KR0161816B1 - 무기물입자를 주재료로하는 산업용 고강도 복합자재의 원료 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기물입자로서 미세한 크기의 암석, 금속, 모래 및 유리 등을 주재료로 하며, 무기물입자의 표면에 접합력을 강화시키는 접합제를 도포처리한 다음 여기에 부재인 혼합합성수지(열가소성수지와 열경화성수지의 혼합물)와 화이바결속제(철섬유, 알루미늄섬유, 유리섬유 등)를 첨가하여 혼합하는 방법으로 압출 및 사출 또는 프레스 가공이 용이한 고강도자재의 원료를 제조할 수 있도록 한 무기물입자를 주재료로 하는 고강도 복합 자재의 신소재 원료 제조방법에 관한 것이다.

상기 무기물입자의 표면을 옥사졸리딘과 실란으로 1차 및 2차 도포층을 형성하고, 처리하여 주재를 얻은 다음, 열가소성수지와 열결화성수지를 CTBN 혼합제로서 혼합하여 얻은 홉합합성수지의 부재와 화이버결합제의 첨가재를 상기 주재에 첨가,혼합하여 무기물입자들이 조밀도를 가지면서 혼합합성수지와 화이바결합제에 의하여 강인한 결합력으로 결합되는 원료를 얻을 수 있도록 한 것이며, 이와같은 원료는 압출기나 사출기 또는 프레스기를 이용하여 산업용 각종 자재를 제조할 수 있도록 한 것이다.

Description

무기물입자를 주재료로 하는 산업용 고강도 복합자재의 원료 제조방법

본 발명은 무기물입자로서 미세한 크기의 암석, 모래, 금속 및 유리 등을 주재료로 하며, 무기물입자의 표면에 접합력을 강화시키는 접합제를 도포처리한 다음 여기에 부재인 혼합합성수지(열가소성수지와 열경화성수지의 혼합물)와 화이바결속제(철섬유, 알루미늄섬유, 유리섬유 등)를 첨가하여 혼합하는 방법으로 입출 및 사출 또는 가공이 용이한 고강도자재의 원료로 제조할 수 있도록 한 무기물입자를 주재료로 하는 고강도복합자재의 원료 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서의 고강도 복합 자재의 원료는 무기물입자 예를 들어, 중량비를 기준하여 80∼90％의 모래와 10∼20％의 혼합합성수지 및 소량(1∼9％정도)의 화이바결속제가 첨가되면서 혼합된 것을 말하는 것으로서, 이와같이 제조된 원료는 모래입자들이 혼합합성수지와 화이바결속제에 의하여 조밀하고 강인한 결합력을 가지며, 작은 덩어리상태의 크기나 괴(塊) 형태로 제조되거나 또는 판재형태로 제조되어 열을 가하면 용융되어 사출기 및 프레스장치를 이용한 압출이나 사출성형 및 프레스성형이 용이하여 판재나 관재 또는 원하는 형상의 성형물을 제조할 수 있는 재료가 되는 원료를 말하며, 본 발명의 원료를 이용하여 성형된 모든 제품은 매끄럽고 윤택한 표면을 가지며, 주재인 모래입자들이 균일한 조밀도로서 결합되어 표면강도나 압축강도, 인장강도 및 굴곡강도 등이 매우 좋은 특징으 나타내고, 또 기존의 프라스틱 원료와 같이 유동성이 우수한 특징이 있어 건축용 거푸집판넬과 같은 판재나 파렛트, 관재 또는 용기 등 각종 제품을 만들 수 있는 원료를 제조하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

일반적으로 광물질입자 중 모래의 경우는 산업상 필요한 물질로서 건축물을 구축하는데 없어서는 안되는 건축자재이며, 이러한 모래는 주로 시멘트와 혼합하여 사용하는 것으로 알려져 있다.

또한 작은 입자의 크기를 갖는 금속입자나 유리입자들은 입자상태로서 사용되지 않기 때문에 용융시키는 방법으로 재사용하고 있는 것으로 알려져 있다.

