KR102099530B1 - 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판과 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이 발명은 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판과 그의 제조 방법에 대한 것으로, 더욱 자세하게 설명하자면, 기존의 중밀도 섬유판에 포름알데히드 흡착제를 첨가한 천연 접착제로 무늬목 시트를 부착하여 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물의 방출을 방지하고, 광촉매제가 포함된 투명한 유액을 시트지 위에 코팅하여 시트지의 수명을 늘리면서 실내의 미세먼지 저감의 효과를 지니는 섬유판과 그의 제조 방법에 관한 것으로 포름알데히드를 포함하는 멜라민수지 접착제와 목질섬유가 혼합되어 제작된 중밀도 섬유판, 상기 중밀도 섬유판에 부착되는 무늬목 시트지, 상기한 중밀도 섬유판과 무늬목 시트지를 접착하기 위한 편백나무 수액을 포함하는 천연 접착제, 미세먼지 흡착기능을 위한 다당체와 산화티타늄을 포함하여 구성되며, 상기 무늬목 시트지가 부착된 섬유판 전체에 코팅되는 유액 코팅층을 포함하여 이루어진다.
Description
이 발명은 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판과 그의 제조 방법에 대한 것으로, 더욱 자세하게 설명하자면, 기존의 중밀도 섬유판에 포름알데히드 흡착제를 첨가한 천연 접착제로 무늬목 시트를 부착하여 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물의 방출을 방지하고, 광촉매제인 산화티타늄과 다공성 물질이 포함된 투명한 유액을 시트지 위에 코팅하여 시트지의 수명을 늘리면서 실내의 미세먼지 저감의 효과를 지니는 섬유판과 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 중국발 미세먼지의 유입이 심해지면서, 한국 대기 중 미세먼지 지수가 무서울 정도로 치솟고 있다. 특히 일반 미세먼지보다 작은 입자의 초미세먼지는 미세먼지와 더불어 1급 발암물질로 코, 구강, 기관지에서 제대로 걸러지지 않고 몸속까지 스며들어 염증을 일으키고, 천식, 호흡기/심혈관계 질환을 유발할 수 있다. 게다가 외부에서 실내로 유입되는 미세먼지의 농도도 무시할 수 있는 수준이 아니다. 특히 외부에서 유입된 미세먼지는 대기의 미세먼지 농도가 낮아졌을 때를 제외하면 직접 배출 또는 제거할 방법이 충분하지 않으므로, 실내 미세먼지의 농도를 더 높이지 않기 위해 외부와의 환기를 자제한다거나, 공기청정기를 가동하여 실내 공기를 필터링한다거나, 공기정화 식물을 배치하여 공기를 정화하는 비교적 간접적인 방법을 택할 수밖에 없는 실정이다. 하지만 이렇게 간접적으로 미세먼지를 제거하는 방법은 물리적인 한계가 존재한다. 정화할 수 있는 공기의 양 또는 면적이 한정되어, 정해진 공간에 일정 이상의 공기정화 체재를 갖춰야 공기정화의 효과를 볼 수 있기 때문이다. 하지만 이러한 공기정화 효과를 위해 다수의 공기정화 체재를 갖추는 것은 공간적 낭비일 수 있어, 공기정화 효과를 실내에 배치되는 가구나 인테리어 패널에 부수적으로 추가하여 더욱 효율적인 공기정화 시스템을 개발하는 연구를 지속하고 있다.
그러나 가구나 인테리어 패널에 폭넓게 사용되는 섬유판의 경우 섬유를 결합 및 성형하는 과정에서 사용되는 접착제가 포름알데히드를 바탕으로하는 요소수지, 멜라민 수지, 페놀 수지 등으로 이루어져, 실내에 사용 시, 포름알데히드와 같은 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)을 방출하는 문제점이 존재한다. 이러한 휘발성 유기화합물은 사용자로 하여금 아토피성피부염, 각종 알레르기, 두통, 발열, 호흡기질환 등의 화학물질 과민증상을 일으킬 수 있으며, 최근 환경에 대한 인식과 휘발성 유기화합물의 문제점이 지적되며 친환경 건축 및 가구 자재에 대한 관심이 커지고 있으며, 특히 포름알데히드의 양을 조절하기 위한 지침과 법규를 제정하고, 포름알데히드 방출량을 등급별로 나누어 생산하는 등, 친환경 자재에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
특히 가구나 인테리어 패널에 폭넓게 사용되는 목질 패널류 재료의 마감에 숯, 솔잎, 질석, 산화티타늄, 식물정유성분과 같은 식물성 원료 또는 광물성 원료를 첨가하여 아파트 실내 공기의 질을 향상하고, 유해물질을 제거할 수 있는 기능성 건축자재가 주목받고 있으며, 대한민국등록특허공보 제10-0776545호에서는 유해 VOC를 흡착하는 탄화패널을 제작하고 있으나, 이러한 방식으로 제작된 탄화패널은 강도가 약하기 때문에 메인 패널로서 역할 하지 못하므로, 완성된 패널은 기준보다 더 높은 무게를 지닌다는 문제점이 존재하였다.
