KR101233075B1 - 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법 및 이로부터 제조된 시트 몰딩 컴파운드를 이용한 친환경 욕실 천장재의 설치 방법 - Google Patents

시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법 및 이로부터 제조된 시트 몰딩 컴파운드를 이용한 친환경 욕실 천장재의 설치 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법 및 이로부터 제조된 시트 몰딩 컴파운드를 이용한 친환경 욕실 천장재의 설치 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 표면 처리된 수산화 알루미늄을 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 충전재로 사용함으로써 시트 몰딩 컴파운드에 대리석 질감을 부여하는 동시에 항균성 발현, 원적외선 방출, 음이온 방출과 같은 효능을 갖도록 하는 시트 몰딩 컴파운드를 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 시트 몰딩 컴파운드를 이용하여 친환경 욕실 천장재를 설치하는 방법을 제공한다.

Description

시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법 및 이로부터 제조된 시트 몰딩 컴파운드를 이용한 친환경 욕실 천장재의 설치 방법{Method of preparing sheet molding compound and method of installing eco-friendly bathroom ceiling using the sheet molding compound prepared by the same}
본 발명은 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법 및 이로부터 제조된 시트 몰딩 컴파운드를 이용한 친환경 욕실 천장재의 설치 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 표면 전처리된 수산화 알루미늄을 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 충전재로 사용함으로써 시트 몰딩 컴파운드에 대리석 질감을 부여하는 동시에 항균성 발현, 원적외선 방출, 음이온 방출과 같은 효능을 갖도록 하는 시트 몰딩 컴파운드를 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 시트 몰딩 컴파운드를 이용하여 친환경 욕실 천장재를 설치하는 방법에 관한 것이다.
강화 플라스틱 가공 업계에 있어서, 노동력 절감, 제품의 양산화, 작업 환경 개선 등의 요구로 인하여 불포화 폴리에스테르 수지 조성물을 기재 재료로 하는 시트 몰딩 컴파운드(sheet molding compound, SMC)에 관한 수요가 증대되고 있으며 관련 기술도 나날이 발전하고 있다.
시트 몰딩 컴파운드는 일반적으로 불포화 폴리에스테르 수지, 중합성 단량체, 경화제, 무기 충전재, 이형제, 난연제 등을 혼합한 액상 수지 조성물에 증점제로서 알칼리토금속의 산화물이나 수산화물을 첨가하고 유리섬유 보강재를 함침시켜 이형필림에 샌드위치 형태로 증점시켜 시트상으로 제조한다.
이렇게 해서 제조된 시트 몰딩 컴파운드는 성형을 위해 금형 내에서 가열 성형되어 최종 형상의 성형품이 되며, 내열성, 내수성, 내약품성 및 강도가 높아 보트, 항공기 부품 등에 적용되고, 건축용 자재, 실내 인테리어용 자재 등으로 주로 이용된다.
실내 인테리어용 자재의 예로서 최근에는 미감을 갖도록 표면을 디자인하여 주택의 욕실 천장재로서 활용되는 경우도 많다. 이러한 욕실 천장재로서 활용되기 위해서는 욕실에 습도가 높으므로 내수성이 좋아야 하고 특히 항균성이 높을 필요가 있다.
또한, 건축용 자재이므로 난연성을 가질 필요가 있으며, 기타 다양한 기능성을 구비할 필요가 있다.
종래 불포화 폴리에스테르를 기재수지로 하는 시트 몰딩 컴파운드의 경우 무기 충전재로는 주로 탄산칼슘계 충전재를 많이 사용하였다. 이러한 탄산칼슘은 투광 굴절률이 불포화 폴리에스테르 수지와는 차이가 있어 투명성이 떨어지므로 대리석 질감이 크게 발휘되지는 못하는 실정이었다. 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 투명성을 높여 대리석 질감을 갖게 하기 위해서는 불포화 폴리에스테르 수지와 굴절률이 유사한 무기 충전재를 사용할 필요가 있는데 이러한 무기 충전재로는 수산화 알루미늄(aluminuim trihydroxide, ATH)이 있다. 그러나, 수산화 알루미늄의 경우에는 오일 흡유량이 높기 때문에 불포화 폴리에스테르와 혼용하게 되면 점도가 지나치게 올라가서 시트상으로 제조하기 곤란하다는 문제가 있다. 따라서 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 경우 무기 충전재로는 주로 탄산칼슘을 사용하며 수산화 알루미늄의 경우는 보조적으로만 사용하는 실정이며, 그 양을 증가시키기에는 한계가 있었다.
