KR101878691B1 - 필기, 그림 및/또는 페인팅 디바이스용 리필재, 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

필기, 그림 및/또는 페인팅 디바이스용 리필재, 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 결합제, 적어도 하나의 왁스, 적어도 하나의 착색제, 및 적어도 하나의 충전제를 포함하는, 필기, 그림 및/또는 페인팅 디바이스, 특히 연필 또는 색연필용 폴리머-결합된 리필재에 관한 것이다. 본 발명은 리필재가 결합제로서 폴리락타이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

필기, 그림 및/또는 페인팅 디바이스용 리필재, 및 이를 제조하는 방법{REFILL FOR WRITING, DRAWING AND/OR PAINTING DEVICES AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 폴리머 결합제를 기반으로 한, 필기, 그림 및/또는 페인팅 디바이스/도구용 리필재(refill), 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
필기, 그림 및/또는 페인팅을 위한 미정제 오일로부터 유도된 폴리머를 기반으로 한 폴리머 리필재는 대체적으로 알려져 있다.
용어 "필기, 그림 및/또는 페인팅용 유색 또는 흑연-기반 폴리머-결합된 리필재"는 한편으로, 용이하게 뾰족하게 깍여질 수 있는 목재 또는 다른 물질에 견고하게 고정된 리필재, 및 다른 한편으로 단단한 피복(rigid sheath)에 대체 가능하게 마운팅된 리필재를 의미하는 것으로 이해될 것이다. 이와 관련한 예에는 나무 연필, 및 개폐식 연필(retractable pencil) 또는 드롭-작용 연필(drop-action pencil)로서 알려진 것을 위한 리필재가 있다. 이러한 경우에, 리필재는 대개 대략 0.3 mm 내지 6 mm 범위의 외부 직경을 갖는다.
이에 따라, 예를 들어, 폴리머-결합된 유색 및 흑연 리필재는 WO 2010/006742 A1호로부터 알려져 있다. 이러한 타입의 리필재는 폴리머 결합제, 왁스, 팜유 및 충전제를 함유한다.
이러한 타입의 리필재가 갖는 단점은 대부분의 폴리머 리필재가 미정제 오일 제품으로부터 형성되고 이에 따라 미정제 오일의 가격 및 입수가능성(availability)에 직접적으로 의존적이라는 것이다. 또한, 미정제 오일로부터 유도된 폴리머로부터 형성된 리필재가 천연에서 입수 가능한 재생 가능하지 않은 자원을 소비한다는 사실은 단점인 것으로 인지된다. 이에 따라, 재생 가능한 원료 물질을 기반으로 한 폴리머로부터의 연필의 생태학적 제조는 가능하지 않다.
또한, 폴리머-결합된 유색 및 흑연 리필재는 US 2988784 A호로부터 알려져 있다. 이러한 타입의 리필재는 셀룰로오스 에스테르, 특히 셀룰로오스 아세테이트, 왁스 및 충전제를 기반으로 한 폴리머 결합제를 함유한다. 그러한 타입의 리필재가 갖는 단점은 리필재가 천연 원료 물질로부터 구성되고 이에 따라 완전히 생분해성이지만, 이러한 것이 주로 천연 발생 원료 물질인 목재로 제조된다는 것이다. 목재에 대한 높은 수요로 인하여, 이는 고품질의 목재를 얻기가 점점 더 어렵게 되고 더욱 비싸지게 된다. 또한, 천연 목재의 이용률을 감소시키는 것은, 셀룰로오스 에스테르로 연필을 생산하는 것이 고도로 요망됨을 의미한다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 상술된 단점을 해결하고, 미정제 오일에 의존적이지 않게 형성될 수 있지만, 리필재의 뾰쪽하게 깍는 것, 색깔, 강도, 커버리지(coverage) 및 지워지는 능력(erasability)의 주요 성질들을 악화시키지 않으면서 순전히 재생 가능하고 분해 가능한 결합제/폴리머로부터 형성되는 필기, 그림 및/또는 페인팅용 리필재를 제공하기 위한 것이다.
본 목적은 미정제 오일-기반 폴리머를 폴리락타이드로 치환함으로써 달성된다. 이에 따라, 적어도 하나의 결합제, 적어도 하나의 왁스, 적어도 하나의 착색제 및 적어도 하나의 충전제를 포함하는 필기, 그림 및/또는 페인팅 도구, 특히 연필 또는 색연필용 폴리머-결합된 리필재로서, 리필재가 결합제로서 폴리락타이드를 포함하는, 폴리머-결합된 리필재가 제공된다.
폴리락트산 또는 PLA는 폴리락타이드에 대한 동의어이다. 흔히 사용되는 약어 PLA는 용어 "폴리락트산(polylactic acid)"로부터 유래한 것이다.
