KR102305918B1 - 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이로부터 얻어지는 성형품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 벤토나이트 분말을 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것으로, 폴리프로필렌 수지 60~70 중량%와 벤토나이트 분말을 30~40 중량%로 포함한다. 본 발명의 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이로부터 얻어지는 성형품을 이용하면, 경량화된 성형품을 제조할 수 있는 것은 물론, 향균특성을 나타낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 비중차에 의해 동일한 양의 수지 조성물을 이용하여 더 많은 성형품을 생산할 수 있는 장점이 있다.
또한, 비중차에 의해 동일한 양의 수지 조성물을 이용하여 더 많은 성형품을 생산할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 벤토나이트(Bentonite)를 포함하는 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 조성물 및 이로부터 얻어지는 성형품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물을 보관 또는 담는 용기의 원료에 벤토나이트를 첨가하여 음식물의 보관과 항균효과를 극대화할 수 있도록 구성된 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이로부터 얻어지는 성형품에 관한 것이다.
폴리프로필렌(Polypropylene) 수지는 각종 성형품, 예를 들어 시트형상, 용기, 캡(밸브) 등을 갖는 사출성형품, 필름, 에어덕트 등의 중공 성형품 등 여러 방면에 걸쳐 사용되고 있다. 또한, 필름은 그 기계적, 광학적, 열적 특성을 이용하여 식품, 섬유제품 등의 포장용 자재에도 널리 채용되고 있다.
일반적으로 폴리프로필렌 수지는 가격이 저렴하고, 가벼우면서도 견고하여 일상에서 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 용기는 단순히 가볍고 튼튼하다는 장점만 있을 뿐 다른 부수적인 기능이나 효과는 가지고 있지 않다.
한편, 일반적으로 순수한 벤토나이트(Bentonite)는 양이온 교환성, 점결성, 팽윤성, 흡착성 등 광물이 가지는 고유한 물리화학적 특성은 물론 항균 특성을 가지고 있다.
또한, 벤토나이트는 주물용, 포목용, 제지용, 차수제용 및 사료용 등으로 폭넓게 사용되는 산업광물이며, 그 수요가 점차 확대되어 가고 있고, 최근에는 천연의 층상 구조적 특성을 이용한 원료 소재화 기술이 개발되어 기능성 복합 재료 및 고분자 재료분야의 고부가가치 신소재로서 지속적인 용도 개발이 이루어지고 있다.
본 발명의 목적은 경량화, 충격 강도 향상은 물론 항균 특성을 갖는 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이로부터 얻어지는 성형품을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 60~70 중량%와 벤토나이트(Bentonite) 분말을 30~40 중량%로 포함한다.
상기 폴리프로필렌 수지는 폴리프로필렌 단독 중합체, 프로필렌 랜덤 공중합체 및 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택된 1 종 이상의 것일 수 있다.
상기 벤토나이트 분말의 입도는 200~320 mesh인 것일 수 있다.
상기 벤토나이트 분말은 수분함유율이 7 % 이하인 것일 수 있다.
상기 폴리프로필렌 수지는 분지화 폴리프로필렌 수지이며, 중량평균 분지도 지수(g)가 0.95 미만이고, 융점이 90 ℃를 초과하는 것일 수 있다.
상기 벤토나이트 분말은, 원광을 파쇄하는 단계; 상기 파쇄된 원광과 물을 혼합하고 교반하는 단계; 상기 교반된 원광의 불순물을 제거하는 단계; 상기 불순물이 제거된 원광을 고상과 슬러리(Slurry)로 분리하는 단계; 상기 분리된 슬러리를 여과시키고 탈수하여 벤토나이트를 회수하는 단계; 및 상기 회수된 벤토나이트를 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 벤토나이트 분말은 은 나노입자에 의해 코팅된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용한 성형품은 상기 조성물에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 벤토나이트(Bentonite)를 포함하는 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 조성물 및 이로부터 얻어지는 성형품을 이용하면, 경량화된 성형품을 제조할 수 있는 것은 물론, 항균특성을 나타낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 비중차에 의해 동일한 양의 수지 조성물을 이용하여 더 많은 성형품을 생산할 수 있는 장점이 있다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 조성물을 이용하여 제조된 성형품을 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조 부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 보호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하게나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명의 설명에 앞서 벤토나이트에 대해 간략하게 설명한다.
