KR20190023000A - 생분해성 모노필라멘트 조성물 및 이 조성물을 이용한 모노필라멘트 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리유산과 폴리락타이드 중 선택된 1종의 지방족 폴리에스테르계 고분자 80∼94중량%, 물성 계량제 5∼10중량% 및 윤활제 1∼10중량%가 혼합된 생분해성 수지 조성물 100중량부에 대하여 식품 첨가제 1 내지 10중량부가 더 혼합된 생분해성 모노필라멘트를 투입하는 투입 단계; 상기 모노필라멘트 조성물 혼합하고, 압축하여 반죽하는 단계; 상기 반죽을 강제로 압출하여 압출 다이에 공급하는 공급 단계; 상기 압출 다이를 통과시켜 1차 필라멘트를 성형하는 압출 단계; 성형된 1차 필라멘트를 칫솔모 굵기로 인발하는 인발 단계; 및 상기 필라멘트를 이송시켜 40 ∼ 60℃에서 5 내지 10시간 동안 열풍 가열하여 열처리하는 열처리 단계;를 포함하는 기술적인 특징을 갖는 것으로 달성된다.

Description

생분해성 모노필라멘트 조성물 및 이 조성물을 이용한 모노필라멘트 제조 방법{Biodegradable monofilament compositions and methods of making monofilaments using the same}

본 발명은 생분해성 모노필라멘트 조성물 및 이 조성물을 이용한 모노필라멘트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

더 상세하게는, 폴리유산과 폴리락타이드 중 선택된 1종의 지방족 폴리에스테르계 고분자 80∼94중량%, 물성 계량제 5∼10중량% 및 윤활제 1∼10중량%가 혼합된 생분해성 조성물 100중량부에 대하여, 천연 식물에서 추출된 식물 첨가제 1 내지 10 중량부가 더 포함된 모노필라멘튼 조성물에 관한 것이다.

또한 본 발명은 상기 모노필라멘트 조성물을 투입하여 혼합 반죽하는 단계와, 이 반죽을 압출하는 단계; 압출된 반죽을 압출기에 투입하여 다이을 통과시켜 1차 성형이 이루어지도록 하는 단계; 상기 1차 성형된 필라멘트 성형물을 인발하는 인발 단계 및 상기 필라멘트를 열처리하여 가늘고 강도가 높은 모노필라멘트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 비단과 인견 등의 긴 섬유사는 가는 필라멘트를 꼬아 합쳐져서 실로 되어 있지만, 모노필라멘트는 단독의 굵은 필라멘트로부터 되어 있는 실로, 최근 편물, 망이나 밧줄, 낚싯줄 등을 만드는데 주로 사용되고 있다.

통상 모노필라멘트는 압출 다이를 통과한 필라멘트를 인발하여 제조하는 것으로, 국내 등록특허 10-0981727호는 모노필라멘트를 제조하는 방법 중 하나를 기재한 것이다.

이 제조 방법은, 압출기에 의해 200℃ ~ 350℃로 가열된 합성수지를 다수의 둥근 예각 꼭지점을 구비한 구멍이 배열 형성된 방사 노즐로 연속적으로 압출 성형하는 압출성형단계; 상기 압출성형단계에서 압출 성형되는 다수 가닥의 선재를 5℃ ~ 50℃ 냉각수 속으로 통과시켜서 냉각하는 냉각단계; 상기 냉각단계의 냉각수를 통과한 선재를 다수의 이송기로 나란하게 이송하면서 연신함과 아울러 다수의 이송기의 출구측에 각각 배치되는 셋팅기로 열고정하는 셋팅 및 연신단계; 상기 셋팅 및 연신단계를 통과한 선재를 와인더로 최종 이송하는 최종이송단계;를 포함하는 방법이다.

그런데 이 제조 방법은, 비분해성 합성수지에는 적합하지만 생분해성 수지 조성물을 이용한 모노필라멘트 제조에는 적합하지 않은 문제가 있다.

다른 예로, 등록특허 10-0358424호의 모노필라멘트 및 그 제조방법도 있다

이 방법은 폴리락트산계 중합체(A)와 폴리락트산 이외의 지방족 폴리에스테르(B)를 (A)/(B)의 중량혼합비 95/5∼61/39로 혼합하여 된 재료를 압출성형하고, 폴리락트산 이외의 지방족 폴리에스테르(B)의 융점 이상에서 연신 가공하여 제조하는 것이다.

