KR20170022296A - 기능성 표면을 갖는 물품의 회전성형방법 및 이 방법에 의해 성형된 물품 - Google Patents

기능성 표면을 갖는 물품의 회전성형방법 및 이 방법에 의해 성형된 물품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 예를 들면 물탱크나 부구와 같은 비교적 대형의 수지 제품을 회전성형함에 있어서, 제품의 내면 또는 외면에 항균 또는 수질개선 기능을 갖는 입자를 도포하여 우수한 항균 또는 수질개선기능을 발휘할 수 있도록 한 것으로, 금형 내부에 분말 수지 원료를 투입하는 투입단계, 금형을 회전 및 가열하여 분말 수지 원료가 금형 내벽의 형상에 따라 용융되면서 인접한 분말 수지 원료끼리 융착 또는 소결이 이루어지는 성형단계; 금형을 회전시키면서 냉각시키는 냉각단계; 및 금형을 개방하여 냉각된 제품을 탈형하는 탈형단계로 이루어지는 회전성형방법에 있어서, 상기 성형단계와 냉각단계 사이에 제품의 표면이 경화되기 전에 기능성 입자를 제품의 내면 또는 표면에 분사하여 분말 수지 원료로 성형된 제품의 표면에 침착(沈着)되도록 하는 단계가 추가된다.

Description

기능성 표면을 갖는 물품의 회전성형방법 및 이 방법에 의해 성형된 물품{METHOD OF ROTATIONAL MOLDING PRODUCT HAVING FUNCTIONAL SURFACE AND PRODUCTS THEREOF}
본 발명은 예를 들면 물탱크나 부력체와 같은 비교적 대형의 플라스틱 물품을 회전성형함에 있어서, 성형단계에 이어 물품이 완전히 냉각되기 전에 물품의 내면에 항균기능을 갖는 항균제나 기타 수질개선 기능 등을 갖는 기능성 입자를 분사하여 물품 표면에 침착(沈着)되도록 함으로써 우수한 항균기능 또는 수질개선기능을 지속적으로 발휘할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 정화조나 급수탱크 등을 포함하는 대형 저장탱크를 제조하는 데 사용되는 회전분말성형공법은 분말 수지인 폴리에틸렌(HDPE, LDPE, LLDPE 등) 자체의 유동성과 부유성 및 분산성을 이용하여, 경우에 따라서는 전기적 특성을 이용하여 예열된 금형의 캐비티 혹은 피도장물의 표면에 분말 수지를 빈틈없이 공급하면서 가스 토치 등을 이용하여 융점 이상으로 가열하여 인접한 분말 수지끼리 융착 또는 소결이 이루어지게 됨으로써 저장탱크를 간편하게 제조할 수 있는 방법인데, 이는 공정 중 별도의 압력을 인가하기 위한 설비가 필요 없고, 금형도 얇은 철판 등으로 저렴하게 제조할 수 있으며, 금형의 회전에 의해 물탱크나 부력체와 같은 중공품(中空品)을 제조하는데 사용되고 있다.
한편, 물탱크의 경우에는 내부에 물이 저장된 상태에서 물때(이끼 등)가 끼거나 미생물이 번식하게 되는 것을 방지하거나 물의 장기 저장으로 인한 악취 또는 기타 변질을 방지하기 위하여 분말 수지에 항균성을 갖는 항균제 입자(금속 기타 광물) 및 바인더 등의 첨가제를 혼합한 마스터배치를 사용하고 있는데, 이와 같은 항균제를 혼합한 마스터배치를 사용하여 회전성형을 하게 되면 항균제 입자의 표면이 수지로 덮이게 되는 것은 물론, 항균제 입자가 물탱크의 내면에 대부분 노출되지 않고 물탱크 벽면의 내부에 위치하게 됨으로써 실질적인 항균기능이 발휘되지 못하게 되는 단점이 있다.
또, 가시적인 항균 효과를 발휘하기 위해서는 고가(高價)의 항균제를 다량 투입하여야 함으로써 마스터배치의 조제에 상당한 비용이 소요되게 되어 제품의 가격 경쟁력이 떨어지게 되는 문제점이 있으며, 항균제와 기타 첨가제의 다량 투입으로 인한 제품의 물성 약화로 인해 제품의 내구성이 저하되는 등의 부작용도 발생하고 있다.
