KR20160059724A - 3d 프린터용 필라멘트 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3D 프린터용 필라멘트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열가소성 비결정성 수지 혼합물 100 중량부 및 열가소성 결정성 수지 혼합물 10 내지 25 중량부로 이루어지며, 가소제, 난연제, 정전기방지제, 안정화제 및 결정핵제, 무기이온광물, 항균제 및 전자파 차폐제 등이 더 함유될 수 있다.
상기의 성분으로 이루어지는 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 3D 프린터에 적용되면 우수한 가공성 및 기계적 물성을 나타내며, 정전기 방지, 원적외선 방사 및 항균 효과 등을 나타내는 인쇄물을 제공한다.

Description

3D 프린터용 필라멘트 조성물 {FILAMENT COMPOSITION FOR 3D PRINTER}
본 발명은 3D 프린터용 필라멘트 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 프린터에 적용되면 우수한 가공성 및 기계적 물성을 나타내며, 정전기 방지, 원적외선 방사 및 항균 효과 등을 나타내는 인쇄물을 제공하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물에 관한 것이다.
3D(3-Dimension, 3차원) 프린터는 특수한 소재의 잉크를 순차적으로 분사하여 미세한 두께로 층층이 쌓아 올리면서 입체적인 형상물을 제작하는 장비다.
3D 프린터 기술은 설계 데이터에 따라 액체 또는 파우더 형태의 폴리머, 금속 등의 재료를 가공 및 적층 방식(Layer-by-layer)으로 쌓아올려 입체물을 제조하는 장비인 3D 프린터에 적용하여 3차원 CAD에 따라 생산하고자 하는 형상을 레이저와 파우더 재료를 활용하여 신속히 조형하는 기술을 의미하는 RP(Rapid Prototyping)에서 유래하였다.
입체형상의 재료를 기계가공이나 레이저를 이용하여 자르거나 깎는 방식으로 입체물을 생산하는 절삭가공(Subtractive Manufacturing)과 반대되는 개념으로 공식적인 기술 용어는 적층 가공(Additive Manufacturing)이며, Additive Fab., Layer Mfg. 및 Freeform Fab. 등의 용어가 혼용되고 있다.
3D 프린팅 기술은 다양한 분야에서 사용빈도가 확산되고 있는데, 자동차, 항공기 부품 개발용에서부터 의료용 인체모형이나 칫솔이나 면도기와 같은 가정용 제품 등과 같이 다양한 모형을 만들기 위한 용도로 많은 제조업체에서 사용하고 있다. 특히 최근의 추세는 개인용이나 가정용으로 보급되는 3D 프린터가 대량으로 개발되고 공급이 확대됨에 따라, 자신만의 디자인이나 아이디어를 제품화하거나 가정용 제품이나 완구를 스스로 제작하여 사용하는 사용자가 대폭 증가하고 있다.
3D 프린팅 기술은 3차원 스캔이나 3차원 모델링을 통하여 획득된 데이터를 3D 프린터 방식에 해당하는 가공경로(Tool-path)를 이용해 생성하고, 이를 토대로 3차원 형상을 제작하는 기술인데,‘ASTM international 2012’에 의하면 3D 프린팅에 대한 기술 분류는 제작 방식 및 활용재료에 따라 다음과 같이 크게 일곱 가지로 나누어 정의하고 있다.
1)Material extrusion압출(적층소재를 노즐을 통하여 선택적으로 공급하면서 3차원 형상을 제조하는 기술): Polymer 소재 이용.
2)Material jetting 분사(액상의 적층 소재를 선택적으로 쌓아올리면서 3차원 형상을 제조하는 기술): Photopolymer, Wax 소재 이용.
3)Binder jetting결합분사 (액상 결합제를 이용해 입자 상태의 소재를 선택적으로 결합하며 3차원 형상을 제조하는 기술): Metal, Polymer, Ceramic 소재 이용.
4)Sheet lamination(판재 형태의 소재를 접착하는 방식으로 3차원 형상을 제조 하는 기술): Hybrids, Metal, Ceramic 소재 이용.
5)Vat photopolymerization 광 경화(액상의 폴리머를 광에너지를 이용하여 선택적으로 경화시켜 3차원 형상을 제조하는 기술): Photopolymer, Ceramic 소재 이용.
6)Powder bed fusion 파우더챔버 융합 (파우더 챔버내에서 높은 열 에너지원을 이용하여 선택적으로 용해 및 응고 과정을 통한 3차원 형상 제조 기술): Metal, Polymer, Ceramic 소재 이용.
7)Directed energy deposition 고출력열에너지 (집속된 열 에너지에 의해 증착 소재의 용해 및 응고 과정을 통한 3차원 형상의 적층기술): Metal 소재 이용.
또한, 현재 3D 프린팅에 가장 많이 쓰이는 소재는 광경화성 고분자 물질 '포토폴리머(photopolymer)'인데, 상기 포토폴리머는 개발 및 제조공장에서 많이 사용되며 빛을 받으면 굳는 성질을 가지고 있다.
상기 포토폴리머는 전체 시장의 절반 이상을 차지하고 있으며, 최근 개인용이나 가정용 제품에 대한 비중이 커짐에 따라 인기 있는 소재는 녹고 굳는 것이 자유로운 고체 형태의 열가소성 플라스틱으로 상기 포토폴리머를 제외하고는 가장 큰 시장점유율을 나타내고 있는데, 추후에는 금속 분말 등도 점차 성장세를 높여갈 것으로 예상된다.
이중 열가소성 플라스틱 소재의 형태는 필라멘트(filament), 입자 또는 분말가루 형태를 가질 수 있는데, 필라멘트형의 3D 프린팅은 속도면에서 타 유형보다 빠르고 생산성이 높아 급격하게 확산되고 있다.
현존 필라멘트 소재로는 폴리락틱산(polylactic acid, PLA), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), HDPE(High Density Polyethylene) 및 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 등이 주로 쓰여 지는데, 그 이유는 첫째, 녹는점이 적당히 높아 프린팅 후 고화 속도가 빠르므로 프린팅 속도를 빨리해도 변형이 되지 않고 치수 및 형태 안정성이 좋다.
