KR101105794B1

KR101105794B1 - 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴의 제작방법

Info

Publication number: KR101105794B1
Application number: KR1020090030611A
Authority: KR
Inventors: 박재웅
Original assignee: 박재웅
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2012-01-18
Also published as: KR20100112220A

Abstract

본 발명은 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴의 제작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 아크릴 판재의 표면에 음각 형태의 입체문양을 조각한 후 상기 입체문양의 내부에 색소안료를 배합한 시럽 상태의 아크릴중합접착제를 채워넣어 입체문양의 공간부를 메꾸고 입체문양의 공간부에 채워진 시럽 상태의 아크릴중합접착제를 고형화시킨 후 입체문양의 내부에 채워진 고형화 아크릴중합접착제의 상부표면이 아크릴 판재의 표면과 일치될 수 있도록 아크릴 판재의 표면 위로 돌출된 아크릴중합접착제를 깍아내는 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴의 제작방법에 관한 것이다.

아크릴판재, 입체문양, 아크릴, 제작방법

Description

아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴의 제작방법{process of manufacturing acrylic samples}

현재 시판되고 있는 수 많은 고분자 재료 가운데에서 주형괴상중합에 의해 플라스틱 소재를 제조하고 있는 것은 메타크릴수지 이외에는 그 예가 적다. 메타크릴 수지는 1928년 독일 회사(Darmstadt의 Rohm & Haas사) 연구실에서 출발하였지

만 당시 제품은 미황색을 띠며 약한 향기를 내는 물렁한 투명체로 현재도 회사에 보존되어 있다. 그 후 유리판 사이에 생긴 틈에 중합촉매를 가한 아크릴산메틸과 메타크릴산에틸 모노머의 혼합액을 주입하고 가열 중합시켜 자동차용 안전유리를

제조하였는데 실수로 중합촉매를 가한 메타크릴산 메틸 노모머를 주입하여 중합한 후 냉각하였는데 안전유리가 안되고 유기유리가 만들어졌다. 메타크릴수지 주형판은 기계적 강도가 뛰어나고 투명성과 광학성이 우수하기 때문에 그때부터 항공기 공업용 유리로서 사용되었다.

아크릴수지는 유기유리, 치과용, 광학용, 표본용 등의 용도에 아크릴수지의 주형이 제작되고 있다. 이것은 메타크릴수지의 뛰어난 기계적 강도, 내열성, 투명성, 광학적 표면정도, 착색성, 보색성, 내열성 등에 의한 것으로 「합성수지의 왕자」라불리는데 손색이 없다. 아크릴 주형의 방법으로서는 모노머 주형, 시럽 주형, 모노머/폴리머 주형이 있고 또한 중합방법에는 상압법과 가압법이 있다. 중합촉매는 BPO, LPO와 같은 과산화물, AIBN과 같은 아조화합물이 사용되고 있다.

MMA(Methyl Metha Acrylate) 모노머는 통상 5～10ppm정도의 중합방지제를 가하여 실온에서 3~12개월 저장할 수 있도록 하고 있으므로 직사일광을 피해 통풍이 좋은 장소에 두어 보존할 수 있다. 그러나 중합방지제가 함유되어 있는 모노머에 과산화물과 같은 중합촉매를 가하여 중합시켜면 중합개시까지 유도기간이 길어지며 폴리머가 착색되는 결점이 있다.

중합 방지제는 알칼리 세정, 수세, 염화칼슘 등에 의한 건조를 순차로 하여 제거할 수 있다. 중합방지제를 제거한 모노머는 실온에서도 서서히 중합되기 시작하므로 곧 사용해 버리든지 혹은 직사광선을 차단하고 5℃이하로 저장해야 한다.

플라스틱 성형방법에는 주형성형(casting molding), 압축성형(compression molding), 압출성형(extrusion molding), 연속주형성형 등이 있는데 주형성형(casting molding)은 액상 시럽을 주형에 주입하고 중합하여 경화시킨 후 주형으로부터 고형물을 들어내는 방법이다. 주형성형은 비용이 저렴한 장치를 사용하나 비교적 속도가 느린 성형방법이다. 주형성형품은 물성이 좋고 품질이 좋으며 15㎜ 이상의 두꺼운 판재를 제조할 수 있으며 색상 제품도 용이하게 제조할 수 있다.

