KR101037360B1 - 복합 기능의 합성 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 규소철과 실리콘 메탈 생산과정에서 생성되는 가스를 수집 여과하여 포집되는 마이크로 실리카 입자인 실리카 흄(Silica fume)과, 제철소의 제강과정에서 발생하는 용융제강 슬래그에 SAT(Slag Atomizing Technology)공법을 적용하여 생산되는 스피넬구조(AB2O4)의 PS 볼((Precious Slag Ball), 화력 발전소등에서 미분탄을 연소하는 과정에서 부산물로서 집진기에서 포집되는 플라이 애쉬(Fly ash)와, 플라스틱이나 고무 제품에 난연재 겸 충진재로 널리 사용되는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘등을 열가소성수지로 용융 결합하여 여러 가지 복합 기능으로서 전자파 차폐기능, 자외선차단과 산화방지기능, 제품의 중량화 및 경량화 기능, 난연기능, 굴곡강도의 고강도화기능, 착색가능기능을 가지는 복합기능의 합성수지 조성물 및 그 제조방법에 대해 개시한다.

Description

복합 기능의 합성 수지 조성물{A synthetic resin composite having complex ability}

본 발명은 복합 기능의 열가소성수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 규소철과 실리콘 메탈 생산과정에서 생성되는 가스를 수집 여과하여 포집되는 마이크로 실리카 입자인 실리카흄(Silica fume)과, 제철소의 제강과정에서 발생하는 용융제강 슬래그에 SAT(Slag Atomizing Technology)공법을 적용하여 생산되는 스피넬구조(AB2O4)의 P.S볼((Precious Slag Ball), 화력 발전소등에서 미분탄을 연소하는 과정에서 부산물로서 집진기에서 포집되는 플라이 애쉬(Fly ash)와, 플라스틱이나 고무 제품에 난연재 겸 충진재로 널리 사용되는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘등을 열가소성수지로 용융 결합하여 여러 가지 복합 기능으로서 전자파 차폐기능, 자외선차단과 산화방지기능, 제품의 중량화 및 경량화 기능, 난연기능, 굴곡강도의 고강도화기능, 착색가능기능을 가지는 복합기능의 합성수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재까지는 합성수지의 휨강도 보강재나 충진재로 사용한 바 없는 실리카흄은 주로 시멘트콘크리트의 수질성 향상 및 고강도화, 부착성향상, 알칼리 실리카 반응 억제 및 화학적 저항성 향상의 콘크리트 혼화재로 사용되어 왔으며 구성성분으로는 이산화가소가 90%, 산화 알루미늄1.5%, 산화제2철 3%, 산화마그네슘 2%가 주성분으로 이산화규소가 대부분이다.

그러나 합성수지 첨가재로 사용할 경우 많은 이점이 있으나 활용되지 못하고 있다.

또한, 제강슬래그는 이제까지 제강과정에서 생기는 슬래그 내의 지금중 일부만을 회수하고 다량의 슬래그를 매립하여 환경오염의 원인이 되기도 하였으나 분무법(Atomizing)에 의해 구형으로 만들면서 슬래그 내 이온들이 스피넬구조의 안정적 복합 산화물로 P.S볼이 생산 되었으나 대개는 시멘트 벽돌이나 연약지반 개량재 혹은 철구조물의 녹 제거용 연마재로 활용될뿐 활성화되지 못하고 있다.

또한 플라이 애쉬는 화력발전소에서 미분탄을 연소로 내에 분사하여 연소시키는 방식으로 석탄회의 80% 이상이 플라이 애쉬로 배출되며 배출되는 플라이 애쉬의 65%이상이 10㎛ 이하의 미세한 입자이다. 무연탄의 경우 30~50%, 유연탄의 경우 10~15% 정도의 회분을 함유하고 있어 이것이 연소로 내에서 연소 후 플라이 애쉬가 된다.

상기와 같은 플라이 애쉬는 실리카흄이나 P.S볼보다는 합성수지 충진재로 활용도가 높으나 아직은 미미한 상태다.

