KR20110039829A - 화산쇄설물 함유 합성수지 조성물로부터 제조된 성형품 - Google Patents

화산쇄설물 함유 합성수지 조성물로부터 제조된 성형품 Download PDF

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Abstract

화산쇄설물 함유 합성수지 조성물로부터 제조된 성형품을 제공한다. 화산쇄설물 함유 수지성형품은 화산재 또는 화산석 분말 30 내지 60 중량% 및 합성수지 40 내지 70 중량%를 함유하는 혼합물을 용융 압출하여 제조되는 압출성형품 및 펠렛형태로 가공된 압출성형품을 원료로 제조되는 사출성형품을 포함한다. 본 발명에 따르면, 세균번식을 억제하고, 악취를 제거할 수 있으며, 원적외선 방출에 의해 인체의 바이오 리듬을 원활하게 할 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라, 그 목적에 따라 다양한 분야에 경제적으로 적용 가능한 이점이 있다.

Description

화산쇄설물 함유 합성수지 조성물로부터 제조된 성형품{Resin molded articles obtained from resin composition containing pyroclast}
본 발명은 수지성형품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화산재 또는 화산석 분말을 함유한 합성수지 조성물로부터 제조된 수지성형품에 관한 것이다.
일반적으로 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS) 또는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 등의 범용성 합성수지는 금형 또는 압출가공에 의하여 일상 생활에 필요한 다양한 용품을 제조하는 원재료이며, 보관 및 운반의 편의성을 위하여 펠렛(pellet)형태로 포대에 담아 보관한다. 상기와 같은 범용성 합성수지는 가공성 및 성형성이 뛰어나서 보관용기, 완구제품, 손잡이, 베개속용 칩 등의 각종 생활용품과 건축용품의 재료로서 널리 이용되며, 그 적용분야는 점차 확대되는 추세에 있다. 그러나, 수지(플라스틱) 제품은 환경호르몬 또는 포름알데히드와 같은 인체에 유해한 물질이 발생되는 문제점이 있으며, 특히 사람의 접촉이 많은 제품, 예를 들어 버스, 전철 등 대중교통 수단의 손잡이 및 마트용 카트의 손잡이 등의 경우 불특정 다수인의 신체 접촉에 의해 세균 등에 감염될 확률이 높은 우려가 있다. 따라서, 생활 환경 개선 및 건강 증진을 위해 각종 플라스틱 제품에 서 발생되는 유해물질을 억제하는 한편, 항균, 탈취, 원적외선 방사 등 인체에 유익한 성분을 함유하는 기능성 플라스틱 제품들이 개발될 필요가 있다. 또한, 그 광범위한 적용분야에 응용 가능하도록 우수한 가공성 및 성형성을 유지할 필요가 있다. 이에 따라, 현재 합성수지에 숯, 맥반석 및 다양한 세라믹 분말 등의 기능성 물질을 첨가한 많은 제품들이 개발되고 있다. 그러나, 종래의 제품들은 기능성 물질의 고유한 효능을 충분히 기대할 수 없었으며, 그 제조공정이 복잡하고, 다양한 형상을 갖는 제품으로 제조가 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 우수한 가공성 및 성형성을 갖는 화산재 또는 화산석 분말을 함유한 합성수지 조성물을 이용하여 항균, 탈취 및 원적외선 방출 기능이 뛰어난 수지성형품을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 화산쇄설물 함유 수지성형품을 제공한다. 상기 화산쇄설물 함유 수지성형품은 화산재 또는 화산석 분말 30 내지 60 중량% 및 합성수지 40 내지 70 중량%를 함유하는 혼합물을 용융 압출하여 제조된 것일 수 있다.
상기 화산재 및 상기 화산석 분말의 입자크기는 300 내지 1,000 메쉬일 수 있다.
