웰빙 용기용 친환경 생분해성 나노복합수지 조성물

웰빙 용기용 친환경 생분해성 나노복합수지 조성물{COMPOSITION OF ECO-FRIENDLY BIO NEW MATERIAL}

본 발명은 웰빙 용기용 친환경 생분해성 나노복합수지 조성물에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 친환경 폴리락트산(poly lactic acid) 100 중량부, 토르마린 7?10 중량부, 제올라이트 3?5 중량부, 황토 3?5 중량부 및 원적외선 방사 음이온 발생용 인산염 모나자이트 광물 5?10 중량부가 함유되어 있는 웰빙 용기용 친환경 생분해성 나노복합수지 조성물에 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 있다. 가장 많이 사용하는 생분해성수지 주원료는 PLA(Polylactide, 옥수수 전분)로 전분에서 추출한 젖산을 이용하여 생분해성수지를 생산하고 있으며, 생분해성수지를 소재로 다양한 친환경 제품이 상품화되고 있다.

종래의 생분해성 수지는 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.

전기석인 토르마린과 장석류 일종의 광물인 음이온 치환능력이 뛰어난 제올라이트를 혼합한 기술로 건강보조물로 많은 제품이 상품화되어 생산되고 있다. 기술적인 부분은 혼합 비율이며, 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 발명은 배경기술의 문제점을 끊임없는 연구와 실험으로 해결하여 친환경 바이오 신소재를 융합한 제조기술을 발명하는 계기가 되었다.

오늘날 고분자 플라스틱을 소재로 사용하는 영역이 보다 확대되고 있는데 비례하여 이들 소재의 사용에 따른 환경적 피해도 확대되고 있다. 플라스틱에 함유된 환경호르몬은 환경을 파괴할 뿐만 아니라 인체에도 유해한 것으로 지적되고 있다. 반면에, 국민의 의식수준 증대에 따라 국민들의 건강에 대한 관심은 높아지고 있으며, 이에 맞추어 천연광물에서 인체에 유익한 원적외선 방사나 음이온이 발생되고

있다는 것이 밝혀진 후부터 친환경 생분해성 나노복합수지, 토르마린, 제올라이트, 황토, 맥반석, 흑운모류 등의 천연광물을 수지물에 혼합하여 각종 생활제품에 응용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 건강에 대한 관심이 고조됨에 따라 이러한 욕구에 부응하기 위하여 황토방, 맥반석 원적외선 체험실, 옥매트, 황토매트, 숯매트등 여러 종류의 건강보조용품이 개발되고 있으며, 이들은 대부분 음이온이나 원적외선을 발생시키는 수단으로 이용되고 있다.

양이온은 인체내에서 과량의 세로토닌(serotonin)/히스타민을 분비하게 하여 건강을 해치며 허파의 산소흡수능력을 저하시키는데 비하여 음이온은 혈액중의 미네랄 성분의 이온화율을 상승시켜 알칼리화 함으로써 혈액을 정화시키고, 세포막에서의 전기적 물질 교류를 촉진시켜 신진대사를 왕성하게 하여 체내의 노폐물을 신속히 배출시키는 한편, 혈청속의 면역성분인 γ-글로브린의 양을 증가시켜 저항력을 증대시키고 자율신경계통, 혈액 및 임파액을 활성화시킨다. 이와 같은 효과를 얻기 위하여 전기적으로 음이온을 발생시켜 공기를 정화시키는 음이온 발생장치가 자동차용, 실내용이나 건물용으로 개발되고 있다. 그러나 전기적으로 음이온을 발생시키는 방식은 밀폐된 공간내에서의 일산화탄소 농도를 증대시키고 오존 발생이 인체의 기관지에 악영항을 미친다.

음이온의 자연발생원으로서는 폭포, 소나무숲, 암석에 파도가 치는 해변근처 등을 들 수 있으며, 이같은 발생원에서는 보통 3000-4000개/cc 정도의 음이온이 대기내에 존재하는 것으로 알려져 있다. 한편, 원적외선은 인체의 70이상을 차지하는 물분자를 공명시켜 세포를 활성화시키고, 혈액순환을 도우며 혈액에 포함된 용존산소의 충분한 공급으로 근육등의 피로회복을 돕는 인체에 유익하다.

