KR100466453B1 - 난연성 발포 폴리스티렌 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난연성 발포 폴리스티렌 및 그 제조방법에 관한 것으로, 난연 처리되지 않은 비드를 발포하는 발포단계와, 상기 발포된 비드를 1차 숙성시키는 제1숙성단계와, 상기 1차 숙성된 비드를 발포가 발생하지 않는 공정조건에서 이산화탄소 가스에 함침시켜, 그 이산화탄소가 비드의 공극 또는 비드의 내부에 흡착 또는 투입되도록 하여 난연성을 부여하는 난연성함침단계와, 상기 난연성이 부여된 비드를 2차 숙성시키는 제2숙성단계와, 상기 2차 숙성된 비드를 성형하고, 건조시키는 성형 및 건조단계를 통해 이산화탄소가 흡착된 발포 폴리스티렌을 제조한다. 이와 같은 구성에 의하여 본 발명은 이산화탄소의 자기소화 특성을 이용하여 발포 폴리스티렌 제조과정의 발포제로서 이용하지 않고, 난연성 함침제로 이용함으로써, 난연성이 없는 일반 비드를 이용하여 용이하게 난연성 발포 폴리스티렌을 제조할 수 있게 되어, 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 난연 처리된 비드를 이용하지 않음으로써, 난연성 비드를 사용하여 제조된 난연성 발포 폴리스티렌에 비하여 기계적 물성과 보온성 등의 특성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

난연성 발포 폴리스티렌 및 그 제조방법{frame-retarded expanded polystyrene and manufacturing method thereof}

본 발명은 난연성 발포 폴리스티렌 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 난연 처리가 되지 않은 폴리스티렌 비드(bead)를 이용하여 발포 폴리스티렌을 제조하는 과정에서 난연성을 부여하여 보다 저렴한 난연성 발포 폴리스티렌 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 열가소성 수지인 폴리스티렌 수지는 성형가공성이 우수하기 때문에 일용품, 전기/전자제품, 포장재, 건축자재 등 각종 산업분야에 걸쳐서 널리 사용되고 있다.

그러나 고온에서 용융하며, 화염에 접하면 쉽게 연소하기 때문에 여러 가지 방법으로 난연화 할 수 있는 방법이 연구되고 있다. 현재까지 주로 사용하고 있는 난연화 방법은 난연제인 할로겐 화합물, 할로겐 인산에스테르화합물, 금속수산화물, 금속 산화물 등을 폴리스티렌 수지에 첨가하는 것이다.

상기 난연성이 부여된 폴리스티렌을 이용하여 발포 폴리스티렌의 원료인 비드를 제조하는 경우, 그 비드의 가격이 비싸 발포 폴리스티렌의 가격 상승의 원인이 된다.

상기 비드는 폴리스티렌에 부탄 등의 발포제를 첨가하고, 물에 의한 현탁중합 후, 중합 개시제를 가한 스티렌모노머를 물 속에 넣고 교반하여 소정의 분자량이 될 때까지 가열 교반을 수행하여 제조하며, 이 비드를 이용하여 발포, 숙성, 성형, 건조, 재단 과정을 거쳐 발포 폴리스티렌을 제조하게 된다.

현재까지 주로 사용하고 있는 폴리스티렌의 난연화 방법은 난연제로 할로겐 화합물, 할로겐 인산에스테르화합물, 금속수산화물, 금속 산화물 등을 폴리스티렌 수지에 첨가하는 것이다.

이들 방법 중 무기계 난연제인 금속 수산화물 및 금속 산화물 Al(OH)₃, Mg(OH)₂등을 폴리스티렌 수지에 사용할 경우에는 난연성을 증가시키기 위하여 다량으로 첨가하여야 하기 때문에 폴리스티렌 수지의 고유물성 중, 특히 기계적 물성(인장강도, 충격강도 등)을 저하시키는 문제점이 있다.

한편, 폴리스티렌계 수지의 난연화에 주로 사용되는 취소계 화합물, 예를 들면, 데카브로모 디페닐옥시드, 테트라브로모비스페놀A, 디브로모 크레실 크리시딜에테르, 트리브로모페놀, 트리브로모페닐 아릴에테르 등은 우수한 난연효과를 나타내지만, 잘 알려진 바와 같이 연소시 인체에 유독한 디옥신 화합물 및 푸란 화합물이 발생되기 때문에 현재 독일을 비롯한 유럽 국가에서는 규제의 대상으로 검토되고 있다.

