KR101129476B1 - 고온 파이프 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고온 파이프에 관한 것으로, 특히 내열성이 우수한 PE-RT(polyethylene raised temperature) 원재료에 가공성과 성형성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE)을 혼합하여 단층관 또는 다층관으로 제조함으로써 열변형 온도가 높아 고온에서도 물리?화학적 변화를 일으키지 않으며, 내충격성, 유연성, 가공성 및 성형성이 우수한 고온 파이프에 관한 것이다.
파이프, 고온, 마스터배치, 폴리머 얼로이, PE-RT, HDPE
Description
본 발명은 고온 파이프에 관한 것으로, 특히 내열성이 우수한 PE-RT(polyethylene raised temperature) 원재료에 가공성과 성형성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE)을 혼합하여 단층관 또는 다층관으로 제조함으로써 열변형 온도가 높아 고온에서도 물리?화학적 변화를 일으키지 않으며, 내충격성, 유연성, 가공성 및 성형성이 우수한 고온 파이프에 관한 것이다.
현재 합성수지 제품으로 생산되는 폴리에틸렌 배관이나 폴리프로필렌 파이프는 고온용으로 사용하지 못하여 스테인레스 스틸 파이프(sus pipe)이나 일반용 강관으로 사용되고 있으며, 일반 수지 파이프는 상온에서 사용되고 온도를 높은 유체를 사용할 경우에는 파이프 수명 단축과 연결부분이 부적합으로 인해 사용되지 못하고 있다.
따라서 신재생에너지 활용을 위한 기술개발 측면에서 시공재료인 파이프류와 파이프류를 연결하는 부속류의 개발이 요구되고 있으나, 현재까지는 기존 스틸 파이프가 주로 사용되고 있을 뿐, 편리하게 사용될 수 있는 합성수지관의 개발은 진행되고 있지 않은 실정이다.
또한 종래 국내외의 기술 현황으로는 고온용 파이프로서 소구경인 급수 급탕용 파이프 계통이나 온돌용 파이프류 정도만 출시되고 있으며, 중구경이나 대구경용 파이프의 생산은 거의 이루어지고 있지 않은 실정이다.
따라서, 특용작물재배의 냉난방용 파이프, 신재생에너지의 주파이프, 해수를 이용한 발전소 등의 대구경 파이프로 활용 가능한 고온 파이프에 대한 연구가 더욱 필요하다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 고온 및 내열에 강하고, 내충격성과 유연성이 우수한 고온 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 단일 플라스틱 재료의 물성을 가지면서 동시에 가공성과 성형성이 현저히 향상된 고온 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 급수? 급탕용, 온돌용 등 고온과 저온에서 내압이 강한 대구경 파이프 생산이 가능한 고온 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) PE-RT(polyethylene raised temperature)를 포함하여 이루어진 내층; 및 b) 상기 내층을 감싸도록 형성되며, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 마스터배치를 포함하여 이루어진 외층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 파이프를 제공한다.
특히, 상기 내층 및 외층은 파이프 총 중량 대비 80~90:10~20의 중량비로 형 성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 PE-RT(polyethylene raised temperature), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 마스터배치 및 첨가제를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고온 파이프를 제공한다.
