KR20230130361A - 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 세제용 유리 분말 제조 방법 - Google Patents

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

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KR20230130361A
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Abstract

본 발명은 보레이트 조성과 실리케이트 조성을 혼합한 복합 조성계를 갖는 유리 조성물에 관한 것으로, 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

세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 세제용 유리 분말 제조 방법{GLASS COMPOSITION FOR DETERGENT AND MANUFACTRUING METHOD OF GLASS POWDER FOR DETERGENT USING THE SAME}
본 발명은 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 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.
아울러, 세제로 유리 조성물을 사용하는 종래 기술이 알려져 있으나, 세탁 후 완전히 용해되지 않은 glass 입자가 섬유 등에 붙어 있게 되면 환경적인 측면에서 문제가 될 수 있다.
또한, 종래의 유리 조성물은 SiO2의 함량이 높기 때문에 짧은 세탁 시간 동안 충분히 용출 되지 않고 많은 양의 잔류 물질이 남게 된다.
아울러, Ag2O 의 사용에 의해 원재료의 비용이 증가하며, 환경적인 문제를 야기할 수 있다.
[선행특허문헌]
(특허문헌 1) 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 2개의 유리 조성을 이용하여 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 보레이트 계열의 제1 유리 조성과 실리케이트 계열의 제2 유리 조성을 이용하여 pH 조절이 가능하고 또한 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 2개의 유리 조성을 이용하여 40회 이상에서도 균질하게 세탁 성능을 발현할 수 있는 친환경 세제용 유리 조성물을 개발하였다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물은 제1 유리 조성물 및 제2 유리 조성물의 혼합물을 포함하고, 상기 제1 유리 조성물은 상기 제1 유리 조성물 100 중량%를 기준으로, B2O3 60 ~ 70 중량%; Al2O3 1~4 중량%; CaO 5~9 중량%; 및 K2O 및 Na2O 합산으로 15 ~ 30 중량%;를 포함하고, 상기 제2 유리 조성물은 상기 제2 유리 조성물 100 중량%를 기준으로, SiO2 65 ~ 70 중량%; CaO 5~9 중량%; K2O 및 Na2O 합산으로 21 ~ 28 중량%;를 포함한다.
여기서, 상기 제1 유리 조성물과 상기 제2 유리 조성물은 각각 CaO와 MgO 를 합산으로 10 중량% 미만 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O 및 Na2O는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
식 1 : ([CaO] + [MgO]) /([K2O] + [Na2O]) < 0.53
(여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
아울러, 상기 제1 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 B2O3 는 하기 식 2를 만족할 수 있다.
식 2 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O])/[ B2O3] ≥ 0.37
(여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
또한 바람직하게는, 상기 제2 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 SiO2 는 하기 식 3을 만족할 수 있다.
식 3 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O])/[ SiO3] ≥ 0.42
(여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
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, 2개 유리 조성을 포함한 세제 조성물을 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 세제용 유리 분말 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2 내지 4는 실시예 및 비교예의 세탁 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 세제용 유리 조성물 및 이를 이용한 세제용 유리 분말 제조 방법을 설명하도록 한다.