이에 이 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 중밀도 섬유판에 포름알데히드 흡착제를 첨가한 천연 접착제로 무늬목 시트지를 부착하여 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물의 방출을 방지하고, 광촉매제인 산화티타늄과 다공성 물질이 포함된 투명한 유액을 시트지 위에 코팅하여 시트지의 수명을 늘리면서 실내의 미세먼지 저감의 효과를 지니는 섬유판과 그의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로 이 발명의 구성은, 포름알데히드를 포함하는 멜라민수지 접착제와 목질섬유가 혼합되어 제작된 중밀도 섬유판, 상기 중밀도 섬유판에 부착되는 무늬목 시트지, 상기한 중밀도 섬유판과 무늬목 시트지를 접착하기 위한 편백나무 수액을 포함하는 천연 접착제, 미세먼지 흡착기능을 위한 다당체와 산화티타늄을 포함하여 구성되며, 상기 무늬목 시트지가 부착된 중밀도 섬유판 전체에 코팅되는 유액 코팅층을 포함하여 이루어지며, 상기한 무늬목 시트지는 피톤치드를 자체 발생하는 전나무, 삼나무, 구상나무, 편백나무 및 화백나무 중 적어도 한 가지 종으로 이루어지면 바람직하다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로 상기한 천연 접착제는, 초순수 22~25중량%, 편백 나무 수액 25~27중량%, 양성 전분 33~35중량%, 숯가루 12~17중량% 및 폴리메타크릴레이트 3~5중량%를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로 상기한 유액 코팅층은, 아라비아고무 28~33중량%, 다당체 겔 28~33중량%, 산화티타늄 13~19중량%, 제올라이트 5~10중량%, 설포네이트 12~15중량% 및 카르복시메틸셀룰로오스 3~5중량%로 이루어지며, 상기한 다당체 겔은 톳, 모자반, 다시마 중 적어도 하나의 해조류에서 추출한 다당체를 이용하여 이루어지면 바람직하다.
또한 이 발명의 방법의 구성은, 포름알데히드를 포함하는 멜라민수지 접착제와 목질섬유를 혼합하여 중밀도 섬유판을 제조하는 단계, 상기의 중밀도 섬유판에 천연 접착제를 도포하고 무늬목 시트지를 부착하는 단계, 상기 무늬목 시트지가 부착된 섬유판을 광촉매제인 산화티타늄과 다공성 물질이 포함된 유액에 함침하는 단계, 상기 광촉매제가 포함된 유액에 함침된 섬유판을 실온에서 건조하는 단계, 상기 실온에서 건조된 섬유판을 80~90℃의 온도에서 10~15분 동안 열처리하여 상기한 유액을 완전히 굳히는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이 발명의 제조 방법에 따라 완성된 섬유판은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 천연접착제에 포함되는 편백 나무 수액과 무늬목 시트지에서 방출되는 피톤치드가 섬유판에서 발생하는 포름알데히드를 흡착하여 실내 공기의 질을 개선하는 효과가 있다.
둘째, 섬유판 가장 겉면에 위치하는 유액코팅층은 공기 중에 있는 미세먼지 및 초미세먼지, 중금속 등을 흡착하여 실내의 미세먼지를 저감시키는 효과가 있다.
도 1은 이 발명 실시예에 따라 제작된 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판의 단면 구성도이다.
도 2는 이 발명 실시예에 따른 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판의 제조 방법 흐름도이다.
도 2는 이 발명 실시예에 따른 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판의 제조 방법 흐름도이다.
이하, 이 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과에 대한 이점이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 실시 가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에 의해서 한정되거나 제한되는 것이 아니고, 이 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 균등물 내지 대체물들을 포함하는 다양한 변화, 부가 및 변경이 가능하다.
