KR100991362B1 - 친수성 고체 분필 조성물과 이를 이용한 분필 제조 방법 - Google Patents

친수성 고체 분필 조성물과 이를 이용한 분필 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 친수성 고체 분필 조성물과 이를 이용한 분필 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흑색 칠판(Black board) 또는 녹색 칠판(Green board)의 표면에 강의 자가 종래 분필 또는 지우개를 이용하여 필기 또는 수정을 하게 될 경우 표면 마찰에 의해 분필가루 발생하게 되며, 그 발생한 분필가루가 강의실 내의 공기를 오염시키게 되어 수강 환경을 떨어뜨리는 것은 물론 강의자 및 수강자의 건강에 악영향을 끼치는 문제를 해결하기 위해, 바인더(binder) 조성물과, 산화아연(ZnO)과, 백도토(Kaolin)의 혼합된 조성물을 이용하여 고체 분필을 제조함으로써, 분필가루 비산 등에 의한 강사 및 수강생의 건강악화 우려 및 강의실 환경오염 등을 획기적으로 줄일 수 있는 친수성 고체 분필 조성물과 이를 이용한 분필 제조 방법에 관한 것이다.
친수성, 분필, 칠판, 바인더, 산화아연, 백도토

Description

친수성 고체 분필 조성물과 이를 이용한 분필 제조 방법{COMPOSITION OF HYDROPHILIC CHALK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 백색, 분홍색, 청색, 노란색 등 다양한 색상의 분필을 이용하여 물이 묻어 있는 보드 판에 필기, 수정, 삭제를 하더라도 필기 된 글자가 물에 풀어지거나 번지지 않는 내수성을 갖고, 분필 가루가 비산하지 않는 친수성 분필 조성물 및 이를 이용한 분필 제조방법에 관한 것이다.
종래부터 학교의 교실, 세미나실, 회의실 및 사무실 등에서 사용되던 흑판은 통상 흑색 또는 녹색의 표면을 가지며, 근래에는 시력 보호 차원에서 녹색 판을 사용하고 있다. 그러나 칠판에 분필로 문자 등을 기재하거나 수정, 삭제하게 될 경우 다량의 분필가루가 발생하고, 그 분필가루가 공기 중에 비산하게 되어 실내를 채우게 되고, 이는 다시 강사나 수강자의 호흡기를 통해 쉽게 체내로 침투하게 되어 각종 폐질환의 원인으로 작용하는 것은 공인된 사실이라고 할 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 고안된 상품으로 "물백묵"이 있다. 이는 녹색칠판에 극성 유기용제로 된 액체 백색 잉크를 펜에 담아 사용함으로써 칠판에서 필기, 수정, 삭제시 분필가루의 비산이 거의 일어나지않도록 한 상품이라 할 수 있다.
그러나 상기 상품의 경우, 하기의 대한민국 등록특허 10-0133125(공고일자 1997.06.28), 일본특허 평7-110554호, 대한민국 등록특허 10-0582509(공고일자 2006.05.23)에서와 같이, "물백묵" 잉크에 사용되는 원료의 경우 인체에 해로운 아세톤 이소프로필 알코올, 에칠알콜 등의 휘발성 및 자극성이 강한 용제를 사용하고 있어 비록 분필가루가 비산되지 않는 장점을 갖더라도 겨울이나 여름기간 동안 냉난방 유지를 위해 밀폐된 강의실에서는 호흡시 독한 자극성의 냄새로 인체에 해를 주는 문제가 있었다.
또한 수성분필이라고 하여 스테아린산을 유화시켜 만든 분필의 경우 물기가 없는 칠판에서는 필기가 가능하나 물이 묻은 지우개로 지우거나 칠판에 물이 묻은 상태에서 필기를 하게 될 경우, 글자가 풀어지거나 번져서 필기 내용을 알 수 없다는 큰 결함이 있었다.
