KR101368488B1 - 모노필라멘트의 가공방법, 모노필라멘트 및 이를 이용한 칫솔 - Google Patents
모노필라멘트의 가공방법, 모노필라멘트 및 이를 이용한 칫솔 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 모노필라멘트의 가공방법, 모노필라멘트 및 이를 이용한 칫솔에 관한 것으로, 보다 구체적으로 폴리에스테르계 수지 조성물을 용융 압출 및 연신하여 제조된 모노필라멘트를 1차 말단 형성한 후에 세미테이퍼형태의 2차 말단을 형성하는 모노필라멘트의 가공방법, 상기 가공방법으로 제조된 모노필라멘트 및 이를 포함하는 칫솔에 관한 것이다.
Description
본 발명은 모노필라멘트의 가공방법, 모노필라멘트 및 이를 이용한 칫솔에 관한 것으로, 보다 구체적으로 폴리에스테르계 수지 조성물을 용융 압출 및 연신하여 제조된 모노필라멘트를 반구형태의 1차 말단 형성한 후에 세미테이퍼형태의 2차 말단을 형성하는 모노필라멘트의 가공방법, 상기 가공방법으로 제조된 모노필라멘트 및 이를 포함하는 칫솔에 관한 것이다.
칫솔은 구강을 청소하기 위해 사용되는 대표적인 청결도구이다. 일반적으로 칫솔의 구성은 플라스틱으로 성형된 칫솔 자루와 한 쪽 단부 부분에 나일론으로 만들어진 칫솔모가 다수의 군으로 식모되어 있으며, 칫솔모의 말단부의 형상에 따라 치석 및 플라그의 제거 또는 잇몸에 미치는 영향이 달라진다.
나일론 외에 칫솔모용 모노필라멘트로서 사용가능한 것은 PBT나 PET와 같은 폴리에스테르 수지가 있으며, 이러한 폴리에스테르 수지는 나일론보다 가격이 저렴하고 내구성이 우수한 장점이 있으나, 강도와 탄력성이 강하고 유연성이 떨어져 칫솔모로 사용시 잇몸을 상하게 할 우려가 있다.
이러한 폴리에스테르 수지로 제조된 모노필라멘트의 문제점을 보완하기 위하여 모노필라멘트의 끝단을 테이퍼 형태로 가공하는 방법이 개발되었다. 이러한 폴리에스테르 수지로 제조된 모노필라멘트를 테이퍼 형태로 가공하는 방법으로는 기계적 가공방법 또는 화학적 가공방법이 알려져 있다.
대한민국 공개특허 제10-2008-0015158호(특허문헌1)은 연마방식의 테이퍼 칫솔모 제작방법에 관한 것으로, 연마기에서 연마숫돌에 물을 분무면서 회전시켜 테이퍼 형상으로 만드는 칫솔모 제조방법이나 이러한 기계적 가공방법은 칼날 또는 연마기를 이용해 칫솔모 끝부분을 테이퍼 가공하는 방법으로서, 가공의 한계가 있어 테이퍼 길이를 길게 제작할 수 없는 문제가 있었다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2006-0067779호(특허문헌2)는 인조모 및 칫솔모 제조공법에 관한 것으로, 폴리에스테르 수지의 원사 다발을 알칼리 수용액에서 가수분해시켜 용도에 맞는 인조모 및 칫솔모를 제조하는 방법을 제공하고 있다.
이렇게 제조된 칫솔모는 모노필라멘트의 말단을 물리적인 형태만 변화시킨 것으로, 실제 적용에서는 연마된 이물질이 떨어져 나가지 않고 마모나 단순가공의 특성 때문에 끝이 얇아져 잇몸에 지속적인 자극을 주는 정반대의 결과를 가져오게 된다. 따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 적당한 강도를 갖으면서도 말단부가 테이퍼링되어 세척력이 우수하면서도 잇몸에 자극이 없는 형태의 모노필라멘트의 가공방법이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 합성수지 조성물로 제조된 모노필라멘트의 말단을 세미테이퍼화 함으로써, 종래의 미세화된 모노필라멘트보다 강성(stiffness)이 향상되고, 이로 인하여 치아의 세정력을 향상시킬 수 있으며 동시에 모노필라멘트의 내구성을 향상시킬 수 있는 모노필라멘트의 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 모노필라멘트의 말단을 세미테이퍼화 처리함으로써 양치감이 부드러우면서도 잇몸의 자극을 최소할 수 있는 모노필라멘트의 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 모노필라멘트의 가공방법으로 제조된 모노필라멘트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 모노필라멘트를 포함하는 칫솔 및 전동칫솔을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 합성수지 조성물로 제조된 모노필라멘트의 말단을 비배향성 용융 처리한 다음, 이를 세미테이퍼화 처리하는 단계를 포함하는 모노필라멘트의 가공방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 모노필라멘트의 가공방법은 a) 상기 모노 필라멘트의 일측 끝단을 상기 합성수지의 융융온도(Tm)보다 높은 온도에서 용융시켜 밀폐막을 형성하는 단계; b) 상기 밀폐막을 염기성 용액에 침지하고 제거하여 반구형태의 말단을 형성하는 단계; 및 c) 상기 반구형태로 형성된 모노 필라멘트의 말단을 세미테이퍼화 처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 b)단계는 상기 밀폐막이 형성된 모노필라멘트의 일측 끝단을 제1염기성용액에 침지하고 냉각시켜 상기 밀폐막 및 이에 접한 모노필라멘트의 끝단의 표면에 크랙을 형성시키고, 이를 제2염기성용액에 침지하여 상기 밀폐막을 제거함으로써 모노필라멘트의 끝단에 반구형태를 형성할 수 있다.
