KR102456471B1 - 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 및 그 유리 분말 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다량의 K2O, Na2O를 함유하고, SiO2를 미량 함유하는 붕산염계 유리(borate glass)로서, 이온의 용출성이 극대화되어 고농도의 용출수 제조가 가능한 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 및 그 유리 분말 제조 방법에 대하여 개시한다.
이 결과, 본 발명은 붕산염계 유리의 대표적인 단점인 낮은 화학적 내구성을 역 이용하여 유리의 용출성을 극대화시켜 짧은 시간 내에 다량의 OH- 이온, B(OH)4- 이온들을 형성시킴으로써, 세탁시 우수한 세탁력을 발휘할 수 있다.
이 결과, 본 발명은 붕산염계 유리의 대표적인 단점인 낮은 화학적 내구성을 역 이용하여 유리의 용출성을 극대화시켜 짧은 시간 내에 다량의 OH- 이온, B(OH)4- 이온들을 형성시킴으로써, 세탁시 우수한 세탁력을 발휘할 수 있다.
Description
본 발명은 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 및 그 유리 분말 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 섬유나 의류의 오염을 제거하는 과정을 세탁이라 하고, 식기의 오염을 제거하는 과정을 세척이라 한다.
이러한 세탁 및 세척은 물에 계면활성제를 분산하고 물의 알칼리도를 증가시켜 오염 물질을 제거하는 것을 말한다.
합성세제를 이용하는 세탁 및 세척 방법에 있어서는 물을 다량으로 이용하기 때문에 수성 오염 물질에 대한 제거 효과는 우수하지만 유성 오염 물질에 대한 제거에는 한계가 있었다.
또한, 종래의 합성세제는 직쇄알킬벤젠, 음이온 계면활성제, 빌더(builder) 등을 이용하여 옷이나 식기에 고착된 오구(더러운 때)들을 세탁 및 세척을 하고 건조하게 된다.
그러나, 종래의 합성세제를 이용하여 세탁 및 세척을 실시하게 되면, 계면활성제가 물에 녹지 않고 부영양화를 일으키는데 기인하여 환경 오염을 일으키는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 유리의 용출 특성을 활용한 새로운 세탁 해결책을 제시한 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 및 그 유리 분말 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 다량의 K2O, Na2O를 함유하고, SiO2를 미량 함유하는 붕산염계 유리(borate glass)로서, 이온의 용출성이 극대화되어 고농도의 용출수 제조가 가능한 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 및 그 유리 분말 제조 방법을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 붕산염계 유리(borate glass)의 사용으로 인해 용출수의 pH 증가를 억제하여 색소 오염 성분의 변색을 막을 수 있으며, 용출수 내에 B(OH)4- 이온을 형성시켜 표백 작용에 기여할 수 있는 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 및 그 유리 분말 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 및 그 유리 분말 제조 방법은 유리의 용출 특성을 활용한 새로운 세탁 해결책을 제공한다.
이를 위해, 본 발명은 다량의 K2O, Na2O를 함유하고, SiO2를 미량 함유하는 붕산염계 유리(borate glass)로서, 이온의 용출성이 극대화되어 고농도의 용출수 제조가 가능한 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 및 그 유리 분말 제조 방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은 붕산염계 유리의 대표적인 단점인 낮은 화학적 내구성을 역 이용하여 유리의 용출성을 극대화시켜 짧은 시간 내에 다량의 OH- 이온, B(OH)4- 이온들을 형성시킴으로써, 세탁시 우수한 세탁력을 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 붕산염계 유리의 경우에는 물에 용출되면 알칼리 이온 뿐만 아니라, B(OH)3, B(OH)4 등이 함께 형성되므로 pH가 9 ~ 10의 일정 수준 이상으로 높아지지 않으므로, 색소 성분의 변색이 발생하지 않게 된다.
이를 위해, 본 발명에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물은 B2O3 45 ~ 80 중량%, SiO2 1 ~ 10 중량%, 및 Na2O 및 K2O 중 1종 이상 10 ~ 50 중량%를 포함한다.
