KR20070022653A - 습도 조절제와 이를 이용한 습도 조절방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 가교된 물-흡수 중합체에 의해 형성되는 3차원 골격(framework)에 하나 이상의 수용성 중합체가 도입된 구성을 갖는 습도 조절제이다. 여기서, 물-흡수 중합체로 폴리아크릴산염 또는 하나 이상의 폴리아크릴산염-폴리비닐 알코올 공중합체가 사용될 수 있다. 수용성 중합체로는 폴리비닐 알코올 및 폴리이소프로필아크릴아마이드 중 어느 하나 또는 양자가 이용될 수 있다.

폴리머, 수용성, 흡수성, 중합체, 코폴리머, 폴리비닐 알코올, 습도, 부패

Description

습도 조절제와 이를 이용한 습도 조절방법{HUMIDITY CONDITIONER AND HUMIDITY CONDITIONING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 물 흡수 및 배수의 가역 기능을 갖는 습도 조절제와 이 습도 조절제를 이용한 습도 조절방법에 관한 것이다.

일반적으로, 습도 조절제로 널리 알려진 것으로 화학 특성을 적용한 건조제(흡습제)와 보습제가 있다.

흡습제(absorbent material)는 종종 실리카 겔 및 제오라이트(zeolite)로 대표되는 것처럼 무기물질을 이용하거나 숯을 이용하여 제조된다. 이들 물질은 용기에 담겨 저습도 분위기에서, 예를 들어, 가공 음식, 자기 테이프, 및 건축자재를 안정되게 저장하기 위하여 사용된다. 또한, 최근 들어, 물 흡수 중합체를 활용한 흡습제가 종이 기저귀나 생리용품용으로 사용되는 흡습제로 계속하여 인기가 늘어나고 있다.

반면, 보습제로서, 글리세린 수용액 등이 보수성 재료로 사용되며, 예를 들어, 적절한 습도 분위기에서 음식의 습도를 유지하면서 부패하기 쉬운 음식을 안정되게 저장하기 위해 이들을 겔(gel)화하고 팩(pack)화하여 사용한다.

특허 참조문헌 1: 일본공개특허공보 제2002-292771호

특허 참조문헌 2: 일본공개특허공보 제2000-176022호

상기한 흡습제와 보습제와 같은 습도 조절제의 대부분은 사용한 후 원상태로 복원할 수 없는 비가역 화학 특성을 갖는다. 특히, 흡습제는 이 비가역 특성 때문에 여러 가지의 사용상 제한을 받는다. 이에 의해, 상기한 흡습제는 일정한 사용기간 후 새로운 것으로 교체될 필요가 있으며, 이는 매번 비용을 발생한다.

또한, 예를 들어, 물방울로 직접 덮임으로써 상대적으로 많은 양의 물과 접촉하는 경우, 종래의 흡습제는 급속히 흡습 효과를 손실하는 특성이 있다. 따라서, 어느 정도 환경 변화에 대응할 수 있도록 이들 흡습제를 개선할 필요가 있다.

이러한 문제에 대해서, 기계적으로 흡습과 보습을 통하여 분위기의 습도가 가역적으로 조절되는 기술이 개발되었다(일본공개특허공보 제2002-292771호 및 제2000-176022호 참조). 그러나, 현실적으로 말하면, 상기한 습도 조절제 대신에 이 기술을 사용하는 것은 지나친 비용의 증가를 가져온다. 또한, 공간 및/또는 중량에서 제약이 있고, 이에 따라 이 기술을 실현하기가 어렵다.

본 발명은 상기한 문제를 고려하여 이루어진 것으로, 상대적으로 낮은 가격으로 우수한 물 흡수 및 배수기능을 발휘함으로써 적절한 습도 조절을 실현하고 사용 후 재사용할 수 있는 습도 조절제를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 이러한 습도 조절제를 이용한 습도 조절방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[상기한 문제를 해결하기 위한 수단 및 본 발명의 이로운 효과]

상기한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하나 이상의 가교된 물-흡수 중합체에 의해 형성되는 3차원 골격(framework)에 하나 이상의 수용성 중합체가 도입된 구성을 갖는 습도 조절제이다.

구체적으로 말하면, 상기 물-흡수 중합체는 폴리아크릴산염 또는 하나 이상의 폴리아크릴산염-폴리비닐 알코올 공중합체 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올 및 폴리이소프로필아크릴아마이드 중 어느 하나 또는 양자로 구성된다.

또한, 본 발명은 하나 이상의 가교된 물-흡수 중합체에 의해 형성되는 3차원 골격(framework)에 하나 이상의 수용성 중합체가 도입된 구성을 갖는 습도 조절제를 이용하는 습도 조절방법이다. 습도 조절방법은 상기 습도 조절제가 물을 흡수하도록 하는 단계; 및 0.01M 이상 3M 이하의 온도를 갖는 염화나트륨 용액을 상기 물-흡수된 습도 조절제에 첨가하여 성립되는 삼투압 구배로 배수를 조절하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 폴리비닐 알코올로 구성된 하나 이상의 수용성 중합체가 하나 이상의 물-흡수 중합체로 구성된 3차원 골격에 도입된 구성을 갖는 습도 조절제를 이용하는 습도 조절방법이다. 습도 조절방법은 상기 습도 조절제가 물을 흡수하도록 하는 단계; 및 상기 수용성 중합체가 상기 골격에 도입된 상기 물로 팽윤하게 하여 상기 흡수된 물이 상기 격자의 외부로 배수시켜 배수를 조절하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 폴리이소프로필아크릴아마이드로 구성된 하나 이상의 수용성 중합체가 하나 이상의 물-흡수 중합체로 구성된 3차원 골격에 도입된 구성을 갖는 습도 조절제를 이용하는 습도 조절방법이다. 습도 조절방법은 상기 습도 조절제가 물을 흡수하도록 하는 단계; 및 가열 처리를 통하여 상기 폴리이소프로필아크릴아마이드를 탈수하여 배수를 조절하는 단계를 포함한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 습도 조절제는 폴리아크릴산 나트륨과 같은 물-흡수 중합체로 구성된 3차원 골격에 수용성 중합체가 도입되는 구성을 갖는다. 이에 의하면, 물이 흡수될 때, 상기 골격으로 도입된 물은 골격에 존재하는 수용성 중합체와 접촉하게 된다. 이어 수용성 중합체는 팽윤하고, 이에 따라 물은 작은 수괴로 나누어지거나 수용성 중합체 내부로 도입되어 함수 겔을 형성한다.

여기서, 상기한 작은 수괴가 물 흡수시 형성되는 경우, 수괴의 크기는 수용성 중합체를 포함하지 않고 물-흡수 중합체로 구성된 종래의 흡수재료의 경우와 비교하여 감소한다. 크기 감소는 표면장력의 감소를 가져온다. 표면장력이 더 클 때 물이 덜 증발되기 때문에, 작은 수괴는 골격의 입방체 사이에서 증발하는 경향이 있다. 또한, 크기 감소에 의하여, 수괴는 골격의 입방체 사이의 공간으로부터 외부로 이동하기 용이하고, 수괴는 수용성 중합체의 팽윤 결과로 받은 압력 때문에 골격의 외부로 효율적으로 배수된다. 이러한 기본적인 원리로, 본 발명의 습도 조절제는 배수 기능을 보여준다. 폴리비닐 알코올은 상기한 배수 기능을 갖는 수용성 중합체의 하나이다.

수용성 중합체가 물 흡수시 함수 겔화 되는 경우, 골격 외부로 물을 배수하도록 수용성 중합체에 가열 처리를 함으로써 배수를 촉진할 수 있다. 화학적 감열성 수용성 중합체는 이러한 효과를 가지며, 이들의 한 예가 폴리이소프로필아크릴아마이드이다.

따라서, 본 발명은 습도 조절제로서 물-흡수 중합체를 사용하고 수용성 중합체(폴리비닐 알코올이나 폴리이소프로필아크릴아마이드)가 물-흡수 중합체 분자로 구성된 3차원 골격에 존재하는 공동으로 도입되는 구성을 구축함으로써 물 흡수 및 배수의 가역 기능을 구현한다. 습도 조절제가 건조상태에서 흡습제로 작용하고 물 흡수상태에서 보습제로 작용함으로써 습도를 적절하게 조절할 수 있기 때문에, 종래 방법과 달리 흡습제와 보습제를 동시에 이용할 필요가 없다. 또한, 본 발명의 습도 조절제는 물이 흡수된 후 적절하게 배수처리를 반복함으로써 재사용할 있게 하며, 이는 비용 절감을 가져온다. 또한, 본 발명의 습도 조절제는 종래 습도 조절제가 적용되기 어려운 고습 환경에 효율적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 습도 조절제용 재료는 상대적으로 저가에 얻을 수 있고, 따라서 본 발명은 원가를 억제하면서 구현할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기한 가역적이고 신속한 물 흡수 및 배수 기능을 이용함으로써 양호한 복원력을 갖는 습도-조절 시트를 실현할 수 있다.

