KR20110086910A - 친환경 바이오 신소재 - Google Patents

Abstract

본 발명(고안)은 친환경 바이오 신소재로 인간이 생활하는데 필요한 모든 생활용품 및 건강보조물 그리고 건축자재를 사출 성형 및 도장하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재로, 우선 주 소재인 생분해성플라스틱 기초 원료인 PLA(Polylactide, 옥수수전분)[미국, Natureworks 특허보유 소재]에 12가지의 친환경소재에서 추출한 고분자가 배합된 나노복합 물질(특허등록, 10-0655914)을 사용, 인체 무해한 당성분이 주 소재로 환경호르몬이 배출 되지 않았고, 친환경 생분해성나노복합수지는 비분해성 합성수지 대비 이산화탄소가 40％∼50％ 저감돼 저탄소 녹색성장에도 부합되는 친환경 생분해성나노복합수지며, 전기석인 토르마린은 입도 약1,300mesh∼2,000mesh로 분쇄하여도 분말 하나하나가 전기적 특성을 발휘함으로써 몸으로부터 항상 방출되고 있는 열에너지를 토르마린이 흡수하고 음이온과 원적외선으로 변환하여 다시 체내로 침투하여 원적외선의 특징인 인체세포를 따뜻하게 하고 혈액 순환을 좋게 하여 신진대사를 활발하게 하고 세포를 활성화하는 온열효과를 내게 되며, 음이온 치환 능력이 뛰어난 제올라이트는 입도 약1,300mesh∼2,000mesh로 분쇄하여도 분말 하나하나가 다량의 음이온 발생을 하는 광물로 양이온 치환작용이 뛰어나 유해물질을 정화하고, 정신 안정, 면역력증강에 뛰어난 소재로, 각 소재의 특성을 살려 다양한 실험을 실시한 결과, 주 소재인 친환경 생분해성나노복합수지와 토르마린, 제올라이트의 혼합물을 100％로 할 때, 최상의 융합 조건은 친환경 생분해성나노복합수지 86％∼90％, 토르마린 7％∼9％, 제올라이트 3％∼5％의 비율로 융합 제조하는 친환경 바이오 신소재의 발명(고안)이며, 발명(고안)한 친환경 바이오 신소재는 기계적, 물리적 특성과 열적 특성을 범용플라스틱 수준으로 향상시켜 기존의 범용플라스틱 합성수지 소재를 대체할 수 있는 신소재로, 휴머니즘과 지구환경을 지켜주는 다양한 제품으로 사출 성형 또는 도장하는데, 특징이 있는 발명(고안) 기술이다.

Description

친환경 바이오 신소재{ECO-FRIENDLY BIO NEW MATERIAL}

본 발명(고안)은 친환경 바이오 신소재로 인간이 생활하는데 필요한 모든 생활용품 및 건강보조물 그리고 건축자재를 사출 성형 및 도장하는데 사용되는 융합 신소재 기술이다. 기존 융합기술은 주로 합성수지에 토르마린과 제올라이트를 적절하게 배합하여, 제품을 생산하는 기술이 전부라고 볼 수 있다. 친환경 바이오 제품이라면 신체 접촉 시 환경호르몬과 거부 반응이 나타나면 안 된다. 또한 친환경소재라고 한다면 이산화탄소 발생을 줄이고 녹색성장에도 부합이 되어야 하는데, 이산화탄소 발생의 주범이며, 지구 온난화에 크게 이바지하는 화학성분의 합성수지가 전부라고 볼 수 있다.

이런 문제점을 해결하기 위해, 신 녹색성장과 휴머니즘에 목적을 두고, 친환경 바이오 신소재를 발명(고안)하게 되었다.

친환경 바이오 신소재의 가장 큰 특징은 친환경 생분해성나노복합수지를 주원료로 사용된다. 기존 생분해성수지는 PLA(Polylactide, 옥수수전분)를 가장 많이 사용하고 있으나, 기계적, 물리적 특성과 열적 특성에 부합되지 않아, 적응 온도가 60℃ 이상 1시간 노출될 경우 변형이 되어 범용플라스틱 소재로 사용하는데 문제점으로 지적이 되고 있다.

