KR101096797B1

KR101096797B1 - 발포성 폴리스티렌 비드 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101096797B1
Application number: KR1020070118165A
Authority: KR
Inventors: 김윤철; 최원경; 이종환; 주철하
Original assignee: 현대이피 주식회사
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2011-12-22
Also published as: DE112007003711T5; KR20090051670A; WO2009066827A1

Abstract

본 발명의 목적은, 종래의 발포성 폴리스티렌 비드에서는 사용된 적이 없는 새로운 난연성 물질을 함유하는 새로운 발포성 폴리스티렌 비드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명에서 제공하는 발포성 폴리스티렌 비드는, 스티렌계 폴리머 입자; 상기 스티렌계 폴리머 입자에 함침되어 있는 발포제; 및 상기 스티렌계 폴리머 입자 내에 분산되어 있는 팽창 질석 분말;을 포함한다.

발포성 폴리스티렌 비드

Description

발포성 폴리스티렌 비드 및 그 제조방법 {EXPANDABLE POLYSTYRENE BEAD AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 "발포성 폴리스티렌 비드 (expandable polystyrene bead)" 및 그 제조방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 향상된 난연성을 갖는 발포성 폴리스티렌 비드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

"폴리스티렌 발포체 성형물 (moulded parts made of expanded polystyrene)"은, 그 우수한 단열성으로 인하여, 건축재료 등으로서 널리 사용되고 있다. 폴리스티렌 발포체 성형물은, 다수의 발포성 폴리스티렌 비드를 발포시킨 후 성형함으로써 얻을 수 있다. 전통적인 폴리스티렌 발포체 성형물은, 단열성 및 시공성은 우수하지만, 난연성이 취약하다는 단점을 가지고 있어서, 건축재료로서 광범위하게 사용되기에 많은 어려움이 있었다.

그리하여, 폴리스티렌 발포체 성형물의 난연성을 향상시키기 위한 다양한 방식의 노력이 시도되었는데, 그러한 노력 중의 하나가, 난연제가 함유된 발포성 폴리스티렌 비드를 제공하는 것이다. 이러한 경우에, 발포된 폴리스티렌 비드가 갖게 되는 물성을 저해하지 않는 동시에, 발포된 폴리스티렌 비드가 우수한 난연성을 발 휘하도록 할 수 있는 효과적인 난연제를 발견하는 것은 용이한 일이 아니다. 종래의 난연제가 함유된 발포성 폴리스티렌 비드의 경우, 할로겐계 난연제, 인계 난연제, 팽창 흑연 분말 등과 같은 난연성 물질의 사용이 제안된 바 있다.

구체적인 예를 들면, 미국특허 제 6,444,714 호에는, 수현탁액 중에서, 선택적으로는 적어도 하나의 코모노머와 함께, 스티렌을 중합하므로써 발포성 스티렌 폴리머 비드형 입자를 제조하는 방법으로서, 상기 모노머를 기준으로 하여 5 내지 50 중량%의 "팽창된 흑연 (expanded graphite)"과 2 내지 20%의 인계 난연제의 존재 하에 상기 중합을 수행하는 단계와, 탄소수가 4 내지 6인 적어도 하나의 지방족 탄화수소 발포제를 상기 중합의 이전에, 동안에, 또는 후에 첨가하는 단계를 포함하며, 그에 따라, 평균직경이 0.2 내지 2.0 mm 인 발포성 스티렌 비드형 입자를 제공하는 방법이 개시되어 있다. 미국특허 제 6,444,714 호에는 또한, 스티렌 및 선택적으로 적어도 하나의 코모노머의 중합체; 균일하게 분산되어 있는 난연제로서 5 내지 50 중량%의 팽창된 흑연; 및 탄소수가 4 내지 6 인 적어도 하나의 지방족 탄화수소 발포제;를 포함하는 발포성 스티렌 폴리머 입자 분말로서, 상기 팽창된 흑연이 20 내지 100 ㎛의 평균입자크기를 가지고 있고, 상기 스티렌 폴리머 입자는 0.2 내지 2.0 mm 의 평균직경을 갖고 있는, 발포성 스티렌 폴리머 입자 분말이 개시되어 있다.