그러나, 이러한 종래의 원적외선 방사물질들을 응용하는 기술들은 각각 그 특성에 따라서 적용범위가 한정되어 있거나, 사용된 원적외선 방사물질이나 음이온 물질이 서로 다른 조성을 가지고 있는 경우로서, 광범위한 응용을 제안하고 있지 못하며, 특히 일상생활에 밀접한 인체적용 기술에서는 원적외선 방사수치나 음이온 발생수치가 극히 미미하여 효과를 제대로 발휘하고 있지 못할 뿐만 아니라, 그 사용범위가 극히 제한되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서 생분해성 수지의 기계적 물성과 물리적, 열적 특성이 취약한 단점을 개선하고 생분해성 수지에 나노복합물질을 혼합하여 기계적, 물리적, 열적 특성이 강화되었고, 범용플라스틱이 사용되는 다양한 산업분야에 사용할 수 있도록 물성이 향상된 친환경 생분해성 나노복합수지를 선택하고, 비분해성 합성수지 대비 이산화탄소가 40?50％ 저감되며, 저탄소 녹색성장에 부합되는 친환경 생분해성 나노복합수지이며, 다이옥신, 에스트로겐 및 프틸레이트와 같은 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 제공하는� � 본 발명의 목적이 있다.

본 발명은 친환경 생분해성 나노복합수지에 천연소재에서 추출된 고분자를 배합한 나노복합물질과 혼합하여 기계적, 물리적 및 열적 특성 및 물성이 강화되어 범용플라스틱이 사용되는 다양한 산업분야에 적용할 수 있도록 향상된 신소재이며, 다양한 제품을 사출 성형 또는 도장하는데 문제가 없고, 친환경소재 생분해성나노복합수지로 비분해성 합성수지 대비 이산화탄소가 40?50％ 저감되며, 저탄소 녹색성장에도 부합되는 친환경소재이며 인체 무해한 당성분이 주원료로 환경호르몬이 전혀 배출 되지 않고, 친환경 생분해성 나노복합수지에 바이오 소재 광물인 토르마린과 제올라이트를 나노의 입자 크기 만큼 입도 1,300mesh?2,000mesh로 분쇄하여 분말 하나 하나의 특성을 향상시켜 친환경 생분해성나노복합수지, 토르마린 및 제올라이트를 배합 융합� � 결과 필요충분 조건을 충족시켰고, 샘플링으로 실험한 결과 친환경 바이오 신소재는 비분해성 합성수지 대비 이산화탄소가 40?50％ 저감되며, 저탄소 녹색성장에도 부합되며, 다량의 원적외선과 음이온 발생으로 친환경 바이오산업의 위상을 시장 경제성에 있어 수십 단계 끌어올리는 계기가 될 것으로 확신하다.

본 발명은 친환경 생분해성 나노복합수지이며, 비분해성 합성수지 대비 이산화탄소가 40?50％ 저감되고, 저탄소 녹색성장에도 부합되는 친환경 바이오신소재며, 다이옥신, 에스트로겐 및 프틸레이트와 같은 환경호르몬이 전혀 발생되지 않았고, 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, 다량의 음이온 발생으로 양이온 치환작용이 뛰어나 공기정화 및 유해물질을 정화하고, 정신 안정, 면역력증강에 뛰어난 친환경 바이오 신소재이다.