도 1a와 1b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 습도-조절 시트(1)의 구성을 보여준다.

도 2는 습도 조절제(PA/PVA)의 분자 구조를 나타낸다.

도 3은 물리 흡수될 때 습도 조절제의 상태를 나타낸다.

도 4는 상기 습도 조절제의 배수 메커니즘을 도시적으로 나타낸다.

도 5는 다른 습도 조절제(PA/P-NIPAM)의 문자 구조를 나타낸다.

도 6은 상기 습도 조절제의 배수 메커니즘을 도시적으로 나타낸다.

도 7은 제 1 실험으로부터 취득한 측정 데이터로서, 시간에 대한 샘플 A 내지 E의 중량 변화(g)를 나타낸다.

도 8은 제 1 실험으로부터 취득한 측정 데이터로서, 시간에 대한 샘플 A 내지 E의 중량 변화량(g)을 나타낸다.

도 9는 제 2 실험으로부터 취득한 측정 데이터로서, 여과 후 시간에 대한 실시 예 및 비교 예 X 및 Y의 중량 변화(g)를 나타낸다.

도 10은 제 2 실험으로부터 취득한 측정 데이터로서, 여과 후 시간에 대한 실시 예 및 비교 예 X 및 Y의 중량 변화량(g)을 나타낸다.

도 11은 탈수 효과에 대한 측정 데이터로서, 시간에 대한 실시 예 및 비교 예 x 및 y의 중량 변화(g)를 나타낸다.

도 12는 탈수 효과에 대한 측정 데이터로서, 시간에 대한 실시 예 및 비교 예 x 및 y의 중량 변화량(g)을 나타낸다.

도 13은 탈수 효과에 대한 측정 데이터로서, 35시간 건조 후 실시 예 및 비교 예 x 및 y의 물 흡수량을 나타낸다.

도 14는 탈수 효과에 대한 측정 데이터로서, 1주일 건조 후 실시 예 및 비교 예 x 및 y의 물 흡수량을 나타낸다.

도 15는 탈수 효과에 대한 측정 데이터로서, 1달 건조 후 실시 예 및 비교 예 x 및 y의 물 흡수량을 나타낸다.

도 16은 습도 조절제의 탈수성에 대한 측정 데이터로서, 시간에 대한 샘플 a 내지 e의 중량 변화를 나타낸다.

도 17은 습도 조절제의 탈수성에 대한 측정 데이터로서, 시간에 대한 샘플 a 내지 e의 중량 변화량(g)을 나타낸다.

도 18은 습도 조절제의 재흡수성과 연속 유지성에 대한 측정 데이터로서, 시간에 대한 샘플 a 내지 e의 물 흡수량과 중량 변화(g)를 나타낸다.

도 19는 물 재흡수 후 습도 조절제의 유지성에 대한 측정 데이터로서, 시간에 대한 샘플 a 내지 e의 중량 변화량(g)을 나타낸다.

도 20은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 습도-조절 시트가 부착된 의복의 구성을 나타낸다.

도 21은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 묘목 포트의 구성을 나타낸다.

도 22는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 습도-조절 유리의 구성을 나타낸다.

도 23은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 습도-조절 다다미의 구성을 나타낸다.

도 24는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 접을 수 있는 용기의 구성을 나타낸다.

도 25는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 습도-조절 시트를 포함한 케이스의 구성을 나타낸다.

도 26은 물이 흡수될 때 종래의 습도 조절제의 상태를 도식적으로 나타낸다.

1. 제 1 실시예

1.1 습도-조절 시트의 구성

도 1a와 1b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 습도-조절 시트(1)의 구성을 나타낸다. 도 1a는 습도-조절 시트(1)의 외관이고, 도 1b는 라인 X-X'를 따른 습도-조절 시트(1)의 단면도이다.

습도-조절 시트(1)는 미립자 형태의 습도 조절제(10)가 두 사각 외장 시트재(2)(2a와 2b) 사이에 채워지고, 외장 시트재(2a, 2b)의 가장자리가 밀봉되는 구성을 갖는다. 습도-조절 시트(1)의 크기는, 예를 들어, 10㎝ × 6㎝ × 1㎜ 이다.

각각 약 200㎛의 두께를 갖는 외장 시트재(2a, 2b)는 우수한 투수성과 일정한 기계적 강도를 갖는 재료, 예를 들어, 셀룰로오스계 섬유나 지방족 탄화수소계 섬유로 구성된 부직포, 또는 중합체 재료를 가공하여 생산된 다공성 필름으로 구성된다. 선택적으로, 이들 중 다수의 재료를 선택하고 적층하여 라미네이트 구조를 형성할 수 있다. 외장 시트재(2a, 2b)의 가장자리는, 미립자 습도 조절제(10)를 외장 시트재(2a, 2b)로 싼 상태에서, 예를 들어, 열 압착 접합으로 함께 접착된다.

습도 조절제(10)의 각 미립자는 구형이나 타원형 또는 이들과 유사한 형상으로 형성되며, 일 예로 2㎛의 평균 입경을 갖는다. 구체적으로 말하면, 도 1b에 도시한 바와 같이, 습도 조절제(10)는 외장 시트재(2a, 2b) 사이에 일정한 밀도로 채워진다. 이때, 미립자 습도 조절제(10)의 충전 밀도는 미립자 사이에 일부 공간을 제공하도록 조정되어 외부로부터의 공기가 외장 시트재(2a, 2b)를 통하여 적절하게 흐르도록 하는 것이 바람직하다. 미립자 습도 조절제(10)는, 이하에 상세하게 설명 하는 것처럼, 물 흡수 시 함수 겔(hydrated gel)로부터 배수 후 원래 미립자 상태로 그 형태를 가역적으로 변화한다.

여기서, 제 1 실시예의 특징은 미립자 습도 조절제(10)에 대해 가역적 물 흡수 및 배수기능을 갖는 재료를 사용하는 것이다. 이에 의해, 종래 실현이 불가능한 습도 조절을 실현할 수 있고, 습도-조절 시트(1)를 재사용할 수 있다. 다음은 미립자 습도 조절제(10)에 대해 설명한다.

1.2 습도 조절제의 구조

도 2는 미립자 습도 조절제(10)의 도식적인 분자 구조를 나타낸다.

도면에 도시한 바와 같이, 미립자 습도 조절제(10)의 재료는 수용성 중합체의 한 예인 폴리비닐 알코올(PVA)(120)이 3차원 골격(50; frame)의 공동(11; cavity) 내부에 도입된 구성을 갖는다. 이 3차원 골격(50)에서, 폴리아크릴산 나트륨(PA)(100)으로 구성된 주쇄(principal chain)가 가교부(101)에 의해 가교된다(PA/PVA 구성). 공동(11)은 물이 흡수될 때 PA(100)의 다수의 카르본산 이온(산소 원자의 음전하)의 정전 반발(electrostatic repulsion)에 의해 주로 생긴다. PA(100)는 물 흡수 후 일정 기간 동안 습도 조절제(10)를 습도 조절제(10)를 보습 상태로 유지하는 효과를 제공한다.

3차원 골격(50)은 다수의 가교부(101)와 주쇄를 구성하는 PA(100)에 의해 입방체(cubic) 격자 구조(물 흡수시)로 형성된다. 골격(50) 내에서, 인접하는 두 가교부(101) 사이의 거리는, 예를 들어, 대략 20㎚ 이다. 이 거리는 격자 구조에서 개별 격자의 한 변(110)에 대응하고, 대략 수백 개의 아크릴산 나트륨 단량체 분자 가 각 변(110)에서 중합된다.

여기서, "입방체" 격자 구조는 3차원 골격(50)의 이상적 구조 부분으로서만 참조하는 것에 유의하라. 실제로 말하면, 가교부(101)의 위치에 많은 변형이 있고, 따라서 다소 변형된 격자 구조를 보여주는 부분이 3차원 골격(50)에 포함된다.

PA(100)는 우수한 물 흡수성을 갖는 중합체 재료이다. 화학 구조로는, 카르본산 이온은 친수기(hydrophilic group)로 작용하며, PA(100)는, PA(100)가 물과 접촉할 때 자신의 질량의 수백 배의 물을 흡수할 수 있는 물 흡수 기능의 특징을 갖는다. PA(100)는 물이 흡수된 후 일정 기간 동안 미립자 습도 조절제(10)의 물 흡수상태를 유지한다.

반면, PVA(120)는, 높은 수용성을 갖는 이외에, PA(100) 정도는 아니지만, 수용액에서 높은 물 흡수성을 보여주며, 물을 흡수하여 팽윤하는 특성을 갖는다. PVA(120)는 중합되어 있는 약 수백 개의 폴리비닐 알코올 단량체의 분자로 구성된다. 직선상 또는 곡선상의 배좌(conformation)를 유지하면서, PVA(120)는 PA(100)로 구성된 3차원 골격(50)의 격자 주위에 자신을 얽히게 하는 방법으로 유지된다. 공동(11)으로 흡수되는 물과 접촉할 때, PVA(120)는 물을 상대적으로 작은 수괴(water mass)로 분할한다. 이에 의해, PVA(120)는 수괴의 표면장력을 줄이고 배수효과를 촉진한다.

