KR20220085517A - 친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법 - Google Patents

친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다량의 MgO, CaO, K2O, Na2O, B2O3를 함유하고 SiO2를 미량 함유하는 붕산염계 유리로서, K+, Na+, Ca2+, Mg2+ 등 이온들의 용출성이 극대화되어 고농도의 용출수 제조가 가능한 친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법에 대하여 개시한다.
이 결과, 본 발명에 따른 친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법은 일정량의 유리를 반복해서 사용하는 것이 가능하며 40회 이상까지도 세탁 성능이 일정하게 유지될 수 있다.

Description

친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법{GLASS COMPOSITION FOR ECO-FRIENDLY DETERGENT AND MANUFACTRUING METHOD OF GLASS POWDER FOR ECO-FRIENDLY DETERGENT USING THE SAME}
본 발명은 친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 섬유나 의류의 오염을 제거하는 과정을 세탁이라 하고, 식기의 오염을 제거하는 과정을 세척이라 한다.
이러한 세탁 및 세척은 물에 계면활성제를 분산하고 물의 알칼리도를 증가시켜 오염 물질을 제거하는 것을 말한다.
합성세제를 이용하는 세탁 및 세척 방법에 있어서는 물을 다량으로 이용하기 때문에 수성 오염 물질에 대한 제거 효과는 우수하지만 유성 오염 물질에 대한 제거에는 한계가 있었다.
또한, 종래의 합성세제는 직쇄알킬벤젠, 음이온 계면활성제, 빌더(builder) 등을 이용하여 옷이나 식기에 고착된 오구(더러운 때)들을 세탁 및 세척을 하고 건조하게 된다.
그러나, 종래의 합성세제를 이용하여 세탁 및 세척을 실시하게 되면, 계면활성제가 물에 녹지 않고 부영양화를 일으키는데 기인하여 환경 오염을 일으키는 문제가 있었다.
KR 공개특허공보 제10-2001-0089638호(2001.10.06. 공개)
본 발명의 목적은 일반적인 유리와는 달리, 내수성이 약한 유리의 용출 특성을 역 이용한 새로운 세탁 해결책을 제시하는 친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 다량의 MgO, CaO, K2O, Na2O, B2O3를 함유하고 SiO2를 미량 함유하는 붕산염계 유리로서, K+, Na+, Ca2+, Mg2+ 등 이온들의 용출성이 극대화되어 고농도의 용출수 제조가 가능한 친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 일정량의 유리를 반복해서 사용하는 것이 가능하며 40회 이상까지도 세탁 성능이 일정하게 유지될 수 있는 친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법은 다량의 MgO, CaO, K2O, Na2O, B2O3를 함유하고 SiO2를 미량 함유하는 붕산염계 유리로서, K+, Na+, Ca2+, Mg2+ 등 이온들의 용출성이 극대화되어 고농도의 용출수 제조가 가능하다.
이 결과, 본 발명에 따른 친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법은 일정량의 유리를 반복해서 사용하는 것이 가능하며 40회 이상까지도 세탁 성능이 일정하게 유지될 수 있다.
즉, 본 발명에서는 알칼리 성분, 알칼리 토류 성분과 B2O3의 비율 조절을 통해 40회 이상에서도 균질하게 세탁 성능을 발현할 수 있는 친환경 세제용 유리 조성물을 개발하였다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물은 B2O3 60 ~ 85 중량%, SiO2 1 ~ 10 중량%, K2O 및 Na2O 합산으로 15 ~ 30 중량%, 및 CaO 및 MgO 중 1종 이상 1 ~ 10 중량%를 포함한다.
여기서, B2O3는 65 ~ 80 중량%로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
아울러, SiO2는 4 ~ 9 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
또한, K2O, Na2O, CaO 및 MgO는 하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가된다.
