KR101209147B1

KR101209147B1 - 광변색 투명 합성수지의 제조방법

Info

Publication number: KR101209147B1
Application number: KR1020100102841A
Authority: KR
Inventors: 이장희
Original assignee: 이장희
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-12-06
Also published as: KR20120041410A

Abstract

본 발명은 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 햇빛의 자외선을 받으면 그 강도에 비례하여 무색에서 유색으로 또는 유색에서 타유색으로 변색되고 햇빛을 차단하면 가역적으로 복원될 수 있으며 91%이상의 투명도를 유지하여 투시물, 안경 등에 사용이 용이한 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 관한 것이다.
상기 광변색 투명 합성수지는 공유 결함과 이온 결함을 동시에 소유하고 있는 열가소성 플라스틱인 아이오 노머수지(Ionomer resin)에 폴리에틸렌, 포토크로믹, 안정제 등을 혼합하여 제조된다. 그리고 이와 같은 광변색 투명 합성수지는 종전의 어느 수지에서도 효과를 발휘하지 못했던 광호변성에 대하여, 사출, 압출 등에 최적의 제조용이성을 발휘하고, 투명소재로의 양산이 가능하여 폴리프로필렌(PP: Polypropylene) 등의 수지로 생산이 불가능했던 안경, 고글, 투명 필름 등이 가능한 특징을 가지고 있다.

Description

광변색 투명 합성수지의 제조방법{METHOD FOR TRANSPARENT SYNTHETIC RESIN HAVING PHOTOCHROMISM}

본 발명은 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 햇빛의 자외선의 세기에 따라 가역적으로 무색에서 유색, 유색에서 타유색으로 변색되면서, 두 가지 색상을 표출하는 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 관한 것이다.

현재의 국내외 수지 및 안료는 단순 배합으로 단일 색을 구현하는 것이 일반적이고, 또한 자외선 차단을 위한 UV(Ultraviolet) 차단제를 형합 및 코팅함으로 인하여, 공정을 추가하고 제품의 단가를 상승시키는 불합리한 점이 있었으나, 본 발명의 수지는 색을 자유자재로 변색하도록 하고, 자체에 합성되어 있는 포토크로믹으로 하여금 자외선을 차단토록 하여, 식품, 의약, 화장품 용기에 직접 적용이 가능토록 함으로써 제조공정의 단축 및 원가 상승요인을 막고 활용 범위를 확대하였다.

본 발명에 따른 광변색 투명 합성수지가 양산될 경우 색상의 다양화와 소비자의 다양한 색상요구충족에 기여할 것이며, 내용물 보호를 위한 사출 용기에 대한 UV제 첨가 등의 공정은 완전히 사라지게 된다.

작용으로는 사무실이나 기타 실내에서는 분위기에 맞는 화려하지도 않고 색상도 진하지 않은 무색 또는 파스텔 계열의 연한 색으로 있다가 밖에서 화동을 할 때에는 화려하면서도 진한 색을 연출하여, 개성을 살려 주는 작용을 한다. 기능적 측면에서는 자외선을 차단하여, 내용물을 보호할 수 있는 의약, 식품, 화장품 용기에 사용이 가능하다.

현재 타의 기술은 PP(Polypropylene) PE(polyethylene)에의 적용으로 단순 색의 변화는 주고 있으나, 이는 형합 색상이 다양하지 못할 뿐 아니라 투명의 제품으로 만들기 어렵고, 또 자외선에 장기간(30분 이상) 노출 시 색이 다시 연해지는 단점을 가지고 있다. 그러나 본 발명에 따른 광변색 투명 합성수지를 적용하여 제품을 만들 경우 이런 문제점이 동시에 극복된다. 첫째 투명화가 가능하여, 비 자외선시 제품의 내용물을 그대로 보여줄 수 있고(단, 내용물이 혐오스럽거나 밖에 노출시킬 필요가 없을 시, 유색처리가 가능함) 자외선 조사시는 색을 주어 자외선을 차단한다.

그리고 본 발명에 따른 광변색 투명 합성수지는 160℃ ~ 180℃의 비교적 저온에서 사출이 가능하여, 금형 설계비 및 작업 공정비 등을 절약할 수도 있어 생산성이 향상된다. 엑세서리, 썬캡, 필름, 의약 식품 화장품용기 등에서 최적화된다.