또, 항균제를 물탱크의 내면에 바인더와 함께 도포하여 코팅하는 경우에는 온도변화 및 시간의 경과에 의해 코팅면이 물탱크 벽면으로부터 쉽게 박리되는 문제점이 발생하게 됨으로써 항균성능의 저하는 물론, 이물질로 인한 부차적인 오염 문제가 발생한다.
특허문헌 1에는 항균 기능을 갖는 페그마타이트 미분쇄물을 함유하는 파우더를 플라스틱 원료 조성물에 혼합하여 성형하는 기술이 개시되어 있고, 특허문헌 2에는 나노 실버 용액 또는 분말을 물병의 중량에 0.01 내지 10 중량 %로 투입하고 천연 향기제를 0.01~3 중량 %로 투입하여 제조하는 나노 실버와 향이 함유된 애완동물용 물병이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는 항균 입자가 기판에 위치하여 환경과 접촉하도로 하는, 살균제 입자가 분산된 코팅층으로 기판을 코팅하는 방법이 개시되어 있다.
한국등록특허 제10-0865117호(2008.10.17.등록) 발명의 명칭; 우수한 항균 및 항곰팡이 특성을 갖는 플라스틱 제품의 제조방법 한국공개특허 제10-2006-0083542호(2006.07.21.공개) 발명의 명칭; 나노 실버와 향이 함유된 애완 동물의 물병 한국공개특허 제10-2011-0106269호(2011.09.28.공개) 발명의 명칭; 항균 코팅의 제조방법
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 물탱크 등과 같이 회전성형에 의해 제조되는 물품의 내면이 우수한 항균 또는 수질개선 기능 등을 갖도록 하되, 저렴한 비용으로 제조가 가능하고, 이러한 기능이 지속적으로 유지될 수 있는 기능성 표면을 갖는 물품의 회전성형방법 및 이 방법에 의해 성형된 다양한 종류의 물품을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 금형 내부에 분말 수지 원료를 투입하는 투입단계, 금형을 회전 및 가열하여 분말 수지 원료가 금형 내벽의 형상에 따라 용융되면서 인접한 분말 수지 원료끼리 융착 또는 소결이 이루어지는 성형단계; 금형을 회전시키면서 냉각시키는 냉각단계; 및 금형을 개방하여 냉각된 제품을 탈형하는 탈형단계로 이루어지는 회전성형방법으로, 상기 성형단계와 냉각단계 사이에 제품의 표면이 경화되기 전에 항균제나 수질개선제 등을 포함하는 각종 기능성 입자를 제품의 내면 또는 표면에 분사하여 분말 수지 원료로 성형된 제품의 표면에 침착(沈着)되도록 하는 단계를 추가한 기능성 표면을 갖는 물품의 회전성형방법을 제공하여 기능성 입자의 표면이 물품의 벽면 내부에 완전히 매립되지 않고 일부만 침착되고 일부는 외부로 노출된 상태를 이루어 물이나 기타 저장물과의 접촉시 항균기능 또는 수질개선기능 등을 효과적으로 발휘할 수 있도록 한다.
본 발명의 제조방법에 의해 성형될 수 있는 물품은 물탱크(저수탱크), 정화조, 각종 유체 저장조 및 수산물 양식 또는 수상 구조물을 위한 저장조나 부력체(부구) 등이며, 이 외에도 다양한 용도로 사용되는 물품의 내면에 우수하고도 지속적인 항균, 수질개선 등의 기능을 부여할 수 있다.
