KR20190105900A

KR20190105900A - 벌크성과 수분흡수율이 증가된 바이오패드의 조성물 및 제조방법

Info

Publication number: KR20190105900A
Application number: KR1020180026610A
Authority: KR
Inventors: 성용주; 김동성
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2019-09-18
Also published as: KR102136922B1

Abstract

본 발명은 고흡수성 일회용 매트 또는 흡수패드의 흡수코어로 다양하게 활용될 수 있는 고벌크 고흡수성 바이오패드에 대한 것으로, 목재 또는 비목재 펄프, 또는 재활용고지 섬유 등을 주원료로 습식제조 되어 경제성과 친환경성이 우수한 시트상 구조를 가지면서, 고벌크와 고흡수성을 크게 증가시킬 수 있는 목재 또는 비목재 기반 조성물과 이를 활용한 바이오패드의 제조방법에 관한 것이다.

Description

벌크성과 수분흡수율이 증가된 바이오패드의 조성물 및 제조방법{COMPOSITION FOR INCREASING THE　BULK AND THE WATER ABSORPTION OF BIO-PAD, AND THE MANUFACTURING　METHOD OF THE BIO-PAD}

일회용 고흡수성 패드 또는 매트는 기저귀 등의 위생용품에서 애완동물 분뇨패드, 병원 매트리스 매트의 의료용 소모품, 육류 등의 신선식품 포장용 수분흡수깔개까지 다양한 용도로 활용되고 있고 그 수요도 점차 늘어나고 있다.

특히, 건강에 대한 의료적인 관심과 지원증대를 통한 수명연장으로 인한 전 세계적인 고령화 추세로 인해 노인인구가 지속적인 증가하면서 다양한 의료용 소모품시장은 지속적으로 성장하고 있다. 이러한 의료용 소모품 분야의 세계시장 규모는 2014년 529억달러 규모에서 2018년에는 692억달러의 시장을 형성할 것으로 전망되고 있다.

또한 고령화로 인한 요양자의 수도 지속적으로 증가하고 있는데 특히 병원에서 입원한 환자 및 요양자들의 경우 거동이 불편한 경우가 대부분이다. 이러한 환자들은 장시간 누워있게 되고, 이 경우 매트 또는 침대커버의 수분이 제거되도록 매트를 자주 교체하지 않으면 침대와 맞닿는 피부가 땀이 차거나 염증이 생기는 등 다양한 문제들이 빈번하게 발생하게 된다. 피부 염증은 외부의 오염에 취약하기 때문에 합병증을 유발할 수 있으며, 2차 오염의 우려가 발생하게 된다. 따라서 실제 병원이나 요양원 등에서 요실금용 침대시트 및 커버, 드레싱패드, 부직공포 등 다양한 의료용 소모품들이 일회용으로 지속적으로 사용되고 있고 그 수요는 더욱 늘어나고 있는 추세이다. 환자나 요양자들의 위생적인 관리를 위해 일회용 소모품의 주기적 교체는 더욱 중요한 이슈가 되고 있는데 이를 위해 상대적으로 경제성이 우수한 일회용 제품에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다.

최근 고령화 사회로 진입하면서 국내에서는 노인인구 증가와 치매환자의 증가 등으로 요실금 대응 흡수매트 등 다양한 용도의 일회용 흡수매트 소모품의 수요가 더욱 증가될 것으로 예상되고 있고 특히, 자주 교체가 가능할 수 있는 저비용의 매트 소모품에 대한 관심이 더욱 높아지고 있다.

뿐만 아니라, 최근 들어 애완동물에 대한 관심과 보급이 더욱 증가되고 특히, 아파트 등 주택 내에서 애완동물과 함께 생활하는 경우가 급격히 증가하고 있는 추세에 따라 애완동물 분뇨의 처리를 위한 흡수매트 또는 흡수패드의 수요도 급격히 증가하고 있는 상황이다.

현재 이러한 다양한 용도로 활용되는 흡수매트 또는 흡수패드는 수분을 흡수하는 흡수코어와 이를 부직포로 적층하거나 감싸는 방식으로 제조되고 있다. 수분을 흡수하고 보수하는 핵심적인 기능을 담당하는 흡수코어의 주원료로 일반적으로 사용되고 있는 플러프(Fluff) 펄프는 친수성의 셀룰로오스가 주성분으로 흡수특성이 우수하여 면펄프 대용의 흡수소재로서 널리 활용되고 있다. 그러나, 플러프 펄프를 기반으로 고흡수성 매트 등을 제조하는 경우 고순도의 표백펄프를 분쇄하여 만들어지는 플러프 펄프의 가격이 상대적으로 높아 경제성이 떨어질 뿐만 아니라 거의 대부분 드럼포머를 적용한 건식제조 방식으로 제조되기 때문에 복잡한 공정기술이 요구되고 플러프 펄프 기반의 구조체를 형성하기 위해서 접착제 등의 첨가제가 필요한 경우가 많고, 흡수코어 자체가 합성고분자 섬유로 이루어진 부직포 매트와 결합되어 있어 폐기시 재활용 및 생분해성 문제가 있는 등 여러가지 단점을 가지고 있다.

이에 따라, 높은 원료가격과 공정비용에 의해 최종 흡수매트의 가격이 일정수준이상의 높은 가격을 가지게 되고, 이로 인해 일회용으로 자주 교체하며 사용하거나 다양한 범용적인 용도로 적용하기에 어려운 상황이다.

또한, 제조과정 중 플러프 펄프의 구조적 형태를 유지하기 위한 접착제 등의 적용, 고분자물질 기반의 고흡수제와의 혼합성형 및 시트상구조체가 합성섬유 부직포위에 결합되어 성형되어 하나의 구조체로 만들어지는 등의 문제로 사용 후 재활용이 불가능하여 생분해가 잘 이루어지지 않아 폐기하기가 매우 어려운 단점이 있어서 대부분 소각되거나 매립되는 상황이다.

또한, 고분자 접착제들의 사용으로 인한 VOC 발생 등 유해성 논쟁이 지속적으로 발생되고 있고, 제조공정의 조절이 매우 어려워서 제조시 적용할수 있는 원료성상과 특성이 매우 제한적인 이유로 적절한 기능성 천연섬유 또는 천연소재 등의 적용을 통한 항균성 및 항취성 등의 기능성 발현이 상대적으로 어려운 단점을 가지고 있다.

대표적인 친환경적 시트상 구조체인 종이는 부직포나 플러프 펄프 흡수코어의 제조방법과 다르게 접착제를 사용하지 않고 펄프화된 섬유의 수소결합에 의해 만들어지는 제품으로 휴지와 같이 다양한 용도에서 저비용 친환경 흡수용 소재로 사용되고 있다.

그러나 종이의 제조공정에서 필수적인 공정인 압착탈수 공정 등에 의해 종이는 상대적으로 벌크가 낮은 특성을 가지고, 이에 따라 수분의 흡수가 제한적인 단점이 있다.