앞서 언급한 대한민국 등록특허 10-0133125(공고일자 1997.06.28), 일본특허 평7-110554호, 대한민국 등록특허 10-0582509(공고일자 2006.05.23)을 살펴보면, 대한민국 등록특허 10-0133125(공고일자 1997.06.28)는 " 마커펜용 백색 잉크의 제조방법"에 관한 것으로, 산화티탄 9 내지 12중량%와, 탄산칼슘 7 내지 8.5 중량%를 혼합 분쇄한 후 여기에 비닐 레진 1.5 내지 1.8 중량% IPA(이소프로필 알콜) 50 내지 60 중량%를 혼합하여 95 내지 110℃에서 약 20 내지 30분간 중탕 가열하여 점액 상태의 원액을 일차 생성한 후, 여기에 ISO(이소 옥틸 스테아레이트) 8 내지 11 중량%, 폴리옥시에틸렌 라우틸에텔 2.8 내지 3.2 중량%, 폴리옥시에칠렌, 올레인세틸에텔 0.8 내지 1.2 중량% 및 아세톤 10 내지 12중량%를 첨가 혼합한 다음 DOA(디옥틸아디페이트) 7 내지 8.5 중량%를 첨가 혼합하여서 되는 마커펜 용 백색 잉크의 제조방법에 관한 기술이며,
상기 일본특허 평7-110554호는 " 흑판용 잉크조성물 및 제조방법"에 관한 것으로, 9 내지 12 중량%의 산화티탄, 0.9 내지 1.2 중량%의 탄산칼슘, 1.8 내지 2.2 중량%의 비닐 수지, 30 내지 40 중량%의 이소프로필알콜, 8 내지 11 중량%의 이소옥킬스테아레이트, 2.8 내지 3.2 중량%의 폴리옥시에틸렌라우일에텔, 0.8 내지 1.2 중량%의 폴리 옥시에틸렌 올레인 세틸에텔, 30 내지 40 중량%의 에틸알콜 및 7 내지 8.5 중량%의 디옥실아디테이트(DOA)로 구성되는 흑판용 잉크조성물에 관한 기술이며,
상기 대한민국 등록특허 10-0133125(공고일자 1997.06.28)는 "신규의 분필 및 그 제조방법"에 관한 것으로, 스테아로산 30 ~ 40중량%, 비이온성 계면활성제(폴리에틸렌글라콜) 12 ~ 25중량%, 안료 5 ~ 40중량%, 충진제 1 ~ 25중량%, 유화제(LA-20, LA50) 13 ~ 25중량% 등으로 구성되는 흑판용 분필의 조성물에 관한 기술이다.
그리고, 종래 유용성 액체 잉크로 된 펜을 사용하다가 취급 부주의로 옷에 묻거나, 녹색 칠판을 통해 오염된 물질은 클리너(세척제)를 통해 제거하여 왔으나, 이와 같은 종래의 방법은 복잡하고, 비위생적인 약품 처리 등에 의한 문제가 있었고, 종래 " 화이트 보드 및 펜"이라고 하여 백색 칠판에 유성 흑색 잉크 및 기타 색 잉크를 담아 필기시 사용하여 왔으나, 상기 화이트 보드 역시 백색 광택으로 인한 사람의 시력을 많이 약화시킨다는 것은 공지된 사실이다.
또한, 종래 그린 보드(Green Board)용 또는 흑판(Black Board)용으로 개발된 친수성 고체분필이 있으나, 이는 필기 내용을 수정 또는 지우게 될 경우 그 특성상 물 또는 물이 흡수된 지우개를 사용하게 되는데, 처음에는 잘 지워지나 물이 흡수된 지우개로 지운 보드 판에는 여전히 물기가 남게 되어, 그 물기가 완전히 건조되기 전에 다시 필기하게 될 경우, 필기 된 글자가 물에 풀어져 글자를 알아볼 수 없게 되거나 필기 된 글자의 자국이 칠판에 남아서 잘 지워지지 않는 문제가 있었으며, 보드 판에 남은 물기가 완전히 건조될 때까지 상당시간이 소요됨으로써, 강사의 강의 흐름이 끊기는 문제가 발생하거나, 때에 따라서는 필기를 통한 강의가 더 이상 불가능하게 될 수도 있어 분필 자체의 사용가치를 상실하게 되는 문제를 초래하는 경우도 있었다.
