KR101787554B1 - 양초용 탄소소재 심지 및 이를 포함하는 양초 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소소재를 포함하는 양초용 심지에 관한 것이다. 또한, 상기 양초용 심지를 포함하는 양초에 관한 것이다. 본 발명은 상기 양초용 심지를 사용하여 연소 시 연소된 심지의 길이가 길게 남지 않고, 심지의 재가 떨어지지 않는 양초를 제공할 수 있다.

Description

양초용 탄소소재 심지 및 이를 포함하는 양초{Carbon material wicks for candles and candles containing thereof}
본 발명은 탄소소재를 포함하는 양초용 심지 및 이를 포함하는 양초에 관한 것이다.
전기적 조명과 같은 인공 광원과 달리 양초(candle)는 천연 광원으로서 따뜻함과 특별한 분위기를 제공할 수 있고, 탈취 및 방향 등의 부가적 장점 때문에 오히려 그 사용량이 점차 늘어나는 추세이다. 양초(Candle)는 파라핀, 밀랍 등과 가연성 고체를 성형하고, 중심에 심지(wick)가 삽입된 등화용 연료이다. 심지에 불을 붙이면 심지 하단에 위치하는 양초가 녹게 되고, 액화된 양초는 모세관 현상에 의해 심지를 따라 상부로 유동하여 심지의 끝부분에서 기화 및 연소하여 불꽃이 타오르게 된다. 양초의 겉불꽃의 연소 온도는 1400℃ 이상이고, 가장 밝은 속불꽃의 온도는 1200℃ 이상이고, 불꽃심의 온도는 400 내지 900℃이다.
상기 심지는 재질의 형태로 면심지, 나무심지, 아연심지 및 종이심지 등이 통상적으로 사용되고 있지만, 종래의 심지가 삽입된 양초는 다음과 같은 고유의 문제점이 있다.
첫째, 연소된 심지가 너무 길게 남겨지는 경우이다. 연소된 심지가 너무 길게 남게 되면, 양초의 불꽃 크기가 커지며, 양초가 너무 빨리 연소되고, 연소로 인한 그을음도 많이 생기게 된다. 따라서 불꽃의 크기를 조절하기 위해, 주기적으로 심지를 잘라 주어거나, 양초의 촛농을 버려야하는 불편함이 있다. 또한, 면심지의 경우, 촛불을 끄고 나면 심지 끝이 구부러지는 경우가 있어서, 촛불을 붙이기 전에 심지를 짧게 잘라줘야 하는 번거로움이 있다.
두 번째, 심지에서 재가 떨어지는 문제가 있다. 심지의 재가 떨어지면 양초가 오염되고, 미관상으로도 매우 지저분하며, 재를 제거해주어야 하는 불편함이 있다.
최근에는 천연섬유로 만든 스모크리스 심지(smokeless wick), 에코심지(eco wick) 등이 개발되어, 연소 시 그을음을 줄이고, 연소 시 심지가 알맞게 타들어가는 기술 등이 개발되고 있지만, 천연섬유의 재질적 한계 때문에, 상기와 같은 문제점을 해결하기에는 역부족한 실정이다.
미국공개특허공보 제2012-0148966호에는 양초심지가 수직으로 배향되어 플러스 형상 구조를 갖는 양초심지에 대해 개시하고 있으며, 상기 플러스 형상 구조를 통해 양초 심지를 직립 방식으로 지지할 수 있지만 그을음 및 재의 문제를 여전히 개선하지 못하고 있다.
한국등록특허공보 제1492333호는 국수나무 줄기의 속대로부터 제조된 천연소재 양초심지를 개시하고 있으며, 천연소재 양초심지를 통해 불완전 연소를 억제할 수 있는 효과를 개시하고 있다. 그러나 심지 소재로 탄화수소류의 유기물을 사용함에 따라 여전히 그을음 및 재의 발생이 문제가 될 수 있고, 천연소재의 물리화학적 특성이 균일하지 않아 제품별로 그을음 및 재 발생량의 편차가 넓다는 문제점이 있었다. 따라서 그을음 및 재가 원천적으로 발생하지 않고 연소되고 남은 심지의 길이를 일정하게 유지할 수 있는 기술개발이 필요한 실정이다.
미국공개특허공보 제2012-0148966호(2014.06.14.) 한국등록특허공보 제1492333호(2015.02.04.)
상기의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 탄소소재를 포함하는 심지를 사용하여, 연소 시 탄소소재가 이산화탄소(CO2) 가스로 기화되어, 종래 심지에 비하여 심지의 길이가 길게 남지 않고, 연소로 인해 심지의 재가 떨어지는 현상이 현저하게 줄어드는 양초용 심지와 상기 양초용 심지를 포함하는 양초를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 탄소소재를 포함하는 양초용 심지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄소소재는 탄소섬유, 활성탄소, 탄소나노튜브, 흑연, 카본블랙, 그래핀, 산화그래핀 및 탄소복합재료 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물 또는 복합체일 수 있으나, 본 발명의 목적을 달성하는 한에서 제한하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄소소재는 장섬유, 단섬유, 직물 및 입자에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 심지는 (ⅰ) 탄소소재 단독으로 이루어진 심지, (ⅱ) 바인더 및 펄프에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재가 분산된 심지, (ⅲ) 천연섬유 및 합성섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 섬유로 이루어진 직물 내에 탄소소재를 포함하는 심지, (ⅳ) 천연섬유 및 합성섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 섬유로 이루어진 직물 내에 탄소소재를 포함하고, 상기 직물에 바인더가 도포 또는 함침된 심지, (ⅴ) 바인더 및 펄프에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 매트릭스 내에, 탄소소재와, 천연섬유의 단섬유 및 합성섬유의 단섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 단섬유를 포함하는 심지에서 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 심지는 모세관 현상에 의해 양초의 연료를 이동시킬 수 있도록 심지 내에 기공을 포함하는 웹 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 심지는 나무 심지, 아연심지, 주석심지 및 아연-주석 혼합 금속 심지에서 선택되는 지지체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 바인더는 용융온도가 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[식 1]
양초에 사용된 연료의 용융온도 < 바인더의 용융온도
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 심지는 왁스로 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 심지는 심지클립을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 심지를 포함하는 양초에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양초는 파라핀왁스, 파라핀오일, 소이왁스, 밀랍왁스, 팜왁스 및 젤왁스 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 연료를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연료는 향료, 염료에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 양초용 심지는 탄소소재를 포함함으로써 연소 후 종래 심지에 비하여 심지의 길이가 길게 남지 않으므로 심지를 별도로 잘라줄 필요가 없어 사용이 편리한 장점이 있다.
또한, 연소로 인해 심지의 재가 떨어지는 현상이 현저하게 줄어들어 양초가 오염되지 않으며, 미관상 깨끗하게 연소되는 장점이 있다.
