KR102484168B1 - 완구용 조성물, 그 제조 방법, 이 완구용 조성물로 입체 완구를 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 입체 완구 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, CNF (셀룰로오스 나노파이버, Cellulose nanofibers)를 포함하여, 우수한 강도와 낮은 점도를 가지며, 수축이 억제되어 입체 완구로 제조 후 상온에서 보관하더라도 입체 형상을 유지할 수 있는, 완구용 조성물, 그 제조 방법, 이 완구용 조성물로 입체 완구를 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 입체 완구를 제공한다.
Description
본 발명은 완구용 조성물, 그 제조 방법, 이 완구용 조성물로 입체 완구를 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 입체 완구에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 CNF (셀룰로오스 나노파이버, Cellulose nanofibers)를 포함하여, 우수한 강도와 낮은 점도를 가지며, 수축이 억제되어 입체 완구로 제조 후 상온에서 보관하더라도 입체 형상을 유지할 수 있는, 완구용 조성물, 그 제조 방법, 이 완구용 조성물로 입체 완구를 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 입체 완구에 관한 것이다.
종래의 입체 완구는 알긴산나트륨을 포함하는 액상 물감을 몰드에 채운 후 응고 용액에 침지하고, 일정 시간 경과되도록 하여, 몰드 형상으로 된 입체 완구로 제작한다.
상기의 액상 물감은 나노 셀룰로오스를 포함한다. 셀룰로오스는 수백 개 이상의 D-글루코스가 직선상으로 β(1→4) 글루코시드 결합한 천연 고분자이며, 결정 영역(crystalline domain)과 비결정 영역(amorphous domain)을 함께 가지고 있고, 폭 100nm 이하의 셀룰로오스를 나노 셀룰로오스라고 한다.
도 1에서와 같이, 종래의 입체 완구용 조성물은 셀룰로오스 나노결정(Cellulose nanocrystals, 이하 CNC라고 함)을 포함한다.
그리고, 도 2에서와 같이, CNC는 셀룰로오스를 화학적 처리하여 제조되며, 구체적으로는 황산을 이용하여 셀룰로오스 섬유(cellulose fibrils)를 산가수분해하여 제조되고, 이러한 산가수분해 과정에서 비결정 영역이 제거되고 결정 영역은 각각 분리되어 작은 크기의 결정 영역만 존재하는 침상 구조를 가지게 된다. 일반적으로 CNC는 10 내지 50nm의 폭과 0.1 내지 0.5㎛의 길이를 가지며, 종횡비는 50 이하이다.
또한, 도 3에서와 같이, 셀룰로오스 섬유에 황산을 첨가하면, 셀룰로오스 나노결정 표면에 있는 수산기의 일부가 황산과 에스테르화 반응(esterification)을 하여 음전화를 띠는 sulfate ester group (R-SO3-)으로 변화하게 된다.
그러나, 이와 같이 CNC를 주재료로 하는 액상 물감으로 제작된 입체 형상의 완구는 액상 물감을 채운 모형 틀을 응고용 용액에 담그면 일정 시간 후 모형 틀 형상에 부합되는 입체 완구가 응고되어 모형 틀로부터 분리되지만, 용액에 침지된 상태에서만 입체 완구의 형상이 유지된다는 한계를 가지고 있다.
즉, 이렇게 제작된 입체 형상의 완구는 용액으로부터 분리하는 경우 공기 중에서 자연 건조가 진행이 되면서 큰 수축과 함께 형상이 유지되지 못하고 없어지기 때문에, 용액 내에서만 완구로써의 기능을 수행할 수 있고, 용액으로부터 꺼내게 되면 완구로써의 기능을 수행할 수 없어 사용하거나 가지고 노는데 여러 가지 한계를 가지게 된다.
