ag) 나노화합물은 각각 아연, 은을 분쇄기로 분쇄하여 입자크기가 나노크기로 분말화한 것, 바람직하게는 입자크기가10～100nm 크기로 분말화한 것을 사용할 수 있다.

상기의 녹차추출물은 녹차를 녹차 중량 대비 5～20배 중량의 정제수에 넣고 90～120℃의 온도에서 최초 정제수의 부피 대비 10～30％가 되도록 추출한 다음 여과한 것을 사용하되, 상기 녹차추출물은 상기의 추출 및 여과공정을 1～5회 동안 실시하여 얻은 것을 사용할 수 있다.

이하 본 발명에 대한 내용을 보다 자세히 설명하고자 한다.

<재료 및 방법>

1. 공시 목탄

신발깔창 제작을 위해 사용한 목탄은 1,000℃ 이상의 고온에서 탄화한 전통식 참나무 백탄을 사용하였으며 대나무숯을 사용할 수도 있다.

비표면적 측정을 위해 Quantachrome사의 Autosorb-1을 이용하여 분석하였다. 목탄 분말 약 0.1g을 sample tube에 넣고 300℃에서 30분 동안 탈기하여 수분이나 휘발성 불순물을 제거한 후 분석을 실시하였다. Sample tube를 액체질소가 담겨있는 보온용기에 넣어 -196℃를 유지하였다. 흡착가스 N₂ 한 분자의 단면적은 0.162n㎡로 하여 계산하였으며 비표면적의 계산은 BET 흡착등온식을 이용하였다. 측정시의 실내온도는 27℃, 진공압 -0.63㎷ 대기압 86.52㎷ 이었다. 비표면적은 387㎡/g로 일반적인 참나무 백탄과 유사하였다. 또한 SEM(JSM 5200, JEOL)을 이용하여 목탄 분말의 표면을 분석하였다. 목탄 분말을 양면 카본 테이프를 부착한 SEM 측정용 Stub에 골고루 뿌리고 잘 누른 후 분말이 떨어지지 않도록 하였다. 시료 목탄 분말은 잘 정련된 분말로 생각되어 Au/Cd 코팅은 실시하지 않았다. 측정은 가속 전압 10kv에서 2000배, 5,000배, 10,000배로 하여 실시하였다. 10,000배의 경우 서로 다른 3부분을 측정하고 이들 이미지를 출력 후 복사기에서 141％ 확대시켰다. 확대된 목탄 입자는 직경 측정이 용이하도록 펜으로 외곽선을 선명하게 다시 그린 후, 버니어캘리퍼스(MITUTOYO)를 이용하여 최소직경을 측정하였다. 입자의 최대직경과 최소직경[0.1㎛(0.05～0.14㎛)～3.3㎛(3.25～3.34㎛)] 사이를 32등분 하였다. 10,000배로 확대한 목탄 분말의 SEM사진 3매에서 각각 111, 130, 95개의 목탄 분말 입자직경을 측정하였다. 각 SEM사진에서 계산한 평균 입경은 상호 유사하여 하나로 통합하였다. 즉, 상술한 각각의 입자 직경을 모두 합쳐(111 + 130 + 95) 평균 입경 및 입자의 크기 분포를 계산하였다. SEM 사진을 기초로 계산한 평균입경은 0.61㎛(610㎚), 가장 높은 빈도를 나타낸 입경은 0.5㎛로 나타났다.

2. 고분자 수지

열가소성수지인 Ethylene Vinylacetate Polymer(EVA)는 조기발포방지 및 성형후의 물리적 특성을 고려하여 미국 Dupont사의 2288grade로 VA(VinylAcetate) content 21％. MI(Melting Index, 수지용융지수) 2인 EVA를 기본 Polymer로 사용하였다. 그 밖에 우레탄계열의 아크릴수지를 사용할 수도 있다.

3. 첨가제

3.1. 발포조제

발포 시 발포온도의 조절 등을 통해 발포효율을 향상시키기 위하여 동진화학의 아연화(ZnO)를 사용하였다.

3.2. 가교조제

가교효율을 높이기 위하여 Akzo사의 Cyanurate계 가교조제인 TAC(Triallyl Cyanurate)를 사용하였다.

3.3. 백색도 증진제제

증진제는 시판되는 공업용 제품을 정제없이 그대로 사용하였으며, 백색도 증진을 위하여 미국 듀퐁사의 R-101(TiO₂)을 사용하였다.