또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어의 표현은, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 이 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 이 발명 실시예에 따라 제작된 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판의 단면 구성도이다.
도 1에 도시된 것과 같이 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판은 포름알데히드를 포함하는 멜라민수지 접착제와 목질섬유가 혼합되어 제작된 중밀도 섬유판(100), 상기 중밀도 섬유판에 부착되는 무늬목 시트지(200), 상기한 중밀도 섬유판과 무늬목 시트지를 접착하기 위한 편백나무 수액을 포함하는 천연 접착제(210), 미세먼지 흡착기능을 위한 다당체와 산화티타늄을 포함하여 구성되며, 상기 무늬목 시트지(200)가 부착된 섬유판 전체에 코팅되는 유액 코팅층(300)을 포함하여 이루어지며, 상기한 무늬목 시트지(200)는 피톤치드를 자체 발생하는 전나무, 삼나무, 구상나무, 편백나무 및 화백나무 중 적어도 한 가지 종으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 천연 접착제(210)는 초순수 22~25중량%. 편백 나무 수액 25~27중량%, 양성 전분 33~35중량%, 숯가루 12~17중량% 및 카르복시메틸셀룰로오스 3~5중량%를 포함하여 이루어진다.
이때 편백 나무 수액은 25~27중량%로 포함되어 이루어지는 것이 바람직하며, 25중량% 미만으로 첨가될 경우 제형이 고상에 가까워지므로 접착제로서 중밀도 섬유판 표면에 적절하게 도포되기 어려우며, 27중량%를 초과하여 첨가될 경우 수액 과다 첨가로 인하여 무늬목 시트지에 불필요한 영향을 줄 수 있어 바람직하지 않다.
또한, 이때 숯가루는 12~17중량%로 포함되어 이루어지는 것이 바람직하며, 12중량% 미만으로 첨가될 경우 포름알데히드 포집의 기능의 떨어지는 문제가 있어 바람직하지 않으며, 17중량%를 초과하여 첨가되면 접착제 제형에 영향을 줄 수 있어 바람직하지 않다.
또한, 이때 유액 코팅층(300)은 아라비아고무 28~33중량%, 다당체 겔 28~33중량%, 산화티타늄 13~19중량%, 제올라이트 5~10중량%, 설포네이트 12~15중량% 및 폴리메타크릴레이트 3~5중량%를 포함하여 이루어진다. 이때 다당체 겔은 톳, 모자반, 다시마 중 적어도 한가지의 해조류에서 추출한 다당체를 이용하는 것을 특징으로 하며, 28~33중량% 첨가되는 것이 바람직하다.
도 2는 이 발명 실시예에 따른 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판의 제조 방법 흐름도이다.
도 2에 도시된 것과 같이 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판은, 포름알데히드를 포함하는 멜라민수지 접착제와 목질섬유를 혼합하여 섬유판을 제조하는 단계(S100), 상기의 중밀도 섬유판에 천연 접착제를 도포하고 무늬목 시트지를 부착하는 단계(S200), 상기 무늬목 시트지가 부착된 섬유판을 광촉매제인 산화티타늄과 다공성 물질이 포함된 유액에 함침하는 단계(S300), 상기 광촉매제가 포함된 유액에 함침된 섬유판을 실온에서 건조하는 단계(S400), 상기 실온에서 건조된 섬유판을 80~90℃의 온도에서 10~15분 동안 열처리하여 상기한 유액을 완전히 굳히는 단계(S500)를 포함하여 이루어진다.
이때 실온에서 건조된 섬유판에 열처리하여 유액을 완전히 굳히는 단계(S500)에서 로 온도는 80~90℃가 적절하며, 로 온도가 80℃ 미만일 경우 유액이 완전히 굳지 않아 미세먼지 저감의 효과가 떨어질 수 있으며, 90℃를 초과할 경우 섬유판에 부착되어있는 무늬목 시트지에 손상이 갈 수 있어 바람직하지 않다.
상기한 구성에 의한 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판에 대하여 설명하면 다음과 같다.