상기 제1염기성용액 및 제2염기성용액은 30 내지 60중량% 농도의 염기성 용액을 포함하며, 하기 식 1 내지 식 3을 만족하는 것이 바람직하다.
(상기 식 1 내지 식3에서, T1은 제1염기성용액의 온도(℃)이고, T2는 제2염기성용액의 온도(℃)이다.)
상기 b)단계 이후에, 상기 반구형태가 형성된 모노필라멘트의 반대쪽 끝단을 용융시켜 밀폐막을 형성하고, 이를 용융시켜 제거함으로써 반구형태를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 c)단계 이후에 상기 세미테이퍼화 처리된 모노필라멘트의 반대쪽 끝단을 세미테이퍼화 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 모노필라멘트의 반구형태의 길이 및 세미테이퍼 구간의 길이가 하기 식 4을 만족하는 것이 바람직하다.
(상기 식 4의 L1은 반구형태의 길이이고, L2는 세미테이퍼 구간의 길이이다.)
상기 a)단계에서 상기 냉각은 8 내지 50℃의 온도에서 수행할 수 있다.
상기 합성수지조성물은 폴리에스테르 수지, 탄성수지, 치아세정력 향상제 및 무기첨가제를 포함하며, 상기 탄성수지는 상기 폴리에스테르수지 100 중량부에 대하여 1 내지 30중량부 포함되며, 상기 치아세정력 향상제는 상기 폴리에스테르수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 20중량부 포함되고, 상기 무기첨가제는 상기 폴리에스테르수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 20중량부 포함될 수 있다.
상기 탄성수지는 에틸렌-α올레핀계 엘라스토머, 프로필렌-α올레핀계 엘라스토머, 열가소성 올레핀계 엘라스토머, 열가소성 스티렌계 엘라스토머, 우레탄계 열가소성 엘라스토머, 실리콘 수지 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이고, 상기 치아세정력 향상제는 플루오르화 올레핀 중합체, 질화붕소, 몰리브덴 디술파이드, 알루미늄 옥사이드, 흑연 또는 플러렌 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이며, 상기 무기첨가제는 탄산칼슘, 실리카, 은나노분말, 백금나노분말, 이산화티탄 또는 활석 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 모노필라멘트의 가공방법으로 제조된 모노필라민트를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 모노필라멘트의 반구형태 구간의 길이 및 세미테이퍼 구간의 길이가 하기 식 4을 만족하는 것이 바람직하다.
(상기 식 4의 L1은 반구형태 구간의 길이이고, L2는 세미테이퍼 구간의 길이이다.)
또한, 본 발명의 상기 모노필라멘트를 포함하는 칫솔 또는 전동칫솔을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 모노필라멘트의 가공방법, 모노필라멘트 및 이를 이용한 칫솔에 따르면, 합성수지 조성물로 제조된 모노필라멘트의 말단을 세미테이퍼화 함으로써, 종래의 미세화된 모노필라멘트보다 강성(stiffness)이 향상되고, 이로 인하여 치아의 세정력이 향상되며, 모노필라멘트의 내구성이 우수해지는 장점이 있다.
또한, 모노필라멘트의 말단을 세미테이퍼화 처리하여 양치감이 부드러우면서도 잇몸의 자극을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 칫솔의 용도와 기능에 따라 세미테이퍼화 단계를 조절하여 모노필라멘트의 테이퍼링 두께와 각도를 자유롭게 조절할 수 있으며, 이를 통해 다양한 강도를 갖는 모노필라멘트를 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 연마방식을 사용하지 않음으로써 연마시 발생하는 오염물의 세정등의 이차공정이 필요하지 않으며, 이러한 칫솔모를 포함하여 인체에 적용되는 솔모 또는 산업분야에 널리 적용될 수 있어 활용도가 매우 높은 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 모노필라멘트의 말단부를 대략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 가공방법으로 제조된 모노필라멘트의 반구형태의 말단부를 나타낸 사진이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 가공방법으로 제조된 모노필라멘트의 세미테이퍼화된 말단부를 나타낸 사진이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 가공방법으로 제조된 모노필라멘트의 반구형태의 말단부를 나타낸 사진이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 가공방법으로 제조된 모노필라멘트의 세미테이퍼화된 말단부를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명의 모노필라멘트의 가공방법, 모노필라멘트 및 이를 이용한 칫솔에 대하여 바람직한 실시형태 및 물성측정 방법을 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 합성수지 조성물로 제조된 모노필라멘트의 말단을 비결정화 처리한 다음, 이를 세미테이퍼화 처리하는 단계를 포함하는 모노필라멘트의 가공방법에 관한 것이다.
상기 모노필라멘트 가공방법은
a) 상기 모노 필라멘트의 일측 끝단을 상기 합성수지의 융융온도(Tm)보다 높은 온도에서 용융시켜 밀폐막을 형성하는 단계;
b) 상기 밀폐막을 염기성 용액에 침지하고 제거하여 상기 모노 필라멘트 말단을 반구형태로 형성하는 단계; 및
c) 상기 반구형태로 형성된 모노 필라멘트의 말단을 세미테이퍼화 처리하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
상기 모노필라멘트의 제조는 압출기를 사용하여 이루어질 수 있으며, 이축 스크류 압출기와 같은 다양한 종류의 압출기에 제한되지 않는다. 상기 합성수지 조성물이 압출기내에서 용융물로서 혼합되고, 생성된 조성물은 다이 플레이트(die plate)를 갖는 스핀 팩(spin pack)내로 계량된다. 조성물은 여과되고, 다이 플레이트의 구멍을 통해 압출됨으로써 다양한 모양과 크기의 모노 필라멘트가 생성될 수 있다. 이러한 모노필라멘트의 단면 모양은 다이 플레이트 구멍의 모양에 의해 결정되며 원형, 타원형, 직사각형, 삼각형 또는 임의의 다각형 모양이거나 불규칙한 비원형 모양일 수 있다.