그리고 합성수지는 통상 열가소성수지(열을 가하면 녹는것)와 열경화성수지(열을 가하면 굳는 것)로 대별되며, 상기 열가소성수지와 열경화성수지는 물성이 서로 다르기 때문에 서로 융합되지 않는 것으로 알려져 있었으므로 이들 열가소성수지와 열경화성수지는 각기 별개체로 사용되고 있었다.

한편, 상기한 산업용 자재의 원료들 중 압출기나 사출기 또는 프레스장치 등의 금형을 이용하여 어떠한 형상으로 만들어 낼 수 있는 대표적인 원료로서는 열가소성수지와 열경화성수지가 있으며, 모래의 경우는 그 자체의 입자들간에 결합력이 없기 때문에 결합제로서 시멘트가 사용되는데, 모래와 시멘트 및 물이 혼합된 시멘트몰탈의 경우는 건축물을 구축하는 구축재로서의 사용에는 탁월한 기능을 발휘하지만 그 외의 재료 예로서, 사출기 또는 압출기등에는 사용될 수 없다.

본 발명은 가격이 매우 싸고 수급이 원활한 모래와 같은 무기물입자를 이용하여 건축용 거푸집판넬이나 물품을 쌓아두는 파렛트 또는 각종 테이블의 판재 등의 원료가 되는 산업용 고강도자재의 원료를 제조하는 방법을 제공함에 목적을 두고 발명한 것으로, 이하 본 발명의 제조방법을 상술하면 다음과 같다.

본 발명이 요구하는 주재료는 미세한 크기의 암석, 금속, 모래 및 유리입자(이하 무기물입자라고 약칭함)로 구성되는데, 이들 각 입자들은 서로 혼합하여 사용하지 않고 각기 개별적으로 사용되는 것이 바람직하다. 그 이유는 각 입자들 자체는 강도가 각기 다르기 때문에 제품으로 성형하였을시 균일한 강도를 부여할 수 없기 때문이다.

상기 주재료는 그 표면이 거친 것보다는 매끄러운 것이 양질의 제품을 제조할 수 있으며, 상기한 입자들 중 모래는 가격이 싸고 수급이 좋은 이점이 있어 본 발명의 주재료로서는 가장 바람직한 소재가 된다.

상기 무기질입자의 표면에 이물질이 없도록 깨끗이 한 후 무기물입자를 옥사졸리딘(Oxazolidines)으로 1차 표면처리하여 무기물입자의 표면에 옥사졸리딘 도포층이 형성되게 하는데, 이때의 옥사졸리딘의 혼합비율은 무기물중량 100％를 기준할 때 0.3∼0.7％(바람직하게는 0.5％)의 중량비로 투입되어 200∼220㎏/㎠(바람직하게는 210㎏/㎠)의 압력과 265∼285℃(바람직하게는 275℃)의 온도조건에서 1차처리되는 것이며, 이와같은 조건은 옥사졸리딘이 무기물입자의 내부로 깊숙히 침투하면서 그 표면을 도포하게 되는 것이다.

상기 1차 처리제인 옥사졸리딘은 표면침투력과 접착력이 뛰어나 무기물입자의 표면에 강력하게 접착되는 것이며, 또한 옥사졸리딘은 각종 합성수지재 및 섬유재와의 접착력도 뛰어난 특성을 보유하고 있다.

상기와 같이 옥사졸리딘으로 1차 도포처리된 무기물입자를 실란(Silane:상품명)으로 2차처리하는데, 2차 처리제인 실란은 전기 1차 처리공정에서 무기물입자의 표면에 도포된 옥사졸리딘 도포층의 접착특성에 의하여 옥사졸리딘 도포층 표면에 접착되어 2차적인 실란도포층을 형성하게 되는 것이며, 상기 실란은 무기질재료(모래, 금속 등)와 유기질재료(합성수지 등)를 결합시키는 커플링제(Coupling劑)로서 접착작용을 촉진시키는 특성을 지니고 있다.

