KR101426230B1 - 자외선 감지 기능을 갖는 핸드폰 케이스용 목분/고분자수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐목재나 자투리 목재, 잡목 또는 원목 등 폐기되는 목분재료 등과 고분자의 합성재인 친환경소재와 자외선 변색 염료를 사용해, 자외선 감지기능을 갖게 하는 목분/고분자 핸드폰 케이스를 만들기 위한 조성물에 관한 것으로서, 고분자수지 40~95wt%, 목분 5~60wt%, 고분자수지 100중량부에 대하여 첨가제 1~5중량부, 그리고 고분자수지 100중량부에 대하여 자외선 변색염료 0.1~10중량부를 포함함을 특징으로 하는, 자외선 감지기능을 갖는 핸드폰 케이스용 목분/고분자수지 조성물을 개시한다.

Description

자외선 감지 기능을 갖는 핸드폰 케이스용 목분/고분자수지 조성물{A WPC mobile phone case with UV sensing function}

본 발명은 핸드폰 케이스용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐목재나 자투리 목재, 잡목 또는 원목 등 폐기되는 목분재료 등과 고분자의 합성재인 친환경소재와 자외선 변색 염료를 사용해, 자외선 감지기능을 갖게 하는 목분/고분자 핸드폰 케이스를 만들기 위한 조성물에 관한 것이다.

WPC는 PP, PE, PS, PVC 등의 열가소성수지와 목분 등의 천연섬유질을 적절한 비율로 혼합하여 제조한 복합 소재로, 건축자재, 데크재 등의 여러 분야에 널리 쓰이고 있다. 건축자재 폐목 및 천연 목재의 가공과정에서 나오게 되는 무수한 양의 톱밥을 열가소성 수지에 넣어 용융블렌딩하여 친환경적으로 재활용하기 위해 WPC로 만들어 사용하는 방법을 많이 채택하고 있는 실정이다. 이러한 친환경 목분/고분자 복합재료의 압출 혹은 사출 가공을 통해 제작되는 WPC 제품들은 목재 혹은 플라스틱 단일 재료로 제작된 제품들의 여러 가지 단점을 보완할 수 있는 대용재로 널리 사용되고 있다. 또한 열가소성 수지인 PP는 범용 플라스틱으로서 우리 주변에서 많이 사용되고 있으며, PP 수지가 지닌 뛰어난 기계적ㆍ물리적ㆍ화학적 성질과 높은 내구성 및 여러 첨가제들과의 상용성 등의 특성에 의하여 부드러운 감촉의 섬유 제품에서 건축재까지 다양한 제품을 만들 수 있다.

또한 핸드폰 케이스의 경우 비닐을 사용해 제조하는데, 비닐로 만든 핸드폰 케이스들의 경우 제품의 사용측면에서 딱딱한 재질로 만들어진 하드케이스보다 상대적으로 외부의 충격이 고스란히 핸드폰에 노출될 수밖에 없다는 점, 비닐로 만들어져 열에 쉽게 변형된다는 점, 습한 장소에 노출될 경우 비닐 안에 습기가 찬다는 점 등이 문제점으로 지적되었고 또한 케이스를 탈부착하는 과정에서도 서로 잘 붙어 떨어지지 않아 소비자들의 불편함이 항상 제기되어 왔을 뿐만 아니라 제품의 생산측면에 있어 많은 환경오염을 유발하고 있는 문제는 현재 환경오염이 세계적 문제로 떠오르는 이때 상당히 중요한 사항이다.

상기와 같은 핸드폰 케이스를 제조하기 위한 다양한 조성물이 개발되어 왔다. 예를 들어 공개특허 제 2002-0006317 호에서는 PC, ABS 등 합성수지재 70~80wt%와 입자크기가 0.1~30㎛인 전자파 흡수체 10~30wt%를 정량투입하고 고온압출하는 전자파 차폐용 핸드폰 케이스 조성물을 공개하고 있다.

또한 등록특허 제 10-0531677 호에서는 핸드폰 케이스나 고급플라스틱제품의 사출성형품에 사용되는 것으로 폴리유산계 중합체 100중량부에 대하여 폴리카보네이트 10~50중량부를 혼합하고 콜로이달실리카 200~20000ppm을 혼합한 생분해성 수지조성물과 그 제조방법을 개시하고 있다.

