KR101738761B1 - Film for detecting harmful material with enhanced detection sensitivity and the method of preparing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 검출 감도가 향상된, 알지네이트 매트릭스 내에 염료 및 선택적으로 레독스 화합물을 포함하는, 유해물질 검지용 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 유해물질 검지 필름과 이를 포함하는 유해물질 검지 센서는 종래 유해물질 검지 센서 보다 유해물질의 유무를 인식하는 민감도가 향상된 것으로서, 저비용으로 특별한 장비 없이 사용자가 유해물질의 유무를 빠르게 인식 가능할 뿐만 아니라, 휴대가 간편하고, 다양한 온도 및 습도 환경 등의 다양한 환경에서도 사용이 가능한 장점이 있다.The present invention relates to a film for detecting harmful substances and a method for producing the same, which comprises a dye and optionally a redox compound in an alginate matrix with improved detection sensitivity. The sensor for detecting a harmful material according to the present invention and the sensor for detecting a harmful material thereof are improved in sensitivity to recognize presence or absence of a harmful substance compared to a conventional sensor for detecting harmful substances and can detect the presence or absence of a harmful substance without any special equipment at low cost In addition, it is easy to carry and has various advantages such as various temperature and humidity environments.
Description
본 발명은 검출 감도가 향상된, 알지네이트 매트릭스 내에 염료 및 선택적으로 레독스 화합물을 포함하는, 유해물질 검지용 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a film for detecting harmful substances and a method for producing the same, which comprises a dye and optionally a redox compound in an alginate matrix with improved detection sensitivity.
각종 유해물질을 취급하는 다양한 산업 현장 또는 이들의 운송 과정에서의 유해물질 유출로 인한 인명과 재산상의 손실은 큰 사회적 이슈를 야기할 뿐 아니라 사회적 불안감마저 극대화 시킨다. Loss of life and property caused by the leakage of harmful substances in various industrial sites handling various hazardous materials or their transportation process not only causes big social issues but also maximizes social uneasiness.
이러한 이유로 조기 검지 기술의 필요성이 대두되고 있지만, 실제 현장에서 적용 가능한 유해물질 유출 검지를 위한 장비들은 고가의 고정형 센서 체계이다. 이들은 이미 많은 공정에서 설치되어 운영되고 있으며, 분석 기기의 소형화를 통한 이동형 기기 또한 상용화되어 있다.For this reason, there is a need for early detection technology, but the equipment for detection of toxic substance outflow which can be applied in actual field is an expensive fixed type sensor system. These are already installed and operated in many processes, and mobile devices through miniaturization of analytical instruments are also commercialized.
그러나 상기의 기기들은 작업자 개개인에게 보급하여 사용하기에는 경제적 합리성이 결여되어 있고, 유해물질 유출 사고가 발생될 경우 인명 손실을 방지하기 위해서는 초기 대응이 가장 중요하다고 할 수 있다. 빠른 초기 대응을 위해서는 개인 보급용 검지 시스템, 특히, 특별한 측정 장비 없이 작업자 개인이 시각적으로 인식 가능한 센서 기술의 개발이 요구됨에 따라, 환경모니터링(environmental monitoring) 기술이 다양하게 연구되고 있다.However, the above devices lack economical rationality to be supplied to individual workers, and the initial response is most important in order to prevent loss of life if a hazardous substance leakage accident occurs. In order to realize quick initial response, environmental monitoring technology is being studied variously as the detection system for personal supply, especially, the development of sensor technology which can be visually recognized by the individual without special measuring equipment is required.
환경모니터링은 물리적, 화학적, 생물학적, 광학적 정보를 센서에서 인식하여 전기적 신호나 소리, 광 등을 이용하여 대상 물질을 감지하는 기술로, 가장 기본적인 환경모니터링 기술은 TMS(tele-monitoring system)과 같은 현장에서 대상 환경오염물질(SOx, NOx 등)을 검지하여 실시간(in-situ)으로 정보를 제공하는 것에서부터, 시료를 채집하여 외부 전문 분석 장비를 이용(ex-situ)하는 방법까지 다양하다.Environmental monitoring is a technology that detects physical, chemical, biological and optical information by sensor and detects the target substance by using electrical signal, sound, light, etc. The most basic environmental monitoring technology is a field monitoring such as TMS (tele-monitoring system) and detecting the target pollutants (SO x, NO x, etc.) vary by how real time (in-situ) with from from, collected by the external specialized analytical equipment (ex-situ) the samples to provide information on the .
기존 환경 센서 및 모니터링 기술은 휴대가 용이하지 않고 현장 분석에 불편함이 있어서 즉각적인 정보 산출이 어렵다는 한계점이 있다. 또한 장비 의존적인 기술로서 중소기업이나 기존 환경기술 개발업체들이 시장에 참여하기가 쉽지 않다. 따라서 휴대 가능하고 실시간으로 부대 장비 없이 대상물질을 감지할 수 있는 기술이 개발되어야 한다. Existing environmental sensor and monitoring technology are not easy to carry and have difficulty in on-site analysis, making it difficult to obtain information immediately. In addition, equipment-dependent technology is not easy for SMEs or existing environmental technology developers to participate in the market. Therefore, a technology that can detect the target substance without portable equipment and real-time equipment is developed.
이에 대한 가장 최선의 대안책으로 제시된 색 변환 센서는 대상물질 검지 시, 색상이 변하는 현상을 이용하여 대상물질을 감지하는 기술로, colorimetric sensor, optoelectronic nose, chromogenic sensor 등 다양하게 불리고 있다. 가장 대표적인 색 변환 센서로는 용액의 pH를 색깔만의 변화를 이용하여 검지하는 기법으로 추가적인 부대장비 필요 없이 정성적인 물리화학적 특성을 현장에서 즉각적으로 판정 가능한 리트머스 시험지를 예로 들 수 있다.The color conversion sensor, which is presented as the best alternative to this, is a technique for detecting a target material by using a phenomenon in which a color changes when a target material is detected, and is called a colorimetric sensor, an optoelectronic nose, or a chromogenic sensor. One of the most popular color conversion sensors is to detect the pH of a solution using color change only. For example, a litmus test paper can be used to judge qualitative physicochemical characteristics immediately without requiring additional equipment.
이와 같이 색 변환 센서는 대상물질을 검지했을 때, 맨눈(naked eye)으로 현장에서 실시간으로 정보를 제공하는 센서로, 대상물질이 액상 내 중금속, 기상 내 VOC 등으로 다양하고, 이로 인해 여러 분야에 사용가능하다. 또한, assay 형태로 제조 시에는 복합적인 물질을 동시에 측정 가능한 기술이다. 세계적으로 이러한 형태의 검출 키트(kit)로 상용화되어 있는 제품은 미국 Morphix Technology 사의 색 변환 배지 시스템(Chameleon® badge system)을 들 수 있다. 상기 제품은 색 변환 반응을 일으키는 물질이 증기 형태의 유해 가스가 통과할 수 있는 소재에 코팅되어 있는 파우치 형태의 제품이다.As described above, the color conversion sensor is a sensor that provides real-time information on the spot in the naked eye when the target substance is detected. The target substance is varied in heavy metal in liquid phase and VOC in the vapor phase, Available. In addition, it is a technology that can simultaneously measure complex substances in assay form. A product that is commercially available as a detection kit of this type globally is the Chameleon ® badge system of Morphix Technology, USA. The product is a pouch-shaped product in which a substance causing a color conversion reaction is coated on a material through which harmful gas in the form of vapor can pass.