상기와 같이 주재인 무기물입자의 처리작업은; 옥사졸리딘의 1차 처리제와 실란의 2차 처리제로서 1차 및 2차 처리되어 옥사졸리딘 도포층과 실란 도포층을 형성시키는 작업을 완료된 다음부재인 혼합합성수지와 첨가제인 화이바결합제에 의하여 고강도자재의 원료로 만들어진다.

상기 화이바결합제 역시 부재와의 결합력을 높이기 위하여 주재와 같이 옥사졸리딘과 실란으로 1차 및 2차 처리되어 옥사졸리딘 도포층과 실란 도포층이 형성되어 있는 것을 사용한다.

상기 부재인 혼합합성수지는 열가소성수지와 열경화성수지의 혼합으로 만들어지는 것인데, 그 혼합비율은 원하는 고강도자재의 용도에 따라서 다소 차이가 있으나 통상 중량비를 기준하여 열가소성수지는 75∼95％ 정도로 많이 혼합되며, 열경화성수지는 5∼25％ 정도로 소량 혼합되는 것이며, 상기와 같은 혼합비로 혼합되는 열가소성수지와 열경화성수지 모두는 액화상태에서 혼합되는 것인데, 여기에 10∼20％인 혼합제인 CTBN(Carbonyl Terminated Butadiene)를 첨가하므로서 혼합된다. 즉, 열가소성수지와 열경화성수지의 혼합하는 과정을 자세하게 설명하면, 열경화성수지는 액상인데 비추어 열가소성수지는 고형상태이므로 열가소성수지에 열을 가하여 액화시킨 다음 상기한 액상의 열가소성수지와 열경화성수지에다 액상의 CTBN 혼합제를 첨가하여 열경화성수지와 열가소성수지를 혼합하는 것이며, 이와같이 혼합되는 혼합합성수지는 열가소성수지의 성질을 띠게 된다. 즉, 열을 가하면 녹고 열이 식으면 굳어지는 성질을 가지게 된다.

그리고 상기 부재인 혼합합성수지와 함께 주재의 무기물입자들을 결합시키는 첨가제로서는 화이바결합제가 사용되는데, 이 화이바결합제는 철섬유나 알루미늄섬유 또는 유리섬유가 사용되는것이며, 상기 화이바결합제는 상기한 주재에 부재를 혼합하는 과정에서 첨가되어 주재인 무기물입자들을 결합시키는 혼합합성수지에 고루 분포되면서 무기물입자들을 감싸고 또 화이바결합제끼리 엉키는 상태로 분포되게 되므로서 혼합합성수지의 결합력을 더욱 강하게 하는 작용을 나타내는데, 이는 마치 콘크리트에 배근된 철근과 같은 작용을 나타내는 것이다.

상기와 같이 1차 및 2차 처리단계로 옥사졸리딘 및 실란 도포층이 형성된 무기물입자들로 구성된 주재와, 열가소성수지와 열경화성수지를 CTBN 혼합제로 혼합시킨 혼합합성수지인 부재 그리고 철섬유나 알루미늄섬유 또는 유리섬유로 구성되는 화이바결합제인 첨가제를 가지고 고강도자재의 원료를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

상기 주재(무기물입자)와 부재(혼합합성수지)의 혼합비율은 비중을 기준으로 하여 80∼90％ 대 20∼10％의 비율로 혼합하여, 상기 주재와 부재에 첨가되는 화이바결합제는 피성형물의 용도와 강도 등을 고려하여 소량 첨가하거나 또는 부재와 같은 비율로 첨가할 수 있지만 바람직하게는 주재와 부재의 100％ 혼합비에 대하여 1∼9％ 정도의 소량이 첨가된다.

