KR100345299B1

KR100345299B1 - 농업용 폐비닐 수지 발포 조성물 및 이를 이용한 발포체의 제조방법

Info

Publication number: KR100345299B1
Application number: KR1019990038130A
Authority: KR
Inventors: 이동열; 민병일; 김진태
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2002-07-25
Also published as: KR20010026704A

Abstract

본 발명은 농업용 폐비닐을 주성분으로 하는 농업용 폐비닐 수지 발포 조성물 및 이를 이용하여 상업화 가능한 제품을 생산할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 폐비닐; 과 이 폐비닐 100중량부에 대하여 CaCO₃: 10-20중량부, 아조디카본아미드(Azodicarboneamide; AC): 5-7중량부, ZnO: 1-2중량부, 및 디큐밀퍼옥사이드(Dicumylperoxide; DCP): 0.5-1중량부가 혼합되어 구성되는 농업용 폐비닐 수지 발포 조성물 및 이를 이용한 발포물의 제조방법을 그 요지로 한다.

Description

농업용 폐비닐 수지 발포 조성물 및 이를 이용한 발포체의 제조방법{A Plastic Foam Composition containing Used Agricultural Film and A Method for Manufacturing Foam Using It}

본 발명은 폐비닐을 주성분으로 하는 발포 조성물 및 이 발포 조성물을 이용하여 발포체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 농업용 폐비닐을 주성분으로 하는 발포 조성물 및 이 발포 조성물을 이용하여 발포체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

인류가 옛날부터 널리 사용해 온 목재, 가죽, 섬유 등은 대부분 고분자 물질임과 동시에 다공질이었다.

제2차세계대전을 거치면서 각종 플라스틱의 발포체가 등장하여 최근에는 급격한 양적신장과 함께 발포기술도 크게 발전되어 왔다.

이중 폴리 올레핀수지인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 다양한 올레핀계 공중합체 등의 발포체는 탄성, 유연성, 내마모성, 내화학약품성 및 전기적 특성이 뛰어나며, 기계적특성은 경질인 폴리스티렌 발포체의 중간 수준으로 대부분 반경질이고 독립재를 비롯하여 건축자재, 자동차 내장재, 전기·전자부품 자재 및 일용잡화 등으로폭넓게 사용되고 있다.

미국 특허제3,959, 189와 4, 427,059 등에서 처럼 이러한 발포기술은 폐플라스틱이 아닌 순수 수지만을 이용한 발포기술로서 아직까지 폐비닐을 이용한 발포체의 제조는 이루어지고 있지 않다.

폐비닐의 대표적인 것으로서, 농업용 폐비닐을 들수 있는데, 이 농업용 페비닐에는 LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene), PVC(Polyvinylchlorid), EVA(Ethyene vinylacetate copolymer) 등의 수지로 이루어진 폐비닐을 들수 있다.

특히, 농업용 폐비닐의 경우에는 여러 종류의 폐비닐이 혼합되어 수집되는 것이 통상적이다.

따라서, 여러 종류의 폐비닐이 혼합되는 경우에는 각각의 플라스틱들의 상용성과 흐름성이 다르고 포함된 불순물이 균일한 셀의 형성이나 셀의 유지를 저해하기 때문에 발포가 쉽게 이루어지지 않는다.

