KR100786773B1 - 인장강도 및 내후성을 향상시킨 고강도 파이프 제조용수지조성물 및 그로부터 제조되는 고강도 파이프 - Google Patents

인장강도 및 내후성을 향상시킨 고강도 파이프 제조용수지조성물 및 그로부터 제조되는 고강도 파이프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인장강도의 현저한 향상과 내후성 향상을 통한 장기간 사용에 있어서 고강성 특성이 유지되는 고강도 파이프 제조용 수지조성물 및 그로부터 제조되는 고강도 파이프에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 고강도 파이프 제조용 수지조성물은, 폴리염화비닐수지 100중량부, 안정제 3.5 내지 4.5중량부, MBS계 충격보강제 3 내지 5중량부, 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체 3 내지 5중량부, 가공조제 0.5 내지 1.5중량부 및 무기충진제 3 내지 10중량부를 포함하여 이루어지는 것으로서, 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체가 폴리염화비닐 파이프 가공 시에 폴리염화비닐 메트릭스와 상용화 특성을 향상하여 인장 강도 및 내후성 특성을 향상시켜 고강성의 특성을 형성하는 것을 특징으로 한다.
폴리염화비닐수지, 파이프, 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체, 인장강도, 내후성

Description

인장강도 및 내후성을 향상시킨 고강도 파이프 제조용 수지조성물 및 그로부터 제조되는 고강도 파이프 {Resin composition for manufacturing high impact pipe having improved tensile strength and weather proof ability and high impact pipe manufactured therefrom}
본 발명은 인장강도 및 내후성을 향상시킨 고강도 파이프 제조용 수지조성물 및 그로부터 제조되는 고강도 파이프에 관한 것으로 일반적인 강성 파이프에서 취약한 인장강도 및 내후성을 향상하여, 장기간 사용상에서 물성을 유지하는 고강도 파이프에 관한 것이다.
통상의 주철관, 동관 등은 그 과중한 무게로 인하여 작업성의 저하, 산화 및 부식에 의한 통수능력 감소, 적수 및 백수 현상으로 인한 상수도물의 오염 등과 같은 결함을 갖고 있으며, 그에 따라 염화비닐수지(PVC)로 만들어진 염화비닐수지관이 빠르게 수도관으로 대체되어 사용되고 있는 추세이다.
한편, 내식성, 경량에 기한 높은 작업효율성에도 불구하고 염화비닐수지관은 비록 경질의 염화비닐수지로 만들어진다고 해도 내충격성이 약하여 외압에 의해 쉽게 파손된다는 문제점이 있다.　염화비닐수지관은 그 재질의 특성 상 첨가제 등을 보강하 여 내충격성을 높이면 인장강도 및 편평하중강도가 낮아지고, 인장강도 및 편평하중강도를 높이면 내충격성이 낮아지는 역비례관계를 가지고 있어 물성개선에 난점이 있다.
또한 충격보강제로서 염소화폴리에틸렌수지(CPE ; Chlorinated Polyethylene, 이하 ‘CPE'라 한다), 폴리메틸메타크릴레이트-부타디엔-스티렌수지(MBS ; methylmethacrylate-Butadien-Styrene terpolymer , 이하 ’MBS'라 한다), 아크릴수지 등이 사용되고 있으나, 아크릴수지는 장기간의 내후성이 요구되는 플라스틱 창호재 전용 충격보강제로서 일반 파이프 첨가제와의 호환성이 없어서 적절치 못하며, MBS계 충격보강제와 CPE계 충격보강제가 일반 파이프 첨가제로 사용되고 있다.
한편, 폴리염화비닐을 주재료로 하는 파이프의 제조에서, 탄산칼슘이나 활석과 같은 무기충진제를 사용하지 않는 경우, 압출성형과 같은 성형에 있어서, 압출부하가 증가하여 성형이 잘 되지 않는 등 성형성이 극히 저하되어 생산성이 저하되고, 저가의 무기충진제를 사용치 않고, 상대적으로 고가인 수지나 첨가제들을 사용하여야 함에 따라 생산비가 상승하는 등의 문제점이 야기될 수 있어, 통상의 폴리염화비닐수지 파이프의 제조에서는 적어도 3중량부 정도의 무기충진제를 포함하는 것이 일반적이다.
본 발명의 하나의 목적은 강성 염화비닐 파이프의 특성에서 인장강도와 내후성을 향상시켜 장기간 사용 가능한 인장강도 및 내후성을 향상시킨 고강도 파이프 제조용 수지 조성물을 발명하는 것이다.
앞서 기술한 종래의 기술에서 충격강도를 향상하기 위하여 충격보강제 함량을 증가하면, 그 고무적인 특성으로 인하여 인장강도는 현저하게 떨어지는 특성이 있다. 본 발명은 염화비닐 수지와 상용성이 탁월하며 공유결합을 통한 첨가제를 결합시킴으로써 기존 충격보강제를 사용하였을 때의 충격 강도를 유지하면서, 인장강도 및 내후성을 각각 20%와 50% 향상시킬 수 있는 수지 조성물 및 이를 이용하는 성형되는 고강도 파이프 및 이중벽관을 제공한다.
