KR100478436B1 - 발포성과 기계적 강도가 우수한 발포성 폴리스티렌의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 발포성 스티렌 수지의 제조방법은 스티렌 단량체 90-97 중량부, 중합첨가제 및 그라프팅제 0.001-0.5 중량부를 일괄 투입하여 80-90℃에서 2-5시간 동안 현탁중합을 행하고; 상기 현탁중합한 중합체에 발포제 3-10 중량부를 0.5-3시간 동안 일정하게 투입하여 100-130℃에서 1-2시간 동안 유지시켜, 중량평균분자량 30만 이상 및 분자량분포지수 3 이상인 발포 스티렌 수지를 제조하는 단계로 이루어진다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 발포성 스티렌 수지는 중량 평균 분자량이 약 30만 이상이며, 분자량분포지수는 3.0 이상의 값을 갖는다.

Description

발포성과 기계적 강도가 우수한 발포성 폴리스티렌의 제조방법{Method of Preparing Expandable Polystyrene Having Good Expandability and Mechanical Strength}

발명의 분야

본 발명은 우수한 발포성과 기계적 강도를 갖는 발포성 폴리스틸렌(이하, EPS라 함)의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 EPS를 구성하는 폴리스티렌수지가 그라프트 구조를 갖도록 하여 발포성과 기계적 강도가 향상된 EPS의 제조방법에 관한 것이다.

발명의 배경

일반적으로 EPS(Expandable Polystyrene)는 현탁중합법으로 제조된 구상의 스티렌 중합체에 발포제를 침투시켜 열(steam)을 가할 때 발포제가 외기로 확산, 휘발되는 과정에서 발포되도록 제조된 수지를 말한다. 이러한 EPS 수지는 발포시 내부에 독립기포 구조를 형성하게 되어 열이나 소음, 습기에 대한 차단 효과가 좋고 충격흡수성이 좋아서 흡음재, 단열재, 농·수산물 포장재나 가전포장재 등으로 많이 사용되며 토목, 건축, 원예 등에도 사용범위를 확대해 가고 있으며, 이에 따라 폴리스티렌 발포체의 향상된 물성에 대한 요구가 크게 증가하는 추세이다.

EPS는 고강도의 용도에 적용되는 제품과, 우수한 발포성이 요구되는 용도에 적용되는 제품으로 구별될 수 있다.

EPS의 강도를 높이기 위하여 사용되는 방법으로는 스티렌 수지의 분자량을 증가시키는 방법이 일반적이며, 또한, 발포성을 향상시키기 위한 방법으로는 스티렌 수지의 분자량을 작게하는 방법과 가소제를 사용하는 방법 등이 이용된다.

그런데, 발포성을 향상시키기 위해 분자량을 낮추거나, 가소제를 사용하는 방법은 제품의 기계적 강도의 저하 및 발포과정에서 수축이 발생하는 등의 문제점이 있으며, 반대로 기계적 강도의 저하나 발포과정에서 수축이 발생하는 등의 문제를 해결하기 위해 분자량을 증가시키면 발포성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 EPS를 제조하는데 있어서 발포성과 강도를 적정한 정도로 조절하여 생산하거나, 각각의 용도에 따라 별개의 제조 방법을 이용하여 각각을 별도로 생산하는 것이 일반적이며, 우수한 발포성과 기계적 강도를 동시에 만족시키는 EPS의 제조방법은 아직까지 개발되지 않은 실정이다.

이에 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여, EPS를 구성하는 폴리스티렌수지가 그라프트 구조를 갖도록 함으로써, 발포성과 기계적 특성이 향상된 EPS를 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 발포성이 우수한 EPS의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기계적 특성이 우수한 EPS의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기의 목적 및 기타의 목적들은 하기 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 이하 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

본 발명의 발포성 스티렌(EPS)의 제조방법은 스티렌 단량체 90-97 중량부, 중합첨가제 및 그라프팅제 0.001-0.5 중량부를 일괄 투입하여 80-90℃에서 2-5시간 동안 현탁중합을 행하고; 상기 현탁중합한 중합체에 발포제를 0.5-3시간 동안 일정하게 투입하여 100-130℃에서 1-2시간 동안 유지시켜, 중량평균분자량 30만 이상 및 분자량분포지수 3 이상인 발포 스티렌 수지를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

EPS는 통상 현탁중합 방법으로 제조되며, 상기 현탁중합 방법에는 각 성분을 일괄적으로 투입하여 중합시키는 방법과 전량 또는 일부를 연속적으로 투입하는 방법이 있다. 본 발명에서는 일부성분을 연속적으로 투입하는 방법을 이용한다.

즉, 본 발명에서는 스티렌 등 수지를 구성하는 단량체와 다른 첨가 성분은 일괄투입하여 현탁중합으로 중합을 진행하다가, 일정시점에서 발포제를 일정량씩 연속적으로 투입하여 최종 중합물을 제조한다.

발포제로는 C_3-6의 탄화수소, 디클로로디플루오로메탄 등이 있으며, 비점이 폴리스티렌의 연화점보다 낮은 것이어야 한다. 구체적 예로는 프로판, 부탄, 펜탄, 시클로펜탄, 헥산, 시클로헥산 및 이들의 혼합물이 사용될 수 있으며, 이중 펜탄이 가장 바람직하다. 본 발명의 EPS제조에 있어서, 상기 발포제는 3-10 중량부로 첨가된다.

현탁 안정제는 현탁상태를 안정시키기 위해 첨가되는 것이며, 무기 현탁 안정제로 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 트리칼슘포스페이트 등의 불용성 무기염류, 유기현탁안정제로 PVA등이 있다. 본 발명에서는 트리칼슘포스페이트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 현탁안정제는 0.3-0.6 중량부로 첨가된다.

