KR102528078B1 - 스티로폼 대체용 친환경 단열소재 조성물 및 이를 포함하는 친환경 단열소재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 친환경 단열소재 조성물에 관한 것으로, 상기 단열소재 조성물에 의하는 경우, 폐기처리가 어려운 스티로폼을 대체하여 단열재, 완충재 또는 포장재로 사용될 수 있으며 식물성 소재를 포함함으로써 폐기 처리가 용이하면서도 단열성, 내구성 및 경량성이 우수한 단열소재 조성물 및 이를 포함하여 제조된 친환경 단열소재를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 스티로폼 대체용 친환경 단열소재 조성물 및 이를 포함하는 친환경 단열소재에 관한 것이다. 보다 상세하게는 식물성 소재를 포함함으로써 친환경이며, 내구성, 단열성, 경량성 및 내수성이 우수하여 스티로폼을 대체할 수 있는 친환경 단열소재 조성물 및 이를 포함하는 친환경 단열소재를 제공할 수 있다.
증가하는 양의 폐기물 스트림은 일상 생활의 많은 제품의 취급 및 유통을 특징으로 한다. 예를 들어, 식품 유통 및 서비스 산업에서, 수십억 개의 방대한 비-생분해성 물품은 모든 대륙의 폐기물 스트림으로 끝난다. 폴리머코팅된 카톤 기반 또는 스티로폼 기반 제품은 10-100년 범위의 예상 수명을 갖는다. 그러한 물품은 비환경적 비용 최적화되고 기술적으로 성숙된 대량 생산 공정으로부터 생산된다.
특히 물질이 생산에서 폐기까지 고려되는 경우, 이러한 비-생분해성 물질과 관련된 환경 비용이 있다는 대중의 인식이 증가하고 있다. 이러한 환경 비용은, 예를 들어, 생분해성 또는 환경적으로 중립적인 대안보다 상당히 높을 수 있다.
그러나 비-생분해성 물질의 교체는 복잡하다. 현대적인 처리, 포장, 저장, 유통, 서비스 및 소비는 다양한 유체 및 고체 상품에 대한 적절한 포장 재료를 필요로 한다. 유통, 음식 및 음료 소비는 보울, 클램셀, 용기, 컵, 베이킹 팬, 플레이트, 트레이, 또는 당 분야에 공지된 다른 유용한 구조를 포함하나 이에 제한되지 않는 다양한 일회용 용기를 필요로 한다. 단기간 적용에 장기간용 포장의 사용은 점점 더 환경적으로 무책임한 것으로 간주되지만, 포장은 환경적 영향, 품질 저하 및 손상으로부터 보호해야 한다.
매년 플라스틱 코팅지 또는 판지; 폴리에틸렌 또는 PE, 폴리프로필렌 또는 PP, 폴리스티렌 및 발포 폴리스티렌과 같은 다양한 플라스틱 물질; 유리; 및 금속으로 만든 일회용 용기가 식품 및 비-식품 용도 둘 모두로 생산된다. 비교적 짧은 유용한 수명 후에, 수십억 개의 일회용 용기는 쉽게 분해되지 않는 폐기물 스트림으로 들어간다. 또한, 그러한 물품을 보다 경량화하는데 광범위한 관심이 집중되었지만, 그러한 "경량" 물품을 제조하기 위해 수백만 톤의 원료를 사용하는 것은 환경 비용을 초래한다.
예를 들어, 주로 스티로폼으로 불리는 발포 폴리스티렌은 현재 응용 분야에 최적화된 가볍고 안정적이며 가격이 저렴하고 가벼워 운반하기 편리한 장점이 있으며, 건축용 단열자재나 포장용 박스 등으로 다양하게 사용되고 있다.
그러나, 발포 폴리스티렌의 제조는 폴리스티렌용 벤젠 및 스티렌, 및 발포를 위한 전통적인 발포제 및 팽창제를 포함하는 유해 화학물질을 포함하며, 친환경적인 자재가 아닐뿐더러 강도에 약하여 단독 사용에 무리가 있으며, 소금물이나 햇볕에 약해 쉽게 부식될 가능성이 있다. 또한, 파손 등으로 발생된 스티로폼 부스거리는 주변 환경 미관을 해치면서도 바다로 유출되어 해수 오염을 일으키는 요인으로 작용함으로써 근래 바다에서의 사용이 규제되고 있는 실정이다.
또한, 이는 매립으로 처리하기 곤란하며, 열분해에 의하는 경우 유독물질이 발생할 뿐 아니라 장기간 사용 시 자외선에 의한 광분해로 2차 오염이 발생할 수 있어 빠른 시일 내에 이를 대체하기 위한 소재가 개발되어야 할 것으로 사료된다.
관련하여, 무기재를 기반으로 스티로폼을 대체하는 고중량의 건축자재의 개발은 활발하나, 스티로폼이 활용되는 일반 소비재의 경우 이를 대체할 수 있는 친환경 소재가 거의 전무하여 본원발명에서는 식물성 소재를 기반으로 하여 친환경적이면서도 단열성이 우수하고, 경량성, 내수성 및 내구성 또한 우수한 친환경 단열 소재를 제공하고자 이 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 보릿대, 짚, 부레옥잠 및 접착물을 포함하여 사용 후 폐기가 용이한 친환경 단열소재 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 폐기가 어려운 스티로폼 대체를 위해 천연물을 기반으로 제조함으로써 단열성이 높으며 내구성 및 경량성이 우수한 친환경 단열소재 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 조성물을 포함하는 친환경 단열 소재를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 단열소재 조성물은 보릿대, 짚, 부레옥잠 및 접착물을 포함하는 것이다.
