KR102514356B1 - 기능성 비드 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의한 매트 - Google Patents

기능성 비드 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의한 매트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기능성 비드 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의한 매트에 관한 것으로, 분말형 알긴산나트륨에 염소, 나트륨, 규소, 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 철, 마그네슘 및 티타늄으로 이루어진 분말형 무기질 파우더 및 분말 유황이 혼합된 혼합물로 이루어지고, 상기 혼합물에 잔부의 물이 혼합되어 볼로 형성되는 것을 특징으로 하며, 이렇게 제조된 볼에 의해 매트가 제조된다.

Description

기능성 비드 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의한 매트 {FUNCTIONAL BEAD COMPOSITION, MANUFACTURING METHOD THEREFOR AND MAT THEREBY}
본 발명은 기능성 비드 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의한 매트에 관한 것으로, 음이온이나 원적외선을 방출하는 볼형태의 비드를 제조하기 위한 조성물, 이의 제조방법 및 이에 의한 매트에 관한 것이다.
일반적으로 기능성 비드는 주로 황토 소재의 황토볼로 제조되어 매트나 메트리스 또는 찜질방 등에 사용된다. 이러한 황토볼은 경우에 따라 맥반석 분말이나 숯 분말 등이 첨가되어 사용되기도 한다. 황토볼은 천연재 고유의 특성에 의해 원적외선을 발산하고, 흡습 및 제습의 효과도 있다고 알려져 있다.
대한민국 특허등록 제10-1186911호(기능성 황토볼의 제조방법 및 그 이용방법)는, 건조된 황토분말 60±20v%, 굴 패각 소성 분말 20±10 v%, 건조 톱밥 20±10 v% 범위의 조성비로 혼합기에 넣고 조성물에 물을 가하면서 혼합/반죽하는 공정과, 상기 반죽물을 성형기에 넣고 3-20㎜ 크기로 볼 형상으로 만드는 성형공정과, 상기 성형된 황토볼을 450℃-550℃온도에서 8~10 시간 동안 건조/고형화하는 공정과, 고형화된 황토볼을 1100℃-1250℃ 온도에서 10~12 시간 소성하는 공정을 거쳐 제공된 황토볼이 최대압축하중이 10,000~20,000(N) 범위를 갖고, 기공율이 35±5%범위이고, 비표면적이 22±3㎡/g 범위이며, pH 8.0±0.5 범위를 갖도록 제공되는 것을 특징으로 하는 황토볼 제조방법을 개시한다.
이러한 종래기술은 그 건조과정 및 소성과정에서 고온에서 톱밥이 연소되어 소실되는 것이 아니고 황토볼 내부에서 톱밥이 1000℃ 이상의 열로 흑연화되어 높은 압축강도를 갖고 기공율이 35±5% 범위를 가지며, 비표면적이 22±3 ㎡/g 의 규격을 갖는 황토볼이 내 산화성 및 내 부식성을 갖고 변형이나 파손이 없으면서 수중이나 대기 중에서 원적외선을 발생하며 인체나 생물체에 활성을 줄 수 있는 황토볼을 제공한다. 그리고, 물을 핵자기공명 스펙트럼의 반폭치가 90 Hz 미만 값을 갖고 약 알카리성을 나타내는 활성수로 변환시키는 기능을 갖고 각종 주류나 음료수나 식료품의 가공공정에 사용하는 물을 활성수로 변환시켜 사용할 수 있으므로 맛 좋은 주류나 식품을 제공한다. 또한, 목욕탕이나 양식장, 양어장의 바닥재로 깔아주거나 황토볼을 망으로 감싸서 목욕탕이나 양식장, 양어장의 수중에 침적시키는 수단으로 생물체에 활성을 준다.
대한민국 특허등록 제10-363121호(세라믹 볼의 제조방법)는, 세라믹 분말을, 중공의 다각기둥 상하부 양면에 각뿔대가 일체로 연장 형성되어 있되, 상기 각뿔대 중 하나의 잘린 부분이 개구된 회전드럼에 넣고, 15 내지 30 rpm으로 회전시키면서, 노즐을 통해 결합제 및 물을 분사하여 0.5 내지 2 mm 크기의 씨드(seed)를 제조하는 단계; 제조된 씨드를 크기별로 선별하는 단계; 세라믹 분말과 함께 상기 단계에서 선별된 씨드를 회전드럼에 넣고, 30 내지 300 rpm으로 회전시키면서, 노즐을 통해 결합제 및 물을 분사하여 볼을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 볼을 80 내지 200℃에서 5 내지 20시간 동안 건조한 후, 900 내지 1300℃에서 10 내지 20시간 동안 소성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법을 개시한다.
이러한 종래기술은 세라믹 볼의 기본이 되는 씨드를 먼저 제조한 후, 크기별로 선별하여 세라믹 볼을 제조하기 때문에, 균일한 크기의 세라믹 볼을 생산할 수 있다. 또한, 상기 회전드럼의 각도와 속도를 조절함으로써 원하는 크기의 세라믹 볼을 자유롭게 생산할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따라 제조된 세라믹 볼은 다면체로 이루어진 회전드럼의 각 면에 부딪치면서 생성되기 때문에, 높은 강도를 갖는다는 장점이 있다.
대한민국 특허등록 제10-940930호(회전방식에 의한 진구형 세라믹 볼의 제조방법 및 그 장치)는, 세라믹 분말과 물, 결합제를 축차로 용기에 투입하면서 회전시켜 세라믹 분말을 원하는 크기의 볼 형태로 키워가는 성형단계; 상기 성형 된 볼을 건조하는 건조단계; 상기 건조된 볼을 가열하는 소성단계;를 포함하며, 상기 성형단계에서 용기의 내부가 거칠게 처리된 것을 특징으로 하는 세라믹 볼의 제조방법을 개시한다.
이러한 종래기술은 회전방식에 의해 세라믹 분말을 세라믹 볼로 성형하므로 다량으로 생산이 가능하며 진구형에 가까운 세라믹 볼을 얻을 수 있다. 한편, 회전에 의한 성형단계에 시드를 투입함으로써 볼 형성을 쉽게 하며 크기가 비슷한 세라믹 볼을 최종적으로 얻을 수 있다. 또한, 성형단계에서 중간에 형성된 볼을 크기별로 선별하는 과정을 거침으로써 입도 분포를 우수하게 할 수 있으며, 재료의 축차 투입 전에 중간 형성된 세라믹 볼을 일시적으로 가열하는 과정을 거침으로서 세라믹 볼 층별 계면에 갈라짐을 없애고 강도가 높은 세라믹 볼을 얻을 수 있다.
한편, 최근들어 핑크솔트와 같은 소금을 주재로 제조된 치약 등의 제품이 보급되고 있다. 이러하한 제품은 짠성분의 특성에 의해 세균이나 병균의 활성화를 억제하고, 공기중의 먼지를 흡착하며, 음이온이나 원적외선이 발산되는 등의 소금효능을 활용한 것이다. 특히, 소금은 물에 혼합될 경우, 인체에 유익한 알카리성으로 변환시키고, 음이온이나 원적외선이 발산 등으로 인해 자연치유 효과가 있으므로 폴란드의 경우 소금광산 요양소를 개설하여 소금광산요법이라는 치료법을 시행하고 있으며, 공기중의 미세먼지나 냄새를 흡착하면서 공기정화를 하여 알레르기 경감 및 탈취효과를 제공하는 등의 효과가 있다고 알려졌을 뿐만 아니라, 전자제품 등에서 발산되는 양이온을 상쇄시킴에 따라 공기 비타민이라 불리우기도 한다. 특히, 암염의 경우 천연 미네랄 성분들이 함유되어 있으므로 더욱더 그 효과가 우수하다고 알려져있다.
