KR20080078031A - 모형 제작용 컴파운드 및 그의 용도 - Google Patents

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이베테 프레제
잉그리트 로이터
하인리히 쉬노러
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요트. 에스. 슈테틀러 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

본 발명은 플라시티졸(plastisol)로서 존재하는 결합제 및 선택적으로 또 다른 첨가제로 구성된 모형 제작용 컴파운드에 관한 것으로, 상기 플라시티졸은 실질적으로 PVC 및 가소제로 조성되며, 상기 컴파운드는 1개 이상의 비 프탈레이트(phthalate-free)계 가소제를 함유한다.

Description

모형 제작용 컴파운드 및 그의 용도{MODELING COMPOSITION AND ITS USE}
본 발명은 모형 제작을 위한 열 경화성 컴파운드 및 그의 용도에 관한 것이다.
물체의 모형 제작 및 성형(molding)을 위한 가소성 및 열 경화성 컴파운드는 원칙적으로 공지되어 있다.
모형 제작용 컴파운드란 소위 클레이(clay)를 뜻하기도 하며, 폴리머를 함유한 컴파운드의 경우 폴리머 클레이(polymer clay)를 지칭하기도 한다.
DE 25 15 757 C3로부터, 손으로 변형 가능하고 가열에 의해 경화될 수 있는 가소성 컴파운드가 공지되어 있다. 그러한 컴파운드는 폴리비닐클로라이드, 충전제 및 가소제로 형성된다. 이러한 컴파운드의 단점은, 상기 컴파운드가 매우 높은 온도에서만 경화되고, 경화 과정이 서서히 진행되는데 있다. 또한, 이러한 방식으로 경화되는 컴파운드의 파쇄 강도는 충분치 못하다. 그 외에도, 이러한 컴파운드가 호르몬 또는 재생에 유해한 작용을 할 것으로 의심되는 프탈레이트계 가소제를 30 중량%까지 함유한 것은 바람직하지 못한 것으로 판단된다.
프탈레이트계 가소제는 탄성이 소실된 플라스틱에 40중량% 이하의 다소 높은 농도로 첨가된다. 이때, 프탈레이트계 가소제는 상기 플라스틱과 화학적 결합을 전혀 하지 않는 소위 외부 가소제로서 작용한다. 화학적 결합이 일어나지 않기 때문에 프탈레이트가 플라스틱으로부터 비교적 간단하게 다시 제거되거나 서서히 이동할 수 있다.
본 발명의 과제는, 도입부에 언급한 단점들을 갖지 않으면서 특히 저온에서 경화되고, 경화된 상태에서 최대한 적은 가소제 비율에서 우수한 파쇄 강도를 갖는 모형 제작용 컴파운드 또는 몰딩 컴파운드를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 모형용 클레이에 인체에 유해한 및/또는 위험한 성분이 거의 포함되지 않도록 해야 한다.
상기 과제들은 청구항 1항, 13항 및 15항에 포함된 특징들에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 컴파운드의 바람직한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 컴파운드의 특별한 장점은, 상기 모형용 컴파운드를 맨손으로 간편하게 처리할 수 있다는데 있다. 상기 모형용 컴파운드의 농도는 정상 주변 온도에서 거의 일정하고, 권장 보관 조건 하에서(건냉하고 햇빛에 직접 노출되지 않는 곳) 보관할 경우 48개월까지는 경화되지 않는다.
본 발명에 따른 모형 제작용 컴파운드는 플라스티졸(plastisol)로서 존재하는 결합제 및 경우에 따라 추가 첨가제들로 구성되는데, 이때 플라스티졸은 실질적으로 PVC 및 가소제로 조성되며, 상기 컴파운드는 1개 이상의 비 프탈레이트(phthalate-free)계 가소제를 포함한다.
사용되는 결합제는 실질적으로 플라스티졸로 구성된다. 상기 플라스티졸은 실질적으로 PVC 및 가소제로 조성된다. 이때 PVC는 특히 유화제를 함유하거나 함유하지 않은 유화 PVC, 현탁 PVC 및 마이크로펄(Microperl)-현탁 PVC 또는 각각의 PVC 타입들의 혼합물일 수 있다.