미립자 습도 조절제(10)는 일정한 보수(water retention) 기간 후 배수 효과를 만든다. 여기서, 배수 효과가 일어나는 시기는, 예를 들어, PA(100)에 대해서 첨가된 PVA(120)의 양에 의해 조정될 수 있다.

이러한 PA(100) 및 PVA(120)은 대부분 시장에서 구입할 수 있는 재료이며, 따라서 본 발명은 비교적 저가로 실현될 수 있다.

3차원 골격(50)의 재료에 대해서, PVA(120)가 주쇄 내에 포함된 PA-PVA 공중합체가 사용될 수 있다. 또한, PA(100)는 나트륨염에 한정되지 않고 다른 종류의 염일 수 있다.

본 발명에 따른 수용성 중합체는 이하에 상술하는 PVA(120)나 P-NIPAM(130) 중 어느 하나에 한정되지 않으며, PVA(120)과 P-NIPAM(130)이 각각 10% 이상 90% 이하를 차지하는 혼합물이 대신 사용될 수 있다. 또한, 사용되는 중합체가 수용성이라면, 다른 조성물이 적용될 수 있다.

이러한 습도 조절제를 제조하기 위한 방법의 예는 다음을 포함한다.

<제조 방법의 예>

(A) 상업적으로 구입가능한 PA(100)(예를 들어, 일본촉매주식회사의 "아쿠아리크 DL 시리즈")을 사용하여 1%의 가교율로 가교 반응을 수행함으로써 PA(100)로 구성된 3차원 골격(50)이 형성된다. 선택적으로, 1%의 가교율로 가교 반응이 이미 수행된 상업적으로 구입가능한 다른 PA(100)(예를 들어, 일본순약주식회사의 "리오직 250H 및 252L")이 사용될 수 있다.

가교율은 1%로 고정되지 않으며, 0.5% 이상 5% 이하의 범위 내에서 변화할 수 있다.

(B) PA(100)로 구성된 3차원 골격(50)을 포함한 수용액을 만들고, 이 수용액에 대략 4400의 분자량을 갖는 PVA(120)(비닐알코올 분자 약 100량체(hectamer)에 상당) 을 용해한다. 본 발명의 발명자는 실험에서 PVA(120)를 상기한 분자량으로 설정함으로써 각 변(110)이 20㎚의 폭을 갖는 격자의 공동(11) 내에 PVA(120)가 도입이 잘 되는 것을 밝혔다. 본 발명에 적절한 PVA의 분자량은 500 내지 20000 범위 내에 있다.

(C) PA(100)와 PVA(120)가 혼합된 수용액을 만들고, 실온 또는 가열조건 하에서 1 내지 1시간 동안 방치하여 PVA(120)가 3차원 골격(50)의 공동(11) 내에 도입되도록 한다. 도입되는 PVA(120)의 양을 물을 함유하지 않는 미립자 습도 조절제(10) 질량의 1% 이상 30% 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

(D) PA(100)와 PVA(120)를 포함하는 혼합 수용액으로부터 물을 제거하여 건조하고 이에 따라 분말을 취득한다. 분말은 일정한 정도의 크기를 갖는 미립자(과립 분말)로 굳어져 미립자 습도 조절제(10)를 얻는다.

미립자 습도 조절제(10)는 분말 형태로 외장 시트재(2a, 2b)에 충전될 수 있다. 그러나, 이 경우, 분말이 외부로 넘치지 않도록 외장 시트재(2a, 2b)의 다공도(porosity) 및 구멍 크기가 조정될 필요가 있다.

1.3 습도 조절제를 이용한 습도 조절방법 및 그 효과

상기한 구성을 갖는 미립자 습도 조절제(10)를 사용한 습도-조절 시트(1)에 대해서, 사용 시점에서, 사용자는 습윤 분위기(가령, 건조 분위기로 유지되도록 요구되는 곡물창고)에 습도-조절 시트(1)를 설치한다. 설치 시, 시트(1)의 매수는 설치 위치와 요구되는 제습 정도에 따라 조절된다.

이러한 습윤 분위기에서, 습도-조절 시트(1)가 설치된 후, 분위기에 포함된 수증기가 외장 시트재를 통하여 미립자 습도 조절제(10)와 접촉한다. 이에 의해, 수증기는 미립자 습도 조절제(10) 내부로 도입된다. 미립자 습도 조절제(10)는 이 시점에 도입된 수분량에 비례하여 팽윤하고, 3차원 골격(50)은 함수 겔로 되어 입방체 구조로 변한다.

도 3은 물이 흡수될 때 입방체 구조를 나타내는 미립자 습도 조절제(10)의 도식적 구성을 나타낸다. 도면에 도시한 바와 같이, 수증기는 일단 공동(11) 내로 흡수되고, 수증기 분자는 응축되어 액체 물을 형성한다. 이 물이 후술하는 바와 같이 배수될 때까지, 미립자 습도 조절제(10)는 물 흡수상태로 남아 있고, 이에 따라 습도-조절 시트(1)는 보수 효과를 발휘한다.

물 흡수 후 일정 시간이 지난 경우, 액체 물은 PVA(120)와 접촉하고, 이에 의해 PVA(120)는 팽윤한다. 다음, PVA(120) 팽윤 결과로 받은 압력에 기인하여 액체 물은 공동 내에서 다수의 작은 수괴로 분할되며, 이것이 본 발명의 특징이다. 액체 물이 이러한 작은 수괴로 분할됨으로써, 미립자 습도 조절제(10)는 배수 효과를 달성할 수 있다. 도 13은 여기서 비교 예로 나타낸 종래 물-흡수 중합체(폴리아크릴산 나트륨)을 사용한 흡수 재료의 3차원 골격(물 흡수시)을 나타낸다.

일반적으로, 액체 물은 표면적에 비례하는 표면장력을 갖는다. 표면장력이 큰 경우, 수괴의 탄성 변형은 수괴가 입방체 격자와 접촉할 때에도 작다. 그 결과, 도 13a와 13b에 도시한 것처럼, 수괴가 외부로 이동하기가 어렵게 되고, 이에 따라 수괴는 입방체 격자 내에 유지된다. 또한, PA(100)는 기본적으로 높은 물 흡수성을 갖지만, 고유의 물 배수성은 갖지 않는다. 따라서, 물 흡수기능은 불가역적이다.

그러나, 본 발명에 따르면, PA(100)에 PVA(120)를 혼합하여 미립자 습도 조절제(10)를 구성함으로써 물 흡수기능 이외에 물 배수기능을 발휘할 수 있다. 구체적으로 말하면, 도 3에 도시한 바와 같이, 내부로 도입된 물은 PVA(120)와 접촉하여 입방체 격자 내에 작은 수괴(200)로 분할된다. 그 결과, 각 수괴(200)의 표면장력은 낮은 레벨로 감소한다. 이에 의해, 도 4와 같이, 입방체 격자에 대해 접촉할 경우, 수괴(200)는 크게 탄성 변형되고 이는 수괴(200)의 외부로의 배수를 용이하게 한다.

이 메커니즘에 더하여, PVA(120)는 물과 접촉하여 팽윤하기 때문에, 팽윤된 PVA(120)는 수괴(200)를 입방체 격자 외부로 밀어내도록 작용한다. 그러므로, 작은 수괴(200)가 입방체 격자들 사이를 통하여 빠져나가는 것이 상대적으로 더 쉽기 때문에, 상기한 바와 같이 PVA(120)로부터 압력을 받은 경우 쉽게 배수될 것이다. 이때, 물이 배수된 후 미립자 습도 조절제(10)는 더 건조를 진행하여 사용되기 전의 원래 상태로 복원된다. 이에 의해, 미립자 습도 조절제(10)는 종래 불가능한 물 흡수 및 배수 사이의 가역 동작을 달성할 수 있다. 물 배수 효과를 발휘하는 시기는 PVA(120)에 의해 촉진된 상기 배수 효과(즉, 작은 수괴(200)의 분할 정도와 PVA(120)의 팽윤에 기인하여 수괴(200)를 밀어내는 작용)을 줄임으로써 지연될 수 있다. 따라서, 이 점을 고려함으로써, 적절한 습도 조절을 달성할 수 있다.

PA(100)에 PVA(120)를 혼합하여 달성되는 물 흡수 및 배수의 가역 기능은 이 출원의 본 발명자가 실행한 예리한 검토에 의해 처음으로 밝혀졌다. 즉, 물-흡수 중합체, 가령 PA(100)의 물 흡수 효과는 일반적으로 과거에 어느 정도 연구되었지 만, 물 흡수 효과에 반대 효과인 물 배수 효과에 대해서는 단지 소수의 연구만이 행해졌다. 이러한 배경에 대해, 이 출원의 발명자는 중합체의 특성과 물의 표면장력의 관점에서 물 배수 기능에 대한 심오한 연구를 함으로써 본 발명에 이르렀다. 물 흡수 및 배수의 가역 기능을 갖는다는 것이, 주재료로 단지 PA(100) 등으로 구성된 단순한 종래 흡습제(도 13 참조)와 본 발명의 미립자 습도 조절제(10)의 명확한 차이이다.

