KR20070109276A

KR20070109276A - 폴리우레탄 폼에서 발생하는 휘발성 유기화합물을 저감시키는 항산화 발효미생물 제재 및 이를 포함하는 폴리우레탄 폼

Info

Publication number: KR20070109276A
Application number: KR1020060042034A
Authority: KR
Inventors: 임택; 고재용; 이은주; 김인성; 이창홍
Original assignee: 다이모스(주); 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2007-11-15
Also published as: KR100802578B1; EP2016167A1; US20090004718A1; WO2007129861A1

Abstract

본 발명은 항산화발효미생물 제재 및 이를 포함하는 폴리우레탄 폼에 관한 것으로서, 항산화발효미생물 제재는 폴리우레탄 폼에서 발생하는 휘발성유기화합물을 저감시키는 효과 및 항균효과가 있는 물질을 생성하여 항균효과를 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명의 항산화발효미생물을 포함하는 폴리우레탄 폼이 자동차 내장재로 사용될 때 새차 증후군을 일으키는 유해물질로부터 인체를 보호하는 작용을 할 수 있다.

항산화발효미생물, 폴리우레탄 폼, 휘발성유기화합물

Description

폴리우레탄 폼에서 발생하는 휘발성유기화합물을 저감시키는 항산화발효미생물 제재 및 이를 포함하는 폴리우레탄 폼{ANTIOXIDANT FERMENTING MICROORGANISM AGENT REDUCING VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS FROM POLYURETHANE FOAM AND URETHANE FOAM CONTAINING THE SAME}

도 1은 항산화발효미생물 제재가 포함되지 않은 일반적인 폴리우레탄 폼의 GC MASS 그래프이다.

도 2는 항산화발효미생물 제재가 포함된 폴리우레탄 폼의 GC MASS 그래프이다.

본 발명은 자동차 내장재로 사용되는 폴리우레탄 폼에서 발생하는 휘발성유기화합물을 저감시키는 항산화발효미생물 제재 및 이를 포함하는 폴리우레탄 폼에 관한 것이다.

자동차 내장재로 사용되는 폴리우레탄 폼(Polyurethane foam)은 자동차 내부의 열 차단 및 충격 흡수 등의 기능을 위해 다양하게 적용되고 있다. 이러한 폴리우레탄 폼은 100% 화학제재로서 완제품에 열이 가해지면 다양한 휘발성유기화합 물(Volatile Organic Compound)이 발생되고 이렇게 발생된 휘발성유기화합물은 인체에 유해한 영향을 주게 된다.

새집 증후군, 새차 증후군 등을 유발시키는 수많은 휘발성유기화합물의 유해성에 대해 세계적으로 다양한 규제를 두고 있으나, 휘발성유기화합물로 인한 구체적인 증상, 휘발성유기화합물의 저감방법 등에 대한 대체 방법은 미비한 실정이다.

최근 자동차 내장재로 사용되는 폴리우레탄 폼에서 발생하는 휘발성유기화합물을 저감하기 위하여 광촉매, 여러 화학물질 등을 사용하고 있으나, 이는 아주 고가의 처리비용이 소요되며 근본적인 방법으로 선택받지 못하고 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 자동차 내장재로 사용되는 폴리우레탄 폼에서 발생하는 휘발성유기화합물을 근본적이고 저가의 비용으로 저감시킬 수 있는 항산화발효미생물 제재 및 이를 함유하는 폴리우레탄 폼을 제공하는 것이다.

본 발명은 광합성 세균 : 효모균 : 방선균 : 유산균이 50~150 : 0.5~1.5 : 0.5~1.5 : 3~7의 균수 비율로 포함되는 미생물혼합물과, 물, 유기탄소원 및 천연염이 3~7 : 50~150 : 3~7 : 0.5~1.5의 중량비로 포함되어 폴리우레탄 폼에서 발생하는 휘발성유기화합물을 저감시키는 항산화발효미생물 제재를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 항산화발효미생물 제재를 함유하는 폴리우레탄 폼을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 폴리우레탄 폼으로 제조한 자동차 시트를 제공한다.

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 사용된 항산화발효미생물이란 유기탄소원과 천연염을 원재료로 하여 발효과정을 통해 이노시톨(inositol), 유비퀴논(ubiquinone), 폴리페놀(polyphenols) 등의 항산화 물질을 만들어 낼 수 있는 공존공생하는 유효한 미생물군의 조합을 의미한다.

