KR101223196B1 - 에틸렌 가스 흡수제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

이건 발명은 농산물, 청과물 및 화훼 등의 생산, 유통 기간 중 변질을 최소화하고 신선도를 장기간 보존하고자 에틸렌 가스의 흡수능력을 향상시킨 흡수제(吸收劑) 및 그 제조방법을 개시하고 있다. 이러한 본 발명은 수분흡수력이 우수한 실리카(SiO2 xH2O)를 담체(擔體)로 사용하는 것으로, 실리카(SiO2.xH2O)에 산화력이 강한 과망간산 칼륨(KMnO4)을 함침하여, 최상의 가스 흡수력을 지속적으로 유지할 수 있게 한 것이다. 또 제조 과정에서의 분진발생이 없게 되어 제조상의 편리성과 아울러 파손의 위험성도 없는 이점이 있다.

실리카, 과망간산칼륨, 흡수제, 선도 유지제, 에틸렌

Description

에틸렌 가스 흡수제 및 그 제조방법{Ethylene Gas Absorbent And Process for Preparing thereof}

본 발명은 농산물, 청과물 및 화훼 등(이하, 모두 '농산물'이라고 약칭합니다)의 생산, 유통 기간 중 변질을 최소화하여 신선도를 장기간 유지하는데 사용하는 에틸렌 가스 흡수제 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히, 농산물의 신선도를 유지시키면서 보존기간을 연장할 수 있도록 하고자, 실리카를 담체로 사용하여 농산물로부터 발생되는 에틸렌 가스의 신속한 흡수(吸收)성을 발휘하면서도 뛰어난 보존성을 갖게 한 에틸렌 가스 흡수제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 농산물은 4대 조건에 의해 신선도가 결정되는데, 온도,습도, 물리적 압력(충격,파손,절단,이동)그리고 에틸렌 가스가 있다. 이러한 4대 조건 모두가 완벽한 조건이 되었을 때 3배 이상의 보존 효과가 있다.

이 중에서 에틸렌 가스는, 농산물의 환경에 적응력,생존력과 함께 농산물이 신선할 것인지, 부패할 것인지 하는 갈림길에서 선택하게 만드는 생존 호르몬으로 활동하게 하는 농산물의 자아발생물질인데, 에틸렌 가스는 분자식이 C2H4인 가장 간단한 구조를 가진 에틸렌계(올레핀계)탄화수소의 하나로서 방향(芳香)성분을 가 진 무색의 가연성 가스이다. 이러한 에틸렌가스는 우리들의 생활에서는 크게 특이할 것이 없는 일반적인 성분이지만, 산업적으로는 매우 비중이 큰 기체이다. 특히 식품분야에서도 농산물 분야에서는 무척이나 중요한 성분이다.

즉, 에틸렌 가스는 농산물의 세포 조직에서 만들어내는 천연호르몬의 일종으로서 가장 단순한 유기 화합물의 한 종류이지만, 농산물을 성장시키고 부패시키는 양면성의 효과를 지니고 있는 가스이다. 이러한 이유로 농산물은 수확하자마자 부패하기 시작하는데, 에틸렌 가스를 유발시키는 농산물이 함께 존재한다면 짧은 시간에 부패라는 과정이 빨리 진행된다. 농산물의 부패를 줄이기 위하여 냉장 시스템을 이용하고 있으나, 냉장 시스템에서도 농산물의 부패는 진행되고 있다. 그 이유는 에틸렌가스가 발생하기 때문인데, 각종 농산물에서 발생된 에틸렌 가스가 냉장 순환기에 의해 재순환되기 때문이다.

이 에틸렌 가스는 형광등, 낡은 전구,실리콘,폐기물,화학제품, 산업 오염 물질 등에서도 발생이 되며, 농산물의 자체에서도 발생 되어지는 가스로서 우리 주변에서 손쉽게 발생되어 진다.

이러한 에틸렌 가스가 공기 중에 수백만의 1이라는 아주 적은 양의 에틸렌 가스만 존재하여도 농산물의 성장과 부패,노화에 관련되어 빠른 속도로 성장과 부패, 노화를 진행하게 한다. 즉, 농산물과 접촉함으로서 급격한 변화를 일으키는데, 농산물의 고유한 특성에 따라 발생하는 양과 반응이 크게 일어난다.

따라서 농산물의 유통에 있어서 어렵게 하는 요인 중 큰 원인이 된다. 즉, 유통을 하려면 밀폐된 공간에 넣어야 하는데- 포장 시스템- 농산물을 밀폐된 공간 인 일반적인 박스 포장일 때 에틸렌 가스가 발생 되었다면 그곳에 머물게 되고 이로 인해 농산물의 부패를 가속화시키는 원인이 된다.

