KR20210033766A

KR20210033766A - 공기정화기능을 갖는 조성물

Info

Publication number: KR20210033766A
Application number: KR1020190115467A
Authority: KR
Inventors: 고경찬; 박은호; 박효숙; 고성빈
Original assignee: 고경찬
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2021-03-29
Also published as: KR102561272B1

Abstract

본 발명은 물에 염화아연(Zinc chloride), 염화 망가니즈 사수화물(Manganese(II) chloride tetrahydrate), 염화제이동 이수화물(Copper (Ⅱ) chloride dihydrate)이 함유되어 pH 6.0~8.0이고, 0 내지 80℃에서 침전물이 형성되지 않은 안정성이 향상되는 공기정화기능을 갖는 조성물에 관한 것이다.

Description

공기정화기능을 갖는 조성물{COMPOSITION WITH AIR PURIFICATION FUNCTION}

본 발명은 공기정화기능을 갖는 조성물에 관한 것으로, 구체적으로 공기 중의 휘발성 유기화합물 및 악취를 제거하여 공기를 정화할 수 있는 공기정화기능을 갖는 조성물에 관한 것이다.

우리가 살고 있는 환경은 휘발성 유기화합물(VOCs; Volatile Organic Compounds, 이하 'VOCs'라 함) 및 각종 세균 및 곰팡이에 공기가 오염된 상태이다.

상기 휘발성 유기화합물(VOCs)은 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등이 있으며, 이들은 독성이 아주 심할 뿐만 아니라 아주 극소량이더라도 돌연변이와 암을 유발할 수 있다.

특히, 벤젠은 발암성 물질이며 백혈병 및 임파종을 유발하는 물질로, 톨루엔과 자일렌은 습관적으로 흡입될 경우, 신장과 간에 손상을 줄 뿐만 아니라 뇌기능 장애를 유발하는 물질로 알려져 있다(MOBachmann and JE Myers, Soc Sci Med 40, 245, 1995) 요즘 이들 물질에 대한 친환경적 규제는 미국, 일본의 경우 "Pollutant Release and Transfer Register(PRTR)"란 제도를 실시하여 자국 내의 환경 오염물질의 배출, 이동, 등록을 법규화 함으로써, 유럽연합에서는 2004년부터 적용된 신화학물질관리제도(REACH system)을 통해 관리되고 있으며, 우리 나라도 관련 법규를 통한 휘발성 유기화합물을 관리하고 있으나, 유해물질 방출 농도 평가나 저감 연구에 대한 대처 방안이 아직까지는 미흡한 실정이다.

또한, 세균 및 곰팡이 등의 의한 공기 오염은 실생활에 많이 사용되는 의류, 인테리어 제품 등에서 악취를 발생시켜 많은 불쾌감을 발생시킨다.

또한, 최근 지속적으로 언론에 보도된 새집증후군은 벽지, 가구, 바닥재 등과 같은 건축자재로부터 휘발성 유기화합물 등의 유해물질이 방산되어 실내공기질을 떨어뜨려 어른 뿐만 아니라 신체적으로 저항성이 약한 어린이에게 심각한 해를 주고 있다.

따라서, 최근에는 공기질의 향상이 국민적인 관심이 증대되고 있으며, 이러한 사회적 분위기는 주변생활 환경뿐만 아니라 생필품에 대해서도 쾌적하고 인체에 무해한 친환경적인 제품을 요구하고 있다.

휘발성 유기화합물 및 세균을 통한 악취를 처리하는 방법으로 다양하게 제시되어 있으나, 광촉매 반응 및 흡착에 의한 후처리 방법이 제안 활용되고 있다. 대표적인 소재로는 광촉매소재로서 이산화티타늄, 흡착소재로서는 활성탄, 숯 등이 있다. 이산화티타늄은 현재까지 연구된 광촉매 중에서 제조하기 쉽고 안정하며, 가장 많이 사용된 광촉매이며, 활성탄은 높은 유기물 흡착량을 보이고 있다.

이러한 공기를 정화하는 종래 기술로는 대한민국 특허공개 제2011-0073072호에 이산화티타늄 광촉매에 전자빔을 조사하여 상기 광촉매의 표면을 개질하여 가시광선 하에서 빛의 흡수 및 광활성도가 증가된 휘발성 유기화합물 제거용 촉매 개시되어 있으며, 대한민국 특허공개 제2011-0072844호에는 카본 섬유를 이용한 휘발성 유기화합물의 제거방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 이산화티타늄 광촉매는 유기물 흡착율이 낮으며, 상기 활성탄은 공기정화에 너무 오랜 시간이 소요되어 실제로 큰 효과를 보기 어렵다.