그러나, 전술한 종래기술들은 황토볼이나 세라믹볼을 고열에서 가열하여 건조하므로 건조시 파손에 의한 불량이 극심하고, 고열에 이한 보이지 않는 내부 균열로 인하여 사용시 약한 하중이나 압력에도 부스러지는 문제가 있으며, 소금의 효능을 발현하는 성분이 함유되지못하여 전술한 바와 같은 효과를 제공하지 못한다.,
대한민국 특허등록 대한민국 특허등록 제10-1186911호(백우현). 대한민국 특허등록 제10-363121호(주식회사 바이오세라) 대한민국 특허등록 제10-940930호(주식회사 바이오세라)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 분말형 알긴산나트륨에 미네랄 성분의 파우더 및 분말 유황이 혼합된 혼합물로 주재료가 구성되고, 다양한 방식으로 건조되어 볼형태로 제조됨에 따라 건조시 불량률을 감소시킬 수 있고, 사용시의 파손을 방지할 수 있으며, 암염의 기능을 제공할 수 있는 기능성 비드 조성물을 제공하기 위함이 그 목적이다.
그리고, 전술한 조성물을 이용하여 볼형태의 기능성 비드를 제조하는 제조방법을 제공하기 위함이 다른 목적이다.
또한, 전술한 방법에 의해 제조된 기능성 비드를 이용하여 제조된 매트를 제공하기 위함이 또 다른 목적이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기능성 비드 조성물은, 분말형 알긴산나트륨에 염소, 나트륨, 규소, 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 철, 마그네슘 및 티타늄으로 이루어진 분말형 무기질 파우더 및 분말 유황이 혼합된 혼합물로 이루어지되, 상기 무기질 파우더가 상기 분말형 알긴산나트륨 100 중량부에 대하여 142 중량부 내지 184 중량부로 혼합되고, 상기 분말 유황이 52 중량부 내지 64 중량부로 혼합된 혼합물로 이루어지며, 상기 혼합물에 잔부의 물이 혼합되어 볼로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 분말형 알긴산나트륨은, 다시마에서 추출된 것으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 무기질 파우더는, 상기 분말형 알긴산나트륨 100 중량부를 기준하여 68 내지 78 중량부의 염소, 52 내지 57 중량부의 나트륨, 10 내지 14 중량부의 규소, 2.3 내지 7.5 중량부의 알루미늄, 1.7 내지 5.2 중량부의 칼륨, 1.7 내지 5.4 중량부의 칼슘, 3.2 내지 6.2 중량부의 철, 2 내지 8 중량부의 마그네슘, 0.5 내지 2 중량부의 티타늄이 혼합되어 구성된다.
상기 혼합물의 상기 분말형 알긴산나트륨과 상기 무기질 파우더 및 상기 분말 유황은, 250메쉬 내지 350메쉬 크기의 분말로 이루어진다.
상기 혼합물에 혼합되는 상기 물은, 상기 혼합물에 대해 1 : 0.3~0.37배의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합물을 구성하는 상기 무기질 파우더 및 상기 분말 유황의 결합력 증진을 위해 첨가되는 첨가제;를 더 포함한다.
상기 첨가제는, 상기 혼합물 100 중량부를 기준하여 5.8 내지 9.2 중량부의 알루민산 칼슘, 3.1 내지 7.1 중량부의 티탄산칼륨, 2.9 내지 5.8 중량부의 카올리나이트, 2 내지 4.2 중량부의 텔크, 1.8 내지 3.9 중량부의 토르마린, 1.6 내지 2.6 중량부의 서멧 및 0.9 내지 3 중량부의 세피올라이트로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 제조방법은, 전술한 상기 분말형 알긴산나트륨에 상기 무기질 파우더 및 상기 분말 유황을 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합물 제조단계; 상기 혼합물을 상부에 투입구가 마련된 회전식 드럼에 충전하는 드럼 충전단계; 상기 드럼을 25rpm 내지 40rpm의 속도로 저속회전시키는 드럼 회전단계; 상기 분말형 혼합물이 결합되어 환형의 혼합물 씨드가 형성되도록, 상기 회전되는 드럼의 투입구에 8m/sec 내지 14m/sec의 유속으로 물을 분무하여 상기 혼합물에 미립자 형태의 물방울을 살포하는 물방울 살포단계; 상기 혼합물 씨드의 크기가 확대되도록, 상기 혼합물 씨드에 물방울을 다시 살포하여 상기 혼합물을 설정된 크기의 비드로 성형하는 비드 성형단계; 및 상기 비드를 상기 드럼에서 추출하여 건조하는 비드 건조단계;를 포함한다.
상기 비드 건조단계는, 상기 비드를 추출하여 상온의 음지에서 풍압을 제공하면서 건조하는 음건단계; 상기 비드에 히터로 25℃ 내지 42℃의 온열을 제공하여 건조하는 온건단계; 및 상기 비드에 태양광을 조사하여 건조하는 자연광 건조단계; 중 적어도 어느 하나의 단계로 건조하는 것을 특징으로 한다.
상기 비드는 1.5mm 내지 35mm의 지름으로 성형되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 매트는, 전술한 방법에 의하여 제조된 다량의 상기 비드가 일측의 밀봉식 투입구로 투입됨에 따라 상기 비드들을 내부에 수용하는 비드포켓; 상기 비드포켓에 내장된 상기 비드들을 정위치에 격리시켜서 상기 비드포켓에 내장된 상기 비드들이 주변으로 분산되는 것을 방지하는 비드격리부재; 및 상기 비드포켓의 외주면을 감싸는 홑청;을 포함한다.
상기 비드격리부재는, 상기 비드포켓의 테두리 및 테두리의 내측에 일직선을 이루면서 등간격으로 봉제되는 봉제선, 또는 상기 비드포켓의 테두리 및 테두리 내측을 부분적으로 열융착하는 열융착부 중 적어도 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명의 조성물은, 알긴산나트륨에 혼합되는 무기질 파우더를 통해 미네랄 성분을 비드에 제공할 수 있고, 무기질 파우더의 금속성 성분을 통해 비드의 강성을 강화시킬 수 있을 뿐만 아니라 전열도를 향상시킬 수 있으며, 이에 더하여 결합강도를 강화시키거나 응집고결성을 제공하는 첨가제가 추가로 첨가될 경우 더욱더 비드의 강성을 강화시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 제조방법은, 혼합물이 충전된 드럼을 회전시키면서 적당한 압력으로 물을 분사하여 비드를 용이하게 제조할 수 있고, 비드를 음지에서 건조한 후 온열로 다시 건조한 다음 또 다시 자연광으로 건조하므로 비드의 건조시 균열을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 비드의 강도을 대폭적으로 강화시킬 수 있다.
특히, 온열건조시 특별히 제작된 면상발열체식 히터를 이용하므로 비드를 용이하게 건조시킬 수 있고, 히터의 박판에 형성된 관통공으로 열선의 열기를 제공할 수 있으므로 건조시간을 단축시킬 수도 있으며, 박판이 알루미늄이나 스테인리스로 제조됨에 따라 단시간에 가열될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 제조된 비드에 의해 매트가 제조되므로 매트의 땀이나 물기와 같은 습기를 용이하게 흡숩할 수 있고, 열선이 매트에 구비될 경우 비드의 금속성 성분에 의해 단시간에 가열될 수 있을 뿐만 아니라 열손실을 방지할 수 있으며, 비드포켓에 내장된 비드가 비드격리부재에 의해 격리되어 주변으로 분산되지 않으므로 매트의 사용시 비드의 이동에 의해 매트가 국부적으로 함몰되는 것을 방지할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 조성물의 조성비를 도시한 표;
도 2는 도 1에 도시된 조성물에 첨가제를 첨가한 조성비를 도시한 표;
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 제조방법의 공정도를 도시한 블럭선도;
도 4는 도 3에 도시된 비드성형단계에 적용되는 드럼을 도시한 측면도;
도 5는 도 3에 도시된 건조단계에 적용되는 히터를 개략적으로 도시한 분해사시도;
도 6은 도 5에 도시된 히터의 종단면도;
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 매트의 측면도;
도 8는 도 7에 도시된 비드포켓의 평면도;
도 9는 도 7에 도시된 비드포켓의 다른 실시예를 도시한 평면도;
도 10은 도 7에 도시된 망사형 비드포켓의 일실시예를 도시한 평면사진;
도 11는 도 7에 도시된 망사형 비드포켓의 다른 실시예를 도시한 평면사진; 및
도 12는 도 7에 도시된 열융착형 비드포켓을 도시한 평면사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 기능성 비드 조성물을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 의한 기능성 비드 조성물은, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 분말형 알긴산나트륨에 분말형 염소(Cl), 나트륨(Na), 규소(Si), 알루미늄(Al), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 마그네슘(Mg) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 무기질 파우더 및 분말 유황(S)이 혼합된 혼합물로 구성될 수 있다. 분말형 알긴산나트륨과 무기질 파우더 및 분말 유황은 후술되는 바와 같이 볼형태의 비드로 성형이 가능하도록, 대략 밀가루와 비슷하거나 이보다 입도가 작도록 약 250메쉬 내지 350 메쉬의 크기를 갖는 분말로 구성되어 대략 0.1 내지 50 ㎛의 입도를 갖는다. 분말형 알긴산나트륨과 무기질 파우더 및 분말 유황은 전술한 크기(입도)보다 작은 크기의 분말로 구성될 경우 볼형태로 성형이 가능하지만 제조비용이 과도하게 소요되고, 전술한 크기보다 크게 구성될 경우 볼형태로 성형되어도 볼의 지름이 균일하지 않거나 볼의 표면이 울퉁불퉁하게 성형된다. 따라서, 분말형 알긴산나트륨과 무기질 파우더 및 분말 유황은 전술한 바와 같은 범위의 크기로 이루어지는 것이 바람직하다.