아크릴 판재의 제조는 충분히 정제된 MMA 모노머에 AIBN을 가하고 70℃에서 가열하여 괴상중합시킨다. 중합은 맨 처음 약간 진행되지만 중합율이 20~40%에 달하면 가속현상이 나타나고 현저한 발열을 동반하여 중합은 급속으로 진행되며 분

자량도 현저하게 상승하고 경화된다. 이러한 중합가속현상을 겔효과(Trommsdorff 효과)라 부르고 중합의 진행에 따른 점도가 상승하면 성장하고 있는 폴리머 라디칼의 확산이 방지되어 중합연쇄은 정지반응의 속도가 현저하게 저하한다. MMA의 주형 중합에서는 모노머의 비중과 폴리마의 비중(1.19/25℃)이 서로 다르므로 약 21%의 수축을 동반한다. MMA의 중합반응에서는 중합에서 발생하는 중합열과 체적수축을 제어하는 문제가 최대의 과제이다.

아크릴 유기유리의 주형중합하기 위해서 먼저 시럽을 제조한다. 유기유리 뿐만 아니라 MMA의 주형 중합에서는 시럽을 사용한다. 아크릴 판재의 제조에서 시럽을 사용하는 이유는 유도기간을 없애고 중합의 경과에 대해 재현성을 높이고, 모노

머보다 점도가 높기 때문에 주형에서 노출되기 어려우며, 중합시에 발생하는 중합열이 작게 되며, 시럽 속의 폴리머 양만큼 중합시 수축되는 장점이 있기 때문이다. 시럽은 예비중합에 의해 주형 이전에 5~20% 중합 진전시킨 것과 모노머에 성형용 분말 등을 용해시킨 것이 있지만 투명성이 뛰어나기 때문에 대부분 경우 전자가 사용된다. 주형용 시럽의 제조는 상압과 고압, 회분과 연속의 여러 가지 방법이 있지만 일반적으로 행지지고 있다. 상압회분법에서 교반기, 환류냉각기, 가열용 자켓을 붙인 스텐레스용기에 0.01~0.1% 중합촉매(BPO 또는 AIBN)를 용해한 MMA 모노머를 넣어 교반한후에 80~100℃로 가열해 적당한 점도가 된 것을 급속으로 냉각해 시럽의 온도를 5℃이하로 내린다. 이와 같이 제조한 시럽은 오래 보존할 수 없으므로 곧 사용하여야 한다. 착색한 유기유리판을 제조하는데는 시럽에 적당한 염료용액과 안료 페이스를 가해 충분히 교반 분산시켜 감압상태에서 주형한다.

일반적으로 아크릴은 메타아크릴산메틸(Methyl Metha Acrylate) 중합체이다. 시중에서 판매되고 있는 아크릴 모노머의 화학적 특성을 살펴보면 순도[br/](wt%] 99.5, 비중[br/](20℃] 0.953-0.958, 색상[br/](APHA) 10이하, 수분[br/](wt%] 0.05이하, 중합방지제 [br/](MEHQ, wt ppm) 15±5 이다. 아크릴 모노머의 일반적 물성을 살펴보면 외관은 무색투명액체이며, 분자량은 86.09이고, 비점은 80.3℃이며, 응고점은 -75℃이고, 인화점은 -3℃이고, 중합열은 19.2 Kcal/mol, 비열은 0.48 Kcal/mol, 잠열은 7.9±0.4 Kcal/mol, Tg 8℃이다. 아크릴 판재는 투명, 반투명, 불투명의 3가지 종류를 갖는 유기유리(Organic glass)로서 널리 알려져 있다. 상기 아크릴 판재는 무독성의 자재로서 성형 가공하기가 용이하여 건축자재, 일반 간판자재, 공예품 등으로 널리 사용되고 있다. 아크릴 판재는 투명성이 좋고 내광성이 우수하며 연화점이 80～90℃로 가온하여 구부리면 가공이 용이하고 기계가공 이나 수작업에 의하여 주형품을 용이하게 제작할 수 있다.

아크릴 모노머는 각종 중합방법으로 판상, 펠릿, 페인트 등의 제조에 이용된다. 아크릴 모노머는 괴상중합, 현탁중합, 용액중합 등의 중합방법에 따라서 그 용도가 결정된다.아크릴 판재 또는 주형품을 제조하는 괴상중합 경우 아크릴 모노머에 벤조일퍼옥사이드(Benzoylperoxide) 0.1～0.5%와 분산제를 소량 가하여 교반하면서 80℃에서 10～20분간 가열하면 10～15%로 예비중합한 점도액의 시럽을 얻게 되는데 상기 시럽을 즉시 판유리 사이에 주입하여 아크릴 판재 또는 주형품을 제작한다. 아크릴 판재는 유기유리로 판매되는데 깨어져도 보통 유리와 같이 파편이 생기지 않지만 표면이 연하므로 상처가 잘 생겨 투명도를 저하시키는 단점이 있다.