벤토나이트 분말의 화학성분은 (AI, Mg)2Si4O10(OH)2·4H2O로 점토 광물의 일종이며, 층상구조를 형성한다. 그리고, 벤토나이트는 굳기 1~1.5, 비중 2~2.5, 굴절률 1.48~1.6의 특성을 갖는다. 상기 벤토나이트는 수분을 흡수하여 원래 부피의 7~10 배로 팽윤하는 성질이 있으며, 이온 교환성이 높다. 또한, 함수량 150 %에서 점착력이 생기고 약 500 %의 함수량에서 점착력을 잃으며, 내부 마찰저항이 작은 점 등 특수한 성질을 가진 점토이다. 백색, 회색, 담홍색인 것이 많고, 때로 청색, 녹색을 띠며 광택이 없다. 알루미늄이 풍부한 광물이나 암석의 변질로 인하여 생기며 점토가 함유된다.
본 발명은 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물에 관한 것이다.
상기 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 기본 수지로서 폴리프로필렌 수지를 포함한다.
상기 폴리프로필렌 수지는, 폴리프로필렌 단독 중합체, 프로필렌 랜덤 공중합체 그리고 및 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택된 1 종 이상의 것일 수 있다.
상기 폴리프로필렌 수지는 용융 지수(Melt Index, MI, g/10분, (ASTM D 1238, 230 ℃, 2.16kg))가 0.5 ~ 80 g/10분일 수 있고, 더 바람직하게는 5 ~ 60 g/10분일 수 있다.
상기 용융지수가 0.5 미만이면 벤토나이트와 혼합 후 용융 점도가 상승하여 가공성이 저하되는 문제점이 있고, 80 g/10분을 초과하면 상기 조성물로 제조되는 성형품의 충격성이 저하되는 문제점이 있어, 상기한 범위가 바람직하다.
또한, 상기 폴리프로필렌은, 분지화된 폴리프로필렌일 수 있으며, 중량평균 분지도 지수(g)가 0.95 미만이고, 융점이 90 ℃를 초과하는 것일 수 있다.
바람직하게는 중량평균 분지도 지수가 0.9 미만일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.85 미만일 수 있다.
상기 폴리프로필렌의 분지화 특성으로 인해 더욱 개선된 용융강도를 나타낼 수 있는 효과가 있다.
상기 분지화된 폴리프로필렌은 메탈로센 촉매에 의해 제조된 것이다.
상기 메탈로센 촉매는 4족 전이금속에 2개의 시클로펜타니에닐 리간드가 한쪽에 결합을 하고 다른 리간드가 반대쪽으로 결합되어 있는 촉매를 의미한다.
본 발명에서 상기 메탈로센 촉매는 두 개의 리간드와 다리 결합되어 연결된 촉매를 의미하며, 두 개의 Cp계 리간드를 가져 C2-대칭성이 있는 대칭 ansa-메탈로센 촉매, C2-대칭성은 없으나 σ-대칭성이 있는 비대칭 ansa-메탈로센 촉매, 그리고 대칭성이 전혀 없는 ansa-메탈로센 촉매 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 대칭 ansa-메탈로센 촉매를 사용할 수 있다.
상기 두 개의 리간드로 이루어진 메탈로센 촉매는 높은 촉매활성과 입체규칙성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 폴리프로필렌 수지 60~70 중량%와 벤토나이트 분말을 30~40 중량%로 포함한다.
상기 폴리프로필렌 수지의 함량이 60 중량% 미만이면 상기 수지 조성물의 컬러가 탁해지고, 기계적 특성이 저하되는 문제점이 있으며, 70 중량%를 초과하면 벤토나이트의 함량이 상대적으로 감소하여 항균 특성 등 기대효과에 못 미치는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다.
상기 폴리프로필렌 수지는 건조된 것일 수 있다.