3.4. 가공조제

가공성 향상을 위하여 주)LG에서 제조되는 Stearic acid를 사용하였다.

3.5. 가교제

발포체의 가교를 위해 가교효율이 우수한 것으로 알려진 99.9％ DCP(Dicumyl Peroxide)를 사용하였다.

3.6. 발포제

발포체의 발포를 위해서는 주)금양의 JTR 등급의 발포제를 사용하였다.

3.7. 항균제

무기계열의 항균제는 Zn 나노화합물이나 Ag 나노화합물 또는 산성백토가 사용되며, 천연의 녹차추출물 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 한 종류의 항균제 보다 2종 이상의 항균제를 함께 사용하면 항균효과가 더욱 우수하다.

4. 합포용 섬유

발포체에 합포된 섬유는 폴리에스테르, 나일론, 비스코스 레이온, 폴리우레탄 등의 섬유를 사용할 수 있는 데, 본 발명에서는 폴리에스테르 단섬유를 시중에서 구입(코오롱 제품)하여 사용하였다.

<신발깔창의 제조>

목탄을 혼합한 신발깔창 제조공정은 목탄과 폴리머인 고분자 수지를 소정의 배합에 따라 계량하고, 가교제, 가교조제, 가공조제, 백색도증진제, 발포제, 발포조제 등의 첨가제 계량하여 컴파운드(compound) 제조를 위한 배합 작업을 한다. 컴파운드의 두께 조절을 위한 롤(Roll) 작업을 하고 컴파운드를 프레스(Press) 작업하여 발포체 스키빙(skiving) 한다. 발포체와 섬유와의 접착을 위하여 발포체 밑면에 접착제 도포용 롤 공정을 거쳐 발포체에 섬유 합포 작업을 하고 발포체와 섬유의 접착력 증진을 위하여 압착공정, 열풍 건조를 거쳐 인솔 형태를 만들기 한 프레스 공정과 인솔(insole) 형태 제조를 위해 철형 커팅(cutting) 공정 순으로 진행한다.

본 발명의 목탄 분말을 포함하는 신발깔창의 제조방법에 대해 다양한 조건으로 실시한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 목탄 분말을 포함하는 신발깔창의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기에서 언급한 방법에 의해 제조한 목탄 분말을 포함하는 신발깔창을 포함한다.

본 발명은 상기에서 언급한 방법에 의해 제조한 목탄 분말을 포함하는 신발깔창 제조시 신발깔창용 컴파운드 조성물을 포함한다.

상기의 신발깔창용 컴파운드 조성물은 고분자 수지 100중량부에 대하여 목탄 1～5중량부, 가교제 0.5～1.0중량부, 가교조제 0.1～0.3중량부, 가공조제 0.5～1.5중량부, 발포제 4～6중량부, 발포조제 4～5중량부, 백색도증진제 3～5중량부 및 항균제 0.4～0.6중량부를 포함하며, 상기의 신발깔창용 컴파운드 조성물에서 각각의 조성성분은 목탄 분말을 포함하는 신발깔창 제조시 이미 언급하였으므로 이하 이들에 대한 자세한 내용은 생략하기로 한다.

상기의 신발깔창용 컴파운드 조성물에서 항균제는 아연(Zn) 나노화합물, 은(Ag) 나노화합물, 산성백토, 녹차추출물 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1 내지 실시예 3>

신발깔창 발포체 제조 배합은 표 1과 같으며, 고분자수지인 EVA(Ethylene Vinylacetate) 100중량부를 기준으로 각각의 배합제의 함량을 혼합하고, 하기의 신발깔창 제조방법을 이용하여 각각의 신발깔창을 제조하였다.

특히 목탄을 처리하지 않은 대조구와, 목탄 1중량부(실시예 1), 목탄 3중량부(실시예 2), 목탄 5중량부(실시예 3)를 혼합한 4종의 제품으로 구분하여 제작하였다.