둘째, 녹는점이 적당히 낮아 필라멘트 제조 시에 압출이 용이하고 생산효율이 높다. 더욱이 녹는점이 너무 높을 경우는 필라멘트를 녹이는데 전력의 소모가 많게 된다.
또한, 상기 단일 물질로 이루어진 소재 등은 저경도의 부드러운 감촉을 요구하는 3D 프린팅 소재로서의 다양한 요구사항을 충족할 수가 없다.
예를 들어, 완구나 유아용의 모형이나 학교의 공작용 모형, 일반적인 가정용 생활용품 등은 저경도의 부드러운 소재로 3D 프린팅 했을 때에 미적 감각이 살아난다.
또한, 이러한 완구나 학교 및 가정용 모형, 생활용품 등은 자주 만지고 사용자가 유아이거나 청소년일 경우가 많아 표면의 정전기 방지 등의 실용성과 원적외선 방사 및 표면 항균 작용 등의 웰빙 기능 등 다기능이 요구되고 노트북 PC 하우징과 같은 전자 제품 부품이나 관련 수리 부품에는 추가로 전자파 차폐 등에 관한 기능 등의 부가적인 기능이 요구된다.
따라서, 이러한 기능을 갖는 새로운 소재의 개발이 요구된다.
한국특허등록 제10-1391293호(2014.04.25). 한국특허등록 제10-1394119호(2014.05.07).
본 발명의 목적은 3D 프린터에 적용되면 우수한 가공성 및 기계적 물성을 나타내며, 정전기 방지, 원적외선 방사 및 항균 효과 등을 나타내는 인쇄물을 제공하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 열가소성 비결정성 수지 혼합물 100 중량부 및 열가소성 결정성 수지 혼합물 10 내지 25 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물은 범용 폴리스티렌 수지 100 중량부, 고충격 폴리스티렌 수지 60 내지 90 중량부 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체 25 내지 50 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 열가소성 결정성 수지 혼합물은 고밀도 폴리에틸렌 100 중량부 및 저밀도 폴리에틸렌 150 내지 250 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 1 내지 50g/10분의 멜트 유속(190℃, 21.18N) 및 0.945 내지 0.965g/㎤의 밀도를 나타내는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 에틸렌 100 중량부에 프로필렌 및 1-부텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 모노머 1 내지 5.5 중량부를 공중합하여 제조되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 저밀도 폴리에틸렌은 5 내지 70g/10분의 멜트 유속(190℃, 21.18N) 및 0.915 내지 0.930g/㎤의 밀도를 나타내는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물 100 중량부 대비 가소제, 난연제, 정전기방지제, 안정화제 및 결정핵제로 이루어진 첨가제 1 내지 25 중량부가 더 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 가소제는 디옥틸테레프탈레이트인 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 난연제는 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 정전기방지제는 폴리아닐린 및 폴리아세틸렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 안정화제는 트리스(2,4-디-t-부틸페닐) 및 테트라키스[메틸렌-3-(3',5'-디-t-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트]로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 결정핵제는 실리카, 탈크, 수산화알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물 100 중량부 대비 무기 이온광물 5 내지 20 중량부가 더 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 무기 이온광물은 백운모, 견운모 및 일라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 제1광물 100 중량부 및 제올라이트, 양기석 및 전기석으로 이루어진 그룹에서 선택된 둘로 이루어지는 제2광물 30 내지 40 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 무기 이온광물은 입자크기가 300 내지 500 메시인 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물 100 중량부 대비 항균제 1 내지 2 중량부가 더 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 항균제는 질량농도가 0.1 내지 1%인 질산은 수용액으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물 100 중량부 대비 전자파 차폐제 1 내지 3 중량부가 더 함유되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 전자파 차폐제는 폴리아크릴로 니트릴계의 탄소 섬유 및 피치계 탄소섬유로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 3D 프린터에 적용되면 우수한 가공성 및 기계적 물성을 나타내며, 정전기 방지, 원적외선 방사 및 항균 효과 등을 나타내는 인쇄물을 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 열가소성 비결정성 수지 혼합물 100 중량부 및 열가소성 결정성 수지 혼합물 10 내지 25 중량부로 이루어진다.
상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물은 범용 폴리스티렌 수지 100 중량부, 고충격 폴리스티렌 수지 60 내지 90 중량부 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체 25 내지 50 중량부로 이루어진다.
폴리스티렌(Polystyrene, PS)은 열가소성 플라스틱으로, 취성이 있어 단독으로 사용되는 경우는 거의 없고 다른 중합체와 혼합해서 사용하는 경우가 많은데, 대표적인 예로 부타티엔 고무(butadiene rubber)를 섞어서 SBR, SBS, HIPS 등으로 사용하기도 한다.
또한, 폴리스티렌은 가격이 저렴하고 경도가 강한 플라스틱으로 폴리에틸렌 다음으로 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 고분자인데, 폴리스티렌에는 순수 폴리스티렌과 순수 폴리스티렌의 단점을 일부 보완한 HIPS 폴리스티렌, 그리고 스티렌에 아크릴과 브티젠을 혼합하여 우수한 특성을 지니는 ABS 수지로 나뉜다.
순수 폴리스티렌은 ABS 수지에 비해 성형성이 좋지만 내구성이 떨어지고 하얗게 마모된다는 단점 때문에 주로 TV와 같은 대형 흑색 가전 장치에 쓰이며 휴대용 장치의 경우 리모컨이나 일반용 전자계산기, 덧붙여 요구르트 용기나 계량용 컵 등에도 많이 쓰인다.
따라서, 본 발명에서는 폴리스티렌 수지가 갖는 장점을 나타내면서도 단점을 보완하기 위해 범용 폴리스티렌 수지 100 중량부, 고충격 폴리스티렌 수지 60 내지 90 중량부 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체 25 내지 50 중량부를 혼합하여 열가소성 비결정성 혼합물을 제조하였다.
