이하 본 발명을 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 저점도 경량 점토 조성물은 수용성 고분자 수지, 충전재, 겔화제, 보습제, 폴리아크릴릭산 나트륨 염 및 물을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 수용성 고분자는 폴리비닐아세테이트의 부분 가수분해에 의해 제조된 고분자인 폴리비닐알코올로 가수분해도 80∼95mol%와 분자량 86,000∼185,000g/mol인 것을 사용한다. 이의 가수분해도가 80몰% 미만이면, 점토에 초산냄새가 많이 나게 되고 장기간 보관시 초산에 의해 점토의 점도가 낮아져 조형성이 떨어지게 되고, 95몰%를 초과하면 고분자의 수지의 점착성이 떨어져 필러나 기타 첨가제가 손에 묽게 되는 문제점이 있다. 또한 분자량이 86,000g/mol 미만이면 점도가 낮아 점토에 흐름성이 없어지지 않고, 185,000g/mol을 초과하면반죽이 잘 되지 않고 너무 질겨 손으로 조형을 만들기 힘들게 되는 문제점이 있다.
상기 폴리비닐알코올의 함량은 점토총량에 대하여 5∼20중량%, 특히 10∼15중량%가 바람직하다. 상기 수용성 고분자인 폴리비닐알코올의 사용량이 5중량%미만에서는 점토가 형성되지 못하며, 20중량%를 초과하면 점토의 유동성이 나빠지며, 빠르게 경화되어 점토가 딱딱해지고, 조형시 작업성 및 수촉성이 나빠지는 등의 경향이 나타난다.
본 발명에서 사용되는 고분자 중공 미세구는 저비점의 탄화수소 등의 액체를 내포한 합성수지를 가열 발포하여 형성된 중공상의 미세구로 그 주성분이 염화비닐 리덴, 아크릴로니트릴, 아크릴산에스테르, 스틸렌, 디비닐벤젠 등과 이들의 공중합체와 표면이 다른 특성을 갖도록 개선된 것으로 물에 불용성인 고분자 성분으로 이루어진 물질로 구성된 것이 바람직하지만 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 고분자 중공 미세구의 비중은 0.01∼0.06g/㎤, 바람직하게는 0.01∼0.05g/㎤이고, 입자 크기는 1∼100㎛, 바람직하게는 20∼60㎛이며, 열에 의해 쉽게 발포가 가능한 것이다.
상기 고분자 중공 미세구의 사용량은 점토 총중량에 대하여 1∼30중량%이며 바람직하게는 4∼10중량%이다. 이의 사용량이 1중량% 미만에서는 고분자 중공 미세구가 사용된 고분자 수용액을 모두 함유할 수 없게 되어 폴리비닐알코올 수용액의 흐름성이 반죽에 나타나 조형물의 보형성이 감소하고, 가벼운 물질인 충전제의 감소로 점토의 비중이 크게 증가하며, 30중량%를 초과하면 고분자 수지인 폴리비닐알코올 수지가 고분자 중공 미세구에 완전히 접착하지 못하기 때문에 점토의 전체 부피를 나타내는 고분자 중공 미세구들간 결합 약화로 점토의 강도가 감소하여 쉽게 부스러지고, 유연성이 떨어지며, 쉽게 갈라져 작업성이 크게 나빠진다.
본 발명에서 사용하는 보습제는 점토의 사용 시간 및 점토의 건조시 갈라짐이나 사용자의 감촉을 부드럽게 해주는 성분으로 분자내에 -OH기가 많이 존재하는 다가 알코올계 성분인 글리세린, 글리세롤, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올 등을 사용할 수 있으며 바람직하게는 글리세린이다. 보습제의 사용량은 점토 총중량에 대하여 1∼30중량%이며, 바람직하게는 15∼20중량%이다. 이의 사용량이 1중량% 미만이면 점토 내에 함유된 수분의 증발 속도가 빨 라져 조형시간이 짧아지며, 완성된 조형물이 갈라지거나 부서지기 쉽고, 사용자가 원하는 형태로 점토를 변형하고자 할 때 점토가 쉽게 끊어지거나 두 개의 점토가 서로 혼합 및 접합이 잘 이루어지지 않는 등의 성형성이 크게 감소하며, 30중량%를 초과하면 장시간 경과 후에도 점토 내에도 물이 많이 남아 있어 조형물의 건조에 많은 시간이 걸리며 끈적임이 커져서 손에 찌꺼기가 묻거나 옷에 붙어 떨어지지 않는 등의 문제점이 있다.
본 발명에서 사용하는 겔화제는 점도는 크지만 흐름성이 있는 폴리비닐알코올 수지의 흐름성을 줄이기 위해 이의 겔화를 유도하는 물질로 붕사, 테트라이소프로폭사이드 티탄늄 등이 사용되며 바람직하게는 붕사이다. 이의 사용량은 0.01∼5중량%이며, 특히 0.3∼1중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 겔화제의 사용량이 0.01중량% 미만이면 제조된 점토가 끈적거려 손에 달라붙고, 흐름성이 크고, 보형성이 나쁘며, 5중량%를 초과하면 수용성 고분자가 심하게 경직되어 제품이 딱딱하게 굳어 연성 및 탄성이 감소하며 가공성이 나빠지며 제품의 사용기간이 급격히 짧아지는 등의 문제점을 보인다.