놀랍게도, 미정제 오일-의존적 폴리머를 폴리락타이드로 대체시킴으로써, 리필재의 성질, 예를 들어, 뾰족하게 까여질 수 있는 것, 색깔, 강도, 커버리지 및 지워지는 능력이 악화되지 않으며, 이의 제조가 미정제 오일에 대해 독립적이라는 것을 나타내었다. 이러한 방식으로, 리필재의 제조비용은 더 이상 미정제 오일의 가격 및 입수 가능성에 의존적이지 않다. 또한, 이러한 방식으로 제조된 리필재는 더욱 빠르게 분해하고 이의 제조는 천연 발생하는 재생 가능하지 않은 자원의 소비를 절약한다.
리필재 조성물 중 폴리락타이드의 비율은 10 내지 60 중량%의 범위, 바람직하게 10 중량% 내지 40 중량%의 범위, 및 특히 바람직하게 10 내지 25 중량%의 범위이다.
하기 성분들을 포함하는 폴리머-결합된 리필재는 유리한 것으로 나타났다:
10 중량% 내지 60 중량% 폴리락타이드
2 중량% 내지 25 중량% 왁스
15 중량% 내지 70 중량% 충전제
0 내지 5 중량% 팜유
0 내지 30 중량% 착색제
유리하게, 적어도 하나의 왁스는 지방산, 스테아레이트, 몬탄 왁스, 아미드 왁스 및 파라핀 왁스를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 왁스이다. 둘 이상의 왁스들의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
특히 바람직하게, 적어도 하나의 왁스는 칼슘 스테아레이트 및/또는 에틸렌-비스-스테아라미드(EBS)이다.
매우 양호한 결과는 에틸렌-비스-스테아라미드(EBS)가 사용될 때 유색 리필재에서 얻어졌다. 심 연필 리필재에서 칼슘 스테아레이트를 사용하는 경우에는 매우 양호한 결과를 나타낸다.
유리하게, 적어도 하나의 충전제는 흑연, 육방정 질화붕소, 필로실리케이트, 초크, 버라이트, 유색 안료 및/또는 비-유색 안료를 포함하는 군으로부터의 적어도 하나의 충전제이다.
바람직하게, 연필 심 리필재에 대하여, 흑연 또는 카본 블랙과 조합한 흑연이 유색화 충전제로서 사용된다. 색연필 리필재에 대하여, 백색 또는 비-유색화된 충전제, 예를 들어, 육방정 질화붕소, 필로실리케이트, 등과 유색화 안료, 예를 들어, 아조 안료, 프탈로시아닌, 디옥사진, 퀴나크리돈, 철 옥사이드, 카본 블랙, 흑연, 울트라마린(ultramarine), 철-시아노 착물의 조합이 유리한 것으로 입증되었다.
연필 심 리필재에 대한 바람직한 조성물은 하기를 포함한다:
10 중량% 내지 60 중량% 폴리락타이드
2 중량% 내지 25 중량% 왁스
0 내지 5 중량% 팜유
잔부 흑연
특히, 연필 리필재는 하기를 포함한다:
10 중량% 내지 25 중량% 폴리락타이드
5 중량% 내지 15 중량% 왁스
0.1 중량% 내지 2.5 중량% 팜유
잔부 흑연
연필 심 리필재에 대한 예시적인 포뮬레이션은 하기를 포함한다:
폴리락타이드 20 중량%
칼슘 스테아레이트 9 중량%
팜유 1 중량%
흑연 잔부
연필 심 리필재를 위한 다른 예시적인 포뮬레이션은 하기 조성을 가질 수 있다:
폴리락타이드 38 중량%
칼슘 스테아레이트 7 중량%
에틸렌-비스-스테아라미드 5 중량%
팜유 1 중량%
흑연 잔부
실시예에서 나열된 흑연은 연필 심 리필재를 위한 착색제로서 작용할 수 있다. 그러나, 유사하게, 흑연과 카본 블랙의 조합이 또한 사용될 수 있다.
색연필 리필재를 위한 조성물은 하기를 포함한다:
10 중량% 내지 60 중량% 폴리락타이드
2 중량% 내지 25 중량% 왁스
1 중량% 내지 30 중량% 착색제
잔부 흑연
특히, 색연필 리필재는 하기를 포함한다:
10 중량% 내지 25 중량% 폴리락타이드
10 중량% 내지 20 중량% 왁스
2 중량% 내지 20 중량% 착색제
잔부 흑연
색연필 리필재를 위한 예시적인 포뮬레이션은 하기를 포함한다:
폴리락타이드 15 중량%
에틸렌-비스-스테아라미드 13 중량%
안료 7 중량%
충전제 65 중량%
유색 및/또는 비-유색 안료는 유색 리필재에서 착색제로서 사용될 수 있다. 이러한 타입의 안료의 예에는 아조 안료, 프탈로시아닌, 디옥사진, 퀴나크리돈, 철 옥사이드, 카본 블랙, 흑연, 울트라마린 및 철-시아노 착물이 있다.