식 1 : ([K2O] + [Na2O]) / ([CaO] + [MgO]) ≥ 2
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
아울러, CaO, MgO, K2O, Na2O, B2O3 및 SiO2는 하기 식 2를 만족하는 범위로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
식 2 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O]) / [B2O3] 및 [SiO2]) ≥ 0.33
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
본 발명에 따르면, 상용 세제 대비 동등 이상의 우수한 세척력을 구현하는 새로운 해결책을 제시할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명은 계면활성제가 첨가되지 않기 때문에 헹굼 과정을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 세탁시 물 사용량을 저감할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상용 세제와 용출수를 함께 사용할 시, 세탁 효율을 증가시킬 수 있으므로 에너지 절감 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 붕산염계 유리(borate glass)를 친환경 세탁 세제 또는 세척 보조제로 활용하여 세탁기의 자동 세제함 내에 투입하게 되면, 유리가 균질하고 일정하게 용출이 가능하므로 반복기간(recurring period)을 더 장기화할 수 있고, 반복 세탁 과정에서도 고 신뢰성을 유지할 수 있게 된다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 실시예 4에 따른 시료에 대한 세척 지속성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 7에 따른 시료에 대한 세척 지속성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 1에 따른 시료에 대한 세척 지속성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예 2에 따른 시료에 대한 세척 지속성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물은 일반적인 유리와는 달리, 내수성이 약한 유리의 용출 특성을 역 이용한 새로운 세탁 해결책을 제공한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물은 B2O3가 65wt% 이상 함유된 붕산염계 유리(borate glass)이며, Na2O, K2O 등의 알칼리 성분, CaO, MgO 등의 알칼리 토류 성분 그리고 미량의 SiO2를 포함한다.
세탁 지속성을 갖기 위해서는 용출수가 포화농도에 도달할 때까지 유리 내의 성분들이 균질하게 용출되어야 하며, 반복 용출에도 유리가 균질하게 물에 녹아야 한다. 본 발명에서는 알칼리 성분, 알칼리 토류 성분과 B2O3의 비율 조절을 통해 40회 이상에서도 균질하게 세탁 성능을 발현할 수 있는 친환경 세제용 유리 조성물을 개발한 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물은 다량의 MgO, CaO, K2O, Na2O, B2O3를 함유하고 SiO2를 미량 함유하는 붕산염계 유리로서, K+, Na+, Ca2+, Mg2+ 등 이온들의 용출성이 극대화되어 고농도의 용출수 제조가 가능하다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물은 물에 활성화된 용출수가 색소 성분(red wine) 오염포, 단백질 성분(blood) 오염포, 복합 오염포(Jis 포) 등 다양한 오염포에서 우수한 세척력을 발현하고, 세제와 함께 사용될 때 높은 세탁 효율성을 발휘한다. 또한, B2O3, 알칼리 산화물, 알칼리 토류 산화물의 최적 조합비 설계를 통해서 용출이 균질하며 일정하게 유지될 수 있다. 이러한 이유로, 본 발명은 일정량의 유리를 반복해서 사용하는 것이 가능하며 40회 이상까지도 세탁 성능이 일정하게 유지될 수 있게 된다.
일반적으로, 붕산염계 유리의 경우 내수성이 취약한 유리 조성계이므로, 유리의 구조 및 조성 변화를 통해 내화학성과 내수성을 증진시키고자 하는 노력이 있어 왔다. 하지만, 붕산염계 유리는 물에 잘 용해되어 여러 이온을 용출 시키는 특성을 역이용 하면 세탁 세제 또는 세척 보조제로 활용할 수 있다. 그 이유는 유리를 구성하는 주요 성분인 B2O3의 경우 물에 용출되어 붕산염 이온을 형성시키며, 세탁시 색소 성분의 세척에 기여하기 때문이다. 또한, 알칼리 산화물과 알칼리 토류 산화물은 물에 용출되면 OH- 이온을 형성시키며, 단백질 및 지용성 오염물의 세탁에 기여한다.
한편, 붕산염계 유리에서, 세탁 세제 및 세척 보조제로서의 활용성을 극대화하기 위해서는 붕산염계 유리의 용출 특성을 제어하는 것이 중요하다. 우선, 붕산염계 유리의 용출이 극대화되어야 짧은 시간의 용출로도 세탁이 가능해지기 때문이다. 아울러, 1회 포화 농도 수준으로 용출되고 나서, 용출수의 일부를 사용하고 다시 수돗물을 일부 투입하였을 때, 지속적이며 균질한 형태로 유리가 용출되어야 반복 사용시 신뢰성이 확보될 수 있다.
