KR101644606B1 - 원적외선 방출 효과를 갖는 필름의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원적외선을 방출하는 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리카 구를 이용하여 최적의 원적외선을 방출하는 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 원적외선 방출 필름의 제조방법은 표면에 게르마늄이 부착된 실리카 구를 제조하는 단계; 상기 게르마늄이 부착된 실리카 구와 고분자 수지 용액을 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 필름으로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

원적외선 방출 효과를 갖는 필름의 제조방법{METHOD FOR PREPARING FILM RADIATING FAR INFRARED RAYS}
본 발명은 원적외선을 방출하는 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리카 구를 이용하여 최적의 원적외선을 방출하는 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
필름은 다양한 분야에서 범용으로 사용되는 소재이다. 필름은 비닐하우스, 식품 포장재, 전자제품 등에 부착하는 필름, 의료용 필름, 미용 필름 등 다양한 용도에 사용될 수 있다. 이러한 필름에 유용한 원료에 따라 다양한 조성으로 제조할 수 있는데, 식품 포장용으로는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 필름이 주로 사용되고 있다.
이러한 필름에 원적외선 방출기능을 부여하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 적외선은 세부적으로 근적외선, 중간적외선 및 원적외선으로 분류될 수 있는데, 이중 원적외선은 파장이 3 ㎛ 내지 100 ㎛의 파장을 가진다. 이 원적외선은 특히 3 내지 30 ㎛의 파장은 물분자를 활성화시키고 공명을 일으켜서 인체에 유익한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이러한 원적외선을 방출하는 물질로는 황토, 숯, 맥섬석, 일라이트, 토르말린 또는 알루미나 실리케이트계 광물들이 알려져 있다. 상기한 물질들을 식품 포장용 필름이나 다른 산업용 필름에 포함시켜서 원적외선 방출 필름을 만드는 방법이 일부 공지되어 있다.
한국등록특허 제10-0948764호에서는 맥섬석 코팅 필름을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 상기 특허에서는 맥섬석을 분쇄한 후 슬러리로 제조하고 이를 기저막 위에 코팅하는 방법을 개시하고 있다.
하지만, 상기한 맥섬석은 분말 형태로 사용할 경우, 필름 수지와의 친화성(compatibility)에 문제가 있어 필름 제작 후 맥섬석 분말이 먼지처럼 날리게 된다. 또한 맥섬석 분말이 필름 전체에 균일하게 분산되지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하면서, 게르마늄으로부터 최적의 원적외선 방사를 하도록 나노 구조체에 게르마늄을 원자단위로 붙여서 다량의 원적외선을 방출하는 필름의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제는, 표면에 게르마늄이 부착된 실리카 구를 제조하는 단계; 상기 게르마늄이 부착된 실리카 구와 고분자 수지 용액을 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 필름으로 성형하는 단계를 포함하는 원적외선 방출 필름의 제조방법에 의해 달성된다.
바람직하게는, 상기 고분자 수지는 셀룰로오스아세테이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 게르마늄이 부착된 실리카 구는 용매 및 염기 촉매의 존재 하에서 테트라에톡시실란을 이용하여 단분산 실리카 구를 제조하고, 상기 단분산 실리카 구를 게르마늄이 포함된 용매에 분산시켜 실리카 구 표면에 게르마늄을 부착시켜서 제조될 수 있고, 이때 용매는 아세톤일 수 있다.
바람직하게는, 상기 게르마늄이 부착된 실리카 구는 고분자 수지 100중량부당 0.01 내지 5 중량부로 혼합될 수 있다.
또한 상기 필름의 두께는 30 ~ 60 ㎛일 수 있다.
본 발명에서 제조된 필름은 나노 실리카구에 게르마늄을 붙여서 필름에 포함시킴으로써, 형광저감효과(photoluminescence quenching)를 최소화함으로써, 다량의 원적외선을 방출할 수 있다. 또한 본 발명의 방법에 따르면, 간단한 방법으로 원적외선 방출하는 필름을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 셀룰로오스 아세테이트 필름의 전자현미경 사진(10,000배 확대)이다.
