KR0130932B1 - 치솔용 폴리에스테르 모노필라메트의 테이퍼 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 모노필라멘트의 테이퍼 가공방법에 관한 것으로서, 모노필라멘트를 테이퍼시켜야 할 필요길이에서 1-4m/m 더 길게 절단한 후 60-98%의 농도와 80℃-200℃의 온도를 가지는 황산에 침적시킨 후 찬물에 냉각시킨 다음 30%-70% 농도의 수산화 나트륨이나 수산화 칼륨 용액에 중화시키고 수세시킨 후 열풍건조시킴을 특징으로 한다.

Description

치솔용 폴리에스테르 모노필라메트의 테이퍼 가공방법

본 발명은 치솔용 모노필라메트의 테이퍼(taper) 가공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene telephthalate 이하 PBT라 칭함) 또른 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene telephthalate 이하 PET라 칭함)를 원료로 한 모노필라멘트를 효과적으로 테이퍼 형태로 가공하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 치솔용 모노필라멘트는 나일론을 원료로하여 제조되는데, 나일론을 원료로 한 모노필라멘트는 적당한 탄력과 유연성을 가지고 있는 장점이 있으나, 흡수성이 강하여 빨리 문드러져 수명이 길지 못하고 일정한 탄력을 유지시키기 위하여 굵기가 어느정도 유지되어야 하기 때문에 부드러움을 줄 수 없으며, 잇몸이 상하지 않게 하기 위하여는 치솔모 끝부분을 기계적으로 둥글게 가공할 수 있을 뿐, 끝부분을 바늘과 같은 모양의 테이퍼 형으로 가공할 수 없기 때문에 필라멘트를 잇몸 깊숙이 도달시키지 못하여 음식 찌꺼기와 치석 등의 제거가 용이하지 않다는 결점을 가지고 있다.

한편 나일론외에 치솔용 모노필라멘트로서 사용할 수 있는 것으로, PBT나 PET와 같은 폴리에스테르계 화합물을 들 수 있다. 이러한 PBT나 PET는 나일론보다 가격도 저렴하고 내구성이 좋으며 흡수성도 적어 나일론보다 치솔모의 재료로서 더 적합하나, 강도와 탄력성이 강하고 유연도가 떨어지므로 치솔모로 사용시 잇몸을 상하게 할 우려가 있기 때문에 일회용의 저렴한 치솔로서 사용하거나, 또는 원가 절감차원에서 나일론과 섞어서 쓰는 것이 상례였다.

이러한 PBT나 PET 모노필라멘트의 장점을 살리고 상기에 열거한 단점을 보완하기 위한 방법으로 모노필라멘트의 끝부분을 테이퍼하는 방법이 있다.

그러나, 일반적으로 테이퍼 가공하는 방법은 기계적인 방법으로서, 칼날과 연마기로 치솔모 끝부분을 약간 테이퍼하는 것인데, 상기의 PBT 등의 단점을 보완하려면 기계적인 방법에 의한 약간의 테이퍼로서는 부족하고, 끝부분에서 1mm-10mm 범위내에서 테이퍼가 이루어져야 상기의 단점을 보완하고, 나일론 보다 좋은 모노필라멘트를 얻을 수 있다.

본 발명자는 상기의 문제를 해결하기 위하여 예의 연구한 결과, PBT, PET 모노필라멘트를 테이퍼를 주고자 하는 위치 만큼 황산에 수직으로 침지하여 용해 처리하게 되면 끝부분이 바늘과 같이 뾰족하게 됨으로써 상기의 PBT와 PET의 단점을 해결할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는 PBT 또는 PET를 녹일 수 있는 강산인 황산을 사용하여 테이퍼를 주고자 하는 위치 만큼 모노필라멘트를 수직으로 침지하여 용해시킴으로써 모노필라멘트의 끝부분이 바늘과 같이 뽀족하게 되도록 하고, 이를 중화·수세하여 건조시킴으로써 가격의 저렴성, 내구성이 좋고 흡수성이 적으면서도 테이퍼링에 의해 유연도가 향상되어 음식찌꺼기와 치석 등의 제거가 용이한 치석용 모노필라멘트를 제조하게 된다.