이에, 본 발명자들은 농업용 폐비닐을 이용한 발포체의 제조방법에 대하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 농업용 폐비닐을 이용하여 보다 경제적으로 상업화 가능한 제품을 생산할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 폐비닐; 과 이 폐비닐 100중량부에 대하여 CaCO₃: 10-20중량부, 아조디카본아미드(Azodicarboneamide; AC): 5-7중량부, ZnO: 1-2중량부, 및 디큐밀퍼옥사이드(Dicumylperoxide; DCP): 0.5-1중량부가 혼합되어 구성되는 농업용 폐비닐 수지 발포 조성물에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 폐비닐; 과 이 폐비닐 100중량부에 대하여 CaCO₃: 10-20중량부, 아조디카본아미드(AC): 5-7중량부, ZnO: 1-2중량부, 및 디큐밀퍼옥사이드(DCP): 0.5-1중량부가 혼합되고, 그리고 수지의 입경이 2-5mm인 농업용 혼합 폐비닐 수지 발포 조성물을 175-185℃로 가열된 몰드에 충진시킨 후 10-12톤의 가압하에서 10-20분간 발포하는 농업용 폐비닐을 이용한 발포체 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 농업용 폐비닐 수지 발포 조성물에 있어서, 상기 CaCO₃는 혼합조성중에서 다른 첨가물의 분산을 도와주고, 특히, 발포공정 중 기핵제의 역할과 발포셀의 고른 분포를 도와주는 역할을 하는 것으로서, 그 함량이 10중량부 미만인 경우에는 거의 효과를 나타내지 못하고, 20중량부 이상에서는 수지조성에 너무 많은 부분을 차지하여 수지의 용융유동성을 저해하여 발포체성형을 오히려 저해한다.

따라서, 본 발명에 있어서, CaCO₃의 함량은 10-20중량부로 선정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 아조디카본아미드(AC)는 발포체 형성시 개스를 발생시키는 가장 중요한 역할을 하는 성분으로써, 그 함량이 5중량부 미만인 경우에는 발포시 충분한 개스를 발생시키지 못하고, 7중량부 이상에서는 많은 개스 발생으로 발포효과는 좋으나, 아조디카본아미드(AC)의 높은 가격으로 인해 경제성이 떨어지게 되므로, 본 발명에 있어서 아조디카본아미드(AC)의 함량은 5-7중량부로 선정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 ZnO는 발포조제로서 발포제인 아조디카본아미드(AC)의 발포온도를 낮추어주는 역할을 하는 성분으로서, 그 함량은 1-2중량부로 선정하는 것이 바람직하다.

통상, 아조디카본아미드(AC)에 1-2중량부의 ZnO를 첨가하는 경우에는 발포분해온도가 205℃에서 대략 170-190℃정도로 떨어지게 되는데 본 발명의 바람직한 발포공정에서 요구되는 175-185℃의 발포온도를 얻기 위해서는 1-2중량정도의 ZnO를 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디큐밀퍼옥사이드(DCP)는 가교제로서 발포시 고분자간의 사슬을 형성하여 발포된 셀을 유지시켜주는 역할을 하는 것으로서, 그 함량이 너무 작으면, 발포유지셀의 유지가 힘들고, 너무 많으면 발포이전에 고분자들을 가교시켜 유동성을 저하시켜서 발포가 힘들어지므로, 그 함량은 수지대비 0.5-1중량부로 선정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 농업용 폐비닐 수지 발포 조성물에 있어서, 농업용 폐비닐로는 LDPE수지의 함량이 적어도 60중량%인 혼합 폐비닐이 바람직하게 적용된다.

보다 바람직한 농업용 페비닐로는 LDPE수지의 함량이 적어도 70중량%인 혼합 폐비닐을 들수 있다.

이하, 본 발명에 따라 농업용 폐비닐을 이용하여 발포체를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

통상, 농업용 폐비닐은 LDPE, HDPE, PVC, EVA 등의 수지로 이루어지는데, 이중 PE 의 함량이 80중량%이상이며, PE중에서도 LDPE의 함량이 75중량%정도로 사용된다.

따라서, 본 발명에 있어서 발포방식은 수지에 화학적 발포제를 사용한 화학적 발포방식으로서 발포제를 폐플라스틱과 균일하게 혼합한 후, 일정온도에서 발포제를 분해하여 발생된 가스로 발포하는 방식이다.

하지만, 가장 문제시되는 농업용 폐비닐의 경우, 불순물이 많이 포함되어 있기 때문에 발포가 매우 힘들다.

이에, 본 발명자들은 상기한 문제점을 개선시키기 위하여 연구 및 실험을 행하여 독특한 발포 조성물 및 이를 이용한 발포체 제조방법을 제안하게 이른 것이다.

