KR20230168906A - 이형제, 분산제 또는 활제 조성물 - Google Patents

이형제, 분산제 또는 활제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 합성수지 성형품을 제조하는데 있어서, 이형제, 분산제 또는 활제로 사용될 수 있는 액상 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 조성물은, 미네랄 오일과, 상기 미네랄 오일에 분산된 다수의 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 포함하고, 상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 전체 조성물에 대한 중량비율로 0.1 ~ 90% 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이형제, 분산제 또는 활제 조성물 {A composition for releasing agent, dispersant or lubricant}
본 발명은 고무나 수지의 성형품을 제조하는데 있어서, 이형제, 분산제 또는 활제로 사용될 수 있는 액상 조성물에 관한 것이다.
이형제는 두 물질의 표면사이에서 발생하는 접착성을 제거하는 역할을 하는 물질로 고무, 합성수지 등 공업제품의 가압성형, 사출성형 등의 가공 시에 이들 재료가 금형 등에 부착하는 것을 방지하여 성형품의 인출성 향상이나 표면 미관 향상을 위하여 사용되는 조성물이다.
SEBS(Styrene ethylene/butylene styrene), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PS(Polystyrene), ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), PU(polyurethane), PVC(Polyvinyl Chloride), POM(polyacetal), 변성 PPO(polyphenylene oxide), PI(polyimide), PMMA(Poly methy methacrylate), PEEK(polyether ether ketone), PPS(polyphenylene sulfide), PC(polycarbonate), NYLON와 같은 합성수지의 사출 성형용 이형제로 실리콘 오일이 많이 사용되고 있다. 그런데 실리콘 오일을 다량 포함하는 이형제의 경우 합성수지의 종류에 따라 이형성도 충분하지 않을 뿐 아니라, 사출하고자 하는 합성수지의 특성을 저하시키는 경우가 발생한다. 이에 따라, 합성수지의 사출 가공 시에 실리콘 오일에 비해 우수한 이형성을 나타내면서 합성수지의 특성을 저하시키지 않는 이형제 조성물이 요구되고 있다.
또한, 합성수지는 강도나 인성 등의 기계적 특성, 전기 절연성과 전기적 특성, 열전도율이나 열확산 상수와 같은 열전도 특성, 굴절율이나 자외선 투과율과 같은 광학 특성, 난연성, 중불연성, 불연성 등의 향상 내지 조절을 목적으로 다양한 입자들이 포함될 수 있는데, 첨가제의 특성은 입자들을 균일하게 분산하는 상태를 유지하는지 여부에 따라 특성이 크게 영향을 받는다. 이에 따라, 합성수지에 기능성 입자들을 첨가할 때는 첨가제의 분산성을 높일 수 있는 분산제 조성물이 요구된다.
또한, 합성수지의 가공 시에 합성수지 용융물의 유동거동을 향상시키면서, 합성수지 성형장치를 구성하는 금속 부재에 대한 합성수지 용융물의 점착성을 줄이기 위하여 활제가 사용되고 있다. 이러한 활제는 성형하는 합성수지 용융물과의 상용성이 우수하여 용융물의 유동성을 향상시킬 수 있는 조성물이 요구된다.