필요에 따라 한쪽만 테이퍼링이 필요한 경우에 한 쪽만 침지시키면 되고, 양쪽의 모두 필요한 경우에는 먼저 한쪽을 침지용해시켜 테이퍼시킨 후, 테이퍼된 쪽은 위로하고 침지가 않된 반대쪽을 용제에 다시 침지용해시켜 테이퍼시키면 되는데, 이 때 첫번째 면을 침지시킨 후에는 삼투압에 의해서 위에 까지 황산이 침투되고, 또한 열이 축적되기 때문에 두 번째 면을 침지시킬 때는 더 빨리 반응이 이루어질 수 있으므로 주의해야 한다.

테이퍼의 길이는 용제와 필라멘트 침지 높이에 좌우되기 때문에 테이퍼의 길이 조절은 용제와 필라멘트의 침지높이를 조절하면 된다. 침지높이는 보통 8mm∼9mm이 되게 조절하는데, 만일 이 높이보다 더 낮을 때는 황산을 더 가하여 높이를 조절하고, 더 높을 때에는 액을 덜어내어 높이를 조절한다.

PBT, PET를 테이퍼시킬 용제로는 유기용제, 무기용제가 있다.

먼저 유기 용제로는 가열된 m-크레졸(m-cresol), 트리플루오로 아세트산(trifluoroacetic acid), o-클로로페놀(o-chlorophenol), 트리클로로페놀(trichlorophenol), 페놀(phenol), 테트라클로로에탄(Tetrachloroethane)과 페놀의 혼합물 등이 있으며 무기용제로 강알카리와 강산이 있는데, 강알카리로는 소디움 하이드록사이드(sodium hydroxide), 포타슘 하이드록사이드(potassium hydroxide) 등이 있으며, 강산으로는 황산 등이 있다.

이 중 유기용제 및 강알카리로 테이퍼가공을 하는 경우 가공자체에는 별 어려움은 없으나, 약품종류에 따라 테이퍼 모양이 달라지고 특히 위에 열거한 유기용제의 경우 전부 인체에 맹독성이 있는 약품으로서 접촉이나 호흡에 의하여 인체에 해를 끼칠 수 있고, 가열시킬 경우 냄새가 많이 나며, 테이퍼 가공후에도 페놀류 특유의 냄새가 나므로, 치솔 필라멘트로는 부적합하다.

또한 강알카리의 경우 고온과 알카리 농도와는 밀접한 관계에 있으며 필라멘트의 용해시 용해 표면에 석고와 같은 백색 고형물이 생성되기 때문에 테이퍼 가공이 되었는지 구분이 잘 안되고, 특히 필라멘트 한 묶음을 가공시 외부표면과 내부가 용해속도가 다르기 때문에 외부에 중점을 두면 내부 한 가운데는 테이퍼가 덜 되고, 가운데 중점을 두면 외부가 가공이 잘 안되며 순간적으로 용해가 많이 된 부분은 테이퍼가 원하는 모양으로 않되고 너무 가늘게 되거나, 테이퍼된 부분이 계속 용해되어 다시 침지하기 전의 일정한 모양의 상태로 돌아갈 수 있기 때문에 결과적으로 길이가 짧아져 불량률이 상당히 많이 생길 수 있는 결점을 가지게 된다.

또한 강산에는 황산외에 질산이 고려될 수 있으나, 질산은 비점이 86℃로서 낮기 때문에 본 발명에 적용하기 위하여는 비점 이상으로 가열해야 하므로 유독성인 NO나 NO₂의 황색가스가 분출되어 인체에 치명적인 해를 주기 때문에 부적합하다.

강산인 황산의 경우에는 다음과 같은 장점을 가지고 있기 때문에 치솔용 필라멘트를 용해시키는 용제로서 적합하다고 할 수 있다.

황산을 사용하여 PBT, PET 모노필라멘트 테이퍼 가공시의 유리한 점은 첫째, 황산의 농도 및 온도를 최적으로 했을때 많은 양을 동시에 침지하더라도 테이퍼 상태는 거의 비슷하여 대량 생산에 적합하다.(강 알카리에서는 온도, 위치에 따라 각각 다르다)

둘째, 반응이 빠르기 때문에 생산이 용이하다.

셋째, 모노필라멘트가 일단 황산에 반응하면 테이퍼의 상태는 달라도 실패율이 거의 없다.