또한, 종이의 벌크를 높여 수분흡수량을 증대시키기 위해서 적용되는 휴지 등의 제조공정인 크레이핑 공정은 건조 과정 중에 이루어지고, 평량이 매우 낮은 경우에만 적용이 가능하기 때문에 얇은 휴지의 제조에만 적용되는 단점이 있다.

따라서, 이러한 공정을 통해 제조되는 종이 구조체의 경우에는 높은 수분흡수량을 확보하기 어렵다.

한편, 목재펄프 또는 고지재활용 섬유 등을 주원료로 하여 제조되는 펄프몰드는 고평량의 구조를 가지는 친환경구조체로서 연속식 대량생산으로 경제성이 우수한 습식형 펄프몰드와 바인더 등을 적용하여 압착건조하여 제조하는 건식형 펄프몰드가 대표적인 제품으로 주로 완충포장재로 활용되고 있다.

이러한 펄프몰드는 주로 포장소재로 활용을 위하여 제조되기 때문에 수분에 대한 저항성을 높이기 위한 다양한 처리와 충분한 강도를 부여하기 위한 처리 등이 필수적으로 적용되어 제조되어 짐에 따라 흡수특성은 실제 높지 않은 단점이 있다.

다른 한편, 관련된 기술로서, 등록특허공보 제10-1811154호에는 흡수성 구조체를 형성하는 방법이 기재되어 있다.

상기 기술은, 플러프펄프 섬유의 건식매트 구조체 형성기술에 대한 것으로 건식매트 제조시 고분자흡수체를 포함시키는 공정기술을 제시하였다.

다른 기술로서, 등록특허공보 제10-1745777호에는 수분분산재용 부직포 및 이를 포함하는 흡수패드가 기재되어 있다.

상기 기술은, 합성섬유 중공사를 이용하여 벌키성이 개선된 수분분산재용 부직포 및 이를 이용한 흡수패드를 제시하였다.

또 다른 기술로서, 등록특허공보 제10-1749723호에는 습윤 강도가 강화된 흡수 코어의 제조 방법이 기재되어 있다.

상기 기술은, PET로 제조된 십사이형 단면사와 고흡수성 수지를 적절히 배치하여 습윤강도가 강화된 흡수코어 제조방법을 제시한 바 있으나, 이러한 특허들은 합성고분자 섬유의 구조적 특성 개선을 통한 흡수성 제고 기술로서 천연섬유를 기반으로 한 본 발명과는 다른 특성을 가지고 있다.

또 다른 기술로서, 등록특허공보 제10-1607939호에는 카복시메틸셀룰로오스 파이버 또는 섬유포로 이루어진 흡수 코어 및 그를 이용한 흡수 제품이 기재되어 있다.

상기 기술은, 셀룰로오스 섬유의 흡수성을 높이기 위한 카르복시메틸화 처리에 의한 흡수코어 제품화 기술을 제시하였으나, 고순도의 셀룰로오스를 기반으로 화학적 개질을 통해 적용하는 기술로서 가격이 높고 적용이 제한적인 단점이 있다.

이에 따라, 본 출원인은 기존의 친환경 목재 또는 비목재의 바이오매스 섬유들을 원료로 활용함으로써 친환경적 특성을 가지며 폐기시에도 재활용이 용이하고 생분해성이 우수한 고흡수성 시트상 구조체와 그 제조방법을 제공하고자 한다.

다양한 목재 및 비목재 섬유들을 원료로 대량생산이 용이하고 경제성이 우수한 제조공정을 가질 수 있는 기존 습식펄프몰드 제조방법을 기반으로 기존의 펄프몰드 제품과는 달리 고벌크 및 고흡수성을 가질 수 있는 새로운 공정기술과 목재 및 비목재 바이오매스를 기계적으로 해섬하여 만들어지는 섬유와 같이 강직성 천연섬유를 개질 전처리하여 적용함으로써 추가적인 고벌크성을 부여할 수 있도록 제조한 친환경 고벌크 고흡수성 바이오패드 제품을 개발하였다.

등록특허공보 제10-1811154호(2017.12.20. 공고) 등록특허공보 제10-1745777호(2017.06.09. 공고) 등록특허공보 제10-1749723호(2017.06.21. 공고) 등록특허공보 제10-1607939호(2016.04.01. 공고)

본 발명의 목적은, 고흡수성 일회용 흡수코어 매트 등 다양한 용도로 활용할 수 있는 고흡수성 고벌크 바이오패드에 대한 것으로, 목재 또는 비목재 펄프, 또는 재활용고지 섬유 등을 기반으로 하되, 목재 또는 비목재 바이오매스로 유래된 강직성섬유를 개질하여 습식제조 방식으로 제조된 바이오패드의 조성물과 상기 바이오패드의 제조방법을 제공하는데 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 따른 벌크성과 수분흡수율이 증가된 바이오패드의 조성물은,

친수성 특성을 가지는 목질 또는 비목질 바이오매스 펄프섬유와 재활용 고지섬유 로서 좀더 자세하게는 미표백침엽수펄프, 미표백활엽수펄프, 표백침엽수펄프, 표백활엽수펄프, 신문지고지 재생펄프, 골판지고지재생펄프, 재생고지탈묵펄프 및 비목질펄프 중 선택된 하나 이상의 것을 사용한다.

또한, 기존의 부직포나 플러프펄프 흡수코어 생산방법에서는 적용이 어려운 기능성 추출물을 함유한 허브잎, 침엽수잎, 마섬유, 케이폭섬유, 바나나잎, 키토산섬유 등의 천연 항균성 및 항취성 등을 가지는 천연 식물성 소재들을 섬유상 원료로 직접 적용할 수 있다. 이러한 천연 식물성 소재들의 적용을 통해 바이오패드의 항균, 항취 등의 기능성이 지속적으로 발현될 수 있다.

바이오패드의 고벌크성과 고흡수성을 제공하기 위해 첨가되는 강직성 식물섬유는 목재 또는 비목재 바이오매스를 기계적인 해섬처리를 통해 만들어지는 식물섬유로서 리그닌 등의 물질이 그대로 존치함에 따라 강직한 섬유특성을 가지는 특징이 있다. 이때 강직성 식물섬유의 제조를 위해서 침엽수, 활엽수, 다양한 마섬유(황마, 양마, 아마, 대마 등), 케이폭섬유, 갈대, 억새, 볏짚, 옥수수대, 오일팜 열매섬유(EFB), 침엽수 잎, 녹차추출 잔사, 침엽수잎 추출잔사, 대나무 잎 및 대나무 섬유 중 하나 이상의 원료를 사용할 수 있다. 이러한 강직성 섬유는 기계적으로 개별구성섬유 또는 섬유다발을 해섬하여 얻어지고 펄프화 공정과는 달리 화학적처리가 이루어지지 않아 제조방법이 경제적이고 각각의 원료 식물체가 가지는 고유한 정유성분과 기능성이 그대로 존치하여 최종제품에 기능성을 부여할 수 있는 특징을 가지고 있다.

