KR101231719B1 - 백색 쉬트용 수지 조성물, 이를 포함하는 백색 쉬트 및 그 제조방법 - Google Patents

백색 쉬트용 수지 조성물, 이를 포함하는 백색 쉬트 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백색 쉬트용 수지 조성물, 이를 포함하는 백색 쉬트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 i) 범용 폴리스티렌 수지, 내충격성 폴리스티렌 수지 및 백색 안료를 이축 압출기의 일 호퍼부에 공급하는 단계; ii) 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체를 이축 압출기의 타 호퍼부에 공급하는 단계; iii) 상기 i) 단계의 성분들을 용융·혼련하고 압출함으로써 쉬트를 형성하는 단계; 및 iv) 상기 ii) 단계의 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체를 용융·혼련하고 공압출함으로써 상기 iii) 단계에서 형성된 쉬트에 상하 대칭의 표면층을 형성하는 단계;를 포함하는 백색 쉬트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 제조되는 백색 쉬트는 생산 원가를 줄이면서도 가공성, 내충격성, 내흡습성 및 내후성이 우수하고, 표면광택도가 뛰어나 상품의 진열장, 전시대 및 광고용 백보드뿐만 아니라 실내외 장식용 플라스틱 소재로서도 적용이 가능하다.

Description

백색 쉬트용 수지 조성물, 이를 포함하는 백색 쉬트 및 그 제조방법{Resin composition for a white sheet, a white sheet containing the same and manufacturing method thereof}
본 발명은 백색 쉬트용 수지 조성물, 이를 포함하는 백색 쉬트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 범용 폴리스티렌 수지, 내충격성 폴리스티렌 수지, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 수지 및 백색 안료를 포함하는 수지 조성물을 공압출하여 쉬트 형태로 제조함으로써 생산 원가를 줄이면서도 가공성, 내충격성, 내흡습성 및 내후성이 우수하고, 표면광택도가 뛰어난 백색 열가소성 플라스틱 쉬트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
현대 산업사회에서는 동종 제품을 생산하는 기업 간의 기술격차가 매우 작아지고 있고, 그에 따라 시장에서의 점유율을 높이기 위해서는 상품의 홍보 및 판촉을 위한 진열, 전시, 광고 등의 중요성이 날로 높아지고 있다. 그러므로 상품의 장점을 부각시키는 효과적인 진열, 전시 및 광고활동은 상품의 부가가치를 높여주는 원동력이 될 뿐만 아니라, 회사의 이미지를 제고시킴으로써 고객의 시선을 사로잡아 매출 증대를 이끌어 내는데 매우 중요한 역할을 한다. 이러한 쇼케이스, 진열대, 광고 용품 등의 소재로 투명성이 뛰어나고 광택이 우수하며 착색이 자유로와 여러 가지 색상을 연출할 수 있는 아크릴 수지를 이용한 플라스틱 쉬트를 널리 사용하고 있다(특허문헌 1).
그러나 아크릴 수지는 가공성이 우수하여 여러 가지 모양으로 쉽게 제작할 수 있고, 내후성이 우수한 장점을 가지고 있는 반면, 수분 흡수율이 높아 물의 응축이 표면에 발생할 수 있으며, 정전기를 동반하기 쉬워 사용자 및 고객의 불쾌감을 유발할 수 있을 뿐만 아니라 긁힘이 발생하기 쉬워 장기간 사용시 미세 스크래치에 의한 광택 및 투명성 저하가 쉽게 일어나며, 열가소성 플라스틱 소재에서도 비교적 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있다.
따라서 아크릴 수지를 대신하여 최근에는 가공성이 양호한 폴리스티렌계 수지로부터 압출성형품이 많이 제조되고 있는데, 이러한 폴리스티렌 수지는 투명하고 형상을 만들기 쉬워 1회용 컵, 과자의 포장용기 등의 포장재와 자동차 램프커버, LCD TV의 광확산판 등의 산업자재, 투명용기, 투명케이스 등 실생활에 다양하게 사용되고 있다. 그렇지만 내후성 및 표면광택성이 떨어지는 단점이 있고, 폴리스티렌계 수지 중에서도 범용 폴리스티렌 수지만으로 플라스틱 쉬트를 제조할 경우에는 충격강도가 약하며, 내광성이 부족하여 직사광선 하에서는 점차 황변, 노화하게 되어 옥외에 장기간 사용하기 어려운 문제점이 있다(특허문헌 2, 3).