세제용 유리 조성물
본 발명은 용출성 유리 조성물 2개를 조합하여 pH 9.5 ~ 10.0 수준의 약 알칼리수를 40회 이상 반복해서 만들어 낼 수 있는 친환경 세탁 세제 기술을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 세제용 유리 조성물은 제1 유리 조성물(보레이트 조성)과 제2 유리 조성물(실리케이트 조성)을 포함한다. 실리케이트 조성은 세탁수 공급 시, 5분 이내에 녹아 pH 를 높여주는 역할을 하며, OH- 이온을 다량 형성시켜 세탁 과정에서 단백질 및 복합 오염물을 분해 시킨다. 보레이트 조성은 물에 녹아 B(OH)3과 B(OH)4 - 이온을 만들어 주며, 물의 pH를 9~9.5 수준으로 유지시킨다. 세제용 유리 조성물이 실리케이트 조성으로만 구성되면, pH가 11 이상으로 높아져 색소 오염물에서 변색 현상이 발생되는 단점이 있지만, 본 발명은 이러한 단점을 해결 하기 위해 보레이트 조성을 추가하였다. 본 발명에 따른 세제용 유리 조성물은 고체 상태의 유리를 물에 용출 시킨 후, 다시 재용출 시켰을 때에도 세척력이 유지 되었으며, 총 40회 cycle 동안 세탁 성능이 유지 될 수 있는 효과가 있다. 본 발명에 따른 세제 조성물은 보레이트 조성 단독, 또는 실리케이트 조성 단독으로 이루어진 세제 조성물보다 성능이 더 장기간 지속된다.
본 발명은 표백 작용 및 pH 조절 기능을 발현을 위해서 제1 유리 조성물(보레이트 조성)을 포함한다.
제1 유리 조성물에서는 보레이트 유리의 용출성을 극대화 하면서 동시에 공기중에서 어느 정도 형태를 유지할 수 있는 고체(벌크) 형태의 글라스를 제조 하기 위해서 알칼리 산화물(Na2O,K2O), 알칼리 토류 산화물(CaO,MgO)의 함량이 중요하다.
Al2O3는 알칼리 및 알칼리 토류 산화물과는 달리 유리의 용출을 제어 하는 성분으로 활용되므로, 미량 첨가되어 공기 중에서 유리의 형태를 유지 시키는데 매우 중요한 성분이다. 유리를 구성하는 주요 성분인 B2O3의 경우 물에 용출되어 B(OH)3 및 B(OH)4 - 이온을 형성시키며 세탁 시 색소 성분의 세척에 기여한다. 또한 B(OH)3 및 B(OH)4 - 이온의 상호 작용에 의해 세탁수(용출수)의 pH를 9.5~10.0 수준으로 유지 시켜, 세탁 과정에서 색소 오염물의 변색을 막아준다.
또한 알칼리와 알칼리 토류 성분은 물에 용출되면 OH- 이온을 형성시키며, 단백질 및 지용성 오염물의 세탁에 기여한다.
다음으로, 본 발명에 포함된 제2 유리 조성물(실리케이트 조성)은 단백질 및 지용성 오염물의 세탁, 항균력 발현 등에 기여한다.
제2 유리 조성물은 보레이트 조성인 제1 유리 조성물보다 화학적 내구성이 우수하여, 물에 용출 되기 어렵다.
하지만, 유리 구조 내에서, 알칼리 및 알칼리 토류 함량이 30 중량% 이상이면, 알칼리 및 알칼리 토류 이온의 용출이 매우 빠르게 발생 할 수 있다. 알칼리 이온과 알칼리 토류 이온이 용출되면, 물에서 OH- 이온을 다량 생성 시키게 된다. 이때 생성된, OH- 이온이 단백질 및 지용성 오염물의 구조를 파괴시켜 세탁 작용에 기여한다. 이러한 원리를 활용한 친환경 세제가 "알칼리 이온수 세탁 세제＂이다. 하지만, 제2 유리 조성물과 같은 실리케이트 조성만을 세제로 사용하면, 용출수(세탁수)의 pH가 11 이상으로 높아져, 색소 성분의 변색을 초래할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 pH 조절 기능이 있는 제1 유리 조성물(보레이트 조성) 상기 제2 유리 조성물(실리케이트 조성)을 함께 조합하는 형태로 세제를 구성하였다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 세제용 유리 조성물은 제1 유리 조성물 및 제2 유리 조성물의 혼합물을 포함하고, 상기 제1 유리 조성물은 상기 제1 유리 조성물 100 중량%를 기준으로, B2O3 60 ~ 70 중량%; Al2O3 1~4 중량%; CaO 5~9 중량%; 및 K2O 및 Na2O 합산으로 15 ~ 30 중량%;를 포함하고, 상기 제2 유리 조성물은 상기 제2 유리 조성물 100 중량%를 기준으로, SiO2 65 ~ 70 중량%; CaO 5~9 중량%; K2O 및 Na2O 합산으로 21 ~ 28 중량%;를 포함한다.
여기서, 상기 제1 유리 조성물과 상기 제2 유리 조성물은 각각 CaO와 MgO 를 합산으로 10 중량% 미만 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O 및 Na2O는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
식 1 : ([CaO] + [MgO]) /([K2O] + [Na2O]) < 0.53
(여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
아울러, 상기 제1 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 B2O3 는 하기 식 2를 만족할 수 있다.
