KR20030091871A - 인조보석의 원석 연마용 폴리우레탄 바인더 조성물 및이를 이용한 원석 분리방법 - Google Patents

인조보석의 원석 연마용 폴리우레탄 바인더 조성물 및이를 이용한 원석 분리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리우레탄 베이스수지에 고분자수지 분말 충전제 및 기타 충전제를 혼합하여 원석에 대해서 강한 접착성을 가지면서 유기용매에 의한 팽윤되는 성질로 인해 연마된 원석을 상기 바인더로부터 용이하게 분리낼 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 연질용, CASE용 및 경질용 폴리올 화합물을 각각 4:3:3의 배합비율로 혼합하여 수산기 값이 100∼200㎎KOH/g, 점도가 1,000∼5,000cps(25℃) 정도를 유지한 폴리올 화합물에 이소시아네이트기를 함유한 이소시아네이트 프리폴리머, 방향족 및 지방족 이소시아네이트 또는 이들의 혼합물로 구성된 이소시아네이트 혼합물을 1:2의 배합비율로 혼합하여 수득된 폴리우레탄 베이스수지; 상기 폴리우레탄 베이스수지 100g당 20∼40g의 중량으로 유기용매 가용성 열가소성 고분자수지분말을 천천히 가하여 교반하면서 혼합하는 것을 특징으로 하는 인조보석 연마용 접착 바인더 조성물 및 이를 이용한 원석 분리방법에 관한 것이다.

Description

인조보석의 원석 연마용 폴리우레탄 바인더 조성물 및 이를 이용한 원석 분리방법{Polyurethane binder composite for polishing rheinstone(hot-fix) and separating method of rheinstone}
본 발명은 인조보석 연마용 폴리우레탄 바인더 조성물 및 이를 이용한 원석 분리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이소시아네이트 프리폴리머와 활성수소기 폴리올 화합물을 혼합하여 생성된 2액형 폴리우레탄 베이스수지에 고분자수지 분말 충전제 및 기타 충전제를 혼합하여, 원석에 대한 강한 접착정도를 갖는 바인더 조성물을 제조하고, 유기용매에 의한 팽윤성으로 인해 연마된 원석을 바인더로부터 보다 손쉽게 분리하도록 하고 후처리시 작업의 안정성과 환경친화적 공정이 동시에 이루어질 수 있도록 한 인조보석 연마용 폴리우레탄 바인더 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 인조보석(Rhinestone Hot-Fix)은 용융된 유리를 금형에서 서냉하여 8각∼12각에 이르는 다양한 각을 가지는 각종 크기의 인조 수정유리로 만들어 낸 것으로, 주로 여성용 의류나 아동복 그리고 신발류 및 장신구와 액세서리 등에 열압착이나 다리미 등의 열처리 방법으로 부착하여 사용되며, 상기와 같이 부착된제품은 특성상 오랜 사용기간 동안 색상이나 광택을 유지해야 할뿐만 아니라, 물빨래나 드라이크리닝 등의 세탁 후에도 부착상태가 견고하게 그대로 유지되어야 한다.
이러한 인조보석을 만들어내는 방법은 크게 다이아몬드칼 등을 사용하여 원석을 깎아서 만들어 내는 방법과 미리 디자인된 금형에 용융유리를 부어서 만들어 내는 방법에 의해 크게 2가지로 구분할 수 있는데, 전술한 방법 가운데 깎아서 만들어내는 방법은 유리의 각도가 예리하고 연마된 면이 깨끗하여 광택이 우수하고 후처리 가공이 필요없는 장점이 있는 반면에 연마공정에 필요한 장비가 고가이고 가격이 비싼 단점이 있다.
반면에 금형에 용융유리를 부어 만들어 내는 방법은 상기 조각에 의한 공정에 비해 상대적으로 품질이 떨어지게 되는 문제점은 다소 존재하지만, 후처리 공정의 처리 및 마감방법에 따라 만족할 만한 품질의 상품도 충분히 기대할 수 있어, 현재 만들어지고 있는 국내의 인조보석 상품들은 대부분 상기 금형법에 의하여 만들어지고 있는 실정이다.