또 다른 등록특허 제 10-0899642 호에서는 결정성 폴리락트산과 비결정성 폴리락트산으로 이루어진 폴리락트산 100중량부에 대하여 탈크, 유리섬유 및 탄소섬유에서 선택되는 강화제 10~40중량부와 사슬연장제 1~8중량부가 함유된, 휴대폰 케이스용 생분해성 수지 조성물을 개시하고 있다.

또한 공개특허 제 2010-0081790 호에서는 열가소성수지 70~97wt%와 니켈-아연계 등에서 선택되는 페라이트 3~30wt%를 포함하여 160~290℃의 온도에서 고온압출하는 휴대폰 케이스용 조성물을 개시하고 있고, 등록특허 제 10-0957625 호에서는 핸드폰 하드케이스를 포함해 가전제품 하드케이스 등을 제조하기 위한 것으로 수지 100중량부 당 500~1000메쉬의 옥입자 0.05~8.5중량부, 규불화염계 혼화제 0.001~1중량부를 혼합하고, 가열압축한 다음 1~15℃의 냉각기로 냉각하여 절단하는, 옥입자 함유 수지 조성물의 제조방법을 개시하고 있다.

상기와 같은 종래기술들은 통상적인 핸드폰 케이스 조성물 및 이를 이용한 핸드폰 케이스 제조방법들을 공개하고 있어서, 이들과는 달리 보다 경제적이고 친환경적인 핸드폰케이스를 제공하고자 본 발명자는 특허출원 제 2011-45539호에서 목분/고분자 합성목재를 이용한 핸드폰 케이스용 조성물을 개시한 바 있다. 그러나 상기 출원에서는 그 외의 기능에 대하여는 개시한 바가 없다.

또한, 통상적으로 사용되고 있는 핸드폰 케이스들은 주로 제품 사용자의 편의성 및 미적 측면만을 고려해 핸드폰의 내구성과 그립감, 미감 등을 보완하기 위한 목적으로 만들어져 왔다. 핸드폰 케이스가 이러한 종래의 목적 이외에 새로운 기능을 갖는다면 사용자의 만족도는 더욱 더 높아질 것이다. 따라서 현재 사회적 문제로 부각되고 있는 자외선의 유해성에 대응하여 이를 예방할 수 있도록 자외선 감지 기능을 새로이 부여한 핸드폰 케이스의 필요성이 있게 되었다. 이러한 것을 제공할 수 있게 되면 케이스로서의 기능과 더불어 사용자의 건강과 관련된 유용한 정보를 얻을 수 있는 새로운 기능을 함께 사용할 수 있다는 점에서 상당히 의미가 크다고 할 수 있다.

또한, 기존의 핸드폰 케이스 소재와는 차별화된 친환경소재인 WPC를 핸드폰 케이스에 적용함으로서 기존의 핸드폰 케이스 대비 제품생산시 발생하는 환경오염요인들을 상대적으로 많이 줄일 수 있어 친환경적이라는 점도 상당히 의미가 크다고 할 수 있다.

따라서 본 발명은, 자외선 감지 기능을 갖는 WPC 핸드폰 케이스를 제공하고자 친환경소재인 WPC에 자외선 감지 기능을 접목시킨 새로운 핸드폰 케이스용 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다. 현재 시중에서 판매되고 있는 대부분의 핸드폰 케이스들의 경우 폴리에스터, 실리콘 및 이크릴 수지 등의 플라스틱 소재를 사용해 제작되고 있으나 이들 소재 및 제품의 생산 공정은 다소 친환경적이지 않은 부분이 있다. 또한, 천연소재인 원목을 가공하여 제작된 원목 핸드폰 케이스의 경우 내구성이 좋지 않고 가격이 월등히 비싸다는 문제점을 갖고 있다. 따라서 친환경적이고 외관도 우수하며 경제성도 있는 핸드폰 케이스 신제품 개발의 필요성이 부각되고 있기에 이에 합당한 소재인 WPC를 사용하여 시제품을 개발하고 시장 적용 가능성을 확인해 볼 필요성이 있으며, 특히 자외선의 위험성이 대두되고 있는 현 시점에서 휴대가 용이한 핸드폰 케이스에 자외선 감지 기능을, 부가적인 특수 기능으로 접목시켜 활용할 수 있도록 한다면 WPC 핸드폰 케이스의 필요성 및 중요성이 더욱 더 커질 것이다.