또한, 산업 전과정과 일상 생활속에서 각종 플라스틱 폐기물이 엄청난 양으로 발생하고 있는데 이중 열가소성 합성수지의 폐기물이 결합제의 대부분이나 이를 종류별로 분류 하기란 매우 어려운 일이다 따라서 재활용해야 한다는 공감대는 형성되고 있으나 실제 실행되는 양은 많지 않다. 대부분 재활용되지 못하고 소각되거나 알게 모르게 매립되는 경우가 많은 것이 현실이다. 재활용 되는 폐합성수지도 고부가 가치를 창출하는 분야가 아닌 저가 제품이 전부라고 해도 과언이 아니다.

상기와 같은 결합제인 합성수지폐기물은 소각되고 매립됨으로서 대기 오염과 토양오염으로 인한 사회적 비용은 천문학적 비용이 소요된다. 재활용으로 생산되는 제품들은 그 기능성이나 품질이 국제규격은 물론 국내 KS규격이나 GR등의 규격에 미달되어 국가의 인프라 구축의 시설재로 쓰여지지 못하고 있으므로 다양한 기능과 일정한 품질 이상의 제품으로 거듭나기가 어려운 실정이다.

상기와 같은 물질들을 이용하는 종래기술을 살펴보면, 국내 특허 제45615호에서는 플라이 애쉬와 고로슬래그를 HDPE(고밀도 폴리에틸렌)와 LDPE(저밀도 폴리에틸렌) 및 PP(폴리프로필렌)을 용융 결합하여 P.A.S(Polymen, Ash, Slag) 콘크리트 조성물을 구성하는 기술로서 재생 합성수지를 사용하는 것을 개시하고 있는데, 우선 고밀도 폴리에틸렌 및 저밀도 폴리에틸렌에 폴리프로 필렌은 서로 성질이 다르기 때문에 화학적 결합이 어려우며 여기에 무기 충진제를 혼합할 경우 용융지수(흐름지수)가 떨어져 사출 성형시 미성형이 많아지는 단점과 고로 슬래그는 매우 거칠고 날카로운 모난 구조를 가지고 있어 배합시 골고루 섞이지 않고 용융과 성형과정에서 기계와 금형에 심한 마모현상을 가져온다는 문제점이 있다.

또한 국내특허 제100628880호에서는 풍쇄슬래그 (Atom Ball)와 세라믹볼을 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌등 범용성 수지로 용융 결합하는 조성물을 제시하고 있는데 사용 충진제 즉 풍쇄슬래그, 세라믹볼의 입자를 0.3㎜~1.0㎜ 및 0.2㎜~1.0㎜를 각각 제시하였다. 그러나 풍쇄슬래그나 세라믹볼의 입자가 너무 크기 때문에 표면적이 적어지고 표면적이 적으면 강도가 떨어지는가 하면 제품성형시 금형에 손상을 줄 수 있기도 하고 제품 성형시 미성형 가능성이 높아 특히 사출 성형 방법에서는 미성형률이 매우 높아지며, 정교한 제품을 생산하는 경우 입자가 1.0㎜에 달하면 생산이 어렵다. 보편적으로 바람직한 충진제의 입자는 0.1㎜ 이하가 좋고 충진재 입자가 크면 제품의 수축률이 일정하지 않으며 수축률이 커지는 단점이 있다.

또 다른 국내 특허 제 100577581호에서는 폐기물을 이용한 수지조성물 및 그 제조방법을 개시하고 있으며 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 50~80%에 왕겨분말과 플라이 애쉬를 혼합하는 조성물로서 우수한 인장강도, 굴곡 탄상율, 가공성, 치수 안정성, 열안정성 등을 갖는다고 기술하고 있다

그러나 폐합성수지에 왕겨분말과 플라이 애쉬를 혼합할 경우 인장강도는 떨어지고 굴곡 탄성률은 높아지며 굴곡 탄성률이 높아지면 가공성과 열 안전성은 좋아지지 않고 합성수지의 성질을 그대로 유지한다는 문제점이 있다.