온도는 외부에서 조절이 되더라도 농산물에서 직접 생겨나서 포장 단위 안에 머물게 되어 있는 에틸렌 가스를 효과적으로 제거하는데 어려움이 많이 있다.

에틸렌을 제거하는 흡착 방법으로는 크게 2가지로 나누어지는데, 그중 하나는 기계적인 장치로 강제로 순환하는 방법이고, 다른 하나는 포장단위에 의한 에틸렌 가스 흡착방법이다.

전자는 농산물이 포장되어 있는 상태라면 에틸렌 가스가 농산물과 접촉하는 시간을 주어 제거에 있어서 효과적이지 못하다.

그러나 후자는 에틸렌 가스 흡수제가 농산물과 개별적으로 포장단위마다 들어가기 때문에 전자보다 매우 효과적이다.

에틸렌 가스를 제거하는 물질로는 크게 4가지로 나누어지는데, 활성탄, 과망간산칼륨, 제오라이트,오존 등이 있다.

활성탄은 냄세 제거에 강한 효과가 있으나, 에틸렌가스의 흡수에서는 성능이 떨어지기 때문에 대체로 기계식 제거 방법에서 1차 필터로 사용된다.

제오라이트는 다공성 물질로서 흡착에 효과적이지만 효능 면에서는 떨어지는단점이 있으며, 또한 재료의 균일성 면에서도 문제가 있어 균일한 성능은 기대하기 어려운 점이 있다.

오존은 에틸렌 가스를 분리시키는 물질로서 강한 효과를 볼 수 있으나, 가격, 안전성, 설치대상에 따라 설치 여부가 판단되어야만 하는 문제가 있다.

과망간산 칼륨은 에틸렌가스와 화학 반응을 일으켜 화학적 결합을 이루어 확실히 제거를 할 수 있다는 장점은 있으나 별도의 담체가 있어야만 한다.

이와 같이 에틸렌 가스의 제거에는 여러 방법이 있으나, 큰 효과는 기대할 수 없다고 하는 단점이 있다.

특히 과망간산칼륨은 강한 산화제로서 에틸렌 가스를 손쉽게 해결할 수 있었지만, 국내특허 공개 번호 제1999-0086361호 및 공개번호 1998-071996호에서와 같이 담체를 제오라이트,규조토 등을 이용하고 있는바, 제오라이트, 규조토 등의 다공성 공간에 흡착할 수 있는 공간에 한계가 있어서 흡착 효과가 떨어지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 제반 결점들 해소하고자 예의 연구결과 개발한 것으로, 담체로서 실리카(SiO2.xH2O)를 사용하여 과망간산 칼륨(KMnO4)이 균일하게 함침 되도록 함에 의해, 농산물로부터 발생되는 에틸렌 가스의 흡수성을 높게 하고, 또 지속적으로 사용할 수 있는 보존성을 갖게 한 에틸렌 가스 흡수제 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에틸렌 가스 흡수제는 청구항1 발명의 소정량의 끓인 물에 과망간산 칼륨(KMnO4) 32kg을 넣어 녹여서 과망간산칼륨 용액을 만들고, 과망간산칼륨 용액에 담체로서 실리카(SiO2.xH2O)를 넣어 혼합 후 이를 냉각하여 분말(粉末)형상을 이루게 한 것을 특징으로한다.

또, 본 발명의 에틸렌 가스 흡수제는, 청구항 2기재의 상기 과망간산 칼륨(KMnO4)용액은 65 ~ 70중량%, 실리카(SiO2.xH2O)는 30~35중량%로 혼합 조성됨을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에틸렌 가스 흡수제는 청구항3의 90~100℃로 끓인 소정량의 물에 과망간산 칼륨(KMnO4) 32kg을 넣어 녹여서 과망간산칼륨 용액을 만드는 단계; 상기 단계에서 얻은 과망간산 칼륨(KMnO4)용액에 실리카(SiO2 xH2O)를 넣고 균일하게 혼합하는 단계; 혼합물을 상온(25℃)에서 서서히 냉각하는 단계를 포함하여, 수분 함량은 50~60 중량%이고 150~200 메쉬의 입도를 이루는 분말 형태로 형성한 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 에틸렌 가스 흡수제는 청구항4의 상기 과망간산 칼륨(KMnO4)용액은 65~ 70중량%, 실리카(SiO2.xH2O)는 30~35중량%로 혼합 조성됨을 특징으로 한다.