구체적으로, 상기 파이프는 파이프 총 중량에 대하여 PE-RT 80~90중량부, 고밀도 폴리에틸렌 10~20 중량부 및 마스터배치 5.0~6.25 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 고온 파이프는 PE-RT와 고밀도 폴리에틸렌을 혼합하여 얼로이 형태의 단층관 또는 다층관으로 제조함으로써 열변형 온도가 높아 고온에서도 물리?화학적 변화를 일으키지 않으며, 내충격성 및 유연성이 우수하다는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 고온 파이프는 단일 플라스틱 재료의 물성을 가지면서 동시에 가공성과 성형성이 현저히 향상되었고, 급수? 급탕용, 온돌용 등 고온과 저온에서 내압이 강하며, 대구경으로 생산이 가능하다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자는 내열성이 우수한 PE-RT 원재료와 가공성과 성형성이 우수한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 폴리머 얼로이(polymer alloy)로 개질화하여 얻어진 내열성이 우수한 폴리머를 이용하여 단층관을 제조하는 한편, PE-RT로 내층을 형성하고, 그 표면을 고밀도 폴리에틸렌으로 감싸도록 외층을 형성하여 다층관을 제조한 결과, 100~200㎜의 대구경 파이프로의 제작이 가능하고, 고온 및 저온에서의 내압이 강하며, 가공성과 성형성이 현저히 향상됨을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 고온 파이프는 PE-RT(polyethylene raised temperature)를 포함하여 이루어진 내층과 상기 내층을 감싸도록 형성되며, 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE) 및 마스터배치를 포함하여 이루어진 외층을 포함하도록 구성된 2층관인 것을 특징으로 한다.
상기 내층을 이루는 PE-RT는 내열성이 우수한 폴리에틸렌계 합성수지로, 상기 내층은 PE-RT의 수지성분 이외에 내열성과 개질성능의 증대를 위하여 충격보강제, 유동성 개선제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 충격보강제로는 메틸메타크릴레이트 부타디엔 스타이렌 공중합체(methyl methacrylate butadiene styrene copolymer, CAS NO:1309-64-4)를 사용할 수 있으며, 유동성 개선제로(대전방지제)는 글리세릴 모노스테아레이트(glyceryl monostearate, CAS NO:1309-64-4)를 사용할 수 있으며, 또한 산화방지제로는 n-옥타데실-3-(4-하이드록시-3,5-디-티부틸페닐)프로피오네이트(n-octadecyl-3-(4-hydroxy-3,5-di-t-butyl phenyl)propionate, CAS NO:2082-79-3)을 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 내층에 사용되는 PE-RT 총 중량에 대하여 10중량부 이내로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 외층은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 마스터배치로 이루어진다.
상기 고밀도 폴리에틸렌은 가공성과 성형성이 우수한 합성수지로, 내층의 표 면을 고밀도 폴리에틸렌으로 감싸도록 외층을 형성함으로써 PE-RT가 가지는 일반적인 물성에 가공성과 성형성을 더 보완할 수 있다.
상기 마스터 배치(안료)는 카본블랙을 반드시 포함하도록 함으로써 파이프의 노화방지나 장기적인 내구성을 유지할 수 있도록 한다. 이때, 카본블랙은 마스터배치 총 중량에 40중량%가 되도록, 본 발명의 파이프 총 중량에는 2~3중량% 정도가 되도록 포함시키는 것이 바람직하다.
또한 고온 배관의 색상을 구분하기 위하여 별도의 색상용 마스터 배치를 사용함으로써 최종 얻어진 파이프의 색으로 용도, 특성 등을 확인할 수 있게 된다. 이때, 본 발명에서는 파이프 색상은 내층의 PE-RT 원재료에 회색용 마스트배치를 사용하고 바같층에는 파이프 전체에 표현되도록 오랜지 색상의 마스터배치를 사용하였다.
표시방법으로 일반용 배관과 구분하기 위하여 전체 또는 띄줄 모양(2줄 또는 3줄)으로 하여 파이프 외부면에 표현하고자 하였다.
상기 카본 블랙 이외의 착색제로는 카드뮴 머큐리 레드, 프탈로 시아닌 그린 등의 통상의 유기 및 무기 안료를 사용할 수 있다.
