JP2015529732A

JP2015529732A - 強度と耐水圧に優れた硬質ｉｐｖｃパイプ樹脂組成物及び硬質ｉｐｖｃパイプ

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Publication number: JP2015529732A
Application number: JP2015529710A
Authority: JP
Inventors: イ，ジョン−テ
Original assignee: ピーピーアイピョンファカンパニー，リミテッド; ピョンファパイプインダストリーインコーポレイテッド
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: EP2894196B1; RU2015101341A; US10023732B2; RU2606437C2; CN104540894B; US20160046800A1; EP2894196A1; KR101417941B1; CN104540894A; WO2015016491A1; EP2894196B8; MY173341A; JP6018312B2; EP2894196A4

Abstract

Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂を含む強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物を提供する。前記樹脂組成物を押出して製造される強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプを提供する。

Description

本発明は、強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物及び硬質ＩＰＶＣパイプに関する。

一般に、ＰＶＣパイプは、ポリ塩化ビニル（ＰｏｌｙｖｉｎｙｌＣｈｌｏｒｉｄｅ）樹脂を押出して製造されるパイプである。

ＰＶＣパイプは、軽く、機械的強度に優れ、耐化学性、耐食性、耐薬品性、断熱性、電気絶縁性などの多くの物性に優れ、寿命が長く、価格が低いため広く使用されている。

しかし、ＰＶＣパイプを土木、建築材に使用する場合、衝撃、引張の限界により、使用中及び取り扱い中に破損や破裂などの問題が発生していた。これらの問題の原因は、衝撃強度を高めると引張強度が低くなり、引張強度を高めると衝撃強度が低くなるという反比例現象を調節できなかったためである。

そのため、最近は、衝撃強度と引張強度を同時に高め、耐水圧性能を向上させるためのＰＶＣパイプ成形用樹脂組成物に対する技術開発の必要性が高まっている。

本発明の目的は、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂に可塑剤を使用せずに押出成形し、機械的物性を実現することができるＩＰＶＣ（ＩｍｐａｃｔＰｏｌｙｖｉｎｙｌＣｈｌｏｒｉｄｅ）パイプ樹脂組成物を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物が押出されることによって、引張強度、落錘強度及び耐水圧に優れ、土木、建築、水道、下水用配管として使用する硬質ＰＶＣパイプを提供することにある。

本発明の一実施形態によると、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂を含む強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物が提供される。

前記Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂１００重量部に対して、スズ安定剤（ＴｉｎＣｏｍｐｌｅｘ）約１重量部〜約３重量部と、衝撃補強剤約３重量部〜約１０重量部と、メタクリレート系滑剤約１重量部〜約１０重量部とを含む強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物を提供が提供される。

前記メタクリレート系滑剤は、ブチルメタクリレート及びメチルメタクリレートを含んでもよい。

前記メタクリレート系滑剤は、ブチルメタクリレート及びメチルメタクリレートを約１：１〜約１：２の重量比で含んでもよい。

本発明の他の実施形態によると、樹脂組成物を押出して製造される、強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプが提供される。

前記パイプの引張強度は、約５０ＭＰａ〜約６０ＭＰａであってもよい。

前記ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物を押出して製造されたＰＶＣパイプは、優れた引張強度、落錘衝撃強度及び耐水圧を実現することができる。

本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、詳細に後述している各実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下で開示する各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現可能である。以下に開示する各実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は、請求項の範疇によって定義されるものに過ぎない。

硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物
本発明の一実施形態は、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂を含む強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物を提供する。

通常、ＰＶＣパイプは、硬質ＰＶＣ樹脂を押出して製造されるが、Ｋ値が６６であるＰＶＣ樹脂を押出すことによって硬質ＰＶＣパイプを製造することがほとんどであった。その一方、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂の硬質押出は不可能であるので、多量の可塑剤を混合して押出すことによって、シートやビニールなどの軟質押出製品を製造していた。

具体的に、Ｋ値が６６であるＰＶＣ樹脂に比べて、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂は機械的強度に優れるので、より高強度のＰＶＣパイプが製造できるにもかかわらず、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂は、分子量が大きいため溶融点が相対的に高く、加工時に高温が必要であり、粘度が高いため溶融樹脂流動性が悪いという短所を有し、押出時に押出機に対する高い負荷（ｔｏｒｑｕｅ）により硬質押出が不可能な領域と認識されている。そのため、多量の可塑剤を混合することによってシートやビニールなどの軟質押出製品を製造することがほとんどであった。