상기 열가소성 결정성 수지 혼합물은 고밀도 폴리에틸렌 100 중량부 및 저밀도 폴리에틸렌 150 내지 250 중량부로 이루어지는데, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 1 내지 50g/10분의 멜트 유속(190℃, 21.18N) 및 0.945 내지 0.965g/㎤의 밀도를 나타내는 에틸렌으로 이루어지거나, 상기 에틸렌 100 중량부에 프로필렌 및 1-부텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 모노머 1 내지 5.5 중량부를 공중합하여 제조될 수도 있다.
폴리에틸렌(Polyethylene, PE)은 열가소성 플라스틱의 한 종류로 가볍고 유연하며 왁스와 같은 느낌이 나는 범용 플라스틱이다. 흔히 사용하는 비닐봉지부터 샴푸병, 어린이 장난감, 심지어는 방탄 조끼의 재료로도 사용되고 있다. 폴리에틸렌은 탄소와 수소로 이루어져 있으며 고분자중 가장 간단한 형태이다.
폴리에틸렌은 사슬에 연결되어있는 가지(branch)의 양에 따라 가지의 양이 많은 저밀도 폴리에틸렌(Low-density Polyethylene, LDPE)과 가지의 양이 적고 비교적 선형을 나타내는 고밀도 폴리에틸렌(High-Density Polyethylene, HDPE)으로 나눌 수 있다. 선형 폴리에틸렌(HDPE)이 비선형 폴리에틸렌(LDPE)보다 강하나, 비선형 폴리에틸렌이 더 싸고 성형하기가 용이하다. 시중에 판매되고 있는 폴리에틸렌의 분자량은 대개 200,000에서 500,000 사이다. 분자량이 더 큰 폴리 에틸렌은 특수한 용도로 사용된다. 특히 분자량이 3,000,000에서 6,000,000 사이인 폴리에틸렌은 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene, UHMWPE)이라 부르는데, UHMWPE는 대단히 강한 섬유 형태로 만들 수 있으며, Kevlar 대신에 방탄 조끼로 사용하기도 한다. 판상 형태로 압출하여 얼음 대신에 스케이팅 링크로 사용하기도 한다. 폴리에틸렌은 에틸렌 단량체를 중합하여 제조한다. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 고온, 고압 하에서 자유 라디칼 중합으로 제조하지만, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 지글러-나타 중합이라고 부르는 좀 더 복잡한 공정으로 제조 한다. UHMWPE는 메탈로센 촉매중합으로 제조된다. 특징은 다음과 같다. 종류는 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), 중밀도 폴리에틸렌 (MDPE), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW-PE), 총 4가지이다. 폴리에틸렌은 유백색의 반투명 연질의 수지로 결정성 플라스틱이지만 투명도는 좋지 않다.
저밀도 폴리에틸렌의 비중은 0.925이하, 중밀도 폴리에틸렌의 비중은 0.926~ 0.94 정도이며 비중 0.941 이상은 고밀도 폴리에틸렌이다. 폴리에틸렌은 무게가 가벼우므로 물에 뜬다. 사출성형에는 고밀도 폴리에틸렌이 주로 사용되는데, 이는 충격에 강하며 잘 부서지지 않고, -40℃에서도 강도가 유지되는 특성 때문이다. 전기적 특성이 양호하며, 수분의 흡습도가 낮아 예비 건조를 필요로 하지 않는다.
그러나 스트레스 크래킹(stress cracking)을 일으키기 쉽고, 상온에서는 용제에 녹지 않는다. 산, 알칼리, 솔벤트, 알코올, 가솔린, 물에 강하다.
가연성이며 파라핀과 같은 냄새와 함께 밝은 빛을 내며 타고, 불꽃의 중심에서는 파란색이 난다. 내수성, 내약품성, 무미, 무독, 무취이다. 접착성, 인쇄성이 좋지 않다. 표면처리를 행하면서 인쇄한다. 열 용착 초음파 용접 등으로 접착한다. 착색이 용이하나 Pearl 효과는 PS에 비해 떨어진다. 고밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌을 임의의 비율로 혼합하여 성형이 가능하다. 내충격성, 내후성등 장점이 많은 반면 내열성이 매우 나쁘다는 단점이 있고, 극성이 없으므로 접착성도 매우 나쁘다.
상기 폴리에틸렌의 접착성 문제를 감안하고 복합 수지 조성물의 3D 프린터용 필라멘트와 사용 분체에 적합한 폴레에티렌 혼합 수지 조성을 위한 경험치는 다음과 같다. 상기 폴리에틸렌 고분자 기재의 고밀도 폴리에틸렌 수지는 1 내지 50g/10분의 멜트 유속(190℃, 21.18N) 및 0.945 내지 0.965g/㎤의 밀도를 갖는다.
또한, 상기 저밀도 폴리에틸렌 수지는 바람직하게는 5 내지 70g/10분의 멜트 유속(190℃,21.18N) 및 0.915 내지 0.930g/㎤의 밀도를 나타낸다.
또한, 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물 100 중량부 대비 가소제, 난연제, 정전기방지제, 안정화제 및 결정핵제로 이루어진 첨가제 1 내지 25 중량부가 더 함유될 수도 있다.
