KR100757790B1 - 무황의 조소재료 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 왁스, 바셀린 및 스테아린산 아연을 포함하는 조소원료 조성물과, 전분을 포함하는 조소충진 조성물로 이루어진 무황의 조소재료를 제공한다. 본 발명의 조소재료는 황을 포함하지 않고 인체에 무해한 재료로만 이루어져 있으므로 친환경적이며, 황보다 가벼운 전분을 사용함으로써 모델링 작업이 용이하고, 완성된 모델의 운반이 용이한 장점이 있다.

조소 재료, 스테아린산 아연, 바셀린, 전분, 마이크로왁스, 무황

Description

무황의 조소재료 및 그 제조방법{Modeling Material having no sulfur and the manufacturing method}

본 발명은 무황의 조소재료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 종래 조소충진 조성물의 성분으로서 황을 포함하는 조소재료, 특히 산업용 조소재료를 대신할 수 있는 황을 포함하지 않는 신규한 조소재료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 조소재료를 사용하는 경우 종래와는 달리 황을 포함하지 않으므로 황으로 인한 환경오염 및 악취의 발생염려가 없으며, 황보다 비중이 작은 재료를 사용함으로써 모델링 작업이 용이하다.

일반적으로, 미술시간, 전시회, 영화 에니메이션 등과 같은 곳에 사용되고 있는 조소(조각) 재료는 석고기둥, 비누, 고무, 수지기둥 등이 있었다. 석고기둥은 사용자가 원하는 형태로 조각할 시에 석고 가루가 많이 떨어지는 문제점이 있었다. 이에 따라, 석고 가루에 의해서 주변이 지저분해지거나 특히, 면역능력이 떨어지는 어린아이들에게는 건강에 해를 끼치게 되었다. 또한, 비누는 냄새가 많이 나고 크기가 상대적으로 작게 제작될 수밖에 없다. 이에 따라, 친환경적인 조소 재료로 사 용하기에 부적절하였고, 사용자가 원하는 형태로 조각하는데 제한을 많이 받는 문제점이 있었다. 고무는 고무 상호 간의 결합력은 좋지만, 경화가 잘 되지 않는다. 이에 따라, 사용자는 미려한 입체 형태로 제작하기에 어려움이 있었다. 수지기둥은 사용자가 원하는 형태로 조각하기 위해서는 단단한 플라스틱을 적절한 힘으로 가압하여 조각해야만 했다. 따라서, 작업속도는 떨어지게 되었고, 부주의한 실수로 손을 다칠 수 있는 문제점이 있었다. 특히, 지각능력이 떨어지는 어린아이들이 사용하기에는 너무 단단하므로, 사용시에 손을 매우 많이 다치는 문제점이 있었다.

한편, 자동차 모델 제작 소재로 주로 사용되는 산업용 조소재료는 평상시 단단하게 굳어 있으나 오븐에 넣어 열을 가하는 경우 부드러워지며, 이렇게 부드러워진 상태에서 자동차모델을 제작하기 위하여 대략적인 형상을 만든다. 대략적인 형상이 완성된 후 자동차 모델용 조소재료가 대기 중의 온도에 의하여 딱딱하게 굳게 되며, 이렇게 딱딱하게 굳어진 모델을 조각칼 등을 이용하여 섬세하게 조각하여 완전한 자동차 모델을 만든다.

그런데 종래의 자동차 모델을 제작하기 위한 조소재료에는 황 성분을 다량 사용하고 있다. 따라서 작업자가 조소재료를 클레이 오븐에서 꺼내어 작업할 때 유황가스가 조소재료로부터 다량 배출되고 불쾌한 냄새가 나기 때문에 작업자가 두통을 호소하는 경우가 있다. 그리고 사용 후 폐기물 처리가 매우 어렵다. 썩지않기 때문에 매립은 불법이고 소각하는 경우 아황산가스 및 다이옥신이 대기상에 배출되 는 공해물로서 불법폐기물에 대한 불법매립을 사전에 예방할 수 없는 문제점이 있었다. 또한, 황의 비중이 크기 때문에 같은 부피의 모델 제작시 무게가 너무 커서 모델의 운반이 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 최근에는 전술한 조소 재료들을 개선시키기 위한, 즉 친환경성과 안정성, 작업의 용이성 및 효율성과 조소 재료의 신뢰성을 고려한 무황소재의 신규한 조소재료가 지속적으로 연구되고 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 황을 포함하지 않는 조소재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