상기 건조는 75~85 ℃의 온도에서 1~3 시간 동안 수행될 수 있다.
상기 벤토나이트 분말의 입도는 200~320 mesh일 수 있으며, 바람직하게는 230~300 mesh일 수 있다.
상기 벤토나이트 분말의 입도가 상기한 범위를 벗어나면, 분산이 원활하게 이루어지지 않거나, 성형품 제조시 사출기 내의 스크류를 마모시키는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다.
상기 벤토나이트 분말의 수분함유율은 7 % 이하일 수 있으며, 바람직하게는 4 % 이하일 수 있다.
상기 벤토나이트 분말의 수분함유율이 7 %를 초과하면, 상기 벤토나이트의 평윤현상으로 인해 수지 조성물의 성형시 작업성이 저하되고, 14 %를 초과하면 성형이 되지 않는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다.
따라서, 상기 벤토나이트 분말은 건조된 것이 바람직하다.
상기 건조는 호파건조기 또는 제습건조기에서 수행될 수 있으며, 100 ~ 150 ℃의 온도에서 1 ~ 6 시간 동안 건조하는 것이 바람직하나, 이를 제한하지는 않는다.
또한, 상기 벤토나이트 분말과 폴리프로필렌 수지를 혼합한 후 건조할 수 있으나, 건조 효율이 저하되는 문제점이 있어, 각각 건조하는 것이 바람직하다.
상기 벤토나이트 분말은 습식법으로 제조될 수 있다.
구체적으로는, 상기 벤토나이트 분말은, 원광을 파쇄하는 단계; 상기 파쇄된 원광과 물을 혼합하고 교반하는 단계; 상기 교반된 원광의 불순물을 제거하는 단계; 상기 불순물이 제거된 원광을 고상과 슬러리로 분리하는 단계; 상기 분리된 슬러리를 여과시키고 탈수하여 벤토나이트를 회수하는 단계; 및 상기 회수된 벤토나이트를 건조시키는 단계를 통해 제조될 수 있다.
상기 벤토나이트 분말의 제조방법을 간략하게 다시 설명하면,
먼저, 상기 원광을 파쇄하는 단계는, 파쇄기를 통해 파쇄시킬 수 있다.
다음으로, 상기 교반하는 단계는, 상기 파쇄된 벤토나이트 원광을 물과 1 : 1~5 중량비로 혼합한 후 교반기에서 100 ~ 1,000 rpm으로 30 ~ 60 분 동안 교반시킬 수 있다. 이때 교반기 탱크 내벽에 돌출부를 설치하면 교반시의 회전력과 돌출부의 충격으로 불순광물과 몬모릴로나이트의 단체분리가 어느 정도 이루어진다.
다음으로, 교반된 원광의 불순물을 제거하는 단계는 분급기를 이용하여 수행될 수 있다.
다음으로, 불순물이 분리된 슬러리를 원심분리기와 분급기를 이용하여 벤토나이트를 회수할 수 있다.
마지막으로, 건조기를 이용하여 100~150 ℃의 온도에서 1~6 시간 동안 건조하여 벤토나이트 분말을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 성평품의 노화방지를 위해 산화방지제를 더 포함할 수 있다.
상기 산화방지제는 상기 폴리프로필렌 100 중량% 기준으로, 1~10 중량%의 산화방지제를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 3~7 중량%일 수 있다.
상기 산화방지제의 함량이 1 중량% 미만이면 그 효과가 미미하고, 10 중량%를 초과하면 작업성에 문제가 있어 상기한 범위가 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 조성물의 제조방법은 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 60~70 중량%와 벤토나이트(Bentonite) 분말을 30~40 중량%를 투입하여 200~ 290 ℃로 가열하여 펠렛을 형성시키는 단계 및 상기 형성된 펠렛을 75~85 ℃의 온도의 건조기에서 건조시키는 단계에 의하여 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 성형품의 항균 특성을 높이기 위해 은(Ag) 나노입자를 더 포함할 수 있다.
상기 벤토나이트 분말은 은 나노입자에 의해 코팅된 것일 수 있다.