도 2a은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 실리카 구의 전자현미경 사진이고, 도 2b는 상기 실리카구의 표면에 게르마늄을 부착시킨 실리카구의 전자현미경 사진이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다. 용어 약이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다.
본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, 포함하다 및 포함하는 이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.
본 발명은 원적외선 방출 필름의 제조방법을 제공한다.
구체적으로는, 상기 원적외선 방출 필름은 게르마늄이 부착된 실리카 구를 제조하는 단계; 상기 게르마늄이 부착된 실리카 구와 고분자 수지 용액을 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 필름으로 성형하는 단계를 포함하는 방법으로 제조된다.
상기 게르마늄이 부착된 실리카 구는 다음의 방법으로 제조될 수 있다.
먼저, 용매 및 염기 촉매의 존재 하에서 테트라에톡시실란을 이용하여 단분산 실리카 구로 제조할 수 있다. 상기에서 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 에틸렌글리콜 및 글리세롤로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용할 수 있다. 상기에서 염기촉매는 수산화암모늄(NH4OH)을 사용하는 것이 바람직하다. 이렇게 제조된 단분산 실리카 구에 테트라에톡시게르마늄를 넣어 주면 상온에서 가수분해-축합(hydrolysis-condensation) 반응을 통하여 실리카 구 표면에 게르마늄 원자가 공유결합을 하게 된다. 이러한 공유 결합을 통해 게르마늄이 부착된 실리카 구를 제조할 수 있다. 게르마늄 자체로 원적외선 방사는 6 um - 50 ㎛까지 모두 나오기 때문에 다른 첨가제를 추가할 필요는 없다.
다음으로, 상기 게르마늄이 부착된 실리카 구와 고분자 수지 용액을 혼합하여 혼합용액 또는 마스터배치를 제조한다. 상기 마스터배치는 고분자 수지에 게르마늄 부착 실리카구를 혼합한 후 용융압출하여 펠릿 형태로 제조한 것일 수 있다. 마스터 배치는 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려져 있는 방법으로 제조될 수 있다.
이때, 고분자 수지 100 중량부당 게르마늄이 부착된 실리카 구 0.01 내지 5 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 게르마늄이 부착된 실리카 구가 0.01 중량부 미만인 경우에는 필름 형성 후에 원적외선 방출량이 미미하고, 5 중량부를 초과하는 경우에는 필름 형성이 어렵다.
상기에서 고분자 수지는 셀룰로오스아세테이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다. 본 발명은 일반적으로 필름 형성에 사용되는 폴리에틸렌이나 폴리프로펠렌과 같은 폴리올레핀계수지에 더하여 셀룰로오스아세테이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌 또는 폴리카보네이트를 사용함으로써, 원적외선 방출물질이 보다 균일하게 분산될 수 있다. 보다 바람직하게는 셀룰로오스아세테이트를 사용할 수 있다.
본 발명은 게르마늄이 부착된 실리카 구를 사용함으로써 고분자 수지에 원적외선 방출 물질인 게르마늄이 균일하게 분산되게 할 수 있고, 고분자 수지와 잘 혼화되어 필름으로 성형한 후에 상기 물질들이 분진 형태로 날리거나 하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 필름 형성시 보다 균일하게 게르마늄 입자가 분산되게 할 수 있다.
필름 형성방법은 일반적인 공지의 방법을 사용할 수 있다. 바람직하게는 고분자 수지로 셀룰로오스아세테이트를 사용하는 경우에는, 마스터배치를 만들지 않고 셀룰로오스 아세테이트를 아세톤에 녹인 후(농도가 5 내지 20 wt%인 것이 바람직하다), 게르마늄이 부착된 실리카 구를 넣어 교반한다. 이 용액을 나이프코팅이나 스핀코팅 등으로 바로 원하는 박막을 만들 수 있다.
