광물질의류 연구자료

[성미희 기획팀장]

대구 한의대 왕과비 연구소

sv 왕과비

목   차

Ⅰ. 서론 .........................................................................3

Ⅱ. 원적외선이란 무엇인가 ............................................4

Ⅲ. 광물질 의류 실험 .......................................22

Ⅳ. 왕과비 전지점임상자료 .......................................35

Ⅴ. 천연수정 효 능 ............................................62

Ⅵ.칠보석게르마늄 .....................................................67

Ⅶ. 옥으로 알고있는 사문석의 문제점 .........................71

Ⅷ. 음이온이 인체에 미치는 작용 ................................79

Ⅸ. 부인과 질환(질염, 냉대하) .....................................80

Ⅹ.여성.남성 생리통증완화팬티

기능 및 작용 .................86

Ⅰ. 서론

최근 여러 분야에서 원적외선 방사재료에 의한 효과에 관심이 높아지고 있다.

그러나 점점 더 다양화 되어가고 있는 방사재료, 응용제품, 제조 및 사용조건 등에 대해

방사특성이나 방사효율에 대한 평가기술이 현재로서는 충분히 대응되지 않고 있는 실정이다. 특히 방사율은 피사체의(촬영자가찍은 사진이란뜻) 광물질의류의 흡수특성과의 관계도 포함하여 방사재료의 특성, 효율을 평가하기 위해 필수불가결하며 재료혼합, 재품성형을 하는데 있어서도 아주 유용한 정보를 제공하여 주고 있다.

원적외선은 우리의 눈에는 보이지 않으나 많은 열에너지를 갖고 있는 전자파로서 생명체의

조직활동을 활성화하며, 식물의 생육작용을 도울뿐만 아니라 최근에는 온열치료, 농 ․ 수산물의 저온건조 등 국민건강과 에너지 절약분야에서도 널리 활용되고 있다.

이렇게 여러 분야에 사용되고 있는 원적외선 방사재료는 그 사용하는 용도에 따라 체계적인 연구가 선행되어야 하며 방사재료의 본질적인 이해와 그에 따라 얻을 수 있는 효과에 대한 원인규명이 절실히 요구된다.

원적외선은 옛날부터 가열, 건조 분야에 널리 이용되어 왔지만 최근 3~4년 사이에 원적외선을 응용한 상품이 엄청난 속도로 시장에 확산되어 있다. 고온영역에서의 적외선 세라믹스에 의한 난방, 가열에 사용되는 것과 함께 상온영역에서 사용되는 것이 일반 사용자를 대상으로 널리 판매되고 있다. 그러나 이들 제품 중에는 상온영역에서의 적외선 방사에너지 수준이 주위의 물체에서 나오고 있는 원적외선과 거의 같은 정도로 생각되는 것도 있고 또한 그 효과, 효능에 대한 과학적 근거가 부족함도 부정할 수 없는 현실이다. 현재 시장에 나와 있는 원적외선 방사체의 형상은 분말상, 침상, 섬유상, 소결 페릿상, 판상, 다공질상 등으로 대별되고 있으며 이것들은 각각의 사용목적과 용도에 따라 단체, 복합체, 복합산화물, 표면처리 등 여러 가지 가공형태로 사용되고 있다. 실생활 응용면에서는 주로 섬유, 의료, 주방용품, 난방 응용의 영역이 널리 확대되어 있는 상태이다. 또한 상온영역에 있어서 원적외선 세라믹스의 응용은 의복재료, 건강용, 식품 등 3대 분야에 거의 집중되어 있다고 해도 과언이 아니며, 국내 원적외선 제품 시장규모가 1조원에 육박하고 있고, 대기업을 포함한 업체만도 수백개에 달하고 있는 실정이다.

아직 미개척분야도 많고 앞으로의 응용개발이 향후 기대되고 있다. 원적외선의 응용은 에너지의 효율적 이용의 가장 현저한 분야로부터 응용되어 왔으나 이후에는 낮은 에너지로 비교적 저온분야기능의 이용이 기대되고 있다.

Ⅱ. 원적외선이란?

빛의 종류에는 여러 가지가 있는데 그 중에 우리 눈에 보이는 것을 가시광선, 가시광선보다 파장이 긴 것을 적외선이라 하고 우리 눈에 보이지 않는다. 빛에 있어서 파장이 짧으면 반사가 잘되고 파장이 길면 물체에 도달하였을 때 흡수가 잘되는 성질이 있다. 적외선은 1800년에 독일의 William Erchal이라는 천문학자에 의해 발견되었다. 적외선이란 에너지파의 일종인 전자파이며 파장대가 0.76 ~ 1,000 ㎛ 범위의 빛을 말하며 파장에 따라 0.76 ~ 1.5 ㎛를 근적외선, 1.5 ~ 5.6 ㎛를 중적외선이라 하고 5.6 ~ 1,000 ㎛를 원적외선이라 한다. 이중에서도 6 ~ 14 ㎛ 파장대의 원적외선은 그 하는 일이 우리 인간에게 이로운 것이 많기 때문에 여러 분야에서 많이 사용되고 있으며 앞으로 계속적인 연구가 필요한 분야 중 하나이다. 원적외선은 다량 발생할 경우 여러 가지 유익한 성질이 있는 것으로 알려져 있다. 파장이 길어 물체 깊숙이 침투하며 물질의 분자를 쉽게 진동시켜 스스로 열을 내게 만드는 것이다. 이러한 작용으로 원적외선이 발생하는 사우나탕에서는 땀을 덜 흘리고도 몸을 덥게 할 수 있으며 원적외선 스토브나 전자레인지는 음식물 깊은 곳까지 쉽게 익힐 수 있다. 그러나 이러한 작용은 섭씨 300 ℃ 이상 고온에서 적절한 발광체를 이용, 다량의 원적외선이 발생할 경우이다. 상온에서 방출되는 적은 양의 원적외선을 갖고도 비슷한 효과를 거둘 수 있느냐 하는 문제에 대해서는 학자들 사이에 의견이 분분하다. 이른바 바이오 세라믹 용기를 놓고 진행되는 논란의 초점은 ‘과연 상온에서도 효과를 볼 정도로 다량의 원적외선이 방출되느냐?’ 하는 점이다. 상온에서는 발생량이 적고 측정도 쉽지 않기 때문이다. 원적외선 제품사용의 선두 역할을 한 역할을 한 일본의 경우도 아직 이렇다할 기준이 없으며 다한 ‘최소한 85% 이상의 원적외선을 내는 제품을 생산하자’ 는 업체간의 약속이 있을 뿐이다. 여기서 85%라고 하는 것은 원적외선을 100 % 방출하는 흑체(Black body)를 기준으로 한 비교치이다. 우리 선조들이 콩을 볶을 때 검은 모래를 넣거나 해변에서 모래찜질을 한 것도 모두 모래 또는 자갈에서 방출되는 원적외선을 이용한 지혜라고 말할 수 있다.