또 다른 국내 특허 제100648710호에서는 플라스틱콘크리트 조성물 및 그 성형품을 개시하고 있다. 여기서는 저밀도 폴리에틸렌 20~30%, 폴리아미드 10~20%, 폴리스티렌 15~25%에 플라이 애쉬 10~20% 및 모래 5~45%를 함유하는 조성물을 공개하고, 제조방법에서는 300~400℃로 1차 용융하고 다시 200~300℃에서 2차 용융하여 압출성형하면 인장강도 및 휨강도 등이 뛰어나고라고 기술하는 바, 여기에서 나열하는 모든 수지는 용융시 온도가 260℃이하이고 300℃이상이면 모두 기화 및 탄화되어 어떤한 결과물도 얻을 수 없다는 문제점과, 또 플라이 애쉬와 모래를 함유하는 압출성형시 인발력이 없어 압출성형이 불가능하고 인장강도는 현저히 약해진다는 단점이 있게 된다.

상기한 종래기술을 종합해 보면 무기물에 합성수지 (폐합성수지포함)를 바인더로 사용하여 생산하는 제품은 저질제품으로 인식되어서 땅 밑에 묻히는 제품이거나 저가의 제품으로 폐기물 재활용의 범위가 축소되고 있는 실정이다.

이러한 재활용제품은 색상을 다양화 할 수 없어 시각적 미적 감각에서 소외되고 있고 제조과정 또한 영세성을 벗어나지 못하고 있으므로 품질이 떨어지기 때문에 국가 기간산업이나 국제적 규격에 적응하지 못하여 재활용 산업이 위축되는 원인이 되고 있다

본 발명은 따라서 상기한 종래의 기술의 문제점을 해결하고, 폐합성수지를 활용하면서 기존의 단순한 기능 및 흑색(Black)이나 쥐색(Dark gray)으로 일관된 제품으로서 고부가 가치나 고품질 또는 디자인 감각등을 창출 할 수 없는 부분을 개선하여 복합 기능을 가질 수 있도록 함으로서 고부가 가치 창출과 재활용 제품의 활용방안을 확대 할 수 있는 과제를 제시 하고자 하며, 복합기능이라 함은 산업현장에서 다양하게 요구되는 기능을 말하며 특히 각 산업에 요구되는 기능으로 IT산업의 발달에 따라 전자파를 차단하는 차폐기능과 통신, 신호제어의 장애를 차단 및 전파방해에 의한 오작동방지기능, 건설산업 현장에서 용도와 기능 별로 난연기능과 비난연기능, 중량이 요구되는 기능, 경량이 요구되는 기능, 산화나 부식 부폐가 되지 않는 기능, 열팽창 최소화 및 치수 안정성 기능, 자외선차단 또는 흡수 기능, 고강도 고충격기능, 미적 감각기능을 선택적으로 제품에다 적용 할 수 있는 복합기능의 합성수지 조성물과 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌 중에서 선택되는 합성수지 30~60wt%; 실리카 흄 및/또는 플라이 애쉬 20~50wt%, PS 볼 20~50wt%와, 합성수지 100중량부 기준으로 6~120중량부의 난연제를 포함하는 복합기능의 합성수지 조성물을 제공한다.

상기에서 난연제는 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 데카브롬, 삼산화 안티몬중에서 선택되는 1종이상을 사용할 수 있고, 상기 난연제 중 수산화 알루미늄 및/또는 수산화 마그네슘을 사용하는 경우 난연제를 합성수지 100중량부 대비 60~120중량부로 사용할 수 있으며, 데카브롬 및/또는 삼산화 안티몬을 사용하는 경우 합성수지 대비 15~20중량부를 사용함이 바람직하다.

또한 상기에서, 합성수지는 입도가 3~10mm, 실리카 흄은 입도가 0.1~0.3㎛, 플라이 애쉬는 입도가 0.001~0.1mm, PS 볼은 입도가 0.1~0.2mm 인 것을, 수산화 마그네슘 또는 수산화 알루미늄은 입도가 1~60㎛인 것을 사용함이 바람직하다.

본 발명의 상기 합성수지 조성물은 합성수지 100중량부 기준으로 1~15중량부의 보강재를 더 함유할 수도 있는데, 상기 보강재로는 5~6mm의 글라스 화이버를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 합성수지 조성물은 합성수지 100중량부 기준으로 0.1~1중량부의 착색용 안료를 더 함유할 수도 있다.