한편, 상기 인조보석을 생산해내기 위한 원석 제조시 사용되는 원재료 물질은 일반적으로 소다유리가 주로 사용되는데, 소정의 색상을 가진 소다유리를 용융시키고 미리 디자인된 각도를 가지는 롤링금형을 이용하여 벌꿀집 형태의 유리판으로 만들고 이를 분쇄함으로써 원석으로 사용될 수 있다.
그리고, 상기 원석을 이용하여 최종적인 인조보석으로 가공하기 위해서는 크게 전후 두 차례의 공정으로 나누어 순차적으로 진행하게 되는데, 전처리 공정으로써 광택이 나는 인조보석의 원석을 만들기 위한 연마공정을 수행하고, 후처리공정으로써 알루미늄 증착과 접착제의 부착 등 상품성과 실제 사용성을 높이는 공정을 수행한다.
이러한 상황에서 인조보석을 연마 가공하는 전처리공정은 크게 선별공정, 제1차 고정공정, 건조공정, 상면랩핑공정, 상면폴리싱공정, 분리공정, 제2차 고정공정, 하면랩핑공정, 하면폴리싱공정, 분리 및 분쇄공정, 수지분리공정, 세척공정이 일련의 순서에 의해 점차적으로 이루어지게 되는데, 상기 선별공정은 최초로 입고된 입석을 선별기를 사용하여 파지를 제외한 순수한 알갱이만의 조합으로 선별하는 공정이고, 고정공정은 상기 선별된 원석을 백그라이트판에 넓게 펼치고 준비된 알루미늄 지그판 표면에 바인더 물질의 수지를 소정의 두께로 넓게 바른 후 상기 지그로 펼쳐놓은 원석을 찍어 고정시키는 공정이며, 건조공정은 상기 원석이 고정된 알루미늄 지그판을 건조기에 넣어 바인더와 원석을 하나의 고정체로 형성시키는 공정이다.
상기 건조공정에 의해 하나의 고정체로 형성된 원석은 랩핑머신 상의 고정판 위로 이동되어 모터의 구동으로 회전하는 다이아몬드 휠과 연마자석에 의해 원석의 상면을 전체적으로 연마하고 폴리싱머신에 의해 원석의 표면에 광택을 형성한 후, 상기 고정체를 지그판으로 분리하게 된다.
그리고 나서, 작업자는 분리된 알루미늄 지그판 위에 바인더를 한번 더 바른 후 상기의 공정과 동일한 방법으로 원석의 하부면을 랩핑 또는 폴리싱하여 광택을 형성시키고 난 후, 원석과 바인더가 일체로 결합된 고정체를 적절한 용매에 침적시켜 원석과 바인더를 완전히 분리한 후, 세척공정을 수행함으로써, 광택이 나는 인조보석이 만들어지게 되는 것이다.
이 때, 상기의 바인더 물질은 원석을 광택이 나도록 연마하기 위한 전처리 공정시 선별기에 의해 선별된 원석을 알루미늄 지그 원판에 부착시켜 고정하는데 사용되는 것으로, 원판의 상면에 일정 두께의 수지를 발라 코팅처리한 후, 그 위에 원석을 부착시키고 이것을 약 80℃ 정도의 온도가 일정하게 유지되는 가열로 안에 넣어 수지를 경화시킴으로써, 원석이 연마에 견딜 수 있도록 원판에 단단하게 고정되어 원석의 상면 광택 작업을 개시하게 되는 것이다.
또한, 상면의 광택작업이 마무리 된 후에는 원석의 이면을 연마하기 위해 지그로부터 떼어낸 원석이 붙은 쉬트를 전술한 바와 같은 방법으로 동일하게 부착시키고, 이것을 약 80℃정도로 온도가 일정하게 유지되는 가열로 안에 넣어 수지를 경화시킴으로써 원석의 이면의 연마에 견딜 수 있도록 원판에 고정시키는 것이다.
전처리 공정에서 윗면과 뒷면의 연마작업을 거친 원석은 수지가 붙어 있는 채로 지그에서 떼어낸 다음 적절한 용매에 침적하여 원석과 수지를 분리하고 다시 깨끗이 세척하면 광택이 나는 인조보석이 제조될 수 있게 되는 것이다.