상기 외층을 이루는 고밀도 폴리에틸렌과 카본블랙이 함유된 마스터 배치(카본함량 40중량% 기준)는 1.5~2.0:1의 중량비로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 다층관에 사용되는 고밀도 폴리에틸렌의 용융지수(MI)는 0.12g/10min이고, PE-RT의 용융지수(MI)는 0.65g/10min으로, 용융지수는 합성수지의 유동성을 나타내며, PE-RT는 용융지수가 높아 점도가 작으므로 압출성형기를 통과 시 흐름이 이어지지 않고 처지며 폴리머 흐름이 잘 끊어지므로 성형이 어려워짐 따라서 단독으로 사용 시 유동성이 좋지 않아 성형품에 큰 내부변성이 일어나므로 고온용 대구경을 생산하기 위해서는 폴리에틸렌(PE) 계통의 고밀도 폴리에틸렌을 외부층으로 하여 내부층을 감싸게 하고 유동성 개선제를 부분 혼합시킴으로써 압출성형 시 중구경 및 대구경의 고온용 배관을 제작할 수 있게 되는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 다층관은 PE-RT의 내층 표면을 고밀도 폴리에틸렌으로 감싸도록 외층을 형성된다. 상기 내층은 파이프 총 중량에 대하여 80~90중량부로, 상기 외층은 파이프 총 중량에 대하여 10~20중량부가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 내층과 외층의 중량범위가 상기 범위일 경우에는 PE-RT와 고밀도 폴리에틸렌의 친화력이 우수하고, 각 수지의 물성이 서로 보완되어 최대의 내열성과 가공, 성형성을 나타낼 수 있어 더욱 좋다.
또한 상기 다층관의 고온 파이프는 호칭 150인 경우 내층단면의 두께가 18.2~20.5㎜ 이고, 외층단면의 두께가 2.2~3.0㎜가 되도록 하며, 전체두께는 20.4~23.5mm로서 한국산업규격(KS M 3408-2:수도용폴리에틸렌관)에 적합하도록 제조할 수 있다.
또한 본 발명의 고온 파이프는 PE-RT(polyethylene raised temperature), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 마스터 배치 및 첨가제를 포함하여 구성된 단층관인 것을 특징으로 한다.
상기 단층관에 사용되는 수지성분은 PE-RT와 고밀도 폴리에틸렌을 폴리머 얼로이(polymer alloy)하여 개질화한 것으로, 기존 폴리에틸렌이 가지는 내충격성과 유연성 그리고 내열성을 가지면서 동시에 고밀도 폴리에틸렌이 가지는 가공성과 성형성이 보완된 새로운 수지이다.
상기의 수지성분은 PE-RT와 고밀도 폴리에틸렌을 압출기를 이용하여 용융 압출하여 생산할 수 있으며, 이때 상호간의 친화성과 혼련 시 분리 방지를 위하여 적정 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
상기 PE-RT는 단층관 파이프에 사용되는 수지성분 100중량부에 대하여 80~90중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 그 함량이 상기 범위내일 경우에는 파이프에 우수한 내충격성, 유연성 및 내열성을 부여할 수 있으며, 고밀도 폴리에틸렌과의 친화성에 있어 더욱 좋다.
상기 고밀도 폴리에틸렌은 단층관 파이프에 사용되는 수지성분 100중량부에 대하여 10~20중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 그 함량이 상기 범위내일 경우에는 파이프에 우수한 가공성 및 성형성을 부여할 수 있으며, PE-RT와의 친화성과 혼련 시 분리 방지에 있어 더욱 좋다.
또한 상기 마스터 배치는 전술한 다층관에 사용되는 마스터 배치와 동일한 목적과 성분을 사용할 수 있으며, 여기에선 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기 마스터 배치는 수지성분 100중량부에 대하여 5~6중량부로 사용되는 것이 노화, 크랙방지 효과에 있어 우수하고, 사용량에 따른 최대의 효과를 볼 수 있어 더욱 좋다.
또한 상기 성분으로 이루어지는 단층관의 파이프에는 내열성과 개질성능의 증대를 위하여 충격보강제, 유동성 개선제, 산화방지제 등의 첨가제를 수지성분 100중량부에 대하여 4~6중량부로 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 전술한 다층관에 사용되는 성분과 동일하므로, 여기에선 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기와 같은 성분으로 이루어지는 본 발명의 단층관 고온 파이프는 호칭 150호인 경우 전체두께가 20.4~23.5㎜가 되도록 제조할 수 있다.