또한, 연소로 인한 연기 및 그을음 발생이 현저히 감소되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 판 형태의 양초용 심지(10a)와 연료(20)를 포함하는 양초를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 꼬여진 형태의 양초용 심지(10b)와 연료(20)를 포함하는 양초를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사선 그물망으로 직조된 빨대형 심지(10c)의 단면을 나타낸 것이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 직선 그물망으로 직조된 빨대형 심지(10d)의 단면을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더의 매트릭스 내에 탄소소재 입자(200a)가 분산된 심지를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더의 매트릭스 내에 탄소소재 단섬유(200b)가 분산된 심지를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 바인더의 매트릭스 내에 탄소소재 장섬유(200c)가 분산된 심지를 나타낸 것이다.
도 8은 펄프(200d)로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재 입자(200a)가 분산된 심지를 나타낸 것이다.
도 9는 펄프(200d)로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재 단섬유(200b)가 분산된 심지를 나타낸 것이다.
도 10은 펄프(200d)로 이루어진 매트릭스 내에 따른 탄소소재 장섬유(200c)가 분산된 심지를 나타낸 것이다.
도 11은 섬유(200e)로 이루어진 직물 내에 탄소소재 입자(200a)가 분산된 심지를 나타낸 것이다.
도 12는 섬유(200e)로 이루어진 직물 내에 탄소소재 단섬유(200b)가 분산된 심지를 나타낸 것이다.
도 13은 섬유(200e)로 이루어진 직물 내에 따른 탄소소재 장섬유(200c)가 분산된 심지를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소소재를 포함하는 시트의 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 양초의 정면 사진이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 양초의 측면 사진이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 함량비 또는 혼합비는 다른 정의가 없다면 각 성분들의 중량을 기초로 정의되는 것이다.
본 발명의 발명자들은 양초용 심지에 탄소소재를 포함함으로써 심지의 연소 시 탄소소재가 이산화탄소(CO2) 가스로 직접 기화되어 그을음 및 재가 거의 발생하지 않음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 양초용 심지는 모세관 현상에 의해 심지의 상단부로 양초의 연료를 이동시킬 수 있도록 심지 내에 기공을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 기공을 포함하는 경우 심지 주변의 연료를 잘 빨아올려 불꽃 크기가 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 심지의 불꽃이 타면서 심지가 같이 타들어갈 수 있는 특징이 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 관하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 탄소소재를 포함하는 양초용 심지에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 탄소소재는 구성 원자 대부분, 적어도 90% 이상이 탄소원자로 이루어진 소재로써, 탄소와 탄소 간의 결합을 통해 내열성, 내구성 및 전도성이 우수한 소재를 의미한다.
본 발명의 일 양태에서, 탄소소재로 인한 그을음 감소 및 재가 거의 발생하지 않는 효과를 발현하기 위해서는 상기 탄소소재의 탄소 함량이 심지 총 중량에 대하여, 40 내지 100 중량%인 것이 바람직하며, 더욱 좋게는 50 내지 100 중량%인 것이 바람직할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상기 탄소 함량이 40 중량% 미만으로 포함되더라도 그 효과의 정도는 감소될 수 있으나, 전혀 발현되지 않는 것은 아니므로 필요에 따라 조절하여 사용될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서 상기 탄소소재는 탄소섬유(carbon fiber), 활성탄소(activated carbon), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연(graphite), 카본블랙(carbon black), 그래핀(graphene), 산화그래핀(graphene oxide fiber) 및 탄소복합재료 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물 또는 복합체일 수 있다.
구체적인 일 예로, 탄소소재가 탄소섬유(carbon fiber)인 경우는 레이온계 탄소섬유, 팬(PAN)계 탄소섬유 및 피치(Pitch)계 탄소섬유 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 탄소복합재료는 기존 탄소섬유의 기계적 강도를 높인 소재이다. 일 예로, 탄소섬유를 페놀릭 수지에 함침하고 탄화하여 1000 내지 2500 ℃의 고온에서 흑연화시켜 강도를 높인 탄소-탄소 복합재료, 또는 유기계 실리콘 고분자인 폴리카보실란(Polycarbosilane)을 전구체로 사용하여 800 내지 1200℃에서 소결된 탄화규소(SiC) 복합재료 등일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탄소소재는 장섬유, 단섬유, 직물 및 입자에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 형태인 것일 수 있으며, 심지 내에 탄소소재 분산체로 포함하는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 탄소소재 장섬유는 앞서 설명한 바와 같이 탄소섬유(carbon fiber), 활성탄소(activated carbon), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연(graphite), 카본블랙(carbon black), 그래핀(graphene), 산화그래핀(graphene oxide fiber) 및 탄소복합재료 등으로 제조된 장섬유인 것일 수 있다. 상기 장섬유의 길이는 심지를 형성할 수 있다면 특별히 제한되지 않는다. 비한정적인 일 예로, 상기 장섬유는 직경이 0.01 내지 50 ㎛, 좋게는 0.1 내지 20 ㎛일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 기공을 포함하는 직물 등으로 제조가 유리할 수 있다.
상기 탄소소재 단섬유는 상기 장섬유에 비하여 섬유의 평균 길이가 짧은 섬유이다. 비 한정적인 일 예로, 탄소소재의 단섬유는 직경이 0.01 내지 50 ㎛, 좋게는 0.1 내지 20 ㎛일 수 있으며, 평균길이가 0.01 내지 25 ㎜, 좋게는 0.1 내지 20 ㎜, 더욱 좋게는 1 내지 10 ㎜일 수 있으나 심지에 사용되는 물성의 범위라면 특별히 제한되지 않는다. 상기의 범위를 만족하는 경우, 탄소소재 단섬유의 분산이 좋아 바인더 등과 균일하게 혼합될 수 있다.
상기 탄소소재 직물은 탄소소재를 직조 또는 전기 방사하여 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 탄소소재 장섬유를 직조하여 제조되거나, 상기 탄소소재 장섬유와 다른 섬유를 혼합하여 직조된 것일 수 있다. 또한, 상기 탄소섬유(carbon fiber), 활성탄소(activated carbon), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연(graphite), 카본블랙(carbon black), 그래핀(graphene), 산화그래핀(graphene oxide fiber) 및 탄소복합재료 등을 포함하는 방사용액을 전기방사하여 제조되는 것일 수 있으며, 전기 방사로 제조될 경우, 치밀한 미세공극이 형성된 기공을 갖는 웹 형태일 수 있다. 상기 전기 방사는 당업계에 공지된 방법이라면 제한되지 않으며, 예시적으로, 대한민국 등록특허 제10-1392227호, 대한민국 공개특허 제10-2016-0000112호, 대한민국 등록특허 제10-2013-0073481호, 대한민국 등록특허 제10-0783490호, 대한민국 등록특허 제10-1370867호 등이 참조될 수 있다.
