KR100976805B1 - 수도관용 합성수지 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 첨가제로 2-옥틸 도데실 스테아린산(2--octyl dodecyl stearate)을 그리고, 항균제로 은(Ag)을 함유하는 다공성 실리카 복합체 분말을 포함하는 가공성 및 내충격성이 뛰어나고 물리적 특성 및 항균성이 우수한 수도관용 염화비닐 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로 마스터 배치(master batch)의 2-옥틸 도데실 스테아린산과 나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말을 함유한 본 발명의 합성수지 조성물은 정전기 현상이 방지되며, 분산성이 뛰어나고 스크류 내의 과부하가 일어나지 않아 수지의 탄화현상이 일어나지 않아 압출량이 증대되어 생산성의 향상과 인장강도 및 내충격성이 높고, 수압 및 외압에 의한 변형을 최소화할 수 있으며, 인체에 무독하면서도 내화학성 및 향균성이 뛰어난 장점이 있다.

Description

수도관용 합성수지 조성물 및 그의 제조방법{COMPOSITION FOR PLASTIC PIPE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 첨가제로 2-옥틸 도데실 스테아린산(2--octyl dodecyl stearate)을 그리고, 항균제로 은(Ag)을 함유하는 다공성 실리카 복합체 분말을 포함하는 가공성 및 내충격성이 뛰어나고 물리적 특성 및 항균성이 우수한 수도관용 염화비닐 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

염화비닐 수지는 저렴한 가격에 비해 물리, 화학적 성질이 우수하여 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있으나, 내열성, 인장강도 및 내충격성에 취약하고 열변형이나 시간이 경과하면 변색되는 등의 단점이 있어 이를 보완하기 위하여 열안정제, 가공조제, 자외선방지제, 충격보강제, 충진제 등의 첨가제를 사용하고 있다.

그러나 상기의 첨가제들을 사용할 경우, 염화비닐 수지 고유의 우수한 성질을 상실하거나 가공성이 떨어지는 단점이 있어 가공성을 충분히 향상시키기 위하여는 가소제의 사용이 필수적이다.

일반적으로 첨가제 중 가소제는 고무나 합성수지를 가소화하여 성형 가공성을 향상시키거나, 제품에 유연성을 주기 위하여 수지를 첨가하는 액상 또는 고상물질로 이들은 화학구조식에 따라 프탈산계, 호스파이트계, 에폭시계, 폴리에스테르계, 알리페틱계, 항염소계 등으로 분류하거나, 각각의 특성에 따라 내열성, 난연성, 내한성, 내광성, 내이행성, 무취성, 반응성 등으로 분류하기도 한다. 최근에는 이들 가소제 중 프탈레이트 가소제에 대하여 유해성 여부가 논란이 되고 있어, 그 사용을 제한해야 한다는 목소리가 높아가고 있고, 이에 따라 새로운 가소제의 개발이 활발하게 진행되고 있고 있다.

이에 따라, 국내공개특허 제2001-16640호에서는 메타크릴산메틸, 메타크릴산 에스테르 및 아크릴산 에스테르 중에서 선택된 어느 하나를 가소제로 첨가하는 기술이 개발되었으나, 상기의 가소제가 충분히 수지 중에 분산하고 있지 않아 투명성이 저하되거나 연신 등의 2차 가공성의 저하되는 단점이 있었다. 또한, 국내 등록특허 제10-0752503호에서는 폴리메틸메타크릴레이트 등의 메틸 메타크릴레리트계의 가소제를 첨가하는 기술이 개발되었다. 상기의 가소제는 염화비닐 수지의 용융을 빠르게 도와주어 염화비닐 수지의 가공성과 물성을 개선하는 효과가 있으나, 많은 양의 활제를 첨가하여야 함으로 수지관의 내충격성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 수돗물에 다량으로 존재하는 대장균 등의 세균을 살균 소독하기 위하여 염소를 사용하고 있지만 수돗물에 잔존하는 잔류 염소가 인체에 해를 줄 수도 있다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 정체된 수돗물에서 증식하는 세균의 번식을 억제하기에는 현재 사용하고 있는 주철관이나 합성수지관은 많은 문제점을 가지고 있어, 우리나라의 일반 가정에서 수돗물을 그대로 식수로 음용하는 예는 찾아볼 수 없는 실정이다. 따라서, 수돗물에 잔존하는 잔류 염소의 양을 현저히 줄이면서도 수도관 내에서의 세균번식을 방지하기 위한 무독한 항균제의 개발이 절실히 요구되고 있다.

