KR102629439B1 - 친환경 보냉제 조성물 및 이를 포함하는 보냉 팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 보냉제 조성물 및 이를 포함하는 보냉 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 흄드 실리카(Fumed Silica); 염기성 화합물; 증점제; 및 잔량의 물을 포함하되, 상기 흄드 실리카는 비다공성 실리카인 보냉제 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 보냉제 조성물 및 이를 포함하는 보냉 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 친환경성을 갖춤과 동시에, 보냉 성능을 장기간 유지할 수 있는 보냉제 조성물 및 이를 포함하는 보냉 팩에 관한 것이다.
보냉제는 밀폐된 용기 내부의 식품, 의약품 등을 일정 기간 동안 저온 상태로 유지시킬 수 있는 역할을 한다. 보냉제 조성물의 주 성분으로는 고흡수성 고분자(Super Absorbent Polymer, SAP)가 사용되고 있다.
고흡수성 고분자는 부피를 팽창시킴으로써 수지 자체 중량의 40 내지 1,000배에 이르는 물의 흡수가 가능하여, 어는 경우 오랜 시간동안 냉기를 제공할 수 있어 보냉제 조성물의 주요 성분으로 사용되어 왔다. 그러나, 최근 보냉제 조성물에 대한 환경 규제가 엄격해지고 있으며, 마이크로 플라스틱으로 분류되는 고흡수성 고분자의 방류가 제한되고 있는 실정이다.
대체 방안으로, 보냉제 조성물의 주 성분으로 녹말 또는 밀가루 등의 식용 분말을 적용하려는 시도가 있었으나, 세균 번식 문제로 보냉제 조성물로서 장시간동안 활용할 수 없다는 문제점이 있었다. 또한 식용 분말의 경우, 작은 부피 밀도를 가지고 있어, 보냉제 조성물의 안정성이 저하될 수 있다는 문제점이 있었다.
이에, 친환경성을 확보함과 동시에, 높은 보냉 성능을 유지할 수 있는 보냉제 조성물에 대한 연구가 계속되고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 친환경성을 갖춤과 동시에, 보냉 성능을 장기간 유지할 수 있는 보냉제 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 보냉제 조성물을 포함하는 보냉 팩을 제공하는데 있다.
본 발명의 개념에 따른, 보냉제 조성물은 흄드 실리카(Fumed Silica); 염기성 화합물; 증점제; 및 잔량의 물을 포함하되, 상기 흄드 실리카는 비다공성일 수 있다.
본 발명의 다른 개념에 따른, 보냉 팩은 상기 보냉제 조성물 및 상기 보냉제 조성물을 밀봉하는 포장재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보냉제 조성물은 친환경성을 갖춤과 동시에, 보냉 성능을 장기간 유지할 수 있다. 또한 수용액 내에서 안정적인 분산 상태를 유지하여 장기 보관성을 확보할 수 있다.
다만 본 발명의 효과는 상기 개시에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 흄드 실리카의 구조를 나타낸 확대도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'으로 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명에 따른 보냉제 조성물은 흄드 실리카를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 흄드 실리카(Fumed Silica, FS)의 구조를 나타낸 확대도이다.
흄드 실리카(FS)는 비정질의 이산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다. 흄드 실리카(FS)는 단독으로 존재할 때 하얀색의 분말 형태일 수 있다. 흄드 실리카(FS)는 친수성을 가질 수 있다. 흄드 실리카(FS)를 구성하는 1차 입자들(PP, primary particles)의 평균 직경은 5 내지 50 nm일 수 있다. 상기 흄드 실리카(FS)의 비표면적은 40 내지 500 m2/g일 수 있다.
흄드 실리카(FS)는 염화실란이 산소와 수소로 형성된 1,000℃ 이상의 불꽃 내에서 가수분해되어 형성될 수 있다. 흄드 실리카(FS)는 불꽃 내에서 만들어진 1차 입자들(PP)간의 충돌로 인해 서로 연결되면서, 도 1에 도시된 바와 같이, 응집체(AG, aggregate)가 형성될 수 있다. 다시 말하면, 응집체(AG)는 복수개의 1차 입자들(PP)을 포함할 수 있다. 응집체(AG)는 3차원의 가지 구조를 가질 수 있다. 응집체(AG)의 크기는 1 내지 500 ㎛일 수 있다.