본 발명에서는 목분/PE WPC 핸드폰 케이스가 자외선 감지 기능을 갖도록 하기 위하여 자외선 변색 염료를 첨가하였으며 목분/PE WPC의 물성을 증진시키기 위하여 커플링제를 첨가하여 그 목적을 달성하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여;

자외선 감지기능을 갖는 핸드폰 케이스용 목분/고분자수지 조성물로서,

고분자수지 40~95wt%, 목분 5~60wt%, 고분자수지 100중량부에 대하여 첨가제 1~5중량부 그리고 고분자수지 100중량부에 대하여 자외선 변색염료 0.1~10중량부를 포함하는 조성물을 제공한다.

상기에서 고분자수지는 PE, PP, PVC, PS, PMMA, PET, PLA 등의 열가소성 수지, 이들 열가소성 수지의 공중합체 및 블렌드 중에서 선택되는 1종이상을 사용할 수 있다.

또한, 상기에서의 목분은 원목, 폐목재 또는 자투리 목재 등을 사용할 수 있고 크기는 0.1~500㎛, 바람직하게는 50~200㎛인 것을 사용하며, 상기 첨가제는 커플링제, 가공조제 및 안정제 중에서 선택되는 1종이상을 사용할 수 있다.

본 발명에 의하면 WPC에 함유되는 다량의 목분은 폐목재나 원목 가공 시 발생하는 자투리 목재를 사용하여 얻을 수 있으므로 폐목재를 재활용할 수 있고 원목의 자투리 목재를 폐기할 때 발생하는 비용을 절약할 수 있어 친환경적이며 경제적이다. 또한, 이산화탄소의 급격한 증가로 인해 오존층이 파괴되면서 자외선에 대한 위험도가 증가하여 그에 대한 관심도 높아짐에 따라 이 모든 사항을 고려하여 WPC 핸드폰 케이스에 자외선 감지 기능을 부여한 제품을 제공할 수 있게 되어, 본 발명은 재활용된 목재를 사용하므로 환경친화적인 측면이 있을 뿐만 아니라 자외선 감지기능을 갖고 있으므로 사용자들의 건강 예방적 측면도 있기 때문에 사용자들의 다양한 요구를 동시에 만족시켜줄 수 있는 특징이 있으므로 현대사회에 꼭 필요한 제품을 제공할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 조성물을 이용해 핸드폰 케이스를 사출공정기법을 이용하여, 압출공정기법으로 주로 생산되었던 WPC의 적용범위를 확대하였으며 목분의 장점인 나무의 느낌을 살릴 수 있고 PE를 첨가함으로써 목분의 노화 및 흡습에 의한 변형을 줄일 수 있다. 또한 원목으로 만든 제품보다 내구성 및 물성이 우수하며 경제적이다. 본 발명에 의한 목분/PE WPC 핸드폰 케이스는 기존에 출시되고 있는 제품들과는 달리 자외선 감지 기능까지 갖고 있으므로 상당한 경쟁력을 가질 수 있을 것이다.

도 1은 핸드폰 케이스 소재로 적합한 최적의 WPC 레시피를 구하기 위하여 수행한, 목분과 PE의 함량에 따른 목분/PE WPC의 물성 테스트 그래프
도 2는 자외선 감지 기능을 갖도록 목분/PE WPC에 자외선 변색 염료를 첨가하여 사출성형기법을 이용하여 제작한 WPC 핸드폰 케이스에 자외선을 조사하기 전과 조사한 후의 색변화를 비교한 사진

이하에서는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

하기의 실시예는 본 발명의 실시를 돕기 위한 설명이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.

먼저 첨부도면에서 도 1은 핸드폰 케이스 소재로 적합한 최적의 WPC 레시피를 구하기 위하여 수행한, 목분과 PE의 함량에 따른 목분/PE WPC의 물성 테스트 그래프이다.