이와 같은 종래 기술의 문제를 해결하고자, 본 발명은 필기 후 즉시 지울 수 있으며, 수분을 함유한 지우개로 지우더라도 비산하지 않고 고형물의 찌꺼기 발생을 일으키지 않는 특성과,
녹색/흑색 칠판이나 특수 가공된 플라스틱 시트지 칠판에 물이 묻은 상태에서 필기를 하더라도 글자가 풀어지거나 번지지 않고 물기가 건조될 때까지 글자 그대로 유지됨과 동시에 물 묻은 지우개로 글자를 지울 때 쉽고 깨끗하게 지울 수 있는 고품질의 친수성 및 내수성의 특성과,
종래 분필 및 액체 마커 펜(백색 잉크)의 사용으로 인한 폐해와 화이트 보드의 사용에 따른 시력장애 문제를 최소화할 수 있는 특성을 갖는 친환경적인 강의 기자재로서의 친수성 고체 분필 조성물과 그 조성물을 이용한 분필 제조방법의 제공을 발명의 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 바인더(binder) 50.0 ~ 55.0wt%와, 산화아연(ZnO) 26.0 ~ 30.0wt%와, 백도토(Kaolin) 19.0 ~ 20.0wt%의 혼합의 분필 조성물로서,
상기 바인더(binder)는 카나우바 왁스(Carnauba Wax) 25.0 ~ 30.0wt%와,
폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether) 27.0 ~ 28.0wt%와,
발수제의 폴리에테르 변성 디메틸 폴리 실록산 1.0 ~ 2.0wt%와,
마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax) 6.0 ~ 7.0wt%와,
마그네슘 스테아레이트 왁스(Magnesium Stearate Wax) 17.0 ~ 18.0wt%와,
경화유 19.0 ~ 20.0wt%의 혼합으로 조성된 친수성 고체 분필 조성물과,
상기 조성물을 이용한 친수성 고체 분필의 제조과정으로서, 혼합교반기의 온도를 78 ~ 90℃로 조절하고, 교반속도를 30 ~ 100RPM으로 조절하는 친수성 고체 분필 제조를 위한 준비단계와,
상기 친수성 고체 분필 조성물을 상기 혼합교반기에 넣고, 15 ~ 20분간 교반하는 혼합단계와,
혼합된 성분을 온냉 롤러(Roller)를 이용하여 3 ~ 4회 믹서(Mixer)한 후에 80 ~ 85℃에서 용해하는 용해단계와,
상기 용해과정을 거친 후에 성형기에서 냉각수를 이용하여 18 ~ 20℃의 온도에서 냉각 성형하는 성형단계를 거쳐 이루어지는 친수성 고체 분필 제조방법을 주요 기술적 구성으로 한다.
이하, 상기의 기술적 구성에 대해 상세히 살펴보고자 한다.
본 발명의 친수성 고체 분필 조성물은 바인더(binder), 산화아연(ZnO), 백도토(Kaolin)가 혼합되어 조성되는 것으로, 각 성분에 대해 순차적으로 살펴보고자 한다.
상기 바인더는 친수성 고체 분필 조성물을 이루는 중요 성분으로서, 분필 조성물의 전체 중량에 대해 50.0 ~ 55.0wt%의 범위로 사용한다.
그 사용량이 50.0wt% 미만인 경우에는 안료의 사용량이 상대적으로 증가하여 분필의 색상을 진하게 나타나나, 분필 자체의 경도가 떨어져 사용 중에 잘 부러지는 문제가 발생하게 되고, 55.0wt%를 초과하게 되는 경우에는 분필 자체의 경도가 높아 필기 중에 부러지는 현상은 없으나, 필기 된 색상이 흐리고 빡빡하게 필기 되는 문제가 발생하게 되므로, 상기 바인더는 친수성 고체 분필 조성물 전체 중량에 대해 50.0 ~ 55.0wt%의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다.
상기 산화아연(ZnO)은 고체 분필이 가시적인 백색을 나타낼 수 있도록 하는 주재료로서 바인더 조성물과 호환성이 좋은 것으로, 분필 조성물 전체 중량에 대해 26.0 ~ 30.0wt%의 범위로 사용한다.
그 사용량이 26.0wt% 미만인 경우에는 분필의 경도는 좋으나 필기 색상이 흐리다는 문제가 발생하고, 30.0wt%를 초과하게 되는 경우에는 분필의 가시적인 색상이 진하여 좋으나, 상대적으로 바인더의 양이 적게 사용됨으로써 경도가 떨어져 필기 중에 쉽게 부러지는 문제가 발생하게 되므로, 상기 산화아연(ZnO)은 친수성 고체 분필 조성물 전체 중량에 대해 26.0 ~ 30.0wt%의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 산화아연(ZnO)은 산화티타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 산화알 미늄(Al2O3), 활석(Mg3H2(SiO3)4), 석고 중 선택되는 어느 1종 이상의 백색안료와, 이소인돌리논계 황색안료, 퀸아크리돈, 페릴렌 또는 안트라센계 적색안료, 인단트렌 블루계 또는 푸탈로시아닌계 블루계 청색안료의 유채색 안료와,
안트라키논계 또는 페릴렌계 적색, 티오인디고계 또는 쿠마린계 하늘색, 아조계 황색, 암모늄 퍼설페이트 또는 나트륨 피로설페이트 오랜지 형광안료 중 선택되는 어느 1종 이상으로 대체가능하다.
상기 백도토(Kaolin)는 산화아연(ZnO)과 함께 고체 분필의 백색을 나타낼 수 있는 부재료로서, 분필 조성물의 전체 중량에 대해 19.0 ~ 20.0wt%의 범위로 사용한다.
