KR20020010533A - 광물조성물 및 이 광물조성물을 함유하는 시트재 - Google Patents

광물조성물 및 이 광물조성물을 함유하는 시트재 Download PDF

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KR20020010533A
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Abstract

본 발명은 천연흑색점토의 분말과, 음으로 대전한 광물의 분말의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물조성물, 이러한 광물조성물이 기초재 시트에 도포 또는 함침되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물조성물을 함유하는 시트재, 및 이러한 시트재의 용도에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 여러 가지의 가스흡수성, 특히 황화수소가스의 흡수성이 우수한 광물조성물 및 이 광물조성물을 함유하여 벽재, 깔개, 기저귀, 필터 등의 여러 가지 용도로 사용하기에 적합한 시트재를 제공할 수 있다.

Description

광물조성물 및 이 광물조성물을 함유하는 시트재{MINERAL COMPOSITION AND SHEET MATERIAL CONTAINING IT}
본 발명은 광물조성물 및 이 광물조성물을 함유하는 시트재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 천연흑색점토를 주성분으로 하는 광물조성물 및 이 광물조성물을 함유하는 시트재에 관한 것이다.
일본국 특허공고 (소)64-6838호에는 화산폭발에서 생성되고 알로판 광물 및흄산을 주성분으로 함유하는 "안도"토양을, 안도토양의 흡착 및 기타 성질을 강화하기 위하여 화산재 및 활성탄과 혼합하고, 각종 크기의 무수한 기공을 함유한 다공성 화산암설(예를 들면, 부석)인 매트릭스에 결합제를 사용하여 결합시킨 수처리용 괴상 고체처리제가 기재되어 있다.
상기 고체처리제는 전형적으로 분쇄된 화산부석 매트릭스 100부(부피기준)당 15 내지 40부의 안도토양, 15 내지 35부의 활성탄, 20 내지 70부의 화산재를 필수성분으로 가진다.
상기 필수성분 중 화산암설(부석), 안도토양 및 화산재는 천연자원에서 공급되며 간단한 정화처리 후에 고체처리제의 제조에 사용되지만, 활성탄은 열대지방에서 수입한 야자열매 껍질과 같은 식물성 재료로부터 수증기 활성화법, 염화아연 활성화법 등의 방법에 의하여 인공적으로 합성해야 하기 때문에 상기 천연에서 나오는 3가지 성분과 비교할 때 상당히 고가이기 때문에 제조된 고체처리제의 가격이 높아진다.
또한 공기 또는 물과 같은 오염된 유체의 흡착제로 사용되는 경우, 상기 활성탄을 포함하는 처리제는 활성탄의 포화점이 낮아 유체로부터 소량의 냄새나는 착색물질을 흡착할 때 포화점에 급격히 도달되어 흡착성이 심하게 감소하고, 흡착된 냄새 및 책색물질이 포화된 활성탄 흡착제로부터 방출되어 처리된 유체가 재오염되기 때문에, 활성탄이 배수 또는 하수의 처리 또는 실내공기의 탈취와 같은 장기간의 탈취 및 탈색성능이 요구되는 용도에는 부적합하다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자가 발명하여 출원한 특허공개제96-10536호에는, 유체처리용 고체매체의 제조에 사용되는 조성물로서, 천연산 휴믹알로판 토양입자를 필수성분으로 결합제와 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하고, 추가로 골재재료를 포함할 수 있는 조성물이 개시되어 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 천연흑색점토에 음으로 대전한 광물의 분말을 혼합하여 제조된 기체흡수성이 우수한 광물조성물 및 이러한 광물조성물을 이용한 시트재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 시트재의 설명도,
도 2는 유해가스제거장치의 설명도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 시트재 11 : 기초재 시트
12 : 혼합분말층 13 : 피복시트
15 : 산업폐기물층 16 : 제거탑
17 : 통기구멍 18 : 흡기팬
20 : 필터
본 발명은 천연흑색점토의 분말과, 음으로 대전한 광물의 분말의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 이러한 광물조성물이 기초재 시트에 도포 또는 함침되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물조성물을 함유하는 시트재를 제공한다.