그런데 이와 같은 방법은 압출 또는 연신 과정에서 필라멘트 표면이 거칠게 되거나 원하는 강도를 얻기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 본 출원인에 의해 개발된 생분해성 수지 조성물(특허 제10-0805789호)을 개량하고, 이를 이용하여 칫솔모를 제조하는 모노필라멘트를 제조하는데 있다.

이러한 본 발명은 생분해성 수지 조성물에 천연 식품 첨가제를 더 혼합하고, 여기에 인발 후 필라멘트를 열처리함으로써, 모노필라멘트 특히 칫솔모로 제작되는 본 발명의 모노필라멘트 표면이 부드럽고, 강도를 유지할 수 있는 생분해성 모노필라멘트 조성물 및 이 조성물을 이용한 모노필라멘트 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은, 폴리유산과 폴리락타이드 중 선택된 1종의 지방족 폴리에스테르계 고분자 80∼94중량%, 물성 계량제 5∼10중량% 및 윤활제 1∼10중량%가 혼합된 생분해성 수지 조성물 100중량부에 대하여 식품 첨가제 1 내지 10중량부가 더 혼합된 생분해성 모노필라멘트 조성물을 기술적인 특징으로 한다.

또한 본 발명은 폴리유산과 폴리락타이드 중 선택된 1종의 지방족 폴리에스테르계 고분자 80∼94중량%, 물성 계량제 5∼10중량% 및 윤활제 1∼10중량%가 혼합된 생분해성 수지 조성물 100중량부에 대하여 식품 첨가제 1 내지 10중량부가 더 혼합된 생분해성 모노필라멘트를 투입하는 투입 단계; 상기 모노필라멘트 조성물 혼합하고, 압축하여 반죽하는 단계; 상기 반죽을 강제로 압출하여 압출 다이에 공급하는 공급 단계; 상기 압출 다이를 통과시켜 1차 필라멘트를 성형하는 압출 단계; 성형된 1차 필라멘트를 칫솔모 굵기로 인발하는 인발 단계; 및 상기 필라멘트를 이송시켜 40 ∼ 60℃에서 5 내지 10시간 동안 열풍 가열하여 열처리하는 열처리 단계;를 포함하는 기술적인 특징을 갖는 것으로 달성된다.

본 발명은 생분해성 수지 조성물과, 천연 식품 첨가제를 혼합하여 모노필라멘트 조성물을 구성하고, 이 모노필라멘트 조성물을 이용하여 칫솔모 제작에 필요한 모노필라멘트를 제조함으로써 첫째 환경 오염을 방지하고, 둘째, 평활성이 우수하며, 셋째 인장 강도 및 경도가 증가하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 모노필라멘트를 제조하는 장치의 일 예를 나타낸 일측면도,
도 2는 본 발명에 따른 모노필라멘트를 열처리하는 장치의 일 예를 나타낸 일측면도,
도 3은 본 발명에 따른 제조 과정을 나타낸 블록도.

본 발명을 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 생략될 수 있다.

구체적인 설명에 앞서, 본 명세서상에 비록 단수적 표현으로 기재되어 있을지라도 국어 사용에 있어서 단수/복수를 명확하게 구분 짓지 않고 사용되는 환경과 당해 분야에서의 통상적인 용어 사용 환경에 비추어, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 뜻하지 않는 이상 복수의 표현을 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 본 명세서에 기재되었거나 기재될 수 있는 '포함한다', '갖는다', '구비한다', '포함하여 이루어진다' 등은 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 본 발명의 모노필라멘트 조성물 및 이 조성물을 이용한 제조 방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에 첨부된 도 1은 본 발명 모노필라멘트를 제조하는 장치의 일 예를 나타낸 일측면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 모노필라멘트를 열처리하는 장치의 일 예를 나타낸 일측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 제조 과정을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.

본 발명의 모노필라멘트 조성물은 본 출원인에 의해 개발된 생분해성 수지 조성물과, 천연 식품에서 추출된 식품 첨가제를 혼합한 것으로, 생분해성 수지 조성물 100중량부에 대하여 식품 첨가제 1 내지 10중량부가 혼합된다.

상기 생분해성 수지 조성물은 조성물은 지방족 폴리에스테르계 고분자 80∼94중량%, 물성 계량제 5∼10중량% 및 윤활제 1∼10중량%로 이루어지거나, 이와 달리 지방족 폴리에스테르계 고분자 75∼93중량%, 물성 계량제 5∼10중량%, 윤활제 1∼5중량% 및 무기 연마제 1∼10중량%로 이루어진 것이다.

