KR101278581B1 - 첨가제 및 흐름제 무첨가용 광변색성 수지의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일광 또는 전기적 장치에 의한 조명기구에서 발생되는 자외선에 반응하여 변색되며, 이러한 광원의 자외선이 없어지면 다시 본래의 색 또는 투명으로 되돌아 오는 특성을 가진 광변색성 수지의 제조방법에 관한 것으로,
폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에세테이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 셀룰로오스-아세테이트 공중합체, 폴리아크릴레이트 및 나일론 중 선택되는 어느 하나의 수지와, 광변색성 수지를 포함하여 배합한 후, 200℃ 이하의 온도로 열성형 하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 본 발명은 저온에서 광변색성 수지를 제조함으로 인해 산화방지제의 투입을 생략할 수 있었고 20%의 압출 압력을 향상시킴으로 인하여 흐름제 투입을 생략할 수 있어서 수산기(OH)에 반응하여 변질되는 광변색성 색소를 안정화시킨 우수한 광변색성 수지를 제공받을 수 있다. 또한 경시 변화가 없어서 보관성 및 사용 유효기간이 확대되는 효과가 있다.

Description

첨가제 및 흐름제 무첨가용 광변색성 수지의 제조방법{METHOD FOR TRANSPARENT SYNTHETIC RESIN HAVING PHOTOCHROMISM}

본 발명은 일광 또는 전기적 장치에 의한 조명기구에서 발생되는 자외선에 반응하여 변색되며, 이러한 광원의 자외선이 없어지면 다시 본래의 색 또는 투명으로 되돌아 오는 특성을 가진 광변색성 수지의 제조방법에 관한 것으로,

폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에세테이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 셀룰로오스-아세테이트 공중합체, 폴리아크릴레이트 및 나일론 중 선택되는 어느 하나의 수지와, 광변색성 수지를 포함하여 배합한 후, 200℃ 이하의 온도로 열성형 하는 단계;를 포함하여 이루어지며,

이러한 본 발명은 특히, 저온 가공 및 20%의 압출 압력을 향상시킴으로 인해 산화방지제와 흐름제 투입을 생략할 수 있어, 수산기(OH)에 반응하여 변질되는 광변색성 색소를 안정화시킨 우수한 광변색성 수지를 제조할 수 있는 특징을 가진 광변색성 수지의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 빛은 우리 생활에 없어서는 안 될 필수적인 것이지만 일광 또는 자외선램프 등에서 발생되는 자외선은 우리 생활에 치명적일 경우도 있어, 근래에는 자외선에 반응 및 차단하는 광변색성 수지가 각광을 받고 있다.

이러한 광변색성 수지는 크게 두 가지의 제조방법으로 나뉘어지는데, 그 하나는 고온 가열한 수지에 포토크로믹 염료를 첨가하여 펠렛 형태로 성형하는 방법이고, 다른 하나는 톨루엔, 아세톤 등의 용매에 기 형성된 펠렛을 담가 용액과 함께 침투시키는 방법이다.

그러나 고온 성형방법에서는 안정성 확보 목적에서 산화방지제, 광안정제, 흐름제 등을 첨가하여 사용하는 것이 일반적인데, 이때 첨가제에 함유되거나 형성되어 있는 수산기(OH)가 포토크로믹의 구조를 변형시켜 변질된 펠렛을 생산하게 되고, 이와 같은 변질된 펠렛은 2차 성형 시 변화된 색상이 잔존되어 광변색 기능을 저해한다.

또한, 용매에 침전시켜 제조되는 침투식 제조방법은 일반적으로 인체에 유해한 톨루엔, 아세톤 등을 용매로 사용하게 되어 침투 후 용매를 증발시키는 과정에 대기오염을 유발하고 잔류된 용매에 의해 인체에 해가 발생하기도 한다.

본 발명의 목적은 광변색성 색소가 변질이 되지 않고 수지 내에 함유되고 유기용매를 사용하지 않는 친환경 수지로서 첨가제 및 흐름제 무첨가용 광변색성 수지의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 광변색성 수지가 변질되지 않고 대기환경오염을 방지하는 효율적인 광변색성 수지를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에세테이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 셀룰로오스-아세테이트 공중합체, 폴리아크릴레이트 및 나일론 중 선택되는 어느 하나의 수지를 선택하는 단계(S100)와;

상기 (S100)단계에서 선택된 수지와, 광변색성 색소를 포함하여 배합하는 단계(S200)와;