상기 그래프는 바람직한 실시예에 따라 커플링제의 함량을 3phr(parts per hundreds of PE)로 고정하고 PE의 함량을 70~50wt%, 목분의 함량을 30~50wt%로 변화시켜 각각 제조한 목분/PE WPC에 대해 굴곡탄성률, 굴곡강도 및 충격강도를 측정한 결과로서 목분의 함량이 45wt%일 경우 가장 우수한 물성을 나타냄을 알 수 있다.

핸드폰 케이스 소재용 WPC의 충전제(filler)로 사용되는 목분은 소프트우드(soft wood) 및 하드 우드(hard wood)를 모두 포함하며 주로 폐목재 및 원목의 가공과정에서의 버려지는 자투리 원목을 재활용하여 사용할 수 있다. 원목을 그대로 사용하여 목분을 만들 수도 있으나 이는 비경제적이고 친환경적이지 못하다. 목분의 크기는 0.1~500㎛인 것을 사용할 수 있으나 50~200㎛인 것을 사용하는 것이 WPC의 물성 및 가공성, 외관 측면에서 바람직하다. 본 발명에서 목분의 함량은 5~60wt%가 바람직한데 5wt% 이하에서는 외관이 목재의 느낌을 충분히 나타내지 못하며 60wt% 이상에서는 성형 가공이 어려워 양질의 제품을 만들기 어렵기 때문이다.

핸드폰 케이스 소재용 WPC의 고분자는 PE, PP, PVC, PS, PMMA, PET, PLA 등의 열가소성 수지 또는 이들 열가소성 수지의 공중합체 및 블렌드 중에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.

핸드폰 케이스 소재용 목분/고분자 복합재료(WPC)는 목분 및 열가소성 수지를 주재로 하나 물성 및 가공성 개선을 위하여 커플링제, 가공조제, 안정제 등의 첨가제 중에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 이들 첨가제의 함량은 1~5phr로 하는 것이 바람직한데 5phr 이상에서는 과량으로 첨가되어 오히려 물성에 악영향을 줄 수 있을 뿐만 아니라 첨가제의 가격이 비싸 비경제적이기 때문이다.

도 2는 자외선 감지 기능을 갖도록 목분/PE WPC에 자외선 변색 염료를 첨가하여 사출성형기법을 이용하여 제작한 WPC 핸드폰 케이스에 자외선을 조사하기 전과 조사한 후의 색변화를 비교한 사진이다. 목분과 PE, 두가지 원재료의 함량만을 합하여 100wt%로 기준을 잡아, PE 55wt%, 목분 45wt% 혼합물에 커플링제 3phr 및 자외선 변색 염료 1.25phr을 첨가하여 목분/PE WPC 컴파운드를 제조하고 이를 사용하여 자외선 감지 기능을 갖는 목분/PE WPC 핸드폰 케이스를 제작하였다.

WPC 핸드폰 케이스의 자외선 감지 기능은 자외선 변색 염료를 WPC에 첨가하여 핸드폰 케이스를 제작함으로써 달성되는데, 자외선 변색 염료라 함은 자외선 조사 전에는 거의 무색이지만 조사 후에는 각각 빨강, 파랑, 노랑, 자주 등으로 색이 변하는 화합물로서 선택하여 사용할 수 있는 것들이 다양하게 있으나 WPC에 적용 시 가장 변색 정도가 큰 것을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 자외선 변색 염료의 함량은 0.1~10 phr로 하는 것이 바람직한데 0.1phr 이하에서는 변색이 미미하여 자외선 변색 기능을 충분히 발현하기 어렵고 10phr 이상에서는 과량으로 첨가되어 오히려 물성에 악영향을 줄 수 있을 뿐만 아니라 자외선 변색 염료의 가격이 비싸 비경제적이기 때문이다.

도 2의 사진을 보면 WPC 핸드폰 케이스를 태양광에 노출하기 전과 노출한 후의 색변화가 뚜렷하게 나타남을 알 수 있으며 이를 통해 자외선 감지 기능이라는 특수 기능이 새로이 부여된 WPC 핸드폰 케이스의 개발이 가능함을 알 수 있다. 또한, 사진으로부터 친환경성과 기능성, 미감을 모두 갖춘 핸드폰 케이스임을 확인할 수 있다.

