KR100679553B1

KR100679553B1 - 고기능 피에스용 복합소재 제조방법 및 이에 의한 고기능피에스용 복합소재

Info

Publication number: KR100679553B1
Application number: KR1020060038154A
Authority: KR
Inventors: 이창호; 서경원; 안태광
Original assignee: 이창호
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-02-06

Abstract

본 발명은 고기능 피에스용 복합소재 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 열가소성수지 5 ~ 55 중량부와, 무기물질 40 ~ 95 중량부와, 산화방지제 0.03 ~ 3.5 중량부 및 활제 0.1 ~ 10 중량부를 혼합하여 혼합물을 형성하는 과정과, 상기 혼합물을 성형장치에 의해 성형하는 PS용 복합소재 성형과정과, 상기 PS용 복합소재를 경화시키는 복합소재 경화과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 제품의 분산성, 기계적 특성, 치수 안정성, 가공성 및 열안정성 특성을 향상시키면서도 제조 코스트를 절감하여 가격 경쟁력을 기대할 수 있으며 아울러 작업 환경 개선 효과를 거둘 수 있다.

피에스, 열가소성수지, 무기물질, 산화방지제, 활제

Description

고기능 피에스용 복합소재 제조방법 및 이에 의한 고기능 피에스용 복합소재{PS complex material manufacturing method and PS complex material}

도 1은 본 발명의 피에스용 복합소재 제조방법을 보여주는 플로우챠트

도 2는 도 1의 피에스용 복합소재 제조에 이용되는 설비의 개략적인 도면

도 3은 본 발명의 다른 실시예의 제조방법을 보여주는 플로우챠트

도 4는 본 발명의 복합소재를 혼합하여 성형된 피에스 수지의 조직을 확대하여 보여주는 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 혼합기 15. 압출기

20. 컷팅기구 25. 냉각기

30. 이송장치 35. 포장기

본 발명은 고기능 피에스(PS)용 복합소재 및 제조방법 및 이에 의한 고기능 피에스용 복합소재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제품의 분산성, 기계적 특성, 치수 안정성, 가공성 및 열안정성 특성을 향상시키면서도 제조 코스트를 절감하여 가격 경쟁력을 기대할 수 있으며 아울러 작업 환경 개선 효과를 거둘 수 있는 새로운 고기능 피에스용 복합소재 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 플라스틱 적용 제품 중에는 PS(폴리스틸렌) 제품이 있다. PS 제품은 크게 두 가지, 즉 범용 PS(GPPS)와 내충격성 PS(HIPS)로 분류되며, 이들은 각각 전기 부품(고주파 등의 TV 케비넷), 자동차 부품, 문구(볼펜, 복사기부품), 일용품(완구, 1회용 컵), 유제품 용기, VTR 테이프 하우징 등에 사용된다.

그런데, 현재 사용되고 있는 무기물질 복합소재는 범용 플라스틱인 PP, PE등의 올레핀계 수지에서 Flat Yarn, Injection Molding, PP Band, PP Pipe, Blown Film 등의 용도로 무기물질이 10~40% 첨가되어 사용되고 있다. 그러나, PS용 복합소재는 현재 국내의 기술은 없으며, 이로 인해, 고기능 고농축 복합재료 제조에 따른 제조업체들의 우수한 치수안정성, 기계적 특성, 코스트다운 등의 기대 효과는 없는 실정이다.

또한, 일본의 제품으로 PS에 무기물질 함량 30%일 경우 물성치가 국내의 PP, PE용 복합소재 적용 제품보다 약 2배 정도 우수한 것으로 나타났다. 그러나, 이것은 무기물질의 입자크기(Particle Size), 입도형태 변화와 복합소재화 하는데 사용되는 원수지(Base Resin)의 종류 및 물리적 특성에 따라 분산성의 문제가 발생한다.

따라서, 무기 Filler를 직접 첨가하여 PS 제품 작업시 발생하는 작업환경의 악화, 제품 분산성 문제를 개선시키면서 동시에 PS(HIPS, GPPS)의 기계적 특성 및 열안정성을 유지할 수 있는 제품이 요구되고 있다.