본 발명에서 사용하는 조절제인 폴리아크릴릭산 나트륨염은 폴리아크릴릭산을 수산화나트륨으로 중화하여 만들어지는 염으로 상기 폴리비닐알코올, 고분자 중공 미세구, 글리세린, 겔화제 및 물로 이루어지는 반죽의 유연성, 탄성, 점착성 등을 효과적으로 조절하는 물질로 분자량 50,000∼300,000g/mol인 것이 바람직하며, 분자량이 50,000g/mol 미만이면 분자의 크기가 작아 조형성에 손에 쉽게 묻어나 불쾌감을 주고, 300,000g/mol을 초과하면 조절제로서 특성이 보이지 않은다는 문제점 이 있다. 이의 사용량은 점토 총중량에 대하여 0.01∼10중량%이며, 특히 0.1∼6중량%가 바람직하다. 폴리아크릴릭산 나트륨염 사용량이 0.01중량% 미만이면 폴리아크릴릭산 나트륨염의 부과효과가 전혀 나타나지 않아 기존 점토의 문제점이 발생하고, 10중량%를 초과하면 반죽의 유연성이 지나치게 높아 일정한 형태를 유지하지 못하며, 작은 힘에도 점토가 분리되어 얇은 형태의 가공이 힘들며, 겔화제의 역할을 방해하여 점토의 흐름성을 증가시키는 문제점이 있다.
본 발명의 점토는 상기 수용성 고분자 수지, 고분자 중공미세구, 보습제, 겔화제 및 폴리아크릴릭산 염을 50 내지 80중량%의 물과 혼합하여 제조된다. 이때 상기 물의 함량이 50중량% 미만이면 PVA가 충분히 용해되지 못하여 점토의 기능을 발휘하지 못하며, 80중량%를 초과하면 나머지 성분들이 너무 적어 점토의 흐름성이 커 조형하지 못하게 된다.
본 발명의 점토는 섬유분말을 더욱 포함할 수 있다. 섬유분말은 건조 후에 보형성을 높이는 동시에 수축방지효과가 있다. 상기의 섬유분말로는 분말펄프, 비닐론 섬유, 나일론 섬유, 분말코튼, 시트펄프를 분쇄한 것 등을 사용할 수 있으며, 섬유분말의 길이는 0.01∼0.5㎜, 특히 0.1∼0.2㎜의 천연, 합성섬유 등이 바람직하며 사용량은 점토총중량에 대하여 0.1∼4중량%가 바람직하다.
또한, 본 발명의 점토는 항균제를 더욱 포함할 수 있으며, 방향제, 안료, 현광물질, 펄 또는 축광 물질을 사용할 수 있고, 이의 사용량은 0.01내지 5중량%이다.
본 발명의 경량 점토 조성물은 매우 가벼워 초등학생 및 유아들에게도 취급 및 운반하기 쉽고, 조형시 제작자에게 좋은 수촉감을 주며, 알맞은 확장성을 가져서 쉽게 원하는 형태로 변형이 용이하며, 변형된 표면에 평활성이 있으며 동시에 적당한 경도를 가지고 있어 조형물이 형태를 유지하며, 손에 부스러기 및 끈적이는 감촉이 없는 장점이 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만 하기의 실시예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리비닐알코올 30g을 물 120g에 완전히 용해한 후, 이 폴리비닐알코올 수용액에 입자크기가 40㎛이며, 비중이 0.025g/㎤인 고분자 중공미세구 분말 9g, 글리세린 38g, 항균제 2g, 붕사 0.5g 및 분자량 250,000g/mol인 폴리아크릴릭산 나트륨염 0.5g을 30분간 혼합 반죽하여 점토 200g을 제조한다.
실시예 2
폴리비닐알코올 30g을 물 120g에 완전히 용해한 후, 이 폴리비닐알코올 수용액에 입자크기가 40㎛이며, 비중이 0.025g/㎤인 고분자 중공미세구 분말 9g, 글리세린 38g, 항균제 2g, 붕사 0.5g 및 분자량 50,000g/mol인 폴리아크릴릭산 나트륨염 0.5g을 30분간 혼합 반죽하여 점토 200g을 제조한다.
비교예 1
폴리비닐알코올 30g을 물 120.5g에 완전히 용해한 후, 이 폴리비닐알코올 수용액에 입자크기가 40㎛이며, 비중이 0.025g/㎤인 고분자 중공미세구 분말 9g, 글리세린 38g, 항균제 2g 및 붕사 0.5g을 30분간 혼합 반죽하여 점토 200g을 제조한 다.
비교예 2
폴리비닐알코올 30g을 물 90.5g에 완전히 용해한 후, 이 폴리비닐알코올 수용액에 입자크기가 40㎛이며, 비중이 0.025g/㎤인 고분자 중공미세구 분말 9g, 글리세린 38g, 항균제 2g, 붕사 0.5g 및 분자량 250,000g/mol인 폴리아크릴릭산 나트륨염 30g을 30분간 혼합 반죽하여 점토 200g을 제조한다.
이상, 실시예 및 비교예의 조성으로 제조된 점토의 물성(부착성, 확장성, 평면평활성, 보형성)는 점토사용자 10인에게 조형물을 조형할 때, 각 항목을 0∼5점의 6단계로 평가를 의뢰하여 나온 점수를 평균 낸 것을 표 1에 나타내었다.
|
접착성 |
확장성 |
표면평활성 |
보형성 |
실시예 1 |
0.8 |
4.2 |
4.6 |
4.2 |
실시예 2 |
1.5 |
4.5 |
3.6 |
4.1 |
비교예 1 |
3.5 |
3.6 |
1.6 |
3.1 |
비교예 2 |
4.4 |
4.8 |
4.3 |
2.1 |
- 접착성 : 점수가 높을수록 손에 점토가 잘 붙는 것을 의미함.
- 확장성 : 점수가 높을수록 점토가 가늘게 성형하기 쉽다는 것을 의미함.
- 표면평활성 : 점수가 높을수록 늘어난 점토 표면에 갈라짐이 없다는 것을 의미함.
- 보형성 : 점수가 높을수록 점토 조형물이 형태를 잘 유지한다는 것을 의미함.