알긴산나트륨(Alginate)은 점착성 및 점도 향상과 유화안정성 증진 및 물성의 촉감을 향상시키는 물질로 알려져 있다. 이러한 알긴산나트륨은 통상적으로 갈색의 해조류 등에서 추출되며, 식품의 안정제나 점착제, 청징제, 겔화제, 유화제 또는 증점제 등으로 사용된다. 본 발명의 실시예는 우수한 점조성을 위해 다시마에서 추출된 알긴산나트륨을 사용하여 기능성 비드를 제조하였다. 하지만, 본 발명의 실시예는 알긴산나트륨이 함유된 다시마 분말을 전술한 입도의 크기로 제조하여 사용할 수도 있다.
염소는 강력한 산화제로 알려져서 소독액으로 사용되기도 하며, 원소들 중에서 전자 친화도가 세번째로 높은 전기음성도를 가지고 있는 것으로 알려진 물질이다. 염소는 나트륨과 결합되어 물과 혼합될 경우 음전하를 갖는 염화물(Cl-)로 공기중에 배출된다. 나트륨은 알바이트, 사장석, 하석, 빙정석 등으로 지각 중에 널리 분포하며, 나트륨 이온은 체내에서 생리에 중요한 역할을 갖는다. 나트륨은 전술한 염소와 결합하여 소금성분의 염화나트륨을 제공한다. 전술한 규소, 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 철, 마그네슘 및 티타늄은 암염의 미네랄 기능을 제공한다.
규소는 천연암석의 경우 도자기나 석영 유리 제작에 쓰이고, 점토, 모래, 자갈과 함께 포틀랜드 시멘트나 콘크리트 등으로도 사용되며, 모래에 이산화 규소(실리카)나 규산염의 형태로 분포되어 있다. 규소는 함께 혼합되는 다른 성분들의 점성을 향상시킨다. 알루미늄은 금속 중 밀도가 가장 낮은 금속으로 다른 성분들과 혼합되어 비드의 강성을 보강하며, 후술되는 바와 같이 전열성을 향상시킨다. 칼륨은 알카리금속의 원소 중 하나로서, 무기질 파우더의 다른 구성요소들과 함께 비드에 미네랄을 제공한다. 칼슘은 전술한 칼륨과 같이 미네랄을 제공하기 위한 물질로서, 석회석, 백운석,대리석(변성암), 석고와 석고의 무수물, 형석, 인회석 등이 칼슘의 주요 광석들이다. 전술한 철과 마그네슘 및 티타늄은 금속원소로서 다양한 금속들과 합금시 사용되기도 하며, 다른 성븐들과 혼합되어 비드의 강성을 보강한다.
유황은 주로 백연류 등이 함유된 광물의 제련에 의해 제조되고, 고무재 성형시 또는 합금 제조시 강도 등의 성능강화를 위해 혼합제로 첨가거나, 다양한 효능으로 인해 한방의 약재로 사용되기도 하며, 전술한 무기질 파우더의 구성성분들의 원활한 결합과, 기능성 비드에 곰팡이나 세균 등이 번식하는 것을 방지하기 위해 첨가된다.
여기서, 전술한 바와 같은 성분들로 구성된 무기질 파우더는, 도 1에 도시된 바와 같이 알긴산나트륨 100 중량부를 기준하여, 68 내지 78 중량부의 염소, 52 내지 57 중량부의 나트륨, 10 내지 14 중량부의 규소, 2.3 내지 7.5 중량부의 알루미늄, 1.7 내지 5.2 중량부의 칼륨, 1.7 내지 5.4 중량부의 칼슘, 3.2 내지 6.2 중량부의 철, 2 내지 8 중량부의 마그네슘 및 0.5 내지 2 중량부의 티타늄이 혼합된 후 알긴산나트륨에 혼합된다.
염소 및 나트륨은 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 소금이나 암염의 효능을 제공할 수 없고, 초과하여 혼합될 경우 소금이나 암염의 효능을 제공할 수는 있으나, 효과에 비해 제조비용이 과도하게 소요되므로 전술한 혼합비의 범위로 혼합되는 것이 바람직하다. 즉, 염소 및 나트륨은 전술한 바와 같이 알긴산나트륨 100 중량부를 기준하여, 각각 68 내지 78 중량부 및 52 내지 57 중량로 혼합되는 것이 바람직하다.
규소는 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 소망하는 점성을 제공할 수 없고, 초과하여 혼합될 경우 점성을 제공할 수는 있으나 효과에 비해 제조비용이 과도하게 소요되므로 전술한 혼합비의 범위로 혼합되는 것이 바람직하다. 즉, 규소는 전술한 바와 같이 알긴산나트륨 100 중량부를 기준하여 10 내지 14 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
알루미늄은 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 소망하는 강성을 제공할 수 없고, 초과하여 혼합될 경우 강성을 제공할 수는 있으나 효과에 비해 제조비용이 과도하게 소요되므로 전술한 혼합비의 범위로 혼합되는 것이 바람직하다. 즉, 알루미늄은 전술한 바와 같이 알긴산나트륨 100 중량부를 기준하여 2.3 내지 7.5 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
칼륨 및 칼슘은 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 미네랄 효과를 제공할 수 없고, 초과하여 혼합될 경우 미네랄 효과를 제공할 수는 있으나, 효과에 비해 제조비용이 과도하게 소요되므로 전술한 혼합비의 범위로 혼합되는 것이 바람직하다. 즉, 칼륨 및 칼슘은 전술한 바와 같이 알긴산나트륨 100 중량부를 기준하여 1.7 내지 5.2 중량부 및 1.7 내지 5.4 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
철과 마그네슘 및 티타늄은 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 소망하는 강도를 발현시킬 수 없고, 초과하여 혼합될 경우 강도를 발현시킬 수는 있으나, 효과에 비해 제조비용이 과도하게 소요되므로 전술한 혼합비의 범위로 혼합되는 것이 바람직하다. 즉, 철과 마그네슘 및 티타늄은 전술한 바와 같이 알긴산나트륨 100 중량부를 기준하여, 각각 3.2 내지 6.2 중량부와 2 내지 8 중량부 및 0.5 내지 2 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같은 비율로 각 성분들이 혼합된 무기질 파우더는, 도 1에 도시된 바와 같이, 예컨대 분말형 알긴산나트륨 100 중량부에 대하여 142 중량부 내지 184 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 그리고, 전술한 분말 유황은 예컨대, 분말형 알긴산 나트룸 100 중량부에 대하여 52 중량부 내지 64 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다.