이러한 붕산염계 유리의 용출 특성을 제어하기 위해서는 알칼리 산화물, 알칼리 토류 산화물, 그리고 B2O3의 조합비가 매우 중요하다. 또한, 유리의 유리화능을 높여주기 위해서는 미량의 SiO2가 첨가되어야 한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물은 B2O3 60 ~ 85 중량%, SiO2 1 ~ 10 중량%, K2O 및 Na2O 합산으로 15 ~ 30 중량%, 및 CaO 및 MgO 중 1종 이상 1 ~ 10 중량%를 포함한다.
여기서, B2O3는 65 ~ 80 중량%로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
아울러, SiO2는 4 ~ 9 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
또한, K2O, Na2O, CaO 및 MgO는 하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가된다.
식 1 : ([K2O] + [Na2O]) / ([CaO] + [MgO]) ≥ 2
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
아울러, CaO, MgO, K2O, Na2O, B2O3 및 SiO2는 하기 식 2를 만족하는 범위로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
식 2 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O]) / [B2O3] 및 [SiO2]) ≥ 0.33
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물을 친환경 세제로 이용하게 되면, 상용 세제 대비 동등 이상의 우수한 세척력을 구현하는 새로운 해결책을 제시할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물을 친환경 세제로 이용하게 되면, 계면활성제가 첨가되지 않기 때문에 헹굼 과정을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 세탁시 물 사용량을 저감할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물을 친환경 세제로 이용하게 되면, 상용 세제와 용출수를 함께 사용할 시, 세탁 효율을 증가시킬 수 있으므로 에너지 절감 효과가 있다.
또한, 본 발명은 붕산염계 유리(borate glass)를 친환경 세탁 세제 또는 세척 보조제로 활용하여 세탁기의 자동 세제함 내에 투입하게 되면, 유리가 균질하고 일정하게 용출이 가능하므로 반복기간(recurring period)을 더 장기화할 수 있고, 반복 세탁 과정에서도 고 신뢰성을 유지할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물의 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
B2O3는 SiO2, P2O5 등과 함께 대표적으로 사용되는 유리형성제(glass former)로써 충분한 유리화가 가능하게 하는 핵심적인 성분으로, 유리의 구조 내에서 핵심 뼈대를 이루고 있다. B2O3는 주로 유리 내에서 BO3, BO4의 형태로 3배위, 4배위의 형태로 존재하며, 유리의 용융 온도를 저하시키는 역할도 한다.
SiO2계 유리에 비해서, B2O3가 많이 함유된 유리는 물에 취약하여, 유리의 용출성을 극대화시킨다. 또한, B2O3는 용출시 표백 효과가 있으며, pH 버퍼(buffer) 역할을 하므로 색소 오염물의 변색을 유발하지 않는다.
따라서, B2O3는 본 발명에 따른 친환경 세제용 유리 조성물 전체 중량의 60 ~ 85 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 65 ~ 80 중량%를 제시할 수 있다. B2O3의 첨가량이 60 중량% 미만일 경우에는 표백 효과를 제대로 발휘하지 못해 세척력 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, B2O3의 첨가량이 85 중량%를 초과할 경우에는 망목형성 구조 내에서 B, P의 구조적인 문제로 원소의 자체 성질에 의해 내수성 저하 현상이 발생할 수 있다.
SiO2는 가장 대표적인 유리형성제(glass former) 산화물로써, 유리화를 증가시키기 때문에 미량 첨가가 필요한 성분이다. 만일, SiO2가 다량 첨가되었을 때는 유리의 내수성을 증가시켜 용출을 제어하는 역할을 하게 된다. 또한, 유리의 용융 온도도 증가시킨다.
따라서, SiO2는 본 발명에 따른 친환경 세제용 유리 조성물 전체 중량의 1 ~ 10 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 4 ~ 9 중량%를 제시할 수 있다. SiO2가 10 중량%를 초과하여 다량 첨가되면, 유리 용융시 점도가 높아짐에 따라 냉각 과정에서 작업성 및 수율이 저하되는 문제가 있다. 반대로, SiO2가 1 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 유리의 구조가 약화되어 내수성이 저하되는 문제가 있다.
Na2O 및 K2O는 알칼리 산화물(alkali oxide)로서, 유리 조성 내에서 비가교 결합을 하는 망목수식제의 역할을 하는 산화물이다. 이러한 성분들은 단독으로는 유리화가 불가능하지만, SiO2, B2O3, P2O5, V2O5, Ga2O3 등의 유리형성제(glass former)와 일정한 비율로 혼합하면 유리화가 가능해진다.