상기 제품은 검지 대상 물질에 따라 반응 시간에 차이를 보이는데, 예를 들어, 암모니아를 기준으로 하면 최소 15 분 이상의 노출 시간을 요구하며, 파우치 형태의 제품이므로 부피의 소형화에 제약이 있어 휴대하고 작업하기에는 그 크기가 적절하지 않은 문제점이 있다.The product shows a difference in the reaction time depending on the substance to be detected. For example, when it is based on ammonia, the exposure time is required for at least 15 minutes. Since it is a pouch type product, there is a restriction on the miniaturization of the product. There is a problem that the size is not appropriate.
또 다른 휴대용 제품의 경우, 독일의 Drager사 또는 미국의 RAE Systems사에 의해 개발된, 색 변환 감지 물질을 튜브(tube) 형태로 제조한 제품을 들 수 있는데, 상기 제품은 일종의 시약형태의 제품으로서 유해물질을 상기 튜브 내로 농축하여 도입하여야 한다는 제약점을 가지고 있다.In the case of another portable product, a color conversion sensing material developed in the form of a tube developed by Drager of Germany or RAE Systems of the United States is a product in the form of a reagent There is a restriction that a harmful substance must be introduced into the tube and introduced.
유해물질을 취급하는 작업 현장에서 작업자들이 유해물질의 유출에 대하여 신속한 초기 대응을 위해서는, 인체위해농도의 유해물질을 최소한 10초 이내에 육안으로 검지해야만 하는 특성이 요구되지만, 아직까지 이런 특성을 만족시키는 상용제품은 구현되지 못한 실정이다.In order to promptly respond to the release of harmful substances promptly at work sites handling hazardous substances, it is required to detect the harmful substances of harmful substances in human body within at least 10 seconds. However, Commercial products are not implemented.
이에, 중금속뿐만 아니라, VOC, 액상 음이온계, 유해화학물질 등에 대한 검출 가능성이 있고, 동시에 빠른 시간 내에 유해물질을 검출할 수 있는 센서의 개발이 요구된다.Therefore, it is required to develop a sensor capable of detecting not only heavy metals but also VOCs, liquid anion systems, toxic chemicals, and the like, and capable of detecting harmful substances in a short time.
본 발명은 종래의 휴대용 유해물질 검지 키트의 문제점을 해결하기 위해서는, 더 작고 저렴하며, 특별한 장비 없이도 작업자가 빠르게 인식 가능하고, 다양한 환경 조건에서도 사용 가능한 유해물질 검지 소재, 이의 제조방법 및 이의 사용방법을 제공하고자 한다.In order to solve the problems of the conventional portable toxic substance detection kit, the present invention provides a hazardous substance detection material which is smaller, less expensive, can be quickly recognized by a worker without special equipment, and can be used under various environmental conditions, .
본 발명의 제 1 양태는, (a) 기재 필름층 및 (b) 상기 기재 필름층의 적어도 일면에 코팅되는, 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층;을 포함하는 유해물질 검지용 필름을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a film for detecting a toxic substance, comprising: (a) a base film layer; and (b) an alginate matrix layer having a dye dispersed therein coated on at least one side of the base film layer.
본 발명의 유해물질 검지용 필름은 상기 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층에 레독스 화합물을 더 포함할 수 있다.The toxic substance detecting film of the present invention may further comprise a redox compound in the alginate matrix layer in which the dye is dispersed.
본 발명의 상기 염료는 유해물질과 반응함으로써 색상 변화를 나타내는 것일 수 있다.The dye of the present invention may exhibit a color change by reacting with harmful substances.
본 발명의 상기 염료는 브로모페놀블루(BPB), 브로모크레졸 그린(BCG), 클로로페놀 레드(CPR) 및 브로모크레졸 퍼플(BCP), 메타크레졸 퍼플(mCP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The dyes of the present invention may comprise one or more compounds selected from the group consisting of bromophenol blue (BPB), bromocresol green (BCG), chlorophenol red (CPR) and bromocresol purple (BCP) It can be more than a species.
본 발명의 상기 염료는 알지네이트 고형분의 중량 대비 5 내지 30 중량%로 포함되는 것일 수 있다.The dye of the present invention may be contained in an amount of 5 to 30% by weight based on the weight of the solid alginate.
본 발명의 상기 레독스 화합물은 페로센 및 그의 유도체, 니코틴아마이드 아데닌 디누클레오티드(NAD), 플라빈 아데닌 디누클레오티드(FAD), 유비퀴논, 베타-카로틴, 폴리피롤 및 폴리티오펜으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The redox compound of the present invention is selected from the group consisting of ferrocene and its derivatives, nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), flavin adenine dinucleotide (FAD), ubiquinone, beta-carotene, polypyrrole and polythiophene It can be more than a species.
본 발명의 상기 레독스 화합물은 알지네이트 고형분의 중량 대비 3 내지 15 중량%로 포함되는 것일 수 있다.The redox compound of the present invention may be contained in an amount of 3 to 15% by weight based on the weight of the solid alginate.
본 발명의 상기 기재 필름은 부직포 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름 및 셀룰로오스 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The base film of the present invention may be at least one selected from the group consisting of a nonwoven fabric film, a polyethylene terephthalate (PET) film, a polymethyl methacrylate (PMMA) film and a cellulose film.
본 발명의 상기 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층은 가교된 것일 수 있다.The alginate matrix layer in which the dye of the present invention is dispersed may be crosslinked.
본 발명의 상기 유해물질은 산성 기체 또는 염기성 기체일 수 있다. 예를 들어, 암모니아(NH3), 염산(HCl), 불산(HF), 포름알데히드(HCHO), 염소(Cl2), 황화 수소(hydrogen sulfide), 디메틸아민(dimethyl amine), 디에틸아민(diethyl amine), 트리에틸아민(triethyl amine), 메틸아민(methyl amine), 이산화황(sulfur dioxide) 및 질산(nitric acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The harmful substance of the present invention may be an acidic gas or a basic gas. For example, ammonia (NH 3 ), hydrochloric acid (HCl), hydrofluoric acid (HF), formaldehyde (HCHO), chlorine (Cl 2 ), hydrogen sulfide, dimethylamine, diethylamine diethyl amine, triethyl amine, methyl amine, sulfur dioxide, and nitric acid.
