KR20230151937A - 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기 - Google Patents

바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기능성 용기에 관한 것으로서, 특히, 바이오 세라믹 조성물 0.75 ~ 2.5 중량%와 합성수지 97.5 ~ 99.25 중량%를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 항균 기능을 극대화하여 용기에 보관된 식품의 미생물 증식을 억제하고, 부패의 진행정도를 느리게 진행시켜 식품의 신선도를 오랫동안 유지할 수 있는 동시에 세균성 부패를 억제할 수 있으며, 인공첨가물이 아닌 천연소재를 사용하여 항균 효과를 구현함으로써 소비자의 거부감을 줄이고 인체에 무해하며, 식품 고유의 맛과 향에에 영향을 미치지 않는 장점이 있다.

Description

바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기{FUNTIONAL CONTAINER INCLUDING BIO CERAMIC COMPOSION}
본 발명은 기능성 용기에 관한 것으로서, 고령토 원석에 포함된 규사 및 알루미나의 성분비를 조정함으로써 신선도 유지 및 항균 효과를 극대화할 수 있고, 보관된 식품의 세균 및 미생물 증식을 억제하여 부패억제 효과가 우수한 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기에 관한 것이다.
과일이나 채소류 또는 다양한 식품을 포장 또는 보관할 때에는 무엇보다 해당 식품의 보존 기간을 늘려 신선한 상태를 오래 유지하는 것이 가장 중요하다.
과거에는 이와 같은 식품의 부패 및 변질 문제를 해결하기 위하여 방부제와 같은 인공첨가물을 직접 식품에 투입하거나 식품을 포장하는 요기에 부가하는 방법이 사용되기도 하였으나 이러한 인공첨가물은 인체에 유해함과 동시에 식품 고유의 맛과 향에도 좋지 않은 영향을 끼치는 문제가 있다.
인공첨가물에 대한 대안으로 천연소재를 이용한 식품 포장용 필름이나 용기 등의 개선 방법이 연구되고 있으며, 하나의 예로써 제올라이트, 은나노와 같은 항균성 물질을 소재에 첨가하는 방식 등이 시도되고 있다.
특허공보 제1994-0000480호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 항균 기능을 극대화하여 용기에 보관된 식품의 미생물 증식을 억제하고, 부패의 진행정도를 느리게 진행시켜 식품의 신선도를 오랫동안 유지할 수 있는 동시에 세균성 부패를 억제할 수 있는 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 인공첨가물이 아닌 천연소재를 사용하여 항균 효과를 구현함으로써 소비자의 거부감을 줄이고 인체에 무해하며, 식품 고유의 맛과 향에에 영향을 미치지 않는 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기를 제공하는 데 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 바이오 세라믹 조성물 0.75 ~ 2.5 중량%와 합성수지 97.5 ~ 99.25 중량%를 혼합하여 제조된 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기에 의해 달성된다.
또는, 상기 목적은, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 바이오 세라믹 조성물 0.75 ~ 2.5 중량%, 안료 2~4 중량%, 합성수지 93 ~ 97.5 중량%를 혼합하여 제조된 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기에 의해서도 달성된다.
상기 각 실시예에 있어서, 상기 바이오 세라믹 조성물은 산화규소(SiO2) 50 ~ 63중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 12 ~ 30중량%, 산화칼륨(K2O) 2 ~ 13중량%, 산화철(Fe2O3) 2 ~ 5중량% 성분을 포함할 수 있다.
또한, 각 실시예에서, 상기 바이오 세라믹 조성물은 고령토를 380 ~ 420℃ 범위에서 제1차 열처리하고, 상온에서 제1차 냉각한 후, 냉각된 상기 고령토를 분쇄하는 제1차 분쇄하고, 분쇄된 고령토 분말을 730 ~ 770℃ 범위에서 제2차 열처리한 후, 제2차 냉각 및 냉각된 상기 고령토 분말을 제2차 분쇄하여 제조될 수 있다.
여기서, 상기 바이오 세라믹 조성물은 상기 제2차 분쇄 후 1,000 mesh 이상의 입도를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 각 실시예에서 바람직하게는 상기 바이오 세라믹 조성물은 1.25 ~ 1.7 5중량%로 마련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 항균 기능을 극대화하여 용기에 보관된 식품의 미생물 증식을 억제하고, 부패의 진행정도를 느리게 진행시켜 식품의 신선도를 오랫동안 유지할 수 있는 동시에 세균성 부패를 억제할 수 있다.