현재 일반적으로 사용되고 있는 원석용 바인더 조성물로는 2액형 에폭시 계열의 수지가 있는데, 이는 DGEBA계의 에폭시수지(일반 비스페놀 A형 에폭시)와 경탄, 탈크, 에어로씰 및 DOP 등과의 혼합물을 폴리아민계 경화제와 반응시켜 생성되는 것이다.
상기 에폭시 계열의 바인더 조성물은 경화반응 이후에는 용매 불용성의 물질로 변화되므로 일단 바인더를 사용하여 원석을 접착한 후 자동연삭기 등에서 연마 및 광택공정을 거친 후 원석을 바인더로부터 분리해 내게 되는데, 1차 연마 후 쉬트(sheet) 뒷면에 있는 원석을 연마하기 위해서는 고온에서 일정한 시간동안 가열한 후, 고정체로부터 상기 쉬트를 수작업에 의해 원형대로 분리해야 하고, 상기 원석을 바인더로부터 분리해 내기 위해서는 황산이나 질산 등의 강산을 사용하지 않을 수 없게 되고, 강산을 사용하여 반응을 일으킨 바인더 조성물은 플레이크상의 슬러지로 분해되어 원석과 분리될 수 있게 되는 것이다.
하지만, 상기의 공정은 황산과 같은 강한 산성 물질을 용매로 하여 사용함으로 인해 강산의 화학적 특성상 유독성과 환경유해성 등으로 인해 작업환경이 극히 열악하고 작업자에게는 위험할 수밖에 없게 되며, 분리공정 이후 수거된 슬러지는 사용된 산의 세척 및 중화공정 등을 거쳐 폐기해야 하므로 폐수처리 공정이 부가적으로 필요하게 되므로 비경제적이고 생산성이 떨어지며, 또한 에폭시수지에는 탈크, 경탄 등의 무기분말이 함유되어 있어 랩핑 및 폴리싱작업시 광택성이 우수하지 않게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 추가적인 생산설비의 투자 없이 종래의 에폭시 계열의 바인더를 사용한 접착공정과 유사한 작업환경을 유지하면서도 연마공정이 완료된 이후에는 유기용매에 침석된 접착 바인더의 팽윤에 의해 연마된 원석이 분리됨으로 인해 원석과 바인더 물질의 분리가 보다 용이함과 함께 후처리가 간단하여 작업의 안정성과 환경친화적 공정이 동시에이루어질 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 연질용, CASE용 및 경질용 폴리올 화합물을 각각 4:3:3의 배합비율로 혼합하여 수산기 값이 100∼200㎎KOH/g, 점도가 1,000∼5,000cps(25℃) 정도를 유지한 폴리올 화합물에 이소시아네이트기를 함유한 이소시아네이트 프리폴리머, 방향족 및 지방족 이소시아네이트 또는 이들의 혼합물로 구성된 이소시아네이트 혼합물을 1:2의 배합비율로 혼합하여 수득된 폴리우레탄 베이스수지; 상기 폴리우레탄 베이스수지 100g당 20∼40g의 중량으로 유기용매 가용성 열가소성 고분자수지분말을 천천히 가하여 교반하면서 혼합하는 것을 특징으로 하는 인조보석 연마용 접착 바인더 조성물 및 이를 이용한 원석 분리방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 이소시아네이트 화합물과 활성수소 화합물을 혼합하여 적절한 탄성을 가지는 폴리우레탄 베이스수지를 형성하되, 상기 베이스수지에 충전제 및 기타 첨가제를 소정의 비율로 혼합하여 2액형 폴리우레탄 바인더 조성물을 제조함으로써, 상기 바인더 조성물의 강한 접착력에 의해 지그의 표면에 바인더와 원석이 일체로 형성된 고정체가 구성됨으로 인해 원석의 연마공정이 보다 손쉽게 이루어지도록 하며, 연마공정을 거친 뒤에는 상기 고정체를 메틸에틸케톤(MEK;Methylethyl Ketone), Trichloroethylene(TCE), Cyclohexanone 등의 유기용매에 침적시켜 바인더의 부피를 1.1∼1.5배 이상으로 팽윤시킴으로써 바인더가 결합된 시트 형상의 고정체로부터 원석을 보다 손쉽게 분리할 수 있도록 한 것이다.