본 발명의 제 2 양태는, (1) 염료가 분산된 알지네이트 수용액에 기재필름을 침지시켜 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층이 코팅된 필름을 얻는 제1단계를 포함하는 상기 유해물질 검지용 필름의 제조방법을 제공한다.A second aspect of the present invention is a method for producing a toxic substance detection film comprising the steps of: (1) dipping a base film in an aqueous alginate solution in which a dye is dispersed to obtain a film coated with an alginate matrix layer in which a dye is dispersed; ≪ / RTI >
본 발명의 상기 염료는 브로모페놀블루(BPB), 브로모크레졸 그린(BCG), 클로로페놀 레드(CPR), 브로모크레졸 퍼플(BCP) 및 메타크레졸 퍼플(mCP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The dye of the present invention is a dye selected from the group consisting of bromophenol blue (BPB), bromocresol green (BCG), chlorophenol red (CPR), bromocresol purple (BCP), and methacresol purple It can be more than a species.
본 발명의 염료는 알지네이트 고형분의 중량 대비 5 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.The dye of the present invention may be included in an amount of 5 to 30% by weight based on the weight of alginate solids.
본 발명은 상기 제1단계 이후에 (2) 상기 제1단계에서 얻은 필름을 가교제 수용액에 침지시켜 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스의 알지네이트를 가교시키는 제2단계를 더 포함할 수 있다.The present invention may further comprise a second step of (2) after the first step, (2) immersing the film obtained in the first step in an aqueous crosslinking agent solution to crosslink the alginate of the alginate matrix in which the dye is dispersed.
본 발명의 상기 가교제는 CaCl2, MgCl2 또는 이의 조합일 수 있다.The crosslinking agent of the present invention may be a CaCl 2, MgCl 2 or a combination thereof.
본 발명의 상기 제1단계에서 염료가 분산된 알지네이트 수용액은 레독스 화합물을 더 포함할 수 있다.The alginate aqueous solution in which the dye is dispersed in the first step of the present invention may further comprise a redox compound.
상기 제1단계에서 사용가능한 레독스 화합물은 상기 유해물질 검지용 필름에서 설명한 바와 같다.The redox compound usable in the first step is as described for the above-mentioned hazardous substance detection film.
본 발명의 상기 레독스 화합물은 알지네이트 고형분의 중량 대비 3 내지 15 중량%로 포함되는 것일 수 있다.The redox compound of the present invention may be contained in an amount of 3 to 15% by weight based on the weight of the solid alginate.
본 발명의 상기 기재 필름은 상기 유해물질 검지용 필름에서 설명한 바와 같다.The base film of the present invention is as described for the above-mentioned noxious substance detecting film.
본 발명의 상기 제1단계에서, 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층 코팅 시, 침지 시간은 30 내지 60 초로 수행될 수 있다.In the first step of the present invention, when coating the dye-dispersed alginate matrix layer, the immersion time may be 30 to 60 seconds.
본 발명의 제 3 양태는, 상기 제 1 양태에 따른 유해물질 검지용 필름을 포함하는, 유해물질 검지 센서를 제공한다.A third aspect of the present invention provides a toxic substance detection sensor comprising a film for detecting a toxic substance according to the first aspect.
본 발명의 상기 유해물질 검지 센서는 100 ppm 이하의 유해물질을 검출할 수 있다.The toxic substance detection sensor of the present invention can detect harmful substances of 100 ppm or less.
본 발명의 상기 유해물질 검지 센서는 20 10초 이내로 유해물질을 검출할 수 있다.The harmful substance detection sensor of the present invention can detect harmful substances within 20 seconds.
본 발명의 제 4 양태는, 제 3 양태에 따른 유해물질 검지 센서를 유해물질 누출 가능성이 있는 기기 및 장소 주변에 위치시켜 상기 유해물질 검지 센서의 변색을 관찰하는 단계를 포함하는, 유해물질의 누출을 검지하는 방법을 제공한다.In a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for detecting a leakage of a harmful substance, comprising the step of observing a discoloration of the harmful substance detection sensor by positioning a harmful substance detection sensor according to the third aspect around a device and a place where a harmful substance is likely to leak, The method comprising the steps of:
본 발명에 따른 유해물질 검지 필름과 이를 포함하는 유해물질 검지 센서는 종래 유해물질 검지 센서 보다 유해물질의 유무를 인식하는 민감도가 향상된 것으로서, 저비용으로 특별한 장비 없이 사용자가 유해물질의 유무를 빠르게 인식 가능할 뿐만 아니라, 휴대가 간편하고, 다양한 온도 및 습도 환경 등의 다양한 환경에서도 사용이 가능한 장점이 있다.The sensor for detecting a harmful material according to the present invention and the sensor for detecting a harmful material thereof are improved in sensitivity to recognize presence or absence of a harmful substance compared to a conventional sensor for detecting harmful substances and can detect the presence or absence of a harmful substance without any special equipment at low cost In addition, it is easy to carry and has various advantages such as various temperature and humidity environments.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 실시예 1, 3 및 4의 필름을 HCl 기체(10 ppm)에 노출시킨 후, 시간에 따른 색 변화를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 실시예 1, 3 및 4의 필름의 필름을 암모니아 기체(50 ppm)에 노출시킨 후, 시간에 따른 색 변화를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 실시예 1(도 3a)과 실시예 2(도 3b)의 필름의 내수성을 확인한 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 염료의 유해물질에 대한 색 변화를 나타내는 도면이다.1 is a graph showing changes in color with time after exposing the films of Examples 1, 3, and 4 according to an embodiment of the present invention to HCl gas (10 ppm).
FIG. 2 is a graph showing changes in color over time after exposure of a film of the films of Examples 1, 3, and 4 according to an embodiment of the present invention to ammonia gas (50 ppm). FIG.
FIG. 3 is a view showing the results of confirming the water resistance of the films of Example 1 (FIG. 3a) and Example 2 (FIG. 3b) according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a color change of harmful substances of a dye according to an embodiment of the present invention. FIG.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.
종래의 휴대용 유해물질 검지 키트의 문제점을 해결하기 위해서는, 더 작고 저렴하며, 특별한 장비 없이도 작업자가 빠르게 인식 가능하고, 다양한 환경 조건에서도 사용 가능한 장치가 요구된다.In order to solve the problems of the conventional portable toxic substance detection kit, there is a demand for a device that is smaller, less expensive, can be quickly recognized by a worker without special equipment, and is usable in various environmental conditions.
이에, 본 발명에서는 상기와 같은 문제의 해결 수단으로써, 본 발명의 제 1 양태는, (a) 기재 필름층 및 (b) 상기 기재 필름층의 적어도 일면에 코팅되는, 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층을 포함하는 유해물질 검지용 필름을 제공한다.Accordingly, in the present invention, as a means for solving such a problem as described above, the first aspect of the present invention is directed to a method for producing a base film, comprising: (a) a base film layer; and (b) a dye-coated alginate matrix layer coated on at least one surface of the base film layer And a film for detecting a toxic substance.
본 발명의 상기 염료는 유해물질과 반응함으로써 색상 변화를 나타내는 것일 수 있다.The dye of the present invention may exhibit a color change by reacting with harmful substances.