여기서, B2O3는 48 ~ 70 중량%로 첨가되는 것이 바람직하고, SiO2는 5 ~ 8 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
아울러, Na2O 및 K2O 중 1종 이상은 20 ~ 45 중량%로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
또한, Na2O 및 K2O는 하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
식 1 : 0.5 ≤ [Na2O] / [K2O] ≤ 1.5
여기서, []는 각 성분의 함량비를 나타낸다.
이때, B2O3는 유리 내에서 BO3 및 BO4로 존재하며, BO4 구조체의 비율인 N4 값이 하기 식 2를 만족하는 범위로 함유되어 있는 것이 바람직하다.
식 2 : 0.3 ≤ ([BO4]) / ([BO3] + [BO4] ) ≤ 0.52
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
본 발명에 따르면, 기존 상용 세제 대비 우수한 세척력을 발휘할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 계면활성제가 첨가되지 않기 때문에 헹굼 과정을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 세탁시 물 사용량을 저감할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말을 세탁 세제 또는 세척 보조제로 활용할 시, 유리 용출수와 함께 사용하게 되면 세척력의 극대화를 도모할 수 있어 세탁 시간 및 물 사용 감소로 에너지 절감 효과를 발휘할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말을 세탁 세제 또는 세척 보조제로 활용하여 세탁기의 자동 세제함 내에 투입하게 되면, 유리가 균질하고 일정하게 용출이 가능하므로 반복기간(recurring period)을 더 장기화할 수 있고, 반복 세탁 과정에서도 고 신뢰성을 유지할 수 있게 된다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 및 그 유리 분말 제조 방법을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물은 유리의 용출 특성을 활용한 새로운 세탁 해결책을 제공한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물은 다량의 K2O, Na2O를 함유하고, SiO2를 미량 함유하는 붕산염계 유리(borate glass)로서, 이온의 용출성이 극대화되어 고농도의 용출수 제조가 가능하다. 이때, 활성화 용출수는 다양한 오염포에서 우수한 세척력을 발휘하고, 특히 세제와 함께 사용될 때 세탁 효율을 증진시킨다.
아울러, 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물은 붕산염계 유리(borate glass)의 사용으로 인해 용출수의 pH 증가를 억제하여 색소 오염 성분의 변색을 막을 수 있으며, 용출수 내에 B(OH)4- 이온을 형성시켜 표백 작용에 기여한다.
일반적으로, 유리의 화학적 내구성이란 수용액이나 물에 대한 유리의 저항성을 의미한다. Hench와 Clark의 이론에 의하면, 용출 현상은 아래와 같은 5가지 형태로 구별된다.
첫째, 유리 표면에 얇은 수화물층이 형성된다.
둘째, 수화물층 아래에는 알칼리 함량이 낮은 층이 형성된다.
셋째, 유리 표면에 다수의 반응층이 형성된다.
넷째, 용해된 후에도 상당한 침식작용이 일어난다.
다섯째, 용해가 신속히 일어나 더 이상 침식되지 않는다.
따라서, 일반적인 SiO2를 다량 함유한 규산염계 유리(silicate glass)에서는 H3O+와 이온교환을 하는 알칼리 또는 알칼리 토류 이온의 함량이 많을 수록 화학적 내구성이 저하되고 물에 잘 용출되게 된다.
한편, B2O3는 SiO2와 함께 대표적인 유리 형성 산화물로서, B2O3가 다량 함유된 붕산염계 유리(borate glass)는 저분산 고굴절 광학 유리에 널리 활용된다. 또한, B2O3는 SiO2에 비해 열중성자를 강하게 흡수하고, X-선의 투과가 쉬우며 희토류 산화물을 다량으로 함유할 수 있어, 열중성자 흡수용 유리, X-선투과 유리, Na과 Cs 방전램프 내면의 코팅용 유리, 고절연성 유리유리와 세라믹/금속의 접착용 유리 등의 특수 유리 분야에서 널리 활용되고 있다.