본 발명의 기본적인 목적은, 향상된 난연성 및 우수한 단열성을 발휘하는 폴리스티렌 발포체 성형물을 얻을 수 있도록 하는 발포성 폴리스티렌 비드 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 구체적인 목적은, 종래의 발포성 폴리스티렌 비드에서는 사용된 적이 없는 새로운 난연성 물질을 함유하는 새로운 발포성 폴리스티렌 비드 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 제공하는 발포성 폴리스티렌 비드는,

스티렌계 폴리머 입자;

상기 스티렌계 폴리머 입자에 함침되어 있는 발포제; 및

상기 스티렌계 폴리머 입자 내에 분산되어 있는 팽창 질석 분말;을 포함한다.

본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드 제1 제조방법은,

팽창 질석 분말이 분산되어 있는 수계 반응매질 상에서, 선택적으로는 보조 난연제 또는 무기충진제의 추가적 존재하에서, 스티렌 모노머의 현탁중합, 또는 스티렌 모노머와 적어도 하나의 코모노머의 현탁중합을 진행시키는 단계; 및

상기 현탁중합의 개시 이전에, 상기 현탁중합 중에, 또는 상기 현탁중합 이후에 발포제를 첨가하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드 제2 제조방법은,

스티렌계 폴리머와 팽창 질석 분말을 콤파운딩한 후 압출하면서 절단하므로써, 질석 분말이 분산되어 있는 스티렌계 폴리머 입자를 생성시키는 단계; 및

상기 팽창 질석 분말이 분산되어 있는 스티렌계 폴리머 입자에 발포제를 첨가하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드에서 주된 난연제로 사용되고 있는 팽창 질석(vermiculite)은 삽층 층상구조의 점토광물로서, 일반적으로 금운모나 흑운모의 변질산물인 함수운모를 의미한다. 질석의 구조식은 M_x(Mg, Fe)₆(Si_- _xAl_x)0₂0(OH)_yH₂O 의 형태를 갖는데, 이 구조식에서 x는 1~1.4, y는 약 8이고, M 은 교환성 양이온으로 Mg⁺⁺, Ca⁺⁺ 등이다. 이러한 질석은 흑운모와 비슷한 이다. 광물중에서 유일하게, 질석은 흡수수, 층간수 및 결정수의 3가지 수분을 함유하고 있는 특이한 광물이다. 질석은 상온에서 충분히 수화한 상태이며 층간에 두층의 물층과 미량의 교환성이온이 존재하며, 그 층간거리는 14.2Å 인 것으로 알려져 있다. 이러한 질석은, 가열시 결정속에서 발생하는 수증기의 압력으로 인한 박리 팽창 현상에 의하여 거머리와 같이 늘어나는 성질이 있다.

질석을 열처리하여 팽창시키면 열처리의 조건과 원료의 성질에 따라서 약 6 ~ 20 배 정도로 팽창되어진다. 열에 의해서 박리 팽창된 "팽창된 질석 (expanded vermiculite)"은, 저비중, 우수한 단열성 및 차음성을 가지고 있어서, 단열재, 경량 콘크리트의 골재, 흡음재 등으로 사용되고 있다. 그 외에도 종이, 플라스틱, 도 료의 충진제(filler), 중량제 등으로도 쓰이고, 포장용 팩킹(packing)재료로도 쓰이고 있다.

그러나, 이러한 팽창 질석이, 난연제로서는 물론이고 무기충진제로서도, 발포성 폴리스티렌 비드에 사용된 사례가 없었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명에서 확인된 바에 의하면, 팽창 질석 분말을 함유하는 발포성 폴리스티렌 비드를 사용하여 제조된 폴리스티렌 발포체 성형물이 매우 우수한 난연성을 발휘하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 팽창 질석 분말은, 발포성 폴리스티렌 비드의 발포성능, 발포된 폴리스티렌 비드의 기타 물성을 저해하지 않는 것으로 밝혀졌다. 더우기, 팽창 질석은 종래에 사용되었던 팽창 흑연과 같은 난연성 물질에 비하여 그 가격이 매우 저렴하기 때문에, 고난연 발포성 폴리스티렌 비드의 매우 경제적인 제조를 가능하게 한다.

이하에서는, 본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드를 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드는,

스티렌계 폴리머 입자;

상기 스티렌계 폴리머 입자에 함침되어 있는 발포제; 및

스티렌계 폴리머 입자는 폴리스티렌일 수 있다. 또는, 스티렌계 폴리머 입자 는 스티렌과 적어도 하나의 코모노머의 중합체로 이루어질 수도 있다. 상기 코모노머로서는, 예를 들면, "에틸렌계 불포화 모노머 (ethylenically unsaturated monomers)", 알킬스티렌(alkylstyrenes), 디비닐벤젠(divinylbenzene), 아크릴로니트릴(acrylonitrile), 알파메틸스티렌(α-methylstyrene), 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate) 및 비닐아크릴레이트 모노머 중에서 선택되는 적어도 하나의 화합물이 사용될 수 있다.

