KR0135603B1 - 압출된 합성수지 발포체 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

압출된 합성수지 발포체 및 이의 제조방법

제1도 및 제2도는 본 발명의 제조방법에 의해 수득한 압출 합성 수지 발포체의 내부 구조를 설명하기 위해 확대(30배율)한 전자현미경 사진의 스케치도이다.

제3도는 본 발명의 실시예 1에서 수득한 압출 합성수지 발포체의 기포 크기 분포를 나타내는 막대그래프이다.

제4도는 비교 실시예 2에서 수득한 압축 합성 수지 발포체의 내부 구조를 설명하기 위해 확대(30배율)한 전자현미경 사진의 스케치도이다.

본 발명은 압출 합성수지 발초체 및 이외 제조방법에 관한 것이다.

압출 합성 수지 발포체를 제조하는 다양한 방법이 널리 공지되어 있다. 기포 조절제를 합성 수지 물질(예 : 스티렌계 수지)에 가하고, 용융시키고 함께 혼합한 다음, 혼합물에 휘발성 발포제를 가해 저압 공간으로 압출시키고 휘발성 발포제를 증발시킴으로써 압출 함성 수지를 제조하는 방법이 체택되어 있다.

상술한 방법에 따라 제조된 압출 합성 수지 발포체 중에서, 스티렌계가 특히 팽창율이 높고, 기포 구조가 균일하고 또한, 단열성이 매우 우수하고 기계적 강도가 적합하기 때문에 선호되며, 통상적으로 절연재 등으로서 널리 사용된다.

그러나, 상술한 방법에 의해 수득된 압출 스티렌계 수지 발포체는 기본적으로 폴리스티렌이어서, 강성이 높다. 이러한 발포체의 가요성을 증진시키는 것이 바람직하다.

그러므로, 발포체의 단열성 및 가요성을 증진시키기 위해 미세하고 균일한 기포 구조를 갖는 압출 합성(특히 폴리스티렌) 수지 발포체를 제조하는 것은 공지되어 있다. 그런데, 크기가 더 작은 기포를 제조합에 있어서 구조를 갖는 저밀도(28kg/㎤ 이하)의 합성 수지 발포체를 수득하는 것은 어렵다. 단 열성 및 가요성을 제공하기 위해서는 기포 크기를 더 작게함으로써 발포체를 더 두껍게 하는 것이 바람직하다. 이러한 의도는 기포 벽의 방향으로 기포의 이방성을 증가시켜 절연성 및 굴곡 강도를 감소시키는 문제점을 발생시킨다.

실제로 이 점에 대하여, 본 발명가들은 발포제 및 기포조절제의 양을 조절함으로써 미세하고 균질한 기포 구조를 갖는 스티렌계 발포체를 제조하려는 시도를 해보았다. 그러나, 기포 크기가 0.4mm 이하일 경우, 생성된 기포의 이방성이 증가하기 때문에 목적하는 단열성 및 굴곡 강도를 수득하는데 실패했다. 또한, 기포 크기가 0.2 내지 0.3mm로 감소되면 보다 얇은 발포체가 빠르게 제조되나, 만족스러운 두께의 함성 수지 발포체를 제조하기는 어렵다.

또한, 압출 합성 수지 발포체를 지조하는 방법으로서, 이러한 발포체를 제조하는 방법은 미합중국 특히 제4,455,272에 기술되어 있다. 이 방법에서는, 압출기에서 용융 수지를 물과 가압 혼화시켜 수증기에 의해 팽창가능성을 갖는 수지를 제조한 후 증기의 잠열로 냉각시킨다.

또한, 크고 작은 기포가 함께 형성되는 기포구조를 가지는 발포체를 수득하는 방법은 미합중국 특허 제4,559,367호에 기술되어 있다. 이 방법에서는, 물론 균질하게 분산시키기 위해 입자크기가 75 내지 500μ인 물-함유 식물성 유기 물질을 가한다.

상기한 관점에서, 본 발명가들은 합성 수지 발포체에 필수적으로 요구되는 우수한 단열성 및 적합한 굴곡강도뿐만 아니라 우수한 굴곡강도를 가지는 합성 수지 발포체를 수득하기 위해 심혈을 기울여 연구했다. 그 결과로서, 이들은 상기한 요구들을 모두 만족시킬 수 있으며, 본 발명을 완성되기 전의 것과 이를 비교했을 때 주로 보다 작은 특성한 크기의 기포 및 보다 큰 특정한 크기의 기포를 함유하는 압출 합성 수지 발포체를 제조하는 시스템을 발명하였다.

본 발명의 목적은 하기와 같다.

(1) 발포체 구성 기포가 주로 기포 크기가 0.25mm 이하 및 0.4 내지 1mm인 기포로 이루어져 있으며, 기포 크기가 0.25mm 이하인 기포가 발포체의 단면적중 10 내지 80%를 점유하는 압출 합성 수지 발포체.

(2) 합성 수지(A) 100중앙부, 입자크기가 1000nm 이하이며, 표면층에 하이드록실그룹을 함유하고, 물 및/또는 C1∼C4 알콜의 흡착율이 10 내지 70중량%인 과립물질(B) 0.5 내지 10중량부 및 기포조절제 (C) 0.05 내지 5중량부를 함께 용융 및 혼합물을 휘발성 발포제와 가압혼입시켜 압출 발포시킴을 특징으로 하여, 상기한 압출-합성 수지 발포체를 제조하는 방법.