Ⅱ-1. 원적외선의 특징

원적외선은 방사에 의하여 전달되고 인체나 물질 깊숙이 도달하여 흡수되며, 물질 고유의 파장과 공명, 공진하여 활성화되는 특성이 있다.

(1) 방사 (복사 : Radiation)

우주의 에너지는 에너지 보존법칙에 의한 형태변화를 하며 균형을 유지하는데, 그 중의 한 형태가 열에너지이고, 이 열에너지는 전도, 대류 및 방사의 세 가지 방식에 의해 전달된다.

① 방사 : 원자나 원자단의 분자활동에 전자파가 공명 및 공진 현상을 일으켜 분자 자체에서 열 에너지를 만드는 것

② 전도 : 열이 물체의 내부를 통해 고온부에서 저온부로 이동하는 현상

③ 대류 : 열이 액체 또는 기체의 이동에 의해 전달되는 현상

그러나 원적외선의 첫째 특성인 방사는 열이 열원에서 중간매체의 가열 없이 직접적이고, 순간적으로 대상물체에 전달되는 것을 말한다. 그 전달속도는 빛과 같고, 빛과 같이 직진하며 반사판을 사용하면 전달방향의 변경도 가능하며 열효율이 높고 응용범위가 광범위하다.

(2) 심달력

가시광선이나 근적외선과는 달리 원적외선은 우리 몸이나 물질의 표면뿐만이 아니고 내부 깊숙이까지 침투하는 특성이 있다. 이 성질을 심달력이라 하며, 이 특성이 도장건조나 식품건조 등에 이용되고 있고, 각종 질병치료부문 및 건강 증진에도 이용되고 있다.

(3) 공명, 흡수(분자의 진동과 적외선 흡수)

범종에는 고유의 진동수가 있어서 그 진동수와 같은 간격으로 밀면 종은 서서히 흔들리기 시작하여 나중에는 손가락만으로도 움직일 수가 있게 된다. 그네를 타는 것도 같은 원리인데 이것을 공명 또는 공진이라고 한다. 물질을 구성하고 있는 분자의 진동수는 원적외선 파장대 범위 내에 있으므로 같은 파장대의 원적외선이 물질에 조사되면 흡수되어 분자의 공명현상이 일어나서 진동이 점점 격하게 되며, 이 증폭된 진동에너지의 일부는 자기발열에 의해 열로 변하고 일부는 분자운동을 활성화시키는 활성화 에너지로 작용한다. 분자간의 진동과 같은 원적외선이 흡수에 의해 공명되는 것을 공명, 흡수현상이라고 한다.

원적외선을 이해하기 위해서는 이제까지의 온도개념을 변화시켜 절대온도를 생각하지 않으명 원적외선을 이해할 수 없다. 때문에 우리가 상용하고 있는 섭씨온도는 순수한 물이 얼고, 녹는 점을 기점으로 하여 0 ℃로 정하였다. 절대온도는 분자운동이 정지되는 것과 시작되는 점을 기점으로 하여 0 ℃로 정한 것이다. 이는 섭씨 0 ℃가 절대온도 273 K가 되며 절대온도 0 K는 섭씨 -273 ℃가 된다. 원적외선 방사체는 방사체임과 동시에 흡수체이다. 절대온도 0 K 이상의 온도를 가해주면 그 열에너지를 원적외선으로 방사한다. 방사된 원적외선을 대상물체에 투사하면 투사된 물체는 내부의 분자가 공진해서 주어진 온도가 된다. 이런 원리로 인해서 원적외선의 효과를 기대한다. 만약 절대온도가 0 K이면 모든 분자운동은 정지한다. 온도와 열에너지는 주는 상대가 없으면 같이 없어지는 것이므로 열에너지는 물체를 구성하고 있는 분자에 작용하여 변화를 일으켜준다. 그러므로 분자운동은 절대운도 0 K에서는 전혀 운동하지 않는다. 절대온도 0 K 이상이면 분자가 공진해서 운동을 시작한다. 원적외선을 특정 파장대의 진동수가 분자운동의 진동수와 일치하면 분자는 공진작용을 하는 것이다. 반대로 분자는 온도가 낮으면 분자운동이 둔화된다. 이를테면 진동의 폭은 커지고 움직이는 속도는 둔화된다. 그 때문에 분자가 충돌하는 횟수가 적어지는 것은 열에너지의 발생이 억제되는 것과 맥을 같이한다. 그러므로 원적외선의 응용은 분자운동과 원적외선의 파장과 온도와의 관계가 주 포인트인 것이다.

Ⅱ-2. 원적외선의 효과

(1) 생체효과

생체는 대부분 물과 단백질로 이루어져 있는데, 물이나 단백질을 이루는 유기 화합물이나 분자운동의 진동 파장대가 조사되는 원적외선 파장대가 같을 경우 그 분자운동이 활성화된다. 가시광선이나 근적외선은 생체에 흡수되어 원적외선은 신진대사를 촉진해 주고 혈행을 좋게 하며, 효소의 생성을 부활시키고 노화된 세포를 활성화 시켜 노폐물 및 여분의 지방질 배설을 촉진하고, 피로나 노화의 원인인 유산, 유리지방산, 지방산에스텔, 콜레스테롤, 뇨산, 과잉염분의 생성을 억제하여 건강과 젊음을 약속해준다.