무기질 파우더는 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 소망하는 강도나 미네랄 효과를 제공할 수 없고, 초과하여 혼합될 경우 이러한 강도나 효과를 제공할 수는 있으나 효과에 비해 제조비용이 과도하게 소요되므로 전술한 혼합비의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 그리고, 분말 유황은 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 소망하는 가교결합성을 기대할 수 없고, 초과하여 혼합될 경우 가교결합성을 제공할 수는 있으나 효과에 비해 제조비용이 과도하게 소요되므로 전술한 혼합비의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 혼합된 혼합물, 즉 알긴산나트륨과 무기질 파우더 및 분말 유황의 혼합에 의해 제조된 혼합물은, 후술되는 바와 같이 볼형태의 비드로 성형되도록 잔부의 물이 혼합되되, 후술되는 바와 같이 분무에 의해 혼합된다. 이때, 물은 도 1에 도시된 바와 같이 전술한 혼합물에 대해 1 : 0.3 ~ 0.37배의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 즉, 물은 알긴산나트륨과 무기질 파우더 및 분말 유황이 혼합된 혼합물의 혼합량에 대해 0.3배 내지 0.37배로 혼합되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 물은 전술한 혼합물이, 도 1에 도시된 바와 같이 알긴산나트륨과 무기질 파우더 및 분말 유황이 각각 25.5kg과 36~47kg 및 11.2~16.3kg으로 혼합되어 82.3kg의 혼합량으로 구성될 경우, 이러한 혼합량의 0.3배 내지 0.37배에 해당하는 약 27L로 혼합되는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 혼합물은 점도를 조절하여 후술되는 비드의 강도를 강화시키는 첨가제가 추가로 첨가될 수 있다. 이러한 첨가제는 예컨대, 알루민산 칼슘(CaAl2O4 또는 Ca3Al2O6), 티탄산칼륨(Potassium Titanate), 카올리나이트(Kaolinite), 텔크(Talc), 토르마린(Tourmaline), 서멧(Cermet) 및 세피올라이트(Sepiolite) 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다. 알루민산 칼슘은 혼합물에 물이 공급될 경우 전술한 성분들 및/또는 무기질 파우더의 성분들과 반응하여 분말로 이루어진 성분들의 응집고결시켜 안정화 시킨다. 알루민산 칼슘은 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 전술한 혼합물 100 중량부를 기준하여 5.8 내지 9.2 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 알루민산 칼슘은 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 함량미달로 응집고결 작용을 기대할 수 없고, 전술한 혼합비를 초과하여 혼합될 경우 제조원가를 상승시킬 뿐만 아니라 안정화를 오히려 방해한다. 따라서, 알루민산 칼슘은 전술한 바와 같은 비율로 혼합되어야 혼합량 대비 응집고결성이 가장 효율적이다.
티탄산칼륨은 입자형태가 침상 또는 판상으로 구성되며, 입자들 사이에서 입자들을 결합시키는 역할을 하여 입자들이 쉽게 분리되는 것을 방지하므로 고도의 내구성이 요구되는 차량의 마찰재와 같은 제품의 성분으로 사용되기도 한다. 이러한 성질에 의해, 티탄산칼륨은 전술한 성분들 및/또는 무기질 파우더의 성분들 사이에서 이들을 견고하게 결합시키는 역할을 하여, 후술되는 바와 같이 제조된 비드에서 크랙이 발생되는 것을 방지하거나 비드의 제조시 점도를 조절해 주는 역할을 한다. 티탄산칼륨은 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 전술한 혼합물 100 중량부를 기준하여 3.1 내지 7.1 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 티탄산칼륨은 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 입자들에 대한 결합력이 미흡하여 결합작용을 기대할 수 없고, 전술한 혼합비를 초과하여 혼합될 경우 제조원가를 상승시킬 뿐만 아니라 입자들 사이에 과도하게 침상 또는 판상의 구조를 제공하여 취성을 야기시킨다. 따라서, 티탄산칼륨은 전술한 바와 같은 비율로 혼합되어야 혼합량 대비 결합력이 가장 효율적이다.
카올리나이트는 전술한 성분들 및/또는 무기질 파우더의 성분들의 결합강도를 강화시키는 역할이 크며, 카올린을 주성분으로 함에 따라 흡수성 및 점성이 우수하여 도자기의 재료로 많이 사용된다. 카올리나이트는 비교적 미립이고, 경도가 2~2.5이므로 전술한 성분들과 교반될 경우 조성물의 구성성분들의 사이로 침투하여 고화됨에 따라 혼합물의 강도를 더욱 강화시킨다. 카올리나이트는 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 전술한 혼합물 100 중량부를 기준하여 2.9 내지 5.8 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 카올리나이트는 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 함량미달로 결합강도를 강화시킬 수 없고, 전술한 혼합비를 초과하여 혼합될 경우 경제성이 떨어진다. 따라서, 카올리나이트는 전술한 바와 같은 비율로 혼합되어야 혼합량 대비 결합강도가 가장 효율적이다.
텔크는 일명 활석으로 불리는 광물로서 가장 부드러운 광물로 알려져 있다. 탤크는 분말시 순도가 높을 경우 화장품용으로도 사용되지만, 순도가 낮을 경우 흡수성 및 고착성이 강한 재질특성으로 가옥의 지붕재나 도자기의 강도 강화용으로 첨가되기도 한다. 탤크는 전술한 특성에 의해 본 발명의 실시예에 의한 조성물의 성분들 중에서 감수제 역할한다. 이에 따라, 탤크는 물이 혼합된 혼합물에서 수분을 원활하게 흡수하여 경화시간을 단축시킬 뿐만 아니라 혼합물로 제조되는 비드의 표면에 부드러운 느낌을 제공한다. 텔크는 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 전술한 혼합물 100 중량부를 기준하여 2 내지 4.2 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 텔크는 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 함량미달로 경화시간의 단축 및 부드러운 느낌을 제공할 수 없고, 전술한 혼합비를 초과하여 혼합될 경우 조성물의 제조원가를 상승시킨다. 따라서, 텔크는 전술한 바와 같은 비율로 혼합되어야 혼합량 대비 경화시간이 가장 효율적이다
토르마린은 주로 철, 마그네슘, 알칼리 금속 등이 복잡한 형태로 결합된 규산염 광물 등에서 추출되는 성분으로 다공성의 광물이다, 토르마린은 자체적으로 전기를 발생하여 일명 전기석(電氣石으)라고 불리우기도 한다. 토르마린은 원석이나 분말의 경우 수분에 닿으면 순간적으로 수분에 방전을 하게 되며, 이때의 방전 전류는 0.06mA의 미약한 전류이면서도, 인간의 신체에 가장 적합한 전류가 형성되어 원적외선 효과를 얻을 수 있다고 알려져 있다. 토르마린에 의한 원적외선의 발산시, 세포를 활성화되면서, 피부 깊은 곳까지 따뜻하게 하여 혈액순환을 촉진시키고, 신진대사를 활발하게 하면서 세포를 활성화한다고 알려져서 건강관련 제품에도 많이 사용되고 있. 토르마린은 다공성의 특성상 전술한 혼합물에서 수분을 원활하게 흡수하여 경화시간을 단축시킬 뿐만 아니라 경화되는 혼합물을 안정화시키며, 혼합물에 의한 비드에서 원적외선을 제공한다. 토르마린은 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 전술한 혼합물 100 중량부를 기준하여 1.8 내지 3.9 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 토르마린은 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 함량미달로 경화시간의 단축 및 안정화를 기대할 수 없고, 전술한 혼합비를 초과하여 혼합될 경우 조성물의 제조원가를 상승시킨다. 따라서, 토르마린은 전술한 바와 같은 비율로 혼합되는 것이 혼합량에 대비하여 가장 효율적이다.
서멧은 경화되는 혼합물의 조직을 치밀하게 하기 위한 것이다. 서멧은 분말야금법으로 만들어진 금속 및 세라믹스 성분의 내열재로서 세라믹의 특성인 경도와 내산화성 및 내마모성, 그리고 금속의 특성인 강인성 및 기계적 강도를 갖는다. 서멧은 용사에 의해 분말로 제조되어 다양한 분야에 내열성 또는 내마모성 코팅재 등으로 사용된다. 서멧은 니켈과 크롬 및 몰리브덴 중 적어도 어느 하나의 금속에 세라믹이 혼합된 것으로 구성되는 것이바람직하다. 이러한 서멧은 전술한 특성에 의해 혼합물의 고화시 다른 성분들과 함께 고결되어 비드의 장기강도를 강화시킨다. 서멧은 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 전술한 혼합물 100 중량부를 기준하여 1.6 내지 2.8 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 서멧은 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 함량 부족으로 전술한 강도강화를 기대할 수 없고, 전술한 혼합비를 초과하여 혼합될 경우 전술한 바와 같은 금속 특성으로 인하여 조성물의 중량을 가중시킨다. 따라서, 서멧은 전술한 바와 같은 비율로 혼합되는 것이 혼합량에 대비하여 가장 효율적이다.