[실시예]

목분/PE WPC 컴파운드의 제조를 위하여 폴리에틸렌 수지는(주)SK 에너지의 JK-910(MFI=20g/min, 밀도=0.961g/㎤)을 사용하였고, 목분은 G.Biotech사의 Maple-8010(입자크기=177㎛)을 105℃의 진공오븐에서 24시간 동안 수분을 제거한 후 사용하였으며, 커플링제는 Du Pont사의 maleic anhydride grafted high density polyethylene (MAPE, MB100D, MFI=2g/10min, 밀도=0.96g/㎤)를 3phr, 자외선 변색 염료로는 자외선 조사 전에는 거의 무색을 띠지만 자외선 조사 후에는 빨간색으로 변하는 자외선 변색 염료인 NANO I&C 사의 D-shine photo chromic dye, Red를 1.25phr 사용하였다.

먼저 핸드폰 케이스 소재로 적합한 최적의 WPC 레시피를 구하기 위하여 목분과 PE의 함량에 따른 목분/PE WPC의 물성 테스트를 수행하였다. 커플링제의 함량을 3phr(parts per hundreds of PE)로 고정하고, 목분과 PE, 두가지 원재료의 함량만을 합하여 100wt%로 기준을 잡아, PE의 함량을 70~50wt%, 목분의 함량을 30~50wt%로 변화시켜 각각 제조한 목분/PE WPC에 대해 굴곡탄성률, 굴곡강도 및 충격강도를 측정한 결과 도 1의 그래프에서도 알 수 있듯이 목분의 함량이 45wt%일 경우 가장 우수한 물성을 얻었다.

따라서 목분과 PE, 두가지 원재료의 함량만을 합하여 100wt%로 기준을 잡아, PE 55wt%, 목분 45wt% 혼합물에 커플링제 3phr 및 자외선 변색 염료 1.25phr을 첨가한 후 모두 혼합하여 드라이 블렌딩을 하고 인터널 믹서(Haake PolyDrive Rheomix R 600 mixer equipped with a roller blades rotor) 안으로 투입한 후 150℃, 60rpm의 용융블렌딩 조건에서 용융물의 혼합에 걸리는 토크가 안정화 될 때까지 충분히 용융혼합하여 목분/PE WPC 컴파운드 용융혼합물을 제조하였다. 이 용융혼합물을 인터널 믹서기로부터 꺼내어 핸드폰 케이스 금형을 이용하여 압축성형(compression molding)에 의해 WPC 핸드폰 케이스 시제품을 제작하였다. WPC 핸드폰 케이스 시제품을 태양광에 노출하기 전과 후의 사진을 도 2에 비교하여 나타내었다. 태양광에 노출하면 색변화가 뚜렷이 나타나고 다시 태양광을 차단하면 본래의 색으로 복원됨을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 열가소성 수지인 PE, PP, PVC, PS, PMMA, PET, PLA, 이들 열가소성 수지의 공중합체 및 블렌드 중에서 선택되는 1종 이상인 고분자수지 50~70wt%, 105℃의 진공오븐에서 24시간동안 수분제거한 목분 30~50wt%, 상기 고분자수지 100중량부에 대하여 첨가제 3중량부, 그리고 상기 고분자수지 100중량부에 대하여 자외선조사 후 빨강, 파랑, 노랑, 자주색 중 하나로 변하는 자외선 변색염료 1.25중량부를 첨가하여 인터널믹서에서 150℃, 60rpm의 용융블랜딩 조건에서 용융물의 혼합에 걸리는 토크가 안정화될 때까지 용융혼합하는, 자외선 감지기능을 갖는 핸드폰 케이스용인 목분과 고분자의 수지 조성물로서, 상기 첨가제는 커플링제, 가공조제 및 안정제 중에서 선택되는 1종 이상이고, 상기 목분은 원목, 폐목재 및 자투리목재 중에서 선택되는 1종 이상이고, 입도는 50~200㎛임을 특징으로 하는, 자외선 감지기능을 갖는 핸드폰 케이스용인 목분과 고분자인 수지 조성물
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