KR101643001B1 - 친환경 벽지 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쾌적한 실내환경을 위한 기능성 벽지에 관한 것으로, 보다 상세 하게는 실내 건축자재, 가구 등에서 방출되는 실내 공기 오염 물질을 제거할 수 있는 새로운 기능성 친환경 벽지에 관한 것이다.
본 발명에 따른 벽지는 오염 물질을 제거할 수 있는 기능성 물질치 포함된 다층으로 이루어진 폴리염화비닐 벽지를 제공한다.
본 발명에 따른 친환경 벽지는 종래 폴리염화비닐 벽지에 비해 유해물질 분해기능, 항균 기능과 유기물 분해 기능, 냄새 및 악취 제거 기능이 우수하다.

Description

친환경 벽지 조성물 및 그 제조 방법{The environmental-friendly wallpaper compositions which resolve the indoor polluted air environment and manufacturing method thereof}

본 발명은 쾌적한 실내환경을 위한 기능성 벽지에 관한 것으로, 보다 상세 하게는 실내 건축자재, 가구 등에서 방출되는 실내 공기 오염 물질을 제거할 수 있는 새로운 기능성 친환경 벽지에 관한 것이다.

기존 건축자재에 포함된 휘발성 유기화합물 (VOCs) 및 포름알데히드(HCHO)와 같은 유해화학물질은 장기간에 걸쳐 지속적으로 실내 공기 중으로 방출되어 거주자의 건강을 파괴하는 새집 증후군(Sick House Syndrome) 및 화학물질 과민증 등을 일으킨다. 또한 건축물의 높은 단열 성능 확보를 위해 추구되었던 건축물의 기밀화로 인해 실내공기가 외부의 신선한 공기와의 순환이 적어져 실내 공기의 자연 정화기능이 매우 악화되었다. 따라서 쾌적한 실내공기환경 확보를 위해 건축자재에 있어 유해화학물질의 사용 자제 및 실내에 존재하는 오염물질의 제거가 필요한 실정이다. 이에 환경부에서는 다중이용시설과 신축공동주택의 실내 공기질을 적정하게 유지 관리하기 위해 종래의 「지하생활 공간 공기 질 관리법」을 전면 개정한 「다중 이용시설 등의 실내 공기 질 관리법」을 제정 및 시행하여 실내 공기 질 유지 기준치를 제시하고 오염물질 방출자재에 대한 사용 제한 등의 새로운 정책을 시행하고 있다.

이에 따라 오염물질을 방출시키지 않는 친환경 건축자재의 사용은 물론 건축자재에 오염 물질을 흡착하여 분해하는 기능을 부여하여 실내에 방출되는 오염물질을 저감해주는 건축 자재의 사용은 쾌적한 거주 공간의 확보에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 생각된다. 이에 건축자재 중 실내에 가장 많이 적용되는 벽지를 적용화여 쾌적한 실내환경을 유지하고자 한다.

다양한 기능성, 친환경 벽지들이 개발되고 있는데, PVC 수지를 대체할 수 있는 수지를 사용하는 벽지를 개발하거나, PVC 벽지에 오염물질을 저감할 수 있는 기능성을 부여하는 방식으로 이루어지고 있다.

PVC 대신 다른 수지를 사용하는 방법으로는, 예를 들어 EVA, Acryl, Polyester, PP 등의 수지를 벽지 소재로 이용하여 유기화합물의 방출량 자체를 감소시키는 방법을 사용하고 있다. 예를 들어, 대한민국 특허 출원 공개 제 10-2006-0026993호에서는 새집 증후군을 감소시키는 벽지를 개시하고 있는데, 기존 벽지공정인 Sol-Gel제조 공정을 Calendaring 제조 공정을 통하여 벽지 완제품에 TVOC 함량을 최소화시킨 벽지이나, 기존 공정에 비해 제조공정이 복잡하고 제조비가 높고, 기존 PVC 벽지에 비해 벽지 기본물성이 떨어지는 문제점이 있다.

PVC 수지를 사용하면서 오염물질 저감 기능을 부여하는 방법으로는, 예를 들어 이산화 티탄 광촉매를 어느 한 층에 도포시켜 유해성분을 감소시키는 기술 등이 개발되고 있다.

한국 특허 출원 제 1995-19175호, 특 2003-0030313호에서는 이산화 티탄, 은, 동과 같은 기능성 물질들이 개시되어 있는데, 이들 물질들은 산화 분해성, 유기물 분해기능 및 냄새와 악취 제거 기능이 있지만, 제조공성상 균일한 분산, 코팅이 어렵고, 자외선 영역에서의 광촉매의 반응으로 인하여 효과가 떨어지는 문제점이 있다.