(3) 입자크기가 1000nm 이하이고, 표면층에 하이드록실 구릅을 함유하는 미세한 무기 분말 0.1 내지 2중량부 및 기포 조절제 0.01 내지 5중량부를 합성 수지 100중량부에 가하고, 함께 혼합한 후, 가열 용융시키고, 휘발성 발포체 및 물 0.2 내지 1.5중량부와 가압혼입시키고, 저압 공간으로 압출시켜 기포 크기가 0.25mm 이하인 기포 및 0.4 내지 1mm인 기포 두가지를 주로 생성시킴을 특징으로 하여, 상기한 압출-합성 수지 발포체를 제조하는 방법.

본 발명의 압출 합성 수지 발포체는 열가소성 수지(A) 100중량부, 입자크기가 1000nm 이하이고, 표면 층에 하이드록실 그룹을 가지며 물 및/또는 C1∼C4 알코올의 흡착율이 10 내지 70중량%인 과립물질(B) 0.5 내지 10중량부 및 기포조절제(C) 0.05 내지 5중량부를 가열하여 용융시키고 함께 혼합한 다음, 이 혼합물내에 휘발성 발포제를 가압혼입하고 최종적으로 저압(통상적으로 대기압) 공간내로 압출시키는 방법(I)이나, 합숭서주(A) 100중량부, 입자크기가 1000nm 이하이고, 표면층에 하이드록 실그룹을 갖는 미세한 무기분말(B) 0.1 내지 2중량부 및 기포조절제(C) 0.01 내지 5중량부를 가열하여 함께 혼합하고 용율시킨 다음, 이 혼합물내에 휘발성 발포제(D) 및 물(E) 0.2 내지 1.5중량부를 가압혼입하고, 최종적으로 대개가 기포 크기가 0.25mm 이하인 기포 및 기포 크기가 0.4 내지 1mm인 기포들이 기포 막의 개입으로 해중도(island-in-sea)방식으로 분산될 수 있도록, 저압 공간으로 압출시키는 방법(II)을 통해 수득한다. 생성된 본 발명의 압출 합성 수지 발포체는 우수한 단열성, 적합한 굴곡강도 및 우수한 가요성을 나타낸다.

먼저, 방법(I)에 관한 설명은 다음과 같이 제시된다.

본 발명의 합성 수지로서, 스티렌계, 에틸렌계, 프로필렌계 및 우레판 수지와 같은 열가소성 수지가 유용하다. 이들중에서, 입출 발포 기술을 사용하여 적합하게 가공처리될 수 있기 때문에, 스티렌계, 에틸렌계 및 프로필렌계 수지가 특히 바람직하다. 또한, 단열성 및 강성이 우수하지만, 가요성 등이 개선될 것으로 기대되어지므로 스티렌계 수지가 특히 적합하다. 예를들면, 스티렌계 수지, 폴리스티렌, 스티렌과 α-메틸스틸렌과의 공중합체, 말레산 무수물, 아크리산, 아크릴산 에스테르, 메타크릴산, 메타크릴산 에스테르 등 및 스티렌 부타디엔 고무(SBR) 등을 혼합함으로서 개질된 폴리스티렌이 유용하다.

본 발명에서 사용된 과립물질은 기포 크기가 0.25mm 이하인 기포를 생성시킬 수 있는 기포조절제로서 작용한다. 과립물질로서, 기포 크기가 1000nm 이하이고, 표면 층에 하이드록실그룹을 가지며 물 및/또는 C1∼C4 알코올의 표면흡착율이 10 내지 70중량%인 과립 물질이 유용하다.

본 발명의 주요 특징중 하나는 이러한 수-함유 과립물질의 사용이다. 상기와 같은 수-합유 과립물질을 적절하게 조절된 양으로 가할 경우, 기포 크기가 0.25mm 이하인 기포가 효율적으로 생성된다. 기포 크기가 0.25mm 이하인 기포생성의 효율성에 대한 근거는 아직 명확하지 않지만, 수-함유 과립물질을 합성 수지와 가열하여 혼합하는 경우, 물이 수함유 과립물질로부터 방출되고 미세상태로 분산되어 기포 크기가 0.25mm 이하인 기포를 형성하기 위한 핵형성점(nucleating spots)을 형성시키는 공정에 의해 유발되는 것으로 생각된다.

표면층상에 하이드록실그룹을 갖는, 입자 크기가 1000nm 미만인 과립물질로서, 예를 들면 일본의 에어로실 칼파니(Aderosil Co., AEROSILr)로부터 구입할 수 있는 표면상에 실란올그룹을 갖는 무수 실리카가 통상 유용하다. 습식 공정으로 제조되는 1차 입자는 상기 명시한 입자크기를 갖는다. 그러나, 1차 입자의 응집에 의해 형성되는, 입자크기 1 내지 10μ의 2차 입자를 또한 유사한 방법으로 사용할 수 있다. 습식 공정에 있어서 2차 응집에 의한 생성물의 예로는 니폰 실리카 캄파니(Nippon Silca Co.)의 니프실R(NipsealR)이 있다. 과립물질의 입자크기가 1000nm를 초과하는 경우, 수-함유 과립물질로부터 방출된 물이 미세하게 분산되기 어려워진다. 그러므로, 입자크기가 1000nm 이하인 것이 바람직하다.구입 용이서을 고려하면 과립물질의 입자크기가 바람직하게는 5nm 이상이며, 가장 바람직하게는 10 내지 100nm이다. 본 발명에 있어서 표면층상에 하이드록실그룹을 갖는 과립물질을 사용하는 이유는 과립물질이 수소 결합을 통하여 물 및/또는 C1∼C4 알콜을 흡착하고 가열하에서 합성 수지와 혼합될 때까지 그들을 방출시키지 않기 때문이다.