스티렌계 폴리머 입자는, 발포후에 발포된 입자 전체의 밀도가 약 5 g/ℓ 내지 약 20 g/ℓ 의 범위가 될 수 있는 물성을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 발포된 스티렌계 폴리머 입자는 더욱 우수한 단열성을 발휘할 수 있다. 발포후에 입자 전체의 밀도가 약 5 g/ℓ 내지 약 20 g/ℓ 의 범위가 될 수 있는 물성을 갖는 스티렌계 폴리머로서는, 구체적인 예를 들면, 중량평균분자량이 약 100,000 내지 약 400,000 인 폴리스티렌이 사용될 수 있다.

스티렌계 폴리머 입자의 형태나 크기는 특별히 제한되지 않는다. 통상적으로는, 스티렌계 폴리머 입자의 평균입자크기는 약 0.3 내지 약 3.0 mm 일 수 있다. 스티렌계 폴리머 입자는 통상적으로 구형 또는 타원형 입자의 형태일 수 있다.

발포제는 스티렌계 폴리머 입자에 함침되어 있는데, 추후 발포공정에서, 스티렌계 폴리머 입자의 발포를 촉진시키는 역할을 한다. 발포제로서는, 예를 들면, 탄소수 4 내지 6의 지방족 탄화수소 화합물이 사용될 수 있다. 발포제의 함량은, 통상적인 예를 들면, 스티렌계 폴리머 입자 100 중량부를 기준으로 하여, 약 3 내 지 약 8 중량부일 수 있다. 바람직하게는, 발포제의 함량은, 발포된 스티렌계 폴리머 입자가 약 5 g/ℓ 내지 약 20 g/ℓ 의 범위의 밀도를 갖도록 조절될 수 있다.

팽창 질석 분말은 스티렌계 폴리머 입자 내에 분산되어 있다. 팽창 질석 분말의 입자크기가 너무 작으면, 흡수력 및 이온교환능력이 미약하여, 절연성, 난연성 및 자기소화성의 만족할 만한 수준을 얻기가 어려울 수 있다. 또한, 발포성 폴리스티렌 비드의 발포성형과정에서, 제품의 수축으로 인한 강도 및 치수안정성 저하가 발생될 수 있다.

반면에, 팽창 질석 분말의 입자크기가 너무 크면, 현탁중합법에 기초한 발포성 폴리스티렌 비드 제조 과정에서, 현탁반응액의 안정성이 저하되고, 제조된 폴리스티렌 입자의 내부 물 함량이 너무 높아져서 추후 발포성형과정에서 어려움이 발생할 수 있다. 또한, 폴리스티렌 입자 내로 질석이 원할하게 투입되지 못하게 되어, 폴리스티렌 입자에 구멍을 발생시키게 되고, 그에 따라, 폴리스티렌 입자가 적정한 발포제 함량을 갖는 것을 방해하게 되며, 폴리스티렌 입자의 형태가 둥글지 않게 될 수 있다. 이러한 경우, 발포성 폴리스티렌 비드의 발포가 용이하지 않을 수 있고, 발포가 되더라도 가공성, 강도, 치수안정성 등이 저하될 수 있다.

따라서 바람직한 예를 들면, 팽창 질석 분말의 평균입자크기는 약 30 내지 약 150 ㎛ 인 것이 바람직하고, 약 40 내지 약 50 ㎛ 인 것이 더욱 바람직하다.

팽창 질석 분말의 함량이 너무 작으면 난연성 향상 효과가 미약할 수 있다. 또한, 성형 후 심재의 강도 및 치수안정성이 저하될 수 있고, 불을 끄는 역할을 자동적으로 수행하지 못하여 난연성 및 자기소화성이 불충분할 수 있다.

