KR20030060728A

KR20030060728A - 철-고무 쉬트 조성물

Info

Publication number: KR20030060728A
Application number: KR1020020012112A
Authority: KR
Inventors: 김기훈; 차민호; 남형곤
Original assignee: 주식회사 나노맥
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2003-07-16

Abstract

본 발명은 철-고무 쉬트 조성물을 제공하기 위한 것으로, 이러한 본 발명은 소정의 입자 크기를 가지는 철원소를 일정량 이상 함유하며, 합성고무 또는 천연고무와 통상의 첨가제를 혼합한 조성물을 컴파운딩하여 제조하여, 종래의 자석을 이용하는 완구 또는 문구에서 사용되던 철판을 대체할 수 있도록 하는 철-고무 쉬트 조성물에 관한 것이다.

Description

철-고무 쉬트 조성물{A Fe-powder containing rubber sheet composition}

본 발명은 철-고무 쉬트 조성물에 관한 것으로, 특히 종래의 자석을 이용하는 완구 또는 문구에서 사용되던 철판에 대체하기에 적당하도록 철분말과 합성고무 또는 천연고무와 통상의 첨가제를 혼합한 조성물에 관한 것이다.

일반적으로, 자석과 철판은 자력에 의하여 서로 인력이 작용하게 되므로 이러한 성질을 이용하여 오래전부터 다양한 분야에게 사용되어 오고 있다.

종래에는 예를들어 자석 다트판 등 자석을 이용한 접착력을 이용한 완구와 유아용 교재 및 소품 등에 철판을 사용하였는데, 상기 자석다트판 등으로 철판을 사용하면 자석이 일부분을 구성하는 다트핀을 다트판인 철판에 던졌을 때 둔탁한 큰 소리가 나서 불쾌감을 주는 단점이 있었다.

또한 철판으로 된 자석다트판의 모서리 부분이나 약간의 파손이 일어난 부분을 어린이나 노약자 등이 손으로 만지거나 부딪칠 경우 때 날카로운 단면 등에 창상 또는 절상을 입을 수 있는 위험의 소지가 있었다.

또한, 철판 자체가 무거워 이동이 불편하며, 고정시킨 다트판이 떨어질 경우 다칠 수 있는 위험성이 문제점으로 작용한다.

또한, 철판으로만 이루어진 다트판을 제조할 경우 절삭기나 연마기들을 별도로 사용하여야 하는 등 가공이 어렵고, 철판 가공시에 발생하는 철분 등이 인체내에 흡입될 수도 있는 점들도 문제점으로 작용한다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 철판이 가지고 있는 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 철-고무 쉬트조성물과 이로 제조된철-고무 쉬트를 제공하는데 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 철-고무 쉬트 제조장치의 일 구현예를 나타낸 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 가압니더기20 : 덩어리원료

30 : 덩어리원료 이송장치40 : 덩어리 분쇄장치

50 : 덩어리 분쇄물60 :덩어리분쇄물 이송장치

70 : 압연기(calender) 80 : 쉬트제품

90: 쉬트제품 이송장치 100 : 쉬트제품 냉각장치

110 : 쉬트제품 재단기 120 : 철-고무 쉬트

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 철-고무 쉬트 조성물은, 철(Fe)을 일정량 이상 함유하며 소정의 입자크기를 가지는 철분말과 합성고무 또는 천연고무, 또는 합성고무 및 천연고무의 혼합물과 통상의 첨가물을 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예를 상기 조성물을 구성하는 조성성분과 첨부된 도면을 참고하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 철-고무 쉬트 조성물은 철분말과 합성고무 또는 천연고무, 또는 합성고무 및 천연고무의 혼합물과 통상의 첨가제를 포함하여 구성된다.

먼저, 고무는 합성고무 또는 천연고무가 사용될 수 있는데, 합성고무로서 사용될 수 있는 것으로는 폴리메틸렌(Poly Methylene)형의 포화주쇄를 가진 탄성체, 폴리머 주쇄에 질소를 가진 탄성체, 폴리머 주쇄에 산소를 가진 탄성체, 폴리머 주쇄에 실리콘을 가진 탄성체, 폴리머 주쇄에 황을 가진 탄성체, 주쇄에 블포화 탄소 결합을 가진 디엔계 탄성체, 폴리머 주쇄에 탄소와 산소 및 질소를 가진 탄성체, 폴리머 주쇄에 인 및 질소를 가진 탄성체를 포함하는 합성고무 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 있다.