또한, 저가의 PS 제품군들로 인해 플라스틱 가공업체에서는 가격 경쟁력과 채산성이 계속 악화되어 가고 있는 실정임에 반해, 현재 사용되고 있는 무기물질 복합소재는 범용 플라스틱인 PE와 PP 등 올레핀계 수지에만 적용하여 제한적으로 사용되고 있는 실정에 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 제반 문제점을 해소하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 제품의 분산성, 기계적 특성, 치수 안정성, 가공성 및 열안정성 특성을 향상시키면서도 제조 코스트를 절감하여 가격 경쟁력을 기대할 수 있으며 아울러 작업 환경 개선 효과를 거둘 수 있는 새로운 고기능 피에스용 복합소재 제조방법 및 이에 의한 고기능 피에스용 복합소재를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 구현하기 위한 본 발명은 열가소성수지 5 ~ 55 중량부와, 무기물질 40 ~ 95 중량부와, 산화방지제 0.03 ~ 3.5 중량부 및 활제 0.1 ~ 10 중량부를 혼합하여 혼합물을 형성하는 과정과, 상기 혼합물을 성형장치에 의해 성형하는 PS용 복합소재 성형과정과, 상기 PS용 복합소재를 경화시키는 복합소재 경화과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 열가소성수지, 무기물질, 산화방지제 및 활제가 혼합되어 이루어진 혼합물에 분산제를 혼합하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합물을 압출기에 의해 압출하여 PS용 복합소재를 성형하고, 상기 압출기에 의해 성형되는 PS용 복합소재를 컷팅기구(20)에 의해 소정 사이즈로 절단하여 펠릿 형태로 성형하는 것을 특징으로 한다.

상기 PS용 복합소재의 물성을 시험하는 복합소재 물성시험과정과, 상기 PS용 복합소재가 물성시험 조건을 충족하면 PS용 복합소제를 상용화시키기 위한 상용화 시험과정과, 상기 상용화 시험과정을 다음에 상기 PS용 복합소재와 PS 수지를 혼합 성형하는 PS 수지 성형과정과, 상기 PS 수지의 물성을 시험하는 PS 수지 물성시험과정과, 상기 물성시험과정을 거친 PS 수지를 시제품으로 제조하는 시제품 성형과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 이다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 열가소성수지 5 ~ 55 중량부와, 무기물질 40 ~ 95 중량부와, 산화방지제 0.03 ~ 3.5 중량부 및 활제 0.1 ~ 10 중량부를 혼합하여 혼합물을 형성하는 과정을 포함한다.

상기 혼합물 성형과정 이전의 단계에서는 무기물질의 입도, 비표면적, 흡유율 조사를 통해 베이스수지(즉, 수지제품 성형용 수지)와 무기물질의 상용성을 조사한다. 그리고, 이러한 상용성 조사 후에 열가소성수지 5 ~ 55 중량부와, 무기물질 40 ~ 95 중량부와, 산화방지제 0.03 ~ 3.5 중량부 및 활제 0.1 ~ 10 중량부를 혼합기(10)에 투입하여 혼합물을 형성한 다음, 이러한 혼합물을 압출기(15)에 투입하여 PS용 복합소재를 성형한다. PS용 복합소재는 압출기(15)에 의해 길게 압출 성형된다.

열가소성수지로는 PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌), ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 코포리머), PS(폴리스틸렌), EVA(에틸렌 초산비닐 코포리머), SMMA(스틸렌코포리머 말레이안하이드라이드), SBS(스틸렌-부타디엔-스틸렌블록공중합체), MBS(메틸메타크릴레이트-부타디엔-스틸렌터포리머), EVOH(에틸렌비닐알콜), EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 러버), SEBS(스틸렌-에틸렌-부타디엔-스틸렌블록공중합체), CPE(불소화폴리에틸렌),SAN(스틸렌-아크릴로니트릴 코포리머)등이 사용된다.

무기물질로는평균입경 0.01~10㎛의 화이트카본, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 탈크, 마이카, 카오린, 수산화알루미늄, 황산칼슘, 황산바륨, 아황산칼슘, 카본블랙, 크레이, 이산화티탄등이 사용된다.

