KR100351469B1 - 발포성폴리스티렌수지입자의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불용성 미세입자 무기물질과 계면활성제를 주분산제로 사용하여 현탁중합법에 의해 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 제조함에 있어서, 수용성 아미노산을 분산 보조제로 첨가하는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법을 제공하는 것으로, 본 발명의 발포성 폴리스티렌 수지 입자에 의해 제조된 폴리스티렌 발포체는 표면 퍼짐성이 좋고 고융착, 고강도를 가지며, 폴리스티렌 수지입자의 내부 수분이 적기 때문에 발포시 균일한 셀을 형성하여 절연성이 우수한 이점을 갖는다.

Description

발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법

본 발명은 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스티렌의 현탁중합시 수용성 아미노산을 포함하는 분산시스템을 이용하는 것을 특징으로 하는 균일한 입도분포를 가지면서 수지 입자의 내부함수율이 적은 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법에 관한 것이다.

발포성 폴리스티렌 수지는 대표적인 발포수지로 발포가공되어 단열재, 방음재 등의 건축자재 및 포장재 또는 1회용 용기 등의 형태로 활발히 사용되고 있다. 이와 같은 발포성 폴리스티렌 수지 입자는 보통 저비점 탄화수소를 지닌 폴리스티렌으로 이루어져 있고 이를 스팀으로 열을 가하여 발포성 입자들을 팽창시키면 발포제품을 제조할 수 있다.

이와 같은 발포성 폴리스티렌 수지 입자는 현탁중합에 의하여 제조된다. 이러한 현탁중합법에 의한 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법은 내압 중합조내에서 물에 적당한 현탁 안정제를 가하고 교반하에 중합촉매가 가해진 스티렌 단량체를 분산시킨다음, 중합하여 구상의 폴리스티렌 수지를 수득한 후 중합 완료된 스티렌 수지 입자를 밀폐시킨 동일한 중합조에서 연화점 이상의 온도에서 펜탄, 부탄, 프로판과 같은 저비점 탄화수소를 함침시켜 구상의 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 수득하는 것이다.

현탁중합시에는 분산제가 이용되는데, 지금까지 많은 분산제들이 알려져 응용되고 있다. 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 입도가 너무 작거나 크면 경제적 효용가치가 없기 때문에 균일한 입도분포를 수득할 수 있도록 분산제의 종류와 그 조합 및 양을 조절하는 분산 기술이 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 현탁중합방법에서의 핵심기술이 된다.

일반적으로 현탁중합의 분산제로 폴리비닐알콜, 알킬셀룰로즈, 하이드록시알킬셀룰로즈, 카복시알킬셀룰로즈 등과 같은 수용성 셀룰로즈 유도체 및 폴리비닐피롤리돈, 나트륨 폴리아크릴레이트 등의 수용성 유기고분자가 널리 이용되고 있는데, 이러한 수용성 유기 고분자는 단독으로 분산제로 사용되는 경우(유럽특허 제 410607호)도 있으나, 대부분 물에 불용성인 미세한 입자의 무기물질과 함께 사용되는 것이 일반적이다(미국특허 제5,086,079호).

유기분산시스템이라고 불리우는 이러한 분산기술은 비교적 균일한 입도분포를 수득할 수 있는 장점이 있는 반면, 폴리스티렌 수지 입자 내부 및 표면에 수용성 유기 고분자가 함유됨으로써 수지 입자의 함수율이 증가하는 단점이 있다. 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 내부 함수율이 놓은 경우 성형품의 셀이 불균일해져서 절연성이 감소되며, 특히 표면의 함수율이 높을 경우 성형품의 융착이 떨어져 강도가 저하되는 문제점이 발생한다.

이와 같은 유기 분산 시스템의 문제점을 극복할 수 있는 분산기술로, 수용성유기 고분자 대신에 분산제로 몇 십 ppm 정도 소량의 계면활성제를 불용성 미세입자의 무기물질과 함께 사용하는 무기 분산시스템이 제안되어 있다(일본공개특허 제 4-320403호, 동 4-279602호, 동 5-341388호 및 미국특허 제 5,290,819호).