색변환 염료에 기반을 둔 유해물질 검지 성능은 검출 한계, 즉 검출 가능한 유해물질의 최소 농도, 그리고 특정 농도에서의 색변환 속도에 의해 결정된다고 할 수 있다.The performance of detection of toxic substances based on color conversion dyes can be said to be determined by the detection limit, ie the minimum concentration of detectable toxic substances, and the color conversion rate at a specific concentration.
일반적으로 검지 대상 물질의 농도가 낮아질수록 색변환 속도는 느려지며 지나치게 농도가 낮을 경우 실용적으로 무의미한 수준의 색변환 속도를 보이게 되는 반면에, 본 발명의 유해물질 검지용 필름은 상기 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층에 레독스 화합물을 더 포함시킴에 따라, 10 ppm의 매우 낮은 농도의 유해물질을 5초 미만의 검지 속도에서는 측정이 가능한 것이 확인되었다.Generally, as the concentration of the substance to be detected is lowered, the color conversion rate is slowed down. When the concentration is excessively low, the color conversion rate is practically meaningless. On the other hand, the film for detecting toxic substances of the present invention is composed of alginate By further including the redox compound in the matrix layer, it was confirmed that a very low concentration of toxic substances of 10 ppm can be measured at detection speeds of less than 5 seconds.
이에, 본 발명의 필름을 저비용으로 특별한 장비 없이 사용자가 유해물질의 유무를 빠르게 인식할 수 있고, 휴대가 간편하고, 다양한 온도 및 습도 환경과 같은 다양한 환경에서도 사용이 가능한 신속형 유해물질 감지 센서로 개발할 수 있다.Accordingly, the film of the present invention can be quickly recognized by the user without any special equipment at low cost and can be easily carried, and can be used in various environments such as various temperature and humidity environments. Can be developed.
본 발명의 상기 염료는 유해물질과 반응함으로써 색상 변화를 나타내는 것으로서, 일반적으로 유해물질 검지용 필름 내의 색 변환 염료의 기본 작용력은 분자간 상호작용력(intermolecular interaction)에 의해 좌우된다. The dye of the present invention exhibits a color change by reacting with harmful substances. In general, the basic action force of a color conversion dye in a film for detecting a harmful substance is influenced by intermolecular interaction.
분자간 상호작용력은 수소결합부터 반데르발스 인력까지 다양하게 작용할 수 있다. 이중에서 분자인식 기능성 선택적 센싱을 위해서는 강한 분자 상호 작용력을 선호하게 된다. 따라서 루이스(Lewis), 브뢴스테드(Bronsted) 산-염기 반응을 일으킬 수 있는 염료가 사용될 수 있다.Intermolecular interaction forces can range from hydrogen bonding to van der Waals attraction. Among them, strong molecular interaction force is preferred for selective sensing of molecular recognition function. Therefore, Lewis, Bronsted dyes which can cause acid-base reactions can be used.
색상변화를 일으키는 핵심물질은 a) Lewis acid/base dye, b) Bronsted acid/base dye, c) permonent dipole dye 등이 제시되고 있다. 각각에 대한 대표적인 염료로는 a) metal-ion containing dye, b) pH indicator, c) zwitterionic solvatochromic dye 등이 있다.The key substances causing color change are a) Lewis acid / base dye, b) Bronsted acid / base dye, and c) permonent dipole dye. Representative dyes for each are a) metal-ion containing dye, b) pH indicator, and c) zwitterionic solvatochromic dye.
해당 유기염료 내에 금속이온이 molecular pocket에 담지 되거나 유기물이 고정되면, Lewis 또는 Bronsted 산점이 변하게 되어 광산란 또는 광흡수 정도가 변하게 된다. When the metal ions are immobilized on the molecular pocket or the organic material is immobilized in the organic dye, the Lewis or Bronsted acid sites are changed to change the light scattering or the degree of light absorption.
또한 산점이 변하는 것은 곧 pH가 변하는 것을 동시에 측정가능하게 된다. 산과 염기 양쪽에서 반응하면 양쪽성인 zwitter ionic 특성을 지니게 된다. In addition, the change of the acid point makes it possible to simultaneously measure the pH change. Reaction at both acid and base gives zwitterionic properties to both adults.
따라서 유기염료는 특정 금속이온이나 특정 유기물과 반응할 수 있는 활성점이 있어야 하며, 광신호를 발산할 수 있는 색상점이 있어야 한다.Therefore, the organic dye should have an active point capable of reacting with a specific metal ion or a specific organic matter, and should have a color point capable of emitting an optical signal.
바람직하게, 상기 염료는 브로모페놀블루(BPB), 브로모크레졸 그린(BCG), 클로로페놀 레드(CPR), 브로모크레졸 퍼플(BCP) 및 메타크레졸 퍼플(mCP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.Preferably the dye is selected from the group consisting of bromophenol blue (BPB), bromocresol green (BCG), chlorophenol red (CPR), bromocresol purple (BCP) and methacresol purple It can be more than a species.
상기 염료들은 암모니아, 불산, 염산, 포름알데히드 등에 노출 시, 도 4에 나타낸 바와 같이 색이 변하는 것을 알 수 있다.When the dyes are exposed to ammonia, hydrofluoric acid, hydrochloric acid, formaldehyde, etc., the color changes as shown in Fig.
위에서 살펴본 바와 같이, 통상의 색 변환 염료는 수용액 상에 존재하는 H+ 또는 OH- 이온의 양에 의존하여 색 변환이 발생하므로 일정량의 수분을 필요로 함에 따라, 상기 색 변환 염료를 필름에 도입하기 위해 사용하는 고분자 물질은 상당한 수준의 수용성 가지고 있어야 한다.As described above, the conventional color conversion dyes in the H + or OH present in the aqueous solution, depending on the amount of ions, so the color change occurs to, introduction of the color conversion dyes in the film as needed for a certain amount of water Polymeric materials used for the purpose should have a significant level of water solubility.
구체적으로, 유해물질의 검지를 위해 사용되는 고분자 물질은 상기 고분자 물질 내에 염료가 잘 용해 또는 분산되어야 하며, 상기 고분자 물질과 염료가 반응을 하거나 강한 콤플렉스를 이루어서는 안되므로 염료와 반응하는 이온성 고분자는 사용할 수 없다. 또한, 총 검지 시간이 빨라야 하는데, 상기 총 검지 시간은 검지 대상 물질의 이동 시간 및 색 변환 소재의 반응 시간을 포함한다. 상기 검지 대상 물질은 산성 또는 염기성의 물질로서 수분이 없으면 색 변환 소재로 전달되지 않으며, 염료 또한 H+ 또는 OH- 이온에 의하여 색 변환이 발생하므로 수분이 없으면 검지가 불가능하다.Specifically, a polymer material used for detecting a harmful substance must dissolve or disperse the dye in the polymer material. Since the polymer material and the dye should not react or form a strong complex, the ionic polymer that reacts with the dye Can not use it. In addition, the total detection time must be fast, and the total detection time includes the movement time of the substance to be detected and the reaction time of the color conversion material. The detection target substance is an acidic or basic substance, which is not transferred to the color conversion material without moisture and color conversion occurs due to H + or OH - ion. Therefore, detection is impossible without moisture.