본 발명은 백화점, 판매 대리점 등의 여러 곳에서 물품과 광고 문안을 진열하여 제품을 홍보하는 디스플레이용 고광택 플라스틱 쉬트를 제조하기 위한 것으로, 종래 아크릴 수지의 장점을 그대로 살리면서도 상품 진열대로서의 아크릴 소재가 갖는 단점을 개선함과 동시에 생산원가가 저렴한 대체 소재의 개발에 착안하여 본 발명에 이르게 되었다.
특허문헌 1. 한국등록특허공보 제10-0748277호 특허문헌 2. 한국등록특허공보 제10-0791616호 특허문헌 3. 한국공개특허공보 제2007-0085938호
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 범용 폴리스티렌 수지, 내충격성 폴리스티렌 수지, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 수지 및 백색 안료를 포함하는 수지 조성물을 공압출하여 쉬트 형태로 제조함으로써 생산 원가를 줄이면서도 가공성, 내충격성, 내흡습성 및 내후성이 우수하고, 표면광택도가 뛰어난 백색 열가소성 플라스틱 쉬트 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 범용 폴리스티렌 수지 70~80 중량%, 내충격성 폴리스티렌 수지 18~25 중량% 및 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 2~5 중량%로 이루어진 주재 수지 100 중량부에 대하여 백색 안료 0.01~10 중량부를 포함하는 백색 쉬트용 수지 조성물을 제공한다.
또한, 상기 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체는 공중합체 내의 메틸메타크릴레이트 함량이 20~40 중량%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 백색 안료는 산화티탄 입자, 산화아연 입자, 황화아연 입자, 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 및 산화알루미나 입자로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 것을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 백색 안료 입자는 실란 커플링제 또는 티탄 커플링제로 표면처리된 것임을 특징으로 한다.
또한, 상기 백색 안료 입자는 평균 입경이 0.1~2 μm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 백색 쉬트용 수지 조성물은 자외선 안정제, 산화방지제, 대전방지제, 및 난연제로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 수지 조성물을 포함하는 백색 쉬트를 제공한다.
본 발명은 상기 백색 쉬트를 진공성형하여 제작되는 실내외 장식용 플라스틱 제품을 제공한다.
또한, 상기 백색 쉬트는 범용 폴리스티렌 수지, 내충격성 폴리스티렌 수지 및 백색 안료를 포함하는 기재층과, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체를 포함하는 상하 대칭의 표면층이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표면층은 두께가 300~500 μm인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 i) 범용 폴리스티렌 수지, 내충격성 폴리스티렌 수지 및 백색 안료를 이축 압출기의 일 호퍼부에 공급하는 단계; ii) 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체를 이축 압출기의 타 호퍼부에 공급하는 단계; iii) 상기 i) 단계의 성분들을 용융·혼련하고 압출함으로써 쉬트를 형성하는 단계; 및 iv) 상기 ii) 단계의 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체를 용융·혼련하고 공압출함으로써 상기 iii) 단계에서 형성된 쉬트에 상하 대칭의 표면층을 형성하는 단계;를 포함하는 백색 쉬트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 제조되는, 범용 폴리스티렌 수지, 내충격성 폴리스티렌 수지, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 수지 및 백색 안료를 포함하는 백색 쉬트는 생산 원가를 줄이면서도 가공성, 내충격성, 내흡습성 및 내후성이 우수하고, 표면광택도가 뛰어나 상품의 진열장, 전시대 및 광고용 백보드뿐만 아니라 실내외 장식용 플라스틱 소재로서도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 백색 쉬트의 구조를 나타내는 평면도.
이하에서는 본 발명에 따른 범용 폴리스티렌 수지, 내충격성 폴리스티렌 수지, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 및 백색 안료를 포함하는 수지 조성물, 이를 포함하는 백색 쉬트 및 그 제조방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에서는 백색 쉬트용 수지 조성물을 구성하는 주재 수지의 일 성분으로서 범용 폴리스티렌 수지를 사용하는바, 범용 폴리스티렌 수지는 무색투명하며 착색이 자유로워 성형품의 상품가치를 높일 수 있고, 가격이 저렴하면서도 성형가공성이 뛰어나 압출성형 및 사출성형에 적합하며, 흡습성도 낮아서 종래 PMMA 주재의 상품 진열장, 전시대 및 광고용 백보드 등을 대체할 수 있다.