상기 조성물은 식물성 소재를 더 포함하는 것이다.
상기 식물성 소재는 사탕수수, 옥수수, 단수수, 나무톱밥 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이다.
상기 접착물은 무기 접착제, 유기 합성 수지 접착제, 유기 합성 고무 접착제, 유기 합성 혼합 접착제, 유기 천연 녹말계 접착제, 유기 천연 단백질계 접착제, 유기 천연 수지계 접착제, 유기 천연 고무계 접착제로부터 선택되는 것이다.
상기 무기 접착제는 시멘트 접착제, 규산 접착제, 세라믹 접착제로부터 선택되는 것이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 친환경 단열소재는 상기 조성물을 이용하여 제조된 것이다.
상기 친환경 단열소재는 완충용 포장재, 포장용 단열재, 모형제품, 단열 용기 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 용도로 사용될 수 있는 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "추출물"은 상술한 바와 같이 당업계에서 조추출물(crude extract)로 통용되는 의미를 갖지만, 광의적으로는 추출물을 추가적으로 분획(fractionation)한 분획물도 포함한다. 즉, 추출물은 상술한 추출 용매를 이용하여 얻은 것뿐만 아니라, 여기에 정제과정을 추가적으로 적용하여 얻은 것도 포함한다. 예컨대, 상기 추출물을 일정한 분자량 컷-오프 값을 갖는 한외여과막을 통과시켜 얻은 분획, 다양한 크로마토그래피(크기, 전하, 소수성 또는 친화성에 따른 분리를 위해 제작된 것)에 의한 분리 등, 추가적으로 실시된 다양한 정제 방법을 통해 얻어진 분획도 본 발명의 추출물에 포함되는 것이다.
본 발명에서 이용되는 추출물은 감압 증류 및 동결 건조 또는 분무 건조 등과 같은 추가적인 과정에 의해 분말 상태로 제조될 수 있다.
본 명세서에서 용어 "유효성분으로 포함하는"이란 하기의 천연 추출물의 효능 또는 활성을 달성하는 데 충분한 양을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 중, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 단열소재 조성물은 보릿대, 짚, 부레옥잠 및 접착물을 포함한다.
종래, 스티로폼(Styrofoam)은 발포폴리스티렌(EPS, Expanded Poly Styrene)인 것으로, 체적의 98%가 공기이고 나머지 2%가 폴리스티렌(PS) 수지로 구성된 소재이다. 스티로폼은 폴리스티렌(PS) 수지에 펜탈 또는 부탄을 포함하는 탄화수소 등의 발포제를 가하여 이를 증기로 부풀린 발포제품으로 자원 절약형 소재이다. 상기 스티로폼은 단열성, 충격흡수성, 방음성, 경량성, 내구성, 가공성 등이 우수하여 포장재, 건축단열재 등으로 주로 사용되고 있으나, 표면에 공극이 많아 습기가 많은 곳에 취약하며 화재발생 시 유해가스 방출로 대체 물질에 대한 요구가 늘어나고 있는 추세이다.
본원발명은 스티로폼이 사용되는 분야 중 특히 일반 소비재분야에 주로 사용되는 포장용 스티로폼 단열재, 충격방지용 포장재, 일회용 단열제품 또는 모형제품에 사용될 수 있는 대체품으로 친환경 단열소재를 제공하고자 하였으며, 하기에 구체적인 설명을 기술하였다.
본원발명의 친환경 단열소재 조성물은 보릿대, 짚, 부레옥잠 및 접착물을 주요 구성으로 포함하는 것으로, 상기 보릿대, 짚, 부레옥잠을 분쇄한 분쇄물을 접착물을 이용한 후 성형하여 단열성, 내구성 및 경량성이 우수하면서도 항균성 있는 친환경 단열 소재를 제공할 수 있다.
상기 보릿대는 맥간이라고도 불리며, 보리짚의 대를 의미하는 것으로, 보리의 줄기를 의미한다. 보리(Barley)는 쌀보리와 겉보리로 나뉘며 쌀보리는 주로 식재료로 사용되나 겉보리는 식재료로 사용되기보다는 사료 또는 조청 제조시 원료로 주로 사용된다. 본원발명의 친환경 단열소재 조성물에 포함될 수 있는 보릿대는 겉보릿대 또는 쌀보릿대 일 수 있으며, 겉보릿대는 상대적으로 쌀보릿대에 비해 힘이 없으므로, 본원발명 조성물에서는 쌀보릿대를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 짚(straw)은 벼, 보리, 밀 조 따위의 이삭을 떨어낸 줄기와 잎을 포함하는 것으로, 볏짚, 밀짚, 보릿짚, 조짚 등으로 불리기도 한다. 상기 다양한 짚 중에서 본원발명에서 바람직하게 포함되는 종류로는 볏짚일 수 있으나 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 부레옥잠(water hyacinth)은 외떡잎식물 분질배유목 물옥잠과의 여러해살이풀로 열대 및 아열대 아메리카 원산이다. 연못에서 떠다니며 자라며 밑에 수염뿌리처럼 생긴 잔뿌리들은 수분과 양분을 빨아들이고, 몸을 지탱하는 구실을 한다. 잎은 달걀 모양의 원형으로 많이 돋으며 너비와 길이가 각각 4~10cm로 밝은 녹색에 털이 없고 윤기가 있다. 잎자루는 공 모양으로 부풀어 있으며 그 안에 공기가 들어 있어 표면에 떠 있을 수 있도록 한다. 길이는 10~20cm이며, 꽃은 8∼9월에 피고 연한 보랏빛이며 수상꽃차례를 이루고, 밑부분은 통으로 되며 윗부분이 깔때기처럼 퍼진다. 6개의 갈래조각 중에서 위의 것이 가장 크고, 연한 보랏빛 바탕에 황색 점이 있다. 6개의 수술 중 3개가 길고 수술대에 털이 있으며 암술대는 실처럼 길다. 씨방은 상위이다.
