KR19980019463A - 원적외선 방사의 토석분을 코팅한 가요성 발포 시트 제조방법(Flexible Foam Sheet Production Process Coating of Far Infrared Rays Radiated Ocher and Stone Power) - Google Patents

Abstract

본 발명은 황토 등 원적외선의 방사가 가능한 토석분(土石粉)을 코팅시킨 건축 내장재, 가구, 매트용의 표피재나 라이너로서의 가요성 발포 시트 제조 방법이다. 종래의 제품들은 황토를 수지 내에 가둠으로서 황토의 고유기능을 발휘하지 못한다. 본 발명의 구성은, 아크릴 수지, 폴리우레탄, 합성고무 등의 수용성 수지에 올레인산계 발포제와 분산제 및 정포제를 배합하고, 이 배합된 수용성 수지 원료 60∼95중량%에 원적외선의 방사가 가능한 황토, 백토, 맥반석 가루 등의 충진재 5∼40중량%를 혼합하며, 이 혼합물을 섬유부재에 공기 주입하면서 코팅한 후, 100∼200℃로 약 10분 이내에서 건조하여 1.5배 이상의 비율로 발포시키는 방법이다. 황토 등이 균일하게 분포하는 고밀도 다공질의 통기성 오픈 셀을 얻는다.

Description

원적외선 방사의 토석분을 코팅한 가요성 발포 시트 제조 방법

본 발명은 황토 등 원적외선의 방사가 가능한 토석분(土石粉) 충진재를 수지와 함께 코팅하여 발포시킨 건축 내장재, 가구, 매트용의 표피재 또는 라이너로서의 가요성(可撓性) 발포 시트 제조 방법(Flexible Foam Sheet Production Process Coating of Far Infrared Rays Radiated Ocher and Stone Powder)에 관한 것이다.

유사이래 인류의 문명은 흙과 함께 유지되어 왔으며, 모든 생명의 시작은 흙과 분리되어 생각될 수 없다. 그러나 고도의 산업화가 가속화되면서 도로포장율이 높아졌고, 흙은 불필요한 먼지로 간주되어 왔다. 최근에 와서 원적외선 방사 세라믹의 원료로 사용되어지면서 흙에 대한 연구가 도출되고 있는 실정이다.

현재 황토, 맥반석, 백토 등을 이용하여 바닥재, 벽지로 상용화시킨 사례가 급증하고 있다. 이들 대부분은 수지 원료 또는 시멘트 몰탈에 황토를 혼합하여 성형하는 것이다. 그리고 기존의 가요성 황토 매트 제조 방법을 보면, 통기성이 없는 폴리염화비닐(PVC) 필름 2장을 겹쳐서 고주파 접착한 후, 그 사이에 황토, 맥반석, 백토 가루 등을 삽입시키는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 상기에서 수지 원료에 황토를 혼합하여 성형하는 경우에는 황토가 수지 또는 라텍스 내에 가둬짐으로서 황토의 고유 기능을 발휘하지 못한다. 이러한 황토 이용의 수지 성형재는 대체적으로 그 두께가 두껍고 단단하여 바닥재 또는 벽재로 사용할 수는 있으나 가요성 매트 또는 가구 등의 표피재 또는 라이너로 사용할 수 없었다. 황토를 이용한 시멘트 몰탈의 경우에도 상기와 같은 용도상의 한계가 있는 것은 물론이다.

또 상기한 종래 기술에서 폴리염화비닐 필름 내에 황토를 삽입한 황토 매트의 경우에는, 가요성은 갖지만 황토가 필름 내에 가둬져 있기 때문에 황토의 고유 기능, 즉 항균기능, 공기정화기능, 습도조절기능 등을 발휘할 수 없을 뿐만 아니라 폴리염화비닐 필름의 방수성 때문에 여름철 매트로 사용할 때 땀이 차서 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있다. 또한, 이러한 황토 매트의 제조 공정은 작업이 매우 더디어 작업성 및 생산성이 매우 낮은 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 원적외선 방사성, 항균성 등을 지닌 황토의 고유 기능을 최대한 유지할 수 있고, 가요성을 가진 얇은 시트로 구성하여 각종 내장재, 벽지, 가구, 매트 등의 표피재나 라이너로 사용될 수 있게 하며, 특히 발열 매트에 적용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 공기발포공정 예시도.

도 2는 본 발명에 의하여 얻어진 시료와 블랙 바디의 원적외선 방사에너지 비교선도.