그 사용량이 19.0wt% 미만인 경우에는 바인더의 양의 상대적 증가에 따라 분필의 경도가 높아지기는 하나 색상이 선명하지 못하여 품질이 떨어지는 문제가 있고, 20.0wt%를 초과하게 되는 경우에는 분필의 색상은 비교적 진하게 발현되나 제품의 경도가 낮아져 분필이 잘 부러지는 문제가 발생하게 되므로, 상기 백도토(Kaolin)는 친수성 고체 분필 조성물 전체 중량에 대해 19.0 ~ 20.0wt%의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 백도토는 황산바튬(BaSO4), 탈크(Talc), 활성백도토 중 선택되는 어느 1종 이상으로 대체 사용이 가능하다.
다음으로는, 친수성 고체 분필 조성물을 이루는 바인더(binder)의 구성에 대 해 살펴보고자 한다. 상기 바인더(binder)는 카나우바 왁스(Carnauba Wax), 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether), 발수제의 폴리에테르 변성 디메틸 폴리 실록산, 마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 마그네슘 스테아레이트 왁스(Magnesium Stearate Wax) 및 경화유의 혼합으로 조성되는 것으로, 각 성분에 대해 순차적으로 살펴보고자 한다.
상기 카나우바 왁스(Carnauba Wax)는 친수화 작용으로 성분들 간의 호환성을 향상시키는 작용을 하는 것으로, 바인더 조성물 전체 중량에 대해 25.0 ~ 30.0wt%로 사용한다.
그 사용량이 바인더 조성물 전체중량에 대해 25.0wt% 미만인 경우에는 분필의 경도가 약하여 사용시 잘 부러지는 결함과 다른 원료와의 호환성이 떨어져 다른 원료와 분리되는 현상을 보이게 되며, 30.0wt%를 초과하게 되는 경우에는 다른 원료와의 호환성은 좋지만 분필의 경도가 너무 강하여 필기시 필감을 떨어뜨리는 단점이 있으므로, 상기 카나우바 왁스(Carnauba Wax)는 바인더 조성물 전체 중량에 대해 25.0 ~ 30.0wt%를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 카나우바 왁스는 몬탄 왁스(Montan Wax), 이멀시파잉 왁스(Emulsi Fying Wax), 아스코르빌파르미테이트 중 선택되는 어느 1종 이상으로 대체사용이 가능하다.
상기 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether)는 친수성 고체 분필을 이용하여 필기할 때 부드러운 유연성을 제공하고, 안료의 필기 후 고착 기능제로 작용하는 것으로서, 바인더 조성물 전체 중량에 대해 27.0 ~ 28.0wt%의 범위로 사용한다.
그 사용량이 27.0wt% 미만인 경우에는 필기할 때 분필의 부드러운 유연성이 떨어지고, 필기 후 보드 판에 물을 뿌리거나 물이 닿게 될 경우 내수성이 약해져 사용된 안료가 풀리거나 번짐이 발생하게 되고, 28.0wt%를 초과하게 되는 경우에는 필기 후 보드 판에 물이 묻거나 닿게 될 경우에도 고착기능이 좋아 물 묻은 안료가 풀리거나 번지는 현상은 없으나, 유연성이 강하여 분필의 강도가 떨어지는 관계로 제품으로서의 품질이 떨어지는 문제가 있으므로, 그 사용범위가 상당히 민감한 것으로서, 상기 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether)는 바인더 조성물 전체중량에 대해 27.0 ~ 28.0wt%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 고착기능은 친수기능을 갖는 고체 분필을 물이 묻어 있는 전용 보드 판에서 사용하더라도 안료(색소)가 풀려 보드 판이 오염되거나 글자의 안료 번짐이 나타나지 않는 것을 의미하며, 유연성과 고착기능을 갖는 재료인 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether)는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르 유도체(PolyoxyEthylene Lauryl Ether Derivatives [C12H25O(C2H4)nH]), 폴리에틸렌올레일에테르(PolyoxyEthylene Oleyl Ether [C18H35O(C2H4)nH]), C10 알코올폴리에틸렌글리콜에테르(C10 alcohol PolyEthylene Glycol Ether) 또는 C12-C14 알코올폴리에틸렌글리콜에테르(C12-C14 alcohol PolyEthylene Glycol Ether)의 에나졸 시리즈(ENazol Series) 중 선택되는 어느 1종 이상으로 대체 사용이 가능하다.
상기 발수제의 폴리에테르 변성 디메틸 폴리 실록산은 물 묻은 보드 판에 필기 된 글자가 필기 된 상태를 유지하기 위해 물기를 외부로 밀어내어 고정하는데 도움을 주는 기능을 갖는 것으로, 바인더 조성물 전체 중량에 대해 1.0 ~ 2.0wt%의 범위로 사용한다.