상기 은 나노입자는 상기 벤토나이트 분말 100 중량% 대비 5~20 중량부를 포함할 수 있다.
상기 은 나노입자의 함량이 5 중량% 미만이면 향상된 항균 효과를 나타낼 수 없으며, 20 중량부를 초과하면 항균 효과는 향상될 수 있으나, 작업성이 저하되는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다.
상기 은 나노입자의 순도는 99.9 %일 수 있으며, 입도는 5~10 nm일 수 있다.
여기서, 상기 코팅은 벤토나이트 분말이 건조된 이후 수행될 수 있다.
상기 벤토나이트 분말이 건조된 이후 은이 코팅됨으로써, 상기 벤토나이트 분말이 수분을 흡수하는 것을 예방할 수 있는 부수적인 효과를 나타낼 수 있다.
상기 은(Ag)은 녹는점이 961 ℃로서, 상기 벤토나이트 분말의 표면에 은이 코팅될지라도, 사출 또는 압출과정에서 코팅층을 유지할 수 있다.
상기 벤토나이트 분말에 은을 코팅하는 방법은, 진공 증착법 및 분무법 등으로 수행될 수 있으며, 이를 제한하지는 않는다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물은 항균, 탈취, 제독 효과를 향상시키기 위해 옥 분말을 더 포함할 수 있다.
상기 옥 분말은 벤토나이트 분말 100 중량% 기준으로, 1~10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 옥 분말의 함량이 1 미만이면, 항균, 탈취, 제독 효과가 미미하고, 10을 초과하면 상기 효과는 향상될 수 있으나, 작업성이 저하되는 문제점이 있어 상기한 범위가 바람직하다.
본 발명은 앞서 설명된 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용하여 제조된 성형품을 제공한다.
상기 성형품은 일회용 젓가락, 일회용 숟가락, 일회용 용기, 일회용 접시 등 고분자 수지를 이용하여 사출, 압출 또는 브로우로 성형할 수 있는 제품일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명을 이에 한정하려는 것은 아니다.
(실시예)
실시예 1 및 실시예 4
하기 표 1에 나타낸 성분들을 그 기재된 함량으로 슈퍼 믹서(super mixer)에 투입하고 잘 혼합한 다음, 이 혼합물을 이축 압출기(twin-screw extruder)를 이용하여, 200 내지 290 ℃의 온도구간에서 용융 혼련시킨 후 5 내지 40Φ 사이즈가 되도록 압출가공(펠렛타이져 사용)하여 펠렛을 얻었다. 이 펠렛으로 제조된 성형품의 물성을 테스트 하기 위하여 일회용 숟가락과 용기를 제조하였다.
구분 | 실시예 1(숟가락) | 실시예 2(숟가락) | 실시예 3(용기) | 실시예 4(용기) |
폴리프로필렌 | 60 | 70 | 60 | 70 |
벤토나이트 분말 | 40 | 30 | 40 | 30 |
실시예 5
실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 벤토나이트 분말 대신에 은(Ag)이 코팅된 벤토나이트 분말을 이용하여 일회용 용기를 제조하였다.
비교예 1
ASTM D1238에 따라 230 ℃의 온도 및 2.16 kg의 하중 하에 10 분간 측정되는 MI가 20인 폴리프로필렌 수지를 이용하여 일회용 숟가락을 제조하였다.
비교예 2
ASTM D1238에 따라 230 ℃의 온도 및 2.16 kg의 하중 하에 10 분간 측정되는 MI가 10인 폴리프로필렌 수지를 이용하여 일회용 용기를 제조하였다.
(시험예)
1. 투입량 대비 생산량 비교
상기 실시예 1 및 3에서 제조된 벤토나이트를 포함한 폴리프로필렌 조성물과 비교예 1 및 2의 폴리프로필렌 조성물을 이용하여 제조된 일회용 용기의 투입량 대비 생산량을 측정하여 하기의 표 2에 나타내었다.