한국 특허출원 제 1999-37009호에 이산화 티탄을 표면에 코팅시킨 벽지를 개시하고 있다. 특히 항균 및 탈취 기능을 위하여 사용되는 이산화 티탄은 표면을 마이크로 레벨로 제어하여 촉매 표면적을 크게 함으로써 촉매 활성을 높여서 항균 및 탈취 특성이 나타나도록 하였지만 마이크로 레벨에서는 촉매 활성화에 한계가 있으며, 벽지의 표면 코팅을 위해서는 일반 종이 벽지에만 적용될 수 있고 또한 0.01~0.02mm 수준의 박막 코팅이 불가능하므로 벽지의 디자인이 제한을 받게 되고, 제조할 때 벽지 고유의 외관 디자인을 유지할 수 없는 문제점이 있다.

한국 특허출원 제 10-2006-0026984호의 자연소재인 목분을 이용한 벽지를 개시하고 있다. 목분을 사용하여 입체적인 문양부여와 기능성 물질인 나노 은, 이산화티나늄을 첨가하여 기능성을 부여하였으나, 폴리염화 비닐과의 상용성과 발포 공정에서의 균일성을 유지할 수 없는 문제점이 있다.

이에 따라, 소비자들의 웰빙(Well-being)문화에 대한 관심과 강화된 실내공기질의 법적 관리기준에 대응할 수 있도록, PVC 벽지의 우수한 물리적 특성과 실내 오염물질을 제거할 수 있는 기능성을 갖춘 새로운 벽지에 대한 요구가 계속되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 실내의 유해한 유해화합물 및 내분비계 장해물질을 획기적으로 감 소 시킴으로써 실내 공기질을 쾌적하게 하는 효과를 나타내고, 기존 폴리염화비닐 벽지 제조기술 및 시공기술을 이용하여 제조 가능한 친환경 기능성 벽지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 기존 벽지의 기본물성과 고유한 다양한 색상 및 디자인을 가질 수 있으면서도 유해물질 저감, 탈취기능이 효과적인 친환 경 벽지를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 다층 구조로 이루어진 벽지에 있어서, 실내 공기의 오염물질을 흡착하는 광물성 흡착제와 분해제가 포함된 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 벽지를 제공한다.

본 발명은 일 측면에 있어서, 실내 공기의 오염물질을 흡착하는 흡착제와 분해제를 사용하는 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 벽지 제조 공정을 제공한다.

본 발명은 다른 일 측면에 있어서, 실내 공기의 오염물질을 흡착하는 흡착제와 분해제를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 친환경 벽지 제조용 조성물을 제공한다.

본 발명에 있어서, 이론적으로 한정된 것은 아니지만, 상기 흡착제가 실내 공기의 오염물질을 1차적으로 흡착하고, 상기 분해제는 흡착된 오염물질을 가역반응을 통해 최종적으로 CO₂, H₂O, 수증기 등의 가스로 분해되어 최종적으로 실내 공기를 쾌적하게 하는 역할을 한다.