또한, 본 발명에 사용된 모노필라멘트는 용융 방사에 의해 제조될 수 있다. 압출 공정에서, 필라멘트 가닥은 다이 플레이트로부터 나온 후, 급냉 수욕 내에서 고화된 다음, 연신하기 위한 일련의 연신 롤을 통해 수송된다. 필라멘트는 일정한 속도 및 시간에 따라 연신되고, 드럼(drum) 또는 스풀(spool)과 같은 권취기 상에서 권취되어 제조될 수 있다.
상기 압출공정은 220 ~ 280℃로 가열된 압출기에 0.2 ~ 0.8 mm 직경의 구멍이 다수(80 ~ 120개)개 형성된 노즐을 이용하여 상기 합성수지 조성물을 압출한 후, 1.5 ~ 6배의 연신비율로 연신하여 권취기에 감는다. 상기 연신시 총 연신배율은 1.5 ~ 6배로 연신하는 것이 바람직하며, 1.5배 미만인 경우는 색상의 변화가 있고 강도가 약하며 신도가 높아져 일정한 테이퍼 형태를 형성할 수 없으며, 6배를 초과하는 경우는 유연도(Flexibility)가 현저히 낮고 연신도중 절사현상이 발생할 수 있다.
이때 연신은 150~220℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 13℃ 이하의 냉각수에서 냉각시키고 150 ~ 220℃에서 1차 연신하는 단계; 및 25℃ 이하의 저온수에서 냉각시키고 150 ~ 220℃에서 재연신하는 단계를 2회 이상 반복하는 단계;를 포함하는 것이 강도가 향상되고, 우수한 내구성을 나타낸다.
구체적으로 본 발명에서 상기 연신과정은 1 ~ 4회 연신을 실시하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 4회 연신을 실시한다. 4회 연신을 하는 경우, 5 ~ 13℃의 냉각수로 냉각한 후 150 ~ 220℃에서 전체 연신비율의 30 ~ 50%로 1차 연신하고, 이를 다시 25℃ 이하의 저온수로 냉각한 후, 150 ~ 220℃에서 전체 연신비율의 15 ~ 30%로 2차 연신하고, 다시 25℃ 이하의 저온수로 냉각한 후, 150 ~ 220℃에서 전체 연신비율의 15 ~ 30%로 3차 연신하고, 다시 25℃ 이하의 저온수로 냉각한 후, 150 ~ 220℃에서 연신속도를 줄이면서 4차 수축연신을 한다. 이러한 냉각과 수축을 반복함으로써 강도가 더욱 향상된 모노필라멘트를 얻을 수 있다.
이렇게 얻어진 모노필라멘트의 말단에 비배향성 용융처리를 하기 위하여, 상기 합성수지의 융융온도(Tm)보다 높은 온도에서 용융시켜 밀폐막을 형성하는 a)단계를 거친다.
상기 a)단계는 상기 모노필라멘트의 일측 끝단을 상기 합성수지의 융융온도(Tm)보다 높은 온도 즉, 220 내지 280℃의 오일배스(oil bath)에 침지하여 용융시킴으로써, 연신과정에서 형성된 배향성을 상실하게 하고, 이를 5~20℃의 냉각수에서, 보다 바람직하게는 8~16℃의 냉각수에 냉각시켜 용융되었던 합성수지를 굳혀 밀폐막을 형성하는 단계이다.
다음으로, b)단계에서 상기 밀폐막이 형성된 모노필라멘트를 염기성 용액에 침지하고 제거하여 반구형태의 말단을 형성한다.
보다 구체적으로, 상기 b)단계는 상기 밀폐막이 형성된 모노필라멘트의 일측 끝단의 일정 길이를, 바람직하게 0.3 내지 0.5mm를 90 내지 120℃의 제1염기성용액에 침지하고 냉각시킨다. 상기 침지되는 길이만큼 비배향성 구간이 형성되는 것이다.
오일배스(oil bath)에서 모노필라멘트를 용융하는 온도보다 제1염기성용액에 침지하는 온도가 낮은 이유는 배향성이 있는 모노필라멘트와 배향성을 잃은 밀폐막의 가수분해 속도차이를 이용하여, 제1염기성 용액이 각각의 모노필라멘트와 밀폐막에 침투하는 속도와 양을 적당히 조절할 수 있으며, 모노필라멘트의 끝단 및 밀폐막의 계면에 자연스러운 크랙이 형성될 수 있도록 하기 위함이다.
제1염기성용액이 상기 온도 범위일 때, 보다 효과적으로 모노필라멘트 및 밀폐막 표면으로 상기 제1염기성용액의 침투가 용이하게 되어, 제2염기성용액을 이용한 밀폐막의 제거가 용이해지는 장점이 있다.