합성수지관의 항균력을 증가시키기 위하여 국내 공개특허 제2008-0070304호에서는 제올라이트, 인산칼슘, 인산지르코늄, 실리카겔 등과 같은 무기물질에 항균작용을 하는 금속이온인 은(Ag), 아연(Zn), 구리(Cu) 등을 치환시켜 제조한 항균 수도관 조성물이 개시되어 있고, 국내등록특허 제0896468호에는 은(Ag)을 플루오르화수소산(HF)에 혼합 및 용해하여 은이온(Ag+)을 제조하고 이를 알킬실록산수지의 실록산과 결합시킨 나노하이브리드복합수지 도료를 플라스틱관에 도포시켜 항균성을 개선시킨 기술이 개시되어 있다.

그러나 폴리염화비닐 수지 조성물의 성분 중 가소제로 2-옥틸 도데실 스테아린산(2--octyl dodecyl stearate) 및 항균제로 은을 함유하는 다공성 실리카 복합제를 사용한 폴리염화비닐 수지 조성물의 개시된 바 없었다.

이에 본 발명자는 첨가제 중 가소제로 2-옥틸 도데실 스테아린산을 그리고 항균제로 나노 은(Ag)을 함유하는 다공성 실리카 복합체 분말을 사용함으로써 정전기 현상이 방지되며, 분산성이 뛰어나고 스크류 내의 과부하가 일어나지 않아 수지의 탄화현상이 일어나지 않으며, 압출량이 증대되어 생산성의 향상과 인장강도 및 내충격성이 높고, 수압 및 외압에 의한 변형을 최소화할 수 있으며, 인체에 무독하면서도 내화학성 및 향균성이 뛰어난 수도관용 합성수지 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자는 예의 연구한 결과, 폴리염화비닐 수지 조성물 중 첨가제로 분말형태의 2-옥틸 도데실 스테아린산을 마스터 배치화(master batch)하여 사용하였고, 또한, 나노 은(Ag) 0.1 ~ 5 중량%와 다공성 실리카 95 ~ 99.9 중량%로 이루어진 나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말을 첨가한 합성수지 조성물을 개발하게 되었다.

즉, 본 발명은 PVC 레진 100 중량부에 대하여, 첨가제로 마스터 배치(master batch)의 2-옥틸 도데실 스테아린산 1 ~ 20 중량부, 나노 은(Ag)을 함유하는 다공성 실리카 복합체 분말 0.2 내지 1.2 중량부, 안정제 3 ~ 10 중량부, 충격보강제 2 ~ 15 중량부, 충진제 0.3 ~ 5 중량부를 함유함을 특징으로 하는 합성수지 조성물로 이루어지거나, 또는 폴리염화비닐 40 ~ 90 중량%와 염소화염화비닐(Chlorinated Poly Vinyl hloride; CPVC) 10 ~ 60 중량%인 혼합수지 100 중량부에 대하여 첨가제로 가소제 1 ~ 20 중량부, 항균제 0.2 내지 1.2 중량부, 안정제 3 ~ 10 중량부, 충격보강제 2 ~ 15 중량부, 충진제 0.3 ~ 5 중량부를 함유함을 특징으로 하는 합성수지 조성물로 이루어진다. 상기의 가소제는 2-옥틸 도데실 스테아린산을 마스터 배치화하였고, 항균제는 나노 은(Ag) 0.1 중량% ~ 5 중량%와 다공성 실리카 95 ~ 99.9 중량%로 이루어진 나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말을 주성분으로 함유함을 특징으로 하고 있다.