또한, 인공첨가물이 아닌 천연소재를 사용하여 항균 효과를 구현함으로써 소비자의 거부감을 줄이고 인체에 무해하며, 식품 고유의 맛과 향에에 영향을 미치지 않는 장점이 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 용기의 균주 1(ATCC 6538P)에 대한 항균시험결과 자료,
도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 용기의 균주 2(ATCC 8739)에 대한 항균시험결과 자료,
도 3은, 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 용기의 균주 3(ATCC 4352)에 대한 항균시험결과 자료,
도 4는, 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 용기의 균주 1(ATCC 14028)에 대한 항균시험결과 자료이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명자들은 바이오 세라믹 조성물로서 특정 성분조성에서 원적외선 및 음이온 방출기능을 가지며, 항균 및 탈취 능력 그리고 신선도 유지 기능이 극대화되는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다. 이하, 본 발명에 따른 바이오 세라믹 조성물 및 이를 이용한 기능성 용기의 제조과정을 통하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 바이오 세라믹 조성물은 산화규소와 산화알루미늄, 산화칼륨 및 산화철을 주요물질로 하고, 이를 혼합 및 분쇄한 후 선별하여 제조하거나 또는 고령토 원석을 선별채광한 뒤 열처리 및 분쇄하여 제조하는 방법으로, 원적외선 및 음이온 방사, 항균 및 탈취, 정화, 식물생장 촉진, 식품의 신선도 유지 성능을 모두 구현할 수 있다.
본 발명에서, 상기 주요 물질의 성분비에 따라서는 전술한 성능 중 어느 하나 이상의 기능 발휘가 어려울 수 있는 것을 확인하였으며, 특히, 산화규소(SiO2) 50 ~ 63중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 12 ~ 30중량% 범위일 경우에 상기 성능 모두를 구현할 수 있는 것으로 확인하였다. 상기 주요물질의 성분 함량은 바람직하게는 산화규소(SiO2) 50 ~ 63중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 12 ~ 30중량%, 산화칼륨(K2O) 2 ~ 13중량%, 산화철(Fe2O3) 2 ~ 5중량% 범위로 마련되며, 더욱 바람직하게는 상기 산화규소(SiO2) 60 ~ 63중량%, 상기 산화알루미늄(Al2O3) 22 ~25중량%, 상기 산화칼륨(K2O) 5 ~ 8중량%, 상기 산화철(Fe2O3) 2 ~ 5중량% 범위 일 수 있다.
본 발명에 따른 바이오 세라믹 조성물은, 전술한 바와 같이 고령토 원석(구체적인 예로 일라이트 고령토)을 선별채광하여 가공하는 방법으로 제조할 수 있는 바, 이 경우 고령토 원석에 포함되어 있는 규사 및 알루미나의 성분비를 상기 주요 물질의 성분비로 조정하는 것이 본 발명에 따른 바이오 세라믹 조성물의 제조방법의 중요한 특징이 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 바이오 세라믹 조성물 제조방법을 설명하면, 먼저, 재료준비단계(S10)는 선별하여 채광된 고령토 원석에서 이물질이나 분술물을 제거한다. 불순물이 제거된 후에는 자연건조과정을 통하여 고령토에 포함된 수분을 10% 이하까지 감소하는 과정이 추가로 수행될 수 있다. 본 단계에서의 고령토는 통상 산화규소가 본 발명에 따른 바이오 세라믹 조성물의 산화규소 함량보다 많으며, 반대로 산화알루미늄은 본 발명의 산화알루미늄 보다 적다. (한국화학시험연구원, 접수번호 TAK-019251, Al(2.5%), SiO2(81.1%), ICP분석)
제1차 열처리단계(S20)는 분술물이 제거된 상기 고령토를 380 ~ 420℃에서 가열한다. 바람직하게는 본 단계에서 가열온도는 400℃이고, 가열시간은 3 ~ 3.5시간일 수 있다. 여기서, 제1차 열처리단계(S20) 또는 후술할 제2차 열처리단계(S50)는 설정된 시간동안 지속적으로 가열할 수도 있으나, 열가마(가열로) 내부로 인입 및 인출을 계속 반복하는 방법으로 가열할 수 있다. 이 경우, 가열로를 터널가마 식으로 구성하여 고령토 원석 또는 분말이 상호 이격된 다수의 터널가마를 지나면서 가열과 냉각이 반복되는 방법이 사용될 수 있다. 한편, 전술한 가열과 냉각을 반복하는 열처리 방법은 제1차 열처리단계(S20) 또는 후술할 제2차 열처리단계(S50) 모두에 적용될 수도 있고, 어느 한 단계에서만 적용될 수도 있다.