그 사용량이 1.0wt% 미만인 경우에는 발수 능력이 부족하여 글자의 안료 고착이 잘 안 되는 문제가 있고, 2.0wt%를 초과하게 되는 경우에는 글자의 안료 고착에는 도움을 주나 고체 분필 표면이 끈적끈적한 상태가 되어 사용자의 불쾌감을 일으키게 되므로, 상기 발수제는 바인더 조성물 전체 중량에 대해 1.0 ~ 2.0wt%의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
상기 마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax)는 고점도 윤활 증류분(Lube distillate)과 탈아스팔트 잔사유(Deas phalted oil from residue) 등으로부터 용제 추출법에 의해 탈납, 탈유된 왁스(wax)로서 무정형 왁스(Amorphous Wax)라고도 불리는 것으로, 측쇄형 포화 탄화수소를 주성분으로 하고 있으며 질기고 고융점, 고점도의 접착성이 있는 백색 또는 노락색의 왁스로서, 성형 된 분필에 강도(부러지지 않고 단단한 정도)를 부여하고, 다른 왁스(Wax)와의 호환성을 높이는 약간 끈적끈적한 성질의 보조재료로서, 바인더 조성물 전체 중량에 대해 6.0 ~ 7.0wt%의 범위로 사용한다.
그 사용량이 6.0wt% 미만인 경우에는 다른 왁스(wax)성분과 혼합되었을 때 분필의 단단한 성질이 없어지고 성형 된 분필이 잘 부러지는 현상을 보이게 되며, 7.0wt%를 초과하게 되는 경우에는 성형 된 고체 분필의 잘 부러지는 현상이 개선되기는 하나 완성된 분필 사용시 끈적끈적한 느낌을 사용자에게 전달하게 되어 불쾌감을 줄 수 있으므로, 상기 마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax)는 바인더 조성물 전체 중량에 대해 6.0 ~ 7.0wt%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 마그네슘 스테아레이트 왁스(Magnesium Stearate Wax)는 고체 분필이 단단한 경도와 미끄러운 성질을 갖게 하고, 다른 원료와의 호환성을 높이는 보조재료로서, 바인더 조성물 전체 중량에 대해 17.0 ~ 18.0wt%의 범위로 사용한다.
그 사용량이 17.0wt% 미만인 경우에는 경도가 떨어져 분필이 잘 부러지는 경향이 있어 상품가치가 떨어지는 문제가 있고, 18.0wt%를 초과하게 되는 경우에는 경도가 너무 높아 필기시 부드러운 느낌이 떨어져 상품가치를 떨어뜨리게 되므로, 상기 마그네슘 스테아레이트 왁스(Magnesium Stearate Wax)는 바인더(binder) 조성물 전체 중량에 대해 17.0 ~ 18.0wt%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 경화유(硬化油)는 우지, 돈지, 식물 유지에 수소를 첨가하여 경화시킨 것으로, 성상은 백색의 덩어리로 특이한 냄새와 완화한 맛이 있고, 용융하면 투명한 액체가 된다. 산가 7이하, 검화가 170 ~ 100(야자유를 원료로 한 것은 240 ~ 265), 융점은 원유 유지 및 수소 첨가에 따라 달라진다. 용도로는 비누, 버터, 글리세린, 스테아린산, 양초, 크레온, 화장품, 계면활성제, 마아가린 원료 등으로 다 양하게 사용된다.
본 발명의 경화유는 마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 마그네슘 스테아레이트 왁스(Magnesium Stearate Wax), 바인더 전체의 호환성을 촉진하는 기능과 경도 조절기능을 갖으며, 바인더 조성물 전체 중량에 대해 19.0 ~ 20.0wt%의 범위로 사용한다.
그 사용량이 19.0wt% 미만인 경우에는 왁스와 왁스 간의 호환성이 떨어져 고체 분필의 경도가 떨어져 잘 부러지는 문제가 발생하고, 20.0wt%를 초과하게 되는 경우에는 왁스 간에 호환성은 좋아지나 고체 분필의 경도가 너무 높아 필기 감이 떨어지고 필기 내용이 흐린 문제가 있으므로, 경화유는 바인더 조성물 전체 중량에 대해 19.0 ~ 20.0wt%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 경화유와 마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 마그네슘 스테아레이트 왁스(Magnesium Stearate Wax)가 합쳐져 분필의 경도를 높이고 필기 감을 향상시키게 된다.
그리고 상기의 바인더 조성물을 이용한 바인더의 제조에 대해 살펴보면 다음과 같다.
