KR20110069470A - 비즈 조성물, 이를 이용한 비즈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

폴리비닐알코올 및 글리콜을 포함하는 비즈 조성물로서, 상기 비즈 조성물 총 중량에 대하여 글리콜이 0.1 중량% 이상 10 중량% 미만으로 함유되는 비즈 조성물, 이를 이용한 비즈 및 그 제조 방법을 제공한다. 해당 비즈 조성물을 이용하여 비즈를 제조 시, 사출을 원활하게 수행할 수 있고 성형이 용이할 뿐만 아니라, 제조된 비즈의 접착력이 우수하다. 또한, 제조된 비즈 제품의 투명성 및 비즈 조성물의 각 성분의 섞임성이 양호하다.
비즈, 완구, 사출, 폴리비닐알코올, 글리콜

Description

비즈 조성물, 이를 이용한 비즈 및 그 제조 방법{Composition for beads, beads made of the composition and method for manufacturing the same}
본 명세서는 비즈 조성물, 이를 이용한 비즈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
구슬 형태의 비즈는 아동용 완구 또는 학습 기구로 사용되고 있다. 예컨대 비즈에 물을 흡수시켜서 접착력을 부여한 후 이를 원하는 형상 또는 문자가 새겨진 판에 부착하는 방식의 비즈가 사용되고 있다.
위와 같은 비즈를 제조하기 위하여 일반적으로 플라스틱 수지 등이 사용된다. 비즈 제조에 이용되는 플라스틱 수지는 인체에 유해하지 않아야 하며, 수용성, 접착성 등의 특성이 있어야 한다.
폴리비닐알코올은 수용성을 나타낼 뿐만 아니라 접착력이 높고 인체에 유해하지 않은 특성 등 비즈의 기본 수지로서 사용되기에 적합하다. 그러나, 폴리비닐알코올을 이용하여 비즈를 제조 시 플라스틱 수지 성형의 일반적 과정인 사출 공정을 수행하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라 제조된 비즈 제품의 접착성도 만족스럽지 못하였다.
본 발명에서는 폴리비닐알콜을 이용하여 비즈를 제조함에 있어서, 제조된 비즈 제품의 접착력이 양호할 뿐만 아니라, 사출을 원활하게 수행할 수 있으며, 특히 폴리비닐알콜의 특성상 제조 과정 중 가스가 발생하고 이로 인하여 성형품의 성형이 곤란하게 되는 문제점을 해결할 수 있는 비즈 조성물, 이를 이용한 비즈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 구현예에서는, 폴리비닐알코올 및 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 비즈 조성물로서, 상기 비즈 조성물 총 중량에 대하여 폴리에틸렌글리콜이 0.1 중량% 이상 10 중량% 미만으로 함유되는 비즈 조성물을 제공한다. 여기서, 바람직하게는 상기 조성물의 점도가 5~6 cps이다.
본 발명의 다른 구현예에서는, 상기 비즈 조성물로 제조된 비즈를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서는, 상기 비즈 조성물을 사출하여 비즈를 제조하는 비즈 제조 방법을 제공한다. 해당 비즈 제조 방법에서는 사출 시 온도를 170~250℃로 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 해당 비즈 제조 방법에서는 사출 원료 투입 전 사출기 실린더 내부 또는 사출 금형 내부 중 하나 이상을 진공 상태로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 구현예들에 따르면, 비즈를 제조함에 있어서, 사출을 원활하게 수 행할 수 있고 성형이 용이할 뿐만 아니라, 제조된 비즈의 접착력이 우수하다. 또한, 제조된 비즈 제품의 투명성과 비즈 조성물의 각 성분 간의 섞임성이 양호하다.
이하, 본 발명의 예시적인 구현예들을 설명한다.
본 명세서에서 비즈란 플라스틱 수지로 된 예컨대 구슬 형상의 완구 또는 학습 기구로 사용되는 것으로서, 물을 흡수시켜 접착력을 부여한 후 이를 원하는 형상 또는 문자가 새겨진 판에 부착하여 사용하는 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 비즈 제조 과정을 나타내는 개략적인 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 구현예에서는 비즈 제조용 원료로서 폴리비닐알코올과 글리콜을 배합한다(도 1의 a).