그러나 범용 폴리스티렌 수지는 내충격성이 작고, 부서지기 쉬운 단점을 가지고 있어 이를 보완하기 위하여 본 발명에서는 내충격성 폴리스티렌 수지를 병용하여 사용한다. 내충격성 폴리스티렌 수지는 범용 폴리스티렌 수지의 취약성을 개선하기 위하여 고무를 보강한 수지로서 폴리부타디엔 사슬에 폴리스티렌을 혼성중합시켜 계면에서의 상용성의 증가로 고착력을 대폭 향상시킴으로써 효과적인 충격물성을 얻는 것으로 알려져 있다.
그런데 범용 폴리스티렌 수지와 내충격성 폴리스티렌 수지를 백색 쉬트용 수지 조성물의 주재로 함께 사용하여도 내충격성, 내흡습성 및 성형가공성은 증가하지만 진열·전시용 백색 쉬트에 요구되는 또 다른 물성으로서 내후성 및 표면광택도를 만족시키지는 못한다. 따라서 본 발명에서는 백색 쉬트의 내후성 및 표면광택도를 향상시키기 위하여 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 수지를 병용한다.
본 발명의 백색 쉬트 주재 수지는 기본적으로 범용 폴리스티렌 수지 70~80 중량%, 내충격성 폴리스티렌 수지 18~25 중량% 및 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 2~5 중량%로 이루어진 것으로서, 범용 폴리스티렌 수지와 블렌드 되는 내충격성 폴리스티렌 수지의 비율이 18 중량% 미만이면 양호한 내충격성을 얻기 어렵고, 25 중량%를 초과하면 내광성 및 광택도가 크게 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 범용 폴리스티렌 수지 70~80 중량%와 내충격성 폴리스티렌 수지 18~25 중량%에 함께 사용되는 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체는 그 비율이 2 중량% 미만이면 내후성 및 표면광택도가 향상되기 어렵고, 5 중량%를 초과하면 분산성이 떨어지는 단점이 있으므로, 상기 범위 내에서 백색 쉬트 주재 수지를 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 백색 쉬트 주재 수지에 백색 안료를 혼합함으로써 백색도를 향상시키게 되는 것이다.
백색 안료로서는 산화티탄 입자, 산화아연 입자, 황화아연 입자, 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 및 산화알루미나 입자로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나, 또는 2 이상의 것을 혼합하여 사용할 수도 있으며, 백색도 관점에서 산화티탄 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 산화티탄 입자는 일반적으로 아나타제형과 루틸형 결정구조를 갖는 것으로 알려져 있는데, 루틸형이 장기 내구성이나 내변색성이 우수하므로 더욱 바람직하다. 이러한 백색 안료 입자는 비닐트리에톡시실란, 2-아미노프로필트리에톡시실란, 2-글리시독시프로필트리에톡시실란 등의 실란 커플링제 또는 티탄 커플링제로 표면처리된 것을 사용하여도 좋다.
상기 백색 안료는 백색 쉬트 주재 수지 100 중량부에 대하여 0.01~10 중량부를 혼합하는바, 백색 안료의 함량이 0.01 중량부 미만이면 백색도 향상의 효과가 미미하며, 10 중량부를 초과하면 백색 쉬트 주재 수지 내에서의 분산성이 떨어지므로 상기 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 백색 안료는 백색 쉬트 주재 수지와의 상용성 및 분산성을 고려하여 입자 형태로 혼합하는데, 백색 안료 입자의 평균 입경은 0.1~2 μm인 것이 바람직하다. 백색 안료 입자의 평균 입경이 0.1 μm미만이면 백색 쉬트의 황변 형상이 발생할 우려가 있고, 2 μm를 초과하면 백색 안료 입자의 크기가 커서 백색 쉬트 주재 수지와의 분산성 및 혼화성이 떨어져 백색도 향상의 효과를 기대하기 어렵다.
