KR102137964B1

KR102137964B1 - 색변환 학습 교구 세트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102137964B1
Application number: KR1020190173861A
Authority: KR
Inventors: 홍은지
Original assignee: 홍은지
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2020-07-27

Abstract

본 발명은 색변환 학습 교구 세트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소정 크기를 갖는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low density polyethylene) 필름; 상기 저밀도 폴리에틸렌 필름 상에 소정 색상과 형태로 이미지가 인쇄되는 인쇄층; 상기 인쇄층 상에 도포되어 상기 인쇄층을 코팅하는 투명 코팅층; 상기 투명 코팅층 상에 도포된 수변잉크층;을 포함하고, 상기 수변잉크층은 희토류 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트에 관한 것이다.

Description

색변환 학습 교구 세트 및 그 제조방법{Color conversion teaching tools set and manufacturing method thereof}

본 발명은 색변환 학습 교구 세트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명코팅층과 수변 잉크층의 접착력을 개선하고, 수변 잉크의 상분리 현상을 개선한 색변환 학습 교구 세트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

어린이들이 문자, 숫자 또는 그림 등을 학습함에 있어 흥미를 갖고 두뇌 계발을 할 수 있는 다양한 교습구 및 학습용 교구들이 개발되어 왔다. 이 중, 책의 내용에 스티커를 일부 보조적으로 부착한 형태가 이용되고 있으나, 스티커를 단순히 떼었다 붙였다 하는 것에 한정되어 학습의 지속성에 대한 효율성이 떨어지는 문제가 있었다. 따라서, 어린이들에게 학습에 대한 흥미 유발을 높이고, 지속성 있는 학습용 교구에 대한 개선 및 보완이 요구되고 있는 실정이다.

한편, 종래기술로서 등록특허 제10-0697964호는 수변색성 직물 시트와 그것을 사용하는 완구 세트 및 수변색체용 필기구에 관한 것으로, 수변색성 직물 시트는 지지체와, 이 지지체의 표면위에 제공되고 미세한 규산 입자가 분산 상태로 고정되는 바인더 수지로 형성되는 다공성 층을 포함하고, 물 흡수 상태와 물이 흡수되지 않은 상태 사이에서 서로 다른 투명성을 나타낼 수 있는 기술을 개시하고 있다.

그러나, 상기 기술의 경우 규산 입자로 된 다공성 층의 벗겨짐 현상이 발생되는 문제가 있고, 또한 규산 입자의 분산성이 좋지 않아 저장 안정성이 시간 경과적으로 저하된다는 문제가 있었다.

이에 본 발명자는 희토류 산화물을 이용한 수변 잉크를 연구하던 중 희토류 산화물 및 규산 입자를 활용하여 수변 잉크층의 접착력 및 상분리 현상을 개선할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

대한민국 등록특허 제10-0697964호 (2007.03.15)

따라서 본 발명의 목적은 투명코팅층과 수변 잉크층의 접착력을 개선한 색변환 학습 교구 세트 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

또한 , 본 발명의 다른 목적은 수변 잉크의 상분리 현상을 개선함으써 수변 잉크의 저장 안정성이 향상되고 품질 안정성 및 제조 생산성이 향상된 색변환 학습 교구 세트의 제조방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소정 크기를 갖는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low density polyethylene) 필름; 상기 저밀도 폴리에틸렌 필름 상에 소정 색상과 형태로 이미지가 인쇄되는 인쇄층; 상기 인쇄층 상에 도포되어 상기 인쇄층을 코팅하는 투명 코팅층; 상기 투명 코팅층 상에 도포된 수변잉크층;을 포함하고, 상기 수변잉크층은 희토류 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트를 제공한다.

또한, 본 발명은 소정 크기를 갖는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low density polyethylene) 필름을 준비하는 단계; 상기 저밀도 폴리에틸렌 필름 상에 소정 색상과 형태로 이미지가 인쇄되는 인쇄층을 형성하는 단계; 상기 인쇄층 상에 투명 코팅층을 도포하는 단계; 상기 투명 코팅층 상에 수변잉크층을 도포하는 단계;를 포함하고, 상기 수변잉크층은 희토류 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 투명코팅층과 수변 잉크층의 접착력이 우수하여 수변 잉크층에 반복되는 물 흡입 및 건조에서도 수변 잉크층이 벗겨지지 않는 장점이 있다.