도 3은 본 발명에 의하여 얻어진 시료의 원적외선 방사율 곡선도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 직물, 2: 건조기, 3: 바인더, 4: 나이프, 5: 공기압축기, 6: 유동로

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 아크릴 수지, 폴리우레탄, 합성고무 중에서 선택되는 적어도 1종 이상의 수용성 수지에 올레인산계 발포제와 분산제 및 정포제를 배합하고, 이 배합된 수용성 수지 원료 60∼95중량%에 원적외선의 방사가 가능한 황토, 백토, 맥반석 가루 중에서 선택되는 적어도 1종 이상의 충진재 5∼40중량%를 혼합하며, 이 혼합물을 섬유부재에 공기 주입하면서 코팅한 후, 100∼200℃로 약 10분 이내에서 건조하여 1.5배 이상의 비율로 발포시키는 방법을 특징으로 한다.

상기에서 수지(emulsion)를 수용성으로 한정한 이유는 환경적으로 폐수의 발생을 억제하기 위한 목적이 크다. 그래서, 기술적으로는 상기에 예시된 수용성 수지와 동일계열의 비수용성 수지를 사용하여도 같은 효과를 얻을 수 있다. 이러한 수용성 수지는 서로 혼합하여도 되지만 1종으로 한정하는 것이 바람직하다. 합성고무의 예로는 부타디엔스틸렌공중합수지(SBR), 부타디엔아크릴니트릴공중물(NBR) 등이다.

올레인산계 발포제는 반응성 무기발포제의 일종으로서 다른 무기발포제, 예컨데 중탄산나트륨, 탄산암모늄들에 비해 본 발명의 발포 시트를 얻는데 가장 적합한 특성을 갖는다. 유기발포제의 일종인 이탄화질소 아미드(Azodicarbon amide: ADCA), 아조비스 이소부티로니트릴(AIBN), 디니트로소 펜타메틸렌 테트라민(DPT) 등의 경우에는 건조 발포시 이산화탄소, 질소가스가 발생하기 때문에 발포 표면이 매우 불규칙하고 매끄러운 발포 코팅이 힘들다.

본 발명의 올레인산계 발포제에는 폴리카본산소다계 분산제와 폴리실록산계 정포제를 이용하여 공기 발포시키면 건조시 발포도의 균제도가 타 발포제에 의한 균제도보다 탁월한 결과가 나타남을 실험에 의하여 알게 되었다. 상기 발포제의 첨가시에 부가적으로 발수제를 5∼20중량% 첨가할 수도 있다. 발수제를 첨가하면 발수성, 통기성이 향상된다.

황토와 백토 및 맥반석 가루는 건조 상태로 있는 미분(微粉)의 충진재로서, 서로 혼합하여도 되지만 1종 이상을 사용하여도 본 발명에서 얻고자 하는 효과에는 영향을 미치지 않는다.

이러한 충진재와 상기한 수용성 수지 원료의 혼합비율을 5∼40중량% 대 60∼95중량%로 하는 것은 발포의 균제도, 원적외선 방사율, 작업 효율 등을 높이기 위한 최적치의 범위를 나타낸 것이다. 예컨데, 충진재를 기준으로 볼 때 5중량% 이하에서는 원적외선 방사율이 현저히 떨어지는 등 충진재의 고유기능을 수행하는데 큰 영향을 미치게 되고, 40중량% 이상에서는 충진재가 지니는 친수성 때문에 수용성 수지 원료의 수분을 과다하게 흡수해 가므로 혼합물을 섬유부재에 코팅하는데 매우 큰 어려움을 겪게 된다. 충진재 중에서도 맥반석 가루의 경우에는 황토 또는 백토에 비하여 혼합시 응고되는 정도가 약해서 약 50중량%까지도 첨가할 수 있다.

섬유부재는 천연섬유와, 재생인조섬유, 합성섬유, 무기섬유, 복합섬유, 기능성 섬유 등의 각종 인조섬유를 포함하는 것으로서, 직물, 부직포 또는 이들의 조합 형태로 존재하는 기질의 부재이다. 이러한 섬유부재에 수용성 수지 원료와 충진재의 혼합물을 코팅하기 위하여는 혼합물 내로 공기를 인위적으로 주입시킬 필요가 있다. 그래야만 충진재가 발포된 오픈 셀 내에서 수지 중에 모두 갇히지 않게 하면서 그에 필요한 발포 비율 1.5배 이상을 맞출 수 있다. 혼합물 내로 공기를 주입하는 방법은 혼합물에 일정한 공기압을 가하면서 노즐 형태의 유동로를 통과시키면 된다.