또한, 벌크성과 수분흡수율이 증가된 바이오패드의 제조방법은,

1. 종이제조방법이 아닌 펄프몰드 제조방식과 같이 습식성형을 하고 압착탈수 공정을 실시하지 않는 것에 특징이 있고,

2. 목재 또는 비목재의 기계적 해섬을 통해 얻어지는 강직한 섬유를 일부(5~20% 무게비) 혼합 적용하여 시트상 구조 형성시 구조내에 공극을 유지하고 벌크를 부여하는 기술에 특징이 있으며,

3. 위의 목적으로 적용되는 강직한 섬유의 형태를 꼬임형태로 개질처리함으로써 3차원적 형태를 유지하는 섬유를 만드는 기술에 특징이 있고,

4. 3차원적 형태를 가지는 강직한 섬유분을 적용함으로써 습식제조된 바이오패드의 벌크를 크게 향상시키고 이를 통해 수분의 흡수량도 크게 증가시키는 기술에 특징이 있으며,

5. 다양한 목재 또는 비목재 (리그노셀룰로오스 바이오매스)가 적용이 가능하지만 특히, 침엽수를 기계적으로 해섬하여 적용하는 경우 침엽수 목재섬유의 백색도가 활엽수에 비해 높고 다양한 정유성분이 일정부분 포함되어 있기 때문에 항균성 등의 기능성이 발현될 수 있는 특징이 있고,

6. 천연의 항균, 항취 등의 기능성을 가지는 천연 식물소재를 해섬 및 선별하여 제조공정에 투입하는 경우 천연의 기능성이 발현될 수 있는 바이오패드의 생산이 가능한 특징이 있다. 이때, 투입량은 5~20% 정도이다.

본 발명에 따른 벌크성과 수분흡수율이 증가된 바이오패드의 조성물 및 제조방법에 의하면, 목질 또는 비목질 바이오매스 펄프섬유로 구성되어 친환경성과 친수성이 우수하며, 목질 또는 비목질 바이오매스를 기계적으로 해섬하여 제조된 강직성 섬유를 꼬임처리 개질하여 적용함으로써 벌크가 크게 향상되고 이를 통해 수분흡수량도 크게 증가된 바이오패드를 제공할 있는 효과를 갖는다.

또한, 고분자 접착제들을 사용하지 않아서 VOC 발생 등의 유해물질 발생을 방지할 수 있는 효과를 가지며, 항균성 및 항취성을 나타낼 수 있는 정유성분을 포함한 다양한 식물 바이오매스 원료를 제조공정에서 용이하게 적용할 수 있음에 따라 항균성 및 항취성 등의 기능성 발현이 가능하고 사용자의 건강과 기호성 증대를 도모할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 벌크성과 수분흡수율이 증가된 바이오패드의 제조방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 실험예 1에 따른 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 실험예 2에 따른 결과이다.
도 4는 실험예 3의 실험결과를 나타낸 것이다.
도 5는 실험예 4에 따른 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에서 강직성 섬유를 꼬임처리한 것을 나타낸 것으로서, (A)는 꼬임처리를 수행하지 않은 강직성 섬유를 나타낸 것이고, (B)는 꼬임처리된 강직성 섬유(고형분 20%, 3분처리)된 것을 나타낸 것이다.
도 7은 실험예 5-1에 따른 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 실험예 5-1-1의 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 실험예 5-2-2의 실험결과는 나타낸 것이다.
도 10은 실험예 5-2-3에 따른 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 실험예 5-3의 실험결과를 나타낸 것이다.
도 12는 실험예 5-3-1의 실험결과를 나타낸 것이다.
도 13은 실험예 5-3-2의 실험결과를 나타낸 것이다.
도 14는 실험예 5-3-3의 실험결과를 나타낸 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

실시예 1. 벌크성과 수분흡수율이 증가된 바이오패드의 조성물

본 발명에서는 기존의 친환경 바이오매스 섬유들을 원료로 활용함으로써 친환경적 특성을 가지며 폐기시에도 처리가 용이한 고벌크의 고흡수성 시트상 구조체와 그 제조방법을 제공하고 있다.

고순도 표백펄프의 분쇄체인 플러프 펄프를 원료로 건식제조하는 기존의 방법과는 달리 목재 및 비목재 바이오매스 친수성 펄프섬유를 원료로 저비용 대량생산이 용이한 습식제조 방식을 활용한 고벌크 바이오패드 조성물과 제조방법을 개발하였다. 본 발명에서는 목재 및 비목재 바이오매스의 기계적 해섬을 통해 얻어진 강직성 섬유를 적용함으로써 습식제조방법에서 발생되는 벌크저하를 방지하고 이러한 강직성 섬유의 꼬임을 유발하는 전처리 개질기술을 개발하여 적용함으로써 추가적인 벌크향상과 이를 통한 최종 바이오패드의 수분흡수량 증대기술을 개발하였다.

본 발명에서 제시되는 바이오패드의 경우, 기존의 부직포제조방식이나 플러프펄프 활용 건식 제품생산방법에서는 적용이 어려운 침엽수 잎, 허브식물 줄기 또는 잎, 대나무 섬유, 마섬유, 케이폭섬유, 바나나잎, 키토산섬유 등의 천연 항균성 및 항취성 등을 가지는 친환경 자원들을 섬유상 원료로 직접 적용할 수 있음으로써 제조되는 흡수매트의 항균, 항취 등의 기능성이 지속적으로 발현될 수 있는 친환경 흡수매트를 제조하는 기술을 개발하였다.

본 발명에서 고벌크 바이오패드의 제조를 위하여 다양한 친환경 식물섬유들을 적용될 수 있으며 그 중 목재 또는 비목재 기반 펄프섬유로는 미표백침엽수펄프, 미표백활엽수펄프, 표백침엽수펄프, 표백활엽수펄프, 신문지고지 재생펄프, 백상지재생펄프, 휴지 및 우유팩 재생고지, 재생고지탈묵펄프 및 대나무를 포함한 비목질펄프 중 선택된 하나 이상의 것을 사용한다.

특히, 침엽수를 기계적으로 해섬하여 적용하는 경우 침엽수 목재섬유의 백색도가 활엽수에 비해 높고 다양한 정유성분이 일정부분 포함되어 있기 때문에 항균성 등의 기능성이 발현될 수 있는 이점이 있다. 이러한 경우, 향균 및 항취의 기능성을 갖게 됨에 따라, 천연의 기능성이 발현되는 바이오패드의 생산이 가능해질 수 있다.

이러한 섬유(이하, '펄프섬유')들은 기존 목재 또는 비목재 원료의 리그닌 등을 제거하는 펄핑과정을 통해 만들어진 섬유로서 친수성 셀룰로오스로 주로 이루어진 섬유로 섬유의 길이가 0.3~3 mm 정도이고 섬유폭은 약 0.01~0.05 mm 정도이다.

본 발명에서는 이러한 펄프섬유의 친수성 특성과 구조적 특징을 활용하여 펄프섬유 기반의 바이오패드 구조체를 형성함에 있어서 벌크성을 부여할 수 있는 습식성형기술과 추가적인 벌크성의 향상을 위한 강직성 천연섬유의 적용 및 개질기술을 통해 벌크와 수분흡수량을 더욱 향상시키는 기술을 제공한다.

