KR100570589B1 - 세제 바아 스탬핑용 다이 및 방법 - Google Patents

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Abstract

비누, 합성 활성 세제 또는 이들의 혼합물을 포함하는 세제 바아 스탬핑용 장치는 다이를 포함한다. 다이는 스테인리스 강철 분말과 같은 전도성 충전제를 포함하는 하나 이상의 탄성체 코팅이 있는 하나 이상의 바아 스탬핑 표면을 갖는다. 다이를 냉각시키면 다이로부터 세제 바아가 잘 이형된다. 전도성 충전제의 사용은 다이의 냉각을 촉진시킨다. 또한, 본 발명은 세제 바아 스탬핑용 장치의 사용 및 세제 바아의 스탬핑 방법에 관한 것이다.
세제 바아, 다이, 전도성 충전제, 탄성체 코팅

Description

세제 바아 스탬핑용 다이 및 방법{Die and Process Especially for Stamping Detergent Bars}
본 발명은 일정한 형태의 물품을 만들기 위해 다이(die)를 사용하여 플라스틱 재료를 스탬핑하는 장치, 방법 및 기구에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 세제 바아(detergenent bar)를 스탬핑하는 방법에 관한 것이다.
"세제 바아"란 비누, 합성 활성 세제 또는 이들의 혼합물을 포함하는 계면활성제가 바아를 기준으로 약 20 중량% 이상 함유된 정제형, 케이크형 또는 막대(bar)형 세제를 의미한다.
세제 바아의 제조에서, 바아의 모든 성분을 포함하는 예비 형성된 조성물은 통상 노즐로부터 압출 성형되어 연속적인 "막대(rod)" 모양을 형성하고, 이를 통상 "빌렛(billet)"이라 불리우는 소정 길이의 더 작은 조각으로 절단한다. 이어서, "빌렛"은 스탬퍼(stamper)로 보내지거나, 또는 바아의 표면과 동일한 크기의 다이를 사용하여 하나 이상의 표면에 스탬핑된 자국이 생기게 된다. 바아의 표면을 예를 들면, 나무 망치 또는 롤러 형태의 다이에 의해 힘을 주어 친다.
스탬퍼에는 통상 2개의 절반부로 나누어진 다이가 있고, 상기의 각 절반부에는 스탬핑 과정 중에 빌렛과 접촉하는 표면이 있다. 상기의 두 표면은 미리 지정된 분리 거리까지 근접하여 다이 절반부 사이에 있는 빌렛을 압축시켜 최후의 형태 및 외형으로 만들고 나서 분리된다. 다이 절반부가 닫힐 때, 잉여 조성물은 다이 쌍의 바깥으로 밀려난다. 통상 이를 "플래쉬(flash)"라 부른다. 상기 바아를 "디플래쉬 판(deflashing plate)"의 구멍에 통과시켜, 비누 바아(soap bar)로부터 플래쉬를 제거한다.
종래의 다이 스탬핑 기계는 마주보는 한 쌍의 다이 부재 또는 한 쌍의 다이 절반부가 압축 단계에서 맞물리게되는 "핀 다이(pin die)" 형 기계, 및 마주보는 한 쌍의 다이 부재가 박스 골격의 개구부에 고정된 바아를 스탬핑하지만 압축 단계에서 만나지 않으며 바아의 외부면을 박스 골격이 억누르는 "박스 다이(box die)"형 기계를 포함한다.
다이 절반부 각각에는 종종 다이 또는 배출기 삽입체(ejector insert)가 제공된다. 이는 통상 스프링에 의해 다이 절반부 안에 밀착된 상태로 존재하지만, 압축 공기 또는 기계적 수단으로 열어서 다이로부터 바아를 이형시킬 수 있다. 다이 절반부가 닫혀 있는 동안, 진공을 적용하여 세제 바아 및 다이 표면 사이의 다이 공동(cavity)에 잡혀있는 공기를 제거할 수 있고, 회전 다이의 경우에는 회전시 해당 위치에 바아를 고정시키는데 진공이 도움을 준다.
다이를 이용한 세제 바아의 스탬핑은 재현가능한 형태와 매끄러운 표면을 제공하고(거나), 로고나 상표 등과 같은 디자인을 바아의 적어도 일부의 표면에 새길 수 있도록 수행한다.
그러나, 다이를 계속 사용하면서 생긴 다이-폐쇄(die-blocking)의 결과, 즉 잔여 세제가 다이 절반부에 남아 있어서, 종종 바아의 표면은 눈에 띠게 불완전한 형태로 형성되거나 다이 표면으로부터 바아가 이형되지 않을 수도 있다. 세제 바아의 불완전한 이형은 무자극성 계면활성제로 만들어진 더 "점착성"인 조성물에 있어서 특히 문제가 된다.