즉, 본 발명에 의한 폴리우레탄 바인더 조성물은 주제인 폴리올 화합물 즉, 연질용 폴리올 화합물, CASE용 폴리올 화합물과 경질용 폴리올 화합물의 비율을 4:3:3의 비율로 혼합하여 수산기 값(hydroxyl value)이 100∼200㎎KOH/g 정도가 되도록 하고, 점도가 1,000∼5,000cps(25℃) 정도가 되도록 유지한 반경질용 폴리올 화합물에 경화제인 이소시아네이트 화합물을 1:2의 비율로 혼합하여 생성된 폴리우레탄 베이스수지 100g에 폴리염화비닐 등의 유기용매 가용성 열가소성 고분자수지분말을 20∼40g의 배합비율로 혼합하여 폴리우레탄 바인더 조성물을 제조한다.
이 때 상기 폴리우레탄 베이스수지를 형성하는 주제인 이소시아네이트 화합물과 경화제인 폴리올 화합물의 어느 한쪽에 실리콘계 소포제와 비반응성 프로세스 오일과 같은 첨가제를 하나 이상 선택적으로 첨가하되, 베이스수지 100g당 실리콘계 소포제는 1.0∼5.0g의 비율로, 비반응성 프로세스 오일은 1.0∼10.0g의 비율로 각각 혼합한다.
본 발명에 의한 폴리우레탄 바인더 조성물은 전처리 공정 중에서 원석 연마를 위한 고정작업으로서 원석이 광택을 내도록 연마하기 위해서 선별된 원석을 알미늄 원판(지그)에 부착시키는 작업에 사용하며, 원판의 상면에 일정 두께의 수지를 코팅한 후에 그 위에 원석을 부착시키고 이것을 약 80℃ 정도로 온도가 일정하게 유지되는 가열로 내에 넣어 수지를 경화시켜 원석이 연마에 견딜 수 있도록 원판에 고정시키는 것이다.
또한, 본 발명에 의한 폴리우레탄 바인더 조성물은 원석의 이면을 연마하기 위한 고정작업으로서, 윗면 연마공정을 거친 후에 지그로부터 떼어낸 원석이 붙은쉬트를 앞에서와 같은 방법으로 부착시키고 이것을 약 80℃ 정도로 온도가 일정하게 유지되는 가열로 내에 넣어 수지를 경화시켜 원석이 이면의 연마에 견딜 수 있도록 원판에 고정시키는 것이며, 전처리 공정에서 윗면과 이면의 연마작업을 거친 연마된 원석은 수지가 붙어있는 채로 지그에서 떼어낸 다음 적절한 용매에 침적하여 원석과 수지를 분리하고 다시 깨끗이 세척하면 전처리공정이 완료되며, 광택이 나는 원석 인조보석이 만들어지게 된다.
이하, 본 발명에 적용되는 인조보석의 원석 연마용 폴리우레탄 바인더 조성물 및 이를 이용한 원석 분리방법에 대하여 상세히 설명한다.
[폴리우레탄 베이스수지]
본 발명의 폴리우레탄 바인더 조성물의 하나인 2액형 폴리우레탄 베이스수지 또는 반결질용 우레탄 접착제(-NHCOO-)는 주제인 이소시아네이트기(-NCO)를 함유하는 이소시아네이트 화합물과 경화제인 활성수소기(-OH)를 함유하는 폴리올 화합물을 1:2의 배합비율로 혼합하여 생성된 것으로, 상기 폴리우레탄 베이스수지는 -NCO기를 가진 Isocyanate Group 성분과 -OH기를 가진 Hydroxy Group 성분이 반응하여 결합된 -NHCOO- 구조의 성분이다.
상기 폴리우레탄 베이스수지를 형성하기 위한 제1성분인 이소시아네이트 화합물은 이소시아네이트기를 함유하는 화합물 또는 이소시아네이트 프리폴리머로써, 지방족의 이소시아네이트 화합물과 방향족의 이소시아네이트 화합물 가운데 하나를 선택하여 사용하거나 상기 지방족/방향족 이소시아네이트 화합물을 2가지 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 이소시아네이트기를 두 개 가진디이소시아네이트(Diisocyanate), 상기 이소시아네이트기가 3개 또는 그 이상 들어있는 폴리이소시아네이트(Polyisocyanate)가 각각 사용될 수 있다.