관련 기술로서 대한민국 등록특허 특1980-0001656호는 산가, 수산가, 분자량이 특정 범위에 있는 불포화 폴리에스테르와 에틸렌계 불포화 단량체로 이루어진 특정의 불포화 폴리에스테르 수지에 충전재, 증점제, 호박산유도체를 배합함으로써 우수한 작용 효과를 발휘하는 증점특성이 있는 시트 몰딩 컴파운드를 제안하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제0227593호는 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드로서 유리온도가 낮은 수지로 이루어진 코어부와 유리온도가 높은 수지로 이루어진 셀층으로 이루어진 코어/셀 구조의 수지 입자에 금속 양이온을 부가해서 이온 가교시킨 수지 분말을 유효성분으로 하는 증점제를 배합하여 사용함으로써 저장안정성이 양호하고 저온 및 저압에서의 성형이 가능하며, 저수축성과 표면 평활성이 뛰어난 시트 몰딩 컴파운드 성형품을 얻을 수 있는 기술을 제안하고 있다.
또한, 대한민국 공개특허 특허공보 제92-0008578호는 특정의 불포화 폴리에스테르 수지 조성물을 사용함으로써 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 수축성을 저감시키고 표면 평활성을 높일 수 있는 기술을 제안하고 있다.
또한, 대한민국 공개특허 특2001-0105319호는 인조대리석용 시트 몰딩 컴파운드에 사용될 수 있는 신규한 증점제에 관하여 개시하며, 잔존 유화제량이 최소화된 중합체 분말을 증점제로 사용함으로써 내열수성, 외관 및 각종 물리적 특성을 개선할 수 있음을 제안하고 있다.
그러나, 종래의 기술은 수산화 알루미늄을 불포화 폴리에스테르 수지에 사용하는 것에 관해서는 구체적으로 기재하고 있지 않다. 이는 수산화 알루미늄의 경우 오일을 과다하게 흡유하는 특성으로 인해 점도 조절이 용이하지 않아 실제 약 3mm 정도로 두께가 얇은 시트 몰딩 컴파운드에 적용하기는 어렵기 때문이다. 따라서 종래 시트 몰딩 컴파운드는 충전재로서 주로 탄산칼슘을 사용하였으며 이로 인해 투명성이 낮아 대리석 질감을 부여하기는 한계가 있는 상황이었으며 난연성도 개선의 여지가 남아 있는 상황이었다. 아울러 실내용 건축자재 특히 욕실과 같이 수분이 남은 장소에 사용하기 위해서는 항균성과 같은 기능성도 확보할 필요가 있는데, 종래 기술에서는 이와 같은 기능성에 관해서는 제안된 바가 없으므로 개선의 여지가 많이 남아 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 수산화 알루미늄을 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드에 적용하여 투명성을 높임으로써 대리석 질감을 향상시키고, 시트 몰딩 컴파운드에 항균성을 부여하여 욕실 천장재 용도로 사용하기 적합하도록 하며, 동시에 원적외선과 음이온이 방출되도록 하여 건강 증진에도 도움이 될 수 있는 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드를 제조하는 방법과 이 방법에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드를 이용하여 친환경 욕실 천장재를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
(1) 유기실란으로 수산화 알루미늄을 처리하여 실란 처리된 수산화 알루미늄 분말을 얻는 단계;
(2) 상기 얻어진 수산화 알루미늄 분말에 불포화 폴리에스테르와 공중합성 단량체의 혼합물인 불포화 폴리에스테르 수지 시럽, 저수축제 및 증점제를 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계;
(3) 상기 제조된 페이스트를 주형하여 시트상을 형성하고 페이스트에 유리섬유를 분산시켜 함침시키는 단계; 및
(4) 상기 얻어진 성형물을 숙성시키는 단계
를 포함하는 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은
상기 본 발명의 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법에 의하여 제조된 시트 몰딩 컴파운드의 시트상 성형품을 욕실 천정용 판재 형태로 재단하는 단계; 및
상기 얻어진 재단품을 욕실 천정에 설치하는 단계
를 포함하는 친환경 욕실 천장재의 설치 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 새로운 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드를 이용한 친환경 욕실 천장재의 제조방법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.