일본공개특허공보 제2003-48218호
본 발명의 과제는 고무나 합성수지 성형품을 제조하는데 있어서, 우수한 이형성, 분산성 및 윤활성을 나타내는 동시에, 성형된 제품에 난연성, 중불연성 또는 불연성을 제공할 수 있는 이형제, 분산제 또는 활제 조성물을 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 오일과 상기 오일에 분산된 다수의 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 포함하고, 상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 전체 조성물에 대한 중량비율로 0.1 ~ 90% 포함하는 이형제, 분산제 또는 활제 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 오일은 바람직하게 미네랄 오일일 수 있고, 보다 바람직하게 상기 오일은 파라핀 오일일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자의 평균 크기는 0.3 ~ 30㎛일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 조성물은 반투명의 액상 조성물일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수지용 이형제 또는 분산제는, 유동점 10℃ 이하, 인화점 100℃ 이상, 동점도 100 ~ 300,000 cSt(at 40℃) 일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 조성물은 SEBS(Styrene ethylene/butylene styrene), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PS(Polystyrene), ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), PU(polyurethane), PVC(Polyvinyl Chloride), POM(polyacetal), 변성 PPO(polyphenylene oxide), PI(polyimide), PMMA(Poly methy methacrylate), PEEK(polyether ether ketone), PPS(polyphenylene sulfide), PC(polycarbonate), NYLON 중에서 선택된 1종 이상의 사출성형용 이형제, 분산제 및/또는 활제용으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물은 탄화수소계 고분자용 이형제, 분산제 또는 활제로 사용될 수 있으며, 이형 성능과 기능성 입자에 대한 분산성이 우수할 뿐 아니라, 내부 및 외부 윤활 기능도 가지고 있어서 활제로서도 우수한 특성을 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 조성물은 특히 폴리올레핀계 수지와의 융합성과 상용성이 매우 우수하여 작업 효율을 향상시킬 뿐 아니라, 성형하고자 하는 수지의 기계적 물성을 저하시키지 않아, 생산성 향상은 물론 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조성물은, SEBS(Styrene ethylene/butylene styrene), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PS(Polystyrene), ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), PU(polyurethane), PVC(Polyvinyl Chloride), POM(polyacetal), 변성 PPO(polyphenylene oxide), PI(polyimide), PMMA(Poly methy methacrylate), PEEK(polyether ether ketone), PPS(polyphenylene sulfide), PC(polycarbonate), NYLON 등의 합성수지의 성형을 위한 이형제, 분산제 및/또는 활제로 사용될 수 있을 뿐 아니라, 마스트 배치용 이형제, 분산제 및/또는 활제로도 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조성물은, 불연성이 우수한 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 포함하고 있기 때문에, 본 발명에 따른 조성물을 사용하여 성형된 제품에 난연성, 중불연성 및/또는 불연성을 부여할 수도 있다.
도 1은 시료명 T1 ~ T16을 사용하여 열가소성 폴리올레핀(Adflex Q100F)의 필름을 제작한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 니더 작업 시 투입구를 통해 관찰한 SEBS 수지의 용융 상태를 관찰한 것이다.
도 3은 비교예 2의 니더 작업 후 잔류물을 제거하기 전의 사진이다.
도 4는 실시예 1의 니더 작업 후 잔류물을 제거하기 전의 사진이다.
도 5는 비교예 3의 용융물로 제작한 팬 케이크의 사진이다.
도 6은 비교예 4의 용융물로 제작한 팬 케이크의 사진이다.
도 7은 실시예 2의 용융물로 제작한 팬 케이크의 사진이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 조성물은, 오일과 상기 오일에 분산된 다수의 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 포함하고, 상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 전체 조성물에 대한 중량비율로 0.1 ~ 90% 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 0.1% 미만으로 첨가하게 되면, 충분한 이형성, 분산성 또는 윤활성을 얻기 어렵고, 90%를 초과하게 되면, 오일 내에서 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자가 분산된 상태를 유지하기 어려워 오히려 이형성, 분산성 또는 윤활성이 저하될 수 있기 때문이다.
상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자의 기능과 분산성 및 고가의 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE)의 활용성을 고려할 때, 상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자는 0.2 ~ 50%로 첨가되는 것이 바람직하고, 0.5 ~ 30%가 보다 바람직하고, 0.5 ~ 20%가 가장 바람직하다.
또한, 상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자의 평균 크기는 0.3 ~ 30㎛인 것이 바람직할 수 있는데, 이는 평균 크기가 0.3㎛ 미만일 경우에는 균일한 분산이 용이하지 않고, 30㎛ 초과일 경우 첨가한 입자의 효과를 충분히 얻기 어려울 수 있기 때문이다.