마스터 배치(master batch)의 2-옥틸 도데실 스테아린산과 나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말을 함유한 본 발명의 합성수지 조성물은 정전기 현상이 방지되며, 분산성이 뛰어나고 스크류 내의 과부하가 일어나지 않아 수지의 탄화현상이 일어나지 않아 압출량이 증대되어 생산성의 향상과 인장강도 및 내충격성이 높고, 수압 및 외압에 의한 변형을 최소화할 수 있으며, 인체에 무독하면서도 내화학성 및 향균성이 뛰어난 장점이 있다.

본 발명에 따른 충격강도 및 항균성을 향상시킨 수도관용 수지조성물은 PVC 레진 100 중량부에 대하여 첨가제로 마스터 배치(master batch)의 2-옥틸 도데실 스테아린산 1 ~ 20 중량부, 은(Ag)을 함유하는 다공성 실리카 복합체 분말 0.2 내지 1.2 중량부, 안정제 3 ~ 10 중량부, 충격보강제 2 ~ 15 중량부, 충진제 0.3 ~ 5 중량부를 함유함을 특징으로 한다.

또한, 폴리염화비닐 40 ~ 90 중량%와 염소화염화비닐(Chlorinated Poly Vinyl hloride; CPVC) 10 ~ 60 중량%인 혼합수지를 사용할 수도 있다.

상기의 PVC 및 CPVC 레진의 평균 중합도는 800 ~ 1,500의 범위 내인 것을 사용함을 특징으로 한다. 상기 PVC 및 CPVC의 중합도가 800 미만으로 되는 경우, 충격강도 및 인장강도와 같은 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 1,500을 초과하는 경우, 일반적인 가공온도에서 가공이 어려우며, 가공온도를 높일 경우, 열안정성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다. 상기의 PVC 및 CPVC 레진은 염화 비닐 단량체 단독 또는, 염화 비닐 단량체 및 염화 비닐 단량체와 공중합 가능한 다른 단량체의 혼합물을 공지의 방법으로 중합하여 이루어지는 레진으로 상기 염화 비닐 단량체와 공중합 가능한 다른 단량체로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 초산 비닐 등의 알킬 비닐 에스테르류; 에틸렌, 프로필렌 등의 α-모노올레핀류; 염화비닐리덴; 스티렌 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 좋고, 2종류 이상을 병용해도 좋다.

첨가제 중 가소제는 마스터 배치(master batch)의 2-옥틸 도데실 스테아린산을 1 ~ 20 중량부의 양으로 사용한다. 가소제는 제품의 표면성과 가공성을 향상과 상용성을 향상시키는 기능을 한다. 상기의 가소제를 1 중량부 미만으로 사용하는 경우, 충격강도가 약해지는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 20 중량부를 초과하는 경우, 온도저하로 인하여 압출부하가 낮아져 물성이 저하되고 생산원가가 상승되는 문제점이 있을 수 있다.

본 발명에서 사용하는 항균제는 나노 은(Ag) 0.1 ~ 5 중량%와 다공성 실리카 95 ~ 99.9 중량%로 이루어진 나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말 0.2 내지 1.2 중량부를 사용한다. 첨가량을 0.2 중량부 미만으로 첨가하면 항균효과가 미비하며, 1.2 중량부를 초과할 경우 제조원가의 상승의 요인이 된다.