그러나 이러한 무기분산시스템에 의해 제조되는 발포성 폴리스티렌 수지 입자는 수지 입자의 낮은 함수율로 성형품의 물성이 향상되는 장점이 있는 반면에 중심입도 수율이 유기분산시스템 보다 낮아 경제적 효용 가치가 떨어지는 문제점을 갖는다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 문제점을 극복하는 것으로, 중심입도 수율을 현저하게 향상시킴과 동시에 수지입자의 내부함수율을 감소시켜 성형품의 물성을 향상시킬 수 있는 신규한 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 불용성 미세입자 무기물질과 계면활성제를 주분산제로 사용하여 현탁중합법에 의해 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 제조함에 있어서, 수용성 아미노산을 분산 보조제로 첨가하는 것을 특징으로 하는 균일한 입도 분포를 가지면서도 수지입자의 내부함수율이 적은 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법을 제공하는 것이다.

이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명 방법은 불용성 미세입자 무기물질과 계면활성제를 주분산제로 사용하여 현탁중합법에 의해 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 제조하는 방법으로, 위에서 언급한 무기분산시스템의 일종이다. 본 발명의 무기분산시스템에서 분산제로 사용되는 분산제는 불용성 미세입자의 무기물질과 소량의 계면활성제와 수용성 아미노산의 세 가지이다.

종래로부터 널리 알려진 분산제인 불용성 미세입자의 무기물질의 예들을 칼슘포스페이트 및 마그네슘포스페이트와 같은 불용성 포스페이트, 칼슘카보네이트, 마그네슘카보네이트 등을 포함한다.

본 발명에서 계면활성제로는 나트륨도데실벤젠술포네이트, 나트륨라우릴레이트, 나트륨스테아레이트와 같은 음이온계 계면활성제를 사용할 수 있다.

본 발명에서 가장 중요한 분산제인 수용성 아미노산은 물에 녹을 수 있는 아미노산이면 천연 아미노산이나 인공합성 아미노산 모두 사용할 수 있으며, 광학이 성질체에 구애 받지 않는다.

수/유(W/O) 비율 1:1로 현탁중합할 때, 불용성 미세입자의 무기물질의 적정 사용량은 W/O 비율과 교반기 속도 및 반응기모델에 따라 달라질 수 있으나, 일반적으로 물을 기준으로 하여 0.2∼0.8 중량부가 적당하며, 더욱 바람적하게는 0.3∼0.5 중량부가 적당하다. 불용성 미세입자의 무기물질의 사용량이 물을 기준으르하여 0.2 중량부 미만이면 분산이 불안정하여 중합이 이루어지기 힘들고, 0.8 중량부를 초과하는 경우에는 너무 미세한 입자가 형성되므로 바람직하지 않다.

본 발명에서 계면활성제의 적정 사용량은 5∼50 ppm이며, 더욱 바람직하게는 10∼30 ppm이 적당하다. 계면활성제의 사용량이 5 ppm 미만이거나 50 ppm을 초과하는 경우에는 분산이 매우 불안정하여 중합이 거의 불가능하게 된다.

본 발명에서 수용성 아미노산의 적정 사용량은 0.01∼0.3 중량부이며, 더욱 바람직하게는 0.02∼0.05 중량부이다. 수용성 아미노산의 사용량이 0.01 중량부 미만이면 수용성 아미노산의 첨가 효과를 수득하기 어렵게 되고 0.3 중량부를 초과하는 경우에는 분산이 불안정한 경우가 발생할 수 있다.

본 발명의 분산 시스템은 스티렌 모노머를 중합하기에 가장 적합하고 스티렌모노머 이외에 기타의 모노머를 혼합하여 공중합하는 경우에도 이용될 수 있다.

