KR20040010009A - 원적외선 방사 재료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인체 등을 포함하는 동식물체에 포함되는 물분자의 여기에 필요한 열에너지를 효율적으로 방사할 수 있고, 또한, 낮은 비용으로 제조할 수 있어 범용성이 높은 신규의 원적외선 방사 재료를 제공한다.
본 발명의 원적외선 방사 재료는 이산화티타늄 및 탄화티타늄으로부터 선택된 적어도 1종 60 내지 90중량%, 이산화규소 및 탄화규소로부터 선택된 적어도 1종 10 내지 40중량%, 및 희토류 금속 산화물 0.01 내지 0.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 것으로, 또한 이것과 합성 수지를 포함하는 조성물로부터 판형, 통형, 시트형 또는 섬유형의 원적외선 방사 재료를 형성하여 이용한다.
Description
본 발명은 신규의 원적외선 방사 재료에 관한 것으로, 여러가지 재료의 건조, 의료 기계 기구나 의료 등에 대한 보온 등의 기능성 부여, 냉난방, 이미용 등에 이용되는 원적외선 방사 재료에 관한 것이다.
종래의 원적외선 방사 재료로서는 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 실리카 등을 포함하는 세라믹이 여러가지 제안되어 있고, 이들의 재료를 사용하여 열에너지의 흡수나 방사의 효율을 높임으로써, 물품의 가열, 냉각, 건조 등의 외에, 냉난방이나 의료에 응용하는 것이 행하여지고 있다.
하지만, 원적외선을 이용하여 물품이나 인체 등에 대하여 열에너지를 효율적으로 작용시키기 위해서는 이들의 원적외선 작용 대상 중에 포함되는 물분자의 회전 진동 파장에 합치된 원적외선을 효율적으로 방사하는 것이 필요하지만, 이들의 종래의 원적외선 방사 재료는 물분자의 여기에 적합한 원적외선의 방사 효율이 반드시 양호하다고는 할 수 없었다.
이것에 대하여, 본 발명자는 인체 등을 포함하는 동식물체에 포함되는 물분자의 여기에 필요한 열에너지를 효율적으로 방사할 수 있는 원적외선 방사 재료(특허 제 2137667호)를 발명하였지만, 제조 비용이 높다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 인체 등을 포함하는 동식물체에 포함되는 물분자의 여기에 필요한 열에너지를 효율적으로 방사할 수 있으며, 저비용으로 제조할 수 있어서 범용성이 높은 신규의 원적외선 방사 재료를 제공하는 것을 목적으로 한 것이다.
도 1은 본 발명의 원적외선 방사 재료의 표본으로부터의 원적외선 방사량을 측정하는 시험 결과를 나타내는 표 1을 도시하는 도면.
도 2는 시험 재료에 의해 목재를 건조시키는 시험의 결과를 나타내는 표 2를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 원적외선 방사 재료가 보다 높은 체온 유지 효과를 가지는 것을 나타내는 표 3을 도시하는 도면.
이러한 목적을 달성할 수 있는 본 발명의 원적외선 방사 재료는 이산화티타늄 및 탄화티타늄으로부터 선택된 적어도 1종 60 내지 90중량%, 이산화규소 및 탄화규소로부터 선택된 적어도 1종 10 내지 40중량%, 및 희토류 금속 산화물 0.01 내지 0.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료이다.
또한, 본 발명의 원적외선 방사 재료로서는 상기한 원적외선 방사 재료와 합성 수지를 포함하는 조성물로 형성된 판형, 통형, 시트형 또는 섬유형의 원적외선 방사 재료라도 좋고, 또한, 이것을 가공한 것이라도 좋다.
본 발명의 원적외선 방사 재료 중에 포함되는 티타늄 성분은 이산화티타늄 및 탄화티타늄으로부터 선택된 적어도 1종이지만, 그 함유량은 60 내지 90중량%이며, 90중량%를 넘으면 원적외선 방사 효율이 저하되고, 반대로 60중량% 미만이라도 원적외선 방사 효율은 저하되기 때문에 양자 모두 바람직하지 못하다.