본 발명은, 담체로서 실리카(SiO2.xH2O)를 사용함에 의해, 에틸렌 가스를 산화시켜 높은 제거 기능을 발휘하는 과망간산 칼륨(KMnO4)을 실리카(SiO2.xH2O)에 균일하게 함침되게 한 효과를 갖게 하고, 또한 균일한 함침으로 에틸렌 가스의 높은 흡수력을 갖게 하였으며, 또 지속적으로 안정되게 사용할 수 있는 보존성을 갖게 한 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 에틸렌 가스 흡수제 및 그 제조방법의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

<제조예>

<단계1: 과망간산 칼륨(KMnO4)의 용액제조>

사전에 준비한 열 교반기에 물 200kg을 붓고서 90~100℃로 끓인다.

이렇게 끓인 물에 기 준비된 과망간산 칼륨(KMnO4) 32kg을 넣어 교반함에 의해 완전히 녹은 과망간산칼륨 용액을 만든다. 과망간산칼륨은 강한 산화제로서 농산물에서 발생하는 에틸렌 가스와는, 하기 화학식(4KMnO4+C2H4→4MnO2+4KOH +2CO2) 과 같은 화학적인 반응을 일으켜서 농산물의 부패 및 노화 원인이 되는 에틸렌가스 를 효과적으로 제거하는 기능을 발휘한다.

<단계2: 과망간산 칼륨(KMnO4)과 실리카의 혼합>

상기 단계1에서 얻은 과망간산 칼륨(KMnO4)용액 65 ~ 70중량%에는 기 준비한 실리카(SiO2.xH2O)30 ~ 35중량%를 넣고 20~60RPM의 속도로 20분간 교반하면서 혼합한다.

본 발명에서 담체로 사용하는 '실리카'는 '실리콘 디옥사이드, 비정질 침강실리카(Amorphous Precipitated Silica), 무정형 침강 실리카'등으로 불리는 실리카로서 기존의 '실리카겔'이라고 불리는 수분흡수제와는 다른 재료로서, SiO2의 함량은 98%이상의 순도를 가지며, 무색무취의 무정형 분말가루로서 약 200㎛의 크기를 갖는 백색 파우더이다. 실리카는 물에 불용(不溶)하고 일반용제에도 잘 녹지 않는 물성을 갖고 있 다.

상기에서 과망간산 칼륨(KMnO4)용액의 첨가량이 65중량% 미만이면 농산물의 에틸렌가스를 제거하는 효과가 약화 될 우려가 있고, 반대로 첨가량이 70중량%를 초과하면 실리카의 미세한 다공성 구조를 제대로 형성하지 못하여 에틸렌 가스의 흡수성 기능을 약화시킬 우려가 있다.

또한 실리카의 첨가량이 30중량% 미만이면 에틸렌 가스의 흡수성을 약화시킬 우려가 있고, 35중량%를 초과하면 과망간산칼륨의 에틸렌 가스 제거 효능을 약화시킬 우려가 있으므로, 상기 함량을 유지함이 바람직하다.

<단계3: 냉각 단계>

단계2를 통하여 균일하게 혼합된 용액은 상온 즉, 25℃에서 서서히 자연 냉각한다. 위와 같은 제1 내지 제3단계들을 통하여 제조한 에틸렌 가스 흡수제는 수분이 50~60중량% 함유되며 150~200 메쉬(Mesh)의 입도를 이루는 진한 자주색 또는 보라 빛을 띠는 분말형태를 이룬다.

이렇게 제조된 에틸렌 가스 흡수제는 통기성을 갖는 포장지에 의해 일정단위로 포장되어 농산물이 포장되는 박스 혹은 용기 내에 넣어져서 농산물의 선도를 유지하는 선도 유지 제로 사용된다.

<실시예>

열 교반기에 물 200kg을 붓고서 90℃로 끓인 물에 과망간산 칼륨(KMnO4) 32kg을 넣고 교반하여 완전히 녹은 과망간산칼륨 용액을 만든 후, 과망간산 칼륨(KMnO4)용액 65중량%(150.8kg)에 실리카(SiO2. xH2O) 35중량%(81.2kg)를 넣고 50RPM의 속도로 20분간 교반하면서 균일하게 혼합하고, 혼합된 용액은 25℃에서 서서히 자연 냉각하여, 수분은 56중량% 함유하며 200 메쉬(Mesh)의 입도를 이루는 진한 자주색을 띠는 분말형 흡수제를 수득하였다.