<신발깔창의 제조방법>

목탄을 혼합한 신발깔창 제조공정은 목탄과 폴리머인 고분자 수지를 소정의 배합에 따라 계량하고, 가교제, 가교조제, 가공조제, 백색도증진제, 발포제, 발포조제 등의 첨가제 계량하여 컴파운드(compound) 제조를 위한 배합 작업을 하였다. 컴파운드의 두께 조절을 위한 롤(Roll) 작업을 하고 컴파운드를 프레스(Press) 작업하여 발포체 스키빙(skiving) 하였다. 발포체와 섬유와의 접착을 위하여 발포체 밑면에 접착제 도포용 롤 공정을 거쳐 발포체에 섬유 합포 작업을 하고 발포체와 섬유의 접착력 증진을 위하여 압착공정, 열풍 건조를 거쳐 인솔 형태를 만들기 한 프레스 공정과 인솔(insole) 형태 제조를 위해 철형 커팅(cutting) 공정 순으로 진행하였다.

신발깔창 발포체 배합비(단위:중량부)

배합제	배합제 특성	배합비	비고
고분자 수지	Ethylene Vinylacetate	100	Dupont사 2288grade (VA content 21％, MI 2.2)
발포조제	ZnO	4.5	동진화학
항균제	산성백토, 녹차추출물*	0.5	(주)씨엔씨
가교조제	TAC(Cyanurate계)	0.2	Akzo사
백색도 증진제제	R-101(TiO₂)	4.0	Dupont사(美)
가공조제	stearic acid	1.0	(주)LG
가교제	DCP	0.7	99.9％
발포제	JTR 발포제	5.0	(주) 금양
목탄**	White Charcoal	0, 1, 3, 5	전통식 참나무 백탄 분말

*상기의 표 1에서 녹차추출물은 녹차를 녹차 중량 대비 10배 중량의 정제수에 넣고 110℃의 온도에서 최초 정제수의 부피 대비 15％가 되도록 추출한 다음 여과한 것을 사용하였다.

**상기의 표 1에서 목탄은 1,100℃의 고온에서 생산한 참나무 백탄 분말을 사용하였다.

<시험예 1>; 물리적 특성

목탄 함량별 물성 측정은 ASTM(미국재료시험학회 인증) 및 NIKE사의 시험방법에 준하여 경도, 인장강도, 인열강도, 신장율, 비중, 압축영구줄음율, 열수축율 7항목을 측정하였다. 경도(Hardness)는 물체의 굳고 무른 정도를 나타내며, 제조한 시험용 시편의 경도 측정을 위해 ASKER사의 C-Type 경도계를 사용하였다. 인장강도(Tensile Strength)는 고무 시편을 Roll 축 방향과 직각인 방향으로 잡아 늘여 시편이 끊어질 때 소요되는 힘으로 단위는 ㎏f/㎠로 표시한다. 신장율(Elongation)은 고무 시편을 Roll 축 방향과 직각인 방향으로 잡아 늘여 시편이 끊어질 때까지의 길이 중 원래의 길이보다 늘어난 길이를 원래의 길이로 나눈 백분율로 단위는 ％이다. 인열강도(Tear Strength)는 Roll 축과 평행 방향으로 시편을 제작하여 시험편을 찢었을 때 들어가는 힘으로 단위는 ㎏f/㎝로 나타낸다. 비중은 부피 당 질량비율로 나타내며, g/㏄로 표시한다. 영구압축줄음율(Compression test)은 시험편을 일정한 두께까지 압축한 상태에서 일정기간 유지시킨 후, 외력을 제거하고 지정시간 동안 방치한 다음 처음 두께에 대한 감축된 두께의 변화율을 의미한다. 일정시간 및 일정온도에서 시편에 힘을 가한 후, 그 힘을 제거했을 때 잔존하는 변형을 영구압축줄음율이라고 한다. 일반적으로 힘을 제거했을 때, 회복하는 비율인 압축탄성율과 제품의 물성 연구평가의 중요한 시험법이다. 표준규격은 KS M 6518K, ASTM M D 395, BS 903을 근거로 한다. 열수축율은 일정온도에 대한 수축정도를 ％로 표시한다.