이에, 친환경 생분해성나노복합수지는 기초원료 PLA(Polylactide, 옥수수전분)에 12가지의 친환경소재에서 추출된 고분자를 배합한 나노복합물질과 혼합하여, 기계적, 물리적 및 열적 특성이 강화되어 범용플라스틱이 사용되는 다양한 산업분야에 사용할 수 있도록 물성이 향상된 신소재로, 다양한 제품을 사출 성형 또는 도장하는데 문제가 없으며, 친환경소재 생분해성나노복합수지로 비분해성 합성수지 대비 이산화탄소가 40∼50％ 저감돼 저탄소 녹색성장에도 부합되는 친환경소재다.

토르마린과 제올라이트는 나노의 입자 크기 만큼 입도 약1,300∼2,000mesh로 분쇄하여 분말 하나하나의 특징을 최적의 조건으로 혼합하여 효과를 극대화시켰다.

친환경 바이오 신소재는 친환경 생분해성나노복합수지와 토르마린 그리고 제올라이트를 최적의 조건으로 융합한 친환경 바이오 신소재 발명(고안)기술이며, 다양한 산업분야에 사출 성형 또는 도장하여 제품을 상품화 하는데 필요한 신소재 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 친환경소재와 바이오소재는 전 세계적으로 많이 나와 있다.

그 기술 또한 지속적인 연구 개발로 상당한 수준까지 도달한 것으로 알고 있다.

주로 친환경소재는 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 최대한 발생시키지 않는 성분을 주원료로 사용하고 있으며, 가장 많이 사용하는 생분해성수지 주원료는 PLA(Polylactide, 옥수수전분)[미, Natureworks 특허보유 소재]로 전분에서 추출한 젖산을 이용하여 생분해성수지를 생산하고 있으며, 생분해성수지를 소재로 다양한 친환경 제품이 상품화되고 있다.

하지만, 생분해성수지는 생분해성은 우수하나 현재로서는 그 용도가 일회용 제품위주로 이루어지고 있어 경제성이 낮으며, 이를 응용하여 제조된 물질은 범용 플라스틱처럼 사용하기에는 기계적, 물리적, 열적 특성이 취약하다는 단점을 지니고 있다.

본 발명(고안)에서 서술하는 바이오는 주 소재가 광물로 전기석인 토르마린과 장석류 일종의 광물인 음이온 치환능력이 뛰어난 제올라이트를 혼합한 기술로 건강보조물로 많은 제품이 상품화되어 생산되고 있다.

기술적인 부분은 혼합비율이며, 주원료인 합성수지를 적절한 배합률로 혼합하여 제품으로 생산한다. 광물자체를 제품으로도 사용하고 있으나, 현재는 합성수지와 혼합하여 사출 성형한 제품이 많이 상품화되고 있다.

광물의 특징에 따른 효과는 매우 높으나, 합성수지와 혼합하여 제품이 상품화 되고 있기 때문에 환경호르몬에 노출되어 있고, 다량의 이산화탄소 배출로 저탄소 녹색성장에 부합되지 않는 기술로 해결할 문제점이 많다.

본 발명(고안)은 배경기술의 문제점을 끊임없는 연구와 실험으로 해결하여 친환경 바이오 신소재를 융합한 제조기술을 발명(고안)하는 계기가 되었다.

[특허문헌1]JP11196933 [특허문헌2]KR200399928Y [특허문헌3]KR200378451Y [특허문헌4]KR200416533Y [특허문헌5]JP62059661A [특허문헌6]US4550134A [특허문헌7]KR1020060007884A [특허문헌8]KR100655914(2006.12.4등록)

본 발명(고안)은 종래기술의 문제점인, 생분해성수지의 기계적 물성과 물리적, 열적 특성이 취약하다는 단점을 지니고 있어, 끊임없는 연구와 실험으로 생분해성수지에 나노복합물질을 혼합하여 기계적, 물리적, 열적 특성이 강화되었고, 범용플라스틱이 사용되는 다양한 산업분야에 사용할 수 있도록 물성이 향상된 친환경 생분해성나노복합수지를 선택하는 계기가 되었다. 또한 친환경 생분해성나노복합수지는 비분해성 합성수지 대비 이산화탄소가 40∼50％ 저감돼 저탄소 녹색성장에도 부합되는 친환경 생분해성나노복합수지며, 다이옥신 및 에스트로겐 성분 그리고 12종류의 프틸레이트라는 환경호르몬이 전혀 발생되지 않아, 합성수지에 의해 발생되는 환경호르몬의 사회적인 문제를 해결하였고, 바이오 소재 천연 광물 토르마린과 제올라이트와 융합하여, 다양한 산업분야에 사용할 수 있도록 친환경 바이오 신소재를 제공하는데, 본 발명(고안)의 목적이 있다.