상기와 같은 고무를 5 ∼ 50 중량% 사용할 수 있으며, 이때 5 중량% 미만을사용하면 경도가 높아서 철판의 딱딱함을 개선할 수 없으며, 50 중량%를 초과하여 사용하면 철로서의 자석과의 인력에 문제점이 있다.

상기 철분말은 입자크기가 0.5 ~ 1,000 ㎛ 인 것이 사용되는데, 입자의 크기가 상기 0.5 ㎛ 미만이면 입자의 표면적의 증가로 입자가 고분자와 블랜딩 될 수 있는 양의 한계성이 있고, 또 가격이 고가이기 때문에 사용을 하지 않으며, 1,000 ㎛를 초과하면 설비의 마모율 증가, 고무와의 분산성에 문제점이 있다.

입자의 모양은 구형, 침상형, 육각형, 사각형, 판상형 등의 모양을 가지는 것을 사용할 수 있으며, 또한, 상기 철분말은 철(Fe)이 70 % 이상 함유하고 있어야 한다.

여기서, 철(Fe) 함유량이 70 % 미만이면 철의 포화 자화값이 낮아져 인력이 저하되어 제품화하였을 경우 자석이 잘 부착되지 않는 문제가 발생하는 소지가 있다.

한편, 철을 제외한 나머지는 탄소(C), 마그네슘(Mg), 규소(Si), 니켈(Ni), 칼륨(K), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 코발트(Co), 아연(Zn) 등의 원소들을 함유할 수 있다.

상기와 같은 특성을 가지는 철분말은 본 발명의 조성물에서 50 ∼ 95 중량% 사용할 수 있으며, 이때 50 중량% 미만이면 자석과의 인력 형성에 문제가 있으며, 95 중량%를 초과하면 고무의 특성인 탄성을 잃어버리고 지나치게 경도가 높아 철판의 딱딱함을 개선하는데 문제점이 있다.

상기의 철분말은 페라이트(ferrite)를 포함하여 사용하면 우수한 원가 절감효과를 얻을 수 있다. 상기 페라이트는 망간-아연 페라이트, 니켈-아연 페라이트, 마그네슘-아연 페라이트, 바륨-페라이트, 스트론튬-페라이트 등에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.

즉, 철분말은 고가이기 때문에 저가의 페라이트를 섞어서 사용할 시에는 원가절감을 할 수 있다. 상기와 같은 원가절감 효과를 가지는 페라이트는 철분말 중량에 대해서 5 ∼ 70 중량% 사용할 수 있으며, 상기 범위를 벗어나면 자석의 인력 형성에 문제점이 있다.

본 발명의 철-고무 쉬트 조성물에서 사용되는 첨가제는 철 고무쉬트 조성물중 첨가제는 5 ∼ 25 중량% 사용할 수 있으며, 이때 상기 범위를 벗어나면 고무와 철의 분산성이 좋지 못하게 되는 문제점이 있다.

여기서, 각각의 첨가제는 열안정제 0.1 ~ 1 중량%, 가소제 10 ~ 15중량%, 산화방지제 0.1 ~ 1 중량%, 활제 1 ~ 5 중량%, 난연제 0.1 ~ 1 중량% 등을 첨가할 수 있다.

또한, 각각의 첨가제는 고무와 철분말이 가압니더기에서 원료의 혼련, 압연기에 의해 쉬트상태로 제조될 때 첨가제가 고무의 물성을 유지시켜준다.

한편, 각각의 첨가제중 열안정제는 많은 열을 동반하는 제조공정 중 고무의 열적안정성을 유지하는 첨가제로써, 0.1 중량% 미만이면 고무의 열적안정성을 유지하기에 충분하지 못하며, 1 중량%를 초과하면 비중이 철분말의 10분의 1정도 이기 때문에 많은 양이 함유되어 철분말간의 거리를 멀게 하고 또 블루밍(Blooming) 현상의 원인이 된다.

또한, 가소제는 고무에 첨가되어 유리전이온도를 낮추고 결정화도 및 녹는점을 감소시켜 고무를 부드럽게 하는 첨가제로써, 10 중량% 미만 사용하면 가소화 효율이 저하가 되어 고무를 부드럽게 하지 못하고, 15 중량%를 초과하면 고무를 가소화되고 남은 가소제가 철분말과 상호간에 접착되는 현상이 발생하고 또 시간이 지남에 따라 가소제가 표면으로 나오는 블루밍 현상이 발생한다.