또한 본 발명은 이러한 시트재를 사용하여 이루어지는 벽재, 깔개, 기저귀 및 필터를 제공한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에서 채용되는 천연흑색점토는 화산국인 일본국에 널리 퇴적분포되어 용이하게 채취하여 입수할 수 있다.
화산재 퇴적물 유래의 풍화생성물인 화산재 토양의 표층부분은, 비정질(무정형) 점토광물인 알로펜을 주성분으로 하고, 이것에 다량의 부식(腐植: 땅 속의 유기물이 분해하여 생긴 검은 것)(후민산군 및 후르보산군)을 포함하는 흑색토양으로, 일반적으로「암토」, 「암음지」등으로 불리우고 있다. 본 명세서에서는 이것을 천연흑색점토라 부르기로 한다.
천연흑색점토 중의 점토광물, 부식(후민산, 후르보산), 알로펜의 어느 것이나 이 pH 의존 하전을 가지고 있다.
각각의 하전의 구조를 살펴보면, 층상 점토광물은 규산 4면체층, 알루미나 8면체층이 겹친 형상을 이루고 있다. 이들 4면체, 8면체는 인접하는 4면체 또는 8면체와 산소를 공유하고 있다. 이것을 하전의 면에서 보면, 규소(+4가)는 4개의 산소(-2가)의 하전을 절반씩 떠맡고 있다(알루미나 8면체도 동일함). 규소를 둘러싸는 산소로부터 보아 양 측에 규소가 있는 것이 필요하다. 따라서 규소가 한 쪽밖에 없는 경우, 즉 끝면에서는 산소의 음하전(負荷電)이 만족되지 않는다. 이것이 음으로 대전하고 있는 이유이다.
또한 이 음하전에 수소이온이 약하게 결합하여 전기적으로 중성을 유지한다.
알루미나 8면체는 알루미늄의 양하전(正荷電)을 띠게 되어 수산이온과 확실하게 결합하고, 그 결과 전기적으로 음으로 대전하고 있다. 그리고 이 수산이온이 수소이온을 끌어당기고 있어 전기적으로 중성을 유지한다.
상기 각 반응은 수소이온농도가 커지면, 즉 pH가 낮아지면 진행된다.
천연흑색점토 중의 후민산, 후르보산이라는 단일 화합물은, 다수종의 유기물이 혼합된 것으로, 그 중량·평균적 분자량이 수만정도인 무정형의 고분자물질로서, 형상은 반경 6 내지 100 Å의 대략 구형에 가까운 물질이다.
부식(후민산, 후르보산)이 대전하는 것은 카르복실기나 페놀수산기를 다량으로 포함하기 때문이다. 카르복실기의 말단 및 페놀수산기의 말단의 수소의 결합력은 약하여 외부액의 수산기에 끌리어 해리되어 기의 말단에 음하전이 형성되기 쉽다. 당연히 수산이온의 농도가 높으면, 카르복실기나 페놀기로부터 해리되는 수소 이온은 양은 많아져 음의 하전량이 증가한다.
천연흑색점토광물 중의 규산, 알루미나, 알로펜, 부식은, 수중의 pH를 항상 중성으로 유지하는 것이 입증되어 오수, 오탁의 정화에는 대단히 효과적이다. 또 부식의 콜로이드는 전체에 음으로 하전되어 있다. 이것은 상기한 바와 같이 카르복실기나 페놀수산기로부터의 수소의 해리에 의해 생기고, 이 수소이온의 일부가 금속 양이온과 교환하여 이른바 전기 2중층을 형성한다. 이와 같은 흡착작용을 가지고 있기 때문에, 냄새제거기능, 중금속제거기능을 가진다.
상기한 바와 같이 천연흑색점토는, 그것만으로 냄새제거기능, 중금속흡착기능, 물의 정화작용 등을 가져 유용하다.
이 천연흑색점토는 그것을 구성하고 있는 알로펜 점토광물과 부식물질과의 각각의 고유한 물리화학적인 흡수, 흡착특성의 효과로서, 여러 가지의 물질종(이온, 화합물)에 대하여 흡수, 흡착, 교환, 완충작용 등의 거동을 하는 것은 토양학적인 연구에 의해 해명되어 있다.