일반적으로 잘 알려진 PA로 구성된 물-흡수 중합체를 사용하는 흡습제를 건조상태로 둠으로써 함수량(water content)을 어느 정도 줄일 수 있다. 그러나, 이러한 함수량의 감소는 흡습제의 표면 부근에 주로 생기는 극미량의 건조에 기인한다. 본 발명의 미립자 습도 조절제(10)의 배수기능에 의해 실현되는 함수량의 감소와 비교할 때, 흡습제의 함수량 감소는 매우 작아서 흡습제가 효율적인 배수기능을 갖는다고 말하기는 어렵다.

미립자 습도 조절제(10)에 대해서, 흡수된 물을 외부로 배수하는 속도는 공동(11) 내에 도입되는 PVA(120)의 양을 조절함으로써 조절할 수 있다.

<배수를 조절하는 다른 방법>

작은 수괴(200)를 형성하는 PVA(120)에 의한 분할 효과를 이용하여 배수를 조절하는 방법을 나타낸 상기 예 이외에, 배수 조절을 위한 다른 방법이 있다. 다음에서 염화나트륨(NaCl) 용액을 이용한 처리에 의해 배수를 조절하는 방법을 설명한다.

즉, 미립자 습도 조절제(10)가 물 흡수상태(도 3에 도시된 상태)에 있을 때, 염화나트륨 용액을 습도-조절 시트(1)에 첨가한다. 이때, 염화나트륨 용액의 농도는 0.01M 이상 3M 이하의 범위, 더 바람직하게 0.1M 이상 1M 이하의 범위로 설정되어야 한다. 이들 수치는 본 발명의 중요한 효과를 달성하기 위하여 수행된 실험에서 밝혀졌다.

따라서, 염화나트륨 용액을 첨가하는 염수처리는 역침투압(reverse osmosis) 효과에 의해 급속한 배수를 가능하게 한다. 즉, 물 흡수시 함수 겔 형태인 미립자 습도 조절제(10)에 염화나트륨을 첨가함으로써, 입방체 격자 내에서 탈수 현상이 발생하고, 결과적으로 미립자 습도 조절제(10)는 건조 상태로 복원된다. 또한, PA(100)는 나트륨 성분을 함유하므로, 미립자 습도 조절제(10)는 염화나트륨으로부터 악영향을 받지 않는다.

이 배수 조절이 반복하여 수행되면, 습도-조절 시트(1)에 함유된 염화나트륨 성분의 농도가 자연적으로 감소한다. 염화나트륨 농도가 지나치게 높으면, 물 흡수시 미립자 습도 조절제(10)의 이온 밸런스(PA(100)의 카르본산 이온과 나트륨 이온 사이의 밸런스)가, 예를 들어, 영향을 받는다. 따라서, 맑은 물로 세정하여 염분을 제거함으로써 습도-조절 시트(1)에 대해 유지관리를 수행하는 것이 바람직하다.

1.4 수용성 중합체의 변형

상기한 미립자 습도 조절제(10)의 구성에 대해서, PVA(120)가 수용성 중합체로 사용되는 예가 제공된다. 그러나, 본 발명은 PVA(120)에 한정되지 않고, 다른 종류의 수용성 중합체인 폴리이소프로필아크릴아미드(P-NIPAM)를 사용할 수 있다.

도 5는 P-NIPAM(130)를 사용한 미립자 습도 조절제(10)의 도식적 구조를 나 타낸다. 3차원 격자는 PA(100)로 구성되지만, P-NIPAM(130)의 분자(예를 들어, 약 12000의 분자량)가 3차원 격자 내의 공동(11)으로 도입되고, 격자 주위에 그 자체가 얽히도록 배열된다. 도입되는 P-NIPAM(130)의 양은, PVA(120)의 경우처럼, 물을 함유하지 않은 미립자 습도 조절제(10)의 질량의 1% 이상 30% 이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

P-NIPAM(130)은 온도에 응답하여 수용 상태에서 불용 상태로 전이를 나타내는 감열성(thermosensitive)의 수용성 중합체이다. P-NIPAM(130)은 25℃의 실온에서 백색 분말 형태로 존재하지만, 물 흡수시 혼탁하게 되고 함수 겔로 변화한다. P-NIPAM이 순수하면, 함수 겔 P-NIPAM(130)은 약 60℃까지 가열시 배수 기능을 보여준다. 도 6은 이때의 배수 양상을 도식적으로 나타낸다. 수괴(200)는 가열에 의해 P-NIPAM(130)으로부터 외부로 쉽게 배출된다. 이후, P-NIPAM(130)은 온도를 약 10℃로 낮춤으로써 원래 상태로 복원될 수 있다.

본 발명에 적합한 P-NIPAM의 분자량은 1000 이상 30000 이하의 범위라는 것에 유의해야 한다.

P-NIPAM(130)의 치환기(substituents)를 대체하거나 P-NIPAM(130)을 다른 종류의 비닐 중합체로 공중합함으로써 P-NIPAM(130)의 분자구조를 부분적으로 변경하여 배수 기능을 발휘하는 온도 범위를 미세 조절할 수 있다.

이에 따라, 감열성 P-NIPAM(130)이 본 발명의 미립자 습도 조절제(10)를 위한 수용성 중합체로 사용될 때, 물 흡수 후 단지 온도 처리를 실행함으로써 배수 기능을 발휘할 수 있다. 이는 미립자 습도 조절제(10)를 쉽게 재사용 가능하도록 할 수 있는 큰 이점을 가져온다.

1.5 실시 예와 성능측정 실험

종래 사용된 물-흡수 중합체인 폴리아크릴산 나트륨은 고유하게 우수한 물 흡수성과 보습성을 구비하지만, 배수 성능이 부족하다. 이에 대해, 본 발명은 폴리아크릴산 나트륨으로 구성된 격자에 폴리비닐 알코올을 도입함으로써 배수 성능을 개선한다.

다음은 본 발명의 습도 조절제와 이 습도 조절제에 사용된 다양한 재료에 대해 실행된 성능측정 실험을 설명하고, 그 성능에 대한 평가를 언급한다.

사용된 재료는 다음과 같다.

* 물: 수돗물(교타나베시 수돗물)

이 물은 소위 경수(hard water)가 아니고, 나트륨 이외의 알칼리 금속 및 알칼리토 금속을 실질적으로 함유하지 않은 종류의 물의 예로 들었다.

* 분말 물-흡수 중합체(폴리아크릴산 나트륨(PA)): 삼양화성사(Sanyo Chemical Industries, Ltd.)가 제조한 물-흡수 중합체, "Sunfresh ST-250".

* 분말 PVA: 와코 순약사(Wako pure Chemical Industries, Ltd)가 제조한 것으로 상세한 것은 다음과 같다.

샘플 1(PKK7651): 평균중합도 - 500

샘플 2(PKP0052): 평균중합도 - 1500

샘플 3(PKE1780): 평균중합도 - 2000

샘플 4(ASH2008): 평균중합도 - 500(완전 감화(saponification) 400 - 600)

샘플 5(ASH2009): 평균중합도 - 1000(완전 감화 900 - 1100)

샘플 6(ASM7302): 평균중합도 - 1000(부분 감화 900 - 1100)

샘플 7(ASL1312): 평균중합도 - 3500(부분 감화 3100 - 3900)

1.5.1 PVA의 물 용해도(aqueous solubilities)

PVA의 물 용해도는 다음의 방법으로 조사되었다.

먼저, 상기의 PVA 샘플 1 내지 7 각각에 대한 수용액을 만들고, 특정 양의 물-흡수 중합체(폴리아크릴산 나트륨)를 각 수용액에 첨가하여 혼합 현탁액을 만들고, 이 현탁액을 충분한 시간에 걸쳐 가만히 두었다. 이어, 현탁액을 여과하였고, 이때 물 흡수 전후의 (PVA+PA)의 중량 변화를 조사하였다.

열처리가 수행된 경우에 가열 온도는 약 80℃로 설정되었다.

<결과>

* 샘플 1: PVA 샘플 1.0g을 가열 조건 하에서 10mL의 물에 잘 용해;

* 샘플 2: PVA 샘플 0.14g을 가열 조건 하에서 5mL의 물에 용해;

* 샘플 3: PVA 샘플 0.11g을 가열 조건 하에서 5mL의 물에 용해;

* 샘플 4: PVA 샘플 0.10g을 실온에서 5mL의 물에 용해;

* 샘플 5: PVA 샘플 0.10g을 가열 조건 하에서 10mL의 물에 용해;

* 샘플 6: PVA 샘플 0.10g을 가열 조건 하에서 10mL의 물에 용해;

* 샘플 7: PVA 샘플 0.10g을 가열 조건 하에서 10mL의 물에 용해;

이 실험을 통하여, 각 PVA 샘플 1g을 용해하는데 필요한 물 흡수량은 다음과 같이 산출되었다.