한편, 본 발명에 따른 백색 쉬트용 수지 조성물에는 자외선 안정제, 산화방지제, 대전방지제, 및 난연제로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있는바, 그 종류 및 함량에 대해서는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있으므로 그에 따라 적절히 사용하면 된다.
본 발명은 상기 백색 쉬트용 수지 조성물을 포함하는 백색 쉬트를 제공한다. 상기 백색 쉬트는 도 1에 도시한 바와 같이 범용 폴리스티렌 수지, 내충격성 폴리스티렌 수지 및 백색안료(30)를 포함하는 기재층(10)과, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체를 포함하는 상하 대칭의 표면층(20)이 형성된 것으로, 수지 조성물을 공압출함으로써 백색 쉬트를 형성시킨다.
상기 표면층(20)의 성분인 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체는 공중합체 내의 메틸메타크릴레이트 함량에 따라 기재층(10)의 성분인 범용 폴리스티렌 수지 및 내충격성 폴리스티렌 수지와의 혼화성이 달라져 기재층(10)과 표면층(20) 간의 박리 현상이 발생할 우려가 있으므로, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체는 공중합체 내의 메틸메타크릴레이트 함량이 20~40 중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 표면층(20)은 그 두께가 300~500 μm인 것이 바람직한데, 표면층(20)의 두께가 300 μm미만이면 표면광택을 유지하기 어렵고, 만족할만한 내후성을 기대하기 힘들며, 두께가 500 μm를 초과하면 절곡 등의 기계 가공시 크랙이 발생하는 원인이 된다.
또한, 본 발명은 i) 범용 폴리스티렌 수지, 내충격성 폴리스티렌 수지 및 백색 안료를 이축 압출기의 일 호퍼부에 공급하는 단계; ii) 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체를 이축 압출기의 타 호퍼부에 공급하는 단계; iii) 상기 i) 단계의 성분들을 용융·혼련하고 압출함으로써 쉬트를 형성하는 단계; 및 iv) 상기 ii) 단계의 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체를 용융·혼련하고 공압출함으로써 상기 iii) 단계에서 형성된 쉬트에 상하 대칭의 표면층을 형성하는 단계;를 포함하는 백색 쉬트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서와 같이 열가소성 수지를 원료로 하여 평판 쉬트를 제조하는 데에는 사출성형, 압출성형, 압축성형, 공압출성형 등 공지의 성형방법을 모두 이용할 수 있는데, 본 발명에서는 범용 폴리스티렌 수지, 내충격성 폴리스티렌 수지 및 백색 안료(30)를 포함하는 기재층(10)과, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체를 포함하는 상하 대칭의 표면층(20)을 형성한 평판 쉬트를 제조하기 위하여 공압출성형 방법을 이용한다.
또한, 상기 공압출성형 방법에 의하여 제조된 평판 쉬트를 원하는 형상의 몰드에 적용하여 진공성형함으로써 다양한 형태의 플라스틱 제품을 얻을 수도 있다.
이하 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
( 실시예 1)
범용 폴리스티렌 수지 800kg, 내충격성 폴리스티렌 수지 180kg 및 백색 안료로 평균 입경이 1 μm인 산화티탄 입자 0.5kg과 탄산칼슘 입자 0.1kg을 이축 압출기의 일 호퍼부에 공급하고, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 20kg을 이축 압출기의 타 호퍼부에 공급하였다. 이어서 상기 이축 압출기의 일 호퍼부에 공급된 원료들을 용융·혼련하고 압출함으로써 쉬트를 형성한 다음, 상기 이축 압출기의 타 호퍼부에 공급된 원료를 용융·혼련하고 공압출함으로써 상기 형성된 쉬트에 상하 대칭의 표면층을 형성시켜 3 mm 두께의 평판 쉬트로 성형하여 백색 쉬트를 제조하였다.
( 실시예 2)
범용 폴리스티렌 수지 700kg, 내충격성 폴리스티렌 수지 250kg, 백색 안료로 평균 입경이 2 μm인 산화티탄 입자 0.5kg 및 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 50kg을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 백색 쉬트를 제조하였다.
( 비교예 1)
범용 폴리스티렌 수지 850kg, 내충격성 폴리스티렌 수지 140kg, 백색 안료로 평균 입경이 0.03 μm인 산화티탄 입자 0.5kg 및 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 10kg을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 백색 쉬트를 제조하였다.