그러나, 붕산염계 유리는 규산염계 유리에 비하여 화학적 내구성이 떨어지는 단점이 존재한다.
이에, 본 발명에서는 붕산염계 유리의 대표적인 단점인 낮은 화학적 내구성을 역 이용하여 유리의 용출성을 극대화시켜 짧은 시간 내에 다량의 OH- 이온, B(OH)4- 이온들을 형성시킴으로써, 세탁시 우수한 세탁력을 발휘할 수 있는 세탁 세제 또는 세척 보조제로 활용하기 위한 것이다.
또한, 본 발명에서는 세탁에 영향을 미치는 붕산염계 유리의 주요 특징 중 하나는 pH 버퍼(buffer) 역할이다. 일반적인 알칼리 규산염계 유리(alkali silicate glass)의 경우에는 물에 알칼리 이온이 다량 용출되게 되면, OH- 이온이 다량으로 형성되게 되므로 pH 가 10 ~ 12 이상으로 높아지게 된다. 이 경우, 색소 성분의 변색이 발생되게 되어 세탁 세제로 사용할 시 문제를 유발할 수 있다.
반면, 본 발명의 붕산염계 유리의 경우에는 물에 용출되면 알칼리 이온 뿐만 아니라, B(OH)3, B(OH)4 등이 함께 형성되므로 pH가 9 ~ 10의 일정 수준 이상으로 높아지지 않는다. 이에 따라, 색소 성분의 변색이 발생하지 않게 된다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물은 B2O3 45 ~ 80 중량%, SiO2 1 ~ 10 중량%, 및 Na2O 및 K2O 중 1종 이상 10 ~ 50 중량%를 포함한다.
여기서, B2O3는 48 ~ 70 중량%로 첨가되는 것이 바람직하고, SiO2는 5 ~ 8 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
아울러, Na2O 및 K2O 중 1종 이상은 20 ~ 45 중량%로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
또한, Na2O 및 K2O는 하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
식 1 : 0.5 ≤ [Na2O] / [K2O] ≤ 1.5
여기서, []는 각 성분의 함량비를 나타낸다.
이때, B2O3는 유리 내에서 BO3 및 BO4로 존재하며, BO4 구조체의 비율인 N4 값이 하기 식 2를 만족하는 범위로 함유되어 있는 것이 바람직하다.
식 2 : 0.3 ≤ ([BO4]) / ([BO3] + [BO4] ) ≤ 0.52
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
따라서, 본 발명은 기존 상용 세제 대비 우수한 세척력을 발휘하는 친환경 세제의 개발로 새로운 세탁 해결책을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 계면활성제가 첨가되지 않기 때문에 헹굼 과정을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 세탁시 물 사용량을 저감할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 세탁 세제 또는 세척 보조제와 유리 용출수를 함께 사용할 시, 세척력의 극대화를 통한 세탁 시간 감소로 에너지 절감 효과를 발휘할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물을 세탁 세제 또는 세척 보조제로 활용하여 자동 세제함 내에 투입하게 되면, 유리가 균질하고 일정하게 용출이 가능하므로 반복기간(recurring period)을 더 장기화할 수 있고, 반복 세탁 과정에서도 고 신뢰성을 유지할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물의 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
B2O3는 SiO2와 함께 대표적으로 사용되는 유리형성제(glass former)로써 충분한 유리화가 가능하게 하는 핵심적인 성분으로, 유리의 구조 내에서 핵심 뼈대를 이루고 있다. B2O3는 주로 유리 내에서 BO3, BO4의 형태로 3배위, 4배위의 형태로 존재하며, 유리의 용융 온도를 저하시키는 역할도 한다.
SiO2계 유리에 비해서, B2O3가 많이 함유된 유리는 물에 취약하여, 유리의 용출성을 극대화시킨다. 또한, B2O3는 용출시 표백 효과가 있으며, pH 버퍼(buffer) 역할을 하므로 색소 오염물의 변색을 유발하지 않는다.