또한, 상기 조성물은 상기 오일 내에 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자가 분산되어 있는 반투명 액체 상태일 수 있다. 오일 내에 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자가 분산된 서스펜션 상태로 있지 않고 투명상과 반투명상이 분리된 상태를 유지할 경우에는 본 발명에서 목적하는 이형성 및/또는 분리성을 구현하기 어려우므로, 반투명 액체 상태를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 오일은 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 분산시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 파라핀계, 방향족계, 나프텐계의 광물계 오일, 식물계 지방오일, 실리콘 오일, 에스테르계, PAG계 등의 합성오일 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 다만, 폴리올레핀계 수지와의 상용성을 고려할 때는 미네랄 오일이 바람직하게 사용될 수 있으며, 파라핀 오일이 보다 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 오일은 전체 조성물에 대한 중량비율로 10 ~ 99.9%의 비율로 포함될 수 있다. 오일의 함량이 10% 미만일 경우 이형제 또는 분산제로의 기능이 충분하지 않을 수 있어 10% 이상일 수 있고, 50% 이상인 것이 바람직하고, 70% 이상인 것이 더 바람직하고, 80% 이상인 것이 가장 바람직하다.
또한, 상기 조성물은 유동점 10℃ 이하, 인화점 100℃ 이상, 동점도 100 ~ 300,000 cSt (at 40℃) 일 수 있다.
또한, 상기 조성물은, 예를 들어, SEBS(Styrene ethylene/butylene styrene), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PS(Polystyrene), ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), PU(polyurethane), PVC(Polyvinyl Chloride), POM(polyacetal), 변성 PPO(polyphenylene oxide), PI(polyimide), PMMA(Poly methy methacrylate), PEEK(polyether ether ketone), PPS(polyphenylene sulfide), PC(polycarbonate), NYLON 등의 합성수지의 성형을 위한 이형제, 분산제 또는 활제로 사용될 수 있을 뿐 아니라, 마스트 배치용 이형제, 분산제 또는 활제로도 사용될 수 있다. 상기 물질들은 예시된 것으로, 본 발명에 따른 조성물과의 상용성이 있는 것이라면 특별히 제한 없이 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기초로 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
<실시예>
<실시예>
이형제 조성물의 제조
본 발명의 실시예에 따라 제조한 이형제 조성물은 오일과, 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 분말을 투입하여 제조하였다.
상기 오일은 미네랄 오일을 사용하였고, 사용한 미네랄 오일의 동점도(at 40
Figure pat00001
는 72cSt 였으며, 전체 조성물에 대한 중량비율로 10 ~ 99.5%를 투입하였다.
상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 분말은 입자의 평균 크기는 4 ~ 6㎛인 것을 사용하였고, 첨가량은 전체 조성물에 대한 중량비율로 0.5 ~ 90% 범위 내로 사용하였다.
브라벤더 시험
먼저, Lyondellbasell사의 열가소성 폴리올레핀(Adflex Q100F) 100중량부에 하기 표 1과 같은 이형제 조성물(시료명 T1 ~ T8)을 3중량부 첨가하여 혼합한 후 브라벤더 시험을 통해 이형제 또는 활제로서의 성능을 평가하였다.
또한, 실시예에 따른 이형제 조성물(T1 ~ T8)에 추가로 분산제인 실리카 분말을 0.5중량% 첨가한 이형제 조성물(T9 ~ T16)에 대하여 브라벤더 시험을 수행하였다.
브라벤더(Brabender) 시험은 190℃, 50rpm/min의 조건에 토크를 측정하는 방식으로 수행되었으며, 그 결과는 아래 표 1과 같았다.
시편명 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
중량비
(미네랄오일:
PTFE)
95:5 90:10 85:15 80:20 50:50 30:70 20:80 10:90
토크
(Nm)
35.8 33.9 33.0 32.0 30.1 28.6 27.2 26.7
시편명 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16
중량비
(미네랄오일:
PTFE:
실리카)
94.5:5:0.5 89.5:10:0.5 84.5:15:0.5 79.5:20:0.5 49.5:50:0.5 29.5:70:0.5 19.5:80:0.5 9.5:90:0.5
토크
(Nm)
34.5 33.6 32.7 30.7 29.2 26.2 25.4 22.3
표 1에 나타난 바와 같이, 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 분말의 첨가량이 많아질수록 실험물질인 열가소성 폴리올레핀(Adflex Q100F)의 토크 값은 점점 줄어드는 경향을 나타내었다. 이로부터 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE)의 함량이 많을수록 활제(또는 이형제)로서의 성능은 증가함을 알 수 있다.
