KR20030019012A - 기능성고분자 조성물과 무공해 성형품 제조공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열경화성수지인 멜라민수지와 천연재료인 전분 그리고 무기고분자물질을 혼합해서 원적외선을 방사하는 기능성 고분자 조성물과 무공해성형품 제조공법에 관한 개발이다.

기존 멜라민 성형공정을 그대로 적용해서 제조공정상의 신규 금형제작이나 시설투자 및 부분시설 교체없이 원료와 제작단가가 대폭 경감되고 성형품의 기계적 성질이나 제품이 멜라민 성형품에 비해 뒤떨어지지 않으면서 원적외선을 방사 식품의 신선도 유지, 항균효과, 건강 증진 효과까지 얻을 수 있다.

또한 제조공정상 포름알데이드의 기화가 대폭 줄어들고 성형품제작에 포르말린 성분이 제거되어 사용후 소각시에 유해가스의 배출이 전혀 없고 메립시에는 공해물질의 배출이 없이 생붕괴되는 조성물이다.

Description

기능성고분자 조성물과 무공해 성형품 제조공법{Functionality high polymer composition and nonpollution molding item manufature method}

본 발명은 현 대부분의 합성 고분자물질이 한정된 자원인 석유에서 추출 환경에 위해한 성분을 함유한 반면, 요소와 암모니아로 만든 멜라민과 포름알데이드를 합성해서 만든 성형재료인 멜라민수지를 토대로 전분과 무기물질을 혼합한 신재료 제조공법이다.

21세기 우리인류의 과제가 환경을 토대로 한 지속가능한 경제발전이며, 화학산업의 새로운 패러다임 역시 환경이 철저히 고려된 화학 즉 그린케미스트리라는 이름으로써 과거처럼 단순한 생산성이나 품질이 아니고 유해물질의 발생 또는 사용을 저감시키거나 없애는 덜 해로운 생산과 공정을 중시하는 지속가능성이 고려된 환경을 위한 과학이 될 것이다.

20세기의 화학제품이 범용성이고 환경 비친화적인 편리성 합성위주의 제품이었다면 21세기는 특수기능을 가진 기능성제품과 환경 친화적인 고순도제품이 중요한 위치를 차지할 것이다.

지속가능한 개발이란

1. 생물권의 보호 2.천연자원(재료)의 지속적인 활용 3.폐기물의 감량과 재활용 4.지역과 근로자에 주어지는 건강상 위험의 감소 5.에너지의 현명한 이용 6.고기능.고성능의 상품과 서비스의 제공등이 주요항목으로 대두되고 있다.

따라서 새로운 제품 기술은 환경과 기능성을 포함한 기술개발이 절실히 요구되고 있는 상황이다.

열경화성수지는 1950년대 이후 새로운 계통의 신규신소재 개발은 없었으나 각종 열경화성수지에서 꾸준한 신규재료개발은 추진되어 왔다.

열경화성 수지중 멜라민수지 공업의 역사는 짧지만 성형재료,도료,섬유가공,접착제,화장판등에 꾸준히 발전해 왔다.

수지응용면에서 새로운 고분자화합물과의 합성에 의한 새로운 성질을 부여하는 가공법 새로운 용도가 개발되어 나가리라 본다.

멜라민수지의 가공분야에 있어서 성형재료 분야는 거의 정형화된 형태로 이어져 내려오고 있다.

제조공법상으로 여러가지가 있으나 현재 가장 많이 쓰이는 방법은 암모니아와 탄산가스를 중합반응에 의해서 요소를 추출하고 요소와 암모니아를 합성 순수멜라민을 만든다.

여기에 멜라민과 포름알데이드를 1:1.4-2로 혼합시켜서 레이온펄프등을 합성 분말화해서 성형수지로 쓰인다.

그러나 이러한 성형재료로 성형품을 생산하는 대부분의 업체가 군소업체로서 제조공정상 포르말린이 기화되어 근로여건이 나쁠 뿐만 아니라, 다품종소량생산체제에 따른 제작단가가 비싸고, 사용후 매립시에는 분해기간이 더딜뿐만 아니라, 소각시에도 포르말린성분이 기화되어 공기중에 배출된다.