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 낮은 점도와 우수한 피막 강도를 가지며, 입체 형상 유지, 수축 방지 및 탈형의 용이성을 갖도록 한, 완구용 조성물 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 모형 틀과 경화를 위한 용액으로부터 꺼내어 상온에서 공기 중에 두더라도 입체 완구의 수축이 제어되어 형상이 유지되면서 반영구적인 수명을 갖도록 한, 입체 완구의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조되는 입체 완구를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면은, 물, 알긴산나트륨(Sodium Alginate) 및 CNF (셀룰로오스 나노파이버, Cellulose nanofibers)를 포함하며, 소정 점도를 갖는 용액으로 이루어지고, 상기 CNF는, 4 내지 80nm의 폭과 90 내지 110㎛의 길이를 가지고 종횡비가 200을 초과하는 섬유를 포함하고, 망상 구조를 가지는, 완구용 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 완구용 조성물은 글리세린을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 완구용 조성물은 PG (프로필렌글리콜)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 교반기에 물과 알긴산나트륨을 투입하고 용해시키는 제1 단계; 및 교반기에 CNF 슬러리를 더 투입하고 1차 교반하는 제2 단계; 를 포함하는 완구용 조성물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 교반기에 글리세린과 PG를 더 투입하고 2차 교반하여 용액을 마련하는 제3 단계를 더 진행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 수조에 물을 채우고, 염화칼슘을 투입하여 용해시키는 제1 단계; 상기 제조 방법에 의해 제조된 완구용 조성물을 튜브에 충진한 후 모형 틀 내에 짜서 채우는 제2 단계; 완구용 조성물이 채워진 모형 틀을 염화칼슘이 용해된 수조에 담구어 경화시키는 제3 단계; 및 수조 내에서 경화된 완구용 조성물을 모형 틀로부터 탈형하는 제4 단계; 를 포함하는, 입체 완구의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 제조 방법에 의해 제조되는 입체 완구를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 완구용 조성물은 점도가 낮아 사용성이 우수하여 입체 완구를 좀 더 빠르고 간편하게 제작할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 이와 같은 완구용 조성물로 제조된 입체 완구는, 수조내에서 짧은 시간 동안 경화 하더라도 형성되는 피막강도가 우수하여 입체 완구의 형태를 제대로 유지할 수 있고, 수축 제어 효과로 인해 대기 중에 장시간 보관하더라도 입체 완구의 수축이 일정 수준 이상으로는 진행되지 않아 완구로써의 입체 형상을 오래 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 완구용 조성물에 포함되는 셀룰로오스 나노결정(CNC)의 SEM 이미지이다.
도 2는 CNC의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 CNC의 구조식이다.
도 4는 본 발명의 완구용 조성물에 포함되는 셀룰로오스 나노파이버(CNF)의 SEM 이미지이다.
도 5는 CNF의 구조식이다.
도 6a는 CNC를 포함하는 조성물로 제조된 완구의 강도를 테스트한 사진이다.
도 6b는 CNF를 포함하는 조성물로 제조된 완구의 강도를 테스트한 사진이다.
도 7은 CNC와 CNF를 포함하는 각각의 조성물로 제조된 완구의 수축 정도를 테스트한 사진이다.
도 8a 내지 도 8d는 글리세린 사용시 완구의 수축 정도를 테스트한 사진이다.
도 9a 및 도 9b는 실시 예 2와 실시 예 3의 조성물로 제조된 완구의 수축 정도를 비교한 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 의한 완구용 조성물의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 입체 완구의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 2는 CNC의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 CNC의 구조식이다.
도 4는 본 발명의 완구용 조성물에 포함되는 셀룰로오스 나노파이버(CNF)의 SEM 이미지이다.
도 5는 CNF의 구조식이다.
도 6a는 CNC를 포함하는 조성물로 제조된 완구의 강도를 테스트한 사진이다.
도 6b는 CNF를 포함하는 조성물로 제조된 완구의 강도를 테스트한 사진이다.
도 7은 CNC와 CNF를 포함하는 각각의 조성물로 제조된 완구의 수축 정도를 테스트한 사진이다.
도 8a 내지 도 8d는 글리세린 사용시 완구의 수축 정도를 테스트한 사진이다.
도 9a 및 도 9b는 실시 예 2와 실시 예 3의 조성물로 제조된 완구의 수축 정도를 비교한 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 의한 완구용 조성물의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 의한 입체 완구의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 완구용 조성물은, 물, 알긴산나트륨(Sodium Alginate) 및 셀룰로오스 나노파이버(Cellulose nanofibers, 이하 CNF라고 함)를 포함하는 소정 점도를 갖는 용액으로 이루어진다. 상기 알긴산나트륨은 탄력 있는 젤을 형성하는 역할을 하게 된다.