본 단계는 제2차 열처리단계(S50)보다 상대적으로 낮은 온도에서 장시간 가열을 통하여, 에너지 상승효과를 부여하고 성분조성을 변화시키는 것을 목적으로 한다. 여기서, 에너지 상승효과 및/또는 성분조성 변화를 극대화하기 위하여 제1차 열처리단계(S20) 또는 후술할 제2차 열처리단계(S50) 중 하나 이상은 상기 고령토 원석 또는 고령토 분말을 오른쪽 방향으로 회전시키면서 수행할 수 있다. 상기 회전속도는 사용목적에 따라 다양하게 설정이 가능하다.
본 단계 후 고령토의 성분조성은 산화규소는 약 65%로 낮아지고, 산화알루미늄은 약 22% 정도로 상승하게 된다. (한국단미사료협회 사료연구소, 사료검정증명서, 접수번호 자4-514, SiO2(65.78%), Al2O3(21.59%)). 본 단계에서 고령토는 내재된 독성이 제거되고 생체에너지(또는 양자에너지)가 증가하는 것으로 해석될 수 있는데, 이는 열처리 전 광물 자체가 가지고 있는 극성을 순화(무극화)하여 토질(또는 식물) 등에 적용이 가능하도록 하는 것이다. 무극화의 경우, 본원출원인이 생체에너지응용기술연구소에 의뢰하여 시험한 결과 에너지의 극성이 대부분 해소되어 무극화된 것을 확인할 수 있었다. 생체에너지는 생체 정보 측정기인 AURACOM을 통해 생체전기 에너지장의 측정을 통하여 확인할 수 있다. 고령토의 생체에너지(또는 양자에너지)의 증가는 제1차 열처리 단계 및 제2차 열처리단계를 거치면서 15 ~ 20%증가하게 된다. 제1차 열처리가 끝나면 상온에서 자연냉각을 한다.
제1차 분쇄단계에서는 냉각된 상기 고령토를 600 mesh 이하로 분쇄한다. 본 단계는 본 발명에 따른 바이오 세라믹 조성물이 사용되는 용도에 맞도록 1차로 분류하기 위한 것으로서, 예를 들어, 건축자재용도의 경우 600 mesh로 분쇄하고, 동물보조사료의 경우 300 ~ 350 mesh로 분쇄한다. 또는 수질이나 토양개선을 위한 용도 또한 300 ~ 350 mesh로 분쇄할 수 있다.
제2차 열처리단계(S50)는 분쇄된 고령토 분말을 730 ~ 770℃로 가열한다. 예를 들어, 제2차 열처리온도는 750℃로 할 수 있다. 여기서, 제2차 열처리단계(S50)는 1시간 내외(예를 들어, 0.8 ~ 1.5시간)로 수행되며, 가열방법은, 예를 들어, 열가마를 통한 가열의 경우, 상기 설정시간동안 계속 가열할 수도 있고, 고령토 분말을 상기 열가마에 설정된 시간 간격으로 인입 및 인출을 반복하도록 할 수도 있다. 본 단계는 상기 주요물질의 성분조성이 본 발명에 따른 바이오 세라믹 조성물의 성분범위로 조정하는 단계이며, 추가로 전술한 바와 같이 고령토 분말의 무극화 및 생체 에너지를 증폭하는 목적으로 수행된다. 본 단계 후 고령토분말의 성분조성은 산화규소 약 50%으로 더 낮아지고, 산화알루미늄 약 29% 정도로 더 상승하게 된다. (한국화학시험연구원, 접수번호 TK-27628, 시험방법 KSE-3805-96(I.C.P.), SiO2(52.2%), Al2O3(29.2%)). 이후, 설정온도 또는 상온에서 상기 고령토 분말을 냉각한다(S60).
제2차 분쇄단계(S70)는 냉각된 상기 고령토 분말을 용도에 따라 설정된 분급도로 분쇄한다.