섬유부재의 표면 또는 양면에 혼합물의 코팅이 이루어진 후에 가해지는 건조 조건, 즉 100∼200℃로 약 10분 이내에서 건조하는 것은 본 발명에서 중요한 조건의 하나로서, 코팅 두께의 1.5배 이상의 비율로 발포시키기 위한 조건이기도 하지만, 충진제가 발포된 오픈 셀 내에서 수지 중에 모두 갇히지 않게 하면서 발포의 균제도 및 유연한 셀 구조를 유지시키고 내구성을 부여하는데 긴요하다. 건조 조건에 부합되지 않으면 발포체가 쉽게 부서지거나 미발포 상태 또는 셀 구조의 형태를 지속적으로 유지하지 못하는 결과를 낳는다.

본 발명에 의하여 얻어지는 발포 시트는 발포 구조(Vulcanized morphology)에 의한 브레써블(Breathable) 기능, 즉 셀이 열려 있기 때문에 황토 등의 충진재가 외부의 습기, 산소, 온도, 광학적 또는 생화학적 영향 등을 받을 수 있는 환경에 놓여 있게 되고, 발포체가 섬유부재에 비교적 얇게 층을 이루고 있어 유연성과 완충성을 가진다. 수지 원료와 발포제의 조합성분들은 내수, 내산, 내알칼리성을 가지고 있는데, 충진재와 셀의 크기 또한 초미세한 상태로 주어지기 때문에 통기성이 보장되면서 상기와 같은 특성들을 현저하게 유지할 수 있는 것이다. 특히 수용성 수지를 아크릴 수지로 선택하는 경우에는 그 특성상 황토 등의 충진재 미세 입자의 포집력이 뛰어난 것으로 나타났다. 원적외선의 방사율은 하기 실시예에 의하여 얻어진 발포 시트를 대상으로 한 실험에서 언급되겠지만, 약 90% 이상으로 나타난다. 또, 다공질 구조이기 때문에 그 흡착력에 의하여 냄새 흡착율이 85% 이상으로 나타난다. 발포체는 음이온의 분자구조를 띄고 있으므로 세균들의 음이온성 외벽구조를 정전기력에 의해 분해하는 항균작용을 하고, 내포하는 화학성분 중의 이산화규소 구조는 신선한 용존 산소(O₂)를 발생시키는 작용을 한다.

이하, 벽지 또는 발열 매트의 표면지, 가구 또는 건축내장재의 라이너로 사용할 수 있는 범용성의 발포 시트를 얻기 위한 실시예를 설명한다.

수용성 아크릴 수지와 올레인산계 발포제, 폴리카본산소다계 분산제, 그리고 폴리실록산계 정포제를, 통상의 반응성 발포제 이용의 수지발포시의 원료배합량과 동일한 수준으로 배합한다. 이렇게 배합된 수용성 수지 원료 65중량%에 건조된 황토 미분 25중량%를 혼합하고, 이 혼합물에 발수제 10중량%를 첨가하여 혼합하였다.

그런 후에 상기 혼합물을 도 1과 같은 공정에 의하여 직물의 표면에 공기 발포시킨다. 즉 직물(1)을 벨트로 열풍 챔버식 건조기(2) 내로 이송시키고, 이와 동시에 직물의 이송로 중에는 기포가 포함된 혼합물인 바인더(3)을 올려 놓고 나이프(4)를 이용하여 일정 두께가 되도록 깎으면서 코팅한다. 이때 코팅된 두께는 1mm로 하였다. 코팅 두께는 1∼2mm가 적합하고, 나이프(4)는 롤 코터 또는 나이프 코터를 의미한다.

상기에서 바인더(3)에 포함되는 기포는 공기압축기(5)에 의하여 주어진다. 즉 일정압으로 맞추어진 공기압축기(5)에 2개의 입구와 1개의 출구를 갖는 노즐 형태의 유동로(6)를 설치하고, 이 유동로(6)의 한쪽 입구에는 바인더를 투입하며, 다른 쪽 입구에는 공기를 불어넣는다. 그러면 계면활성화와 같은 상태 변화를 수반하면서 무수한 기포들을 갖는 바인더(3)가 출구를 통해 나와 나이프(4) 일측의 직물(1) 위에 공급된다.