반면, 상기 제1염기성용액의 온도가 90℃ 미만일 경우에는, 온도가 너무 낮아서 모노필라멘트 및 밀폐막 표면으로 제1염기성 용액이 쉽게 침투하지 못하여, 제2염기성용액에 침지하여 밀폐막을 제거하는 시간이 길어지며, 밀폐막이 매끄럽게 제거되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 제1염기성용액의 온도가 120℃ 초과일 경우에는 온도가 너무 높아 과도한 크랙이 형성되어 제2염기성용액에 침지하여 밀폐막 제거시 말단이 반구형태로 형성되기 어려우며, 말단의 표면이 불균일해지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 냉각은 8 내지 50℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 냉각은 일정 시간동안 상기 온도범위에서 실시함으로써 모노필라멘트의 말단이 제1염기성용액에서 용융되어 형성된 밀폐막의 표면에 크랙을 형성시킬 수 있다. 상기 냉각시간은 1~30분이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1~10분이 효과적이다. 이때, 냉각공정의 시간 및 온도의 상기 범위를 벗어나게 되면 밀폐막의 분리가 이루어지지 않거나 부분적으로만 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
이어서, 상기 제1염기성용액에 침지 및 냉각하여 표면에 크랙이 형성된 밀폐막 및 이에 접한 모노필라멘트의 끝단을 100 내지 140℃의 제2염기성용액에 침지하면, 모노필라멘트 말단에 형성되었던 밀폐막이 완전히 분리 제거되며, 반구형태를 가지는 말단으로 가공된다. 이는 수지 잔유물을 남기는 연마 가공방법과는 상이한 것으로써 표면을 깨끗하게 형성할 수 있다. 또한, 상기 공정 이후에 수세공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 반구형태는 모노필라멘트의 직경이 일정해지는 단면의 직경이 말단에 접하는 구의 직경보다 작은 것으로 정의한다. 이는 말단부의 형상이 연마 또는 열처리한 것에 비하여 보다 표면이 넓고 둥근 구형을 나타내는 것을 특징으로 한다.
제2염기성용액이 상기 온도 범위일 때, 보다 효과적으로 제2염기성용액을 이용하여 밀폐막 제거 및 반구형태의 형성이 용이해지는 장점이 있다. 반면, 상기 제2염기성용액의 온도가 100℃ 미만일 경우에는, 온도가 너무 낮아서 밀폐막을 제거하는 시간이 길어지며, 밀폐막이 매끄럽게 제거되지 못하는 문제가 발생할 수 있으며, 제2염기성용액의 온도가 140℃ 초과일 경우에는 온도가 너무 높아 밀폐막 제거시 반구형태를 형성하기 어려우며 말단의 표면이 균일하지 못하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 제1염기성용액 및 제2염기성용액은 30 내지 60중량% 농도의 염기성 용액을 포함하며, 하기 식 1 내지 식 3을 만족하는 것이 바람직하다.
(상기 식 1 내지 식3에서, T1은 제1염기성용액의 온도(℃)이고, T2는 제2염기성용액의 온도(℃)이다.)
상술한 바와 같이, 제1염기성용액(T1)및 제2염기성용액(T2)은 상기 범위를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 제1염기성용액(T1)의 온도보다 제2염기성용액의 온도(T2)가 높은 것이 크랙형성 및 밀폐막 제거를 용이하게 하기 위하여 효과적이다. 제1염기성용액(T1)이 제2염기성용액(T2)보다 높을 경우에는, 모노필라멘트의 말단과 밀폐막 표면에 크랙이 과하게 형성되어, 밀폐막이 제거되었을 때의 말단의 반구형태가 균일하지 않으며, 밀폐막 제거 시간이 길어지는 문제가 발생할 수 있다.
이때, 상기 제1염기성용액 및 제2염기성용액의 각각의 온도편차는 ± 2℃인 것이 바람직하다. 온도편차가 이 범위를 벗어날 경우 동일한 염기성용액에서 가공된 모노필라멘트에서도 길이와 용융에 따른 비결정도 및 표면의 차이를 가져오기 때문에 이 오차 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 b)단계 이후에, 상기 반구형태의 말단을 가지는 모노필라멘트의 반대쪽 끝단을 용융시켜 밀폐막을 형성하고, 이를 용융시켜 제거함으로써 반구형태를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계는 반구형태를 갖는 모노필라멘트의 반대쪽 끝단을 상술한 a) 및 b)단계를 반복함으로써 모노필라멘트의 양쪽 끝단에 반구형태를 형성하도록 하기 위함이다.
다음으로, 상기 c)단계는 모노필라멘트의 반구형태의 말단을 세미테이퍼화 처리하는 단계이다.
상기 c)단계는 통상의 방법으로 세미테이퍼화 처리할 수 있으며, 보다 바람직하게는 100 내지 140℃의 제2염기성용액에 침지하여 형성하는 것이 균일한 형태를 형성할 수 있으며, 테이퍼링 두께 및 각도를 조절하기에 용이하므로 바람직하다.
또한, 상기 c)단계 이후에 상기 세미테이퍼화 처리된 모노필라멘트의 반대쪽 끝단을 세미테이퍼화 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 단계는 상기 세미테이퍼화 처리된 모노필라멘트의 반대쪽 끝단을 상술한 c)단계를 반복함으로써 모노필라멘트의 양쪽 끝단에 세미테이퍼화 구간을 포함하도록 제조할 수 있다.
본 발명에서 세미테이퍼화란 종래의 필라멘트의 말단이 날카롭게 형성되는 테이퍼화와는 달리, a) 및 b)단계를 통해 형성된 모노필라멘트 끝단의 반구형태를 10 내지 90%유지하는 형태로, 끝단이 날카롭지 않고 부드러운 곡면 형태로 유지되면서 동시에 테이퍼형태를 갖도록 처리하는 과정을 의미한다.
본 발명에서 모노필라멘트의 말단을 세미테이퍼화 처리함으로써, 종래의 미세모보다 강성(stiffness)이 향상되어 내구성이 우수하고, 종래의 일반모보다 부드러우면서도 세정력이 우수한 장점을 가진다.