비 프탈레이트계 가소제는 구연산, 아디프산 및/또는 벤조에이트-에스테르를 기재로 합성된다. 비 프탈레이트계 가소제의 예로는 아세틸트리부틸시트레이트, 트리-(2-에틸헥실)-아세틸시트레이트, 트리옥틸시트레이트, 트리데실시트레이트, 트리부틸시트레이트, 트리헥실시트레이트, 트리에틸시트레이트, 디옥틸아디페이트, 디이소데실아디페이트, 디이소노닐아디페이트, 비스 (2-에틸헥실)아디페이트, 1,2-시클로헥산디카르복실산디이소노닐에스테르, 모노글리세라이드의 아세트산에스테르, 벤조에이트 또는 상기 물질들 중 2개 이상의 혼합물이 있다. 그 외에 벤조에이트기 또는 벤조에이트 에스테르기의 가소제도 속할 수 있다. 예를 들면, 2,2,4-트리에틸-1,3-펜탄디일 디벤조에이트 및 그의 유도체, 트리에틸렌글리콜-디벤조에이트, 디에틸렌 글리콜 디벤조에이트, 디에틸렌 글리콜 모노벤조에이트 및/또는 프로필렌그리콜디벤조에이트가 있다. 전술한 모든 가소제의 임의의 혼합물도 가능하다.
상기 컴파운드는 5 내지 30중량%의 비 프탈레이트계 가소제, 바람직하게는 10 내지 28중량%의 비 프탈레이트계 가소제, 특히 바람직하게는 15 내지 24중량%의 비 프탈레이트계 가소제를 포함한다.
본 발명의 매우 바람직한 한 실시예는 프탈레이트계 가소제를 함유하지 않은 컴파운드이다.
안정화제는 PVC 안정성을 향상시킨다. 즉, 안정화제는 특히 염화수소의 분리를 억제한다. 이를 위해, 특히 칼슘, 아연, 주석, 마그네슘, 나트륨 및 칼륨과 같은 금속의 무기염 및 유기염(예: 스테아르산 칼슘, 스테아르산 나트륨, 스테아르산 칼륨, 스테아르산 아연, 스테아르산 마그네슘, 스테아르산 주석 및/또는 상기 금속염들의 혼합물)이 사용된다.
그 외에도 상기 컴파운드에는 보조 안정화제(Costabilizer)가 첨가된다. 상기 컴파운드에 사용된 보조 안정화제는 지방산에스테르, 바람직하게는 사슬 길이가 C12보다 큰 장쇄(long-chain) 지방산 에스테르이다. 이 지방산 에스테르는 바람직하게 직쇄(straight-chain) 지방산 및 알코올로 이루어진다. 알코올은 바람직하게 잔기 알코올이다. 그 예로, 옥타데실산에스테르가 있다. 보조 안정화제는 결합제의 보관 안정성을 향상시킨다. 이러한 방식으로 컴파운드의 노후화 증상이 예방될 수 있다.
경우에 따라 2-에틸헥실 유도체를 함유하지 않은 보조 안정화제를 포함하는 것이 보관 안정성의 향상에 바람직한 것으로 밝혀졌다.
또 다른 예로, 에폭시화 대두유, 에폭시화 올레산메틸에스테르, 에폭시화 리놀산메틸에스테르, 에폭시화 리놀렌산메틸에스테르, 에폭시화 리놀렌산이소프로필에스테르, 에폭시화 캐놀라지방산메틸에스테르, 에폭시화 대두지방산메틸에스테르, 에폭시화 아마지방산메틸에스테르 또는 이들의 혼합물이 있다.
충전제로는 예컨대 입자 크기가 250㎛ 미만인, 바람직하게는 100㎛ 미만인, 더 바람직하게는 63㎛ 미만인 카올린, 백악, 활석, 수산화알루미늄 및/또는 클레이 분말(clay powder)과 같은 무기 충전제 및 유기 충전제가 사용된다.