종래 마스터 배치를 사용하는 물품의 항균처리 방법에서는 항균제를 분말 수지와 혼합하여 마스터배치를 제조하는데 고가의 비용이 소요되고, 고가의 항균제 또한 다량 투입되는 반면에 항균효과는 미미하였고, 바인더를 이용한 코팅방법에서는 코팅이 쉽게 벗겨지게 되는 문제점이 있었으나, 본 발명에 의하면 회전성형공정에서 물품이 냉각되기 전에 항균제를 분사하여 침착되도록 함으로써 미량의 항균제를 사용하여 물품의 표면에서 외부로 노출되도록 결합되므로 항균 효과가 우수하고 항균성이 장기간 지속될 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 회전성형공정을 도시한 플로우차트,
도 2는 본 발명의 제조방법에 의해 내면에 항균제가 도포된 물탱크의 단면도 및 요부 확대도이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
이하의 설명에서는 항균기능을 갖는 실시 예에 대하여서만 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 수질개선기능이나 방오기능 등을 포함하는 다양한 기능성 표면을 갖는 물품의 성형에도 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1에는 본 발명의 실시 예에 의한 회전성형공정이 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 제조방법에 의해 내면에 항균제가 도포된 물탱크의 단면도 및 요부 확대도가 도시되어 있다.
본 실시 예에서는 금형 내부에 분말 수지 원료를 투입하는 원료 투입단계(S10); 금형을 회전 및 가열하여 분말 수지 원료가 금형 내벽의 형상에 따라 용융되면서 인접한 분말 수지 원료끼리 융착 또는 소결이 이루어지는 성형단계(S20); 제품의 표면이 경화되기 전에 항균제 입자를 제품의 내면 또는 표면에 분사하여 분말 수지 원료로 성형된 제품의 표면에 침착(沈着)되도록 하는 단계(S30); 금형을 회전시키면서 냉각시키는 냉각단계(S40); 및 금형을 개방하여 냉각된 제품을 탈형하는 탈형단계(S50)로 이루어져 있다.
본 발명에 의한 회전성형방법에서는 일반적인 회전성형공정인 투입단계(S10), 성형단계(20), 냉각단계(S40), 탈형단계(S50)로 진행되며, 상기 성형단계(S20)와 냉각단계(S40) 사이에 항균제를 분사하여 침착시키는 단계(S30)가 추가되는 것으로, 분말 수지 원료의 투입 단계(S10), 성형단계(S20), 냉각단계(S40) 및 탈형단계(S50)에 대하여는 본 발명이 속한 회전성형분야에서 통상의 당업자에 의해 주지하는 바이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 상기 항균제 침착 단계(S30)에 대하여 설명하기로 한다.
상기 단계(S30)에서 항균제의 분사는 물품의 크기에 따라서 스프레이 건을 사용하여 수작업으로 진행할 수도 있고, 별도의 기계적인 분사설비를 설치하여 회전중인 물품(1)의 내면(2)에 노즐대 등을 투입하여 전체 내면에 대하여 동시에 분사하거나 또는 국부적으로 분사하면서 노즐대를 진퇴작동시켜 내면 전체에 균일한 밀도가 되도록 분사시킬 수 있다.
상기 항균제 침착 단계(S30)는 분말 수지 원료로 성형된 물품(1)의 표면 온도가 상기 성형단계(S20) 보다는 낮은 250℃~80℃의 상태에서 항균제(4)가 분사되는 것이 바람직한데, 이는 성형온도와 같은 온도에서는 물품(1)의 표면은 물론 내부까지 어느 정도 깊이까지도 용융된 상태이고, 분사된 항균제(4)가 분말 수지 원료보다 비중이 높으며, 항균제(4)의 입자 크기가 파우더 상태이며, 반 용융 상태의 물품(1)은 회전하고 있으므로 항균제(4) 입자가 원심력을 받게 되면서 분말 수지 원료로 형성된 물품(1)의 표면(내면; 2)을 지나 내부로 침강(沈降)하게 됨으로써 표면 코팅이 이루어지지 않게 되기 때문이다.
따라서, 상기 성형단계(S20)에서 성형된 물품(1)의 표면 온도를 단계적으로 낮추면서 상기 온도인 280℃~80℃의 상태에서 항균제(4)를 분사하게 되면 항균제 입자가 반 용융 상태의 물품 표면에 부분적으로 침착(沈着)되어 항균제(4) 입자의 일부는 도 2에 도시된 바와 같이 물품(1)의 내면(2) 외부로 노출된 상태를 이루게 되므로 물품의 내부에 저장되는 물이나 기타 유체와의 접촉시 항균기능을 발휘할 수 있게 되는 것이며, 항균제(4) 입자가 물품(1)에 일부 침착된 상태(뿌리가 박힌 상태)에서 상기 냉각단계(S40)를 거치게 되면 성형된 물품(1)의 표면까지도 완전히 경화되므로 성형된 물품(1)의 내면(2)에 침착된 항균제(4)는 쉽게 분리되지 않게 되어 지속적인 항균 효과를 발휘할 수 있는 것이다.