또한, 산화방지제는 산소에 의해 고무가 자연 산화되어 고무가 분해, 개질이 되는 것을 방지하는 첨가제로써, 0.1 중량% 미만 사용되면 고무의 분해 및 개질현상을 충분히 방지할 수 없으며, 1 중량% 초과하여 사용되면 비중이 철분말의 10분의 1정도이기 때문에 많은 양이 함유되어 철분말간의 거리를 멀게하고 또 블루밍 현상의 원인이 된다.

또한, 활제는 생산성 및 가공성 증가하며 안정제의 안정화 효율 증가 역할을 하는 첨가제로써 1 ∼ 5 중량% 사용될 수 있으며, 1 중량% 미만 사용되면 생산성 및 가공성을 증가하지 못하며, 5 중량% 초과하여 사용되면 블루밍의 현상으로 인해 시간이 경과하면서 표면으로 나오는 문제점이 있다.

또한, 난연제는 고무의 분해온도 이하에서 반응하여 불연성 물질로 되어 고무와 산소의 접촉을 방지하거나 불연성가스를 내어 고무의 연소를 방지하는 역할을 하는 첨가제로써, 0.1 중량% 미만사용하면 난연효과가 없으며, 1 중량% 초과하면 난연제의 분해로 인해 생산시 많은 가스를 동반하고 시간이 경과하면서 표면으로 나오는 문제점이 있다.

상기와 같은 구성성분을 포함하여 이루어지는 철-고무 쉬트 조성물을 첨부도면 도 1 에 도시한 제조장치를 사용하여 제조할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

즉, 철분말과 합성고무 또는 천연고무와 첨가제의 혼합물을 가압니더기(10) 에 넣어 원료를 혼합하고 일정한 압력과 온도에서 가압 혼련시키면, 덩어리형태 (20)를 가지게 된다. 상기 덩어리형태(20)는 이송장치 (30)에 의해 덩어리 분쇄 장치(40)로 이송된 다음 칩(chip) 형태의 알갱이 모양(50)으로 분쇄된다. 상기 알갱이모양(50)은 알갱이 이송장치(60)에 의해, 압연기(70)로 이송되고 압연기(70)에서 쉬트상태의 쉬트제품(80)이 된다.

상기 쉬트제품(80)은 제품이송장치(90)에 의해 롤냉각장치(100)로 이송되어 냉각되고, 냉각된 쉬트제품(80)은 재단기(110)로 이송되어 제품이 재단되어 철-고무 쉬트(120)로 된다.

상기 완성된 철-고무 쉬트(120)은 두께 0.1 ~ 20 mm, 폭 1 ~ 2,000 mm 의 쉬트로 제조되며, 길이는 사용자가 원하는 대로 제조할 수 있음을 특징으로 한다.

이처럼 본 발명의 철-고무 쉬트가 제조되게 되는 것이다.

실시예 1 ∼ 4

고무, 철분말, 첨가제로서 열안정제, 가소제, 산화방지제, 활제, 난연제를 첨가한 혼합물을 가압니더기에서 혼합(mixing)과 혼련(kneading)하여 덩어리 원료를 제조하고, 이송장치를 거쳐 덩어리 분쇄장치에서 분쇄된 입자의 크기 1000 ㎛ 가 되도록 분쇄한 다음 압연기에서 압연하여 쉬트상태로 제조하고 냉각기로 이송하여 냉각 시키며, 재단기를 거치면서 원하는 사이즈로 정확하게 재단하여 본 발명의 철-고무 쉬트로 제조하였으며, 구성성분은 다음 표 1 에 나타내었다.

비교예 1

종래에 완구용으로 사용되던 철판(STS304, 포항제철)을 사용하여 상기 실시예와 물성을 비교하였다.

비교예 2 ∼ 3

상기 실시예와 동일한 방법으로 철-고무 쉬트를 제조하였으며, 구성성분은 다음 표 1 에 나타내었다.

