KR100899112B1 - 불연성 알루미늄 복합판넬 심재용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 [KS F4737 알루미늄복합패널]의 난연 2급 및 난연 3급 규격을 만족시키는 것으로 열가소성 폴리 올레핀에 비할로겐계 난 연제와 발포제[열 팽창성 마이크로캡슐, F-190D, Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.]를 혼합하여 니더 또는 반바리 믹서에서 컴파운딩 한후, 시트 성형기를 통한 압출 공정에서 발포시켜 비중을 1.35 이하로 낮춘 것을 특징으로 하는 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따라 제조된 알루미늄 복합판넬 심재용 조성물은 우수한 불연성, 경량성, 압출 가공성, 밴딩 특성을 제공한다.
불연성, 알루미늄 복합 판넬, 비할로겐계 난연제, 발포제, 열 팽창성 마이크로캡슐, 경량성

Description

불연성 알루미늄 복합판넬 심재용 조성물 {Incombustible composition for aluminun composite panel}
본 발명은 알루미늄 복합판넬 심재용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열가소성 폴리올레핀에 비할로겐계 난연제와 발포제인 열 팽창성 마이크로캡슐[F-190D, Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.]을 혼합하여 [KS F4737 알루미늄복합패널]의 난연2급 및 난연3급 규격을 만족시킨 것으로 열 팽창성 마이크로캡슐의 발포로 알루미늄복합패널 심재의 비중을 1.35 이하로 낮춘 것을 특징으로 하는 불연성 폴리 올레핀 조성물에 관한 것이다.
건축재 내,외장재로 사용되는 알루미늄복합판넬은 알루미늄, 접착층, 심재(불연성 수지조성물), 접착층, 알루미늄이 순차적으로 형성된 다층 구조를 갖는 바, 상기 다층 구조는 고가인 알루미늄 원판의 사용을 감소시키기 위해 얇은 알루미늄, 바람직하게는 0.5mm 이하의 두께를 갖는 알루미늄판을 구비한 후 심재로서 불연성 폴리올레핀 수지 조성물을 상기 알루미늄판에 접착시키는 구성을 갖는다.
그러나 상기 불연성 수지 조성물은 일반적으로 다량의 난연제를 사용하여 비중이 높을 뿐만 아니라 물성 개선을 위해 상용화제를 사용함으로써 압출 가공성이 현저히 저하되는 문제점 등이 있다.
이러한 일례로서 대한민국특허공개 특2002-0049444호 및 특2002-0036291호에는 저밀도 폴리에틸렌 15 내지 25 중량%, 수산화마그네슘 65 내지 80 중량% 및 상용화제 5 내지 10 중량%를 포함하는 불연성 폴리올레핀 수지 조성물 및 이를 이용한 알루미늄 복합판넬의 제조 방법이 개시되어 있다.
또한 이러한 압출 가공상의 문제와 소재 경량화를 위하여 대한민국특허 등록번호 10-0680822에는 상용화제를 대신하여 경량 필러를 사용한 예가 나와 있으나 경량화가 미흡할 뿐만 아니라 경량 필러의 과도한 입자 크기와 경도로 인하여 압출기 스크류(Screw)의 마모 문제와 이로 인한 압출량 불균일이라는 또 다른 문제점을 양산하였다.
이에 본 발명자는 전술한 문제점을 극복하기 위하여 불연성 열가소성 폴리올레핀 조성물에 대하여 지속적으로 연구하던 중 발포제[Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd., F-190D]를 사용하여 종래의 조성물에 비하여 비중을 획기적으로 낮추고 압출기 마모 문제를 근본적으로 해결하였으며 통상적인 압출기에서 용이하게 압출 가공할 수 있는 KS F2271(건축물의 내장 재료 및 구조의 난연성 시험 방법)에 의거한 난연 2급 이상의 제품을 제조하였다.