또 다른 충전제로서, 예컨대 특별한 시각적 효과를 얻기 위해, 메탈릭 반짝이(metallic glitter), 반짝이 분말 및 반짝이 조각 또는 상기 원료들의 혼합물이 사용될 수 있다.
소위 경량 충전제도 사용될 수 있고, 또는 상기 경량 충전제가 전술한 다른 충전제에 혼합될 수도 있다. 경량 충전제의 예로는 중공 볼(hollow ball), 특히 예컨대 3M사 또는 Osthoff Petrasch사의 미세 유리 중공 볼이 있다. 경량 충전제의 함량에 따라 바람직하게 0.3 내지 1.1g/ml의 범위에 놓이는 밀도가 조절될 수 있다. 통용되는 경량 충전제의 크기도 자유롭게 선택될 수 있는데, 바람직한 크기는 약 10 내지 400㎛이다.
그밖에 폴리머에 기재한 충전제도 사용될 수 있다. 그러한 충전제 그룹의 예로는 PAMA, PMMA 및/또는 폴리에틸렌이 있다.
착색제로는 순수 안료들이 분말 안료, 수성 안료 제품들, 바람직하게는 아조프리(azo-free) 안료, 특수효과 안료 및/또는 아조프리 레이크 안료(lake pigment)로서 제공될 수 있다. 선택할 수 있는 다수의 안료들로서, Pigment Yellow 14 (CI. 21095), Pigment Red 254(CI. 56110), Pigment Orange 34 (CI. 21110) Pigment Red 122 (CI. 73915) Pigment Green 7 (CI. 74260), Pigment White 6 (CI. 77891), Pigment Black 7 (CI 77266), Pigment Red 101 (CI. 77491), Pigment Violet 23 (CI. 51319), Pigment Blue 29 (CI. 77007), Pigment Yellow 185 (CI. 56290), Pigment Yellow 1 (CI.11680), Pigment Red 48:2 (CI. 15865:2), Pigment Red 53:1 (CI. 15585:1), Pigment Orange 34 (CI. 21115), Pigment Yellow 83 (CI. 21108) 및 Pigment Blue 15 (CI. 74160)가 있다. 상기 착색제의 첨가에 의해 모형제작용 클레이가 화려한 외관을 가지게 된다.
추가 착색제로서 진주 안료(pearlescent pigment), Mica Iron Metal Luster 안료, 폴리에스테르 글리터(polyester glitter) 안료 및 형광 안료가 제공될 수 있다.
여기서, 부가적으로 상이하게 착색된 클레이 컴파운드들이 임의로 서로 혼합되거나 반죽될 수 있음으로써 마블링 효과가 획득된다는 것을 확인할 수 있다.
바람직하게는, 사용된 착색제는 클레이 컴파운드 자체 내에서 더 이상 물에 용해되지 않는다.
1개의 기본 배합예 및 몇몇 제조법 예들을 토대로 본 발명을 더 상세히 설명한다.
기본 배합예
5 - 95 중량%의 PVC
5 - 30 중량%의 가소제, 비 프탈레이트계
0 - 10 중량%의 안정화제
0 - 10 중량%의 보조 안정화제
0 - 75 중량%의 충전제
0 - 5 중량%의 착색제
0 - 5 중량%의 그 밖의 첨가물
안정화제, 보조 안정화제, 착색제 및 충전제는 필요에 따라 사용될 수 있는 첨가제의 예이다.
이 경우, 5중량% 이하의 프탈레이트계 가소제도 첨가제로서 포함될 수 있다는데 주의해야 한다.