( 비교예 2)
범용 폴리스티렌 수지 670kg, 내충격성 폴리스티렌 수지 320kg, 백색 안료로 평균 입경이 1 μm인 산화티탄 입자 120kg 및 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 10kg을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 백색 쉬트를 제조하였다.
( 시험예 )
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2로부터 제조된 백색 쉬트의 물성을 아래 방법에 의하여 측정하였다.
(1) 표면광택도는 JIS K7105 방법에 준하여 60°의 경면 광택도를 광택계로 측정하였다.
(2) 백색도는 ASTM E 313 방법에 따라 측정하였다.
(3) 내광성은 ATLAS-UVCON을 이용하여 60℃에서 72시간 동안 자외선을 조사한 후, YI(Yellow Index) 변화량을 측정하였다.
(4) 충격강도는 통상의 Izod 충격시험기로 측정하였다.
(5) 수분 흡수율은 평판 쉬트를 5cm X 15cm 시편으로 절단하고, 50℃ 진공오븐에서 24시간 건조시킨 시편의 중량을 D, 이 건조 시편을 상온의 증류수에 10일간 침적시킨 시편의 중량을 W로 하여, (W-D)/D X 100(%)로 계산하였으며, 표 1에 물성평가 결과를 나타내었다.
구분 표면광택도
(%)		 백색도 △YI 충격강도
(J/m)		 수분흡수율
(%)		 내후성
실시예 1 41.6 94 1.2 23.7 0.14 우수
실시예 2 43.5 92 1.3 22.5 0.25 우수
비교예 1 28.2 86 2.6 15.3 0.44 양호
비교예 2 25.3 85 2.4 18.3 0.53 양호
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 실시예 1, 2의 백색 쉬트는 비교예 1, 2의 백색 쉬트에 비하여 표면광택도, 백색도, 내광성, 내충격성, 내흡습성 및 내후성 등의 물성이 모두 우수함을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 백색 쉬트는 종래 PMMA 주재의 상품 진열장, 전시대 및 광고용 백보드 등을 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 본 발명의 백색 쉬트를 원하는 형상의 몰드에 적용하여 진공성형함으로써 실내외 장식용으로도 사용가능한 다양한 형태의 플라스틱 제품을 얻을 수도 있다.
10. 기재층
20. 표면층
30. 백색 안료

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  7. 범용 폴리스티렌 수지 70~80 중량%, 내충격성 폴리스티렌 수지 18~25 중량% 및 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 2~5 중량%로 이루어진 주재 수지 100 중량부에 대하여 백색 안료 0.01~10 중량부를 포함하는 백색 쉬트용 수지 조성물을 포함하는 백색 쉬트로서,
    상기 백색 쉬트는 범용 폴리스티렌 수지, 내충격성 폴리스티렌 수지 및 백색 안료를 포함하는 기재층과, 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체를 포함하는 상하 대칭의 표면층이 형성된 것을 특징으로 하는 백색 쉬트.
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  9. 제7항에 있어서, 상기 표면층은 두께가 300~500 μm인 것을 특징으로 하는 백색 쉬트.
  10. 제7항의 백색 쉬트를 진공성형하여 제작되는 실내외 장식용 플라스틱 제품.
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  12. 제7항에 있어서, 상기 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체는 공중합체 내의 메틸메타크릴레이트 함량이 20~40 중량%인 것을 특징으로 하는 백색 쉬트.
  13. 제7항에 있어서, 상기 백색 안료는 산화티탄 입자, 산화아연 입자, 황화아연 입자, 탄산칼슘 입자, 황산바륨 입자, 및 산화알루미나 입자로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 것을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 백색 쉬트.
  14. 제13항에 있어서, 상기 백색 안료 입자는 실란 커플링제 또는 티탄 커플링제로 표면처리된 것임을 특징으로 하는 백색 쉬트.
  15. 제13항에 있어서, 상기 백색 안료 입자는 평균 입경이 0.1~2 μm인 것을 특징으로 하는 백색 쉬트.
  16. 제7항에 있어서, 자외선 안정제, 산화방지제, 대전방지제, 난연제, 및 안료로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 첨가제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 쉬트.
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