KR100619840B1 - 저점도 경량 점토 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저점도 경량점토 조성물에 관한 것으로, 5 내지 20중량%의 폴리비닐알콜, 1 내지 30중량%의 고분자 중공미세구, 1 내지 30중량%의 글리세린, 0.01 내지 5중량%의 붕사, 0.01 내지 10중량%의 폴리아크릴릭산 나트륨 및 50 내지 80중량%의 물을 포함하며, 상기 폴리아크릴릭산 나트륨은 분자량이 50,000∼300,000g/mol인 것으로 구성되는 저점도 경량 점토 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 저점도 경량 점토 조성물은 종래 점토 조성물에 비해 가벼워 취급 및 운반이 용이하고, 조형시 좋은 수촉감을 주며, 적절한 확장성을 가지고 있어 형태 변형이 용이하며, 변형된 표면에 평활성이 있는 동시에 적당한 경도를 가지고 있어 조형물이 형태를 유지하면서 손에는 묻거나 끈적이지 않는 장점이 있다.

인조점토, 중공미세구, 저점도, 폴리아크릴릭산나트륨

Description

저점도 경량 점토 조성물{Composition of light weight modeling material with low viscosity}

본 발명은 저점도 경량 점토 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 수공예 등에 사용되는 조형용 경량 점토에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 비중이 낮은 고분자 중공미세를 충전재로 사용하고, 폴리아크릴릭산 나트륨염을 조절제로 첨가하여 특히, 초등학생 및 유아들도 취급 빛 운반이 쉽고, 조형시 좋은 수촉감을 주며 적절한 확장성을 갖는 동시에 적당한 경도를 가지고 있어 조형물이 형태를 유지하며 손에 부스러기 및 끈적이는 감촉이 없는 저점도 경량 점토 조성물에 관한 것이다.

수공예 등에 사용되고 있는 점토는 일반적으로 유연성이 있어 손으로 원하는 형태로 변형시켜 조형물을 제조하고 이를 건조하여 장기간 조형물이 형상을 유지하도록 하는 것이다. 최초의 점토는 자연으로부터 채취한 고비중의 무기계 물질과 물로 구성된 것으로 무거워 운반 및 조형성이 용이하지 못하다는 단점을 가지며, 또한 건조과정에서 점토내의 물이 빠르게 증발하여 작업시간이 짧고, 조형물의 표면이 갈라지거나 쉽게 부스러지는 등의 문제점을 가지고 있다.

이러한 무기계 점토의 문제점을 개선하기 위하여 전분과 같은 천연 고분자나 그 유도체를 사용하여 인공적으로 점토를 제조하여 무게를 크게 감소시켜 운반 및 조형성이 개선시켰으며, 충전물로 천연 고분자를 사용하여 무기계 점토의 거친 표면과는 달리 감촉이 부드럽다는 특징을 가지고 있다. 그러나 이러한 천연 고분자를 이용한 점토는 무기계 점토에 비해 크게 경량화되었지만 여전히 무거우며, 건조시 점토의 부피가 크게 줄어들어 조형물에 금이 가고 심하게는 쪼개지며 부스러지는 경향이 있으며 점토에 채색이 힘들고 건조 중에 변색되는 현상이 발생되는 문제점이 있다.

상술한 전통적인 점토의 문제점을 개선하기 위하여 미국 특허 제5,506,280호 및 제6,359,057호는 중공미세구, 폴리비닐알코올, 겔화제 및 물 등으로 구성된 경량 점토를 제안하였다. 경량 점토는 저비중의 중공 미세구를 충전제로 사용하여 점토의 무게를 크게 감소시켜 점토의 운반성과 조형성을 크게 개선시켰다. 또한 수용성 고분자인 폴리비닐알코올을 사용하여 점토의 유연성이 탁월하고, 수분의 증발에 의한 조형물의 수축되는 정도가 아주 적어 표면 갈라짐이 적다는 특징을 가지고 있다.

하지만 상기 경량 점토는 사용시 손에 부착이 일어나고, 쉽게 굳어 변형이 용이 하지 않으며, 탄력성이 지나쳐 원하는 형태로 늘어나는 것이 힘들며, 늘어난 표면에 평활성이 없으며, 외력에 의해 쉽게 부러뜨려지는 등의 변형 내구성이 없어 제작된 작품이 안정적으로 유지하는 것이 불가능하다는 단점이 있다.

상기 경량 점토를 문제점을 해결하고자 일본특허공고 제2001-234081호는 입 경 20∼120㎛의 합성수지미소중공구체, 폴리비닐알코올 수지, 가소제를 함유한 초산비닐수지, 폴리에틸렌옥사이드, 물로 구성된 경량 점토 조성물을 제안하였다.

