KR102635647B1 - 종이 및 셀룰로오스 필름을 포함하는 타임센서 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 종이 및 셀룰로오스 나노섬유를 이용한 친환경적인 타임센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 타임센서는 종이와 셀룰로오스 필름으로 이루어져 친환경적이고, 상기 종이를 바이오왁스로 코팅함으로써 소수성을 부여하여 염료가 이동경로를 벗어나지 않도록 한다. 또한, 상기 타임센서는 종이의 평량을 제어하고, 셀룰로오스 필름을 코팅함으로써 염료의 이동속도를 조절하여 원하는 목표 시간의 센서를 용이하게 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 종이 및 셀룰로오스 필름 이용한 친환경적인 타임센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
현대 사회에는 간편하면서도 안전한 식품에 대한 수요가 증가하고 있고, 가정에서도 포장 및 배달 서비스를 이용하는 비율이 크게 증가하였다. 이에 따라서 포장 시장에 대한 관심도가 높아지고 있으며 차세대 포장기술인 스마트 포장기술이 주목받고 있다. 스마트 포장은 능동형 포장과 지능형 포장을 포괄하는 의미로, 능동형 포장기술은 제품의 품질을 보전하고 신선도를 유지하기 위한 목적이며 지능형 포장기술은 감지, 기록, 추적과 같은 지능적인 기능을 통해 제품의 상태를 모니터링하거나 보관 환경에 따른 정보를 소비자에게 제공하는 역할을 한다.
지능형 포장기술에는 pH 센서, 가스 표시기, 바이오 센서와 같이 제품의 상태변화를 알 수 있는 장치와 시간과 온도의 변화에 따른 정보를 제공하는 time-temperature indicator(TTI)가 포함된다. pH 센서는 식품 저장 시 발생하는 암모니아, 아민기와 같은 휘발성 염기성 질소에 반응할 수 있고 가스 표시기는 이산화탄소, 에틸렌 가스에 영향을 받는다. 이러한 종류는 포장 내부에서 작동하며 제품의 상태 변화에 따른 정보를 소비자에게 제공할 수 있다. 반면 time indicator(TI) 또는 TTI는 기체의 종류나 습도와 같은 주변 환경에서 영향을 받아 색상 변화를 나타내는 신선도 센서와는 달리 표시기가 목적으로 하는 시간의 진행 상황을 육안으로 확인할 수 있고, 반드시 포장 내부에 위치시키지 않아도 된다는 장점이 있다. 따라서 감지 대상과 목적에 따라서 적합한 센서를 사용하고 장치를 위치시키는 것이 중요하다. 육류 및 해산물, 곡류와 같은 식품은 보관 온도, 노출 시간과 같은 주변 환경에 의해 신선도와 미생물 활동이 크게 영향을 받게 된다. 이처럼 시간의 흐름보다는 보관 환경에 더 크게 의존하는 제품의 경우 pH센서나 가스 표시기가 적합하다. 그러나 의약품, 화장품과 같은 공산품이나 즉석 배달 상품, 냉동 식품처럼 보관 환경이 정해져 있는 제품의 경우 주변 환경보다는 시간의 진행 정도를 확인할 수 있는 TTI가 더 적합할 것으로 생각된다.
TTI는 작동 원리에 따라 크게 chemical TTI, biological TTI, and physical TTI로 분류할 수 있는데, 이 중 physical TTI는 재료의 특성에 따른 유체의 흡수 양상(fluid flow)에 의해 정보를 제공하는 방법이다. Physical TTI 중diffusion-based 를 이용한 TTI는 정지상인 다공성 매트릭스에 이동상인 유체가 흡수되면서 이동하는 거리를 시각적으로 모니터링할 수 있는데, 이는 시간이 누적되는 것을 쉽게 확인할 수 있어 활용 가능성이 높다. 이러한 diffusion-based 원리를 이용하여 TTI를 개발하고자 하는 연구가 다수 진행되고 있다. 또한, 3M사의 Mark와 Timestrip은 상용화된 diffusion-based TTI의 예시이다. 그런데 이러한 diffusion-based TTI는 비가역적이라는 특성 때문에 재활용이 어렵다. 게다가 언급된 연구들과 상업용 TTI들은 대부분 폴리에스테르, PET와 같은 합성 고분자 기반의 플라스틱 소재로 이루어져 있기 때문에 일회성으로 사용하는 TTI의 경우 친환경적인 재료로 제작하는 것은 매우 중요한 과제로 생각된다.
셀룰로오스는 친환경적이고 생체적합성이 뛰어난 천연 재료로, 셀룰로오스 기반 종이를 diffusion-based TTI제작을 위한 다공성 매트릭스로 사용하게 되면 capillary flow에 의해 유체가 이동할 수 있기 때문에 외부 펌프가 필요 없어 조작이 간편하다. 또한, 열에 의한 변형이 적으며 유연성을 가지는 특성은 종이 소재의 큰 장점이다. 이전에 nitrocellulose와 같은 셀룰로오스 유래 재료를 이용한 연구가 보고된 바 있지만 nitrocellulose제작에는 강산과 유기용매가 사용된다.