보다 구체적으로는, 황을 포함하지 않는 환경친화적인 조소 재료를 사용함으로써 산업용 모델, 예를 들어, 자동차 모델을 제작할 시에 황으로 인한 불쾌한 냄새가 나지 않고, 사용 후 여러 번 재활용할 수 있으며 폐기물 처리시에도 황으로 인한 유독가스의 발생 우려가 없는 조소재료 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 마이크로 왁스, 바셀린 및 스테아린산 아연을 포함하는 조소원료 조성물과, 전분을 포함하는 조소충진 조성물로 이루어진 무황의 조소재료를 제공한 다

또한, 상기 무황의 조소재료 총 중량을 기준으로, 마이크로왁스는 10 ~ 25중량%, 바셀린 3 ~ 20 중량%, 스테아린산 아연 5 ~ 25 중량%, 전분 30 ~ 70 중량%인 것이 바람직하다.

또한, 상기의 무황의 조소재료에 파라핀 왁스를 더 첨가하는 것이 가능하다. 이 경우, 파라핀 왁스는 5 wt% 내지 15 wt%의 비율로 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전분은 옥테닐 호박산을 첨가한 변성 전분을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 조소 재료를 제조하는 방법에 있어서,

마이크로 왁스와 바셀린 및 스테아린산 아연을 로(爐)에 투입하여 열처리하는 단계(I);

마이크로 왁스와 바셀린 및 스테아린산 아연을 수용부에 투입하고, 수용부에 전분을 투입하여 서로 반죽하는 단계(II); 및

마이크로 왁스, 바셀린, 스테아린산 아연, 전분을 진공 압출기에 투입하여 원하는 대상체의 형태를 얻도록 압출성형하는 단계(III)를 포함한다.

또한, 열처리하는 단계(I)는, 150℃ 내지 200℃의 분위기에서 열처리하는 것 을 특징으로 한다.

상기에서 단계(II)에서 전분 투입시 파라핀왁스를 더 첨가하여 제조하는 것도 가능하다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 압출성형하는 단계(III)는, 마이크로 왁스, 바셀린, 스테아린산 아연, 전분을 진공 압출기의 앞부분에 장착된 주형(鑄型)에 투입하여 원하는 블록 형태의 대상체를 얻도록 압출하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예를 자세히 설명하도록 한다.

본 발명의 주재료는 마이크로 왁스, 바셀린, 스테아린산 아연, 전분이며, 선택적으로 파라핀왁스를 더 첨가할 수 있다.

마이크로 왁스

마이크로크리스탈린 왁스라고도 불리는 마이크로 왁스는 고점도의 윤활증류분 등으로부터 용제추출법에 의해 탈납, 탈유된 왁스이고, 측쇄형 포화탄화수소를 주성분으로 하고 있다. 이러한, 마이크로 왁스는 녹는점이 65.5℃~76.6℃이고, 질기고 유연한 특성을 갖는다. 또한, 마이크로 왁스는 고융점, 고점도의 접착성을 가지고, 백색 또는 황색을 띄고 있다. 또한, 마이크로 왁스는 기름성분과의 친화력이 크기 때문에 파라핀 왁스에 비해 기름성분의 함량이 높다는 특징이 있다.

한편, 마이크로 왁스는 다른 종류의 왁스와 잘 조화되어 융점, 점도 및 경도를 높이는 데 사용되고, 발한 방지제로도 사용된다. 이때, 마이크로 왁스의 주된 용도는 각종 왁스 컴파운드, 고무 관련 제품의 산화방지제, 전기절연재, 방수 및 방습 코팅제 등이다.

바셀린

석유젤리 또는 파라핀젤리라고도 불리는 바셀린은 C_nH_{n +2}의 조성을 가진 포화탄화 수소류로서, 미결정의 고체 탄화수소가 액체 탄화수소에 의해 분산되어 겔을 형성하고 있다. 이러한, 바셀린은 녹는점이 38℃ ~ 54℃이고, 백색 또는 황색을 띄고 있다. 또한, 바셀린은 벤젠 및 클로로포름, 에테르 및 석유벤젠, 이황화탄소 및 기름 등과 같은 원유에 녹는 특성을 가지고 있다. 한편, 바셀린은 다른 물질과 잘 혼합되어, 대상체의 표면을 촉촉하게 하거나 매끄럽게 하기 위하여 사용된다. 이때, 바셀린의 주된 용도는 감마제, 방수제, 화장품 원료, 의약품 원료 등이다.