여기서, 폴리비닐알콜 및 폴리에틸렌글리콜을 포함하는 비즈 조성물 100 중량에 대하여 폴리에틸렌글리콜을 0.1 중량% 이상 10 중량% 미만, 바람직하게는 0.3 중량% 이상 5 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.3~1 중량%, 가장 바람직하게는 0.3 중량%를 함유하도록 한다.
이와 같은 폴리에틸렌글리콜 함량 범위 범위에서 사출이 원활할 뿐만 아니라 접착력도 우수하고, 나아가 재료 간 양호한 섞임성도 달성할 수 있다. 1중량%를 넘어 함량이 높아지는 경우에는 제품 표면 광택이 사라지고 제품 표면이 거칠어질 수 있으므로, 제품 표면 광택과 표면 상태의 측면에서 1중량% 이하로 사용하는 것이 바람직하다. 폴리에틸렌글리콜이 0.3중량% 미만인 경우 접착력이 상대적으로 저조 할 수 있다.
또한, 상기 조성물은 점도가 5~6 cps가 되는 것이 바람직하다. 상기 조성물의 점도가 5cps 미만인 경우에는 접착력이 저조할 수 있고, 상기 조성물의 점도가 6cps를 초과하는 경우에는 사출 성형성이 저조할 수 있으며, 성형 과정에서 가스가 발생할 수 있다.
본 발명자들은 폴리비닐리돈, 폴리에틸렌, 핫멜트 수지, 폴리우레탄, 폴리스티렌 등 광범위한 수지를 사용하여 그 배합을 조사한 결과, 특히 폴리비닐알콜과 폴리에틸렌글리콜의 배합이 비즈 사출과 제조된 비즈의 접착성 면에서 특히 바람직하다는 것을 확인하였다. 즉, 폴리비닐알콜 자체는 사출이 어렵지만 폴리에틸렌글리콜을 첨가하는 경우 사출이 크게 용이하게 될 뿐만 아니라 재료간 섞임성이 우수하며, 접착력도 우수하게 된다.
본 발명의 예시적인 구현예들에서, 폴리비닐알코올은 1종 이상의 폴리비닐알코올을 사용할 수 있다.
이어서 상기 배합된 원료를 사출 기에 투입한다(도 1의 b). 이와 같이 사출 기에 원료를 투입 시 온도 조절이 매우 중요하다. 즉, 사출 원료 중 주 원료인 폴리비닐알코올은 녹는점과 탄화점이 비슷하므로, 사출 온도를 일정한 온도로 제어하여 탄화되지 않는 범위에서 사출을 수행하도록 하여야 한다. 이를 위하여, 사출 성형기의 온도는 170~250℃ 사이의 온도로 조절하여야 한다(도 1의 c). 170℃ 보다 낮은 온도에서 진행하는 경우 폴리비닐알코올이 충분히 용융되지 않아 사출이 어려울 수 있다. 또한, 250℃ 보다 높은 온도에서 사출을 진행하는 경우 탄화가 진행되 어 원하는 성형품을 제조하기 어려울 수 있다.
한편, 상기 사출 원료 중 주원료인 폴리비닐알코올의 특성상 많은 가스가 발생하여 사출 원료가 실린더 내로 투입되지 못하는 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여는 사출기 실린더 내에서 발생 가스를 원활하게 배출할 수 있도록 사출기의 실린더로부터 가스를 방출하는 장치를 설치하여 사출 시 진공 상태를 유지하도록 하는 것이 바람직하다(도 1의 d).
뿐만 아니라, 사출 성형기 중의 금형 내에서도 많은 양의 가스가 발생할 수 있으므로 원활한 사출이 어려울 수 있다. 이에 따라서, 사출 기의 실린더뿐만 아니라 사출 금형에도 공기 또는 가스 방출 장치를 이용하여 사출 원료가 들어가기 전 해당 금형을 진공 상태로 만들도록 하는 것이 바람직하다(도 1의 e).
이어서 금형으로부터 사출된 비즈로부터 제품을 완성한다(도 1의 f). 이와 같은 비즈 제조 과정 외에 추가적으로 비즈에 색깔을 입히거나 또는 향기를 입히는 과정 등을 추가할 수 있음이 당업자에게 이해될 것이다.