넷째, 수산화 나트륨과 같은 강알카리로 중화하여 수세하기 때문에 환경오염이 다른 방법보다 덜하다. 즉 H₂SO₄+ 2 NaOH → 2 H₂O + Na₂SO₄로서 반응하여, 황산이 중화되며 PBT와 PET의 용해물과 혼합된 Na₂SO₄를 과포화석출시켜 Na₂SO₄를 회수하면 된다.

다섯째, 테이퍼의 탄성이 유기 및 알카리 방법보다 좋기 때문에 치솔용 모노필라멘트로서는 가장 좋다.

여섯째, 가공후 길이의 편차가 다른 약품에 의한 방법보다 적어 치솔 가공적성이 가장 우수하다.

이상과 같이 PBT, PET를 황산에 용해 침지시켜 테이퍼시키는 경우 치솔용 모노필라멘트로서 그 품질이 우수하다.

PBT 또는 PET는 진한 황산에서 상온에서도 용해된다. 그러나 테이퍼 가공시에는 한 묶음 단위로 가공하기 때문에 필라멘트들이 용해되어 서로 엉겨 붙어 분리되지 않으므로 가공이 제대로 되지 않으며, 이 경우 황산을 가열하여 용해시키면 엉겨붙지 않고 테이퍼가공이 용이하게 된다.

그러나 묽은 황산에서는 가열해도 PBT나 PET가 용해되지 않고, 98% 초과의 황산에서는 용해는 잘 되나 가열시 독한 연기의 가스가 나와 가공시 호흡기를 자극하여 좋지 않으므로, 테이퍼 가공시의 적절한 황산의 농도는 60% 에서 98% 사이가 좋다.

통상 치솔용 모노필라멘트는 직경이 54mm-57mm인 원형으로서, 원형속에 각각의 굵기의 모노필라멘트가 가득 채워져 있으며, 외부는 종이나 폴리프로필렌으로 감싸져 있는데, 테이퍼 가공시 종이는 진한 황산에 의해서 탈수되어 탄화가 이루어지기 때문에 사용에 제한이 있으므로 폴리프로필렌 필름으로 감싸져 있는 것을 사용하며, 이 때 필름은 후도가 좀 두껍기 때문에 더운 황산액에 녹이지 않아야 한다.

PBT나 PET 모노필라멘트의 테이퍼를 가공하는 방법은 다음과 같다.

먼저 54-57mm 외경 및 굵기가 0.15-0.25mm인 모노필라멘트를 편면 가공시에는 가공 후 길이가 1-2mm 정도 짧아지므로 원하는 길이에서 1-2mm 더 길게, 양면일때는 원하는 길이에서 2-4mm더 길게 절단하고, 내열성 파이렉스 용기에 60%에서 98%의 진한 황산을 넣고 80℃-200℃ 범위로 용액 온도를 가열 후 절단된 모노필라멘트를 침지시키면 반응 거품이 나면서 용해되어 액체가 갈색으로 변화된다. 이 온도 미만일 경우에는 반응이 잘 일어나지 아니하며, 이 온도를 초과하게 되면 반응이 지나치게 격열하게 일어나게 된다. 이 때 필라멘트를 침지했을 때 산과 접촉면은 10mm 이하에서 용해시키는 것이 유리하며 침지했을 시 모세관 작용과 삼투압 원리가 적용됨으로 산과 접촉면의 높이를 잘 조절할 필요가 있다.

쪽집게로 외각부분과 가운데 부분을 채취하여 테이퍼 상태를 관찰 후 가장 양호한 상태에서 모노필라멘트를 인출하고 편면 가공일 때는 바로 찬물에 넣어 냉각시키고, 양면 가공일 때는 반대면을 산에 침지하고 역시 상기와 같이 가공후 찬물에 담아 냉각시킨 후 이를 건져내어 용기에 담고 다루기 편리한 30%에서 70% 농도의 수산화나트륨 또는 수산화 칼륨 용액을 모노필라멘트에 부으면 중화가 되면서 많은 열이 발생되며 이 열과 가성소다로 황산에 침윤된 모노필라멘트가 다 용해되면서 테이퍼가공된다.