알칼리 이온은 H3O+와 이온교환하여 물에 용출되고, OH- 이온을 형성시키므로, 세척력 발현의 주요 성분이다. 다만, 알칼리 성분이 다량 함유되게 되면, OH- 이온의 농도가 높아지므로 pH가 10 ~ 11 이상으로 증가하게 되며, 이때 색소 성분의 변색을 유발하게 된다.
따라서, 알칼리 산화물(alkali oxide)과 B2O3의 함량비에 따라서 유리의 용출 특성은 매우 달라지므로, 함량비를 조절하는 것이 본 발명의 핵심이라 할 수 있다. 본 발명에서는초기 용출 특성이 우수하며, 지속적으로 사용하였을 때도, 용출이 잘 되는 유리 조성을 실험적으로 확인하였으며, 유리 내에 알칼리 산화물(alkali oxide)의 함량이 10 ~ 30 중량%로 첨가될 시, 그 특성이 우수함을 확인하였다.
따라서, Na2O 및 K2O는 합산으로 본 발명에 따른 친환경 세제용 유리 조성물 전체 중량의 15 ~ 30 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. Na2O 및 K2O가 합산으로 15 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 세척 지속성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, Na2O 및 K2O가 합산으로 30 중량%를 초과할 경우에는 OH- 이온의 농도가 높아지는데 기인하여 색소 성분의 변색을 유발할 수 있다.
CaO, MgO와 같은 알칼리 토류 산화물(alkaline earth oxide)은 기본적으로 유리 내에서 알칼리 산화물(alkali oxide)과 마찬가지로 비가교 결합을 하는 망목수식제의 역할을 한다. 따라서, CaO, MgO와 같은 알칼리 토류 산화물(alkaline earth oxide)은 유리의 구조를 약화시키는 역할을 한다. 하지만, 알칼리 이온과 비교했을 때. 유리의 구조를 약화시키는 정도가 낮으므로, 알칼리 토류 산화물이 붕산염계 유리에 첨가되면, 오히려 내수성이 조금 증가할 수 있다.
알칼리 이온의 용출 속도가 보론(B) 이온의 용출 속도와 유사해야 일정한 용출이 가능하며, 세제 및 세탁 보조제로서 지속적인 사용이 가능한데, 이때 이온들의 용출 속도를 제어하고 조절하는 역할을 위해 알칼리 토류 산화물을 첨가한 것이다. 또한, 알칼리 토류 산화물은 알칼리 산화물과 마찬가지로, 물에 용출되어 OH- 이온을 형성시키므로 세탁에도 도움을 준다.
따라서, CaO 및 MgO 중 1종 이상은 본 발명에 따른 친환경 세탁용 유리 조성물 전체 중량의 1 ~ 10 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. CaO 및 MgO 중 1종 이상이 1 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 알칼리 용출을 막지 못하는 내수성 저하 현상이 발생할 수 있다. 반대로, CaO 및 MgO 중 1종 이상이 10 중량%을 초과하여 다량 첨가될 시에는 색소 성분의 세척력이 저하됨을 실험적으로 확인하였다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물에서, K2O, Na2O, CaO 및 MgO는 하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.
식 1 : ([K2O] + [Na2O]) / ([CaO] + [MgO]) ≥ 2
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
이때, 식 1을 만족하는 범위로 K2O, Na2O, CaO 및 MgO를 첨가하는 이유는 알칼리 토류 산화물로 인한 구조 강화와 알칼리 산화물의 용출성 간의 균형을 맞추기 위함이다.
아울러, CaO, MgO, K2O, Na2O, B2O3 및 SiO2는 하기 식 2를 만족하는 범위로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.
식 2 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O]) / [B2O3] 및 [SiO2]) ≥ 0.33
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
이때, 식 2를 만족하는 범위로 CaO, MgO, K2O, Na2O, B2O3 및 SiO2를 첨가하는 이유는 망목수식제(network modifier)인 알칼리 산화물 및 알칼리 토류 산화물의 함량 증가로 유리 내의 이온결합 정도를 증가시켜 용출성을 증가하기 위함이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법은 혼합 단계(S110), 용융 단계(S120), 냉각 단계(S130) 및 분쇄 단계(S140)를 포함한다.