1. 우선, 본 발명에 따른 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법에서는 불포화 폴리에스테르계 수지에 수산화 알루미늄을 충전재로 사용함에 있어서, 유기 실란으로 표면을 처리하여 얻어진 분말 상의 수산화 알루미늄을 사용함으로써 수산화 알루미늄에 의해 점도가 지나치게 상승하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 함으로써 수산화 알루미늄을 이용한 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 제조가 가능하게 되어 투명성을 제고시킴으로써 대리석 질감을 갖는 시트 몰드 컴파운드의 제조가 가능하다.
2. 또한, 본 발명에 따른 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법은 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 문제점인 경화 과정에서의 수축의 문제를 고무계 저수축제를 배합하여 사용함으로써 해결할 수 있다.
3. 또한, 본 발명에 따른 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드는 항균성을 보유함으로써 실내 인테리어용, 특히 욕실 천장재용으로 사용하기 적합하다.
4. 또한, 본 발명에 따른 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드는 음이온과 원적외선을 방출함으로써 인체 건강에도 매우 유익하다.
5. 또한, 본 발명에 따른 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드는 기존 탄산칼슘을 사용한 시트 몰딩 컴파운드에 비해 난연성도 향상되는 효과도 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 제조 방법의 일 예에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드 성형품을 이용하여 항균성을 평가한 결과를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 제조 방법의 일 예에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드 성형품을 욕실 천장재(몸체 및 날개)로서 사용하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제조 방법의 일 예에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드 성형품을 사용하여 욕실 천장재를 시공한 현장 사진이다.
이하, 본 발명에 관하여 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법은
(1) 유기실란으로 수산화 알루미늄을 처리하여 실란 처리된 수산화 알루미늄 분말을 얻는 단계;
(2) 상기 얻어진 수산화 알루미늄 분말에 불포화 폴리에스테르와 공중합성 단량체의 혼합물인 불포화 폴리에스테르 수지 시럽, 저수축제 및 증점제를 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계;
(3) 상기 제조된 페이스트를 주형하여 시트상을 형성하고 페이스트에 유리섬유를 분산시켜 함침시키는 단계; 및
(4) 상기 얻어진 성형물을 숙성시키는 단계
를 포함하여 구성된다.
이 때, 상기 (1)에서 유기 실란으로 수산화 알루미늄으로 처리하는 실란 처리는 R1nSi(OR2)4-n (n=0~3, R1= C1~C6알킬기, OR2=메톡시, 에톡시, 아세톡시기)의 유기 실란에 수산화 알루미늄이 용매에 분산된 콜로이드상 용액을 분산시킨 후 1~10 시간동안 교반하여 수행할 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 수산화 알루미늄 용액 100 중량부를 기준으로 유기 실란 약 0.1~50중량부를 상기 수산화 알루미늄 용액에 첨가하여 용액 내에서 수산화 알루미늄 입자 표면에 유기기를 형성하고 반응기를 통과시켜 탈수 및 축합반응을 통해 유기기로 표면 처리된 수산화 알루미늄 분말을 형성시킨다. 이 때 상기 수산화 알루미늄 용액은 수산화 알루미늄이 물이나 알코올과 같은 용매 내에 콜로이드 상태로 분산되어 있는 것으로서, 콜로이드 용액 상태로 유기 실란과 접촉하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 상기 유기 실란은 R1nSi(OR2)4-n (n=0~3, R1= C1~C6알킬기, OR2=메톡시, 에톡시, 아세톡시기)인 것이 바람직하며, 구체적인 예로는 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 테트라에톡시실란 등을 들 수 있다.
이 때 유기 실란으로 수산화 알루미늄 표면을 처리하는 것은 상온에서 1~10 시간 정도 교반하여 처리하여 유기기가 형성된 수산화 알루미늄 무기물을 형성하고 이를 반응기에 통과시켜 형성한다. 이 때 상기 반응기는 가열장치로서 온도를 100 ~ 300℃로 승온하여 1~10시간 동안 용매와 유기기가 형성된 수산화 알루미늄 무기물을 탈수 및 축합반응시켜 표면 처리가 완료된 분말상의 수산화 알루미늄 무기물 입자를 제조할 수 있다.