이때, 산화방지제는 고분자물질 등에 생기기 쉬운 산소의 작용에 의한 자동산화를 방지하기 위해 첨가하는 물질이다. 항산화제(抗酸化劑)라고도 하는데, 여기서는 1차 산화방지제로 페놀계 산화방지제가 있고, 2차 산화방지제로 유황계 산화방지제, 인계 산화방지제가 있다. 페놀계 산화방지제로 2,6-디-t-부틸-p-크레졸, 부틸화하이드록시 아니솔, 2,6-디-t-부틸-4-에틸페놀, 스테아릴-β-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트, 2,2`-메틸렌비스(4-메틸-6-t-부틸페놀), 2,2`-메틸렌비스(4-에틸-6-t-부틸페놀), 4,4`-티오비스(3-메틸-6-t-부틸페놀), 4,4`-부 틸렌비스(3-메틸-6-t-부틸페놀), 3,9-비스[1,1-디메틸-2-[β-(3-t-부틸-4-하이드록시-5-메틸페닐)프로피오닐옥시]에틸]2,4,8,10-테트라옥사스피로[5.5]운데칸, 1,1,3-트리스(2-메틸-4-하이드록시-5-t-부틸페닐)부탄, 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠, 테트라키스-[메틸렌 3-(3`,5`-디-t-부틸-4`-하이드록시페닐)프로피오네이트]메탄, 비스-[3,3`-비스-(4`-하이드록시-3`-t-부틸페닐)부티릭엑시드]글리콜에스테르, 1,3,5-트리스(3`,5`-디-t-부틸-4`-하이드록시벤질)-sec-트리아진2,4,6-(1H,3H,5H)트리온, 토코페롤 등이 사용된다. 유황계 산화방지제로 디라우릴 3,3`-티오디프로피오네이트, 디미리스틸 3,3`-티오디프로피오네이트, 디스테아릴 3,3`-티오디프로피오네이트 등이 사용된다. 인계 산화방지제로는 트리페닐 포스파이트, 디페닐 이소디실 포스파이트, 페닐디이소데실 포스파이트, 4,4`-부틸리덴비스(3-메틸-6-t-부틸 페닐디트리데실)포스파이트, 사이클릭 네오펜탄테트라일비스(옥타데실 포스파이트), 트리스(노닐페닐)포스파이트, 트리스(모노-디노닐페닐)포스파이트, 디이소데실 펜탄에리스트롤 디포스파이트, 9,10-디하이드로-9-옥사-10-포스파펜난트렌-10-옥사이드, 10-(3,5,-디-t-부틸-4-하이드록시벤질)-9,10-디하이드록시벤질-9-옥사-10-포스파페난트렌-10-옥사이드, 10-데시록시-9,10-디하이드로-9-옥시-10-포스파페난트렌, 트리스(2,4-디-t-부틸페닐)포스페이트, 사이클릭 네오펜탄테트라일 비스(2,4-디-t-부틸페닐)포스파이트, 사이클릭 네오펜탄테트라일 비스(2,6-디-t-부틸-4-메틸페닐)포스파이트, 2,2-메틸렌비스(4,6-디-t-부틸페닐)옥틸포스페이트 등이 사용된다.

또한, 활제는 수지와 혼련되어 용융점도를 저하시켜 성형가공성을 좋게 한 다. 그리고, 활제의 사용으로 가공온도가 낮아지고 가공시간이 단축됨에 따라 가공도중의 열화가 감소되어 제품의 질이 향상된다. 활제로는 지방족 탄화수소계로 유동 파라핀, 마이크로크리스탈린왁스, 천연 파라핀, 합성 파라핀, 폴리올레핀 옥스 및 이들의 부분 산화물,혹은 불화물, 염화물 등이 사용되고, 고급 지방산계로 우지, 어유, 야자유, 대두유, 유채씨유, 쌀계 왁스 등이 사용되고, 지방산 아미드계로 고급지방산의 아미드 및 비스아미드가 사용되고, 금속비누계로 C₁₀이상의 지방산의 금속염으로 스테아린산바륨, 스테아린산칼륨, 스테아린산아연, 스테아린산알루미늄, 스테아린산마그네슘 등이 사용되고, 지방산에스테르계로 1가 알코올의 고급지방산에스테르, 다가 알코올의 고급지방산(부분) 에스테르, 몬탄왁스타입의 매우 장쇄의 에스테르, 또는 그 부분 가수분해물 등이 사용된다.