(2) 물분자의 활성화

물분자의 파장대인 10 ㎛ 전후의 원적외선이 조사되면, 공명, 흡수현상으로 물분자가 활성화된다. 활성화된 물분자는 용존산소를 활성화 시켜서 음식물을 부패시키는 박테리아의 침투를 억제하여 식품의 신선도를 오래 유지한다. 또한 단백질의 표면을 형성하고 있는 3개 층의 물분자가 활성화되면서 물분자의 중간 결합력이 높아지게 되어 드립(Drip)현상이 억제된다. 이 드립현상이 억제됨으로써 생선회 등 단백질 식품이 장기간 신선하게 보존되는 것이다. 활성화된 물분자는 물질내에 균일하게 퍼지게 되므로 음식물의 건조를 막아 주고 곰팡이의 발생을 억제하며, 수화성(섞이는 힘)이 좋아진다.

※ 드립(Drip)현상 : 단백질 표면의 물분자 결합이 무너져 단백질이 분해가 될 때 단백질의 핵인 탄소원자가 물분자와 함께 날아가면서 표면이 마르고 갈색으로 색이 변하는 것.

(3) 숙성

숙성이라 함은 식품중의 단백질, 지방, 탄수화물 등이 효소, 미생물, 염류 등의 작용으로 부패함이 없이 분해되어 특수한 향미를 띠는 상태를 말한다. 원적외선은 물을 활성화 시킴으로써 수화성이 높아져 숙성이 촉진된다. 제빵, 제면시에 기계적인 반죽만으로는 수분분포가 불균일하고 글루텐의 성숙이 불충분하여 일정온도 및 습도에서 일정시간 동안 숙성시키게 되는데, 이때 원적외선을 조사하거나 원적외선 방사용기를 사용하면 단시간에 숙성을 완료할 수 있어 탄력좋고, 부드럽고, 빛깔 좋은 제품을 만들 수 있다. 원적외선은 술의 수화성을 높여주기 때문에 위스키, 브랜디 등을 원적외선 처리하면 목이 타는듯한 뜨거운 맛이 사라지고, 향이 증가, 풍미도 좋아진다. 조리시에도 간장, 고추장, 된장, 젓갈 등의 간 배임이 빠른 시간에 이루어지며 부드러운 감칠맛을 볼 수 있다.

(4) 선도유지

선도유지란 음식물에 붙어있는 박테리아의 활동을 억제해서 박테리아의 침식에 의해 부패(단백질 분해)를 막는데에 중점이 있다. 원적외선이 조사되면 음식물내의 물분자가 활성화되므로 박테리아의 침식을 억제할 뿐아니라 드립현상에 의한 갈색변화 현상도 억제되어서 선도가 유지된다. 원적외선은 선도를 향상시키는 것이 아니라 현재의 선도를 오랫동안 유지시키는 힘을 발휘한다. 선도유지의 가장 중요한 요소는 온도와 유통상의 신속성으로써 신선한 상품을 소비자에게 공급하기 위해서는 막대한 운반비가 소요되어 왔으나 원적외선을 이용하여 선도유지 기간을 연장함으로써 경비절감 뿐만 아니라 좋은 품질의 상품을 소비자에게 공급할 수 있다. 육류, 생선, 야채뿐만 아니라 각종 과일, 우유, 유제품 등의 선도 유지 및 풍미도 더욱 높여준다.

(5) 생육촉진

원적외선 처리로 활성화된 물은 식물의 성장을 촉진하고 수확량을 늘려주며 꽃도 빨리 피고 오래가게 해준다. 원적외선을 방사 하므로써 달걀의 부화시간이 단축되며 병아리의 성장속도도 빨라진다. 원적외선 방사세라믹 볼을 수조 안에 넣으면 물이 탁해지지 않고 수조안의 물고기가 건강하게 오래 살며 수초까지도 잘 번식하게 된다. 원적외선을 조사한 식물은 발아력이 현저하게 증가되고 뿌리의 발달 및 잎의 생육도 좋아 생산성이 향상되어 속성재배가 가능하다. 양계, 양돈시에는 성장속도가 빨라질 뿐만 아니라 악취제거 및 위생적인 사육이 가능하다.

(6) 에너지 절약

원적외선은 물질내부에 깊숙이 침투하여 심부에서 자기발열을 일으키고 내외부가 균일하게 가열되므로 도료나 식품, 인체 등의 효율적인 가열이 가능하기 때문에 가스나 전기 등에 의한 방법보다 경제적인 효과를 얻을 수 있다. 도료, 인쇄잉크, 접착제 등의 건조, 플라스틱의 이차가공에서 피가열 물체의 흡수파장대와 동일한 원적외선을 조사하면 열손실이 없어 단시간내에 가열이 가능하므로 에너지 절약효과가 탁월할뿐 아니라 설비면적의 감소, 작업환경의 개선, 이물질에 의한 품질저하 방지 등에 효과가 있다. 저온방사에 의한 장파장의 원적외선은 인체에 부드러운 난방감각을 줄뿐 아니라 소음, 냄새 등이 없어 쾌적한 난방이 가능하며 화재의 위험이 전혀 없다.

(7) 살균 및 해취

통상의 살균은 대류나 전도방식의 열전달에 의한 것이다. 이 방법으로는 물질내부에 있는 균을 죽이기 위해 외부온도를 몇 배로 올리고 장시간 가열해야 하나, 원적외선은 심달력에 의해 내외부가 동시에 가열되므로 고온에 의한 생체조직의 파괴나 품질의 손상없이 저온의 살균이 가능하다 원적외선은 물분자의 활성화 및 습도조절 기능이 있어 곰팡이의 발생이나 박테리아의 번식을 방지해 줌으로써 냉장고의 미생물 번식에 의한 악취의 생성을 억제하고 각종 냄새를 이온작용으로 해취시킨다.

Ⅱ-3. 원적외선의 응용 및 동향

원적외선은 조리용구, 선도유지기기, 건강용구, 의료기기, 건조 및 난방기기 등 우리생활주변에 다양하게 이용되고 있다. 이웃 일본에서는 4천 여개의 업체에서 1천 여종의 원적외선 제품이 생산 판매되어 호평을 받고 있으며, 특허신청 건수도 1,000 여건에 달하고 있다.