또한, 본 발명의 원적외선 방사 재료 중에 포함되는 규소 성분은 이산화규소 및 탄화규소로부터 선택된 적어도 1종이지만, 그 함유량은 10 내지 40중량%이며, 40중량%를 넘으면 원적외선 방사 효율이 저하되고, 반대로 10중량% 미만이 되어도 원적외선 방사 효율이 저하되기 때문에, 바람직하지 못하다.
또한 희토류 금속의 산화물은 란탄, 네오딤, 이트륨 등의 희토류 금속의 산화물을 포함하는 것으로, 그 함유량이 O.01 중량% 이상일 때, 특히 원적외선 방사 효율의 향상에 효과가 있지만, 0.01중량% 미만에서는 원적외선 방사 효율의 향상은 기대할 수 없고, 또한, 0.5중량% 이상의 다량을 배합하는 것은 경제성의 문제가 있고, 실용적이지 않다.
이러한 본 발명의 원적외선 방사 재료에는 또한, 소량의 알루미나, 지르코니아, 알칼리 금속 산화물, 알칼리토류 금속 산화물, 제 8 족 금속 산화물 등이 포함되어 있어도, 5중량% 이하이면 특별히 중대한 지장은 생기지 않는다. 이것들의 각 성분은 단독 산화물 등의 형태로 포함되어 있어도 좋지만, 복합 산화물 등의 형태로 포함되어 있어도 좋다.
본 발명의 원적외선 방사 재료를 구성하는 각 성분은 각각이 분말 상태로 혼합된 조성물이어도 좋고, 또한 그 몇가지 또는 전부를 배합한 후, 고온에서 소결하고, 또한 분쇄한 것이라도 좋다. 이렇게 해서 얻어지는 원적외선 방사 재료의 입자 직경은 이하에 설명하는 각종 가공에 있어서의 혼합 조작성이나 성형 가공성 등의 측면에서 미세한 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 원적외선 방사 재료는 예를 들면 합성 수지 등을 결합재로서 사용하여 필름, 시트, 판형체, 튜브, 기타 여러가지 형상으로 성형하여 이용할 수 있고, 또한 섬유용의 고분자 재료에 혼합하여 방사(紡絲)함으로써, 원적외선 방사성의 섬유로서 이용할 수도 있다. 혹은, 종이 등의 제조시에 혼입하여 원적외선 방사성(放射性)의 시트로 하여도 좋고, 이러한 시트나 판형체 등을 더욱 2차 성형하여 각종 형상의 성형체로 할 수도 있다. 또, 적당한 결합재나 용제 등과 배합하여 원적외선 방사성 도료로서 사용할 수도 있다.
생체 중의 물은 생체 고분자와 회합하여 수화물(hydrate) 클러스터를 형성하고 있고, 6 내지 12㎛ 정도의 파장의 원적외선을 흡수하기 쉬운 것이지만, 본 발명의 원적외선 방사 재료는 4 내지 20㎛ 이상의 넓은 파장 범위에 걸친 원적외선을 효율 좋게 방사할 수 있기 때문에, 동식물 등으로부터 얻어진 식품 외에 재료 등을 효율 좋게 가열하거나 또는 건조시키기 위한 장치 등에 이용할 수 있고, 또한 의료나 건재 등의 외에 의료용 기구나 장치에도 이용하여, 종래의 원적외선 방사 재료보다도 뛰어난 성능을 발휘할 수 있는 것이다.
(제 1 시험예)
이산화티타늄 분말(입자 직경: 0.15㎛), 탄화티타늄 분말(입자 직경: 0.3㎛), 이산화규소 분말(입자 직경: 0.05㎛), 탄화규소 분말(입자 직경: 0.1㎛),산화란탄 분말(입자 직경: 0.2㎛), 산화네오디뮴 분말(입자 직경: 0.15㎛), 및 산화이트륨 분말(입자 직경: 0.2㎛)을 각각 도 1에 도시된 표 1에 도시하는 바와 같은 배합에 따라서 혼합하고, 본 발명의 원적외선 방사 재료(A 내지 L), 및 대조품의 원적외선 방사 재료(M 내지 Z)를 얻었다.