상기 탄소소재 입자는 상기 탄소섬유(carbon fiber), 활성탄소(activated carbon), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 흑연(graphite), 카본블랙(carbon black), 그래핀(graphene), 산화그래핀(graphene oxide fiber) 및 탄소복합재료 등의 입자일 수 있다. 상기 ‘입자’는 단섬유보다 미세한 크기의 분말을 의미한다. 상기 탄소소재 입자의 평균 입경은 10 내지 5000 ㎚, 좋게는 100 내지 3000 ㎚일 수 있으나, 심지를 형성하기 위한 목적이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기의 범위인 경우, 탄소소재 입자의 분산성이 좋아 바람직할 수 있다.
본 발명에서는 심지가 연소되는 방향을 “길이방향”이라고 칭한다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 양초용 심지의 길이는 길이방향에 대해, 설계된 양초의 형상이나 크기를 고려하여 심지의 길이와, 평균직경 또는 폭을 조절할 수 있다. 일 예로, 심지의 길이방향에 대해, 길이가 1 내지 50 ㎝, 좋게는 3 내지 30 ㎝, 더욱 좋게는 5 내지 15 ㎝일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 심지의 평균직경 또는 폭은 0.01 내지 100 ㎜, 좋게는 0.1 내지 50 ㎜, 더욱 좋게는 0.5 내지 20 mm일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
이하는 본 발명의 탄소소재를 포함하는 양초용 심지에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명을 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 일 양태를 설명하기 위하여 예시한 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 양초용 심지는 도 1에 도시한 바와 같이 판 형태의 심지(10a), 도 2에 도시한 바와 같이 꼬인 형태의 심지(10b) 및 도 3 및 4에 도시한 바와 같이 빨대 형태의 심지(10c, 10d)인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 판 형태의 심지(10a)와 연료(20)를 포함하는 양초를 나타낸 것이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 꼬인 형태의 심지(10b)와 연료(20)를 포함하는 양초를 나타낸 것이다. 이때, 꼬인 형태는 두 개 이상의 섬유 다발을 도 2와 같이, 교차하여 제조할 수 있다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 빨대 형태의 심지(10c, 10d)의 단면을 나타낸 것이다. 상기 빨대 형태는 원기둥의 내부가 비어있는 형태를 의미한다. 도 3은 사선 그물망으로 직조된 빨대형태의 심지(10c)를 나타낸 것이고, 도 4는 직선 그물망으로 직조된 빨대형태의 심지(10d)를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 양태에서 상기 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 양초용 심지는 (ⅰ) 탄소소재 단독으로 이루어진 심지, (ⅱ) 바인더 및 펄프에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재가 분산된 심지, (ⅲ) 천연섬유 및 합성섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 섬유로 이루어진 직물 내에 탄소소재를 포함하는 심지, (ⅳ) 천연섬유 및 합성섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 섬유로 이루어진 직물 내에 탄소소재를 포함하고, 상기 직물에 바인더가 도포 또는 함침된 심지, (ⅴ) 바인더 및 펄프에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 매트릭스 내에, 탄소소재와, 천연섬유의 단섬유 및 합성섬유의 단섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 단섬유를 포함하는 심지에서 선택되는 것일 수 있다.
보다 구체적으로 (ⅰ) 탄소소재 단독으로 이루어진 심지에 대하여 설명한다.
상기 (ⅰ)양태의 탄소소재는 탄소섬유, 활성탄소, 탄소나노튜브, 흑연, 카본블랙, 그래핀, 산화그래핀 및 탄소복합재료에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물 또는 복합체인 것일 수 있으며, 그 형태는 장섬유 또는 직물 형태인 것일 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 상기 탄소소재로 이루어진 장섬유를 여러 가닥으로 꼬아 만든 꼬인 형태의 심지인 것일 수 있다. 꼬인 형태의 심지에 대해서는 도 2에 도시된 심지(10b)와 같은 형태인 것일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 탄소소재를 포함하는 직물을 도 3 및 도 4와 같이 빨대 형태로 직조하여 이루어진 빨대 형태의 심지(10c, 10d)인 것일 수 있다. 또한, 탄소소재를 포함하는 직물을 절단하여 도 1과 같이 판 형태(10a)로 제조된 것일 수 있다. 또한, 상기 탄소소재를 포함하는 직물을 말아 도 3 및 도 4와 같이 빨대 형태로 제조된 심지(10c, 10d)인 것일 수 있다.
다음으로, (ⅱ) 바인더 및 펄프에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재가 분산된 심지에 대하여 설명한다.
상기 (ⅱ) 양태에서, 매트릭스 내에 장섬유, 단섬유, 직물 및 입자에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 형태의 탄소소재가 분산체로 포함되는 것일 수 있다. 상기 심지의 형태는 앞서 설명한 바와 같이, 도 1 내지 도 4의 형태인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 도 1과 같이 판 형태인 경우, 통상의 방법인 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 캐스팅(casting) 등의 방법을 사용하여 제조될 수 있으며, 판상의 물품으로 제조하기 위한 방법이라면 앞서 예시된 방법에 한정 받지 않는다. 도 2와 같이, 꼬인 형태의 심지는 판 형태로 제조된 심지를 절단하고 이를 꼬아서 제조하거나, 여러 가닥의 장섬유 번들을 꼬아서 제조된 것일 수 있다.
상기 (ⅱ) 양태에서, 매트릭스 소재로는 열전도도가 낮은 매트릭스 소재를 사용하는 것이 탄소소재의 높은 열전도도를 감소시켜 터널현상이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 바람직하다. 탄소소재 분산체가 매트릭스 내에서 서로 공간적으로 이격되어 형성되도록 함으로써 탄소소재 분산체 간의 열전달이 차단될 수 있으며, 매트릭스 소재의 열전달 역시 잘 이루어지지 않기 때문에 심지 주변으로 양초의 연료가 녹아들어가는 터널현상을 방지할 수 있어 더욱 바람직하다.
비한정적인 일 예로서, 상기 매트릭스 소재의 열전도도는 1 W/m·K 미만일 수 있으며, 좋기로는 0.4 W/m·K 미만, 더욱 좋기로는 0.01 내지 0.2 W/m·K의 범위를 가질 경우 터널 현상을 억제하는데 바람직할 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 (ⅱ) 양태에서, 매트릭스가 바인더로 이루어진 경우에 대하여 설명한다.
상기 (ⅱ) 양태의 심지는 바인더로 이루어진 매트릭스 내에 입자형태의 탄소소재가 분산된 심지, 바인더로 이루어진 매트릭스 내에 단섬유 형태의 탄소소재가 분산된 심지, 바인더로 이루어진 매트릭스 내에 장섬유 형태의 탄소소재가 분산된 심지를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 분산된 형태를 도 5 내지 도 7에 도시하였다. 도면을 참조하여 설명하면, 도 5는 바인더의 매트릭스 내에 탄소소재 입자(200a)가 분산된 심지를 도시하였다. 도 6은 바인더의 매트릭스 내에 탄소소재 단섬유(200b)가 분산된 심지를 도시하였다. 도 7은 바인더의 매트릭스 내에 탄소소재 장섬유(200c)가 분산된 심지를 도시하였다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 바인더는 용융온도가 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있으며, 이하 모든 양태에서 동일하게 적용될 수 있다.