혼합
혼합 단계(S110)에서 B2O3 60 ~ 85 중량%, SiO2 1 ~ 20 중량%, K2O 및 Na2O 합산으로 15 ~ 30 중량%, 및 CaO 및 MgO 중 1종 이상 1 ~ 10 중량%로 혼합하고 교반하여 유리 조성물을 형성한다.
여기서, B2O3는 65 ~ 80 중량%로 첨가하는 것이 바람직하고, SiO2는 4 ~ 9 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다.
아울러, K2O, Na2O, CaO 및 MgO는 하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
식 1 : ([K2O] + [Na2O]) / ([CaO] + [MgO]) ≥ 2
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
CaO, MgO, K2O, Na2O, B2O3 및 SiO2는 하기 식 2를 만족하는 범위로 첨가하는 것이 보다 바람직하다.
식 2 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O]) / [B2O3] 및 [SiO2]) ≥ 0.33
여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타낸다.
용융
용융 단계(S120)에서는 유리 조성물을 용융시킨다.
본 단계에서, 용융은 700 ~ 1,100℃에서 1 ~ 60분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 용융 온도가 700℃ 미만이거나, 용융 시간이 1분 미만일 경우에는 유리 조성물이 완전히 용융되지 못하여 유리 용융물의 불혼화를 발생시키는 문제가 있다. 반대로, 용융 온도가 1,100℃를 초과하거나, 용융 시간이 60분을 초과할 경우에는 과도한 에너지 및 시간이 필요하므로 경제적이지 못하다.
냉각
냉각 단계(S130)에서는 용융된 유리 조성물을 상온까지 냉각한다.
본 단계에서, 냉각은 노냉(cooling in furnace) 방식으로 수행되는 것이 바람직하다. 공냉 또는 수냉을 적용할 경우에는 복합 유리의 내부응력이 심하게 형성되어 경우에 따라서는 크랙이 발생할 수 있는 바, 냉각은 노냉이 바람직하다.
분쇄
분쇄 단계(S140)에서는 냉각된 유리를 분쇄한다. 이때, 분쇄는 건식 분쇄기를 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 분쇄에 의해, 유리가 미세하게 분쇄되어 유리 분말이 제조된다. 이러한 유리 분말은 30㎛ 이하의 평균 직경을 갖는 것이 바람직하며, 보다 바람직한 범위로는 15 ~ 25㎛의 평균 직경을 제시할 수 있다.
상기의 과정(S110 ~ S140)에 의해 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 분말이 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 친환경 세제용 유리 분말을 친환경 세제로 이용하게 되면, 상용 세제 대비 동등 이상의 우수한 세척력을 구현하는 새로운 해결책을 제시할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 친환경 세제용 유리 분말을 친환경 세제로 이용하게 되면, 계면활성제가 첨가되지 않기 때문에 헹굼 과정을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 세탁시 물 사용량을 저감할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 친환경 세제용 유리 분말을 친환경 세제로 이용하게 되면, 상용 세제와 용출수를 함께 사용할 시, 세탁 효율을 증가시킬 수 있으므로 에너지 절감 효과가 있다.
또한, 본 발명의 친환경 세제를 세탁기의 자동 세제함 내에 투입하게 되면, 유리가 균질하고 일정하게 용출이 가능하므로 반복기간(recurring period)을 더 장기화할 수 있고, 반복 세탁 과정에서도 고 신뢰성을 유지할 수 있게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시료 제조
표 1은 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 6에 따른 시료들에 대한 유리 조성물의 성분 및 이의 성분비를 나타낸 것이다. 이때, 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 3은 표 1에 기재된 조성으로 혼합하고 교반하여 유리 조성물을 형성한 후, 유리 조성물을 전기로에서 1,050℃의 온도로 용융시킨 후, 스테인리스(stainless steel) 강판에 공냉 방식으로 글래스 벌크 형태로 냉각하여 컬릿(cullet) 형태의 유리를 얻었다. 이후, 유리를 건식분쇄기(ball mill)로 분쇄한 후, 400 메쉬 시브에 통과시켜 D90 평균 입경이 20㎛인 친환경 세제용 유리 분말 시료를 제조하였다. 여기서, Na2O, K2O의 원재료는 각각 Na2CO3, K2CO3를 사용하였고, 이를 제외한 나머지 성분은 표 1에 기재된 것과 동일한 것을 사용하였다.