따라서, B2O3는 본 발명에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 전체 중량의 45 ~ 80 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 48 ~ 70 중량%를 제시할 수 있다. B2O3의 첨가량이 45 중량% 미만일 경우에는 표백 효과를 제대로 발휘하지 못해 세척력 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, B2O3의 첨가량이 80 중량%를 초과할 경우에는 망목형성 구조 내에서 B, P의 구조적인 문제로 원소의 자체 성질에 의해 내수성 저하 현상이 발생할 수 있다.
SiO2는 가장 대표적인 유리형성제(glass former) 산화물로써, 유리의 내수성을 증가시키며, 미량 첨가될 때 색소 오염물의 세척력을 증가시킨다. 따라서, SiO2는 본 발명에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 전체 중량의 1 ~ 10 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 5 ~ 8 중량%를 제시할 수 있다. SiO2가 10 중량%를 초과하여 다량 첨가되면, 유리의 구조가 강해지는데 기인하여 용출성이 급격히 저하되어 세탁력이 크게 저하되는 문제가 있다. 반대로, SiO2가 1 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 유리의 구조가 약화되어 내수성이 저하되는 문제가 있다.
Na2O 및 K2O는 알칼리 산화물(alkali oxide)로서, 유리 조성 내에서 비가교 결합을 하는 망목수식제의 역할을 하는 산화물이다. 이러한 성분들은 단독으로는 유리화가 불가능하지만, SiO2, B2O3, P2O5, V2O5, Ga2O3 등의 유리형성제(glass former)와 일정한 비율로 혼합하면 유리화가 가능해진다.
알칼리 이온은 H3O+와 이온교환하여 물에 용출되고, OH- 이온을 형성시키므로, 세탁 및 세척력 발현의 주요 성분이다. 다만, 알칼리 성분이 다량 함유되게 되면, OH- 이온의 농도가 높아지므로 pH가 10 ~ 11 이상으로 증가하게 되며, 이때 색소 성분의 변색을 유발하게 된다.
따라서, 알칼리 산화물(alkali oxide)과 B2O3의 함량비에 따라서 유리의 용출 특성은 매우 달라지므로, 함량비를 조절하는 것이 본 발명의 핵심이라 할 수 있다. 본 발명에서는 초기 용출 특성이 우수하며, 지속적으로 사용하였을 때도, 용출이 잘 되는 유리 조성을 실험적으로 확인하였으며, 유리 내에 알칼리 산화물(alkali oxide)의 함량이 10 ~ 50 중량%로 첨가될 시, 그 특성이 우수함을 확인하였다.
따라서, Na2O 및 K2O 1종 이상은 본 발명에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물 전체 중량의 10 ~ 50 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 20 ~ 45 중량%를 제시할 수 있다. Na2O 및 K2O 1종 이상이 10 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 세척 지속성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, Na2O 및 K2O 1종 이상이 50 중량%를 초과할 경우에는 OH- 이온의 농도가 높아지는데 기인하여 색소 성분의 변색을 유발할 수 있다.
아울러, Na2O 및 K2O는 하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
식 1 : 0.5 ≤ [Na2O] / [K2O] ≤ 1.5
여기서, []는 각 성분의 함량비를 나타낸다.
만일, 위의 식 1의 범위를 벗어나게 되면, Na2O-K2O의 공융점을 통한 융점 저하 효과가 떨어져 유리화를 벗어날 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물에서, B2O3는 유리 내에서 BO3 및 BO4로 존재하며, BO4 구조체의 비율인 N4 값이 하기 식 2를 만족하는 범위로 함유되어 있는 것이 바람직하다.