상기 첨가제는 가소제 100 중량부, 정전기방지제 65 내지 85 중량부, 난연제 55 내지 75 중량부, 안정화제 15 내지 25 중량부 및 결정핵제 35 내지 45 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 가소제는 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물과 상기 열가소성 결정성 수지 혼합물의 가공성을 향상시키는 역할을 하며, 비 프탈레이트계열 가소제로 제조되는 것이 바람직한데, 그 예로써, 디메틸프탈레이트, 디에틸프탈레이트, 디부틸프탈레이트, 디헥실프탈레이트, 2-에틸헥실프탈레이트, 디이소옥틸프탈레이트, 디카프릴프탈레이트, 디시크로헥실프탈레이트, 부틸벤질프탈레이트 및 부틸옥틸프탈레이트 등의 부탈산에스테르계 가소제, 트리크레실포 스페이트, 트리페닐포스페이트 및 크레실디페닐포스페이트 등의 인산에스테르계 가소제, 디-2-에틸헥실아디페이트, 디이소데실아디페이트, 디-n-옥틸아디페이트 및 디데실아디페이트 등의 아디핀산에스테르계 가소제, 디부틸세바케이트, 디-2-에틸헥실헤바케이트, 디이소옥틸세바케이트 및 부틸벤질세바케이트 등의 세바틴산에스테르계 가소제, 디-2-에틸헥실아제리이트, 디헥실아제레이트 및 디이소옥틸아제리이트 등의 아제라인산에스테르계 가소제, 트리에틸시트르산, 트리에틸아세틸시트르산, 트리부틸시트르산 및 트리부틸아세틸시트르산 등의 시트르산에스테르계 가소제, 메틸프타릴에틸글리콜레이트, 에틸프타릴에틸글리코레이트 및 부틸프타릴부틸글리코레이트 등의 글리콜레이트계 가소제, 트리부틸트리메틸레이트, 트리-n-헥실트리메틸레이트, 트리-2-에틸헥실트리메틸레이트 및 트리-n-옥틸트리메틸레이트 등의 트리메틸레이트계 가소제, 디-2-에틸헥실이소프탈레이트 및 디-2-에틸헥실테레프탈레이트 등의 프탈산 이성질체 에스테르계 가소제, 메틸아세틸리시놀레이트 및 부틸아세틸리시놀레이트 등의 리시리놀산에스테르계 가소제, 폴리프로필렌아디피트, 폴리프로필렌세바게이트 및 이들의 변형폴리에스테르 등의 폴리에스테르계 가소제, 에폭시화 대두유, 에폭시부틸스테아레이트, 에폭시(2-에틸헥실)스테아레이트, 에폭시와아미인유 및 2-에틸헥실에폭시토레이트 등의 에폭시계 가소제 등이 사용가능하며, 가소제의 유해성 문제가 여러 가지로 제기되고 있고, 상용화된 친환경 가소제를 사용하여 공정을 간편하게 할 필요가 있다. Non-Phthalate계 가소제 중에서는 친환경 가소제인 DOTP(Dioctyl terephthalate, 디옥틸테레프탈레이트)를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
DOTP는 현재까지 발표된 각종 독성시험 자료에서 발암성을 비롯한 인체 독성 등의 영향이 없는 것으로 확인되고 있다. 상용화된 가소제 중 그 효과가 우수한 DOP에 유사한 효과를 보이고, 또한 끓는점과 어는점, 밀도 등이 DOP(Dioctyl Phthalate)와 비슷한 수준이기 때문에 내휘발성과 전기절연 측면에서 우수하다는 장점을 보이고 있다. DOTP의 경우 DOP, DINP 등 프탈레이트계열 가소제와 비교해 가공성과 물성에서 80 내지 90% 수준을 보이며, 유아용 완구를 포함한 연질 PVC제품 등에 사용된다.
상기 정전기방지제는 폴리아닐린 및 폴리아세틸렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물과 상기 열가소성 결정성 수지 혼합물로 이루어진 재료로 3D 프린팅을 실시할 때, 정전기의 발생을 억제하여 제품에 불량이 발생하는 것을 줄여주는 역할을 한다.
상기와 같이 열가소성 비결정성 수지 혼합물과 열가소성 결정성 수지 혼합물로 이루어진 재료에 사용되는 정전기방지제로는 극성 폴리머가 가장 편리하고 바람직하며, 극성을 포함하는 고분자 폴리머는 최근 저가 양산이 가능한 폴리아닐린(Polyaniline, PANI) 또는 폴리아세틸렌(Poly Acetylene) 등이 있다. 폴리아닐린(Polyaniline, PANI)은 한국에서 물과 기름을 함께 섞어 합성하는 제조방법을 이용해 새로운 '폴리아닐린'의 전도성 고분자를 개발하였으며, 이렇게 만들어진 폴리아닐린은 폴리아세틸렌보다 월등히 높은 전기전도도를 보였다. 폴리아세틸렌은 파이-공액 고분자(π-conjugated polymers)인데, 이러한 고분자는 전자를 이동시키는 원인을 제공해 주는데, 이를 바로 도핑(Dopping)이라 한다. 도핑이란 전자를 하나 더 갖고 있거나 덜 갖고 있는 다른 물질을 불순물로 첨가해 주는 것이다. 따라서 고분자에 요오드와 같은 물질로 도핑을 하게 되면 요오드가 느슨한 결합의 전자를 하나 뺏어가 고분자는 전자가 모자라게 되고(솔리톤, positive soliton상태) 이로써 전자가 이동하게 된다.(호핑, Hopping). 이에 반해 폴리아닐린은 폴리아세틸렌보다 다루기 쉽고 양산이 가능하며 전도성 고분자로는 최초로 온도가 낮아짐에 따라 전기저항도 낮아지는 금속의 특성을 보이기도 한다.
상기 난연제는 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물과 열가소성 결정성 수지 혼합물로 이루어진 재료에 난연성을 부여하여, 3D프린팅 과정이나 프린팅되어 제품화된 후에도 우수한 난연성능을 나타낼 수 있도록 하는 역할을 한다.
이때, 상기 난연제는 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 상기와 같은 열가소성 수지의 난연제로는 비할로겐계 난연제 외에, 공지의 인산에스테르계 난연제를 배합하고, 비할로겐계 난연제와 병용해도 무관하다. 비할로겐계 난연제로서는 적린, 수산화알루미늄 등의 무기계 난연제를 들 수 있다. 난연효과가 뛰어난 할로겐 난연제는 화학적구조를 변화시키고 라디칼 연쇄반응을 중지시키기 때문에, 연소싸이클이 깨져서 불이 쉽게 소화되도록 한다.
상기 안정화제는 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물과 열가소성 결정성 수지 혼합물로 이루어진 재료에 산화를 방지하고 안정화시키는 역할을 하며, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐) 및 테트라키스[메틸렌-3-(3',5'-디-t-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트]로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어진다.