본 발명은 종래의 일반적인 불연성 수지 조성물의 단점 즉, 다량의 난연제를 사용하여 비중이 높을 뿐만 아니라 물성 개선을 위해 상용화제를 사용함으로써 압출 가공성이 현저히 저하되는 문제점을 해결하고자 함을 첫번째 과제로 삼고,
또한 상용화제를 대신하여 경량 필러를 사용할 때의 문제점인 압출기 스크류(Screw)의 마모 문제와 이로 인한 압출량 불균일 문제를 해결하고자 함을 두번째 과제로 삼는다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은
열가소성 폴리올레핀과;
비할로겐계 난연제와;
발포제로 구성되며 알루미늄 복합판넬 심재의 비중을 1.35 이하로 낮춘 것을 특징으로 하는 난연성 폴리올레핀 수지 조성물을 과제 해결을 위한 중요한 수단으로 삼는다.
또한 본 발명은 비할로겐계 난연제로서 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 탄산마그네슘, 멜라민시아누레이트(MC), 적인, 암모늄폴리포스페이트(APP), 멜라민포스페이트(MP), 멜라민폴리포스페이트(MPP) 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄 복합판넬 심재용 난연성 폴리올레핀 수지 조성물을 제공하여 상기한 과제를 해결하고자 한다.
한편, 본 발명은 발포제로서 열 팽창성 마이크로캡슐을 사용하여 알루미늄복합판넬 심재용 난연성 폴리올레핀 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 열가소성 폴리올레핀 조성물은 고함량의 비할로겐계 난연제와 발포제(열팽창성 마이크로캡슐)를 폴리올레핀 수지에 충분히 함침시킨 후, 압출 공정에서 Closed Cell 형태로 발포시킴으로서 기존 소재에 비하여 비중을 획기적으로 줄였으며, Open Cell 에서 나타나는 불연(또는 난연) 성능의 저하가 발생되지 않는다. 또한 열팽창성 마이크로캡슐 갖는 탄성에 의해 우수한 밴딩성을 가질 뿐만 아니라, 기존의 경량화 소재에서 발생했던 압출기 스크류의 마모 현상을 방지할 수 있다.
또한 KS F2271에 따르는 불연성, 가스유해성 실험에 대하여 안정적인 결과를 얻을 수 있다.
본 발명은 열가소성 폴리올레핀에 비할로겐계 난연제와 발포제로 열팽창성 마이크로캡슐[Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd., F-190D]을 포함하는 불연성 폴리올레핀 조성물에 관한 것으로 열팽창성 마이크로캡슐의 발포로 심재의 비중이 1.50 이하이면서 [KS F4737 알루미늄복합패널]의 난연2급 및 난연3급 규격을 만족시키는 열가소성 폴리올레핀 조성물을 제공한다.
본 발명에 사용된 열가소성 폴리올레핀으로는 열가소성 수지와 열가소성 고무, 열가소성 탄성체(Thermoplastic Elastomer)의 단독 또는 둘 이상의 혼합물이 적당하며 사용 가능한 열가소성 수지로는 ASTM D 3417에 따른 시차주사열량계(DSC) 측정에서 160℃ 이하, 바람직하게는 140℃ 이하의 Tm 값을 보이는 것으로 예를 들면 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부텐(PB-1), 에틸렌-프로필렌 공중합체(EPR), 프로필렌 알파 올레핀 공중합체(상품명:Versify), 에틸렌-부텐 공중합체(상품명:Tafmer), 에틸렌-헥센 공중합체, 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 에틸렌에틸아크릴레이트(EEA), 에틸렌메틸아크릴레이트(EMA) 등이 가능하다. 또한 사용 가능한 열가소성 고무 및 열가소성 탄성체로는 ASTM D 1505의 밀도 측정에서 밀도가 0.840 g/㎤ 에서 0.930 g/㎤를 가지는 것이 적당한데 이에 해당하는 것으로는 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene 공중합체), SIS(Styrene-Isoprene-Styrene 공중합체)와 이들의 수소첨가 제품인 SEBS(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene 공중합체), SEPS(Styrene-Ethylene-Propylene-Styrene 공중합체) 및HSBR(Hydrogenated Styrene-Butadiene Rubber), EPDM(Ethylene-Propylene-Diene Monomer)/폴리올레핀수지의 동적가교물 등으로 열가소성 폴리올레핀의 사용량은 전체 컴파운드 조성에서 25 중량% 내지 35 중량%가 좋다.