그러나 이 천연흑색점토는 상기 특수한 작용 또는 성질을 토양학(농업토양) 이외의 분야에 있어서는 어떠한 목적에 이용하고자 하는 것은 드물다. 오히려 이 천연흑색점토는 비료 등을 흡수, 분해하여 버리기 때문에 농작물에는 적합하지 않으므로 거의 이용되지 않고 있는 실정이다.
본 발명에서 천연흑색점토는 토양에서 채취하여 적합한 건조방법, 예를 들면 태양 및/또는 공기 건조 또는 완만한 가열로 탈수 또는 건조하고, 미분쇄한 후 암설 및 오염물질을 분리정제한 분말형태로 사용한다.
음으로 대전한 광물은 이들을 분쇄하여 분말형태로 사용하며, 이러한 음으로 대전한 광물의 분말로는 전기석분말, 활석분말, 장석분말, 또는 이들을 2종 이상 혼합한 혼합분말을 사용하는 것이 바람직하다.
천연흑색점토와 음으로 대전한 광물의 분말의 혼합비는 특히 한정되는 것은 아니나, 용량비가 1:1 내지 1:0.3이 되도록 하면 흡수, 흡착성능상으로 바람직하다.
상기한 바와 같이 천연흑색점토는, 기본적으로 음으로 대전하고 있으나, 표면에 양이온을 약하게 흡착하여 전기 2중층을 형성하고 있다. 표면에 양이온이 존재함으로써, 외관적으로는 양으로 대전하고 있는 것처럼 보인다.
이 전기 2중층을 형성하고 있는 천연흑색점토에 상기 음으로 대전한 광물의 분말을 혼합하면 약하게 결합하고 있는 양이온이 추방되고 전체로서 더 많이 음으로 대전한 상황이 된다. 즉, 상기 음으로 대전한 광물의 분말 자체도 여러 가지의 이온종을 흡착하는 능력을 가지고 있으나, 천연흑색점토분말과 혼합함으로써 천연흑색점토분말 표면의 양이온을 추방하는 결과, 음으로 대전한 입자수가 배증하게 된다.
상기 광물조성물은 여러 가지의 기체나, 오수 중의 인이나 질소의 흡착능을 가지고 있다. 특히 황화수소의 흡착능이 우수하다.
이들 혼합물에 산화아연을 더 혼합할 수도 있다. 산화아연은 황화수소 가스 등과 반응하여 황화아연으로 변하면서 냄새를 없애는 역할을 한다. 산화아연은 천연흑색점토분말의 양을 기준으로 10 내지 30용량%의 비율로 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 광물조성물은 분말 그대로는 처리하기 어렵기 때문에 바인더를 사용하여 페이스트형상으로 만들고, 이것을 기초재 시트에 도포 또는 함침시킨 후 건조시킨 시트재로 사용하는 것이 바람직하다.
바인더로는 메틸셀룰로스, 물유리 등의 유기 또는 무기바인더를 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 바인더는 천연흑색점토분말의 양을 기준으로 20 내지 30용량%의 비율로 첨가하는 것이 바람직하다.
기초재 시트로는 부직포 등 통상의 기초재 시트를 사용한다.
시트재는 상기 함침된 광물조성물이 덮이도록 기초재 시트에 피복시트를 접착하여 샌드위치형상으로 하는 것이 바람직하며, 시트재의 두께는 그 용도에 따라 조절할 수 있으나 통상 0.7mm 내지 20mm로 형성하는 것이 바람직하다.
도 1은 상기한 시트재(10)의 일례이다.
(11)은 부직포, 종이, 직물 등의 기초재 시트, (12)는 상기 혼합분말을 바인더로 페이스트형상으로 한 것을 기초재 시트(11) 위에 도포 또는 함침한 혼합분말층, (13)은 이 혼합분말층(12)을 덮어 기초재 시트(11)에 접착제에 의해 접착한 부직포, 종이, 직물 등으로 이루어지는 피복시트이다.
상기 시트재(10)는 벽재, 각종 깔개, 기저귀, 각종 필터의 재료 등 여러 가지의 용도로 사용할 수 있다.