본 발명은 폴리락트산(poly lactic acid) 100 중량부; 토르마린 7?10 중량부; 제올라이트 3?5 중량부; 황토 3?5 중량부 및 원적외선 방사 음이온 발생용 인산염 모나자이트 광물 5?10 중량부가 함유되어 있으며, 상기 인산염 모나자이트 광물은 (Ce, La, Y, Th)PO ₄ 로 이루어져 있으며, 조성성분이 플르오르(F)의 함유율 4.7 중량%, MgO의 함유율 0.62 중량%, Al ₂ O ₃ 의 함유율 0.72 중량%, SiO ₂ 의 함유율 5.2 중량%, P ₂ O ₅ 의 함유율 2.3 중량%, S0 ₃ 의 함유율 4.4 중량%, Cl의 함유율 1.1 중량%, K ₂ O의 함유율 0.074 중량%, CaO의 함유율 1.8 중량%, Kr의 함유율 0.019 중량%, SrO의 함유율 1.2 중량%, BaO의 함유율 4.5 중량%, La ₂ O ₃ 의 함유율 23 중량%, CeO ₂ 의 함유율 34 중량%, Pr ₆ O ₁₁ 의 함유율 3.3 중량%, Nd ₂ O ₃ 의 함유율 8.1 중량%, Sm ₂ O ₃ 의 함유율 0.76 중량%, ThO ₂ 의 함유율 0.16 중량% 및 Y ₂ O ₃ 의 함유율 4.047 중량%으로 이루어진 것이며 평균입자지름이 1 내지 100㎛인 원적외선 방사 및 음이온 발� �용 인산염 모나자이트 광물인 것을 특징으로 하는 웰빙 용기용 친환경 신소재 생분해성 나노복합수지 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 나노복합수지 조성물은 화장품 용기, 의약품 용기, 유아용 용기 및 젓병 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 친환경 바이오 신소재 생분해성 나노복합수지 조성물은 범용플라스틱 수준으로 사출 성형하여 친환경 바이오 신소재로 제조된 것; 건축자재를 도장하는 건축자재 도장용 친환경 바이오 신소재로 제조된 것; 건강보조물를 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재로 제조된 것; 조명기구물를 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재로 제조된 것; 산모의 유축과 유축하는 가축의 유축을 돕는 유축기 기구물를 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재로 제조된 것; 의료용 기구물을 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재로 제조된 것; 유아와 어린이용 용품 및 놀이기구물을 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재로 제조된 것; 및 기능성 의류를 제조하는데 사용되는 친환경 바이오 신소재로 제조된 것 중에서 선택되는 어느 하나의 친환경 바이오 신소재인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 생분해성 수지는 PLA(Polylactide, 옥수수전분)에서 추출한 나노복합물질인 폴리락트산(poly lactic acid)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.

본 발명에서 사용되는 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.

본 발명에서 사용되는 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 발명에서 사용되는 인산염 모나자이트 광물은 (Ce, La, Y, Th)PO ₄ 로 이루어져 있으며, 조성성분이 플르오르(F)의 함유율 4.7 중량%, MgO의 함유율 0.62 중량%, Al ₂ O ₃ 의 함유율 0.72 중량%, SiO ₂ 의 함유율 5.2 중량%, P ₂ O ₅ 의 함유율 2.3 중량%, S0 ₃ 의 함유율 4.4 중량%, Cl의 함유율 1.1 중량%, K ₂ O의 함유율 0.074 중량%, CaO의 함유율 1.8 중량%, Kr의 함유율 0.019 중량%, SrO의 함유율 1.2 중량%, BaO의 함유율 4.5 중량%, La ₂ O ₃ 의 함유율 23 중량%, CeO ₂ 의 함유율 34 중량%, Pr ₆ O ₁₁ 의 함유율 3.3 중량%, Nd ₂ O ₃ 의 함유율 8.1 중량%, Sm ₂ O ₃ 의 함유율 0.76 중량%, ThO ₂ 의 함유율 0.16 중량% 및 Y ₂ O ₃ 의 함유율 4.047 중량%으로 이루어진 것이며, 평균입자지름이 1 내지 100㎛인 인산염 모나자이트 광물 분말이며, 0.1?5 중량부 혼합한 것이고, 원적외선 방사 및 음이온 발생용 친환경 인산염 모나� ��이트 광물로 사용되고 있다.

본 발명에 따르면 폴리락트산(poly lactic acid) 100 중량부, 토르마린 7?10 중량부, 제올라이트 3?5 중량부 및 원적외선 방사 음이온 발생용 인산염 모나자이트 광물 5?10 중량부가 함유되어 있는 것이 바람직하다.

토르마린의 배합비가 10 중량부를 초과하면 토르마린의 인체에 대한 반응성이 커져서 명현 반응의 정도가 심해지며, 만약 토르마린의 배합비가 20 중량부를 넘어서면 토르마린이 인체에 급격하게 반응하여 피부가 붉어지거나 가려움을 느끼게 하는 명현반응이 급격하게 야기된다. 반대로 토르마린의 배합비가 7 중량부 미만이면, 토르마린 첨가의 효과가 크지 않아 인체에 유용한 반응을 제대로 일으키지 못하는 문제가 있다.

제올라이트의 배합비가 5 중량부를 초과하게 되면, 제오라이트가 토르마린의 움직임을 크게 자극하여 억제 효과가 야기되며, 제오라이트의 배합비가 5 중량부 이상이 되면 토르마린의 움직임을 급격하게 자극하여 억제 효과를 크게 나타내는 문제가 있다. 제올라이트 배합비가 3 중량부 미만이면 제올라이트의 토르마린 자극 효과가 부족하게 되는 문제가 있다.

본 발명에서 사용되는 토르마린은 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 음이온과 원적외선이 방출된다.