상기 문제점에 대한 많은 해결책이 제안되어 왔다. 그 중 하나는 스탬핑시 다이를 냉각시키는 것과 관련되어 있다. 다른 해결책은 탄성체를 사용하는 것과 관련되어 있다.
와따나베(Watanabe)의 미국특허 제5,332,190호는 최내층이 충전제를 포함하지 않는, 탄성체 적층 필름으로 구성된 탄성 성형 다이에 대해 개시하고 있다.
미국특허 제5,269,997호에서, 표면을 따라 연장된 탄성체 격벽을 가진 비누 모울드의 다이를 제공하는 것을 제안하고 있다. 상기 시스템은 상업적 제조에 요구되는 속도로 사용하기에 복잡하고, 커버가 얇아서 찢어지기 쉬우며, 로고의 재현성이 좋지 않을 것으로 기대된다.
WO 96/00278호에서는 하나 이상의 바아 스탬핑 표면이 있는 다이를 포함하는 세제 바아 스탬핑용 장치에 대해 개시하고 있는데, 상기 바아 스탬핑 표면에는 전체 두께가 200㎛ 미만인 탄성체 코팅이 제공된다. 바람직한 실시양태에서, 탄성체 코팅은 바아 스탬핑 표면의 유일한 탄성체 재료이다.
다른 해결책은 EP 276 971호 및 미국특허 제4,793,959호 및 제4,822,273호에서 제안하고 있는데, 이는 각각의 다이 부재가 비-탄성부 및 탄성부를 포함하는 두 개의 다이 부재를 사용하는 것과 관련되어 있다. 스탬핑 과정에서 비누 바아와 접촉하는 탄성부는 두께가 200㎛ 이상이고 탄성 계수가 특정 범위 내에 있는 탄성체 코팅을 포함한다.
아담스(Adams) 등의 미국특허 제4,822,273호는 탄성체 표면층을 갖는 세제 바아 스탬핑용 다이에 관한 것이다. 실시예 7은 금속 다이의 표면 냉각에 관해 언급하고 있다.
아담스(Adams) 등의 미국특허 제4,793,959호는 탄성체 표면층을 갖는 다이로 스탬핑된 세제 바아에 관한 것이다. 냉각된 다이는 실시예 7에 언급된다.
아담스(Adams) 등의 미국특허 제5,236,654호는 액체로 냉각되는 코팅 다이 부재를 사용한 세제 바아의 스탬핑에 관한 것이다. 냉각제를 사용하여 약 -20℃로 다이를 냉각시키는 것에 관해 언급하고 있다. 이전에 공장 기술자들에 의해 선택된 시스템은 다이 표면의 평균 온도가 약 15℃이며, 다이 표면에 걸쳐 넓은 온도 분포를 나타냈다고 한다.
카타오카(Kataoka)의 미국특허 제4,629,650호는 열가소성 수지를 성형하는 동안 상기 열가소성 수지와 다이 표면 사이에, 성형될 열가소성 수지와는 다른 물질을 표면층으로 삽입하는 성형 열가소성 수지의 제조 방법에 관한 것이다.
우에무라(Uemura) 등의 미국특허 제5,035,849호는 성형 물품의 제조 방법에 관한 것이다. 모울드의 표면을 분말 성형용 이형제로 냉각시킨다.
레슬리(Leslie)의 미국특허 제5,269,997호는 비누 블랭크(soap blank)와 같은 플라스틱 재료의 블랭크를 스탬핑하는 방법 및 기구에 관한 것이다. 스탬핑 후에 플라스틱 재료가 다이 절반부에 긁히는 것을 방지하기 위해 블랭크와 다이 사이에서 각 다이를 가로지르는 탄성체 격벽을 놓아 둘 수 있다.
마오(Mao)의 미국특허 제3,761,047호는 활석과 같은 단열 입자가 있는 필름에 관한 것이다. 실시예 1에서, 평균 크기가 60㎛인 30 부피%의 활석을 폴리테트라 플루오르에틸렌 수지 용액에 분산시켰다.
베이츠(Bates) 등의 미국특허 제5,378,733호는 폴리우레탄을 포함하는 음향 감쇠용 중합 복합재에 관한 것인데, 상기 폴리우레탄은 분말 스테인리스 강철을 포함하는 충전제를 갖는다.
탄성체 코팅 또는 냉각 다이를 사용하더라도, 사용된 세제가 매우 무자극성 계면활성제이고(거나) 세제 바아 조성물이 연성이고 점착성이 있을 때 문제점이 발생한다.