한편, 실시예 5 ~ 7 및 비교예 4 ~ 6은 980℃의 온도로 용융시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 친환경 세제용 유리 분말 시료를 제조하였다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure pat00001
2. 세척력 평가
표 2는 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 6에 따른 시료들에 대한 세척력 평가 결과를 나타낸 것이고, 표 3은 수돗물과 상용 세제에 대한 세척력 평가 결과를 나타낸 것이다. 이때, 표 3에서는 상용 액체 세제 2종(H사 P 제품, L사 T 제품)을 활용하였으며, 정량 투입하여 유리 용출수의 세척력 수준을 파악하기 위한 참고기준(reference)으로 사용하였다.
여기서, 세척력 평가는 터그오미터(Terg-O-Tometer)로 실시하였다.
먼저, 용출수의 제조를 위해, 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 6에 따라 제조된 각각의 유리 분말 320g을 상온수 600mL가 담겨진 플라스틱 용기에 지속적으로 침지시켰으며, 6시간 마다 용출수 120mL를 뽑아 세척력을 평가하였고, 동시에 수돗물 120mL를 플라스틱 용기에 채워 600mL의 물이 유지되게 하였다.
이때, 오염포로는 EMPA 포로 Red wine 및 Blood, 그리고 Jis 포(복합 오염포) 총 3개를 활용하여 유리 용출수의 조성별 세척력 및 세척 지속성을 검토하였다. 세제력 평가는 KS M 2709 규격을 활용하여 실시하였다.
유리 용출수 600mL 중 120mL를 뽑아 그 중 6mL를 수돗물 1L에 투입하여 30℃에서 10분간 세탁한 후, 수돗물 1L로 3분간 헹굼 공정을 2회 반복하였다. 반복 세척력의 경우, 용출수 600mL 중 120mL를 뽑고 그 중 6mL의 용출수로 빨래한 후, 다시 수돗물 120mL를 용출 용기에 채워주는 형태로 진행하였으며, 각 조성별 총 40회를 실시하였다. 이때, 1회 세탁 시험 후 2회 세탁 전까지의 시간은 6시간 정도로 선정하여 균질하게 용출수를 뽑았다.
[표 2]
Figure pat00002
[표 3]
Figure pat00003
표 1 ~ 표 3에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 2에 대한 세척력 평가 결과에서 알 수 있듯이, SiO2의 함량이 1 ~ 9wt%, B2O3의 함량이 65 ~ 80wt%의 조성에서 세척력이 매우 우수한 것을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 3, 비교예 5 및 비교예 6과 같이, SiO2의 함량이 10wt% 이상에서는 전체적으로 세척력이 저하됨을 확인할 수 있는데, 이는 SiO2의 함량이 증가함에 따라서 용출 특성이 제한되어 나타난 것으로 추측해볼 수 있다.
또한, 알칼리 토류 산화물의 함량이 10wt% 이상인 비교예 4에서 볼 수 있듯이, wine의 세척력이 저하됨을 확인할 수 있다. 따라서, 알칼리 토류 산화물의 함량이 10wt%을 초과하게 되면, 색소 성분의 세척력이 저하됨을 추측해 볼 수 있다.
표 2 및 표 3에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 8의 경우, 유리 용출수의 세탁력은 수돗물 대비 월등히 우수하며, 상용 세제와 대비 해서도 유사하거나 그 이상의 성능을 구현하는 것으로 확인되었다.
위의 내용은 매우 흥미로운 결과이다. 그 이유는, 유리를 용출시킨 용출수를 세탁기에 적용시킨 사례는 현재까지 보고된 바 없기 때문이다. 위의 결과는 새로운 세탁 솔루션을 제공하는데 크게 기여할 것으로 기대된다. 또한, 세제의 주요 성분인 계면활성제 없이도 상용 세제 수준의 세척력을 나타내기 때문에, 친환경 세제 등으로 폭넓게 활용될 수 있다.