그러나, 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE)의 함량이 적은 T1의 토크 값의 절대치가 높지 않아, 소량의 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 분말의 첨가된 조성물로도 상당한 수준의 활제(또는 이형제) 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
한편, 실리카 분말을 첨가한 것과 그렇지 않는 것을 비교하면, 토크 값에서의 차이는 크지 않은데, 이는 본 발명의 실시예에 따른 물질이 제조비용을 상당히 증가시키는 실리카를 첨가하지 않고도 실험물질인 열가소성 일라스토머에 대해 실리카를 첨가한 것과 유사한 활제(또는 이형제)로서의 성능을 나타낼 수 있음을 의미한다.
열가소성 일라스토머에 대한 성형 시험
열가소성 폴리올레핀(Adflex Q100F)을 100중량부에 T1 ~ T16 조성물을 3중량부 첨가한 후, 압출 공정을 통해 필름으로 성형하였다.
도 1은 T1 ~ T16 조성물을 사용하여 열가소성 폴리올레핀(Adflex Q100F)의 필름을 제작한 결과를 나타낸 것이다.
도 1에서 확인되는 바와 같이, T1 ~ T16 조성물을 첨가하여 제작된 필름의 상태는 양호하였다. 즉, T1 ~ T16 조성물 모두 열가소성 일라스토머에 대해 활제로서 양호한 특성을 발휘함을 알 수 있다.
SEBS 성형에 대한 이형 성능
SEBS(Styrene ethylene/butylene styrene)와 화이트오일(white oil) 시스템의 성형을 위한 이형제로서 종래에 사용되어 온 실리콘 오일(10,000cs)과 본 발명의 실시예에 따른 조성물의 특성을 비교하였다.
SEBS(Styrene ethylene/butylene styrene)와 화이트오일(white oil) 시스템의 성형을 위해 이형제 조성물은 상기 시스템 100중량부에 대해 2.5중량부를 첨가하였다.
성형에 사용된 SEBS(Styrene ethylene/butylene styrene)와 화이트오일(white oil) 시스템의 조성과 이형제의 조성은 아래 표 2와 같다
비고 성형 원료 조성(중량%) 이형제 조성(중량%)
SEBS 화이트 오일 미네랄 오일 PTFE 실리콘 오일
실시예 1 65 35 99.5 0.5 -
비교예 1 65 35 - - -
비교예 2 65 35 - - 100
표 2에서 나타낸 것과 같이, 실시예 1은 미네랄오일 99.5중량%와 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 분말 0.5중량%가 혼합된 이형제를 사용한 것이고, 비교예 1은 이형제를 사용하지 않은 것이고, 비교예 2는 종래의 실리콘 오일(10,000cs)을 이형제로 사용한 것이다.
먼저, 이형성을 시각적으로 확인하기 위하여 소형 니더기를 사용하여 비교 테스트를 실시하였다.
상기 표 2의 원료들의 혼합 온도는 150℃로 설정하였고, 먼저 SEBS와 화이트 오일을 용융 혼합하여 균일한 상태로 만들고, 실시예 1과 비교예 2 따른 이형제 조성물을 각각 2.5중량부 첨가한 후, 소형 니더기에서의 용융 상태를 확인하였다. 이때, 니더 블레이드 속도는 20rpm으로 비교적 느리게 설정하여 고속으로 블레이드를 회전할 경우 열전달이 충분하지 못해 분말 상태로 만드는 것을 방지하였다.
도 2는 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 니더 작업 시 투입구를 통해 관찰한 SEBS 수지의 용융 상태를 관찰한 것이다.
도 2에서 확인되는 바와 같이, SEBS와 화이트오일을 혼합하여 용융물을 만든 비교예 1은 투명한 상태를 유지하고 있으나, 이형제로 실리콘 오일을 투입한 비교예 2에서는 용융물이 불투명한 상태를 나타내었다. 이에 비해, 본 발명의 실시예 1에서는 용융물이 투명한 상태를 유지하였다.
도 3은 비교예 2의 니더 작업 후 잔류물을 제거하기 전의 사진이고, 도 4는 실시예 1의 니더 작업 후 잔류물을 제거하기 전의 사진이다.