본 발명은 멜라민수지와 원료단가가 싼 전분과 무기물질을 혼합하므로 인해 제작단가를 대폭 경감시키면서, 기계적성질 역시 기존의 멜라민 수지 성형품에 뒤떨어 지지 않을 뿐 아니라, 인간에게 유익한 원적외선을 다량 방출시키는 효과까지 볼 수 있다.

또한 기존의 멜라민 수지 성형공정을 그대로 적용함에 따라서 신규 몰드제작이나 시설투자 및 시설 부분교체 없이 성형품을 제작할 수 있다 .

제작공정에 포름알레이드의 방출을 최소화 하면서 무독성의 성형품을 제작 사용후 폐기시에도 공해물질의 배출이 없고 분해성능이 향상된 생붕괴성으로 인해 환경오염을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1,2 실시예에 따른 공정도

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 신규재료와 성형물 제조공법의 대상 재료는 입수가 용이한 분말재료를 기준으로 한 멜라민수지와 전분 그리고 무기물질을 적절한 배합비율로 교반기 및 건조기에 넣어 합성 및 건조하는 제 1공정과 예열 , 압축해서 성형품을 제작하는 제2공정으로 나눌 수 있다.

제1공정인 성형재료를 만드는 공정은 다음과 같다.

열경화성수지인 멜라민수지는 순수멜라민에 포름알데이드 그리고 알키드.에폭시.폴리에스터.아크릴수지등과 혼합하여 친화성조절을 위하여 알코올과 알콕시화 반응을 시켜 분말화한 순도가 좋은 멜라민수지를 쓴다.

이 수지는 다른 고분자와의 친화력과 접착성이 매우 뛰어나서 각종 전분과 무기고분자등과 적절한 배합하에서 원하는 성형품을 만들수 있다.

전분분말로는 옥수수,밀,감자,사탕수수,쌀,마등 어느것을 써도 좋다 재료가격을 고려하여 옥수수전분이 가장 좋다.

무기물질로는 게르마늄,황토,실리카,맥반석 ,견운모,옥등의 미세분말을 기준으로 한다.

분말입자는 100mesh이상이어야 한다.

성형재료의 기계적강도를 좋게 하기 위해서는 분말입자가 더욱더 미세할수록 좋다.

본 발명에 따른 신규재료의 합성공정은 중량기준으로 분말멜라민 수지30-50% ,분말전분65-20%, 분말 무기물질 5-30%를 기준으로 한다.

원하는 성형재료가 나오기 위해서는 교반 및 건조공정이 중요하다

비중이 다른 재료의 특성상 볼밀제조공정이 필요하다.

원통속에 강으로 만든 볼을 여러 개 재료와 함께 넣고 회전시켜 강구운동에 의한 충격으로 분말합성 및 미분쇄작업을 한다 .

비중이 다른 재료의 특성상 외부의 통도 동시에 돌아가게 해서 충분한 교반작업을 해야한다

본 성형재료를 얻기위해서 분말재료의 수분함량은 매우 중요한 요인이다.

합성된 성형물 재료는 전체적으로 약13%-15%정도의 수분함량이 적정하다.

이러한 수분 함량은 볼밀을 통한 교반작업을 통해서 30-1시간을 충분히 교반하면서 적절한 건조작업이 동시에 이루어 지도록 한다.

분말재료의 보관 및 가공공정시에 주위온도 및 습도에 따라서 수분함유량이 증가될 수 있기에 적정수분을 조절하기 위해서 교반 및 건조작업의 시간을 조절하는 것이 필요하다.

강도를 강하게 하기위해서는 무기물질의 분말은 미세할수록(300mesh이상) 강도가 강해진다.

게르마늄 분말을 325mesh의 미세분말을 충분히 교반했을 때 성형품의 강도가 강해지는 것을 알 수 있다.

