KR100378264B1 - 발포폴리스티렌 표면강화용 플라스터 - Google Patents

발포폴리스티렌 표면강화용 플라스터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축 내외장용 발포폴리스티렌(Expened Polystyrene)몰딩 표면을 물리적 충격, 자외선 및 풍화 등의 외부 환경으로부터 보호함으로써 EPS의 수명을 반영구적으로 연장할 수 있는 발포폴리스티렌 표면강화용 플라스터에 관한 것으로서 아크릴 스타이렌수지 에멀젼 15~35 중량%, 규사 50~75 중량%, 탄산칼슘 5~10 중량%, 이산화티탄 2~6 중량%, 펄프 0.1~5 중량%, 폴리프로필렌섬유 0.05~0.3 중량%, 계면활성제 0.1~1 중량% 및 소포제, 증점제, 부동액, 유기 용매, 안료등을 포함하여 제조된다.본 발명의 EPS 표면강화용 플라스터는 인체에 무해하며 EPS 표면을 동시에 강화 및 마감처리까지 할 수 있어 공기를 단축시켜 주므로 EPS 몰딩, EPS 외단열, 조형물 제작 분야의 신제품 개발 및 생산성 향상에 유용한 효과가 있다.

Description

발포폴리스티렌 표면강화용 플라스터{Plaster for Surface Strengthening of Expened Polystyrene}
본 발명은 발포폴리스티렌(Expened Polystyrene;EPS) 표면강화용 플라스터에 관한 것으로써, 특히 건축 내외장용 EPS 몰딩 표면을 물리적 충격, 자외선 및 풍화 등의 외부 환경으로부터 보호함으로써 EPS의 수명을 반영구적으로 연장할 수 있는 발포폴리스티렌 표면강화용 플라스터에 관한 것이다.
일반적으로 EPS는 건축 내외벽 부위의 단열재, 건축 외부의 파라펫 및 벽, 창문 부위 등의 장식, 기타 조형물에 사용되는데 EPS의 표면이 충격에 약하기 때문에 건축용 EPS는 소정의 형상으로 재단된 EPS 몰딩 가공재상에 시멘트 및 아크릴 수지 혼합의 몰타르(mortar)가 도포되고 유리섬유 메쉬(fiber glass mesh) 계통의 보강포가 접착된 구성을 지닌다. 도 1은 건축용 EPS의 구성을 부분 단면으로 나타내는 사시도이다. 도 1에서 유리섬유 메쉬의 위치는 접착 몰타르 상부 30% 지점에 위치해야 높은 강도를 유지할 수 있는데 이를 위해서는 1차로 몰타르를 바르고 2차로 유리섬유 메쉬를 함침시키고 3차로 다시 몰타르를 충진해야 하는 3단계의 도포 작업으로 구성된다.
그러나 상기와 같은 방법은 시간과 인력의 소비가 많고 단순한 평면이 아닌 복잡한 곡면이 요구되는 몰딩 및 3차원 조형물의 표면 도포에 있어서는 많은 제약을 받는다. 상기의 문제점을 해결하기 위하여 방수용으로 사용되는 우레탄 계열의 경질 도포(Hard Coating)를 하는 방법이 있으나 이 방법도 2액형으로 사용이 불편하고 EPS의 통기성에 제약이 있으며 EPS의 습기 차단에 따른 변형, 환경 및 인체에 대한 유해성의 문제가 있다. 또한 고가의 특수 장비와 시설이 필요하며 최종 마감 플라스터 바인더와의 이질성에 의한 부착력 감소 등의 문제점이 있어 일반 시공에는 어려운 점이 많다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 곡면을 비롯한 어떠한 면에도 1~2회 도포로 제작이 완료되고 상온에서 일반화된 몰탈용 스프레이를 사용하여 일액형 분사가 가능하며, UV 안정제와 안료의 배합 조절로 EPS 표면강화 도포 작용과 함께 최종 마감을 동시에 할 수 있는 EPS 표면강화용 플라스터를 제공하는 것이다.
도 1은 건축용 EPS의 구성을 부분 단면으로 나타내는 사시도.
※ 도면의 주요부부에 대한 설명
10 : EPS 몰딩 가공재 10a : 몰타르 10b : 유리섬유 메쉬
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 아크릴 스타이렌수지 에멀젼 15~35 중량%, 규사 50~75 중량%, 탄산칼슘 5~10 중량%, 이산화티탄 2~6 중량%, 펄프 0.1~5 중량%, 폴리프로필렌섬유 0.05~0.3 중량%, 계면활성제 0.1~1 중량%를 포함하는데, 상기 아크릴 스타이렌 수지 에멀젼의 함량이 총중량의 15 중량% 미만인 경우, 플스터 자체의 표면강도가 크게 떨어지는 문제점을 유발시키며, 총중량의 35%보다 큰 경우, 접착능력이 크게 떨어져서 하지면에 대한 부착기능이 크게 떨어지는 문제점을 유발시킨다.