(1) 섬유

원적외선 방사세라믹스를 코팅하거나 프린팅한 섬유로 만든 침구를 이용하면 어깨결림, 요통 및 신경통 등의 증상이 없어지고, 스트레스, 불면증 해소 및 피로회복에도 효험이 있다. 원적외선 방사재료로 만든 구두중창이나 약물을 착용하므로써 구두내의 악취가 제거되고 무좀이나 동상이 예방되기도 한다. 원적외선 섬유로 만든 의복에서 방사되는 원적외선은 인체에 깊숙이 침투, 흡수되어 세포조직을 활성화 시키고 신진대사를 촉진시키는 등의 사우나 효과를 주고, 인체에서 발생되는 열을 흡수, 방사시켜줌으로써 보온효과가 탁월할 뿐만 아니라, 원적외선의 이온화 효과에 의해 몸냄새도 제거된다.

(2) 건조

원적외선에 의한 식품건조는 엽록소나 비타민이 파괴되지 않고 향이나 맛이 변화되지 않으며, 건조물의 색깔이나 형태가 원상대로 복원되는 특성이 있어서 김, 미역, 녹차 또는 각종 건어물 등의 건조에 아주 효과적이다.

(3) 향수

원적외선으로 처리된 물은 활성화 및 이온화 되어 수화성이 좋게 되고 소독약(잔류염소) 냄새가 없어지며 건강에 좋은 약알칼리성의 맛있고 살아있는 물이 된다.

(4) 건강증진 및 치료

원적외선 사우나는 40~50℃ 정도의 저온에서도 고온 사우나의 효과가 가능하며 고령자나 병약자도 쾌적한 사우나를 즐길 수 있을뿐만 아니라 고열로 인한 피부손상이나 신체압박감 등이 있다. 고온 증기나 공기를 이용하는 사우나보다도 발한 효과가 뛰어나 각종 중금속 및 요소 등의 노폐물의 배출, 미세혈관의 확장, 혈액순환의 촉진, 대사장해의 일소, 조직의 부활, 효소생성촉진 등의 효과를 얻게되어 각종 부인병, 신경계 질환이나 성인병 치유에 널리 이용되고 있으며, 최근 일본에서는 암치료에도 효험이 있는 것으로 발표되고 있다.

(5) 조리 및 식품가공

숯불구이의 좋은 맛은 숯불에서 나오는 원적외선이 고기나 생선의 드립현상을 억제해주기 때문에 잘 타지 않으면서 맛있는 육즙이 그대로 남아있고 심달력에 의해 고기가 안에서부터 익으므로서 부드럽고 맛있게 조리가 되기 때문이다. 원적외선은 생선의 비린내를 없애주고, 튀김식품을 연하고 바삭바삭하게 해주며, 조미료를 사용하지 않아도 국이나 찌개의 감칠맛을 더해준다. 음식물 내외부의 온도차가 없이 균일가열이 가능하여 조리시간이 짧아지고 열이 깊숙이 고루 전달되어 살균효과가 크며 식품에 함유되어 있는 미량성분이 그대로 남아있는 등 맛, 색깔, 향미의 손실이 없어 음식 맛이 좋아진다.

(6) 난방

일반 난방은 공기를 가열하는 대류에 의한 방식이므로 소음이 많고, 가열시간이 길며, 설치장소의 제한 및 단열장치의 필요 등 많은 결점이 있다. 원적외선은 공기의 가열없이 직접 피조사물에 도달하므로 열손실이 적고, 소음도 없으며, 설치장소에 대한 제약도 거의 없고, 일광욕을 하는 것과 같은 느낌의 쾌적한 난방이 가능하며 실내에 있는 사람의 위치에 따른 국부적인 조사가 가능하기 때문에 에너지 절약효과도 크다.

(7) 원적외선 응용의 동향

① 가열작용을 이용한 응용분야

원적외선을 가열작용에 이용한 분야는 기계, 식품공업, 전자, 화학등의 산업에 확산되기 시작했고, 의료, 건강증진을 위한 일부 분야에서도 이용되고 있다.

가열작용의 특성을 살펴보면

첫째 : 고분자 화합물 등의 고유흡수 파장영역이 원적외선 파장영역에 속해 있기 때문에 가열할 때 고분자 화합물에 흡수가 잘된다.

둘째 : 색조변화에 따른 흡수열량의 차이가 거의 없다. 따라서 균일하게 가열이 가능하다.

셋째 : 원적외선을 물체에 조사시키면 흡수되기도 하고 반사, 또는 투과되기도 한다. 표면에 흡수된 것은 열전도에 의해 내부로 전달되면서 가열된다. 즉, 열전달 형태는 복사에 의한 전도라고 할 수 있다.

넷째 : 열매체가 필요없이 직접 물체를 가열하므로 건조 ․ 가열시간을 단축할 수 있다. 이것은 색조를 띠고 있는 물체의 경우 품질(외관)에 상당한 영향을 미친다.

다섯째 : 침투력이 약하기 때문에 두께가 두꺼운 것은 열전도가 느리므로 가능한 얇게 슬라이스해서 가열 ․ 건조하는 것이 바람직하다.

② 비가열상태 하에서 응용분야

비가열 상태에서 원적이선 세라믹스가 응용되고 있는 분야는 식품분야의 보존, 저장용으로 플라스틱용기, 비닐봉지, 탈취팩, 세라믹스판 등이 있고, 물에 관련된 것으로는 플라스틱 물병, 시트, 정수기용 볼, 보드 등이 있다. 의류 분야로는 침구, 양말, 내의, 방석, 기타 의류 등이 이용이 되고 있으며, 기타 담배용 카드, 주류용 시트, 화분용 보로가 시트 등이 있다. 각각의 응용분야별로 공통적인 것은 원적이선 효과라고 주장하는 것이다. 이 점에 대해서는 과학적인 근거에 의한 이론적인 규명이 확립되어 있지 않은 것이 사실이다.