상기 안정화제로는 1차 산화방지제 또는 2차 산화방지제 등이 사용될 수 있는데, 1차 산화 방지제(Antioxidant)는 고분자 대신 라디칼을 만들어 고분자를 안정화 시키는 것이며, 2차 산화 방지제는 이미 산화된 고분자의 산소원자를 제거하여 고분자를 안정화 시키는 것으로, 안정화제로 사용되는 산화방지제는 무독성이며 가격이 저렴하고 고분자의 가공성과 물성에 악영향을 끼치지 않는 제품을 사용해야 하기 때문에, 이러한 요구에 따라 1차 산화방지제보다는 상기에 나열한 2차 산화방지제를 안정화제로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 결정핵제는 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물과 열가소성 결정성 수지 혼합물로 이루어진 재료에 경화시간을 단축시키는 역할을 하는데, 실리카, 탈크, 수산화알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 열가소성 결정성 수지 혼합물과 같은 결정성 수지는 녹아있는 상태(용융상태)에서 성형을 한 후 냉각을 거쳐 딱딱한 고체 상태로 굳어지는데, 흐물흐물하게 녹아있던 고분자 수지가 냉각이 되면서 결정화가 일어나는데 이 속도가 아주 빠르거나 결정이 작아지면 투명해진다. 결정핵제는 고분자의 결정화 속도를 촉진시키고 결정의 크기를 작게 만들어서 투명성을 향상시키고 기계적 물성을 향상시키기 위한 첨가제인데, 일반적으로 투명성이 필요한 포장용 필름이나 얇은 용기에 사용된다. 무기물 첨가제로는 탈크(Talc), 실리카(Silica), 카올린(Kaolin)등이 있으며 유기물 화합물은 카르복실산염(Mono or Polymer carboxilic acid salt), 안료(Pigment)등이 있고, 폴리머로는 에틸렌 아크릴릭 에스테르 코폴리머(Ethylene Acrylic ester copolymer)등이 있다. 유기 핵제로 적용 가능한 화합물은 유기인계 화합물 및 그 금속염, 지방산 및 지방산 금속염, 알데하이드 화합물과 Polyvinylcycloalkane, Poly(3-methyl-1-butene), Polyalkenylsilane 등 고융점 고분자계, 벤질리덴 솔비톨계, 로진계 핵제 등이 있으나 미국 일본 등에는 솔비톨계가 많이 사용되며, 그 종류로는 1,3:2,4-디벤질리덴 솔비톨, 1,3:2,4-비스(p-메틸벤질리덴) 솔비톨, 1,3-p-클로로벤질리덴-2,4-p-메틸벤질리덴 솔비톨, 1,3:2,4-비스(p-에틸벤질리덴) 솔비톨 등이 있다.
탈크는 마그네슘 수화 판상 광물이다. 활석은 변성 과정에서 발달하는 광물이며 마그네슘이 관여하는 모암이 변성 받으면서 만들어진다. 탈크 제품은 사용목적에 맞는 물리적 혹은 기능적 특성을 가진 다양한 등급으로 판매되고 있다. 유기공업, 제지산업에서 사용되며, 의약품, 화장품, 살충제 등의 부형제, 충진제, 희석제, 활마용, 보온재, 내화재 등으로도 사용된다. 주산지는 북아메리카, 중국 동북부, 프랑스, 이탈리아, 노르웨이 등지이다. 순수한 광물로서의 탈크는 SiO2(63.5%), MgO(31.7%), H2O(4.8%)로 구성되어 있으며, 광물성 탈크는 일반적으로 편평한 판상의 구조를 가지나 asbestiform fibres로서도 존재한다. 탈크에서 석면이 검출되는 주 발생원인은 탈크의 채광 과정상의 문제로서 광석의 중심부는 사문암, 탈크 카보네이트, 스테아타이트로 구성되어 있는데, 탈크 채광 시 사문암이 혼재되었을 경우 탈크에서 석면이 검출되는 주 원인으로 작용한다. 따라서 탈크의 이러한 채굴 및 사용상의 문제점에 따라 탈크보다는 실리카가 보다 바람직한 핵제라고 볼 수 있겠다.
실리카(이산화규소(二酸化硅素), Slica)는 규소의 산화물로, 화학식은 SiO2이다. 모래나 석영 등에서 발견되며, 규조류의 세포벽에도 분포한다. 지각 질량의 59％, 암석의 95％ 이상을 이루는 주요구성성분으로, 석영(가장 풍부한 형태)·트리다이마이트·크리스토발라이트의 3가지의 주요결정형태를 갖고 있다. 그 밖의 변종으로는 코에사이트·키아타이트·리카텔리어라이트 등이 있다. 실리카 모래는 건물을 지을 때와 도로포장을 할 때 자갈, 포틀랜드 시멘트, 콘크리트, 모르타르와 같은 형태로 사용한다. 실리카는 연삭유리와 연마유리, 회전 숫돌과 연마석, 주조틀로도 사용하고, 유리·세라믹스·탄화규소·페로규소·규소를 제조하는데 쓰이며 내화물, 보석의 원석 등으로도 사용한다.
또한, 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물 100 중량부 대비 무기 이온광물 5 내지 20 중량부가 더 함유될 수도 있는데, 상기 무기 이온광물은 백운모, 견운모 및 일라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 제1광물 100 중량부 및 제올라이트, 양기석 및 전기석으로 이루어진 그룹에서 선택된 둘로 이루어지는 제2광물 30 내지 40 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같은 성분으로 이루어진 무기 이온광물은 원적외선을 방출하는 역할을 하는데, 원적외선은 적외선 영역을 파장에 따라 세분화 했을 때 가시광선에서 가장 먼, 즉 파장이 가장 길고 진동수는 가장 낮은 범위에 해당하는 전자기파를 말하며, 파장을 기준으로 15 마이크로미터에서 1 밀리미터 사이(주파수로는 20 테라헤르츠에서 300 기가헤르츠 사이)를 통상 원적외선으로 구분하지만 천문학에서는 25 마이크로미터부터 350 마이크로미터 사이를 원적외선으로 보기도 한다.