식 2 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O])/[ B2O3] ≥ 0.37
(여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
또한 바람직하게는, 상기 제2 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 SiO2 는 하기 식 3을 만족할 수 있다.
식 3 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O])/[ SiO3] ≥ 0.42
(여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
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 제1 유리 조성물에서 60 ~ 70 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. B2O3의 첨가량이 60 중량% 미만일 경우에는 표백 효과를 제대로 발휘하지 못해 세척력 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, B2O3의 첨가량이 70 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 제2 유리 조성물에 65 ~ 70 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. SiO2가 70 중량%를 초과하여 다량 첨가되면, 유리 용융시 점도가 높아짐에 따라 냉각 과정에서 작업성 및 수율이 저하되는 문제가 있다. 반대로, SiO2가 65 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 유리의 구조가 약화되어 내수성이 저하되는 문제가 있다.
Al2O3는 가장 대표적인 중간 산화물로서, 제1 유리 조성물(보레이트 조성) 에 미량만 첨가되어도 유리의 내수성을 증가 시키며 용출을 제어 한다. 다만, 본 발명에서는 제1 유리 조성물 100 중량%를 기준으로 5 중량% 이상이 첨가되면, 보레이트계 유리의 용출이 매우 어려워진다. 따라서, 본 발명에서는 제1 유리 조성물에서 Al2O3의 함량을 5 중량% 미만으로 제한한다. 구체적으로는 제1 유리 조성물은 Al2O3 1~4 중량% 포함한다.
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 이온 교환하여 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 본 발명에서는 알칼리 산화물의 함량이 제어된 실리케이트계 유리와 마찬가지로 알칼리 산화물의 함량이 제어된 보레이트계 유리를 조합하여 위 단점을 개선하였다.
특히, 알칼리 산화물(alkali oxide)과 B2O3 및 SiO2의 함량비에 따라서 유리의 용출 특성은 매우 달라지므로, 함량비를 조절하는 것이 본 발명에서는 중요한 요소 가운데 하나이다.
본 발명에서는 초기 용출 특성이 우수하며, 지속적으로 사용하였을 때도, 용출이 잘 되는 유리 조성을 실험적으로 확인하였다. 본 발명에서, 제1 유리 조성물은 알칼리 산화물(alkali oxide)을 15 ~ 30 중량% 포함하고, 제2 유리 조성물은 21~28 중량% 포함한다. 본 발명에서 상기 알칼리 산화물(alkali oxide)은 Na2O 및 K2O를 포함한다.
각 유리 조성에서 Na2O 및 K2O가 합산으로 최저 함량 미만으로 첨가될 경우에는 세척 지속성 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 각 유리 조성에서 Na2O 및 K2O가 합산으로 최고 함량을 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 보레이트계 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.
본 발명에서는, 제1 유리 조성물과 제2 유리 조성물 모두에서 CaO의 함량이 5 중량% 이상이며, 구체적으로 CaO는 각 유리 조성물에 5~9 중량%로 포함된다.
바람직하게는, 제1 유리 조성물과 제2 유리 조성물은 각각 MgO를 0~4 중량% 더 포함할 수 있다. 다만, 제1 유리 조성물과 제2 유리 조성물은 각각 CaO와 MgO 를 합산으로 10 중량% 미만 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제1 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O 및 Na2O는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
식 1 : ([CaO] + [MgO]) /([K2O] + [Na2O]) < 0.53
(여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
또한, 상기 제1 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 B2O3 는 하기 식 2를 만족할 수 있다.