따라서 이들 응용제품이 원적외선에 의한 효과인지, 아니면 세라믹스가 갖고 있는 특성에 의한 변화인지를 정량적으로 분석해내야 의문점이 사라질 것이다. 그러나 이와 같은 의문점을 해결하기 위한 측정방법 및 평가방법이 확립되어 있지 않기 때문에 당분간은 논란의 대상이 될 것으로 생각된다.

더욱이 모든 물체는 절대온도 이상이면 그 온도에 해당하는 적외선 내지는 원적외선 파장을 방사한다. 한편 열은 고온영역에서 저온영역으로 이동되며 두 영역의 온도가 동일해지면 열평형 상태를 유지한다. 즉 열의 이동이 없게 되므로 분자를 진동시켜 내부의 변화를 주기가 어렵게 된다. 이 불변의 법칙을 반대로 놓고 설명이 가능한 이론적 근거가 제시되지 않는 한 상온에서의 원적외선 효과에 대한 찬반론은 계속되리라고 본다. 그러나 상온영역에서 과학적인 근거나 규명이 없다고 해서 무조건 무시 할 수 없는 부분이 있다. 물론 원적외선의 효과인가, 세라믹스 특성에 의한 효과인지는 문제가 되지만, 식품의 장기간 보존가능, 저장중의 탈취효과, 물의 정화작용, 물과 관련된 물질의 미묘한 맛의 변화 등은 우리 인간생활에 유익한 것이므로 좀더 과학적인 방법으로 실험을 실시하여 규명할 가치가 있다고 생각한다. 현재의 이론에 입각하여 무조건 있을 수 없다라고 단정해 버리면 이 분야는 더 이상의 발전이 없게 된다. 물론 새로운 것을 하나의 이론의 정립하기에는 많은 시간과 노력이 요구되지만 산 ․ 학 ․ 연이 협조하여 꾸준히 연구를 하면 우리가 이제까지 알지 못했던 사실도 발견될 수 있으리라 본다. 아무튼 생산업체는 상온제품에 대해서 무조건 ‘원적외선 효과이다’라고 하는 광고보다는 확실한 연구결과를 놓고 설득력있게 표현하여 판매하는 것이 현명하다고 생각한다. 국내에서도 점차로 원적외선 가열산업분야에 활기를 띠고 있다고 하며, 특히 원적외선 히터분야의 시장규모는 100억원 정도에 이를 것으로 추정하고 있다. 이와 같은 현상은 매우 바람직한 것으로 앞으로 가열 및 건조를 필요로 하는 산업분야에 기여도가 매우 클 것으로 판단된다.

Ⅱ-4. 원적외선과 인체 내 물과의 상호작용

각종 물질을 구성하는 여러 분자구조는 그 원자의 질량과 구조상의 집합방법과 배열의 상태 또는 그들의 결합력의 차이로부터 그 특유의 진동과 회전의 주파수를 갖고 있다. 어떤 진동수를 가진 원적외선이 어떤 분자에 닿을 경우 그것과 같은 진동수로 진동하고 있는 분자가 있다면 원적외선의 에너지를 흡수하여 용수철의 운동은 한층 더 격렬하게 된다. 이것이 공명현상이다. 각종 물질에 원적외선을 조사할 경우 공명흡수의 발생형태는 그 물질에 의해 분자의 결합상태가 다르기 때문에 각각 특징이 있는 고유의 원적외선 스펙트럼이 된다. 그러므로 원적외선의 진동수(파장대)는 이 분자내의 진동수와 일치해야한다. 그래서 원적외선이 물체에 닿으면 그 물질을 형성하고 있는 분자 안에서 공명현상이 일어나는 것이다. 결국 분자중에 원자라든가 그 집단의 진동이 점점 격렬하게 되어 진동이 크게 되는 것이다. 그 상태로 계속되면 무한대로 크게된다. 이렇게 되면 원자나 원자집단이 뿔뿔이 흩어져 분자가 파괴되어 버리나 진동에너지의 대부분은 열로 변하기 때문에 분자는 파괴되지 않는다. 또 일부의 에너지는 활성화 에너지로 변화한다. 그렇게 하여 분자는 전체적인 밸런스를 유지하게 되는 것이다. 활성화 에너지로 변화한다는 것은 분자중의 진동이 격해지는 데에 따른 전자적 에너지가 높아지는 것이다. 인체는 60~70% 이상이 물로 구성되어 있기 때문에 원적외선이 방사하게 되면 원적외선의 열에너지가 인체내의 물분자의 결합각을 104.5。에서 104.8。로 변화시킨다. 이와같이 원적외선과 생체내의 물분자의 상호작용으로 인하여 물분자가 활성화되고 이로 인하여 혈액순환을 촉진시킨다. 생체조직을 구성하고 있는 움직이는 물질의 원자간의 화학결합은 5~15㎛를 흡수하여 진동 및 회전에너지로 전환된다. 복사와 침투력에 의해 말초모세혈관 운동을 강화하므로써 혈액순환을 촉진하고 공명흡수작용에 의해 물질의 분자분동 능력이 활성화되어 인체를 구성하고 있는 모든 물질의 합성능력을 강화하고 활성을 증가시킴으로써 효소계와 호르몬, 생리활성물질의 작용에 상당한 영향을 미쳐서 신진대사를 촉진한다.

Ⅱ-5. 적외선이 생체에 미치는 영향

적외선이 인체에 미치는 작용은 대체로 단순한 열작용(thermal effect)과 비열작용인 특수작용으로 대별해서 생각할 수 있다.

(1) 열 작용 : 피부에서 흡수된 열에너지가 말초혈관을 흐르는 혈액에 의해서 말초조직과 생체의 심부조직 또는 생체 전체에 미치는 영향

(2) 비 열작용 : 적외선의 특정파장에 해당되는 광양자에 의해서 피부의 외피 또는 내피세포막의 수용기 (recrptor)가 자극을 받게 되는 결과로 특정 파장의 적외선 신호가 세포내로의 전달이 일어나서 결과적으로 세포가 활성화되는 경우 등을 생각할 수 있다. 적외선은 흡수되면 열 에너지로 변화된다. 따라서 인체에 미치는 영향이나 효과는 대부분 온열(溫熱) 작용에 수반되는 것이라고 지금껏 주로 생각해 왔었다. 온열이 생체에 미치는 작용은 다음의 4가지를 들 수 있다.