このとき、可塑剤としては、フタル酸系可塑剤（ＤＯＰ、ＤＥＨＰ、ＤＩＮＰ、ＤＢＰなど）やアジピン酸系可塑剤（Ａｄｉｐａｔｅｓ、ＤＨＥＡなど）などを使用した。

しかし、多量の可塑剤を混合し、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂を押出すことによってパイプを製造する場合、多くの機械的物性が低下するという問題があった。

そこで、本発明の硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物は、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂とメタクリレート系滑剤を使用することによって、円滑な押出加工によって優れた強度と耐水圧を同時に実現することができる。これにより、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂を使用するにもかかわらず、硬質押出製品を製造することができ、可塑剤の使用を排除したので、機械的物性を上昇させることができる。

前記ＰＶＣパイプ組成物には、ベース樹脂としてＫ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂が使用されるが、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂は、機械的強度に優れるので、土木、建設資材などに使用可能である。

具体的に、Ｋ値が８４を超えるＰＶＣ樹脂は、超高分子樹脂であって、懸濁重合法によって重合されたホモポリマー（ｈｏｍｏｐｏｌｙｍｅｒ）を称するが、ホモポリマーを使用した製品はほとんど製造されないため、原料の需給が難しく、加工性が低下するおそれがある。そのため、ＰＶＣ樹脂のＫ値が前記範囲を維持すると、費用及び製造工程の面で経済的であり、優れた加工性を実現することができる。

具体的に、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂１００重量部に対して、スズ安定剤（ＴｉｎＣｏｍｐｌｅｘ）約１重量部〜約３重量部と、衝撃補強剤約３重量部〜約１０重量部と、メタクリレート系滑剤約１重量部〜約１０重量部とを含む強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物が提供される。

ＰＶＣパイプ樹脂組成物は、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対して、スズ安定剤（ＴｉｎＣｏｍｐｌｅｘ）約１重量部〜約３重量部を含んでもよい。スズ安定剤は、熱安定剤であって、加工過程中と使用期間中にＰＶＣ樹脂の物理的及び化学的性質を維持させるものであって、スズ安定剤が約１重量部未満で混合されると作業性が低下し、約３重量部を超えて混合されると、性能向上は微々たるものである一方、生産費用が多くかかり、物性が低下する虞がある。

例えば、スズ安定剤は、スズ（ＴｉＮ）メルカプトアセテート化合物、二硫化物を含んでもよく、加工中に発生する熱分解を最小化することができる。

また、スズ安定剤として有機スズ安定剤を使用してもよく、有機スズ安定剤は、ブチルスズ安定剤、オクチルスズ安定剤、メチルスズ安定剤を含んでもよく、耐熱性及び透明性に優れ、ＰＶＣ樹脂の押出加工時に使用可能である。有機スズ安定剤は、塩化水素（ＨＣｌ）を不活性状態で捕集することができ、２重結合の発生を抑制したり、酸化及び光線などの外部による変化を抑制することができる。

衝撃補強剤は、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対して約３重量部〜約１０重量部で混合される。

衝撃補強剤は、ＰＶＣ樹脂に混合され、分裂、引張、圧縮、屈曲、衝撃強度を増加させる役割をする。衝撃補強剤としては、アクリル共重合体（Ａｃｒｙｌｉｃｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、クロリドポリエチレン（Ｃｈｌｏｒｉｄｅｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＣＰＥ）などを使用する。

例えば、ＣＰＥは、ＰＶＣ樹脂と混合して混合物としてもよく、ＰＶＣ樹脂との相溶性に優れるので、高い耐衝撃性及び屈曲強度を実現することができる。また、ＣＰＥのエチレン基は紫外線に対する劣化防止の役割を果たすことができる。

衝撃補強剤は、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対して約３重量部未満で混合されると強度増大効果がなく、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対して約１０重量部を超えて混合されると、混合量の増加に比べて衝撃補強剤の効果増大が微々たるものになり得る。そのため、前記含量範囲の衝撃補強剤を使用することによって強度増大効果を容易に実現することができる。

メタクリレート系滑剤は、ＰＶＣ樹脂に混合され、樹脂の流動性と成形性を増大させる役割をするものである。ＰＶＣパイプ樹脂組成物は、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対してメタクリレート系滑剤を約１重量部〜約１０重量部含んでもよい。

メタクリレート系滑剤を使用することによって、メタクリレート系滑剤の圧縮的で且つ柔軟な性質、またＫ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂との有機的相溶性により、ＰＶＣ樹脂の溶融時間を短縮させ、工程時に付与される加熱温度を低下させることができ、ＰＶＣ樹脂の溶融流動性を増大させ、押出による負荷を低下させることができる。そのため、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂を使用するにもかかわらず、硬質のパイプ樹脂組成物を形成することができる。また、メタクリレート系滑剤を使用することによって、可塑剤の使用による機械的物性の低下を最小化することができる。