식 2 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O])/[ B2O3] ≥ 0.37
(여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
아울러, 상기 제2 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 SiO2 는 하기 식 3을 만족할 수 있다.
식 3 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O])/[ SiO3] ≥ 0.42
(여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
위와 같이 각 성분들의 함량을 조절하는 이유는 망목수식제(network modifier)의 함량 증가로 유리 내의 이온 결합 정도를 증가시켜 용출성을 증가하기 위함이다.
세제용 유리 분말의 제조 방법
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)에서는 상술한 제1 유리 조성물 및 제2 유리 조성물을 상술한 조성비로 혼합하고 교반하여 유리 조성물을 형성한다.
상술한 것처럼, 제1 유리 조성물 100 중량%를 기준으로, B2O3 60 ~ 70 중량%; Al2O3 1~4 중량%; CaO 5~9 중량%; 및 K2O 및 Na2O 합산으로 15 ~ 30 중량%;를 포함하고, 제2 유리 조성물은 제2 유리 조성물 100 중량%를 기준으로, SiO2 65 ~ 70 중량%; CaO 5~9 중량%; K2O 및 Na2O 합산으로 21 ~ 28 중량%;를 포함한다.
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 및 세척력 평가
표 1은 보레이트계 유리 조성물에 대한 제조예들의 성분 및 이의 성분비를 나타낸 것이다. 또한, 표 2는 실리케이트계 유리 조성물에 대한 제조예들의 성분 및 이의 성분비를 나타낸 것이다. 아울러, 표 1 및 2에는 각 제조예로부터 제조된 세제의 세척력이 기재되어 있다.
Al2O3 B2O3 Na2O K2O CaO MgO
보레이트
조성		 조성1 4 60 26 1 5 4
조성2 4 70 1 16 6 3
조성3 3 65 1 22 7 2
조성4 2 70 18 1 5 4
조성5 2 60 1 30 5 2
조성6 1 60 30 3 5 1
조성7 1 70 12 11 6 0
조성8 5 65 7 15 5 3
조성9 6 65 8 15 5 1
조성10 4 65 10 10 5 6
조성11 4 65 10 8 5 8
(단위 : 중량%)
SiO2 Na2O K2O CaO MgO
실리케이트
조성		 조성12 65 25 1 5 4
조성13 70 1 20 6 3
조성14 65 1 25 7 2
조성15 70 20 1 5 4
조성16 65 1 27 5 2
조성17 65 25 1 5 4
조성18 71 7 14 5 3
조성19 73 8 13 5 1
조성20 70 10 9 5 6
조성21 70 7 10 5 8
(단위 : 중량%)
이때, 조성 1 내지 21은 표 1 및 2에 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 1 및 2에 기재된 것과 동일한 것을 사용하였다.
2. 세척력 평가
표 3 및 4는 각 조성들에 따른 시료들에 대한 세척력 평가 결과를 나타낸 것이고, 표 5는 수돗물과 상용 세제에 대한 세척력 평가 결과를 나타낸 것이다. 이때, 표 5에서는 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, 각 조성에 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.
Wine (%) Blood (%) Jis (%)
보레이트
조성		 조성1 43.7 47.1 30.3
조성2 45.7 53.2 33.2
조성3 44.8 52.8 32.1
조성4 46.9 45.3 29.8
조성5 45.9 57.1 34.2
조성6 46.1 55.8 33.7
조성7 47.8 49.1 31.7
조성8 40.1 33.3 18.7
조성9 39.8 31.8 15.4
조성10 41.1 34.7 19.8
조성11 40.7 32.5 16.8
Wine (%) Blood (%) Jis (%)
실리케이트
조성		 조성12 33.8 45.3 25.1
조성13 35.7 43.7 27.7
조성14 35.1 45.2 27.8
조성15 36.8 45.8 24.5
조성16 34.9 43.2 29.2
조성17 33.2 48.2 29.1
조성18 37.2 34.5 16.5
조성19 38.5 32.7 14.2
조성20 39.2 36.7 17.7
조성21 38.7 37.3 16.8
Reference Wine (%) Blood (%) Jis (%)
수돗물 39.2 25.1 10.2
H 사 P 제품 49.6 30.8 37.1
L 사 T 제품 40.2 27.9 30.2
표 3에서 확인할 수 있듯이, 보레이트 조성에서, Al2O3의 함량이 5 중량% 미만에서는 세척력이 상용 세제 수준으로 높은 것을 확인 할 수 있다. 하지만, Al2O3 함량이 5 중량% 이상이 되면, Blood 와 Jis 오염물 세척력이 급격히 감소 하는 것을 확인 할 수 있다. 이는 Al2O3 함량이 높아지면, 유리 조성물의 화학적 내구성이 증가하며, 용출성이 급격히 저하되기 때문이다.