이에, 본 발명(고안)자는 배경기술과 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구 노력한 결과, 친환경 생분해성나노복합수지의 기초원료 PLA(Polylactide, 옥수수전분)에 12가지의 천연소재에서 추출된 고분자를 배합한 나노복합물질과 혼합하여, 기계적, 물리적 및 열적 특성 및 물성이 강화되어 범용플라스틱이 사용되는 다양한 산업분야에 적용할 수 있도록 향상된 신소재로, 다양한 제품을 사출 성형 또는 도장하는데 문제가 없으며, 친환경소재 생분해성나노복합수지로 비분해성 합성수지 대비 이산화탄소가 40∼50％ 저감돼 저탄소 녹색성장에도 부합되는 친환경소재고, 인체 무해한 당성분이 주원료로 환경호르몬이 전혀 배출 되지 않아 주 소재로 선택하였고,

선택한 친환경 생분해성나노복합수지에 바이오 소재 광물 토르마린과 제올라이트를 나노의 입자 크기 만큼 입도 약1,300mesh∼2,000mesh로 분쇄하여 분말 하나하나의 특성을 향상 시켜, 친환경 생분해성나노복합수지와 토르마린 그리고 제올라이트를 조성비 100％로 볼 때, 친환경생분해성나노복합수지 86％∼90％, 토르마린 7％∼9％, 제올라이트 3％∼5％의 비율로 배합 융합한 결과 필요충분조건을 충족시켰고, 샘플링으로 실험한 결과 친환경 바이오 신소재는 비분해성 합성수지 대비 이산화탄소가 40∼50％ 저감돼 저탄소 녹색성장에도 부합되고, 다량의 원적외선과 음이온 발생으로 친환경 바이오산업의 위상을 시장 경제성에 있어 수십 단계 끌어올리는 계기가 될 것으로 확신하다.

본 발명(고안)의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대 할 수 있다.

첫째, 친환경 생분해성나노복합수지로 비분해성 합성수지 대비 이산화탄소가 40∼50％ 저감돼 저탄소 녹색성장에도 부합되는 친환경 바이오신소재며, 둘째, 다이옥신 및 에스트로겐 성분 그리고 12종류의 프틸레이트라는 환경호르몬이 전혀 발생되지 않았고, 셋째, 체온에 의해 방출되고 있는 열에너지를 흡수하여 음이온과 원적외선으로 변환하여 다시 체내로 침투하여 원적외선의 특징인 인체세포를 따뜻하게 하고 혈액 순환을 좋게 하여 신진대사를 활발하게 하고 세포를 활성화하는 온열효과를 내게 되며, 넷째, 다량의 음이온 발생으로 양이온 치환작용이 뛰어나 공기정화 및 유해물질을 정화하고, 정신 안정, 면역력증강에 뛰어난 친환경 바이오 신소재로, 지구환경과 휴머니즘에 중점을 둔 발명(고안)이라고 볼 수 있다.

도1은 본 발명(고안)의 친환경 생분해성나노복합수지 제조방법의 일 구현 예를 나타내는 공정도이다.
도2은 본 발명(고안)의 바이오 소재 토르마린 제조방법의 일 구현 예를 나타내는 공정도이다.
도3은 본 발명(고안)의 바이오 소재 제올라이트 제조방법의 일 구현 예를 나타내는 공정도이다.
도4는 본 발명(고안)의 친환경 바이오 신소재 제조방법의 일 구현 예를 나타내는 공정도이다.