식 2 : 0.3 ≤ ([BO4]) / ([BO3] + [BO4] ) ≤ 0.52
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물에서, 붕소 이온은 3배위(BO3) 형태로 존재하며, 알칼리 이온의 함량이 증가함에 따라 BO3 → BO4(4 배위)의 형태로 구조가 변형되게 된다. 알칼리 이온이 일정 수준 이상이 되면, 다시 BO3 → BO3의 역전 현상이 발생하며, 이러한 구조적인 변형은 유리의 물성에 큰 영향을 미치게 된다. 이때, BO4 구조체의 비율을 N4 값이라 하며, Yun,Dell,Bray(YDB) 모델을 활용하여 계산할 수 있다.
YDB 모델에서 R 값(R=[R2O]/[B2O3])은 알칼리 산화물과 B2O3의 몰비이며, K 값(K=[SiO2]/[B2O3])은 SiO2와 B2O3 간의 몰비를 나타낸다.
이러한 N4 값은 알칼리의 함량이 증가할수록 증가하다가 다시 감소하는 것을 알 수 있고, SiO2의 함량이 증가할수록 증가함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 우수한 세탁력을 발휘하기 위해 유리 구조 내에서 BO4 구조체의 함량이 많아야 함을 알아내었다. 이 결과, 본 발명에서는 우수한 세탁력을 발휘하는 유리 조성을 설계하기 위해서는 일정 수준의 알칼리 산화물과, SiO2가 필요하다. 단, SiO2의 함량이 많아지면, 유리의 구조가 강해지는데 기인하여 용출성이 급격히 저하되어 세탁력이 크게 저하되게 된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말 제조 방법은 혼합 단계(S110), 용융 단계(S120), 냉각 단계(S130) 및 분쇄 단계(S140)를 포함한다.
혼합
혼합 단계(S110)에서 B2O3 45 ~ 80 중량%, SiO2 1 ~ 10 중량%, 및 Na2O 및 K2O 중 1종 이상 10 ~ 50 중량%로 혼합하고 교반하여 유리 조성물을 형성한다.
여기서, B2O3는 48 ~ 70 중량%로 첨가되는 것이 바람직하고, SiO2는 5 ~ 8 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
아울러, Na2O 및 K2O 중 1종 이상은 20 ~ 45 중량%로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
또한, Na2O 및 K2O는 하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
식 1 : 0.5 ≤ [Na2O] / [K2O] ≤ 1.5
여기서, []는 각 성분의 함량비를 나타낸다.
이때, B2O3는 유리 내에서 BO3 및 BO4로 존재하며, BO4 구조체의 비율인 N4 값이 하기 식 2를 만족하는 범위로 함유되어 있는 것이 바람직하다.
식 2 : 0.3 ≤ ([BO4]) / ([BO3] + [BO4] ) ≤ 0.52
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
용융
용융 단계(S120)에서는 유리 조성물을 용융시킨다.
본 단계에서, 용융은 800 ~ 1,300℃에서 1 ~ 60분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 용융 온도가 800℃ 미만이거나, 용융 시간이 1분 미만일 경우에는 복합 유리 조성물이 완전히 용융되지 못하여 유리 용융물의 불혼화를 발생시키는 문제가 있다. 반대로, 용융 온도가 1,300℃를 초과하거나, 용융 시간이 60분을 초과할 경우에는 과도한 에너지 및 시간이 필요하므로 경제적이지 못하다.
냉각
냉각 단계(S130)에서는 용융된 유리 조성물을 상온까지 냉각한다.
본 단계에서, 냉각은 노냉(cooling in furnace) 방식으로 수행되는 것이 바람직하다. 공냉 또는 수냉을 적용할 경우에는 복합 유리의 내부응력이 심하게 형성되어 경우에 따라서는 크랙이 발생할 수 있는 바, 냉각은 노냉이 바람직하다.
분쇄
분쇄 단계(S140)에서는 냉각된 유리를 분쇄한다. 이때, 분쇄는 건식 분쇄기를 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 분쇄에 의해, 유리가 미세하게 분쇄되어 유리 분말이 제조된다. 이러한 유리 분말은 30㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 15 ~ 25㎛의 평균 직경을 제시할 수 있다.