이어서, 압출기(15)에 의해 압출 성형된 PS용 복합소재를 압출기(15) 다음 라인에 설치된 컷팅기구(20)에 의해 소정 사이즈로 절단하여 펠릿 형태로 만든다. 또한, 이처럼 펠릿 형태로 절단된 PS용 복합소재를 냉각기(25)에 의해 냉각시킨다. 그리고, 냉각된 PS용 복합소재를 이송장치(30)로 이송하면서 선별하고, 이렇게 선별되는 복합소재를 계량하여 포장기(35)에 의해 포장한다.

이와 같이 펠렛 형태로 성형된 PS용 복합소재를 실제 수지제품 성형 현장에서 베이스수지(즉, 제품 성형용 PS 수지)에 혼합하여 사용하는데, PS용 복합수지가 펠렛 형태로 성형되어, 실제 현장에서 쉽게 혼합하여 편리하게 사용할 수 있음은 물론 종래에 무기물질 첨가시 발생했던 분진을 없앨 수 있으므로, 작업 환경도 개 선될 수 있다.

실시예 1

용융지수가 18g/10분인 에틸렌 초산비닐 코포리머 15 중량부, 비중이 0.4, 입도가 3㎛인 탄산칼슘 85 중량부, 활제 3 중량부 및 통상의 첨가제를 첨가하여 20분간 교반 혼합한 후 압출기를 사용하여 용융 압출시켜 펠렛을 제조하였다. 제조한 펠렛을 HIPS, GPPS에 10 중량부, 20 중량부를 혼합하여 사출한 후 물성치를 하기 표 2에 나타내었다. 인장강도와 신율은 KSM 3006, 굴곡강도는 KSM 3008, 아이조드 충격강도는 KSM 3055의 시험법에 의해 측정하였다.

비교예 1
용융지수가 5g/10분인 폴리에틸렌 15중량부, 비중이 0.4. 입도가 3㎛인 탄산칼슘 85중량부, 피이왁스 3중량부, 스테아린산아연 2중량부 및 통상의 첨가제를 첨가하여 20분간 교반 혼합한 후 압출기를 사용하여 용융·압출시켜 펠렛을 제조하였다. 제조한 펠렛은 실시예1과 동일한 방법 실험한 후, 아래의 표 1에 나타내었다.

삭제

표 1

	RESIN : 복합소재(90:10)		RESIN : 복합소재(80:20)
	HIPS	GPPS	HIPS	GPPS
인장강도(Kgf/㎠)	252.3	418.6	220.4	386.6
신율(％)	66.8	8.7	54.8	10.8
굴곡강도(Kgf/㎠)	321.8	403	265.4	366
아이조드 충격강도 (Kgf*cm/㎠)	5.6	1.8	4.6	1.9

표 2

	RESIN : 복합소재(90:10)		RESIN : 복합소재(80:20)
	HIPS	GPPS	HIPS	GPPS
인장강도(Kgf/㎠)	256.9	464.4	257.4	420.6
신율(％)	44.5	5.1	39.1	4.5
굴곡강도(Kgf/㎠)	460.9	772.9	443.3	436.9
아이조드 충격강도 (Kgf*cm/㎠)	6.5	1.8	5.6	1.9

표 1과 표 2에서와 같이, 본 발명의 복합소재를 적용한 PS 수지는 신율을 제외한 제반 물성이 종래의 복합소재를 적용한 PS 수지에 비하여 향상됨을 알 수 있다.