본 발명에 따른 인장강도 및 내후성을 향상시킨 고강도 파이프 제조용 수지 조성물은, 폴리염화비닐수지 100중량부에 대하여, 내열 안정제 3.5 내지 4.5중량부, MBS계 충격보강제 3 내지 5중량부, 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체 3 내지 5중량부, 가공조제 0.5 내지 1.5중량부 및 무기충진제 3 내지 10중량부를 포함하여 이루어진다. 또한, 본 발명은 위와 같은 본 발명의 수지조성물로 성형되는 고강도 파이프 및 이중벽관을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 인장강도 및 내후성을 향상시킨 고강도 파이프 제조용 수지 조성물은, 폴리염화비닐수지 100중량부, 내열 안정제 3.5 내지 4.5중량부, MBS계 충격보강제 3 내지 5중량부, 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체 3 내지 5중량부, 가공조제 0.5 내지 1.5중량부 및 무기충진제 3 내지 10중량부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 조성에서 폴리염화비닐수지는 바람직하게는 중합도 800 내지 1,300의 범위 이내인 것이 사용될 수 있다.　 상기 폴리염화비닐수지의 중합도가 800 미만으로 되는 경우, 충격강도 및 인장강도와 같은 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 1,300을 초과하는 경우, 일반적인 가공온도에서 가공이 어려우며, 가공온도를 높일 경우, 열안정성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 조성에서 안정제는 내열 안정제로서 바람직하게는 상용화된 복합안정제가 사용될 수 있으며, 이러한 내열 안정제는 칼슘(Ca)과 아연(Zn)으로 만들어진 분말상의 복합안정제 혹은 주석(Sn)으로 이루어진 액상 안정제가 사용될 수 있으며, 가공 중에 가공을 위해 가해지는 열에 의한 염화비닐수지의 탄화를 방지해 주는 역할을 한다.　 이러한 복합안정제는 수득되는 제품의 내후성 및 경시안정성을 향상시키는 기능을 한다.　 상기 복합안정제가 3.5중량부 미만으로 사용되는 경우, 열안정성이 저하되어 가공 중에 탄화가 일어나는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 4.5중량부를 초과하는 경우, 충격강도가 저하되고, 생산원가가 상승되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 조성에서 MBS계 충격보강제는 메틸메타크릴레이트-부타디엔-스티렌(MBS; Methylmetacrylate-Butadien-Styrene)계 충격보강제로서, 예를 들어 통상과 같이 메틸메타크릴레이트-부타디엔-스티렌 수지(MBS 수지)가 사용된다.　 상기 MBS계 충격보강제는 충격 보강을 위한 것으로, 3중량부 미만으로 사용되는 경우, 충격강도가 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 5중량부를 초과하는 경우, 압출부하가 높아지고, 생산원가가 상승되는 문제점이 있을 수 있으므로 상기 MBS계 충격보강제는 3 내지 5중량부를 사용한다. 본 발명에서 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체를 사용하여 염화비닐 수지 메트릭스와 매우 높은 상용성으로 충격보강제를 3내지 4중량부를 사용하여도 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체를 사용하지 않았을 때의 3 내지 5중량부의 충격보강제를 사용한 경우와 동일한 충격강도를 나타낸다.
상기 조성에서 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체는 에틸렌비닐 아세테이트(EVA) 공중합체를 기본 중합체로 하여 염화비닐 단량체를 그라프트 중합시켜 만든 삼원중합체(ter-polymer)를 사용하여 기존에서 발현되지 않는 높은 인장강도와 우수한 내후성을 나타낸다. 이는 충격보강제의 사용을 감량하더라도 충격강도를 기존 파이프 제조 조성물에서와 같은 정도로 유지하고, 인장강도의 향상을 위해서는 염화비닐 단량체가 에틸렌비닐아세테이트(EVA)에 그라프트 공중합이 이루어지는 것이 중요하다. 상기 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트 공중합체가 3중량부 미만으로 사용되는 경우, 물성의 향상에 영향을 주지 않는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 5중량부를 초과하는 경우, 초과하여 사용하더라도 물성이 더 높아지지 않고 유지되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 조성에서 가공조제는 수득되는 조성물의 압출성형 시 성형성을 향상 시키기 위함과 동시에 염화비닐수지 메트릭스에의 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체의 혼합을 강화하는 목적으로 사용된다.　 상기 가공조제로는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)가 주성분으로 되어 있는 분자량 500,000 내지 3,000,000의 가공조제가 사용될 수 있다.　 이러한 가공조제는 수득되는 제품의 표면성과 가공성을 향상과 상용성을 향상시키는 기능을 한다.　 상기 가공조제가 0.5중량부 미만으로 사용되는 경우, 가공조제의 효과가 나타나지 않게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 1.5중량부를 초과하는 경우, 압출부하가 높아지고, 생산원가가 상승되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 무기충진제는 3 내지 10중량부의 양으로 사용될 수 있다.　 상기 무기충진제로는 바람직하게는 탄산칼슘이 사용될 수 있다. 상기 무기충진제가 3중량부 미만으로 사용되는 경우, 압출부하가 높아지고, 생산원가가 상승되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 10중량부를 초과하는 경우, 충격강도를 저하시키는 문제점이 있을 수 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.