상기 단계에서 얻어진 표면이 실란 처리된 수산화 알루미늄 분말은 (2) 단계에서 불포화 폴리에스테르 수지와 혼합된다. 이 때 본 발명에 사용되는 불포화 폴리에스테르는 본 발명이 속하는 분야에서 사용되는 불포화 폴리에스테르는 제한없이 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 불포화 폴리에스테르의 예로는 α,β-불포화 2염기산 또는 그 유도체, 필요에 따라 포화 2염기산으로 이루어진 산성분과 다가 알코올 또는 알킬렌옥시드의 반응물을 들 수 있다. 이 때, 상기 α,β-불포화 2염기산 또는 그 유도체로는 예를 들어, 말레산무수물, 말레산, 푸마르산, 할로겐화 말레산무수물, 이타콘산 및 시트라콘산 등을 들 수 있다. 또한, 포화 2염기산으로서는 예를 들어 프탈산무수물, 이소프탈산, 테레프탈산, 아디프산, 테트라히드로프탈산무수물, 헥사히드로프탈산무수물, 테트라클로로프탈산무수물, 세바스산, 숙신산, 숙신산무수물 등을 들 수 있다. 또한, 상기 다가 알코올로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 1,3-부탄디올, 2,3-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,5-펜탄디올, 글리세롤, 트리메틸올에탄 등을 들 수 있다. 또한, 상기 알킬렌옥시드로는 에틸렌옥시드, 프로필렌옥시드, 브틸렌옥시드, 에피클로로히드린 등을 들 수 있다. 상기 반응은 불활성 기류 하에서 150~250℃에서, 바람직하게는 180~220℃의 범위에서 행할 수 있다.
상기 불포화 폴리에스테르의 분자량은 특별히 한정하지는 않으나, 수평균 분자량으로 800~3000의 범위가 바람직하며, 2중 결합당 수평균 분자량은 300 이하, 더욱 바람직하게는 150~250이 적당하다.
본 발명에 사용되는 상기 공중합성 단량체로는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 불포화 폴리에스테르 수지에 사용되는 공지의 것이 사용될 수 있으며, 예를 들어 스티렌, 클로로스티렌, α-메틸스티렌, p-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 디비닐벤젠, 디알릴프탈레이트 등의 방향족계 단량체; 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트 등의 알킬메타크릴레이트류; 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트 등의 알킬아크릴레이트 등을 들 수 있다. 또한, 상기 공중합성 단량체는 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 1~30 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 (2)단계에서 사용되는 실란 처리된 수산화 알루미늄 분말은 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 30~90 중량부의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법에 있어서, 상기 (2)단계에서 사용되는 불포화 폴리에스테르 수지 시럽에는 반응성 개시제가 추가로 포함될 수 있다. 상기 반응성 개시제는 불포화 폴리에스테르 수지와 혼합될 경우 라디칼 중합 반응을 개시하여 불포화 폴리에스테르 및 공중합성 단량체를 경화시키는 역할을 한다. 이러한 반응 개시제는 시트 몰딩 컴파운드의 제조분야에서 일반적으로 사용되는 개시제는 제한 없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 큐밀하이드로 퍼옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시 말레인산, t-부틸하이드로 퍼옥사이드 및 t-부틸퍼옥시-2 에틸 헥사노에이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며, 더욱 바람직하게는 벤조일 퍼옥사이드이다. 이러한 반응 개시제의 사용량은 특별히 한정하지는 않으나, 반응의 효율성을 위하여 상기 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 0.1-5.0 중량부의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다.