또한, 용도와 기능에 따라 세미테이퍼화 처리시간을 조절함으로써 테이퍼링 두께 및 각도를 조절할 수 있으며, 이는 반구형태가 둥글게 형성됨으로써 잇몸에 자극을 가하지 않으면서 부드러운 양치감을 나타낼 수 있으며, 테이퍼형태를 갖춤으로써 치아 및 잇몸의 세정력을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 모노필라멘트의 말단부를 대략적으로 나타낸 개략도로서, 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명은 상기 모노필라멘트의 반구형태의 길이 및 세미테이퍼 구간의 길이가 하기 식 4을 만족하는 것이 바람직하다.
(상기 식 4의 L1은 반구형태의 길이이고, L2는 세미테이퍼 구간의 길이이다.)
상기 반구형태의 길이는 b)단계에서 제1염기성용액에 침지하는 길이를 의미하고, 세미테이퍼 구간의 길이는 c)단계에서 제2염기성용액에 침지하는 길이를 의미한다.
상기 식 4의 세미테이퍼 구간과 반구형태의 길이의 비가 5 미만일 경우에는 반구형태의 길이가 상대적으로 너무 길어져 모노필라멘트의 강도가 저하되고, 세미테이퍼 구간의 길이가 너무 짧아서 세정력이 감소되는 문제가 발생할 수 있으며, 세미테이퍼 구간과 반구형태의 길이의 비가 50 초과일 경우에는 반구형태의 길이가 상대적으로 너무 짧게 형성되어 부드러운 양치감을 부여하기 어렵고, 세미테이퍼 형태가 아니라 실질적으로 테이퍼형태로 형성됨으로써 잇몸에 자극이 심해지며, 모노필라멘트의 강성(stiffness)이 저하되어 내구성이 약화되는 문제가 발생할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 가공방법으로 제조된 모노필라멘트의 반구형태의 말단부를 나타낸 사진이며, 도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 가공방법으로 제조된 모노필라멘트의 세미테이퍼화된 말단부를 나타낸 사진으로, 끝단이 날카롭지 않고 부드러운 곡면 형태로 유지되면서 동시에 테이퍼형태를 가짐으로써, 일반 미세모에 비하여 강성(stiffness)가 향상되어 내구성이 우수하며, 부드러운 양치감을 나타내고, 잇몸의 자극을 현저히 감소시킬 수 있다.
상기 모노필라멘트는 합성수지 조성물로 제조된 것으로, 합성수지 조성물은 폴리에스테르수지, 탄성수지, 치아세정력 향상제 및 무기첨가제를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 폴리에스테르 수지는 모노필라멘트의 주요 강도 및 탄성을 부여하는 역할을 하는 것으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PTT), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(PTMT), 폴리사이클로헥산디메틸렌테레프탈레이트(PCHDMT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PETE), 폴리락트산(PLA) 또는 이들의 공중합체 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 필라멘트의 강도와 탄성을 효과적으로 향상시킬 수 있다는 점에서 효과적이며, 상기 폴르에스테르 수지는 인장강도가 400cN 이상이고, 인장신도가 10 ~ 40%인 것을 사용하는 것이 내구성이 우수하므로 바람직하다.
상기 탄성수지는 상기 폴리에스테르 수지와 함께 모노필라멘트의 탄성을 향상시켜 청량한 양치감을 제공하고, 잇몸의 손상을 최소화하며, 모노필라멘트의 내구성을 향상시킬 수 있는 역할을 하는 것으로, 공지된 열가소성 엘라스토머 수지는 제한없이 사용가능하며, 예를 들면, 에틸렌-헥센계 엘라스토머, 에틸렌-옥텐계 엘라스토머 등과 같은 에틸렌-α올레핀계 엘라스토머, 프로필렌-헥센계 엘라스토머, 프로필렌-옥텐계 엘라스토머 등과 같은 프로필렌-α올레핀계 엘라스토머, 에틸렌-프로필렌-디엔계 엘라스토머 등을 포함하는 열가소성 올레핀계 엘라스토머, 스틸렌-부타디엔 블록공중합체, 스틸렌-이소프렌 블록공중합체, 수소화 첨가된 스틸렌-부타디엔 엘라스토머, 스틸렌-부타디엔-스틸렌계 엘라스토머, 스틸렌-에틸렌-부틸렌-스틸렌계 엘라스토머, 스틸렌-에틸렌-프로필렌-스틸렌계 엘라스토머 등을 포함하는 열가소성 스틸렌계 엘라스토머, 우레탄계 열가소성 엘라스토머 또는 실리콘수지 등을 들 수 있으며 이들을 단독 또는 이들의 혼합물로서 사용할 수 있다.
상기 탄성수지는 폴리에스테르 수지 100중량부에 대하여 1 내지 30부 중량부 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 20중량부 포함되는 것이 모노필라멘트의 탄성을 향상시켜 우수한 세정력을 제공할 수 있으므로 효과적이다.
탄성수지가 1중량부 미만일 경우에는 모노필라멘트의 탄성 향상을 미미하게 하는 문제가 발생하고, 30중량부 초과일 경우에는 모노필라멘트의 내구성이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 합성수지 조성물에 치아세정력 향상제가 포함되는 것이 바람직하다. 폴리에스테르 수지에 탄성수지가 포함되는 것으로도 세정력이 우수한 편이나, 치아세정력 향상제를 포함함으로써, 초기의 세정력을 꾸준히 유지할 수 있으며, 잇몸에 보다 적은 자극으로 부드러운 양치감을 제공할 수 있다. 상기 치아세정력 향상제는 플루오르화 올레핀 중합체, 질화붕소, 몰리브덴 디술파이드, 알루미늄 옥사이드, 흑연 또는 플러렌 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 세정력 향상에 효과적이다.