예를 들어 3㎜ 판의 유리틀판을 사용하여 아크릴 판재 또는 주형품을 제조하는 괴상중합 경우 본중합은 85℃에서 50분간 1차 가열한 후 60～65℃에서 4시간동안 2차가열하고 95℃에서 3차 가열하는 것이 바람직하다. 처음에는 서서히 중합하

지만 어느 정도 중합하면 중합열이 축적되어 주형의 내용물이 분출하거나 기포가 생기기 때문에 2차 가열단계에서는 온도를 저하시켜 중합한다. 중합이 완결된 후 일정한 온도까지 냉각하여 온탕 속에 넣어 판유리와 판상중합물을 분리한 다음

일정한 크기로 절단하여 최종 아크릴 제품으로 가공한다. 착색판재 또는 불투명판재를 제조하는 경우는 예비중합공정에서 도료 또는 안료를 첨가하여 양호한 중합조건으로 중합한다.

종래의 입체물건이 삽입 매설(embedment)된 아크릴 제품은 시럽 상태의 아크릴 내부에 입체물건을 매설(embedment)한 상태에서 제작하기 때문에 입체 문양의 아크릴 제품을 제작할 수 없는 문제점이 있었다. 또한 종래의 입체물건이 삽입 매설(embedment)된 아크릴 제품은 투명한 입체문양이 형성되지 않아 다층의 입체 문양으로 나타나는 효과를 나타내는 아크릴판재를 제작할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 아크릴판재의 한쪽 방향에서 다른 한쪽 방향으로 조명을 비추는 경우 판재의 한쪽에서 비친 조명에 의하여 비친 조명이 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양을 통과할 때 판재의 다른 한쪽에 나타나는 문양은 다층의 입체 문양으로 나타나는 효과를 나타내는 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴의 제작방법을 제공한다.

본 발명은 아크릴 판재(10)의 표면에 음각 형태의 입체문양(20)을 조각하는 단계; 상기 입체문양(20)의 내부에 색소안료를 배합한 시럽 상태의 아크릴중합접착제(30)를 채워넣어 입체문양(20)의 공간부를 메꾸는 단계; 입체문양(20)의 공간부에 채워진 시럽 상태의 아크릴중합접착제(30)를 고형화시키는 단계; 입체문양(20)의 내부에 채워진 아크릴중합접착제(30)의 상부표면이 아크릴 판재(10)의 표면과 일치될 수 있도록 아크릴 판재(10)의 표면 위로 돌출된 아크릴중합접착제(30)를 깍아내는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴의 제작방법을 제공한다.

본 발명의 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴은 판재의 한쪽 방향에서 다른 한쪽 방향으로 조명을 비추는 경우 판재의 한쪽에서 비친 조명에 의하여 비친 조명이 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양을 통과할 때 판재의 다른 한쪽에 나타나는 문양은 다층의 입체 문양으로 나타나는 효과를 나타낸다.

본 발명은 아크릴 판재(10)의 표면에 음각 형태의 입체문양(20)을 조각하는 단계; 상기 입체문양(20)의 내부에 색소안료를 배합한 시럽 상태의 아크릴중합접착제(30)를 채워넣어 입체문양(20)의 공간부를 메꾸는 단계; 입체문양(20)의 공간부에 채워진 시럽 상태의 아크릴중합접착제(30)를 고형화시키는 단계; 입체문양(20)의 내부에 채워진 아크릴중합접착제(30)의 상부표면이 아크릴 판재(10)의 표면과 일치될 수 있도록 아크릴 판재(10)의 표면 위로 돌출된 고형화 아크릴중합접착제(30)를 깍아내는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴의 제작방법에 관한 것이다.

본 발명의 입체문양 아크릴의 제작방법에 있어서 입체문양(20)은 상부표면에 아크릴 판재가 추가로 성형되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴의 제작방법에 있어서 아크릴 판재는 투명 아크릴 및 반투명 아크릴 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴의 제작방법이며 도 1과 같은 아크릴 판재를 사용하여 도 2 내지 도 3과 같이 아크릴 판재 표면에 음각 형태의 입체문양을 조각한다. 여기에서 입체문양은 입체형태 그림, 입체형태 글자, 입체형태 숫자, 입체형태 영문, 입체형태 한자, 입체형태 로고 및 입체형태 도형 모두를 포함한다. 또한 여기에서 입체문양은 1층 문양 및 2층 이상의 다층 문양 중에서 어느 것을 선택하여 조각할 수 있다. 본 발명에서 2층 이상의 다층 문양으로 조각된 경우 판재의 한쪽에서 비친 조명에 의하여 비친 조명이 2층 이상의 다층 문양을 통과할 때 판재의 다른 한쪽에 나타나는 문양은 다층의 입체 문양으로 나타난다. 도 4 및 도 5와 같이 아크릴 판재에 형성된 입체문양의 내부에 색소안료를 배합한 시럽 상태의 아크릴중합접착제를 채워넣어 입체문양의 공간부를 메꾸고, 입체문양(20)의 공간부에 채워진 시럽 상태의 아크릴중합접착제(30)를 고형화시킨 후, 도 6 및 도 7과 같이 입체문양의 공간부를 메꾼 아크릴 판재에서 표면 위로 돌출된 고형화 아크릴중합접착제를 깍아내어 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴을 제작한다. 본 발명의 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴은 판재의 한쪽 방향에서 다른 한쪽 방향으로 조명을 비추는 경우 판재의 한쪽에서 비친 조명에 의하여 비친 조명이 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양을 통과할 때 판재의 다른 한쪽에 나타나는 문양은 다층의 입체 문양으로 나타난다.