* 샘플 1: 10mL

* 샘플 2: 35.71mL

* 샘플 3: 45.45mL

* 샘플 4: 50mL

* 샘플 5: 100mL

* 샘플 6: 100mL

* 샘플 7: 100mL

1.5.2 PA의 물 흡수량

상기 물-흡수 중합체(PA)의 물 흡수량은 아래의 방법으로 조사되었고, 다음을 발견하게 되었다.

* 20mL의 물을 PA 샘플 0.21g에 첨가할 때, 그 결과는 유동성이 없는 겔 상태로 되었다.

* 100mL의 물을 PA 샘플 0.10g에 첨가할 때, 그 결과는 과잉의 물로 유동 상태로 잔류하였다. 이때, 이 결과에 PA 샘플 0.10g이 더 첨가되었고, 유동성이 없는 겔 상태가 얻어졌다.

이 실험을 통하여, PA가 흡수하는 물의 양의 상한은 자신의 중량의 500 내지 1000배라고 생각된다.

1.5.3 PA의 배수 효과

다음, 상기의 물-흡수 중합체의 염화나트륨이 발휘하는 배수 효과를 다음의 방법으로 조사하였다.

먼저, 20mL의 물을 PA 샘플에 0.21g에 첨가하여 함수 겔을 만들었다.

이어, 염화나트륨 0.11g을 함유하는 수용액 1mL를 함수 겔에 첨가하였다.

그러나, 이 단계에서 변화는 관측되지 않았다.

이어, 염화나트륨 1.02g을 더 첨가한 때, 그 결과는 유동성을 보여주었고, 탈수 효과가 관측되었다.

이 실험을 통하여, PA 1g 당 100mL의 물이 흡수되는 경우, 1.13g의 염화나트륨을 첨가함으로써 탈수 효과를 달성할 수 있다는 것이 분명해졌다.

반면, 용기에 PA 0.20g에 100mL의 물을 첨가하여 함수 겔을 만들었다.

0.52g의 염화나트륨이 함수 겔에 첨가될 때, 물이 겔로부터 배수되었고, 이어 겔이 배수된 물에 떠다니는 상태를 얻었다.

상기한 실험에 의하면, PA 1g 당 500mL의 물을 첨가하여 함수 겔을 만든 경우, 0.52g의 염화나트륨을 첨가함으로써 탈수를 얻을 수 있고, 이에 따라 여과가 용이하게 된다는 것이 분명해졌다.

1.5.4 보수 성능 측정(제 1 실험)

다음, 5종류의 샘플 A 내지 E를 준비하고, 18℃ 내지 22℃ 사이의 온도 분위기에서 상기 샘플들을 사용하여 본 발명에 따른 습도조절 시트(PA/PVA)의 보수 성능에 대한 제 1 실험을 실행하였다.

* 샘플 A: [PA 0.1g + PVA 미첨가 + 물 100mL]

* 샘플 B: [PA 0.1g + PVA 샘플 1 0.1g + 물 100mL]

* 샘플 C: [PA 0.1g + PVA 샘플 1 0.05g + 물 100mL]

* 샘플 D: [PA 0.1g + PVA 샘플 6 0.1g + 물 100mL]

* 샘플 E: [PA 0.1g + PVA 샘플 7 0.1g + 물 100mL]

각 샘플 A 내지 E를 여과하였고, 여과 직후 약 7.5일 기간에 걸쳐 샘플의 중량 변화를 조사하였다.

그 결과는 도 7에 도시하였다. 도 7에서 "용기(tare)"는 습도조절 시트의 외장재를 지시한다.

또한, 도 8은 도 7에 도시한 데이터에 기초하여 산출한, 시간 경과에 대한 중량 변화량(g)만을 나타내는 결과를 도시한다.

<고찰>

도 7과 8의 테이블에 나타낸 바와 같이, PVA-첨가 샘플 B 내지 E는 PVA가 첨가되지 않은 샘플 A에 대하여 대부분 유사한 물 흡수 성능을 나타내었다. 물 흡수 후 시간에 대한 중량 변화량에 대해서, 적어도 물 흡수 후 183시간 내에는 모든 샘플에서 동등한 보수 성능이 관측되었다.

그 결과는 본 발명의 습도조절 시트가 종래 PA를 사용한 물-흡수 재료와 동등한 물 흡수 성능을 구비하는 것을 나타내는 것으로 생각된다.

1.5.5 보수 성능의 측정(제 2 실험)

다음, PA에 대해 비교적 많은 양의 PVA가 첨가될 때 습도조절 시트의 거동을 조사하기 위하여 제 1 실시예에 따른 습도조절 시트(PA/PVA)의 보수 성능에 대한 제 2 실험을 실행하였다.

구체적으로, 여기서 실시 예 X로서, 200mL의 물을 [PA 0.3g + PVA 샘플 1 20g(즉, PA/PVA 비 = 0.015)]과 혼합하여 현탁액을 준비하였다.

반면, 비교 예 Y로서, 200mL의 물을 [PA 0.3g + PVA 미첨가]과 혼합하여 다른 현탁액을 준비하였다.

이어, 각 현탁액을 여과하고, 그 후 시간경과에 따른 중량 변화를 조사하였다.

그 결과는 도 9와 10에 도시한다.

<고찰>

샘플 A 내지 E와 비교하여 실시 예 X는 PA 및 PVA의 양을 각각 3 내지 200배를 구비하지만, 실시 예 X의 물 흡수량은 2배조차도 되지 않는다. 따라서, 사용된 PVA에 대한 PA의 비가 적절히 조절되지 않으면 물이 PA로 구성되는 3차원 격자에 충분히 유지되지 않을 가능성이 있는 것으로 추정된다.

많은 양의 PVA의 팽윤에 의해 실시 예 X가 비교 예 Y보다 더 높은 보수 성능을 나타낸 것에 유의하라.

1.5.6 탈수 효과의 측정

여기서, 제 1 실시예에 따른 습도조절 시트(PA/PVA)의 탈수 효과를 측정하기 위하여, 실시 예 x로서, 100mL의 물을 [PA 0.15g + PVA 샘플 1 10g]과 혼합하여 현탁액을 준비하였다.

반면, 비교 예 y로서, 100mL의 물을 [PA 0.15g + PVA 미첨가]과 혼합하여 다른 현탁액을 준비하였다.

현탁액을 만든 6시간 후, 염화나트륨 2.5g를 각 예 x와 y에 첨가하였다. 이 어, 그 결과를 여과하여 이후 중량 변화를 조사하였다. 실험시 온도는 18℃ 내지 23℃ 범위에 있었다.

실험의 결과는 도 11과 12에 도시한다.

<고찰>

비교 예 y와 비교하여, 실시 예 x는 PVA가 PA에 첨가되었기 때문에 더 낮은 물 흡수량을 보였다.

비교 예 y는 염화나트륨이 첨가된 후 실시 예 x보다 더 높은 배수 효과를 나타냈다. 이것은 첨가된 염화나트륨의 양에 기인하는 것으로 생각된다. 즉, 실시 예 x에 대해서, 염화나트륨의 첨가량은 충분한 배수 효과를 일으키기에 충분하지 않았고, 결과적으로 보수 성능은 PVA에 의해 유지되었다.

다음, 여러 현탁액을 실시 예 및 비교 예 x와 y 각각에 대해 준비하였고, 물 흡수 후 35시간, 한 주, 또는 한 달 동안 건조하였다.

다음, 건조된 현탁액이 물을 다시 흡수하도록 재흡수 처리가 수행되었고, 이 시점에서 물 흡수 성능을 각각에 대해 조사하였다.

그 결과를 도 13과 15에 도시한다.

<고찰>

도 13에 도시한 결과에 따르면, 실시 예 x는 물 흡수 후 35시간이 경과한 때 다시 흡수성으로 된다. PVA가 첨가되지 않았기 때문에 비교 예 y는 짧은 기간에 걸쳐 주어진 일정량의 물을 완전하게 흡수하였지만, 실시 예 x는 PVA가 점차 팽윤하여 모든 물이 즉시 흡수되지 않았기 때문에 시간 경과에 따른 물-흡수 기능을 유지 하였다.

물 재흡수를 시작한 시간 후, 상기 예 x와 y는 모두 원래 물 흡수 성능의 약 90% 이상을 회복하였다. 그러나, 실시 예 x와 달리, 비교 예 y는 물을 점차 흡수하는 기능을 보여주지 않았다. 또한, 실험자에 의한 육안 검사에 의하면, 실시 예 x는 비교 예 y와 비교하여 물 흡수와 함께 더 작은 체적 팽창을 보여주었다. 이들 결과는 비교 예 y가 물-흡수 기능에 특화된 구성을 갖는 것을 뒷받침한다.

이것으로부터, 실시 예 x는 비교 예 y에는 없는 시간-경과 물-흡수 기능과 물 흡수 후 보수기능을 모두 구비하는 것이 분명하다.