상기 합성수지는 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필 렌(polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리아마이드(polyamide, PA), 폴리아크릴레이트(polyacrylate)계 수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 수지, ASA(acrylonitrile styrene acrylate) 수지, AES(acrylonitrile ethylene styrene) 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리아세탈(polyacetal), 아세트산비닐 수지(polyvinyl acetate), 염화비닐리덴 수지(polyvinylidene chloride), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), SAN 수지(styrene acrylonitrile copolymer), EVA 수지(ethylene vinylacetate copolymer) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 화산재 또는 화산석 분말 및 합성수지의 혼합물은 화산재와 합성수지의 전체 중량 1kg당 5 내지 10ml의 분산제를 더 함유할 수 있다.
한편, 상기 화산쇄설물 함유 수지성형품은 상기 화산재 또는 화산석 분말 및 합성수지의 혼합물을 용융 압출한 후, 압출물을 일정 크기로 절단하여 펠렛형태로 가공한 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화산쇄설물 함유 수지성형품은 상기 펠렛형태로 가공된 화산쇄설물 함유 수지 성형품을 원료로 사출성형하여 제조된 것일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 화산재 또는 화산석 분말을 함유한 수지성형품은 세균번식을 억제하고, 악취를 제거할 수 있으며, 원적외선 방출에 의해 인체의 바이오 리듬을 원활하게 할 수 있는 장점이 있다. 또한, 화산재 또는 화산 석 분말을 함유한 수지성형품을 압출성형에 의해 용이하게 제조할 수 있고, 이를 펠렛형태로 만들어 사출성형 가공을 수행할 수도 있으므로 그 목적에 따라 다양한 분야에 경제적으로 적용 가능한 이점이 있다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화산쇄설물 함유 수지성형품은 화산재 또는 화산석 분말 30 내지 60 중량% 및 합성수지 40 내지 70 중량%를 함유하는 혼합물을 용융 압출하여 제조한 것일 수 있다.
상기 화산재는 폭발적인 화산분출에 의해 생성된 2mm 이하 크기의 화산기원 다공성 입자로 천연 미네랄이 다량 함유되어 있는 물질이다. 상기 화산재는 이산화 규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화철(Fe2O3)을 주요성분으로 하고, 부성분으로는 나트륨(Na), 칼륨(K) 등의 알칼리금속, 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 등의 알카리토금속, 티타늄(Ti), 망간(Mn), 인(P) 등을 포함하고 있는 친환경적인 원료이다. 또한, 상기 화산석은 화산 폭발 후 용암이 냉각되어 조성된 광석으로, 감람석, 휘석, 사장석, 자철석 등으로 구성되며, 용암이 지표 근처에서 식으면서 형성된 현무암과 용암이 공중으로 분출되어 공기 중에서 형성된 송이석(scoria)이 모두 화산석에 포함된다. 상기 화산재와 화산석은 특히, 2~8%의 이산화티타늄(TiO2)을 천연상태로 포함하므로 광촉매작용에 의한 반영구적인 향균기능 및 탈취기능을 하는 한편, 다량의 원적외선을 방출하는 기능을 한다.
상기 수지성형품에 존재하는 화산재 또는 화산석 분말의 함량은 그 함량이 높을수록 우수한 항균, 탈취 및 원적외선 방출 기능이 발현될 것으로 기대되나, 60 중량%를 초과하는 경우에는 화산재 또는 화산석 분말과 합성수지의 비중 차이에 의해 균일한 수지성형품의 제조가 어려운 문제가 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 상기 수지성형품을 원료로 하여 사출성형을 수행할 때에도 액상인 합성수지에 비해 고상인 화산재 또는 화산석 분말의 함량이 너무 높아 원료의 유동성이 저하되어 사출성형이 어려운 문제가 있다. 따라서, 상기 화산재 및 상기 화산석 분말의 함량은 그 고유한 효능을 충분히 발휘하는 한편, 상기의 문제점을 해소하기 위해 30 내지 60 중량%로 첨가됨이 바람직하다.