스테아린산 아연

스테아린산 아연(Zinc stearate : Zn(C₁₇H₃₅COO)₂)은 무독성 안정재로 주로 사용되고 있다. 스테아린산 아연은 무독 제품으로서 활성이 우수하고, 빨리 굳게 하 는 성질을 갖고 있다. 또한, 스테아린산 아연은 다른 물질과 잘 혼합되도록 분산재로서의 역할이 우수하다. 더욱이, 스테아린산 아연은 대상체의 표면을 미려하게 가공처리 할 수 있도록 사용되고, 채색시에 가공처리된 대상체의 표면에 채색이 잘 되도록 하기 위해서 사용된다.

전분

전분은 식물이 물과 이산화탄소를 원료로 하여, 광합성 작용이 이루어진 후에 생산되는 천연 고분자 물질을 말한다. 또한, 전분 중 변성 전분(modified starch)은 원료 전분이 지니고 있는 단점을 보완하고 장점을 강화시키기 위하여 물리적 혹은 화학적으로 변화시키는 특징이 있다.

본 발명에서는 선택적으로 전분에 유화제를 첨가한 변성 전분을 사용할 수 있다. 사용 가능한 유화제는 옥테닐 호박산(sodium octenyl succinate)으로, 전분의 -OH기에 에스테르 결합시켜, 친수성인 전분에 소수성기를 도입하여 유화력과 안정성을 갖도록 한다. 특히, 본 발명에서는 옥수수 전분을 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 옥테닐 호박산이 첨가된 변성 전분은 한 분자내에 친수성 부분인 하이드록실기 및 카르복실기와, 소수성 부분인 탄화수소가 포함되어 유화제 및 안정화제로 사용된다.

파라핀 왁스

석랍 파라핀이라고도 불리는 파라핀 왁스는 원유 중에서 비점이 높은 원유왁스로부터 윤활유 등 유분이 포함된 성분이 제외되고 정제된 왁스이며, 직쇄형 포화탄화수소를 주성분으로 하고 있다. 이러한, 파라핀 왁스는 녹는점이 47℃~65℃이고, 화학적으로 안정성을 갖는다.

한편, 파라핀 왁스는 다른 종류의 왁스와 잘 조화되어 유연성을 높이는 연화제로 사용되고, 방수제로도 사용된다. 이때, 파라핀 왁스의 주된 용도는 포장지 코팅제, 가소제, 몰드 이형제, 양초 재료 등이다.

제조방법

본 발명은 마이크로 왁스, 바셀린 및 스테아린산 아연을 포함하는 조소원료 조성물과, 전분을 포함하는 조소 충진 조성물로 이루어진다. 본 발명의 조소 재료 제조방법은 먼저, 마이크로 왁스와 바셀린 및 스테아린산 아연을 로(爐)에 투입하여 열처리한다. 이때, 열처리 조건은 150℃ 내지 200℃의 분위기로 열처리한다.

여기서, 마이크로 왁스는 조소원료조성물과 조소충진조성물을 합한 조소재료 총량 기준으로 10 wt% 내지 25 wt%일 수 있다. 마이크로 왁스가 10 wt% 이하이면 조소 재료의 조각성은 좋으나 접착력이 떨어진다. 마이크로 왁스가 25 wt% 이상이 면 조소 재료 간의 접착성은 좋으나 조각성이 좋지 않다.

또한, 바셀린은 조소재료 총량 기준으로 3 wt% 내지 20 wt%일 수 있다. 바셀린이 3 wt% 이하이면 조소 재료의 표면이 촉촉하지 않고 너무 딱딱하며, 바셀린이 20 wt% 이상이면 조소 재료의 경도가 떨어지며 조각성이 좋지않다.

또한, 스테아린산 아연은 조소재료 총량 기준으로 5 wt% 내지 25 wt%일 수 있다. 스테아린산 아연이 5 wt% 이상이면 조소 재료의 표면을 미려하게 가공처리 가능하나 스테아린산 아연이 25 wt% 이상이면 조소 재료의 표면이 거칠게 된다

이 후, 마이크로 왁스와 바셀린 및 스테아린산 아연을 수용부에 투입하고, 수용부에 전분을 투입하여 서로 반죽한다. 전술한 바와 같이 선택적으로 조소 원료 조성물로서 파라핀 왁스를 더 첨가할 수 있다. 이때, 파라핀 왁스는 조소재료 총량을 기준으로 5 wt% 내지 15 wt% 첨가하는 것이 바람직하다.