반면에, 팽창 질석 분말의 함량이 너무 크면, 팽창 질석 분말의 존재하에서의 현탁중합법에 의한 발포성 폴리스티렌 비드 제조시에, 중합된 폴리스티렌 입자의 크기가 과도하게 작아질 수 있다. 또한, 중합된 폴리스티렌 입자가 종횡비가 큰 바늘의 형태를 가지게 되고, 심한 경우에는, 중합 자체가 실패할 수도 있다. 또한, 발포성형시에, 발포된 폴리스티렌 비드 간의 융착성이 과도하게 저하될 수도 있다. 이러한 경우, 폴리스티렌 발포체 성형품은 저융착에 의한 수축을 겪게 되고, 제품 원래의 모양을 유지하지 못할 뿐만아니라, 팽창 질석 분말의 뭉침현상이 발생하게 되어, 폴리스티렌 발포체 성형품의 품질이 매우 저하될 수 있다.

따라서 바람직한 예를 들면, 팽창 질석 분말의 함량은, 스티렌계 폴리머 100 중량부를 기준으로 하여, 약 0.1 내지 약 50 중량부인 것이 바람직하고, 약 1 내지 약 12 중량부인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드의 다른 구현예는 보조 난연제를 더 포함할 수 있다. 보조 난연제는 팽창 질석 분말의 난연 효과를 더욱 상승시키기 위하여 사용된다.

보조 난연제로서는, 예를 들면, 인계 난연제, 브롬계 난연제, 팽창흑연, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 인계 난연제로서는, 예를 들면, 무기 또는 유기 포스페이트, 포스파이트 또는 포스포네이트, 또는 적린, 또는 이들의 조합이 사용 될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 인계 난연제로서, 디페닐 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 디페닐 크레실 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트, 레조시놀 디페닐 포스페이트, 멜라민 포스페이트, 디메틸 페닐 포스포네이트 및 디메틸 메틸포스포네이트 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물이 사용될 수 있다. 브롬계 난연제로서는, 예를 들면, HBCD(hexabromocyclododecane), DBDPO (decabromo diphenyloxide), 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.

보조 난연제의 함량이 너무 작으면 난연성 상승 효과가 미약할 수 있다. 보조 난연제의 함량이 너무 과도하게 되면, 팽창 질석 분말의 존재하에서의 현탁중합법에 의한 발포성 폴리스티렌 비드 제조시, 현탁액의 분산 안정성이 저하될 수 있고, 또한, 발포성형과정에서 융착성이 저하될 수 있다. 바람직한 예를 들면, 보조 난연 제의 함량은, 스티렌계 폴리머 100 중량부를 기준으로 하여, 약 0.1 내지 약 30 중량부인 것이 바람직하고, 약 1 내지 약 10 중량부인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드의 또 다른 구현예는 무기충진제를 더 포함할 수 있다. 무기 충진제의 추가 사용을 통하여, 발포된 폴리스티렌 발포체 성형품의 강도 및 치수안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.

무기충진제로서는, 예를 들면, 탈크, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘, 그라파이트, 금속분말(예를 들면, 구형 또는 판상 알루미늄 분말), 금속산화물분말(예를 들면, 산화규소), 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.

무기충진제의 함량이 너무 작으면 그 첨가 효과가 미약할 수 있다. 무기충진 제의 함량이 너무 과도하게 되면, 팽창 질석 분말의 존재하에서의 현탁중합법에 의한 발포성 폴리스티렌 비드 제조시, 현탁액의 분산 안정성이 저하될 수 있고, 또한, 발포성형과정에서 융착성이 저하될 수 있다. 바람직한 예를 들면, 무기충진제의 함량은, 스티렌계 폴리머 100 중량부를 기준으로 하여, 약 0.1 내지 약 30 중량부인 것이 바람직하고, 약 1 내지 약 10 중량부인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드는, 예를 들면, 팽창 질석 분말 존재하에서의 현탁중합법, 또는 콤파운딩법에 의하여 제조될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드 제1 제조방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드 제1 제조방법은,

팽창 질석 분말이 분산되어 있는 수계 반응매질 상에서, 선택적으로는 보조 난연제 또는 무기충진제의 추가적 존재하에, 스티렌 모노머의 현탁중합, 또는 스티렌 모노머와 적어도 하나의 코모노머의 현탁중합을 진행시키는 단계; 및

본 발명의 제1제조방법에 있어서, 스티렌 모노머의 현탁중합을 통하여 스티렌계 폴리머 입자가 성장하는 과정에서, 수계 반응매질 상에 분산되어 있는 팽창 질석 분말이 스티렌계 폴리머 입자 내로 혼입된다.