본 발명은 또한, 열가소성 합성수지 30~60wt%와, 실리카 흄 20~50wt%, 플라이 애쉬 20~50wt%, 그리고 난연제를 합성수지 100중량부 대비 6~120중량부를 배합하여 230~260℃의 온도에서 실리더 스크류 70~80rpm으로 용융혼닝하는 단계(S1);

상기단계(S1) 후 합성수지 100중량부 대비 PS 볼을 20~50중량부 투입하고 30L/D 스크류로 배합하는 단계(S2); 그리고

상기단계(S2)에서 토출된 조성물을 230~260℃로 유지되고 스크류가 내장되어 유압압출이 가능한 저장탱크에 저장하는 단계(S3)를 포함하는 복합기능 합성수지 조성물의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한 상기한 방법으로 제조된 조성물을 50~70℃의 금형에 투입하고 50~70kg/㎠으로 압축하되, 금형 내부를 10~20℃의 냉각수를 순환시켜 냉각성형하는 복합기능 수지 조성물로 제조되는 성형품을 제공한다.

본 발명에 의하면, 상기한 바와 같이 복합기능의 합성수지 조성물을 제공하되, 재생된 합성수지를 바인더로하여 전자파 차폐기능, 자외선에 의한 산화방지기능, 난연기능, 고중량화기능, 고강도화기능, 다양화한 착색기능을 창출 할 수 있는 복합기능의 합성수지 조성물을 제공할 수 있게 된다.

본 발명에서는 PS 볼과 수산화 알루미늄을 동시에 사용함으로서 차폐가 가능한 물성을 부여할 수 있게 되고, 자외선에 의한 산화 방지기능은 실라카 흄과 플라이 애쉬를 사용하여 자외선 침투를 차단시켜 물성의 산화를 방지하는 효과와 수산화알루미늄, 데카브롬, 삼산화 안티몬을 배합 자기소화성(V1급), 난연성(Vo급)이 가능해졌으며 고중량화기능은 PS 볼을 활용하여 비중2.0(시멘트콘크리트2.4)이상의 고중량 물성을 이루었으며 수산화알루미늄(백색)과 실리카흄(은회색)이 배합되므로 각 색의 안료(1중량%미만)을 첨가하여 다양한 색상의 제품을 창출 할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 복합기능의 합성수지 조성물을 구성하는 성분의 하나인 실리카흄(Silica fume)은 규소철과 실리콘 메탈의 생산과정에서 가스를 수집 여과하여 포집되는 마이크로 실리카 입자로 초고강도 시멘트콘크리트 혼화재로 사용되며 물리적 특성과 화학적 특성은 각각 다음과 같다.

물리적 특성

화학적 특성

일반적으로 실리카흄은 시멘트콘크리트 혼화재중 팽창재로 널리 알려져 있는데 이는 합성수지 충진재로 사용할 경우도 팽창재로서 기능을 가지기 때문에 합성수지 제품 생산시 두께가 두꺼울 경우 냉각과정에서 두꺼운 부분이 함물되는 현상이 발생하는 것을 실리카흄이 방지함으로 결과적으로 휨강도와 탄성계수가 증가한다.

색상 또한 은회색(Silver gray)으로 건설용 시설재의 색상으로는 아주 고급스럽게 연출하며 각종 안료에 의한 착색이 용이하다. 입경 또한 미세한 분말로서 합성수지와 혼합 용융혼합시 아주 잘 어우러지며 기계나 금형에 전혀 영향을 주지 않는다.

실리카흄은 복합 기능의 합성수지 조성물의 중량기준으로 20~50중량%를 함유하며 보다 더 바람직한 배합 함량은 30~40중량%이다. 상기에서 20%가 되지 않으면 팽창효과가 없고 50%를 넘으면 더 이상 팽창효과의 의미가 없게 된다.

또한 실리카흄은 경량제품 생산에 적합하여 기능성 지붕제, 옥상녹화용시설, 대형화분, 수경제배용 자재등에 적합하며 색상을 고급스럽게 연출 할 수 있어 경전철 및 자기부상열차용 케이블트로프와 기타 시설재로 좋은 효과를 볼 수 있다. 입도는 통상의 0.1~0.3㎛의 것을 사용한다.