또한, MgO와 CaO의 중량비 합이 10 중량%를 초과하면, 세척력이 저하됨을 확인 할 수 있다. 이는 알칼리 산화물에 비해 알칼리 토류 산화물이 유리 조성에 다량 첨가될 때 내구성이 증가 하기 때문으로 예측된다.
결론적으로, 보레이트 조성에서 일정 수준 이상의 내구성을 가지면서 동시에 세척력을 가지기 위해서는, Al2O3 의 함량이 1 ~ 4 중량% 이어야 하며, MgO와 CaO 함량 합이 1 ~ 10 wt% 인 것이 바람직하다.
표 4에서 확인할 수 있듯이, 실리케이트 조성의 경우 세탁 후 wine 오염 포의 변색이 발생하였다. 이는 pH 가 11 이상으로 높아졌기 ‹š문이다. 실리케이트 조성에서, SiO2 의 함량이 70 중량%를 초과하면, 세척력이 급격히 감소하여 수돗물의 세척력과 유사해짐을 확인 할 수 있다. 이는 SiO2 의 함량이 증가함에 따라서 용출 특성이 제한되었기 때문이다. 또한 알칼리 토류 산화물의 함량이 10 중량% 이상인 경우에는 조성 21에서 확인할 수 있듯이 세척력이 급격히 저하되는 것을 알 수 있다.
3. 세척 지속성 평가
도 2는 조성 3(보레이트 조성)과 조성 14(실리케이트 조성)의 세척 지속성을 나타낸 그래프이다.
도 2에서 확인할 수 있는 것처럼, 보레이트 조성은 30회부터 세척력이 저하됨을 확인 할 수 있다. 그 이유는 보레이트 조성이 용출 과정에서 보레이트 네트워크가 알칼리 및 알칼리 토류 이온의 용출과 함께 붕괴됨에 따라 유리의 조성 및 특성이 바뀌기 때문이다. 반면에, 실리케이트 조성은 45회까지 거의 일정한 세척력을 발휘하는 것을 확인 할 수 있다. 실리케이트 조성은 알칼리 및 알칼리 토류 이온이 용출되어도 실리케이트 네트워크가 붕괴되지 않고 그 특성이 유지된다. 즉, 실리케이트 조성은 알칼리 및 알칼리 토류 이온이 지속적으로 용출되면서 porous한 유리가 만들어 지는 것을 판단할 수 있다.
종합적으로 보면, borate glass의 경우 세척력이 silicate glass 보다 우수하며, wine의 변색을 유발시키지 않는다. 하지만, 반복 세척력의 경우 silicate glass 가 borate glass 보다 더 우수한 것을 확인 할 수 있다.
4. 복합 조성계에 대한 반복 세탁 시험
본 발명에 따른 복합 조성계를 갖는 세제용 유리 조성물의 실시예에 대해 설명한다.
도 3 및 도 4는 조성 3과 조성 14 를 각각 9:1(270g:30g), 8:2(240g:60g), 7:3(210g,90g) 조합한 복합 조성계의 세탁 cycle 을 나타낸다.
도 3 및 도 4에서 보이는 것과 같이, 보레이트 조성 에 실리케이트 조성이 일부 조합되면, 세탁 가능 cycle 이 늘어남을 알 수 있다.
또한 실리케이트 조성이 20%까지 조합되어도 wine에 의한 변색이 일어나지 않음을 확인 할 수 있다. 이는 B(OH)3와 B(OH)4 - 이온 간의 상호작용에 의한 결과이다. 다만, 조성 간의 비율이 7:3 일 경우 wine에 대한 세척력이 상용 세제 대비 더 낮은 것을 확인 할 수 있다. 따라서 조성간의 조합비가 9:1 ~ 8:2 인 경우가 세척력이 가장 우수하며 동시에 반복 세척력도 가장 우수 하다고 할 수 있다.
이처럼 본 발명과 같이 유리 조성을 이용한 세제 조성물 300g을 고체 형태로 제공하면 40회 이상 세척이 가능한 친환경 세제로 사용이 가능하다. 기존의 친환경 알칼리 이온수와 비교하면, 본 발명은 액체 형태가 아닌 컴팩트한 고체 형태이기 때문에 활용성이 매우 크며, 제품의 부피를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명은 pH를 안정적으로 9.5 ~ 10.0 사이로 유지 시키기 때문에 색소 오염물의 변색을 유발 시키지 않는다. 뿐만 아니라, 본 발명은 CaO 성분이 전체 조성에서 5wt% 이상 함유하기 때문에, 옷감 및 세탁기 내부에서 항균력이 발현될 수 있다.
표 6은 본 발명의 복합 조성계를 이용한 세제 조성물의 항균 평가 결과를 나타낸 것이다. 조성 3과 조성 14 및 조성4 와 조성 12 간의 조합 조성들의 경우 항균력이 발현 되는 것을 확인 할 수 있다. 반면에 Al2O3 함량이 높은 조성 9, SiO2 함량이 높은 조성 19를 이용한 복합 조성계의 항균력은 급격히 저하되는 것을 확인 할 수 있다. 이는 Al2O3 와 SiO2의 함량이 높아져 Ca2 + 및 알칼리 성분들의 용출이 제어되기 때문이다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
배합비 조성 3(90%): 조성 14(10%) 조성 4(80%)
: 조성 12(20% )		 조성 9(80%) : 조성 19(20%) 조성 19 (100%)
항균력
(KS E-2315)
99% 이상
항균력 발현 		Staphylococcus aureus 99.99 % 99.99 % 87 % 37 %
Escherichia coil 99.99 % 99.99 % 75 % 43 %
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.