또한, 상기 화산재 또는 상기 화산석 분말은 300 내지 1,000 메쉬의 입자크 기를 갖는 미세한 입자를 사용함이 바람직하다. 이는 입도분포가 고르지 못하거나 입자크기가 300 메쉬 보다 큰 경우에는 유동성이 저하되어 합성수지와의 균일한 혼합을 기대할 수 없으며, 사출성형 시 불량품이 발생할 우려가 있기 때문이다. 따라서, 화산재에 비해 크기가 큰 화산석을 원재료로 사용할 경우에는 화산석 원석을 분쇄하여 상기 범위 내의 입자크기를 갖는 화산석 분말로 가공할 필요가 있다. 한편, 천연의 상태로 얻어진 화산재의 경우에도 위와 같은 입도분포를 부여하기 위해 경우에 따라서는 더욱 미분하여 분말형태로 가공할 필요가 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기 합성수지는 성형조건, 성형체에 요구되는 물성에 따라 범용 합성수지에서 적절하게 선택할 수 있다. 상기 합성수지는 일 예로, 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리아마이드(polyamide, PA), 폴리아크릴레이트(polyacrylate)계 수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 수지, ASA(acrylonitrile styrene acrylate) 수지, AES(acrylonitrile ethylene styrene) 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리아세탈(polyacetal), 아세트산비닐 수지(polyvinyl acetate), 염화비닐리덴 수지(polyvinylidene chloride), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), SAN 수지(styrene acrylonitrile copolymer), EVA 수지(ethylene vinylacetate copolymer) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화산재 또는 화산석 분말 및 합성수지의 혼합물의 용융 압출 온도는 100~350℃의 범위에서 사용되는 합성수지의 종류 및 혼합되는 화산재의 양에 따라 적절하게 선택할 수 있다.
또한, 효과적인 압출성형 및 펠렛제조를 위해 상기 화산재 또는 화산석 분말 및 합성수지의 혼합물에 미량의 분산제를 더 첨가할 수 있다. 첨가되는 분산제의 양은 화산재 또는 화산석 분말 및 합성수지의 전체 중량 1kg당 5 내지 10ml일 수 있다. 이외에도 가소제 기타 다른 첨가제를 도입함으로써 가공성 및 물성을 개선시킬 수 있음은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
상기 용융 압출하여 제조되는 화산쇄설물 함유 수지성형품은 보관 및 운반이 용이하도록 펠렛형태로 가공될 수 있으며, 이는 상기 화산재 또는 화산석 분말 및 합성수지의 혼합물을 용융 압출한 후, 압출물을 일정한 크기로 절단하는 과정에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 화산쇄설물 함유 수지성형품은 상기 펠렛형태로 가공된 화산쇄설물 함유 수지성형품을 원료로 사출성형에 의해 제조된 것일 수 있다. 이처럼, 상기 펠렛형태로 가공된 화산쇄설물 함유 수지성형품은 플라스틱 제품의 제조에 있어 일반적으로 사용되는 사출성형의 원료로 사용될 수 있으며, 사출성형 가공을 통하여 더욱 다양하고 복잡한 모양을 갖는 물품으로 응용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 화산쇄설물 함유 수지성형품은 다음과 같은 용도로 활용될 수 있다.
일 예로, 본 발명에 따른 화산쇄설물 함유 수지성형품은 베개속용 칩으로 사용될 수 있다. 사람이 잠을 자는 시간은 일생의 1/3 가량을 차지할 정도로 많은 시간이며, 수면과 휴식은 피로를 풀고, 활동에너지를 축적하며, 면역력을 강화하는 등 생리활동의 중요한 역할을 한다. 따라서 수면과 휴식은 사람의 일생에서 매우 중요한 의미를 지니며, 이러한 인식과 더불어 침구 용품에 관해서도 많은 연구 개발이 이루어지고 있는 실정이다. 이에 본 발명에 따른 화산쇄설물 함유 수지성형품을 베개속의 재료로 사용한다면, 인체에 유익할 뿐만 아니라, 플라스틱 재질의 특성상 세척이 용이하고 우수한 내구성 및 내후성을 보유할 수 있을 것이다.