세피올라이트는 속결성을 향상시키기 위한 역할이 크며, 섬유상 형태를 가진 점토광물로서 고온 소성되어 건조제로 사용되거나 흡착제로 사용된다. 세피올라이트는 건조 및 흡착 특성에 의해 물이 혼합된 혼합물의 점도를 조절한다. 세피올라이트는 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 전술한 혼합물 100 중량부를 기준하여 0.9 내지 3 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 세피올라이트는 전술한 혼합비 미만으로 혼합될 경우 함량미달로 점도제 역할을 하지 못하고, 전술한 혼합비를 초과하여 혼합될 경우 혼합물을 구성하는 성분들의 결합력을 저하시킨다. 따라서, 세피올라이트는 전술한 바와 같은 비율로 혼합되는 것이 혼합량에 대비하여 가장 효율적이다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 기능성 비드의 제조방법은, 전술한 바와 같은 분말형 알긴산나트륨에 무기질 파우더 및 분말 유황을 혼합하여 혼합물을 제조한다.(혼합물 제조단계: 도 3의 S10) 이러한 혼합물을 제조하기 위해서는, 우선 분말로 이루어진 무기질 파우더의 각 성분들을 설정된 비율로 골고루 혼합되도록, 각 성분들 각각을 설정된 비율로 혼합하여 무기질 파우더 배합물을 제조한다. 이때, 각 성분들은 전술한 바와 같은 배합비로 배합된다.(무기질 파우더 제조단계) 그리고, 이렇게 제조된 무기질 파우더 배합물을 분말 유황과 함께 분말형 알긴산나트륨에 혼합하여 혼합물을 제조한다(배합물 혼합단계)
다음, 전술한 바와 같이 제조된 혼합물을 도 4에 도시된 바와 같이 상부에 투입구가 마련된 회전식 드럼(20)에 충전한다.(드럼 충전단계: 도 3의 S20) 드럼(10)은 도시된 바와 같이 경사상태로 지면에 설치되며, 상부를 향하는 일측의 투입구를 통해 혼합물(10)이 투입된다. 드럼(20)은 도시된 바와 같이 기어나 풀리 등으로 구성된 통상의 전동유닛에 의해 구동모터(M)와 연결됨에 따라 구동모터(M)에 의해 회전된다. 이때, 드럼(20)은 25rpm 내지 40rpm의 속도로 저속회전된다(드럼 회전단계: 도 3의 S30)
그 다음, 드럼(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 통상의 분무기(30)를 통해 투입구로 물이 유입된다. 이때, 분무기(30)는 8m/sec 내지 14m/sec의 유속으로 물을 방사상으로 분무하여 드럼(20)에 충전된 혼합물(10)의 표면에 미립자 형태의 물방울을 살포한다,(물방울 살포단계: 도 3의 S40) 이에 따라, 혼합물(10)은 드럼(20)의 회전 및 표면에 살포되는 미립자식 물방울에 의해 표면에 약 0.5mm 지름을 갖는 알갱이 형태의 환형 씨드가 형성된다.
이어서, 분무기(30)는 씨드의 크기가 확대되어 씨드가 설정된 비드의 크기(약 1.5mm 내지 35mm의 지름)로 성형되도록, 씨드에 물방울을 다시 살포하여 비드를 성형한다,(비드 성형단계: 도 3의 S50) 분무기(30)는 분무하는 동안에 전술한 바와 같이 설정된 혼합비의 양으로 물을 분사한다.즉, 분무기(300는 혼합물(10)의 혼합량에 대해 0.3~0.37 배의 비율의 물을 분사한다.
계속해서, 볼형태의 비드가 성형되면, 드럼(20)에서 비드를 추출하여 건조한다.(비드 건조단계: 도 3의 S60) 비드는 균열이 방지되도록 상온의 음지에서 약 2 내지 5일간 풍압을 제공받으면서 건조될 수 있다.(음건단계 도 3의 S11) 이와 달리, 비드는 도 5에 도시된 바와 같은 히터(50)에 의해 제공되는 25℃ 내지 42℃의 온열을 통해 약 1일 내지 3일 동안 건조될 수도 있다(온건단계: 도 3의 S13) 이와 또 달리, 비드는 태양광이 조사됨에 따라 자연광에 의해 약 2일 내지 4일간 건조될 수도 있다(자연광 건조단계: 도 3의 S15)
여기서, 히터(50)는 비드의 균열이 방지되도록, 실내에서 전술한 바와 같은 25℃ 내지 42℃의 온도로 비드를 건조한다. 비드는 25℃ 미만으로 건조될 경우 건조시간이 증가하고, 42℃를 초과하여 건조될 경우 크랙에 의한 불량이 발생될 우려가 높다. 따라서, 비드는 전술한 범위의 온도로 건조되는 것이 바람직하다.
여기선, 전술한 히터(50)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 알루미늄이나 스테인리스 재질의 금속재 박판(51), 이러한 박판(50)의 하면에 밀착상태로 마련되고, 열선(52a)이 배선된 시트(52)로 이루어진 면상발열체로 구성할 수 있다. 박판(50)은 하부에 구비된 열선(52a)의 열이 전열되어 가열되며, 도시된 바와 같이 미세한 관통공(51a)이 형성되어 관통공(51a)을 통해 하부의 열기가 제공될 수 있다. 이때, 관통공(51a)은 비드(BD)의 이탈이 방지되도록 비드(BD)의 크기 보다 작은 약 1mm 내지 1.4mm의 지름으로 형성된다. 박판(50)은 시트(52)의 상부를 차폐하는 알루미늄이나 스테인리스 금속판 또는 통상의 알루미늄 호일로 구성할 수도 있다. 시트(52)는 전술한 관통공(51a)을 통해 원적외선을 발산하면서 내열성을 갖는 탄소섬유로 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 비드(BD)는 전술한 음건으로 1차 건조되고, 전술한 온건으로 2차건조된 후 전술한 자연광으로 3차 건조되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 비드(BD)는 음건으로 약 1.5일 내지 2일간 건조된 후 온건으로 약 0.5 내지 1일간 건조된 다음 자연광으로 약 2일 내지 3일간 건조되는 것이 바람직하다. 이렇게 다단계로 건조될 경우 비드(BD)의 균열을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 비드(BD)의 함수율을 최소화할 수 있으므로 비드(BD)의 강도를 대폭적으로 강화시킬 수 있다.
다른 한편, 전술한 혼합물(10)은 전술한 첨가제가 첨가된 후 드럼(20)에 투입될 수 있다. 즉, 혼합물(10)은 알긴산나트륨과 무기질 파우더 및 첨가제가 혼합된 물질로 구성될 수 있다. 혼합물(10)은 전술한 방식에 의해 비드(BD)로 성형된 후 전술한 방식으로 건조된다. 이러한 비드(BD)는 추가로 첨가된 첨가제로 인하여 조성물질의 기계적 결합력이 향상됨에 따라 물리적 강도가 강화될 뿐만 아니라 건조시의 균열이 더욱 방지되며, 건조 후에 크랙이 발생되는 것이 최대한 억제된다.