상기 지방족 폴리에스테르계 고분자로는 폴리유산 혹은 폴리락타이드가 적합하다.

물성 계량제는 지방족 폴리에스테르계 고분자로 사용되는 폴리유산 혹은 폴리락타이드의 문제점인 낮은 인성즉, 강도는 높지만 신장률이 부족해 쉽게 파단되는 특성을 보완하기 위해 사용된 것으로서, 디에틸렌 글리콜로 얻어지는 2가 알콜 혹은 글리세롤, 트리메틸올 프로판으로부터 얻어지는 3가 알콜과 숙신산, 아디핀산으로부터 얻어지는 2가 산 혹은 2가 산의 무수물 형태로부터 축중합에 의해 제조되는 것을 사용함이 바람직하고, 중량 평균 분자량이 50,000∼150,000이며, 용융지수 20∼30g/10min인 것이 적합하다. 또한 폴리카프로락톤을 사용할 수 있는데, 이는 분자량이 30,000∼60,000 정도이며, 용융지수 20∼30g/10min, 융점 58∼60℃인 것을 사용함이 바람직하다.

윤활제는 장시간 방사시 친유성 성분이 증가하기 때문에 분자내 친수성 성분과 친유성 성분의 비율을 나타내는 HLB값(Hydrophile-Lipophile balance value)이 7.0∼16.0의 범위인 지방산 에스테르를 선택하여 사용함이 바람직하다.

무기 연마제는 강성도와 굴곡복원률 특성을 개선함과 동시에 세정력을 향상시킨다. 이로는 치약 구성 성분으로 통상 사용하는 이산화규산(실리카), 인산칼슘, 탄산칼슘, 무수규산, 수산화알루미늄 등이 있으며, 일반적으로 입자크기 10㎚∼1,000㎚의 나노 입자 혹은 1㎛∼100㎛의 마이크로 입자가 모두 사용 가능하다.

상기 식품 첨가제는 코코넛, 야자, 콩, 카카오피 등에서 추출하는 천연 유제로써, 바람직하기로는 상기 생분해성 수지 조성물 100중량부를 기준으로 1 내지 10중량부가 혼합된다.

본 발명에 따른 식품 첨가제는 모노필라멘트 특히 칫솔모 제작되는 본 발명의 모노팔라멘트의 집속성은 물론 특히 표면을 우수한 평활성을 부여하여 매끄러운 상태를 유지시켜 잇몸이 긁히는 일이 없도록 하는 것이다.

또한 본 발명의 식품 첨가제는 인장 강도 및 표면 경도를 향상시킨다. 즉 인발 과정에서 이 천연 유제가 필라멘트 표면으로 흘러나오고, 이 상태에서 열처리가 이루어짐으로써, 강도 및 경도 향상은 물론 우수한 평활성을 갖게 되는 것이다.

다음은 본 발명에 따른 생분해성 수지 조성물을 이용한 모노필라멘트 제조 과정이다.

먼저 본 발명에 따른 생분해성 수지 조성물은, 폴리유산과 폴리락타이드 중 선택된 1종의 지방족 폴리에스테르계 고분자 80∼94중량%, 물성 계량제 5∼10중량% 및 윤활제 1∼10중량%가 혼합된 생분해성 수지 조성물 100중량부에 대하여 식품 첨가제 1 내지 10중량부가 더 혼합된 것이거나,

또는 지방족 폴리에스테르계 고분자 75∼93중량%, 물성 계량제 5∼10중량%, 윤활제 1∼5중량% 및 무기 연마제 1∼10중량%로 이루어진 생분해성 수지 조성물 100중량부를 기준으로 식품 첨가제 1 내지 10중량부가 혼합된 생분해성 수지 조성물이 사용될 수 있다.

생분해성 수지 조성물 투입 및 반죽 단계

본 발명에 따른 생분해성 수지 조성물은 실린더(12) 내부에 스크류(20)가 구비된 압착기(10)에 투입되어 혼합되고 반죽되며 이송되고, 실린더 앞부분 까지 이동하여 강제로 배출된다.

도면 부호 30은 투입 호퍼이다.

압출 다이 공급 및 압출 단계

상기 실린더를 통과한 반죽은, 기아 펌프와 스크린 체인저로 구성된 압출 유닛(200)에 의해 강제 이송되어 압출 다이(300)에 공급되고, 다이를 통과하며 1차 필라멘트가 압출 성형된다.