이들의 원적외선 방사 재료를 고밀도 폴리에틸렌 수지 100중량부에 대하여 각각 50중량부 배합하여, 도요 테스터(toyo tester) 제조의 혼련 압출기(KCK형)를 사용하여, 회전수 150rpm, 수지 온도 200℃에서 10분간 혼련하여 펠릿을 얻고, 이것을 압출기에 넣어 시트화한 후, 열프레스에 의해서 두께 0.5㎜의 시트(sheet)를 작성하였다.
다음으로 이 시트로부터 7㎝×7㎝의 시험 부재를 잘라내어, 원적외선 파워 미터(TMM-P-10, FEROTEX 제조)에 의해 온도 36℃에서의 원적외선 방사량(mW/㎠)을 측정하고, 그 결과를 도 1의 표 1에 도시하였다.
또, 이 원적외선 방사량의 값은 (재)원적외선 협회 규정의 방사량에 준하여, 인체로부터 방사되는 원적외선 방사량(36℃에서 4.5mW/㎠)보다 10% 상회하는 5mW/㎠ 이상을 유효로 규정하였다.
(시험예 2)
상기와 같은 방법으로, 폴리프로필렌 수지 100중량부에 대하여, 본 발명의 원적외선 방사 재료(B)를 10중량부 배합한 90㎝×90㎝×0.8mm 두께의 원적외선 방사 수지판(PB)을 작성하였다. 그리고, 이 수지판을 폭 2m, 길이 5.8m, 높이 2.1m의 IF형 증기식 목재 건조고(Hildebrandt 제조)의 천장면과 좌우측 벽면에 내열성양면 접착 테이프를 사용하여 장착하였다.
다음으로, 두께 34㎜, 폭 15 내지 35㎝, 길이 180 내지 260㎝의 오크재(oak)의 합계 6.2입방미터를 상기한 건조고에 쌓고, 목재의 중앙부에 시험재를 설치하였다. 그리고, 건구(dry-blub) 온도 50℃에서 70℃, 습구(wet blub) 온도 39℃에서 68℃의 건조 스케줄로, 목재의 건조 시험을 하여, 목재의 함수율이 30%에서 목표 함수율인 7 내지 10%에 달하기까지의, 수분 경사, 건조 소요시간, 소요 에너지, 손상 발생율을 각각 측정하여, 그 결과를 도 2의 표 2에 도시하였다.
또, 수분 경사는 전기 저항식 수분계(GANN제, HT-85)를 사용하여, 전극침을 시험재의 표층부터 5㎜까지와 중심 위치까지로 넣어 두고, 목재의 함수율이 27% 내지 25%의 범위에 있는 건조 진행 중에, 각각의 수분치(%)를 판독하여, 그 차를 산출하여 수분 경사(Δ%)로 하였다. 또한, 건조 종료시에 목재의 함수율이 7 내지 5%에 달하였을 때에, 상기와 같이 하여 각각의 수분치(%)를 판독하여, 그 때의 수분 경사(Δ%)도 구하였다.
한편, 목재의 건조에 소비한 소요 에너지는 전력량(kWH)과 등유량(L)을 각각의 계량기를 사용하여 측정하였다. 또한, 건조에 의한 목재의 손상은 작은 틈, 정면 틈, 내부 틈, 패임의 유무를 건조 전과 건조 후의 모든 목재를 대상으로 하여 육안으로 확인하여, 건조에 의해서 결함이 발생한 목재의 부피의 비율을 손상 발생율(%)로 하였다.