- 온도상승에 따르는 화학 반응 속도의 증가 :

  보통 10℃ 상승에 따르는 화학 반응 속도 상수 Q10은 2~3배로 증가된다.

Q10 = []

따라서 체온의 상승은 생체 내 모든 화학 반응을 촉진시키는 결과가 된다.

- 단백질 핵산 등 생체 고분자 물질의 형태(conformation)변화 :

단백질 등 생체 고분자 물질은 그들이 형성하고 있는 입체 구조의 모양, 형태가 그 기능을 좌우하는 경우가 많다. 이점에서 단백질의 3차 내지 4차 구조가 열에 의해 변화할 때는 매우 중요한 기능의 변화를 초래하는 경우가 있게 된다.

- 생체막을 형성하는 지질막 구조에 미치는 영향 :

생체막은 지질 二*막으로 구성되며, 이들은 **, liquid crystal 구조를 이루고 있다. 액체구조에서 액정 구조로 변하는 **온도 근방에 있어서의 미소한 온도변화도 생체 기능에 큰 변화를 초래할 가능성이 있다.

- 체온의 조절과 피부의 기능 :

생체의 온도라고 하면 일반적으로 체온을 지칭하며, 이것은 중추온(中樞溫) 또는 심부온(深部溫) - 외각온 (피부온을 포함)으로 구별되나, 임상적으로는 중추온을 말한다. 이것은 엄밀히 말해서 시상(視床) 하부를 흐르는 혈액의 온도이지만 측정의 편의상 보통 겨드랑이 온도, 구강온, 식도온, 직장온, 고막온 등으로 대용된다. 중추온은 온도 중추에 의해서 정상적인 건강인에 있어서는 37~38℃로 유지 되겠금 체온이 조절되고 있다. 즉, 발생되는 열과 대사 및 피부, 호흡, 운동등을 통해서 소모, 방열되는 양이 균형되게끔 제어조절 됨으로서 체온은 일정하게 유지되고 있다.

실제로 체온 조절에 있어서 매우 넓은 표면을 가지고 있으며 외부 세계와 접촉하고 있는 피부는 체온조절에 있어서 매우 중요한 구실을 하고 있다. 그리하여 피부는 온도 ***, 특수한 혈관계, **조직 등의 체온 조절 기능에 관여하는 특별한 장치들을 구비하고 있다.

암세포를 배양할 때 42.5℃ 이상으로 배양온도를 상승시키면 암세포는 그 분열증식이 억제된다. 한편 정상 세포에 있어서는 암세포에 비해서 훨씬 저항성이 있음이 최근 알려져 크게 주목되고 있다. 임상적으로도 국부적으로 체온 상승이 가능한 곳에 응용 하는 문제가 활발하게 연구 검토되고 있다. 이것을 고온요법(hyperthmia)라고 한다. 생체막은 지질 이중막으로 구성되며 정상적인 생체막의 기능은 생명과 건강유지에 관건이 되고 있다. 따라서 생체막 기능이 어떠한 원인으로 교환 당할 때 생체는 비 정상적인 대사가 일어나게 된다. 그 결과는 질병, 노쇠 현상으로 나타나게 된다. 암세포의 세포막은 특히 높은 온도에 예민하게 반응하여 42.5℃ 이상에서는 Ca++이온등의 능동 수송(active transport)에 이상이 초래되며 생육이 정지된다. 그러나 아직 이 자세한 메카니즘의 규명은 미해결의 문제로 남아 있지만 생물과학 및 의학계에 비상한 관심사로 중요한 연구 대상중의 하나가 되고 있다. 한증, 사우나욕에서 경험할 수 있듯이 신체의 체온 조절 기능으로 인한 발한(發汗)문제, 그리고 암조직을 어떻게 선택적으로 필요한 온도(43℃)까지 상승시키고 유지시키는 조절 문제등 여러 기술적으로 해결해야될 문제가 많다. 이에 앞서서 생화학적 반응 기구의 규명 등에 관한 더욱 많은 기초적 연구가 요구되고 있음은 물론이다. 이미 언급한 바와 같이 원적외선 방사에 의한 열 에너지의 침투가 피부 표면으로부터 100㎛정도임을 감안할 때 피부를 통한 직접적인 IR광의 조사로서 이 hyperthermia 즉, 온열요법은 암치료 방법으로서만 주목되고 있을 뿐만 아니라 화상(火傷)치료 상처유지를 위시한 몇 몇 피부병 치료에 효과가 있다는 보고가 있다. 한편 동맥 경화성 고혈압 환자에 대한 온화한 조건으로 실시된 IR 온열요법 실험에서 혈압강하를 관찰한 최근 보고가 있다. 온열요법은 면역반응 증진 등 염증 유발 초기에 관찰되는 면역 자극반응이 야기 될 수 있음을 추측할 수 있다. 재래로 많이 이용되고 있는 한증요법이나 사우나욕은 온열요법 중 대표적인 것이라 하겠다. 또한 우리나라에서 상용되어 오고있는 가열한 돌이나 기와로 시행하는 찜질은 한증 사우나욕과 더불어 모두 적외선에 의한 온열 요법에 속하는 것이라 하겠다. 비교적 단파장의 고 에너지의 적외선을 주로 방사하는 재래식 적외선 램프(이 램프는 적색의 가시광도 많이 방사함)를 통한 적외선 치료는 이비인후과, 외과 등에서 시행하는 주요 물리요법 중의 하나로 활용되고 있다 그러나 최근 저에너지의 세라믹 방사체 사용이 화상치료등에 특별한 효과가 있다고 보고 되고 있으나 이와같이 적외선의 미약한 에너지가 생체에 미치는 영향에 대해서는 아직 그 작용 메카니즘이 전혀 해명되지 않은 상태에 있다 원적외선의 효과중에서 피하 조직의 말초 혈관의 혈액 순환속도가 증가되는 현상이 재연성 있는 생리적 반응이라면 다음과 같은 가설을 설정할 수 있겠다. 혈류의 증가는 말초혈관 근육의 이완으로 동맥혈관의 확장이 초래된 결과일 것이다. 말초 동맥 혈관 평활균의 이완은 혈관 벽의 내피세포에서 프로스타싸이 클린(protacyclin, PGI2)의 생성 또는 트롬복산 A2 (Thromboxan A2) TXA2의 억제등 PGI2와 TXA2의 균형에 의해 결정되는 수가 많다. TXA2는 주로 혈소관의 활성화로 많이 생합성 되며 PGI2는 혈관 내피 세포중에서의 아라키돈산(arachionic acid) cascade를 통한 prostaglandin 생합성 경로를 통해서 일어난다. 이 arachionic acid cascade는 생체막 밖으로 부터의 신호 물질 구실을 하는 분자들, 자외선, 면역계의 자극 등에 의해서 효소 phospholipase A2가 활성화되고 이 결과로 세포막 지질인 인지질로부터 아라키돈산이 유리되면서 prostaglandin endoperxide PGG2를 생성을 거쳐서 PGI2, TXA2와 더불어 각종 PG를 생산하여 여러 가지 생리적 작용을 하게 된다.