또한 본 발명의 복합기능의 합성수지 조성물을 구성하는 성분의 하나인 플라이 애쉬는 화력발전소에서 무연탄이나 유연탄을 연소시킬 때 발생하는 부산물로서 상기 부산물은 바닥으로 떨어지는 바텀 애쉬(Battom ash)와, 절탄기와 공기예열기 아래에 있는 홉바로 떨어지는 신더 애쉬(cinder ash), 연돌을 통해 집진기에 의해 집진되는 미세한 분말의 플라이 애쉬(Fly ash)로 구분된다.

플라이 애쉬의 물리적 특성 및 화학적 특성은 다음과 같다.

물리적특성

비중(진비중) : 1.9~2.3(시멘트 진비중 2/3정도)

입 　도 :　1~100㎛(평균 20~30㎛) Ø0.02~0.03㎜

부피밀도(걷보기비중) : 800~1000kg/㎥

표준규격 : KSF 4049(1979) ASTMC618(1977)

화학적 특성

플라이 애쉬는 이산화규소(SiO2), 알루미나(AI2O3), 산화제2철(Fe2O3), 산화칼슘(CaO)등의 주성분으로 그 형태가 구형이므로 합성수지와의 혼닝이 잘 이루어지고 제품의 굴곡강도가 향상되는 효과를 얻을 수 있으므로 건설용 시설재로 적합하나 색상이 쥐색(Dark gray)으로 보기에 좋지 않으므로 지하매설용 시설재로 사용 가능하며, 연성관 변형제어용 받침대 도로변의 빛물받이, 오수받이 및 통신멘홀(수공1호)과 지하철 지하구간용 케이블트로프에 적합하다 하겠다. 본 발명에서의 배합비율은 20~50중량% 적당하겠으나 보다 바람직한 배합량은 30~40 중량%가 좋다.

본 발명의 또다른 복합기능의 합성수지 조성물의 한 구성 요소인 PS 볼은 제철소의 제강과정에서 발생하는 용융제강슬래그에 SAT(Slag Atomizing Technology)공법을 적용하여 생산한 제품으로 SAT 공법을 적용하면 해리되어 있는 이온들이 안정된 구조로 변하면서 기존 제강 슬래그의 최대 문제점인 Free-CaO에 의한 부피팽창을 해결 할 수 있다. 이러한 풍쇄슬래그 제조방법은 국내 특허 번호 제1996-098062호, 미국특허 번호 제1995-58417738호, 일본특허 제1996-2521030호 에 기술되어있으며 그 개시 내용은 본 발명에서 참고자료로 인용한다.

일반식(AB2O4)은 스피넬구조이며, 정팔면체의 외형에 입방구조로서 팔면체 속에 산소원자 6개에 포위된 B원자 사면체 속에 산소원자 4개로 포위된 A원자로 이루어지는 구조이다.

PS 볼의 물리적 특성과 화학적 특성은 다음과 같다.

물리적특성

화학적 특성(단위중량 %)

PS 볼도 플라이 애쉬나 실리카 흄과 같이 산화제2철(Fe2O3), 이산화규소(SiO2), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO)가 주성분으로 그 형태는 완벽한 구형이다.

PS 볼의 비중은 3.56으로 매우 무거운 물질이면서 입도는 1㎛에서 크게는 5㎜까지 필요한 입도를 선택 할 수 있으므로 본 발명에서는 0.3㎜미만의 입자를 선택 표면적을 최대화함으로서 합성수지와의 혼닝(honing)을 보다 원활하게 할 뿐 아니라 제품 제조시 금형에 손상을 예방할 수 있다.

색상은 검정색(Black)으로 중량을 요구하는 제품 즉 교량기초 프로텍션(Protection) 블럭, 인공어초, 해안호안블럭, 하천제방 블록 제조에 적합하며 특히 전자파 차폐를 요구하는 제품 즉 고속철도나 지하철 경전철 등에 동력선, 통신선, 신호제어선을 수용하는 케이블트로프(Cable Trough )와 전기 통신 관련 시설재에 차폐기능용으로 적합하다. 국내 특허 제100990154호에 따르면 수산화알루미늄분말을 사용하고 금속층이 구성되면 차폐가 가능하다고 기술하고 있는데 금속층을 P.S 볼이 대신할 수 있어 차폐가 가능하다. 또한 2003년 8월 한국전력공사와 공주대 연구팀은 P.S 볼을 이용하여 방사선 차폐콘크리트를 개발 발표한바 있다.