상기 주재(무기물입자)와 부재(혼합합성수지) 및 첨가제(화이바결합제)들의 혼합조건은 그들 중 부재(혼합합성수지)가 유동성이 좋은 액화상태를 유지할 수 있는 고온도의 조건하에서 혼합하게 되는 것이며, 또한 혼합과정에서 부재인 혼합합성수지와 첨가제인 화이바결합제는 주재인 무기물입자들에 의하여 형성되어지는 공극율 10％의 공극을 채워 주면서 무기물입자들을 결합시키게 됨과 동시 화이바결합제가 무기물입자들을 감싸고 또 화이바결합제끼리 엉킨 상태를 유지하게 되며, 이와같이 혼합된 원료는 유동성이 양호하고 또 유동시 무기물입자가 혼합상태의 공극율을 유지한채 혼합합성수지 및 화이바결합체와 함께 유동되므로서 판재와 같은 크기로 성형하거나 프라스틱 원료와 같이 작은 크기의 덩어리상태 또는 금속괴와 같은 크기로 고형화시키는 방법으로 강인한 결합력을 갖는 고강도자재의 원료를 제조할 수 있으며, 또한 상기의 주재와 부재 및 첨가제를 혼합하면서 압출기나 사출기를 이용하여 압출 및 사출성형하는 방법으로 원하는 규격의 판재나 파이프 등 소정의 정해진 형상으로 제품을 성형할 수도 있는 것이다.

이와같은 본 발명은 무기물입자를 결합시키고 있는 혼합합성수지 자체가 열을 가하면 용융되는 성질을 가지도록 하였으므로 작은 크기로 성형된 것을 압출기나 사출기에 투입하고 고온실린더로 용융하면서 압출성형 또는 사출성형할 수 있을 뿐 아니라 가열한 후 프레스금형에 넣고 프레스성형할 수 있어 산업상 필요로 하는 형태의 가공이 용이하며, 또한 압출이나 사출 또는 프레스 성형시 그 성형된 제품의 표면은 부재인 혼합합성수지에 의하여 매끄럽고 윤택한 상태로 제조되는 것이며, 특히 무기질입자들은 그 표면에 도포된 옥사졸리딘과 실란 도포층에 의하여 혼합합성수지와 결합력이 강해지고 나아가 화이버결합제에 의해 더욱 강인해져 압축강도나 인장강도 및 굴곡강도가 우수하여 강한 강도가 요구되는 건축용 거푸집판넬, 바닥재, 내·외장재, 천장재 등 각종 자재의 원료로서 사용할 수 있는 특징을 지닌 새로운 원료를 제공할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 주재인 무기물입자 100％ 중량비에 대하여 0.3∼0.7％의 옥시졸리딘을 무기물입자에 혼합하여 200∼220㎏/㎠의 압력 및 265∼285℃의 온도조건으로 1차처리하여 옥사졸이딘이 무기물입자의 내부에 침투되면서 그 표면에 옥사졸리딘 도포층을 형성시키는 1차처리단계와; 상기 1차처리단계를 거친 무기물입자에 액상의 실란으로 2차처리하여 실란 도포층을 형성시키는 2차처리단계와; 중량비를 기준으로 가열,액화된 열가소성수지 75∼95％, 액상의 열경화성수지 5∼25％의 비율로 혼합된 액상의 혼합합성수지와, 상기 혼합합성수지 100％의 중량비에 대하여 10∼20％의 CTBN 혼합제를 첨가하여 액상의 혼합합성수지인 부재를 얻는 단계와; 상기 1차 및 2차처리단계를 거친 무기물입자인 주재와 혼합합성수지인 부재를 비중을 기준하여 주재는 80∼90％, 부재는 10∼20％의 비율로 혼합하되, 여기에 1∼9％의 화이버결합제를 소량 첨가하여 혼합하는 단계;로 이루어져 상기 무기물입자들 사이에 생긴 공극에 혼합합성수지와 화이버결합체가 채워지면서 무기물입자들이 작은 덩어리형태로 결합된 상태가 되게 제조하는 것을 특징으로 하는 무기물입자를 주재료로 하는 산업용 고강도 복합자재의 원료 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 첨가제인 화이바결합제는 옥사졸리딘과 실란으로 1차 및 2차 처리되어 옥사졸리딘 도포층과 실란도포층이 형성된 것을 사용함을 특징으로 하는 무기물입자를 주재료로 하는 산업용 고강도 복합자재의 원료 제조방법.