<비교예1>

0.5mm~1mm의 입경을 갖는 제오라이트에 에틸렌가스를 흡수할 수 있는 과망간산 칼륨(KMnO4) 용액을 함침 시켜, 제오라이트의 기공에 최대한의 과망간산 칼륨(KMnO4)이 포함되도록 한 후, 건조기에서 온도는 120℃에 놓고 48시간 동안 건조 시켜 에틸렌 가스 흡수제를 제조하였다.

<비교예2>

담체를 0.5mm~1mm의 입경을 갖는 규조토로 한 것 이외에는, 상기 비교예2와 모두 동일한 방법으로서 에틸렌 가스 흡수제를 제조하였다.

<시험예>

상기 실시예와 그리고 비교예1 내지 2에 의해 제조된 에틸렌 가스 흡수제 각각을 70mm x 70mm 사이즈의 통기성 포장지에 각각 5g씩 넣은 후, 이를 1L 용기에 에틸렌가스(순도 95%)를 20cc 주입한 곳에 넣고, 각각의 시간별로 에틸렌가스가 존재하는 에틸렌 가스 잔존량을 일본 가스텍의 Detector Tube No.172를 사용하여 측정하였으며, 그 결과는 하기 표1에 표시하였다.

(시간별 에틸렌 가스의 잔존량)

구분	경과시간
	0시간	6시간 경과	12시간 경과	24시간 경과	48시간경과
본 실시예 제품	20cc	10cc	6cc	4cc	0cc
비교예1의 제품	20cc	16cc	16cc	15cc	15cc
비교예2의 제품	20cc	16cc	14cc	13cc	10cc

상기 시험 예는 에틸렌 가스 흡수제로서 과망간산 칼륨을 담체에 얼마나 균일하게 함침되게 하여 최상의 상태로 유지시킬 수 있는지가 큰 관점인데, 비교예1에서 실시한 제오라이트 에틸렌가스 흡수제와 비교예2의 규조토 에틸렌 가스 흡수제는 본 발명의 실리카 에틸렌 가스 흡수제보다 2배 이상 떨어지고 있음을 확인 할수 있다. 즉, 실리카를 사용함으로써 성능은 2배에서 3배(중량 대비)이상 향상된 것임이 확인된다. 또한 포장화 과정에서도 본 발명의 제품은 비교예 제품들에 비하여 유동성이 우수하여 포장을 쉽고 간단하게 할 수 있었으며, 특히 제품의 균일성이 좋아서 항시 균일한 효과를 발휘하였고, 유지 관리가 매우 편리함이 확인되었다.

본 발명은 실리카(SiO2.xH2O)에 대한 과망간산 칼륨(KMnO4)의 균일한 함침으로 높은 에틸렌 가스의 흡수력을 발휘하게 하여, 농산물의 부패나 노화 없이 선도(鮮度)를 오랫동안 지속적으로 유지할 수 있게 함으로서, 농산물의 상품 가치를 높게 한 산업상 이점이 있다.

Claims (4)

1. 소정량의 끓인물에 과망간산 칼륨(KMnO4) 32kg을 넣어 녹여서 과망간산칼륨 용액을 만들고, 과망간산칼륨 용액에 담체로서 실리카(SiO2 xH2O)를 넣어 혼합 후 이를 냉각하여 수분 함유량은 50~60중량%이며 150~200 메쉬의 입도를 이루는 분말(粉末)형태를 이루게 한 에틸렌 가스 흡수제.
2. 청구항1에 있어서, 상기 과망간산 칼륨(KMnO4)용액은 65~ 70중량%, 실리카(SiO2 xH2O)는 30~35중량%로 혼합 조성됨을 특징으로 하는 에틸렌 가스 흡수제.
3. 90~100℃로 끓인 소정량의 물에 과망간산 칼륨(KMnO4) 32kg을 넣어 녹여서 과망간산칼륨 용액을 만드는 단계;

   상기 단계에서 얻은 과망간산 칼륨(KMnO4)용액에 실리카(SiO2 xH2O)를 넣고 균일하게 혼합하는 단계; 및

   혼합물을 상온(25℃)에서 서서히 냉각하는 단계를 포함하여, 수분 함량은 50~60중량%이고 150~200 메쉬의 입도를 이루는 분말형태를 이루게 한 에틸렌 가스 흡수제의 제조방법.
4. 청구항3에 있어서, 상기 과망간산 칼륨(KMnO4)용액은 65~ 70중량%, 실리카(SiO2. xH2O)는 30~35중량%로 혼합 조성됨을 특징으로 하는 에틸렌 가스 흡수제의 제조방법.