<발명의 요약>
무자극성 계면활성제 및(또는) 특히 점착성 연성 조성물을 포함하여 세제 바아의 스탬핑시 도출되는 문제점은 탄성체 코팅 다이(탄성체는 전도성 강철 분말과 같은 전도성 충전제 포함)의 사용에 의해 완화되었다. 전도성 강철 분말이 포함된 탄성체를 올려놓고 탄성체의 조성을 조절하여, 열 전도 중합체를 수득하였다. 그 결과, 코팅의 정상적인 단열 효과가 감소되고 다이의 냉각을 촉진할 수 있었다. 비누 바아에 열 전도성 첨가제를 함유하는 탄성체의 사용으로, 종래의 단열 탄성체에 표면이 냉각된 상태로 이형되는 능력을 제공하였다.
따라서, 본 발명은 다이를 포함하는 기재(특히 플라스틱 기재) 스탬핑용 장치를 제공하는데, 상기 다이는 전도성 충전제를 포함함을 특징으로하는 탄성체 코팅을 갖는 기재 스탬핑 표면을 하나 이상 포함한다.
본 발명의 상기 및 다른 특성을 더 완벽하게 이해하는데, 하기의 바람직한 실시양태의 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다이의 투시도이다.
도 2는 탄성체 코팅을 사용하기 이전의 다이의 종단 측면도이다.
도 3은 탄성체 코팅을 사용하기 이전의 다이의 종단 정면도이다.
도 4는 탄성체 코팅으로 코팅된, 도 3에 따른 다이의 종단면이다.
비누 바아의 스탬핑에서 두꺼운 탄성체 코팅의 사용은 참고문헌으로 본 발명에 포함되는 EP 276971호 및 미국특허 제4,793,959호 및 제4,822,273호에 기재되어 있다.
미국특허 제5,378,733호는 본 발명에 적합한 충전된 탄성체 재료에 대해 기재하고 있다. 상기 특허의 개시 내용은 본 발명에 참고문헌으로 포함된다.
이하에 사용되는 "표면 장식(surface decoration)"이란 균일한 형태, 매끄러운 표면, 로고나 상표와 같은 디자인 등을 의미한다.
본 발명에 따른 "탄성체"란 ISO(International Standard Organization) 1382에 "탄성체" 또는 "고무"로 정의된 물질을 의미한다. 또한 본 발명에 따른 "탄성체" 재료의 정의에 포함되는 것으로는 열가소성 탄성체, 및 탄성체, 열가소성 탄성체 및 고무의 공중합체와 혼합물이 있다.
탄성체는 원재료에 독립적으로 긴 유동성 사슬을 갖고, 경화제 또는 가교제 를 통해 가교되어 가교된 망상 구조로 변형된 중합체로 정의된다. 상기 망상 구조는 거대분자의 운동을 포함하기 때문에, 힘에 의해 변형된 후에 힘을 제거하면 빠르게 원래의 크기 및 형태로 회복된다.
온도를 상승시키면 탄성체는 연화된 후 고무 상태가 되고, 분해 온도에 도달할 때까지는 탄성 및 탄성 계수를 유지한다.
열가소성 탄성체는 무정질 및 결정질 상을 포함한다. 무정질 상은 주변 온도보다 낮은 연화 범위를 갖기 때문에 탄성 스프링으로 작용하는 반면, 연화 범위가 주변 온도보다 높은 결정질 분절은 가교 부위로 작용한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 탄성체 재료는 아메리칸 쏘싸이어티 포 테스팅 앤드 머티리얼즈(American Society for Testing and Materials) D418에 기재된 부류로부터 선택되고,
1. 표준 말레이시아 고무(Standard Malaysian Rubber)와 같은 천연 고무, 부나웨크 헐스(Bunaweke Huls)사의 "부나(BUNA)"와 같은 부타디엔, 및 바이엘(Bayer)사의 "퍼부난(Perbunan)"과 같은 부타디엔 아크릴로니트릴 공중합체를 포함하는 불포화 탄소 사슬 탄성체(R 급),
2. 듀퐁(DuPont)사의 "노델(Nordel)"과 같은 에틸렌-프로필렌 유형 및 듀퐁(DuPont)사의 "비톤(Viton)"과 같은 플루오린-함유 유형을 포함하는 포화 탄소 사슬 탄성체(M 급),
3. 다우 코닝(Dow Corning)사의 실라스틱(Silastic) 9050/50 P (A+B)와 같은 액체 실리콘 고무를 포함하는 치환된 실리콘 탄성체(Q 급), 및
4. 벨조나(Belzona)사의 폴리우레탄과 같은 폴리우레탄을 포함하는, 중합체 사슬에 탄소, 질소 및 산소를 포함하는 탄성체(U 급)
를 포함한다.