이때, 본 발명은 상기 열가소성수지, 무기물질, 산화방지제 및 활제가 혼합되어 이루어진 혼합물에 분산제를 혼합하는 과정을 더 포함할 수 있다. 분산제는 혼합물의 각 성분이 균일하게 분포되어 혼합되도록 하는 기능을 수행한다. 즉, 각 성분이 균일하게 혼합이 잘 되도록 분산시키는 역할을 한다.

한편, 본 발명에 따르면, 압출기(15)에 의해 성형된 PS용 복합소재의 물성을 조사하는 과정을 더 포함할 수 있다. PS용 복합소재의 물성시험과정에서는 복합소재의 분산성, 열적 특성 및 물리적 특성을 조사하게 된다. 도 2는 SEM에 의해 조사된 PS 수지의 조직을 확대하여 보여주는 도면이다. 도 2에 의하면 복합소재의 비중이 높아짐에 따라 조직의 분산성이 더 높아짐을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 1 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 점이 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

이상에서와 같은 본 발명에 의하면, 제품의 분산성, 기계적 특성, 치수 안정성, 가공성 및 열안정성 특성을 향상시키면서도 제조 코스트를 절감하여 가격 경쟁력을 기대할 수 있으며 아울러 작업 환경 개선 효과를 거둘 수 있는 새로운 복합소재 제조방법이 제공될 수 있다.

Claims

삭제
열가소성수지, 무기물질, 산화방지제, 활제 및 상용화제를 혼합기에 의해 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합물 형성과정과, 상기 혼합물 형성과정에서 구비된 혼합물을 성형장치에 의해 성형하는 PS용 복합소재 성형과정과, 상기 PS용 복합소재를 경화시키는 복합소재 경화과정을 포함하며,

상기 혼합물 형성과정은 열가소성수지 5 ~ 55 중량부와, 무기물질 40 ~ 95 중량부와, 산화방지제 0.03 ~ 3.5 중량부와, 활제 0.1 ~ 10 중량부 및 상용화제 0.1 ~ 3.0 중량부를 혼합기에 의해 혼합하여 혼합물을 형성하며,

상기 열가소성수지는 PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌), ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스틸렌 코포리머), PS(폴리스틸렌), EVA(에틸렌 초산비닐 코포리머), SMMA(스틸렌코포리머 말레이안하이드라이드), SBS(스틸렌-부타디엔-스틸렌블록공중합체), MBS(메틸메타크릴레이트-부타디엔-스틸렌터포리머), EVOH(에틸렌비닐알콜), EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 러버), SEBS(스틸렌-에틸렌-부타디엔-스틸렌블록공중합체), CPE(불소화폴리에틸렌),SAN(스틸렌-아크릴로니트릴 코포리머) 중에서 어느 하나를 선택하여 구성하며,

상기 무기물질은 화이트카본, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 탈크, 마이카, 카오린, 수산화알루미늄, 황산칼슘, 황산바륨, 아황산칼슘, 카본블랙, 크레이, 이산화티탄 중에서 어느 하나를 선택하여 구성한 것을 특징으로 하는 고기능 PS용 복합소재 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 혼합물 형성과정에서 형성된 상기 혼합물에 분산제를 혼합하는 분산제 혼합과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고기능 PS용 복합소재 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 PS용 복합소재 성형과정은 상기 혼합물 형성과정에서 형성된 혼합물을 압출기(15)에 의해 압출하여 PS용 복합소재를 길게 성형하는 것을 특징으로 하는 고기능 PS용 복합소재 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 PS용 복합소재 성형과정에서 상기 압출기(15)에 의해 길게 성형되는 PS용 복합소재를 상기 압출기 후단의 컷팅기구(20)에 의해 균일 사이즈로 절단하여 펠릿 형태로 성형하는 펠렛화 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고기능 PS용 복합소재 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 PS용 복합소재 경화과정은 상기 펠렛화 과정에서 상기 컷팅기구(20)에 의해 펠렛화된 PS용 복합소재를 냉각장치(25)에 의해 냉각시켜 경화하는 것을 특징으로 하는 고기능 PS용 복합소재 제조방법.
삭제
제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 의해 제조된 고기능 PS용 복합소재.