도 14 및 15에 도시한 결과에 따르면, 물-흡수 기능에 대해, 실시 예 및 비교 예 x와 y는 이들이 일단 물을 흡수한 경우에도 1주일 이상 지난 후에 그들의 원래 성능을 거의 복원하는 것을 알 수 있다. 이후에, 실시 예 x의 물 흡수 속도는 일정한 정도로 늦어지지만, 늦어지는 정도는 실제 사용에서 문제가 아니라고 추측된다.

1.5.7 습도 조절제의 탈수 성능

다음, 실시 예 x에 대해 사용된 PVA 양을 줄여서 6종류의 샘플(a, b, c, c', d, 및 e)을 준비하였고, 18℃ 내지 22℃ 사이의 온도 분위기에서 이 샘플들을 이용하여 제 1 실시예에 따른 습도 조절제(PA/PVA)의 탈수 성능에 대한 실험을 수행하였다.

* 샘플 a: PA 0.1g + PVA 미첨가 + 물 20mL

* 샘플 b: PA 0.1g + PVA 샘플 2 1.0g + 물 20mL

* 샘플 c: PA 0.1g + PVA 샘플 4 1.0g + 물 20mL

* 샘플 c': PA 0.1g + PVA 샘플 4 1.0g + 물 20mL

* 샘플 d: PA 0.1g + PVA 샘플 6 1.0g + 물 20mL

* 샘플 e: PA 0.1g + PVA 샘플 7 1.0g + 물 20mL

이 샘플들을 3시간 동안 가만히 두었다가, 염화나트륨 0.1g을 각 샘플에 첨가하였다. 이어, 샘플을 여과하고, 여과 직후 시간 경과에 따른 중량 변화를 조사하였다.

그 결과는 도 16과 17에 도시된다.

<고찰>

사용된 PVA 양이 실시 예 x에 사용된 것보다 적은 샘플 b 내지 e는 PVA가 첨가되지 않은 샘플 a와 같거나 다소 늦은 배수 속도를 갖는다.

또한, 평균 중합도와 PVA의 감화 정도에 의한 특성 변화 등의 효과는 거의 없다는 것이 분명해졌다.

이어, 물 흡수 처리가 수행되고 염화나트륨이 첨가된 샘플 a 내지 e는 35시간 동안 건조하여, 각 샘플이 물을 다시 흡수하도록 하였다. 이때의 물 흡수량과 물 흡수량의 시간 경과에 따른 변화를 조사하였다.

그 결과는 도 18과 19에 도시한다.

<고찰>

도 18과 19에 도시한 데이터를 통하여, 물이 다시 첨가될 때 물 흡수량이 초기 흡수량의 50% 내지 70% 범위에서 변하지만, 샘플들은 건조 처리를 통하여 실질 적으로 재사용할 수 있게 된다는 것을 알 수 있다.

도 7 내지 19에 도시한 테이블의 데이터에 의하면, 다음의 절차는 본 발명의 습도 조절제를 제조하는 예시 방법으로 생각될 수 있다.

(1) 상대적으로 작은 분자량을 갖는 PVA 1g을 물 10mL에 용해하여 용액을 제조하고, 이때 필요하다면 용액을 가열한다.

(2) PA 0.15g을 (1)에 첨가하고 그 결과를 약 2시간에 걸쳐 팽윤시킨다.

(이 단계에서, PVA는 PA 격자에 도입된다)

(3) 염화나트륨 1.0g을 (2)에 첨가하고, 그 혼합물을 잘 교반한다.

(4) (3)을 여과하고 물을 흡수한 PA/PVA를 취출한다.

(5) (4)를 하루 동안 건조한다.

이러한 방법으로, 본 발명의 습도 조절제를 제조할 수 있다.

2. 제 2 실시예

도 20은 제 2 실시예에 따른 습도-조절 시트(1)가 의복(작업용 상의)(300)에 적용한 예를 나타낸다. 제 2 실시예에서, 습도-조절 시트(1)는 분리 가능한 방법으로 내부로부터 작업용 상의(300)의 겨드랑이 부분(310R, 310L)에 부착된다. 습도-조절 시트(1)를 분리 가능한 방법으로 부착하기 위해서, 면 파스너(hook and loop fastener)(예를 들어, 쿠라레이(Kuraray)사가 생산한 "매직 테이프")가 사용될 수 있다. 선택적으로, 양면 테이프를 습도-조절 시트(1)의 외장재(2a, 2b)의 표면에 부착하여 적용할 수 있다. 습도-조절 시트(1)는 겨드랑이 부분 이외에(예를 들어, 목 주위나 허리 주위) 설치될 수 있다.

이러한 구성은, 습도-조절 시트(1)가 건조한 상태에서 사용되는 경우, 작업용 상의(300)를 입은 사용자의 땀을 흡수하도록 한다. 이에 의해, 의복의 통기성을 유지하면서 사용자에게 편안함을 계속 제공할 수 있다. 또한, 습도-조절 시트(1)는 이들을 작업용 상의(300)로부터 떼어내고, 예를 들어, 상기한 바와 같이 PVA(120)에 의해 생성된 수괴(200)를 이용한 건조 처리, 염수 처리, 또는 P-NIPAM(130)이 사용되는 경우 가열 처리를 통하여 물 흡수 상태에 있는 습도-조절 시트(1)로부터 물을 배수함으로써 사용하고 난 후 재사용할 수 있다.

습도-조절 시트(1)는 반드시 작업용 상의(300)로부터 분리 가능하도록 할 필요는 없지만, 작업용 상의(300)는 분리하여 세탁할 수 있기 때문에 이들을 분리 가능하게 하는 것은 습도-조절 시트(1)에 부주의한 손해를 피하는 이점을 갖는다.

습도-조절 시트(1)를 작업용 상의(의복)(300)에 적용하는 것을 여기서 습도-조절 시트(1)의 사용 예로 제공하였다. 그러나, 습도-조절 시트(1)나 미립자 습도 조절제(10)는 모자나 헬멧의 내부에 설치될 수도 있다. 이는, 착용자의 머리에서 나오는 증기 열이 감소하여 착용자에게 편안함을 주기 때문에 바람직하다.

3. 제 3 실시예

도 21은 제 1 실시예의 습도-조절 시트(1)의 사용 예를 나타내는 것으로, 묘목 포트(pot)의 형상으로 성형한 습도-조절 시트(1)의 부분 단면도이다. 도면에 도시한 묘목 포트(400)는 상기한 습도-조절 시트(1)와 실제 동일한 구성을 갖는다. 즉, 입자상 습도 조절제(402)가 포트-형상의 외장 시트재(401)의 내부에 내포된다. 묘목 포트(400)의 치수는, 예를 들어, 평균 5㎝의 직경과 8㎝의 높이를 갖는다. 묘 목 포트(400)는 흙(450)과 함께 묘목(451)을 보유하도록 설계된다. 묘목 포트(400)를 성형하기 위해서, 일반적으로 사용되는 압출 성형이 적용될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 묘목 포트(400)는, 예를 들어, 묘목 포트(400)가 보수 성능을 유지할 수 있도록 미리 물을 흡수시켜 물 흡수 상태로 설정함으로써 일정한 기간 동안 묘목(451)이 마르는 것을 보호할 수 있다. 구체적으로 말하면, 입자상 습도 조절제(402)가 PA/PVA로 구성된 경우, 첨가되는 PVA의 양이 감소한다. 반면, 입자상 습도 조절제(402)가 PA/P-NIPAM으로 구성된 경우, 조절제(402)는 실온에서 사용할 때 보수 성능을 그대로 유지할 수 있다. 따라서, 묘목 포트(400)를 사용함으로써, 예를 들어, 건조지대 환경에서 이식성공률을 높일 수 있고, 이에 따라 묘목 포트(400)는 녹화사업 등에 효과적으로 이용될 수 있다. 특히 사막에서, 주간에 온도가 50℃만큼 높이 오르고, 반대로 야간 온도는 빙점이나 그 이하의 극저온으로 떨어지는 경우가 종종 있다. 그러한 낮은 온도에서, 지표면 근방에는 짙은 수증기가 형성된다. 이와 같은 환경에서 본 발명의 묘목 포트(400)를 사용하면, 묘목 포트(400)가 야간 중에 수증기를 흡수하게 하여 주간 중에 보수 상태를 유지하도록 할 수 있다. 따라서, 묘목 포트(400)에 심은 묘목(451)이 건조하는 것을 방지할 수 있고, 이에 의해 묘목(451)은 잘 자랄 수 있다.

그외에, 휴대 가능한 형태의 묘목 포트(400)를 이용하여 비행기로부터 대량 공중파종 및 파묘를 용이하게 하는 효과를 얻을 것으로 기대된다.