이 때 만일 중화전에 테이퍼링이 덜 되었더라도 중화시에 강알카리를 사용하고, 중화 열이 발행하기 때문에 모노필라멘트가 더 용해되므로 덜 형성된 테이퍼가 완전한 테이퍼로 형성된다.

냉각된 후 물에 수세를 하게 되면 테이퍼 가공된 모노필라멘트를 얻을 수 있다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

[실시예 1]

칫솔용 모노필라멘트로 제작된 굵기가 0.2mm이고, 직경이 56mm인 PBT(일본국 가네보(KANEBO)사제)를 29mm 길이로 절단기로 절단하였다.

온도조절기가 부착된 평평한 가열기 위에 높이가 낮은 내열성 유리용기에 98% 황산 1kg을 넣고 물 300g을 유리봉으로 황산을 저으면서 혼합시킨 후 전기를 켰다(온도조절기 120℃로 고정). 온도가 120℃가 되었을 때 절단된 모노필라멘트를 가열된 액에다 침지시켰다. 침지높이는 8mm 되게 조절하였으며, 침지된지 1-2분 후에 표면에 거품이 나면서 투명액이 갈색으로 서서히 변하였다.

쪽집게로 바깥부분과 가운데 부분 중 한올을 뽑아서 확대경으로 살핀 후, 테이퍼의 상태가 양호하였을 때 꺼내어 찬물속으로 집어 넣어 30분 동안 냉각시킨 후 모노필라멘트를 꺼내었다.

빈 내열 유리용기에 30%의 수산화나트륨 용액과 0.5%의 아세톤을 넣은 후, 냉각된 모노필라멘트를 테이퍼 가공시킨 부분을 아래로 해서 침지시켰다. 여기서도 거품이 발생하면서 열이 났다. 완전 중화가 끝난 2시간 후 냉각을 시키고, 이를 여러번 수세 시킨 후 pH 테이프가 완전히 7이 될 때까지 수세 후 고무줄로 가운데를 묶고 50-60℃ 열풍건조로 7-9시간 건조시켜 28mm의 편면 테이퍼가 형성된 제품을 얻었다.

[실시예 2]

PBT를 33mm 길이로 절단한 후 실시예 1과 동일한 방법으로 침지시켜 테이퍼의 상태가 양호할 때 침지된 부분을 위로하여 뒤집고 역시 실시예 1과 동일한 방법으로 침지시켰다.

최적의 테이퍼일 때 쪽집게로 꺼내어 찬물에 넣어 냉각시킨 후 가성소다액에 위·아래 면을 번갈아 가면서 중화시킨 후 수세 건조시켜 30mm 길이의 양면 테이퍼가 형성된 제품을 얻었다.

[실시예 3]

제오라이트에 은, 아연, 동을 치환시킨 일본국 가네보 사의 상품명 박테킬라가 첨가된 PBT 항균모를 29mm으로 절단하고, 절단된 모노필라멘트를 온도 150℃, 농도 98%인 황산에 용해시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 가공하여 테이퍼가 형성된 제품을 얻었다.

[실시예 4]

제오라이트에 은, 아연, 동을 치환시킨 일본국 가네보 사의 상품명 박테킬라가 첨가된 PBT 항균모를 32mm으로 절단하고, 절단된 모노필라멘트를 온도 160℃, 농도 85%인 황산에 용해시킨 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 가공하여 테이퍼가 형성된 제품을 얻었다.

실시예 3과 4의 경우 통상 향균 치솔모는 모의 포면에 항균제가 코팅되어 있기 때문에 가공시 코팅 표면이 파괴되기 때문에 항균모의 역할을 할 수 없으나 박테킬라 항균모는 무기 항균제가 필라멘트 속에 혼합되어 있기 때문에 항균효과를 그대로 유지할 수 있었다.

Claims (1)

1. 폴리에스테르 모노필라멘트를 테이퍼시켜야 할 필요길이에서 1-4mm 더 길게 절단한 후 60-98%의 농도와 80℃-200℃ 의 온도를 가지는 황산에 침지시킨 후 찬물에 냉각시킨 다음 30-70% 농도의 수산화 나트륨용액 또는 수산화 칼륨 용액 중 선택된 1종으로 중화시키고 수세시킨 후 열풍건조시킴을 특징으로 하는 치솔용 폴리에스테르 모노필라멘트의 테이퍼 가공방법.