이때 상기 압출 다이(300)에는 볼트 히터 또는 열선 등과 같이 가열부가 구비되어 성형이 용이하도록 한다.

인발 단계

상기 인발 단계는 상기 압출 다이를 통과한 필라멘트를 원하는 굵기 예를 들어 칫솔모 사용에 필요한 굵기로 인발하는 것이다.

인발은 엠보싱 롤러(embossing roller)(400)와, 냉각 롤러(cooling roller)(500)로 구성된 인발 장치에 의해 이루어지며, 필라멘트가 각 롤러 통과하며 점차 굵기가 가늘어지는 것이다.

한편 상기 엠보싱 롤러(400)는 1차 인발이 이루어지는 것으로, 엠보싱 롤러가 사용됨으로 표면 접촉률을 최소화하고, 냉각 롤러를 이용하여 냉각과 함께 인발이 이루어지도록 하는 것이다.

열처리 단계

본 발명에 따른 열처리 단계는 상기 인발 과정에서 필라멘트 표면으로 새어 나온 천연 식품 첨가제를 경화시켜 인장 강도 및 경도를 향상시키고, 나아가 평활성이 보유되도록 하는 것이다.

상기 열처리 단계는, 이송 단계와, 1차 열처리 단계와, 반전 단계와, 2차 열처리 단계 및 냉각 단계로 구성된다.

상기 이송 단계는, 인발 과정을 마치고 권취기(600)를 통해 일정량 권취된 필라멘트를 열풍기로 이송시키는 것으로, 열풍기(700)에서 40 ∼ 60℃에서 5 내지 10시간 열풍으로 열처리하는 1차 열처리가 이루어진다.

1차 열처리 후 상기 필라멘트를 반송시켜 반전 즉 뒤집어 다른 면을 열처리될 수 있도록 하고, 2차 열처리가 이루어진다.

2차 열처리는 1차 열처리와 마찬가지로 40 ∼ 60℃의 열풍을 조사하는 것으로, 1차 열처리보다 시간을 짧게 해도 무방하며, 바람직하게는 2 내지 4시간이 좋다.

냉각 단계는, 냉각기에서 이루어지며, 냉각기의 내부 온도는 10 ∼ 20도이고, 냉각 시간은 30 ∼ 60분 동안 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 압착기 12 : 실린더
20 : 스크류 200 : 압출 유닛
300 : 압출 다이 400 : 엠보싱 롤러
500 : 냉각 롤러 700 : 열풍기

Claims (4)

1. 폴리유산과 폴리락타이드 중 선택된 1종의 지방족 폴리에스테르계 고분자 80∼94중량%, 물성 계량제 5∼10중량% 및 윤활제 1∼10중량%가 혼합된 생분해성 수지 조성물 100중량부에 대하여 식품 첨가제 1 내지 10중량부가 더 혼합된 것을 포함하는 생분해성 모노필라멘트 조성물.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 식품 첨가제는 코코넛, 야자, 콩, 카카오피 중 어느하나에서 추출한 유제를 포함하는 생분해성 모노필라멘트 조성물.
   
3. 폴리유산과 폴리락타이드 중 선택된 1종의 지방족 폴리에스테르계 고분자 80∼94중량%, 물성 계량제 5∼10중량% 및 윤활제 1∼10중량%가 혼합된 생분해성 수지 조성물 100중량부에 대하여 식품 첨가제 1 내지 10중량부가 더 혼합된 생분해성 모노필라멘트를 투입하는 투입 단계;
   상기 모노필라멘트 조성물 혼합하고, 압축하여 반죽하는 단계;
   상기 반죽을 강제로 압출하여 압출 다이에 공급하는 공급 단계;
   상기 압출 다이를 통과시켜 1차 필라멘트를 성형하는 압출 단계;
   성형된 1차 필라멘트를 칫솔모 굵기로 인발하는 인발 단계; 및
   상기 필라멘트를 이송시켜 40 ∼ 60℃에서 5 내지 10시간 동안 열풍 가열하여 열처리하는 열처리 단계;를 포함하는 모노필라멘트 제조 방법.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 열처리 단계는 인발이 완료된 필라멘트를 이송하는 단계와, 열풍기에 투입된 필라멘트를 1차 열처리하는 단계와, 상기 필라멘트를 뒤집어 반대면이 열처리될 수 있도록 하는 반전 단계와, 2차 열처리 단계 및 냉각 단계로 이루어지는 것을 포함하는 모노필라멘트 제조 방법.
   
   
   
   

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