본 발명의 목적은 햇빛의 자외선 세기에 따라 무색에서 유색으로 또는 유색에서 타유색으로 변색되고 햇빛을 차단하면 가역적으로 복원될 수 있으며, 91% 이상의 투명도를 유지하여, 투시물, 안경 등에 사용이 용이한 광변색 투명 합성수지의 제조방법을 제공하려는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 자기 소화성이 있는 열가소성 수지 성형 조성물로 자외선의 세기에 따라 변색되는 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 있어서, 열가소성 플라스틱인 아이오노머 수지 63 ~ 77 중량%와, 광호변성 색소인 포토크로믹 0.36 ~ 0.44 중량%와, 광안정제 0.00018 ~ 0.00022 중량%와, 열안정제 0.00036 ~ 0.00044 중량%와, 전연제 0.00018 ~ 0.00022 중량%와, 유색안료 0.36 ~ 0.44 중량%와, 나머지 폴리에틸렌 수지를 배합하는 단계(S100);를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 목적은, 자기 소화성이 있는 열가소성 수지 성형 조성물로 자외선의 세기에 따라 변색되는 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 있어서, 아이오노머 수지?폴리에틸렌 수지?포토크로믹?광안정제?열안정제?전연제가 함유된 농축 마스터 뱃치 15 ~ 25 중량%와, 아이오노머 수지 75 ~ 85 중량%를 배합하는 단계(S200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 의해서도 달성된다.

한편, 상기 농축 마스터 뱃치의 성분비는, 아이오노머 수지 63 ~ 77 중량%와; 포토크로믹 1.5 ~ 2.5 중량%와; 열안정제 0.0018 ~ 0.0022 중량%와; 전연제 0.00095 ~ 0.0015 중량%와; 광안정제 0.00018 ~ 0.00022 중량%와; 나머지 폴리에틸렌 수지;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 농축 마스터 뱃치는, 상기 아이오노머 수지를 건조기에 50 ~ 70℃의 온도로 건조하는 단계(S210)와; 상기 폴리에틸렌 수지를 건조기에 80 ~ 120℃의 온도로 건조하는 단계(S220)와; 상기 아이오노머 수지와 폴리에틸렌 수지에 포토크로믹을 첨가하여 교반하는 단계(S230)와; 상기 교반으로 이루어진 조성물에 광안정제, 열안정제, 전연제를 첨가하여 재교반하는 단계(S240)와; 상기 (S240) 단계를 거친 조성물에 예열을 가하고, 170 ~ 190℃의 온도로 교반한 후 냉각하는 열성형 단계(S250);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 광변색 투명 합성수지의 제조방법은 무색에서 유색으로 유색에서 타유색으로 변색이 가능하여, 패션물, 엑세서리, 의약 식품 화장품의 용기, 썬팅용 필름, 문구 완구, 등에 다양하게 적용이 가능하며, 한 가지의 제품으로 두 가지 색상 표현은 물론 자외선 차단으로 각종 포장 내용품을 보호할 수 있어 소비자의 욕구 및 포장재의 기능을 한층 더 충족시켜 줄 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 광변색 투명 합성수지의 제조방법을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변색 투명 합성수지의 제조방법을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 농축 마스터 뱃치의 성분 배합비를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 농축 마스터 뱃치의 제조 방법을 나타낸 도면.

본 발명의 일실시예에 따른 광변색 투명 합성수지의 제조방법은 자기 소화성이 있는 열가소성 수지 성형 조성물로서 자외선의 세기에 따라 변색되는 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 관한 것으로, 도 1에 도시한 바와 같이 열가소성 플라스틱인 아이오노머 수지 63 ~ 77 중량%와, 광호변성 색소인 포토크로믹 0.36 ~ 0.44 중량%와, 광안정제 0.00018 ~ 0.00022 중량%와, 열안정제 0.00036 ~ 0.00044 중량%와, 전연제 0.00018 ~ 0.00022 중량%와, 유색안료 0.36 ~ 0.44 중량%와, 나머지 폴리에틸렌 수지를 배합하는 단계(S100);를 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 의해 제조되는 광변색 투명 합성수지는 공유 결합과 이온 결합을 동시에 소유하고 있는 열가소성 플라스틱인 아이오노머수지에 포토크로믹(노랑, 청색, 보라, 빨강, 오렌지 중 택1 또는 혼합), 광안정제, 열안정제, 전연제, 유색안료, 폴리에틸렌수지(Poly ethylene resin) 등을 혼합함을 포함하여 조성되고, 이러한 광변색 투명 합성수지는 변색이 이루어진다.