상기의 과정(S110 ~ S140)에 의해 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말이 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말을 세탁 세제 또는 세척 보조제로 활용하게 되면, 기존 상용 세제 대비 우수한 세척력을 발휘할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말은 계면활성제가 첨가되지 않기 때문에 헹굼 과정을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 세탁시 물 사용량을 저감할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말을 세탁 세제 또는 세척 보조제로 활용할 시, 유리 용출수와 함께 사용하게 되면 세척력의 극대화를 도모할 수 있어 세탁 시간 및 물 사용 감소로 에너지 절감 효과를 발휘할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말을 세탁 세제 또는 세척 보조제로 활용하여 세탁기의 자동 세제함 내에 투입하게 되면, 유리가 균질하고 일정하게 용출이 가능하므로 반복기간(recurring period)을 더 장기화할 수 있고, 반복 세탁 과정에서도 고 신뢰성을 유지할 수 있게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시료 제조
표 1은 실시예 1 ~ 9 및 비교예 1 ~ 4에 따른 시료들에 대한 유리 조성물의 성분 및 이의 성분비를 나타낸 것이다. 이때, 실시예 1 ~ 9 및 비교예 1 ~ 4는 표 1에 기재된 조성으로 혼합하고 교반하여 유리 조성물을 형성한 후, 유리 조성물을 전기로에서 1,050℃의 온도로 용융시킨 후, 스테인리스(stainless steel) 강판에 공냉 방식으로 글래스 벌크 형태로 냉각하여 컬릿(cullet) 형태의 유리를 얻었다. 이후, 유리를 건식분쇄기(ball mill)로 분쇄한 후, 400 메쉬 시브에 통과시켜 유리 분말 시료를 제조하였다. 여기서, Na2O, K2O의 원재료는 각각 Na2CO3, K2CO3를 사용하였고, 이를 제외한 나머지 성분은 표 1에 기재된 것과 동일한 것을 사용하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
2. 세척력 평가
표 2는 실시예 1 ~ 9 및 비교예 1 ~ 4에 따른 시료들에 대한 세척력 평가 결과를 나타낸 것이고, 표 3은 수돗물과 상용 세제에 대한 세척력 평가 결과를 나타낸 것이다. 이때, 표 3에서는 상용 액체 세제 2종(H사 P 제품, L사 T 제품)을 활용하였으며, 정량 투입하여 유리 용출수의 세척력 수준을 파악하기 위한 참고기준(reference)으로 사용하였다.
여기서, 세척력 평가는 터그오미터(Terg-O-Tometer)로 실시하였다.
먼저, 용출수의 제조를 위해, 실시예 1 ~ 9 및 비교예 1 ~ 4에 따라 제조된 각각의 유리 분말 60g을 상온수 600mL가 담겨진 플라스틱 용기에 지속적으로 침지시켰으며, 30분 마다 용출수 10mL를 뽑아 세척력을 평가하였다.
이때, 오염포로는 EMPA 포로 Red wine 및 Blood, 그리고 Jis 포(복합 오염포) 총 3개를 활용하여 유리 용출수의 조성별 세척력을 검토하였다. 세제력 평가는 KS M 2709 규격을 활용하여 실시하였다.
유리 용출수 600mL 중 10mL를 수돗물 1L에 투입하여 30℃에서 10분간 세탁 후, 수돗물 1L로 3분간 헹굼 공정을 2회 반복하였다.
[표 2]
[표 3]
표 1 내지 표 3에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 9 및 비교예 1 ~ 4에 대한 세척력 평가 결과에서 알 수 있듯이, B2O3의 함량이 45 ~ 70wt%, SiO2의 함량이 1 ~ 10wt%, 알칼리 산화물의 함량이 10 ~ 50wt% 수준에서 세척력이 우수함을 확인하였다.
반면, 비교예 1 ~ 2에서 알 수 있듯이, SiO2의 함량이 높더라도 알칼리의 함량이 많은 조성에서는 용출이 충분히 일어날 수 있지만, B2O3의 부재로 인한 높은 pH 때문에 와인(Wine) 색소의 변색이 발생하여 세척력이 저하됨을 확인할 수 있다.