묘목(451)이 다습 조건을 싫어하는 경우, 보수 성능을 유지할 수 있도록 묘목 포트(400)를 미리 건조 상태로 설정함으로써 묘목(451)을 다습 조건으로부터 보 호할 수 있다. 구체적으로 말하면, 입자상 습도 조절제(401)가 PA/PVA로 구성된 경우, 첨가되는 PVA의 양이 증가한다. 반면, 입자상 습도 조절제(402)가 PA/P-NIPAM으로 구성된 경우, 배수가 일정한 환경 조건 하에서 용이하게 될 수 있도록 치환기를 조절하여 P-NIPAM(130)의 분자 구조를 변경한다.

4. 제 4 실시예

도 22는 본 발명의 습도 조절제를 적용한 건축자재인 습도-조절 유리(500)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도면에 도시된 습도-조절 유리(500)는 일반적인 건축자재로 사용될 있고, 습도-조절층이 형성된 한 쪽(또는, 양쪽일 수 있음)에 소다 라임(soda lime) 유리(550)를 포함한다. 습도-조절층은 투수성 수지필름(501)과 입자상 습도 조절제(502)를 포함하며, 입자상 습도 조절제(502)는 투수성 수지필름(501)으로 싸인다. 습도 조절제(501)는 상기한 습도 조절제(10)와 동일한 재료로 구성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 습도-조절층이 실내를 향하도록 습도-조절 유리(500)를 설치함으로써 실내 공기의 습도 조절(즉, 다습 시 물을 흡수하고, 건조상태에서 배수하는 것)을 반복하여 수행할 수 있다. 습도 조절을 적절하게 수행하기 위하여, 상기한 PA/PVA로 구성된 습도 조절제(502)를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 작은 수괴(200)가 골격(50)에 형성되어 상기한 배수 효과가 촉진된다.

습도-조절 유리(500)는 상기한 PA/P-NIPAM으로 구성된 습도 조절제(502)가 적용될 때 착색 유리의 효과를 얻을 수 있다. 즉, P-NIPAM(130)은 일반적으로 투명하지만, 물을 흡수한 후 흐리게 되고 겔화(gelatinized)하는 특성을 구비한다. 이 특성을 고려하여, 습도-조절 유리(500)는 습도-조절층이 실외를 향하도록 배치된다. 이에 의하면, 비가 오거나 눈이 올 때, 유리면은 물 흡수에 의해 흐리게 되어 습도-조절 유리(500)는 젖빛 유리(frosted glass)가 된다. 다른 기후 조건에서는, 습도 조절제(502)가 건조 상태이고, 따라서 습도-조절 유리(500)는 투명한 외관을 갖는다. 또한, 습도-조절층이 유리(550)의 양쪽에 형성되는 경우, 착색-유리 효과뿐만 아니라 실내 습도 조절효과까지 얻을 수 있다.

5. 제 5 실시예

다다미 매트(tatami mat)는 전통적인 일본식 바닥 덮개로 사용되며, 본 발명은 이 바닥 재료에 적용할 수도 있다. 도 23은 본 발명의 습도 조절제를 적용하는 건축자재인 습도-조절 다다미 매트(600)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도면에 도시한 습도-조절 다다미 매트(600)는 습도-조절 시트(610)가 표면(601)과 내부 패딩(602; padding) 사이에 위치하도록 일반 다다미 매트에 설치되는 구성을 갖는다. 여기서, 습도-조절 시트(610)는 제 1 실시예의 습도-조절 시트(1)와 거의 같은 구성을 갖는다. 습도-조절 다다미 매트(600)는, 예를 들어, 95.5㎝(길이) × 1910㎝(폭) × 5.5㎝(높이)의 치수를 갖는다.

표면(601)은 천연 골풀(rush grass)로 직조되거나, 그외 인조섬유, 펄프 등으로 구성될 수 있다. 제 5 실시예의 습도-조절 다다미 매트(600)의 표면(601)은 습도-조절 시트(610)의 통기성을 확보하기 위하여 섬유 재료를 직조하여 만드는 것이 바람직하다. 유도 바닥 등에 사용되는 다다미-매트 표면용 재료를 사용하는 경우, 같은 이유로 다공성 구조를 갖도록 다다미 표면을 처리하여 통기성을 확보하는 것이 바람직하다.

다다미 매트의 중심재(core body)에 대응하는 다다미 패딩(602)은 밀짚으로 구성되거나, 그외 발포 폴리스틸렌 및 절연 보드(진동 방지판) 등의 재료로 구성된다.

습도-조절 시트(610)는 습도-조절 시트(1)와 동일한 구조를 가지며, 외장 시트재(611)로 싸인 입자상 습도 조절제(612)를 함유한다. 습도-조절 시트(610)는 습도-조절 시트(1)와 같은 사이즈를 가질 수 있다. 그러나, 이 경우, 각 다다미 매트에 대해 다수의 습도-조절 시트가 놓일 필요가 있어 작업 효율 측면에서 습도-조절 시트(610)는 습도-조절 다다미 매트(600)의 평면 치수와 일치하는 큰 사이즈로 만들 수 있다.

이러한 구성을 갖는 습도-조절 다다미 매트(600)가 정상 또는 다습 환경에서 사용될 때, 습기가 습도 조절제(612)로 흡수되고 이에 따라 충분한 습기 제거가 된다. 따라서, 실내 공기의 우수한 습도 조절 효과를 얻을 수 있다. 여기서, PA/PVA가 습도 조절제(612)의 재료로 사용되면, 초기 상태를 복원하도록 배수를 촉진함으로써 습도-조절 시트(610)를 재사용 가능하게 할 수 있다. 이는, 예를 들어, 습도-조절 시트(610)를 건조 환경에 노출하고 일정기간 사용한 후 상기한 염수 처리를 함으로써 달성할 수 있다. 반면, PA/P-NIPAM이 습도 조절제(612)에 대해 사용되면, 습도-조절 시트(610)는 물 흡수 후 가열 처리를 통하여 배수를 촉진하여 초기 상태로 복원함으로써 재사용 가능하게 될 수 있다.

실내 공기가 기본적으로 건조 상태인 경우, 습도-조절 시트(610)를 미리 물 흡수 상태로 설정함으로써 공기는 일정기간 동안 보수 상태로 유지될 수 있다. 이 경우, 연장된 시간 동안 외장재 시트(611)와 표면(601)을 통하여 습도 조절제(612)로부터 실내로 습기가 방출된다. 그러므로, 특히 표면(601)은 인조 섬유와 같은 방수 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

6. 제 6 실시예

도 24는 본 발명의 습도-조절 시트를 적용한 습도-조절 용기의 구성을 나타낸다. 도 24a는 전체 구조를 나타내고, 도 24b는 습도-조절 용기를 접을 때의 외관을 나타낸다.

도 24a에 도시한 바와 같이, 습도-조절 용기(700)는 사각기둥 형상의 접을 수 있는 용기(705)를 사용하고, 습도-조절 시트(715)는 접을 수 있는 용기(705)의 내부에 위치한다. 접을 수 있는 용기(705)는 프레임 몸체(701), 측면부(710, 711), 접을 수 있는 측면부(712, 714)(714는 미도시), 및 저부(716)를 포함한다.

측면부(710, 711)는 각각 힌지로 저부(716)에 부착되고, 각각 조인트(710a, 711a)(710a는 미도시)를 구비한다. 통상, 측면부(710, 711)는 각각 프레임 몸체(701)에 제공된 조인트(탭)(702, 703)(703은 미도시)가 함께 삽입된 조인트(710a, 711a)로 수직으로 서 있는다. 조인트(702, 703, 710a, 및 711a)는 각각 후크(hook) 형상으로 형성된 돌기이거나, 그외 면 파스너일 수 있다. 용기를 접을 때, 도 24b에 도시한 바와 같이, 측면부(710, 711)는 조인트(702)를 이용하여 용기 내부로 접힌다.

접을 수 있는 측면부(712, 714) 상에, 측면부(712, 714)의 길이방향을 따라 중간 부분에 힌지(713a, 713b, 714a, 및 714b)(714a와 714b는 미도시)가 위치한다. 용기를 접을 때, 도 24b와 같이, 각 힌지의 아암이 내측으로 가까워지는 방법으로 외부로부터 힌지(713a, 713b, 714a, 및 714b)를 접음으로써 접을 수 있는 측면부(712, 714)가 용기의 내측으로 접힌다.

직사각 형상으로 형성된 프레임 몸체(701)는 뚜껑(720)으로 삽입되어 용기 내부가 밀폐된다.

접을 수 있는 용기의 구성을 여기에 예로 들었지만, 접을 수 없는(즉, 고정된 형상) 용기가 대신 사용될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 습도-조절 용기(700)는, 예를 들어, 부패하기 쉬운 음식을 저장하는 배달 수단으로 사용될 수 있다. 즉, 습도-조절 시트(715)를 미리 물 흡수상태로 설정하여 용기의 내부를 습윤 상태로 유지함으로써 부패하기 쉬운 음식의 신선도를 높게 유지할 수 있다. 따라서, 용기가 사용 후 접히는 경우, 습도-조절 시트(715)를 꺼낸다. 습기-조절 시트(715)는, 습도 조절제가 PA/PVA로 구성된 경우 건조 또는 염수 처리를 통하여 또는 습도 조절제가 PA/P-NIPAM으로 구성된 경우 가열 처리를 통하여 원래의 건조상태로 회복시킴으로써 재사용할 수 있다.