구분 | 투입량(kg) | 제조된 성형품 갯수 |
실시예 1(숟가락) | 500 | 119,000 |
실시예 3(용기) | 500 | 6,300 |
비교예 1(숟가락) | 500 | 80,000 |
비교예 2(용기) | 500 | 5,000 |
상기의 표2에서 확인할 수 있듯이, 같은 양의 수지 조성물을 투입하여 일회용 숟가락과 용기를 제조할 경우 실시예 1 및 3의 조성물을 이용하였을 때 더 많은 양의 일용회용 숟가락과 용기를 제조할 수 있는 것을 확인하였다.
2. 항균성 비교
실시예 3, 5, 및 비교예 2에 따라 제조된 일회용 용기의 항균성 테스트를 하여 하기의 표 3에 나타내었다.
평가방법은 소정의 초기농도(균주 1: 1.2×105 cells/㎖; 균주 2: 1.6×105 cells/㎖)로 균을 접종하고, 35±1℃, RH 90%의 조건에서 24시간 정치 배양 후 생존 균수를 측정함으로써 평가하였다.
여기서, 균주 1은 황색포도상구균(staphylococcus Aureus): ATCC 6538이고, 균주 2는 대장균(Escherichia Coli): ATCC 25922를 사용하였다.
항목 | 실시예 2 | 실시예 5 | 비교예 2 |
|
24Hr 후 세균수(cells/㎖) 측정 결과 | 균주 1 | 0.2x104 | 0.2x103 | 0.2x106 |
균주 2 | 0.2x102 | 0.2x102 | 0.2x106 |
상기 표 3의 실험결과에서 확인할 수 있듯이, 벤토나이트를 포함하는 실시예 2 및 5의 경우 자연적으로 균이 증가되는 비교예 2에 비해, 24 시간 경과 후 균수가 현저하게 감소하여 우수한 항균 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 특히, 은(Ag)이 코팅된 벤토나이트 분말을 포함하는 실시예 3의 경우 항균효과가 더욱 우수한 것을 확인할 수 있다. 이는 세균 및 곰팡이의 발생 및 증식을 은(Ag) 입자가 억제하고 악취를 제거하여 위생적임을 나타낸다.
지금까지 본 발명에 따른 벤토나이트를 포함하는 폴리프로필렌 수지 조성물 및 이로부터 얻어지는 성형품에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (8)
- 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 60~70 중량% 및 벤토나이트(Bentonite) 분말을 30~40 중량%를 포함하고,
상기 폴리프로필렌 수지는,
분지화 폴리프로필렌 수지이며, 중량평균 분지도 지수(g)가 0.95 미만이고, 융점이 90 ℃를 초과하는,
폴리프로필렌 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리프로필렌 수지는,
폴리프로필렌 단독 중합체, 프로필렌 랜덤 공중합체 및 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택된 1 종 이상인 것을 특징으로 하는,
폴리프로필렌 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 벤토나이트 분말의 입도는 200~320 mesh인 것을 특징으로 하는,
폴리프로필렌 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 벤토나이트 분말은,
수분함유율이 7 % 이하인 것을 특징으로 하는,
폴리프로필렌 수지 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 벤토나이트 분말은, 원광을 파쇄하는 단계;
상기 파쇄된 원광과 물을 혼합하고 교반하는 단계;
상기 교반된 원광의 불순물을 제거하는 단계;
상기 불순물이 제거된 원광을 고상과 슬러리(Slurry)로 분리하는 단계;
상기 분리된 슬러리를 여과시키고 탈수하여 벤토나이트를 회수하는 단계; 및
상기 벤토나이트를 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
폴리프로필렌 수지 조성물.
- 폴리프로필렌(Polypropylene) 수지 60~70 중량% 및 벤토나이트(Bentonite) 분말을 30~40 중량%를 포함하고,
상기 벤토나이트 분말은,
은(Ag) 나노입자에 의해 코팅된 것을 특징으로 하는,
폴리프로필렌 수지 조성물.
- 제1항 내지 제4항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항의 폴리프로필렌 수지 조성물을 이용하여 제조된 성형품.
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---|---|---|---|---|
KR20240027456A (ko) | 2022-08-23 | 2024-03-04 | (주)에이치이엔지 | 사출 장치 및 이를 이용한 성형품 제조 방법 |
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