본 발명에 따른 바이오 세라믹 조성물은 다양한 용도로 사용될 수 있는 바, 예를 들어, 건축자재, 동물보조사료, 수질 또는 토양 개선제, 화장품, 각종 용기, 필름, 포장재 그리고 반도체 웨이퍼, 종이, 섬유, 가죽 등으로 사용될 수 있다. 각 경우에 있어서, 분쇄도는 필요에 따라 다양하게 설정할 수 있는 바, 예를 들어, 건축자재용도의 경우 600 mesh, 동물보조사료의 경우 300 ~ 350 mesh, 화장품/식품/음식물 포장재의 경우에는 1,000 mesh 이상, 또는 특수필름 용도의 경우 3,000 mesh 이상, 반도체 웨이퍼 또는 용기제조 용도의 경우 10,000 mesh 이상으로 마련할 수 있다.
이하, 제조예 및 시험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
제조예 1: 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기의 제조
산화규소(SiO2) 60 ~ 63중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 22 ~ 30중량%, 산화칼륨(K2O) 5 ~ 8중량%, 산화철(Fe2O3) 2 ~ 5중량%, 이산화티타늄(TiO2) 0.1 ~ 3중량%, 산화칼슘(CaO) 0.1 ~ 3중량% 성분을 포함하는 바이오 세라믹 조성물을 제트밀(Air jetmill) 방식의 분쇄기를 이용하여 분쇄가공한다. 분쇄가공된 바이오 세라믹 조성물의 성분을 X-선 형광분석법(XRF)으로 분석하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
성분 SiO2 Al2O3 K2O Fe2O3 TiO2 CaO 기타
함유량(%) 60.56 24.24 7.61 4.86 1.50 1.01 0.22
상기 방법으로 제조된, 바이오 세라믹 조성물 0.75 ~ 2.5 중량%와 합성수지 97.5 ~ 99.25 중량%를 혼합하여 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기를 제조한다.
제조예 2: 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기의 제조
본 제조예는, 상기 제조예 1에 안료를 추가하는 경우로서, 일실시예로서 바이오 세라믹 조성물 0.75 ~ 2.5 중량%, 안료 2~4 중량%, 합성수지 93 ~ 97.5 중량%를 혼합하여 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기를 제조한다.
제조예 3: 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기의 제조
본 제조예는, 상기 제조예 1 및 2에서 상기 바이오 세라믹 조성물의 함량을 1.25 ~ 1.75 중량%로 마련한 것으로 각 제조예에서 상기 바이오 세라믹 조성물의 함량의 감소만큼 상기 합성수지의 함량을 조절하여 용기를 제조한다.
상기 각 제조예에서 바이오 세라믹 조성물의 함량은 0.75 ~ 2.5 중량% 또는 1.25 ~ 1.75 중량%로 마련되는 바, 이는 본 발명의 따른 기능성 용기가 신선도 유지 기능을 수행하기 위한 적절한 수치를 한정한 것이다. 따라서, 숙성 등 다른 목적에는 다른 함량범위로 마련될 수 있다. 특히, 신선도 유지 목적을 위한 본 발명에 따른 기능성 용기의 제조에 있어 상기 바이오 세라믹 조성물의 함량은 가장 바람직하게는 1.5 중량%로 마련될 수 있으며, 예를 들어, 1.45 ~ 1.55 중량% 등으로 마련될 수 있다. 이는 상기 바이오 세라믹 조성의 함량이 1.5 중량%에서 신선도 유지 효과가 가장 극대화되어 있으며, 상기 함량보다 낮아지면 신선도 유지기능이 저하되며, 반대로 상기 함량보다 높으면 신선도 유지기능보다 숙성(발효)효과가 증대되는 문제가 있다. 이에, 상기 제조예 1 내지 3에서의 상기 바이오 세라믹 조성물의 함량은 신선도를 유지기능을 보유하면서도 숙성(발효)효과가 최소화되는 범위를 설정한 것이다.
시험예 1 : 항균시험
제조예 3에 따라 제조된 상기 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기를 제작하여 4가지 균주에 따른 항균시험을 수행하고 그 결과를 아래 표 및 도 1 내지 4에 나타내었다.