따라서, 효과적으로 공기 중의 휘발성 유기화합물을 제거하고 빠르게 악취 및 악취 발생원인인 제거할 수 있는 조성물의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 안정성이 높으며 높은 공기정화 기능으로 악취의 근본적인 원인을 제거하고, 각종 세균의 서식을 억제할 수 있는 공기정화기능을 갖는 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 벽지, 섬유 제품에 공기정화 기능을 부여할 수 있는 공기정화기능을 갖는 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 공기정화기능을 갖는 조성물 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 물에 염화아연(Zinc chloride), 염화 망가니즈 사수화물(Manganese(II) chloride tetrahydrate), 염화제이동 이수화물(Copper (Ⅱ) chloride dihydrate)이 함유되어 pH 6.0~8.0이고, 0 내지 80℃에서 침전물이 형성되지 않은 안정성이 향상되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물을 제공한다.

또한, 상기 염화아연은 3~24중량%, 염화 망가니즈 사수화물은 1~9중량%, 염화제이동 이수화물 0.1~3중량%가 함유되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물을 제공한다.

또한, 상기 조성물에 가교제가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물을 제공한다.

또한, 상기 가교제는 물 100중량부에 10~20중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 물에 염화아연(Zinc chloride), 염화 망가니즈 사수화물(Manganese(II) chloride tetrahydrate), 염화제이동 이수화물(Copper (Ⅱ) chloride dihydrate)을 첨가시키는 원료 혼합단계; 혼합된 조성물에 촉매, pH조절제, 금속이온 봉쇄제를 더 첨가하는 촉매 혼합단계; 촉매가 혼합된 조성물을 40~80℃에서 90~150분간 반응시키는 반응단계; 반응이 완료된 조성물을 냉각시키는 냉각단계를 포함하여 pH 6.0~8.0이고, 0 내지 80℃에서 침전물이 형성되지 않은 안정성이 향상되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 원료 혼합단계는 염화아연은 3~24중량%, 염화 망가니즈 사수화물은 1~9중량%, 염화제이동 이수화물 0.1~3중량%가 첨가되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 원료 혼합단계에서 가교제를 더 참가하는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 촉매 혼합단계에서 촉매로 이미다졸(imidazole), pH조절제로 포름산(Formic Acid), 금속이온 봉쇄제로 EDTA-2Na dihydrate를 사용하는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물 제조방법을 제공한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 공기정화기능을 갖는 조성물은 무기물로 형성된 조성물로 조성물의 안정성이 높아 침전이 발생되지 않으면서 공기정화 기능 및 소취성이 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 공기정화기능을 갖는 조성물은 악취의 근본적인 원인을 제거하고, 각종 세균의 서식을 억제할 수 있는 효과가 있다.

또한, 벽지, 섬유 제품에 사용시 제품에 공기정화성 및 소취성을 부여할 수 있는 조성물로 벽지, 섬유 제품에 적합한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기정화기능을 갖는 조성물 제조방법의 공정도이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명은 물에 염화아연(Zinc chloride), 염화 망가니즈 사수화물(Manganese(II) chloride tetrahydrate), 염화제이동 이수화물(Copper (Ⅱ) chloride dihydrate)을 포함하는 공기정화기능을 갖는 조성물로 도 1에서와 같이 원료 혼합단계, 촉매 혼합단계, 반응단계, 냉각단계를 포함하여 제조됩니다.

본 발명의 공기정화기능을 갖는 조성물은 염화아연은 3~24중량%, 염화 망가니즈 사수화물은 1~9중량%, 염화제이동 이수화물 0.1~3중량%가 포함되는 것으로 상기 원료 혼합단계에서 물에 함량이 조절된 염화아연(Zinc chloride), 염화 망가니즈 사수화물(Manganese(II) chloride tetrahydrate), 염화제이동 이수화물(Copper (Ⅱ) chloride dihydrate)을 첨가한다.

상기 염화아연, 염화 망가니즈 사수화물, 염화제이동 이수화물은 상기 함량 범위 미만으로 첨가될 경우 공기정화 성능 및 소취기능이 저하될 수 있으며, 상기 함량 범위를 초과할 경우에는 0℃ 이하의 저온 또는 40~80℃의 고온에서 조성물에 침전물이 발생할 수 있다.