혼합교반기의 온도를 78 ~ 90℃로 조절하고, 교반속도를 30 ~ 100RPM으로 조절한 후에, 카나우바 왁스(Carnauba Wax) 25.0 ~ 30.0wt%, 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether) 27.0 ~ 28.0wt%, 발수제의 폴리에테르 변성 디 메틸 폴리 실록산 1.0 ~ 2.0wt%를 1 ~ 2시간 동안 용해시킨 후에, 다시 마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax) 6.0 ~ 7.0wt%, 마그네슘 스테아레이트 왁 스(Magnesium Stearate Wax) 17.0 ~ 18.0wt%, 경화유 19.0 ~ 20.0wt%를 투입하여 기 설정된 혼합교반기의 온도 및 교반속도의 범위에서 2 ~ 3시간 동안 용해하여 바인더의 제조를 완성한다.
다음으로는 앞서 살펴본 친수성 고체 분필 조성물을 이용한 분필 제조과정에 대해 살펴보고자 한다.
먼저 고체 분필의 제조를 위한 준비단계로서, 혼합교반기의 온도를 온도조절장치를 통해 78 ~ 90℃로 조정하고, 교반을 위한 RPM을 30 ~ 100으로 조정하여 혼합준비를 한다.
상기 온도조절장치에 의한 조절된 온도로서 78℃ 미만인 경우에는 바인더 혼합물이 용해가 잘 되지 않음과 동시에 친수작용을 하지 못하는 문제가 발생하게 되고, 78 ~ 90℃의 온도범위에서 바인더 혼합물의 용해 및 친수작용이 완성되기 때문에 90℃를 초과하는 것은 무의미하다.
상기 교반을 위한 RPM은 교반기의 인펠라의 크기에 따라 달라질 수 있으나, 30 ~ 100RPM의 범위를 유지하는 것으로, 30RPM 미만인 경우에는 혼합 교반물이 덩어리 형태가 많아서 잘 용해되지 않는 문제가 발생하게 되고, 30 ~ 100RPM의 범위 내에서 혼합 교반물이 완전히 용해되어 친수성 기능이 완료되기 때문에 100RPM을 초과하는 것은 무의미하다.
다음으로, 상기에서와 같이 혼합교반기의 온도 및 교반속도를 조정한 다음, 그 혼합교반기에 바인더(binder) 조성물 50.0 ~ 55.0wt%와, 산화아연(ZnO) 26.0 ~ 30.0wt%와, 백도토(Kaolin) 19.0 ~ 20.0wt%를 넣어 기 조절된 교반속도인 30 ~ 100 rpm으로 15 ~ 20분간 교반하여 혼합한다.
상기 바인더(binder) 조성물은 카나우바 왁스(Carnauba Wax) 25.0 ~ 30.0wt%, 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether) 27.0 ~ 28.0wt%, 발수제의 폴리에테르 변성 디 메틸 폴리 실록산 1.0 ~ 2.0wt%, 마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax) 6.0 ~ 7.0wt%, 마그네슘 스테아레이트 왁스(Magnesium Stearate Wax) 17.0 ~ 18.0wt%, 경화유 19.0 ~ 20.0wt%의 혼합으로 조성된 것을 사용한다.
다음으로 교반 혼합된 조성물을 롤링 믹서(Rolling Mixer)에서 온냉 롤러(Roller)로 롤링(Rolling)을 3 ~ 4회 하여 롤링 믹싱한 후에 80 ~ 85℃에서 용해한다. 최종적으로 성형기에서 냉각수를 이용하여 18 ~ 20℃의 온도에서 냉각 성형한 후 검사를 거쳐 분필을 완성한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 친수성 고체 분필은 종래 고체 분필의 단점인 분필가루의 비산에 의한 강의실 오염과 그로 인한 강사 및 수강생의 호흡계 질환 발생 우려를 획기적으로 줄일 수 있다.
그리고, 필기 된 내용이 30일 이상 장기간 방치된 이후라고 하더라도 깨끗이 지울 수 있는 지움 능력을 가지며, 수분 함유 지우개로 지운 직후의 보드 판에 사용하더라도 필기 내용이 번지거나 흘러내리지 않는 강한 내수성을 갖는다.
또한, 친수성 고체 분필의 성분은 독성이 없는 친환경적인 성분이라는 점에서 인체에 무해하여 종래 교육 시장 내 강의 기자재 시장에서 비산형 분필의 대체 효과를 갖는다.
이하, 앞서 살펴본 본 발명의 기술적 구성에 대해 실시 예를 통해 더욱 구체적으로 살펴보고자 한다.
바인더( biner ) 조성물
실시 예 1
바인더 조성물은 카나우바 왁스(Carnauba Wax) 25.0wt%, 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether) 28.0wt%, 발수제(Byk333, ByK사) 2.0wt%, 마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax) 7.0wt%, 마그네슘 스테아레이트 왁스(Magnesium Stearate Wax) 18.0 wt%, 팜유(경화유) 20.0wt%의 비율로 혼합하여 조성한다.