이 때 사용되는 방향족 이소시아네이트 화합물로는 2,4-toluene diisocyanate, 2,4-diphenylmethane diisocyanate, 2,6-toluene diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, 4,4-diphenylmethane diisocyanate 등이 있고, 지방족 이소시아네이트 화합물로는 1,6-hexamethylene diisocyanate, Ethylene diisocyanate 등이 있고, 디이소시아네이트로는 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene Diisocyanate ; TDI), 디페닐메탄 디이소시아네이트(Diphenylmethane Diisocyanate ; MDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene Diisocyanate ; HMDI) 등이 주로 사용되고 있고, 폴리이소시아네이트로는 Lupranate MP102(한국바스프)이 사용된다.
상기 화합물은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 이들 성분들은 활성 수소기 화합물들과 적절히 반응시킨 이소시아네이트 프리폴리머를 사용할 수도 있으며, 특히, 지방족 화합물에서 유래한 지방족 이소시아네이트 화합물이 다른 이소시아네이트계 화합물들에 비해 상대적으로 반응성이 낮고, 폴리우레탄 베이스수지를 형성하기 위한 활성수소 화합물과의 혼합시 반응하여 경화되는 시간이 길기 때문에 각 성분들과의 혼합시간 및 폴리우레탄 바인더로 생성되어 원석을 부착하기 위해 여러개의 지그에 일정한 두께로 코팅하는 공정에 필요한 시간을 확보할 수 있는 효과가 있어 보다 바람직하게 사용될 수 있으며, 상기 이소시아네이트 화합물은 작업성을 고려해 보았을 때 초기 점도(점성계수)는 대략 1,000∼10,000cps(25℃)정도인 것이 좋다.
상기 폴리우레탄 베이스수지를 형성하기 위한 제2성분인 활성수소 화합물은 활성수소기를 함유하는 화합물로써, 보다 바람직하게는 적어도 2개 이상의 활성수소를 갖는 유기화합물이며, 통상적으로 폴리올 화합물이라고 한다.
상기 폴리올 화합물로는 Ethylene glycol, Propylene glycol 등의 다가 알코올과 Ethylene Oxide, Propylene Oxide, Styrene Oxide 등을 반응시켜 만든 폴리에테르폴리올류 또는 Ethylene glycol, Propylene glycol, Butane Diol, Pentane Diol, Hexane Diol 등의 저분자량 다가 알코올과 Adipic Acid, Sebastic Acid, Terephthalic Acid, Isophthalic Acid 등의 dicarbonic, oligomeric Acid와의 축중합체인 폴리에스터폴리올 그 외에도 아크릴 폴리올, 폴리에스터폴리에테르폴리올, 아미노기를 활성수소로 한 방향족화합물 등을 사용할 수 있다.
상기 폴리올 화합물은 수산기 값(hydroxy value)이 100∼200㎎KOH/g 정도가 되도록 혼합비율을 조정한 폴리올 화합물이 주로 사용되며, 점도가 대략 1,000∼10,000cps(25℃) 정도인 것이 좋은데, 이는 본 발명에 의한 폴리우레탄 바인더로 생성되어 원석을 연마하고자 지그에 얇게 펴발라 접착하였을 때, 연질용의 폴리올 화합물은 원석연마에 필요한 연마강도를 견디지 못하게 되는 단점이 있고, 경질용의 폴리올 화합물은 너무 딱딱하여 부스러짐이 발생하므로 작업성이 좋지 않기 때문이다.