또한, 염화제이동 이수화물은 함량이 높을 경우 공기정화 기능 및 소취기능이 높아지나, 공기정화기능을 갖는 조성물이 황변현상이 발생될 수 있으므로 사용처 및 사용목적에 따라 함량 조절이 필요하며, 1중량%이하로 사용되는 것이 바람직할 것이다.

상기 공기정화기능을 갖는 조성물인 염화 물질들은 Multi metal sol의 활성성분인 Mcl₂(M은 Mn, Zn, Cu 등 전이금속)로 산화작용르 통해 휘발성 유기화합물(VOCs) 및 공기 중의 유해물질을 분해하고, 유해균에 직접 작용하여 세포막을 분해시키고 유해균의 전자 전달계를 방해하여 제균하는 메카니즘을 갖는다.

즉, 상기 Mcl₂는 유해균의 세포막을 녹여서 세포내의 효소와 작용하여 영양물질의 대사기능 즉, 영양 물질 유입 및 배출을 차단하고, 유해균의 호흡기능을 막아 세포내 APT(adenosine triphosphate, 아데노신 3인산)생성을 억제시켜 생육정지 및 재생능력을 파괴하여 유해균을 사멸시킨다.

또한, Mcl₂는 강한 반응성 물질로써 염기성 악취성분 및 중성취기 성분과 산화·환원·중화등의 화학반응을 통해 악취성분 및 중성취기 성분을 분해 또는 무취성 화합물로 변화시킴으로서 유해 가스 성분을 근원적으로 제거하게 된다.

[암모니아 분해 메카니즘]

2NH₃+H₂+Mcl₂ → 2NH₄cl(염화암모늄)+M

Mcl₂는 전기 양성도가 매우 큰 금속으로 공기중의 물 분자로부터 수소(H)를 발생시키는 환원반응을 일으키며, 암모니아(2NH₃)기체와 반응하여 무취성분인 암모늄염인 Ammonium Chloride(NH₄cl)를 형성하여 악취를 제거한다.

[포름알데히드 분해 메카니즘]

HCHO(포름알데히드)+Mcl₂ → HCO-₃(Bicarbonate)+M+H₂↑

Mcl₂는 공기중의 물 분자로부터 수소(H)를 발생시키는 환원반응을 일으키며, 이때 중성취기인 포름알데히드 기체와 반응하여 무해성분인 Bicarbonate(중탄산염)로 전환되어 HCHO(포름알데히드)를 분해하는 작용을 한다.

상기 원료 혼합단계에서 반응단계에서의 반응안정성을 높이기 위해 완충작용제로 글리신(Glycine)을 더 첨가할 수 있을 것이다.

상기 글리신을 첨가할 경우에는 물 100중량부에 0.5~2중량부를 첨가하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 본 발명의 공기정화기능을 갖는 조성물을 섬유 제품용으로 제조할 경우에는 상기 원료 혼합단계에서 가교제를 첨가하여 섬유 제품과 공기정화기능을 갖는 조성물의 결합력을 증대시킬 수 있을 것이다.

상기 가교제는 실란계 가교제를 사용할 수 있으며, Glycidoxy propyl trimethoxy silane을 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기 가교제는 물 100중량부에 10~20중량부가 포함되는 것이 바람직할 것이다.

상기 촉매 혼합단계는 원료 물질이 혼합된 조성물에 촉매, pH조절제, 금속이온 봉쇄제를 더 첨가하는 단계이다.

상기 촉매 혼합단계에서 촉매로 이미다졸(imidazole), pH조절제로 포름산(Formic Acid), 금속이온 봉쇄제로 EDTA-2Na dihydrate를 사용할 수 있을 것이다.

상기 촉매, pH조절제, 금속이온 봉쇄제는 각각 물 100중량부에 0.3~2중량부를 첨가하는 것이 바람직할 것이다.

상기 반응단계는 원료 물질과 촉매 등이 혼합된 조성물을 40~80℃에서 90~150분간 반응시키는 단계로 반응 중에 계속적으로 교반하여 조성물이 안정적으로 반응될 수 있도록 하는 것이 중요하다.

상기 냉각단계는 반응이 완료된 조성물을 상온에 방치하거나, 저온 하에서 냉각시키는 단계이다.

상기 냉각단계 후 수산화나트륨을 투하하고 생성되는 침전물 양을 통해 검수하는 검수단계를 실시할 수 있을 것이다.