본 발명의 항산화발효미생물 제재는 광합성 세균, 효모균, 방선균, 유산균 등을 모체로 한 다양한 미생물 종(Species)을 포함하는 항산화발효미생물 제재로 전래식품 발효에 사용하던 친환경적 생물 소재이다. 본 발명의 항산화발효미생물 제재는 폴리우레탄 폼의 생산공정에 첨가됨으로써 다양한 화학제의 잔류를 억제하고, 잔류한 화학제를 분해하는 작용을 통하여 완성된 폴리우레탄 폼에서 발생하는 휘발성유기화합물 등의 발생을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 항산화발효미생물 제재는 광합성 세균 : 효모균 : 방선균 : 유산균의 균수 비율이 50~150 : 0.5~1.5 : 0.5~1.5 : 3~7로 포함되는 미생물혼합물을 포함하여 휘발성유기화합물을 저감시킬 수 있는 효과를 갖고 있다. 상기 광합성 세균 : 효모균 : 방선균 : 유산균의 혼합비율이 100:1:1:5 일 때 가장 바람직하다.

본 발명의 항산화발효미생물 제재에 포함된 광합성 세균으로는 로돕슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris) 등이 있고, 효모균으로는 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae) 등이 있으며, 방선균으로는 스트렙토마이세스 알부스(Streptomyces albus) 등이 있고, 유산균으로는 락토바실루스 플 란타룸(Lactobacillus plantarum)등이 있다.

본 발명의 항산화발효미생물은 상기 균들을 모체로 적절하게 섞고 발효배양액으로 물, 유기탄소원 및 천연염을 50~150 : 3~7 : 0.5~1.5의 중량비로 첨가한 다음 20℃~30℃에서 7 내지 10일 간 혐기상태에서 완전 발효시켜 제조될 수 있다. 바람직하게는, 상기 발효배양액은 물, 유기탄소원 및 천연염을 100 : 5 :1 중량비로 포함한다.

상기 유기탄소원이란 통상의 탄소영양분으로서 바람직하게는 당밀이 있으며, 상기 천연염으로는 바람직하게는 오염되지 않은 심해 천연염을 사용한다.

본 발명에 사용되는 천연염은 본 발명의 미생물제재로 오염되지 않은 천연해염을 7일간 발효한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 항산화발효미생물 제재를 포함하는 폴리우레탄 폼을 제공한다.

폴리우레탄 폼이란 폴리올과 이소시아네이트와의 가교반응 및 발포에 의해 제조되는 것으로, 본 발명의 항산화발효미생물 제재는 바람직하게 가교 전의 폴리올에 혼합된다. 이때, 폴리올에 항산화발효미생물 제재를 첨가하는 방법은 폴리올 제조 및 공급처에서 혼합하거나, 폴리우레탄 발포를 위한 준비 탱크(Tank)에서 이루어 질 수 있다. 구체적으로, 폴리우레탄 폼은 첨가되는 폴리올(Polyol)양의 0.01 중량% 내지 0.02 중량%의 항산화발효미생물 제재를 포함한다. 이때, 항산화발효미생물 제재의 함량이 폴리올의 0.01 중량% 미만이면 휘발성유기화합물의 냄새 제거효과가 저감되고, 0.02 중량%를 초과하면 미생물 제재 자체 발효에 의하여 휘발성 유기화합물과는 또다른 냄새를 나는 문제점이 있다.

또한, 본 발명의 항산화발효미생물 제재는 폴리우레탄 폼 및 시트 완성 제품에 분사 방법을 통해 전체 표면에 엷게 도포되어 바람이 통하는 장소에서 24시간 경과하면 냄새 원인물질, 휘발성유기화합물 등을 분해 및 제거할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 제조과정 중에 항산화발효미생물 제재를 첨가하여 폴리우레탄 폼을 제조하거나, 완성된 폴리우레탄 폼에 분사하여 냄새, 휘발성유기화합물 등의 인체에 유해한 근본적인 원인을 저감할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼을 사용하는 자동차에서 발생하는 새차 증후군 등의 증상을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 항산화발효미생물은 발효과정을 통해 혐기성 미생물들이 활성산소에 견디기 위하여 이노시톨(inositol), 유비퀴논(ubiquinone), 폴리페놀(polyphenols) 등의 항산화 물질 및 벤조산(Benzoic acid) 등의 항균작용을 하는 물질인 2차 생성물질을 만든다. 이들은 다습 상태에서 자동차 내부의 폴리우레탄 폼에서 발생하는 유해성 곰팡이, 박테리아 등의 증식을 억제할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 통해 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