상기 정의된 바와 같은 "탄성체" 재료는 다이 표면에 코팅으로 사용하기 전에 전처리(예를 들면, 상업적으로 입수가능한 탄성체의 용액화)할 수 있다. 탄성체, 고무 또는 이들의 공중합체 및 혼합물은 통상 다이 표면에서 경화 또는 가교된다. 예를 들면, 기본 탄성체 재료, 가교제 및 다른 재료(예: 가속화제)를 포함하는 성분은 코팅으로 도포하기 전에 혼합할 수 있다. 일단 다이에 도포되면, 코팅을 도포된 상태에서 경화시킨다. 경화는 열 또는 다른 가속 공정(예를 들면, 가압, 방사선 조사 또는 UV광 조사)에 의해 도움을 받는다.
탄성체 재료는 액체 또는 반고체 상태로 사용할 수 있다. 액체 상태로 사용할 경우, 두 개의 다이 절반부를 예정된 간격으로 떨어뜨려 탄성체가 두 다이 절반부 사이의 공간을 점유할 수 있도록 한다. 바람직하게는, 다이를 가압하에서 탄성체로 채운다.
어떤 경우에는 재료를 적합한 용매로 용해시키고, 다이에 도포한 이후에 용매를 제거한다.
열가소성 재료의 경우, 재료를 용융상태로 가열하여 다이에 도포한 후에 냉각시켜 재응고시킨다.
본 발명의 탄성체 코팅으로 적합한 재료는 탄성 계수가 0.1 내지 50MPa이고, 가장 바람직하게는 1 내지 35MPa이다.
탄성체 코팅의 탄성 계수는 코팅을 만입시키는데 요구되는 힘을 만입 깊이에 대한 함수로 기록하여 측정할 수 있다. 통상, 구형 팁(tip)이 있는 인덴터(indentor)를 사용할 수 있고, 힘 3/2에 대한 만입 깊이의 함수로 기울기 s를 결정한다. 만입 깊이는 인덴터가 코팅 표면에 최초로 접촉한 후에 안으로 움직인 거리이다. 통상, 측정 기구의 컴플라이언스(compliance)에 따라 측정된 만입 깊이를 보정하는 것이 필요하다. 즉, 실제 만입 깊이 d는 외견상의 값 d'과 관련되어 있고, 이는 식 d=d'-(F.C) (상기에서, F는 만입시키는데 사용된 힘임)으로 표시된다. 컴플라이언스(compliance) C는 견고한 표면에 인덴터를 압축시키고 외견상의 변위를 사용된 힘에 대한 함수로 기록하여 측정하는데, C 값은 상기 함수의 기울기와 동일하다. 탄성 계수 E는 식 E=3/4s 1/(R)1/2 (1-b2) (상기에서, s = F / d3/2이고, R은 인덴터 구형 팁의 반경이며, b는 코팅의 쁘아종 비율(Poisson's ratio)로 탄성체의 경우 약 0.5임)으로 표시된다.
하기에 기재될 특정한 조건하에서, 상기 만입 방법은 코팅이 사용된 경질 재료의 영향으로 인해 정상에서 벗어난 큰 탄성 계수값을 산출할 수 있다. 안전하게 상기 문제를 피하기 위해서는 인덴터의 코팅과의 접촉 반경이 코팅 두께의 1/10을 넘지 않도록 해야 한다. 접촉 반경 a는 식
Figure 112003039265855-pct00003
으로 표시된다.
200㎛ 미만의 코팅을 사용할 경우, 팁의 반경이 작은 인덴터를 사용하여 만입 깊이가 작은 상태에서 만입력을 측정할 수 있는 나노인덴터 (nanoindentor)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 장비의 예로는 "나노인덴터 Ⅱ(NanoIndenter Ⅱ)"(Nano-instruments)가 있다. 또는, 두꺼운(200㎛가 넘는 경우) 코팅의 시험용 으로는 인스트론 테스터(Instron tester, Model 5566)와 같은 더 진부한 측정 장비를 사용할 수 있다.
한 가지 실시양태에서, 코팅의 두께는 1㎛ 내지 10mm 사이, 바람직하게는 200㎛ 내지 2000㎛ 사이이다. 다른 경우, 코팅의 두께는 200㎛ 미만일 수 있다.