[식 1]
양초에 사용된 연료의 용융온도 < 바인더의 용융온도
상기 바인더의 용융온도가 연료의 용융온도보다 높은 범위에서, 심지의 바인더가 용융되지 않고 심지의 형태를 그대로 유지할 수 있어 바람직할 수 있다. 바인더의 용융온도에 비하여 양초에 사용된 연료의 용융온도가 같거나, 높은 경우는 용융된 연료의 온도에 의해 심지의 바인더가 용융되어 심지가 곧은 형태로 유지되지 못할 수 있다.
본 발명의 일 양태로, 상기 양초에 사용되는 연료는 파라핀왁스, 소이왁스, 밀랍왁스, 비즈왁스 및 젤왁스 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 연료를 포함할 수 있다. 상기 연료의 용융온도는 40 내지 70℃일 수 있다.
또한, 상기 바인더는 폴리아미드계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 아크릴레이트계 수지, 셀룰로오스계 수지, 에폭시 수지 및 페놀계 수지 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 보다 구체적인 일 예로, 상기 바인더는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐 아세테이트, 저밀도폴리에틸렌, 선형저밀도폴리에틸렌, 중밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트 수지, 폴리이소프렌, 나일론 6, 나일론 66, 폴리에틸렌카보네이트, 폴리프로필렌폴리카보네이트, 비스페놀 A-폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 메틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스, 에폭시 수지, 페놀-포름알데히드 수지 및 파라핀 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서 바인더로 파라핀을 사용하는 경우, 양초에 사용되는 연료는 소이왁스 등 파라핀에 비하여 용융온도가 낮은 연료를 사용하는 것일 수 있다.
다음으로, 상기 (ⅱ) 양태에서, 매트릭스가 펄프로 이루어진 경우에 대하여 설명한다.
상기 (ⅱ) 양태는 펄프로 이루어진 매트릭스 내에 입자 형태의 탄소소재가 분산된 심지, 펄프로 이루어진 매트릭스 내에 단섬유 형태의 탄소소재가 분산된 심지, 펄프로 이루어진 매트릭스 내에 장섬유 형태의 탄소소재가 분산된 심지일 수 있다.
보다 구체적으로 분산된 형태를 도 8 내지 도 10에 도시하였다. 도면을 참조하여 설명하면, 도 8은 펄프(200d)로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재 입자(200a)가 분산된 심지를 도시하였다. 도 9은 펄프(200d)로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재 단섬유(200b)가 분산된 심지를 도시하였다. 도 10은 펄프(200d)로 이루어진 매트릭스 내에 따른 탄소소재 장섬유(200c)가 분산된 심지를 도시하였다.
본 발명에서 펄프로 이루어진 매트릭스는 심지의 형태 및 강도를 유지시켜 줄 수 있으며, 셀룰로오스계 섬유의 잔가지가 탄소소재를 물리적으로 안정하게 고정시킬 수 있다. 이때, 펄프는 목재 또는 식물 섬유를 기계적으로 분쇄하거나, 압력, 열, 또는 화학처리하여 제조된 셀룰로오스계 섬유일 수 있다.
상기 펄프는 기계적 또는 화학적 처리를 통해 수많은 잔가지들을 포함하도록 피브릴화된 셀룰로오스계 섬유로서 섬유의 줄기가지는 수십 ㎛의 직경을 가지지만, 줄기가지에 연결된 잔가지들은 수 ㎛의 직경을 가지며 서로 복잡하게 연결되어 있으며, 좋게는 3차원적인 망사구조를 가진 것일 수 있다. 상기 3차원적인 망사구조에 의해 펄프와 탄소소재 입자, 단섬유 또는 장섬유는 서로 물리적으로 결합 또는 얽힘 구조(entanglement)를 형성할 수 있으며, 특별한 처리를 하지 않더라도 펄프의 망사구조 내에 안정한 형태로 분산되어 높은 다공성을 가진 심지를 형성할 수 있다.
비한정적인 구체적인 일 예로, 상기 펄프는 자작나무, 유칼립투스, 참나무 등의 활엽수 및 소나무, 전나무 등의 침엽수를 원료로 한 목재 펄프, 또는 짚, 면, 닥나무의 수피 등 식물 섬유가 원료인 비목재펄프일 수 있다.
비한정적인 일 예로서, 상기 펄프의 평균 섬유 길이는 0.1 내지 20 ㎜, 좋게는 0.5 내지 10 ㎜일 수 있다. 펄프의 평균 섬유 길이가 상기 범위를 충족하는 경우, 심지의 형태 및 강도를 유지시켜 줄 수 있으며, 셀룰로오스계 섬유의 잔가지가 탄소소재를 물리적으로 안정하게 고정시킬 수 있으므로 바람직할 수 있다.
또한, 상기 (ⅱ) 양태에서, 매트릭스가 바인더와 펄프의 혼합물인 경우에 대하여 설명한다.
상기 (ⅱ) 양태에서, 매트릭스로 바인더와 펄프의 혼합물이 사용될 경우, 상기 바인더 및 펄프의 혼합비율은 1:9 내지 9:1 중량비일 수 있으며, 좋게는 2:8 내지 4:6 중량비일 수 있다. 상기의 범위인 경우, 바인더와 펄프가 효과적으로 혼합되고, 바인더에 의해 펄프에 포함된 섬유의 강직성이 보다 향상될 수 있으며, 이에 따라 심지의 강직성이 향상되어 심지 형태를 유지할 수 있어 바람직할 수 있다. 또한 탄소소재가 바인더에 의해 강하게 결착되며, 바인더에 의해 결착된 탄소소재가 펄프에 존재하는 셀룰로오스계 섬유의 잔가지에 고정됨으로써 높은 다공성 및 강한 결착력을 가질 수 있어 특히 바람직할 수 있다.
구체적인 일 예로, 바인더 및 펄프에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물과 탄소소재의 혼합비율은 10:90 내지 70:30 중량비, 더욱 좋게는 15:85 내지 45:55 중량비인 것이 바람직할 수 있다. 상기의 범위인 경우, 매트릭스 내에 탄소소재가 고정되어 탄소소재의 탈리를 방지할 수 있고, 심지의 형태를 유지할 수 있으며, 높은 탄소소재의 함량에 의해 그을음 및 재의 형성을 효과적으로 억제할 수 있어 바람직할 수 있다.
다음으로, (ⅲ) 천연섬유 및 합성섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 섬유로 이루어진 직물 내에 탄소소재를 포함하는 심지에 대하여 설명한다.