또한, 수변 잉크의 상분리 현상이 개선되어 수변 잉크의 저장 안정성이 향상됨에 따라 학습 교구의 품질 안정성 및 제조 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 색변환 학습 교구의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 색변환 학습 교구 세트의 수변 잉크층이 인쇄된 사진이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 소정 크기를 갖는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low density polyethylene) 필름(10); 상기 저밀도 폴리에틸렌 필름(10) 상에 소정 색상과 형태로 이미지가 인쇄되는 인쇄층(20); 상기 인쇄층(20) 상에 도포되어 상기 인쇄층(20)을 코팅하는 투명 코팅층(30); 상기 투명 코팅층(30) 상에 도포된 수변잉크층(40);을 포함하고, 상기 수변잉크층(40)은 희토류 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트를 제공한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 색변환 학습 교구 세트는 물을 주입할 수 있는 수단을 사용하여 상기 수변 잉크층 상에 물을 묻히면 수변 잉크층 중 물기가 묻은 부분은 투명하게 변하여 인쇄층(20)의 색상이 투명하게 변한 부위를 통하여 투영되고, 물기가 묻지 않은 부분은 변화 없이 백색을 유지하게 된다. 그리고, 수변 잉크층 상에 물기가 건조되면 투명하게 변한 부분들은 원래의 백색으로 복원되어 수변 잉크층 상의 글씨나 그림은 사라지게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 색변환 학습 교구 세트는 저밀도 폴리에틸렌을 벽면에 부착하여 어린이들의 호기심을 유발시켜 학습효율을 향상시킬 수 있다.

상기 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low density polyethylene)은 지지체로서 사용된다. 일반적으로 저밀도 폴리에틸렌은 에틸렌으로 만든 합성수지로 가지가 많고 결정성이 낮은 물질로서, 소량의 산소와 과산화물이 에틸렌이 되고 고압에서 중합하는 방법으로 만들어진다. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)의 특징은 내수성, 절연성, 내한성, 투명도가 좋아서 전기피복이나 포장재료, 필름 등의 다양한 용도로 사용되고 있다.

인쇄층(20)은 상기 저밀도 폴리에틸렌 필름(10) 상에 소정 색상과 형태로 이미지가 인쇄된다. 상기 인쇄층(20)에는 유아나 어린이들의 학습에 적합한 이미지나 문자 등이 인쇄된다. 이미지는 학습에 필요한 문자나 문양, 만화 캐릭터와 같이 학습에 흥미 유발할 수 있는 그림 등을 포함한다. 이때, 이미지나 문자는 4원색의 C M Y K 잉크를 통해 인쇄됨이 바람직하다. 상기 C M Y K는 탁상 출판(DTP)을 포함한 다양한 인쇄 시스템에서 사용되는 색 표시 모델의 하나로, 사이안(Cyan)-마젠타(Magenta)-황색(Yellow)-흑색(Black) 모델을 말한다.

투명 코팅층(30)은 이미지가 인쇄된 상기 인쇄층(20) 상에 도포되어 상기 인쇄층(20)을 코팅한다. 투명코팅층은 물 흡수로 인하여 인쇄층(20)에 인쇄된 이미지나 문자의 훼손등을 방지하는 역할을 한다. 투명잉크층은 예컨대, 톨루엔과 MEK(METHYL ETHYL KETONE) 혼합액(4:6) 80~90%에 합성수지 고형분 10~20%를 녹여서 제조할 수도 있고, 라미네이팅과 같은 필름 형식으로 인쇄층(20) 상부에 코팅이 이루질 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

수변잉크(Hydrochromic ink)층은 투명코팅층 위에 도포되어 인쇄층(20)에 인쇄된 이미지를 은폐시키는 역할을 한다. 즉, 수변잉크는 물이 닿기 전에는 흰색을 띄다가 물이 닿으면 투명하게 변하여 인쇄층(20)의 색상이 투영될 수 있도록 하는 잉크이다. 이때, 수변 잉크의 색상은 흰색인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

수변잉크층(40)은 규산 입자 및 희토류 산화물을 포함한다. 바람직하게는, 상기 희토류 산화물은 네오디뮴 산화물(Nd₂O₃)일 수 있다. 이때, 상기 규산 입자 및 희토류 산화물은 중량비가 3:1인 것을 특징으로 한다.