또한, 상기 고분자 물질은 오염 물질 및 과량의 수분 침투는 방지하여 형성된 필름의 기계적 특성이 유지 가능한 필름을 형성할 수 있어야 한다.In addition, the polymer material should be capable of forming a film capable of maintaining the mechanical properties of the formed film by preventing contaminants and excessive moisture penetration.
이에, 본 발명에서는 고분자 필름의 용해나 색 변환 염료의 유출을 최소화 할 수 있는 방법으로서 알지네이트를 사용하였고, 상기 알지네이트 분자량은 30,000 내지 400,000 g/mol일 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 알지네이트 분자량이 50,000 내지 100,000 g/mol일 수 있다.Accordingly, in the present invention, alginate is used as a method capable of minimizing the dissolution of the polymer film and the outflow of the color-changing dye, the molecular weight of the alginate may be 30,000 to 400,000 g / mol, more preferably the molecular weight of the alginate is 50,000 To 100,000 g / mol.
본 발명의 상기 염료는 알지네이트 고형분의 중량 대비 5 내지 30 중량%로 포함되는 것일 수 있다.The dye of the present invention may be contained in an amount of 5 to 30% by weight based on the weight of the solid alginate.
한편, 염료는 알지네이트 고형분의 중량에 대하여 5 중량% 미만으로 첨가되는 경우, 유해물질 검지 시, 색상 변화를 확인하기 어려운 문제점이 있고, 30 중량% 초과하여 첨가되는 경우, 알지네이트 수용액에 대한 염료의 용해도가 감소하는 문제점이 있을 수 있다.On the other hand, when the dye is added in an amount of less than 5% by weight based on the weight of the solids of the alginate, there is a problem that it is difficult to confirm a color change upon detection of a harmful substance. When the dye is added in an amount exceeding 30% by weight, May be reduced.
본 발명의 상기 레독스 화합물은 페로센 및 그의 유도체, 니코틴아마이드 아데닌 디누클레오티드(NAD), 플라빈 아데닌 디누클레오티드(FAD), 유비퀴논, 베타-카로틴, 폴리피롤 및 폴리티오펜으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The redox compound of the present invention is selected from the group consisting of ferrocene and its derivatives, nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), flavin adenine dinucleotide (FAD), ubiquinone, beta-carotene, polypyrrole and polythiophene It can be more than a species.
본 발명의 상기 레독스 화합물은 알지네이트 고형분의 중량 대비 3 내지 15 중량%로 포함되는 것일 수 있다.The redox compound of the present invention may be contained in an amount of 3 to 15% by weight based on the weight of the solid alginate.
한편, 본 발명에서 레독스 화합물은 유해물질 검지 시, 상기 산화/환원 매개체로서, 염료 분자에 의해 생성된 H+ 또는 OH- 이온의 전자 전달 반응을 용이하게 하는 특성을 통해, 유해물질 검지 시간을 단축시키기 위해 도입되었다.Meanwhile, in the present invention, the redox compound has the property of facilitating the electron transfer reaction of H + or OH - ions generated by the dye molecule as the oxidation / reduction medium upon detection of toxic substances, .
상기 레독스 화합물은 알지네이트 고형분의 중량 대비 3 중량% 미만으로 포함되는 경우, 전자전달 반응의 효율성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 레독스 화합물이 알지네이트 고형분의 중량 대비 15 중량% 초과하여 포함되는 경우, 전자전달 반응의 역반응이 활성화되어 색변환 또한 가역적으로 발생되어 시간이 지나면 원래의 염료색깔로 되돌아가는 문제점이 있을 수 있다.When the redox compound is contained in an amount of less than 3% by weight based on the weight of the alginate solid content, the efficiency of the electron transfer reaction may be lowered. When the redox compound is contained in an amount of more than 15% by weight based on the weight of the alginate solid content , The reverse reaction of the electron transfer reaction is activated, and the color conversion is also reversibly generated, and there may be a problem of returning to the original color of the dye over time.
본 발명의 상기 기재 필름은 부직포 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름 및 셀룰로오스 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The base film of the present invention may be at least one selected from the group consisting of a nonwoven fabric film, a polyethylene terephthalate (PET) film, a polymethyl methacrylate (PMMA) film and a cellulose film.
위에서 살펴본 바와 같이, 수용성을 보유하면서도 색 변환 염료를 포함하는 최종 필름은 다양한 환경, 즉, 다양한 온도 또는 습도 조건에서 사용할 수 있어야 한다.As noted above, the final film containing water-borne color-converting dyes should be usable in a variety of environments, i.e., at various temperature or humidity conditions.
본 발명의 알지네이트는 수용성 고분자로서, 고상 필름을 형성한 후라 하더라도 다량의 수분을 만나게 되면, 즉, 습도가 높을 경우, 용해될 가능성이 있으며, 완전히 용해되지 않더라도 고분자 필름 내에 함유된 색 변환 염료 또한 수용성이므로 상기 염료가 밖으로 유출될 가능성이 있다.The alginate of the present invention is a water-soluble polymer. Even if a solid film is formed, the alginate is likely to dissolve when a large amount of moisture is encountered, that is, when the humidity is high. Even if the alginate is not completely dissolved, There is a possibility that the dye may leak out.
이에, 본 발명의 상기 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층은 가교시킬 수 있고, 가교 시, 상기 필름의 가교도는 10-30%일 수 있다.Accordingly, the alginate matrix layer in which the dye of the present invention is dispersed can be crosslinked, and when the crosslinking is carried out, the degree of crosslinking of the film may be 10-30%.
본 발명에 따른 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층은 가교 여부에 따라 내수성 여부가 달라지는 것을 확인 한 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 가교된 필름은 물에 대한 용해도가 감소됨에 따라 물속에 녹아있는 유해물질까지도 검지할 수 있는 효과가 확인되었다.As shown in FIG. 3, the cross-linked film of the alginate matrix layer according to the present invention shows that the water resistance of the alginate matrix layer varies depending on the cross-linking property. As a result, Was also confirmed.
본 발명의 상기 유해물질은 산성 기체 또는 염기성 기체일 수 있다. 예를 들어, 암모니아(NH3), 염산(HCl), 불산(HF), 포름알데히드(HCHO), 염소(Cl2), 황화 수소(hydrogen sulfide), 디메틸아민(dimethyl amine), 디에틸아민(diethyl amine), 트리에틸아민(triethyl amine), 메틸아민(methyl amine), 이산화황(sulfur dioxide) 및 질산(nitric acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The harmful substance of the present invention may be an acidic gas or a basic gas. For example, ammonia (NH 3 ), hydrochloric acid (HCl), hydrofluoric acid (HF), formaldehyde (HCHO), chlorine (Cl 2 ), hydrogen sulfide, dimethylamine, diethylamine diethyl amine, triethyl amine, methyl amine, sulfur dioxide, and nitric acid.