본 발명에 따른 비할로겐계 난연제는 전체 조성물 대비 60 내지 80 중량%, 바람직하게는 70 내지 75 중량%로 사용되며, 사용 가능한 난연제로는 당업자에게 통상적으로 알려진 난연제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 수산화마그네슘, 수산화알루미늄 및 탄산마그네슘, 멜라민시아누레이트(MC), 멜라민포스페이트(MP), 멜라민폴리포스페이트(MPP), 암모늄폴리포스페이트(APP), 적인, 징크보레이트 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직한 입자크기는 1 내지 70㎛, 비 표면적(BET) 0.4 내지 35 ㎡/g 이 좋다.
여기서, 상기 비할로겐계 난연제의 함량이 60 중량% 이하이면 난연성이 감소, 예를 들면 KS F2271에 의거한 난연 2급 이하로 감소되고, 그 함량이 80 중량% 보다 높으면 압출부하 상승으로 인한 가공성이 용이하지 않게 되어 최적 목적물을 제조하는 것이 곤란하다.
본 발명에 따른 발포제는 수지조성물에 포함되어 수지조성물의 비중을 감소시키기 위한 것으로서, 이러한 목적으로 사용되는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 Closed Cell을 형성하는 것이 좋다.
이는 Open Cell이 형성될 경우, Open Cell 내부의 산소로 인해 불연성(또는 난연성)이 급격히 훼손될 뿐만 아니라 알루미늄 판재와의 접착강도가 낮아지는 원인이 되기 때문이다.
그러므로 본 발명에 따른 발포제로는 저비점의 탄화수소를 내포하는 열팽창성 마이크로캡슐(Microcapsule)이 효과적이며, 특히 150℃ 이상의 초기 분해 온도와 210℃ 내지 240℃에서 최대 발포도를 유지하는 것이 좋으며, 사용량은 전체 수지 조성물 대비 5 중량% 이하, 바람직하게는 1 내지 3 중량%를 사용하는 것이 좋다.
상기 발포제의 함량이 전체 수지조성물 중량 대비 5 중량% 이상으로 첨가되면 난연성이 저하될 뿐만 아니라 심재의 강도가 약화되어 부스러질 수 있는 문제점이 발생되기도 한다.
또한, 본 발명에 사용된 열팽창성 마이크로캡슐[Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd., F-190D]은 Shell Material의 탄성으로 인해 쉬트(SHEET) 성형시 Screw의 마모 문제가 발생하지 않으며 발포체에 유연성(밴딩성)을 제공하는 특징도 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 비할로겐계 불연성 폴리올레핀 조성물은 전술한 성분 이외에 상용화제, 산화방지제, 가공조제, 무기필러(마이카, 플라이 애쉬, 흑연분말, 칼슘카보네이트, 탈크 등), 필러분산제 및/또는 제습제, 착색제 등을 추가로 소량 더 첨가할 수 있다.
본 발명의 불연성 폴리올레핀 조성물의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저 전체 조성물 중량 대비 15 내지 35 중량%의 열가소성 폴리올레핀과 60 내지 80 중량%의 비할로겐계 난연제 및 0.1~ 5 중량% (산화칼슘,분산제,난연제)이하의 발포제[Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd., F-190D]및 열안정제와 산화방지제의 혼합물 0.2중량% 를 니더 또는 반버리믹서에 넣고 150℃ 이하에서 용융 분산시킨 후, 140 내지 150℃의 단축 압출기를 통과시켜 펠렛 상의 비할로겐계 불연성 폴리올레핀 수지 조성물을 제조한다. 이렇게 제조된 열가소성 폴리올레핀 조성물은 발포제가 분해되지 않아 그 비중이 1.3 내지 1.7 정도의 값을 갖으나 쉬트 성형기(SHEET EXTRUDER)를 통하여 가공한 후의 비중은 발포제의 함량에 따라 0.4 내지 1.5 정도의 값을 갖게 된다.
본 제품의 시험 방법은 기존 특허(공개번호 특2002-0049444)에 공지된 바에 따르며 이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다.
실시 예 1
저밀도 폴리에틸렌(한화석화, LDPE 737, Tm=103℃)와 에틸렌비닐아세테이트(한화석화, EVA 1125, Tm=80℃)의 혼합물 21.80 중량%와 수산화마그네슘 70.00 중량%, 산화칼슘 5.00 중량%, 분산제 3.00 중량%를 산화방지제와 열안정제의 혼합물 0.20 중량%와 함께 140℃의 니더(75L)에 넣고 용융 혼련시킨 후, 일축 압출기를 통해 펠렛 상으로 제조하였다.