본 발명에서 사용하는 황토는 다량의 탄산칼슘을 가지고 있으며, 탄산칼슘에 의해 쉽게 부서지지 않은 점력을 지니고 물을 가하면 찰흙으로 변하는 성질이 있다. 또한, 본 발명에서 사용하는 황토는 석영, 장석, 운모 및 방해석 등이 들어 있어서 이들 물질이 철분과 함께 산화작용을 받아 황색, 자색, 적색, 회색 및 미녹색 등의 색깔을 나타낸다. 본 발명에서 사용하는 황토는 열 또는 자연광에 의해 인체에 유익한 원적외선을 방출하며, 습할 때 수분을 흡수하고, 건조할 때 수분을 방출하여 습도조절기능이 우수할 뿐만 아니라, 여러 가지의 유익한 성분이 함유되어 냄새와 노폐물을 제거할 수 있으며, 인체노화의 원인이 되는 과산화지질을 중화 내지 희석시켜 체질을 개선하고 노화를 억제하는 기능이 수행한다. 또한, 본 발명에서 사용하는 황토는 복사난방에 의한 열 전달로 저온에서도 체감온도가 높고 원적외선이 인체에 흡수되면 공진공명 작용 및 자기발열 현상을 일으켜 음이온이나 원적외선을 발생시키는 수단으로 기대할 수 있다.

본 발명의 웰빙 용기 제품 중에서 화장품 용기 특성을 검토한 결과는 다음과 같다. 시료의 원적외선 방사효능과 음이온 발생효과를 표 1에 나타내었다. 본 실험은 온도40℃에서 FT-IR 스펙트로 메터에 의해 실험하였다. 주로 5㎛ 내지 20㎛의 파장 대에서 원적외선의 방사율을 측정한 것이고, 온도 조건은 사람의 체온보다 작은 실온에서 실험을 하였다.

본 발명의 웰빙 용기 제품 중에서 의약품 용기의 특성을 검토한 결과는 다음과 같다. 시료의 원적외선 방사효능과 음이온 발생효과를 표 2에 나타내었다. 주로 5㎛ 내지 20㎛의 파장 대에서 원적외선의 방사율을 측정한 것이고, 온도 조건은 사람의 체온보다 작은 실온에서 실험을 하였다.

본 발명의 웰빙 용기 제품 중에서 젓병 용기 특성을 실험하여 검토한 결과는 다음과 같다. 시료의 원적외선 방사효능과 음이온 발생효과를 표 3에 나타내었다. 주로 5㎛ 내지 20㎛의 파장 대에서 원적외선의 방사율을 측정한 것이고, 온도 조건은 사람의 체온보다 작은 실온에서 실험을 하였다.

이상의 결과로 보아 본 발명의 친환경성 바이오 마감재는 원적외선 방사율과 음이온 발생개수가 인체에 매우 유익한 물성을 나타내고 있으며 항균 기능이 매우 우수함을 확인할 수 있었다.

본 발명에서 토르마린의 함유량이 10 중량부에서 방사율과 방사에너지가 급격하게 증가하고 있으며, 토르마린을 그 이상 증가하더라도 방사율과 방사에너지의 증가 속도가 작아지면서 오히려 방사온도가 급격하게 증가하여 명현반응과 같은 부작용을 초래한다. 본 발명에서 음이온 방출수의 경우에도 토르마린이 7 중량부에서 증가하기 시작하여 10 중량부에서 그 증가 속도가 현저하며, 보통 숲속에서 인체에 상쾌하게 느껴지는 공기 1cc당 음이온 분포량을 1,000 내지 2,000개 수준으로 볼 때 그 효과가 뛰어나다고 볼 수 있다.

본 발명에서 제올라이트는 양이온 교환 능력에 의하여 피부의 살균, 탈취 및 항균작용을 수행하게 되는데 제올라이트의 비중이 증가할수록 양이온 치환능력은 점차 증가하지만 3?5 중량부 이상이 되면 양이온 치환능력이 둔화되면서 다른 한편으로 토르마린의 음이온 발생효과를 억제하는 부작용이 발생한다.

본 발명은 친환경 바이오 신소재로 기계적, 물리적 및 열적 특성 및 물성이 강화되어 범용플라스틱이 사용되는 다양한 산업분야에 적용하여 제품을 생산하는데 사용되고, 친환경 바이오 제품으로 의학용 보조 건강기구와 같은 제품을 사출 성형 또는 도장하는 친환경 바이오 신소재로 사용할 수 있다.