<실시예 1>
실시예 1은 도 1에 도시된 바와 같이 알긴산나트륨에 전술한 무기질 파우더의 성분들을 도시된 비율로 혼합하여 혼합물(10)을 제조한 후 전술한 배율로 물을 배합하여 전술한 방식으로 비드(BD)를 완성(제조 및 건조)한 것이다. 즉, 실시예 1은 100 중량부의 알긴산나트륨(25.5kg)에 68.2 중량부의 염소(17.4kg), 52.3 중량부의 나트륨(13.3kg), 10.5 중량부의 규소(2.6kg), 2.3 중량부의 알루미늄(0.64kg), 1.7 중량부의 칼륨(0.43kg), 1.7 중량부의 칼슘(0.43kg), 3.2 중량부의 철(0.8kg), 2 중량부의 마그네숨(0.5kg) 및 0.3 중량부의 티타늄(0.12kg), 그리고 52 중량부의 분말 유황(11.2kg)을 혼합한 것으로, 분말형 알긴산나트륨 100 중량부에 무기질 파우더 및 분말 유황을 각각 164 중량부 및 58 중량부의 비율이 되도록 혼합하였다. 그리고, 물은 이렇게 혼합된 혼합물(10)의 총량(72.7kg)에 대해 약 0.37배에 해당하는 약 27L를 분무기(30)로 분무하여 혼합하였다.
이렇게 완성된 비드(BD)의 강도(최대압축강도)를, 제작사 SHIMADZU,(Japan) Max.cap 100kN의 만능재료시험기(Universal testing Machine)를 통해 측정하였고, 시험속도를 2㎜/min으로 설정하여 측정하였다. 그리고, 전술한 히터(50)의 박판(51)에 약 20cm의 두께로 비드(BD)를 적층시킨 후 투시가능한 밀폐 챔버의 내부에서 약 40℃의 온도로 가열한 후 상부측 비드(BD)의 온도가 약 30℃에 도달하는 시간을 확인하여 전열도를 측정하였다. 이때, 비드(BD)는 측정이 용이하도록 30mm의 지름으로 성형된 것을 사용하였다.
참고로, 위의 실험에 따르면 일반적인 통상의 황토볼(지름 30mm)은 강도의 경우 약 6.542(N)로 측정되었였고, 전열도의 경우 가열 후 약 22분 후 상부측의 비드(BD)가 기준온도(30℃)에 도달하였다.
측정결과, 실시예 1은 통상의 황토볼과 유사한 약 6.832(N)의 강도를 보였고, 전열도의 경우 약 20분 후 기준온도에 도달하였다. 이는, 실시예 1의 경우 무기질 파우더 및 분말 유황의 특성에 의해 강도가 강화됨에 따라 통상의 황토볼과 유사한 강도를 보였다고 생각된다. 하지만, 전열도의 경우 통상의 황토볼 보다 좀더 빠른 시간에 기준온도에 도달하였다. 이는, 비드(BD)에 함유된 무기질 파우더의 알루미늄, 철, 마그네슘 및 티타늄 등의 금속성 성분에 의해 전열도가 통상의 황토볼 보다 좀더 향상된 것으로 생각된다. 결론적으로, 실시예 1은 통상의 황토볼에 비하여 전열도만 좀더 우수하였다.
<실시예 2>
실시예 2는 도 1에 도시된 바와 같이 전술한 실시예 1에서 처럼 혼합물을 제조한 후 물을 혼합한 다음 비드(BD)를 완성하여 전술한 바와 같은 측정을 실시한 것으로, 무기질 파우더를 구성하는 성분들의 비율 및 물의 비율을 실시예 1 보다 증가시킨 것이 차이점다. 즉, 실시예 2는 100 중량부의 알긴산나트륨(25.5kg)에 76.8 중량부의 염소(19.6kg), 55.6 중량부의 나트륨(14.2kg), 13.7 중량부의 규소(3.5kg), 3.7 중량부의 알루미늄(0.94kg), 2.7 중량부의 칼륨(0.68kg), 2.9 중량부의 칼슘(0.74kg), 4.5 중량부의 철(1.15kg), 3.3 중량부의 마그네숨(0.84kg) 및 1.2 중량부의 티타늄(0.3kg), 그리고 58 중량부의 분말 유황(14.8kg)을 혼합한 것으로, 분말형 알긴산나트륨 100 중량부에 무기질 파우더 및 분말 유황을 각각 164 중량부 및 58 중량부의 비율이 되도록 혼합하였다. 그리고, 물은 이렇게 혼합된 혼합물(10)의 총량(82.3kg)에 대해 약 0.33배에 해당하는 약 27L를 분무기(30)로 분무하여 혼합하였다.
측정결과, 실시예 2는 통상의 황토볼 보다 강한 약 8.12(N)의 강도를 보였고, 전열도의 경우 약 17분 후 기준온도에 도달하였다. 이는, 실시예 2의 경우 무기질 파우더 및 분말 유황의 성분이 증가되어 강도가 좀더 강화됨에 따라 통상의 황토볼 보다 우수한 강도특성을 보였다고 생각된다. 하지만, 전열도의 경우 실시예 1 보더 좀더 빠른 시간내에 기준온도에 도달하였다. 이는, 비드(BD)에 함유된 알루미늄, 철, 마그네슘 및 티타늄 등의 금속성 성분이 증가함에 따라 나타난 결과로 생각된다. 결론적으로, 실시예 2는 실시예 1 보다 물성이 우수한 것으로 측정되었다.
<실시예 3>
실시예 3은 도 1에 도시된 바와 같이 전술한 실시예 1에서 처럼 혼합물을 제조한 후 물을 혼합한 다음 비드(BD)를 완성하여 전술한 바와 같은 측정을 실시한 것으로, 무기질 파우더를 구성하는 성분들의 비율 및 물의 비율을 실시예 2 보다 좀더 증가시킨 것이 차이점다. 즉, 실시예 3은 100 중량부의 알긴산나트륨(25.5kg)에 78.5 중량부의 염소(20kg), 57 중량부의 나트륨(14.5kg), 14.5 중량부의 규소(3.7kg), 7.5 중량부의 알루미늄(1.9kg), 5.2 중량부의 칼륨(1.32kg), 5.4 중량부의 칼슘(1.38kg), 6.2 중량부의 철(1.58kg), 8 중량부의 마그네숨(2kg) 및 2 중량부의 티타늄(0.5kg), 그리고 64 중량부의 분말 유황(16.3kg)을 혼합한 것으로, 분말형 알긴산나트륨 100 중량부에 무기질 파우더 및 분말 유황을 각각 184 중량부 및 64 중량부의 비율이 되도록 혼합하였다. 그리고, 물은 이렇게 혼합된 혼합물(10)의 총량(88.8kg)에 대해 약 0.3배에 해당하는 약 27L를 분무기(30)를 통해 전술한 바와 같은 방식으로 분무하여 혼합하였다.
측정결과, 실시예 3은 통상의 황토볼 보다 강한 약 9.251(N)의 강도를 보였고, 전열도의 경우 약 14분 후 기준온도에 도달하였다. 이는, 실시예 3의 경우 무기질 파우더의 금속성 성분 및 분말 유황이 증가되어 강도가 좀더 강화됨에 따라 통상의 황토볼 보다 우수한 강도특성을 보였다고 생각된다. 하지만, 전열도의 경우 실시예 2 보다 더욱 빠른 시간내에 기준온도에 도달하였다. 이는, 비드(BD)에 함유된 알루미늄, 철, 마그네슘 및 티타늄 등의 금속성 성분이 증가함에 따라 나타난 결과로 생각된다. 결론적으로, 실시예 3은 실시예 2 보다 물성이 우수한 것으로 측정되었다.
여기서, 전술한 실시예 1 내지 3 중에서 물성이 가장 우수한 것을 실시예 3으로 확인되었다, 하지만, 실시예 3은 무기질 파우더 및 분말 유황의 양이 증가됨에 따라 제조원가가 상승하는 단점이 있고, 실시예 1은 통상의 황토볼에 비하여 전열도만 조금 우수하였다. 따라서, 실시예들 중에서 실시예 2가 가장 효율적이라 생각된다. 즉, 실시예 2가 최적의 기능성 비드로 확인되었다.
한편, 전술한 실험예들과 달리 무기질 파우더의 일부 성분을 제외하거나 알긴산나트륨의 양을 감소킨 비교실험을 진행하였고, 다만 물의 함량은 전술한 실험예 2와 동일한 조건으로 실험하였으며, 이러한 실험의 결과는 하기와 같다.