상술된 펄프섬유에, 섬유의 강직성이 높은 친환경 천연섬유를 첨가함으로써, 바이오패드의 벌크를 상승시키고, 흡수속도 및 흡수량(수분흡수율)을 증가시킬 수 있다.

상기 강직성 천연섬유는 침엽수 또는 활엽수 목재를 기계적으로 분쇄하여 제조되는 목재섬유, 면린터섬유, 다양한 마섬유(황마, 양마, 아마, 대마 등), 케이폭섬유, 오일팜 열매섬유(EFB), 볏짚섬유, 갈대섬유, 억새섬유, 침엽수 잎의 해섬섬유, 녹차추출 잔사, 침엽수잎 추출잔사, 대나무 잎 및 대나무 섬유 중 선택된 하나 이상의 것을 사용한다.

또한, 상기 침엽수 잎의 경우, 피톤치드 등을 포함하는 정유성분을 갖고 있고, 상기 정유성분에는 테르펜, α-피넨(α-pinene), β-피넨(β-pinene), 캄펜(camphene), 보르네올(borneol), 펠란드렌(phellandrene))과, 폴리페놀 및 플라보노이드류(퀘세틴(quercetin), 캠퍼롤(kaempferol)), 비타민 등이 포함되어 있으며 이 중 테르펜에서는 곰팡이 및 세균 등의 성장을 저해하는 항균능력을 갖고 있는 것으로 알려져 있다(출처 : Auh,Q., S., Hong, J. P. and Chun, Y. H.,Antibacterial effect on oral normal flora of phytoncide from chamaecyparis obtusa, Journal of oral medicine and pain 34(4) : 353-362(2009)).

이의 항균물질을 포함하는 천연 잎은, 고 항균성을 지닌 친환경 항균 소재이지만, 그대로 사용하는 경우 습식제조공정에서 구조의 형성이 이루어지지 않고 다양한 공정오염 등의 문제를 가져올 수 있기 때문에 적용을 위한 전처리가 필요하다.

바이오패드 제조시 적용하여 균일한 제품이 제조되기 위해서는 크기 선별이 필수적이다. 하지만, 천연 잎에 포함되어있는 항균소재는 장시간 고온으로 처리할 경우 항균효과가 감소될 수 있기 때문에 저온에서의 선별 처리가 필요하다.

선별 과정에서 섬유상 형태의 크기가 너무 클 경우에는 균일한 구조체의 제조가 어려우며, 크기가 작을 때에도 성형과정 중 구조체로 형성되기 어려운 특성을 가지고 있다. 따라서, 구조체 형성을 위한 기계적 해섬 및 선별을 위해 170㎛ 이상 3000㎛ 이하의 크기를 가지도록 전처리를 실시하는 것이 가장 효과적이나 이 외의 크기도 제조환경 및 적용되는 제품에 따라서 적용이 가능하다.

또한, 천연 항취 및 방충성 원료로서 은행잎, 녹차잎, 녹차잎줄기 또는 녹차추출 부산물, 대나무잎 또는 대나무섬유, 키토산섬유 등을 첨가하여 바이오패드를 제조하는 경우 다양한 기능성을 부여할 수 있다.

이때, 투입되는 양은 적용하는 기능성 식물소재의 종류에 따라 5~20% 정도로 하는 경우 바이오패드의 구조적 특성을 크게 변화시키지 않고 기능성을 발현시킬 수 있을 것이다.

실시예 2. 벌크성과 수분흡수율이 증가된 바이오패드의 제조방법

제2 실시예에 따른 바이오패드의 제조방법은 첨부된 도면의 도 1을 참조한다.

도 1은 본 발명에 따른 벌크성과 수분흡수율이 증가된 바이오패드의 제조방법의 흐름도를 나타낸 것이다.

가. 재료를 준비하는 단계

재료를 준비하는 단계는, 펄프섬유와 강직성 천연섬유를 준비하는 단계이다.

이때, 펄프섬유는 상술된 바와 같이, 미표백침엽수펄프, 미표백활엽수펄프, 표백침엽수펄프, 표백활엽수펄프, 신문지고지 재생펄프, 백상지재생펄프, 휴지 및 우유팩 재생고지, 재생고지탈묵펄프 및 대나무를 포함한 비목질펄프 중 선택된 하나 이상의 것을 사용한다.

상기 강직성 천연섬유는 침엽수 또는 활엽수 목재를 기계적으로 분쇄하여 제조되는 목재섬유, 면린터섬유, 다양한 마섬유(황마, 양마, 아마, 대마 등), 케이폭섬유, 오일팜 열매섬유(EFB), 볏집섬유, 갈대섬유, 억새섬유, 침엽수 잎의 해섬섬유, 녹차추출 잔사, 침엽수잎 추출잔사, 대나무 잎, 대나무 섬유 및 키토산섬유 중 선택된 하나 이상의 것을 사용한다.

나. 강직성 천연섬유를 수화전처리하는 단계

강직성 천연섬유는 기계적 해섬처리를 제조됨에 따라 표면에 소수성 리그닌 성분 등이 상당량 존재하고 있어 습식제조공정에 직접투입 시 지료 위에 부유하는 현상으로 펄프섬유와 혼합이 용이하지 않은 단점이 있다. 이의 해결을 위한 방안으로 펄프섬유와 혼합 전 수화하는 전처리를 실시하는 데 본 단계는, 재료를 준비하는 단계에서 준비된 천연섬유를 물 속에 일정시간 침지시켜 수화전처리를 수행하는 단계이다. 이때 수화의 촉진을 위하여 수산화나트륨이나 수산화칼슘 등의 알칼리를 적정하게 적용함으로써 수화를 촉진할 수 있다.

참조예 1. 수화전처리 유무에 의한 강직성 천연섬유의 부유 특성 평가


무처리된 강직성 섬유	50℃ 조건에서 10분간 수화전처리

50℃ 조건에서 15분간 수화전처리	강직성 섬유 첨가무게 대비 0.5% 알칼리조건 수용액 50℃ 조건에서 5분간 침지 및 수화처리된 된 강직성 섬유

[표 1]을 참조하면, 무처리된 강직성 섬유의 경우, 모두 물에 부유되는 것을 확인하였고, 50℃의 조건에서 10분간 수화전처리된 강직성 섬유의 경우, 일부 강직성 섬유가 수화되어 물속으로 가라앉는 것을 확인하였다.

또한, 50℃의 조건에서 15분간 수화전처리한 강직성 섬유는 대부분의 강직성 섬유가 수화되어 전체 물속으로 흩어지는 것을 확인하였고,

강직성 섬유 첨가무게 대비 0.5% 알칼리조건 수용액 50℃ 조건에서 5분간 침지 및 수화처리된 된 강직성 섬유의 경우에는 수화되어 모두 물속으로 가라앉는 것을 확인하였다.

이러한 수화전처리를 통해 강직성 천연섬유는 펄프섬유화 혼합하여 바이오패는 제조하는 공정에서 펄프섬유와의 혼합성과 제조시 성형성을 향상시킬 수 있다.