상기와 같이 제조한 다층관 또는 단층관 형태의 고온 파이프는 표면이 매끈하여 열전도도가 우수하고, 플리스틱 제품으로 무게가 가벼워 취급이 용이하며, 70℃ 이상의 고온과 -20℃ 정도의 저온에서도 내압이 강하고, 열융착 등 배관 연결작업이 용이하여 특용작물재배를 위한 유리온실에서의 냉난방용 파이프, 신재생에너지 중 지열과 태양열을 이용한 냉난방용 파이프, 기계실의 열펌프(heat pump)용 파이프, 해수를 이용한 발전소용 냉각수 배출 파이프 등의 파이프로 활용이 가능하다. 또한 본 발명의 고온 파이프는 우수한 가공성과 성형성으로 지름이 100~200㎜ 및 그 이상의 대구경으로도 제조가 가능하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 고온 파이프를 상세히 설명한다. 본 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대면하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다층관의 고온 파이프의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단층관의 고온 파이프의 단면도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 다층관의 고 온 파이프(1)는 PE-RT로 이루어진 내층(10)과 고밀도 폴리에틸렌 및 마스터배치로 이루어진 외층(20)으로 구성된다.
상기 내층(10)은 PE-RT를 주원료로 하여 호칭 150호인 경우 단면두께가 18.2~20.50㎜가 되도록 형성하며, 상기 내층(10)의 외면을 감싸도록 고밀도 폴리에틸렌과 마스터 배취를 이용하여 단면두께가 2.2~3.0㎜인 외층을 형성한다.
상기 내층(10) 및 외층(20)에 대한 구체적인 설명은 전술한 바와 동일하므로, 여기에선 구체적인 설명을 생략한다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단층관의 고온 파이프(2)는 PE-RT, 고밀도 폴리에틸렌 및 마스터배치와 첨가제를 주성분으로 하여 제조된다.
상기와 같은 성분을 이용하여 단층관 고온 파이프층(30)은 호칭 150호인 경우 그 전체두께가 20.4~23.5㎜가 되도록 제작하였으며, 상기 단층관 고온 파이프(30)에 대한 구체적인 명은 전술한 바와 동일하므로, 여기에선 구체적인 설명을 생략한다.
이하에서는 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나. 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
PE-RT 수지 80 중량부에 첨가제로 충격보강제(CAS NO:1309-64-4), 유동성 개선제(CAS NO:1309-64-4) 및 산화방지제(CAS NO:2082-79-3) 4중량부를 가하여 호칭 150호인 경우 단면두께가 18.2㎜인 내층관을 제조하였다.
상기 제조한 내층관의 표면에 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 20중량부, 마스터 배치로 카본블랙(40중량%) 1.25중량부 및 주황색 착색제인 카드뮴 레드계통으로 0.01중량부를 가하여 단면두께가 2.2~3.0㎜가 되도록 외층관을 제조하여 파이프 지름이 150㎜인 다층관 형태의 고온 파이프를 제조하였다.
실시예 2
PE-RT 수지 80 중량부 및 고밀도 폴리에렌(HDPE) 20중량부를 혼합하고 압출기를 이용하여 용융 압출하여 제조한 수지성분 100중량부에 마스트 배치로 카본블랙(40wt%) 6중량부 및 첨가제로 충격보강제(CAS NO:1309-64-4), 유동성 개선제(CAS NO:1309-64-4) 및 산화방지제(CAS NO:2082-79-3) 5중량부를 가하여 전체두께가 20.4~23.5㎜이고, 파이프 지름이 150㎜인 단층관 형태의 고온 파이프를 제조하였다.
비교예 1
종래 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 파이프를 사용하였다.