さらに、メチルメタクリレート系滑剤は、Ｋ値が７２〜８４である高分子量のＰＶＣ樹脂に混合され、溶融（Ｆｕｓｉｏｎ）特性を改善させ、溶融樹脂の溶融引張強度（Ｍｅｌｔｓｔｒｅｎｇｔｈ）を増大させることによってパイプの押出成形を可能にする。

具体的に、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対してメタクリレート系滑剤が約１重量部未満で混合された場合、樹脂溶融が速くなり、ＰＶＣ樹脂との相溶性不足により樹脂の熱的安定性が低下し、押出機シリンダーまたは金型の内部で前記樹脂が炭化されるという問題がある

また、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対してメタクリレート系滑剤が１０重量部を超えて混合された場合、樹脂の溶融が遅くなり、樹脂溶融温度が高くなり、Ｐ．Ｖ．Ｃ．樹脂の粘度が高くなり、成形加工性を低下させるおそれがあり、多くの電力消耗を誘発し、生産性及び作業性を低下させ、生産されたパイプの耐水圧性が低下するという問題がある。

そのため、前記範囲内のメタクリレート系滑剤を使用する場合、ＰＶＣ樹脂との相溶性を高めることができるという点で有利であり、相溶性を有する混練効果を容易に実現することができる。

メチルメタクリレート系滑剤は、ブチルメタクリレート及びメチルメタクリレートを含んでもよい。

メタクリレート系滑剤は、ブチルメタクリレート及びメチルメタクリレートを約１：１〜約１：２の重量比で含んでもよい。

重量比を逸脱してブチルメタクリレート及びメチルメタクリレートを含む場合、相溶性が低下するおそれがある。前記範囲の重量比を維持する場合、相溶性を極大化させ得るという点で有利である。

例えば、ＰＶＣパイプ樹脂組成物は、ブチルメタクリレート及びメチルメタクリレートを１：２の重量比で含んでもよく、前記重量比を維持する場合、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂との相溶性が増大し、組成物の混練効果を向上させることができる。また、前記重量比を維持することによって、押出加工時に一定水準以上の溶融（ゲル化）により円滑な加工性が維持される。一方、前記重量比を逸脱する場合、溶融が遅延され、加工性が低下し得る。

具体的に、ＰＶＣ樹脂に衝撃補強剤として上述したＣＰＥを使用する場合、ブチルメタクリレートとＰＶＣ樹脂との相溶性が増加し得る。また、ブチルメタクリレートに比べて多量に使用されるメチルメタクリレートは、溶融温度を調節する加工調剤としての役割をすることができ、衝撃補強剤であるＣＰＥの使用によってＰＶＣ樹脂との相溶性が増加するので、組成物の混練時に有利になり得る。

そのため、前記重量比を維持するメチルメタクリレート系滑剤を使用することによって、成形性、加工性及び物理的強度に優れた硬質ＩＰＶＣパイプを生産することができる。

硬質ＩＰＶＣパイプ
本発明の他の実施形態は、前記樹脂組成物を押出して製造される強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプを提供する。

前記樹脂組成物は、上述した通りである。

前記樹脂組成物を押出すことによって製造されたパイプの引張強度は、約５０ＭＰａ〜約６０ＭＰａであってもよい。引張強度は、材料の機械的強度を表示する値の一つであって、パイプを引っ張り、その加えられた荷重とパイプの変形した形状を用いて引張強度を求めることができる。

具体的に、前記樹脂組成物は、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂と、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対して、スズ安定剤（ＴｉｎＣｏｍｐｌｅｘ）約１重量部〜約３重量部と、衝撃補強剤約３重量部〜約１０重量部と、メタクリレート系滑剤約１重量部〜約１０重量部とを含む。前記樹脂組成物によって製造されたパイプは、向上した引張強度を実現することができ、落錘衝撃強度及び耐水圧も向上させることができる。

以下、本発明の好ましい実施例を通じて本発明の構成及び作用をより詳細に説明する。ただし、これは、本発明の好ましい例示として提示されたものであって、如何なる意味でも、これによって本発明が制限されると解釈してはならない。

ここに記載していない内容は、この技術分野で熟練した者であれば十分に技術的に類推できるものであるので、それについての説明は省略する。

実施例１
Ｋ値が７２であるＰＶＣ樹脂を含み、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対してスズ安定剤（ＴＩＮＣｏｍｐｌｅｘ）２．５重量部、衝撃補強剤としてアクリル共重合体（ＡＩＭ）３．０重量部、ブチルメタクリレート（ＢＡ）及びメチルメタクリレート（ＭＭＡ）がそれぞれ１：１の重量比で混合された滑剤３．０重量部を含む樹脂組成物を押出し、直径が１１４ｍｍで、厚さが７．１ｍｍであるパイプを製造した。