상기 (ⅲ)양태의 심지는 도 1 내지 4에 도시한 바와 같이 판 형태, 꼬인 형태 및 빨대 형태로 제조할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 (ⅲ)양태에서, 상기 천연 섬유는 면, 마, 명주, 실크 및 양모 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 섬유일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 합성 섬유는 폴리아미드계 섬유, 폴리올레핀계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리비닐알코올계 섬유, 폴리아크릴레이트계 및 폴리우레탄 섬유 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 섬유일 수 있으며 공단량체와 공중합을 통해 제조된 공중합체 섬유일 수 있다. 좋게는, 나일론 6 섬유, 나일론 66 섬유 , 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리부틸렌테레프탈레이트 섬유, 폴리비닐알코올 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 폴리(염화비닐-co-아크릴로니트릴) 또는 부탄디올 유래 폴리우레탄 섬유 등일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (ⅲ)양태에서, 직물 내에 포함되는 탄소소재는 장섬유, 단섬유, 직물 및 입자에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 형태인 것일 수 있다.
일 양태를 도 11 내지 도 13에 도시하였다. 도면을 참조하여 설명하면, 도 11은 천연섬유 및 합성섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 섬유로 이루어진 직물(200e) 내에 탄소소재 입자(200a)가 분산된 심지를 도시하였다. 도 12는 직물(200e) 내에 탄소소재 단섬유(200b)가 분산된 심지를 도시하였다. 도 13은 직물(200e) 내에 따른 탄소소재 장섬유(200c)가 분산된 심지를 도시하였다. 상기 도 13의 경우는 장섬유 형태의 탄소소재와 천연섬유 및 합성섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 섬유를 직조하여 직물을 제조한 것일 수 있다.
상기 (ⅲ)양태에서, 상기 분산은 고압에서 블로잉(blowing)하거나 스프레이로 분산하여 물리적으로 고정될 수 있다. 좋게는 탄소소재 입자 또는 단섬유를 블로잉 또는 스프레이로 섬유의 표면에 분산시킨 후, 섬유를 구성하는 고분자의 유리전이온도(glass transition temperature) 이상의 온도에서 일정시간 어닐링하여 물리적으로 결착함으로써 탄소소재 입자 또는 단섬유가 섬유로부터 탈리되지 않고 강한 결착력을 가질 수 있어 특히 바람직할 수 있다. 어닐링 시간은 2분 이상, 좋게는 5분 내지 60분일 수 있으나 섬유의 종류 및 직경에 따라 다양할 수 있으므로 이에 제한받지 않는다.
상기 (ⅲ)양태에서, 심지 총 중량에 대하여 탄소소재의 함량이 50 내지 90 중량%, 좋게는 55 내지 85 중량%를 포함할 수 있으나, 발명의 목적을 달성하는 한에서는 특별히 제한되지 않는다. 상기 범위인 경우, 연소 시 심지의 그을음 및 재를 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다.
다음으로 (ⅳ) 천연섬유 및 합성섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 섬유로 이루어진 직물 내에 탄소소재를 포함하고, 상기 직물에 바인더가 도포 또는 함침된 심지에 대하여 설명한다.
상기 (ⅳ)양태의 심지는 도 1 내지 4에 도시한 바와 같이 판 형태, 꼬인 형태 및 빨대 형태로 제조할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
또한, 도 11 내지 도 13에 도시된 (ⅲ)양태의 심지에 바인더가 도포 또는 함침된 것으로 추가의 도면은 도시하지 않는다.
상기 (ⅳ)양태에서 바인더의 함량은 탄소소재가 포함된 직물 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부, 좋게는 5 내지 15 중량부를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 바인더가 추가적으로 도포 또는 함침됨으로써 심지의 강직성이 보다 향상될 수 있으며, 섬유의 표면에 물리적으로 고정된 탄소소재가 바인더의 도포 또는 함침에 의해 보다 강하게 결착되도록 할 수 있다.
상기 (ⅳ)양태는 섬유 간의 거리에 의한 다공성을 가지며, 바인더에 의한 강한 결착력을 동시에 가질 수 있어 바람직하다. 이때, 바인더는 앞서 서술된 바인더와 동일한 성분이 사용될 수 있다.
상기 (ⅳ)양태에서 도포 또는 함침의 방법은 특별히 한정되지 않으나, 공지의 스프레이 코팅법, 딥코팅법, 페인팅법 등을 사용할 수 있으며, 섬유의 표면을 바인더로 도포하는 방법이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
다음으로 (ⅴ) 바인더 및 펄프에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 이루어진 매트릭스 내에, 탄소소재와, 천연섬유의 단섬유 및 합성섬유의 단섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 단섬유를 포함하는 심지에 대하여 설명한다.
상기 (ⅴ)양태의 심지는 도 1 내지 4에 도시한 바와 같이 판 형태, 꼬인 형태 및 빨대 형태로 제조할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 (ⅴ)양태는 상기 (ⅱ)양태의 심지를 제조할 때, 천연섬유의 단섬유 및 합성섬유의 단섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 단섬유를 더 포함하는 것이며, 별도의 도면은 생략한다.
상기 (ⅴ)양태에 대하여 구체적으로 설명하면, 바인더로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재 입자 및 천연섬유의 단섬유가 분산된 심지, 바인더로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재 단섬유 및 천연섬유의 단섬유가 분산된 심지, 바인더로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재 장섬유 및 천연섬유의 단섬유가 분산된 심지일 수 있다. 또한, 상기 심지는 펄프로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재 입자 및 천연섬유의 단섬유가 분산된 심지, 펄프로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재 단섬유 및 천연섬유의 단섬유가 분산된 심지, 펄프로 이루어진 매트릭스 내에 탄소소재 장섬유 및 천연섬유의 단섬유가 분산된 심지일 수 있다.
상기 (ⅴ)양태에서, 상기 천연섬유의 단섬유 및 합성섬유의 단섬유에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 단섬유는 상기 (ⅱ)양태의 심지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20 중량부, 좋게는 1 내지 10 중량부를 더 포함할 수 있으나, 발명의 목적을 달성하는 한에서는 특별히 제한되지 않는다. 상기의 범위인 경우, 연소 시 그을음 및 재를 최소화하면서 기공율을 최대화할 수 있어서 바람직할 수 있다.
상기 (ⅴ)양태에서, 상기 천연섬유의 단섬유 및 합성섬유의 단섬유는 평균길이가 0.01 내지 25 ㎜, 좋게는 0.1 내지 20 ㎜, 더욱 좋게는 1 내지 10 ㎜인 것이 바람직할 수 있다. 상기의 범위인 경우, 탄소소재와 함께 매트릭스 내에 효과적으로 분산될 수 있다. 상기 천연섬유 또는 합성섬유의 단섬유가 상기 매트릭스에 포함됨으로서 심지의 다공성을 보다 향상시킬 수 있으며, 심지의 단위 부피당 기공율이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양초용 심지는 모세관 현상에 의해 양초의 연료를 심지의 상단부로 이동시킬 수 있도록 심지 내에 기공을 포함하는 웹(Web) 형태인 것이 바람직할 수 있다. 이때, 양초의 연료는 연소 시 양초의 고체 연료가 용융되어 액체 상태로 된 연료 또는 파라핀 오일 등과 같은 액체 연료일 수 있다. 심지는 모세관 현상에 의해 양초의 용융된 고체연료 또는 액체 연료를 심지의 상단부로 이동시킬 수 있다. 상기 웹 형태는 섬유 또는 입자가 서로 얽혀있어 기공을 포함하는 것을 의미한다. 심지의 기공은 미세하게 다수로 존재하여 열 차단 성능이 뛰어나기 때문에 심지에 포함된 탄소소재의 열전도율을 감소시킬 수 있다.