[폴리우레탄 바인더 조성물]
폴리우레탄 바인더 조성물은 연질용, CASE용 및 경질용 폴리올 화합물들을각각 4:3:3의 비율로 적절히 배합하여 수산기 값이 100∼200㎎KOH/g 정도로, 점도가 1,000∼5,000cps(25℃) 정도를 유지한 폴리올 화합물과 이소시아네이트기를 함유한 이소시아네이트 프리폴리머, 방향족 및 지방족 이소시아네이트 또는 이들의 혼합물로 구성된 경화제인 이소시아네이트 화합물을 1:2의 배합비율로 혼합된 폴리우레탄 베이스수지에 유기용매 가용성 열가소성 고분자수지분말을 혼합하여 중합 반응시켜 만드는 것으로서, 상기 이소시아네이트 화합물과 폴리올 화합물의 어느 한쪽에 실리콘계 소포제와 비반응성 프로세스 오일을 하나 이상 선택하여 함께 혼합되게 하되, 상기 폴리우레탄 베이스수지 100g에 대하여 각각 1.0∼5.0g 및 1.0∼10.0g의 비율로 첨가하고, 유기용매 가용성 열가소성 고분자수지분말을 20.0∼40.0g 첨가한 후에 혼합하여 중합 반응시켜 제조되는 것으로, 상기와 같이 제조된 바인더 조성물은 유기용매에 대해서 팽윤성을 가진다.
상기 유기용매 가용성 열가소성 고분자수지분말은 시중에 분말 형태로 판매되는 폴리염화비닐(PVC), 폴리비닐부치랄(PVB) 수지 등을 사용하여 상기 베이스수지 100g당 20∼40g이 첨가되고, 연마된 원석의 광택을 우수하게 유지시키기 위해 대략 입자의 크기가 1㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 첨가되는 유기용매 가용성 열가소성 고분자수지분말은 유기용매 가용성과 열가소성의 성질로 인해 작업성을 위한 점도 조절 및 유기용매에 침적된 폴리우레탄 바인더 조성물이 팽윤될 수 있도록 하는 역활을 한다.
이 때, 상기 베이스수지를 형성하는 이소시아네이트 화합물 또는 폴리올 화합물의 어느 한쪽에는 실리콘계 소포제와 비반응성 프로세스 오일이 하나 이상 부가적으로 첨가되도록 하되, 상기 베이스수지 100g에 대하여 실리콘계 소포제 1.0∼5.0g, 비반응성 프로세스 오일 1.0∼10.0g을 혼합하여 제조하고, 상기의 첨가제들은 작업성과 공정시간을 고려하여 첨가량을 적절하게 가감할 수 있다.
상기 실리콘계의 소포제는 베이스수지 100g에 대하여 대략 1.0∼5.0g이 첨가되어 경화 반응시에 생기는 바인더 조성물 재료 내부의 기포발생을 억제하거나 발생된 기포의 크기를 제어하고, 유리원석의 주위에서 약간 더 형성이 되어 유리 원석의 고정에 도움이 되는 역활을 하는 것으로, 이러한 소포제로는 일반적으로 우레탄 분야에서 사용되고 있는 실리콘 소포제를 그대로 사용할 수 있으며, 구체적으로 DC 190, DC 200(한국다우코닝) 등을 예로 들 수 있다.
상기 비반응성 프로세스 오일은 베이스수지에 100ㅎg 대하여 1.0∼10.0g이 첨가되어 작업점도의 조절과 상면랩핑공정과 상면폴리싱공정에 의한 상면연마 후 시트상의 원석을 지그로부터 떼어내기에 쉽도록 해주는 역확을 수행하게 되는 것으로, 상기 실리콘계 오일의 양을 증가시켜 사용하거나 광유계 탄화수소 또는 우레탄 반응에 관여하지 않는 기계 윤활유나 콩기름, 마아가린 등의 유기지방산계의 일반적인 오일류를 사용하도록 한다.
이상과 같이 우레탄 베이스수지(접착제)에 고분자수지분말 등의 충진제를 혼합하고 부가적으로 첨가제가 적절히 조합된 2액형 폴리우레탄 바인더 조성물은 기존의 에폭시수지를 바인더로 사용하여 연마되는 작업공정과 유사하게 접착공정을 시행할 수 있어 추가적인 생산 설비 투자를 하지 않으면서도 유기용매를 사용하여 쉽고도 간단하게 연마된 원석을 고정체로부터 분리할 수 있게 된다.