본 발명에 있어서, 상기 흡착제는 다공질 표면에 유해물질이 흡착할 수 있도록 다공질의 비표면적이 큰 광물질을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 수분과의 친화력이 좋아 대기중의 유해가스 흡착능이 뛰어난 친수성 흡착제를 사용하는 것이 좋다. 발명의 실시에 있어서, 상기 흡착제는 제오라이트, 규조토, 백토, 예를 들어 활성백토 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 분해제는 친수성 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 아미드계 화합물을 사용할 수 있다. 발명의 실시에 있어서, 상기 아미드계 화합물은 아미드계 고분자 수지 또는 2,4-dimetrophenylhdrazine같은 단량체등을 사용할 수 있다. 또한, 황산 암모늄을 사용할 수 있다. 또한, TiO₂ 와 같은 광촉매 물질을 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 아미드계 고분자 수지는 본 발명에서 사용되는 폴리아미드계 수지로서는, 예를 들면 ε-카프로락탐을 주원료로 한 나일론 6을 들 수 있다. 또한, 그 밖의 폴리아미드 수지로서는, 3원환 이상의 락탐, ω-아미노산, 이염기산과 디아민 등의 중축합에 의해 얻어지는 폴리아미드 수지를 들 수 있다. 구체적으로는, 락탐류로서는 상기에서 예시한 ε-카프로락탐 외에, 에난트락탐, 카프릴락탐, 라우릴락탐, ω-아미노산류로서는, 6-아미노카프로산, 7-아미노헵탄산, 9-아미노노난산, 11-아미노 운데칸산을 들 수 있다. 또한, 이염기산류로서는, 아디프산, 글루타르산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세박산, 운데칸디온산, 도데카디온산, 헥사데카디온산, 에이코산디온산, 에이코사디엔디온산, 2,2,4-트리메틸아디프산, 테레프탈산, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌디카르복실산, 크실릴렌디카르복실산을 들 수 있다. 또한, 디아민류로서는, 에틸렌디아민, 트리메틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 펜타메틸렌디아민, 운데카메틸렌디아민, 2,2,4(또는 2,4,4)-트리메틸헥사메틸렌디아민, 시클로헥산디아민, 비스-(4,4'-아미노시클로헥실)메탄, 메타크실릴렌디아민 등을 들 수 있다. 그리고, 이들을 중축합하여 얻어지는 중합체 또는 이들의 공중합체, 예를 들면 나일론 6, 7, 11, 12, 6.6, 6.9, 6.11, 6.12, 6T, 6I, MXD6(메타크실렌디판아미드 6), 6/6.6, 6/12, 6/6T, 6/6I, 6/MXD6 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 흡착제와 분해제는 적층 벽지, 예를 들어 PVC계 적층 벽지 또는 합지 벽지 등의 다층 구조로 이루어진 적어도 어느 한 층에 함유시킴으로써 상기와 같은 실내 공기질의 개선이 가능하다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 벽지는 종래 벽지를 제조하기 위한 조성물들에 흡착제와 분해제를 추가로 투입한 후, 기존의 벽지 제조 공정을 이용하여 제조함으로서, 벽지의 제조 공정을 변경시킬 필요 없으며, 제조 작업성도 우수하며, 시공도 기존과 차이가 없다. 또한 기존 벽지의 디자인, 색상을 변경하지 않고 기존과 동등하게 제조할 수 있다.

이하, 본 발명에 사용되는 흡착제와 분해제에 대해여 하기와 같이 더 상세하게 설명한다.

흡착제

본 고안에서는 물리적 흡착이 좋고 수분 친화력이 좋은 흡착제로 사용하였 다. 흡착제는 일반적으로 화산재나 화성암 등의 열수작용에 의해 변성된 광 물로서 결정상은 Montmorillonite/ Clinoptilolite/ Anorthite로서 천연 광물 에 비해 비표면적이 크고 다공질성 광물로서 평균 입경은 20~150㎛, 비표 면적 10~100㎡/g, 기공 크기 30~120Å의 기본 물성을 가진 물질로 사용되 며, 벽지에 포함되는 흡착제의 함량은 흡착제가 포함되는 층의 주수지, 예를 들어 PVC 또는 아크릴산 에스테르 에틸렌 코폴리머 100 중량부에 대해서 1 내지 25 중량부, 바람직하게는 5-20 중량부의 범위로 사용하는 것이 좋다. 흡착제의 함량이 과다하면 급격한 점도 상승과 백색도의 저하 문제가 발생하게 되며, 상기 흡착제의 함량이 너무 적으면 기대한 효과를 내기 어렵게 된다.

분해제

분해제의 세부 물성은 고형분 23~26%, p.H 7의 성분을 가진 수용성 물질로서 벽지에 포함되는 분해제의 함량은 분해제가 포함되는 층의 주수지, 예를 들어 PVC 또는 아크릴산 에스테르 에틸렌 코폴리머 100 중량부에 대해서 1 내지 35 중량부, 바람직하게는 5-30 중량부의 범위로 사용하는 것이 좋다. 분해제는 친수성의 물질로 다량이 첨가될 시 염화비닐 벽지 제조공정상에서 염화비닐과의 미반응 발생, 인쇄단계에서의 용매와의 미반응으로 야기할 수 있으며, 과도하게 적을 경우 기대한 분해효과를 얻기 힘들어진다.

이를 위하여 본 발명의 흡착제와 분해제는 하기의 다양한 폴리염화비닐계 발포 적층 벽지, 또는 합지 벽지의 어느 한 층에 함유되는 것이 좋다.

상기 친환경 폴리염화비닐계 발포 적층 벽지와 합지 벽지의 제조방법은 하 기와 같다.

폴리염화비닐계 발포 적층 벽지의 기본적인 제조방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 원지(10)의 표면에 폴리염화비닐 발포층(20)을 형성함에 있어서, PVC (Polyvinyl Chloride) 100중량부에 대하여, 가소제 30~80중량부, 안정제 2~10중량부, 발포제 2~5중량부, 점도조절제 1~15중량부, 충전제 1~130중량부, 흡착제 1~25중량부, 분해제 1~35중량부의 혼합으로 이루어지는 PVC 플라스티졸을 조성하여 상기 조성된 PVC 플라시트졸을 원지(10) 표면에 10~200㎛ 두께로 코팅한다. 상기한 과정을 통해 원지(10)의 표면에 발포층(20)을 형성하게 되면, 상기 발포층을 프리겔링하는 단계를 거치게 된다.