전자파의 일종인 원적외선은 인체에 흡수될 때 일반 열보다 80배나 깊은 피부심층(4-5cm)까지 깊이 도달하여 1분에 약 2000번씩 미세한 진동으로 공진시켜 세포의 활동을 왕성하게 한다고 알려져 있다. 이 때, 음이온이란 사전적 개념으로 마이너스 전하를 띠는 원자 또는 원자단을 말한다. 독일의 의학자 에르테게 박사의 연구 결과에 따르면 음이온이 풍부한 지역의 평균 수명은 85세, 음이온이 부족한 지역의 평균수명은 50세로 음이온의 농도에 따라 평균 수명에 큰 차이가 난다고 한다. 건강한 삶을 유지하기 위해서는 1 입방센티미터 당 400 ~ 1000개의 음이온이 존재해야 한다고 한다. 음이온의 효능으로 공기정화, 항산화 작용, 자율신경계 이완, 신진대사 촉진 등의 효능이 있다고 하지만 정확한 의학적 근거는 밝혀지지 않은 관계로 본 특허에서 무기이온 광물혼합물의 효능은 원적외석의 효능에 더 초점을 맞추도록 한다.
원적외선 방사하는 물질인 백운모(白雲母, Muscovite)는 알루미늄과 칼륨의 층상 규산염 광물로, 철의 함량이 적어 좋은 전기절연체와 열절연체를 만들 수 있기 때문에 경제적으로 중요한 광물이다. 백운모는 변성암에서 전형적으로 발견되는데, 결정이나 판상(板狀) 형태로 산출된다. 또한 화강암이나 세립질 퇴적암에서도 나타나며, 일부 규산질암에서도 나타난다. 이 때, 세립질 백운모는 견운모(絹雲母) 또는 백색운모라고도 한다. 견운모(絹雲母, Sericite)는 규산염 광물인 백운모(白雲母)와 파라고나이트의 세립질(細粒質)의 변종이다. 요업분야의 여러 방면에서 상용되고도 있는데, 그 주요한 이유는 점토상으로 산출이 되며 가소성이 크고 건조강도나 생강도가 크다는 점, 용융해서 생성되는 유리상의 점성이 커서 제품화 되었을 때 하중연화온도(softening temperature under load)가 높다는 점에 있다. 점토와 같은 미립자만을 골라서 방직방면에 이용하기도 하고, 그 윤활성을 이용하여 기계부품의 마모방지제로도 쓴다. 또 입자가 미세하고 색이 순백색인 것은 화장품이나 약품의 증량제로도 쓰이고 고무의 충전제, 연마분, 윤활제, 도료의 혼합제 등 다양하게 이용이 가능하다.
또한, 상기 일라이트(Illite)는 경도 1 내지 2, 비중 2.6 내지 2.9의 미립질 광물로서 보통 2 내지 4㎛ 이하의 크기를 갖는다. 일반적인 백운모와 흡사한 판상구조를 갖는 점토광물로 화학조성은 백운모에 비해 칼륨, 알루미늄이 적으나, 규소, 물은 약간 더 많은 편이다. 구조는 백운모와 비슷하지만 결정도는 백운모에 비해 약간 낮은 편이고 층간의 칼륨이온의 결합력도 더 약한 것이 특징이다. 그런데 온도가 증가하고, 칼륨의 공급이 잘되는 환경에서 일라이트가 오랫동안 반응하면 점차 백운모로 변해가고, 반대로 백운모가 풍화되든지 변질되면 칼륨이 빠져나가게 되면서 일라이트가 형성된다. 백운모와 일라이트를 금방 정확하게 구분해 경계를 긋는 것은 어려우나 점토질의 미립질 물질로서 층의 전하값(또는 단위포당 칼륨함량)이 0.9 이하이고 결정도가 다소 낮은 광물을 일라이트라고 해도 틀린 것은 아니다.
맥반석은 화성암류중 석영반암에 속하는 암석이다. 허준의 동의보감과 중국의 본초강목에 보면 약석(藥石)이라고 명명되어 있다. 맥반석은 그 성질이 달고 따뜻하며 독성이 없어 등창, 종기 등 각종 피부질환에 소염제로 사용했다는 기록이 있다. 무수규산과 산화알루미늄이 주성분이며, 인체 및 살아있는 세포에 꼭 필요한 산화제2철이 함유된 것이 특징이다. 45여종의 미네랄 구성으로 생체의 발육과 생리기능을 조절하여 세포의 활력을 유지하고, 1㎤당 3 내지 15만 여 개의 많은 공극(다공질)으로 되어 이것으로 강력한 흡착작용, 미네랄 용출, 이온교환작용, 원적외선을 방사, 신선도 유지기능을 한다. 외관은 황백, 연한 황갈색 또는 담채색의 돌 속에 붉은 반점 및 하얀 반점이 총총히 박혀있어 그 모양이 마치 "보리밥알"같이 보인다하여 맥반석으로 불리고 있다.
상기 제올라이트(Zeolite)는 알루미늄 산화물과 규산 산화물의 결합으로 생겨난 음이온이 알칼리 금속 및 알카리 토금속과 결합되어 있는 광물을 총칭하는 말이다. 즉 결정질 알루미늄 규산염 광물을 의미한다. 제올라이트는 천연광물의 일종으로 특이한 흡착특성과 이온 교환능 때문에 촉매, 흡착제, 세제의 첨가제, 사료의 첨가제, 토질 개량제 등으로 많이 사용되고 있으며, 천연과 합성으로 총 200여종이 존재하고 있음이 알려져 있다. 제올라이트에는 열전도도가 낮은 공기가 채워진 세공이 많아 단열효과가 우수하고, 습할 때는 수분을 흡수하고 건조하면 수분을 방출하는 습도 조절 기능이 있다. 이러한 특성을 이용하여 원석이 건축용 벽돌로도 사용된다. 탈취 기능이 좋은 분말은 부직포에 코팅하여 초배지로 사용하고, 기능성 페인트의 첨가제로도 많이 사용한다.