상기 치아세정력 향상제의 함량은 상기 폴리에스테르 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 20중량부 포함하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10중량부 포함하는 것이 효과적이다. 치아세정력 향상제의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우에는 세정력 향상 효과를 미미하게 하며, 20 중량부 초과일 경우에는 폴리에스테르 수지 및 탄성수지와의 상용성이 떨어져 모노필라멘트의 강도 및 탄성을 약화시켜 내구성 및 세정력이 현저히 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 합성수지 조성물에 무기첨가제가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 무기첨가제는 모노필라멘트의 강도 및 탄성의 향상 및 세미테이퍼 처리 후의 모노필라멘트 표면의 요철 또는 항균성 부여 등을 위하여 첨가되는 것으로, 탄산칼슘, 실리카, 은나노분말, 백금나노분말, 이산화티탄 또는 활석 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이 사용될 수 있으며 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 무기첨가제의 함량은 상기 폴리에스테르 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 20중량부 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 내지 10중량부 포함되는 것이 효과적이다. 상기 무기첨가제의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우에는 강도 및 탄성의 향상을 미미하게 하며, 표면요철 및 항균성 부여 특성이 나타나지 않아, 세정력 및 내구성이 감소되는 문제가 발생하며, 20중량부 초과일 경우에는 폴리에스테르 수지 및 탄성수지와의 상용성이 나빠져 균일한 모노필라멘트를 제조하기 어려운 문제가 발생한다.
이 밖에도 필요에 따라 해당분야에서 사용하는 통상의 첨가제를 더 추가할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 모노필라멘트의 가공방법으로 제조된 모노필라멘트를 제공한다. 또한, 상기 모노필라멘트를 포함하는 칫솔 또는 전동칫솔을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 모노필라멘트의 가공방법으로 제조된 모노필라멘트를 실시예 및 비교예를 통하여 자세히 설명하고자 한다.
[실시예 1]
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(토레이사, Toraycon 1100제품) 600g을 250℃로 용융한 후, 0.8 mm 두께로 압출하였다. 압출되는 원사를 10℃의 저온수로 냉각한 후, 180 ℃에서 총 연신배율의 40%로 1차 연신 후, 180 ℃에서 총 연신배율의 30%로 2차 연신을 하고, 180 ℃에서 총 연신배율의 30%로 3차 연신을 하고, 180 ℃에서 4차 수축연신을 하여, 총 연신 배율이 4배가 되도록 연신을 하였다. 제조된 모노필라멘트의 두께는 0.2mm로, 이를 직경 40mm의 번들을 제조한 후, 30 mm 길이로 절단하였다. 230℃의 오일배스에 상기 번들의 일측 끝단 0.5mm를 10분 동안 침지시켜 용융시켰으며, 냉각시켜 밀폐막을 형성하였다. 상기 밀폐막 및 이와 인접한 번들 일측 끝단 0.5mm를 90℃ 온도로 유지된 35% 가성소다를 포함하는 제1염기성용액에 1 시간 30분 동안 침지시켜 상기 밀폐막 및 이와 인접한 계면이 천천히 녹아 가공액이 침투하도록 하였다. 이를 8℃의 차가운 물에 10분간 방치하여 냉각시킨 후, 다시 120℃의 제2염기성용액에 30초간 침지하여 표면이 넓고 깨끗하게 가공된 반구형태의 모노필라멘트 말단을 얻었다.
다음으로, 얻어진 반구형태의 모노필라멘트의 말단 5mm를 120℃의 제2염기성용액에 15분간 침지하고, 세척하여 세미테이퍼화 하였다.
그 결과, 둥글게 형성된 반구형태가 남아있는 세미테이퍼 형태를 갖춘 모노필라멘트를 얻을 수 있었다.
[실시예 2]
실시예 1와 동일하게 제조된 반구형태의 말단을 가진 모노필라멘트의 말단 7mm를 120℃의 제2염기성용액에 15분간 침지하고, 세척하여 세미테이퍼화 하였다. 그 결과, 둥글게 형성된 반구형태가 남아있는 세미테이퍼 형태를 갖춘 모노필라멘트를 얻을 수 있었다.
[실시예 3]
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(토레이사, Toraycon 1100제품) 600g, 탄성수지로 프로필렌-헥센계 엘라스토머(중량평균분자량 20,000) 60g 및 치아세정력 향상제로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 듀퐁사 teflon MP1400) 30g 및 무기첨가제로 탄산칼슘(평균입경 5㎛, 신원무역) 12g을 혼합하여 250℃로 용융한 후, 0.8 mm 두께로 압출하는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방식으로 모노필라멘트를 제조하였으며, 그 결과, 둥글게 형성된 반구형태가 남아있는 세미테이퍼 형태를 갖춘 모노필라멘트를 얻을 수 있었다.
[실시예 4]
실시예 3와 동일하게 제조된 반구형태의 말단을 가진 모노필라멘트의 말단 7mm를 120℃의 제2염기성용액에 15분간 침지하고, 세척하여 세미테이퍼화 하였다. 그 결과, 둥글게 형성된 반구형태가 남아있는 세미테이퍼 형태를 갖춘 모노필라멘트를 얻을 수 있었다.