반면, 습도-조절 시트(715)를 건조상태로 설정함으로써, 자기 테이프, 반도체 제품, 쌀 크래커 등의 가공식품과 같이 습도에 예민한 제품을 적절하게 유지할 수 있다.

7. 제 7 실시예

도 25는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 습도-조절 시트를 포함하는 케이스의 구성을 나타낸다.

도 25a에 도시한 습도-조절시트 포함 케이스(800)는 제 1 실시예의 습도-조절 시트(1)가 피라미드-형상의 플라스틱 하우징(801)과 저부 캡(803) 사이에 수납되는 구성을 갖는다.

하우징(801)은 하우징(801) 내부와 연통하는 스트립-형상의 슬릿(802a 내지 802n)을 구비한다. 하우징과 슬릿의 형상은 이들에 한정되지는 않는다.

저부 캡(803)의 상면에 단차부(803a)가 형성되고 하우징(801)이 끼워질 수 있다.

여기서, 습도-조절 시트(1)는 폭 방향을 따라 완만하게 구부러져 하우징(801) 내부에 수납된다. 그러나, 습도-조절 시트(1)는 그 주면이 똑바로 서도록 저장될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 습도-조절시트 포함 케이스(800)는 습도-조절 시트(1)의 큰 영역이 습도를 조절하는데 유효하도록 하며, 따라서 증가한 습도 조절 효과를 얻을 수 있다. 이는 습도-조절 시트(1)의 양면(즉, 주면)이 사용중 슬릿(802a 내지 802n)으로부터 하우징(801)의 내부로 흐르는 외기에 완전히 노출되기 때문이다. 즉, 외기는 습도-조절 시트(1)를 미리 보수 상태로 설정함으로써 효과적으로 습윤된다. 반면, 습도-조절 시트(1)를 미리 건조 상태로 설정함으로써 외기로부터 습기를 신속히 흡수할 수 있다.

이러한 효과를 갖는 습도-조절시트 포함 케이스(800)는, 예를 들어, 집안이나 냉장고 내부의 습기를 조절하도록 상업용 냉장고에 수납할 수 있다. 이에 따라, 부패하기 쉬운 음식을 보존하는 경우, 습도-조절 시트(1)를 보수 상태로 설정함으로써 그러한 음식을 적절한 습윤 상태에서 잘 보존할 수 있다. 반면, 물에 예민한 가공식품을 보존하는 경우, 습도-조절 시트(1)를 건조상태로 설정함으로써 습기로부터 음식을 떨어뜨려 저장할 수 있다.

또한, 제 7 실시예는 냉장고에 설치된 습도-조절시트 포함 케이스(800)의 개수를 조절함으로써 습도 조절이 정도(또는 습도 조절 속도)를 미세 조절할 수 있다.

하우징 내부에 다수의 습도-조절 시트를 구비함으로써, 공간을 절약하면서 더 효과적인 습도 조절을 달성할 수 있다. 도 25b에 도시한 습도-조절시트 포함 케이스(900)는 파지부(910, 911)가 하우징(901) 내측과 저부 캡(903) 면에 각각 제공된 구성을 가지며, 이에 따라 다수의 습도-조절 시트(1)가 설치되어 수직 위치에서 단단히 고정된다. 하우징(901)에는 슬릿(802a 내지 802n)과 유사한 슬릿이 제공된다. 따라서, 제 7 실시예는 상기 구성에 이러한 창조적인 설계를 적용함으로써 공간을 절약하면서 증가된 습도 조절 효과를 얻을 수 있다.

8. 기타 사항

상기한 실시예 이외에, 본 발명의 습도 조절제는 목재 건축자재의 강화 주입 수지재료로 적용될 수 있다. 더 구체적으로 말하면, 건축자재의 표면으로부터 내부로 구멍이 제공되고, 본 발명의 습도 조절제를 함유하는 수지재료가 이 구멍에 주입된다. 이에 의하면, 건축자재의 강도를 개선함과 동시에 습도 조정 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 습도 조절제는, 예를 들어, 부패하기 쉬운 음식이나 자기 테이프의 장기간 저장을 용 습도-조절 시트로 사용될 수 있다. 또한, 습도 조절제는 묘목 포트, 건축자재, 의류 등에 적용할 수 있다.

Claims (17)

1. 하나 이상의 가교된 물-흡수 중합체에 의해 형성되는 3차원 골격(framework)에 하나 이상의 수용성 중합체가 도입된 구성을 가지며,

   상기 물-흡수 중합체는 폴리아크릴산염 또는 하나 이상의 폴리아크릴산염-폴리비닐 알코올 공중합체 중 어느 하나를 포함하고,

   상기 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올 및 폴리이소프로필아크릴아마이드 중 어느 하나 또는 양자로 구성되는 것을 특징으로 하는 습도 조절제.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 폴리비닐 알코올은 500 이상 20000 이하 범위의 분자량을 갖고,

   상기 폴리이소프로필아크릴아마이드는 1000 이상 30000 이하 범위의 분자량을 가지며,

   상기 물-흡수 중합체에 도입된 상기 수용성 중합체의 양은 상기 습도 조절제의 총 질량의 1% 이상 30% 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 습도 조절제.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 물-흡수 중합체는 0.5% 이상 5% 이하 범위의 가교율을 갖는 것을 특징으로 하는 습도 조절제.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 폴리비닐 알코올은, 900 이상 1100 이하의 수치범위로 부분 감화(saponification)되는 것을 특징으로 하는 습도 조절제.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 폴리비닐 알코올은, (i) 평균 중합도 1000을 갖고 900 이상 1100 이하의 수치범위로 부분 감화되거나, (ii) 평균 중합도 500을 갖는 것을 특징으로 하는 습도 조절제.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 습도 조절제는 의복, 모자, 및 헬멧으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 습도 조절제.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 의복은 작업용 상의이고,

   상기 습도 조절제는 하나 이상의 투수성 시트재로 싸인 습도-조절 시트로, 면 파스너(hook and loop fastener)에 의해 상기 작업용 상의에 분리가능한 방법으로 설치되는 것을 특징으로 하는 습도 조절제.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 습도 조절제는 건축자재에 설치되는 것을 특징으로 하는 습도 조절제.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 건축자재는 투수성 수지필름으로 싸인 상기 수용성 중합체를 갖는 습도-조절층이 유리 표면에 설치된 습도-조절 유리이며, 상기 수용성 중합체는 상기 폴리이소프로필아크릴아마이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 습도 조절제.
10. 청구항 8에 있어서,

    상기 건축자재는 투수성 수지필름으로 싸인 상기 수용성 중합체를 갖는 습도-조절 시트가 매트(mat) 면과 내부 패딩(padding) 사이에 설치된 습도-조절 다다미(tatami) 매트인 것을 특징으로 하는 습도 조절제.
11. 청구항 8에 있어서,

    상기 건축자재는 내부에 상기 습도 조절제가 충전된 목재 건축자재인 것을 특징으로 하는 습도 조절제.
12. 폴리비닐 알코올이 하나 이상의 물-흡수 중합체로 구성된 3차원 골격에 도입된 구성을 갖는 습도 조절제를 이용하는 습도 조절방법으로서,

    상기 습도 조절제가 물을 흡수하도록 하는 단계; 및

    0.01M 이상 3M 이하의 온도를 갖는 염화나트륨 용액을 상기 물-흡수된 습도 조절제에 첨가하여 성립되는 삼투압 구배로 배수를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 습도 조절방법.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 도입된 폴리비닐 알코올에 대한 염화나트륨의 중량비가 실질적으로 1:1 이도록 상기 염화나트륨 용액이 첨가되는 것을 특징으로 하는 습도 조절방법.
14. 청구항 12에 있어서,

    상기 물-흡수 중합체는 폴리아크릴산 나트륨 또는 하나 이상의 폴리아크릴산 나트륨-폴리비닐 알코올 공중합체 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 습도 조절방법.
15. 폴리비닐 알코올로 구성된 하나 이상의 수용성 중합체가 하나 이상의 물-흡수 중합체로 구성된 3차원 골격에 도입된 구성을 갖는 습도 조절제를 이용하는 습도 조절방법으로서,

    상기 습도 조절제가 물을 흡수하도록 하는 단계; 및

    상기 수용성 중합체가 상기 골격에 도입된 상기 물로 팽윤하게 하여 상기 흡수된 물이 상기 격자의 외부로 배수시켜 배수를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 습도 조절방법.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 물-흡수 중합체는 폴리아크릴산 나트륨 또는 하나 이상의 폴리아크릴산 나트륨-폴리비닐 알코올 공중합체 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 습도 조절방법.
17. 청구항 1의 습도 조절제가 하나 이상의 투수성(water-permeable) 시트재로 싸인 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 습도-조절 시트.

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