바람직하게, 다이는 금속 및 그의 합금(예를 들면, 황동 및 다른 구리 합금, 알루미늄, 및 탄소와 스테인리스 강철을 포함하는 강철), 열경화성 및 열가소성 수지와 같은 다른 비-탄성체 재료(예를 들면, 폴리에스테르, 에폭시 수지, 푸란 수지), 경화 폴리우레탄, 세라믹 또는 이들의 복합재 및 적층재로부터 선택되는 강성 재료를 포함한다.
본 발명에 따라, 탄성체 코팅은 분말 스테인리스 강철과 같은 전도성 충전제를 포함한다. 추가로 분말 스테인리스 강철 또는 다른 전도성 충전제를 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다. 사용할 수 있는 다른 충전제로는 구리, 티타늄, 금, 은 및 백금을 포함한다. 바람직하게는, 전도성 충전제는 금속이다.
스테인리스 강철과 같은 부가되는 충전제는 코팅의 벌크 경도(bulk hardness)를 약 45 Shore A 내지 70 Shore A 증가시킨다. 상기 경도는 이형되는 특성을 감소시키지만, 각 입자는 탄성체에 둘러싸이기 때문에 비누는 여전히 경도가 낮은 재료와 접촉하고 있다. 두께가 1 내지 20㎛인 코팅은 적합한 환경에서 잘 이형된다. 경도가 55 Shore A보다 더 크고, 심한 경우는 65 Shore A보다 더 크지만, 이는 여전히 잘 이형된다.
전도성 충전제는 0.5 내지 85 중량%, 특히 5 내지 75 중량%로 탄성체에 혼입 되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명의 충전제는 미립자이다.
본 명세서에 사용된 "전도성"이란 충전제가 열을 전도하는 것을 의미한다. 탄성체를 냉각시키는 주요 이점은 하기와 같다.
1. 바아 표면의 질 향상, 즉 더 단단한 벌크 특성으로 로고가 명확해진다.
2. 비누 표면 및 벌크가 냉각되어 단단해지고 포장선의 나머지 부분에 의한 손상이 적기 때문에 전반적인 바아 품질이 높아진다.
3. 두 가지 기술(탄성체 및 냉각된 다이 표면)의 배합 효과로 인해 접착성이 감소된다.
상기 충전제의 부가적 이점은 압축율을 감소시켜 종래의 탄성체를 사용하여 비누의 경도가 변할 때 발생할 수 있는 중량의 변화를 줄이는 것이다.
강철 충전제는 전도성을 증가시키는 이점을 얻기 위해 사용되어 왔다. 구리, 알루미늄과 같은 임의의 전도성 분말을 있는 그대로 사용할 수 있다. 냉각의 효율성이 떨어지기는 하지만, 비금속 충전제도 상기 이점을 제공할 수 있다. 강철을 사용하면 충전제가 없는 것 보다 3 내지 5℃ 정도 낮은 온도를 수득할 수 있다.
통상 약 1 중량% 내지 약 80 중량%, 특히 1 내지 20 중량%의 전도성 충전제를 본 발명의 코팅에 사용하는 것이 바람직하다. 전도성 충전제는 경화되기 전에 탄성체에 균일하게 분배되기만 하면 어떤 형태라도 무관하다. 예를 들면, 충전제는 분말 형태이거나, 또는 메쉬 크기가 약 590 내지 34㎛(30 내지 430메쉬), 바람직하게는 49 내지 40㎛(300 내지 350메쉬)인 박편 형태일 수 있다.
전도성 충전제는 경화되기 전에 단일 성분 또는 혼합 성분으로 부가될 수 있다. 모든 성분이 있으면, 재료를 혼합하고 나서 경화시킨다. 탄성체는 베이츠(Bates)의 미국특허 제5,378,733호에 기재된 바와 같이 제조할 수 있다.
다른 성분과 혼합하는 것 이외에, 충전제는 탄성체의 하나 이상의 표면에 접착(예를 들면, 경화되기전에 혼합한 충전제를 탄성체 표면 위의 도포)되어 탄성체에 혼입될 수 있다.
본 발명에 따른 코팅된 다이를 냉각제와 결합시키는 것은 특히 바람직하다. 바람직하게, 전도성이 있는 다이의 온도를 저하시키면 전도성 충전제 입자가 존재하는 탄성체의 온도를 저하시키게 된다. 이는 세제 바아 재료가 연성 및(또는) 점착성 및(또는) 무자극성 계면활성제로 만들어진 경우에도 세제 바아 재료를 다이로부터 이형시키는 것을 촉진시키는 경향이 있다.