실시 예 2
상기 실시 예 1과 동일 성분으로 조성하나, 그 혼합비율을 달리하여 조성하는 것으로, 카나우바 왁스(Carnauba Wax) 30.0wt%, 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether) 27.0wt%, 발수제(Byk333, ByK사) 1.0wt%, 마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax) 6.0wt%, 마그네슘 스테아레이트 왁스(Magnesium Stearate Wax) 17.0 wt%, 팜유(경화유) 19.0wt%의 비율로 혼합하여 조성한다.
바인더( biner ) 제조
실시 예 3
상기 실시 예 1의 조성물을 사용하는 것으로, 혼합교반기에 카나우바 왁스(Carnauba Wax), 폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether), 발수제(Byk333, ByK사)를 1차로 넣어 80℃에서 80rpm으로 1시간 동안 교반과 용해과정을 거친다.
용해과정을 거친 후에는 혼합교반기에 다시 마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax), 마그네슘 스테아레이트 왁스(Magnesium Stearate Wax), 팜유를 2차로 넣어 80℃에서 80rpm으로 2시간 동안 용해과정을 거쳐 바인더 제조한다.
실시 예 4
상기 실시 예 3과 동일한 과정을 거쳐 바인더를 제조하나, 다만 조성물의 선 택에 있어서 실시 예 2를 사용한다.
친수성 고체 분필 조성물
상기 실시 예 3 및 실시 예 4에서 조성된 바인더를 이용한 친수성 고체 분필 조성물의 구체적인 조성에 대해 살펴보고자 한다.
실시 예 5
친수성 고체 분필 조성물은 실시 예 3의 바인더 50.0wt%, 산화아연(ZnO) 30.0wt% 및 백도토(Kaolin) 20.0wt%의 혼합으로 조성한다.
실시 예 6
친수성 고체 분필 조성물은 실시 예 3의 바인더 55.0wt%, 산화아연(ZnO) 26.0wt% 및 백도토(Kaolin) 19.0wt%의 혼합으로 조성한다.
실시 예 7
상기 실시 예 5와 동일하나, 다만 실시 예 4의 바인더를 사용한다.
실시 예 8
상기 실시 예 6과 동일하나, 다만 실시 예 4의 바인더를 사용한다.
친수성 고체 분필의 제조
상기 실시 예 5 내지 8의 조성물을 이용한 고체 분필의 제조에 대해 살펴보고자 한다.
실시 예 9
온도조절장치를 이용하여 혼합교반기의 온도를 80℃로 조정하고, 교반속도를 45RPM으로 조정한 후에 상기 실시 예 5의 조성물을 넣어 20분간 교반한다.
교반과정이 끝나면 롤링믹서(Rolling Mixer)에서 온냉 롤링 믹서(Rolling Mixer)를 이용해서 3회 혼합하고, 다시 온냉 롤링 믹서(Rolling Mixer)를 이용하여 80℃에서 용해한 후에 성형기에서 냉각수를 이용하여 18℃의 온도에서 냉각 성형한다.
실시 예 10
상기 실시 예 9와 동일하나, 다만 실시 예 6의 친수성 고체 분필 조성물을 사용한다.
실시 예 11
상기 실시 예 9와 동일하나, 다만 실시 예 7의 친수성 고체 분필 조성물을 사용한다.
실시 예 12
상기 실시 예 9와 동일하나, 다만 실시 예 8의 친수성 고체 분필 조성물을 사용한다.
상시 실시 예 9 내지 12의 고체 분필의 융점, 필감, 색상, 번짐, 초기 지움, 30일 이상 장기 지움에 대한 항목을 구분하여 결과를 측정하였고, 그 측정결과는 아래의 표 1에 나타내었다.
표 1 : 측정 결과
구분
＼
실시 예 		융점℃ 필감 색상 번짐 초기
지움		 30일 이상
장기 지움
실시 예 9 54.0 부드러움 진함 없음 양호 양호
실시 예 10 56.0 약간 딱딱함 약간 흐림 없음 양호 양호
실시 예 11 53.5 부드러움 약간 흐림 없음 양호 양호
실시 예 12 55.0 보통 보통 없음 양호 양호
상기 표 1의 용융(℃)은 고체 분필이 상품으로서 운송, 진열장에서 진열시에 외부의 온도에 작용하게 되므로 매우 중요한 것이다.
상기 필감은 필기 자의 취향에 따라 부드러움과 딱딱함을 부여할 수 있으나, 융점이 높으면 다소 딱딱한 필감과 흐린 색상을 갖게 되며, 반대로 융점이 낮으면 부드러운 필감과 진한 색상을 갖게 된다.