상기 언급한 C1∼C4 알코올로서, 예를들어 메탄올, 에탄올, 프로판올, n-부탄올 및 I-부탄올이 유용하다. 각각의 이들 알코올을 통상적으로 단독으로 또는 혼합하여 사용한다.

물 및/또는 C1∼C4 알코올의 과립물질에 의한 흡착율은 하기 계산식에 의해 계산한다.

[흡착율(%)]

=[(흡착된 물의 중량(g)]/[수-함유 과립물질의 중량(g)])×100 본 발명에서, 수-함유 과립물질의 흡착률은 10 내지 70중량%, 바람직하게는 20 내지 60중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 60중량%이다. 이러한 흡착률은 표면층의 하이드록실 그룹수 및 합성 수지와 혼합된 과립물질의 양에 따라 변화한다. 하지만 통상적으로, 수-함유 과립물질이 5중량% 미만인 경우, 과립물질로부터 방출되는 물의 양은 부족하며, 결과적으로 과립은 기포 크기가 0.25mm 이하인 기포에 대한 핵형성점을 형성하지 못한다. 반대로, 수-함유 과립물질이 70중량%를 초과하면, 통상적으로 과립물질의 더큰 응집을 촉진하며, 결과적으로 합성 수지내로 과립물질의 균질한 분산을 어렵게 한다.

수-함유 과립물질의 혼합량은 합성 수지 100부당 0.5 내지 10부, 바람직하게는 1.0 내지 5.0부가 바람직하다. 수-함유 과립물질의 혼합량은 목적하는 기포의 크기에 따라 적당히 조절하는 것이 바람직하며 대규모로 정의할 수는 없다. 하지만 통상적으로, 혼합량이 0.5중량부 미만인 경우, 합성 수지중 수-합유물의 농도를 감소시켜 균질한 분산상태를 유지하기 어렵게 만든다. 다른 한편으로, 수-함유 과립물질이 10중량%를 초과하는 경우, 통상적으로 물질이 서로 혼합된 상태에서 합성물질로부터 분리되어 균질한 분산을 어렵게 만들고 제조비용을 상승시킨다.

본 발명에서 기포조절제로서, 익히 공지된 압출 발포방법에서 사용되는 것을 적용할 수 있다. 구체적으로, 활석-분말 및 탄산칼슘 분말이 유용하다. 이들 각각의 기포조저러제는 단독으로 또는 배합하여 사용한다. 이러한 기포조절제의 입자크기는 통상적으로 3 내지 100μ 특히는 5 내지 20μ이 바람직하다. 이러한 기포조절제는 기포 크기를 압출 합성 수지 기포에서 주로 형성되는 기포 크기인 0.4 내지 1.0mm로 조절하기 위해 체택된다. 이러한 기포조절제의 혼합량은 합성 수지 100중량부당 0.05 내지 5부, 바람직하게는 0.1 내지 2.5부로 조절된다. 혼합량이 0.05중량부 미만일 경우, 기포 크기가 증가하여 목적하는 발포체(28kg/㎤ 이하)를 수득하기 어렵다.

본 발명의 압출 합성 수지 발포체는 합성 수지, 수-함유 과립물질 및 기포조절제의 일정량을 함께 혼합하고 가열하여 용융시킨후 혼합물내로 혼합량이 발포제를 가압 혼합한 다음 압출발포시켜 수득한다.

함성 수지, 수-함유 과립물질 및 기포조절제의 용융 및 혼합에 잇어서, 가열온도, 용융 및 혼합시간 및 장치는 모두 특별하게 제한되지 않는다. 가영온도는 합성 수지 용융온도이상의 한도로 적용할 수 있으며, 즉 대개는 150℃ 내지 250℃이다. 용융 및 혼합시가는 압출 생성물의 양, 용융 및 혼합 장치 등에 의해 변하므로 대략적인 방법으로 제한할 수는 없지만, 통상적으로 합성 수지, 수-함유 과립물질 및 기포 조절제를 균일하게 분산시키기 위해 필요한 시간을 고려하여 결정한다. 용융 및 혼합 장치는 특별하게 제한되지는 않지만, 단 통상의 압출 발포 방법에서 사용되는 장치, 예를 들면, 스크루 압출기이다.

본 발명에 있어서 휘발성 발포제로서 메틸 클로라이드, 클로로-플루오로-카본(CFC)(예 : 프레온 12 및 프레온 11), 오존층을 거의 파괴시키지 않는 것으로 공지된, 수소-함유 프레온으로 표현되는 기타 할로겐화된 탄화수수(예 : 1-클로로1,1-디플루오로에탄) 및 포화 탄화수소(예 : 프로판 및 부탄)를 포함하여, 일반적으로 압출 발포공정에서 사용되는 것들이 유용하다.

이러한 휘발성 발포제의 사용량은 합성 수지 100g당 0.1 내지 0.3몰, 바람직하게는 0.15 내지 0.25몰이다. 휘발성 발포제의 사용량이 0.1몰 미만이면, 압출후 합성 수지 발포체의 수축 증가를 유발하는 경향이 있고, 사용량이 0.3몰을 초과하면 합성 수지 발포체의 치수 안정성 감소를 유발하는 경향이 있다.

크기가 0.25mm 이하인 기포와 크기가 0.4 내지 1mm인 기포로 주로 구성된 합성 수지 발포체는 슬릿 다이와 같은 발포장치를 통해 휘발성 발포제가 혼입된 합성 수지를 압출하는 통상적인 공정에 의해 제조된다.