즉, 알루미늄 지그상에 접착되어 상면랩핑/상면폴리싱에 의한 상면연마공정과 하면랩핑/하면폴리싱에 의한 하면연마공정을 모두 거친 원석은 바인더에 결합되어 고정체 형상을 가지게 되는데, 상기 고정체를 Cyclohexanone, MEK(Methylethylketone) 및 톨루엔과 같은 일반 유기용매에 1∼2분 가량 침전시키면 바인더 조성물 내의 PVC 분말이 상기 유기용매와 간섭하여 상기 폴리우레탄 바인더 재료는 원래 부피의 1.1∼1.5배에 이르기까지 팽윤되고, 이 때 연마된 원석은 바인더 재료와 깨끗하게 분리되어 용기 바닥으로 떨어져 쌓이게 되는 것이다.
그리고 연마된 원석과 분리된 바인더는 용매 내에 팽윤된 스폰지 덩어리 형상으로 부유하게 되므로 쉽게 분리하여 건져낼 수 있고, 황산 등의 유익성, 비환경친화성 용매를 사용하지 않고 유기용매를 사용함으로 인해 산의 중화조 등의 추가적인 설비와 별다른 정제공정을 거치지 않고 곧바로 재사용이 가능하므로 생산원가가 절감될 뿐만 아니라 작업환경이 깨끗하고 안전하여 친환경적 공정이 이루어질 수 있게 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명의 일실시례에 의한 인조보석의 원석 연마용 폴리우레탄 바인더 조성물의 유기용매 종류에 따른 원석을 분리하기 위한 부피 팽윤효과에 대한 실시례를 살펴보면 다음과 같다.
[실시예 1(Cyclohexanone 유기용매)]
제1성분으로서 평균 NCO값이 약 30.0%인 폴리이소시아네이트 프리폴리머 Lupranate M102(한국바스프) 200g에 실리콘 소포제 DC-190(한국다우코닝)을 10g을 첨가하고, 제2성분으로서 평균 OH값이 약 350.0㎎KOH/g 되도록L-1100(한국바스프), L2043(한국바스프) 및 RP709(한국바스프)를 적당히 조정한 혼합 폴리올 프리폴리머 100g을 투입하여 서서히 교반하면서 PVC 분말수지(P-1700, 한화석유) 150g을 천천히 가하면서 계속 교반하여 폴리우레탄 바인더 수지 혼합물을 제조하고, 이를 가사시간 이내에 알루미뉼 판에 약 0.5㎜ 두께로 코팅하고 온도가 약80℃로 조절되는 오븐 내에서 1∼2시간 방치하여 경화반응을 진행한 후, 획득한 폴리우레탄 바인더 수지의 쉬트를 Cyclohexanone 유기용매에 1∼2시간 침적시킨 결과 1.4배의 부피 팽윤효과를 나타내는 것을 알 수 있다.
[실시예 2(MEK 유기용매)]
실시예 1과 동일한 조건으로 제조된 폴리우레탄 바인더 수지의 쉬트를 MEK 유기용매에 1∼2 시간 침적시킨 결과 1.1배의 부피 팽윤효과를 나타내는 것을 알 수 있다.
[실시예 3(TCE 유기용매)]
실시예 1과 동일한 조건으로 제조된 폴리우레탄 바인더 수지의 쉬트를 TCE 유기용매에 1∼2 시간 침적시킨 결과 1.2배의 부피 팽윤효과를 나타내는 것을 알 수 있다.
[비교예 1]
종래의 일반적으로 사용되고 있는 에폭시수지의 경우에 바인더 제조공정에 사용되는 주제 및 경화제의 비율을 1:2의 중량비로 혼합하여 실시예 1과 동일한 조건의 공정을 거쳐 상기 Cyclohexanone, MEK, TCE 유기용매에 침적 실험을 행한 결과 실시예 1∼3에서와 같은 현저한 팽윤효과를 관찰할 수는 없으며, 실시예 1∼3과비교예 1에서 얻어진 바인더의 실험 결과치를 살펴보면, 표1과 같다.