이에, 강산과 유기용매를 사용하지 않는 친환경적으로 셀룰로오스 유래 재료를 제조하기 위한 기술에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 셀룰로오스 기반의 친환경적인 타임센서 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 염료의 이동 거리를 통해 시간의 흐름을 육안으로 확인하도록 버튼, 눈금선 및 염료 이동선을 포함하는 표면층; 투명 셀룰로오스 필름 및 염료 케이스를 포함하는 중간층; 및 염료 이동 통로를 포함하는 바닥층;을 포함하고, 상기 바닥층, 중간층 및 표면층이 순차로 적층된 구조이고, 상기 바닥층은 염료 이동 통로를 제외한 부분을 바이오왁스로 코팅한 것인 타임센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 필터페이퍼 상에 염료 이동 통로를 제외한 부분을 바이오왁스로 코팅하여 바닥층을 형성하는 단계; 필터페이퍼의 하부에 염료 케이스를 형성하고, 필터페이퍼의 적어도 일면에 투명 셀룰로오스 필름을 코팅하여 중간층을 형성하는 단계; 필터페이퍼의 일면에 염료의 이동 거리를 통해 시간의 흐름을 육안으로 확인하도록 버튼, 눈금선 및 염료 이동선을 형성하여 표면층을 제조하는 단계; 및 상기 바닥층, 중간층 및 표면층을 순차적으로 적층하여 타임센서를 제조하는 단계;를 포함하는 타임센서의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 타임센서는 종이와 셀룰로오스 필름으로 이루어져 친환경적이고, 상기 종이를 바이오왁스로 코팅함으로써 소수성을 부여하여 염료가 이동경로를 벗어나지 않도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 타임센서는 종이의 평량을 제어하고, 셀룰로오스 필름을 코팅함으로써 염료의 이동속도를 조절하여 원하는 목표 시간의 센서를 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 타임센서의 모식도이고, (a)는 타임센서의 표면층을 나타낸 이미지이고, (b)는 타임센서의 분해도를 나타낸 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 염료의 농도에 따른 색을 촬영한 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼 종류에 따른 염료 흡수 양상을 촬영한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실험예에서 염료의 흡수 속도를 측정하는 실험의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼 종류에 따른 염료 흡수 속도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼 종류에 따른 이동 길이를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼의 평량에 따른 흡수 속도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼의 공극 크기에 따른 흡수 속도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼의 두께에 따른 흡수 속도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 제조예 4의 필터페이퍼와 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 코팅에 따른 염료의 이동 속도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 제조예 5의 필터페이퍼와 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 코팅에 따른 이동 길이를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 셀룰로오스 나노섬유가 코팅된 제조예 4의 필터페이퍼의 주사전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 13은 본 발명의 일 실험예에 따른 소수성 평가 실험에서 필터페이퍼에 바이오왁스를 코팅한 형태를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 바이오왁스가 코팅된 제조예 4의 필터페이퍼를 주사전자 현미경(SEM)으로 촬영한 이미지이다.
도 15는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 제조예 4의 필터페이퍼에 바이오왁스 코팅과 열처리를 적용한 경우를 사진 촬영한 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 염료의 농도에 따른 색을 촬영한 이미지이다.
도 3은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼 종류에 따른 염료 흡수 양상을 촬영한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실험예에서 염료의 흡수 속도를 측정하는 실험의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼 종류에 따른 염료 흡수 속도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼 종류에 따른 이동 길이를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼의 평량에 따른 흡수 속도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼의 공극 크기에 따른 흡수 속도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼의 두께에 따른 흡수 속도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 제조예 4의 필터페이퍼와 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 코팅에 따른 염료의 이동 속도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 제조예 5의 필터페이퍼와 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 코팅에 따른 이동 길이를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 셀룰로오스 나노섬유가 코팅된 제조예 4의 필터페이퍼의 주사전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 13은 본 발명의 일 실험예에 따른 소수성 평가 실험에서 필터페이퍼에 바이오왁스를 코팅한 형태를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 바이오왁스가 코팅된 제조예 4의 필터페이퍼를 주사전자 현미경(SEM)으로 촬영한 이미지이다.
도 15는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 제조예 4의 필터페이퍼에 바이오왁스 코팅과 열처리를 적용한 경우를 사진 촬영한 이미지이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
본 발명은 염료의 이동 거리를 통해 시간의 흐름을 육안으로 확인할 수 있는 표면층; 투명 셀룰로오스 필름 및 염료 케이스를 포함하는 중간층; 및 염료 이동 통로를 포함하는 바닥층;을 포함하는 타임센서를 제공한다.
본 발명에 따른 타임센서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 바닥층(100), 중간층(200) 및 표면층(300)이 순차로 적층된 구조이고, 상기 바닥층(100)은 제1 필터페이퍼(110)의 염료 이동 통로(120)를 제외한 부분을 바이오왁스로 코팅한 것이고, 상기 중간층(200)은 전체 면적의 30% 이상의 빈 공간을 포함하는 제2 필터페이퍼(210); 상기 제2 필터페이퍼(210)의 적어도 일면에 구비되는 투명 셀룰로오스 필름(220); 및 상기 제2 필터페이퍼(210)의 하부에 구비되는 염료 케이스(230)를 포함하고, 상기 표면층(300)은 제3 필터페이퍼(310)의 일면에 버튼(320), 눈금선(330) 및 염료 이동선(340)을 포함한다.
상기 타임센서의 전체 길이는 4 cm 내지 7 cm, 5 cm 내지 6.5 cm 또는 5.5 cm 내지 6 cm일 수 있다.
상기 바닥층(100)은 염료가 이동하는 길을 제공한다.
구체적으로, 상기 바닥층(100)은 제1 필터페이퍼(110)와 제1 필터페이퍼(110)의 일면에 구비된 염료 이동 통로(120)를 포함하고, 상기 염료 이동 통로(120)는 중간층(200)과 맞닿는 부분에 구비된 것이고, 상기 염료 이동 통로(120)는 바닥층(100) 전체 면적의 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상을 차지하되, 바닥층(100)의 가로축 길이방향으로 구비될 수 있다. 이때, ‘가로축’이라 함은 필터페이퍼의 단면을 구성하는 x, y축 중에 더 긴 축을 의미한다.
보다 구체적으로, 상기 염료 이동 통로(120)의 길이는 3 cm 내지 5 cm 또는 3 cm 내지 4 cm일 수 있다. 상기와 같은 길이를 조절함으로써 원하는 목표 시간에 따라 맞춤형 타임센서를 제조할 수 있다.
상기 중간층(200)은 제2 필터페이퍼(210)의 일면 또는 양면에 염료를 보관하는 염료 케이스(230)와 염료의 증발을 방지하는 투명 셀룰로오스 필름(220)을 포함한다.
구체적으로, 상기 중간층(200)은 전체 면적의 30% 이상의 빈 공간을 포함하는 제2 필터페이퍼(210); 상기 제2 필터페이퍼(210)의 적어도 일면에 구비되는 투명 셀룰로오스 필름(220); 및 상기 제2 필터페이퍼(210)의 하부에 구비되는 염료 케이스(230)를 포함한다.