다음으로, 공정(II)에 대한 설명은 하기와 같다.

본 발명의 특징은 기포 구조를 가진 합성 수지 발포체를 제조하기 위하여, 합성 수지(A), 표면층에 하이드록실 그룹을 가진, 입자크기 1000nm 이하의 미세 무기 분말(B), 기포 조절제(C), 휘발성 발포제(D) 및 물(E)을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 표면층 위에 하이드록실그룹을 가진, 입자크기 1000nm 이하의 미세 무기 분말(B) 및 물(E)은 필수적으로 존재해야 한다. 상기 두 성분들은 중요한 작용을 한다.

함성 수지(A)로서, 공정(I)에 대해 상기 인용된 것들이 유용하다.

하이드록실그룹을 가진, 입자크기 100nm 이하의 미세 무기 분말(B)은 기포 크기가 0.25mm 이하인 기포를 형성하기 위한 기포조절제로서 작용할 것으로 기대된다.

상기 분말이 0.25mm 이하의 기포를 효율적으로 형성한다는 사실에 대한 이유는 아직 명확하지 않다. 그러나, 분말은 합성수지와 가열에 의해 혼합 용융되고, 가압 혼입된 물은 수소결합을 통해 합성 수지 중에 균일하게 분포된 미세 무기분말의 표면층에 존재하는 하이드록실 그룹에 의해 두러싸서 미세상태로 균일하게 분산됨으로서 크기가 0.25mm 이하인 기포를 형성하기 위한 미세 핵형성점이 형성된다고 판단된다.

상기에 언급한 바와 같이, 본 발명에서 입자크기가 1000nm 이하인, 표면층에 하이드록실그룹을 갖는 미세 무기분말은 적절한 양의 물과 기포 조절체와 함께 용융수지에 존재한다. 이것은 크기가 0.25mm 이하인 기포와 크기가 0.4 내지 1mm인 기포가 기포 막의 개입으로 해중도의 상태로 존재하는 기포 구조를 갖는 발포체를 지속적으로 수득할 수 있게 한다.

입자크기가 1000nm보다 큰 미세 무기 분말은 미세한 기포를 더 크게 만드는 핵형성점을 만드는 경향이 있다. 따라서, 미세 무기분말의 입자크기는, 1000nm 이하가 바람직하다. 구입 및 취급의 용이성을 고려할 때 5nm 이상이 보다 바람직하고, 특히 10 내지 100nm가 바람직하다.

입자크기가 100nm 이하인, 표면층에 하이드록실 그룹을 갖는 미세 무기분말에 있어서, 전형적으로 이것의 표면에 실란을 그룹을 갖는 무수 실리카늘 의미할 수 있다. 이러한 무수 실리카는, 예를 들면, 에어로실R(AEROSLR)이고, 이것은 재팬 에어로실 캄파니(Japan Aerosil Co.)에 의해 전식법으로 제조된다.

또한, 본 발명에서, 예를 들면, 습식법 실리카의 2차적으로 응집된 입자도 입자크기가 1 내지 10mm이고 원래의 1차적 입자의 입자크기가 1000nm 이하인 경우 상기와 동일한 방법으로 미세 무기 분말로서 사요될 수 있다. 이러한 습식법 실리카 제품의 전형적인 예는 니폰 실리카 캄파니(Nippon Silica Co.)의 닙실R(NipsealR)이다.

상기의 미세 무기 분말의 사용량은 합성 수지 100중량부당 0.1 내지 2중량부, 바람직하게는 00.3 재니 1중량부이다. 미세 무기 분말의 사용량이 0.1중량부 미만인 경우, 가압혼입된 물의 양을 변화시켜도 생성되는 미세한 기포의 수가 감소되고, 이는 목적하는 생성물의 특성 개선의 효과를 감소시킨다. 반면에, 미세 무기 분말의 사용량이 2중량부르 초과하는 경우, 하성 수지속의 미세 무기 분말의 덩어리를 더 크게 만드는 경향이 있다.

상기의 미세 무기 분말은 항상 완전히 건조된 생성무로 되어야할 필요는 없으며 함수 생성물도 사용할 수 있다. 함수생성물을 사용하는 경우, 가압혼입된 물의 양은 이미 흡수된 물의 양을 고려하여 조절한다.

기포 조절제(C)로서, 방법(I)에서 인용한 것들이 유용하다. 이러한 기포 조절제의 사용량은 방법(I)에서의 양과 동일하다.

합성 수지, 미세 무기 분말 및 기포 조절제는 각각 소정량으로 계량하고, 가열하여 용융 및 혼합시킨 다음, 용융된 혼합물을 휘발성 발포제 및 조정량의 물을 사용하여 가압 혼입시킨다.

가열온도, 용융 및 혼합시간 및 합성 수지, 미세 무기 분말 및 기포 조절제의 용융 및 혼합장치는 모두 특별하게 제한되어 있지는 않다. 가열돈도는 합성 수지가 용융되는 온도, 즉 일반적으로 150 내지 250℃의 온도보다 낮아지지 않는 한 가능하다. 용융 및 혼합시간은 단위시간당 압출되는 양, 용융 및 혼합 장치 등에 따라 변하기 때문에 전체적로 정의할 수 없지만, 일반적으로 합성 수지, 미세 무기 분말 및 기포 조절제를 균질하게 분산시키는데 필요적인 시간으로 나타낸다. 용융 및 혼합 장치는 통상적인 입출 발포 공정에서 사용되는 장치, 예를 들면, 스크류형 압출기인 한 특별한 제한이 없다.