비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
바인더의 물리적 특성 밀도(g/㎤) 1.1 0.8 0.8 0.8
경도(ASKER D) 70 55 55 55
유기용매 팽윤성 (L-L0)/L0 ∼0.0 1.4(Cyclohexanone) 1.1(MEK) 1.2(TCE)
*L0: 유기용매 침적전의 원래치수, L : 유기용매 침적후의 변화된 치수
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 폴리우레탄 바인더 수지와 비교예의 종래 일반적으로 사용되고 있는 에폭시수지의 경우 Cyclohexanone, MEK, TCE 유기용매에 침적시키는 경우에 있어서 부피 팽윤 효과를 살펴볼 때 본 발명에 의한 폴리우레탄 바인더 수지가 매우 우수함을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 폴리우레탄 바인더 수지는 유기용매에 침적한 경우 바인더 재료가 원래 부피보다 1.1∼1.5배 정도로 팽윤됨에 비해 비교예 1은 부피가 거의 팽윤되지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 인조보석의 바인더 조성물에 PVC 등의 유기용매 가용성의 고분자 분말을 사용하여 추가적인 생산설비 투자없이 종래의 접착 및 연마공정과 유사한 작업환경을 유지하면서 연마공정이 완료된 후에는 유기용매를 사용하여 쉽고도 간단하게 연마된 원석을 분리할 수 있음으로 인해 작업의 안정성과 환경친화적 공정이 동시에 이루어질 수 있는 특징과 함께 사용되는 용매는 재사용이 가능하므로 생산성과 경제성에도 크게 이바지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 연질용, CASE용 및 경질용 폴리올 화합물을 각각 4:3:3의 배합비율로 혼합하여 수산기 값이 100∼200㎎KOH/g, 점도가 1,000∼5,000cps(25℃) 정도를 유지한 폴리올 화합물에 이소시아네이트기를 함유한 이소시아네이트 프리폴리머, 방향족 및 지방족 이소시아네이트 또는 이들의 혼합물로 구성된 이소시아네이트 혼합물을 1:2의 배합비율로 혼합하여 수득된 폴리우레탄 베이스수지; 상기 폴리우레탄 베이스수지 100g당 20∼40g의 중량으로 유기용매 가용성 열가소성 고분자수지분말을 천천히 가하여 교반하면서 혼합하는 것을 특징으로 하는 인조보석 연마용 접착 바인더 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 베이스수지를 형성하는 이소시아네이트 화합물과 폴리올 화합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나의 화합물에 실리콘계 소포제와 비반응성 프로세스 오일을 하나 또는 중복되게 첨가하되, 상기 베이스수지 100g에 대하여 실리콘계 소포제 1.0∼5.0g, 비반응성 프로세스 오일 1.0∼10.0g이 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 인조보석 원석 연마용 폴리우레탄 바인더 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기용매 가용성 열가소성 고분자수지분말은 폴리염화비닐(PVC) 또는폴리비닐부치랄(PVB) 중 선택된 적어도 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 인조보석의 원석 연마용 폴리우레탄 바인더 조성물.
  4. 제1성분으로서 이소시아네이트 화합물 100g에 실리콘계 소포제 1.0∼5.0g 및/또는 비반응성 프로세스 오일 1.0∼10.0g을 첨가하는 단계; 제2성분으로서 폴리올 화합물 200g를 혼합하여 교반하면서 유기용매 가용성 열가소성 고분자수지분말 20∼40g을 첨가하여 중합 반응시켜 폴리우레탄 바인더 조성물을 수득하는 단계; 상기 폴리우레탄 바인더 조성물을 고정체상에 코팅하여 원석을 고정한 후, 약 80℃ 정도를 유지한 가열기 내에서 경화반응을 진행하는 단계; 원석의 연마 및 광택작업 종료 후, 원석이 고정된 폴리우레탄 바인더 조성물의 부피가 1.1∼1.5배 정도로 팽윤되도록 유기용매에 침적시키는 단계;로 이루어짐을 특징으로 하는 인조보석의 원석 연마용 폴리우레탄 바인더 조성물을 이용한 원석 분리방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유기용매는 Methylethyl Ketone(MEK), Trichloroethylene(TCE), Cyclohexanone 중 선택된 적어도 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 인조보석의 원석 연마용 폴리우레탄 바인더 조성물을 이용한 원석 분리방법.
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