도 8과 같이 본 발명에서 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양의 상부표면에 아크릴 판재를 추가로 성형하여 입체문양이 아크릴 판재 내부에 삽입 매설된 상태로 제작할 수 있다.

실시예 1

가로 20cm, 세로 2cm 및 길이 1m로 이루어진 아크릴 판재의 표면에 꽃과 같은 음각 형태의 입체문양을 조각하였다. 빨간색 안료를 사용하여 배합한 시럽 상태의 아크릴중합접착제 및 파란색 안료를 사용하여 배합한 시럽 상태의 아크릴중합접착제를 음각 형태의 입체문양의 공간부 내부에 채워넣어 입체문양의 공간부를 메꾼 후 입체문양의 공간부에 채워진 시럽 상태의 아크릴중합접착제를 고형화시켰다. 그 후 입체문양의 내부에 채워진 고형화 아크릴중합접착제의 상부표면이 아크릴 판재의 표면과 일치될 수 있도록 아크릴 판재의 표면 위로 돌출된 고형화 아크릴중합접착제를 깍아내어 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴을 제작하였다.

실시예 2

실시예 1에서 제작한 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴의 상부표면에 아크릴 성형 작업을 하거나 아크릴중합접착제를 사용하여 제1아크릴판재의 상부에 제2 아크릴 판재를 부착하여 입체문양이 내장 매설된 입체문양 아크릴을 제작하였다.

도 1은 본 발명의 제작방법에서 사용된 아크릴 판재를 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명의 제작방법에서 아크릴 판재 표면에 음각 형태의 입체문양을 조각한 상태를 나타낸 사시도.

도 3은 본 발명의 제작방법에서 아크릴 판재 표면에 음각 형태의 입체문양을 조각한 상태를 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명의 제작방법에서 아크릴 판재에 형성된 입체문양의 내부에 색소안료를 배합한 아크릴중합접착제를 채워넣어 입체문양의 공간부를 메꾼 상태를 나타낸 사시도.

도 5는 본 발명의 제작방법에서 아크릴 판재에 형성된 입체문양의 내부에 색소안료를 배합한 아크릴중합접착제를 채워넣어 입체문양의 공간부를 메꾼 상태를 나타낸 단면도.

도 6은 본 발명의 제작방법에서 아크릴 판재의 표면 위로 돌출된 아크릴중합접착제를 깍아낸 상태를 나타낸 사시도.

도 7은 본 발명의 제작방법에서 아크릴 판재의 표면 위로 돌출된 아크릴중합접착제를 깍아낸 상태를 나타낸 단면도.

도 8은 본 발명의 제작방법에서 입체문양의 상부표면에 아크릴 판재가 추가로 성형된 상태를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 아크릴 판재 20: 입체문양

30, 30-1: 아크릴중합접착제 32: 아크릴중합접착제 입체문양

40: 제2 아크릴 판재

Claims

아크릴 판재(10)의 표면에 음각 형태의 입체문양(20)을 조각하는 단계; 상기 입체문양(20)의 내부에 색소안료를 배합한 시럽 상태의 아크릴중합접착제(30)를 채워넣어 입체문양(20)의 공간부를 메꾸는 단계; 입체문양(20)의 공간부에 채워진 시럽 상태의 아크릴중합접착제(30)를 고형화시키는 단계; 입체문양(20)의 내부에 채워진 고형화 아크릴중합접착제(30)의 상부표면이 아크릴 판재(10)의 표면과 일치될 수 있도록 아크릴 판재(10)의 표면 위로 돌출된 아크릴중합접착제(30)를 깍아내는 단계로 이루어져 있으며,

상기 입체문양은 상부표면에 아크릴 판재가 성형되어 있고,

상기 아크릴 판재는 투명 아크릴 및 반투명 아크릴 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 아크릴판재 내부에 입체문양이 형성된 입체문양 아크릴의 제작방법.
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