EPS 표면강화용 플라스터의 구성 물질은 규사(Fine sand), 아크릴 스타이렌수지 에멀젼, 탄산칼슘(Calcium Carbonate, CaCO3), 분쇄 폴리프로필렌섬유(Chopped Polypropylene Fiber), 펄프, 소포제, 계면활성제, 증점제, 부동액, 유기 용매 및 안료 등이며 구성비는 표 1과 같다.
성분 함량(중량%)
아크릴 스타이렌수지 에멀젼 15 ∼ 35
규사 1 40 ∼ 55
규사 2 10 ∼ 20
탄산칼슘 5 ∼ 10
이산화티탄 2 ∼ 6
펄프 0.1 ∼ 5
폴리프로필렌섬유 0.05 ∼ 0.3
물 5 ∼ 10
증점제 1 ∼ 3
소포제 1 ∼ 5
유기용매 0.1 ∼ 2
부동액 0.2 ∼ 4
계면활성제 0.1 ∼ 1
가소제 0.5 ∼ 1
방부제 0.1 ∼ 1
자외선안정제 0.01 ∼ 0.02
충진제를 서로 연결하고 전체 제품의 희망 충격강도 및 탄성계수를 도출하기 위한 경질 아크릴 스타이렌수지 에멀젼은 원액 점도가 2,000~5,000 cps, 고형분 함량이 45~53 중량%, pH가 8~10, 필름 경도가 Shore A 30~50인 내노화성, 내수성, 내알칼리성 아크릴계 수지이다. 아크릴 스타이렌수지 에멀젼은 입자간을 연결해 주는 바인더로서의 역할 및 하지면과의 부착 작용을 하며, 아크릴 스타이렌수지 에멀젼이 응고되는 과정에서 함유하고 있던 물이 증발하면서 일정량의 기공을 발생시켜 EPS 표면강화 플라스터에 통기성능을 부여해 준다.
강도, 표면 질감 및 최대 패킹율을 도출하기 위한 규사 1과 규사 2는 주요 구성물질 중의 하나로서 표면 강도를 높이는 주요 기능을 한다. 규사 1의 입자 크기는 0.2~0.5 mm, 규사 2는 0.05~0.1 mm의 입도분포를 가지는 파쇄형 입자이다. 규사 1과 규사 2의 입자간의 공극(약 30~35 vol.%)은 탄산칼슘이 충진하여 준다. 이 때 탄산칼슘의 입자 크기는 12㎛이다. 상기와 같이 입도 크기가 다른 3가지의 입자를 사용하여 최대로 충진함으로써 외부 충격으로부터 요구되는 강도 및 경도를 나타낼 수 있다. 또한 탄산칼슘과 탄산칼슘간의 공극에 아크릴 스타이렌수지 에멀젼이 침투되어 플러스터의 전체 공극을 최소화한다.
이산화티탄(TiO2)은 백색도 98이상, 흡유율 20% 이하인 분말상 첨가제로 공극 충진역할과 함께 EPS 표면강화용 플라스터의 백색도를 증가시켜 희망 색상을 생산하고자 할 경우 기초 백색도를 제공한다.
펄프와 폴리프로필렌섬유는 입자사이에 곡선 또는 직선으로 위치하며 서로 중첩되어 보강작용을 하여 물리적 충격으로부터 EPS를 보호하게 된다. 이 때 펄프는 서로간의 연결 결합이 가능한 L/D가 100 이상의 침상형인 양질의 닥지(Korea paper)용 펄프를 사용하였으며, 폴리프로필렌섬유는 굵기 3~10 데니아, 길이 3~8 mm를 사용한다.
물과 증점제는 농도 조절용으로 사용되는데 물은 원활한 교반과 흐름성을 위해 사용된다. 증점제는 점도 증가용으로서 암모니아수가 주성분인 알칼리 증점제(A-60, (주)한양유화)가 사용된다. 소포제는 교반시 발생하는 기포를 제거하는 역할을 하며 양이온 우레아 유화수지( HUR-40, (주)호산)가 사용된다.
유기 용매는 바인더인 아크릴 스타이렌수지 에멀젼에 일부 작용하여 바인더의 결합력을 향상시키는 역할을 하며, 일부 EPS 표면에 작용하여 플러스터와 EPS간의 점착력을 높인다. 유기 용매로서 공업용 톨루엔(toluene)이 사용된다. 부동액은 동절기에 플러스터가 동결되는 것을 방지하기 위하여 첨가하며 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)이 사용된다.
계면활성제는 아크릴 스타이렌수지 에멀젼의 액상 계면과 기타 첨가제의 계면간에 활성을 부여하여 원활한 분포 및 충진이 되도록 유도하며 교반시 부하를 낮추는 역할을 한다. 본 발명에서는 소듐라우릴설페이트(Sodium Lauryl Sulfate, MICOLIN S-430-07, (주)미원화학)가 사용된다.