상기 제2 필터페이퍼(210)의 빈 공간은 필터페이퍼의 가로축 길이방향으로 구비되고, 상기 바닥층(100)의 염료 이동 통로(120)와 대응되도록 구비될 수 있다.
상기 투명 셀룰로오스 필름(220)은 셀룰로오스 나노섬유, 구체적으로 카복실화된 셀룰로오스 나노섬유로 이루어지고, 상기 투명 셀룰로오스 필름(220)의 평량은 30 내지 60 g/㎡ 또는 35 내지 50 g/㎡ 일 수 있다. 상기와 같은 투명 셀룰로오스 필름(220)을 포함으로써 바닥층(100)에 존재하는 염료의 증발을 방지할 뿐만 아니라 염료의 이동속도를 제어할 수 있고, 투명 셀룰로오스 필름은 투명하여 바닥층(100)에서 염료가 이동하는 것을 육안으로 확인하기 용이하다.
상기 염료 케이스(230)는 상기 중간층(200)의 하부에 구비될 수 있고, 상기 염료 케이스(230)는 메틸렌 블루, 브로모티몰 블루 및 메틸 레드 중 적어도 하나 이상의 염료를 포함할 수 있고, 상기 염료의 농도는 0.025% 내지 4.0%, 또는 0.1% 내지 4.0%일 수 있다. 구체적으로, 상기 염료는 메틸렌블루일 수 있고, 상기 염료의 농도는 1.0% 내지 4.0%일 수 있다. 이와 같은 염료를 포함함으로써 염료의 용해도, 분산성 및 시인성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 염료 케이스(230)는 1.2 ml 미만, 1.0 ml 미만 또는 0.1 내지 0.8 ml의 염료를 포함할 수 있다. 상기와 같은 양의 염료를 포함하여 염료 이동 통로의 길이에 맞는 양으로 시간의 흐름을 명확하게 표시할 수 있다.
상기 표면층(300)은 디자인 요소를 포함하여 염료의 이동을 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것으로, 제3 필터페이퍼(310)의 일면에 염료 케이스를 누르는 부분에 구비되는 버튼(320), 염료의 이동 거리를 측정할 수 있는 눈금자(330), 및 염료의 이동 거리를 육안으로 확인하여 시간의 흐름을 확인할 수 있는 염료 이동선(340)을 포함한다.
상기 버튼(320)은 상기 중간층(200)에 구비되는 염료 케이스(230)와 대응되는 부분에 구비되고, 상기 버튼(320)에 압력을 가하면 염료 케이스(230)가 찢어지면서 내부에 구비된 염료가 바닥층(300)의 염료 이동 통로(320)로 시간의 흐름에 따라 흡수될 수 있다.
상기 눈금선(330) 및 상기 염료 이동선(340)은 선택적으로 구비될 수 있고, 표면층(300)의 가로축의 길이방향으로 구비되되, 상기 바닥층(100)의 염료 이동 통로(120)와 대응되도록 구비될 수 있다.
상기 눈금선(330) 및 상기 염료 이동선(340)의 길이는 독립적으로 3 cm 내지 5 cm 또는 3 cm 내지 4 cm일 수 있다. 상기와 같이 길이를 조절함으로써 원하는 목표 시간에 따라 맞춤형 타임센서를 제조할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 필터페이퍼(110, 210, 310)는 독립적으로 1 내지 30 ㎛, 1 내지 25 ㎛, 2 내지 15 ㎛ 또는 10 내지 25 ㎛의 평균 기공 크기를 가질 수 있다. 상기와 같은 기공 크기를 갖는 필터페이퍼를 포함함으로써 염료의 흡수 속도를 제어하여 목표 시간에 맞는 타임센서를 제공할 수 있다. 상기 필터페이퍼는 종이로 이루어진 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 바닥층을 형성하는 단계; 중간층을 형성하는 단계; 바닥층을 형성하는 단계; 및 상기 바닥층, 중간층 및 표면층을 순차적으로 적층하여 타임센서를 제조하는 단계를 포함하는 타임센서의 제조방법을 제공한다.
상기 타임센서의 제조방법은 (1) 제1 필터페이퍼 상에 염료 이동 통로를 제외한 부분을 바이오왁스로 코팅하여 바닥층을 형성하는 단계; (2) 제2 필터페이퍼의 하부에 염료 케이스를 형성하고, 제2 필터페이퍼의 적어도 일면에 투명 셀룰로오스 필름을 코팅하여 중간층을 형성하는 단계; (3) 제3 필터페이퍼의 일면에 염료의 이동 거리를 통해 시간의 흐름을 육안으로 확인하도록 버튼, 눈금선 및 염료 이동선을 형성하여 표면층을 형성하는 단계; 및 (4) 상기 바닥층, 중간층 및 표면층을 순차적으로 적층하여 타임센서를 제조하는 단계;를 포함한다.
상기 (1) 단계에서는, 상기 바닥층에 염료가 이동하는 통로를 형성하는 단계이다.
상기 (1) 단계에서는, 상기 바닥층의 제1 필터페이퍼의 전체 길이는 4 cm 내지 7 cm, 5 cm 내지 6.5 cm 또는 5.5 cm 내지 6 cm일 수 있다.
상기 (1) 단계에서 상기 바닥층은 제1 필터페이퍼의 적어도 일면에 바이오왁스를 코팅하고, 제1 필터페이퍼의 단면을 기준으로 전체 면적의 70% 이하, 65% 이하 또는 60% 이하를 바이오왁스로 코팅하여 염료 이동 통로를 형성하되, 상기 염료 이동 통로는 바이오왁스가 코팅되지 않은 부분을 의미하고, 상기 염료 이동 통로는 바닥층(제1 필터페이퍼)의 가로축의 길이방향으로 형성될 수 있다. 이때, ‘가로축’이라 함은 필터페이퍼의 단면을 구성하는 x, y축 중에 더 긴 축을 의미한다.