이하, 비제한적이고 예시적인 실시예를 비교예와 대비하여 본 발명의 예시적인 구현예 중 하나에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
이하에서는 비즈 제조용 수지의 배합에 따른 사출(사출 온도는 200℃로 하였다) 특성과 접착 특성 등을 평가하였다. 이하의 비즈 제조용 조성물에는 별도의 안료 등 첨가 물질들을 추가하지 않았지만 이러한 첨가 물질들은 대부분 소량 사용되므로 사출 특성과 접착 특성 등에 영향을 주지 않는다.
[비교예 1]
에틸렌 비닐 알코올 코폴리머 50중량%, 폴리비닐알코올(OCI 제품 217: 점도 21~24cps) 10중량%, 폴리에틸렌 40중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 약 6 cps이었다.
사출은 원활하였으나, 제품으로 제조하여 굳은 후 손에 접촉하였을 때 매우 쉽게 떨어지고 접착 성능이 현저히 저조하였다.
[비교예 2]
에틸렌 비닐 알코올 코폴리머 40중량%, 폴리비닐알코올(OCI 제품 217: 점도 21~24cps) 20중량%, 폴리에틸렌 40중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 약 6 cps이었다.
사출은 원활하였으나, 제품으로 제조하여 굳은 후 손에 접촉하였을 때 매우 쉽게 떨어지고 접착 성능이 현저히 저조하였다.
[비교예 3]
폴리비닐알코올(OCI 제품 P05: 점도 5~6cps) 10중량%, 폴리비닐알코올(OCI 제품 217: 점도 21~24cps) 10중량%, 폴리비닐피롤리돈 30중량% 및 폴리에틸렌 50중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 5 cps이었다.
사출은 원활하였다. 그러나, 제품으로 제조하여 굳은 후 손에 접촉하였을 때 쉽게 떨어져서 원하는 접착 성능을 보여주지 못하였다.
[비교예 4]
폴리비닐알코올(OCI 제품 P05: 점도 5~6cps) 20중량%, 폴리비닐알코올(OCI 제품 217: 점도 21~24cps) 10중량%, 폴리비닐피롤리돈 60중량% 및 폴리에틸렌 10중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 7 cps이었다.
사출은 원활하였다. 그러나, 제품으로 제조하여 굳은 후 손에 접촉하였을 때 쉽게 떨어져서 원하는 접착 성능을 보여주지 못하였다.
[비교예 5]
폴리비닐알코올(OCI 제품 P05: 점도 5~6cps) 30중량%, 폴리비닐알코올(OCI 제품 217: 점도 21~24cps) 10중량%, 폴리비닐피롤리돈 30중량% 및 폴리에틸렌 30중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 6 cps 이었다.
사출은 원활하였다. 그러나, 제품으로 제조하여 굳은 후 손에 접촉하였을 때 쉽게 떨어져서 원하는 접착 성능을 보여주지 못하였다.
[비교예 6]
폴리비닐알코올(OCI 제품 P05: 점도 5~6cps) 40중량%, 폴리비닐알코올(OCI 제품 217: 점도 21~24cps) 20중량% 및 폴리비닐피롤리돈 40중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 9 cps이었다.
발포로 인하여 원하는 사출물을 얻지 못하였다.
[비교예 7]
폴리비닐알코올(OCI 제품 P117: 점도 27~30cps) 50중량%, 폴리비닐알코올(OCI 제품 217: 점도 21~24cps) 10중량% 및 폴리비닐알코올(OCI 제품 P05: 점도 5~6cps) 40중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 20 cps 이었다.
발포로 인하여 원하는 사출물을 얻지 못하였다.
[비교예 8]
폴리비닐알코올(OCI 제품 P117: 점도 27~30cps) 40중량%, 폴리비닐알코올(OCI 제품 217: 점도 21~24cps) 10중량% 및 폴리비닐알코올(OCI 제품 P05: 점도 5~6cps) 50중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 15 cps 이었다.
발포로 인하여 원하는 사출물을 얻지 못하였다.
[비교예 9]
폴리비닐알코올(OCI 제품 P05: 점도 5~6cps) 60중량%, 폴리에틸렌 글리콜 30중량%, 폴리비닐알코올(OCI 제품 117: 점도 27~30cps) 10중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 10 cps 이었다.