[실시예 5]
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(토레이사, Toraycon 1100제품) 600g, 탄성수지로 프로필렌-헥센계 엘라스토머(중량평균분자량 20,000) 60g 및 치아세정력 향상제로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, 듀퐁사 teflon MP1400) 30g 및 무기첨가제로 탄산칼슘(평균입경 5㎛, 신원무역) 12g을 혼합하여 250℃로 용융한 후, 0.8 mm 두께로 압출하였다. 압출되는 원사를 10℃의 저온수로 냉각한 후, 180 ℃에서 총 연신배율의 40%로 1차 연신 후, 180 ℃에서 총 연신배율의 30%로 2차 연신을 하고, 180 ℃에서 총 연신배율의 30%로 3차 연신을 하고, 180 ℃에서 4차 수축연신을 하여, 총 연신 배율이 4배가 되도록 연신을 하였다. 제조된 모노필라멘트의 두께는 0.2mm로, 이를 직경 40mm의 번들을 제조한 후, 30 mm 길이로 절단하였다. 230℃의 오일배스에 상기 번들의 일측 끝단 0.5mm를 10분 동안 침지시켜 용융시켰으며, 냉각시켜 밀폐막을 형성하였다. 상기 밀폐막 및 이와 인접한 번들 일측 끝단 0.5mm를 90℃ 온도로 유지된 35% 가성소다를 포함하는 제1염기성용액에 1 시간 30분 동안 침지시켜 상기 밀폐막 및 이와 인접한 계면이 천천히 녹아 가공액이 침투하도록 하였다. 이를 8℃의 차가운 물에 10분간 방치하여 냉각시킨 후, 다시 120℃의 제2염기성용액에 30초간 침지하여 표면이 넓고 깨끗하게 가공된 반구형태의 모노필라멘트 말단을 얻었다. 번들의 반대쪽 끝단도 동일한 방법으로 가공하여 번들의 양쪽 끝 말단이 반구형태의 모노필라멘트말단을 얻었다.
다음으로, 얻어진 반구형태의 모노필라멘트의 말단 5mm를 120℃의 제2염기성용액에 15분간 침지하고, 세척하여 세미테이퍼화 하였으며, 반대쪽 말단도 동일하게 실시하였다.
그 결과, 둥글게 형성된 반구형태가 남아있는 세미테이퍼 형태를 갖춘 모노필라멘트를 얻을 수 있었다.
[비교예 1]
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(토레이사, Toraycon 1100제품) 600g을 250℃로 용융한 후, 0.8 mm 두께로 압출하였다. 압출되는 원사를 10℃의 저온수로 냉각한 후, 180 ℃에서 총 연신배율의 40%로 1차 연신 후, 180 ℃에서 총 연신배율의 30%로 2차 연신을 하고, 180 ℃에서 총 연신배율의 30%로 3차 연신을 하고, 180 ℃에서 4차 수축연신을 하여, 총 연신 배율이 4배가 되도록 연신을 하였다. 제조된 모노필라멘트의 두께는 0.2mm로, 이를 직경 40mm의 번들을 제조한 후, 30 mm 길이로 절단하였다.
제조된 번들의 일측 끝단을 5mm를 110℃ 온도로 유지된 35% 가성소다를 포함하는 제1염기성용액에 1 시간 30분 동안 침지시켰다. 그러나 침지시킨 부분 외에 모세관 현상에 의하여 10mm부분까지 수지가 가수분해되어 흰색 덩어리가 생성되었다.
이를 세척한 결과, 전체적으로 모노필라멘트의 두께가 얇아지고, 첨예한 형상의 테이퍼 말단으로 형성되었다.
[비교예 2]
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(토레이사, Toraycon 1100제품) 600g을 250℃로 용융한 후, 0.8 mm 두께로 압출하였다. 압출되는 원사를 10℃의 저온수로 냉각한 후, 180 ℃에서 총 연신배율의 40%로 1차 연신 후, 180 ℃에서 총 연신배율의 30%로 2차 연신을 하고, 180 ℃에서 총 연신배율의 30%로 3차 연신을 하고, 180 ℃에서 4차 수축연신을 하여, 총 연신 배율이 4배가 되도록 연신을 하였다. 제조된 모노필라멘트의 두께는 0.2mm로, 이를 직경 40mm의 번들을 제조한 후, 30 mm 길이로 절단하였다. 절단된 면에 600번, 800번, 1200번 스톤을 이용하여 순차적으로 연마하였다. 연마가 완료된 모노필라멘트의 말단을 에어건을 이용하여 연마된 찌꺼기를 제거하였다.
연마된 번들의 내측과 외측 필라멘트들은 외측은 날카롭고 뾰족한 형태이고 내측은 연마가 되지 않은 상태로, 형태의 차이가 컸으며, 이와 같이 방법으로 제조된 모노필라멘트의 말단은 마찰면에 매우 급한 각도로 뾰족하여 날카롭거나 찌를 수 있는 정도가 되었다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 모노필라멘트를 칫솔에 식모한 후 내구성 및 사용감을 관능검사를 통하여 측정하였다.
사용자 100명을 대상으로 5점으로 평가하였으며, 평균값을 기재하였다.
(평가기준 : 5:매우양호, 4:양호, 3:보통, 2:불량, 1:매우불량)
내구성은 20회 사용 후 칫솔모의 구부러짐이 발생한 여부를 확인하였으며, 사용감으로는 부드러운 양치감, 치아 세정효과 및 내구성 등을 종합적으로 평가하였다.
그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
상기 표 1에 나타난 바와 같이 실시예 내지 실시예 5가 비교예 1 및 비교예 2 보다 부드러운 양치감, 치아 세정효과, 잇몸상태 및 내구성에서 현저히 우수한 수치를 나타내고 있음을 알 수 있다.