상기 (S200)으로 이루어진 배합물을 200℃ 이하의 온도로 열성형 하는 단계(S300);

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 첨가제 및 흐름제 무첨가용 광변색성 수지의 제조방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 열성형 단계(S300)는, 상기 선택된 수지와 광변색성 색소를 배합하여 이루어진 배합물이 경유할 호퍼측의 온도를 180 ~ 193℃로 셋팅하는 단계(310)와;

상기 호퍼측을 경유한 배합물을 교반하는 교반부의 온도를 190 ~ 199℃로 셋팅하는 단계(S320)와;

상기 교반부를 통해 교반된 배합물을 압출하여 배출하는 배출부의 온도를 180 ~ 193℃로 셋팅하는 단계(S330);를 포함하고, 40 ~ 70HP/90 ~ 130mm 용량의 마스터 뱃치 장치를 이용하여 이루어지는 것이 특징이다.

본 발명에 의하면, 저온에서 광변색수지를 제조함으로 인해 산화방지제의 투입을 생략할 수 있고, 20%의 압출 압력을 향상시킴으로 인하여 흐름제 투입을 생략 할 수 있어 수산기(OH)에 반응하여 변질되는 광변색성 색소를 안정화시킨 우수한 광변색성 수지를 제공받을 수 있다.

또한, 이렇게 제조된 광변색성 수지는 경시 변화가 없어서 보관성 및 사용 유효기간 확대에 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 첨가제 및 흐름제 무첨가용 광변색성 수지의 제조방법을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 열성형시 마스터 뱃치 장치의 온도 셋팅 방법을 나타낸 도면.

본 발명은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 아크릴레이트, 썰린, 셀룰로이오스-아세테이트 공중합체 등으로 이루어진 군에서 선택되는 수지에 광변색성 색소를 함유시켜 일광 또는 전기장치의 조명기구의 자외선에 반응하여 가역적으로 발색 및 변색 가능한 것을 특징으로 하는 광변색성 수지를 제공한다.

이를 위해 본 발명에 따른 첨가제 및 흐름제 무첨가용 광변색성 수지의 제조방법은 도 1에 도시한 바와 같이 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에세테이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 셀룰로오스-아세테이트 공중합체, 폴리아크릴레이트 및 나일론 중 선택되는 어느 하나의 수지를 선택하는 단계(S100)와; 상기 (S100)단계에서 선택된 수지와, 광변색성 색소를 포함하여 배합하는 단계(S200)와; 상기 (S200)으로 이루어진 배합물을 200℃ 이하의 온도로 열성형 하는 단계(S300);를 포함한다.

여기서, 상기 열성형 단계(S300)는, 상기 선택된 수지와 광변색성 색소를 배합하여 이루어진 배합물이 경유할 호퍼측의 온도를 180 ~ 193℃로 셋팅하는 단계(310)와; 상기 호퍼측을 경유한 배합물을 교반하는 교반부의 온도를 190 ~ 199℃로 셋팅하는 단계(S320)와; 상기 교반부를 통해 교반된 배합물을 압출하여 배출하는 배출부의 온도를 180 ~ 193℃로 셋팅하는 단계(S330);를 포함하는 것이 특징이고, 또 이러한 열성형은 40 ~ 70HP/90 ~ 130mm 용량의 마스터 뱃치 장치를 이용하여 이루어지는 것이 특징이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 광변색성 색소는 스피로피란계 또는 나프토피란 화합물인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면 내구성과 발색도 향상, 변질을 방지하기 위하여 안정제 산화방지제, 흐름제 등의 첨가제를 사용하지 않는 것이 더 바람직하다.

본 발명은 또한 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 첨가제 및 흐름제를 제거한 순수 수지와 광변색 색소만을 가열 혼합하는 제조하는 방법을 제공한다. 여기서 본 발명은 첨가제 제거가 요지이다.

이를 위해 본 발명은 산화 방지제, 광안정제, 흐름제를 제거하는 대신, 수지의 가열온도를 섭씨 198도를 넘지 않도록 관리하는 것이 바람직하며 펠렛 제조 시에 흐름을 개선하기 위하여 기계장치의 용량을 일반 필렛 제조 장비보다 20% 이상 용량이 큰 것을 사용한다. 즉, 마스터뱃치 설비는 용량 표시를 마력(HP)와 실린더 구경(mm)로 표시하는데, 일반적인 마스터 뱃치는 양이 적을 경우 보통 30HP/100mm를 사용하지만 본 발명에서는 이 보다 20% 이상 용량이 큰 최소 50HP/110mm의 마스터 뱃치 장치를 사용한다.