원적외선 음이온 효과를 충분히 보기 위해서는 무기물질 중 게루마늄, 황토등의 기능성 무기물질을 중량기준 15-20%를 혼합하는 것이 좋다.

성형재료를 이용한 성형품은 대부분이 식기류로 식품의 신선도와 향균성 그리고 원적외선 방사로 인한 건강 증진효과를 얻을 수 있다.

제2공정인 성형재료를 이용 성형품을 제작하는 공정은 다음과 같다.

현 멜라민 성형재료를 이용해서 성형품을 제조하는 예열,압축 공정이 그대로 적용이 된다.

고분자가공의 가장 오래되고 기초가 되는 성형공정으로서 금형의 모양에 따라 원하는 최종 성형품을 제조할 수 있는 제작공정이 매우 단순한 고분자가공 기술이다.

주로 열경화성 수지의 가공에 이용된다.

성형재료를 예열기에 넣고 약 15-60초간 예열 작업을 거쳐 130-170도의 금형온도에 80-450kg/㎠의 압력으로 약 40-60초간 압축작업을 거쳐서 성형품을 제작한다.

현재의 성형품 제조공정을 그대로 적용할수 있기에 본 발명의 신규 성형재료를 공급해서 신규의 금형제작이나 기계시설의 제작 및 부분 시설의 교체없이 제조공정을 수행할 수 있다.

특히 무공해 천연재료인 전분과 원적외선과 음이온을 방출하는 무기물질을 함유함으로 멜라민수지에 함유된 포름알데이드성분을 대폭 경감시켜 제조시에 기화되는 독성물질을 최소화할 수 있어 근로자의 근로여건이 향상된다.

또한 예열, 압축공정을 통해서 성형재료 내에 내제되어 있는 포르말린 성분은 대부분 기화되어서 무공해 성형품이 제작되어 진다,

원적외선을 방출하는 무기물질인 게루마늄등을 혼합함으로서 최종 성형품에는 항균성,식품의 신선도 지속과 음이온 방사에 따른 건강 증진 효과도 얻을 수 있다.

본 성형품은 인체와 자연에 무해한 성분으로 제작되었기에 사용후 소각시에는 다이옥신 등의 배출이 없는 에너지원을 얻을 수 있고 매립시에도 오염물질이 배출되지 않고 생붕괴되어 분해기간이 빨라 진다.

이하 본 발명에 의한 성형재료의 혼합공정과 성형품 제조공정은 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다 .

그러나 하기 실시예는 본 발명의 예시일뿐이며 본 발명을 한정하는 것은 아니다 .

실시예1. 먼저 성형재료를 준비하였다.

상기 성형재료는 분말형으로서 중량기준으로 100mesh이상의 멜라민수지 30%와 전분 55% 그리고 무기물질인 게루마늄 15%를 준비하였다.

성형품에는 여러가지 종류가 있고 그 종류에 따라 다양한 색상을 나타내는데 가능한한 자연색으로 쓰되 원하고자하는 색상을 얻기 위해서 식용색소인 안료를 준비하였다.

상기 성형재료를 교반기에 넣어 교반을 한다 .

성형재료의 비중이 다르기 때문에 교반기는 볼밀 교반기로서 원통속에 강구를 여러 개 재료와 합께 넣어 회전시켜 강구운동에 의한 충격으로 재료를 혼합 및 분쇄하는 작업이 필요하다 그러나 미세분말로서 내부적인 교반작업으로도 불충분하여 외부원통도 함꼐 도는 작업을 통해서 비중이 다른 미세분말이 충분히 혼합되도록 하였다.

성형품 제작에 필요한 적정 수분함량인 13-15%가 되기 위해서 열풍 건조기에 (재료별로 수분함량은 일정치가 않아서) 수분측정기를 통해서 적정 수분함량이 될 때까지 90도 정도에서 시간을 조절하였다.

건조온도는 멜라민수지와 전분 재료의 특성상 높은 온도에 굳거나 익는 현상이 있기 때문에 90도가 적절한 온도이다.