제조법 예 1 - 비착색 컴파운드
65 중량%의 PVC 또는 PVC 코폴리머
19 중량%의 가소제 (아디핀산을 기재로 함)
7 중량%의 안정화제
19 중량%의 활석
제조법 예 2 - 적색 컴파운드
63 중량%의 PVC
24 중량%의 가소제 (구연산을 기재로 함)
1 중량%의 안정화제
7 중량%의 보조 안정화제
4 중량%의 충전제
1 중량%의 Pigment Red 254
제조법 예 3 - 황색 컴파운드
65 중량%의 PVC
21.5 중량%의 가소제 (구연산을 기재로 함)
1.5 중량%의 보조 안정화제
5.5 중량%의 안정화제
6.0 중량%의 충전제(백악, 규산)
0.5 중량%의 Pigment Yellow 83
종래 기술 - 황토색의 비교 제조법
15 kg의 유화 PVC
17 kg의 현탁 PVC
2.5 kg의 스테아르산 칼슘
13.5 kg의 디-엔-옥틸프탈레이트(가소제)
1 kg의 옥틸-지방산에스테르
14 kg의 규산 알루미늄
0.5 kg의 안료 (황토 혼합물)
가소제의 함량은 한 바람직한 실시예에서 10 내지 28중량%이고, 특히 바람직한 한 실시예에서는 15 내지 24중량%이다.
사용 선호도가 높은 비 프탈레이트계 가소제는 구연산 및/또는 아디핀산을 기재로 제조된다.
컴파운드의 희망 농도는 결합제 함량 및/또는 가소제 함량의 변동에 의해 원활하게 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 컴파운드가 종래 기술에 비해 갖는 장점은 하기와 같다.
경화 온도가 130°로 동일한 경우, 경화 시간이 현저히 감소한다. 기존에 30분 걸리던 것이 단 15분이면 된다.
경화 시간이 30분으로 동일한 경우, 110℃의 훨씬 더 낮은 온도에서 컴파운드가 경화된다. 이미 100℃에서 컴파운드가 경화될 수도 있다. 93℃에서 경화 시간이 40분간 지속될 경우 컴파운드는 이미 경화된다.
하기의 표에는 종래 기술에 따른 컴파운드의 경화 시간에 대하여 본 발명에 따른 컴파운드의 경화 시간이 시간의 함수로서 비교되어 있다. 본 발명에 따른 컴파운드의 경화 시간이 종래 기술에 따른 컴파운드보다 50% 더 단축된 것을 명백히 알 수 있다.
130℃에서 경화시간 130℃에서 경화시간
본 발명에 따른 컴파운드 제조법 예 2 15분 30분
종래 기술에 따른 컴파운드 비교예 30분 55분
표 1: 온도에 따른 경화 시간
본 출원서에 따른, 로(furnace)에서 경화된 컴파운드는 종래 기술에 비해 훨씬 더 높은 파쇄 강도를 갖는다는 사실이 밝혀졌다(표 2 참조).
이와 같이 더 높은 파쇄 강도는 "물성 측정기(Texture Analyser)"를 이용하 거나 "3점 굽힘 기기(Three Point Bending Rig)"의 프로세스에 따라 측정되고 증명될 수 있다.
경화 프로세스시 온도, 경화 지속시간: 30분 파쇄 강도/ 본 발명에 따른 컴파운드 [g] 파쇄 강도/ 종래 기술에 따른 컴파운드 [g]
93℃ 1.071 경화되지 않음
104℃ 3.097 2.333
116℃ 4.706 3.714
130℃ 4.183 4.181
표 2: 경화된 컴파운드의 파쇄 강도
그 외에도, 물성 측정기를 이용하여 종래 기술에 따른 컴파운드에 비해 본 출원서에 따른 경화된 컴파운드의 훨씬 더 높은 탄성이 측정될 수 있다.
본 발명에 따른 컴파운드의 제조는 예컨대 DE 25 15 757 C3에 따라 실시되며, 상기 문서에 따르면 건조된 PVC 분말이 충전제와 혼합된 다음 가소제와 보조 안정화제가 첨가된다. 그렇게 하여 제조된 컴파운드는 필요한 경우 냉장 보관 하에 반죽됨으로써 완성된다.
본 발명에 따른 컴파운드는, 손으로 변형 가능하고 가열에 의해 경화될 수 있는 가소성 컴파운드의 제조시 어린이용 모형제작용 컴파운드로서 그리고 공예품 및/또는 산업 용품 및 그것들로 만든 제품들(예: 초, 도장, 장신구 등)의 제조를 위해 사용된다.
상기 컴파운드 또는 모형제작용 컴파운드는 의료 분야에서 촉각 능력을 훈련하고 회복하기 위한 치료의 목적으로 사용되기도 한다.
