KR101659173B1

KR101659173B1 - 고흡수성 수분흡수제와 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101659173B1
Application number: KR1020140166069A
Authority: KR
Inventors: 서윤덕
Original assignee: 주식회사 립멘
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2016-09-22
Also published as: KR20160062878A

Abstract

본 발명은, 식품 등의 포장지 내의 수분흡습(水分吸濕) 효과가 뛰어난 조해성 (潮解性)물질인 염화칼슘과 계속적인 수분흡습 결과 발생하는 물의 누출을 방지하기 위해 고흡수성수지 및 전분과 수분흡수율과 탈취효과가 우수한 식물성 혹은 무기질 다공성 담체를 이용하고, 또한 열가소성 수지의 사용으로 생산성이 우수한, 고흡수성 수분흡수제와 그 제조 방법을 개시하고 있다.

Description

고흡수성 수분흡수제와 그 제조 방법{Method of Preparing Superabsorbent Water Absorbent and Method of Manufacturing Thereof}

본 발명은 고흡수성 수분흡수제와 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 식품 등의 포장지 내의 수분흡습(水分吸濕) 효과가 뛰어난 조해성(潮解性)물질인 염화칼슘과 계속적인 수분흡습 결과 발생하는 물의 누출을 방지하기 위해 고흡수성수지 및 전분과 수분흡수율과 탈취효과가 우수한 섬유소(Cellulose)가 풍부한 식물성 다공성 담체 혹은 무기질 다공성 담체등을 이용하고, 또한 열가소성 수지의 사용으로 생산성이 우수한, 고흡수성 수분흡수제와 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 방습제 또는 수분흡수제는 제품을 포장할 때에 포장 내부의 수분을 제거함으로써,수분에 의한 제품의 열화를 막아 보존기간을 연장하는데 사용됨 은 주지된 사실이다. 즉,식품류를 비롯하여 의약품류, 전기전자기기류, 정밀기기 및 특수기기류 등의 포장 내부에 함께 동봉하여 포장지 내의 수분과 포장지를 통해 외부로부터 유입되는 수분까지 제거하여 제품의 유통과 운송중 수분에 의해 발생 가능한 제품의 산화, 표면변화, 오작동 및 김서림 등이 없도록 사용하는 것이 주목적이다.

특히 식품류 중 건조식품류에서는 수분제거를 위하여 수분흡수제의 사용은 필수적이다. 또한 기존에는 실리카 겔, 합성 제올라이트(zeolite) 또는 천연 광물질 제올라이트 등을 수분흡수제로 사용되고 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 기존의 수분흡수제들은, 고습도의 조건하에서는 비교적 수분 흡수력이 양호하지만, 저습도 하에서는 흡습률이 낮고 흡습속도가 늦다는 문제점을 갖으며, 고강도가 강해 포장지나 용기에 대한 충격이나 기기에 대한 마모현상이 현저하게 나타나는 문제점도 있다.

또한 이러한 수분흡수제들은, 생산 원가가 비교적 비싸기 때문에 공업적으로 생산되는 정밀 제품에 대한 수분흡수제로 대량으로 사용하기에는 경제적인 부담이 크다는 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 수분흡수력이 우수한 할로겐 금속화합물중에서 염화칼슘(CaCl2), 염화마그네슘, 염화라듐 등이 쓰이고 있으나 그 중에서 염화칼슘은 강한 조해성으로 단독으로 사용시 수분 과량흡수로 인한 과수현상으로 오히려 수분을 제품에 유출시키는 단점이 있다.

즉, 염화칼슘은 종래의 건조용 담체보다도 흡수율이 우수하나 단독으로 사용시 염화칼슘 표면에 수분이 형성되어 수분을 누출시킬 문제점이 많기 때문에, 하기 특허문헌의 미국특허 제2,027,093호는 염화칼슘에 활성탄을 사용하여 제조한 건조 생성물이, 또한 미국특허 제3,334,468호에는 90~97% 염화나트륨에 약 3%의 염화칼슘을 구성하고 중크롬산나트륨이나 인산나트륨을 첨가하여 만든 담체가, 그리고 미국특허 제6,217,701호에는 염화칼슘 주제 건조생성물에 변성전분을 이용하여 수분 유출을 억제한다는 것이 각각 기재되어 있으나, 흡습된 수분의 유출이 완전히 방지 못하는 문제와 아울러 생산성이 떨어지는 문제가 있다.

따라서 흡습에 따른 수분 누출이 없으면서도 생산성이 양호한 수분 흡수제의 개발이 절실하게 요구되고 있다.