본 발명의 발포체 제조방법에 있어서는 우선 농업용 폐비닐과 발포제 및 첨가제를 일정온도하에서 혼합하고 파쇄시킨 후, 가열된 몰드에 충진, 가압하에서 발포체를 얻는데, 이때 가열가압된 몰드속에서 수지가 용융하게 되고, 이 용융된 수지층을 발포제에서 분해 발생된 불활성가스가 기공을 형성하면서 발포체가 생성된다.

본 발명의 발포체 제조방법은 일반적인 화학 발포와 큰 차이는 나지 않지만, 혼합된 수지를 반드시 작은 입자로 파쇄하여야 하고, 발포공정시의 온도와 발포시간, 발포제와 발포조제의 양, 기핵제 등의 영향에 따라 상업적으로 유용한 발포체를 얻을 수 있다는 특징이 있다.

본 발명의 발포체 제조방법에 있어서, 발포온도가 너무 낮을 경우에는 발포제의 화학적 분해가 용이치 않아서 발포가 힘들고 너무 높은 경우에는 발포는 잘 이루어져 밀도가 아주 작아지지만, 높은 온도에 의해 표면에 가교가 너무 많이 되어 성형체가 뒤틀리게 될 우려가 있으므로, 발포온도는 175-185℃로 선정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발포시간이 너무 짧은 경우에는 발포제의 분해가 적어서 밀도가 크고 뒤틀린 발포체가 얻어질 우려가 있으며, 너무 긴 경우에는 수지의 가교가 너무 많이 이루어지고, 이것이 셀의 불균일을 초래하여 밀도는 낮으나, 발포체의 모양이 불균일하게 되므로, 상기 발포시간은 10-20분으로 선정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 발포체 제조방법에 있어서, 파쇄된 혼합 파쇄물의 직경이 너무 작으면 수지의 몰드충진이 과량으로 되어 균일 발포체 생성이 힘들고, 너무 크면 입자간의 공극이 커서 충진 수지의 양이 작아져 발포체 형성이 힘들게 된다.

따라서, 상기 파쇄물의 직경은 2-5mm로 선정하는 것이 바람직하다.

또한, 발포공정중 가압력이 발포압력 보다 낮으면 발포중 수지와 발포생성기체가 몰드 밖으로 빠져나가 버리고, 너무 높으면 경제적 손실이 생기고, 가압 플레스에 무리를 주게 되므로, 상기 발포압력은 10-12톤으로 선정하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

먼저 농업용으로 사용되는 폐비닐 100중량부를 작은 조각으로 파쇄하고 혼합기속에서 용융시킨 후 기핵제인 CaCO₃를 10중량부 첨가하고, 약 10분간 혼합해서 균일한상이 되면 발포제로 폴리올레핀계 수지 발포에 있어서 가장 많이 사용되고 있는 아조디카본아미드(AC)를 5중량부와 발포체 분해온도를 낮추어 주는 발포조제로 ZnO 2중량부 첨가하고, 약 5분간 혼합한 후 발생된 발포셀의 모양을 유지시키기 위해 가교제로 DCP 1중량부를 투입하여 혼합수지를 얻는다.

얻어진 혼합수지를 직경 2-5mm의 입자로 파쇄한 후 가열된 몰드에 충진시킨 다음, 가압하에서 발포성형물을 제조하고, 가압온도 및 가압시간에 따른 발포체의 밀도를 측정하고, 그 결과를 각각 하기 표 1 및 표 2에 나타내고, 혼합체 파쇄물 평균 직경에 따른 균일 발포체 생성여부 및 가압력에 따른 균일 발포체 생성여부를 측정하고, 그 결과를 각각 하기 표 3 및 4에 나타내었다.