상기 바닥층을 형성하는 단계는 제1 필터페이퍼의 일면 또는 양면에 바이오왁스를 코팅한 후 80℃ 내지 100℃, 85℃ 내지 100℃ 또는 85℃ 내지 95℃의 온도에서 40초 내지 60초, 40초 내지 50초 또는 45초 내지 60초 동안 열처리하는 과정을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 열처리 과정을 통해 필터페이퍼 내부까지 바이오왁스가 침투하여 바닥층에 소수성을 효과적으로 부여하여 염료가 이동 경로를 벗어나는 것을 방지할 수 있다.
상기 (1) 단계에서는, 염료 이동 통로는 3 cm 내지 5 cm 또는 3 cm 내지 4 cm의 길이를 갖도록 형성할 수 있다. 상기과 같은 길이의 염료 이동 통로를 형성함으로써 원하는 목표 시간에 따라 맞춤형 타임센서를 제조할 수 있다.
상기 (2) 단계에서는, 상기 중간층은 제2 필터페이퍼의 적어도 일면 이상에 셀룰로오스 나노섬유로 이루어진 투명 셀룰로오스 필름을 코팅하되, 상기 제2 필터페이퍼는 전체 면적의 30% 이상의 빈 공간을 포함하고, 상기 빈 공간은 중간층의 가로축 길이방향으로 형성될 수 있다.
상기 (2) 단계에서는, 상기 중간층의 제2 필터페이퍼의 전체 길이는 4 cm 내지 7 cm, 5 cm 내지 6.5 cm 또는 5.5 cm 내지 6 cm일 수 있다.
구체적으로, 상기 (2) 단계에서는 상기 중간층은 제2 필터페이퍼의 일면 또는 양면에 셀룰로오스 나노섬유로 이루어진 투명 셀룰로오스 필름을 코팅할 수 있고, 상기와 같이 제2 필터페이퍼의 일면 또는 양면에 투명 셀룰로오스 필름을 코팅함으로써 필터페이퍼의 공극을 감소시켜 염료의 초기 이동속도를 제어할 수 있고, 염료가 증발하는 것을 방지할 수 있다.
상기 (2) 단계에서는 상기 제2 필터페이퍼의 단면을 기준으로 전체 면적의 30% 이상, 35% 이상 또는 40% 이상의 빈 공간을 포함하고, 상기 빈 공간은 제2 필터페이퍼의 가로축 길이방향으로 형성되되, 상기 바닥층의 염료 이동 통로와 대응되는 부분에 형성될 수 있다.
상기 (2) 단계에서는 상기 염료 케이스는 상기 제2 필터페이퍼 하단부에 접착제를 이용하여 접착시킬 수 있다. 상기 염료 케이스는 제4 필터페이퍼의 양면을 바이오왁스로 코팅하여 형성될 수 있다. 상기와 같이 필터페이퍼의 양면을 바이오왁스로 코팅한 염료 케이스를 사용하는 경우, 염료 케이스로부터 염료가 새어나오는 것을 방지할 수 있다.
상기 염료 케이스의 높이는 5 mm 이하 또는 3 mm 이하일 수 있고, 염료 케이스의 일측 또는 양측에 고정부재를 더 형성하여 염료 케이스가 움직이지 않도록 고정할 수 있다.
또한, 상기 염료 케이스의 내부는 메틸렌 블루, 브로모티몰 블루 및 메틸 레드 중 적어도 하나 이상의 염료를 포함할 수 있고, 상기 염료의 농도는 0.025% 내지 4.0%, 또는 0.1% 내지 4.0%일 수 있다. 구체적으로, 상기 염료는 메틸렌블루일 수 있고, 상기 염료의 농도는 1.0% 내지 4.0%일 수 있다. 이와 같은 염료를 포함함으로써 염료의 용해도, 분산성 및 시인성을 향상시킬 수 있다.
상기 (3) 단계는 제3 필터페이퍼의 일면에 염료의 이동 거리를 통해 시간의 흐름을 육안으로 확인하도록 버튼, 눈금선 및 염료 이동선을 형성하여 표면층을 형성하는 단계이다.
상기 (3) 단계에서는, 상기 바닥층의 제3 필터페이퍼의 전체 길이는 4 cm 내지 7 cm, 5 cm 내지 6.5 cm 또는 5.5 cm 내지 6 cm일 수 있다.
상기 (3) 단계에서는 상기 표면층의 버튼은 상기 중간층의 염료 케이스와 대응되는 부분에 형성될 수 있고, 상기 버튼의 형태는 염료 케이스를 정확히 누를 수 있도록 디자인된 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
상기 (3) 단계에서는 상기 눈금선 및 상기 염료 이동선은 선택적으로 형성할 수 있고, 상기 눈금선 및 상기 염료 이동선은 서로 평행하게 형성되어 염료 이동선으로 염료가 이동하는 경우 눈금선을 통해 시간의 흐름을 확인할 수 있도록 한다. 또한, 상기 눈금선 및 상기 염료 이동선은 표면층의 가로축의 길이방향으로 형성되되, 상기 바닥층의 염료 이동 통로와 대응되도록 형성할 수 있다.
상기 (3) 단계에서는, 상기 눈금선 및 상기 염료 이동선은 3 cm 내지 5 cm 또는 3 cm 내지 4 cm의 길이를 갖도록 형성할 수 있다. 상기와 같은 길이로 형성함으로써 원하는 목표 시간에 따라 맞춤형 타임센서를 제조할 수 있다.