압출 방법은 본 발명에 따른 폴리머-결합된 리필재의 제조를 위한 유리한 방법을 구성하는 것으로 나타낸다.
특히, 본 발명에 따른 리필재는 하기 단계를 수행함으로써 제조된다:
- 리필재 과립을 형성시키기 위해 리필재의 포뮬레이션을 위한 모든 구성성분들을 혼합하고 과립화하는 단계,
- 연속 리필재 로드를 형성시키기 위해 적합한 다이를 통한 압출기에서 120℃ 내지 200℃ 범위의 온도에서 리필재 과립을 압출시키는 단계,
- 연속 리필재 로드를 냉각시키고 고형화시키는 단계, 및
- 연속 리필재 로드를 최종 길이로, 특히 연필 심의 요구되는 길이로 절단하는 단계.
압출 헤드에 따라, 리필재의 단면은 임의의 형태, 즉 둥근 형태, 사각형 형태, 또는 이들의 조합을 가질 수 있다. 또한, 다중-성분 리필재를 결합하기 위하여 하나의 압출 헤드에서 다양한 리필재 포뮬레이션의 다중 공-압출을 수행하는 것을 가능하게 한다.
또한, 적합한 공-압출 방법은 완전 연필 심을 형성하도록 다른 폴리머-결합된 물질로 리필재 과립을 압출하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 하나 이상의 결합제, 하나 이상의 왁스, 하나 이상의 착색제, 및 하나 이상의 충전제를 포함하는, 필기, 그림 또는 페인팅 도구용 폴리머-결합된 리필재(polymer-bonded refill)로서, 리필재(refill)가 결합제로서 폴리락타이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 리필재.
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 결합제가 10 내지 60 중량%의 폴리락타이드에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 리필재.
  3. 하나 이상의 결합제, 하나 이상의 왁스, 및 하나 이상의 충전제를 포함하되, 선택적으로 하나 이상의 착색제 및 팜유를 더 포함하는, 필기, 그림 또는 페인팅 도구용 폴리머-결합된 리필재(polymer-bonded refill)로서, 리필재(refill)가 결합제로서 폴리락타이드를 포함하고, 리필재(refill)가 하기 성분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 리필재:
    10 중량% 내지 60 중량% 폴리락타이드
    2 중량% 내지 25 중량% 왁스
    15 중량% 내지 70 중량% 충전제
    0 내지 5 중량% 팜유
    0 내지 30 중량% 착색제.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 왁스가 지방산, 스테아레이트, 몬탄 왁스, 아미드 왁스 및 파라핀 왁스를 포함하는 군에서의 하나 이상의 왁스로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 리필재.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 왁스가 에틸렌-비스-스테아라미드(EBS) 및 칼슘 스테아레이트 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 리필재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 충전제가 흑연, 육방정 질화붕소, 필로실리케이트, 초크(chalk) 및 버라이트(barite)를 포함하는 군으로부터의 하나 이상의 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는 리필재.
  7. 하기 성분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연필 심 리필재(pencil lead refill):
    결합제로서 10 중량% 내지 60 중량%의 폴리락타이드
    2 중량% 내지 25 중량%의 왁스
    0 내지 5 중량%의 팜유
    충전제이자 착색제로서 잔부의 흑연.
  8. 제7항에 있어서, 하기 성분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 연필 심 리필재:
    15 중량% 내지 25 중량% 폴리락타이드
    5 중량% 내지 15 중량% 왁스
    0.1 중량% 내지 2.5 중량% 팜유
    잔부 흑연.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 리필재가 색연필 리필재이고, 하기 성분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 리필재:
    10 중량% 내지 60 중량% 폴리락타이드
    2 중량% 내지 25 중량% 왁스
    1 중량% 내지 30 중량% 착색제
    잔부 흑연.
  10. 제9항에 있어서, 리필재가 색연필 리필재이고, 하기 성분들을 포함하는 것을 특징으로 하는 리필재:
    10 중량% 내지 25 중량% 폴리락타이드
    10 중량% 내지 20 중량% 왁스
    2 중량% 내지 20 중량% 착색제
    잔부 흑연
  11. 리필재를 압출에 의해 형성시키는 것을 특징으로 하는, 제1항 또는 제2항에 따른 폴리머-결합된 리필재를 제조하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 하나 이상의 결합제가 10 내지 40 중량%의 폴리락타이드에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 리필재.
  13. 제1항에 있어서, 하나 이상의 결합제가 10 내지 25 중량%의 폴리락타이드에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 리필재.
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