건조기(2)는 100∼200℃로 코팅면을 가열하고, 그 가열시간이 약 10분 이내를 유지하게 되면 약 1.5mm 정도의 두께로 균일하게 발포된다.

이하는 실시예에 의하여 얻어진 발포 시트의 셀 단면에 대한 1,000배 확대 사진이다.

상기 사진은 출력전압 20kv의 스캐닝 일렉트로닉 마이크로스코프(SEM)로 촬영한 것이다. 작은 괴상의 충진재(황토) 미세 입자들과, 이 충진재 미세 입자들에 비하여 크거나 유사한 크기의 셀 미세공들(pores)이 서로 만나거나 인접하면서 조밀(고밀도)하고 균일하게 분포되어 있음을 알 수 있다.

최종적으로 얻어진 발포 시트 시료를 한국건자재시험연구원(KICM)에 의뢰(발급번호: FIR-126)하여 원적외선 방사 측정을 행하였다. 측정조건은 40℃, FT-IR 스펙트로미터(Spectromater)를 이용하여 블랙 바디(black body)와 대비한 측정이다. 그 결과 방사율(5∼20㎛)은 0.90, 방사에너지(W/㎡·㎛, 40℃)는 3.62×10²으로 나타났다. 도 2는 그 방사에너지 비교선도를 나타낸 것이고, 도 3은 그 방사율 곡선도를 나타낸 것이다.

다음은 본 발명에 의하여 얻어진 발포 시트 시료를 상기 시험기관에 의뢰(발급번호: FAB-029)하여 항균성 시험을 한 결과이다. 시험방법은 KICM-FIR-1002에 따랐고, 사용균주는 대장균(Escherichia coll ATCC 25922)과 녹농균(Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442)이다.

시험항목	시료구분	초기농도(개/㎖)	6시간후(개/㎖)	24시간후(개/㎖)	세균감소율(%)
대장균에 의한항균시험	미처리(Blank)	270	420	640	-
	본 발명의 시료	270	176	69	74.4
녹농균에 의한항균시험	미처리(Blank)	440	630	980	-
	본 발명의 시료	440	290	141	68.0

표 1에서 미처리는 시료를 넣지 않은 상태에서 측정한 것이며, 배지상의 균수는 희석배수를 곱하여 산출한 것이다. 시험결과는 대장균 74.4%, 녹농균 68.0%의 우수한 세균감소율을 보였다.

이와 같은 본 발명은 바닥재, 벽지 등의 건축 내장재, 가구, 의료용 가열 매트, 전기장판 등의 표피재 또는 라이너로 사용될 수 있다. 통기성, 습도, 온도 유지 등이 원활히 이루어지는 광학적, 생물학적 환경의 숨쉬는 황토 등을 구현할 수 있어서 인체에 유리한 자연친화적 실내 환경을 조성할 수 있다. 그리고, 가요성 및 쿠션감이 주어지는 얇은 발포성 섬유 시트를 얻을 수 있고, 내수성, 내산성, 내알칼리성에 있어서도 뛰어난 효과를 갖기 때문에 그 적용범위가 매우 넓어진다.

또 원적외선의 방사율이 높은 고밀도의 다공질 발포 시트를 얻기 때문에 주거 용구로 사용할 경우 생체에너지 활성화, 항균작용, 공기정화(탈취)작용은 물론 실내의 열손실을 줄이면서 가열체의 전열효과를 상승시킨다.

Claims (5)

1. 아크릴 수지, 폴리우레탄, 합성고무 중에서 선택되는 적어도 1종 이상의 수지에 올레인산계 발포제와 분산제 및 정포제를 배합하고, 이 배합된 수지 원료 60∼95중량%에 원적외선의 방사가 가능한 토석분으로 이루어진 충진재 5∼40중량%를 혼합하며, 이 혼합물을 섬유부재에 공기 주입하면서 코팅한 후, 100∼200℃로 약 10분 이내에서 건조하여 1.5배 이상의 비율로 발포시킨 가요성 발포 시트 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 수지는 수용성인 것을 특징으로 하는 가요성 발포 시트 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 충진재는 황토, 백토, 맥반석 가루 중에서 선택되는 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 가요성 발포 시트 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 수지 원료에 발수제를 5∼20중량% 첨가한 것을 특징으로 하는 가요성 발포 시트 제조 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 합성고무는 부타디엔스틸렌공중합수지(SBR) 또는 부타디엔아크릴니트릴공중물(NBR)인 것을 특징으로 하는 가요성 발포 시트 제조 방법.