상기 (1) 내지 (3) 단계에서 사용되는 제1 내지 제3 필터페이퍼는 독립적으로 1 내지 30㎛, 1 내지 25㎛, 2 내지 15㎛ 또는 10 내지 25㎛의 평균 기공 크기를 갖는 것일 수 있다. 상기와 같은 기공 크기를 갖는 필터페이퍼를 사용함으로써 염료의 흡수 속도를 제어하여 목표 시간에 맞는 타임센서를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
재료 준비
타임센서를 제조하기 위한 염료로 메틸 레드(Methyl red, JUNSEI, Japan), 메틸렌 블루(Methylene blue, Sigma Aldrich, USA), 브로모티몰 블루(Bromothymol Blue, Sigma Aldrich, USA)를 사용하였다. 염료는 세 종류 모두 파우더 타입으로 제공받았으며, 염료에 따라 적절한 용매를 선정하여 실험에 사용하였다. 사용한 약품들의 상세한 정보를 하기 표 1에 나타냈다. 타임센서에서 정지상인 매트릭스로는 서로 다른 물성의 상업용 필터페이퍼 5 종류를 사용하였으며 공극 크기에 따라 선정하였다. 필터페이퍼의 주요 물성은 표 2에 나타냈다. 타임센서의 소수성 부여를 위한 코팅제로 바이오왁스(Bio-wax, Topscreen BW200, SOLENIS, Korea)를 사용하였다.
| 농도 | 용해도(at 25℃) | |
| 메틸 레드 | GR(Guaranteed reagent) | ≥ 1 mg/mL (in ethanol) |
| 브로모티몰 블루 | 95.0% | ≥ 2 mg/mL (in ethanol) |
| 메틸렌 블루 | ≥82.0% | ≥43.6 g/L (in water) |
| 평량(g/㎡) | 기공 크기(㎛) | 두께(㎛) | 밀도(g/㎤) | |
| 제조예 1 | 87.0 | 11.0 | 185.2 | 0.5 |
| 제조예 2 | 97.0 | 8.0 | 202.5 | 0.5 |
| 제조예 3 | 92.0 | 25.0 | 220.9 | 0.4 |
| 제조예 4 | 100.0 | 2.5 | 212.6 | 0.5 |
| 제조예 5 | 100.0 | 3.0 | 190.1 | 0.5 |
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실시예
1> 타임센서 제조
타임센서를 제조하기 위해 총 3층으로 이루어진 센서의 구조체를 디자인하였다. Top-layer는 소비자가 시간의 흐름을 육안으로 확인할 수 있는 껍데기 부분으로 원하는 이미지를 인쇄하여 사용할 수 있다. Mid-layer는 염료가 Top-layer에 닿지 않도록 보호하면서 색상 변화를 관찰할 수 있도록 셀룰로오스 나노섬유(CNF)를 이용하여 감압 탈수 방식으로 평량 40 g/㎡의 필름을 제작하여 조립하였다. Bottom-layer의 경우 염료를 흡수하는 매트릭스 기능과 동시에 바닥 역할을 할 수 있도록 바이오왁스(Bio-wax)를 이용하여 이전 실험 결과와 동일하게 처리하여 제작되었다. Bottom-layer와 Mid-layer 사이에 높이 3 mm의 염료를 보관할 수 있는 염료 보관 케이스를 구비하였고(0.7ml의 염료 보관), 염료 보관 케이스 또한 바이오왁스로 양면 코팅된 종이로 제작하여 타임센서를 제조하였다.
<실험예 1> 염료 조건에 따른 필터페이퍼 흡수 양상
본 발명에 따른 타임센서를 제조하기 위한 적합한 염료의 종류와 농도조건을 확인하기 위해, 공극 크기가 다른 두 종류의 필터페이퍼를 이용하여 실험을 진행하였고, 그 결과를 도 2 및 도 3에 나타냈다.
염료 선정 실험은 메틸 레드, 브로모티몰 블루, 메틸렌 블루를 각각 에탄올과 증류수(water)에 용해하여 색상 변화를 확인하였다. 타임센서는 육안으로 식별이 용이해야 하므로 발색이 뚜렷한 조건을 찾기 위해 상기 세 종류의 염료를 농도에 따라 테스트하였고, 20℃ 조건 하에서 진행하였다. 희석 농도는 염료의 용해도를 고려하여 0.025%, 0.25%, 1.00%, 4.00%로 조절하였으며, 이 때 자석 교반기(magnetic stirrer)를 이용하여 1시간 이상 교반하여 잔류물이 남지 않도록 최대 용해 지점까지 염료를 제조하였다. 농도에 따라 제조된 염료 20 mL를 페트리디쉬(petridish)에 각각 정량하고 0.5㎝*5.0㎝ 크기로 준비한 필터페이퍼를 수직으로 위치시켜, 염료의 흡수 양상과 색상 발현 수준을 분석하였다. 이 때 필터페이퍼의 물성에 따른 흡수 양상 차이를 확인하기 위해 공극 크기를 기준으로 하여 가장 공극이 큰 제조예 3의 필터페이퍼와 가장 공극이 작은 제조예 4의 필터페이퍼를 사용하였다.
도 2는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 염료의 농도에 따른 색을 촬영한 이미지이다. 도 2를 살펴보면, 염료 농도에 따른 용해 적성을 평가한 결과, 메틸렌 블루, 브로모티몰 블루, 메틸 레드 순서로 고농도의 염료 제조가 가능하였다. 염료의 용해성은 매트릭스에 흡수 적용될 때 중요한 요인이 되는데 미용해 잔존물이 존재할 경우 염료의 분산성이 떨어져 균일한 흡수를 방해하기 때문이다. 염료가 어떠한 섬유 매트릭스의 내부로 침투하기 위해서는 분자상으로 용매에 분산된 형태로 존재해야 한다. 이에 따르면 염료는 먼저 용해되고, 그 이후에 섬유 내부로 확산되는 순서로 진행되므로 용해성은 염색성에 결정적으로 영향을 미치는 인자라고 볼 수 있다. 따라서 타임센서에 적용하기 위해서 충분히 색을 발현할 수 있는 수준의 높은 농도에서 용해성이 높은 조건이 중요하다. 도 2를 보면, 메틸 레드의 경우 0.025%, 브로모티몰 블루의 경우는 1.0% 이상에서 용해가 이루어지지 않았고, 메틸렌 블루는 4.0%에서 최대 용해 수준을 나타냈다. 이를 통해, 메틸렌 블루가 타임센서의 염료로 가장 적합한 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼 종류에 따른 염료 흡수 양상을 촬영한 이미지이고, (a) 내지 (c)의 좌측은 제조예 3의 필터페이퍼이고, 우측은 제조예 4의 필터페이퍼이며, (a)는 4.0%의 메틸렌 블루의 이미지이고, (b)는 1.0%의 브로모티몰 블루의 이미지이고, (c)는 0.025%의 메틸 레드의 이미지이고, (d)는 0.025%, 0.25%, 1.0% 또는 4.0%의 메틸렌 블루의 필터페이퍼 흡수 실험 결과이고, (e)는 0.025% 또는 0.25%의 브로모티몰 블루의 필터페이퍼 흡수 실험 결과이고, (f)는 0.025%의 메틸 레드의 필터페이퍼 흡수 실험 결과이다. 도 3을 살펴보면, 브로모티몰 블루와 메틸 레드의 경우 반투명한 연한 색을 띠고, 메틸렌 블루의 경우 고농도 조건에서 매우 진한 색상을 나타냈다. 따라서, 염료의 종류와 농도에 따른 발색 수준을 비교하였을 때 농도가 4.0%인 Methylene blue의 발색이 가장 명확하게 발현되면서 건조 후에도 균일한 색을 나타냈기 때문에 다공성 셀룰로오스 소재의 매트릭스에 적합한 조건임을 알 수 있다.