예를 들면 이부자리와 시트 사이에 까는 깔개로서 사용하면 무취효과가 있고, 또 마이너스이온을 방출하기 때문에 혈류를 좋게 하는 등, 인체에 좋은 영향을 미친다.
실내의 깔개로서도 유효하게 이용할 수 있다. 이 경우, 실내공기의 청정화, 마이너스이온의 방출 등의 작용 외에 마이너스로 대전하고 있기 때문에 정전기를 흡수, 제거하여 OA기계의 보호가 도모된다.
또 벽재로서 사용하는 것도 유효하다. 역시 실내공기를 청정화함과 동시에 실내에 마이너스이온을 방출한다. 벽재로서 사용할 때는 혼합분말층측을 직접 벽을 향하여 부착할 수 있으므로 피복시트는 반드시 필요하지는 않다.
또 기저귀의 주재료로서 시트재를 사용할 수 있다. 이 경우에는 암모니아 등의 악취성분을 흡수할 수 있고, 또 항균작용도 기대할 수 있다.
또한 각종 필터로서 사용할 수 있다. 예를 들면 냉난방장치 내의 필터로서 사용함으로써 실내공기의 청정화, 마이너스이온의 방출효과를 가진다.
또한 수돗물 또는 오수 등의 물을 정화시키기 위한 필터로서 사용하면 수돗물 중의 냄새성분이나 미량의 불소, 비소, 아질산 등의 제거를 할 수 있다. 또 오수 중의 인이나 질소 등의 영양소도 흡착, 제거할 수 있으므로 오수의 청정화효과도 있다.
도 2는 본 발명의 시트재를 필터로 사용한 유해가스제거장치의 일례를 나타낸다.
도 2에 나타내는 바와 같이 산업폐기물층(15)에 스테인레스 스틸제 등의 제거탑(16)을 세워 설치한다. 제거탑(16) 하부에는 통기구멍(17)을 설치하여 산업폐기물층(15) 내에서 발생한 유해가스가 제거탑(16) 내로 진입하도록 설치하고 있다. 제거탑(16)의 상부에는 흡기팬(18)을 설치하여 유해가스를 제거탑(16) 내로 흡인한다. 제거탑(16) 내의 중도부에는 본 발명의 광물조성물로 이루어진 필터(20)를 설치한다.
상기 필터(20)는 천연흑색점토분말 : 활석(쥬리콘)분말 : 산화아연분말을 10 : 10 : 3의 용량비로 혼합하여 광물조성물을 제조하고, 이 광물조성물에 바인더를 첨가하여 두께가 0.7mm 내지 20mm 정도가 되도록 굳혀 건조시켜 형성하였다.
상기 필터에 의해 산업폐기물로부터 발생한 황화수소 등의 유해가스를 효과적으로 제거할 수 있었다.
(실시예 1)
천연흑색점토분말 : 활석(쥬리콘)분말 : 산화아연분말을 10 : 10 : 3의 용량비로 혼합하여 광물조성물을 제조하였다.
(실시예 2)
상기 실시예 1의 광물조성물에 바인더를 첨가하여 두께가 0.7mm 내지 20mm 정도가 되도록 굳히고 건조시켜 시트재를 형성하였다.
(실험예 1)
천연흑색점토분말, 음으로 대전한 광물의 분말, 천연흑색점토분말과 음으로 대전한 광물의 분말과의 혼합물을 각각 동일크기의 염화비닐제의 자루에 동량씩 수납하여 자루로부터 튀어나오는 대전한 입자수의 개수를 계측하였다. 자루 내에는 파우더가 랜덤하게 부유하고 있다고 생각되어 자루 내의 공기를 전부 압출하고 이 공기 중의 대전한 입자수를 계측하였다. 계측위치는 자루의 입구로부터 10mm 떨어진 위치에서 이온측정기(IC-1000)를 사용하여 계측하였다.
대전한 입자수비는, 천연흑색점토분말 : 음으로 대전한 광물의 분말 : 혼합분말 = 50000 (+이온) : 20000 (-이온) : 40000 (-이온)의 측정결과가 얻어졌다.