또한 미국에서도 BFRIP(Brominated Flame Retardant Industry Panel)을 중심으로 인체 유독성에 대한 연구결과가 보고 되었다.(일본국 폴리 다이제스트 1988년 12월호 61페이지)

또한 염소계 화합물인 퍼클로로시클로데칸, 퍼클로로시클로펜타데칸, 염소화파라핀, 염소화 폴리에틸렌 등도 폴리스티렌 수지의 난연제로서 사용되고 있다. 이들중 퍼클로로 시클로 펜타데칸 등의 저분자량체는 시간이 경과함에 따라 폴리스티렌계 수지의 표면으로의 이행이 용이하기 때문에 난연성이 떨어지는 문제점이 있다.

이를 감안하여 폴리스티렌 수지의 난연화를 위하여서는 취소계 화합물보다 약 2배 정도의 많은 양이 사용된다.

구체적인 예를 들면, 일본국 특허공개 소 50-130843호에 기재된 바와 같이 난연제로 트리브로모페닐 아릴에테르와 함께 염소함량이 70중량% 이상인 염소화 파라핀과 염소함량이 30~40중량%인 염소화 폴리에틸렌을 사용하여 폴리스티렌계 수지를 난연화하는 방법이 알려져 있다. 그러나 상기 난연화 방법의 경우에 사용된 취소계 난연제는 전술한 바와 같이 연소시에 인체에 유독한 디옥신과 푸란화합물을 발생시킴은 물론 성형품의 성형과정에서 열분해에 의하여 생성된 가스가 성형기를 부식시키는 등의 문제점이 있다.

또한, 유럽특허 제509,535호에서는 부타디엔으로 개질된 폴리스티렌계 수지의 난연화 방법에 염소계 난연제인 염소화 파라핀과 삼산화 안티몬, 폴리테트라플루오로 에틸렌을 사용하였다. 그러나, 상기 방법의 경우 난연제의 첨가량(염소화파라핀, 23중량부)이 많기 때문에 기계적 물성이 나빠지는 문제점이 있다.

또한, 상기한 바와 같이 난연 처리된 비드를 원료로 제작한 발포 폴리스티렌은 그 가격이 비싸, 샌드위치 패널이나 기타 건축용 단열재, 포장용기 등의 저가의 제품을 제작하기에는 적당하지 않은 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 난연 처리가 되지 않은 비드를 이용하여 발포 폴리스티렌을 제조하는 과정에서 용이하게 발포 폴리스티렌에 난연성을 부여할 수 있는 난연성 발포 폴리스티렌 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 발포 폴리스티렌의 기계적 물성의 열화를 방지할 수 있는 난연성 발포 폴리스티렌 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 난연 처리되지 않은 비드를 발포하는 발포단계와, 상기 발포된 비드를 1차 숙성시키는 제1숙성단계와, 상기 1차 숙성된 비드를 발포가 발생하지 않는 공정조건에서 이산화탄소 가스에 함침시켜, 그 이산화탄소가 비드의 공극 또는 비드의 내부에 흡착 또는 투입되도록 하여 난연성을 부여하는 난연성함침단계와, 상기 난연성이 부여된 비드를 2차 숙성시키는 제2숙성단계와, 상기 2차 숙성된 비드를 성형하고, 건조시키는 성형 및 건조단계를 포함하여 구성함에 그 특징이 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 난연성 발포 폴리스티렌의 제조공정 순서도.

상기와 같이 구성되는 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따르는 난연성 발포 폴리스티렌의 제조공정 순서도로서, 이에 도시한 바와 같이 난연처리가 되지 않고, 발포제만을 포함하는 비드(bead)를 발포기에 투입하는 단계(S11)와, 상기 발포기의 압력과 온도를 일정하게 유지한 상태에서 스팀을 가하여 그 비드를 발포시키는 단계(S12)와, 상기 발포된 비드를 상온에서 저장하여 1차 숙성시키는 단계(S13)와, 상기 1차 숙성된 발포 비드를 함침기로 이송하여 이산화탄소에 함침시켜 난연성을 부여하는 단계(S14)와, 상기 난연성이 부여된 발포 비드를 상온에서 저장하여 2차 숙성시키는 단계(S15)와, 2차 숙성된 비드를 성형하고, 건조실에서 건조 및 숙성시키는 단계(S16)와, 건조된 난연성 발포 폴리스티렌을 재단하고, 검사하는 단계(S17)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

먼저, S11단계에서는 발포 폴리스티렌의 원료인 비드를 발포기에 투입한다.