[가압온도에 따른 발포체 밀도(15분간 가압 가열 발포)]

온도(℃)	160	170	180	190	200
밀도	0.82	0.34	0.11	0.10	0.89

[가압시간에 따른 발포체 밀도]

발포 방식	발포시간(분)	부피(㎤)	무게(g)	밀도(g/㎤)
압축발포(180℃)	5	3.8×3.8×1.2	3.40	0.20
	10	3.8×3.8×1.5	3.48	0.16
	12	3.8×3.8×1.0	2.89	0.19
	15	3.8×3.8×1.7	2,84	0.11
	20	3.8×3.8×2.0	2.51	0.086

[혼합체 파쇄물 평균 직경에 따른 균일발포체 생성 여부(180℃, 15분)]

직경	1mm이하	1-2mm	2-5mm	5-10mm	10mm이상
균일발포체 생성여부	△	○	◎	△	×

◎: 아주 균일한 셀의 형성, ○: 균일한 셀의 형성, △: 셀의 크기와 분포가 약간 불균일, ×: 셀이 불균일 해서 뒤틀린 모양의 성형체 생성

[발포가압력에 따른 균일 발포체 생성 여부]

가압력(ton/㎥)	5	8	10	15
균일발포체 생성여부	×	△	◎	◎

◎: 아주 균일한 셀의 형성, △: 균일한 셀의 형성, ×: 셀이 불균일 해서 뒤틀린 모양의 성형체 생성

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 발포 온도 보다 낮은 경우에는 발포체의 화학 분해가 용이치 않아서 발포가 힘들고, 본 발명의 발포온도 보다 높을 경우에는 발포는 잘 이루어져 밀도가 아주 작아지나 높은 온도에 의해 표면이 너무 많이 되어 성형체의 뒤틀림이 나타났다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위 보다 발포시간이 짧은 경우에는 발포제의 분해가 적어서 밀도가 비교적 크고, 본 발명 범위 보다 발포시간이 긴 경우에는 수지의 가교가 많이 이루어지고 이것이 셀의 불균일을 초래하여 밀도가 낮게 나타남을 알 수 있다.

그러나, 발포시간이 짧은 경우에는 크게 뒤틀린 발포체가 얻어졌으며, 발포시간이 긴 경우에는 발포체의 모양이 균일하지 못했다.

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 혼합 파쇄물의 직경이 본 발명의 범위 보다 작은 경우에는 수지의 몰드 충진이 과량으로 되어 균일 발포체 생성이 힘들고, 본 발명의 범위 보다 크면 입자간의 공극이 커서 충진수지의 양이 적어져 셀의 크기와 분포가 약간 불균일하고, 혼합체 파쇄물의 평균직경이 10 mm를 초과한 경우에는 수지의 유동을 위해 긴 발포시간이 요구되고 셀이 불균일해서 뒤틀린 모양의 성형체가 생성되었다.

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 발포공정중 가압력이 본 발명의 가압범위 보다 낮은 경우에는 약간 불균일한 발포체가 형성되고, 가압력이 5ton/㎥ 인 경우에는 불균일해서 뒤틀린 모양의 성형체가 생성되었다.

가압력이 본 발명의 가압력 범위 보다 높을 경우에는 아주 균일한 발포체가 형성되었으나, 경제적 손실이 생기며 가압프레스에 무리를 주게 된다.

상기 표 1-표4에 나타난 바와 같이, 폐비닐 100중량부, CaCO₃를 10중량부, AC 5중량부, ZnO 2중량부, DCP 1중량부로 혼합된 수지를 직경 2-5mm의 입자로 파쇄한 후, 175-185℃로 가열된 몰드에 충진 시킨 후 10-12ton의 가압하 10-20분간 발포한 성형물이 가장 균일한 셀을 형성하고 안정한 외양을 가져 상업적으로 유용한 농업용 폐비닐을 이용한 발포성형물을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

(실시예 2)

먼저 농업용으로 사용되는 폐비닐 100중량부를 작은 조각으로 파쇄하고 혼합기속에서 용융시킨 후 기핵제인 CaCO₃를 0-30중량부 첨가하여 약 10분간 혼합하여 균일한 상을 만들었다.