여기서 포토크로믹은 광호변 색소로서 스피로 피란계, 또는 기타 광호변 색소를 모두 포함한다. 광안정제 및 열안정제는 일반적으로 사출공정에 투입되는 모든 물질이 가능하며, 산화 방지제의 경우는 본 발명에 대하여 거부하므로 사용하지 않는 것이 바람직한데, 이는 광변색 투명 합성수지가 비교적 저온에서 사출 가능하기 때문이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 광변색 투명 합성수지의 제조방법은, 자기 소화성이 있는 열가소성 수지 성형 조성물로 자외선의 세기에 따라 변색되는 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 있어서, 도 2에 도시한 바와 같이 아이오노머 수지?폴리에틸렌 수지?포토크로믹?광안정제?열안정제?전연제가 함유된 농축 마스터 뱃치(Master batch) 15 ~ 25 중량%와, 아이오노머 수지 75 ~ 85 중량%를 배합하는 단계(S200);를 포함한다.

여기서, 상기 농축 마스터 뱃치의 성분비는, 도 3에 도시한 바와 같이 아이오노머 수지 63 ~ 77 중량%와; 포토크로믹 1.5 ~ 2.5 중량%와; 열안정제 0.0018 ~ 0.0022 중량%와; 전연제 0.00095 ~ 0.0015 중량%와; 광안정제 0.00018 ~ 0.00022 중량%와; 나머지 폴리에틸렌 수지;를 포함한다.

또한, 상기 농축 마스터 뱃치는, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 아이오노머 수지를 건조기에 50 ~ 70℃의 온도로 건조하는 단계(S210)와; 상기 폴리에틸렌 수지를 건조기에 80 ~ 120℃의 온도로 건조하는 단계(S220)와; 상기 아이오노머 수지와 폴리에틸렌 수지에 포토크로믹을 첨가하여 교반하는 단계(S230)와; 상기 교반으로 이루어진 조성물에 광안정제, 열안정제, 전연제를 첨가하여 재교반하는 단계(S240)와; 상기 (S240) 단계를 거친 조성물에 예열(160℃)을 가하고, 170 ~ 190℃의 온도로 교반한 후 냉각(160℃)하는 열성형 단계(S250);를 포함하여 제조된다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광변색 투명 합성수지의 제조방법은 제조되는 광변색 투명 합성수지의 전체 양의 약 20%를 농축 마스터 뱃치로 사용하고, 나머지는 아이오노머 수지를 사용한 것이 특징이다.

살펴보면, 먼저 아이오노머 수지 63 ~ 77 중량%에 포토크로믹 1.5 ~ 2.5 중량%를 가하고 열안정제 0.0018 ~ 0.0022 중량%와, 전연제 0.00095 ~ 0.0015 중량%와, 광안정제 0.00018 ~ 0.00022 중량% 및 나머지 폴리에틸렌 수지를 배합하여 광변색 투명 합성수지의 전체 양의 1/5 수준의 농축 마스터 뱃치를 제공하고, 이 농축 마스터 뱃치에 광변색 투명 합성수지의 전체 양의 4/5 수준의 아이오노머 수지를 가하여 광변색 투명 합성수지를 제조한다.

그리고 이러한 과정에 의해 제조되는 광변색 투명 합성수지는 사출 작업에 사용 가능하다.

또한, 광변색 투명 합성수지는 저온에서 제조 공정 되므로, 불량자제의 물성 변화가 적어 재생이 용이한 바, 원본 소재에 사출 등의 공정에서 발생된 불량소재의 50% 이상을 재생하여 사용이 가능하므로 경제적 이익을 실현한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 광변색 투명 합성수지의 제조방법은 상술한 바와 같이 농축 마스터 뱃치와 아이오노머 수지의 비율을 2:8로서 사용하는 것이 바람직하다.