상기 심지의 기공은 전체 심지 총 부피에 대하여 기공율이 40 내지 90%, 좋게는 50 내지 80%인 것이 바람직할 수 있다. 또한, 일 예로, 심지의 기공의 크기는 직경이 1 ㎚ 내지 1000 ㎛, 좋게는 100 ㎚ 내지 500 ㎛일 수 있다. 상기의 범위인 경우, 심지의 물리적 형태를 유지할 수 있고, 심지의 열전도율을 감소시킬 수 있으며, 양초의 연소 시 모세관현상으로 양초의 연료를 이동시켜 불꽃을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양초용 심지는 나무 심지, 아연 심지, 주석 및 아연-주석 혼합 금속 심지 등에서 선택되는 지지체를 더 포함할 수 있다. 좋게는 아연심지를 사용하는 것이 연소 시 안전하며, 불꽃 온도 내에서 아연이 기화될 수 있어 바람직할 수 있으나, 본 발명의 목적을 달성하는 한에서 특별히 제한하지 않는다. 상기 지지체를 포함하는 경우, 연소 시 양초의 연료의 용융현상에 의한 터널현상이 발생할 때 심지가 휘어지는 것을 방지할 수 있다.
상기 지지체는 심지의 내부에 적어도 하나 이상의 지지체가 삽입되거나, 적어도 하나 이상의 지지체가 심지의 적어도 어느 하나의 면에 결합될 수 있다. 이때, 심지는 접착제를 더 포함할 수 있다. 접착제는 심지와 지지체의 결착력을 증가시킬 수 있다. 상기 접착제는 앞서 상술한 바인더와 동일한 성분일 수 있다.
일 예로, 상기 지지체의 형태는 판형, 스트립(strip)형태, 납작한 평판 스트립(strip)형태, 와이어(wire)형태 및 바(bar)형태 등일 수 있다. 구체적으로, 나무는 스트립(strip)형, 납작한 평판 스트립(strip)형 및 바(bar)형태일 수 있고, 아연, 주석 및 아연-주석 혼합 금속은 와이어(wire)형태일 수 있다.
구체적인 일 예로, 와이어형인 아연 심지 지지체가 꼬인 형태의 심지 내부에 삽입된 형태이거나, 판형인 나무 심지 지지체가 판형인 심지와 결합될 수 있으며, 결합된 형태는 판의 면 대 면이 심지의 길이방향과 동일한 길이방향으로 결합된 형태일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 지지체는 설계된 심지의 형상이나 크기를 고려하여 적절한 길이가 될 수 있다. 일 예로, 지지체의 길이가 1 내지 50 ㎝, 구체적으로 5 내지 30 ㎝, 더욱 구체적으로 5 내지 15 ㎝ 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 지지체의 평균직경 또는 폭은 0.001 내지 50 ㎜, 구체적으로 0.1 내지 10㎜일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양초용 심지는 왁스로 코팅될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 코팅은 용융된 왁스에 심지를 침지하여 딥코팅, 건식코팅, 라미네이팅법 및 스프레이법 등에서 선택하는 어느 하나의 방법을 사용할 수 있으나, 당해 기술 분야에서 공지된 코팅 방법이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 왁스는 파라핀 왁스(paraffin wax), 밀랍 왁스(bees wax), 소이왁스(soy wax), 팜 왁스(palm wax) 및 젤왁스(gel wax) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
왁스로 코팅된 심지는 연소 시 왁스를 연료로 사용하여 심지의 초기 점화를 효율적으로 일어날 수 있게 할 수 있다. 또한, 왁스로 코팅된 심지는 뻣뻣하고 곧은 상태를 유지 할 수 있고, 연소 시 열전달에 의한 터널 현상을 방지할 수 있어 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 심지는 심지 클립을 더 포함할 수 있다. 심지 클립은 심지를 수직으로 고정시켜줄 수 있다. 심지 클립의 형태는 특별히 제한하지 않으며, 목적에 따라 원형, 삼각형, 사각형 및 클립형 등의 다양한 형태를 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 심지를 포함하는 양초에 관한 것이다. 본 발명에서 양초는 연료를 포함할 수 있다. 상기 연료는 고체 연료 또는 액체 연료일 수 있다. 이때 연료는 양초의 심지를 감싸는 형태일 수 있다. 심지의 위치는 특별히 제한되지 않지만, 양초의 중앙에 위치하는 것이 좋다. 심지가 양초의 중앙에 위치하는 경우, 양초의 연소 시 심지의 불꽃이 연료를 균일하게 용융시킬 수 있어 바람직할 수 있다. 양초의 연료는 심지의 모세관 현상에 의해 상승되어 심지의 연소를 유지시켜줄 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 양초의 연료는 파라핀 왁스(paraffin wax), 파라핀 오일(paraffin oil), 밀랍 왁스(bees wax), 소이왁스(soy wax), 팜왁스(palm wax) 및 젤왁스(gel wax) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양초의 연료는 향료 및 염료에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 향료 및 염료는 인체에 유해하지 않은 것이 바람직할 수 있다.
구체적인 일 예로, 향료는 인공 향인 프레그런스 오일 및 식물에서 추출한 천연 에센셜 오일을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 보다 구체적인 일 예로, 상기 향료는 라벤더, 로즈마리, 자스민, 캐모마일, 장미, 제라늄, 백합, 데이지, 레몬, 계피, 유칼립투스, 베르가못 및 복숭아 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
구체적인 일 예로, 향료는 양초 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부, 좋게는 1 내지 5 중량부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기의 범위인 경우, 양초는 연소 시 은은하게 향을 낼 수 있어 바람직하다.
상기 염료는 특별히 제한하지 않으며, 목적에 따라 알맞은 색상을 선택할 수 있다. 일 예로, 염료는 유해하지 않은 양초용 염료일 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 염료는 빨간색, 노란색, 초록색, 주황색, 보라색, 핑크색 및 갈색 등에서 선택되는 어느 하나 이상 또는 둘 이상일 수 있다.
구체적인 일 예로, 염료는 양초 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부, 좋게는 1 내지 5 중량부를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기의 범위인 경우, 양초의 색을 발현할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양초는 목적에 따라 다양한 크기 및 형태를 가질 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 구체적인 일 예로, 상기 양초는 원통형, 사각형, 삼각형, 오각형, 육각형, 하트형 및 별형 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 모양을 가질 수 있다.