균주1
Staphylococcus aureus ATCC 6538P
접종직후의 균수 1.5 ×104 -
24시간 배양후의 균수 3.2 ×104 <0.63
항균활성치 - 4.7 (99.9%)
균주2
Escherichia coli
ATCC 8739
접종직후의 균수 2.0 ×104 -
24시간 배양후의 균 1.3 ×106 7.1 ×102
항균활성치 - 3.2 (99.9%)
균주3
Klebsiella pneumoniae
ATCC 4352
접종직후의 균수 1.9 ×104 -
24시간 배양후의 균 5.1 ×105 2.2 ×102
항균활성치 - 3.3 (99.9%)
균주4
Salmonella typhmurium ATCC 14028
접종직후의 균수 1.4 ×104 -
24시간 배양후의 균 5.0 ×105 3.4 ×103
항균활성치 - 2.1 (99.2%)
*항균력(JIS Z 2801 : 2012), 세균수/㎠, 항균활성치 log
시험예 2 : 신선도 자가시험
제조예 3에 따라 제작된 용기(실험군)과 마스터배치로 제작되지 않은 일반용기(대조군)에 각각 신선한 바나나를 넣고 실온(15℃)에서 8일간 보관한뒤, 시간에 따른 신선도를 관찰하여 도 5 및 6에 나타내었다. (한국에스지에스(주), 관찰소견서 번호 F690101/LF-CTSAYHA22-08936, 관찰기간 2022. 05. 31 ~ 2022.06.08.). 도 5 및 도 6에서 보는바와 같이, 3일차까지 대조군과 시험군의 용기 모두 바나나 본연의 성상과 색을 온전히 유지하였으나, 8일차에는 부분적으로 변색현상이 관찰되었다. 하지만, 대조군의 용기의 바나나가 시험군의 바나나보다 더 넓은 부분에서 변색현상이 관찰되므로 시험군의 용기가 시료의 보관 중에 발생하는 변화를 억제하는 효과 (신선도 유지효과)가 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 제조예 3에 따른 용기에 과자, 견과류, 채소 등 일반 식품을 상온에서 저장하는 경우에도 보존기간을 증가시키는 효과를 확인할 수 있었다.
한편, 도 7 내지 9는 상기 제조예 3에 따라 제작된 용기(실험)와 상기 바이오 세라믹 조성물을 포함하지 않은 일반용기(대조군)에 각각 상추를 넣어 냉장온도(5℃)에서 42일 동안 보관하며 6회에 걸쳐 신선도를 관찰한 것이다. (한국에스지에스(주), 관찰소견서 번호 F690101/LF-CTSAYHA22-14947, 관찰기간 2022. 09. 29 ~ 2022.11.10.). 도면에 도시된 바와 같이, 20일차까지 대조군과 제품군 용기 모두 로메인 상추 본연의 성상과 색을 온전히 유지하였으나, 40일차 및 42일차로 시간이 경과되면서 시험군(제품군) 보다 대조군의 변화정도가 더 뚜렷하게 관찰되는 것을 알 수 있다. 따라서, 시험군의 경우 변화정도가 대조군에 비해 미비하여 보존상태가 상대적으로 양호함을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명을 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명하였으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적사상과 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
S10 : 재료혼합단계
S20 : 용융단계
S30 : 사출단계
S40 : 취출단계

Claims (6)

  1. 바이오 세라믹 조성물 0.75 ~ 2.5 중량%와 합성수지 97.5 ~ 99.25 중량%를 혼합하여 제조된 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기.
  2. 바이오 세라믹 조성물 0.75 ~ 2.5 중량%, 안료 2~4 중량%, 합성수지 93 ~ 97.5 중량%를 혼합하여 제조된 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이오 세라믹 조성물은 산화규소(SiO2) 50 ~ 63중량%, 산화알루미늄(Al2O3) 12 ~ 30중량%, 산화칼륨(K2O) 2 ~ 13중량%, 산화철(Fe2O3) 2 ~ 5중량% 성분을 포함하는 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 바이오 세라믹 조성물은 고령토를 380 ~ 420℃ 범위에서 제1차 열처리하고, 상온에서 제1차 냉각한 후, 냉각된 상기 고령토를 분쇄하는 제1차 분쇄하고, 분쇄된 고령토 분말을 730 ~ 770℃ 범위에서 제2차 열처리한 후, 제2차 냉각 및 냉각된 상기 고령토 분말을 제2차 분쇄하여 제조되는 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바이오 세라믹 조성물은 상기 제2차 분쇄 후 1,000 mesh 이상의 입도를 갖는 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바이오 세라믹 조성물은 1.25 ~ 1.75 중량%로 마련되는 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기.
KR1020230054948A 2022-04-26 2023-04-26 바이오 세라믹 조성물을 이용한 기능성 용기 KR20230151937A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR940000480A (ko) 1992-06-03 1994-01-03 김흥기 삼중구조의 스틸렌- 부타디엔계 라텍스 및 그의 제조방법

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