본 발명에서 중합개시제로는 벤조일퍼옥사이드, 디클로로벤조일퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 디-3급-부틸퍼옥사이드, 2,5-디(옥시퍼벤조에이트)-헥센-3,1,3-비스(3급-부틸퍼옥시이소프로필)-벤젠 , 라우로일퍼옥사이드 , 3급-부틸벤조에이트, 메틸에티케톤퍼옥사이드, 메틸사이클로헥사논퍼옥사이드 등과 같은 퍼옥사이드; 아조비스이소부티로니트릴, 디메틸아조디이소부티레이트 등과 같은 아조 계열 화합물등이 있다. 이러한 중합개시제는 단독으로 또는 이들이 혼합물 형태로 사용할 수 있다. 중합개시제의 양은 사용된 비닐 계열 모노머의 종류와 폴리머의 분자량에 따라 달라지는데, 일반적으로 스티렌 계열 모노머와 비닐 계열 모노머의 총중량을 기준으로 하여 0.1 내지 4 중량%가 바람직하다.

본 발명에서 사용가능한 발포제는 폴리스티렌 수지 조성물에 녹지 않거나 약간 녹는 것으로 프로판, 부탄 펜탄 등과 같은 지방족 탄화수소, 사이클로부탄, 사이클로펜탄 등과 같은 지방족 탄화수소; 메틸클로라이드, 디클로로디플루오로메탄, 트리클로로메탄, 트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌 등과 같은 할로겐화 탄화수소가 있다. 이러한 발포제는 단독으로 사용하거나 혼합하여 사용할 수 있으며, 그 사용량은 스티렌 수지 중량의 1 내지 15 중량%인 것이 바람직하다.

본 발명에 의해 제조된 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 1차 발포한 다음 일정한 속성 시간을 거처 다시 2차 발포하여 성형함으로써 건축자재 및 포장재로 사용되는 폴리스티렌 발포 제품을 제조할 수 있다.

이하에서 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

100 L 반응기에 탈무기수 40kg과 트리칼슘포스페이트 120g, 나트륨도데실벤젠술포네이트 0.6g, 글라이신 20g을 넣고 균일하게 분산시킨다. 스티렌 모노머 40kg에 벤조일 퍼옥사이드 110g, 3급-부틸퍼벤조에이트 55g, 폴리에틸렌왁스 40g을 녹인다음 반응기에 투입하고 온도를 서서히 승온시킨다. 90℃에서 6시간 반응시킨 후 펜탄가스 2500g을 압축 투입하고나서 온도를 110℃로 서서히 올린 후 6시간 유지시킨 다음 30℃로 냉각하고 함침이 되지 않고 남아 있는 펜탄가스를 제거함으로써 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 제조하고, 입도분포 및 내부함수율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 2

실시예 1에서 글라이신 대신에 세린 28g을 넣은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하며 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 제조하고 그의 입도분포 및 내부함수율을 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.

비교예 1

실시예 1에서 글라이신을 넣지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 제조하고 그의 입도분포 및 내부 함수율을 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.

비교예 2

실시예 1에서 나트륨도데실벤젠술포네이트와 글라이신을 넣지않고 하이드록시에틸 셀룰로오즈 50g을 넣은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 제조하고 그의 입도분포 및 내부함수율을 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.

[표 1]

본 발명의 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법에 의해 제조된 폴리스티렌 발포체는 표면 퍼짐성이 좋고 고융착, 고강도를 가지며, 폴리스티렌 수지입자의 내부 수분이 적기 때문에 발포시 균일한 셀을 형성하여 절연성이 우수한 이점을 갖는다.

Claims (4)

1. 불용성 미세입자 무기물질과 계면활성제를 주분산제로 사용하여 현탁중합법에 의해 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 제조함에 있어서, 수용성 아미노산을 분산 보조제로 첨가하는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 수용성 아미노산의 사용량이 물을 기준으로 하여 0.01∼0.3 중량부인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 불용성 미세입자의 무기물질의 사용량이 물을 기준으로 하여 0.2∼0.8 중량부인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 계면활성제의 사용량이 5∼50 ppm인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 수지 입자의 제조방법.