본원발명의 친환경 단열소재 조성물은 보릿대, 짚 및 부레옥잠을 포함하는 친환경 소재의 조성물에 의해 폐기가 용이하면서도 단열성, 내구성, 경량성 및 내수성이 우수하며 항균활성이 있는 친환경 단열 소재를 제공할 수 있다.
상기 조성물은 식물성 소재를 더 포함한다.
상기 식물성 소재는 사탕수수, 옥수수, 단수수, 나무톱밥 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 사탕수수(sugar cane, Saccharum officinarum)는 외떡잎식물 벼목 화본과의 여러해살이풀로 감자(甘蔗)라고도 한다. 열대지방에서 자란다. 높이 2∼6m이다. 줄기는 무리지어 나오며 자라는데, 곧게 서며 가지를 치지 않는다. 줄기에는 20∼30개의 마디가 있고 잎은 어긋나며 길이 70cm 정도, 나비 1.5∼5cm이다. 잎집은 줄기를 감싼다. 줄기에 묻어 있는 당분은 결정체와 비결정체의 2종류로 구분한다. 결정체는 사탕수수당(cane sugar)이라고 하여 제당과정에서 쉽게 결정을 이루어 설탕이 된다. 비결정체는 주로 포도당과 과당으로 되어 있는데 결정이 되지 않고 액체상태로 있는 당분이다. 줄기에 들어 있는 수크로오스의 함량은 줄기의 부분에 따라 다른데, 중간부분에 가장 많고 아랫부분과 윗부분에는 적다. 재배에는 연평균기온 20℃ 이상이어야 하고 연강우량 1200∼2000mm가 필요하므로, 한국에서는 재배가 어렵다. 재배할 때는 해마다 1마디나 2∼3마디로 줄기를 잘라서 심는 종경(種莖)을 한다. 보통 심은 뒤 1년에서 1년 반 정도 지나면 수확한다.
상기 옥수수(corn, Zea mays)는 외떡잎식물 벼목 화본과의 한해살이풀로, 줄기는 곧게 서며 높이 1.5∼2.5m 자라고 일반적으로 가지를 치지 않는다. 잎은 너비 5∼10㎝, 길이 1m 이상이며 줄기에 어긋나게 달린다. 수꽃이삭은 줄기 끝에 달리고 암꽃이삭은 줄기 중앙부의 잎겨드랑이에 달리며 몇 장의 포엽에 싸여 있는 이삭축의 표면에 10∼20열의 암꽃 작은이삭이 세로로 늘어선다. 각각의 작은이삭은 2개의 작은 꽃으로 되어 있으며 1개의 작은 꽃은 불임화(不稔花)이다. 씨방에는 긴 비단실 모양의 암술대가 있으며 이것이 개화할 때 다발 모양으로 포 끝에 나와서 수분(受粉)한다. 같은 그루에서는 수꽃이 암꽃보다 2일 정도 빨리 피며 풍매화로서 타가수정을 한다. 옥수수알은 수분 후 젖익음때(유숙기), 풀익음때(호숙기), 굳음때(경화기), 누루익음때(황숙기)를 거쳐서 익음때(성숙기)에 이르며 품종과 지역에 따라 차이는 있으나 성숙까지 45~60일이 걸린다.
상기 단수수(sweet sorghum, Sorghum bicolor var. dulciusculum)는 쌍떡잎식물 벼목 화본과의 한해살이풀로 노율(盧栗)이라고도 한다. 열대 아프리카가 원산지이다. 한해살이 재배식물이지만 열대지방에서는 여러해살이풀이다. 수수의 변종으로 수수와 겉모양이 거의 같다. 줄기는 9∼12개의 마디가 있고 속이 차 있으며 높이가 3m이고 지름이 1∼2.5cm이다. 잎은 어긋나고 길이가 50∼60cm, 폭이 6cm이며 끝이 처진다. 처음에는 잎과 줄기가 녹색이지만 적갈색으로 변한다. 꽃은 원추꽃차례를 이루며 줄기 끝에 많은 수가 빽빽이 달린다. 암꽃은 꽃자루가 없고 길이가 5mm이며 밑 부분에 털이 있다. 줄기에 10∼16%의 당분이 들어있어 감미료로 이용하는데, 사탕수수와는 달리 비결정 포도당을 많이 가지고 있어 물엿과 같은 시럽의 원료로 이용한다. 가축사료로도 쓰이는데, 어린 식물체의 잎과 줄기에는 시안산 배당체가 들어있어 어릴 때에는 사료로 쓰기 어렵고, 높이가 1m 이상 자란 후에 이용하는 것이 좋다. 종자는 녹말이 많아 가축의 먹이는 물론 식용한다.