<실험예 2> 필터페이퍼 물성에 따른 염료의 흡수 속도
본 발명에 따른 타임센서를 제조하기 위한 적합한 필터페이퍼의 조건을 확인하기 위해, 필터페이퍼의 물성에 따른 염료의 흡수 속도를 측정하는 실험을 진행하였고, 그 결과는 도 5 내지 도 9에 나타내었다.
염료의 흡수 속도 측정 실험은 제조예 1 내지 제조예 5의 필터페이퍼에서 염료가 이동하는 거리와 시간을 측정하였는데 필터페이퍼의 크기는 너비 3 mm, 길이 80 mm로 절단하여 얇고 긴 형태로 제조하여 사용하였다. 염료는 지름 3 mm의 작은 원통형 관에 0.6 mL를 채운 뒤 실험에 사용하였고, 필터페이퍼 샘플을 해당 원통형 관에 0.5 mm 만큼 잠기도록 함과 동시에 흡수 실험을 개시하여 시간에 따른 이동 거리를 측정하였다. 염료가 종이의 면적에 정확한 직선의 모양으로 흡수되기 어렵기 때문에, 측정 지점에서 직선의 선이 선명하게 발현된 지점을 이동 거리로 측정하였으며, 실험의 개략도는 도 4에 나타냈다.
도 5는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼 종류에 따른 염료 흡수 속도를 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼 종류에 따른 이동 길이를 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼의 평량에 따른 흡수 속도를 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼의 공극 크기에 따른 흡수 속도를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 필터페이퍼의 두께에 따른 흡수 속도를 나타낸 그래프이다.
도 5를 살펴보면, 공극의 크기가 커질수록 염료의 이동 속도가 빠르게 나타났고, 공극의 크기가 가장 작은 제조예 4의 필터페이퍼에서 염료의 이동 속도가 가장 느리게 나타났다. 다공성 매트릭스에서 액체의 흡수에 영향을 미치는 요인에는 매트릭스를 구성하는 섬유의 극성이나 밀토, 이동상인 액체의 점도, 표면장력과 같은 요인들이 있는데, 동일한 소재의 매트릭스와 동일한 염료의 조건에서 이동 속도의 차이가 나타나는 것은 매트릭스의 물성이 흡수 속도에 크게 영향을 미쳤다는 것을 확인할 수 있다. 공극의 크기가 작을수록 셀룰로오스 섬유 내부로 염료가 이동할 수 있는 공간이 줄어들고, 이에 따라 염료의 이동이 원활하지 않아 나타나는 결과로 보인다.
이를 토대로 특정 시간에서의 이동거리를 이용하여 이동 속도를 계산하였고 필터페이퍼의 물성과의 상관관계를 확인하였다. 먼저 최대 30분 실험한 결과를 도 6에 나타냈는데, 염료가 이동한 거리는 제조예 3의 필터페이퍼는 58.3mm, 제조예 4의 필터페이퍼는 27.8 mm인 것으로 나타났다. 도 7 내지 도 9를 살펴보면, 필터페이퍼의 공극 크기에 따른 염료의 이동 속도의 R2 값이 0.95 이상으로, 가장 높은 영향을 미쳤다는 것을 확인할 수 있다. 따라서 목표 시간이 긴 타임센서를 제작하기 위해서는 공극이 작은 정지상(필터페이퍼)을, 짧은 시간의 센서를 제작하기 위해서는 공극이 큰 정지상(필터페이퍼)을 선택해서 맞춤형 타임센서를 제조할 수 있다.
<실험예 3> CNF 코팅에 따른 염료 이동 속도 조절
본 발명에 따른 타임센서를 제조하기 위한 적합한 필터페이퍼에 셀룰로오스 나노섬유를 적용한 경우의 조건을 확인하기 위해, 필터페이퍼의 물성에 따른 염료의 흡수 속도를 측정하는 실험을 진행하였고, 그 결과는 도 10 내지 도 12 및 표 3에 나타냈다.
본 발명의 필터페이퍼에 셀룰로오스 나노섬유(CNF)를 적용하여 염료의 흡수 속도 조절 가능성을 평가하기 위해 다음과 같이 실험을 진행하였다. 시중에 유통되고 있는 상기 표 2에 나타낸 5 종류의 필터페이퍼에 미세한 셀룰로오스 나노섬유를 코팅하여 염료의 이동 속도에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 상기 셀룰로오스 나노섬유는 Hardwood bleached kraft pulp(HwBKP)를 laboratory valley beater(FRANK-PTI GmbH, Birkenau, Germany)를 이용하여 450 mL CSF로 고해한 뒤 Super Mass Colloider(MKZA6-2, Masuko Sangyo Co., Ltd., Kawaguchi, Japan)를 9회 처리하여 제조하였다. 나노셀룰로오스를 1% 농도로 희석한 뒤 laboratory bar coater를 이용하여 단면 및 양면 코팅하여 실험에 사용하였다. 셀룰로오스 나노섬유(CNF)의 적용에 따른 필터페이퍼 물성 변화를 측정하기 위해 분광광도계(Elrepho spectrophotometer, L&W, Sweden)를 이용하여 광산란 계수를 측정하였고 두께와 무게를 이용하여 밀도를 도출하였다.