(실시예) 천연 접착제와 유액코팅층을 포함하여 제작된 섬유판
| 성분 | 함량(중량%) |
| 초순수 | 22.0 |
| 편백 나무 수액 | 25.0 |
| 양성 전분 | 35.0 |
| 숯가루 | 15.0 |
| 폴리메타크릴레이트 | 3.0 |
표 1과 같이 초순수 22.0 중량%에 편백 나무 수액 25.0 중량%를 첨가하여 60~80℃의 온도로 교반하였다. 상기의 60~80℃의 교반액에 양성 전분 35.0 중량%를 첨가하며 완전히 용해한 후, 15~20℃로 온도를 떨군다. 온도를 떨군 상기의 용해액에 숯가루 15.0 중량%와 산화방지제인 카르복시메틸셀룰로오스 3.0 중량%를 넣고 교반하여 천연접착제를 완성한다.
| 성분 | 함량(중량%) |
| 아라비아고무 | 28.0 |
| 다당체겔 | 28.0 |
| 산화티타늄 | 19.0 |
| 제올라이트 | 7.0 |
| 설포네이트 | 13.0 |
| 카르복시메틸셀룰로오스 | 5.0 |
표 2와 같이 아라비아고무 28.0중량%에 톳, 모자반, 다시마와 같은 해조류에서 추출한 다당체를 이용하여 제작된 다당체겔 28.0중량%를 완전히 용해한 후, 제올라이트 7.0중량%, 설포네이트 13.0중량%, 카르복시메틸셀룰로오스 5.0중량%를 첨가하여 40~50℃의 온도로 약 1시간 교반하여 점성을 가진 액체를 제조하고, 상기한 액체에 산화티타늄 19.0중량%를 첨가하여 30~40℃로 약 2시간 교반하여 첨가물을 완전히 용해시킨 후, 10~15℃의 저온저장고에 보관하여 유액 코팅제를 완성한다.
포름알데히드를 포함하는 멜라민수지 접착제와 목질섬유가 혼합되어 제작된 중밀도 섬유판에 표 1의 성분으로 제작된 천연접착제를 도포하고 화백나무로 제작된 무늬목 시트지를 부착한 후 표 2의 성분으로 제작된 유액 코팅제에 함침하여 실온에서 건조한다. 실온에서 건조된 상기의 섬유판을 80~90℃의 온도에서 10~15분 동안 열처리하여 유액을 완전히 굳혀 미세먼지 저감의 효과를 지니는 섬유판을 제조하였다.
(비교예 1) 포름알데히드를 포함하는 멜라민수지 접착제와 목질섬유가 혼합되어 제작된 중밀도 섬유판
상기 실시예에 대한 비교예 1로 천연접착제를 도포하기 전 단계에서 준비된 일반 중밀도 섬유판을 이용하였다.
(비교예 2) 일반 접착제와 유액코팅층을 포함하여 제작된 섬유판
상기 실시예에 대한 비교예 2로 표 1의 성분으로 제작된 천연접착제 대신 멜라민수지 접착제를 이용하여 화백나무로 제작된 무늬목 시트지를 부착하고, 표 2의 성분으로 제작된 유액코팅층을 포함하여 섬유판을 제조하였다.
(비교예 3) 천연 접착제를 포함하지만 유액코팅층은 포함하지 않는 섬유판
상기 실시예에 대한 비교예 3으로 표 1의 성분으로 제작된 천연접착제로 화백나무로 제작된 무늬목 시트지를 부착하고, 표 2의 성분의 유액 코팅제를 함침하는 단계를 제외한 섬유판을 제조하였다.
(실험예 1) 포름알데히드 방출량
상기 실시예와 비교예 1, 2, 3으로 제작된 섬유판을 대상으로 포름알데히드 방출량을 측정하기 위하여 실험예 1을 진행하였다. 실험은 국립산림과학원 고시 제 2014-03호(목질판상제품의 폼알데하이드 방출량 측정방법)의 데시케이터법에 따르며 하기의 표 3에 그 결과를 표기하였다.
| 포름알데히드 방출량 | 실시예 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 |
| 평균값(mg/L) | 0.09 | 1.23 | 0.95 | 0.34 |
| 최대값(mg/L) | 0.1 | 1.4 | 1.2 | 0.5 |
| 품질 | SE0 | E1 | E1 | E0 |
표 3과 같이 실시예와 비교예 1,2,3의 포름알데히드 방출량은 E1등급이상으로 실내용 목질판상제품으로 사용 가능하며, 특히 실시예의 경우 SE0등급으로 실내 공기질 관리 측면에서 최고 적합한 실내용 목질 판상제품으로 확인되었다.