또한, 상기 나무톱밥(sawdust)은 나무를 절단, 연마, 사포질 등 목재를 가공하는 과정에서 발생하는 부산물로, 고운 목재 입자로 구성되어 있다. 일상생활에서는 주로 애완용 설치류의 케이지 바닥재로 사용되거나 퇴비를 제조할 때 사용하기도 하며 볏짚보다 질소 함량이 높아 질좋은 퇴비를 제조할 수 있다.
상기 사탕수수, 옥수수, 단수수 또는 나무톱밥은 본원발명의 친환경 단열소재 조성물에 포함될 수 있으며 바람직하게 상기 사탕수수, 옥수수 또는 단수수는 각 수수의 수숫대를 포함하는 것일 수 있다.
특히, 본원발명의 친환경 단열소재 조성물에 포함할 수 있는 식물성 소재는 바람직하게 사탕수수인 것일 수 있다.
즉, 보릿대, 짚, 부레옥잠 및 사탕수수를 포함함으로써 내구성이 있으면서도 단열성, 경량성 및 내수성이 우수한 친환경 단열 소재를 제조할 수 있는 조성물을 제공할 수 있다.
상기 친환경 단열소재 조성물의 바람직한 중량부는 보릿대 100 중량부에 대하여 짚 80 내지 120 중량부, 사탕수수 80 내지 120 중량부 및 부레옥잠 60 내지 100 중량부인 것일 수 있다.
상기 중량범위를 벗어나는 경우, 항균성, 내구성, 단열성, 내수성 및 경량성이 우수한 친환경 단열소재의 상기 특징적인 효과가 급격히 저하되거나 감소할 수 있으므로 상기 중량범위 내로 혼합되는 것이 바람직할 것이다.
보다 바람직하게, 본원발명의 상기 친환경 단열소재 조성물은 산비장이 추출물, 절굿대 추출물, 좁은잎천선과나무 추출물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 산비장이(Serratula coronata subsp. insularis)는 쌍떡잎식물 초롱꽃목 국화과의 여러해살이풀로 산지에서 자라며, 높이 30∼140cm이다. 세로줄이 있고 뿌리줄기가 나무처럼 단단하며 줄기는 곧게 선다. 뿌리에 달린 잎은 달걀 모양 긴 타원형으로서 끝이 뾰족하고 깃처럼 완전히 갈라진다. 갈래조각은 타원형이고 가장자리에 불규칙한 톱니가 있으며 잎자루는 길이 11∼30cm이다. 줄기에 달린 잎은 뿌리에 달린 잎과 비슷하지만 위로 갈수록 크기가 작아진다. 꽃은 7∼10월에 연한 붉은 자줏빛으로 피고 두화(頭花)는 지름 3∼4cm이며 가지 끝과 줄기 끝에 1개씩 달린다. 총포는 종 모양이고 노란빛을 띠는 녹색이다. 포조각은 6줄로 늘어서는데, 바깥조각과 가운뎃조각은 끝이 뾰족하고 겉에 거미줄 같은 털이 약간 난다. 열매는 수과(瘦果)로서 원통형이며 길이 약 6mm이다. 관모는 길이 11∼14mm로서 갈색이고 깃 같은 털이 없다. 어린순을 나물로 먹는다. 한국·일본에 분포한다.
상기 절굿대(Echinops setifer)는 쌍떡잎식물 초롱꽃목 국화과의 여러해살이풀로, 개수리취 또는 절구대라고도 한다. 양지쪽 풀밭에서 자란다. 높이 1m 내외이고 가지가 약간 갈라지며 솜 같은 털로 덮여서 전체가 흰색이 돈다. 뿌리에서 나온 잎은 잎자루가 길고 표면은 녹색이며 뒷면은 흰색이다. 또한 가장자리가 엉겅퀴같이 갈라지며 가시가 있다. 줄기에서 나온 잎은 잎자루가 없고 긴 타원형이며 5∼6쌍으로 갈라진다. 꽃은 7∼8월에 피고 남자색이며 지름 5cm 정도로서 관상화이다. 화관은 끝이 5개로 갈라져서 뒤로 말리고 총포는 끝이 가시처럼 된다. 열매는 수과로서 털이 빽빽이 나고 관모는 비늘조각처럼 생긴다. 어린 잎은 식용하고 뿌리를 부스럼에 사용한다. 한국 또는 일본에 분포한다.
상기 좁은잎천선과나무(Ficus erecta var. sieboldii)는 쌍떡잎식물 쐐기풀목 뽕나무과의 낙엽활엽 관목으로, 가는잎천선과나무라고도 한다. 바닷가 산기슭에서 자라며 높이 2∼4m이다. 나무껍질은 잿빛이 섞인 흰색이며 어두운 갈색 피목이 있고 털이 없다. 잎은 어긋나고 천선과나무보다 좁은 바소꼴이며 길이 10∼20cm이다. 끝부분이 뾰족하고 가장자리는 밋밋하거나 거친 톱니가 난다. 곁맥은 5∼6쌍이고 잎자루는 길이 1∼4cm이다. 꽃은 암수딴그루로 5∼6월에 잎겨드랑이에 1개씩 달려 핀다. 주머니 모양의 화낭(花囊)은 달걀을 거꾸로 세워놓은 모양인데, 3개의 포가 있고 많은 꽃이 들어 있다. 지름 약 15mm로, 자란 뒤에 열매가 되어 가을에 어두운 자줏빛으로 익는다. 번식은 꺾꽂이로 한다. 관상용으로 심고 어린 잎과 열매는 먹는다. 한국(제주도 또는 전라남도), 일본 및 타이완에 분포한다.