보조 안정제로는 고급지방산의 나트륨염과 같은 수용성인 것과 폴리옥시알킬렌도데실에테르포스페이트와 같은 지용성인 것을 단독 또는 혼합하여 사용한다. 상기 보조 안정제는 0.01 중량부 이하로 첨가한다.

본 발명의 EPS중합에 있어서, 중합 개시제로는 벤조일퍼옥사이드, 4급 부틸퍼벤조에이트 등과 같은 과산화물을 사용한다. 상기 개시제는 총단량체 100 중량부당 0.1-0.5 중량부의 범위로 첨가된다.

본 발명의 EPS는 중합시 그라프트제를 첨가하여, 폴리스티렌수지가 그라프트 구조를 갖도록 함으로써, 발포성과 기계적 특성을 동시에 향상시킨다. 상기 그라프트제는 총 단량체 100 중량부에 대하여 그라프팅제 0.001-0.5 중량부의 범위로 사용된다. 본 발명의 그라프트제로는 2 이상의 이중결합이 있는 단량체를 사용한다. 구체적인 예로는 디비닐벤젠, 부타디엔, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메틸프로판트리아크릴레이트 등이 있으며, 이 중 디비닐벤젠, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메틸프로판트리아크릴레이트가 바람직하다.

본 발명의 방법으로 제조된 EPS 수지의 중량 평균 분자량은 약 30만 이상이며, 분자량분포지수는 3.0이상이다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

이온교환수 130부 트리칼슘포스페이트 0.4부 카르복실릭엑시딕 음이온성분산제 0.002부를 반응기에 도입한 후 스티렌 95부, 폴리옥시에틸렌도데실에테르포스페이트 0.004부, 벤조일퍼옥사이드 0.4부, 디비닐벤젠 0.1부 4급 부티롤퍼벤조에이트 0.1부의 단량체 혼합물을 첨가하여 교반시키면서 90℃로 승온하여 약 5시간동안 유지 하였다. 여기에 펜탄을 2시간 동안 일정하게 투입 후 110℃로 승온하여 약 1시간동안 유지하여 중합을 종료하였다. 중합 종료 후 탈수 및 건조 공정을 통하여 최종 중합물을 제조하였다.

비교실시예 1

그라프트제인 디비닐벤젠을 사용하지 않은 것을 제외하고 상기 실시예와 동일하게 실시하여 중합을 종료하였다.

비교실시예 2

가소제로 톨루엔 1중량부를 사용한 것을 제외하고 비교실시예 1과 동일하게 실시하여 중합을 종료하였다.

비교실시예 3

벤조일퍼옥사이드를 0.2중량부를 사용한 것을 제외하고 비교실시예 1과 동일하게 실시하여 중합을 종료하였다.

상기 실시예와 비교실시예에 의해 중합된 EPS의 물성은 하기 표1에 나타내었다. 분자량은 GPC 법으로 분별하였으며, 다분산지수(PDI)는 M_w를 M_n으로 나눈 값이다. 상기 실시예 및 비교 실시예로부터 제조된 EPS의 강도는 비중이 0.025일 때 JIS A 9511의 규격으로 측정하였다.

		실시예	비교실시예
			1	2	3
시간발포성(5분)		95배	82배	95배	68배
발포후 수축 여부		수축없음	수축발생(105배)	수축발생(107배)	수축없음
분자량(GPC)	Mw(×103)	366	211	208	273
	Mn(×103)	96	92	90	118
	PDI	3.83	2.29	2.31	2.31
강도	압축강도(kgf/cm2)	1.8	1.5	1.2	1.7
	굴곡강도(kgf/cm2)	2.2	2.0	1.6	2.3

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 그라프트제를 사용하지 않은 비교실시예 1의 경우, 발포성 및 기계적 강도가 낮은 것으로 나타났으며, 발포과정에서 수축이 발생하였다. 가소제를 첨가한 비교실시예 2의 경우, 발포성은 증가하였으나, 압축강도 및 굴곡강도가 매우 저하되었다. 비교실시예 3은 개시제를 더 첨가시켜 분자량을 증가시켜 강도를 비교적 향상시켰으나, 발포성이 매우 낮은 값으로 나타났다.

본 발명은 EPS의 중합시 그라프트제를 첨가시킴으로써, 발포성과 기계적 강도가 우수하고, 발포 후 수축현상이 나타나지 않는 EPS 수지의 제조방법을 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (4)

1. 스티렌 단량체 90-97 중량부, 중합첨가제 및 그라프팅제 0.001-0.5 중량부를 일괄 투입하여 80-90℃에서 2-5시간 동안 현탁중합을 행하고;

   상기 현탁중합한 중합체에 발포제 3-10 중량부를 0.5-3시간 동안 일정하게 투입하여 100-130℃에서 1-2시간 동안 유지시켜, 중량평균분자량 30만 이상 및 분자량분포지수 3 이상인 발포 스티렌 수지를 제조하는;

   단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 발포 스티렌 수지의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 중합첨가제는 총 단량체 100중량부당 개시제 0.1-0.5 중량부, 현탁 안정제 0.3-0.6 중량부, 보조안정제 0.01 중량부 이하로 첨가하는 것을 특징으로 하는 발포 스티렌 수지의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 그라프팅제는 2 이상의 이중결합이 있는 단량체인 것을 특징으로 하는 발포 스티렌 수지의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 그라프팅제는 디비닐벤젠, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리메틸프로판트리아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 발포 스티렌 수지의 제조방법.