이와 같이 본 실시 예에 의한 회전성형방법에서는 항균제 입자를 성형 단계와과 냉각 단계의 사이에 반 용융상태의 물품 내면에 분사하여 내면에 침착된 상태가 되며 이와 같은 상태에서 냉각 단계를 거치게 되면 항균제 입자가 필요로 하는 표면(내면)에 존재하게 되므로 지속적이면서도 우수한 항균 효과를 발휘할 수 있게 되는 것이다.
본 발명에서, 상기 항균제 등의 기능성 입자는 그 크기가 150㎛~0.01㎛인 광물성 항균제(제올라이트 등)인 것이 바람직한데, 그 이유는 기존의 분체도장 및 기타 스프레이 건의 노즐 사이즈가 150㎛ 이하만 가능하며, 입자 크기가 클 경우에는 제품의 내부에서 보여지는 부분이 이물질이 달라붙은 느낌이 있거나 고르지 못한 표면을 이루게 됨으로써 제품의 품질에 대한 오해를 불러일으킬 수 있기 때문이며, 항균제 등의 분사시 균일한 분포를 위해 150~0.01㎛의 입자 크기가 적합하다.
또한, 기능성 입자의 크기가 커지면 분사용 노즐을 별도로 제작하여야 하나 위에서와 같이 제시된 규격 이하로 된 기능성 입자를 사용하게 되면 공정개선이 그다지 필요하지 않아 추가비용이 소요되지 않으므로 부가가치가 높은 제품을 최소의 비용으로 제조할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에서, 상기 물품(1)의 표면 온도 및 회전속도는 기능성 입자(4)의 종류나 크기 등에 따라 다르게 적용함으로써 기능성 입자(4)가 물품의 표면에 침착되는 상태를 최적의 상태가 되도록 할 수 있다.
본 발명은 상술한 제올라이트 항균제뿐만 아니라 황토나 숯, 기타 수질개선 등의 효과가 있다고 연구된 다양한 무기물 등을 낮은 생산단가로 입자크기만 선택적으로 사용하여 작업이 가능하며, 종래와 같이 제품 내부에 함몰(침강)되어 기능을 발휘하지 못하는 부분 때문에 필요 이상의 기능성 무기물 등을 첨가하는 것을 방지할 수 있어 경제적이다.
1 : 회전 성형 물품
2 : 내면
3 : 외면
4 : 항균제(기능성 입자)

Claims (5)

  1. 금형 내부에 분말 수지 원료를 투입하는 원료 투입 단계, 금형을 회전 및 가열하여 분말 수지 원료가 금형 내벽의 형상에 따라 용융되면서 인접한 분말 수지 원료끼리 융착 또는 소결이 이루어지는 성형 단계; 금형을 회전시키면서 냉각시키는 냉각 단계; 및 금형을 개방하여 냉각된 제품을 탈형하는 탈형 단계로 이루어지는 회전성형방법으로,
    상기 성형 단계와 냉각 단계 사이에 제품의 표면이 경화되기 전에 기능성 입자를 제품의 내면 또는 표면에 분사하여 분말 수지 원료로 성형된 제품의 표면에 침착(沈着)되도록 하는 단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 기능성 표면을 갖는 물품의 회전성형방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기능성 입자 침착 단계는 분말 수지 원료로 성형된 제품의 표면 온도가 280℃~80℃의 상태에서 기능성 입자가 분사되는 것을 특징으로 하는 기능성 표면을 갖는 물품의 회전성형방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기능성 입자는 입자크기가 150㎛~0.01㎛인 항균제 또는 수질개선제인 것을 특징으로 하는 기능성 표면을 갖는 물품의 회전성형방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기능성 입자는 에어 스프레이 건이나 노즐대로 분사되는 것을 특징으로 하는 항균기능을 갖는 물품의 회전성형방법.
  5. 청구항 1 내지 4항 중의 어느 한 항에 의한 방법으로 성형된 기능성 표면을 갖는 물품.
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