상기 비드의 투입량은 발포기의 용량 등에 의해 결정된다.

상기 비드는 상기 설명한 바와 같이 난연성을 부여하기 위한 어떠한 처리도 되지 않은 것이다.

상기 비드는 폴리스티렌을 부탄 등의 발포제를 이용하여 발포한 구형의 단위체이며, 이를 발포시켜 발포 폴리스티렌을 제조한다.

이때 발포 폴리스티렌은 일반적으로 제품화된 발포 폴리스티렌과는 차이가 있는 것으로, 경화되지 않아 유동적인 상태이다.

이하의 설명에서는 발포된 비드를 발포 폴리스티렌이라고 하고, 경화된 발포 폴리스티렌은 고체 발포 폴리스티렌으로 칭하여 설명한다.

상기 비드의 생산에서 부탄 등의 발포제가 사용되어 비드를 발포시키는 과정에서는 발포제를 사용하지 않고 발포 시켜 발포 폴리스티렌을 제조할 수 있다.

그 다음, S12단계에서는 상기 발포기의 내부 압력을 0.15~0.25Kgf/cm²으로설정하고, 내부 온도를 90~100℃의 범위 내에서 일정하게 유지한다.

그 다음, 발포기 내부에 스팀을 유입시켜 상기 비드를 발포시켜 발포 폴리스티렌을 제조한다.

이때 상기 설명한 바와 같이 발포제는 투입하지 않으며, 비드에 포함된 발포제를 이용하여 발포시킨다.

상기 발포 시간은 3분 정도가 적당하다.

그 다음, S13단계에서는 상기 발포 폴리스티렌을 1차 숙성시킨다.

이와 같은 숙성과정은 상기 발포 폴리스티렌에 포함된 발포제를 제거하는 역할을 한다.

숙성은 상온에서 이루어지며, 약 8시간 동안 진행한다.

그 다음, S14단계에서는 상기 1차 숙성된 발포 폴리스티렌을 함침기로 이송시킨 후, 이산화탄소를 이용한 함침을 실시한다.

상기 이산화탄소는 함침기 외부의 저장 탱크에 저장된 액화 이산화탄소를 예열기를 통해 기화한 후, 이를 상기 발포 폴리스티렌에 분사하여 함침한다.

이때 예열기의 온도는 85~95℃이며, 바람직하게는 90℃를 유지하도록 한다.

예열기는 액화 이산화탄소의 기화속도를 적당하게 하기 위한 것으로, 상온, 대기압에서도 액화 이산화탄소는 기화되지만 상기 예열기를 사용하여 본 발명에서 필요한 정도의 기화 속도를 얻을 수 있다.

상기 액화 이산화탄소의 투입량은 상기 발포 폴리스티렌의 5~10중량부가 되도록 하며, 투입압력은 3Kgf/cm²로 한다.

상기 함침기의 내부 온도는 65~75℃ 정도가 적당하며, 바람직하게는 70℃가 되도록 한다. 또한, 함침기 내부 압력은 0.1Kgf/cm²가 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 함침기의 내부 온도와 압력에 대한 제한은 함침기 내에서 발포 폴리스티렌이 발포하는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 함침기의 내부 온도가 75℃ 이상에서는 상기 발포 폴리스티렌이 이산화탄소가 발포제로 작용하여 발포가 일어날 수 있으며, 본 발명에서는 이산화탄소를 발포제로 사용하는 것이 아닌 난연성을 부여하기 위하여 투입하는 것이므로, 발포 폴리스티렌의 발포가 진행되지 않는 조건에서 이산화탄소 가스에 함침시킨다.

상기 이산화탄소를 발포제로 이용하여 발포 폴리스티렌을 제조하는 공정은 대한민국 등록특허공보 0160764호에 기재되어 있다.

그러나 이산화탄소를 발포제로 이용하여 발포 폴리스티렌을 제조하면, 접착력과 보온성이 저하되는 문제점이 있으며 이는 금호 미쓰이 화학 주식회사의 홈페이지에서 제공하는 기술문서(http://www.kmci.co.kr/know-how/poly/2.pdf)에서도 확인할 수 있다.

본 발명에서는 상기 이산화탄소를 발포제로 사용하지 않으며, 1차 숙성된 발포 폴리스티렌을 이산화탄소 가스에 함침시켜 그 발포 폴리스티렌에 난연성을 부여하는 것이다.