이는 제조공정의 비용최소화와 농축율을 고려하여, 가장 화학적으로 안정되고 공정의 효율을 감안한 수치이다.

본 발명은 투명도가 우수한 아이오노머 수지를 채택하여 포토크로믹의 활성화를 최적화하여, 색의 변화를 극대화 하였으며, 여기에 폴리에틸렌 수지를 가하여 신축성 및 코팅물 접착성을 향상시킨 것이 특징이다. 또 유색안료가 사용되는 점을 감안하여 광안정제를 사용한 것도 특징이다.

따라서, 본 발명에 의해 제조되는 광변색 투명 합성수지는 신축성과 투명도가 우수하고, 표면의 손상이 없으며, 접히거나, 눌렸을 경우에도 백화 현상을 야기하지 않는다. 또한 표면촉감이 부드럽고 탄성을 유지하는 특징이 있어, 엑세서리, 원형, 각형 용기로 제조했을 경우 변형되지 않는다.

일반적으로 포토크로믹의 경우 톨루엔, 싸이크론 핵산, 등의 용매에 용해가 되어야 발색하는 성질을 가지고 있으나, 플라스틱류 조성물에는 용매를 사용하기가 불편하여, 본 발명에서는 아이오노머 수지를 채택 직접 혼합 발색하도록 하여 용매 사용을 배제하였다. 이와 같이 본 발명에 따른 광변색 투명 합성수지는 착색안료로서 광호변성 색소인 포토크로믹을 사용함으로써, 한가지 수지를 가지고 다양한 색상을 낼 수 있는 장점과 자외선 차단의 장점 등 두 분류의 장점을 가지고 있다.

즉, 적절한 광호변성 색소인 포토크로믹을 첨가하여, 자외선 조사에 따른 무색에서 유색 유색에서 타 유색으로 가역적으로 변색되는 수지제품을 제공할 수 있는 것이다.

이러한 광호변성 색소인 포토크로믹은 가역적인 포토트로피(phototropy) 또는 포토크로미즘(photochromism)을 나타내는 색소를 의미하는 것으로써, 광 반응에 의해 무색에서 유색으로 유색에서 무색으로 변하는 화합물을 지칭한다.

이러한 화합물은 용액 또는 고체상태에서 특정 파장의 광을 조사하면, 화학 구조가 변화하여 이에 따라 흡수 스펙트럼도 변화 하지만, 다른 파장의 광을 조사하거나, 어두우면 처음 상태로 되돌아가는 특성을 지니고 있다.

광호변성 색소인 포토크로믹의 구체적인 예를 들면, 무기화합물로서는 할로겐화은, hg3s212 등이 있으며, 유기화합물로는 많은 종류가 알려져 있으나 반응 양식에 따라 이중 결합의 이성화에 의한것(아조벤젠 및 디오인디고), 수소이동에 의한 호변이성에 기초한 것(살리실덴 아닐린), 페리 환상반응에 의한 것(푸르기도), 환상 부가반응을 일으키는 것(아트라센), 결합의 이온 개열을 나타내는 것 (트리페닐메탄, 스피로 피란 )등이 있다.

본 발명에 따른 조성물은 상술한 바와 같은 광호변성 색소라면 특별한 제한 없이 사용가능하며, 특히 니트로셀로로오스 등 다른 성분과의 양립성, 변색의 가역성 등을 고려하면, 스피로 피란계 화합물이 사용상 우수성은 있다.

또한 이와 같은 광호변성 색소인 포토크로믹은 본 발명에 따른 수지 전체의 중량에 대하여, 0.4 내지 1%의 사용이 바람직한데, 이는 변색성과 내구성을 고려한 수치이다.

즉, 광호변성 색소인 포토크로믹의 함량이 0.4%미만이면 원하는 충분한 색을 낼수가 없으며, 또한 그 함량이 1%를 넘길 경우 가역적 색의 복귀가 늦고 필요 없는 원가상승을 유발하는 등의 부작용이 있다. 그리고 본 발명에 따른 수지 착색 안료로는 광호변성 색소인 포토크로믹 외에도 본 발명이 속하는 기술적 분야에서 널리 사용되는 착색 안료를 더 포함하여 사용할 수 있다. 일반적으로 무기안료 예로는 적색산화철, 이산화티탄, 감청 등을 들 수 있고, 유기안료로는 적색201호, 202호, 황색4호, 청색 1호 등 다양하다.