実施例２
Ｋ値が７６であるＰＶＣ樹脂を含み、ＰＶＣ樹脂１００重量部を使用し、前記滑剤を４．０重量部含むことを除いては、実施例１と同様にパイプを製造した。

実施例３
Ｋ値が８４であるＰＶＣ樹脂を含み、ＰＶＣ樹脂１００重量部を使用し、前記滑剤を５．０重量部含むことを除いては、前記実施例１と同様にパイプを製造した。

実施例４
ブチルメタクリレート（ＢＡ）及びメチルメタクリレート（ＭＭＡ）がそれぞれ１：２の重量比で混合された滑剤を１０重量部含むことを除いては、前記実施例１と同様にパイプを製造した。

比較例１
Ｋ値が６６であるＰＶＣ樹脂を含み、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対してスズ安定剤（ＴＩＮＣｏｍｐｌｅｘ）２．１重量部、衝撃補強剤としてアクリル共重合体（ＡＩＭ）６．０重量部、加工調剤としてＰＡ（ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＡｉｄ）１．０重量部及びオレフィン系列滑剤１．６重量部を含む樹脂組成物を押出し、直径が１１４ｍｍで、厚さが７．１ｍｍであるパイプを製造した。

比較例２Ｋ値が６６であるＰＶＣ樹脂を含み、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対してＣａ―Ｚｎ（カルシウム−亜鉛系）安定剤４．５重量部、衝撃補強剤としてアクリル共重合体（ＡＩＭ）６．０重量部、加工調剤としてＰＡ１．０重量部及びオレフィン系列滑剤１．６重量部を含む樹脂組成物を押出し、直径が１１４ｍｍで、厚さが７．１ｍｍであるパイプを製造した。

＜実験例＞―パイプの機械的物性の測定

１）引張強度：引張圧縮試験機（ＩＮＳＴＲＯＨ３３６９）を用いてＫＳＭＩＳＯ６２５９―１、６２５９―２の方法で前記実施例及び比較例のパイプの引張強度を測定した。

２）落錘高さ：前記実施例及び比較例のパイプを地面に固定した後、円錐状の錘９Ｋｇを一定高さからパイプに落下させ、パイプが破損する錘高さを落錘高さと判定した。このとき、落錘高さが高いほど、落錘強度に優れる。（ただし、試験は、試験片に対して０℃で６０分間状態調節した後で進めなければならない。）

３）耐水圧：長期耐水圧試験機（ＬｏｎｇＴｅｒｍＨｙｄｒｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｕｒｅＴｅｓｔｅｒ）を用いてＫＳＭＩＳＯ１１６７の方法で前記実施例及び比較例の耐水圧を測定した。

表２に示すように、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂を使用した実施例１〜４の場合、Ｋ値が７２〜８４を逸脱したＰＶＣ樹脂を使用した比較例１及び２に比べて引張強度、落錘衝撃強度及び耐水圧に優れることを確認した。

また、ＰＶＣ樹脂１００重量部に対し、メタクリレート系滑剤を１重量部未満含む組成物、、及びメタクリレート系滑剤を１０重量部を超えて含む組成物でパイプの製造を試みたが、加工性低下及び機械的物性低下などにより、パイプの製造に困難があった。

そのため、可塑剤を使用せず、Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂を押出すことによって硬質Ｐ．Ｖ．Ｃ．パイプを製造するにあたり、メタクリレート滑剤の含量が引張強度、落錘強度及び耐水圧に影響を及ぼすことを確認した。

Claims

Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂を含む強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物。
前記Ｋ値が７２〜８４であるＰＶＣ樹脂１００重量部に対して、
スズ安定剤（ＴｉｎＣｏｍｐｌｅｘ）１重量部〜３重量部と、
衝撃補強剤３重量部〜１０重量部と、
メタクリレート系滑剤１重量部〜１０重量部と、を含む、請求項１に記載の強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物。
前記メタクリレート系滑剤は、ブチルメタクリレート及びメチルメタクリレートを含む、請求項２に記載の強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物。
前記メタクリレート系滑剤は、ブチルメタクリレート及びメチルメタクリレートを１：１〜１：２の重量比で含む、請求項２に記載の強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ樹脂組成物。
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した樹脂組成物を押出して製造される強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ。
前記パイプの引張強度が５０ＭＰａ〜６０ＭＰａである、請求項５に記載の強度と耐水圧に優れた硬質ＩＰＶＣパイプ。