상기 현탁중합과정에 있어서, 스티렌 모노머만을 투입하므로써, 스티렌 모노머 만의 중합을 진행시킬 수 있다. 또는, 스티렌 모노머와 적어도 하나의 코모노머를 함께 투입하므로써, 스티렌 모노머와 코모노머의 공중합을 진행시킬 수도 있다. 이 경우, 중합된 스티렌계 폴리머 입자는 질석 분말이 혼입되어 있는 스티렌계 공중합체가 된다.

또한, 상기 현탁중합과정에 있어서, 예를 들면, 과산화물 개시제, 현탁 안정제, 쇄전달제, 성핵제, 가소제, 또는 이들의 조합과 같은 통상적인 첨가제가 사용될 수 있다. 과산화물 개시제로서는, 예를 들면, BPO(benzoylperoxide), TBP(t-butylperoxide), N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethyl cyclohexane)), A117 (tert- Butylperoxy 2-ethylhexyl carbonate), 등이 사용될 수 있다. 현탁 안정제로서는, 예를 들면, 피로인산마그네슘, 인산칼슘 등이 사용될 수 있다. 쇄전달제로서는, 예를 들면, 톨루엔, 에틸벤젠, 알파메틸스티렌 다이머, 등이 사용될 수 있다. 성핵제로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌 왁스, 피셔트로쉬왁스(Fisher Trosch wax), EBS(ethylene-bis-stearic amide), 등이 사용될 수 있다. 가소제로서는, 예를 들면, 에틸벤젠, 톨루엔, 미네랄오일, 파라핀오일, 등이 사용될 수 있다.

또한, 상기 현탁중합과정에 있어서, 팽창 질석 분말은, 씰란 커플링제, 인계 표면처리제, 또는 열가소성수지 용액(예를 들면, 스티렌계 폴리머, (메타)아크릴레이트계 폴리머, 초산비닐수지, 폴리비닐클로라이드, 등)으로 표면처리된 후 투입될 수 있다. 이와 같이, 팽창 질석 분말이 표면처리되면, 질석 분말이 현탁중합 도중 물층으로 분리되지 않고, 성장하는 스티렌계 폴리머 입자에 더욱 확실하게 달라붙을 수 있게 할 수 있다.

또한, 상기 현탁중합과정에 있어서, 보조 난연제, 무기충진제, 또는 이들의 조합을 추가 투입하므로써, 질석 분말과 더불어 보조 난연제 및/또는 무기충진제를 더 포함하는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조할 수 있다. 보조 난연제 또는 무기충진제 역시, 씰란 커플링제, 인계 표면처리제, 또는 열가소성수지 용액(예를 들면, 스티렌계 폴리머, (메타)아크릴레이트계 폴리머, 초산비닐수지, 폴리비닐클로라이드, 등)으로 표면처리된 후 투입될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드 제2 제조방법을 설명한다.

본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드 제2 제조방법은,

스티렌계 폴리머와 팽창 질석 분말을, 선택적으로는 보조 난연제 또는 무기충진제를 추가로 투입하여, 콤파운딩한 후 압출하면서 절단하므로써, 팽창 질석 분말이 분산되어 있는 스티렌계 폴리머 입자를 생성시키는 단계; 및

본 발명의 제2 제조방법은 통상적인 플라스틱 재료의 콤파운딩법(compounding)에 기초하고 있다. 따라서, 본 발명의 제2 제조방법에 대한 더 이상의 자세한 설명은 생략한다. 본 발명의 제2 제조방법은, 현탁중합법에 기초하고 있는 본 발명의 제1 제조방법에서는 용이하게 구현하기 어려운 팽창 질석 분말 함량 범위를 용이하게 달성할 수 있다.

본 발명의 제2 제조방법의 다른 구현예는, 스티렌계 폴리머와 팽창 질석 분말과 발포제를, 선택적으로는 보조 난연제 또는 무기충진제를 추가로 투입하여, 콤파운딩한 후 압출하면서 절단하는 단계를 포함할 수 있다. 이 구현예에서는, 폴리스티렌 비드 형성과 발포제 투입이 하나의 공정으로 달성될 수 있다.

본 발명의 제1제조방법 및 제2제조방법에 있어서, 팽창 질석 분말, 보조 난연제, 무기충진제, 발포제 등의 구체적인 예와 사용량은 앞에서 설명한 바와 같다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명의 발포성 폴리스티렌 비드 및 본 발명의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.

<실시예>

실시예 1

본 실시예에서는 팽창 질석 분말 존재하에서의 현탁중합법에 기초하여, 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하였다. 사용된 팽창 질석 분말은, 밀도 64~160 ㎏/m³, 입자크기 40~50 ㎛, 산도 6~9, 용융점 1200~1320℃, 이온교환능력 50~150 g/meq 이었다.