상기 양기석(陽起石, Actinolitum)은 규산염광물 투각섬석 또는 그 이종 투섬석석면이다. 불규칙한 기둥 모양 혹은 덩어리로 크기가 고르지 않다. 바깥면은 회백색, 어두운 회색~연한 녹색이고 연한 황갈색의 무늬 또는 꽃무늬가 있으며 광택이 있다. 질은 무겁고 부서지기 쉬우며, 자른 면은 고르지 않고 세로로 쪼개면 실과 같은 모양을 나타낸다.
상기 전기석(電氣石, Tourmaline. 토르마린)은 6각 주상형의 결정을 갖는 붕규산염으로 육방정계에 속하는 천연광물이다. 토르마린 결정자체가 전기를 발생하는 특성을 지녀 전기석이라는 별칭을 갖고 있다. 토르마린에 약 100도의 열을 가하면 먼지를 끌어 들이는 초전기성(Pyroelectricity)을 띤다. 쿼츠보다 낮지만 압력을 가하면 생기는 압전기성 (Piezoelectricity)도 띤다. 또한 항산화 작용과 0.06A의 작은 전류가 흘러 발생하는 음이온과 원적외선 상승효과에 따라 인체에 다양한 효과를 줄 수 있을 것이라 기대되는 광물이다.
상기의 성분으로 이루어지는 무기 이온광물의 함량이 5 중량부 미만이면 원적외선 방사효과가 미미하며, 상기 무기 이온광물의 함량이 20 중량부를 초과하게 되면 3D 프린터용 필라멘트 조성물의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 무기 이온광물은 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물 및 상기 열가소성 결정성 수지 혼합물과의 혼합성을 고려하여 300 내지 500 메시의 입자크기를 나타내는 것이 바람직하다.
또한, 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물 100 중량부 대비 항균제 1 내지 2 중량부가 더 함유될 수도 있는데, 상기 항균제는 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 조성물에 항균성을 부여하는 역할을 한다.
상기와 같이 항균제가 첨가된 필라멘트 조성물 및 그 조성물로 제조된 제품은 우수한 항균특성을 나타내는데, 상기 항균제는 질량농도가 0.1 내지 1%인 질산은 질산은(Silver Nitrate, AgNO3) 수용액으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 질산은은 분석화학의 시약이나 은염의 공업적 제조 및 방부제 등으로 중요하게 쓰이는 가성(苛性) 화합물로, 피부와 점막에 질산은을 사용하는 경우에는 질산은 막대나 물에 녹인 0.01 내지 10％의 질산은 수용액을 사용한다. 질산은막대는 사마귀나 육아조직을 없애고 상처와 궤양을 소작(燒灼)하는 데 사용한다. 매우 묽은 용액은 수렴제와 약한 소독제로 사용한다. 1 내지 2％ 질산은용액은 임균에 효과적이어서 신생아의 눈이 임균에 감염되어 눈이 머는 것을 막기 위해 이 용액을 넣어주기도 한다. 순수한 질산은은 의학용으로 사용되는 콜로이드성 은화합물과 사진 유제에 넣어주는 할로겐화은과 같은 은염을 제조하는 중간물질로 쓰인다. 분석화학에서는 질산은 수용액을 써서 할로겐화물·시안화물, 티오시안산염 등을 용량분석하고, 환원제와 불용성 은염을 형성하는 여러 가지 산(酸)의 양이온을 검출하는데 사용한다.
상기 항균제의 함량이 1 중량부 미만이면 항균효과가 미미하며, 상기 항균제의 함량이 2 중량부를 초과하게 되면 항균효과는 크게 향상되지 않으면서 제조비용을 증가시키게 된다.
상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물 100 중량부 대비 전자파 차폐제 1 내지 3 중량부가 더 함유될 수도 있는데, 상기 전자파 차폐제는 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 조성물에 전자파 차폐 기능을 부여한다.
상기 전자파 차폐제는 폴리아크릴로 니트릴계의 탄소 섬유 및 피치계 탄소섬유로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 전자파 차폐제의 함량이 1 중량부 미만이면 전자파 차폐효과가 미미하며, 상기 전자파 차폐제의 함량이 3 중량부를 초과하게 되면 전자차 차폐효과는 크게 향상되지 않으면서 제조비용을 증가시키게 된다.
상기의 성분으로 이루어진 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 직경이 0.7 내지 2.5인 필라멘트형으로 제조되거나, 입자가 50 내지 300 메시인 분말형으로 제조될 수 있으며, 상기와 같이 필라멘트형으로 제조된 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 3D 프린터의 인쇄 헤드에 공급된 후에 가열하고, 가열된 필라멘트 조성물을 용융압출 하여 인쇄층을 형성시키고, 상기와 같은 과정을 통해 형성되는 인쇄층을 여러층 적층하여 입체상 구조를 형성하는 방법으로 제품화된다.
또한, 분말형으로 제조된 조성물의 경우 분말형으로 제조된 조성물을 액상결합제와 혼합하고, 액상결합제와 혼합되어 제조된 혼합물을 가열하여 용융시키고, 노즐로 분사하는 단계, 분사된 용융물을 고화시켜 인쇄층을 형성하는 단계 및 인쇄층을 적층하는 방식을 통해 제품화될 수 있다.