<목탄 함량별 신발깔창의 물리적 특성>

목탄 함량별 물성 측정을 위해 대조구(목탄 무첨가), 목탄 1중량부(실시예 1), 목탄 3중량부(실시예 2), 목탄 5중량부(실시예 3)별로 제조하여 ASTM(미국재료시험학회 인증) 및 NIKE사의 시험방법에 준하여 물성을 측정하여 품질규격의 적정성 여부를 조사하였다(표 2 참조). 경도, 인장강도, 인열강도, 신장율, 비중, 압축영구줄음율, 열수축율 7항목에 대해 측정하였으며, 대조구를 포함하여 규격에 모두 적합하였다. 목탄 3중량부 첨가구에서 제반물성이 가장 우수하였으며, 목탄 5중량부를 첨가할 경우, 신장율이 증가하는 등 규격 내에 포함되었으나, 배합시 가교특성에 영향을 끼쳐 완전한 가교가 이루어지지 않아 인장강도와 영구압축줄음이 상당히 저하되는 특성을 나타내었다. 따라서 신발깔창 제조 시 목탄 5중량부 함량까지는 물리적 특성 품질규격에 적합한 것으로 나타났으나, 목탄 함량을 5중량부 이상으로 배합하고자 할 경우, 가교제, 가교조제, 발포제 및 발포조제 등의 배합에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

목탄 함량별 신발깔창의 물성 측정결과(NIKE사의 규격)

시험 항목	단 위	결과					시험 방법
시험 항목	단 위	대조구	목탄 1중량부	목탄 3중량부	목탄 5중량부	규격	시험 방법
경도 (C-Type)	Scale	49±1	49±1	48±1	45±1	45±3	ASTM D 2240
인장강도	kgf/cm²	30	32	31	23	14	ASTM D 412
신장율	％	250	263	270	358	200이상	ASTM D 412
인열강도	kgf/cm	9.0	9.3	10.0	9.3	6.0이상	ASTM D 624
비중	g/cc	0.19	0.19	0.19	0.19	0.18±0.02	ASTM D 297
압축영구 줄음율	％	51.7	57.6	63.6	71.6	80이하	50±1℃, 6시간, 50％ 압축,NIKE 16
열수축율	％	1.3	1.3	1.1	1.1	2.0이하	Aging Oven 70℃,40분,NIKE 1

<시험예 2>; 악취?유해가스 측정

목탄 처리 전?후의 제거효율 평가는 국내 자동차 완성차 업체에서 적용하고 있는 백(bag) 법을 이용하여 전처리를 진행하였으며, 전처리를 통해 발생된 가스를 관능법에 의한 냄새세기 성능평가는 "악취공정시험방법"의 복합악취 평가방법을 적용하였으며, 개별 성분 및 TVOC 방출량에 대해서는 "실내공기질공정시험방법"의 공동주택 및 다중이용시설의 실내공기질 휘발성 유기화합물 평가방법을 적용하여 분석하였다.

<6ℓ 백(bag)법에 의한 측정>

백을 이용한 시료 전처리 방법은 국내 및 일본의 자동차를 생산하는 완성차 업체에서 부품으로부터 발생되는 냄새세기 및 휘발성 유기화합물 방출량을 확인하는데 사용되는 방법으로 다음과 같이 진행하였다. 시료 전처리 조건은 표 3과 같으며, 다음 순서로 처리하였다. 1) 6ℓ 백에 샘플(왼발, 오른발 한짝)을 투입하고 밀봉을 한다. 2) 6ℓ 백에 고순도 질소가스 3ℓ를 2회 반복 주입하여 초기 제조과정에서 오염될 수 있는 내부를 클리닝한다. 3) 80℃ 오븐에서 2시간 가열한다. 4) 3)에서 확보된 가스를 기기분석 및 관능평가 샘플로 사용한다.

시료 전처리 조건

샘플 종류	샘플 적용량	백 용량 (ℓ)	질소 주입량(ℓ)	가열온도 (℃)	가열시간 (hr)
신발 깔창	왼쪽, 오른쪽 각각 1개	6	3	80	2

관능법은 기체상태의 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 복합악취물질을 측정하기 위해 적용되는 방법이다. 관능법은 기기분석법에 비해 짧은 시간에 평가할 수 있는 장점이 있지만, 냄새 시험에 참가하는 판정자별 냄새 종류에 따라 민감성이 다르고 동일한 상태의 유지관리가 어렵기 때문에 동일한 샘플에 대한 결과의 오차가 클 수 있다는 단점이 있다.

개별 휘발성유기화합물의 백(bag)법을 이용하여 발생된 가스를 GC/MSD-TD 분석장비를 이용한 농축 및 열탈착, 컬럼도입, 검출기에 의한 단일 성분별로 피크를 확인하고, 이들 피크에 대해 각각 정성 및 정량분석을 실시하였다. 샘플에서 검출된 성분에 대한 농도계산 과정은 성분별 표준가스 농도 분석에 따라 확인된 검출면적을 통해 검량선을 작성하고, 검량선을 통해 확인된 기울기를 샘플에서 검출된 면적으로 나누어 계산하였다. 이때 기기분석 조건은 표 4와 같다.