실시 예 2
저밀도 폴리에틸렌(한화석화, LDPE 737, Tm=103℃)와 에틸렌비닐아세테이트(한화석화, EVA 1125, Tm=80℃)의 혼합물 20.30 중량%와 수산화마그네슘 70.00 중량%, 산화칼슘 5.00 중량%, 분산제 3.00 중량%, 발포제[F-190D, Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.] 1.50 중량%를 산화방지제와 열안정제의 혼합물 0.20 중량%와 함께 140℃의 니더(75L)에 넣고 용융 혼련시킨 후, 일축 압출기를 통해 펠렛 상으로 제조하였다.
실시 예 3
저밀도 폴리에틸렌(한화석화, LDPE 737, Tm=103℃)와 에틸렌비닐아세테이트(한화석화, EVA 1125, Tm=80℃)의 혼합물 19.30 중량%와 수산화마그네슘 70.00 중량%, 산화칼슘 5.00 중량%, 분산제 3.00 중량%, 발포제[F-190D, Matsumoto Yushi- Seiyaku Co., Ltd.] 2.50 중량%를 산화방지제와 열안정제의 혼합물 0.20 중량%와 함께 140℃의 니더(75L)에 넣고 용융 혼련시킨 후, 일축 압출기를 통해 펠렛 상으로 제조하였다.
실시 예 4
에틸렌비닐아세테이트(한화석화, EVA 1159, Tm=71℃) 21.70 중량%와 멜라민시아누레이트(Melamine Cyanurate) 70.00 중량%, 분산제 5.00 중량%, 발포제[F-190D, Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.] 3.00 중량%를 산화방지제와 열안정제의 혼합물 0.30 중량%와 함께 125℃의 니더(75L)에 넣고 용융 혼련시킨 후, 일축 압출기를 통해 펠렛 상으로 제조하였다.
실시 예 5
폴리부텐(PB-1, Tm=135℃, MI=27.5)와 프로필렌-α-올레핀 공중합체(Dow, Versify 2300, Density=0.867g/㎤)의 혼합물 20.30 중량%와 수산화마그네슘 70.00 중량%, 산화칼슘 5.00 중량%, 분산제 3.00 중량%, 발포제[F-190D, Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.] 1.50 중량%를 산화방지제와 열안정제의 혼합물 0.20 중량%와 함께 150℃의 니더(75L)에 넣고 용융 혼련시킨 후, 일축 압출기를 통해 펠렛 상으로 제조하였다.
실시 예 6
폴리프로필렌(대한유화, 8088, Tm=136℃)와 스티렌계 열가소성고무(Kuraray, Hybra 7311, Density=0.89g/㎤)의 혼합물 20.80 중량%와 수산화마그네슘 70.00 중량%, 산화칼슘 5.00 중량%, 분산제 3.00 중량%, 발포제 [F-190D, Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.] 1.00 중량%를 산화방지제와 열안정제의 혼합물 0.20 중량%와 함께 150℃의 니더(75L)에 넣고 용융 혼련시킨 후, 일축 압출기를 통해 펠렛 상으로 제조하였다.
실시 예 7
저밀도 폴리에틸렌(한화석화, LDPE 737, Tm=103℃)와 에틸렌비닐아세테이트(한화석화, EVA 1125, Tm=80℃)의 혼합물 16.80 중량%와 수산화마그네슘 70.00 중량%, 산화칼슘 5.00 중량%, 분산제 3.00 중량%, 발포제[F-190D, Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.] 5.00 중량%를 산화방지제와 열안정제의 혼합물 0.20 중량%와 함께 140℃의 니더(75L)에 넣고 용융 혼련시킨 후, 일축 압출기를 통해 펠렛 상으로 제조하였다.
실시 예 8
열가소성 폴리올레핀(Basell, Softell CA02A, Density=0.870g/㎤) 16.80 중량%와 수산화마그네슘 70.00 중량%, 산화칼슘 5.00 중량%, 분산제 3.00 중량%, 발포제[F-190D, Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.] 5.00 중량%를 산화방지제와 열안정제의 혼합물 0.20 중량%와 함께 150℃의 니더(75L)에 넣고 용융 혼련시킨 후, 일축 압출기를 통해 펠렛 상으로 제조하였다.
