슬라임

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배경

슬라임은 가교 폴리머로 구성된 독특한 놀이 재료입니다. 그것은 액체로 분류되며 일반적으로 대형 혼합 용기에서 폴리비닐 알코올 용액과 붕산염 이온을 결합하여 만듭니다. 종종 불쾌한 냄새가 나는 녹색을 띠며 만졌을 때 차갑고 끈적끈적합니다.

과학적 용어로 점액은 비뉴턴 유체로 분류됩니다. 이들은 가변 점도를 갖는 두꺼운 액체입니다. 점도는 전단력이 가해질 때 흐름에 대한 저항을 측정한 것입니다. 뉴턴 유체는 구성에 따라 일정한 점도를 갖습니다. 예를 들어, 물은 항상 점도가 낮은 묽은 액체입니다. 당밀은 두껍고 점도가 높습니다. 점액과 같은 비뉴턴 유체는 가해지는 힘의 양에 따라 점도가 다릅니다. 손가락으로 천천히 저어주는 등의 소량의 힘을 가하면 얇고 물처럼 느껴진다. 벽에 던지는 것과 같이 높은 힘을 가하면 저항이 매우 강합니다. 그들은 뉴턴의 법칙에 의해 예측된 대로 행동하지 않기 때문에 비뉴턴 유체라고 합니다. 이와 같이 작용하는 다른 재료에는 케첩, 젤라틴, 접착제 및 유사가 있습니다.

슬라임의 분자 구조는 흥미로운 행동을 하는 요인입니다. 토이 슬라임은 일반적으로 얽힌 긴 사슬 폴리머 분자로 구성됩니다. 이 고분자 분자는 스파게티 가닥으로 생각할 수 있습니다. 접시에 담으면 가닥이 엉켜서 엉망이 됩니다. 가닥을 함께 문지르면 정렬되어 부드러워집니다. 이 동작은 질량에 미끄럽고 미끄러운 느낌을 줍니다.

폴리머 스트랜드의 혼합은 약간의 내장 점도를 제공하지만 가교제는 점액에 존재하여 비뉴턴 유체 거동을 제공합니다. 가교제는 상대적으로 약한 이온 결합으로 폴리머 가닥을 일시적으로 연결하는 데 도움이 되는 이온입니다. 이러한 결합은 폴리머 가닥을 함께 고정할 만큼 충분히 강하지만 덩어리를 고체로 만들기에는 충분히 강하지 않습니다.

연혁

장난감 슬라임의 개발 이야기는 합성 고분자의 과학이 결정되던 20세기 초로 거슬러 올라갑니다. 1920년대에 노벨상 수상자인 Hermann Staudinger는 고분자 과학에 대한 현대적 이해의 토대를 마련했습니다. 그는 고분자에 대한 새로운 분자 모델을 제안했습니다. 이전에 생각했던 것처럼 응집체나 고리형 화합물이 아닌 긴 사슬 모양의 분자 중 하나입니다. 1928년, 그의 모델은 Meyer와 Mark에 의해 확인되었습니다. 이 두 과학자는 엑스레이 기술을 사용하여 천연 고무의 치수를 연구했습니다. 1930년대까지 Staudinger의 모델은 널리 받아들여졌고 합성 폴리머의 광범위한 개발이 본격적으로 시작되었습니다.

제조업체는 수년 동안 점액과 같은 고분자 놀이 재료를 판매했습니다. 그들은 어린이와 성인을 즐겁게 할 뿐만 아니라 손재주와 창의력 발달에도 도움이 되는 것으로 알려져 있습니다. 이 장난감들 중 가장 초기는 점토 모델링과 같은 성형 가능한 재료였습니다. 개선되고 다양한 놀이 재료의 필요성은 1950년대에 어리석은 퍼티의 개발로 이어졌습니다. Glow-in-dark 어리석은 퍼티는 이후에 소개되었습니다. 1980년대에는 다양한 슬라임형 장난감이 출시되었습니다. 이러한 제품은 폴리비닐 알코올, 구아 검 또는 강화 우유와 같은 재료로 만들어졌습니다.

디자인

다양한 슬라임 변종이 판매되고 있지만 공통점이 많습니다. 일반적으로 슬라임은 작은 통에서 사용할 수 있는 끈적끈적한 액체입니다. 단독으로 판매하거나 액션 피규어용 액세서리와 같은 장난감 세트의 일부로 판매할 수 있습니다. 슬라임은 약간 불쾌한 냄새가 나며 만지면 차갑고 끈적끈적합니다. 색상은 다양하지만 가장 일반적인 것은 녹색, 파란색 및 빨간색입니다. 일부 제조업체는 냄새를 개선하기 위해 향료를 첨가합니다.