기기분석 조건

TD	모델명	Perkin-Elmer Turbo Matrix 350
	저온농축장치	Split Ratio 10 : 1, -30℃ → 40℃/s → 300℃(3min.)
	열탈착장치	Splitless mode, Flow : 40㎖/min, 280℃(10min.)
GC/MS	모델명	Varian GC/MS-MS(Varian 1200L)
	컬럼	CP-SIL SCB(60m Length, 0.32㎜ I.D., Film 3㎛)
	운반가스 및 유량	He(99.999), 1.2㎖/min.
	오븐온도	50℃(5min) → 5℃/min. → 150℃(20min) → 10℃/min → 220℃(5min)
	Mode	EI(electron ionization)
	Electron Energy	70 eV
	Detection Mode	TIC(Scan), m/z : 20～350

<6ℓ 백(bag)법을 이용한 악취?유해가스 흡착특성 결과>

신발 깔창에 목탄 처리 전?후의 성능을 확인하기 위하여 처리 전 제품, 목탄 1중량부, 목탄 3중량부, 목탄 5중량부가 처리된 후의 샘플에 대해 백(bag)법을 이용한 전처리 과정 (80℃, 2시간 가열)을 통해 가스를 채취하고, 이들 가스를 대상으로 관능법을 진행하였다. 공기희석법을 이용한 냄새세기 평가결과, 처리 전 제품의 경우 300배, 목탄을 적용한 처리 후 제품의 경우 목탄 1중량부 처리구 144배, 목탄 3중량부 처리구 100배, 목탄 5중량부 처리구 100배로 확인되었다. 처리 전 대비 처리 후 제품의 냄새 저감효율은 목탄 1중량부 처리로 52.0％, 목탄 3중량부와 목탄 5중량부 처리에서는 동일하게 66.7％의 성능을 나타내었다.

신발깔창 공기희석 관능평가에 따는 냄새세기 처리 전후 효과 비교

평가방법	희석배수(배)				냄새 저감효과(％)
평가방법	처리 전	목탄 1중량부	목탄 3중량부	목탄 5중량부	처리 전	목탄 1중량부	목탄 3중량부	목탄 5중량부
관능평가	300	144	100	100	0	52.0	66.7	66.7

관능평가 방법과 마찬가지로 처리 전, 목탄 1중량부, 목탄 3중량부, 목탄 5중량부가 처리된 후의 샘플에 대해 백(bag)법을 이용한 전처리 과정(80℃, 2시간 가열)을 통해 가스를 채취하고, 이들 가스를 대상으로 기기분석법을 실시하였다. 총휘발성 유기화합물(TVOC) 평가결과 기존제품의 경우 791.8ppb, 목탄 1중량부 743.0ppb, 목탄 3중량부 421.2ppb, 목탄 5중량부 231.5ppb로 확인되었다. 기존제품 대비 목탄 처리제품의 냄새 저감효율은 목탄 1중량부에서 6.2％, 목탄 3중량부에서 46.8％, 목탄 5중량부에서 70.8％의 제거 성능을 나타내었다. 특히 신발 깔창 자체의 주 냄새원인 성분인 아세토페논과 2-페닐-1,2-프로판디올 단일 성분에 대한 평가결과, 아세토페논의 경우 기존제품에서 98.7ppb, 목탄을 처리한 개선제품의 경우 목탄 1중량부 103.0ppb, 목탄 3중량부 47.0ppb, 목탄 5중량부 27.4ppb로 확인되었다. 기존제품 대비 목탄 처리제품의 냄새 저감효율은 목탄 1중량부 처리로 -4.4％, 목탄 3중량부 처리로 52.4％, 목탄 5중량부 처리로 72.3％의 제거성능을 나타내었다. 2-페닐-1,2-프로판디올의 경우 기존제품에서 326.5ppb, 목탄 처리제품의 경우, 목탄 1중량부 271.0ppb, 목탄 3중량부 166.1ppb, 목탄 5중량부 127.4ppb로 확인되었다. 기존제품 대비 목탄 처리제품의 냄새 저감효율은 목탄 1중량부 처리로 17.0％, 목탄 3중량부 처리로 49.1％, 목탄 5중량부 처리로 61.0％의 제거 성능을 나타내었다.