또한, 본 발명의 원적외선 방사 재료(B) 대신에, 대조용의 원적외선 방사 재료(M*)를 사용한 것 외에는 상기한 바와 완전히 동일하게 하여, 완전히 동일한 형상의 수지판(PM*)을 작성하고, 상기와 같이 측벽면 및 천장면과 좌우 측벽면에 붙인 건조고를 준비하였다. 그리고 상기한 바와 같이 하여 목재의 건조 시험을 하여, 상기한 바와 같은 측정을 한 결과를 도 2의 표 2에 도시하였다.
도 2의 표 2로부터, 본 발명의 원적외선 방사 재료(B)를 사용한 수지판(PB)을 붙인 건조고에서는 대조품의 수지판(PM*)을 붙인 건조고와 비교하여, 목재의 건조에 있어서 수분 경사가 적고, 손상 발생율이 낮으며, 더구나 건조시간이 짧고, 소요 에너지도 적어도 되는 것을 알 수 있다.
(시험예 3)
섬유 방사용의 폴리에스텔 수지 100 중량부에 대하여, 본 발명의 원적외선 방사 재료(K)의 1중량부를 배합하여 마스터 배치(master batch)를 얻고, 이것을 용융 방사하여 1.25데니어의 폴리에스테르 스테이플을 제조하였다. 그리고, 이 스테이플(staple)을 면사에 대하여 20% 혼방한 30번수의 면혼사를 제조하여, 편물기계에 의해 천축 내의(gray sheeting underwear; HK)를 편성하였다.
또한, 본 발명의 원적외선 방사 재료(K) 대신에, 대조품의 원적외선 방사 재료(S*)를 사용한 것 외에는 상기와 완전히 같게 하여, 폴리에스텔 스테이플을 제조하고, 또한 상기한 바와 같은 면 혼사를 제조하여, 대조품의 천축 내의(HS*)를 편성하였다. 그리고 또, 30번수의 면사를 사용하여 편성한 기준품의 천축 내의(Ha)도 준비하였다.
이들 3종류의 천축 내의의 각각을 23±1℃, 습도 50%의 실내에서 30분간 착용하고, 내의를 벗은 직후에 배면의 피부 온도를 서모그래피(thermography)(Abionix 제조, TVS-2000)를 사용하여 각각 측정하였다. 그리고, 이것에 계속해서 배면의 피부 온도의 시간 경과 변화도, 마찬가지로 하여 각각 측정하였다. 또, 배면의 온도측정 위치는 목부, 좌우 양 어깨부, 좌우 양 허리부의 5개소이며, 그 각 측정치의 평균 온도(℃)를 구하여, 도 3의 표 3에 도시하였다.
도 3의 표 3을 보면, 본 발명의 원적외선 방사 재료(K)를 사용한 천축 내의(HK)는 대조품의 원적외선 방사 재료(S*)를 사용한 천축 내의(HS*), 및 기준품의 천축 내의(Ha)와 비교하여, 체온 유지의 효과가 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명의 원적외선 방사 재료는 범용성이 높은 재료로 구성되어 있고, 비교적 저코스트로 제공할 수 있고, 더구나 동식물이나 인체 등의 생물 조직 중에 포함되는 수분에 흡수되기 쉬운 파장 범위의 원적외선을 효율 좋게 방사할 수 있기 때문에, 식품 등을 포함하는 여러가지 재료의 건조나 냉동 냉장 등의 가공, 농수산물 등의 육성, 의료 기계 기구나 의료 등에 대한 보온 등의 기능성의 부여, 냉난방, 이미용 등, 광범위한 용도에 이용하여 뛰어난 효과를 발휘한다.
Claims (2)
- 이산화티타늄 및 탄화티타늄으로부터 선택된 적어도 1종 60 내지 90중량%, 이산화규소 및 탄화규소로부터 선택된 적어도 1종 10 내지 40중량%, 및 희토류 금속 산화물 0.01내지 0.5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사 재료.
- 제 1 항에 있어서, 합성 수지와 원적외선 방사 재료를 포함하는 조성물로 형성된 판형, 통형, 시트형 또는 섬유형의 원적외선 방사 재료.
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