상기 음으로 대전한 광물의 분말 자체도 여러 가지의 이온종을 흡착하는 능력을 가지고 있으나, 상기한 바와 같이 천연흑색점토분말과 혼합함으로써 천연흑색점토분말 표면의 양이온을 추방하는 결과, 음으로 대전한 입자수가 배증함을 알 수 있었다
(실험예 2)
천연흑색점토광물의 분말과 전기석분말을 1:1의 용량비로 혼합하여 공시체(供試體) A를 제조하고, 천연흑색점토의 분말과 쥬리콘의 분말을 1:1의 용량비로 혼합하여 공시체 B를 제조하였다.
공시체 A와 B 0.2g 을 약 22㎖의 바이알병에 각각 넣고, 바이알·세푸탐으로 밀봉상태로 하여 표준 황화수소기체를 기체 타이트실린지로 설정농도가 되도록 바이알병에 주입하여 황화수소기체농도의 경시 변화측정을 기체크로마토그래피에 의하여 행하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 또한 대조구인 std - 1, 2는 혼합분말을 넣지 않은 병이다.
표 1에서 명백한 바와 같이, 공시체 A와 B 모두 황화수소를 순간에 흡착하여 30분 후에는 황화수소 농도가 거의 0이 되는 것을 알 수 있다.
(실험예 3)
테드라백(5ℓ) 속에 상기 공시체 A 1g과 트리메틸아민 혼입기체(트리메틸아민 36ppm) 600㎖을 주입하여 3시간 후의 기체농도를 검지관을 사용하여 측정하였다(시료수 : 2). 측정결과는 N1= 0(ppm), N2= 2.5 (ppm)로, 대부분의 트리메틸아민이 흡수, 제거되었다.
(실험예 4)
테드라백(5ℓ) 속에 상기 공시체 A 1g과 암모니아 혼입기체(암모니아 860 ppm) 600㎖를 주입하여 3시간 후의 기체농도를 검지관을 사용하여 측정하였다(시료수 : 2). 측정결과는 N1= 16 (ppm), N2= 24 (ppm)로, 대부분의 암모니아가 흡수, 제거되었다.
상기 결과로부터 명백한 바와 같이 본 발명의 혼합분말은 여러 가지의 기체흡수능력이 우수하다. 특히 천연흑색점토분말 단체, 또는 전기석 등의 음으로 대전한 광물의 분말 단체에서는 황화수소기체의 흡수능이 거의 없으나, 상기 혼합분말은 황화수소기체를 거의 순간에 흡수한다는 우수한 효과를 가지고 있다. 또 트리메틸아민, 암모니아, 메틸인돌이라는 악취성분의 흡착능에도 우수하다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 여러 가지의 가스흡수성, 특히 황화수소가스의 흡수성이 우수한 광물조성물 및 이 광물조성물을 함유하여 벽재, 깔개, 기저귀, 필터 등의 여러 가지의 용도로 사용하기에 적합한 시트재를 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 천연흑색점토의 분말과, 음으로 대전한 광물의 분말의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    천연흑색점토의 분말과, 음으로 대전한 광물의 분말이 바인더로 결착되어 있는 것을 특징으로 하는 광물조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    음으로 대전한 광물의 분말이 전기석분말, 활석분말, 장석분말, 또는 이들 2종류 이상의 혼합분말인 것을 특징으로 하는 광물조성물.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    천연흑색점토와 음으로 대전한 광물의 분말과의 용량비가 1 : 1 내지 1 : 0.3 인 것을 특징으로 하는 광물조성물.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 광물조성물이 기초재 시트에 도포 또는 함침되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물조성물을 함유하는 시트재.
  6. 제 5항에 있어서,
    도포 또는 함침된 광물조성물을 덮도록 하여 상기 기초재 시트에 피복시트를 부착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광물조성물을 함유하는 시트재.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 기재된 시트재를 사용하여 이루어지는 벽재.
  8. 제 5항 또는 제 6항에 기재된 시트재를 사용하여 이루어지는 깔개.
  9. 제 5항 또는 제 6항에 기재된 시트재를 사용하여 이루어지는 기저귀.
  10. 제 5항 또는 제 6항에 기재된 시트재를 사용하여 이루어지는 필터.
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