본 발명에서 사용하는 물은 특별히 제한하지 않는다. 예를 들면, 정제수를 사용할 수 있다. 용융된 혼합물 속으로 가압 혼입될 물의 양은 합성 수지 100중량부당 0.2 내지 1.5부, 바직하게는 0.3 내지 0.7부이다. 물의 양이 0.2중량부보다 작더나 1.5중량부보다 큰 경우에는, 크기가 0.25mm 이하인 기포 및 크기가 0.40 내지 1mm인 기포가 기포 막의 개입으로 해중도 방식으로 분산된 기포 구조를 갖고, 결과적으로 열전도성 및 합성 수지 발포체의 굴곡 변형 등의 특성을 향상시키는데 기여할 수 있는 발포체를 수득하기 어렵게 한다. 다시 말해서, 본 발명이 목적하는 양호한 기포 구조를 갖는 발포체는 합성 수지 100중량부당 사용하는 물의 양을 0.2 내지 1.5부의 범위로 한정함으로써 보장된다.

휘발성 발포제 및 물을 용융 혼합물속으로 혼입시키는 압력은 특별한 제한은 없지만, 압출기의 내부 압력보다 높은 한 가능하다.

이어서, 휘발성 발포제 및 소정량의 물로 가압 혼입시키는 압력은 특별한 제한은 없지만, 압출기의 내부 압력보다 높은 한 가능하다.

이어서, 휘발성 발포제 및 소정량의 물로 가압 혼입시킨 용융 혼합물은 일반적으로 슬릿 다이 등의 발포 장치를 통해 보다 저압(일반적으로 대기압) 공간 속으로 압출시킨다. 크기가 0.25mm 이하인 기포와 크기가 0.4 내지 1mm인 기포로 주로 이루어진 합성 수지 발포체는 용융 수지를 저압 공간속으로 압출시킴으로써 확실히 수득한다.

본 발명의 합성 수지 발포체는 기포 크기가 0.25mm 이하인 지영과 0.4 내지 1mm인 지역 모두에서 2개의 피크의 기포 크기 분포를 지닐 것이다. 그러나 발포체에 있어서, 기포 크기에서 이들 2개 피크사이에 위치하는 기포의 함량은 가능한 정어야만 한다. 에를 들면, 0.25mm를 초과하며 0.4mm 미만의 기포 크기 및 1mm보다 큰 기포 크기를 갖는 2가지 기포의 양은 바람직하게는 30% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하, 가장 바람직하게는 10% 이하이다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 합성 수지 발표체는 크기가 0.25mm 이하인 기포 또는 크기가 0.4 내지 1mm인 기포가 층을 형성하지 않고 주로 0.4 내지 1mm 기포 크기의 기포는 섬을 형성하고 주로 0.25mm 기포 크기 이하의 기포는 바다를 형성하여 해중도 구조를 갖거나 크기가 0.25mm 이하인 기포가 기포 막의 개입하에 크기가 0.4 내지 1mm인 기포를 직접 포위하는 구조를 갖는다.

본 발명의 합성 수지 발포체가 열전도율이 낮은 이유는 균일한 기포구조를 갖는 종래의 합성 수지 발포체에서는 균이한 기포구조를 통해 열류가 전달되지만, 본 발명의 합성 수지 발포체에서는 크기가 0.4 내지 1mm인 기포 주위에 존재하는 크기가 0.25mm 이하인 미세 기포에 의해 열류가 차단된다는 사실에 기인한다. 또한 굴곡강도 및 변형에 관해서는, 기포막에 영향을 미치는 응력이 전술한 바왁 같은 해중도 상태로 분산적으로 존재하는 크기가 0.25nm 이하인 미세 기포에 의해 분산되므로 적절한 굴곡특성이 나타난다고 생각된다.

따라서, 본 발명의 합성 수지 발포체중에서는, 주로 크기가 0.25mm 이하인 기포와 크기가 0.4 내지 1mm인 기포가 예를 들어 해중도 상태로 분산된다. 크기가 0.25mm 이하인 미세기포가 열전도율의 감소와 굴곡 변형의 증가를 유발하는 반면, 크기가 0.4 내지 1mm인 기포는 굴곡강도를 유지한다고 생각된다. 열 전도율은 감소시키고, 굴곡변형을 증가시키며 적절한 굴곡성이 나타난다고 생각된다.

따라서, 본 발명의 합성 수지 발포체중에서는, 주로 크기가 0.25mm 이하인 기포와 크기가 0.4 내지 1mm인 기포가 예를 들어 해중도 상태로 분산된다. 크기가 0.25mm 이하인 미세기포가 열전도율의 감소와 굴곡성이 나타난다고 생각된다. 열 전도율을 감소시키고, 굴곡변형을 증가시키며 적절한 굴곡강도를 제공하는 관점으로부터, 본 발명의 합성수지 발포체중에 크기가 0.25mm 이하인 기포와 크기가 0.4 내지 1mm인 기포 둘다가 균일하게 분포되는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 합성 수지 발포체 중에서 미세 기포의 크기는 0.25mm 이하가 바람직하다. 크기가 0.25mm 보다 큰 미세 기포는 열전도율을 증가시키고 굴곡 변형을 감소시키는 경향이 있다. 0.4 내지 1mm 기포 크기의 기포는 0.4 내지 0.7mm 기포 크기를 갖는 것이 바람직하다.