바람직하게 상기 완구용 조성물은, 완구용 조성물 100중량%에 대하여, 물 94 내지 99.2중량%, 알긴산나트륨 0.5 내지 3중량% 및 CNF 0.3 내지 3중량%를 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 물 97.75중량%, 알긴산나트륨 1.5중량% 및 CNF 0.75중량%를 포함할 수 있다. 이때, 상기 물에는 완구의 특성을 다양하게 할 수 있도록 필요시 색소, 축광안료, 시온안료, 펄안료, 글리터 분말, 자성 분말, 자석 및 금속 분말 중에서 선택된 하나 이상이 포함될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 CNF는 CNC와는 달리 결정 영역과 비결정 영역을 함께 가지는 망상 구조로 이루어진다. 또, 이러한 CNF는, 4 내지 80nm의 폭과 90 내지 110㎛ (바람직하게는 100㎛)의 길이를 가지는 섬유를 포함하고, CNF에 포함되는 섬유는 CNC보다 높은 유연성을 가짐과 동시에 길이가 매우 길기 때문에 200보다 큰 종횡비를 가지게 된다.
이러한 CNF는 기계적 전단(해섬)으로 제조할 수 있고, 강화제로 사용 시 우수한 피막 강도를 구현할 수 있는 효과가 있다.
이에 상기의 완구용 조성물로 입체 완구를 제조하면, 상온에서 보관 시 입체 완구의 수축이 진행되더라도 높은 피막강도로 인해 그 형태를 유지할 수 있기 때문에, 사용자가 입체 완구를 외부에 전시하거나 가지고 일정 기간 동안 놀 수 있도록 하는 등의 효과를 기대할 수 있다.
그리고, 일 실시 예의 완구용 조성물은 글리세린을 더 포함할 수 있다. 상기 글리세린은 입체 완구의 수축 현상을 억제하여 형상 유지 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고, 완구용 조성물은 글리세린과 함께 PG(프로필렌글리콜)를 더 포함할 수 있다. CNF와 글리세린이 혼합되면 완구용 조성물의 점도가 높아져 튜브 사용시 모형 틀 안에 채워 넣기 어려운 점과, 수조내 탈형 시 탈형 시간을 증가시키는 요인이 되지만, PG를 추가하면 이러한 완구용 조성물의 점도가 높아지는 것을 방지할 수 있고, 수조내 탈형 시간을 감소할 수 있다.
상기 글리세린 및 PG는 입체 완구의 수축현상을 억제하는 물질로써, 예를 들면 비 휘발성물질인 오일(oil)계, 글리콜계 중에서 선택된 적어도 어느 하나 혹은 그 이상의 복합체일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 의한 완구용 조성물의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
이하, 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 의한 완구용 조성물을 제조하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 교반기 내에 소정 양의 물을 넣은 후, 알긴산나트륨을 투입하고 용해를 시킨다.
이때, 상기 알긴산나트륨의 농도는 조성물 100중량%에 대하여, 0.5 내지 3중량%로 조절될 수 있다. 상기 알긴산나트륨의 농도가 0.5중량% 미만이면 조성물의 농도가 너무 낮아서 완구 제조 시 경화시간이 지나치게 길어질 수 있으며, 3중량%를 초과하면 조성물의 점도가 증가하여 완구 제조 시 사용의 용이성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 교반기 내에 CNF 슬러리를 더 투입하고 1차 교반하여 고르게 혼합하는 과정을 진행할 수 있다.
이때, 상기 CNF의 농도는 조성물 100중량%에 대하여, 0.3 내지 3중량%로 조절될 수 있다. 상기 CNF의 농도가 0.3중량% 미만이면 형성되는 피막의 강도가 낮아 입체 완구의 형상유지가 어려울 수 있고, 3중량%을 초과하면 조성물의 점도가 증가하여 완구 제조 시 사용의 용이성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 교반기 내에 글리세린과 PG를 더 투입하고 2차 교반하는 과정을 진행하여 용액으로 된 완구용 조성물을 제조한다.
이때, 상기 글리세린의 농도는 조성물 100중량부에 대하여, 1 내지 35중량부로 조절될 수 있다. 상기 글리세린 농도가 1중량부 미만이면 완구 제조 시 입체 완구의 수축 방지 효과가 낮아지는 문제점이 발생되고, 25중량부를 초과하면 완구 제조 시 탈형 시간이 증가할 수 있고, 특히 35중량부를 초과하면 높은 점도로 인하여 완구 제조 시 사용이 어려운 문제가 발생할 수 있다. 또한, 글리세린과 PG를 투입하는 경우, 완구용 조성물의 물의 함량이 글리세린과 PG의 양만큼 상대적으로 감소하게 된다.