이하 실시예를 통한 본 발명에 따른 양초용 탄소소재 심지 및 이를 포함하는 양초에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
[실시예 1]
평균길이가 3 ㎜인 활성탄소섬유 단섬유 70 중량%와 평균 길이가 5 ㎜인 나무 펄프 30 중량%를 혼합하였다. 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 50 중량%의 폴리비닐알코올(시그마-알드리치사, 중량평균분자량 31,000 ~ 50,000 g/mol, 98~99% hydrolyzed, 융점 200℃) 수용액 20 중량부를 첨가하여 혼합하고, 틀이 있는 평평한 판 위에 캐스팅(casting)하여 두께 0.3 ㎜의 시트를 제조하였다. 제조된 시트는 25℃에서 36시간 동안 건조하였다. 건조된 시트를 가로 2 ㎜ 및 세로 7 ㎝로 잘라 심지로 제조하였다. 융점이 61℃인 파라핀 왁스를 융점까지 온도를 높여 용융시킨 후, 상기 심지를 침지하여 심지 표면에 파라핀 왁스를 코팅하였다.
코팅된 심지의 한쪽면에 심지 클립을 끼운 후, 지름 7 ㎝ 및 세로 8.5 ㎝ 크기의 내열유리병에 심지를 넣었다. 심지는 유리병 바닥과 수직으로 위치시켰다.
융점이 61℃인 파라핀 왁스 200 g을 중탕한 후, 유리 용기에 넣어 높이가 6.5 ㎝인 양초를 제조하였다. 상기 양초를 25℃에서 24시간 동안 방치하여, 완전히 굳히고 양초의 심지가 5 mm가 되도록 잘라 양초를 제조하였다.
[실시예 2]
평균길이가 3 ㎜인 활성탄소섬유 단섬유 80 중량%와 평균 길이가 5 ㎜인 나무 펄프 20 중량%를 혼합하여 사용한 것을 제외한 모든 공정을 실시예 1과 동일하게 하여 양초를 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1의 시트를 가로 1 ㎜, 세로 20 cm로 절단하여, 절단된 가닥을 3개를 이용하여 도 2와 같이 일정간격으로 꼬아, 꼬인 형태의 심지로 제조하였다. 심지의 직경은 2mm이고, 길이는 7cm이었다. 상기 심지를 실시예 1과 동일한 공정으로 파라핀 왁스를 코팅한 후, 양초로 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 1의 시트를 가로 1 ㎜, 세로 50 cm로 절단한 시트를 직경이 2mm인 나무막대에 사선으로 감고, 다른 방향으로 한 번 더 감아 도 3과 같이 사선형태의 직물을 제조한 후, 50 중량%의 폴리비닐알코올(시그마-알드리치사, 중량평균분자량 31,000 ~ 50,000 g/mol, 98~99% hydrolyzed, 융점 200℃) 수용액에 담갔다가 꺼내어 25℃에서 24시간 동안 건조하였다. 이후, 중앙의 나무막대를 제거하여 도 3과 같은 빨대 형태의 심지로 제조하였다. 심지의 외경은 3mm이고, 내경은 2mm이었다. 상기 심지를 실시예 1과 동일한 공정으로 파라핀 왁스를 코팅한 후, 양초로 제조하였다.
[실시예 5]
평균직경이 30 ㎛인 면 소재의 천연섬유와 평균직경이 20 ㎛인 레이온계 탄소섬유를 1 : 1 중량비로 혼합하여 직물을 제조하였다. 상기 직물을 가로 2 ㎜ 및 세로 7 ㎝로 잘라 심지로 제조하였다. 융점이 61℃인 파라핀 왁스를 융점까지 온도를 높여 용융시킨 후, 상기 심지를 침지하여 심지 표면에 파라핀 왁스를 코팅하였다. 상기 심지를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 양초를 제조하였다.
[실시예 6]
평균직경이 30 ㎛인 면 소재의 천연섬유와 평균직경이 30 ㎛인 피치계 탄소섬유를 1 : 1 중량비로 혼합한 섬유 다발을 일정간격으로 꼬아 도 2와 같은 꼬인 형태의 심지로 제조하였다. 상기 심지를 실시예 1과 동일한 공정으로 파라핀 왁스를 코팅한 후, 양초로 제조하였다.
[실시예 7]
평균직경이 30 ㎛인 면 소재의 천연섬유와 평균직경이 20 ㎛인 레이온계 탄소섬유를 1 : 1 중량비로 혼합하여 직물을 제조하였다. 상기 직물을 가로 2 ㎜ 및 세로 7 ㎝로 잘라 심지로 제조하였다.
50 중량%의 폴리비닐알코올(시그마-알드리치사, 중량평균분자량 31,000 ~ 50,000 g/mol, 98~99% hydrolyzed, 융점 200℃) 수용액에 상기 심지를 10초간 담갔다가 꺼내어 폴리비닐알콜 수지가 함침되도록 하였다.
상기 심지를 실시예 1과 동일한 공정으로 파라핀 왁스를 코팅한 후, 양초로 제조하였다.
[실시예 8]
평균길이가 3 ㎜인 활성탄소섬유 단섬유 70 중량%와 평균 길이가 5 ㎜인 나무 펄프 30 중량%를 혼합하였다. 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 평균직경이 100 ㎛, 평균 길이가 10 ㎜인 면 소재의 천연섬유의 단섬유를 10 중량부, 50 중량%의 폴리비닐알코올(시그마-알드리치사, 중량평균분자량 31,000 ~ 50,000 g/mol, 98~99% hydrolyzed, 융점 200℃) 수용액 20 중량부를 첨가하여 혼합하고, 틀이 있는 평평한 판 위에 캐스팅(casting)하여 두께 0.3 ㎜의 시트를 제조하였다. 제조된 시트는 25℃에서 36시간 동안 건조하였다. 건조된 시트를 가로 2 ㎜ 및 세로 7 ㎝로 잘라 심지로 제조하였다. 융점이 61℃인 파라핀 왁스를 융점까지 온도를 높여 용융시킨 후, 상기 심지를 침지하여 심지 표면에 파라핀 왁스를 코팅하였다.
상기 심지를 실시예 1과 동일한 공정으로 양초로 제조하였다.