다음에, 발포제로 폴리올레핀계 수지 발포에 있어서 가장 많이 사용되고 있는 아조디카본아미드(AC)를 2-10중량부와 발포체 분해온도를 낮추어 주는 발포조제로 ZnO 0-3중량부 첨가하여 약 5분간 혼합하였다.

상기와 같이 혼합하여 발생된 발포셀의 모양을 유지시키기 위해 가교제로 DCP 0.5-1.5중량부를 투입하여 혼합수지를 얻었다.

상기와 같이 얻어진 혼합수지를 직경 2-5mm의 입자로 파쇄한 후 가열된 몰드에 충진시킨 후 180℃, 10ton의 압력하에서 10분간 성형하여 발포성형물을 얻었다.

아래에 CaCO₃, 발포제(AC), 발포조제(ZnO), 가교제(DCP)의 함량에 따른 발포밀도 및 발포체 생성여부를 조사하고, 그 결과를 하기 표 5-8에 나타내었다.

CaCO₃	0	5	10	20	30
발포밀도	0.864	0.823	0.820	0.811	0.899

수지 100중량부, AC 5중량부, ZnO 2중량부, DCP 1중량부

상기 CaCO₃의 함량이 20중량부를 넘어감에 따라 수지의 용융 유동성이 떨어져 발포체의 형태가 이지러졌다.

AC함량	2	4	5	7	10
발포밀도	0.1319	0.0984	0.0655	0.492	0.043

수지 100중량부, CaCO₃10중량부, ZnO 2중량부, DCP 1중량부

상기 표 6에 나타난 바와 같이, 발포체의 함량이 늘어남에 따라 발포율이 커지고말도가 낮아지나 5중량부 이상에서는 투입된 발포제의 량이 과다로 되어 공정중 빠져나가는 발포제가 많아지고 밀도저하에도 큰 효과를 나타내지 못함을 알 수 있다.

ZnO함량	0	0.5	1	2	3
발포체 생성여부	×	×	○	◎	△

수지 100중량부, CaCO₃10중량부, AC 5중량부, DCP 1중량부

DCP함량	0	0.3	0.5	1.0	2.0
발포체 생성여부	×	△	○	◎	×

수지 100중량부, CaCO₃10중량부, AC 5중량부, ZnO 2중량부

상기 표 8에 나타난 바와 같이, DCP함량이 본 발명의 범위 보다 적은 경우에는 가교제량이 적어서 셀을 유지시키기가 힘들고, 본 발명의 범위를 초과하는 경우에는 발포가 이루어지기 전에 수지를 가교시켜 유동성을 저하시켜 발포체를 얻기가 어렵게 됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 농업용 폐비닐을 발포물로 이용하여 현재 문제시 되고 있는 폐비닐을 재활용하여 상업화 가능한 제품을 보다 경제적으로 생산할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

적어도 70중량%의 LDPE수지를 함유하고 있는 농업용 폐비닐; 과 이 농업용 폐비닐 100중량부에 대하여 CaCO₃: 10-20중량부, 아조디카본아미드(AC): 5-7중량부, ZnO: 1-2중량부, 및 디큐밀퍼옥사이드(DCP): 0.5-1중량부가 혼합되어 구성되는 농업용 폐비닐 수지 발포 조성물
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적어도 70중량%의 LDPE수지를 함유하고 있는 농업용 폐비닐; 과 이 농업용 폐비닐 100중량부에 대하여 CaCO₃: 10-20중량부, 아조디카본아미드(AC): 5-7중량부, ZnO: 1-2중량부, 및 디큐밀퍼옥사이드(DCP): 0.5-1중량부가 혼합되고, 그리고 수지의 입경이 2-5mm인 농업용 혼합 폐비닐 수지 발포 조성물을 175-185℃로 가열된 몰드에 충진시킨 후 10-12톤의 가압하에서 10-20분간 발포하는 것을 특징으로 하는 농업용 폐비닐을 이용한 발포체 제조방법
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