상기 PG의 농도는 조성물 100중량부에 대하여, 1 내지 50중량부로 조절될 수 있다. 상기 PG의 농도가 1중량부 미만이면 완구 제조 시 입체 완구의 수축 방지 효과가 낮은 문제점이 발생되고, 50중량부를 초과하면 완구 제조 시 경화시간이 증가하여 입체 완구 제조 시간이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.
도 11은 일 실시 예에 의한 입체 완구의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
이하, 도 11을 참조하여, CNF를 포함하는 완구용 조성물과 모형 틀을 이용하여 입체 완구를 제조하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 수조에 후술하는 모형 틀이 완전히 잠길 정도로 적당 양의 물을 채운 후, 상기 수조에 채워진 물에 경화제를 투입하고 잘 저어 용해시킨다. 상기 경화제는 염화물, 젖삼염, 인산염, 중탄산염 및 구연산염에서 결합된 칼슘 중에서 선택된 하나 혹은 그 이상의 복합체일 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 바람직하게 염화칼슘일 수 있다.
다음으로, 앞서 제조된 완구용 조성물(용액)을 튜브에 충진한 후, 준비된 모형 틀 내에 짜서 채우게 된다.
이때, 필요에 따라 상기 완구용 조성물은 수축 방지 효과를 더 향상시키 위해 글리세린을 더 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 상기 조성물의 점도 감소와 탈형성을 더 증가시키기 위해 글리세린과 PG (프로필렌글리콜)를 함께 포함할 수 있다.
이때, 상기 모형 틀은 유아 및 아동들은 물론 대부분의 사람들이 호기심을 가지거나 가지고 놀기 용이한 입체 완구를 제조할 수 있도록, 여러 가지 형상과 크기를 갖도록 구비될 수 있으며, 이러한 모형 틀의 형상과 크기가 특정한 것으로 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 완구용 조성물이 채워진 모형 틀을 경화제인 염화칼슘이 용해된 수조에 완전히 담궈 침지시키면, 모형 틀에 채워진 완구용 조성물이 염화칼슘 용액과 반응하여 단단히 경화하게 된다.
다음으로, 수조 내에서 경화된 완구용 조성물을 모형 틀로부터 탈형하여 분리하면 모형 틀의 내부에 새겨진 형상을 가지는 입체 완구를 제조할 수 있다.
이와 같이 제조되는 입체 완구는 CNF를 포함하는 완구용 조성물을 주재료로 하여, 종래의 CNC를 주재료로 하는 입체 완구에 비해 우수한 강도와 탈습 지연에 의한 형상유지 효과를 가질 수 있고, 이에 수조에서 꺼낸 후 상온에서 보관하더라도 수축(탈습)이 지연되거나 일정 이상은 진행되지 않아 입체 형상을 유지할 수 있기 때문에, 사용자가 입체 완구를 외부에 전시하거나 가지고 놀 수 있도록 하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 입체 완구 제조시 사용되는 완구용 조성물은 점도가 낮아서 모형 틀에 채울 때 간편하게 튜브를 이용하여 짜내는 방법으로 진행을 할 수 있고 탈형에 필요한 소요시간도 매우 짧기 때문에, 입체 완구를 좀 더 빠르고 간편하게 제작할 수 있는 이점이 있다
표 1은 종래의 CNC를 포함하는 조성물과 본 발명의 CNF를 포함하는 조성물의 함량을 나타낸 것이고, 표 2는 표 1의 비교 예 및 실시 예에 대한 점도, 탈형 소요시간, 강도 및 수축률을 나타낸 것이다.
여기서, 비교 예 1은 알긴산나트륨, CNC 및 물을 포함하는 것이고, 비교 예 2는 알긴산나트륨, 글리세린, PG, CNC 및 물을 포함하는 것이고, 실시 예 1은 알긴산나트륨, CNF 및 물을 포함하는 것이고, 실시 예 2는 알긴산나트륨, 글리세린, CNF 및 물을 포함하는 것이고, 실시 예 3은 알긴산나트륨, 글리세린, PG, CNF 및 물을 포함하는 것이다.