US 특허 제2,027,093호, US 특허 제3,334,468호, US 특허 제6,217,701호.

따라서 본 발명자는 상기 제반 결점을 해소하기 위하여 예의((銳意) 연구 결과 개발한 것으로, 포장지 내의 공기중 수분뿐만 아니라 포장지 외부에서 침투하는 수분까지 제거하는 염화칼슘의 고 흡수성을 이용하여 건조식품, 곡물류, 제약류 및 전기, 정밀기기 등의 수분에 의한 열화 방지와 아울러 안정성을 확보하고, 또한 다량의 수분을 흡수해도 수분흡수제 식물성 다공성담체 혹은 무기질 다공성담체가 고형화 되게 함으로써 수분의 유출을 방지하고, 또 과립(Granule)형태로 제조함에 따른 수분흡수제의 흐름성이 우수하여 생산성이 양호하며, 기존의 실리카겔 대비 4~5배의 수분흡수력으로 소량을 사용해도 기존 수분흡수제에 비해 값싸게 대체할 수 있게 한, 고흡수성 수분흡수제와 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라 제공되는 고흡수성 수분흡수제와 그 제조 방법에 의하여 달성된다.

본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 고흡수성 수분흡수제는, 염화칼슘 분말과 저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 분말을 균질하게 혼합후, 여기에 전분과 고흡수성 수지(SAP) 및 다공성 담체를 함께 투입, 혼합하여 균질화 시키고, 균질하게 혼합된 혼합물을 건식 과립기(Roller Compactor)에 의해 과립(顆粒)형태로 제조된다.

다른 실시예에 있어서, 상기 염화칼슘 분말은 염화칼슘 순도가 94% 또는 74%인 것 30~70중량%, 상기 전분은 10~20중량%, 고흡수성수지는 9~15중량%, 저밀도폴리에틸렌 분말(LLDPE Powder)은 10~25중량%, 다공성 담체는 1~10중량%로 각각 조성됨을 특징으로 한다.

또 다른 실시예 있어서, 상기 전분은 옥수수전분 또는 변성전분이고, 상기 다공성 담체는 천연야자나무의 매우 단단한 껍질을 제거한 후 두껍게 쌓여있는 섬유질을 분쇄한 코코피트(Cocopeat, Coco泥炭), 왕겨를 미세하게 마쇄한 왕겨분, 왕겨분을 탄화시켜 표면적과 흡착력을 극대화시킨 왕겨숯 및 저습도에서 수분 흡수율이 우수한 벤토나이트중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 고흡수성 수분흡수제의 제조방법은, 염화칼슘 분말과 저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 분말을 균질하게 혼합후, 전분과 고흡수성수지(SAP) 및 다공성 담체를 함께 교반기에 투입,혼합하여 균질화 시키는 단계; 균질화 단계를 통하여 얻은 혼합물을 기 준비된 건식 과립기(Roller Compactor)를 이용하여 과립(顆粒)으로 제조하는 단계; 상기 과립 제조 단계에서 얻은 과립을 정립기(Oscillator)로 분진을 제거하여 일정 크기의 과립만을 회수하는 단계;를 포함한다.

다른 실시예에 있어서, 상기 염화칼슘분말은 염화칼슘 순도가 94% 또는 74%인 것 30~70중량%, 상기 전분은 10~20중량%, 고흡수성수지는 9~15중량%, 저밀도폴리에틸렌 분말(LLDPE Powder)은 10~25중량%, 다공성 담체는 1~10중량%로 각각 조성됨을 특징으로 한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 전분은 옥수수전분 또는 변성전분이고, 상기 다공성 담체는 천연야자나무의 매우 단단한 껍질을 제거한 후 두껍게 쌓여있는 섬유질을 분쇄한 코코피트(Cocopeat, Coco泥炭), 왕겨를 미세하게 마쇄한 왕겨분, 왕겨분을 탄화시켜 표면적과 흡착력을 극대화시킨 왕겨숯 및 저습도에서 수분 흡수율이 우수한 벤토나이트중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 포장지 내의 공기중 수분뿐만 아니라 포장지 외부에서 침투하는 수분까지 제거하는 염화칼슘의 고 흡수성을 이용하여 건조식품, 곡물류, 제약류 및 전기, 정밀기기 등의 수분에 의한 열화 방지와 아울러 안정성을 확보하는 효과를 제공하고, 또한 다량의 수분을 흡수해도 수분흡수제인 섬유소가 풍부한 식물성 다공성담체 혹은 무기질 다공성담체가 고형화 되게 함으로써 수분의 유출을 방지하는 효과를 부여하며, 또 과립(Granule)형태로 제조함에 따른 수분흡수제의 우수한 흐름성으로 생산성이 향상되는 효과를 부여한다.