바람직하게, 본원발명의 친환경 단열소재 조성물은 상기 산비장이 추출물, 절굿대 추출물 및 좁은잎천선과나무 추출물을 더 포함함으로써 상기 친환경 단열소재 조성물의 항균 효과가 우수하게 나타날 수 있다.
즉, 보릿대 100 중량부에 대하여 짚 80 내지 120 중량부, 사탕수수 80 내지 120 중량부 및 부레옥잠 60 내지 100 중량부에 더하여 산비장이 추출물 1 내지 20 중량부, 절굿대 추출물 1 내지 20 중량부 및 좁은잎천선과나무 추출물 1 내지 20 중량부를 더 포함함으로써 보다 더 우수한 항균 효과를 나타낼 수 있는 것이다.
이에, 단열성, 내구성 및 경량성이 우수하면서도 항균 활성 또한 우수한 친환경 단열소재 조성물 및 이를 포함하여 제조된 친환경 단열소재를 제공할 수 있다.
한편, 상기 접착물은 무기 접착제, 유기 합성 수지 접착제, 유기 합성 고무 접착제, 유기 합성 혼합 접착제, 유기 천연 녹말계 접착제, 유기 천연 단백질계 접착제, 유기 천연 수지계 접착제, 유기 천연 고무계 접착제로부터 선택된다.
'접착'이란 2가지의 동종 또는 이종의 고체에 어떤 물질을 개입시켜 결합하는 현상으로, 이러한 물질을 '접착제'라고 한다. 접착제는 주된 성분에 따라 무기 접착제 및 유기 접착제로 나뉠 수 있다.
상기 유기 접착제는 유기 합성 접착제와 유기 천연 접착제로 또 분류된다.
상기 유기 합성 접착제는 유기 합성 수지 접착제, 유기 합성 고무 접착제, 유기 합성 혼합 접착제로 분류되며, 상기 유기 천연 접착제는 유기 천연 녹말계 접착제, 유기 천연 단백질계 접착제, 유기 천연 수지계 접착제 및 유기 천연 고무계 접착제로 분류된다.
상기 유기 합성 수지 접착제는 열경화성을 띄는 요소계, 멜라민계, 페놀계, 불포화 폴리에스테르계, 에폭시계, 레졸시놀계 등을 포함하며, 열가소성을 띄는 초산 비닐계, 폴리비닐알코올계, 염화비닐계, 폴리비닐아세탈계, 아크릴계, 포화 폴리에스테르계, 폴리아미드계, 폴리에틸렌계 등을 포함한다.
상기 유기 합성 고무 접착제는 스티렌을 포함하는 부타디엔고무계, 니트릴고무계, 부틸고무계, 실리콘고무계, 클로로프렌고무계 등을 포함한다.
상기 유기 합성 혼합 접착제는 페놀을 포함하는 비닐계, 페놀-크로로프렌 고무계 등을 포함하며, 에폭시를 포함하는 폴리아미드계, 나트릴고무-에폭시계 등을 포함한다.
상기 유기 천연 녹말계는 녹말, 덱스트린 등을 포함하고, 단백질계는 아교, 카세인 등을 포함하며, 고무계는 라텍스, 고무풀 등을 포함하며, 수지계는 송진, 셀락 등을 포함하는 것이다.
상기 무기 접착제는 시멘트 접착제, 규산 접착제, 세라믹 접착제로부터 선택된다.
그 중, 상기 규산나트륨 접착제의 규산나트륨은 규산 또는 실리카 무기물로 이산화규소와 산소, 금속을 함유하고 있으며 용해성과 희식성이 양호해 물유리(Water glass)라고도 부르며 일반적으로는 규산소다라고 불린다.
상기 규산나트륨은 순 무기질 재료로 특성상 무취, 그리고 부패 및 변질이 없어 시간이 지나도 완전한 겔 상태로 고화를 이루며 건조 이후 내화성, 내열성 또한 우수한 특징이 있다.
보다 구체적으로는 본원발명에서 사용하는 접착제는 규산(실리카) 소재의 무기 접착제일 수 있으며, 특히 왁스가 함침된 규산(실리카) 소재의 무기 접착제인 것이 바람직하나 이에 제한하는 것은 아니다.
바람직하게, 보릿대 100 중량부에 대하여 짚 80 내지 120 중량부, 사탕수수 80 내지 120 중량부, 부레옥잠 60 내지 100 중량부 및 접착제 40 내지 60 중량부를 포함하는 것일 수 있으며,
더 바람직하게는, 보릿대 100 중량부에 대하여 짚 80 내지 120 중량부, 사탕수수 80 내지 120 중량부, 부레옥잠 60 내지 100 중량부, 산비장이 추출물 1 내지 20 중량부, 절굿대 추출물 1 내지 20 중량부 및 좁은잎천선과나무 추출물 1 내지 20 중량부에 접착제 40 내지 60 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
이에 상기 중량부를 벗어나는 경우 항균 뿐 아니라 우수한 단열성, 내구성, 내수성 또는 경량성을 나타내기 어려워 상기 범위 내의 중량범위로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 친환경 단열소재는 상기 조성물을 이용하여 제조된다.