먼저, 100 리터 용량의 CSTR반응기에 탈이온수 45 kg, PVA(Polyvinyl alcohol) 150g을 미리 투입시켜 교반하였다. 그 후, 스티렌 모노머 27 kg 에 폴리스티렌 비드(동부하이텍 F551) 3 kg 을 용해시켜 얻은 폴리스티렌 용액에, 중합개시제로서 BPO 200 g 및 N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethyl cyclohexane)) 45 g, A117 (tert- Butylperoxy 2-ethylhexyl carbonate) 30 g을 투입하고, 팽창 질석 분말 1.8 kg을 투입한 후 교반하므로써 균질화하였다. 그 후, 200 rpm으로 교반하면서, 90 ℃ 에서 5 시간 동안 현탁중합을 진행시켰다.

그 다음, 100 ℃로 승온시켜 1 시간 동안 발포제로서 노말 펜탄 2.5 kg 을 투입하였다. 이어서, 120 ℃ 로 승온하여 2 시간 동안 현탁중합을 더 진행시킨 후 30 ℃ 로 냉각한 다음 탈수시켜서, 0.3 mm 에서 3.0 mm 에 이르는 입자크기분포를 보이는 발포성 폴리스티렌 비드를 얻었다.

실시예 2

본 실시예에서는 팽창 질석 분말 및 보조 난연제의 추가적 존재하에서의 현탁중합법에 기초하여, 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하였다. 사용된 팽창 질석 분 말은 밀도 64~160 ㎏/m³, 입자크기 40~50 ㎛, 산도 6~9, 용융점 1200~1320℃, 이온교환능력 50~150 g/meq 이었다. 사용된 보조 난연제는, 적인(입자크기 7~20 ㎛), RDP(resorcinol bis(diphenyl phosphate)), HBCD, 팽창흑연(밀도 2.2 g/cm3, 입자크기 180~200 ㎛, 팽창율 50~80 배) 이었다.

먼저, 100 리터 용량의 CSTR반응기에, 탈이온수 45 kg, PVA(Polyvinyl alcohol) 150g을 미리 투입시켜 교반하였다. 그 후, 스티렌 모노머 27 kg 에 폴리스티렌 비드(동부하이텍 F551) 3 kg 을 용해시켜 얻은 폴리스티렌 용액에, 중합개시제로서 BPO 200 g 및 N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethyl cyclohexane)) 45 g, A117 (tert- Butylperoxy 2-ethylhexyl carbonate) 30 g을 투입하고, 팽창 질석 분말 1.8 kg, 적인 240 g, RDP 120 g, HBCD 360 g, 팽창흑연 120 g을 투입한 후 교반함으로써 균질화시켰다. 그 후, 200 rpm으로 교반하면서, 90 ℃ 에서 5 시간 동안 현탁중합을 진행시켰다.

실시예 3

본 실시예에서는 팽창 질석 분말 및, 보조 난연제와 무기충진제의 추가적 존 재하에서의 현탁중합법에 기초하여, 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하였다. 사용된 질석 분말은 밀도 64~160㎏/m³, 입자크기 40~50 ㎛, 산도 6~9, 용융점 1200~1320℃, 이온교환능력 50~150 g/meq 이었다. 사용된 보조 난연제는 적인(입자크기 7~20 ㎛), RDP(resorcinol bis(diphenyl phosphate)), HBCD, 팽창흑연(밀도 2.2 g/cm3, 입자크기 180~200 ㎛, 팽창율 50~80 배)이었다. 사용된 무기충진제는 탈크(입자크기 1~3 ㎛), 씰란으로 표면처리된 수산화알루미늄(입자크기1~3 ㎛) 이었다.

먼저, 100 리터 용량의 CSTR반응기에, 탈이온수 45 kg, PVA(Polyvinyl alcohol) 150g을 미리 투입시켜 교반하였다. 그 후, 스티렌 모노머 27 kg 에 폴리스티렌 비드(동부하이텍 F551) 3 kg 을 용해시켜 얻은 폴리스티렌 용액에, 중합개시제로서 BPO 200 g 및 N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethyl cyclohexane)) 45 g, A117 (tert- Butylperoxy 2-ethylhexyl carbonate) 30 g을 투입하고, 팽창 질석 분말 1.8 kg, 적인 240 g, RDP 120 g, HBCD 360 g, 팽창흑연 120 g, 탈크 120 g, 수산화알루미늄 60 g을 투입한 후 교반함으로써 균질화시켰다. 그 후, 200 rpm으로 교반하면서, 90 ℃ 에서 5 시간 동안 현탁중합을 진행시켰다.