이 외에도, 분말형으로 제조된 조성물의 경우 분말형으로 제조된 조성물을 챔버 내의 베드에 도포하고, 베드에 도포된 분말형 조성물에 선택적으로 레이저를 조사하여 소결하고, 소결과정을 통해 형성된 인쇄층의 상부면에 다시 분말형 조성물을 도포하고 레이저를 조사하는 과정을 반복하여 인쇄층을 적층하는 방법을 통해 제품화 될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 3D 프린터용 필라멘트 조성물의 제조방법 및 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<실시예 1>
열가소성 비결정성 수지 혼합물(범용 폴리스티렌 수지 100 중량부, 고충격 폴리스티렌 수지 75 중량부 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체 40 중량부) 100 중량부 및 열가소성 결정성 수지 혼합물(고밀도 폴리에틸렌 100 중량부 및 저밀도 폴리에틸렌 200 중량부) 10 내지 25 중량부로 이루어진 기재에 첨가제(가소제 100 중량부, 폴리아닐린으로 이루어진 정전기방지제 65 중량부, 난연제 65 중량부, 안정화제 20 중량부 및 결정핵제 40 중량부) 12 중량부, 입자크기가 400 메시인 무기 이온광물(견운모 100 중량부, 맥반석 12.5 중량부 및 제올라이트 12.5 중량부) 13 중량부, 0.5%의 질량농도를 갖는 질산은 수용액으로 이루어진 항균제 1.5 중량부, 폴리아크릴로 니트릴계의 탄소 섬유로 이루어진 전자파 차폐제 2 중량부를 혼합하여 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 정전기 방지제 85 중량부를 혼합하여 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 폴리아닐린 대신 폴리아세틸렌으로 이루어진 정전기방지제를 사용하여 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 3와 동일하게 진행하되, 정전기 방지제 85 중량부를 혼합하여 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 정전기 방지제를 혼합하지 않고 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 항균제를 혼합하지 않고 3D 프린터용 필라멘트 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2를 통해 제조된 3D 프린터용 필라멘트 조성물의 정전기 시험을 실시하여 아래 표 2에 나타내었다.
{단, 인체 정전 용량은 90pF이며, 대전단위에 따른 전격의 강도는 아래 표 1에 나타낸 바와 같다. 정전기 시험은 주위온도 15 ℃ 내지 35 ℃, 상대습도 30% 내지 60%, 대기압력 86kPa (860 mbar) 내지 106 kPa (1060 mbar)에서 실시하였고, 정전기 시험기( Electro Static Discharge Tester)MZ-15EC (Key Tek Corp)(Discharge ±1 to 25 kV, Single -Short, and Repetitive)(Interval:10s,3s,1s,0.5s)로 체크하였다.}
<표 1>
Figure pat00001

<표 2>
Figure pat00002
위에 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4를 통해 정전기 방지제가 혼합된 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 비교예 1을 통해 제조된 3D 프린터용 필라멘트 조성물에 비해 우수한 정전기 방지 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1을 통해 제조된 3D 프린터용 필라멘트 조성물의 원적외선 방사율과 방사 에너지를 측정하여 아래 표 3에 나타내었다.
{단, 원적외선 방사율 및 방사 에너지는 40℃ 온도에서의 측정하였으며, 측정장치는 자외선분광광도계인 FT-IR Spectrometer를 이용하여 BLACK BODY 대비의 결과를 측정하여 나타내었다.}
<표 3>
Figure pat00003
위에 표 3에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 원적외선의 방사율 및 방사 에너지가 상당히 높게 나타난 것을 알 수 있으며, 이에 따라, 원적외선 방출효과가 부여된 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 및 비교예 2를 통해 제조된 3D 프린터용 필라멘트 조성물의 항균성을 측정하여 아래 표 4에 나타내었다.
{단, 항균성은 대장균과 녹농균을 대상으로 하여 KICM-FIR 1002(SHAKE FLASK METHOD)로 측정하였다.}
<표 4>
Figure pat00004
위에 표 4에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 3D 프린터용 필라멘트 조성물은 우수한 항균성을 나타내는 것을 알 수 있다.

Claims (19)

  1. 열가소성 비결정성 수지 혼합물 100 중량부 및 열가소성 결정성 수지 혼합물 10 내지 25 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물은 범용 폴리스티렌 수지 100 중량부, 고충격 폴리스티렌 수지 60 내지 90 중량부 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체 25 내지 50 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열가소성 결정성 수지 혼합물은 고밀도 폴리에틸렌 100 중량부 및 저밀도 폴리에틸렌 150 내지 250 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 고밀도 폴리에틸렌은 1 내지 50g/10분의 멜트 유속(190℃, 21.18N) 및 0.945 내지 0.965g/㎤의 밀도를 나타내는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 고밀도 폴리에틸렌은 에틸렌 100 중량부에 프로필렌 및 1-부텐으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 모노머 1 내지 5.5 중량부를 공중합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 저밀도 폴리에틸렌은 5 내지 70g/10분의 멜트 유속(190℃, 21.18N) 및 0.915 내지 0.930g/㎤의 밀도를 나타내는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 열가소성 비결정성 수지 혼합물 100 중량부 대비 가소제, 난연제, 정전기방지제, 안정화제 및 결정핵제로 이루어진 첨가제 1 내지 25 중량부가 더 함유되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가소제는 디옥틸테레프탈레이트인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 난연제는 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 정전기방지제는 폴리아닐린 및 폴리아세틸렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 안정화제는 트리스(2,4-디-t-부틸페닐) 및 테트라키스[메틸렌-3-(3',5'-디-t-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트]로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 결정핵제는 실리카, 탈크, 수산화알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물 100 중량부 대비 무기 이온광물 5 내지 20 중량부가 더 함유되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 무기 이온광물은 백운모, 견운모 및 일라이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 제1광물 100 중량부 및 제올라이트, 양기석 및 전기석으로 이루어진 그룹에서 선택된 둘로 이루어지는 제2광물 30 내지 40 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  15. 청구항 13 또는 14에 있어서,
    상기 무기 이온광물은 입자크기가 300 내지 500 메시인 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물 100 중량부 대비 항균제 1 내지 2 중량부가 더 함유되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 항균제는 질량농도가 0.1 내지 1%인 질산은 수용액으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물에는 상기 3D 프린터용 필라멘트 조성물 100 중량부 대비 전자파 차폐제 1 내지 3 중량부가 더 함유되는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 전자파 차폐제는 폴리아크릴로 니트릴계의 탄소 섬유 및 피치계 탄소섬유로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3D 프린터용 필라멘트 조성물.
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