또 기존의 실리카겔 대비 4~5배의 수분흡수력으로 소량을 사용해도 기존 수분흡수제에 비해 값싸게 대체할 수 있다고 하는 효과도 부여한다.

이하, 본 발명의 보다 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 고흡수성 수분흡수제는, 염화칼슘 분말과 저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 분말을 균질하게 혼합후, 여기에 전분과 고흡수성 수지(SAP) 및 다공성 담체를 함께 투입, 혼합하여 균질화 시키고, 균질하게 혼합된 혼합물을 건식 과립기(Roller Compactor)에 의해 과립(顆粒)형태로 제조된다.

본 발명의 기본 성분이 되는 수분흡수제는 염화칼슘(CaCl2)이며, 염화칼슘 의 순도는 94% 또는 74%인 것 중 어느 것을 사용해도 좋고 염화칼슘 분말 사용량은 전체 중량 대비 30~70중량%가 적당하지만, 염화칼슘량이 많으면 고수분을 흡수한 후 수분유출의 위험성이 있고, 너무 적으면 수분 흡수율이 약화될 우려가 있으므로 40~50%가 바람직하다.

또 염화칼슘에 흡수된 수분이 유출되지 않도록 방지해주면서도, 시일 경과 후에도 고형화 상태를 유지되게 하여 변형되는 것을 방지하기 위해 전분이 사용된다. 이때 전분은 옥수수 전분이나 혹은 변성전분이 사용된다. 변성전분이 고형화에 보다 효과적이다. 전분은 전체 중량대비 10~20중량%가 적당하다. 그러나 전분 함량이 너무 많게 되면 고형화가 급속하게 진행될 우려가 있고, 반대로 전분 함량이 적으면 고형화 상태가 제대로 진행되지 않게 될 우려가 있다. 이 때문에 바람직하게는 15~20중량%이다.

또, 흡수한 수분의 고형화를 형성하고 수분유출을 방지하는데 도움이 되기 위한 보조수단으로 자기 중량대비 10배의 수분을 흡수하는 고흡수성수지(SAP, Super Absorption Polymer)를 전체 중량 대비 9~15중량%가 적당하다. 그러나 고흡수성수지의 함량이 너무 많게 되면 같은 기능을 발휘하게 첨가되는 상기 전분의 효능을 저해할 우려가 있고, 반대로 너무 함량이 적으면 흡수한 수분의 고형화를 형성하고 수분유출을 방지하는 보조 기능이 저하될 우려가 있다. 이 때문에 함량이 9 ~ 10중량%가 바람직하다.

이러한 수분흡수제들을 배합하여 과립을 제조할 때는, 과립형성 역할을 하여 배합물이 과립이 되도록하는 저밀도폴리에틸렌 분말(LLDPE Powder)을 전체 중량 대비 10~25중량%가 적당하다. 그러나 저밀도폴리에틸렌 분말의 함량이 많으면 과립보다 입자의 크기가 큰 덩어리 형태로 형성될 우려가 있고, 반대로 함량이 적으면 과립 형성이 완전하게 안 되는 우려가 있다. 이 때문에 10~20중량%가 바람직하다.

또한 과립형성 및 수분 흡수의 역할로 다공성 담체가 첨가된다. 다공성 담체로는 섬유소가 풍부한 식물성의 다공성 담체 혹은 무기질의 다공성 담체가 첨가될수 있다.

섬유소가 풍부한 식물성의 다공성 담체로는 열대지역에서 자라는 100% 천연야자나무의 매우 단단한 껍질을 제거한 후 두껍게 쌓여있는 섬유질을 분쇄하여 만든 코코피트(Cocopeat, Coco泥炭)를 사용할수 있다. 코코피트의 특성은 세균과 곰팡이 성장에 저항성 있고 pH가 5.2-6.8 정도로 약산성 내지 중성을 나타내므로 알칼리성 정원 토양용으로 많이 사용된다. 또 식물성의 다공성 담체로는 수확한 벼를 도장할 때 현미기로 제일 먼저 벗긴 왕겨를 미세하게 마쇄(磨碎)한 왕겨분이나 혹은 왕겨분을 탄화시켜 표면적과 흡착력을 극대화시킨 왕겨숯이 사용될 수 있다.