<실시예 1> 항산화발효미생물 제재

광합성 세균인 로돕슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris), 효모균인 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae), 방선균인 스트렙토마이세스 알부스(Streptomyces albus), 유산균인 락토바실루스 플란타룸(Lactobacillus plantarum)을 각각 100:1:1:5 비율로 혼합하였다. 상기 미생물혼합물, 물, 유기탄소원 및 천연염을 5:100:5:1 비율로 혼합한 다음 20~30℃에서 7~10일 간 혐기상태에서 완전 발효시킨 다음 냄새 저감에 사용하였다. 상기 균들은 자연에서 분리, 배양한 것을 사용하였다.

<실시예 2>

통상적으로 폴리우레탄 폼을 제조하기 위한 재료들을 준비하였다. 이때, 폴리올(Polyol)과 폴리올 양에 0.01 중량%에 해당하는 항산화발효미생물 제재를 첨가한 후 탱크 내에서 1시간~2시간 동안 교반한 뒤 이를 이소시아네이트(Isocianate)와 가교(Cross linking) 반응 및 발포를 실시하여 휘발성유기화합물(VOCs) 등의 발생을 저감시킨 폴리우레탄 폼을 제조하였다. 본 실시예의 가교 반응 및 발포는 기존의 방법과 동일하게 처리하였으며, 모든 실험은 상온(18℃-25℃)에서 실시하였다.

<실험예>

일반적으로 만들어진 무처리 폴리우레탄 폼(본 발명의 항산화발효미생물 제재를 첨가하지 않은 폴리우레탄 폼을 말함, 무게 3.4g)과 상기 실시예 2에서 제조한 처리 폴리우리탄폼(무게 3.4g)을 직사각형으로 자른 다음 냄새 분석실험을 위해 사용하였다.

상기 각각의 폴리우레탄 폼을 휘발성유기화합물 발생 용기(5ℓ pyrex chamber)에 넣고 발생용기를 완전히 밀봉하였다. 폴리우레탄 폼이 담겨진 휘발성유기화합물 발생용기를 80℃ 항온기에서 12시간 처리하였다. 80℃에서 항온 처리된 발생용기로부터 발생된 휘발성유기화합물을 흡착 튜브(Tenax TA Thermal Desorption tube)에 흡착시켰다. 흡착 방법은 발생용기의 유입부에 수분 및 공기 제거 필터를 장착하고 유출 부분에 흡착 튜브를 장착한 후, 진공펌프(12~15㎖/분)를 사용하여 1분간 진공을 형성시키는 방식을 사용하였다. 진공펌프(12~15ℓ/분)로 1분간 진공을 형성시키면 휘발성유기화합물 발생용기가 5ℓ로 제작되었기 때문에 발생용기 내의 모든 기체가 흡착 튜브를 통과하면서 발생된 휘발성유기화합물이 흡착튜브 내의 매질에 흡착하게 된다(흡착 튜브는 사용 전에 380℃에서 3시간 처리하여 활성 상태를 유지하였다). 흡착 튜브를 GC-MS에 연결시켜 총 40분 동안 정성 분석을 하였고, 이것을 라이브러리 서치(library search)하여 각 성분을 확인하여 중요한 휘발성유기화합물을 하기 표 1에 정리하였다. 도 1 및 도 2는 각각 무처리 폴리우레탄 폼과 처리 폴리우레탄 폼의 GC MASS 결과 그래프이다.