목탄처리 전?후 신발깔창의 TVOC 검출성분별 검출농도 및 저감효율 비교

검출 성분	검출농도(ppb)				저감효율(％)
검출 성분	처리 전	목탄 1중량부	목탄 3중량부	목탄 5중량부	처리 전	목탄 1중량부	목탄 3중량부	목탄 5중량부
Acetone	2.6	0.0	2.8	2.0	0	100.0	-6.4	25.4
Acetic acid	14.4	4.3	10.2	4.6	0	70.0	29.3	67.8
Ethyl acetate	12.0	0.0	12.6	2.3	0	100.0	-4.8	81.1
1,2,3-Trimethyl cyclopentane	3.2	3.1	1.0	0.0	0	2.1	68.7	100.0
Toluene	84.6	60.6	16.4	5.1	0	28.4	80.7	94.0
2-Ethyl-1-pentanol	5.3	2.0	0.9	0.0	0	61.9	83.8	100.0
1-Ethyl-2-methyl cyclopentane	13.4	11.1	2.8	0.0	0	16.7	79.2	100.0
1,1,3-Trimethyl cyclohexane	3.9	3.8	1.8	0.0	0	2.8	52.5	100.0
Ethyl benzene	2.9	2.5	1.1	0.3	0	13.1	61.4	89.3
m,p-Xylene	8.0	6.3	3.5	1.0	0	21.5	55.9	88.1
o-Xylene	2.8	2.2	1.2	0.4	0	21.2	56.0	84.9
Iospropyl benzene	12.0	11.5	7.3	3.0	0	4.6	39.4	75.4
2-Nonen-1-ol	5.4	4.9	6.2	2.1	0	8.8	-14.9	62.1
2,2,5-Trimethyl hexane	7.8	5.4	2.7	1.4	0	30.3	65.5	81.8
Acetophenone	98.7	103.0	47.0	27.4	0	-4.4	52.4	72.3
2-Phenyl-1,2-propanediol	326.5	271.0	166.1	127.4	0	17.0	49.1	61.0
4-Ethyl octane	13.8	8.3	1.5	0.7	0	39.9	88.8	94.9
TVOC(C6～C16)	791.8	743.0	421.2	231.5	0	6.2	46.8	70.8

<20ℓ 소형챔버법에 의한 측정>

목탄 처리 전?후 소재에서 방출되는 개별 휘발성 유기화합물 및 총휘발성 유기화합물의 제거 성능을 비교하기 위해 현재 건축자재에 대한 방출량 시험규격으로 적용되고 있는 20ℓ 소형챔버법을 적용하여 평가하였다. 소형챔버법은 챔버 내의 공기농도와 챔버를 통과하는 공기의 적산유량 및 시험편의 표면적을 구하여, 시험대상인 건축재료의 단위면적당 방출량을 측정하는 방법이다. 평가진행은 다음과 같다. 1) 시료 홀더 2대에 샘플(왼발, 오른발 한짝)을 각 각 장착한다. 2) 시료가 장착된 홀더를 20ℓ 소형 챔버 내부에 넣고 덮개를 덮어 밀봉한다. 3) 챔버 내부를 25℃, 50％의 환경으로 제어하고, 167㎖/min.로 가스를 흘려준다. 4) 경과시간이 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일, 28일 후 방출된 가스를 Tenax-TA 흡착관에 흡착하여 분석용 시료로 사용한다.

개별 성분 및 TVOC 평가방법은 Tenax-TA 흡착관에 흡착된 시료를 GC/MSD-TD 분석장비를 이용하여 열탈착과정을 통해 GC로 도입된 가스를 분리하고, 분리된 가스를 MSD로 성분별 검출면적을 확인하였다. 목탄 처리 후 소재에 대한 휘발성 유기화합물 및 악취성분에 대한 저감효과를 확인하기 위해 개별 성분과 Hexane에서 Hexadecane 사이에 검출되는 TVOC를 이용하여 비교하였다. 한편 방출량 계산식은 다음과 같다.