상시 프리겔링은 발포층(20)이 코팅된 원지(10)가 오븐의 내부를 통과하는 과정을 거친다. 이때 프리겔링이 원할하게 이루어질 수 있도록 오븐 내부온도는 190~200℃을 유지하게 된다.

또한, 상기 발포층(20)이 프리겔링이 완료되면, 이어서 비발포층을 코팅하는 단계를 거친다. 이 위에 인쇄층(30)을 형성시키고, 다시 그 위에 표면 처리 층(40)을 형성시킨 후 건조시켜 적층 벽지를 제조한다.

기능성 첨가제인 흡착제와 분해제는 적층 벽지의 발포층(20)에 염화비닐 수 지와 1차 가소제, 발포제, 발포촉진제, 발포안정제와 균일하게 분산시킨 후 가열하여 겔화시킨 후 발포시켜 고상의 조형물인 폴리염화비닐 발포층(20)을 형성하여 친환경 벽지를 제조하였다.

또한 인쇄층(30)과 표면처리층(40)에 기능성 첨가제인 흡착제와 분해제를 아크릴계 공중합체 조성물과 그라비아 코팅, 또는 스크린 코팅 통하여 친환 경 벽지를 제조하는 공정을 포함하는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 흡수제와 분해제를 함유하는 친환경 벽지는 종래 벽지가 인테리어서의 단순 역할에서 탈피하여 실내공기에 포함되어 있는 유해가스, 유해환경을 감소시켜 쾌적한 실내공기를 유지하여 인체 건강에 매우 유익한 효과가 있다.

또한 본 발명의 친환경 벽지는 기존의 벽지 제조공정과 시공공정을 그대로 유지하여 원가절감을 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 기존 폴리염화비닐 벽지 제조공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 흡착제와 분해제를 함유하는 친환경 폴리염화비닐 벽지의 단면도이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡착제와 분해제를 함유하는 친환경폴리염화비닐 벽지의 단면도이다.
도 4는 기존 일반 폴리염화비닐 벽지의 단면도이다.

[실시 예 1~9 및 비교 예 1]

다음 표 1에 나타낸 조성을 통하여 친환경 벽지를 제조하였다.

실시예

실시예 1

PVC 100 중량부에 대하여, 가소제 70중량부, 충전제 70중량부, 이산화티탄 75 중량부, 안정제 3 중량부, 발포제 3 중량부, 점도조절제 5 중량부, 규조토 10 중량부, 황산암모늄 20 중량부를 혼합하여 발포층용 PVC 액상 조성물을 제조하고, 이를 원지에 코팅하여 500㎛의 두께로 발포하였다.

발포층에 비닐아세테이트 아크릴산 에스테르 에틸렌코폴리머 100 중량부에 대해 폴리비닐알코올 10 중량부, 계면활성제 3 중량부, 물 100중량부로 이루어진 코팅제를 도포한 후, 90~140℃의 건조기에서 건조시킨 후, 인쇄층과 보호층을 형성하여 벽지를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1에서 규조토 10중량부, 황산암모늄 20중량부 대신 제오라이트 10 중량부와 아미드수지 20 중량부를 혼합하여 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.

실시예 3

PVC 발포층 위에 비닐아세테이트 아크릴산 에스테르 에틸렌코폴리머 100 중량부에 대해 폴리비닐알코올 10 중량부, 계면활성제 3 중량부, 물 100중량부, 활성백토 10중량부, 및 황산암모늄 20중량부로 이루어진 코팅제를 도포한 후, 90~140℃의 건조기에서 건조시켜 벽지를 제조하였다.

실시예 4

실시예 3에서 활성백토 10중량부, 및 황산암모늄 20중량부 대신 제오라이트 10중량부, 황산암모늄 20중량부를 사용하는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 벽지를 제조하였다.

실시예 5

실시예 3에서 활성백토 10중량부, 및 황산암모늄 20중량부 대신 제오라이트 10중량부, 2,4-dimetrophenylhdrazine 아미드수지 20중량부를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 벽지를 제조하였다.

비교 실시예 1

실시예 1에서 규조토와, 황산암모늄을 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.