구성성분(g)	실시예	비교예
구성성분(g)	1	2	3	4	2	3
고무	합성고무¹⁾	39	150	78	58.5	15	200
고무	천연고무²⁾	26	100	52	39	15	150
철	철분말³⁾	585	240	312	331.5	372	150
철	페라이트⁴⁾	-	160	208	221	248	120
첨가제	열안정제⁵⁾	15	15	15	15	15	15
	가소제⁶⁾	97.5	97.5	97.5	97.5	97.5	97.5
	산화방지제⁷⁾	15	15	15	15	15	15
	활제⁸⁾	30	30	30	30	30	30
	난연제⁹⁾	10	10	10	10	10	10
¹⁾135A, WeiFang Yaxing chemical Co.,중국²⁾KOSYN KNB 35L, 금호 화학(주), 한국³⁾ASH 100.29, HOGANAS Co., 스웨덴⁴⁾소결분쇄품, 태평양금속, 한국⁵⁾TLS (Tribasic Lead Sulfate), 송원화학(주), 한국⁶⁾ DOP(Dioctyl Phthalate), 한화석유화학, 한국⁷⁾AO-1010, 신원화학(주), 한국⁸⁾sa-1800, 신원화학(주), 한국⁹⁾삼산화 안티몬 (Sb₂O₃)

시험예

상기 실시예 1 ∼ 4 에 의하여 제조된 철-고무 쉬트와 비교예 1 의 종래의 철판 및 비교예 2 ∼ 3 에 따라 제조된 철-고무 쉬트의 시편을 제조하여 특성을 비교하였으며, 그 결과는 다음 표 2 에 나타내었다.

<경도>

쇼어 경도계(shore 경도계) A type 방법으로 경도를 측정하였다.

<인장강도>

UTS 측정설비를 사용하여 미국 ASTM 규격 방법으로 인장강도를 측정하였다.

	실시예	비교예
	1	2	3	4	1	2	3
경 도(shore A type)	85	60	110	115	1500	230	35
밀 도	4.8	2.4	3.89	4.14	7.94	5.3	1.8
인장강도(단위:kg/㎡)	40	35	55	55	630	30	30

상기 표 2 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 철-고무 쉬트는 자석과의 친밀성이 높아서 종래의 철판과 비교하였을 경우 친밀성의 차이를 나타내지 않았으며, 경도의 경우 너무 높으면 상기 쉬트로 제조된 제품을 사용할 경우 외상을 입을 수 있고, 경도가 너무 낮으면 제품으로의 제조상에 문제점이 있을 수 있으므로 본 발명의 철-고무 쉬트의 경도는 상기한 문제점을 유발시키지 않을 만큼 적정한 경도를 나타낸다고 할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 철-고무 쉬트조성물로 철-고무 쉬트를 제조할 경우, 유아 및 성인용 완구로 사용되는 자석다트 등의 자석을 붙이기 위한 철판대체용, 유아교재 중의 자석을 붙이기 위한 철판의 대체용으로 사용할 수 있는 효과가 있으며, 이 밖에도 철판을 사용한 제품에 대체되어 철판과 자석이가지는 장점을 사용하면서도 보다 안정한 제품 제조에 사용될 수 있는 효과가 있다.

Claims

합성고무 또는 천연고무, 또는 합성고무 및 천연고무의 혼합물 5 ∼ 50 중량%, 철분말 50 ∼ 95 중량%와 통상의 첨가제 5 ~ 20 중량% 로 이루어진 것임을 특징으로 하는 철-고무 쉬트 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 합성고무는 폴리메틸렌형의 포화주쇄를 가진 탄성체, 폴리머 주쇄에 질소를 가진 탄성체, 폴리머 주쇄에 산소을 가진 탄성체, 폴리머 주쇄에 실리콘을 가진 탄성체, 폴리머 주쇄에 황을 가진 탄성체, 주쇄에 블포화 탄소 결합을 가진 디엔계 탄성체, 폴리머 주쇄에 탄소와 산소 및 질소를 가진 탄성체, 폴리머 주쇄에 인 및 질소를 가진 탄성체 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용되는 것임을 특징으로 하는 철-고무 쉬트 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 철분말은 입자크기가 0.5 ~ 1,000 ㎛ 이고, 모양은 구형, 침상형, 육각형, 사각형, 판상형 중에서 선택된 어느 하나이며, 철(Fe) 원소 함량은 70 % 이상인 것임을 특징으로 하는 철-고무 쉬트 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 첨가제는 열안정제 0.1 ~ 1 중량% , 가소제 5 ~ 15중량%, 산화방지제 0.1 ~ 1 중량%, 활제 1 ~ 5 중량% 및 난연제 0.1 ~ 1 중량% 를 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 철-고무 쉬트 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 철-고무 쉬트 조성물이 망간-아연 페라이트, 니켈-아연 페라이트 , 마그네슘-아연 페라이트, 바륨-페라이트, 스트론튬-페라이트 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 페라이트 혼합물을 철분말 전체 중량에 대해서 5 ∼ 70 중량% 추가적으로 포함된 것임을 특징으로 하는 철-고무 쉬트 조성물.