<비교예 1>
비교예 1은 도 1에 도시된 바와 같이 전술한 최적의 실시예 2와 물 및 혼합물(10)의 성분 및 혼합비를 동일하게 구성하되, 무기질 파우더에서 금속성 알루미늄, 철, 마그네숨 및 티타늄만을 제외하여 구성하였다.
측정결과, 비교예 1은 통상의 황토볼과 유사한 6.278(N)의 강도를 보였고, 전열도의 경우에도 통상의 황토볼과 유사한 약 21분 후 기준온도에 도달하였다. 이는, 비교예 1의 경우 금속성 성분이 제외됨에 따라 강도 및 전열성이 약화되었기 때문인 것으로 생각된다. 결론적으로, 비교예 1은 전술한 실시예들 보다 물성이 우수하지 못했다.
<비교예 2>
비교예 2는 도 1에 도시된 바와 같이 전술한 최적의 실시예 2와 물 및 혼합물(10)의 성분 및 혼합비를 동일하게 구성하되, 알긴산나트륨의 함량만을 약 60%로 감소시켜서 구성하였고, 분말 유황과 무기질 파우더의 성분 및 비율은 실시예 2와 동일하게 구성하였다.
측정결과, 비교예 2는 통상의 황토볼 보다 약한 4.468(N)의 강도를 보였으나, 전열도의 경우 통상의 황토볼 보다 빨리 약 16분 후 기준온도에 도달하였다. 이는, 비교예 2의 경우 무기질 파우더의 양이 실시예 2와 동일하게 적용되어도 알긴산나트륨의 함량이 현격히 감소하였고, 이에 더하여 감소된 알긴산나트륨에 대한 무기질 파우더의 양이 비례적으로 증가한 것과 동일한 효과를 제공함에 따라 전열도는 향상되었어도 강성은 약화된 것으로 생각된다.
한편, 전술한 바와 같이 최적의 실시예 2에 전술한 첨가제의 성분비를 달리하여 전술한 바와 같은 실험방법으로 강도 및 전열도를 실험하였으며, 실험한 결과는 하기와 같다.
<실시예 4>
실시예 4는 알긴산나트륨, 무기질 파우더 및 분말 유황의 함량을 전술한 실시예 2와 동일하게 구성하였고, 물의 함량도 실험예 2와 동일하도록 혼합물(10) 및 후술되는 첨가제의 배합 총량에 대해 0.33배의 비율이 되도록 구성하였다. 첨가제는 도 2에 도시된 바와 같이 알긴산타트륨 100 중량부에 대하여 5.8 중량부의 알루민산 칼슘(6.4kg), 3.1 중량부의 티탄산칼륨(2.6kg), 2.9 중량부의 카올리나이트(2.4kg), 2 중량부의 텔크(1.7kg), 1.6 중량부의 서멧(1.3kg) 및 0.9 중량부의 세피올라이트(0.8kg)를 혼합물(10)에 추가로 혼합하였다. 그리고, 이러한 혼합물(10)에 물을 분무하여 비드(BD)를 성형 및 건조한 후 전술한 바와 동일한 방식으로 강도 및 전열도를 실험하였다.
실험결과, 실시예 4는 약 8.92(N)의 강도를 보였고, 약 18분만에 기준온도에 도달하였다. 따라서, 실시예 4는 실시예 2 보다 좀더 우수한 강도를 보였다.
<실시예 5>
실시예 5는 알긴산나트륨, 무기질 파우더 및 분말 유황의 함량을 전술한 실시예 2와 동일하게 구성하였고, 물의 함량도 실험예 2와 동일하도록 혼합물(10) 및 후술되는 첨가제의 배합 총량에 대해 0.33배의 비율이 되도록 구성하였다. 다만, 첨가제는 도 2에 도시된 바와 같이 실시예 4 보다 전체량이 좀더 증량되도록, 알긴산나트륨 100 중량부에 대하여 7.7 중량부의 알루민산 칼슘(6.4kg), 5.6 중량부의 티탄산칼륨(4.6kg), 4 중량부의 카올리나이트(3.3kg), 3 중량부의 텔크(2.5kg), 3.1 중량부의 토르마린(2.6kg), 1.5 중량부의 서멧(1.3kg) 및 1.8 중량부의 세피올라이트(1.5kg)를 혼합물(10)에 추가로 혼합하였다. 그리고, 이러한 혼합물(10)에 물을 분무하여 비드(BD)를 성형 및 건조한 후 전술한 바와 동일한 방식으로 강도 및 전열도를 실험하였다.
실험결과, 실시예 5는 약 9.43(N)의 강도를 보였고, 약 16분만에 기준온도에 도달하였다. 따라서, 실시예 5는 실시예 4 보다 우수한 강도 및 전열도를 보였다.
<실시예 6>
실시예 6은 전술한 알긴산나트륨, 무기질 파우더 및 분말 유황의 함량을 전술한 실시예 2와 동일하게 구성하였고, 물의 함량도 실험예 2와 동일하도록 혼합물(10) 및 후술되는 첨가제의 배합 총량에 대해 0.33배의 비율이 되도록 구성하였다. 다만, 첨가제는 도 2에 도시된 바와 같이 실시예 5 보다 전체량이 좀더 증량되도록, 알긴산나트륨 100 중량부에 대하여 9.2 중량부의 알루민산 칼슘(7.6kg), 7.1 중량부의 티탄산칼륨(5.9kg), 5.8 중량부의 카올리나이트(4.8kg), 4.2 중량부의 텔크(3.5kg), 3.9 중량부의 토르마린(3.2kg), 2.8 중량부의 서멧(2.3kg) 및 3 중량부의 세피올라이트(2.5kg)을 혼합물(10)에 추가로 혼합하였다. 그리고, 이러한 혼합물(10)에 물을 분무하여 비드(BD)를 성형 및 건조한 후 전술한 바와 동일한 방식으로 강도 및 전열도를 실험하였다.
실험결과, 실시예 6은 약 11.02(N)의 강도를 보였고, 약 21분만에 기준온도에 도달하였다. 따라서, 실시예 6은 실시예 2 보다 월등히 우수한 물성(강도 및 전열도)을 보였으나, 실시예 5 보다는 낮은 전열도는 보였다. 이는, 첨가제가 과도하게 배합되어 무기질 파우더에 혼합된 금속성 성분이 분산되었기 때문으로 생각된다.
이상의 실험과 같이 실시예 4 내지 실시예 6 중에서 첨가제의 함량이 가장 많은 실시예 6의 보다 실시예 5의 물성이 가장 우수하였고, 첨가제의 함량이 가장 적은 실시예 4의 물성이 가장 낮았다. 특히, 실시예 6의 경우 첨가제의 양이 과도하게 증량됨에 따라 제조원가 대비 물성이 실시예 5에 비하여 비효율적이었다, 따라서, 실시예 4 내지 실시예 6 중에서는 실시예 5가 가장 최적화된 비드를 제공할 수 있다고 생각된다. 그리고, 실시예 4 내지 6의 경우 도 2에 도시된 바와 같이 강도는 모두 매우 우수한 것으로 나타났는데, 이는 첨가제가 혼합물(10)의 성분에 대한 결합강도 및 응집고결성을 향상시켰기 때문으로 생각된다.
한편, 결합강도 및 응집고결성이 우수하여 혼합물(10)을 안정화 시키는 알루민산 칼슘 및 서멧에 대한 특성을 확인하기 위해, 전술한 바와 같이 첨가물이 최적화로 함유된 실시예 5의 첨가물 중에서 이들만을 제외하고 실험한 실험결과는 아래와 같다.
<실시예 7>
실시예 7은 도 2에 도시된 바와 같이 전술한 실시예 5의 첨가제 중에서 알루민산 칼슘과 서멧을 제외하였고, 다른 조건은 모두 동일하게 구성하였다. 이러한 실시예 7은 측정 결과, 약 8.45(N)의 강도를 보였고, 약 23분만에 기준온도에 도달하였다. 따라서, 실시예 7은 실시예 2 보다는 우수한 물성을 보이지만 실시예 5 보다는 낮은 물성을 보였다. 따라서, 첨가제는 알루민산 칼슘과 서멧이 강도에 중요한 역할을 한다는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 전술한 바와 같이 제조된 비드(BD)는 도 7에 도시된 바와 같은 매트(70)로 제조된다. 이러한 매트(70)는 예컨대, 도시된 바와 같이 비드포켓(73), 호청(71) 및 후술되는 비드격리부재로 구성할 수 있다.