하지만 이와 같은 경량 점토는 짧은 시간 내에 건조가 되어 손에 부스러기가 남으며, 조형 후 손에 끈적임이 남아 불쾌감을 주며, 건조된 조형물이 매우 딱딱하고, 쉽게 부서지는 등의 단점이 있다. 또한 가소제로 프탈산디부틸 등 환경호르몬을 유발시키는 물질을 사용한다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 상술한 종래 점토의 문제점을 해결하기 위해서, 비중이 낮은 고분자 중공미세구를 충전재로 사용하고, 폴리아크릴릭산 나트륨염을 사용하여 가볍고 탄성이 있으며, 매우 가벼워 초등학생 및 유아들에게도 취급 및 운반하기 쉽고, 조형시 제작자에게 좋은 수촉감을 주며, 알맞은 확장성을 갖고 있어 쉽게 원하는 형태로 변형이 용이하며, 변형된 표면에 평활성이 있으며 동시에 적당한 경도를 가지고 있어 조형물이 형태를 유지하며, 손에 부스러기 및 끈적이는 감촉이 없는 조형용 점토를 제조하였으며, 본 발명은 이를 기초로 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 가볍고 취급이 용이한 저점도의 경량 점토 조성물을 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 저점도의 경량 점토 조성물은 5 내지 20중량%의 폴리비닐알콜, 1 내지 30중량%의 고분자 중공미세구, 1 내지 30중량%의 글리세린, 0.01 내지 5중량%의 붕사, 0.01 내지 10중량%의 폴리아크릴릭산 나트륨 및 50 내지 80중량%의 물을 포함하며, 상기 폴리아크릴릭산 나트륨은 분자량이 50,000∼300,000g/mol인 것으로 구성된다.

이하 본 발명을 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 저점도 경량 점토 조성물은 수용성 고분자 수지, 충전재, 겔화제, 보습제, 폴리아크릴릭산 나트륨 염 및 물을 포함한다.

본 발명에서 사용되는 수용성 고분자는 폴리비닐아세테이트의 부분 가수분해에 의해 제조된 고분자인 폴리비닐알코올로 가수분해도 80∼95mol%와 분자량 86,000∼185,000g/mol인 것을 사용한다. 이의 가수분해도가 80몰% 미만이면, 점토에 초산냄새가 많이 나게 되고 장기간 보관시 초산에 의해 점토의 점도가 낮아져 조형성이 떨어지게 되고, 95몰%를 초과하면 고분자의 수지의 점착성이 떨어져 필러나 기타 첨가제가 손에 묽게 되는 문제점이 있다. 또한 분자량이 86,000g/mol 미만이면 점도가 낮아 점토에 흐름성이 없어지지 않고, 185,000g/mol을 초과하면반죽이 잘 되지 않고 너무 질겨 손으로 조형을 만들기 힘들게 되는 문제점이 있다.

상기 폴리비닐알코올의 함량은 점토총량에 대하여 5∼20중량%, 특히 10∼15중량%가 바람직하다. 상기 수용성 고분자인 폴리비닐알코올의 사용량이 5중량%미만에서는 점토가 형성되지 못하며, 20중량%를 초과하면 점토의 유동성이 나빠지며, 빠르게 경화되어 점토가 딱딱해지고, 조형시 작업성 및 수촉성이 나빠지는 등의 경향이 나타난다.

본 발명에서 사용되는 고분자 중공 미세구는 저비점의 탄화수소 등의 액체를 내포한 합성수지를 가열 발포하여 형성된 중공상의 미세구로 그 주성분이 염화비닐 리덴, 아크릴로니트릴, 아크릴산에스테르, 스틸렌, 디비닐벤젠 등과 이들의 공중합체와 표면이 다른 특성을 갖도록 개선된 것으로 물에 불용성인 고분자 성분으로 이루어진 물질로 구성된 것이 바람직하지만 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 고분자 중공 미세구의 비중은 0.01∼0.06g/㎤, 바람직하게는 0.01∼0.05g/㎤이고, 입자 크기는 1∼100㎛, 바람직하게는 20∼60㎛이며, 열에 의해 쉽게 발포가 가능한 것이다.

상기 고분자 중공 미세구의 사용량은 점토 총중량에 대하여 1∼30중량%이며 바람직하게는 4∼10중량%이다. 이의 사용량이 1중량% 미만에서는 고분자 중공 미세구가 사용된 고분자 수용액을 모두 함유할 수 없게 되어 폴리비닐알코올 수용액의 흐름성이 반죽에 나타나 조형물의 보형성이 감소하고, 가벼운 물질인 충전제의 감소로 점토의 비중이 크게 증가하며, 30중량%를 초과하면 고분자 수지인 폴리비닐알코올 수지가 고분자 중공 미세구에 완전히 접착하지 못하기 때문에 점토의 전체 부피를 나타내는 고분자 중공 미세구들간 결합 약화로 점토의 강도가 감소하여 쉽게 부스러지고, 유연성이 떨어지며, 쉽게 갈라져 작업성이 크게 나빠진다.