다. 강직성 천연섬유를 꼬임처리하는 단계

강직성 첨연섬유를 꼬임처리하는 단계는, 강직성 첨연섬유를 수화전처리하는 단계 이후, 강직성 첨연섬유를 꼬임처리하는 단계이다.

이때 꼬임처리 전, 수산화나트륨 0.1~0.5%의 수용액에 침지시켜 알칼리 수화 처리한 뒤, 꼬임처리를 수행하도록 한다(나. 참조).

이러한 꼬임처리는 고형분 10~30%의 강직성 천연섬유를 대상으로 20~100℃ 온도범위 내에서 고농도믹서 또는 전단력을 주는 섬유해리기를 이용하여 3~30분 동안 수행한다.

이때, 온도와 처리시간에 의존적으로 최종품인 바이오패드의 벌크와 수분흡수율이 증가되나, 특히 처리시간에 있어서는 5분 동안 수행됨이 바람직한데, 이는 후술되는 실험예를 통해 설명한다.

라. 지료를 제조하는 단계

지료를 제조하는 단계는, 바이오패드의 성형을 위한 원료 물질들의 배합 및 교반을 통해 혼합지료를 제조하는 단계이다.

구체적으로, 혼합지료는 펄프섬유를 물에 0.2~1%의 농도를 갖도록 풀어주어 펄프섬유 혼합물을 제조하고, 펄프섬유 혼합물을 100중량부(무게비 기준)를 기준으로 수화전처리 및 꼬임처리된 강직성 천연섬유를 5~20중량부 첨가하여 혼합지료를 제조한다.

마. 패드 형성 단계

패드 형성 단계는, 지료를 제조하는 단계에서 제조된 혼합지료를 80mesh 거름망으로 흡입하여 일정두께로 패드를 형성하는 단계이다. 혼합지료 속에서 흡입망을 통해 지류를 흡입하는 경우 물이 흡입망으로 흡입되는 과정을 통해 일정두께의 지필이 흡입망에 형성이 된다. 이렇게 일정한 양의 지필이 형성이 된 후 지료통 밖으로 흡입망을 이동시켜서 추가적인 흡입을 통해 형성된 지필로부터 수분을 흡입함으로써 지필이 더욱 강하게 형성되도록 한다. 이때 충분히 지필이 형성되고 섬유사이의 물이 빠져나가면 흡입과정시 지필의 구조사이로 공기가 스며들게 되는데 수분이 흡수되지 않는 시점에서 지필을 흡입망으로부터 분리하고, 탄성을 가지는 고무롤이나 고무판으로 표면의 불규칙한 부분을 가볍게 눌러주어 지필의 표면을 균일하게 하면서 일정정도의 수분을 추가적으로 제거하여 패드를 성형하게 된다.

바. 건조 단계

건조 단계는, 패드 형성 단계에서 형성된 패드를 열풍 건조하여 바이오패드로 최종 제조하는 단계이다.

이때, 패드 형성 단계에서 성형된 패드는 수분함량이 75~85% 정도이고 이것을 건조하여 바이오패드를 제조하게 된다. 이때 비접촉식 건조방식을 적용하며 복사에너지를 이용하는 근적외선 건조기 또는 원적외선 건조기, 또는 파장에너지를 이용하는 마이크로웨이브 건조기, 고주파 건조기, 또는 직접가열식 열풍건조기 등을 적용하여 건조하게 된다. 건조시 윗면과 아랫면에서 복사에너지 또는 열전달을 동시에 부여함으로써 윗면과 아랫면의 건조가 동일하게 이루어지게 함으로써 바이오패드의 불균일한 건조로 발생될 수 있는 뒤틀림이나 변형을 최소화한다.

상술된 벌크성과 수분흡수율이 증가된 바이오패드의 조성물 및 제조방법에 대하여 본 출원인은 소정의 실험을 수행하였고, 이를 실험예로 설명하도록 한다.

실험예 1. 종이와 바이오패드의 벌크 특성 평가

종이나 휴지의 제조에 일반적으로 활용되고 있는 활엽수 목질 표백펄프(CSF 740±10mL)를 이용하여 종이와 바이오패드를 제조한 후 벌크 특성 평가를 실시하였다.

동일한 평량에서 종이의 경우 벌크가 향상될 경우에는 수분흡습량이 증가하게 되는데, 종이의 일반적인 제조공정에서는 종이강도증대와 탈수효율 증대를 위한압착탈수공정(프레싱 공정)이 반드시 필요하기 때문에 벌크가 매우 낮은 시트가 제조된다.

하지만, 바이오패드의 경우에 지료의 흡입방식으로 지필을 습식성형한 이후 성형된 지필에 대한 추가적인 강한 압착탈수 공정을 적용하기 않기 때문에, 높은 벌크를 갖는 패드의 제조가 가능하다.

본 실험에서는 동일평량 200g/m² 으로 표준 종이시험편 제조방법을 따라 수초지 시료를 제조하고, 압착탈수공정이 없는 습식 흡입성형방식의 바이오패드를 각각 제조하여 그 특성을 비교평가하였다.

이때 0.5% 지료에서 80mesh의 그물망으로 지료를 흡입하여 지필을 성형하고 흡입망 위에 형성된 지필을 열풍건조하여 바이오패드를 제조하였다.

	수초지 및 바이오패드 제조 조건
A	표준 수초지 (KS 표준)
B	습식 성형의 바이오패드 제조 (압착탈수공정 없음)

※ 실험군

실험결과는, 첨부된 도면의 도 2를 참조한다.

도 2는 실험예 1에 따른 결과를 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 2에 따르면, 실험군 A인 표준 수초지에 비해 실험군 B인 습식 성형의 바이오패드의 벌크량(cm³/g)이 더 높게 나타났다.

실험예 2. 천연섬유 적용에 의한 벌크량 증대 평가

침엽수, 특히 소나무, 편백나무 등은 천연항균 특성을 가지는 피톤치드 등이 섬유세포내에 존재하여 바이오패드 기반의 흡수매트 제조시 항균성 및 항취성 등의 기능성을 부여할 수 있다. 이러한 침엽수 목재를 기반으로 기계적 해섬처리를 통해 제조된 천연 강직성섬유를 적용함으로써 바이오패드의 구조적 벌크특성을 크게 향상시킬 수 있는 방법을 고안하여 적용 평가하였다.

주로 접착제를 사용하여 보드류를 제조하는 용도로 활용되는 소나무 천연섬유는 직접적으로 바이오패드 제조시에 투입하였을 경우 기존의 펄프섬유와 적절한 혼합이 되지 않기 때문에 본 발명에서는 강직성섬유의 투입 전에 수화시키는 방법을 적용하였다.

이를 위해 60~100℃ 정도의 온수에서 30분~2시간 동안 수화하고 이러한 수화처리시 알칼리 처리에 의한 섬유 팽윤 유도 및 이에 따른 효과를 비교평가하였다.