발포로 인하여 원하는 사출물을 얻을 수 없었고 투명성도 저조하였으나, 다 양한 형상의 제품으로 제조하여 굳은 후 손에 접촉하였을 때 쉽게 떨어지지 않아서 접착성이 우수하였다.
[비교 실시예 1]
폴리비닐알코올(OCI 제품 P05: 점도 5~6cps) 70중량%, 폴리에틸렌 글리콜 5중량%, 폴리비닐알코올(OCI 제품 117: 점도 27~30cps) 25중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 8 cps 이었다.
사출기 실린더 내의 발포는 없었다. 또한, 다양한 형상의 제품으로 제조하여 굳은 후 손에 접촉하였을 때 쉽게 떨어지지 않아서 접착성이 우수하였다. 다만, 금형에서의 발포는 여전히 발생하였으므로 사출물을 얻을 수 없었다. 여기서 발포가 발생한 것은 점도가 전체적으로 높았기 때문으로 생각된다. 전체적인 점도가 높은 경우 성형이 어려우며 가스가 많이 발생할 수 있다. 투명성은 저조하였다.
[비교 실시예 2]
폴리비닐알코올(OCI 제품 P05: 점도 5~6cps) 90중량% 및 폴리에틸렌 글리콜 10중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 20 cps 이었다.
사출이 원활하지 못하여 사출기의 압력을 높여야만 사출물을 얻을 수 있었다. 사출기의 압력을 높이는 문제를 해결하고자 금형 안의 공기와 가스를 제거하는 진공 장치를 추가하여 금형 내를 진공 상태로 만들었다. 이에 따라 사출이 원활하게 일어날 수 있었다.
[비교 실시예 3]
폴리비닐알코올(OCI 제품 P05: 점도 5~6cps) 80중량%, 폴리에틸렌 글리콜 5중량%, 폴리비닐알코올(OCI 제품 117: 점도 27~30cps) 15중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 9 cps 이었다.
원하는 사출물과 접착 성능을 달성하였다. 다만, 제품이 투명하지 않았다.
[실시예 1]
폴리비닐알코올(OCI 제품 P05: 점도 5~6cps) 99중량% 및 폴리에틸렌 글리콜 1중량%의 함량으로 사출을 수행하였다. 조성물의 최종 점도는 6 cps 이었다.
사출물을 원활하게 얻을 수 있었으며 접착 성능도 양호하였다.
이상과 같이, 폴리비닐알코올을 주원료로 하는 비즈 조성물로서, 상기 비즈 조성물에는 글리콜이 0.1 중량% 초과 10 중량% 미만으로 함유되며 나머지는 폴리비닐알코올로 이루어지되, 특히 점도 5~6cps인 폴리비닐알콜을 포함하는 비즈 조성물이 성형이 우수하고 접착성도 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 비제한적이고 예시적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상은 첨부 도면이나 상기 설명 내용에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함이 이 분야의 통상 의 지식을 가진 자에게는 자명하며, 또한, 이러한 형태의 변형은 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 비즈 제조 과정을 나타내는 개략적인 흐름도이다.

Claims (8)

  1. 폴리비닐알코올 및 글리콜을 포함하는 비즈 조성물로서,
    상기 비즈 조성물 총 중량에 대하여 폴리에틸렌글리콜이 0.1 중량% 이상 10 중량% 미만으로 함유되는 비즈 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌글리콜은 0.3~1중량%인 비즈 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은 점도가 5~6cps인 비즈 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    점도가 5~6cps인 폴리비닐알코올 99~99.7중량% 및 폴리에틸렌글리콜 0.3~1중량%로 이루어지는 비즈 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 비즈 조성물을 이용하여 제조된 비즈.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 비즈 조성물을 사출하여 비즈를 제조 하는 비즈 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비즈 조성물을 사출기에 제공하는 단계;
    상기 사출기의 온도를 비즈 조성물의 원료 수지의 용융점 이상 탄화점 이하로 조절하는 단계; 및
    상기 사출기의 실린더 또는 금형 중 하나 이상으로부터 공기 또는 가스를 방출시켜 해당 실린더 또는 금형 중 하나 이상을 진공 상태로 형성하는 단계;를 포함하는 비즈 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 비즈 사출기의 온도를 170~250℃로 조절하는 비즈 제조 방법.
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