비교예 1

본 비교예에서는, 현탁중합법에 기초하여, 발포제 만을 함유하는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하였다.

먼저, 100 리터 용량의 CSTR반응기에, 탈이온수 45 kg, PVA(Polyvinyl alcohol) 150g을 미리 투입시켜 교반하였다. 그 후, 스티렌 모노머 27 kg 에 폴리스티렌 비드(동부하이텍 F551) 3 kg 을 용해시켜 얻은 폴리스티렌 용액에, 중합개시제로서 BPO 200 g 및 N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethyl cyclohexane)) 45 g, A117 (tert- Butylperoxy 2-ethylhexyl carbonate) 30 g을 투입한 후 교반시켰다. 그 후, 200 rpm으로 교반하면서, 90 ℃ 에서 5 시간 동안 현탁중합을 진행시켰다.

비교예 2

본 비교예에서는, 현탁중합법에 기초하여, 발포제 및 보조 난연제 만을 함유하는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하였다. 보조 난연제로서는, 적인(입자크기 7~20 ㎛), RDP(resorcinol bis(diphenyl phosphate)), HBCD, 팽창흑연(밀도 2.2 g/cm3, 입자크기 180~200 ㎛, 팽창율 50~80 배)을 사용하였다.

먼저, 100 리터 용량의 CSTR반응기에, 탈이온수 45 kg, PVA(Polyvinyl alcohol) 150g을 미리 투입시켜 교반하였다. 그 후, 스티렌 모노머 27 kg 에 폴리스티렌 비드(동부하이텍 F551) 3 kg 을 용해시켜 얻은 폴리스티렌 용액에, 중합개시제로서 BPO 200 g 및 N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethyl cyclohexane)) 45 g, A117 (tert- Butylperoxy 2-ethylhexyl carbonate) 30 g을 투입하고, 적인 240 g, RDP 120 g, HBCD 360 g, 팽창흑연 120 g을 투입한 후 교반함으로써 균질화시켰다. 그 후, 200 rpm으로 교반하면서, 90 ℃ 에서 5 시간 동안 현탁중합을 진행시켰다.

그 다음, 100 ℃로 승온시켜 1 시간 동안 발포제로서 노말 펜탄 2.5 kg 을 투입하였다. 이어서,120 ℃ 로 승온하여 2 시간 동안 현탁중합을 더 진행시킨 후 30 ℃ 로 냉각한 다음 탈수시켜서, 0.3 mm 에서 3.0 mm 에 이르는 입자크기분포를 보이는 발포성 폴리스티렌 비드를 얻었다.

비교예 3

본 비교예에서는, 현탁중합법에 기초하여, 발포제, 보조 난연제, 무기충진제 만을 함유하는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하였다. 보조 난연제로서는 적인(입자크기 7~20 ㎛), resorcinol bis(diphenyl phosphate), HBCD, 팽창흑연(밀도 2.2 g/cm3, 입자크기 180~200 ㎛, 팽창율 50~80 배)을 사용하였다. 무기충진제로서는 탈크(입자크기 1~3 ㎛), 씰란으로 표면처리된 수산화알루미늄(입자크기1~3 ㎛)을 사용하였다.

먼저, 먼저, 100 리터 용량의 CSTR반응기에 탈이온수 45 kg에 PVA(Polyvinyl alcohol) 150g을 미리 투입시켜 교반하였다. 그 후, 스티렌 모노머 27 kg 에 폴리스티렌 비드(동부하이텍 F551) 3 kg 을 용해시켜 얻은 폴리스티렌 용액에, 중합개시제로서 BPO 200 g 및 N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethyl cyclohexane)) 45 g, A117 (tert- Butylperoxy 2-ethylhexyl carbonate) 30 g을 투입하고, 적인 240 g, RDP 120 g, HBCD 360 g, 팽창흑연 120 g, 탈크 120 g, 수산화알루미늄 60 g을 투입한 후 교반함으로써 균질화시켰다. 그 후, 200 rpm으로 교반하면서, 90 ℃ 에서 5 시간 동안 현탁중합을 진행시켰다.