비교예 2
종래 고온용 폴리에틸렌(PE-RT) 파이프를 사용하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1~2의 파이프를 이용하여 하기 표 1에 나타낸 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
또한, 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~2의 파이프에 대한 내압시험 및 고온하에서 최고압력 시험을 하기 표 2 및 3의 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
상기 표 2 내지 4 에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조한 실시예 1 및 2의 고온 파이프는 70~90℃의 온도에서도 내열성이 우수하게 나타났으며 가공성 또한 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~2의 파이프를 이용하여 고온 70℃ 에서의 내열성, 고온(70℃) 및 저온(-20℃)에서의 내압성, 가공성 및 성형성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 주원료인 수지성분으로 PE-RT와 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 이용하여 폴리머 얼로이하거나, 다층관 형태로 제조한 실시예 1 및 실시예 2의 고온 파이프는 고온 70℃ 에서의 내열성, 고온 70℃ 및 저온 -20℃의 내압성이 모두 우수함을 확인할 수 있었으며, 이 외에도 충격강도, 성형수축률, 휨경향 등 물리적 특성 또한 우수함을 알 수 있었다.
또한, 비교예 2의 PE-RT 파이프는 가공성과 성형성이 좋지 않아 소구경으로만 제조할 수 있었으나, 본 발명에 따른 실시예 1 및 실시예 2의 고온 파이프는 가공성과 성형성이 우수하여 지름이 100㎜ 이상인 대구경으로도 제작이 가능함을 확인할 수 있었다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 고온 파이프는 전기융착에 의한 배관연결(버트 융착식)이 용이하여 연결부분의 수밀을 유지할 수 있음을 알 수 있었다.
이같은 결과를 통하여, 본 발명에 따른 고온 파이프는 특용작물재배를 위한 유리온실에서의 냉난방용 파이프, 신재생에너지 중 지열과 태양열을 이용한 냉난방용 파이프, 기계실의 열펌프(heat pump)용 파이프, 해수를 이용한 발전소용 냉각수 배출 파이프 등의 대구경 파이프로 활용이 가능할 것임을 예측할 수 있었다.
비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다층관 고온 파이프의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단층관 고온 파이프의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 다층관 고온 파이프 2: 단층관 고온 파이프
10: 다층관 고온 파이프 내층 20: 다층관 고온 파이프 외층
30: 단층관 고온 파이프층
Claims (7)
- 삭제
- a) PE-RT(polyethylene raised temperature)를 포함하여 이루어진 내층; 및 b) 상기 내층을 감싸도록 형성되며, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 마스터배치를 포함하여 이루어진 외층;을 포함하는 고온 파이프에 있어서,상기 파이프는 파이프 총 중량에 대하여 내층 80~90 중량부 및 외층 10~20 중량부로 형성된 것을 특징으로 하는 고온 파이프.
- 삭제
- a) PE-RT(polyethylene raised temperature)를 포함하여 이루어진 내층; 및 b) 상기 내층을 감싸도록 형성되며, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 마스터배치를 포함하여 이루어진 외층;을 포함하는 고온 파이프에 있어서,상기 고밀도 폴리에틸렌 및 마스터배치(카본함량)는1.5~2.0:1의 중량비로 사용되는 것을 특징으로 하는 고온 파이프.
- 삭제
- PE-RT(polyethylene raised temperature), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 마스터배치 및 첨가제를 포함하여 이루어지는 고온 파이프에 있어서,상기 PE-RT는 파이프에 사용되는 수지성분 100중량부에 대하여 80~90중량부로 사용되고, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 10~20중량부로 사용되고, 상기 마스터배치는 5~6중량부로 사용되는 것을 특징으로 하는 고온 파이프.
- PE-RT(polyethylene raised temperature), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 마스터배치 및 첨가제를 포함하여 이루어지는 고온 파이프에 있어서,상기 첨가제는 충격보강제, 유동성 개선제 및 산화방지제 중 선택된 어느 하나 이상의 성분으로, 수지성분 100중량부에 대하여 4~6중량부로 사용되는 것을 특징으로 하는 고온 파이프.
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