점액 제제의 주요 측면 중 하나는 재료가 어린 아이들에게 안전해야 한다는 것입니다. 일반적으로 이것은 점액을 만드는 데 사용되는 원료가 피부나 눈에 자극이 없고 섭취 시 독성이 없어야 함을 의미합니다. 또한 소비자는 슬라임(및 이와 유사한 장난감)이 의복, 실내 장식품, 천 또는 카펫과 같은 물건을 손상시키지 않을 것을 요구합니다.

원자재

점액 공식은 처음에 화학자들에 의해 실험실에서 생산됩니다. 이 과학자들은 점액이 가질 미적 특징을 결정하는 것으로 시작합니다. 예를 들어, 그들은 일관성, 색상 및 냄새를 결정합니다. 소비자 테스트는 종종 이러한 결정을 내리는 데 사용됩니다. 기능이 결정된 후 1차 원료를 사용하여 실험실에서 소량의 테스트 배치가 만들어집니다. 장난감 슬라임의 생산에 사용되는 가장 일반적인 성분은 물, 고분자 재료, 겔화제, 착색제, 충전제 및 방부제입니다.

슬라임에서 가장 풍부한 물질은 물이며 일반적으로 공식의 90% 이상을 차지합니다. 일반적으로 특수 처리된 탈이온수를 사용합니다. 물은 슬라임에 액체 일관성을 부여하는 희석제입니다. 물의 근원은 지하 우물, 호수 및 강에서일 수 있습니다.

고분자 재료는 점액의 중요한 특성을 담당합니다. 가장 일반적으로 사용되는 재료는 폴리비닐알코올(PVA)입니다. PVA는 수많은 하이드록실(OH) 그룹이 부착된 탄소 분자의 골격을 가진 긴 사슬 폴리머입니다. 일반적인 슬라임 제형에는 약 2%의 PVA가 필요합니다. 또 다른 유사한 폴리머는 폴리비닐아세테이트(PVAC)입니다. 이것은 약간 다른 화학적 구성을 가지고 있지만 겔화제가 첨가될 때 PVA와 같은 방식으로 거동합니다. 특정 "천연" 폴리머도 점액 생산에 사용할 수 있습니다. 일반적인 예로는 구아 식물의 콩에서 추출한 구아 검, 식물에서 추출한 메틸셀룰로오스, 옥수수 전분 등이 있습니다.

고분자 물질은 점액에 물질을 제공하지만 비뉴턴 액체 거동을 부여하려면 겔화제가 필요합니다. 고전적인 슬라임 제형에서는 붕산나트륨(붕사) 또는 사붕산나트륨이 사용됩니다. 붕산나트륨은 물에 용해되면 나트륨 이온과 붕산염 이온으로 해리됩니다. 폴리머가 PVA와 같이 존재하는 경우 붕산염 이온은 폴리머 사슬과 상호 작용하여 용액을 더 두껍게 만드는 약한 이온 결합을 형성합니다. 이러한 결합은 또한 힘이 가해질 때 늘어나는 능력을 제공합니다. 일반적으로 붕산나트륨은 최종 제품의 약 2%를 구성합니다. 폴리머 대 겔화제의 비율은 점액의 일관성을 결정하는 한 가지 요소입니다.

슬라임 제품에 다양한 추가 성분을 첨가하여 색상과 냄새를 개선합니다. 일반적으로 슬라임 제조에 사용되는 고분자 용액은 무색입니다. 따라서 제품의 색상을 부여하기 위해 다양한 염료가 첨가됩니다. 이들은 일반적으로 FD&C Blue 및 FD&C Yellow와 같은 정부 인증 식용 색소입니다. 슬라임의 냄새를 개선하기 위해 종종 향료를 첨가합니다. 향수는 휘발성 오일 물질로 구성됩니다. 곰팡이 및 박테리아에 의한 오염이 가능하므로 포름알데히드나 메틸파라벤과 같은 방부제를 첨가하여 미생물의 증식을 방지합니다. 또한, 슬라임의 pH를 조절하기 위해 다양한 산 또는 염기가 포함될 수 있다.

제조 공정

슬라임의 생성은 두 단계로 이루어집니다. 먼저 슬라임 한 묶음이 만들어집니다. 그런 다음 최종 포장에 채워집니다. 그러나 폴리머 용액이 최종 패키지에 포함될 때까지 가교제가 추가되지 않으면 충전이 더 쉬울 수 있으므로 이 프로세스는 다양할 수 있습니다. 다음 설명에서는 배치 프로세스를 간략하게 설명합니다.