[실시예 9]
직경 0.5 ㎜, 길이 7cm 인 아연 심지를 실시예 3의 심지에 코어로 하여 심지를 제조하였으며, 심지의 직경은 2.5mm이었다. 이를 사용한 것을 제외한 모든 공정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[비교예 1]
심지로 면심지(3호, 대한민국)를 사용한 것을 제외한 모든 공정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[비교예 2]
심지로 스모크리스 심지(3호, 대한민국)를 사용한 것을 제외한 모든 공정은 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[비교예 3]
두께 1 ㎜, 가로길이 1 ㎝, 세로길이 7 ㎝의 나무 심지를 심지클립에 끼워 심지로 사용하였다. 상기 심지 클립으로 심지를 유리병 바닥과 수직으로 세웠다. 융점이 61℃인 파라핀 왁스 200 g을 중탕한 후, 높이 6.5 ㎝로 유리 용기에 넣어 양초를 제조하였다. 상기 양초를 25℃에서 24시간 동안 방치하여, 완전히 굳은 양초를 제조하였다.
[시험예 1]
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 양초를 5시간 동안 연소하여 시간에 따른 심지 변화를 평가하였다.
○: 심지가 불꽃과 함께 연소하여 내려감
△: 왁스 상부로 나온 심지 길이가 3 내지 5 mm 더 길어진 상태에서 연소됨
×: 왁스 상부로 나온 심지 길이가 5 mm 이상 더 길어진 상태에서 연소됨
심지 변화
1시간 2시간 3시간 4시간 5시간
실시예 1 ○ ○ ○ △ △
실시예 2 ○ ○ ○ ○ △
실시예 3 ○ ○ ○ △ △
실시예 4 ○ ○ ○ △ △
실시예 5 ○ ○ △ △ △
실시예 6 ○ ○ △ △ △
실시예 7 ○ ○ △ △ △
실시예 8 ○ ○ ○ △ △
실시예 9 ○ ○ ○ △ △
비교예 1 △ △ × × ×
비교예 2 ○ △ × × ×
비교예 3 ○ △ × × ×
상기 표 1은 각 시료의 시간에 따른 양초용 심지 변화를 평가한 표이다. 상기 표 1에 따르면, 실시예 1 내지 9는 불꽃과 함께 연소되거나 또는 시간에 따라 심지 길이가 약간 길어지는 정도인 것을 확인 할 수 있다.
비교예 1은 시중에 판매되고 있는 면심지를 사용하였으며, 시간에 따라 연소된 심지의 길이가 5 ㎜ 이상으로 매우 길게 남는 것을 확인 할 수 있었다. 비교예 2는 시중에 판매되고 있는 스모크리스 심지를 사용하였으며, 시간에 따라 연소된 심지가 길게 남는 것을 확인 할 수 있었다. 비교예 3은 나무심지를 사용하였으며, 시간에 따라 연소된 심지가 길게 남는 것을 확인 할 수 있었다.
실시예 1에서 제조된 시트의 사진을 도 14에 도시하였다. 도 14에 나타난 바와 같이, 펄프와 탄소소재 단섬유가 매트릭스를 이루고 있었다. 기공율 측정 시 ASTM D-6226법에 의거하여 측정하였으며, 기공율 측정장치(Quantachrome Instruments의 ULTRAFOAM 1200e)를 사용하여 측정한 결과, 기공율 62%로 미세한 기공을 다수 포함하고 있는 것으로 나타났다. 또한, 제조된 시트를 절단하여 제조된 심지를 포함하는 양초의 사진을 도 15 내지 16에 도시하였다. 도 15는 양초의 정면 사진이고, 도 16는 양초의 측면 사진이다.
[시험예 2]
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 양초 시료를, 5시간 동안 연소하여 시간에 따른 그을음 및 재의 생성을 평가하였다.
○: 그을음 및 재가 거의 생성되지 않음
△: 소량의 그을음 또는 재가 생성됨
×: 그을음 및 재가 많이 생성됨
그을음 및 재의 생성
1시간 2시간 3시간 4시간 5시간
실시예 1 ○ ○ ○ ○ △
실시예 2 ○ ○ ○ ○ △
실시예 3 ○ ○ ○ △ △
실시예 4 ○ ○ ○ △ △
실시예 5 ○ ○ △ △ △
실시예 6 ○ ○ △ △ △
실시예 7 ○ ○ △ △ △
실시예 8 ○ ○ ○ △ △
실시예 9 ○ ○ ○ △ △
비교예 1 △ × × × ×
비교예 2 ○ △ × × ×
비교예 3 ○ △ × × ×
상기 표 2는 각 시료의 그을음 및 재의 생성을 평가한 표이다. 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 4 및 실시예 8 내지 9의 심지는 연소 시 연기, 그을음 및 재가 거의 생성되지 않거나 소량만 생성되는 것을 확인 할 수 있었다. 실시예 5 내지 실시예 7의 심지는 연소 시 약간의 연기가 생겼지만, 그을음 및 재가 검게 남지 않는 것을 확인 할 수 있었다.
비교예 1 내지 3의 심지는 초기에는 그을음 및 재가 많이 생성되지 않았으나, 시간에 따라 그을음 및 재가 심하게 생성되는 것을 확인 할 수 있었다. 비교예 3의 나무심지는 연소 시 검은 연기가 발생하고, 시간이 지남에 따라 그을음이 매우 심하게 생성되는 것을 확인 할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 균등물을 사용할 수 있으며, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서, 상기 기재 내용은 하기의 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
10a: 단면의 판형태의 심지
10b: 꼬인 형태의 심지
10c: 사선 그물망으로 짜여진 빨대형태 심지
10d: 직선 그물망으로 짜여진 빨대형태 심지
20: 연료
200a: 매트릭스 내에 분산된 탄소소재 입자
200b: 매트릭스 내에 분산된 탄소소재 단섬유
200c: 매트릭스 내에 분산된 탄소소재 장섬유
200d: 펄프로 이루어진 매트릭스
200e: 섬유로 이루어진 직물

Claims (12)

  1. 탄소소재 단섬유와 펄프 및 바인더를 포함하여 판 형태의 시트로 이루어지며, 상기 펄프는 3차원 망사구조를 갖는 피브릴화된 셀룰로오스계 섬유이고, 상기 탄소소재 단섬유는 심지 내에 분산된 것인 양초용 심지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소소재는 탄소섬유, 탄소나노튜브, 그래핀, 산화그래핀 및 탄소복합재료에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물 또는 복합체인 것인 양초용 심지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 심지는 나무 심지, 아연심지, 주석심지 및 아연-주석 혼합 금속 심지에서 선택되는 지지체를 더 포함하는 것인 양초용 심지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더는 용융온도가 하기 식 1을 만족하는 것인 양초용 심지.
    [식 1]
    양초에 사용된 연료의 용융온도 < 바인더의 용융온도
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 심지는 왁스로 코팅된 것인 양초용 심지.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 심지는 심지클립을 더 포함하는 것인 양초용 심지.
  10. 제 1항, 제 2항, 제 6항 내지 제 9항에서 선택되는 어느 한 항의 심지를 포함하는 양초.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 양초는 파라핀왁스, 파라핀오일, 소이왁스, 밀랍왁스, 팜왁스 및 젤왁스에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 연료를 포함하는 것인 양초.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 연료는 향료, 염료에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 첨가제를 더 포함하는 것인 양초.
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