PS 볼의 첨가비율은 20~50중량%로서 PS Ball의 비중이 상대적으로 무겁기 때문에 20~50중량%를 체적비로 보면 크지 않다.

본 발명에서 실리카 흄, PS 볼, 플라이 애쉬와 함께 열가소성수지, 보다 구체적으로 폴리에틸렌(HDPE, LDPE, LLDPE) 또는 폴리프로필렌(PP)외 플리스틸렌(PS)이 결합제로 사용된다. 일반적으로 재생수지로 통칭되나, 제질별 색상별로 선별 재생된 열가소성 합성수지를 주로 사용하고 때로는 분쇄품도 사용할 수 있으며 이때 재생수지의 입자는 Ø3㎜~ Ø10㎜까지 사용 가능하나 보다 효과적인 규격은 Ø3㎜~ Ø5㎜ 입자가 가장 좋다.

상기 열가소성수지는 범용성으로 재활용 가능한 재생수지의 약 78%나 되며 국내 재생업체에서 재질별 색상별로 선별하여 재생하고 있는 업체가 약 300여개 업체에서 생산하고 있으며 재생수지의 순도도 매우 좋다.

본 발명에서 열가소성수지의 배합비율은 조성물의 중량 기준으로 30~60중량% 좋겠으며 보다 더 바람직한 배합비는 40~50중량%이다.

본 발명의 조성물 제조과정을 하기에 설명한다.

제1단계에서 배합하고자 하는 배합 비율에 따라 재료별로 계량하여 배합기로 투입하게 되는데 1회 배합량은 1000kg~1500kg이 바람직하며 필요한 첨가제도 함께 배합하는데 모든 계량은 자동계량 장치에 의하고 배합기는 회전방식과 회전 날개방식이 있으며 어느 것도 무방하다.

1차 용융기를 240℃로 벤드히타에 의해 가열하되 재료에 따라 온도를 230℃~260℃로 조정하여 가열 후 용융기 홉바로 배합된 원료를 투입하면서 스크류를 회전시키데 스크류 회전속도는 70~80rpm정도가 좋다. 회전속도가 높으면 원료가 용융되지 않고 배출된다. 스크류 회전동력은 전기모터를 이용하는데 이때 모터는 DC 모터나 VS 모터가 좋다.

제2단계는 제 1단계에서 용융혼닝된 원료가 토출될때 2차 충진제인 PS 볼을 배합하면서 1차 용융 스크류 rpm에 의해 토출량에 투입하고자 하는 2차 충진제 비율을 맞추어 스프레이식으로 투입해 가면서 바로 2차 용융 실린더 스크류 홉바로 투입하고, 2차 용융 스크류의 회전속도는 70~80rpm으로 1차 용융기와 같이 함이 좋은데, 1,2차 용융기의 규격이 같을 때 바란스가 맞다.

1차, 2차 용융 스크류는 30L/D 즉 스크류 직경에 스크류 길이는 30배 정도는 되는게 가장 이상적이다.

제3단계는 제2단계를 거처 토출되는 용융된 조성물이 제2단계의 온도로 보온되도록 유지된 저장탱크로 유도되어 저장하는데 저장 탱크 역시 실리더 스크류식의 저장탱크에 저장된 조성물을 필요한 량만큼 압출 할 수 있어야 함으로 저장탱크 내 스크류는 유압식으로 조성물을 압출시킬 수 있어야 한다. 저장 되어야 할 조성물은 150L정도가 적당하고 제품에 따라 저장량을 조절 할 수 있도록 한다. 저장된 조성물의 압출은 제품에 따라 평판형 원형모양으로 압출되는데 압출두께 압출폭과 압출굴기가 조절될 수 있는 구조가 바람직하다.