본 발명에 따른 컴파운드를 사용하여 제조되는 물품은, 상기 물품의 형태를 만들기 위한 성형 공정 이후에 열 작용에 의해 경화된다.

Claims (15)

  1. PVC 및 가소제로 조성된 플라시티졸(plastisol)로서 존재하는 결합제 및 선택적으로 또 다른 첨가제로 구성된 모형 제작용 컴파운드에 있어서,
    상기 컴파운드는 1개 이상의 비 프탈레이트(phthalate-free)계 가소제를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컴파운드는 5 내지 30중량%의 비 프탈레이트계 가소제, 바람직하게는 10 내지 28중량%의 비 프탈레이트계 가소제, 특히 바람직하게는 15 내지 24중량%의 비 프탈레이트계 가소제를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 비 프탈레이트계 가소제는 구연산, 아디프산 및/또는 벤조에이트-에스테르를 기재로 합성되는 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  4. 제 3항에 있어서,
    사용 선호도가 높은 비 프탈레이트계 가소제는 아세틸트리부틸시트레이트, 트리-(2-에틸헥실)-아세틸시트레이트, 트리옥틸시트레이트, 트리데실시트레이트, 트리부틸시트레이트, 트리헥실시트레이트, 트리에틸시트레이트, 디옥틸아디페이트, 디이소데실아디페이트, 디이소노닐아디페이트, 비스 (2-에틸헥실)아디페이트, 1,2-시클로헥산디카르복실산디이소노닐에스테르, 모노글리세라이드의 아세트산에스테르, 벤조에이트 또는 상기 물질들 중 2개 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴파운드는,
    5 - 95 중량%의 PVC
    5 - 30 중량%의 가소제, 비 프탈레이트계
    0 - 10 중량%의 안정화제
    0 - 10 중량%의 보조 안정화제
    0 - 75 중량%의 충전제
    0 - 5 중량%의 착색제
    0 - 5 중량%의 그 밖의 첨가물
    로 조성된 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 안정화제는 지방산 에스테르, 바람직하게는 사슬 길이가 C12보다 큰 장쇄(long-chain) 지방산 에스테르이며, 상기 지방산 에스테르는 바람직하게 직쇄(straight-chain) 지방산 및 알코올로 이루어진 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 안정화제는 에폭시화 대두유, 에폭시화 올레산메틸에스테르, 에폭시화 리놀산메틸에스테르, 에폭시화 리놀렌산메틸에스테르, 에폭시화 리놀렌산이소프로필에스테르, 에폭시화 캐놀라지방산메틸에스테르, 에폭시화 대두지방산메틸에스테르, 에폭시화 아마지방산메틸에스테르 또는 상기 물질들 중 2개 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전제는 무기 충전제인 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전제는 카올린, 활석, 백악, 규산, 클레이 분말(clay powder) 및/또 는 경량 충전제인 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 착색제는 안료, 바람직하게는 아조프리(azo-free) 안료, 특수효과 안료 및/또는 아조프리 레이크 안료(lake pigment)로서 제공되는 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴파운드는 프탈레이트계 가소제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    컴파운드의 보관 안정성의 향상을 위해 선택적으로 함유되는 상기 보조 안정화제가 2-에틸헥실 유도체를 함유하지 않은 것을 특징으로 하는,
    모형 제작용 컴파운드.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른, 손으로 변형 가능하고 가열에 의해 경화될 수 있는 가소성 컴파운드가 어린이용 모형제작용 컴파운드로서 그리고 공예품 및/또는 산업 용품 및 그것들로 만든 제품들(예: 초, 도장, 장신구 등)의 제조를 위해 사용되는,
    모형 제작용 컴파운드의 용도.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 모형 제작용 컴파운드가 의료 분야에서 촉각 능력을 훈련하고 회복하기 위한 치료의 목적으로 사용되는,
    모형 제작용 컴파운드의 용도.
  15. 제 1항에 따른 모형 제작용 컴파운드로 제조된 물품으로서,
    상기 컴파운드는 상기 물품의 형태를 만들기 위한 성형 공정 이후에 열 작용에 의해 경화된,
    물품.
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