수변잉크층(40)에 물을 접촉시키기 위한 수단으로 잉크 대신 물이 충전되어 있는 물펜, 모가 있는 붓이나 롤러 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 색변환 학습 교구 세트에 있어서, 상기 색변환 학습 교구 세트는 상기 수변잉크층(40)의 소정 부위에 물기가 묻어 색변환되었을 때 상기 색변환된 부위에 탈부착 가능한 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 폼 재질의 완구를 더 포함할 수 있다.

EVA(Ethylene Vinyl Acetate)는 에틸렌초산비닐 공중합체로서 에틸렌과 초산 비닐 모노머를 공중합시켜 얻어지는 중합체이다. 내충격성, 내스트레스 크랙킹성이 우수하여 중포장재, 라미네이트 필름의 접착제 등에 이용된다. 그리고, EVA 폼은 EVA 수지와 통상적인 폼 배합용 가교제, 발포제 및 첨가제를 혼합하여 제조한다. 본 발명에서 사용하는 EVA 수지는 바람직하게는 Vinyl Acetate(VA) 함량이 15 내지 30 중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한, 소정 크기를 갖는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low density polyethylene) 필름을 준비하는 단계; 상기 저밀도 폴리에틸렌 필름(10) 상에 소정 색상과 형태로 이미지가 인쇄되는 인쇄층(20)을 형성하는 단계; 상기 인쇄층(20) 상에 투명 코팅층(30)을 도포하는 단계; 상기 투명 코팅층(30) 상에 수변잉크층(40)을 도포하는 단계;를 포함하고, 상기 수변잉크층(40)은 희토류 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트의 제조방법을 제공한다.

상기 수변잉크층(40)은 규산 입자 및 및 희토류 산화물을 포함하고, 상기 규산 입자 및 희토류 산화물은 중량비가 3:1인 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

< 실시예 1>

40cm × 40cm 크기를 갖는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low density polyethylene) 필름이 지지체로 사용된다. 상기 저밀도 폴리에틸렌 필름(10) 상에 소정 색상과 형태로 옵셋 인쇄에 의해 동물 그림을 인쇄하여 인쇄층(20)을 형성하였다. 이후 상기 인쇄층(20) 상에 톨루엔과 MEK(METHYL ETHYL KETONE) 혼합액(4:6) 80~90%에 합성수지 고형분 10~20%를 녹여서 인쇄층(20)의 상단에 도포하여 투명 코팅층(30)을 코팅하였다.

그 다음, 상기 투명 코팅층(30) 상에 습식 공정의 미세 규산 분말(니폰 실리카 인더스트리얼캄파니 리미티드에서 판매하고 있는 상품명이 NIPSIL E-200) 15 중량부와, Nd₂O₃희토류 산화물 5 중량부, 고형분 함량 50중량%의 폴리우레탄 수지 에멀젼 30 중량부, 물 50 중량부, 실리콘형 안티-포밍제의 0.5 중량부, 에틸렌 글리콜의 1 중량부 및 블록 이소시아네이트형 가교 결합제의 3 중량부를 균일하게 혼합하고 교반하여서 제조된 수변 잉크를 80메시 스크린판을 사용하여 도포함으로써 수변잉크층(40)을 제조하였다(도 2 참조).

저밀도 폴리에틸렌필름상에 형성된 수변 잉크층은 흰색의 색상을 나타내었고, 물이 닿으면 인쇄층(20)의 색상 이미지가 나타났다. EVA 폼 재질의 학습 교구재를 동일한 형태를 가지는 색상 이미지 상부에 부착시켜 어린이용 학습 교구로 사용하였다.

< 비교예>

실시예와 동일하게 제조하되, 실시예의 수변 잉크 제조시 Nd₂O₃희토류 산화물 대신 Ho₂O₃희토류 산화물(비교예 1), Pr₂O₃희토류 산화물(비교예 2)을 각각 동일 중량부 사용하여 비교예 1 및 비교예 2의 색변환 학습 교구를 제조하였다.

또한, 실시예와 동일하게 제조하되, 실시예의 수변 잉크 제조시 Nd₂O₃희토류 산화물 5 중량부에 대하여 습식 공정의 미세 규산 분말을 각각 5 중량부(비교예 3), 25 중량부(비교예 4)를 사용하여 비교예 3 및 비교예 4의 색변환 학습 교구를 제조하였다.

또한, 실시예와 동일하게 제조하되, 실시예의 수변 잉크 제조시 미세 규산 분말만을 제외한 경우(비교예 5), Nd₂O₃희토류 산화물만을 제외한 경우(비교예 6)를사용하여 비교예 5 및 비교예 6의 색변환 학습 교구를 제조하였다.