다른 예로, 본 발명에 따른 화산쇄설물 함유 수지성형품은 각종 손잡이로 사용될 수 있다. 일반적으로 사람의 손에는 보통 20만∼30만 마리/㎠ 이상의 세균이 있으며, 손의 세척과 살균을 소홀히 하면 세균의 숫자는 대략 500만∼3200만 마리/㎠ 이상으로 증식하는 것으로 알려져 있다. 특히, 대중교통 수단의 손잡이와 마트용 카트의 손잡이는 불특정 다수인의 손에 의해 하루에도 수없이 접촉되게 된다. 따라서, 보균자가 잡았던 손잡이에 존재하는 병원균에 의해 건강한 사람이 보균자의 병원균에 감염될 위험에 노출될 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 화산쇄설물 함유 수지성형품을 사출성형에 의해 적절한 형태의 손잡이 형태로 제작하여 사용한다면 위와 같은 감염 위험을 크게 감소시킬 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 제조예 및 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 제조예 및 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발 명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예: 화산재를 함유한 폴리프로필렌 성형품(압출성형품) 및 이를 원료로한 원통형 칩 및 손잡이(사출성형품)의 제조>
325 메쉬 화산재 50 중량%와 폴리프로필렌 50 중량%를 리본배합기에 넣고 2시간 동안 혼합하였다. 상기 혼합에는 분산제로 유동파라핀 200㎖(화산재 및 폴리프로필렌의 총 중량 30㎏당)를 첨가하였다. 다음, 상기 혼합물을 용융압출기에서 210℃의 온도로 용융 압출시켜 화산재를 함유한 폴리프로필렌 성형품(압출성형품)을 제조하였다. 이어서, 상기 압출성형품을 일정한 크기로 컷팅하여 펠렛형태로 가공하였다. 제조된 펠렛은 대략적으로 길이 3.3mm 폭 3.1mm, 두께 2.1mm를 갖는 직육면체 형태로 갈색을 띠었다.
도 1은 상기 제조예에 따라 제조된 화산재 함유 폴리프로필렌 성형품(펠렛형태)을 촬영한 사진이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 화산재 함유 수지성형품은 화산재와 합성수지의 혼합물을 압출성형함으로써 손쉽게 제조할 수 있음을 알 수 있다.
계속해서, 상기 제조된 화산재 함유 수지성형품(펠렛형태)을 원료로 하여 사출성형 가공함으로써 원통형 칩 및 손잡이(사출성형품)를 각각 제조하였다.
도 2는 상기 화산재 함유 수지성형품(펠렛형태)을 원료로하여 사출성형에 의해 제조된 원통형 칩을 촬영한 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 상기 화산재 함유 수지성형품(펠렛형태)을 원료로하여 사출성형에 의해 각각 제조된 손잡이의 사시도이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면 사출성형이 가능한 화산재 함유 수지성형품(펠렛형태)을 이용하여 보다 정교하고 다양한 구조의 제품을 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.
<실험예: 화산재 함유 수지성형품(원통형 칩)에 대한 물성 측정>
항균시험
상기 제조예에 따라 제조된 화산재 함유 수지성형품에 대하여 대장균(Escherichia coli ATCC 25922), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442) 및 화농균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)에 의한 항균시험을 한국건자재 시험연구원의 KICM-FIR-1003 시험방법에 따라 수행하였다. KICM-FIR-1003 시험방법은 항균성에 대하여 일반적으로 행해지는 가압밀착법에 해당하는 것으로서, 균주를 적당히 희석하여 시료에 투여하고 밀봉한 상태로 적당 시간 동안 37℃에서 배양한 후, 최초 상태와 균주의 콜로니 개수를 비교하는 시험방법을 의미한다.
하기 표 1은 화산재를 함유한 시료의 항균시험 결과를 정리한 것이며, 여기서 “Blank”는 화산재를 함유한 시료를 넣지 않은 상태에서 측정한 것을 의미한다.