상기 1차 숙성된 발포 폴리스티렌을 이산화탄소 가스에 함침시키면 그 발포 폴리스티렌의 공극에 이산화탄소가 침투 또는 흡착된다.

상기 이산화탄소는 자기소화성을 가지는 것으로, 소화기 등에 사용하고 있다.

본 발명은 발포 폴리스티렌의 공극 또는 비드의 내부에 이산화탄소를 침투 또는 흡착시킴으로써 발포 폴리스티렌을 난연화 시킨다.

이와 같은 제조공정은 기존의 난연 처리된 비드를 이용하는 것에 비하여 제조비용을 절감할 수 있다.

또한, 난연 처리된 비드를 사용하는 경우 발포 폴리스티렌의 기계적 물성, 단열성 등이 열화될 수 있으나, 본 발명은 발포 폴리스티렌에 이산화탄소를 침투 또는 흡착시킨 것으로, 순수한 발포 폴리스티렌이 가지는 물성을 유지할 수 있게 된다.

그 다음, S15단계에서는 상기 난연 처리가 완료된 발포 폴리스티렌을 상온에서 2차 숙성시킨다.

이때 2차 숙성 시간은 4시간 정도가 적당하다.

그 다음, S16단계에서는 2차 숙성된 난연성 발포 폴리스티렌을 성형한다.

성형된 난연성 발포 폴리스티렌은 건조실로 이송되며, 그 건조실에 건조 및 숙성되어 특정한 형태를 가지는 고체 난연성 발포 폴리스티렌을 얻을 수 있게 된다.

그 다음, S17단계에서는 상기 난연성 발포 폴리스티렌을 적당한 크기 및 형상으로 재단하고, 검사한다.

상기와 같이 본 발명은 이산화탄소의 특성을 이용하여 발포 폴리스티렌 제조과정의 발포제로서 이용하지 않고, 난연성 함침제로 이용함으로써, 난연성이 없는 일반 비드를 이용하여 용이하게 난연성 발포 폴리스티렌을 제조할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 난연성 발포 폴리스티렌을 저가격으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라 난연성 발포 폴리스티렌의 기계적 물성, 보온성 등의 특성을 향상시킬 수 있는 유용한 발명이다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명은 이산화탄소의 자기소화 특성을 이용하여 발포 폴리스티렌 제조과정의 발포제로서 이용하지 않고, 난연성 함침제로 이용함으로써, 난연성이 없는 일반 비드를 이용하여 용이하게 난연성 발포 폴리스티렌을 제조할 수 있게 되어, 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 난연 처리된 비드를 이용하지 않음으로써, 난연성 비드를 사용하여 제조된 난연성 발포 폴리스티렌에 비하여 기계적 물성과 보온성 등의 특성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 난연 처리되지 않은 비드를 발포하는 발포단계와,

   상기 발포된 비드를 1차 숙성시키는 제1숙성단계와,

   상기 1차 숙성된 발포 비드를 65~75℃의 온도와 0.1Kgf/cm²의 압력을 유지하는 함침기 내부로 이송하고, 저장탱크에 저장된 액화 이산화탄소를 발포 비드의 5~10중량부에 해당하는 양을 함침기 측으로 유입시킨 후, 그 유입되는 액화 이산화탄소를 85~95℃의 온도를 유지하는 예열기를 통해 기화시키고, 그 기화된 이산화탄소를 3Kgf/cm²의 압력으로 상기 발포 비드로 분사하여 상기 발포 비드를 이산화탄소에 함침시켜, 그 이산화탄소가 비드의 공극 또는 비드의 내부에 흡착 또는 투입되도록 하여 난연성을 부여하는 난연성함침단계와,

   상기 난연성이 부여된 비드를 2차 숙성시키는 제2숙성단계와,

   상기 2차 숙성된 비드를 성형하고, 건조시키는 성형 및 건조단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 난연성 발포 폴리스티렌 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 제1숙성단계는 상온에서 8시간 동안 발포 비드를 숙성시키며, 제2숙성단계는 상온에서 4시간동안 난연 처리된 발포 비드를 숙성시키는 것을 특징으로 하는 난연성 발포 폴리스티렌 제조방법.
5. 삭제
6. 제 3항에 있어서, 상기 함침기의 바람직한 내부 온도는 75℃이며, 예열기의 바람직한 온도는 90℃인 것을 특징으로 하는 난연성 발포 폴리스티렌 제조방법.