본 발명의 제 2 양태는, (1) 염료가 분산된 알지네이트 수용액에 기재필름을 침지시켜 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층이 코팅된 필름을 얻는 제1단계를 포함하는 상기 유해물질 검지용 필름의 제조방법을 제공한다.A second aspect of the present invention is a method for producing a toxic substance detection film comprising the steps of: (1) dipping a base film in an aqueous alginate solution in which a dye is dispersed to obtain a film coated with an alginate matrix layer in which a dye is dispersed; ≪ / RTI >
상기 알지네이트 분자량은 30,000 내지 400,000 g/mol일 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 알지네이트 분자량이 50,000 내지 100,000 g/mol일 수 있다.The alginate molecular weight may be 30,000 to 400,000 g / mol, and more preferably, the alginate molecular weight may be 50,000 to 100,000 g / mol.
본 발명의 상기 염료는 유해물질과 반응함으로써 색상 변화를 나타내는 것으로서, 브로모페놀블루(BPB), 브로모크레졸 그린(BCG), 클로로페놀 레드(CPR) 및 브로모크레졸 퍼플(BCP) 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.The dyes of the present invention exhibit color change upon reaction with harmful substances, and are classified into a group consisting of bromophenol blue (BPB), bromocresol green (BCG), chlorophenol red (CPR) and bromocresol purple (BCP) And the like.
본 발명의 염료는 알지네이트 고형분의 중량 대비 5 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.The dye of the present invention may be included in an amount of 5 to 30% by weight based on the weight of alginate solids.
본 발명은 상기 제1단계 이후에 (2) 상기 제1단계에서 얻은 필름을 가교제 수용액에 침지시켜 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층의 알지네이트를 가교시키는 제2단계를 더 포함할 수 있다.The present invention may further comprise a second step of (2) after the first step, (2) immersing the film obtained in the first step in an aqueous crosslinking agent solution to crosslink the alginate of the alginate matrix layer in which the dye is dispersed.
본 발명의 상기 가교제는 CaCl2, MgCl2 또는 이의 조합일 수 있고, 상기 가교제의 첨가량은 알지네이트의 분자량 및/또는 원하는 가교도에 따라 조절할 수 있다.The crosslinking agent of the present invention may be CaCl 2 , MgCl 2 or a combination thereof, and the amount of the crosslinking agent to be added may be controlled according to the molecular weight of the alginate and / or the desired degree of crosslinking.
본 발명의 상기 제2단계를 수행하여 제조된 필름의 가교도는 10-30%일 수 있다. 이때, 가교도는 알지네이트의 분자량 및/또는 가교제의 첨가량을 조절하여 제어할 수 있다.The degree of crosslinking of the film produced by performing the second step of the present invention may be 10-30%. At this time, the degree of crosslinking can be controlled by controlling the molecular weight of the alginate and / or the amount of the crosslinking agent added.
본 발명의 상기 제1단계에서 염료가 분산된 알지네이트 수용액은 레독스 화합물을 더 포함할 수 있다.The alginate aqueous solution in which the dye is dispersed in the first step of the present invention may further comprise a redox compound.
상기 제1단계에서 사용가능한 레독스 화합물은 상기 유해물질 검지용 필름에서 설명한 바와 같다.The redox compound usable in the first step is as described for the above-mentioned hazardous substance detection film.
본 발명의 상기 레독스 화합물은 알지네이트 고형분의 중량 대비 3 내지 15 중량%로 포함되는 것일 수 있다.The redox compound of the present invention may be contained in an amount of 3 to 15% by weight based on the weight of the solid alginate.
본 발명의 상기 기재 필름은 상기 유해물질 검지용 필름에서 설명한 바와 같다.The base film of the present invention is as described for the above-mentioned noxious substance detecting film.
본 발명의 상기 제1단계에서, 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층 코팅 시, 침지 시간은 30 내지 60 초로 수행될 수 있다.In the first step of the present invention, when coating the dye-dispersed alginate matrix layer, the immersion time may be 30 to 60 seconds.
본 발명의 제 3 양태는, 제 1 양태에 따른 상기 유해물질 검지용 필름을 포함하는, 유해물질 검지 센서를 제공한다.A third aspect of the present invention provides a toxic substance detection sensor including the film for detecting a toxic substance according to the first aspect.
본 발명의 상기 유해물질 검지 센서는 100 ppm 이하, 예를 들어, 10 ppm 이하의 유해물질을 검출할 수 있다.The harmful substance detection sensor of the present invention can detect harmful substances of 100 ppm or less, for example, 10 ppm or less.
본 발명의 상기 유해물질 검지 센서는 20초 이내, 예를 들어, 10 초 또는 5초 이내로 유해물질을 검출할 수 있다.The toxic substance detection sensor of the present invention can detect harmful substances within 20 seconds, for example, 10 seconds or 5 seconds.
본 발명의 제 4 양태는, 제 4 양태에 따른 유해물질 검지 센서를 유해물질 누출 가능성이 있는 기기 및 장소 주변에 위치시켜 상기 유해물질 검지 센서의 변색을 관찰하는 단계를 포함하는, 유해물질의 누출을 검지하는 방법을 제공한다.A fourth aspect of the present invention is a method for detecting a leakage of a harmful substance, comprising the step of observing the discoloration of the harmful material detection sensor by positioning the hazardous material detection sensor according to the fourth aspect around a device and a place where the harmful material is likely to leak, The method comprising the steps of:
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It is natural that it belongs to the claims.
실시예 1: 유해물질 검지용 필름의 제조-1Example 1: Production of film for detecting harmful substances-1
(1) 단계 1: 염료가 분산된 알지네이트 수용액의 제조(1) Step 1: Preparation of dye-dispersed alginate aqueous solution
알긴산 나트륨(분자량 = 100,000(중량평균 분자량, Mw)) 고형분의 중량(1 g)을 증류수(99 ml)에 덩어리가 생기지 않도록 천천히 첨가하였다. 상기 고형분의 중량을 물에 완전히 용해시켜 알지네이트 수용액을 제조하였다.Sodium alginate (molecular weight = 100,000 (weight average molecular weight, Mw)) The weight (1 g) of the solid content was slowly added to distilled water (99 ml) so as to avoid lumps. The weight of the solid content was completely dissolved in water to prepare an aqueous alginate solution.
상기 제조된 알지네이트 수용액에 색 변환 염료인 브로모페놀 블루(Bromophenol blue; BPB)를 알긴산 나트륨 고형분의 중량 대비 5 wt%로 첨가하여 염료(dye)가 분산된 알지네이트 수용액을 제조하였다.Bromophenol blue (BPB), which is a color conversion dye, was added to the alginate aqueous solution prepared above in an amount of 5 wt% based on the weight of solid sodium alginate to prepare an aqueous alginate solution in which the dye was dispersed.