무기질의 다공성 담체로는 저습도에서 수분 흡수율이 우수한 벤토나이트 등을 사용할 수있다.

상기 코코피트, 왕겨분, 왕겨숯 및 벤토나이트 중에서 본 발명에서는 코코피트의 사용이 다른 다공성 담체에 비하여 바람직하다. 그 이유는 코코피트는 고흡수성수지(SAP)처럼 수분흡수율이 8~9배 이상이고 부피가 4 ~5배 늘어나며 형성된 과립 입자에 다공성을 부여하고 흡수한 수분의 유출을 억제하는 역할이 양호하고 단가가 싸다는 이점이 있고, 특히 천연 섬유질 성분이 풍부하여 과립 형성이 우수하기 때문이다. 배합량은 전체 중량 대비 1~10중량%를 사용하는데, 함량이 너무 많거나 적으면 과립형성에 저해를 주므로 5~10중량%가 바람직하다.

위와 같이 조성되는 본 발명에 따른 수분흡수제의 제조방법은, 1)먼저 분말화된 원재료중 염화칼슘과 저밀도폴리에틸렌 분말을 교반기에 투입하여 균질하게 혼합한다. 그 후 기 준비한 변성전분과 SAP 및 다공성 담체를 함께 교반기에 투입하고,이를 혼합하여 균질화 시킨다.

2)상기 1)공정에서 균질화된 배합물은, 건조작업 없이 공정을 단축할 수 있으며 시간당 생산량이 우수한 건식 과립기(Roller Compactor)를 사용하여 과립으로 제조한다.

3)상기 2)공정에서 제조된 과립은 다시 정립기(Oscillator)를 사용하여 분진을 제거하여, 일정한 크기의 과립만을 회수하는 공정에 의해, 본 발명에 따른 수분흡수제 과립이 제조된다.

이와 같은 제조공정을 통해 얻어진 본 발명의 수분흡수제는 기존의 실리카에 비하여 훨씬 우수한 수분흡수력(실리카겔 대비 4~5배)을 보유하며 가격면에서도 유리할뿐아니라 수분을 흡수한 후에도 점성이 있는 액체 덩어리인 겔(gel) 상태나 고체 상태로 고형화되어 형태를 유지하기 때문에 외부로 수분유출이 전혀 없어 제품에 수분에 의한 손상을 주지않고 제습 속도 또한 빠르다고 하는 장점이 있다.

염화칼슘(CaCl2) 분말 40중량%에 대하여 하기 표1의 실시예들(1 내지 6참조)과 같이 저밀도폴리에틸렌 분말을 20중량%로 하고 다공성 담체의 종류별로 표시된 비율대로 배합하여 균질화하고 건식과립기(Roller Compactor)와 정립기 (Oscillator)를 이용해 과립을 제조하였다.

<실험예>

이렇게 제조된 수분흡수제의 과립의 함수율은 1% 미만이며, 이 과립 0.5g을 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate)와 듀퐁(DePont)사의 타이벡(Tyvek)의 4면이 모두 실링되고 타이벡 쪽에 구멍이 뚫린(타공) 폴리에틸렌 (Polyethylene)필름이 실링된 포장지의 Pet와 Tyvek 사이로 투입하고, 상대습도(Relative Humidity) 90%가 조성된 데시케이터(desiccator)에 10일간 보관한 후 무게를 측정하여 수분흡습율을 산출하였다( 하기 표1의 실시예 1~6의 외관 참조.).

<비교예1>

하기 표1의 실시예들과 비교하기 위하여 LLDPE 분말을 투입하지 않은 것과, 10%로 1/2 줄인 것과, 40%로 2배로 늘려 투입하여 제조한 수분흡수제를, 실시예1내지 6의 실험예와 동일하게 포장하여 상대습도(Relative Humidity) 90%가 조성된 데시케이터에 10일간 보관한 후 무게를 측정하여 수분흡습율을 산출하여 그 결과를 표 1에 나타내었다(하기 표1의 비교예1~3참조.).