| 알긴산나트륨 (중량%) |
글리세린 (중량%) |
PG (중량%) |
CNC 또는 CNF (중량 %) |
물 (중량 %) |
|
| 비교 예 1 | 1.5 | CNC 0.75 | 97.75 | ||
| 비교 예 2 | 1.5 | 18.75 | 6.25 | CNC 0.75 | 72.75 |
| 실시 예 1 | 1.5 | CNF 0.75 | 97.75 | ||
| 실시 예 2 | 1.5 | 25 | CNF 0.75 | 72.75 | |
| 실시 예 3 | 1.5 | 18.75 | 6.25 | CNF 0.75 | 72.75 |
| 점도 | 탈형 소요시간 | 강도 | 수축률(%) (30일 경과 후) |
|
| 비교 예 1 | 낮음 | 1분 | 낮음 | 70 |
| 비교 예 2 | 낮음 | 1분 | 낮음 | 31 |
| 실시 예 1 | 낮음 | 1분 | 높음 | 67 |
| 실시 예 2 | 높음 | 3분 | 높음 | 30 |
| 실시 예 3 | 낮음 | 1분 | 높음 | 30 |
이러한 비교 예 1, 2 및 실시 예 1 내지 3을 이용하여 조성물의 점도를 측정하고, 완구를 제조한 후 탈형 소요시간, 강도 및 수축(탈습)되는 시간을 측정하였다.
이때, 완구의 조성물 점도는 각 조성물을 동일한 힘으로 노즐크기 2파이의 튜브에 담아 모형 틀에 짜내었을 때 나오는 양을 상대적으로 비교한 것이고, 탈형 소요 시간은 각 조성물을 모형 틀에 담아 수조내에 침지하여 완구가 탈형되는 시간을 측정한 것이고, 입체 완구의 강도 측정은 각 조성물을 모형 틀에 담아 수조내 10분 동안 경화 시킨 후 동일한 힘으로 압축하여 상대적으로 비교한 것이고, 입체 완구의 수축정도는 각 조성물로 만든 입체 완구를 수조내 10분 동안 경화 시킨 후 상온에서 장시간(30일) 보관하여 수축된 완구의 길이를 측정하여 수축률(%)을 측정하였다.
그 결과, 비교 예 1의 경우, 조성물의 점도가 낮고 탈형 소요시간은 1분 정도로 빠르지만, 제조된 완구의 피막의 강도가 낮고 수축(탈습)이 빠르게 이루어지는 단점을 가진다.
그리고, 실시 예 1의 경우, 비교 예 1과 유사하게 조성물의 점도가 낮고 탈형 소요시간은 1분 정도로 빠르지만, CNC보다 CNF의 더 긴 종횡비, 유연성과 네트워크 구조로 인해 섬유강화 복합체가 형성되어 비교 예 1에 비해 우수한 피막 강도특성을 가질 수 있다. 조성물의 점도가 낮고 탈형 소요시간은 1분 정도로 빠르며, 비교 예 1에 비해 제조된 완구의 피막의 강도가 높고 망상 구조로 인해 탈습이 지연되어 수축이 좀 더 느리게 이루어지는 특성을 가질 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 보면, 동일한 힘으로 눌렀을 때, 도 6a의 비교 예 1의 조성물로 제조된 완구의 경우 형성된 피막이 찢어져 내부의 조성물이 흘러나온 반면, 도 6b의 실시 예 1의 조성물로 제조된 완구는 터지지 않는 우수한 피막 강도를 가지는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7을 보면, 실시 예 1의 조성물로 제조된 완구(우측)는 비교 예 1의 조성물로 제조된 완구(좌측)에 비해 상온에서 수축이 느리게 이루어져 일정 시간 경과 후에도 상대적으로 형상이 잘 유지되는 것을 알 수 있다.
그리고, 실시 예 1에 글리세린을 추가한 실시 예 2의 경우, 비교 예1 과 실시 예 1에 비해 수축률이 낮아 수축이 더 이상 진행되지 않는 효과를 가질 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 완구용 조성물에 글리세린을 추가시 완구의 수축 정도를 테스트한 사진이다. 도 8a는 완구 제조 후, 도 8b는 상온에서 2일 경과 후, 도 8c는 상온에서 4일 경과 후, 도 8d는 상온에서 30일 후의 상태를 각각 나타낸 사진이다. 여기서, 좌측이 비교 예 1, 중앙이 실시 예 1, 우측이 실시 예 2로 제조된 완구이다.
도 8a 내지 도 8d를 보면, 비교 예 1, 실시 예 1 및 실시 예 2의 조성물로 제조된 완구를 상온에서 몇 일간 두고 관찰한 결과, 2일 후부터 비교 예 1과 실시 예 1의 경우 실시 예 2에 비해 수축이 심해져 완구의 크기가 점차 작아지는 것을 볼 수 있고, 30일 후 비교 예 1과 실시 예 1은 실시 예 2와 현저하게 차이가 날 정도로 크기가 줄어든 것을 확인할 수 있다.