Ⅱ-6. 바이오 세라믹스란?

세라믹이란 도기, 도자기 등과 같이 천연의 무기물을 구워서 단단하게 만든 요업제품의 일반적인 총칭이다. 그중 바이오 세라믹은 신비의 빛으로 알려진 원적외선을 발생, 방사하는 세라믹으로 원적외선의 놀라운 기능이 생활에 이용될 수 있도록 개발된 신소재를 말한다. 바이오 세라믹의 원래 의미는 생체접합기능이 뛰어난 신소재를 뜻하나 최근에는 원적외선을 방출하는 소재를 의미하고 있으며 원적외선의 역할이 생체를 활성화 시킨다는 뜻이다. 20여종의 질토와 금속을 1600℃ 이상으로 가열하여 독성물질을 제거하고 0.1 ㎛의 미세한 분말로 만들어 합성한 바이오 세라믹은 21세기의 첨단과학이 낳은 소재의 혁명이라고 할 수 있으며 NASA(미 항공우주국)에서 최초로 개발되어 우주복의 소재로 사용되어 그 뛰어난 기능이 입증된 바 있다. 또한 바이오 세라믹은 소재의 활용에 거의 제한이 없어 각종 플라스틱 제품에서 벽지 의류, 침구류에 이르기까지 다양하게 활용할 수 있으며 일본 등 선진국에서는 산업용기기, 의료기기는 물론 가정용품 등의 소재로 널리 이용되고 있다. 원적외선의 방사체로 바이오 세라믹이 이용되는 이유는 분해가 가능하여 다른 소재와의 혼합이 용이하고, 열의 축적 및 전달기능이 탁월하여 보온, 보냉효과가 있으며 저온, 상온, 고온에서 폭넓게 사용이 가능하기 때문이다.

원적외선은 천연광물인 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 철(Fe), 규산(Si) 등이 열을 받았다가 식으면서 내놓는 복사열 덩어리다. 이것이 물건이나 인체에 닿아 분자를 진동시켜 스스로 열을 내게 만든다. 바이오 세라믹을 2가지로 대별하면 결정구조상 수많은 기공을 함유하고 단순 흡착여과만의 기능을 가지고 있는 소재와 원적외선을 복사하여 분자의 공진, 공명효과를 유발하는 것으로 나누어진다. 단순 흡착여과를 주기능으로 하는 바이오 세라믹에는 천연 제오라이트 규조토, 맥반석등의 수종류가 있고, 또한 여러 원적외선 복사율 이용 소재중 생활에 이용될 수 있는 소재로는 산화물 계통으로서의 알루미나, 실리카, 지르코니아, 산화철, 탄화규소 등이 많이 쓰인다. 바이오 세라믹에 사용되는 원료는 1,2차 혼합과 압출공정을 거쳐 가공된 것이다. 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등 플라스틱 소재와 분산재, 안정제 등의 각종 첨가제를 섞는 1차 혼합과정을 거친 다음 여기에다 다시 바이오 세라믹을 전체 사용소재의 4~15% 정도를 넣어 180~220℃의 온도에서 2차 혼합과 압출공정을 거침으로서 원료 가공이 된다. 특히 식품보관용기에 적합한 바이오 세라믹은 실리카보다는 알루미나이다. 그 이유는 실리카의 경우 초기에는 원적외선 파장이 측정되나 시간이 지남에 따라 대기중 외부의 것을 흡착하여 기공이 막히기 때문에 원적외선 효능을 장시간 유지하려면 실리카보다는 알루미나를 사용하는 것이 적합하다. 국내 유통되고 있는 세라믹 제품 중 상당수가 맥반석을 주원료로 사용하고 있을지도 모른다(추측). 이는 세라믹이 일반적으로 톤장 7백만원에서 1천 5백만원에 거래되고 있는 반면 맥반석의 시중가는 톤당 40~50만원 정도라서 맥반석의 사용가능성을 전혀 배제할 수 없다. 보통 15~20%의 원적외선 원료를 사용해야만 식품보조용기로서의 그 본래의 효능을 기대할 수 있다. 그러나 아직 바이오 세라믹 용기 전체의 소재 구성측면에서 “원적외선 바이오 세라믹은 반드시 어느 정도까지 첨가해야 한다.”는 강제규정이 없을 뿐만 아니라 사용되고 있는 바이오 세라믹도 그 종류에 따라 효능이 각기 달리 표출되고 있다.