A : 시험편의 표면적(㎡)

Ct : 시간 t에서의 방출시험 챔버 내의 휘발성유기화합물의 농도(㎎/㎥)

Ctbt : 시간 t에서의 배경농도(㎎/㎥)

EFa : 단위면적당 방출량(㎎/㎡-h)

L : 시료부하율(㎡/㎥)

n : 환기횟수(회/h)

Q : 방출시험 챔버의 환기량(㎥/h)

q : 단위면적당 환기량(㎥/㎡-h)

t : 시험 개시 후 경과 시간(시간 또는 일수)

V : 방출시험 챔버의 용적(㎥)

<20ℓ 소형챔버법을 이용한 악취?유해가스 흡착특성 결과>

신발 깔창 제품별 시간 경과에 따른 방출량을 비교하기 위하여 20ℓ 소형챔버에 처리 전 제품 1가지, 목탄 1중량부, 목탄 3중량부, 목탄 5중량부 처리된 제품 3가지 샘플을 장착하여 167㎖/min.로 순수가스를 흘려주면서 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일, 28일 경과 후에 Tenax-TA 흡착관에 가스를 흡착하고, GC/MS-TD로 개별 성분과 TVOC에 대한 방출량을 확인하고 이를 각각 표 7 및 표 8의 시간 경과에 따른 개별 성분 및 TVOC 개선 전?후 제품별 방출량 비교를 나타내었다.

기기분석법을 이용한 총휘발성 유기화합물(TVOC) 방출량은 1) 기존제품의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 1.784㎎/㎡?h, 1.228㎎/㎡?h, 1.099㎎/㎡?h, 0.890㎎/㎡?h, 0.661㎎/㎡?h, 0.598㎎/㎡?h, 0.423㎎/㎡?h로 감소되는 경향을 나타내었다. 2) 목탄 1중량부 처리 제품의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 1.531㎎/㎡?h, 1.072㎎/㎡?h, 1.049㎎/㎡?h, 0.920㎎/㎡?h, 0.536㎎/㎡?h, 0.533㎎/㎡?h, 0.393㎎/㎡?h로 감소되는 경향을 보였다. 3) 목탄 3중량부 처리 제품의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 1.624㎎/㎡?h, 1.189㎎/㎡?h, 1.089㎎/㎡?h, 0.941㎎/㎡?h, 0.570㎎/㎡?h, 0.589㎎/㎡?h, 0.424㎎/㎡?h로 감소되었다. 4) 목탄 5중량부 처리 제품의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 1.419㎎/㎡?h, 1.097㎎/㎡?h, 0.947㎎/㎡?h, 0.852㎎/㎡?h, 0.491㎎/㎡?h, 0.499㎎/㎡?h, 0.338㎎/㎡?h로 감소되는 경향을 나타내었다(표 7, 표 8 참조).

한편, 신발 깔창 자체의 주 냄새원인 성분인 아세토페논과 2-페닐-1,2-프로판디올 단일 성분에 대한 평가결과, 1) 기존제품에서는 아세토페논의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 0.523㎎/㎡?h, 0.302㎎/㎡?h, 0.198㎎/㎡?h, 0.150㎎/㎡?h, 0.111㎎/㎡?h, 0.087㎎/㎡?h, 0.049㎎/㎡?h로, 2-페닐-1,2-프로판디올의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 1.007㎎/㎡?h, 0.796㎎/㎡?h, 0.761㎎/㎡?h, 0.633㎎/㎡?h, 0.453㎎/㎡?h, 0.452㎎/㎡?h, 0.326㎎/㎡?h로 감소되는 경향을 나타내었다. 2) 목탄 1중량부 처리 제품의 결과에서는 아세토페논의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 0.450㎎/㎡?h, 0.262㎎/㎡?h, 0.186㎎/㎡?h, 0.165㎎/㎡?h, 0.087㎎/㎡?h, 0.071㎎/㎡?h, 0.042㎎/㎡?h로, 2-페닐-1,2-프로판디올의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 0.904㎎/㎡?h, 0.731㎎/㎡?h, 0.709㎎/㎡?h, 0.633㎎/㎡?h, 0.395㎎/㎡?h, 0.407㎎/㎡?h, 0.315㎎/㎡?h로 감소되는 경향을 나타내었다. 3) 목탄 3중량부 처리 제품의 결과에서는 아세토페논의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 0.462㎎/㎡?h, 0.285㎎/㎡?h, 0.208㎎/㎡?h, 0.171㎎/㎡?h, 0.098㎎/㎡?h, 0.084㎎/㎡?h, 0.048㎎/㎡?h로, 2-페닐-1,2-프로판디올의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 0.972㎎/㎡?h, 0.802㎎/㎡?h, 0.791㎎/㎡?h, 0.690㎎/㎡?h, 0.417㎎/㎡?h, 0.450㎎/㎡?h, 0.341㎎/㎡?h로 감소되는 경향을 나타내었다. 4) 목탄 5중량부 처리 제품의 결과에서는 아세토페논의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 0.389㎎/㎡?h, 0.251㎎/㎡?h, 0.165㎎/㎡?h, 0.136㎎/㎡?h, 0.070㎎/㎡?h, 0.057㎎/㎡?h, 0.030㎎/㎡?h로, 2-페닐-1,2-프로판디올의 경우 1일, 3일, 5일, 7일, 14일, 21일 28일 경과 후 0.885㎎/㎡?h, 0.758㎎/㎡?h, 0.681㎎/㎡?h, 0.635㎎/㎡?h, 0.380㎎/㎡?h, 0.402㎎/㎡?h, 0.285㎎/㎡?h로 감소되는 경향을 나타내었다(표 7, 표 8 참조).