[표 1]
시험 항목 시험 결과 시험방법
초기농도
(CFU/40p)		 24시간 후 농도
(CFU/40p)		 세균감소율
(%)
대장균 Blank 409 2934 - KICM-FIR-1003
화산재 함유 시료 409 2 99.9
녹농균 Blank 401 2831 -
화산재 함유 시료 401 2 99.9
화농균 Blank 415 2822 -
화산재 함유 시료 415 2 99.9
탈취시험
상기 제조예에 따라 제조된 화산재 함유 수지성형품의 탈취율을 한국건자재시험연구원의 FT-IR Detector를 이용하여 측정하였다. 뚜껑이 있는 밀폐된 용기에 암모니아 수 1ml를 떨어트리고, 화산재 함유 시료를 100g 투입한 후 시간 경과에 따른 암모니아 가스의 소실량을 분석하여 탈취율을 측정하였다.
하기 표 2는 화산재를 함유한 시료의 탈취시험 결과를 정리한 것이며, 여기서 “Blank”는 화산재를 함유한 시료를 넣지 않은 상태에서 측정한 것을 의미한다.
[표 2]
시험항목 탈 취 시 험 (NH3)
경과시간(분) Blank농도(ppm) 시료농도(ppm) 탈취율(%)
시험결과 0 200 200 -
30 195 165 15.4
60 189 157 16.9
90 185 150 18.9
120 179 144 19.6
시험방법 KICM-FIR-1085
원적외선 방출량 측정
상기 제조예에 따라 제조된 화산재 함유 수지성형품의 방사율 및 방사에너지를 한국건자재시험연구원의 FT-IR 분광계를 이용하여 40℃에서 5~20㎛ 파장에 대하여 측정하였다.
하기 표 3은 화산재를 함유한 시료의 원적외선 방출량 측정 결과를 정리한 것이다.
[표 3]
시 험 방 법 시 험 결 과 시 험 방 법
원적외선
방 출 량
(40℃)		 방사율
(5~20㎛)		 0.903 KICM-FIR-1005
방사에너지
(W/㎡)		 3.62×102
상기 표 1 내지 표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 화산재 함유 수지성형품은 기존의 합성수지에 항균기능, 탈취기능 및 원적외선 방사기능을 제공함을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제조예에 따라 제조된 화산재 함유 폴리프로필렌 성형품(펠렛형태)을 촬영한 사진이다.
도 2는 화산재 함유 수지성형품(펠렛형태)을 원료로하여 사출성형에 의해 제조된 원통형 칩을 촬영한 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 화산재 함유 수지성형품(펠렛형태)을 원료로하여 사출성형에 의해 각각 제조된 손잡이의 사시도이다.

Claims (6)

  1. 화산재 또는 화산석 분말 30 내지 60 중량% 및 합성수지 40 내지 70 중량%를 함유하는 혼합물을 용융 압출하여 제조되는 화산쇄설물 함유 수지성형품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화산재 또는 상기 화산석 분말의 입자크기는 300 내지 1,000 메쉬인 것을 특징으로 하는 화산쇄설물 함유 수지성형품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 합성수지는 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리아마이드(polyamide, PA), 폴리아크릴레이트(polyacrylate)계 수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 수지, ASA(acrylonitrile styrene acrylate) 수지, AES(acrylonitrile ethylene styrene) 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리아세탈(polyacetal), 아세트산비닐 수지(polyvinyl acetate), 염화비닐리덴 수지(polyvinylidene chloride), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), SAN 수지(styrene acrylonitrile copolymer), EVA 수지(ethylene vinylacetate copolymer) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 화산쇄설물 함유 수지성형품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물은 화산재 또는 화산석 분말 및 합성수지의 전체 중량 1kg당 5 내지 10ml의 분산제를 더 함유하는 화산쇄설물 함유 수지성형품.
  5. 제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화산쇄설물 함유 수지성형품은,
    상기 화산재 또는 화산석 분말 및 합성수지의 혼합물을 용융 압출한 후, 압출물을 일정 크기로 절단하여 펠렛형태로 가공한 것을 특징으로 하는 화산쇄설물 함유 수지성형품.
  6. 제5항의 펠렛 형태로 가공된 화산쇄설물 함유 수지 성형품을 원료로 사출성형하여 제조된 화산쇄설물 함유 수지성형품.
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