흄드 실리카(FS)는 비다공성(nonporous)일 수 있다. 비다공성 흄드 실리카의 경우, 다공성 흄드 실리카에 비해 1차 입자들(PP)의 평균 직경의 크기가 작을 수 있다. 따라서, 보냉제 조성물이 비다공성 흄드 실리카를 포함하는 경우, 보다 높은 밀도 및 점도를 확보할 수 있다.
흄드 실리카(FS)는 친수성을 가질 수 있다. 따라서, 흄드 실리카(FS)는 수용액 내의 다른 화합물에 대해 혼화성을 지닐 수 있다. 예를 들어, 흄드 실리카(FS)의 3차원 가지 구조 내에 수용액이 가둬질 수 있으며, 흄드 실리카(FS)의 응집체(AG)는 담지체일 수 있다.
흄드 실리카(FS)의 중량비는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 보냉제 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 20 wt%일 수 있다. 흄드 실리카(FS)의 중량비가 1 wt% 미만인 경우, 충분한 점도를 확보하지 못함으로써 보냉제 조성물의 안정성이 저하될 수 있다. 흄드 실리카의 중량비가 20 wt%를 초과하는 경우, 보냉제 조성물 내에서 흄드 실리카가 균일하게 섞이지 못할 수 있으며, 보냉제 비열이 감소하여 보냉 성능 저하를 초래할 수 있다.
본 발명에 따른 보냉제 조성물은 염기성 화합물을 포함한다.
상기 염기성 화합물은 보냉제 조성물의 pH를 조절하는 역할을 한다. 상기 염기성 화합물의 종류로는 수용액 내에서 용해되어 수용액의 pH를 상승시킬 수 있는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 수산화물, 탄산염, 및 탄산수소염 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 염기성 화합물의 중량비는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 보냉제 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 0.05 wt%일 수 있다. 염기성 화합물의 중량비가 전술한 범위를 만족하는 경우, 보냉제 조성물의 pH를 효과적으로 조절할 수 있다.
상기 염기성 화합물은, 흄드 실리카(FS)를 포함하는 수용액(즉, 보냉제 조성물)의 상(phase)을 안정화시킬 수 있다. 흄드 실리카(FS)와 물만을 혼합하여 수용액을 형성할 경우, 수용액의 pH는 3 이하로 낮아지고 수용액의 상은 불안정해진다. 상기 수용액에 염기성 화합물을 첨가하여 pH를 증가시킬 경우, 보냉제 조성물은 안정화될 수 있으며, 중화를 통해 인체 노출 시 안전성 확보 및 폐수처리를 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 보냉제 조성물은 증점제를 포함한다.
증점제는 보냉제 조성물 내의 구성 성분들을 결합시키며, 겔화를 촉진하여 제조 공정의 작업성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 증점제로는 무기물이라면 종류에 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 증점제는 염화나트륨(NaCl)을 포함할 수 있다.
상기 증점제의 중량비는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 보냉제 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 wt%일 수 있다. 상기 증점제의 중량비가 0.1 wt% 미만인 경우, 구성 성분간의 결합력 및 겔화도가 충분하지 않을 수 있다. 상기 증점제의 중량비가 5 wt%를 초과하는 경우, 보냉제 조성물의 점도가 필요 이상으로 높아져 작업성이 떨어질 수 있다.
본 발명에 따른 보냉제 조성물은 물을 포함한다.
물은 전술한 흄드 실리카, 염기성 화합물, 및 증점제를 균일하게 분산시키는 용매 역할을 한다. 예를 들어, 상기 물로는, 탈이온수, 순수, 초순수, 및 증류수 등을 사용할 수 있다.