파라핀 왁스가 5 wt% 이상이면 마이크로 왁스와의 유연성이 높아져 조각성이 향상되며 파라핀 왁스가 15 wt%이상이면 이후에 진술할 스테아린산 아연과의 활성성분을 높이게 되나 오븐사용시 분리되어 흘러나올 수 있다.

또한, 상기 조소재료 총량을 기준으로 전분은 30 wt% 내지 70 wt%일 수 있 다. 전분이 30 wt% 이상이면 마이크로 왁스와 파라핀 왁스, 바셀린과 스테아린산 아연 각각과 반죽이 서로 잘 될 수가 있고, 전분이 70 wt% 이하이면 마이크로 왁스와 파라핀 왁스, 바셀린과 스테아린산 아연 각각과 물리적 혹은 화학적으로 결합이 잘 되어 조소 재료의 유연성 및 결합성을 높일 수가 있다.

이 후, 마이크로 왁스, 바셀린, 스테아린산 아연, 전분, 또는 마이크로 왁스, 바셀린, 스테아린산 아연, 전분 및 파리핀 왁스가 상기 단계(II)에서 골고루 반죽된 후 진공 압출기에 투입하여 원하는 대상체의 형태를 얻도록 압출 성형한다. 주로 원통형의 형태로 압출 성형되나, 필요에 따라 주형을 달리하여 다양한 형태로 압출 성형할 수 있음은 자명하다.

한편, 압출성형하는 단계 이후에, 대상체의 표면을 채색하는 단계가 더 추가 될 수 있다. 이때, 블록 형태의 대상체를 원하는 디자인으로 가공하고, 대상체의 표면인 조소 재료의 표면에 채색을 할 수가 있다. 예를 들어, 본 발명의 조소재료는 대기 중에서 딱딱하게 굳으므로 나무를 대신하여 다양한 블록으로 제작할 수도 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 조소 재료를 이용하여 모델 제작시 기존 조소재료와는 달리 유황을 사용하지 않으므로, 불쾌한 냄새가 나지 않는다. 또한, 현재 사용되고 있는 조소재료(점토)는 유황이 다량 포함되어 있어, 조소 재료의 비중이 1.5 이상으로 무거우나, 전분을 사용한 본 발명의 조소 재료는 비중이 1.2 정도로서 매우 경량화되어 수송이 용이하고 대형 작품 제작에 유리하다.

또한, 본 발명의 조소 재료는 전술한 조소 원료 조성물과 조소 충진 조성물의 조성비율에 따라 표면을 부드럽게 하거나 단단하게 할 수가 있어, 경도조절이 용이하여 조소 재료의 다양화를 추구할 수가 있다.

또한, 본 발명의 조소 재료는 100%가연성 재료이고 친환경적이며, 100% 재활용이 가능함을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 조소재료는 산업용 모델 제작, 또는 각급 학교에서 조각재료 널리 사용이 가능하도록 안정성과 기능성을 모두 갖는다.

Claims (6)

1. 마이크로 왁스, 바셀린 및 스테아린산 아연을 포함하는 조소원료 조성물과, 전분을 포함하는 조소충진 조성물로 이루어지는 무황의 조소재료로서, 상기 무황의 조소재료 총 중량을 기준으로, 마이크로왁스는 10 ~ 25중량%, 바셀린 3 ~ 20 중량%, 스테아린산 아연 5 ~ 25 중량%, 전분 30 ~ 70 중량%인 것을 특징으로 하는 무황의 조소재료.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기에 무황의 조소재료 총 중량을 기준으로, 파라핀 왁스를 5 wt% 내지 15 wt%를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 무황의 조소재료.
4. 제 1 항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 전분은 옥테닐 호박산을 첨가한 변성 전분인 것을 특징으로 하는 무황의 조소재료.
5. 제 1 항의 무황의 조소재료를 제조하기 위한 방법으로서,

   마이크로 왁스와 바셀린 및 스테아린산 아연을 로(爐)에 투입하여 열처리하는 단계(I);

   상기 열처리된 마이크로 왁스와 바셀린 및 스테아린산 아연을 수용부에 투입하고, 상기 수용부에 전분을 더 투입하여 서로 반죽하는 단계(II);

   상기 반죽된 마이크로 왁스, 바셀린, 스테아린산 아연, 전분을 진공 압출기에 투입하여 원하는 대상체의 형태를 얻도록 압출성형하는 단계(III)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무황의 조소재료 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 단계(II)에 파라핀 왁스를 더 첨가하여 반죽하는 것을 특징으로 하는 무황의 조소재료 제조방법.