구 분			실시 예1	실시 예2	실시 예3	실시 예4	실시 예5	비교 예1
구 성 성 분	폴리염화비닐 에틸렌코폴리머		100	100	100	100	100	100
	흡착제	제오라이트	-	10	-	10	10	-
		규조토	10	-	-	-	-	-
		활성백토	-	-	10	-	-	-
	분해제	황산암모늄	20	-	20	20	-	-
		아미드수지	-	20	-	-	20	-
제조 방법	첨가 방법	발포층첨가	O	O	-	-	-	-
		코팅층첨가	-	-	O	O	O	-

각 반응 조건 및 결과는 표1에 나타내었으며, 물성평가방법은 하기와 같다.

[실험 예]

상기에서 제조된 실시 예 1~5 및 비교 예 1, 실시예 6~9 친환경 벽지의 유기물질 저감 효과에 대하여 다음의 방법으로 측정하였다.

(1) 벽지 물리적 특성 측정방법

- 분산성 특성 평가 : 벽지 제조공정에서의 벽지 원료와 기능성 첨가제 인 흡착제와 분해제의 혼합 상태 평가를 통한 물성평가

- 습윤강도 특성 평가 : KS M 7305 : 2002

- 마찰견뢰도 특성 평가 : KS M 7305 : 2002

- 은폐성 특성 평가 : KS M 7305 : 2002

- 열안정성 특성 평가 : 건조기 내의 200~250℃에서 12시간 체류를 통한 변색 등을 통한 물성 평가

(2) 벽지 친환경 특성 측정방법

- 포름알데히드, VOCs 흡착분해 특성 평가

현재 유해가스의 저감효과 시험방법은 일정한 용기에 유해가스 용액을 기화시켜 일정 농도를 주입시킨다. 일정 농도가 유지된 후 시험체가 들어 있지 않는 Blank Test를 실시한다. 시편이 들어 있지 않은 5L용기에 유해 가스를 일정농도 주입한다. 일정시간 단위로 용기의 유해가스의 농도를 측정하여 실내 공기의 농도를 분석한다.

[수학식 1]

HCHO ( 저감율 ) % = ( b - b' / b )*100

상기 수학식 1에서, b는 Blank 농도, b' 는 시편농도를 나타낸다.

구 분			실시 예1	실시 예2	실시 예3	실시 예4	실시 예5	비교 예1
벽지 제조시 분산성			O	O	O	O	O	O
벽 지 물 성		습윤강도	15	17	17	16	17	13
		마찰견뢰도	4급	4급	4급	4급	4급	4급
		은폐성	3급	3급	3급	3급	3급	3급
		발포성	300%	300%	300%	300%	300%	300%
		열안정성	양호	양호	양호	양호	양호	양호
친 환 경 성 능	탈취율(%)		88	89	91.5	93	98.5	-
	HCHO 저감율(%)	30분	60.1	44.1	61.1	61.1	78.3	-
		60분	88.2	76.5	88.2	89.3	95.1	-
		90분	87.4	82.1	87.5	90.1	-	-
		120분	90.3	88.1	89.3	91.1	-	-

상기 표 2를 통하여, 흡착제와 분해제를 함유하는 실시예 5의 친환경 벽지가 유해 물질 분해기능, 탈취 효과에 있어서 기존의 폴리염화비닐 벽지보다 가장 우수한 효과가 있음을 확인할 수 있다.

또한 제조공정상에서 흡착제와 분해제를 벽지 내부의 적층구조에 대한 효과 가 있는 층은 인쇄 및 표면 처리층과 같은 코팅층에서 보다 우수한 효과가 있음을 확인할 수 있고, 벽지의 고유물성, 색상, 디자인 등에 영향을 주지 않았다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기재층(원지) 20 : 폴리염화비닐 발포층
30 : 인쇄층 40 : 표면처리층

Claims (11)

1. 원지, PVC발포층, 인쇄층, 및 코팅층을 포함하는 다층 벽지에 있어서,
   상기 코팅층은 비닐아세테이트 아크릴산 에스테르 에틸렌 코폴리머 수지, 폴리비닐알코올, 계면활성제, 흡착성 무기물, 및 분해제를 포함하며,
   상기 흡착성 무기물은 제올라이트이며, 상기 코폴리머 수지 100 중량부에 대해서 5~20 중량부를 포함하고,
   상기 분해제는 아미드계 화합물 또는 황산암모늄이며, 상기 코폴리머 수지 100 중량부에 대해서 5~30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 벽지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 흡착성 무기물은 평균 입경은 20~150㎛, 비표면적 10~100㎡/g, 기공 크기 30~120Å인 제올라이트인 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 벽지.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서, 상기 아미드계 화합물은 아미드계 수지 또는 아미드계 단량체인 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 벽지.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

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