본 발명에서 사용하는 보습제는 점토의 사용 시간 및 점토의 건조시 갈라짐이나 사용자의 감촉을 부드럽게 해주는 성분으로 분자내에 -OH기가 많이 존재하는 다가 알코올계 성분인 글리세린, 글리세롤, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올 등을 사용할 수 있으며 바람직하게는 글리세린이다. 보습제의 사용량은 점토 총중량에 대하여 1∼30중량%이며, 바람직하게는 15∼20중량%이다. 이의 사용량이 1중량% 미만이면 점토 내에 함유된 수분의 증발 속도가 빨 라져 조형시간이 짧아지며, 완성된 조형물이 갈라지거나 부서지기 쉽고, 사용자가 원하는 형태로 점토를 변형하고자 할 때 점토가 쉽게 끊어지거나 두 개의 점토가 서로 혼합 및 접합이 잘 이루어지지 않는 등의 성형성이 크게 감소하며, 30중량%를 초과하면 장시간 경과 후에도 점토 내에도 물이 많이 남아 있어 조형물의 건조에 많은 시간이 걸리며 끈적임이 커져서 손에 찌꺼기가 묻거나 옷에 붙어 떨어지지 않는 등의 문제점이 있다.

본 발명에서 사용하는 겔화제는 점도는 크지만 흐름성이 있는 폴리비닐알코올 수지의 흐름성을 줄이기 위해 이의 겔화를 유도하는 물질로 붕사, 테트라이소프로폭사이드 티탄늄 등이 사용되며 바람직하게는 붕사이다. 이의 사용량은 0.01∼5중량%이며, 특히 0.3∼1중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 겔화제의 사용량이 0.01중량% 미만이면 제조된 점토가 끈적거려 손에 달라붙고, 흐름성이 크고, 보형성이 나쁘며, 5중량%를 초과하면 수용성 고분자가 심하게 경직되어 제품이 딱딱하게 굳어 연성 및 탄성이 감소하며 가공성이 나빠지며 제품의 사용기간이 급격히 짧아지는 등의 문제점을 보인다.

본 발명에서 사용하는 조절제인 폴리아크릴릭산 나트륨염은 폴리아크릴릭산을 수산화나트륨으로 중화하여 만들어지는 염으로 상기 폴리비닐알코올, 고분자 중공 미세구, 글리세린, 겔화제 및 물로 이루어지는 반죽의 유연성, 탄성, 점착성 등을 효과적으로 조절하는 물질로 분자량 50,000∼300,000g/mol인 것이 바람직하며, 분자량이 50,000g/mol 미만이면 분자의 크기가 작아 조형성에 손에 쉽게 묻어나 불쾌감을 주고, 300,000g/mol을 초과하면 조절제로서 특성이 보이지 않은다는 문제점 이 있다. 이의 사용량은 점토 총중량에 대하여 0.01∼10중량%이며, 특히 0.1∼6중량%가 바람직하다. 폴리아크릴릭산 나트륨염 사용량이 0.01중량% 미만이면 폴리아크릴릭산 나트륨염의 부과효과가 전혀 나타나지 않아 기존 점토의 문제점이 발생하고, 10중량%를 초과하면 반죽의 유연성이 지나치게 높아 일정한 형태를 유지하지 못하며, 작은 힘에도 점토가 분리되어 얇은 형태의 가공이 힘들며, 겔화제의 역할을 방해하여 점토의 흐름성을 증가시키는 문제점이 있다.

본 발명의 점토는 상기 수용성 고분자 수지, 고분자 중공미세구, 보습제, 겔화제 및 폴리아크릴릭산 염을 50 내지 80중량%의 물과 혼합하여 제조된다. 이때 상기 물의 함량이 50중량% 미만이면 PVA가 충분히 용해되지 못하여 점토의 기능을 발휘하지 못하며, 80중량%를 초과하면 나머지 성분들이 너무 적어 점토의 흐름성이 커 조형하지 못하게 된다.

본 발명의 점토는 섬유분말을 더욱 포함할 수 있다. 섬유분말은 건조 후에 보형성을 높이는 동시에 수축방지효과가 있다. 상기의 섬유분말로는 분말펄프, 비닐론 섬유, 나일론 섬유, 분말코튼, 시트펄프를 분쇄한 것 등을 사용할 수 있으며, 섬유분말의 길이는 0.01∼0.5㎜, 특히 0.1∼0.2㎜의 천연, 합성섬유 등이 바람직하며 사용량은 점토총중량에 대하여 0.1∼4중량%가 바람직하다.