비교 예 1
전체 수지조성물 중량 기준으로 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE, MI=20, 밀도=0.924)[JL210, SK㈜] 10중량%와 에틸렌공중합체[Engage 8200, 듀폰-다우] 20중량%로 이루어진 폴리올레핀수지 및 난연제인 수산화마그네슘[Magshield S] 65중량%를 온도가 150℃로 맞춰져 있는 110리터 용량의 니더믹서[화인기계]에 넣은 후 약 13분 동안 용융 혼련시켰다. 그 다음, 상기 혼합물에 경량필러(Bulk Density 0.16~0.20g/㎤, 평균입도 90㎛)[SB407, 삼손㈜] 5중량%를 투입하여 약 2분간 혼련시킨 뒤 배출하여 150~170℃로 유지되는 150mm 단축압출기[화인기계]를 통과시켜 펠렛 상의 비할로겐계 난연성 폴리올레핀 수지조성물을 제조하였다.
비교 예 2
저밀도 폴리에틸렌(한화석화, LDPE 737, Tm=103℃)와 에틸렌비닐아세테이트(한화석화, EVA 1125, Tm=80℃)의 혼합물 19.80 중량%와 수산화마그네슘 50.00 중량%, 경량필러(서경CMT, MSD-1000, Bulk Density 0.19g/㎤, 평균입도 5㎛) 20.00 중량%, 산화칼슘 5.00 중량%, 분산제 5.00 중량%를 산화방지제와 열안정제의 혼합물 0.20 중량%와 함께 140℃의 니더(75L)에 넣고 용융 혼련시킨 후, 일축 압출기를 통해 펠렛 상으로 제조하였다.
위의 실시 예 및 비교 예에 대하여 물성 분석과 Sheet 성형기를 이용하여 압 출 성형성을 평가하였으며, 그 결과를 아래에 정리하였다.
[표1] 본 발명의 실시예 및 비교 실시예에 따른 조성물의 물성
구 분 비중 인장 강도 파단 신율 굴곡성 압출 생산성 열처짐 뱅크 형성 난연 2급
- ㎏f/㎠ %
실시예1 - 1.699 127.0 7.8 O O O O 합격
실시예2 발포전 1.697 120.8 9.8 O O O O 합격
발포후 0.778 14.8 5.3
실시예3 발포전 1.707 131.8 7.1 O O O O 합격
발포후 0.588 17.4 6.8
실시예4 발포전 1.233 81.6 10.3 O O O O 합격
발포후 0.506 11.4 13.5
실시예5 발포전 1.655 54.3 69.5 O △ O O 합격
발포후 0.774 29.7 34.5
실시예6 발포전 1.685 83.3 43.1 O O O O 합격
발포후 1.118 31.5 50.2
실시예7 발포전 1.710 114.8 4.5 × × O × 합격
발포후 0.389 * *
실시예8 발포전 1.655 71.8 18.2 O O O △ 합격
발포후 0.570 7.1 5.6
비교예1 - 1.460 O × O O 합격
비교예2 - 1.658 129.2 7.9 O O O O 합격
※ 시편제조
발포 전 : 140℃/Press Molding, 발포 후 : 200~230℃/Press Molding
* : 측정불가 O : 우수 △ : 적합 × : 부적합
표 1에 나타낸 바와 같이 발포제(열 팽창성 마이크로캡슐)를 사용할 경우, 불연성에 손실 없이 효과적으로 소재를 경량화 할 수 있으며, 기존의 경량 필러의 사용으로 인한 Screw 마모 문제를 효과적으로 개선할 수 있다.

Claims (3)

  1. 열가소성 폴리올레핀 15 ~ 35 중량% 과;
    수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 탄산마그네슘, 멜라민시아누레이트(Melamine Cyanurate), 적인, 암모늄폴리포스페이트(APP), 멜라민포스페이트(MP), 멜라민폴리포스페이트(MPP) 중에서 선택되는 비할로겐계 난연제60 ~80 중량% 와;
    열팽창성 마이크로캡슐; 0.1 ~ 5.0 중량%를 발포제로서 포함하며 비중이 1.35 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄복합판넬 심재용 난연성 폴리올레핀 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
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