본 발명에서는 또한, 제3단계에서 압출된 조성물을 생산하고자하는 제품금형으로 투입하여 압축방식으로 금형은 50~70℃로 유지하고 압축하는 압력은 50~70kg/㎠로 하며, 금형내부에 냉각수를 순환시켜 냉각 성형하는데 냉각수온도는 10~20℃, 바람직하게는 12~15℃로 성형하는, 복합기능 수지 조성물로 제조되는 성형품을 제공한다.

상기에서 냉각수 온도가 너무 낮으면 제품이 급냉되어 깨질 수도 있고 냉각수 온도가 너무 높으면 냉각시간이 길어지기 때문에 생산성이 떨어진다. 냉각시간은 제품두께에 따라 달라지지만 제품두께가 10㎜일 경우 200초가 적당하다.

또한 본 발명에서 사용하는 난연제로는 UL94VO, V1, V2 등급규정에 따라 수산화알루미늄(AL(OH)3) 또는 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 사용하며 배합되는 합성수지량의 중량기준으로 60~120중량%를 사용하게 된다.

특히 수산화알루미늄이나 수산화마그네슘은 백색도가 좋으므로 제품의 색상을 다양하게 창출 할 수 있고 난연효과와 충진제를 겸하기 때문에 제품의 원가를 절감시킬 수 있으나 다른 충진제 보강제의 함유량에 제약을 받을 수 있다.

또 다른 난연제로 할로겐 화합물인 데카브름 DE-83R과 함께 삼산화안티몬(SD203)을 수지량의 15~20중량%를 사용 할 수 있다.

그 외 인계열의 적인과 수산화마그네슘을 수지량의 10~15중량%로 사용할 수 있으나 적인은 붉은색을 띠고 있어 제품 색상에 영향을 준다. 또 폭발성이 있으므로 주의가 필요하다.

보강제는 일반적으로 사용하고 있는 글라스 화이바를 사용할 수 있고, 이 경우 촙 형태의 5~6㎜가 좋으며 제품중량 기준으로 5~15중량%까지 사용한다.

본 발명에서 사용하는 난연제의 특성은 다음과 같다.

수산화알루미늄

수산화마그네슘

이하에서는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하기의 실시예는 당업자의 실시를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.

[실시예]

재생된 폴리에틸렌(LDPE)칩(입자크기 4~6㎜)과 폴리프로필렌(PP)칩(입자크기 3~5㎜) 및 폴리스틸렌(PS)칩(입자크기 4~6㎜)을 각각 1000kg씩 (충남수지)구매하고, 실리카흄(입자크기 0.1~0.3㎛) 은회색(Silver gray) 1000kg을 (나이콘소재)매입하였고, 플라이 애쉬(입자크기 20~30㎛) 진한쥐색(Dark gray) 1000kg을(홍진콤메트)확보하고 PS 볼(입자크기 100~200㎛) 검정색(Black) 1780kg(에코마이스터) 및 수산화알루미늄(입자크기10~20㎛) 백색(White) 1000kg(KC주식회사)을 구매하여 먼저 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 200kg(31%) 순서에 따라 실리카흄 150kg(23%) 수산화알루미늄150kg(23%)을 배합기에 투입하고 배합기를 2분 동안 가동한 다음 1차용융기 온도가 240℃임을 확인 후 배합된 원료를 1차용융기 홉바에 투입하였다.

약 1분후 용융혼닝된 조성물일 토출될 때 PS 볼을 살수차가 살수하는 식으로 골고루 뿌리면서 150kg(23%)를 투입하여 2차용융기에서 토출되는 조성물이 저장탱크에 저장되기 시작한지 3분만에 약 100kg의 조성물이 저장되기 시작, 압출을 거처 금형에 투입 60kg/㎠ 압력으로 케이블트로프를 생산하였다. 이때 금형온도는 60℃정도였고 냉각수는 15℃로 3분(180초)간 냉각수를 순환시켜 제품을 반복 생산한 결과 18개의 완제품을 생산할 수 있었다.

상기 실시예와 같은 방법으로 5가지의 배합 설계에 의해 제품을 생산하여 압축강도, 인장강도, 휨강도, 아이조드 충격강도, 밀도, 난연성시험, 차폐시험, 색상 등을 시험한 결과가 아래 표와 같다.