배합비에 따른 흡습율 비교 ( 90% RH, 10일 경과) 단위:중량%

	CaCl₂	LLDPE	변성전분	SAP	다공성 담체 종류				과립형성	외관
	CaCl₂	LLDPE	변성전분	SAP	코코피트	왕겨분	왕겨숯	벤토나이트	과립형성	외관
실 시 예 1	40	20	20	10		10			양호	축축함
실시예 2	40	20	20	10			10		양호	축축함
실 시 예 3	40	20	20	10				10	양호	축축함
실 시 예 4	40	20	20	10	10				양호	고체형성
실 시 예 5	40	20	20	5	15				양호	겔형성
실 시 예 6	40	20	10	20				10	양호	축축함
비 교 예 1	40	10	20	30					불량	수분유출
비 교 예 2	40		30	20				10	불량	수분유츌
비 교 예 3	40	40	10						불량	수분유출

상기 표1의 실시예 1 내지 6으로부터 본 발명의 수분흡수제는 염화칼슘을 40%로 하고 LLDPE 분말을 20%로 고정한 후, 여러가지 담체를 10~15% 배합했을 때 과립형성이 가장 양호했음을 확인할 수 있다.

그러나 그 중에서도 10일간 90% RH에 보관한후 수분 흡습율은 대체로 양호하게 나타내고 있으며 포장지 외관을 관찰한 결과 코코피트를 10% 정도 사용한 과립이 10일 경과 후에도 과립이 고체화되어 수분 유출이 전혀 발견되지 않음을 확인할수 있다.

또한 코코피트를 15% 이상 사용시 과립형성은 양호하나 10일 후 포장지 내의 과립이 점성이 있는 액체덩어리인 겔(Gel)형태를 나타냈다.

상기 표1의 비교예 1 내지 3에서는 LLDPE 분말을 전혀 배합하지 않거나 10%나 40%로 했을때는 오히려 과립형성이 불량했고 10일후 포장지 외관에 수분이 흘러나오는 것을 확인할 수 있다.

상기 실험 결과로 염화칼슘을 40%로 했을때 전체중량 대비 LLDPE 분말과 변성전분을 20%로 하고, SAP는 10% 및 코코피트 10%의 배합비율이 가장 바람직한 수분 흡수제가 제조됨을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 명세서에서 설명된 여러 가지 특징을 참조하고 조합하여 다양하고 변형된 구성이 가능하다. 따라서 본 발명의 범위가 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 함을 지적해둔다.

Claims

삭제
염화칼슘의 순도가 94% 또는 74%인 염화칼슘 분말 30~70중량%와 저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 분말 10~25중량%을 균질하게 혼합후, 여기에 전분10~20중량%와 고흡수성 수지(SAP) 9~15중량% 및 다공성 담체 1~10중량%를 함께 투입, 혼합하여 균질화 시키고, 균질하게 혼합된 혼합물을 건식 과립기(Roller Compactor)에 의해 과립(顆粒)형태로 제조 됨을 특징으로 하는 고흡수성 수분흡수제.
제2항에 있어서,
상기 전분은 옥수수전분 또는 변성전분이고, 상기 다공성 담체는 천연야자나무의 매우 단단한 껍질을 제거한 후 두껍게 쌓여있는 섬유질을 분쇄한 코코피트(Cocopeat, Coco泥炭), 왕겨를 미세하게 마쇄한 왕겨분, 왕겨분을 탄화시켜 표면적과 흡착력을 극대화시킨 왕겨숯 및 저습도에서 수분 흡수율이 우수한 벤토나이트중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고흡수성 수분흡수제.
삭제
염화칼슘의 순도가 94% 또는 74%인 염화칼슘 분말 30~70중량%와 저밀도폴리에틸렌(LLDPE) 분말 10~25중량%을 균질하게 혼합후, 전분10~20중량%와 고흡수성 수지(SAP) 9~15중량% 및 다공성 담체 1~10중량%를 함께 교반기에 투입,혼합하여 균질화 시키는 단계;
균질화 단계를 통하여 얻은 혼합물을 기 준비된 건식 과립기(Roller Compactor)를 이용하여 과립(顆粒)으로 제조하는 단계; 및
상기 과립 제조 단계에서 얻은 과립을 정립기(Oscillator)로 분진을 제거하여 일정 크기의 과립만을 회수하는 단계;를 포함하는 고흡수성 수분흡수제의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 전분은 옥수수전분 또는 변성전분이고, 상기 다공성 담체는 천연야자나무의 매우 단단한 껍질을 제거한 후 두껍게 쌓여있는 섬유질을 분쇄한 코코피트(Cocopeat, Coco泥炭), 왕겨를 미세하게 마쇄한 왕겨분, 왕겨분을 탄화시켜 표면적과 흡착력을 극대화시킨 왕겨숯 및 저습도에서 수분 흡수율이 우수한 벤토나이트중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고흡수성 수분흡수제의 제조방법.