(2) 단계 2: 염료를 포함하는 알지네이트 매트릭스층이 코팅된 필름의 제조(2) Step 2: Production of a film coated with an alginate matrix layer containing a dye
사각형(30 cm x 30 cm)의 킴테크 와이퍼인 부직포 필름(두께 0.1 T, 유한킴벌리)을 상기 단계 1의 염료가 분산된 알지네이트 수용액에 침지(dipping)시킨 다음, 80℃로 유지되는 오븐에서 1 시간 동안 건조하여, 염료가 분산된 알지네이트 매트릭스층이 코팅된 필름을 제조하였다.A nonwoven fabric film (thickness 0.1 T, Yuhan Kimberly) of a square (30 cm x 30 cm) Kim Tech wiper was immersed in an aqueous alginate solution in which the dye of Step 1 was dispersed, and then dipped in an oven maintained at 80 캜. For a period of time to prepare a film coated with an alginate matrix layer in which a dye is dispersed.
한편 균일한 코팅층의 확보를 위하여 오션과학사 제품인 Auto film-coating apparatus에 상술한 킴테크 와이퍼 필름을 클립으로 고정시킨 다음, 상기 단계 1에서 제조된 염료가 분산된 알지네이트 수용액 10 ml를 부어 코팅용 bar의 이동속도를 5 mm/min으로 유지하면서 30 초 동안 코팅을 수행하였다. 그 다음, 80 ℃로 유지되는 오븐에서 1 시간 동안 건조하여, 유해물질 검지용 필름을 제조하였다.Meanwhile, in order to obtain a uniform coating layer, the above-mentioned Kim Tech wiper film was clipped on an Auto film-coating apparatus manufactured by Ocean Science Co., and 10 ml of an aqueous alginate solution in which the dye prepared in the above step 1 was dispersed was poured into a coating bar The coating was carried out for 30 seconds while maintaining the moving speed at 5 mm / min. Then, the film was dried in an oven maintained at 80 캜 for 1 hour to prepare a film for detecting a toxic substance.
실시예 2: 유해물질 검지용 필름의 제조-2Example 2: Production of film for detecting harmful substances-2
상기 실시예 1에서 얻은 염료를 포함하는 알지네이트 매트릭스층이 코팅된 필름을 48 ml의 물에 CaCl2(Aldrich) 2 g을 녹인 CaCl2 수용액에 침지한 후, 염료를 포함하는 알지네이트 코팅층의 가교도가 30%가 될 수 있도록 가교반응킨 후, 상기 필름을 80 ℃로 유지되는 오븐에서 1 시간 동안 건조하여, 염료를 포함하는 가교된 알지네이트 매트릭스층이 코팅된 유해물질 검지용 필름을 제조하였다.The film coated with the alginate matrix layer containing the dye obtained in Example 1 was immersed in an aqueous solution of CaCl 2 in which 2 g of CaCl 2 (Aldrich) was dissolved in 48 ml of water, and the degree of crosslinking of the alginate coating layer containing the dye was 30 %, And the film was dried in an oven maintained at 80 캜 for 1 hour to prepare a film for detecting toxic substances coated with a crosslinked alginate matrix layer containing a dye.
실시예 3: 유해물질 검지용 필름의 제조-3Example 3: Production of Film for Detecting Hazardous Materials-3
알긴산 나트륨 고형분의 중량 대비 5 wt%의 염료인 브로모페놀 블루(Bromophenol blue; BPB) 및 알긴산 나트륨 고형분의 중량 대비 10 wt%의 하기 화학식 1의 페로센(Ferrocene)을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여, 유해물질 검지용 필름을 제조하였다.Except that Bromophenol blue (BPB), a dye of 5 wt% based on the weight of sodium alginate solid, and Ferrocene of the following formula (1) were added in an amount of 10 wt% based on the weight of solid sodium alginate 1, a film for detecting toxic substances was prepared.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
실시예 4: 유해물질 검지용 필름의 제조-4Example 4: Production of film for detecting harmful substances-4
페로센(Ferrocene) 대신 하기 화학식 2로 표시되는 페로센(Ferrocene) 유도체를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법을 수행하여, 유해물질 검지용 필름을 제조하였다.A film for detecting a harmful substance was prepared by following the same procedure as in Example 3, except that Ferrocene derivative represented by the following formula (2) was used instead of Ferrocene.
[화학식 2](2)
상기 화학식 2에서, In Formula 2,
상기 R은 알코올의 아릴 또는 벤질 유도체이다.Wherein R is an aryl or benzyl derivative of an alcohol.
실시예 5: 유해물질 검지용 필름의 제조-5Example 5: Production of film for detecting harmful substances-5
페로센 대신 하기 화학식 3으로 표시되는 니코틴아마이드 아데닌 디뉴클레오타이드(NAD)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법을 수행하여, 유해물질 검지용 필름을 제조하였다.A film for detecting toxic substances was prepared in the same manner as in Example 3, except that nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) represented by the following formula (3) was used instead of ferrocene.
[화학식 3](3)
실시예 4: 유해물질 검지용 필름의 제조-6Example 4: Production of film for detecting harmful substances-6
브로모페놀 블루 함량이 알긴산 나트륨 고형분의 중량 대비 5 wt%인 대신 30 wt%인 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법을 수행하여, 유해물질 검지용 필름을 제조하였다.A film for detecting toxic substances was prepared in the same manner as in Example 3 except that the content of bromophenol blue was 30 wt% instead of 5 wt% of sodium alginate solids.
실험예 1: 시간에 따른 유해물질 검지용 필름의 색 변화 관찰-1Experimental Example 1: Observation of color change of film for detecting harmful substances with time-1
실시예 1, 3 및 4에서 제조된 필름을 염산(hydrochloride vapor, 10 ppm)에 노출시킨 후, 시간에 따라, 상기 필름의 색 변화를 관찰하였다.After the films prepared in Examples 1, 3 and 4 were exposed to hydrochloride vapor (10 ppm), the color change of the film was observed with time.
그 결과를 하기 도 1에 나타내었다.The results are shown in Fig.
도 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1(도 1a 참조)에서 제조된 필름은 20초 이후에야 육안으로 관찰이 가능한 반면, 실시예 3(도 1b 참조) 및 4(도 1c 참조)에서 제조된 필름은 산에 노출 후 5초 이내에 색 변화가 확인되었다.As shown in Fig. 1, the film produced in Example 1 (see Fig. 1A) can be observed with naked eyes only after 20 seconds, while the film produced in Example 3 (see Fig. 1B) and 4 Color change was observed within 5 seconds after exposure to acid.
실험예 2: 시간에 따른 유해물질 검지용 필름의 색 변화 관찰-2Experimental Example 2: Observation of color change of film for detecting harmful substances with time-2
상기 실시예 1, 3 및 4에서 제조된 필름을 암모니아 증기(ammonia vapor, 50 ppm)에 노출시킨 후, 시간에 따라, 상기 필름의 색 변화를 관찰하였다.After the films prepared in Examples 1, 3 and 4 were exposed to ammonia vapor (50 ppm), the color change of the film was observed with time.