가소제는 아크릴 스타이렌수지 에멀젼에 작용하여 건조된 아크릴 스타이렌수지 에멀젼 바인더에 연성을 부여하여 취성 및 신축성을 높이는 역할을 하며 2,2,4-트리메틸 1,3-펜탄올 모노이소뷰티레이트(2,2,4-Trimethyl 1,3-pentanol monoisobutyrate, 텍사놀 에스터 알콜)가 사용된다. 방부제는 장기 보관시 부패를 방지하기 위하여 사용되며, 자외선 안정제는 시공된 제품 표면이 외관에 노출될 경우 자외선에 의한 황변을 억제하는 역할을 한다. 방부제로 제품명 CS-1246이 사용되며, 자외선 안정제로 티누빈 770(TINUVIN 770, Sankyo)이 사용된다.
무기 안료는 희망 색상에 따라 일정량을 첨가하며, 색상 지속성 및 환경 친화성을 위해 무기질을 사용한다. 자외선 안정제와 안료의 배합 조절로 EPS 표면 강화 도포 작용과 함께 최종 마감을 동시에 달성할 수 있다.
본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
표 1과 같은 구성를 가지는 발포폴리스티렌 표면강화용 플라스터의 제조방법 은 다음과 같다.
3000~4000 rpm의 고속회전 임펠라 교반장치를 사용하여 고속 교반되는 아크릴 스타이렌수지 에멀젼 15~35 중량%에 계면활성제 0.1~1 중량%와 가소제 0.5 내지 1 중량% 및 물을 첨가한다. 연차적으로 유기용매 0.1 내지 2 중량%를 분당 1L의 속도로 소량씩 첨가한 후 아크릴 스타이렌수지 에멀젼의 마이셀(micelle)안으로 유기용매가 완전히 흡수되도록 약 10분간 고속 교반한다. 상기와 같이 제조된 에멀젼을 분말상 펄프 0.1~5 중량%를 첨가하여 약 3분간 저속 교반하여 완전히 분산되도록 한다. 연차적으로 저속 교반하면서 폴리프로필렌섬유 0.05~0.3 중량%를 첨가하여 완전히 분산되도록 한다. 이 때 폴리프로필렌섬유가 서로 엉킨 덩어리가 발생하지 않도록 교반 속도를 하향 조절하거나 임펠라의 크기를 상향 조절하여 강한 전단력이 발생하지 않도록 한다. 상기와 같이 제조된 배합물에 규사 1, 규사 2, 탄산칼슘 및 이산화티탄 첨가하여 저속 교반으로 완전히 분산시킨다. 배합물을 중속 교반하면서 부동액, 방부제, 자외선안정제, 소포제의 순으로 전량을 첨가하여 완전히 분산되도록 한다. 마지막으로 증점제를 첨가하여 시공에 적합한 점도로 조정한다.
상기와 같이 제조된 플라스터의 물성을 측정한 결과, 충격강도(Izod Impact Strength)는 120kgf/m, 경도(Shore D)는 45, 부착강도(KS F 2218)는 60 kgf/m2을 나타내었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 EPS 표면강화용 플라스터는 인체에 무해하며 EPS 표면을 한번에 강화 및 마감처리까지 할 수 있어 공기를 단축시켜 주므로 EPS 몰딩, EPS 외단열, 조형물 제작 분야의 신제품 개발 및 생산성 향상에 기여하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 0.2~0.5mm의 입도분포를 갖는 제 1 규사, 0.05~0.1mm의 입도분포를 갖고 상기 제 1 규사의 공극 사이로 최대로 채워지는 제 2 규사, 상기 제 1 규사 및 상기 제 2 규사 사이의 공극 내에 최대로 채워지는 미립자의 탄산칼슘 및 분말상의 이산화티탄을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 규사, 탄산칼슘 및 이산화티탄이 바인더 역할을 하는 유동 상태의 아크릴 스타이렌수지 에멀젼과 혼합되어 이루어지며,
    상기 제 1 및 제 2 규사, 탄산칼슘 및 이산화티탄과, 상기 아크릴 스타이렌수지 에멀젼간의 혼합물에는 계면활성제와, 상기 아크릴 스타이렌 수지 에멀션의 바인더 결합력을 향상시키는 유기용매와, 입자들 사이에서 서로 중첩된 상태로 유지되어 자체 강도를 증가시키는 펄프 및 프로필렌섬유가 첨가되어 이루어지며,
    상기 아크릴 스타이렌수지 에멀젼은 총중량의 15~35 중량%를 이루는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 표면강화용 플라스터
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기의 아크릴 스타이렌수지 에멀젼은 원액 점도 2,000~5,000 cps, 고형분 함량 45~53 중량%, pH 8~10, 필름 경도(Shore A) 30~50인 내노화성, 내수성, 내알칼리성 아크릴계 수지임을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 표면강화용 플라스터.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기의 탄산칼슘은 입자 크기가 12㎛이며, 상기의 이산화티탄은 백색도 98이상, 흡유율 20% 이하인 분말상이며, 상기의 펄프는 L/D가 100 이상의 침상형인 양질의 닥지용 펄프이고 폴리프로필렌섬유는 굵기 3~10 데니아, 길이 3~8 mm임을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 표면강화용 플라스터.
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