이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.
실시예 1
중합도 1,000의 폴리염화비닐수지 100중량부에, 내열 안정제로서 칼슘-아연계(Ca-Zn type) 분말 안정제[국내, 경기도 안산 소재 (주)경산유화의 제품 KCW-5 사용] 4중량부와, MBS계 충격보강제로서 메틸메타크릴레이트-부타디엔-스티렌 수지(MBS 수지) 4중량부와, 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체로서 염화비닐 단량체에 에틸렌비닐아세테이트(EVA)가 그라프트 중합된 삼원중합체[국내, 대전 소재 (주)LG화학 제품 LGR50 사용] 4중량부, 가공조제로서 분자량 3,000,000의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 1중량부 및 무기충진제로서 0.07㎛의 평균입경을 갖는 탄산칼슘 8중량부를 혼합한 다음, 통상의 2축 스크류 압출성형기에 투입하여 압출성형하여 파이프를 형성하였으며, 수득된 파이프의 충격강도, 인장강도와 내후성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.　
인장강도는 KS M 3006의 시험법에 따라, 그리고 충격강도는 KS M 3056의 시험법에 따라 각각 측정하였다. 그리고 내후성은 촉진내후성 시험기에서 100시간 노출시켜 색상차이(delta E)를 측정하였다.
실시예 2
실시예 1에서 MBS계 충격보강제(메틸메타크릴레이트-부타디엔-스티렌 수지) 3중량부와, 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체(염화비닐-에틸렌비닐아세테이트 그라프트 삼원중합체) 5중량부를 사용한 것을 달리한 것 외에는 동일하게 실시한 조성물이다.
실시예 3
실시예 1에서 MBS계 충격보강제(메틸메타크릴레이트-부타디엔-스티렌 수지) 5중량부와, 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체(염화비닐-에틸렌비닐아세테이트 그라프트 삼원중합체) 3중량부를 사용한 것을 달리한 것 외에는 동일하게 실시한 조성물이다.
비교예 1
상기 조성에서 MBS계 충격보강제(메틸메타크릴레이트-부타디엔-스티렌 수지)를 8중량부를 사용하고, 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체는 사용하지 않을 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
비교예 2
상기 조성의 MBS계 충격보강제(메틸메타크릴레이트-부타디엔-스티렌 수지)를 사용하지 않고 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체(염화비닐-에틸렌비닐아세테이트 그라프트 삼원중합체) 8중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
항 목 실시예1 실시예2 실시예3 비교예 1 비교예 2
인장강도 (㎏/㎠) 490 495 488 445 495
내후성 (ΔE) 2.7 2.6 2.7 6.3 1.7
충격강도 (㎏㎝/㎝) 14.7 14.9 14.5 14.8 10.3
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 수득되는 파이프는 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체를 특정의 함량의 범위로 성형하는 것에 의해 충격강도는 기존과 같은 수준에서 유지되는 반면, 발명의 목적인 인장강도와 내후성이 공히 향상됨을 확인할 수 있었다.　 인장강도가 향상된다는 것은 플라스틱이 나타낼 수 있는 가장 기본적인 기계적 물성이 향상되었다는 것을 의미하며, 내후성이 향상되었다는 것은 장기간 사용을 하더라도 충격강도, 인장강도와 같은 기계적 물성의 저하가 일어나지 않으며, 외관상의 변화가 없음을 의미한다며, 본 발명에 따라 수득되는 파이프는 인장강도가 10%이상 향상되며, 특히 내후성이 2.5배 이상 향상됨을 확인할 수 있었다.
따라서 본 발명에 의하면 내충격성을 유지하면서 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체를 혼합하여 상용성을 향상하여 인장강도와 내후성을 향상한 파이프를 제공하는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서　 명백한　 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

  1. 폴리염화비닐수지 100중량부에 대하여, 내열 안정제로서 칼슘-아연계 분말 안정제 3.5 내지 4.5중량부; 메틸메타크릴레이트-부타디엔-스티렌(MBS)계 충격보강제 3 내지 5중량부; 염화비닐-에틸렌비닐아세테이트(VC-EVA) 공중합체 3 내지 5중량부; 성형 제품의 표면성을 위한 가공조제 0.5 내지 1.5중량부; 및 무기충진제로서 탄산칼슘 3 내지 10중량부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 수지조성물.
  2. 청구항 1의 수지조성물로 성형되는 것을 특징으로 하는 고강도 파이프.
  3. 청구항 1의 수지조성물로 성형되는 것을 특징으로 하는 이중벽관.
KR1020060065382A 2006-07-12 2006-07-12 인장강도 및 내후성을 향상시킨 고강도 파이프 제조용수지조성물 및 그로부터 제조되는 고강도 파이프 KR100786773B1 (ko)

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