상기와 같이 제조되는 본 발명에 따른 공기정화기능을 갖는 조성물은 pH가 6.0~8.0로 형성되는 것이 바람직한 것으로 본 발명의 공기정화기능을 갖는 조성물의 pH가 6.0미만이거나 8.0을 초과할 경우 침전이 발생될 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 공기정화기능을 갖는 조성물은 벽지 또는 외부에 부착되는 시트지, 광고지에 코팅, 침지 등의 방법으로 함유시켜 공기정화기능을 부여할 수 있을 것이다.

또한, 섬유 제품에 사용할 경우에는 물에 1~3중량%로 희석시키고 픽업률 50~100% 조건으로 침지 시킨 후 170~200℃에서 90~120초간 열처리하여 완전 건조시켜 섬유제품에 항균 및 소취성의 기능성을 부여할 수 있을 것이다.

이하 본 발명에 따른 공기정화기능을 갖는 조성물을 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 4

원료 혼합단계에서 물에 염화아연, 염화 망가니즈 사수화물, 염화제이동 이수화물을 실시예에 따라 표 1에서와 같이 첨가하고 가교제로 Glycidoxy propyl trimethoxy silane을 물 100중량부에 12중량부를 첨가하였다.

촉매 혼합단계에서 원료 물질이 혼합된 조성물에 촉매로 이미다졸, pH조절제로 포름산, 금속이온 봉쇄제로 EDTA-2Na dihydrate를 더 첨가하였으며, 각각 물 100중량부에 0.8중량부를 첨가하였다.

반응단계는 60℃에서 120분간 교반하면서 반응시켰으며, 반응이 완료되고 상온에서 방치하는 냉각단계로 본 발명에 따른 공기정화기능을 갖는 조성물을 제조하였다. 제조된 공기정화기능을 갖는 조성물의 pH는 표 1과 같다.

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
염화아연(중량%)	3	8	24	27
염화망가니즈사수화물(중량%)	1	3	9	12
염화제이동이수화물(중량%)	0.3	1	3	5
조성물 pH	7.1	7.1	7.3	7.7

▣ 조성물 안정성 평가실험

상기에서 제조된 공기정화기능을 갖는 조성물을 설정된 온도의 항온기에서 7일간 보관 후 육안 관찰하여 침전물의 상태를 확인하여 표 2에 나타내었다.(X: 침전물 없음, ○: 침전물 발생)

온도(℃)	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
-1	X	X	X	○
30	X	X	X	X
40	X	X	X	X
50	X	X	X	○
60	X	X	X	○
70	X	X	X	○
80	X	X	X	○
90	X	X	○	○

표 2에서와 같이 실시예 1 내지 3의 경우 0 내지 80℃의 온도 범위에서는 침전물이 발생되지 않았으나, 실시예 4는 0℃ 미만이거나, 50℃이상에서 침전물이 발생되는 것으로 염화아연, 염화 망가니즈 사수화물, 염화제이동은 각각 3~24중량%, 1~9중량%, 0.1~3중량%의 범위로 함유될 경우 조성물의 안정성이 향상되는 것을 알 수 있다.

▣ 소취 평가실험

상기에서 제조된 공기정화기능을 갖는 조성물(실시예 2)을 물에 첨가하여 2중량%의 희석액으로 제조하고 폴리에스테르 섬유 92%, 폴리우레탄 8% 조성의 편물을 상기 희석액에 침지한 후, 180℃에서 100초간 열 건조하여 섬유 제품에 공기정화 성능 및 소취성을 부여하였다.

상기 성능이 부여된 폴리에스테르 섬유 편물의 소취성을 평가하여 표 3에 나타내었다. 대조군으로 아무런 처리가 되지 않은 폴리에스테르 섬유 92%, 폴리우레탄 8% 조성의 편물을 사용하였다.

소취시험은 SEK mark마크 섬유 제품 인증 기준에서 정하는 방법으로 측정하여 표 3에 나타내었다.