안정제로는 Pb계를 제외한 통상의 Ba의 유기산 금속염, Ca의 유기산 금속염, Cd의 유기산 금속염 및 Mg의 유기산 금속염으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 복합안정제를 3 ~ 10 중량부 사용한다. 상기의 열 안정제는 가공을 위해 가해지는 열에 의한 PVC 및 CPVC 레진의 탄화를 방지해 주는 역할을 한다. 이러한 복합안정제는 수득되는 제품의 내후성 및 안정성을 향상시키는 기능을 한다. 상기 복합 안정제가 3 중량부 미만으로 사용되는 경우, 열안정성이 저하되어 가공 중에 탄화가 일어나는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 7 중량부를 초과하는 경우, 충격강도가 저하되고, 생산원가가 상승되는 문제점이 있을 수 있다. 충격 보강제로는 MBS(Methyl Methacrylate- Butadiene Styrene), CPE(chlorinated polyethylene) 중 어느 하나로 2 ~ 15 중량부를 사용할 수 있다.

충진제로는 통상의 탄산칼슘 또는 탈크 중 어느 하나로 0.3 ~ 5 중량부를 사용한다.

지금까지의 합성수지 조성물에 있어서 충진제는 다른 첨가제에 비해 조성비율이 높은 것이 일반적이나 본 발명에서는 0.3 ~ 5 중량부로 한정한 점에도 특징이 있다 즉, 충진제를 5 중량부 이상 사용할 경우 물성 및 가공성이 저하되고 충격강도가 약해지는 단점이 있다.

이하에서 실시예를 들어서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

중합도 1,300의 폴리염화비닐 레진 100 중량부에 대하여, 첨가제로 마스터 배치(master batch)의 2-옥틸 도데실 스테아린산 10 중량부와 나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말 1 중량부, Mg의 유기산 금속염 5 중량부, MBS 4 중량부, 탄산칼슘 2 중량부로 조성된 폴리염화비닐 수지 조성물을 제조하였다.

실시예 2

실시예 1에서 폴리염화비닐 레진 90 중량%와 염소화염화비닐 10 중량%인 혼합수지 100 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성으로 제조하였다.

실시예 3

실시예 1에서 첨가제로 2-옥틸 도데실 스테아린산 5 중량부와 나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말 0.5 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성으로 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1의 조성 중 2-옥틸 도데실 스테아린산 대신에 프탈레이트산을, 나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말 대신에 Zinc 2-pyridenthol -1-oxide

를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성으로 제조하였다.

비교예 2

상기 실시예 1의 조성 중 2-옥틸 도데실 스테아린산 대신에 프탈레이트산을, 그리고 나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성으로 제조하였다.

상기와 같이 제조된 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2 조성물을 합성수지관 압출기에 각각 넣은 후 동일한 규격(KS규격 지름 100mm)으로 압출 성형하여 파이프를 제조한 후 각각의 파이프에 대하여 인장강도(kg/㎠; ISO 75-1 기준), 열변형온도(℃; ISO 527 기준), 충격강도(kg.㎝/㎝; ISO 179 기준) 및 낙추충격(높이 0.5m; 추무게 10㎏)을 시험하였다.

실시예 및 비교예에 대한 인장강도, 열변형온도, 충격강도 및 낙추충격에 대한 시험의 측정값을 표 1에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예2
인장강도(kg/㎠)	563	572	503	503
열변형온도(℃)	88	91	75	71
충격강도 (kg.㎝/㎝)	79	81	71	70
IZOD 충격값 (kgf.㎝/㎠)	11.00	12.65	7.61	7.54

표 1을 통해 실시예와 비교예의 조성물을 원재료로 하여 합성수지관을 압출 성형한 후 각각의 시험에 대한 측정값을 살펴보면, 인장강도, 열변형온도, 충격강도 및 IZOD 충격값에 대한 시험에서는 본 발명의 조성물인 실시예 1 및 실시예 2가 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 높은 것으로 측정되었고, 특히, 충격강도 및 낙추충격 시험에서는 실시예 1 및 2의 수지관이 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 매우 높은 것으로 확인되었으며, 합성수지관에 요구되는 인장강도, 열변형온도, 충격강도 및 IZOD 충격값에 대하여 PVC만을 주재료로 하여 압출 성형한 합성수지관보다 PVC와 CPVC를 혼합하여 압출 성형한 합성수지관이 뛰어난 것으로 확인되었다.