상기 친환경 단열소재는 포장재, 단열재, 모형제품, 단열 용기 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 용도로 사용될 수 있다.
상기 포장재 및 단열재는 완충성이 우수하여 외부의 충격으로부터 제품을 보호하는 소재로 불특정 제품 배송 시 제품끼리의 마찰이나 외부 물질에 부딪히거나 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 단열 효과가 우수하여 가열 또는 냉동식품의 보관 시 용이할 수 있다. 본원발명의 친환경 단열소재 조성물에 의해 제조된 친환경 단열소재는 완충용 포장재 또는 포장용 단열재 등으로 사용됨으로써 폐기가 용이하지 않은 스티로폼을 대체하여 사용될 수 있다.
또한, 상기 모형 제품의 모형이란 기존 또는 계획 예정인 대상물의 입체적인 특성을 명시하기 위해 실물을 본떠 만든 것을 의미하며, 이러한 형상의 제품을 모형 제품이라고 한다. 본원발명의 친환경 단열소재용 조성물은 제작하고자 하는 모형 제품의 틀을 준비한 뒤 본원발명의 친환경 단열소재용 조성물을 원료로 하여 이를 틀에 부어 건조함으로써 제작될 수 있다.
상기 단열 용기는 유체가 고온으로 유지되고 있는 경우에 고온으로부터 열을 차단하여 용기의 내부 표면 온도를 낮추기 위하여 용기 내부에 단열재를 시공한 제품을 의미하는 것으로, 고온의 물로 조리되며 사용자가 고온의 조리용 물에 의해 화상을 입지 않고 안전히 취식할 수 있도록 한 보온 및 단열기능이 있는 일회용 식품을 포장하는 용기이다. 본원발명에서 상기 단열 용기의 용도를 제한하는 것은 아니나, 일 예로 컵라면, 즉석 밥, 커피용 컵 등의 용기로 사용될 수도 있다.
상기 단열 용기로 사용되는 경우 내부 표면에 방수 코팅층이 형성될 수 있으며, 상기 코팅층을 형성함으로써 단열 용기는 음식물에 의해 용기 내부 및 외부로 액체가 새거나 들어오는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본원발명의 상기 친환경 단열소재 조성물은 상기 기재된 용도에 한정하는 것이 아니며, 통상의 기술자의 수준에서 활용될 수 있는 분야에 활용될 수 있는 것이다.
본 발명의 친환경 단열소재 조성물에 의하면 보릿대, 짚, 부레옥잠 및 접착물을 포함함으로써 스티로폼을 대체하면서도 내구성, 단열성, 내수성 및 경량성이 우수한 단열소재 조성물 및 이를 포함하여 제조된 단열소재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물을 포함하여 제조된 단열소재는 완충용 포장재, 포장용 단열재, 모형제품 또는 단열 용기 등 다양하게 활용될 수 있으면서도 사용 후 폐기가 용이할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[제조예 1 : 친환경 단열소재 조성물을 포함하는 단열재 제조]
하기의 표 1과 같이 혼합하여 친환경 단열소재 조성물을 포함하여 단열재를 제조하였다. 보다 상세하게, 보릿대, 볏짚, 사탕수수의 수숫대 및 부레옥잠은 깨끗이 물에 헹구어 이물질을 제거하고 3일동안 자연 건조한 뒤, 분쇄기를 통해 60 내지 100 mesh 크기로 분쇄한 후 하기 표 1의 중량부 구성과 같이 보릿대, 볏짚, 사탕수수, 부레옥잠, 접착제(왁스 함침 실리카 무기 접착제)를 투입하여 혼합한 뒤 30cm*30cm*8cm의 판 형태의 단열재로 압축성형하고, 상온에서 48시간 건조를 통해 단열재 제조(HI1 내지 HI10)를 완료하였다.
| HI1 | HI2 | HI3 | HI4 | HI5 | HI6 | HI7 | HI8 | HI9 | HI10 | |
| 보릿대 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | - |
| 볏짚 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | 100 | 100 | 100 | - | 100 |
| 사탕수수 | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 | - | 100 | - | 100 | 100 |
| 부레옥잠 | 40 | 60 | 80 | 100 | 90 | - | - | 80 | 80 | 80 |
| 접착제 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
(단위 : 중량부)
[실험예 1: 본원발명 단열재(HI)의 물성 평가]
1. 단열성, 내구성, 경량성 및 내수성 평가
본원발명의 친환경 단열소재 조성물로 제조된 친환경 단열재의 단열성, 내구성, 경량성 및 내수성을 평가하기 위해 하기에 실험을 진행하였다.
1-1. 실험방법
KS K 0560 항온법에 따른 방법을 통하여 KS K 0466에 규정된 시험기를 사용하여 보온율을 측정을 실시하고자 하였으며, 상기 제조예 1에서 제조한 친환경 단열재의 단열성을 측정하였다.
또한, KS M 3808 시험법에 따른 방법을 통해 압축강도(내구성)도 측정하였다. 대조구로는 기존 화학합성 단열재인 스티로폼(대조구)을 대상으로 같이 측정하였다.