또한, N4 값이 0.55 이상인 비교예 3 ~ 4의 경우에는 세척력이 급격히 저하된 것을 확인할 수 있는데, 그 원인은 붕산염계 유리(borate glass) 구조 내에서 SiO2의 함량이 크게 증가함에 따라 구조가 강화되어 용출성이 저하되기 때문인 것으로 판단된다.
표 2 및 표 3에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 9의 경우, 유리 용출수의 세탁력은 수돗물 대비 월등히 우수하며, 상용 세제와 대비해서도 유사하거나 그 이상의 성능을 구현하는 것으로 확인되었다.
위의 실험 결과를 토대로 알 수 있듯이, 실시예 1 ~ 9의 경우, 계면 활성제가 첨가되지 않으면서도 우수한 세척력을 보이는 새로운 세탁 세제의 제조로서 큰 의미를 가지며, 동시에 세탁 세제와 함께 사용될 시에는 세탁 세제 사용량을 저감할 수 있고, 물, 시간 등의 절감으로 에너지 절감 효과를 도모할 수 있을 것으로 판단된다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
S110 : 혼합 단계
S120 : 용융 단계
S130 : 냉각 단계
S140 : 분쇄 단계
S120 : 용융 단계
S130 : 냉각 단계
S140 : 분쇄 단계
Claims (13)
- B2O3 45 ~ 80 중량%;
SiO2 2 ~ 9 중량%; 및
Na2O 및 K2O 중 1종 이상 10 ~ 50 중량%;
를 포함하는 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 B2O3는
48 ~ 70 중량%로 첨가된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 SiO2는
5 ~ 8 중량%로 첨가된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 Na2O 및 K2O 중 1종 이상은
10 ~ 45 중량%로 첨가된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 Na2O 및 K2O는
하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물.
식 1 : 0.5 ≤ [Na2O] / [K2O] ≤ 1.5
(여기서, []는 각 성분의 함량비를 나타냄.)
- 제1항에 있어서,
상기 B2O3는 유리 내에서 BO3 및 BO4로 존재하며,
BO4 구조체의 비율인 N4 값이 하기 식 2를 만족하는 범위로 함유되어 있는 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 조성물.
식 2 : 0.3 ≤ ([BO4]) / ([BO3] + [BO4] ) ≤ 0.52
(여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타냄.)
- (a) B2O3 45 ~ 80 중량%, SiO2 2 ~ 9 중량%, 및 Na2O 및 K2O 중 1종 이상 10 ~ 50 중량%로 혼합하고 교반하여 유리 조성물을 형성하는 단계;
(b) 상기 유리 조성물을 용융시키는 단계;
(c) 상기 용융된 유리 조성물을 냉각하는 단계; 및
(d) 상기 냉각된 유리를 분쇄하는 단계;
를 포함하는 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 B2O3는
48 ~ 70 중량%로 첨가된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 SiO2는
5 ~ 8 중량%로 첨가된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 Na2O 및 K2O 중 1종 이상은
10 ~ 45 중량%로 첨가된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 Na2O 및 K2O는
하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가된 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말 제조 방법.
식 1 : 0.5 ≤ [Na2O] / [K2O] ≤ 1.5
(여기서, []는 각 성분의 함량비를 나타냄.)
- 제7항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 용융은
800 ~ 1,300℃에서 1 ~ 60분 동안 실시하는 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 (d) 단계 이후,
상기 B2O3는 유리 내에서 BO3 및 BO4로 존재하며,
BO4 구조체의 비율인 N4 값이 하기 식 2를 만족하는 범위로 함유되어 있는 친환경 세탁 세제 및 세척 보조제용 유리 분말 제조 방법.
식 2 : 0.3 ≤ ([BO4]) / ([BO3] + [BO4] ) ≤ 0.52
(여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타냄.)
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