본 실험에서 소나무 천연섬유의 온수 수화처리는 1000mL 삼각플라스크에 500mL의 증류수와 10g의 목재섬유 섬유를 혼합하여 50℃ 조건에서 30분 동안 처리하여 적용하였다.

이때 대조군은 실험군 B로서, 일반적인 목질 표백펄프를 사용하여 바이오패드 제품을 제조하였고 여기에 무게비로 10%의 강직성 섬유를 대체 적용하여 바이오패드를 제조하여 그 특성을 비교 평가하였다.

이는 아래 [표 3]의 실험군과 같다.

	첨가량	천연섬유 침지조건	시료제조 조건
A	-	-	수초지(with pressing)
B	-	-	바이오패드 (without pressing)
C	10%	열수	꼬임 전처리 적용안한 강직성 섬유 10% 첨가

실험결과는 첨부된 도면의 도 3을 참조할 수 있다.

도 3은 실험예 2에 따른 결과이다.

강직성 섬유를 적용한 경우 바이오패드의 벌크가 상승하는 것을 확인할 수 있었다.

바이오패드의 구조내부의 포함된 강직성 목재섬유가 바이오패드의 건조과정 중 발생되는 수축을 방지함으로써 결과적으로 바이오패드의 벌크상승 효과가 발현되는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 3. 바이오패드의 섬유별 벌크 특성 평가

바이오패드 제조시 강직성섬유를 무게비로 각각 10%, 20%, 30%씩 첨가하여첨가량에 따른 영향을 추가적으로 평가하여 도 4 그 결과를 나타내었다. 도 4는 실험예 3의 실험결과를 나타낸 것이다.

이는 아래 [표 4]의 실험군과 같다.

	첨가량	강직성 섬유 침지조건	꼬임처리 및 실험 조건
B	-	-	바이오패드(without pressing)
C	10%	열수	꼬임 전처리 적용안한 강직성 섬유 10% 첨가
C-2	10%	열수	꼬임 전처리 적용안한 강직성 섬유 20% 첨가
C-3	10%	열수	꼬임 전처리 적용안한 강직성 섬유 30% 첨가

각 실험군은, 활엽수표백펄프를 원료로 사용한 바이오패드와, 천연섬유의 함량별 바이오패드를 대상으로 하였다.

강직성 섬유의 첨가량에 의한 벌크 특성은 강직성 섬유 10% 이상 첨가 시 크게 달라지지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 강직성 섬유는 무게비 기준, 목질섬유 100중량부 대비 10중량부를 첨가하도록 한다.

실험예 4. 섬유의 수분보수성 평가

활엽수 표백펄프섬유(BKP) 및 천연 침엽수 유래 강직성 섬유를 대상으로 수분보수성을 평가하였다. 수분보수성은 시료를 일정시간 동안 물에 침지시켜 포수시킨 후 TAPPI Standard method Um 256에 의거하여 시료의 보수도를 측정 및 평가 하였다.

시료를 Crucible filter에 담은 후 900G로 30분간 원심분리 후 원료의 무게(흡수 후 무게)를 측정한 후 105℃에서 건조시킨 후 건조무게를 측정하여 수분보수도(WRV(%))를 도출하였다.

식 2 :

실험결과는, 첨부된 도면의 도 5를 참조한다.

도 5는 실험예 4에 따른 결과를 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 5를 참조하면, 보수성은 표백펄프섬유가 크게 높은 것을 확인할 수 있었다.

강직성 섬유의 경우, 기계적 처리에 의해서 제조되기 때문에 리그닌 등의 성분이 그대로 남아있어서 상대적으로 섬유자체의 보수성은 크지 않기 때문이다.

이러한 강직성 섬유의 과도한 투입은, 바이오패드 원료섬유 자체의 보수성을 감소시킬 수 있음으로, 본 발명에서는 구조적인 벌크효과를 가져오면서 강직성 섬유의 투입을 적정하게 투입하는 첨가량 10%로 실험을 진행하였다.

실험예 5. 강직성 천연섬유의 전처리에 따른 섬유 특성 변화 평가

강직성 섬유의 벌크 특성 개선효과를 더욱 향상시키기 위하여 강직성 섬유의 형상을 조절하기 위항 섬유꼬임처리를 본 발명에서 고안하여 적용하였다. 이러한 꼬임 처리의 원리는 강직성 섬유에 기계적인 전단력을 부여하여 섬유의 말림과 꼬임을 유도하는 처리기술로서 처리 후 강직성 섬유는 3차원적으로 꼬이거나 구부러진 형태를 가지게 된다.

이렇게 강직성 목재섬유의 꼬인형태는 실제 바이오패드 제조 시 바이오패드의 구조적 형태를 좀더 벌크한 구조로 형성시킬 수 있는 역할을 할 수 있을 것으로 기대하여 다양한 조건에서 목재섬유 꼬임처리를 실시하였다.

대체로 섬유장이 짧고 리그닌 등의 성분이 거의 대부분 제거되어 친수성 셀룰로오스가 주성분이 목질펄프 섬유의 경우 수분의 흡수와 팽윤이 잘 이루어지는 특성을 가지고 있어서, 섬유의 형태를 조절하기 위한 추가적인 기계적인 처리들에 의해 섬유의 꼬임 등이 발생하기보다는 섬유가 더욱 유연해지고 미세섬유화 되면서 실제 종이의 제조나 바이오패드의 제조시에 있어서 벌크가 향상하기 보다는 더욱 밀도가 높은 구조로 적층되어 버리기 쉬운 특성을 가지고 있다.

그러나 본 발명에서 적용되는 강직성 섬유의 경우 기계적 해섬처리로 제조된 특성으로 리그닌 등의 성분이 그대로 존재하고 있어서 섬유의 강성이 우수하고 이러한 강성을 가지는 강직성 섬유에 가해지는 기계적 전단력에 의해 섬유의 꺽이고 꼬이는 반영구적 변형이 발생될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 수화된 강직성 섬유를 고농도 20%의 농도로 전단력을 가할 수 있는 고농도 믹서기를 적용하여 3분간 꼬임처리를 실시하였다.

도 6은 본 발명에서 강직성 섬유를 꼬임처리한 것을 나타낸 것으로서, (A)는 꼬임처리를 수행하지 않은 강직성 섬유를 나타낸 것이고, (B)는 꼬임처리된 강직성 섬유(고형분 20%, 3분처리)된 것을 나타낸 것이다.

꼬임처리에 의한 강직성 섬유 외관특성 변화를 평가한 결과, 도 6과 같이 꼬임처리 되지 않은 강직성 섬유의 직선상 형태가 꼬임처리에 의하여 구부러지거나 3차원적으로 꼬이는 형태를 가지는 것으로 확인할 수 있었다.

실험예 5-1. 꼬림처리에 의한 벌크 특성 평가

강직성 섬유를 꼬임처리 한 후 10% 투입하였을 때, 바이오패드의 벌크특성 변화를 평가하였다.

강직성 섬유의 꼬임처리는 고형분 20% 농도에서 3분 동안 20℃의 조건에서 고농도 믹서를 적용하여 실시하였다.