고분자 수지가 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌인 경우에는 상기 고분자 수지를 용융한 후 게르마늄이 부착된 실리카 구를 혼합하여 용융압출하여 마스터 배치를 제조하고, 이를 블로운 방법(blow molding)으로 필름을 형성할 수 있다.
본 발명에서 제조된 원적외선 방출 필름의 두께는 30 ~ 60 ㎛ 일 수 있다.
상기한 방법으로 제조된 본 발명의 필름은 원적외선을 방출하므로, 식품 포장용 필름에 사용되는 경우 식품의 보존기간을 증가시킬 수 있다. 또한 비닐하우스 등 농업용 자재로 사용되는 경우에는, 식물의 생육을 촉진할 수 있다. 이처럼 다양한 용도에 사용될 수 있다.
이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
100ml의 2-프로판올과 100ml NH4 용액을 혼합한 후, 테트라에톡시실란(TEOS)을 3g 넣고 상온에서 6시간 동안 교반하였다. 이렇게 만들어진 실리카 구를 원심분리하고 메탄올로 세척하였다. 제조된 실리카 구의 크기는 평균 400 nm였다. 이렇게 제조된 실리카 구의 전자현미경 사진을 도 2a에 나타내었다.
상기에서 제조된 실리카 구에 테트라에톡시게르마늄(Sigma Aldrich사 제조)0.01 ~ 0.5 g을 넣고 상온에서 반응시켰다. 가수분해-축합(hydrolysis-condensation) 반응을 통하여 표면에 게르마늄이 부착된 실리카 구를 제조하였다. 이렇게 제조된 실리카 구의 전자현미경 사진을 도 2b에 나타내었다. 상기 게르마늄 부착 실리카 구 0.1 ~ 1.2 g과 셀룰로오스아세테이트 수지 용액(아세톤에 셀룰로오스아세테이트 5 ~ 20 wt%로 용해시킨 용액) 1000 g을 만들었다. 상기 용액을 캐스팅 방법으로 두께가 50㎛인 필름을 제조하였다. 제조된 필름의 단면을 도 1에 나타내었다.
실시예 2 내지 4
실시예 1과 동일한 방법으로 게르마늄이 부착된 실리카 구를 제조하였다. 이를 폴리에틸렌 수지(실시예 2), 폴리프로필렌 수지(실시예 3) 및 폴리카보네이트 수지(실시예 4)와 혼합하고 용융압출하여 마스터배치를 제조하였다. 이렇게 제조된 마스터배치를 이용하여 블로운 방법으로 두께가 50㎛인 필름을 제조하였다.
실험예 1
이렇게 제조된 필름을 사용하고 FTIR 장비를 사용하여 원적되선 방사를 확인하였다. 필름을 샘플 스테이지(sample stage)에 놓고 히터를 이용하여 온도를 조절하면서 원적외선 방사량을 측정하였다. 측정 결과 원적외선이 일정량 이상 방출되는 것을 확인하였다.

Claims (6)

  1. 원적외선 방출 필름의 제조방법으로서,
    표면에 게르마늄이 부착된 실리카 구를 제조하는 단계;
    상기 게르마늄이 부착된 실리카 구와 고분자 수지 용액을 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합물을 필름으로 성형하는 단계를 포함하고,
    게르마늄이 부착된 실리카 구는 용매 및 염기 촉매의 존재 하에서 테트라에톡시실란을 이용하여 단분산 실리카 구를 제조하고, 상기 단분산 실리카 구를 게르마늄이 포함된 용매에 분산시켜 실리카 구 표면에 게르마늄을 부착시켜서 제조되는 것을 특징으로 하는 원적외선 방출 필름의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고분자 수지는 셀룰로오스아세테이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 원적외선 방출 필름의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 용매는 아세톤인 것을 특징으로 하는 원적외선 방출 필름의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 게르마늄이 부착된 실리카 구는 고분자 수지 100중량부당 0.01 내지 5 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 원적외선 방출 필름의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 필름의 두께는 30 ~ 60 ㎛인 것을 특징으로 하는 원적외선 방출 필름의 제조방법.
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