본 발명은 또한 본 발명에 의한 방법을 제조된 광변색성 수지를 이용하여 사출 또는 압출된 성형물을 제공한다.

본 발명에 의한 광변색성 수지를 이용하여 제조할 수 있는 성형물의 종류는 상기 열거한 수지를 이용하여 제조할 수 있는 것이라면 어느 것이나 가능하지만, 그 중에서도 특히, 일광 또는 전기장치의 조명기구에서 자외선에 의해 가역적으로 변색이 이루어지는 가장 매력적인 제품은 투명에서 발색되는 제품일 것이다.

구체적으로 예를 든다면 선그라스, 스포츠용 고글, 안경렌즈, 오토바이 헬멧, 핸드폰케이스, 의상 등이 될 것이다.

광변색성 색소는 가역적인 포토트로피(Phototropy), 또는 포토크로미즘(Photochromism)을 나타내는 색소를 의미하는 것으로서, 광반응에 의해 무색으로부터 유색으로, 유색에서 무색으로 변하는 화합물을 지칭한다.

이러한 화합물은 용액 또는 고체 상태에서 특정 파장의 자외선을 조사하면 화학구조가 변화하게 되며 이에 따라 흡수 스펙트럼도 변화하지만, 가시광선 또는 어두운 곳에 방치하면 처음 상태로 되돌아 가는 특성을 지니고 있다.

광변색성 색소의 구체적인 예를 들면 무기화합물로는 할로겐화은, Hg₃S₂I₂등이 있고 유기화합물로는 많은 종류가 알려져 있으나, 반응양식에 따라 이중결합의 이성화에 의한 것(아조벤젠 및 티오인디고), 수소이동에 의한 호변이성에 기초한 것(살리실리덴 아닐린) 페리 환상반응에 의한 것(푸르기드), 환상 부가반응을 일으키는 것(아트라센), 결합의 이온계열을 나타내는 것(트리페닐메탄, 스피로피란) 등이 있다.

이하에서 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예를 들어 설명하고자 한다, 다만, 하기 실시 예는 단지 예시적인 것에 불과하기 때문에 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

먼저 폴리프로필렌수지(한국 엘지화학 제품) 10kg을 건조기에 투입하고 섭씨 60도로 3시간 건조시킨다.

광변색성 색소로서 스피로피란계의 화합물 노란색(일본 PRIZM CO.,Ltd 제품)10g을 건조시킨 폴리프로필렌수지(한국 엘지화학 제품) 10kg에 투입하여 교반기에 넣고 60rpm의 저속으로 10분간 혼합한다.

이 혼합된 혼합물을 펠렛 마스터 뱃치 장치(Master Batch machine)의 호퍼에 투입하고 히터 온도를 H1(호퍼측)(190℃), H2(교반부)(198℃) H3(배출부)(190℃)로 설정하여 가열 후 압출한다. 압출된 수지를 15℃의 냉각수를 통과시켜 3.5mm의 크기로 컷팅하여 광변색성 폴리프로필렌 수지를 제조한다.

이 제조된 광변색성 폴리프로필렌 수지를 자외선 인덱스 5의 일광에 노출하여 발색을 체크하면 수지의 유백색에서 노란색으로 원활한 발색이 이루어짐이 확인된다.

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 (3)

1. 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 셀룰로오스-아세테이트 공중합체, 폴리아크릴레이트 및 나일론 중 선택되는 어느 하나의 수지를 선택하는 단계(S100)와;
   상기 (S100)단계에서 선택된 수지와, 스피로피란계 또는 나프토피란 화합물로 이루어진 광변색성 색소를 포함하여 배합하는 단계(S200)와;
   상기 (S200)으로 이루어진 배합물을 200℃ 이하의 온도로 열성형 하는 단계(S300);를 포함하되,
   상기 열성형 단계(S300)는,
   상기 선택된 수지와 광변색성 색소를 배합하여 이루어진 배합물이 경유할 호퍼측의 온도를 180 ~ 193℃로 셋팅하는 단계(310)와,
   상기 호퍼측을 경유한 배합물을 교반하는 교반부의 온도를 190 ~ 199℃로 셋팅하는 단계(S320)와,
   상기 교반부를 통해 교반된 배합물을 압출하여 배출하는 배출부의 온도를 180 ~ 193℃로 셋팅하는 단계(S330),
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 첨가제 및 흐름제 무첨가용 광변색성 수지의 제조방법.
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