목탄이 처리된 신발 깔창에 대한 흡착성능을 확인하기 위하여 20ℓ 소형챔버에 처리 전 제품과 목탄 5중량부가 적용된 제품 샘플을 장착하여 167㎖/min.로 12ppb 부틸알데하이드 표준가스를 흘려주면서 시간경과 1일～7일 후에 DNPH 카트리지에 가스를 반응 흡착하고, 아세토니트릴로 추출한 후 HPLC를 이용하여 처리 전 제품의 시간 경과에 따른 흡착성능을 평가한 결과, 1일, 2일, 3일, 4일, 5일, 6일, 7일후 각각 10.8ppb, 10.2ppb, 9.7ppb, 10.1ppb, 9.9ppb, 11.2ppb, 10.3ppb 수준을 나타내어 7일 동안 6.7％에서 19.2％의 흡착효율을 나타내었다. 한편 목탄 5중량부 적용된 처리 후 제품의 시간 경과에 따른 흡착성능 평가를 확인한 결과, 1일, 2일, 3일, 4일, 5일, 6일, 7일 후 각각 6.3ppb, 6.7ppb, 6.1ppb, 5.7ppb, 6.3ppb, 6.7ppb, 6.5ppb 수준으로, 7일 동안 44.2％에서 52.5％의 흡착효율을 나타내었다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 백탄이라는 친환경소재를 적용함에도 불구하고 품질규격의 적정성 여부에 있어서도 경도, 인장강도, 인열강도, 비중, 압축영구줄음, 열수축율에서도 모두 우수한 결과를 나타낸다. 또한 냄새 제거와 착용감을 높여 주므로 산업상 이용가능성이 있다.

Claims

에틸렌 비닐아세테이트(EVA), 아크릴우레탄계열의 폴리머 중에서 선택된 어느 하나인 고분자수지 100중량부에 대하여 목탄으로써 1200～1300℃의 고온에서 생산한 참나무백탄 또는 1200～1300℃의 고온에서 생산한 대나무숯 1～5중량부; 가교제 0.5～1.0중량부; 가교조제 0.1～0.3중량부; 가공조제 0.5～1.5중량부; 발포제 4～6중량부; 발포조제 4～5중량부; 백색도증진제 3～5중량부; 및 항균제로써 은(Ag) 나노화합물, 산성백토, 녹차추출물 중에서 선택된 어느 하나 이상의 성분 0.4～0.6중량부를 혼합하여 컴파운드를 제조하는 단계;
상기의 컴파운드를 압연하여 컴파운드의 두께를 조절하고 쉬트를 만드는 단계;
상기의 쉬트를 프레스기에 넣고 발포성형하여 발포체를 얻는 단계;
상기의 발포체 밑면에 접착제를 도포하여 발포체와 폴리에스테르, 나일론, 비스코스 레이온, 폴리우레탄 중에서 선택된 어느 하나의 섬유를 합포한 후, 압착하는 단계; 및
상기의 발포체와 섬유를 합포 후 압착한 다음 건조하여 압착하고 신발깔창 형태로 재단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 목탄 분말을 포함하는 신발깔창의 제조방법
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청구항 제1항의 방법으로 제조한 목탄 분말을 포함하는 신발깔창
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