(실험예 2) 유액코팅층 포함에 따른 중금속 및 미세먼지 흡착량
상기 실시예와 비교예 1, 2, 3으로 제작된 섬유판을 대상으로 중금속 및 미세먼지 흡착 효과를 확인하기 위하여 실험예 2를 진행하였다. 카드뮴, 납, 알루미늄 및 미세먼지(각각 100ppm)를 길이 150㎜, 너비 50㎜로 절단한 시험편과 각각 30분 동안 반응시켜 원자흡수분광법(Atomic absorption spectrometry)을 통하여 흡착률을 측정하였다. 흡착률은 중금속과 미세먼지 흡착 후 시료의 농도를 흡착 전 시료의 농도로 나눠 계산하였으며, 흡착률이 높을수록 중금속과 미세먼지를 효과적으로 흡착하여 제거하는 것을 의미하는 것으로, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
| 흡착률 | 실시예 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 |
| 카드뮴 흡착률(%) | 74 | 15 | 57 | 23 |
| 납 흡착률(%) | 62 | 19 | 48 | 34 |
| 알루미늄 흡착률(%) | 72 | 23 | 61 | 26 |
| 미세먼지 흡착률(%) | 68 | 21 | 52 | 29 |
표 4와 같이 실시예와 비교예 2에 포함된 유액코팅층은 중금속 및 미세먼지의 흡착능이 현저하였으며, 화백나무 시트지의 부착 유무에 따른 중금속 및 미세먼지 흡착능 또한 미세하게 상승하였으며, 화백나무 시트지와 유액코팅층을 모두 포함할 경우인 실시예의 경우가 중금속 및 미세먼지 흡착능이 가장 뛰어나 이 발명의 가장 바람직한 예임을 확인할 수 있었다.
100 : 중밀도 섬유판
200 : 무늬목 시트지
210 : 천연 접착제
300 : 유액 코팅층
200 : 무늬목 시트지
210 : 천연 접착제
300 : 유액 코팅층
Claims (4)
- 포름알데히드를 포함하는 멜라민수지 접착제와 목질섬유가 혼합되어 제작된 중밀도 섬유판;
상기 중밀도 섬유판에 부착되는 무늬목 시트지;
상기한 중밀도 섬유판과 무늬목 시트지를 접착하기 위한 편백나무 수액을 포함하는 천연 접착제;
미세먼지 흡착기능을 위한 다당체와 산화티타늄을 포함하여 구성되며, 상기 무늬목 시트지가 부착된 중밀도 섬유판 전체에 코팅되는 유액 코팅층;을 포함하여 이루어지며,
상기한 무늬목 시트지는 피톤치드를 자체 발생하는 전나무, 삼나무, 구상나무, 편백나무 및 화백나무 중 적어도 한 가지 종으로 이루어지고,
상기한 천연 접착제는, 초순수 22~25중량%; 편백 나무 수액 25~27중량%; 양성 전분 33~35중량%; 숯가루 12~17중량%; 및 폴리메타크릴레이트 3~5중량%;을 포함하고,
상기한 유액 코팅층은, 아라비아고무 28~33중량%; 다당체 겔 28~33중량%; 산화티타늄 13~19중량%; 제올라이트 5~10중량%; 설포네이트 12~15중량%; 및 카르복시메틸셀룰로오스 3~5중량%;로 이루어지며, 상기한 다당체 겔은 톳, 모자반 및 다시마 중 적어도 한가지의 해조류에서 추출한 다당체를 이용하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판. - 삭제
- 삭제
- 포름알데히드를 포함하는 멜라민수지 접착제와 목질섬유를 혼합하여 중밀도 섬유판을 제조하는 단계;
상기의 중밀도 섬유판에 천연 접착제를 도포하고 무늬목 시트지를 부착하는 단계;
상기 무늬목 시트지가 부착된 섬유판을 광촉매제인 산화티타늄과 다공성 물질이 포함된 유액에 함침하는 단계;
상기 광촉매제가 포함된 유액에 함침된 섬유판을 실온에서 건조하는 단계;
상기 실온에서 건조된 섬유판을 80~90℃의 온도에서 10~15분 동안 열처리하여 상기한 유액을 완전히 굳히는 단계; 를 포함하며,
상기 유액은 아라비아고무 28~33중량%; 다당체 겔 28~33중량%; 산화티타늄 13~19중량%; 제올라이트 5~10중량%; 설포네이트 12~15중량%; 및 카르복시메틸셀룰로오스 3~5중량%;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세먼지 흡착 및 포름알데히드 미방출 섬유판의 제조 방법.
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