슬라임은 폴리비닐알코올(PVA) 용액과 붕사 용액을 5:1로 혼합하여 만듭니다.

배치 합성

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1 슬라임 배치는 믹서와 온도 제어 시스템이 장착된 대형 스테인리스 스틸 탱크에서 만들어집니다. 물을 시작으로 배합기는 특정 시간과 온도에서 공식 지침에 따라 나머지 원료를 추가합니다. 컴퓨터 제어를 사용하여 혼합 속도와 온도가 조절됩니다. 점액은 일반적으로 PVA가 용액에 혼합되도록 가열됩니다. 착색제, 방부제 및 기타 첨가제가 마지막에 추가됩니다.

품질 관리 점검

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2 합성 단계 후 배치 샘플을 승인을 위해 품질 관리 실험실로 가져갑니다. 이 영역에서 배치가 공식 지침에 요약된 최소 사양을 충족하는지 확인하기 위해 물리적 및 화학적 평가가 수행됩니다. pH 측정, 점도 확인, 외관 및 냄새 평가와 같은 테스트를 수행할 수 있습니다. 필요한 경우 이 시점에서 조정할 수 있습니다. 배치가 승인되면 저장 탱크로 펌핑되어 채우기 전에 저장됩니다.

충전 및 포장

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3 충전 단계는 슬라임을 판매할 포장 유형에 따라 다릅니다. 일반적인 슬라임 욕조의 경우 충전 라인에서 프로세스가 발생합니다. 충전 라인의 한쪽 끝에는 빈 통이 들어 있는 호퍼가 있습니다. 이 욕조는 수직으로 서 있을 때까지 회전하는 기계에 의해 물리적으로 조작됩니다. 그런 다음 컨베이어 벨트를 따라 점액 용액이 들어 있는 충전 헤드로 이동됩니다.

4 충전 헤드는 원형 캐러셀에서 함께 연결된 일련의 피스톤 튜브입니다. 통이 충전 헤드 아래를 지나갈 때 제품이 주입됩니다.

5 물이 채워지면 욕조를 캡핑 기계로 이동합니다. 이 기계는 뚜껑을 분류하여 욕조에 올려 놓고 조입니다.

6 필요한 경우, 통은 라벨링 기계를 통과합니다. 때로는 미리 장식된 포장이 사용되기 때문에 필요하지 않습니다. 수축 포장 또는 판지 뒷면 추가와 같은 추가 포장 단계가 이 시점에서 발생할 수 있습니다. 그런 다음 패키지를 상자에 넣고 팔레트에 쌓습니다. 팔레트는 창고로 운반되어 결국 지역 소매점으로 배송됩니다.

품질 관리

품질 관리는 전체 생산 과정에서 발생하는 연속적인 과정입니다. 일괄 처리하기 전에 원료를 검사하고 테스트하여 최소 사양을 충족하는지 확인합니다. 이 검사 프로세스에는 일반적으로 다양한 물리적 및 화학적 특성을 확인하는 품질 관리 화학자의 작업이 포함됩니다. 입자 크기, pH, 점도, 외관 및 냄새와 같은 들어오는 원료의 특성을 측정합니다. 원료가 미리 정해진 사양을 충족하지 않으면 거부됩니다. 배치도 유사하게 테스트됩니다.

배치가 모든 사양을 충족하지 않는 경우 조정할 수 있습니다. 예를 들어 배치의 색상이 꺼져 있으면 염료를 더 추가할 수 있습니다. 보존 테스트는 장난감이 장기간 사용 시 미생물 성장으로부터 안전하다는 것을 확인하는 데 도움이 됩니다. 안정성 테스트도 수행됩니다. 이러한 연구는 다양한 환경 조건에서 완성된 배치의 성능을 모니터링합니다. 충전 라인에서 라인 검사관은 병 모양, 캡 밀봉 및 충전 중량을 검사합니다.

미래

슬라임과 같은 장난감은 매력적이고 재미있는 본질적인 특성을 가지고 있습니다. 현재의 재료가 상업적인 성공을 누리고 있지만, 개선되고 다양한 놀이 재료 제형에 대한 요구가 남아 있습니다. 이미 클래식 슬라임 제품에 대한 일부 변형을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 사용자가 자신의 슬라임 제품을 만들 수 있는 슬라임 키트가 판매됩니다. 앞으로 장난감 제조업체는 현재의 슬라임을 판매하고 새롭고 참신한 재료를 만드는 새로운 방법을 찾는 데 집중할 것입니다.