<평가결과>

실시예 1~3 및 비교예 1~3에서 얻은 발포성 폴리스티렌 비드를 25 g/l 로 발포하고 27 g/l 로 성형하여 얻은 폴리스티렌 발포성형 블록에 대한 난연성 평가결과를 표 1에 요약하였다. 평가항목으로서는 ONI 및 PA III 를 사용하였다.

ONI 법에서는, 시편 규격 125㎜× 12.7㎜× 12.7㎜ 5개를 준비하여, 질소가스 및 산소가스의 비율을 조절하면서 (상온의 경우 21%), 시편을 태워서, 시편이 1/3이상 타면 불합격 판정이고 2/3이상 남으면 합격으로 판정하였다. 각 시편의 ONI 지수는, 합격으로 판정되는 최저 산소 농도로서 표시한다. ONI 지수가 높을수록 난연성이 높은 것으로 판정된다. PA Ⅲ 법에서는, 시편 규격 200㎜× 10㎜× 25㎜ 5개를 준비하여 시편을 태운 후, 불꽃 표선 도달 유무와 종이 발화유무(시편 아래 바닥에 종이를 놓아 둠)를 관찰하면서, 불꽃 표선이 도달된 길이를 측정하였다. 발화가 발생하지 않으면서 불꽃 표선이 도달된 길이가 짧을 수록 난연성이 우수한 것으로 판정된다.

실시예	평가항목		비교예	평가항목
실시예	ONI	PA III (mm)	비교예	ONI	PA III (mm)
실시예 1	23	150	비교예 1	21	200
실시예 2	24	130	비교예 2	22	170
실시예 3	26	108	비교예 3	24	150

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 경우(폴리스티렌+발포제+팽창질석분말)에, 비교예 1의 경우(폴리스티렌+발포제)에 비하여, 더 높은 ONI 지수와 더 낮은 PA III 지수가 측정되었다. 또한, 팽창 질석 분말을 사용한 실시예 2 및 3의 경우에도, 팽창 질석 분말을 사용하지 않은 비교예 2 및 3의 경우에 비하여, 더 높은 ONI 지수와 더 낮은 PA III 지수가 측정되었다. 이러한 사실로부터, 팽창 질석 분말로 인하여 폴리스티렌 발포체의 난연성이 매우 향상되었다는 것을 확인할 수 있다.

Claims

스티렌계 폴리머 입자;

상기 스티렌계 폴리머 입자에 함침되어 있는 발포제; 및

상기 스티렌계 폴리머 입자 내에 분산되어 있는 팽창 질석 분말;을 포함하는 발포성 폴리스티렌 비드.
제 1 항에 있어서, 상기 팽창 질석 분말의 평균입자크기가 30 내지 150 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 비드.
제 1 항에 있어서, 상기 팽창 질석 분말의 함량이, 상기 스티렌계 폴리머 100 중량부를 기준으로 하여, 0.1 내지 50 중량부인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 비드.
제 1 항에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌 비드가 보조 난연제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 비드.
제 1 항에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌 비드가 무기충진제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 비드.
팽창 질석 분말이 분산되어 있는 수계 반응매질 상에서, 또는, 보조 난연제 또는 무기충진제가 추가적으로 존재하는 팽창 질석 분말이 분산되어 있는 수계 반응매질 상에서, 스티렌 모노머의 현탁중합을 진행시키거나, 또는, 에틸렌계 불포화 모노머, 알킬스티렌, 디비닐벤젠, 아크릴로니트릴, 알파메틸스티렌, 메틸메타크릴레이트 및 비닐아크릴레이트 모노머 중에서 선택되는 적어도 하나의 코모노머와 스티렌 모노머의 현탁중합을 진행시키는 단계; 및

상기 현탁중합의 개시 이전에, 상기 현탁중합 중에, 또는 상기 현탁중합 이후에 발포제를 첨가하는 단계;를 포함하는 발포성 폴리스티렌 비드 제조방법.
스티렌계 폴리머와 팽창 질석 분말을 콤파운딩한 후 압출하면서 절단하거나, 또는, 보조 난연제 또는 무기충진제를 추가로 투입하여 스티렌계 폴리머와 팽창 질석 분말을 콤파운딩한 후 압출하면서 절단하므로써, 팽창 질석 분말이 분산되어 있는 스티렌계 폴리머 입자를 생성시키는 단계; 및

상기 팽창 질석 분말이 분산되어 있는 스티렌계 폴리머 입자에 발포제를 첨가하는 단계;를 포함하는 발포성 폴리스티렌 비드 제조방법.