본 발명(고안)의 구성 물질에 대한 설명과 조성 비율에 따른 실시예를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

생분해성플라스틱 기초 원료인 PLA(Polylactide, 옥수수전분)[미국, Natureworks 특허보유 소재]에 12가지의 친환경소재에서 추출한 고분자가 배합된 나노복합물질(특허등록, 10-0655914)을 선택하였고, 나노복합물질은 두 가지 이상의 다른 물질이 조합돼 물리적으로나 화학적으로 보다 유효한 기능을 지닌 새로운 소재를 말하며, 복합물질을 만들기 위해 서로 다른 물질을 아주 미세한 나노 영역에서 원자나 분자를 제어시켜 개발한 신소재가 나노복합 물질 또는 재료라 한다. 친환경 생분해성나노복합수지는 생분해성수지에 나노복합물질을 혼합하여 생분해성을 유지하면서 기존 생분해성수지가 가지던 열악한 기계적, 물리적 특성과 열적 특성을 강화시켜 범용 플라스틱 수준으로 향상시킨 친환경 생분해성나노복합수지이다.

토르마린은, 지구상에 존재하는 광물 중에서 유일하게 0.06mA의 전기를 발생하는 물질로, 영구적인 전기적 특성을 갖는다. 따라서 음이온의 계면 활성효과도 있고, 온도가 10℃ 높아지면 그 효과는 배가된다. 또한, 미세한 분말이어도 그 성질은 바뀌지 않으며, 분말 하나하나가 전기적 특성을 발휘함으로써 피부에 있는 체온을 이용하여 원적외선과 음이온을 방출한다. 특히, 토르마린은 대기 중의 수분과 접촉할 때 더욱 효과가 극대화되고, 토르마린의 마이너스 전극에 축적된 전자는 수분과 접촉하는 순간에 방전이 되며, 수분은 수소 이온과 수산 이온으로 전기 분해된다. 이때, 수소이온은 토르마린이 방출한 전자와 결합하여 수소원자가 되어 방출된다. 반면에 수산이온은 물 분자와 결합하여 계면 활성물질을 발생시키는데, 이것이 바로 음이온이다.

제올라이트는, 장석류 광물의 일종으로써, 나노 크기의 세공이 무수히 존재하며, 그 세공속에는 보통 물 분자들이 가득 채워져 있고, 일정한 열이 가해지면 내포된 물 분자는 증발하여 수증기를 발산한다. 특히, 제오 라이트는 흡착력과 화학 양이온 치환작용이 뛰어나 수분이외의 다른 물질, 예를 들면 가스등을 20배까지 흡수, 흡착하여 보관하고 있다가 서서히 배출하는 특이한 성질이 있기 때문에, 다량의 음이온을 생성하여 방사하는 피부 세포에 신선한 산소를 빠른 속도로 공급하게 된다.

본 발명(고안)의 실 시예에 따르면, 친환경 생분해성나노복합수지, 토르마린, 제올라이트의 상대적 조성비(％)는, 3개 조성물의 합을 100％로 볼 때, 친환경 생분해성나노복합수지 86％ 내지 90％, 토르마린 7％ 내지 9％, 제올라이트 3％ 내지 5％에서 결정되는 것이 바람직하다.

토르마린의 배합비가 10％를 초과하면 토르마린의 인체에 대한 반응성이 커져서 명현 반응의 정도가 심해지며, 만약 토르마린의 배합비가 20％를 넘어서면 토르마린이 인체에 급격하게 반응하여 피부가 붉어지거나 가려움을 느끼게 하는 명현반응이 급격하게 야기된다. 반대로 토르마린의 배합비가 6％미만이면, 토르마린 첨가의 효과가 크지 않아 인체에 유용한 반응을 제대로 일으키지 못하는 문제가 있다.

제올라이트의 배합비가 5％를 초과하게 되면, 제오 라이트가 토르마린의 움직임을 크게 자극하여 억제 효과가 야기되며, 특히 제오 라이트의 배합비가 7％이상이 되면, 토르마린의 움직임을 급격하게 자극하여 억제 효과를 크게 나타내는 문제가 있다. 제올라이트 배합비가 3％ 미만이면, 제올라이트의 토르마린 자극 효과가 부족하게 되는 문제가 있다.

친환경 생분해성나노복합수지를 기준으로 하여 토르마린이나 제올라이트의 혼합비를 포함하여 특별히 달리 언급하지 않는 한 본 발명(고안)에서 사용되는 배합비율은 친환경 생분해성나노복합수지, 토르마린, 제올라이트의 함량을 100％로 할 때, 그 상대적인 함량 비를 의미하는 것으로 발명(고안)자가 반복되는 실험을 통해 최적의 조성비를 찾기 위하여 결정된 것으로, 그 상한이나 하한에 어떤 특별한 제한을 두고자 함이 아니며, 단지 본 발명(고안)의 목적을 실현하기 위하여 최적의 비율로서 실험에 의하여 결정된 비율이다.