복합기능 합성수지 조성물 배합설계

시험결과

상기와 같은 시험결과로 볼 때 압축강도는 시멘트 콘크리트에 비해 15%정도 떨어지나 인장강도와 휨강도 및 아조드 충격강도는 시멘트 콘크리트에 비해 월등히 높고 선행기술의 시험결과 보다도 안정된 결과가 도출됨에 따라 제품의 단면 설계시 불필요한 과잉설계를 피할 수 있으며, 경제적인 제품을 생산 공급 할 수 있게 되었다.

경제적 효과를 시멘트 콘크리트 제품과 비교 검토해 본 결과는 다음과 같다.

따라서 모든 시멘트 콘크리트 2차 제품을 본 발명의 복합기능의 합성수지 조성물로 설계시 제품두께를 1/5로 축소가 가능하므로 제품자체의 가격은 시멘트 콘크리트 2차 제품에 비해 80~90% 수준으로 절약될 수 있으나 운반, 설치 등 시공비를 포함하면 60~70%로 경제적 효과가 매우 크며 또한 복합기능의 합성수지 조성물 제품은 생애주기가 종료 되었을 때 반복 재생산이 가능함으로 생애주기 비용(LCC)를 포함할 경우 시멘트 콘크리트 2차 제품에 비해 약 50%절감의 경제적 효과를 얻을 수 있으며 환경오염과 부존자원 보호를 함께 얻는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 폴리에틸렌 폴리프로필렌, 폴리스틸렌 중에서 선택되며 입도가 3~10㎜인 합성수지 30~60wt%; 입도가 0.1~0.3㎛인 실리카 흄 및/또는 입도가 0.001~0.1㎜인 플라이 애쉬 20~50wt%, 입도가 0.1~0.2㎜인 PS 볼 20~50wt%와 합성수지 100중량부를 기준으로 입도가 1~60㎛인 난연제를 6~120중량부 포함하는 복합기능의 합성수지 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 난연제는 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 데카브롬, 삼산화 안티몬중에서 선택되는 1종이상임을 특징으로 하는 복합기능의 합성수지 조성물.
3. 제 2항에 있어서, 상기 난연제 중 수산화 알루미늄 및/또는 수산화 마그네슘을 사용하는 경우 난연제는 합성수지 100중량부를 기준으로 60~120중량부이고, 데카브롬 및/또는 삼산화 안티몬을 사용하는 경우 난연제는 합성수지 100중량부 기준으로 15~20중량부임을 특징으로 하는 복합기능의 합성수지 조성물.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서 상기 조성물은 합성수지 100중량부를 기준으로 1~15중량부의 보강재를 더 함유함을 특징으로 하는 복합기능의 합성수지 조성물.
6. 제 5항에 있어서, 상기 보강재는 5~6mm의 글라스 화이버임을 특징으로 하는 복합기능의 합성수지 조성물.
7. 제 1항에 있어서, 상기 합성수지 조성물은 합성수지 100중량부를 기준으로 0.1~1중량부의 착색용 안료를 더 함유함을 특징으로 하는 복합기능의 합성수지 조성물.
8. 열가소성 합성수지 30~60wt%와, 실리카 흄 20~50wt%, 플라이 애쉬 20~50wt%, 그리고 난연제를 합성수지 100중량부 대비 6~120중량부를 배합하여 230~260℃의 온도에서 실리더 스크류 70~80rpm으로 용융혼닝하는 단계(S1);
   상기단계(S1) 후 합성수지 100중량부 대비 PS 볼을 20~50중량부로 투입하고 30L/D 스크류로 배합하는 단계(S2); 그리고
   상기단계(S2)에서 토출된 조성물을 230~260℃로 유지되고 스크류가 내장되어 유압압출이 가능한 저장탱크에 저장하는 단계(S3)를 포함하는 복합기능 합성수지 조성물의 제조방법.
9. 제 8항의 방법으로 제조된 조성물을 50~70℃의 금형에 투입하고 50~70kg/㎠으로 압축하되, 금형 내부를 10~20℃의 냉각수를 순환시켜 냉각성형하는 복합기능 수지 조성물로 제조되는 성형품.