또한, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 조성물을 원재료로 가로 30cm, 세로 50cm 크기의 대조시편을 제작하여 항균성에 대한 시험을 실시하였다. 시험균주로는 대장균(Escherichia Coil)을 사용하였다. 상기의 시험균주는 고체 배지에 배양한 균주를 상기의 시험시편 3개와 대조시편 1개에 접종한 후 초기 대장균수와 24시간 경과 후의 대장균수를 측정하였다.

	대조시편	실시예 1 시험편	비교예 1 시험편	비교예 2 시험편
접촉 직후 (세균수/ml)	6.1 ＊ 103	6.1 ＊ 103	6.1 ＊ 103	6.1 ＊ 103
24시간 후 (세균수/ml)	2.5 ＊ 105	1.5 ＊ 103	3.8 ＊ 103	2.3 ＊ 105
감소율	-	99.4	98.5	8.0

정균율(%) = (A-B)/A×100

여기에서, A: 대조편에서 대장균을 24시간 배양한 후의 균수

B: 시험편에서 24시간 배양 후의 균수(실시예 1, 비교예 1 및 2)

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 시험 결과 대장균은 초기 6.1×10³에서 24시간 경과 하였을 때, 대조편의 경우 2.5×10⁵, 본 발명의 항균제를 시용한 실시예 1의 시험편은 1.5×10^3, 항균제를 사용하지 않은 비교예 2의 경우 2.3×10⁵로 항균제를 넣지 않은 대조편이나 비교예 2에 비하여 본 발명의 조성물은 91 ~ 99% 이상의 항균 억제 효과를 나타냄을 확인할 수 있었다.

Claims (19)

1. 폴리염화비닐 레진 100 중량부에 대하여, 첨가제로 2-옥틸 도데실 스테아린산 1 ~ 20 중량부, 나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말 0.2 내지 1.2 중량부, 안정제 3 ~ 10 중량부, 충격보강제 2 ~ 15 중량부, 충진제 0.3 ~ 5 중량부를 함유함을 특징으로 하는 폴리염화비닐 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   2-옥틸 도데실 스테아린산은 마스터 배치(master batch)인 것을 폴리염화비닐 수지 조성물.
3. 제1항에 있어서,
   폴리염화비닐 레진은 평균 중합도는 800 ~ 1,500인 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 수지 조성물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   안정제가 Ba의 유기산 금속염, Ca의 유기산 금속염, Cd의 유기산 금속염 및 Mg의 유기산 금속염으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 복합안정제인 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 수지 조성물.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말은 나노 은(Ag) 0.1 ~ 5 중량%와 다공성 실리카 95 ~ 99.9 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 수지 조성물.
6. 폴리염화비닐 40 ~ 90 중량%와 염소화염화비닐 10 ~ 60 중량%인 혼합수지 100 중량부에 대하여 첨가제로 2-옥틸 도데실 스테아린산 1 ~ 20 중량부, 나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말 0.2 내지 1.2 중량부, 안정제 3 ~ 10 중량부, 충격보강제 2 ~ 15 중량부, 충진제 0.3 ~ 5 중량부를 함유함을 특징으로 하는 합성수지 조성물.
7. 제6항에 있어서,
   2-옥틸 도데실 스테아린산은 마스터 배치(master batch)인 것을 특징으로 하는 합성수지 조성물.
8. 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   폴리염화비닐 레진 및 염소화염화비닐 레진은 평균 중합도가 800 ~ 1,500인 것을 특징으로 하는 합성수지 조성물.
9. 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   안정제가 Ba의 유기산 금속염, Ca의 유기산 금속염, Cd의 유기산 금속염 및 Mg의 유기산 금속염으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 1종 이상의 복합안정제인 것을 특징으로 하는 합성수지 조성물.
10. 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노 은(Ag) 다공성 실리카 복합체 분말은 나노 은(Ag) 0.1 ~ 5 중량%와 다공성 실리카 95 ~ 99.9 중량%로 이루어진 것을 특징으로 합성수지 조성물.
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