그 결과를 하기 도 2에 나타내었다.The results are shown in Fig.
도 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1(도 2a 참조)에서 제조된 필름의 경우, 육안으로 관찰이 어려운 반면에, 실시예 3(도 2b 참조) 및 4(도 2c 참조)에서 제조된 필름은 염기에 노출 후, 5초 이내에 색 변화가 확인되었다.As shown in Fig. 2, in the case of the film produced in Example 1 (see Fig. 2A), it is difficult to visually observe, whereas the film prepared in Example 3 (see Fig. 2B) and 4 (see Fig. 2C) Color change was observed within 5 seconds after exposure to the base.
실험예 3: 가교 반응 유무에 따른 내수성 확인Experimental Example 3: Determination of water resistance according to presence or absence of crosslinking reaction
CaCl2 수용액을 이용한 가교 반응이 필름의 내수성에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 실시예 1 및 2의 필름을 각각 상온의 물에 1 분간 동시에 담근 후, 이를 꺼내어 육안으로 관찰하였다.In order to confirm the effect of the crosslinking reaction using CaCl 2 aqueous solution on the water resistance of the film, the films of Examples 1 and 2 were immersed in water at room temperature for 1 minute at a time, taken out, and visually observed.
그 결과를 하기 도 3에 나타내었다.The results are shown in Fig.
도 3에 나타낸 바와 같이, 가교 반응을 거치지 않은 실시예 1의 필름(도 3a 참조)의 경우, 유해물질 검지 시, 색 변화는 확인되었으나, 물에 용해되어 나오는 것을 확인할 수 있는 반면, 실시예 2의 알지네이트의 가교 반응이 수행된 필름(도 3b 참조)의 경우에는 알지네이트의 가교로 인한 물에 대한 용해도의 감소로 인해 시료 손상이 거의 없는 것으로 확인하였다.As shown in Fig. 3, in the case of the film of Example 1 (see Fig. 3A) which was not subjected to the crosslinking reaction, it was confirmed that color change was observed upon detection of harmful substances, In the case of the film (see Fig. 3B) in which the crosslinking reaction of the alginate of the alginate was carried out, the sample was found to be substantially free from damage due to the decrease in solubility in water due to crosslinking of the alginate.
Claims (18)
(a) 기재 필름층; 및
(b) 상기 기재 필름층의 적어도 일면에 코팅되는, 염료가 분산되어 있는 가교된 알지네이트 매트릭스층;을 포함하고,
상기 염료가 분산되어 있는 가교된 알지네이트 매트릭스층에 레독스 화합물을 더 포함하고,
상기 염료는 브로모페놀블루(BPB), 브로모크레졸 그린(BCG), 클로로페놀 레드(CPR), 브로모크레졸 퍼플(BCP) 및 메타크레졸 퍼플(mCP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이며,
상기 유해물질은 암모니아(NH3), 염산(HCl), 불산(HF), 포름알데히드(HCHO), 염소(Cl2), 황화 수소(hydrogen sulfide), 디메틸아민(dimethyl amine), 디에틸아민(diethyl amine), 트리에틸아민(triethyl amine), 메틸아민(methyl amine), 이산화황(sulfur dioxide) 및 질산(nitric acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이고,
상기 염료는 유해물질과 직접 산염기 반응을 통해 색상 변화를 나타내는 것인, 기체 상태의 유해물질 검지용 필름.
A film for detecting a toxic substance,
(a) a base film layer; And
(b) a crosslinked alginate matrix layer in which a dye is dispersed, the coating layer being coated on at least one side of the base film layer,
Further comprising a redox compound in a crosslinked alginate matrix layer in which the dye is dispersed,
The dye is at least one selected from the group consisting of bromophenol blue (BPB), bromocresol green (BCG), chlorophenol red (CPR), bromocresol purple (BCP), and methacresol purple ,
The harmful substances include ammonia (NH 3 ), hydrochloric acid (HCl), hydrofluoric acid (HF), formaldehyde (HCHO), chlorine (Cl 2 ), hydrogen sulfide, dimethylamine, diethylamine diethyl amine, triethyl amine, methyl amine, sulfur dioxide, and nitric acid,
Wherein the dye exhibits a color change through a direct acid base reaction with a harmful substance.
상기 염료는 알지네이트 고형분의 중량 대비 5 내지 30 중량%로 포함되는 것인, 유해물질 검지용 필름.
The method according to claim 1,
Wherein the dye is contained in an amount of 5 to 30% by weight based on the weight of the solid alginate.
상기 레독스 화합물은 페로센 및 그의 유도체, 니코틴아마이드 아데닌 디누클레오티드(NAD), 플라빈 아데닌 디누클레오티드(FAD), 유비퀴논, 베타-카로틴, 폴리피롤 및 폴리티오펜으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 유해물질 검지용 필름.
The method according to claim 1,
Wherein the redox compound is at least one selected from the group consisting of ferrocene and its derivatives, nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), flavin adenine dinucleotide (FAD), ubiquinone, beta-carotene, polypyrrole and polythiophene. Hazardous substance detection film.
상기 레독스 화합물은 알지네이트 고형분의 중량 대비 3 내지 15 중량%로 포함되는 것인, 유해물질 검지용 필름.
The method according to claim 1,
Wherein the redox compound is contained in an amount of 3 to 15% by weight based on the weight of the alginate solid content.
상기 기재 필름은 부직포 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 필름 및 셀룰로오스 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 유해물질 검지용 필름.
The method according to claim 1,
Wherein the base film is at least one selected from the group consisting of a nonwoven fabric film, a polyethylene terephthalate (PET) film, a polymethyl methacrylate (PMMA) film, and a cellulose film.
(1) a first step of immersing a base film in an aqueous alginate solution containing a redox compound to obtain a film coated with an alginate matrix layer in which a dye is dispersed; And (2) a second step of immersing the film obtained in the first step in an aqueous crosslinking agent solution to crosslink the alginate of the alginate matrix layer in which the dye is dispersed. Wherein the film for detecting a harmful substance is produced by the method according to any one of claims 1 to 6.
상기 가교제는 CaCl2, MgCl2 또는 이의 조합인, 제조방법.
12. The method of claim 11,
The crosslinking agent is CaCl 2, MgCl 2 or a method of producing a combination thereof.
9. A sensor for detecting a noxious substance according to any one of claims 1, 4, and 6 to 8.
상기 유해물질 검지 센서는 100 ppm 이하의 유해물질을 검출할 수 있는 것인, 유해물질 검지 센서.
16. The method of claim 15,
Wherein the harmful substance detection sensor is capable of detecting harmful substances of 100 ppm or less.
상기 유해물질 검지 센서는 20초 이내로 유해물질을 검출할 수 있는 것인, 유해물질 검지 센서.
16. The method of claim 15,
Wherein the harmful substance detection sensor is capable of detecting harmful substances within 20 seconds.
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