구분		초기(ppm)	2시간후(ppm)	감소율(%)
황화수소 gas	실시예2	4.0	≤0.06	99
황화수소 gas	대조군	4.0	3.8	-
피리딘 gas	실시예2	12	≤0.5	93
피리딘 gas	대조군	12	6.8	-
암모니아 gas	실시예2	100	2.3	98
암모니아 gas	대조군	100	79	-
초산 gas	실시예2	30	2.1	90
	대조군	30	20	-
트리메틸아민 gas	실시예2	28	0.4	98
트리메틸아민 gas	대조군	28	24	-
이소길초산 gas	실시예2	2시간 후 98% 감소
인돌 gas	실시예2	2시간 후 95% 감소
Nonenal gas	실시예2	2시간 후 94% 감소

표 3에서와 같이 본 발명의 공기정화기능을 갖는 조성물로 처리된 편물은 황화수소 gas, 트리메틸아민 gas는 99% 감소율을 나타내며, 피리딘 gas, 암모니아 gas, 초산 gas, 이소길초산 gas, 인돌 gas, Nonenal gas는 모두 90%이상의 감소율을 나타내는 것으로 소취성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.

▣ 휘발성 유기화합물 분해평가 실험

상기 소취 평가실험에서 제조된 시료 및 대조군을 통해 휘발성 유기화합물 분해평가를 실시하였다.

상기 휘발성 유기화합물 분해평가는 GC(gas chromatography) 법을 통해 측정한 것으로 500ml 삼각 플라스크에 10㎝ X 5 ㎝의 시료를 넣고 초기 농도를 조정한 휘발성 유기화합물을 넣고 밀봉한 뒤, 2시간 후의 Syringe에서 샘플링 후, GC측정으로 휘발성 유기화합물의 농도를 측정하여 표 4에 나타내었다.

물질	대조군 (ppb)	실시예2 (ppb)
2-Butene	11.3	1.8
Acetonitrile	15.1	2.5
2-Methyl-2-propanol	2.3	0
Butanal	0.4	0
2-Butanone	2.3	0.2
Ethyl Acetate	1.1	0
Trichloromethane	1.9	0
Tetrahydro-Furan	0.8	0.2
2-Cyclopropyl-propane	0.6	0
Benzene	0.9	0
1,3,5-Trioxane	13.1	11.6
Methyl-Urea	368.4	0
N,N-Dimethyl-Formamide	7.6	2.3
2,4-Dimethyl-Hexane	1.9	0
N,N-Dimethyl-Acetamide	59.4	0
o-Xylene	3.1	0
Propylene Carbonate	6	0
2-Ethyl-1-hexanol	5.9	3.1

표 4에서와 같이 본 발명의 공기정화기능을 갖는 조성물로 처리된 편물은 대조군에 비해 휘발성 유기화합물의 농도가 낮은 것으로 본 발명의 공기정화기능을 갖는 조성물은 휘발성 유기화합물을 효과적으로 분해하는 것을 알 수 있다.

Claims

물에 염화아연(Zinc chloride), 염화 망가니즈 사수화물(Manganese(II) chloride tetrahydrate), 염화제이동 이수화물(Copper (Ⅱ) chloride dihydrate)이 함유되어 pH 6.0~8.0이고, 0 내지 80℃에서 침전물이 형성되지 않은 안정성이 향상되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 염화아연은 3~24중량%, 염화 망가니즈 사수화물은 1~9중량%, 염화제이동 이수화물 0.1~3중량%가 함유되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물에 가교제가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물.
제3항에 있어서,
상기 가교제는 물 100중량부에 10~20중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물.
물에 염화아연(Zinc chloride), 염화 망가니즈 사수화물(Manganese(II) chloride tetrahydrate), 염화제이동 이수화물(Copper (Ⅱ) chloride dihydrate)을 첨가시키는 원료 혼합단계;
혼합된 조성물에 촉매, pH조절제, 금속이온 봉쇄제를 더 첨가하는 촉매 혼합단계;
촉매가 혼합된 조성물을 40~80℃에서 90~150분간 반응시키는 반응단계;
반응이 완료된 조성물을 냉각시키는 냉각단계를 포함하여 pH 6.0~8.0이고, 0 내지 80℃에서 침전물이 형성되지 않은 안정성이 향상되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 원료 혼합단계는 염화아연은 3~24중량%, 염화 망가니즈 사수화물은 1~9중량%, 염화제이동 이수화물 0.1~3중량%가 첨가되는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 원료 혼합단계에서 가교제를 더 참가하는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 촉매 혼합단계에서 촉매로 이미다졸(imidazole), pH조절제로 포름산(Formic Acid), 금속이온 봉쇄제로 EDTA-2Na dihydrate를 사용하는 것을 특징으로 하는 공기정화기능을 갖는 조성물 제조방법.