꼬임처리 된 강직성 섬유가 적용된 바이오패드는 미꼬임처리 강직성 섬유의 적용시에 비해 벌크가 크게 상승하는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 실험군은 [표 5]를 참조할 수 있으며, 실험결과는 도 7을 참조할 수 있다. 도 7은 실험예 5-1에 따른 결과를 나타낸 것이다.

	첨가량	강직성 섬유 침지조건	꼬임처리 및 실험 조건
A	-	-	수초지(with pressing)
B	-	-	바이오패드(without pressing)
C	10%	열수	강직성 섬유 전처리 하지 않음
D	10%	열수	고형분 20%, 20℃, 꼬임처리 3분 처리

실험예 5-2. 꼬임처리 조건별 벌크 특성 평가

강직성 섬유의 꼬임처리에 의한 바이오패드의 추가적 벌크향상을 확인하고 이러한 꼬임처리 공정조건에 따른 영향을 평가하여 최적 꼬임처리 조건을 도출하고자 다양한 조건에서 꼬임처리를 실시하고 그 영향을 비교평가 하였다.

강직성 섬유의 꼬임처리시 적용 고형분에 따른 영향과, 온도조건에 따른 영향, 꼬임처리 시간에 따른 영향을 각각 평가하여 그 적용특성을 비교평가 하였다.

실험예 5-2-1. 꼬임처리시 고형분 조건에 따른 평가

강직성 섬유 꼬임처리시 강직성 섬유 지료의 고형분(처리농도)을 20%, 15%, 10%, 5%로 각각 다르게 조절하여 꼬임처리를 실시하고 각각의 조건에서 꼬임처리 된 강직성 섬유를 적용하여 바이오패드를 제조하여 그 벌크특성 변화를 비교평가 하였다.

강직성 섬유 첨가에 의한 바이오패드의 벌크는 꼬임처리시 고형분이 낮을수록 높아지는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 5% 고형분 조건에서 꼬임처리를 실시하는 경우 벌크개선효과가 거의 나타나지 않는 것으로 보아 고형분 10% 조건에서 가장 우수한 꼬임처리 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 꼬임처리시 강직성 섬유의 고형분 함량을 조절함으로써 꼬임처리효과를 조절할 수 있음을 확인할 수 있었다(도 8 참조). 도 8은 실험예 5-2-1에 따른 결과를 나타낸 것이다.

실험예 5-2-1에 따른 실험군은 [표 6]을 참조한다.

	강직성 섬유 첨가량	강직성 섬유 침지조건	꼬임처리 조건
A	-	-	수초지(with pressing)
B	-	-	바이오패드(without pressing)
C	10%	열수	강직성 섬유 전처리 하지 않음
D	10%	열수	고형분 20%, 20℃, 조건에서 3분간 꼬임처리
E	10%	열수	고형분 15%, 20℃, 조건에서 3분간 꼬임처리
F	10%	열수	고형분 10%, 20℃, 조건에서 3분간 꼬임처리
G	10%	열수	고형분 5%, 20℃, 조건에서 3분간 꼬임처리

실험예 5-2-2. 꼬임처리시 온도 조건에 따른 평가

강직성 섬유 꼬임처리시 처리공정온도를 20, 50 및 80℃의 조건에서 각각 실시하여 강직성 섬유 꼬임처리 효과 변화에 따른 바이오패드 벌크개선 효과를 비교평가하였다.

이러한 실험예 5-2-2의 실험군은 [표 7]과 같다.

	강직성 섬유 첨가량	강직성 섬유 침지조건	꼬임처리 및 실험 조건
A	-	-	수초지(with pressing)
B	-	-	바이오패드(without pressing)
C	10%	열수	강직성 섬유 전처리 하지 않음
D	10%	열수	고형분 20%, 20℃에서 3분간 꼬임처리
H	10%	열수	고형분 20%, 50℃에서 3분간 꼬임처리
I	10%	열수	고형분 20%, 80℃에서 3분간 꼬임처리

실제 꼬임처리 적용시 처리 온도가 높을수록 꼬임처리에 의한 벌크 개선 효과가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다(도 9 참조).

도 9는 실험예 5-2-2의 결과를 나타낸 것이다.

이러한 영향은 높은 온도에서 천연섬유를 구성하고 있는 리그닌의 연화로 인해 유도된 꼬임처리 효과가 꼬임처리 후 상온으로 냉각되며 굳어지게 됨에 따라 꼬임처리 효과가 지속적으로 발현될 수 있게 되기 때문으로 판단되었다.

실험예 5-2-3. 꼬임처리시 처리시간 조건에 따른 평가

강직성 섬유의 꼬임처리 공정시간에 의한 영향을 비교평가하였다. 이때 꼬임처리의 시간이 증가될수록 실제 벌크개선효과도 비례적으로 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 공정조건과 공정비용을 고려하여 적정 꼬임처리 공정시간을 조절하는 것을 좋을 것으로 판단되었다.

이러한 실험예 5-2-3의 실험군은 [표 8]을 참조하고, 실험결과는 첨부된 도면의 도 10을 참조한다. 도 10은 실험예 5-2-3의 실험결과는 나타낸 것이다.

	강직성 섬유 첨가량	강직성 섬유 침지조건	꼬임처리 및 실험 조건
A	-	-	수초지(with pressing)
B	-	-	바이오패드 (without pressing)
C	10%	열수	미 꼬임처리
D	10%	열수	고형분 20%, 20℃ 에서 3분간 꼬임처리
J	10%	열수	고형분 20%, 20℃ 에서 5분간 꼬임처리
K	10%	열수	고형분 20%, 20℃ 에서 7분간 꼬임처리

실험예 5-3. 꼬임처리 시 알칼리 처리가 꼬임처리 후 미치는 영향 평가

강직성 섬유를 수산화나트륨 0.5%의 수용액에 침지시켜 100℃ 온도조건에서 1시간 알칼리처리 한 후 꼬임처리를 실시함으로써 알칼리 조건에 의한 영향을 비교평가하였다.

이는 [표 9]와 같이 실험군을 설정하였다.

	강직성 섬유 첨가량	강직성 섬유 침지조건	꼬임처리 및 실험 조건
A	-	-	수초지(with pressing)
B	-	-	바이오패드 (without pressing)
C	10%	열수	강직성 섬유 전처리 하지 않음
D	10%	열수	고형분 20%, 20℃, 꼬임처리 3분
L	10%	알칼리	강직성 섬유 전처리 하지 않음
M	10%	알칼리	고형분 20%, 20℃, 꼬임처리 3분

고온 알칼리 처리 후 꼬임처리 시 꼬임처리 되지 않은 강직성 섬유의 첨가에 의한 영향과 비교하였을 때 벌크는 다소 상승하지만, 기존 꼬임처리 된 섬유에 비하여 벌크는 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 알칼리 처리에 의해 섬유의 팽윤정도가 커지고 유연해지면서, 바이오패드 제조공정에서 강직성 섬유가 벌크를 유지하는 강직성이 감소하게 되어 성형시 쉽게 과밀화가 발생되기 때문에 바이오패드 벌크 향상에 기여도가 낮아지기 때문이다. 따라서 과도한 알칼리 처리는 실시하지 않는 것이 유리하다(도 11 참조).