냉각된 다이는 당업계에 잘 공지되어 있다. 냉각된 유체를 통과(예를 들면, 액체를 다이 부근에 통과)시켜 다이를 냉각시키게 된다. 예를 들면, 아담스 (Adams)의 미국특허 제5,236,654호는 직경이 2 내지 20mm 범위의 튜브를 통해 냉각제가 통과(액체는 난류 조건하에서 순환됨)하도록 제조된 다이를 이용하여 비누 및(또는) 세제 바아에 스탬핑하는 방법에 대해 기재하고 있다. 아담스의 설비 또는 다른 다이 냉각 설비를 본 발명에 사용할 수 있다. 바람직하게, 다이는 탄성 코팅의 표면 온도가 -35℃ 내지 +15℃, 특히 -10℃ 내지 +10℃, 가장 바람직하게 -5℃ 내지 +5℃의 범위가 되도록 냉각시킨다.
다른 충전제와 같은 부가의 재료를 탄성체 재료에 가하여 기계적 특성 및 가 공 특성을 변화시킬 수 있다. 충전제 부가의 효과는 탄성체 재료와 충전제의 기계적 및 화학적 상호작용에 의존적이다.
탄성체 재료가 바람직한 특성(예를 들면, 박리 내성)을 갖도록 변화시키기 위해 충전제를 사용할 수 있다. 상기에 적합한 충전제는 카본 블랙, 실리카, 실리케이트 및 스티렌이나 페놀 수지와 같은 유기 충전제를 포함한다.
다른 임의의 첨가제는 마찰 조정제 및 산화 방지제를 포함한다.
스탬핑시 탄성체 코팅이 받는 응력은 플랜지(flange) 가장자리 부분(탄성체로 코팅됨)의 사용에 의해 감소될 수 있다. 바람직하게, 가장자리 부분 또는 플랜지는 금속이나 다른 경질 또는 강성 재료로 만들어진다. 금속 가장자리 부분을 사용하면 코팅이 받는 응력이 줄어들어 탄성체가 찢어져 나가는 현상을 감소시킨다. 가장자리 부분은 탄성체의 주요 가장자리를 거쳐 확장되어, 스탬핑시 주어진 응력으로부터 탄성체를 보호한다. 이는 분명하게 탄성체 코팅의 유효 수명을 증가시켜, 코팅된 다이의 유효 수명이 극단적으로 짧지 않는다는 장점을 갖게 해준다.
가장자리 부분을 다이의 재료와 동일한 재료로 만드는 것이 더 용이하지만, 필수적이지는 않다.
가장자리 부분 또는 플랜지는 플라스틱 우레탄 및 복합재를 포함하는 다수의 재료로 제조할 수 있다. 우산 꼭대기의 아래에서 탄성체가 보호되는 "T"형 구조 또는 우산형 구조에 의해 가장자리 부분이 제공된다.
가장자리 부분은 통상 바아의 세로축에 수직으로 확장하는 측벽이 있는 세제 바아(즉, "줄무니 바(banded bar)")의 제조에 사용되는 다이에 특히 유용하다. 줄 무늬 바아의 탄성체 다이는 수직 측벽이 없거나 수직 측벽이 바아 높이에 비해 낮은 비율로 확장하는 경우의 다이보다 더 높은 응력을 받는 것으로 믿어진다.
가장자리 부분 또는 플랜지는 다이 벽으로부터 확장하여 공동 코팅의 두께를 포함해야 하고, 바람직하게는 공동 밖 코팅의 두께를 포함해야 한다. 따라서, 최적의 작업을 위한 가장자리 부분의 크기는 원하는 코팅의 두께에 의해 결정된다.
원하는 결과(예를 들면, 다이로부터 세제 바아의 수월한 이형)를 성취하기 위한 탄성체 코팅의 두께 및 경도는 세제 바아의 조성, 공정 온도 및(또는) 다이 절반부의 공동 모양과 같은 공정 매개변수, 스탬핑 장비의 속도 및 다이 절반부의 분리 거리에 따라 다양할 수 있다. 다이에 새겨진 좀 더 복잡한 로고 또는 더 복잡한 다이 모양의 경우, 허용가능한 다이 이형은 더 두꺼운 코팅 및 더 낮은 계수의 탄성체를 사용하여 성취한다. 이와 유사하게, 본질적으로 스탬핑하기 어려운 바아 조성물의 경우, 허용가능한 다이 이형은 더 두꺼운 탄성체 코팅 및(또는) 탄성계수가 더 낮은 탄성체로 성취할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 계면활성제(실질적으로 비누, 합성 세제, 또는 비누와 합성 세제의 혼합물을 포함)를 포함하는 세제 바아의 스탬핑용으로 사용할 수 있다. 특히, 합성 계면활성제, 지방질 함량이 감소(예를 들면, 전체 바아 중량의 63 내지 78 중량%의 범위)된 반투명 및 투명 비누 바아, 및 피부 보습제, 폴리올, 오일, 지방산 및 지방 알코올과 같은 피부 유용제를 함유하는 바아를 포함하는, 연성 및(또는) 점착성 세제 및(또는) 무자극성 바아의 스탬핑에 사용할 수 있다.