3. 세척 지속성 평가
도 2는 실시예 4에 따른 시료에 대한 세척 지속성 평가 결과를 나타낸 그래프이고, 도 3은 실시예 7에 따른 시료에 대한 세척 지속성 평가 결과를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 4는 비교예 1에 따른 시료에 대한 세척 지속성 평가 결과를 나타낸 그래프이고, 도 5는 비교예 2에 따른 시료에 대한 세척 지속성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 4 및 7에 따른 시료를 이용한 경우, 40회 반복 용출에도 세척력이 저하되지 않고 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 시료를 이용한 경우에는 blood의 세척력이 반복횟수가 늘어남에 따라 확연히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 알칼리 이온들의 용출이 우선적으로 매우 활발히 진행되고, 상대적으로 보론(B)의 용출이 알칼리 이온보다 느리게 발생했음을 의미한다. 즉, 용출의 균질성이 확보되지 않는 것을 의미한다.
이와 달리, 알칼리 토류 산화물(CaO, MgO)이 함유된 실시예 4 및 실시예 7의 경우에는 40회까지도 균질한 세척능력을 발휘하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 알칼리 토류 성분(CaO, MgO)이 유리의 구조에 영향을 미쳐, 용출의 균질성과 지속성을 증가 시켰기 때문으로 예측된다.
위의 세척 시속성 평가 결과는 매우 큰 의미가 있을 것으로 예측 되는데, 그 이유는 유리 분말 320g을 실제 세탁기에 적용시켰을 때, 40회 이상의 세척이 가능함을 나타내기 때문이다. 즉, 자동 세제함의 세제투입과 같은 형태로 세탁기에 적용할 수 있음을 의미한다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
S110 : 혼합 단계
S120 : 용융 단계
S130 : 냉각 단계
S140 : 분쇄 단계

Claims (12)

  1. B2O3 60 ~ 85 중량%;
    SiO2 1 ~ 10 중량%;
    K2O 및 Na2O 합산으로 15 ~ 30 중량%; 및
    CaO 및 MgO 중 1종 이상 1 ~ 10 중량%;
    를 포함하는 친환경 세제용 유리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 B2O3는
    65 ~ 80 중량%로 첨가된 친환경 세제용 유리 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 SiO2는
    4 ~ 9 중량%로 첨가된 친환경 세제용 유리 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 K2O, Na2O, CaO 및 MgO는
    하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가된 친환경 세제용 유리 조성물.

    식 1 : ([K2O] + [Na2O]) / ([CaO] + [MgO]) ≥ 2
    (여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타냄.)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 CaO, MgO, K2O, Na2O, B2O3 및 SiO2는
    하기 식 2를 만족하는 범위로 첨가된 친환경 세제용 유리 조성물.

    식 2 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O]) / [B2O3] 및 [SiO2]) ≥ 0.33
    (여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타냄.)
  6. B2O3 60 ~ 85 중량%, SiO2 1 ~ 20 중량%, K2O 및 Na2O 합산으로 15 ~ 30 중량%, 및 CaO 및 MgO 중 1종 이상 1 ~ 10 중량%로 혼합하고 교반하여 유리 조성물을 형성하는 단계;
    상기 유리 조성물을 용융시키는 단계;
    상기 용융된 유리 조성물을 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각된 유리를 분쇄하는 단계;
    를 포함하는 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 B2O3는
    65 ~ 80 중량%로 첨가하는 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 SiO2는
    4 ~ 9 중량%로 첨가하는 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 K2O, Na2O, CaO 및 MgO는
    하기 식 1을 만족하는 범위로 첨가하는 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법.

    식 1 : ([K2O] + [Na2O]) / ([CaO] + [MgO]) ≥ 2
    (여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타냄.)
  10. 제6항에 있어서,
    상기 CaO, MgO, K2O, Na2O, B2O3 및 SiO2는
    하기 식 2를 만족하는 범위로 첨가하는 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법.

    식 2 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O]) / [B2O3] 및 [SiO2]) ≥ 0.33
    (여기서, []는 각 성분의 중량비를 나타냄.)
  11. 제6항에 있어서,
    상기 SiO2는
    4 ~ 9 중량%로 첨가하는 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 용융은
    700 ~ 1,100℃에서 1 ~ 60분 동안 실시하는 친환경 세제용 유리 분말 제조 방법.
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