(1) 원적외선 방사 세라믹스

① 규산질 광물의 원적외성 방사특성

주로 요업제품중에 이산화규소(SiO2) 성분을 공급하는 원료이며, 그 대표적인 것으로는 규석, 규사, 규조토와 같은 것이 있다. 규석은 일명 차돌이라고도 불리워지고 있으며 천연에서 덩어리 상태로 산출되는 규산질 원료를 말한다. 일반적으로 규석을 이용할 때는 단단하므로, 하소한 다음 분쇄하여 사용하면 하소하지 말고 분쇄하여 쓰는 것보다 분쇄도 고르게 잘 되고 소지의 조직이나 상태도 좋아진다. 규사에는 천연규사와 인조규사가 있으며 천연의 규사는 실리카 성분을 많이 가지고 있는 흰색의 모래를 말하며, 대부분 해변이나 강가에 둥근 알갱이로 퇴적되어 있다. 일반적으로 규석에 비하여 불순물을 많이 함유하고 있으며, 입자의 모양, 크기, 순도가 일정치 않기 때문에 입도나 순도에 따라서 사용용도를 선택하여야 한다. 규조토는 일반적으로 비결정질로 되어 있지만 1000~1600℃로 가열해주면 쉽게 크리스토 발라이트로 되며 다공질에 의한 여러 가지 특성을 가지고 있으므로 흡수제, 여과재, 보온재, 촉매 등에 널리 사용되고 있다 규산질 광물의 원적외선 방사특성에 있어서는 9.7 ㎛ 부근에 방사율이 현저히 하락하는 경향을 보이고 있는데 이는 SiO2의 영향으로 생각된다. 특히 규사(유리) 및 규석에서 그 정도가 심해지는 것을 확인했는데 이는 규조토에 함유되어 있는 협잡물질에 기인되는 것으로 사료된다.

② 알루미나질 원료

알루미나는 화학적으로 안정하고 융용점이 2050 ℃로 높으며 화학식은 Al2O3으로 간단하게 표시되지만 입자의 크기, 결정의 형태, 불순물의 양과 종류 등이 다르므로 이에 따라서 성질이 크게 달라지고 용도에 따라서 요구되는 물성이 다르므로 일률적으로 알루미나라 하더라도 여러 가지 종류의 알루미나 분말이 시판되고 있다.

③ 규산알루미늄 원료

지표의 구성광물 중 대부분은 알루미나 규산염 광물들이며 Al2O3 ․ mSiO2 ․ nM2O ․ xH2O의 일반식으로 표시되고 요업원료로서 차지하고 있는 비중도 대단히 크다.

대표적인 규산알루미늄 광물에는 카올린족 광물, 납석, 알라이트, 견운모 등이 있다. 이들 원료들의 원적외선 방사특성을 전체적으로 살펴보면 전 파장영역에서 높은 방사율을 보이고 있으며, 특히 견운모(세레사이트)와 알라이트의 전방사율은 약 0.90 이상으로 확인되었으며 적점토의 경우에는 함유된 불순물의 영향으로 고르지 못한 방사특성을 보이고 있으며 특히 고령토의 방사특성에서는 9㎛ 이후에 방사특성이 급격히 향상되는 전형적인 원적외선 방사특성을 보이고 있으며 전방사율은 높은 수치를 나타내고 있음을 확인하였다.

④ 석회질 원료

석회(CaO)광물은 마그네시아 광물과 함께 중요한 조암광물로서, 천연에서는 산화물로는 존재하지 않고 일반적으로 탄산염, 황산염, 또는 규산염의 형태로 존재하며 석회질 원료로는 석회석, 돌로마이트, 형석, 석고, 규회석 등이 있다. 석회석(CaCO3)은 시멘트의 주원료로서 널리 사용되고 있으며 전방사율은 약 0.85 정도를 보이고 있으나 20 ㎛ 이후와 단파장 영역쪽에 불안정한 원적외선 방사특징을 보이고 있다. 이는 공기중의 습기나 이산화탄소를 흡수하여 그 조성이 일부 변화하고 있는 것으로 사료되며 시멘트를 측정하여 비교한 결과에서는 다소 석회석 자체원료를 측정한 것이 방사율이 높은 것을 확인 할 수 있었다. 석고(CaSO4)는 국내에서는 천연으로 산출되지 않고 있으며 화학적으로 제조한 합성한 합성석고나 비료공장에서 부산물로 나오는 부생석고가 있다. 원적외선 방사특성에 있어서는 석회석과 비슷한 경향을 보이고 있으나 특히 8.7 ㎛ 부근에서의 약간의 골이 생겨나는 것을 볼 수 있으며 원료성분 중에 SiO2가 없는 것을 감안하면 차후 방사특성 규명에 의문점으로 확인할 필요성이 있다고 생각된다.

⑤ 마그네시아질 원료

천연적으로 산화마그네슘(MgO)으로 산출되는 광물은 거의 없고 마그네사이트, 수활석, 돌로마이트, 사문석, 활석, 감람석, 석면, 녹니석 등으로 산출되고 있다. 이중 MgO-SiO2계의 원료광물로는 감람석, 사문석, 활석 등이 있다. 감람석과 사문암의 경우에는 거의 같은 모양의 방사특성을 보이고 있는데 규산알루미늄 원료와 거의 비슷한 방사율을 보이고 있다. 이것은 주성분의 하나인 SiO2의 방사특성이 영향을 주는 것임을 알 수 있다. 그밖에 원적외선 방사재료로 널리 사용되고 있는 코리에라이트(2MgO ․ 2Al2O3 ․ 5SiO2)도 같은 방사특성을 나타냈다. 그러나 활석의 경우에는 그것들과 전혀 다른 방사특성을 보이고 있는데, 단파장 영역에서 장파장에 걸쳐 완만한 상승곡선을 나타내고 있는데 방사율은 약 0.80~0.87 정도를 나타내었다. 이와 같은 원인으로서는 측정시편을 만들 때 성형성을 부여하기 위하여 1000℃ 정도 소결하는데 이때 850℃ 정도에서 결정수가 빠져나가면서 분해되어 엔스터타이트(MgSiO3)와 무정형 실리카로 변하게 되는데 그 원인이 발생된 것으로 생각된다. 따라서 같은 원료를 어떤 목적에 사용하더라도 이와 같은 경향을 염두에 두어 제품을 개발하는데 효과적으로 사용하여야 할 것이다.

⑥ 그 밖의 천연원료 및 숯의 방사특성

화산재, 회토류(Ge 포함), 맥반석, 불석(제오라이트)지르콘, 도석 등과 숯(참나무)의 원적외선 방사특성을 측정한 결과 방사율은 맥반석, 회토류, 불석, 지르콘, 도석, 화산재 순으로 나타났으며 숯의 방사율은 0.93 정도의 높은 방사특성을 나타냈다.