번호	성분	발생량(㎍/g)		증감(%)
번호	성분	무처리	처리	증가	감소
1	에탄올(Ethanol)	1.15	0	-	100
2	아세톤(Acetone)	0.50	0	-	100
3	이황화탄소(Carbon disulfide)	7.15	2.51	-	64.9
4	톨루엔(Toluene)	1.00	0.27	-	73.0
5	메틸로레이트(Methyllaurate)	0.96	0	-	100
6	1,4-디메틸-벤젠(1,4-dimethyl-Benzene)	1.71	0.10	-	94.2
7	1,2-디메틸-벤젠(1,2-dimethyl-Benzene)	0.49	0	-	100
8	옥타메틸-트리실록산 (Octamethyl-Trisiloxane)	0.42	0	-	100
9	2,2'-아조비스[2-메틸]-프로판니트릴 (2,2'-azobis[2-methyl]-Propanenitrile)	3.33	0	-	100
10	2,6,6-트리메틸-비사이클로[3,1,1]헵탄 (2,6,6-trimethyl-Bicyclo[3.1.1]heptane)	0	0.11	100	-
11	옥타메틸-사이클로테트라실록산 (Octamethyl-Cyclotetrasiloxane)	0.89	0	-	100
12	1,2-디클로로-벤젠 (1,2-dichloro-Benzene)	0.46	0	-	100
13	데카메틸-테트라실록산 (decamethyl-Tetrasiloxane)	2.46	0	-	100
14	벤조산(Benzoic acid)	0	0.68	100	-
15	벤조티아졸(Benzothiazole)	0.46	0.00	-	100
16	도데카메틸-펜타실록산 (Dodecamethyl-Pentasiloxane)	3.06	0.20	-	93.5
17	프탈산 무수물(Phthalic anhydride)	0.68	0.64	-	5.9
18	2-아미노-벤젠카보티오아미드 (2-amino-Benzenecarbothioamide)	1.14	0	-	100
19	페닐말레익 무수물 (Phenylmaleic anhydride)	0	1.21	100	-
20	디페닐-메타논(Diphenyl-Methanone)	0	0.33	100	-
TVOCs				-	74.8

상기 표 1을 참조하면, 총 휘발성유기물질(TVOC)의 발생량은 무처리 우레탄폼을 100으로 했을 때 처리한 샘플에서는 25.2로 전체적으로 74.8% 감소하였다. 구체적으로, 인체 유해하며 냄새가 나는 이황화탄소(Carbon disulfide)는 7.15㎍/g에서 2.51㎍/g으로 64.9% 감소하였다. 또한 톨루엔(Toluene)도 1.00㎍/g에서 0.27㎍/g으로 73% 감소하였다. 냄새가 나는 화학물질인 아세톤(Acetone), 데카메틸-테트라실록산(decamethyl-Tetrasiloxane), 2-아미노-벤젠카보티오아미드(2-amino-Benzenecarbothioamide) 등 몇몇 물질은 처리 폴리우레탄 폼에서 나타나지 않는 효과가 있었다. 무처리 폴리우레탄 폼에서 검출되지 않았던 벤조산(Benzoic acid)은 처리 폴리우레탄 폼에서 0.68㎍/g로 함량이 증가하였는데, 이 물질은 항균효과가 있는 물질로서 본 발명의 항산화발효미생물 제재가 항균효과를 나타냄을 알 수 있다.

본 발명에 따른 항산화발효미생물 제재는 폴리우레탄 폼의 가공 공정에 투입되어 휘발성유기화합물의 발생원인을 근본적으로 제거함으로써, 가공된 폴리우레탄 폼에서 발생하는 휘발성유기화합물의 양을 저감시킬 수 있다. 또한, 항산화발효미생물 제재는 벤조산 등과 같은 항균작용을 하는 물질을 만들어 폴리우레탄 폼에 항균효과를 나타낸다. 또한, 폴리우레탄 폼의 제조공정 시 발생하는 폐수 내에 항산화발효미생물 제재가 작용하여 폐수에 포함된 각종 화합물이 생분해를 일으켜 폐수의 처리 효율을 증가시킬 수 있다.

Claims

광합성 세균 : 효모균 : 방선균 : 유산균이 50~150 : 0.5~1.5 : 0.5~1.5 : 3~7 균수 비율로 포함되는 미생물혼합물과, 물, 유기탄소원 및 천연염이 3~7 : 50~150 : 3~7 : 0.5~1.5의 중량비로 포함되어 폴리우레탄 폼에서 발생하는 휘발성유기화합물을 저감시키는 것을 특징으로 하는 항산화발효미생물 제재.
제1항에 있어서, 상기 미생물혼합물은 광합성 세균 : 효모균 : 방선균 : 유산균이 100 : 1 : 1 : 5 의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 항산화발효미생물 제재.
제1항에 있어서, 상기 항산화발효미생물 제재는 상기 미생물혼합물, 물, 유기탄소원 및 천연염이 5 : 100 : 5 : 1 의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 항산화발효미생물 제재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 항산화발효미생물 제재를 포함하는 폴리우레탄 폼.
제4항에 있어서, 상기 폴리우레탄 폼은 항산화발효미생물 제재를 폴리우레탄 폼을 구성하는 폴리올의 총량에 대해 0.01 중량% 내지 0.02 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 폼.
제4항의 폴리우레탄 폼으로 제조한 자동차 시트.