Claims (17)

  1. 제1 유리 조성물 및 제2 유리 조성물의 혼합물을 포함하고,
    상기 제1 유리 조성물은
    상기 제1 유리 조성물 100 중량%를 기준으로,
    B2O3 60 ~ 70 중량%;
    Al2O3 1~4 중량%;
    CaO 5~9 중량%; 및
    K2O 및 Na2O 합산으로 15 ~ 30 중량%;를 포함하고,
    상기 제2 유리 조성물은
    상기 제2 유리 조성물 100 중량%를 기준으로,
    SiO2 65 ~ 70 중량%;
    CaO 5~9 중량%;
    K2O 및 Na2O 합산으로 21 ~ 28 중량%;를 포함하는
    세제용 유리 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유리 조성물은
    MgO를 0~4 중량% 더 포함하는
    세제용 유리 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유리 조성물은
    CaO와 MgO 를 합산으로 10 중량% 미만 포함하는
    세제용 유리 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O 및 Na2O는 하기 식 1을 만족하는
    세제용 유리 조성물.

    식 1 : ([CaO] + [MgO]) /([K2O] + [Na2O]) < 0.53
    (여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 B2O3 는 하기 식 2를 만족하는
    세제용 유리 조성물.

    식 2 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O])/[ B2O3] ≥ 0.37
    (여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 유리 조성물은
    MgO를 0~4 중량% 더 포함하는
    세제용 유리 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 유리 조성물은
    CaO와 MgO 를 합산으로 10 중량% 미만 포함하는
    세제용 유리 조성물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 SiO2 는 하기 식 3을 만족하는
    세제용 유리 조성물.

    식 3 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O])/[ SiO3] ≥ 0.42
    (여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
  9. 제1 유리 조성물 100 중량%를 기준으로,
    B2O3 60 ~ 70 중량%;
    Al2O3 1~4 중량%;
    CaO 5~9 중량%; 및
    K2O 및 Na2O 합산으로 15 ~ 30 중량%;를 포함하는 제1 유리 조성물을 준비하고,
    제2 유리 조성물 100 중량%를 기준으로,
    SiO2 65 ~ 70 중량%;
    CaO 5~9 중량%;
    K2O 및 Na2O 합산으로 21 ~ 28 중량%;를 포함하는 제2 유리 조성물을 준비한 후,
    상기 제1 유리 조성물 및 상기 제2 유리 조성물을 혼합 및 교반하여 유리 조성물을 형성하는 단계;
    상기 유리 조성물을 용융시키는 단계;
    상기 용융된 유리 조성물을 냉각하는 단계; 및
    상기 냉각된 유리를 분쇄하는 단계; 를 포함하는
    세제용 유리 분말 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 유리 조성물은
    MgO를 0~4 중량% 더 포함하는
    세제용 유리 분말 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 유리 조성물은
    CaO와 MgO 를 합산으로 10 중량% 미만 포함하는
    세제용 유리 분말 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O 및 Na2O는 하기 식 1을 만족하는
    세제용 유리 분말 제조 방법.

    식 1 : ([CaO] + [MgO]) /([K2O] + [Na2O]) < 0.53
    (여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 B2O3 는 하기 식 2를 만족하는
    세제용 유리 분말 제조 방법.

    식 2 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O])/[ B2O3] ≥ 0.37
    (여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제2 유리 조성물은
    MgO를 0~4 중량% 더 포함하는
    세제용 유리 분말 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 유리 조성물은
    CaO와 MgO 를 합산으로 10 중량% 미만 포함하는
    세제용 유리 분말 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제2 유리 조성물에 포함된 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 SiO2 는 하기 식 3을 만족하는
    세제용 유리 분말 제조 방법.

    식 3 : ([CaO] + [MgO] + [K2O] + [Na2O])/[ SiO3] ≥ 0.42
    (여기서, []는 각 성분의 중량%를 나타냄.)
  17. 제9항에 있어서,
    상기 용융은
    700 ~ 1,100℃에서 1 ~ 60분 동안 실시하는
    세제용 유리 분말 제조 방법.
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