크기가 약 0.25mm인 기포는 실시예 1에 의해 수득된 발포체의 점유된 면적(이후 정의됨)의 비를 나타내는 분포 다이아그램에 따라 상당한 비율로 존재하는 것처럼 보이지만, 크기가 0.25mm 이하인 기포는 분포 빈도수에 따라 중요한 것으로 판명된다. 따라서, 본 발명에서, 더 크고 더 작은 크기의 기포가 서로 구별되는 값은 오히려 상대적 중요성을 가지며, 본 발명의 특징은 더 크고 작은 크기의 기포가 모두 공존하며 각각의 특성을 나타내는 전례가 없는 우수한 발포체를 실제로 제시하는 것이다.

크기가 0.25mm 이하인 기포 및 크기가 0.4 내지 1mm인 기포 사이의 구성비를 위해서는, 크기가 0.25mm 이하인 기포가 바람직하게는 10 내지 80%, 더욱 바람직하게는 20 내지 70%, 가장 바람직하게는 20 내지 50%의 발포체 단면적을 점유한다. 크기가 0.25mm 이하인 기포에 의해 점유된 면적 비율이 10% 미만일 경우, 가요성은 감소하는 경향이 있으며, 80%를 초과할 경우, 굴곡 및 압축 강도와 같은 기계적 강도는 감소하는 경향이 있다.

본 발명의 합성 수지 발포체의 두께는 특히 제한되지는 않으나, 바람직한 단열성, 굴곡강도 및 굴곡 변형을 제공하기 위해서는 다른 통상의 판상 생성물에서와 같은 얇은 시이트 생성물의 두께 이상이고 10 내지 100mm 및 더욱 바람직하게는 10 내지 400mm인 것이 바람직하다.

본 발명의 합성 수지 발포체의 두께는 특히 제한되지는 않으나, 바람직한 단열성, 굴곡강도 및 굴곡 변형을 제공하기 위해서는 다른 통상의 판상 생성물에서와 같은 얇은 시이트 생성물의 두께 이상이고 10 내지 100mm 및 더욱 바람직하게는 10 내지 400mm인 것이 바람직하다.

본 발명의 합성 수지 발포체의 밀도는 특히 제한되지 않으나, 경량 및 우수한 단열성 및 굴곡 강도를 제공하기 위해서는 15 내지 50kg/㎤이 바람직하다.

본 발명의 합성 수지 발포체는 탁월한 단열성 및 적당한 굴곡 강도 및 굴곡 변형을 제공하기 위해서는 다른 통상적으로 이는 성치시에 큰 굴곡 변형이 필요한 목재 집을 위한 단열재로서 적당하게 적용된다.

본 발명의 압출된 합성 수지 발포체는, 상기 언급한 기포구조를 보유하는 한, 이의 제조방법에 있어서 특히 제한되지 않음을 확실히 하여야 한다.

본 발명의 압출된 합성 수지 발폰체 및 이의 제조방법에 관한 추가의 세부적 기술을 실시예를 참고로 하여 하기에 제시한다. 본 발명은 이들 실시예에 제한되지 않는다.

[실시예 1]

수-함유 과립 물질로서 1.5중량부의 이산화규소 미세입자(Aerosil #200, Japan Aerosil Co., 50중량%의 물 함량, 주요 입장 평균 크기 12nm), 및 기포조절제로서 0.1중량부의 활석의 100중량부의 폴리스티렌 수지(Estyrene G-17, Shin-Nittetsu Chemial Co., 용융 지수(MI) 3.1)에 가하여 200℃에서 함께 혼합한다. 혼합 중에, 70중량%의 메틸클로라이드 및 30중량%의 프로판으로 이우러진 9중량부의 휘발성 발포제를 혼합물 중에서 가압혼입시킨 후, 혼합물을 약 110℃로 냉각시키고, 20mm-간격 슬릿을 통해 압출시킴으로써 발포시켜서 40 내지 60mm 두께의 압출 합성 수지 발포체 판을 수득한다.

수득된 압출 합성 수지 형태의 종단면의 확대 사진의 스케치도를 제1도에 나타낸다.

제1도는 30배율의 주사 전자 현미경(Model S-450, 제조원 : Hitachi, Ltd.)에 의해서 수득된, 압출합성 수지 발포체의 종단면의 확대된 전자 현미경 사진의 스케치도이다. 이 스케치도에서, 기포는 두께 방향으로 길게 편향되어 있으나, 이는 한 예일 뿐이고, 기포 편향의 방향 및 정도는 압출 조건으로 변화될 수 있다.

제1도에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 압출 합성 수지 발포체는 0.25mm 이하(특히 0.1mm 이하)의 기포 크기를 갖는 기포가 기포막의 개입하에 0.4 내지 1mm 기포 크기의 기포 주위에 존재하는 해중도 구조를 갖는 것으로 판명되었다.

그후, 밀도, 점유 면적의 특정비, 열전도성, 굴곡강도, 파단굴곡 변형 및 외관을 포함하여, 수득된 발포체의 특성을 각각 다음 방법에 따라서 측정된다. 결과는 하기 표 1에 나타낸다.

발포체의 밀도 : 이는 하기 식으로 주어진다.

점유면적의 비 :

(1) 30배율의 주사 전자현미경(Model S-450, 제조원 : Hitachi, Ltd.)으로 압출 함수 수지 발포체의 종단면의 사진을 찍어서, 건식 복사기를 사용하여 사진으로부터 복사물을 제조한다.

(2) 복사물의 두께 항향으로(사지니의 수직 방향으로) 7.5mm 보다 큰 직경을 갖는 기포를 흑색 잉크로 페인팅시킨다(1차 처리).