| 비코팅 (non-coated) |
단일코팅 (single-coated) |
이중코팅 (double-coated) |
|
| 광산란 계수 (㎡/g) |
241 | 221 | - |
| 밀도 (㎥/g) | 0.51 | 0.52 | 0.53 |
도 10는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 제조예 4의 필터페이퍼와 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 코팅에 따른 염료의 이동 속도를 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 제조예 5의 필터페이퍼와 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 코팅에 따른 이동 길이를 나타낸 그래프이고, 도 12는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 셀룰로오스 나노섬유가 코팅된 제조예 4의 필터페이퍼의 주사전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 10 및 도 11을 살펴보면, 제조예 4 및 제조예 5의 필터페이퍼에 셀룰로오스 나노섬유를 단면 코팅한 결과 초기 이동 속도가 느려지는 것을 확인할 수 있고, 시간의 흐름에 따라 미코팅 필터페이퍼와 거의 유사한 것으로 나타났다. 그러나, 양면 코팅한 경우 염료의 이동 속도가 감소하였는데, 도 12에 나타난 바와 같이 셀룰로오스 나노섬유가 필터페이퍼에 도포되어 코팅된 면의 섬유 사이의 공극을 미세섬유가 채우고, 이에 따라 염료가 이동할 수 있는 공간을 감소시켰기 때문이다. 표 3과 같이 셀룰로오스 나노섬유의 적용에 따른 필터페이퍼의 밀도 변화를 살펴본 결과 코팅을 진행함에 따라 0.51 ㎥/g에서 0.53 ㎥/g으로 증가하였고, 코팅 여부에 따른 광산란 계수는 241 ㎡/g에서 221 ㎡/g로 감소하여, 필터페이퍼 내의 공극의 감소를 확인할 수 있다. 따라서, 타임센서에서 염료의 이동 속도를 조절하기 위해서는 필터페이퍼와 셀룰로오스 나노섬유를 조합하여 섬유 사이의 공극을 최소화하는 것이 필요하고, 센서의 크기와 목표 시간에 따라 조합 수준을 달리하여 맞춤형 센서를 제조할 수 있다.
<실험예 4> 바이오왁스의 소수성 평가
본 발명에 따른 타임센서에서 염료를 흡수하는 매트릭스를 제외한 나머지 부분에 소수성을 부여하기 위한 바이오왁스의 소수성을 평가하기 위해서, 코팅제로 바이오왁스(Topscreen BW200, SOLENIS, Korea)를 사용하였고, 실험실용 코터를 이용하여 22번 rod, 운전속도 40 mm/min 조건으로 도 13과 같이 코팅하여 실험하였고, 그 결과를 도 14, 도 15 및 표 4에 나타냈다.
소수성 평가 실험에서 사용한 바이오왁스는 도포 이후 배리어층을 형성하여 소수성을 나타내는데, 약 65℃ 이상에서 녹는(melting) 성질을 이용하여 섬유에 더 강한 고착화가 가능할 것으로 예상된다. 이에 열처리 조건에 따라 염료의 흡수 경로를 가장 잘 유지할 수 있는 소수성 발현지점을 도출하기 위해 도 13과 같은 형태로 코팅하여 그 효과를 평가하였고, 열풍건조는 105℃의 온도에서 적용시간 0초에서 1분 사이에서 최적 시간을 결정하였다.
| 접촉각(°) | 콥 흡수도(g/㎡) | |
| 바이오왁스로 코팅된 제조예 4의 필터페이퍼 |
110.2 | 0.01 |
표 4를 살펴보면, 바이오왁스의 소수성을 평가하기 위해 제조예 4의 필터페이퍼의 단면에 바이오왁스를 코팅한 경우, 접촉각은 110.2°이고, 콥 흡수도는 0.01 g/㎡를 가지는 것을 나타났다. 이에, 본 발명의 바이오왁스는 타임센서의 오염방지 및 염료의 흡수 방지 기능을 부여할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 필터페이퍼에 적용할 수 있는 최적을 조건을 하기와 같이 평가하였다.
도 14는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 바이오왁스가 코팅된 제조예 4의 필터페이퍼를 주사전자 현미경(SEM)으로 촬영한 이미지이고, 도 15는 본 발명에 따른 타임센서에 사용되는 제조예 4의 필터페이퍼에 바이오왁스 코팅과 열처리를 적용한 경우를 사진 촬영한 이미지이고, (a) 0초, (b) 30초, (c) 40초, (d) 45초 및 (e) 60초 동안 열처리한 경우의 이미지이다.
도 14를 살펴보면, 열처리 하지 않은 바이오왁스가 코팅된 제조예 4의 필터페이퍼는 종이의 표면에 배리어층을 형성하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 15의 (a)를 살펴보면, 바이오왁스를 코팅한 제조예 4의 필터페이퍼를 열처리 하지 않고 염료를 흡수시킨 경우 충분히 소수화 되지 않은 필터페이퍼 사이로 염료가 번지는 현상이 나타났으며 이는 코팅 후 내부로 충분히 스며들지 않은 바이오왁스가 표면에만 소수성을 부여하여 이동상인 염료가 셀룰로오스 소재인 필터페이퍼에 적용되었을 때 종이의 z축에 존재하는 섬유들에 흡수되면서 색이 드러났다. 이처럼 열처리가 이루어지지 않은 바이오왁스 코팅층은 중간층에 존재하는 섬유를 소수화 시키지 못하고 외부 층에만 소수성이 부여되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상을 보완하기 위해 바이오왁스의 코팅 이후 추가적인 처리를 수행하여 실험해보았다.