또한, 본 발명의 점토는 항균제를 더욱 포함할 수 있으며, 방향제, 안료, 현광물질, 펄 또는 축광 물질을 사용할 수 있고, 이의 사용량은 0.01내지 5중량%이다.

본 발명의 경량 점토 조성물은 매우 가벼워 초등학생 및 유아들에게도 취급 및 운반하기 쉽고, 조형시 제작자에게 좋은 수촉감을 주며, 알맞은 확장성을 가져서 쉽게 원하는 형태로 변형이 용이하며, 변형된 표면에 평활성이 있으며 동시에 적당한 경도를 가지고 있어 조형물이 형태를 유지하며, 손에 부스러기 및 끈적이는 감촉이 없는 장점이 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만 하기의 실시예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

폴리비닐알코올 30g을 물 120g에 완전히 용해한 후, 이 폴리비닐알코올 수용액에 입자크기가 40㎛이며, 비중이 0.025g/㎤인 고분자 중공미세구 분말 9g, 글리세린 38g, 항균제 2g, 붕사 0.5g 및 분자량 250,000g/mol인 폴리아크릴릭산 나트륨염 0.5g을 30분간 혼합 반죽하여 점토 200g을 제조한다.

실시예 2

폴리비닐알코올 30g을 물 120g에 완전히 용해한 후, 이 폴리비닐알코올 수용액에 입자크기가 40㎛이며, 비중이 0.025g/㎤인 고분자 중공미세구 분말 9g, 글리세린 38g, 항균제 2g, 붕사 0.5g 및 분자량 50,000g/mol인 폴리아크릴릭산 나트륨염 0.5g을 30분간 혼합 반죽하여 점토 200g을 제조한다.

비교예 1

폴리비닐알코올 30g을 물 120.5g에 완전히 용해한 후, 이 폴리비닐알코올 수용액에 입자크기가 40㎛이며, 비중이 0.025g/㎤인 고분자 중공미세구 분말 9g, 글리세린 38g, 항균제 2g 및 붕사 0.5g을 30분간 혼합 반죽하여 점토 200g을 제조한 다.

비교예 2

폴리비닐알코올 30g을 물 90.5g에 완전히 용해한 후, 이 폴리비닐알코올 수용액에 입자크기가 40㎛이며, 비중이 0.025g/㎤인 고분자 중공미세구 분말 9g, 글리세린 38g, 항균제 2g, 붕사 0.5g 및 분자량 250,000g/mol인 폴리아크릴릭산 나트륨염 30g을 30분간 혼합 반죽하여 점토 200g을 제조한다.

이상, 실시예 및 비교예의 조성으로 제조된 점토의 물성(부착성, 확장성, 평면평활성, 보형성)는 점토사용자 10인에게 조형물을 조형할 때, 각 항목을 0∼5점의 6단계로 평가를 의뢰하여 나온 점수를 평균 낸 것을 표 1에 나타내었다.

	접착성	확장성	표면평활성	보형성
실시예 1	0.8	4.2	4.6	4.2
실시예 2	1.5	4.5	3.6	4.1
비교예 1	3.5	3.6	1.6	3.1
비교예 2	4.4	4.8	4.3	2.1

- 접착성 : 점수가 높을수록 손에 점토가 잘 붙는 것을 의미함.

- 확장성 : 점수가 높을수록 점토가 가늘게 성형하기 쉽다는 것을 의미함.

- 표면평활성 : 점수가 높을수록 늘어난 점토 표면에 갈라짐이 없다는 것을 의미함.

- 보형성 : 점수가 높을수록 점토 조형물이 형태를 잘 유지한다는 것을 의미함.

전술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따른 경량 점토는 종래의 점토 조성물 에 의해 제조된 점토에 비하여 매우 부드러워 손에 대한 접착성, 확장성, 표면평활성 및 보형성이 향상되었을 뿐만 아니라 점토 부피의 대부분을 차지하는 충전재를 밀도가 매우 낮은 고분자 중공 미세구를 사용하여 점토가 가볍고, 탄성 및 내구성이 우수하다는 특징을 가지고 있다.

Claims (3)

1. 5 내지 20중량%의 폴리비닐알콜, 1 내지 30중량%의 고분자 중공미세구, 1 내지 30중량%의 글리세린, 0.01 내지 5중량%의 붕사, 0.01 내지 10중량%의 폴리아크릴릭산 나트륨 및 50 내지 80중량%의 물을 포함하며, 상기 폴리아크릴릭산 나트륨은 분자량이 50,000∼300,000g/mol이며, 상기 폴리비닐알코올은 분자량이 86,000 내지 185,000g/mol이고 가수분해도가 80 내지 90%인 것을 특징으로 하는 저점도 경량 점토 조성물.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 고분자 중공미세구는 0.01 내지 0.06의 비중, 1 내지 100㎛의 직경 및 발포 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 저점도 경량 점토 조성물.