(3) 1차 처리된 상을 상-처리 기구(Model PIAS, 제조원 : Pias Co.)로 측정한다.

(4) 1차 처리된 상에 유사 염료를 흡수시켜서 채도/명도에 따라서 두 영역으로 분리시킨다.

(5) 750개 이하의 상(0.25mm 이하의 기포 크기에 상응함)을 가는 음영부가 밝게 변한다.

(6) 상-분석 컴퓨타의 기능중 FPACTAREA(면적비)를 이용하여, 전체 상중 7.5mm 이하의 기포 크기를 갖는 기포에 의해 접유된 면적(음영부)을 하기 식에 따라서 계산한다.

열전도성 : 이는 JIS A-1511에 따라서 측정한다.

굴곡강도 및 굴곡변형 : 이는 JIS A-9511에 따라서 측정한다.

외관 : 이는 수득된 발포체가 유해한 변형과 같은 비정상성을 포함하는가를 시작적으로 체크한다.

그후, 실시예 1에서 수득된 발포체중 기포 크기의 본포 조건을 다음 방법에 따라서 시험한다. 기포 크기의 분포조건은 제3도에 예시되어 있으며, 각 기포 크기 부분의 출현빈도는 표 2에 예시되어 있다.

[기포 크기의 분포상태에 대한 검사방법]

(1) 주사전자현미경(Model S-450, 제조원 : Hitachi, Ltd. 제조)을 사용하여 30배율에서 압출 합성 수지 발포체의 종단면의 사진을 수득한 후, 건식 복사기를 사용하여 복사한다.

(2) 트레이싱 페이퍼 한 장을 복사된 사진 위에 놓는다. 이어서, 모든 기포막을 흑색 잉크로 칠하고, 건식 복사기를 사용하여 또다른 복사물을 수득한다(1차 처리).

(3) 상기의 장치(Model PIAS, 제조원 : Pias Co. 제조)를 사용하여 상기의 1차 처리된 상을 분석한다. 결과는 표 2에 예시되어 있다.

(4) 표 2의 결과를 근거로 하여, 기포 크기난으로부터 각 기포 크기부분당 면적을 구한 다음, 상기 면적을 빈도수와 곱하여 각 부분에 의해 점유된 충 면적을 계산함으로써 제3도를 수득한다.

제3도는 주로 소형 기포 및 대형 기포가 둘다 본 발명의 발포체중에 함께 존재함을 입증한다.

[실시예 2 내지 7 및 비교실시예 1 내지 4]

표 1에 예시된 물질이 수-함유 과립상 물질 및 기포조절제임을 제외하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 압출 합성 수지 발포체를 수득한다.

수득된 압출 합성 수지 발포체의 특성은 실시예 1에서와 동일한 방법으로 측정한다. 결과는 표 1에 나타나 있다.

비교실시예 2에서 수득된 압출 합성 수지 발포체의 종단면 확대 사진의 스테치도는 제4도에 나타나있다. 제4도는 비교실시예 2에서 수득된 압출 합성 수지 발포체의 종단명을 주사전자현미경(Model S-450, 제조원 : Hitachi, Ltd. 제조)을 사용하여 30배율에서 수득한 확대 전자현미경 사진의 스케치도이다.

(주)*1 : 흡착율 50%, 평균 입자 크기 12nm,

*2 : 파단시 발포체의 굴곡으로 이하여 65nm는 불가능함.

*3 : 흡착율 30%, 평균 입자크기 20nm.

제1도 및 제4도에 보이는 압출 합성 수지 발포체의 전자현미경 사진의 스케치도는 본 발명의 압출합성 수지 발포체가 기포 크기가 0.25mm 이하인 기포와 기포 크기가 0.4 내지 1mm인 기포 둘다로 이루어지지만, 종래의 압출 합성 수지 발포체는 거의 동일한 크기의 기포로 이루어짐을 보여준다.

더욱이, 표 1의 결과는 본 발명의 압출 합성 수지가 대조 실시예중의 어능 하나의 열 전도도와 비교 하여 5% 이상이나 낮은 열 전도도 때문에 탁원한 단열 특성을 가지며 보다 높은 굴곡강도를 가짐을 나타낸다. 또한, 대조 실시예의 압출 합성 수지 발포체의 파단 굴곡 변형은 20 내지 35mm이지만, 본 발명의 압출 합성 수지 발포체의 파단 굴곡 변형은 JIS 방법으로 측정가능한 상한치인 65mm를 초과한다는 사실로 미루어 보아 본 발명의 압출 합성 수지 발포체가 아요성이 탁월하다는 것이 입증되었다.

[실시예 8]

미세 무기물질로서 이산화 규소 미세 분말 0.75중량부 및 기포조절제로서 활석 0.1중량부 둘다를 폴리스티렌 수지(Shin Nittetsu Chemical Co. 의 Estyrene G-17, 용융 수단(MI) 3.1) 100중량부에 가하여 200℃에서 혼합시킨다. 혼합하는 동안, 메틸 클로라이드 70중량%와 프로판 30중량%로 이루어진 휘발성 발포제 9중량부 및 물 0.5중량부를 혼합물에 혼입한 다음 110℃로 냉각시켜 2.0mm 틈색 슬릿을 통해 대기공간에 압출시켜 발포시키는 방법으로 40 내지 60mm 두께의 압출 합성 수지 발포체 판을 수득한다.

수득한 압출 합성 수지 발포체의 종단면의 확대 사진의 스케치도를 제2ㅇ도에 나타낸다.