경량성 시험은 대조구를 지수 5로 고정하여 1 내지 10의 지수로 상대 평가하여 비교하였으며, 그 숫자가 클수록 경량성이 감소하는 것이다.
내수성 평가는 시료를 수종에 15일간 침적 후 침투성, 흡수성 및 휨을 판단하였다.(A : 좋음, B : 보통, C : 나쁨)
1-2. 실험결과
상기 내구성, 단열성, 경량성 및 내수성 평가에 대한 종합적인 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
| 대조구 | HI1 | HI2 | HI3 | HI4 | HI5 | HI6 | HI7 | HI8 | HI9 | HI10 | |
| 보온율(%) | 64 | 75 | 82 | 85 | 84 | 76 | 70 | 73 | 72 | 71 | 71 |
| 압축강도(kg/cm2) | 0.5 | 16 | 19 | 21 | 22 | 17 | 11 | 12 | 13 | 14 | 13 |
| 경량성(지수) | 5 | 4.9 | 5.1 | 5.2 | 5.2 | 5.4 | 4.8 | 5.1 | 5 | 5 | 5 |
| 내수성 | C | B | A | A | A | B | C | B | B | B | B |
상기 표 2와 같이, 대조구인 스티로폼은 압축강도가 0.5kg/cm2, 보온율이 60%를 나타나는 반면, 본원발명의 단열재는(HI) 대조구보다 훨씬 높은 단열성과 내구성을 나타냄을 확인하였다.
경량성의 경우 스티로폼인 대조구와 비교하였을 때 크게 차이가 나지 않으며 비슷한 수준을 나타내는 것을 확인하였다. 이는 본원발명의 친환경 단열소재 조성물로 제조된 단열재의 경량성이 시중에 판매되는 스티로폼과 큰 차이가 없는 것으로 확인되었다.
또한, 내수성의 경우 대조구에 비해 본원발명의 친환경 단열소재 조성물로 제조된 단열재의 경우 좋음 수준으로 평가됨을 확인할 수 있었다.
사탕수수 및 부레옥잠을 포함하지 않는 HI6의 경우 단열, 내구성 및 내수성에 있어 그리 높지않은 평가를 나타내었으며, 보릿대, 볏짚, 사탕수수 및 부레옥잠 중 어느 하나를 포함하지 않은 HI7 내지 HI10의 경우 경량성에는 큰 차이가 없으나, 단열을 나타내는 보온율(%), 압축강도 및 내수성에 있어 본원발명의 바람직한 중량부로 포함하는 HI2 내지 4에 비해 보다 낮은 수준인 것을 확인할 수 있다.
한편, 상기 종합적인 평가에서 가장 우수한 평가를 받은 HI2 내지 HI4는 상기 조성물의 바람직한 중량부 구성으로 포함함으로써 나타나는 결과인 것으로, 보온율 82 내지 85%, 압축강도 19 내지 22kg/cm2, 경량성은 스티로폼과 유사하면서도 내수성이 좋아 상기 중량범위 내로 제조된 친환경 단열재를 제조하는 경우 우수한 물성을 띄는 단열소재로 사용할 수 있음을 확인할 수 있다.
[실험예 2: 본원발명 단열재(HI)의 항균성 평가]
2-1. 실험방법
상기 제조예 1의 본원발명의 단열재에 대하여 대장균(Escherichia coli ATCC 25922), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442) 및 화농균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)에 대하여 세균 감소율을 KICM-FIR-1002 시험방법에 의해 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
[평가 기준]
◎ : 우수, ○ : 양호. △ : 보통, × : 불량
2-2. 실험결과
상기 항균성 평가에 대한 실험 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
| HI1 | HI2 | HI3 | HI4 | HI5 | HI6 | HI7 | HI8 | HI9 | HI10 | |
| 항균성 | ○ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ | △ | ○ | ○ | ○ | ○ |
상기 표 3을 참조하면, 본원발명의 조성물의 경우 보통 이상의 항균평가를 나타냄을 통해 볏짚, 보릿대, 사탕수수 및 부레옥잠에 의해 항균 효과를 기대할 수 있는 것으로 확인할 수 있으며, 특히 보릿대 100 중량부에 대하여, 볏짚 80 내지 120 중량부, 사탕수수 80 내지 120 중량부, 부레옥잠 60 내지 80 중량부 및 접착제 50 중량부를 포함하는 HI2 내지 HI4의 경우 가장 우수한 항균성을 나타내어 상기 범위 내로 혼합하는 경우 바람직한 항균 효과를 나타낼 수 있는 친환경 단열소재 조성물을 제공할 수 있을 것으로 확인되었다.
[제조예 2 : 천연 추출물의 제조]
산비장이를 세척 및 건조하고 분쇄한뒤 상기 분쇄된 분말을 추출용매인 에탄올에 넣고 25에서 24시간동안 120rpm으로 진탕 혼합하였다.
이를 통해 얻은 산비장이 추출액은 Whatman No. 2 여과지로 여과하였고, 진공회전농축기(N-1000S)를 사용하여 용매가 제거된 산비장이 추출물(SE)분말을 획득하였다. 상기 산비장이 추출물(SE)의 분말을 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO)에 녹여 100mg/ml의 원액(stock solution)을 제조한 후 4에서 보관하였다. 원액은 생리식염수를 사용하여 원하는 농도로 희석시켜 실험을 진행하였다.