< 실험예>

실험예 1 : 접착력(180도 박리 강도)

실시예 및 비교예 1 내지 6에 대해 180도 박리 강도(접착력)를 평가했다. 구체적으로는, 각각을 폭 25mm, 길이 100mm의 크기로 절단한 측정 샘플에 대해, 23℃, 50% RH의 환경 하에서 상기 측정 샘플의 표면을 스테인레스 강판(SUS304BA판)의 표면에 2kg의 롤러를 1 왕복시켜 압착했다. 이것을 24 시간 방치한 후 만능 인장 압축 시험기를 사용하여 인장 속도 300mm/분, 박리 각도 180도의 조건에서 박리 강도(N/25mm)를 측정했다.

구분	실시예	비교예1	비교예2	비교예3	비교예 4	비교예5	비교예6
24시간 경과후 접착력(N/25mm)	25.4	8.2	7.4	9.4	10.7	8.1	7.3
수변잉크층 상면에 물 처리 후 벗겨짐 유무	없음	벗겨짐	벗겨짐	벗겨짐	벗겨짐	벗겨짐	벗겨짐

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예의 경우 24시간 경과 후 접착력이 비교예 1 내지 6에 비하여 가장 우수한 것으로 확인되었다. 특히 미세 규산 분말을 사용한 비교예 5에 비하여 실시예의 경우 접착력이 현저하게 개선되었을 뿐만 아니라 수변잉크층(40) 상면에 물 처리후 벗겨지는 현상도 제거되었다.

실험예 2: 수변 잉크액의 저장 안정성

실시예 및 비교예 1 내지 6의 수변 잉크액에 대해 23℃ 에서 1 개월 저장한 후에 수변 잉크액이 상분리가 일어나고 있는지 여부를 육안으로 평가하였다. 완전 상분리란, 수변 잉크액 성분이 2 상으로 분리되고, 성분 입자의 침강이 관찰되며, 상청액의 점도가 저하되는 상태를 나타낸다.

◎ : 상분리 없고, 침강이 없음

○ : 상분리 없으나 침강이 약간 있음

△ : 상분리 약간 있고, 침강이 있음

× : 완전 상분리되고, 침강이 있음

구분	실시예	비교예1	비교예2	비교예3	비교예 4	비교예5	비교예6
저장 안정성	◎	X	X	X	X	X	X

표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예의 수변 잉크액은 상분리가 없고 침강이 없어 저장 안정성이 높은 반면, 비교예 1 내지 비교예 6의 경우 상분리와 침강 현상이 발생되어 저장 안정성이 좋지 않다.

한편, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

소정 크기를 갖는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low density polyethylene) 필름;
상기 저밀도 폴리에틸렌 필름 상에 소정 색상과 형태로 이미지가 인쇄되는 인쇄층;
상기 인쇄층 상에 도포되어 상기 인쇄층을 코팅하는 투명 코팅층;
상기 투명 코팅층 상에 도포된 수변잉크층;을 포함하고,
상기 수변잉크층은 희토류 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트.
제1항에 있어서,
상기 수변잉크층은 규산 입자 및 희토류 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트.
제2항에 있어서,
상기 희토류 산화물은 네오디뮴 산화물(Nd₂O₃)인 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트.
제2항에 있어서,
상기 규산 입자 및 희토류 산화물은 중량비가 3:1인 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트.
제1항에 있어서,
상기 색변환 학습 교구 세트는 상기 수변잉크층의 소정 부위에 물기가 묻어 색변환되었을 때 상기 색변환된 부위에 탈부착 가능한 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 폼 재질의 완구;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트.
소정 크기를 갖는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, Low density polyethylene) 필름을 준비하는 단계;
상기 저밀도 폴리에틸렌 필름 상에 소정 색상과 형태로 이미지가 인쇄되는 인쇄층을 형성하는 단계;
상기 인쇄층 상에 투명 코팅층을 도포하는 단계;
상기 투명 코팅층 상에 수변잉크층을 도포하는 단계;를 포함하고,
상기 수변잉크층은 희토류 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 수변잉크층은 규산 입자 및 및 희토류 산화물을 포함하고, 상기 규산 입자 및 희토류 산화물은 중량비가 3:1인 것을 특징으로 하는 색변환 학습 교구 세트의 제조방법.