도 15의 (b) 내지 (e)를 살펴보면, 바이오왁스를 도포하고 완전히 건조시킨 뒤 추가적인 열처리를 30초, 40초, 45초, 60초 진행한 결과 열처리 시간에 따라 소수성 발현 지점이 달라지는 것을 확인할 수 있다. 30초와 40초의 열처리를 진행한 결과 코팅한 면의 내부까지 충분히 소수화 되지 않아 의도한 센서의 범위를 초과하여 염료를 흡수해야할 범위를 초과하여 염료가 흡수된 것을 확인할 수 있다. 또한, 60초의 열처리를 한 경우에는 바이오왁스의 과도한 융해에 의해 염료를 흡수해야할 범위까지 소수화가 일어나 염료의 흡수가 균일하게 일어나지 못하고 이동이 방해되는 것으로 나타났다. 이러한 열처리 조건의 경우 바이오왁스의 도포량이나 코팅원지의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 본 발명에서 바이오왁스를 제조예 4의 필터페이퍼에 적용할 경우 45초의 열처리가 가장 적절한 것을 알 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 즉, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다.
100: 바닥층 110: 제1 필터페이퍼
120: 염료 이동 통로 200: 중간층
210: 제2 필터페이퍼 220: 투명 셀룰로오스 필름
230:염료 케이스 300: 표면층
310: 제3 필터페이퍼 320: 버튼
330: 눈금자 340: 염료 이동선
120: 염료 이동 통로 200: 중간층
210: 제2 필터페이퍼 220: 투명 셀룰로오스 필름
230:염료 케이스 300: 표면층
310: 제3 필터페이퍼 320: 버튼
330: 눈금자 340: 염료 이동선
Claims (13)
- 염료의 이동 거리를 통해 시간의 흐름을 육안으로 확인하도록 버튼, 눈금선 및 염료 이동선을 포함하는 표면층;
투명 셀룰로오스 필름 및 염료 용액을 수용하고 상기 투명 셀룰로오스 필름 하부에 배치된 염료 케이스를 포함하는 중간층; 및
확산에 의해 상기 염료 용액이 이동하는 염료 이동 통로를 포함하는 바닥층;을 포함하고,
상기 바닥층, 중간층 및 표면층이 순차로 적층된 구조이고,
상기 바닥층은 종이로 이루어진 제1 필터페이퍼의 일면 상에 상기 염료 이동 통로를 제외한 부분을 바이오왁스로 코팅한 후 열처리하여 형성된 것인 타임센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 염료 이동 통로는 상기 바닥층 전체 면적의 30% 이상을 차지하되, 상기 바닥층의 가로축 길이방향으로 연장되도록 구비되는 것인 타임센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 중간층은 전체 면적의 30% 이상을 차지하고 상기 염료 이동 통로에 대응되도록 형성된 빈 공간을 포함하고, 상기 투명 셀룰로오스 필름의 하부에 배치되는 제2 필터페이퍼를 더 포함하는, 타임센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 투명 셀룰로오스 필름은 셀룰로오스 나노섬유로 이루어지고, 평량이 30 내지 60 g/㎡인 타임센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 염료 용액은 메틸렌 블루, 브로모티몰 블루 및 메틸 레드 중 적어도 하나 이상의 염료를 포함하고,
상기 염료 용액에서 상기 염료의 농도는 0.025% 내지 4.0%인 타임센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 버튼은 상기 중간층의 염료 케이스와 대응되는 부분에 구비되고,
상기 눈금선 및 상기 염료 이동선은 표면층의 가로축의 길이방향으로 구비되되, 상기 바닥층의 염료 이동 통로와 대응되도록 구비되는 것인 타임센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 염료 케이스는 바이오왁스로 양면이 코팅된 제4 필터페이퍼로 형성된 것인 타임센서. - (1) 제1 필터페이퍼 상에 염료 이동 통로를 제외한 부분을 바이오왁스로 코팅하여 바닥층을 형성하는 단계;
(2) 제2 필터페이퍼의 하부에 염료 케이스를 형성하고, 필터페이퍼의 적어도 일면에 투명 셀룰로오스 필름을 코팅하여 중간층을 형성하는 단계;
(3) 제3 필터페이퍼의 일면에 염료의 이동 거리를 통해 시간의 흐름을 육안으로 확인하도록 버튼, 눈금선 및 염료 이동선을 형성하여 표면층을 형성하는 단계; 및
(4) 상기 바닥층, 중간층 및 표면층을 순차적으로 적층하여 타임센서를 제조하는 단계;를 포함하는 타임센서의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 (1) 단계에서는,
상기 바닥층은 제1 필터페이퍼의 적어도 일면에 바이오왁스를 코팅하고, 단면을 기준으로 전체 면적의 70% 이하를 바이오왁스로 코팅하여 염료 이동 통로를 형성하되, 상기 염료 이동 통로는 바닥층의 가로축의 길이방향으로 형성되는 타임센서의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 (1) 단계에서는,
상기 바닥층을 형성하는 단계는 제1 필터페이퍼의 적어도 일면에 바이오왁스를 코팅한 후 80℃ 내지 100℃의 온도에서 40초 내지 60초 동안 열처리하는 과정을 더 포함하는 타임센서의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 (2) 단계에서는,
상기 중간층은 제2 필터페이퍼의 적어도 일면 이상에 셀룰로오스 나노섬유로 이루어진 투명 셀룰로오스 필름을 코팅하되,
상기 제2 필터페이퍼는 전체 면적의 30% 이상의 빈 공간을 포함하고, 상기 빈 공간은 필터페이퍼의 가로축 길이방향으로 형성된 것인 타임센서의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 (2) 단계에서는,
상기 염료 케이스는 제4 필터페이퍼의 양면을 바이오왁스로 코팅하여 형성되고,
상기 염료 케이스의 내부는 메틸렌 블루, 브로모티몰 블루 및 메틸 레드 중 적어도 하나 이상의 염료를 포함하는 타임센서의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 (3) 단계에서는,
상기 표면층의 버튼은 상기 중간층의 염료 케이스와 대응되는 부분에 형성하고, 상기 눈금선 및 상기 염료 이동선은 표면층의 가로축의 길이방향으로 형성하되, 상기 바닥층의 염료 이동 통로와 대응되도록 형성하는 것인 타임센서의 제조방법.
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