상기 산비장이 추출물(SE)과 동일한 방법으로 절굿대 추출물(EE) 및 좁은잎천선과나무 추출물(FE)를 제조하였다.
[제조예 3 : 천연 추출물을 포함하는 친환경 단열소재 조성물의 제조]
상기 제조예 1 중 실험예 1에서 단열, 내열 및 항균 효과가 가장 우수한 친환경 단열소재 조성물(HI3)의 조성과 하기 표 4와 같은 중량부의 천연 추출물을 추가하여 혼합한 뒤 이를 상기 제조예 1과 같이 30cm*30cm*8cm의 판 형태의 단열재로 압축성형하고, 상온에서 48시간 건조를 통해 친환경 단열재의 천연 추출물 포함에 따른 실험 결과를 확인하기 위해 친환경 단열재를 제조하였다.
| HI3 | MH1 | MH2 | MH3 | MH4 | MH5 | |
| 친환경 단열소재 조성물 | HI3 | HI3 | HI3 | HI3 | HI3 | HI3 |
| 산비장이 추출물(SE) | - | 0.1 | 1 | 10 | 20 | 40 |
| 절굿대 추출물(EE) | - | 0.1 | 1 | 10 | 20 | 40 |
| 좁은잎천선과나무 추출물(FE) | - | 0.1 | 1 | 10 | 20 | 40 |
(단위 : 중량부)
[실험예 3: 천연 추출물을 포함하는 친환경 단열재의 종합적인 실험 결과]
상기 제조예 1의 친환경 단열소재 조성물의 실험방법과 동일하게 진행하였으며, 단열재만을 MH1 내지 MH5로 변경하여 그 결과를 하기에 종합적으로 나타내었다.
실험 결과의 객관적인 비교를 위해 친환경 단열재(HI3)의 효과를 지수 5로 하고, 상대적인 비교를 위해 지수 1 내지 10으로 평가하였으며, 그 숫자는 높을수록 각 평가 항목별 평가 결과가 우수한 것이다.
| HI3 | MH1 | MH2 | MH3 | MH4 | MH5 | |
| 내구성 | 5 | 6 | 6 | 7 | 7 | 6 |
| 단열성 | 5 | 5 | 6 | 6 | 7 | 5 |
| 경량성 | 5 | 5 | 5 | 6 | 5 | 5 |
| 내수성 | 5 | 5 | 6 | 7 | 7 | 6 |
| 항균성 | 5 | 6 | 8 | 9 | 9 | 6 |
(단위 : 지수)
상기 표 5를 살펴보면, 본원발명의 천연 추출물을 추가함으로써 상기 내구성, 단열성, 경량성, 내수성 및 항균성의 부분에 있어서 그 효과가 유지되거나, 향상되었음을 확인할 수 있다. 특히, 천연 추출물에 의해 항균 효과가 향상됨으로써 보다 기능성 있는 단열소재로의 제공이 가능할 수 있는 것으로 사료되었다.
이는 천연 추출물을 혼합함으로써 그 효과가 향상될 수 있으나 특히, 바람직한 중량부의 산비장이, 절굿대 및 좁은잎천선과나무 추출물을 포함하는 MH2 내지 MH4에 해당하는 경우, 그 효과가 보다 더 향상될 수 있는 것임을 확인할 수 있다.
즉, 보릿대 100 중량부에 대하여 짚 80 내지 120 중량부, 사탕수수 80 내지 120 중량부, 부레옥잠 60 내지 100 중량부 및 접착제 40 내지 60 중량부에 산비장이 추출물 1 내지 20 중량부, 절굿대 추출물 1 내지 20 중량부 및 좁은잎천선과나무 추출물 1 내지 20 중량부에 해당하는 경우 내구성, 단열성, 경량성, 내수성 뿐 아니라 항균성 또한 우수한 단열소재로의 제공이 가능함을 통해 기능성이 우수하면서도 친환경적인 단열소재를 제공할 수 있음을 실험을 통해 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (7)
- 보릿대 100 중량부에 대하여 짚 80 내지 120 중량부, 사탕수수 80 내지 120 중량부, 부레옥잠 60 내지 100 중량부 및 접착제 40 내지 60 중량부에 산비장이 추출물 1 내지 20 중량부, 절굿대 추출물 1 내지 20 중량부 및 좁은잎천선과나무 추출물 1 내지 20 중량부로 포함하는
친환경 단열소재 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 접착제는 무기 접착제, 유기 합성 수지 접착제, 유기 합성 고무 접착제, 유기 합성 혼합 접착제, 유기 천연 녹말계 접착제, 유기 천연 단백질계 접착제, 유기 천연 수지계 접착제, 유기 천연 고무계 접착제로부터 선택되는
친환경 단열소재 조성물. - 제4항에 있어서,
상기 무기 접착제는 시멘트 접착제, 규산 접착제, 세라믹 접착제로부터 선택되는 것인
친환경 단열소재 조성물. - 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 포함하는
친환경 단열소재. - 제6항에 있어서,
상기 친환경 단열소재는 완충용 포장재, 포장용 단열재, 모형제품, 단열 용기 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 용도로 사용될 수 있는
친환경 단열소재.
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- 2022-09-13 KR KR1020220114830A patent/KR102528078B1/ko active IP Right Grant
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