비드포켓(73)은 일측의 미도시된 밀봉식 투입구로 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 다량의 비드(BD)가 투입됨에 따라 비드(BD)들을 내부에 수용한다. 이러한 비드포켓(73)은 홑청의 내부에 내장되는 통상의 속청으로, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이 그물망이나 열융착이 가능한 부직포와 같은 섬유재 직물로 구성할 수 있다. 이러한 비드포켓(73)은 도시된 바와 같이 홑청(71)에 의해 외주면이 감싸진다. 홑청(71)은 이불의 속청을 감싸는 통상의 부재이므로 그 자세한 설명은 생략한다.
비드포켓(73)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 테두리 및 테두리의 내측이 비드격리부재에 의해 마감되거나 구획될 수 있다. 비드격리부재는 비드포켓(73)에 내장된 비드(BD)들을 정위치에 격리시켜서 비드포켓(73)에 내장된 비드(BD)들이 주변으로 분산되는 것을 방지한다. 비드격리부재는 도 8에 도시된 바와 같이 봉제선(73a)으로 구성될 수 있다.
봉제선(73a)은 도 8에 도시된 바와 같이 비드포켓(73)의 테두리를 따라 박음질되어 비드포켓(73)에 내장된 비드(BD)들이 외부로 이탈되는 것을 방지하고, 도 8과 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 비드포켓(73)의 테두리 내측에 일직선을 이루면서 등간격으로 봉제되어 비드포켓(73)의 내부에 비드(BD)가 격리되는 구획을 형성한다. 따라서, 비드포켓(73)의 내측에 내장된 비드(BD)들은 구획별로 격리됨에 따라 주변으로 분산되지 않고 정위치, 즉 제 구역에 위치한다.
비드격리부재는 전술한 바와 달리, 도 9 및 도 12에 도시된 바와 같이 비드포켓(73)의 테두리를 따라 비드포켓(73)을 열융착하고, 테두리 내측을 부분적으로 열융착하여 테두리 내측에 열융착 도트를 형성하는 열융착부(73b)로 구성할 수도 있다. 열융착부(73b)는 도 9에 확대 도시된 바와 같이 비드포켓(73)의 상면 및 하면을 도트형태로 열융착하여 내부공간을 감소시킨다, 따라서, 비드(BD)는 나머지 내부공간에 과밀됨에 따라 주변으로 분산되지 않는다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 조성물은, 알긴산나트륨에 혼합되는 무기질 파우더를 통해 미네랄 성분을 비드에 제공할 수 있고, 무기질 파우더의 금속성 성분을 통해 비드의 강성을 강화시킬 수 있을 뿐만 아니라 전열도를 향상시킬 수 있으며, 이에 더하여 결합강도를 강화시키거나 응집고결성을 제공하는 첨가제가 추가로 첨가될 경우 더욱더 비드의 강성을 강화시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 제조방법은, 혼합물이 충전된 드럼을 회전시키면서 적당한 압력으로 물을 분사하여 비드를 용이하게 제조할 수 있고, 비드를 음지에서 건조한 후 온열로 다시 건조한 다음 또 다시 자연광으로 건조하므로 비드의 건조시 균열을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 비드의 강도을 대폭적으로 강화시킬 수 있다.
특히, 온열건조시 특별히 제작된 면상발열체식 히터를 이용하므로 비드를 용이하게 건조시킬 수 있고, 히터의 박판에 형성된 관통공으로 열선의 열기를 제공할 수 있으므로 건조시간을 단축시킬 수도 있으며, 박판이 알루미늄이나 스테인리스로 제조됨에 따라 단시간에 가열될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 제조된 비드에 의해 매트가 제조되므로 매트의 땀이나 물기와 같은 습기를 용이하게 흡숩할 수 있고, 열선이 매트에 구비될 경우 비드의 금속성 성분에 의해 단시간에 가열될 수 있을 뿐만 아니라 열손실을 방지할 수 있으며, 비드포켓에 내장된 비드가 비드격리부재에 의해 격리되어 주변으로 분산되지 않으므로 매트의 사용시 비드의 이동에 의해 매트가 국부적으로 함몰되는 것을 방지할 수도 있다.
전술한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하므로 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되지 않으며, 본질적 특징이 충족될 수 있을 경우 동일 사상의 범주내에서 적절한 변형(구조나 구성의 변경이나 부분적 생략 또는 보완)이 가능하다. 또한, 전술한 실시예들은 특징의 일부 또는 다수가 상호 간에 조합될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 구조 및 구성은 변형이나 조합에 의해 실시할 수 있으므로 이러한 구조 및 구성의 변형이나 조합이 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10: 혼합물 20: 드럼
30: 분무기 50: 히터
51: 박판 52: 시트
52a: 열선 70: 매트
71: 홑청 73: 비드포켓

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 분말형 알긴산나트륨에 염소, 나트륨, 규소, 알루미늄, 칼륨, 칼슘, 철, 마그네슘 및 티타늄으로 이루어진 분말형 무기질 파우더 및 분말 유황이 혼합된 혼합물로 이루어지되, 상기 무기질 파우더가 상기 분말형 알긴산나트륨 100 중량부에 대하여 142 중량부 내지 184 중량부로 혼합되고, 상기 분말 유황이 52 중량부 내지 64 중량부로 혼합된 혼합물로 이루어지며, 상기 혼합물에 잔부의 물이 혼합되어 볼로 형성되는 기능성 비드 조성물에 의한 기능성 비드 제조방법에 있어서,
    상기 분말형 알긴산나트륨에 상기 무기질 파우더 및 상기 분말 유황을 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합물 제조단계;
    상기 혼합물을 상부에 투입구가 마련된 회전식 드럼에 충전하는 드럼 충전단계;
    상기 드럼을 25rpm 내지 40rpm의 속도로 저속회전시키는 드럼 회전단계;
    상기 분말형 혼합물이 결합되어 환형의 혼합물 씨드가 형성되도록, 상기 회전되는 드럼의 투입구에 8m/sec 내지 14m/sec의 유속으로 물을 분무하여 상기 혼합물에 미립자 형태의 물방울을 살포하는 물방울 살포단계;
    상기 혼합물 씨드의 크기가 확대되도록, 상기 혼합물 씨드에 물방울을 다시 살포하여 상기 혼합물을 설정된 크기의 비드로 성형하는 비드 성형단계; 및
    상기 비드를 상기 드럼에서 추출하여 건조하는 비드 건조단계;를 포함하고,
    상기 비드 건조단계는,
    상기 비드를 추출하여 상온의 음지에서 풍압을 제공하면서 건조하는 음건단계; 상기 비드에 히터로 25℃ 내지 42℃의 온열을 제공하여 건조하는 온건단계; 및 상기 비드에 태양광을 조사하여 건조하는 자연광 건조단계; 중 적어도 어느 하나의 단계로 건조하는 것을 특징으로 하며,
    상기 비드는 1.5mm 내지 35mm의 지름으로 성형되는 것을 특징으로 하는 기능성 비드 제조방법.
  5. 제 4 항의 제조방법에 의한 기능성 비드로 제조되는 기능성 매트에 있어서,
    상기 비드가 다량으로 구성되어 일측의 밀봉식 투입구로 투입됨에 따라 상기 비드들을 내부에 수용하는 비드포켓;
    상기 비드포켓에 내장된 상기 비드들을 정위치에 격리시켜서 상기 비드포켓에 내장된 상기 비드들이 주변으로 분산되는 것을 방지하는 비드격리부재; 및
    상기 비드포켓의 외주면을 감싸는 홑청;을 포함하고,
    상기 비드격리부재는,
    상기 비드포켓의 테두리 및 테두리의 내측에 일직선을 이루면서 등간격으로 봉제되는 봉제선, 또는 상기 비드포켓의 테두리 및 테두리 내측을 부분적으로 열융착하는 열융착부 중 적어도 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 기능성 매트.
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