친환경 생분해성나노복합수지, 토르마린, 제올라이트의 상대적 조성비(％)를, 3개 조성물의 합을 100％로 볼 때, 친환경 생분해성나노복합수지 86％∼90％, 토르마린 7％∼9％, 제올라이트 3％∼5％의 비율로 배합하였다.

우선, 원적외선과 음이온이 방출되도록 토르마린의 입자를 30㎛ 내지 60㎛의 크기로 분쇄한다.

토르마린의 결정은 미약 전류를 계속 발생시키므로, 공기 중에 포함된 수분과 작용하여 물 분자를 전기분해하고, 물 분자를 수소 이온(H+)과 수산이온(OH-)로 분리 시켜 음이온을 만들어 주기 때문에, 본 실험은 음이온과 원적외선의 방출 정도를 실험하기 위한 것이다.

이와 같은 실험은,(표1)에서 보는 바와 같이, 주로 5㎛ 내지 20㎛의 파장 대에서 원적외선의 방사 율을 측정한 것이고, 온도 조건은 사람의 체온보다 작은 실온에서 실험을 하였다.

또한 (표2)에서 보는바와 같이 단위 체적만 음이온 수를 나타내고 있다.

(표1)

(표2)

(표3)

(표1)에 의하면, 토르마린의 함유량이 8.5％에서 방사율과 방사에너지가 급격하게 증가하고 있으며, 토르마린을 그 이상 증가하더라도 방사율과 방사에너지의 증가 속도가 작아지면서 오히려, 방사온도가 급격하게 증가하여 명현반응 등 부작용을 초래한다.

(표2)에 의하면, 음이온 방출수의 경우에도 토르마린이 6.5％에서 증가하기 시작하여 8.5％에서 그 증가 속도가 현저하며, 보통 숲속에서 인체에 상쾌하게 느껴지는 공기 1cc당 음이온 분포 량을 1,000 내지 2,000개 수준으로 볼 때, 그 효과가 뛰어나다고 볼 수 있다.

제올라이트는 양이온 교환 능력에 의하여 피부의 살균, 탈취 및 항균작용을 수행하게 되는데, (표3)에서 보는바와 같이, 제올라이트의 비중이 증가할수록 양이온치환능력은 점차 증가하지만, 5.5％ 내지 6％이상이 되면, 양이온 치환능력이 둔화되면서, 다른 한편으로 토르마린의 음이온 발생효과를 억제하는 부작용이 발생한다.

본 발명(고안)은 친환경 바이오 신소재로 기계적, 물리적 및 열적 특성 및 물성이 강화되어 범용플라스틱이 사용되는 다양한 산업분야에 적용하여 제품을 생산하는데 사용되고, 친환경 바이오 제품으로 의학용 보조 건강기구 등 , 다양한 제품을 사출 성형 또는 도장하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재로 제공하는데 목적이 있다.

Claims (10)

1. 친환경 생분해성나노복합수지 86％∼90％, 토르마린 7％∼9％, 제올라이트 3％∼5％의 비율로 배합한 친환경 바이오 신소재 융합제조기술.
2. 제1항에 있어서, 토르마린과 제올라이트를 입도 약1,300mesh∼2,000mesh로 분쇄하여 혼합 교반하여 바이오소재를 제조하는 단계.
3. 제1항에 있어서, 범용플라스틱 수준으로 사출 성형하는 친환경 바이오 신소재.
4. 제1항에 있어서, 건축자재 도장하는 친환경 바이오 신소재.
5. 제1항에 있어서, 건강보조물를 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재.
6. 제1항에 있어서, 조명기구물를 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재.
7. 제1항에 있어서, 산모의 유축 및 유축하는 가축의 유축을 돕는 유축기 기구물를 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재.
8. 제1항에 있어서, 의료용 기구물을 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재.
9. 제1항에 있어서, 유아 및 어린이용 용품 및 놀이기구물을 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재.
10. 제1항에 있어서, 기능성 의류를 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재.

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