상기 번짐은 보드 판에 필기 된 글자가 물에 번지거나 풀어지는 지를 측정한 것으로, 이와 같은 번짐은 분필의 기능에서 가장 중요한 것이라고 할 수 있다. 그리고, 상기 표 1에서와 같이 본 발명의 실시 예의 조성물로 제조된 고체 분필은 번짐 현상이 확인되지 않았다.
상기 초기 지움은 보드 판에 필기 된 글자를 물 묻은 지우개로 바로 지웠을 때 지워지는 정도를 측정한 것으로, 상기 표 1에서 확인되는 바와 같이 양호한 것으로 확인되었다.
상기 30일 이상 장기 지움은 보드 판에 필기 된 글자를 30일 이상 방치한 후에 물 묻은 지우개로 지웠을 때 지워지는 정도를 측정한 것으로, 상기 표 1에서 확인되는 바와 같이 양호한 것으로 확인되었다. 상기 30일 이상 장기 지움을 측정하는 이유는 소비자의 사정에 따라 월간 행사예정표 등에 사용할 경우 30일 이상 방치할 수 있는 개연성이 있으므로 이를 고려하여 측정한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 친수성 고체 분필 조성물 제조 과정을 나타낸 순서도.

Claims (5)

  1. 바인더(binder) 50.0 ~ 55.0 wt%와, 산화아연(ZnO) 26.0 ~ 30.0wt%와, 백도토(Kaolin) 19.0 ~ 20.0wt%의 혼합의 분필 조성물로서,
    상기 바인더(binder)는 카나우바 왁스(Carnauba Wax) 25.0 ~ 30.0wt%와,
    폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether) 27.0 ~ 28.0wt%와,
    발수제의 폴리에테르 변성 디메틸 폴리 실록산 1.0 ~ 2.0wt%와,
    마이크로 크리스탈린 왁스(Microcrystalline Wax) 6.0 ~ 7.0wt%와,
    마그네슘 스테아레이트 왁스(Magnesium Stearate Wax) 17.0 ~ 18.0wt%와,
    경화유 19.0 ~ 20.0wt%의 혼합으로 조성된 것임을 특징으로 하는 친수성 고체 분필 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    카나우바 왁스(Carnauba Wax)는 몬탄 왁스(Montan Wax), 이멀시파잉 왁스(Emulsi Fying Wax), 아스코르빌파르미테이트 중 선택되는 어느 1종 이상으로 대체가능한 것임을 특징으로 하는 친수성 고체 분필 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    폴리옥시에틸렌알킬에테르(Polyoxyethylene alkyl ether)는 폴리옥시에틸렌라우릴에테르 유도체(Polyoxy Ethylene Lauryl Ether Derivatives [C12H25O(C2H4)nH]), 폴리옥시에틸렌올레일에테르(Polyoxy Ethylene Oleyl Ether [C18H35O(C2H4)nH]), C10 알코올폴리에틸렌글리콜에테르(C10 alcohol PolyEthylene Glycol Ether) 또는 C12-C14 알코올폴리에틸렌글리콜에테르(C12-C14 alcohol PolyEthylene Glycol Ether)의 에나졸 시리즈(ENazol Series) 중 선택되는 어느 1종 이상으로 대체가능한 것임을 특징으로 하는 친수성 고체 분필 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    산화아연(ZnO)은 산화티타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 산화알미늄(Al2O3), 활석(Mg3H2(SiO3)4), 석고 중 선택되는 어느 1종 이상의 백색안료와, 황색안료, 적색안료, 청색안료의 유채색 안료와 황색, 오랜지, 적색, 하늘색의 형광안료 중 선택되는 어느 1종 이상으로 대체가능한 것임을 특징으로 하는 친수성 고체 분필 조성물.
  5. 혼합교반기의 온도를 78 ~ 90℃로 조절하고, 교반속도를 30 ~ 100RPM으로 조절하는 친수성 고체 분필 제조를 위한 준비단계와,
    상기 친수성 고체 분필 조성물을 상기 혼합교반기에 넣고, 15 ~ 20분간 교반하는 혼합단계와,
    혼합된 성분을 온냉 롤러(Roller)를 이용하여 3 ~ 4회 믹서(Mixer)한 후에 80 ~ 85℃에서 용해하는 용해단계와,
    상기 용해과정을 거친 후에 성형기에서 냉각수를 이용하여 18 ~ 20℃의 온도에서 냉각 성형하는 성형단계를 거쳐 이루어짐을 특징으로 하는 친수성 고체 분필 조성물을 이용한 분필 제조방법.
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