이러한 작업을 통해서 성형재료가 준비되었다.

실시예2.

계속하여 상기 준비된 성형재료를 성형품을 만들 수 있는 적정량을 예열기에 넣어 20-50초간 80-110도에서 15-60초간 예비가열작업을 하였다.

재료를 예열해서 금형에 삽입하면 가스빼기,성형성 및 경화시간이 단축되어 생산성이 높아진다 .

예열작업을 통해서 떡처럼 말랑해진 성형재료를 꺼내서 예열된 금형에 넣어 130-170도의 온도에 80-450kg/㎠의 압력으로 30-60초간 압축성형을 한다.

필요에 따라서 인쇄를 원할시에는 전사지를 성형품의 내측에 깔고 최종적으로 분말로 된 표면 코우팅제를 소량 부어서 10-20초간 압축성형을 해서 최종적으로 성형품이 완성된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 시중에서 입수가 용이한 분말위주의 재료를 이용 인체에 무해한 전분과 기능성 무기물질을 합성 제작단가를 대폭 떨어뜨리면서, 국내외에 산재한 멜라민 성형품 제조업체의 현 제조공정을 그대로 적용해서 기계적성질이 기존 멜라민 수지 성형품에 비해 떨어지지 않으면서 도자기류의 향상된 품질을 부여하면서 고기능성을 함유 원적외선과 음이온을 방사하는 기능성 제품으로 식품의 신선도유지,향균효과 건강증진 효과를 얻을 수 있다.

또한 사용후 폐기시에는 공해물질의 배출이 없는 환경친화적인 물질이다.

Claims (8)

1. 중량기준으로 분말형 멜라민수지 30-50%에 옥수수,밀,감자,사탕수수,마등의 분말전분65-20% 기능성분말 무기물질인 게르마늄,황토,맥반석,옥,실리카,견운모등 5-30%를 기준으로 볼밀제조공법으로 교반 및 건조 용도에 따라서 각 재료 함량을 조절해서 기능성 성형 재료를 만드는 특징으로 하는 조성물의 제1제조공법과

   성형품 제조공법으로 현 멜라민 성형품 제조공법인 압축성형에 의해서 포름알데이드 발생의 최소화와 성형품내의 포르말린독성을 제거한 무공해 및 생붕괴성의 환경친화적인 성형품 제조를 특징으로 하는 제2의 제조공법.
2. 제1항에 있어서 합성되는 재료를 분말형으로 함과 100mesh이상의 미세분말을 특징으로 하는 조성물.
3. 제1항에 있어서 분말형 멜라민 수지는 순수멜라민에 포름알데이드 그리고 알키드.에폭시.폴리에스터.아크릴수지등과 혼합하여 친화성조절을 위하여 알코올과 알콕시화 반응을 시켜 분말화한 멜라민 성형수지.
4. 제1항에 있어서 상기 전분은 옥수수,밀,감자,사탕수수,마를 선택되는 특징으로 하는 조성물.
5. 제1항에 있어서 상기 무기물질은 원적외선을 방사하는 게루마늄,황토,멕반석,옥,실리카,견운모를 선택되는 특징으로 하는 조성물.
6. 제1항에 있어서 비중이 다른 재료의 합성을 위해서 외부의 통이 돌아가면서 교반 및 건조되는 특징으로 하는 볼밀 교반공정.
7. 제1항에 있어서 기존의 멜라민 성형품 제조공정을 똑같이 적용 예열80-110도에서 20-50초 130-170도에 80-450kg/㎠의 40-80초간의 압축성형에 의해서 원하는 성형품을 생산하는 제조공법.
8. 제1항에 있어서 멜라민수지와 전분, 기능성 무기물질을 혼합 기존의 멜라민 성형품 제조공정과 똑같이 적용 작업공정상 포름알데이드의 기화를 대폭 줄이는 것과 성형품의 포르말린 성분을 제거 무공해이면서 생붕괴 되는 것을 특징으로 하는 조성물.