따라서, CNF를 포함하는 완구용 조성물에 글리세린을 첨가하면 상온에서 일정 크기 이하로는 더 이상 수축이 진행되지 않는다는 것을 알 수 있다.
다만, 실시 예 2의 경우, 조성물의 점도가 비교 예 1 및 실시 예 1보다 더 높아지게 되고, 이에 완구용 조성물을 노즐로 짜서 모형 틀에 채우기가 어려워지며, 완구용 조성물을 경화시켜 모형 틀로부터 탈형하는데 소요되는 시간 또한 3분 정도로 크게 증가하는 문제가 생길 수 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 실시 예 2에 PG (프로필렌글리콜)를 더 추가하여 실시 예 3을 제조하였다.
도9a 및 도9b는 실시 예 2 및 실시 예 3의 조성물로 제조된 완구를 상온에서 유지하여 수축되는 정도를 나타낸 사진이다.
도 9a는 완구제조 후, 도 9b는 30일 후의 상태를 각각 나타낸 사진이다. 여기서, 좌측이 실시 예 2, 우측이 실시 예 3으로 제조된 완구이다.
도 9a 및 도 9b를 보면, 실시 예 2, 실시 예 3의 조성물로 제조된 완구를 상온에서 30일간 두고 관찰한 결과, 실시 예 2와 실시 예 3은 30일이 지난 이후에도 수축은 더 이상 진행되지 않은 동일한 결과를 나타내었다.
실시 예 3의 경우, 실시 예 2와 수축은 동일하지만 PG에 의해 조성물의 점도가 높아지는 것이 방지되므로, 완구용 조성물을 노즐로 용이하게 짜서 모형 틀에 채울 수 있을 뿐만 아니라, 완구용 조성물을 경화시켜 모형 틀로부터 탈형하는데 소요되는 시간이 증가하는 것 또한 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, CNC를 포함하는 비교 예 1의 경우, 글리세린과 PG를 추가하는 경우(비교 예 2), 수축률이 감소하여 수축 발생을 방지하는 효과는 있지만, CNC의 약한 피막 강도로 인하여 여전히 형상을 유지하기 어렵기 때문에, 글리세린과 PG를 추가하더라도 본 발명의 실시 예 3의 완구용 조성물과 같은 효과를 기대하기 어렵다.
본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
Claims (9)
- 물, 알긴산나트륨(Sodium Alginate) 및 CNF (셀룰로오스 나노파이버, Cellulose nanofibers)를 포함하며, 소정 점도를 갖는 용액으로 이루어지고,
상기 CNF는, 4 내지 80nm의 폭과 90 내지 110㎛의 길이를 가지고 종횡비가 200을 초과하는 섬유를 포함하고, 망상 구조를 가지며,
글리세린을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 완구용 조성물. - 삭제
- 제1항에 있어서,
PG (프로필렌글리콜)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 완구용 조성물. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
색소, 축광안료, 시온안료, 펄안료, 글리터 분말, 자성 분말, 자석 및 금속 분말 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 완구용 조성물. - 교반기에 물과 알긴산나트륨을 투입하고 용해시키는 제1 단계;
교반기에 CNF 슬러리를 더 투입하고 1차 교반하는 제2 단계; 및
교반기에 글리세린을 투입하고 2차 교반하는 제3 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 완구용 조성물의 제조 방법. - 삭제
- 제5항에 있어서,
제3 단계에서 PG (프로필렌글리콜)가 더 투입되도록 하는 것을 특징으로 하는, 완구용 조성물의 제조 방법. - 수조에 물을 채우고, 염화칼슘을 투입하여 용해시키는 제1 단계;
제5항 또는 제7항에 의해 제조되는 완구용 조성물을 튜브에 충진한 후 모형 틀 내에 짜서 채우는 제2 단계;
완구용 조성물이 채워진 모형 틀을 염화칼슘이 용해된 수조에 담구어 경화시키는 제3 단계; 및
수조 내에서 경화된 완구용 조성물을 모형 틀로부터 탈형하는 제4 단계;를 포함하는, 입체 완구의 제조 방법. - 제8항의 제조 방법에 의해 제조되는 입체 완구.
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- 2022-09-30 KR KR1020220125758A patent/KR102484168B1/ko active IP Right Grant
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