본 발명의 추가적인 면은
ⅰ) 다이 위에 전도성 충전제가 혼입된 탄성 코팅을 형성하는 단계,
ⅱ) 단계 (ⅰ)의 다이에 세제 바아 조성물을 공급하는 단계,
ⅲ) 다이에서 조성물을 스탬핑하여 스탬핑된 바아를 형성하는 단계, 및
ⅳ) 표면의 장식이 바아에 쉽게 재현 가능한 방법으로 찍힐 수 있도록 다이로부터 바아를 이형시키는 단계
를 포함하는, 세제 바아의 스탬핑 방법을 제공한다.
바람직하게, 탄성체 코팅은 기계적 및(또는) 화학적 수단으로 스탬핑용 다이 표면에 결합되어 다이와 코팅 사이의 접착성을 증가시킨다.
응력을 감소시키기 위해 탄성체 코팅에 사용된 가장자리 부분도 그 자체로 탄성체 코팅으로 코팅되어 있는 것이 특히 바람직하다. 가장자리 부분의 코팅은 다이의 바아 스탬핑 표면에 존재하는 것보다 얇은 것이 유리하다. 예를 들면, 상기 두께는 1 내지 200㎛, 특히 10 내지 50㎛의 범위이다.
도면에 대해 상세히 언급하면, 도 1은 개개의 다이(12)를 포함하는 다이 절반부(10)를 도시한다. 각각의 다이 절반부에는, 바아 스탬핑 표면(14)에 전도성 충전제가 포함된 탄성체 코팅이 제공된다(도 4). 또한, 탄성체 코팅은 다이 절반부의 비-스탬핑 표면(18)에도 제공된다. 다이 절반부 중 한 개에는 바아 스탬핑 표면의 로고(20)가 제공되어 있다(어떤 경우에는 다이 절반부 두 개 모두에 로고가 혼입될 것이다). 로고 또한 탄성체 코팅으로 코팅되어 있다.
다이(12)는 세제 바아 공동(32)의 상단 외부에서 내부로 돌출된 금속 가장자리 부분(30)을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 가장자리 부분(30)은 통상 코팅(16)이 수직 상승하는 단면의 상부에 해당된다. 바람직하게, 공동(32)에 접한 가장자리 부분(30)의 표면(34)은 이와 유사하게 공동(32)에 접한 탄성체(16)의 표면(36)과 최소한 같은 높이이다. 더욱 바람직한 것은 금속 가장자리(30)의 말단 부분(34)이 코팅(16)의 표면(36)보다 약간 더 확장되어 배열되는 것이다. 냉각기(도시되지 않음)는 다이와 접촉한 상태로 냉각 유체를 순환시켜 다이(12)의 온도를 낮추는데 사용할 수 있다.
다이에 본 발명의 가장자리 부분 또는 플랜지를 사용함에 있어서, 다이가 비누로 절단될 때 절단 가장자리 근처의 연성 탄성체가 손상되지 않도록 다이를 제작한다. 예를 들면, 다이 가장자리 부분 근처의 연성 탄성체를 단단하고 강한 물질로 감싸서 보호한다. 다이 가장자리 부분을 감싸는 것은 약 0.00254cm(0.001인치) 내지 0.0381cm(0.015인치) 정도로 연성 탄성체와 약간 중복되는 다이 가장자리 부분 주변에서 우산과 같은 역할을 한다. 이는 연성 재료을 손상시켜 다이를 무용지물로 만드는 과도한 전단 및 장력으로부터 연성 재료를 보호한다.
응력을 감소시키는 다이의 가장자리 부분은 금속이라고 기재되어 왔지만, 이는 통상 제조된 다이의 재료에 따라 달라질 것이다. 통상, 가장자리 부분은 다이를 제조한 재료와 동일할 것이다. 그러나, 가장자리 부분은 통상 탄성체를 보호하기 위해 견고해야 할 것이다.
본 발명은 비나치(Binacchi) USN 100과 같은 종래의 스탬퍼를 사용하여 수행할 수 있다.
보다 우수한 기계적 성능을 위해 가장자리 부분을 언더컷(undercut) 하는 것 이 바람직하다.