또한 본 발명에 사용되는 광호변성 색소인 포토크로믹은 본 발명에 따른 광변색 투명 합성수지에 이용하기 위해서는 먼저 고분자 재료화를 필요로 하다. 고분자 재료화 방법으로는 포토크로믹을 단량제에 첨가하여 중합하는 방법, 포토크로믹을 직접 고분자에 섞어서 사용하는 방법 등이 있는데 본 발명에서는 용제의 사용을 배제하기 위해 직접 섞어서 사용하는 방법을 채택하였다.

본 발명의 광변색 투명 합성수지의 농축 마스터 뱃치의 제조 방법은 다음과 같다.

먼저 농축 사용할 아이오노머 수지 70중량%을 건조기에 넣고 60°C의 열풍으로 8시간 건조시킨다. 이때 동시 또는 다음에 폴리에틸렌 27.996 중량%를 같은 방법으로 60℃에서 6시간 건조시킨다. 다음으로 아이오노머 수지 또는 편리성에 따라 폴리에틸렌에 광호변성 색소인 포토크로믹을 2중량%를 드럼 믹서에 넣고 30rpm으로 30분간 교반 한다. 여기에 나머지 원료를 동시에 투입하고 다시 30rpm으로 1시간 교반 한 후 마스터 뱃치 M/C(장치)의 호퍼로 이송한다.

마스터 뱃치 M/C의 heater의 온도를 H1(호퍼측) 160°C, H2(스크류 교반측) 180°C, H3(배출구측) 160°C로 셋팅 하고 농축 마스터 뱃치를 생산한다.

히터가 정상온도까지 올라가면 생산을 시작하고, 생산품은 25kg단위로 내용의 이름, 컬러, 그래이드, 중량, 주의사항 등이 인쇄된 차광포대에 포장하여 보관한다.

이 농축 마스터 뱃치화 된 수지는 각 적용 처에 따라 혼합 사용한다. 즉, 이 마스터 뱃치와 아이오노머 수지를 2:8의 비율로 혼합하여 사출기에 투입하고 1mm, 1.5mm, 2mm, 3mm의 칼라 칩을 생산한다.

좌외선 조사 시험 결과 만족할 만한 결과를 얻었으며, 또한 두께에 따른 칼라 변화에 대한 실험도 동시에 실시해본 결과 만족스런 결과를 얻었다(변색시간 10초 이내, 복귀시간 15초 내지 10분).

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

자기 소화성이 있는 열가소성 수지 성형 조성물로 자외선의 세기에 따라 변색되는 광변색 투명 합성수지의 제조방법에 있어서,
아이오노머 수지, 폴리에틸렌 수지, 포토크로믹, 광안정제, 열안정제, 전연제가 함유된 농축 마스터 뱃치 15 ~ 25 중량%와;
아이오노머 수지 75 ~ 85 중량%를 배합하는 단계(S200);를 포함하되,
상기 농축 마스터 뱃치는,
아이오노머 수지 63 ~ 77 중량%와, 포토크로믹 1.5 ~ 2.5 중량%와, 열안정제 0.0018 ~ 0.0022 중량%와, 전연제 0.00095 ~ 0.0015 중량%와, 광안정제 0.00018 ~ 0.00022 중량%와, 나머지 폴리에틸렌 수지를 포함하는 성분비로 이루어지고,
상기 아이오노머 수지를 건조기에 50 ~ 70℃의 온도로 건조하는 단계(S210)와,
상기 폴리에틸렌 수지를 건조기에 80 ~ 120℃의 온도로 건조하는 단계(S220)와,
상기 아이오노머 수지와 폴리에틸렌 수지에 포토크로믹을 첨가하여 교반하는 단계(S230)와,
상기 교반으로 이루어진 조성물에 광안정제, 열안정제, 전연제를 첨가하여 재교반하는 단계(S240)와,
상기 (S240) 단계를 거친 조성물에 예열을 가하고, 170 ~ 190℃의 온도로 교반한 후 냉각하는 열성형 단계(S250),
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광변색 투명 합성수지의 제조방법.
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