도 11은 실험예 5-3에 따른 결과를 나타낸 것이다.

실험예 5-3-1. 알칼리 처리 후 꼬임처리시 고형분 조건에 따른 평가

실험예 5-3-1 내지 5-3-3에서는 알칼리 처리 후 조건별 실험군에서 나타나는 수분흡수율의 변화를 평가하였다.

수분흡수율의 평가는, 각각의 조건별로 제조된 시료들을 1.5cm x 1.5cm로 절삭한 후 상온의 증류수에 1분간 침지시킨 후 건져내어 떨어지는 중력수를 제거한 후 흡수된 총 무게를 측정 비교하였다. 측정된 값은 아래의 식에 대입하여 시료의 수분흡수율을 측정하였다.

식 3 :

본 실험예인 실험예 5-3-1에서는, 상술된 [표 5]의 실험군을 대상으로 실험하여 도 12의 결과를 나타내었다.

도 12는 실험예 5-3-1의 실험결과를 나타낸 것이다.

첨부된 도면의 도 12를 참조하면,

같은 목질펄프섬유로 같은 무게로 제조된 수초지에 비해 바이오패드는 약 2배 높은 수분흡수율을 나타내었고 강직성 섬유를 10% 투입한 경우 수분흡수율이 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 고형분 20%에서 꼬임처리한 경우에는 큰 차이를 나타내지 않았지만 15%, 10%, 5% 농도에서 꼬임처리한 경우, 수분흡수율이 처리하지 않은 강직성 섬유를 투입한 경우보다 뚜렷한 증가를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 5-3-2. 알칼리 처리 후 꼬임처리시 온도 조건에 따른 평가

강직성 섬유의 꼬임처리시 처리온도 조건에 따라 실제 처리된 강직성 섬유를 10% 투입하여 제조된 바이오패드의 수분흡수율 변화를 비교 평가하였다.

꼬임처리시 처리 온도가 높을수록 꼬임처리 강직성 섬유의 첨가 효과가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 특히 80℃에서 꼬임처리를 실시한 경우 꼬임처리 하지 않은 강직성 섬유를 첨가한 바이오패드에 비해 40% 이상의 수분흡수율 증가를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 실험예 5-3-2의 실험 결과는 도 13을 참조하며, 실험을 수행한 실험군은 상술된 [표 6]과 같다.

도 13은 실험예 5-3-2의 실험결과를 나타낸 것이다.

실험예 5-3-3. 알칼리 처리 후 꼬임처리시 처리시간 조건에 따른 평가

강직성 섬유의 꼬임처리시 처리시간을 달리하여 처리한 강직성 섬유를 첨가한 바이오패드의 수분흡수량 변화를 비교평가하였다. 꼬임처리 시간이 길어질수록 수분흡수량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 실험예 5-3-3의 실험결과는 첨부된 도면의 도 14를 참조하며, 실험을 수행한 실험군은 상술된 [표 7]과 같다.

도 14는 실험예 5-3-3의 실험결과를 나타낸 것이다.

상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면에 의한 기술적 사항에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims

펄프섬유와 강직성 천연섬유를 이용하여 제조 바이오패드를 제조하는 방법에 있어서,
상기 방법은 패드로 형성할 때 습식성형하고 압착탈수를 수행하지 않아서 벌크량과 수분흡수율을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 펄프섬유는,
목재 또는 비목재 기반 펄프섬유로서, 미표백침엽수펄프, 미표백활엽수펄프, 표백침엽수펄프, 표백활엽수펄프, 신문지고지 재생펄프, 백상지재생펄프, 휴지 및 우유팩 재생고지, 재생고지탈묵펄프 및 대나무를 포함한 비목질펄프 중 선택된 하나 이상의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 강직성 천연섬유는,
침엽수 또는 활엽수 목재를 기계적으로 해섬하여 제조되는 목재섬유, 면린터섬유, 다양한 마섬유, 케이폭섬유, 오일팜 열매섬유, 볏집섬유, 갈대섬유, 억새섬유, 침엽수 잎의 해섬섬유, 녹차추출 잔사, 침엽수잎 추출잔사, 대나무 잎, 대나무 섬유 및 키토산섬유 중 선택된 하나 이상의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 방법은,
(a) 펄프섬유와 강직성 천연섬유를 준비하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계에서 준비된 강직성 천연섬유를 수화전처리하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계에서 수화전처리된 강직성 천연섬유를 꼬임처리하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계 후, 펄프섬유에 강직성 천연섬유를 첨가하여 혼합지료를 제조하는 단계;
(e) 상기 (d) 단계에서 제조된 혼합지료를 통해 패드를 형성하는 단계; 및
(f) 상기 (e) 단계에서 형성된 패드를 건조시켜 바이오패드를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 (b) 단계는,
수화전처리 시 알칼리를 첨가하여 강직성 천연섬유의 수화를 촉진시키는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 강직성 천연섬유를 100중량부 기준으로 알칼리를 0.05~0.5중량부 첨가하고,
수화전처리는 20~100℃ 조건에서 5~30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 펄프섬유를 물에 0.5~2%의 농도를 갖도록 풀어주어 펄프섬유 혼합물을 제조하고,
상기 펄프섬유 혼합물 100중량부를 기준으로 수화전처리 및 꼬임처리된 강직성 천연섬유를 5~20중량부 첨가하여 혼합지료로 제조하는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 (e) 단계에서 패드의 형성은,
혼합지료를 50~100mesh 크기의 거름망으로 흡입하여 패드를 형성하되,
상기 혼합지료가 거름망으로 흡입되면서 지필이 거름망에 형성되면, 지필이 형성된 거름망에 추가 흡입을 통해 수분을 흡입한 뒤, 지필을 거름망으로부터 분리하고, 고무롤 또는 고무판으로 지필의 표면이 균일해지도록 가압시켜 패드를 형성하는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 (f) 단계는,
상기 (e) 단계에서 형성된 패드를 비접촉식 건조방식을 이용하여 수행하되,
상기 패드의 윗면과 아랫면에서 열을 동시에 부여하여 동일한 건조가 이루어지도록 함으로써, 불균일한 건조로 발생될 수 있는 뒤틀림이나 변형을 방지하는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 건조방식은,
복사에너지를 이용하는 근적외선 건조기 또는 원적외선 건조기를 사용하거나, 파장에너지를 이용하는 마이크로웨이브 건조기, 고주파 건조기 또는 직접가열식 열풍건조기를 사용하는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 (c) 단계의 꼬임처리는,
고형분 10~30%의 강직성 천연섬유를 20~150℃ 온도범위 내에서 고농도믹서 또는 전단력을 주는 섬유해리기를 이용하여 3~30분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 (c) 단계의 꼬임처리는,
고형분 20%의 강직성 천연섬유를 80℃의 온도에서 고농도믹서 또는 전단력을 주는 섬유해리기를 이용하여 5분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는, 바이오패드의 제조방법.