상기 물의 중량비는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 보냉제 조성물 100 중량%를 만족시키는 잔량일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 보냉제 조성물의 pH는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 5.5 내지 8.5일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 보냉제 조성물의 점도는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 200 cPs 내지 5000 cPs일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 보냉제 조성물의 총유기탄소량(Total Organic Carbon, TOC)은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 0 ppm 내지 1 ppm일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 보냉제 조성물은, 흄드 실리카를 주 성분으로 사용하여 친환경성을 확보할 수 있는 장점이 있다. 따라서, pH, TOC, 부유 고형물(Suspended Solid, SS) 양에 대해 강화되고 있는 환경 기준을 만족시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 보냉제 조성물은, 고흡수성 고분자를 주 성분으로 포함하는 보냉제 조성물과는 달리, 수용액 내부에서 안정적인 분산 상태를 유지하여, 세균 번식 등의 문제가 없으며 장기 보관성을 확보할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 보냉제 조성물을 포함하는 보냉 팩이 제공될 수 있다. 상기 보냉 팩에 포함되는 보냉제 조성물에 관한 구체적인 설명은 앞서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 보냉 팩은 상기 보냉제 조성물을 밀봉하는 포장재를 포함할 수 있다. 상기 포장재는 얇은 필름일 수 있으며, 예를 들어, PE(polyethylene), LLDPE(linear low-densitypolyethylene), PP(polypropylene), PVC(polyvinyl chloride) 및 PET(polyethylene terephthalate)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
<실시예 1 및 비교예 1-2>
실시예 1
흄드 실리카, 수산화 나트륨(NaOH) 및 염화나트륨(NaCl)을 증류수에 투입한 후 교반하여, 실시예 1에 따른 보냉제 조성물(pH 7)을 제조하였다. 실시예 1의 보냉제 조성물의 흄드 실리카의 함량은 10 wt%이고, 염화나트륨(NaCl)의 함량은 0.5 wt%였다. 수산화 나트륨(NaOH)은, 보냉제 조성물의 pH가 7이 될 때까지 첨가하였다.
비교예 1
시판되고 있는 고흡수성 고분자(SAP) 보냉제를 구입하여 사용하였다.
비교예 2
실시예 1의 보냉제 조성물에서 염화나트륨(NaCl)을 생략하여, 비교예 2의 보냉제 조성물을 제조하였다.
<실험예>
1. 보냉성 평가
실시예 1 및 비교예 1-2에 따른 보냉제 조성물을 각각 1kg씩 취한 후, -10 ℃에서 10시간동안 냉각하였다. 상기 냉각된 보냉제 조성물을 상온에서 방치하여, 5 ℃에 도달하는 시간을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 시간(Hr) | 16.33 | 16.25 | 16.27 |
상기 표 1을 통해 알 수 있듯이, 실시예 1에 따른 보냉제 조성물은 기존 시판되고 있는 SAP 보냉제(비교예 1)와 동등한 수준의 보냉성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.
실시예 1에 따른 보냉제 조성물은 별도의 유기 화합물을 포함하지 않아 TOC가 1 ppm 미만으로 측정되었다. 또한 상온에서 안정적인 분산 상태를 유지하여 장기 보관성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (12)
- 흄드 실리카(Fumed Silica);
염기성 화합물;
증점제; 및
잔량의 물을 포함하되,
상기 흄드 실리카는 비다공성 실리카이고,
상기 증점제는 염화나트륨(NaCl)을 포함하고,
상기 염기성 화합물은 수산화 나트륨(NaOH)을 포함하며,
상기 흄드 실리카의 함량비는 9 내지 11wt%이고,
상기 염기성 화합물의 함량비는 0.01 내지 0.05 wt%이고,
상기 증점제의 함량비는 0.1 내지 1 wt%이며,
pH가 7이고,
총유기탄소량(TOC)이 0 ppm 내지 1 ppm이며,
상기 흄드 실리카는 3차원의 가지 구조를 가지며,
상기 흄드 실리카의 1차 입자 평균 직경은 5 내지 50nm이고,
상기 흄드 실리카의 비표면적은 40 내지 500m2/g인 보냉제 조성물.
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
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- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 보냉제 조성물의 점도는 200 cPs 내지 5000 cPs인 보냉제 조성물.
- 삭제
- 제1항 및 제9항 중 어느 한 항에 따른 보냉제 조성물; 및
상기 보냉제 조성물을 밀봉하는 포장재를 포함하는 보냉 팩.
- 제11항에 있어서,
상기 포장재는 PE(polyethylene), LLDPE(linear low-densitypolyethylene), PP(polypropylene), PVC(polyvinyl chloride) 및 PET(polyethylene terephthalate)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 보냉 팩.
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