도 3 및 도 4에서 확인되는 바와 같이, 비교예 2의 경우 잔류물이 다량 부착되어 있어 외력을 가하면 떨어지기는 하지만 작업자가 부착된 잔류물을 제거하는데 많은 시간과 노력이 필요하였다. 이에 비해 실시예 1의 경우 잔류물이 쉽게 제거되어, 작업 편의성과 금속에 대한 이형성을 향상시키는 특성을 가짐을 알 수 있다.
고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 성형성 평가
고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene)의 성형을 위한 활제로서 종래에 사용되어 온 실리콘 오일과 본 발명의 실시예에 따른 조성물의 특성을 비교하였다.
성형에 사용된 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene)은 LG 화학의 BE0400 수지 75중량부와 SM800 수지 25중량부를 혼합한 수지를 사용하였으며, 활제의 조성은 아래 표 3과 같다.
비고 성형 원료 조성(중량%) 분산제 조성(중량%)
BE0400 SM800 미네랄 오일 PTFE 실리콘 오일
실시예 2 75 25 99.5 0.5 -
비교예 3 75 25 - - -
비교예 4 75 25 - - 100
표 3에서 나타낸 것과 같이, 실시예 2는 미네랄오일 99.5중량%와 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 분말 0.5중량%가 혼합된 활제를 사용한 것이고, 비교예 3은 활제를 사용하지 않은 것이고, 비교예 4는 종래의 실리콘 오일(10,000cs)을 활제로 사용한 것이다.
원료인 BE0400 수지 75중량부와 SM800 수지 25중량부를 혼합하여 용융물 1,000g에 대해 분산제를 10g씩 첨가한 후, 190℃의 용융물을 팬 케이크 형태로 성형한 후의 상태를 확인하였다.
도 5는 비교예 3의 용융물로 제작한 팬 케이크의 사진이고, 도 6은 비교예 4의 용융물로 제작한 팬 케이크의 사진이고, 도 7은 실시예 2의 용융물로 제작한 팬 케이크의 사진이다.
도 5 내지 도 7에서 확인되는 바와 같이, 비교예 4의 경우 팬 케이크로의 색깔이 투명하지 않고 변색(또는 색 번짐)이 관찰되었다. 한편, 활제를 사용하지 않은 비교예 3의 경우 변색(또는 색 번짐)은 관찰되지 않았으나 내부에 다수의 기포가 분포하는 불량이 발생하였다. 이에 비해, 본 발명의 실시예 2에 따른 조성물을 활제로 사용한 경우에는 변색(또는 색 번짐)이 없으면서 내부에 다수의 기포가 분포하지도 않는 건전한 제품이 만들어졌다.
이상과 같은 시험 및 평가 결과를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 조성물이 다양한 수지의 활제, 이형제 또는 분산제로 사용될 경우, 종래의 실리콘 오일을 이형제로 사용한 경우에 비해, 용융물의 혼합성, 이형성, 작업성 및 성형된 제품의 건전성에서 우수한 특성을 구현할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 미네랄 오일과,
    상기 미네랄 오일에 분산된 다수의 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 포함하고,
    상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 전체 조성물에 대한 중량비율로 0.1 ~ 90% 포함하는, 이형제, 분산제 또는 활제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미네랄 오일은 파라핀 오일인, 이형제, 분산제 또는 활제 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자의 평균 크기는 0.3 ~ 30㎛인, 이형제, 분산제 또는 활제 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리테트라풀로오로에틸렌(PTFE) 입자를 전체 조성물에 대한 중량비율로 0.1 ~ 30% 포함하는, 이형제, 분산제 또는 활제 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은 반투명 액상으로 이루어진, 이형제, 분산제 또는 활제 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은, SEBS(Styrene ethylene/butylene styrene), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PS(Polystyrene), ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), PU(polyurethane), PVC(Polyvinyl Chloride), POM(polyacetal), 변성 PPO(polyphenylene oxide), PI(polyimide), PMMA(Poly methy methacrylate), PEEK(polyether ether ketone), PPS(polyphenylene sulfide), PC(polycarbonate), NYLON 중에서 선택된 1종 이상의 사출 성형용인, 이형제, 분산제 또는 활제 조성물.
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