일정 범위의 다이 절반부를 탄소강으로 제조하고, 표면 조도(Ra) 범위로 스파크 부식시키고, 아세톤으로 탈지하고, 프라이머(primer)로 처리한 다음, 일정 범위의 탄성체 재료로 코팅하였다.
또한, 일련의 황동 다이 절반부를 실시예에서 사용하였다. 유사하게, 아세톤으로 탈지하고, 프라이머로 처리한 후, 코팅하였다.
탄성체 코팅제는 폴리우레탄으로부터 형성하였다. 폴리우레탄은
a) 안더(Andur) 80-5AP(폴리에테르 기재의 액체, 이소시아네이트-종결된 예비 중합체이고, 공급자는 Anderson Development Co. 1415 E Michigan Street Adrian, MI 19221-3499 임)로부터 출발하여 제조하고,
b) 보로날(Voronal) 234-630 큐러티브(curative)(트리올이고, 공급자는 Dow Chemical Co. 2040 Dow Center Midland, MI 48674 임)를 사용하여 메쉬 크기가 325인 304L 분말 스테인레스 강철 35 중량%(전체 탄성체를 기준으로)를 가한 후에 경화시켰다.
실시예에 사용한 바아 조성물은 하기와 같다.
제제 A 중량%
무수 탈로우(tallow) 비누 52.3
무수 코코넛 비누 29.9
코코넛 지방산 5.2
물 및 소량의 첨가물 100 까지
제제 B 중량%
나트륨 코실 이세티오네이트 27.00
코코아미도프로필 베타인 5.00
폴리에틸렌 글리콜 33.12
지방산 11.00
나트륨 스테아레이트 5.00
물 + 소량 첨가물 100 까지
제제 C 중량%
나트륨 코실 이세티오네이트 49.78
82/18 비누 8.31
나트륨 스테아레이트 2.98
알킬 벤젠 술포네이트 2.02
스테아르산 20.15
코코 지방산 3.08
나트륨 이세티오네이트 4.68
물 + 소량 첨가물 100 까지
다이는 도 4에서 34로 도시되는 금속 가장자리 부분을 포함한다. 다이는 직경이 2 내지 20mm인 튜브를 통해 순환하는 -20℃의 냉각 유체를 사용하여 냉각시켰다.
본 명세서에 도시되고 기재된 발명의 특정 형태는 단지 본 발명의 대표적인 예를 제시하려는 것으로, 본 명세서에 교시된 사항을 벗어나지 않고 어떠한 변형이가능하리라는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 탄성체 코팅은 다이의 부분적 코팅 및 완전한 코팅을 포함한다. 게다가, 본 발명의 전체 범위를 결정하는 데는 첨부된 청구 범위를 참조해야 할 것이다.

Claims (17)

  1. 탄성체 코팅이 있는 기재 스탬핑 표면을 하나 이상 갖는 다이(die)를 포함하며, 상기 코팅이 금속성 전도성 충전제를 포함하는 것을 특징으로하는 기재 스탬핑용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 기재가 세제 바아(detergent bar)인 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다이가 금속 및 그의 합금, 열경화성 및 열가소성 수지, 경화 폴리우레탄, 세라믹 또는 이들의 복합재 및 적층재로부터 선택되는 강성 재료를 포함하는 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄성체 코팅이 열가소성 탄성체를 포함하는 것인 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄성체 코팅의 두께가 25㎛ 내지 10mm인 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다이를 차갑게하거나 냉각시키는 수단을 추가로 포함하는 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탄성체 코팅의 탄성 계수가 0.1 내지 50MPa 이내의 범위인 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다이가 그 표면으로부터 탄성체 코팅이 찢어져 나가지 않게 하는 가장자리 부분을 포함하는 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전도성 충전제가 스테인리스 강철 분말인 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성체 코팅이 폴리우레탄을 포함하는 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. (ⅰ) 다이의 하나 이상의 바아 스탬핑 표면에 금속성 전도성 충전제를 포함하는 탄성체 코팅을 형성하는 단계,
    (ⅱ) 단계 (ⅰ)의 다이에 세제 바아 조성물을 공급하는 단계,
    (ⅲ) 다이에서 조성물을 스탬핑하여 스탬핑된 바아를 형성하는 단계, 및
    (ⅳ) 다이로부터 바아를 이형시키는 단계
    를 포함하는, 세제 바아의 스탬핑 방법.
  15. 제14항에 있어서, 바아의 스탬핑 표면에 로고를 새겨 표면 장식이 세제 바아에 스탬핑되게하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 다이를 실온보다 차갑게하거나 냉각시키는 단계를 포함하는 방법.
  17. 삭제
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