제2도는 주사전자현미경(Hitachi, Ltd.의 모뎀 S0450)으로 30배 배율로 촬영하여 수득한 압출 합성수지 발포체의 종단면의 전자현미경 확대사진의 스케치도이다. 이 스케치도에서, 기포는 두께 방향으로 길게 편향되어 있는데, 이는 한 예일 뿐이며, 기포의 편향 방향과 정도는 압출 조건에 따라 달라진다.

제2도에서, 본 발명의 압출된 합성 수지 발포체는 크기가 0.25mm 이하(특히 0.1mm 이하)인 기포가 기포 막의 개입하에 크기가 0.4 내지 1mm인 기포를 둘러싼 해중도 구조를 가짐을 알 수 있다.

밀도, 열전도도, 굴곡강도, 파단 굴곡 변형, 외관 및 크기가 0.25mm 이하의 기포가 차지하는 공간의 특정비를 포함하는 수득한 합성 수지 발포체의 특성을 실시예 1에서와 동일한 방법으로 측정한다. 결과는 표 3에 개재한다.

[실시예 9 내지 12 및 실시예 5 내지 8]

미세 무기 분말의 양, 기포조절체의 양, 가압 혼입된 물의 양을 표 3에 따라 선택하는 것을 제외하고는 실시예 8에서와 동일하게 압출 합성 수지 발포체를 수득한다.

수득한 압축 합성 수지 발포체의 특성을 실시예 8에서와 동일하게 측정한다. 결과는 표 3에 기재한다.

압출 합성수지 발포체의 전자현미경 사진의 스케치도(제2도 및 제4도)는 본 발명의 압출 합성 수지가 크기가 0.25mm 이하인 미세 기포와 크기가 0.4 내지 1mm인 기포 둘다로 이우어지나, 종래의 압출 합성 수지 발포체는 거의 동일한 크기의 기포로 이루어짐을 보여준다.

더욱이, 표 3의 결과는 본 발며의 압출 합성 수지가 대조 실시예 5 내지 8중 어느 하나의 열전도도와 비교하여 5% 이상이나 낮은 열전도도 때문에 단열 특성이 탁월하며 보다 높은 굴곡강도를 가짐을 보여준다. 또한, 대조 실시예 5 내지 8의 압출 합성 수지 발포체의 파단 굴곡 변형이 15 내지 35mm이지만, 본 발명의 압출 합성 수지 발포체의 파단 굴곡 변형은 JIS 방법으로 측정가능한 상한치인 65mm를 초과한다는 사실로 미루어 보아 본 발명의 압출 합성 수지 발포체가 가요성이 탁월하다는 것이 입증되었다.

본 발명의 제조방법으로 수득한 압출 함성 수지 발포체는 종래의 합성 수지 발포체에 비해 단열 특성이 우수하고 적당한 굴곡성도 및 적함한 굴곡 변형을 유지한다. 따라서, 이는 통상의 단열재로서 뿐만 아니라 적용하는 동안 높은 굴곡강도를 요하는 목재 가옥용 단열재로도 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명의 제조방법으로 수득한 압출 합성 수지 발포체는 종래의 합성 수지 발포체에 비해 단열 특성이 우수하고 적당한 굴곡강도를 요하는 목재 가옥용 단열재로도 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (13)

1. 입자 크기가 약 0.25mm 이하인 기포와 약 0.4 내지 약 1mm인 기포의 사실상 2가지 입자 크기를 갖는 기포로 이루어지며, 입자 크기가 약 0.25mm 이하인 기포가 발포체 단면적의 약 10 내지 80%를 점유하는 압출 합성 수지 발포체임을 특징으로 하는 발포체.
2. 제1항에 잇어서, 수지가 스티렌계 수지인 발포체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기포가 해중도(island-in-the-sea) 방식으로 분산된 발포체.
4. (a) 합성 수지, (b) 하이드록실 그룹을 함유하고, 물, C1∼C4-알코올 또는 이들의 혼합물의 흡착율이 약 10 내지 70중량%인 과립 물질 및 (c) 기포 조절체의 혼합물을 제조하는 단계, 혼합물에 휘발성 발포제를 가압 혼입시키는 단계 및 혼합물을 압출시켜 발포체를 형성시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 과립 물질이 수지의 약 0.5 내지 약 10중량부의 양으로 존재하고, 기포 조절제가 수지의 약 0.05 내지 약 5중량부의 양으로 존재하는 방법.
6. 제4항에 있어서 수지가 스티렌계 수지인 방법.
7. 제4항에 있어서, 과립 물질의 입자크기가 1000nm 이하인 방법.
8. (a) 합성 수지, (b) 하이드록실그룹을 함유하는 미세 무기분말 및 (c) 기포조절제의 혼합물을 제조하는 단계, 혼합물에 휘발성 발포제 및 물을 가압 혼입시키는 단계 및 혼합물을 압출시켜 발포체를 형성시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 분말의 입자크기 1000nm 이하인 방법.
10. 제8항에 있어서, 성분(b)의 양이 수지의 약 0.1 내지 약 2중량부이고, 성분(c)의 양은 수지의 약 0.01 내지 약 5중량부이며, 물의 양은 수지의 약 0.2 내지 1.5중량부인 방법.
11. 제8항에 있어서, 수지가 스티렌계 수지인 방법.
12. 제8항에 있어서, 분말이 실라놀 그룹을 함유하는 실리카인 방법.
13. 제8항에 있어서, 혼합물의 저압 영역내로 압출하는 방법.

Images