이는 본 발명과 같이 합성수지 조성물로 제조된 모노필라멘트의 말단을 비결정화 처리함으로써, 보다 소프트한 말단을 형성하고, 이 모노필라멘트의 말단이 둥글게 형성되도록 세미테이퍼화 처리함으로써, 양치감을 부드럽게 하며, 세정력 및 내구성도 현저히 향상되는 것을 알 수 있었다.
또한, 칫솔의 용도와 기능에 따라 세미테이퍼화 단계를 조절하여 모노필라멘트의 테이퍼링 두께와 각도를 자유롭게 조절할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 균등물을 사용할 수 있으며, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서, 상기 기재 내용은 하기의 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
P : 모노필라멘트
L1 : 반구형태의 길이
L2 : 세미테이퍼 구간의 길이
L1 : 반구형태의 길이
L2 : 세미테이퍼 구간의 길이
Claims (15)
- 합성수지 조성물로 제조된 모노필라멘트의 일측 또는 양측 끝단을 반구형태의 말단을 형성하도록 처리한 다음, 이를 세미테이퍼화 처리하는 단계를 포함하는 모노필라멘트의 가공방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 모노필라멘트의 가공방법은
a) 상기 모노 필라멘트의 일측 끝단을 상기 합성수지의 융융온도(Tm)보다 높은 온도에서 용융시켜 밀폐막을 형성하는 단계;
b) 상기 밀폐막이 형성된 모노필라멘트를 염기성 용액에 침지하고 제거하여 상기 모노 필라멘트 말단을 반구형태로 형성하는 단계; 및
c) 상기 반구형태로 형성된 모노 필라멘트의 말단을 세미테이퍼화 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노필라멘트의 가공방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 세미테이퍼화는 상기 a) 및 b)단계를 통해 형성된 모노필라멘트 끝단의 반구형태를 10 내지 90%유지하여, 상기 모노필라멘트의 말단이 곡면 형태이면서 테이퍼형태를 갖도록 처리하는 것을 특징으로 하는 모노필라멘트의 가공방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 b)단계는 상기 밀폐막이 형성된 모노필라멘트의 일측 끝단을 제1염기성용액에 침지하고 냉각시켜 상기 밀폐막 및 이에 접한 모노필라멘트의 끝단의 표면에 크랙을 형성시키고, 이를 제2염기성용액에 침지하여 상기 밀폐막을 제거하여 상기 모노필라멘트의 말단이 반구형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 모노필라멘트의 가공방법.
- 제4항에 있어서,
상기 제1염기성용액 및 제2염기성용액은 30 내지 60중량% 농도의 염기성 용액을 포함하며, 하기 식 1 내지 식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 모노필라멘트의 가공방법.
(상기 식 1 내지 식3에서, T1은 제1염기성용액의 온도(℃)이고, T2는 제2염기성용액의 온도(℃)이다.)
- 제 2항에 있어서,
상기 b)단계 이후에, 상기 반구형태의 말단이 형성된 모노필라멘트의 반대쪽 끝단을 용융시켜 밀폐막을 형성하고, 이를 용융시켜 제거함으로써 반구형태의 말단을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노필라멘트의 가공방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 c)단계 이후에 상기 세미테이퍼화 처리된 모노필라멘트의 반대쪽 끝단을 세미테이퍼화 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노필라멘트의 가공방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 모노필라멘트의 반구형태의 길이 및 세미테이퍼 구간의 길이가 하기 식 4을 만족하는 것을 특징으로 하는 모노필라멘트의 가공방법.
(상기 식 4의 L1은 반구형태의 길이이고, L2는 세미테이퍼 구간의 길이이다.) - 제 4항에 있어서,
상기 b)단계에서 상기 냉각은 8 내지 50℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 모노필라멘트의 가공방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 합성수지조성물은 폴리에스테르 수지, 탄성수지, 치아세정력 향상제 및 무기첨가제를 포함하며,
상기 탄성수지는 상기 폴리에스테르수지 100 중량부에 대하여 1 내지 30중량부 포함되며, 상기 치아세정력 향상제는 상기 폴리에스테르수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 20중량부 포함되고, 상기 무기첨가제는 상기 폴리에스테르수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 20중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 모노필라멘트의 가공방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 탄성수지는 에틸렌-α올레핀계 엘라스토머, 프로필렌-α올레핀계 엘라스토머, 열가소성 올레핀계 엘라스토머, 열가소성 스티렌계 엘라스토머, 우레탄계 열가소성 엘라스토머, 실리콘 수지 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이고,
상기 치아세정력 향상제는 플루오르화 올레핀 중합체, 질화붕소, 몰리브덴 디술파이드, 알루미늄 옥사이드, 흑연 또는 플러렌 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이며,
상기 무기첨가제는 탄산칼슘, 실리카, 은나노분말, 백금나노분말, 이산화티탄 또는 활석 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 모노필라멘트의 가공방법.
- 제 1항 내지 제 11항 중에서 선택되는 어느 한 항의 가공방법에 의해 제조된 모노필라멘트.
- 제 12항에 있어서,
상기 모노필라멘트의 반구형태의 길이 및 세미테이퍼 구간의 길이가 하기 식 4을 만족하는 것을 특징으로 하는 모노필라멘트.
(상기 식 4의 L1은 반구형태의 길이이고, L2는 세미테이퍼 구간의 길이이다.)
- 제 12항의 모노필라멘트를 포함하는 칫솔.
- 제 12항의 모노필라멘트를 포함하는 전동칫솔.
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