불포화 폴리에스테르 수지는 경화되면서 수축을 수반하기 때문에 성형품의 정밀도가 떨어지고 크랙이 발생하며 표면 평활도가 낮은 결정이 있다. 이를 극복하기 위하여 저수축제를 배합하여 사용해야 하는데, 본 발명에 따른 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법에 있어서, 상기 (2)단계에서 사용되는 저수축제는 액상 이소프렌 고무, ABS 수지 등 고무계 액상 수지를 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 상기 액상 이소프렌 고무는 상온에서 액상으로 존재하며, 수평균분자량이 3,000~50,000, 바람직하게는 7,000~30,000 정도인 것이 바람직하다. 또한, 분자중 또는 말단에 산가가 10~40, 더욱 바람직하게는 15~30 정도인 산기를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 액상 이소프렌 고무에 산기를 도입하면 불포화 폴리에스테르 수지와의 상용성이 좋아지고 성형시에 액상 이소프렌 고무의 분리로 인한 다이의 오염문제를 방지할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 상기 ABS 수지는 불포화 폴리에스테르 수지의 수축성을 완화시키는 역할을 하는 동시에 기재 수지의 인성 등 물성을 향상시키는 효과도 있다. 본 발명에서 상기 ABS 수지의 분자량은 특별히 제한하지 않으나, 수평균분자량으로서 3,000 ~ 100,000, 바람직하게는 5,000 ~ 50,000 정도인 것이 바람직하다.
이러한 저수축제의 사용량은 특별히 한정하지는 않으나, 상기 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 0.1-10.0 중량부의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법에 있어서, 상기 (2)단계에서 사용되는 증점제는 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 산화칼슘, 수산화칼슘 등과 같이 알칼리토금속의 산화물 또는 수산화물을 사용할 수 있다. 또한, 증점제의 사용량은 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 ~ 5중량부의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다. 상기 증점제의 사용량이 지나치게 적으면 성형하기에 충분한 점도가 얻어지기 어렵고, 너무 많으면 초기 점도가 지나치게 높아 유리 섬유의 함침이 불량하게 되고 성형재료가 지나치게 단단해져 양호한 성형품이 얻어지지 않는 결과를 초래할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 (2)단계의 페이스트에는 얻어지는 성형품에 내열수성, 내열성, 강도, 내용제성, 치수 안정성 등의 특성을 부여하기 위하여 다관능성 단량체를 추가로 함유시킬 수 있다. 이 경우 다관능성 단량체의 함유량은 특별히 제한하지 않으나 상기 특성을 유효하게 발현시킨 성형품을 얻기 위해서는 불포화 폴리에스테르 수지 시럽 전체 함량 기준으로 1~5 중량%의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 다관능성 단량체의 예로서는 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 (2)단계의 페이스트에는 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적으로 사용되는 커플링제, 소포제, 착색안료, 난연제, 난연조제, 샌드칩 등의 첨가제가 제한 없이 추가될 수 있다.
상기 (2)단계에서 페이스트는 상기 (1)단계에서 얻어진 표면 처리된 수산화 알루미늄 분말에 불포화 폴리에스테르 수지 시럽과 저수축제, 증점제를 포함하는 각종 첨가제를 혼련하여 제조한다. 페이스트를 혼련하는 방법은 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어 니이더(kneader), 믹서, 롤, 압출기, 혼련 압출기 등을 사용할 수 있다. 특히 각 구성 성분을 혼련함과 동시에 증점시켜 압출, 혼련, 증점을 하나의 공정으로 행하고 소정의 형상으로 구현하여 시트 몰디 컴파운드를 연속적으로 제조하기 위해서는 혼련 압출기가 적합하게 사용될 수 있다. 이러한 혼련 압출기는 내부에 혼련 기능과 압출 기능을 동시에 갖는 것으로 스크류를 담지한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 스크류는 1축 또는 2축인 것을 사용할 수 있으며, 혼련 효율성을 높이기 위해서는 2축 스크류가 내재된 혼련 압출기를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
이렇게 혼련되어 얻어지는 페이스트는 일정한 형틀에 주형(캐스팅)하여 소정 두께의 시트상으로 투입하고 이어서 페이스트 위에 유리섬유를 분산시켜 함침시킨다. 본 발명에서 유리섬유는 보강제 역할을 하여 강도를 보강하고 치수 안정성을 향상시키는 역할을 한다. 유리섬유의 예는 특별히 제한하지 않으나, 유리단섬유 형태로서 그 섬유 길이가 통상 1/16인치 내지 1인치 범위에 속하는 유리섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 유리섬유는 상기 얻어지는 페이스트 100 중량부를 기준으로 50 내지 200 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 유리섬유를 페이스트에 분산, 함침시킨 이후에 페이스트를 추가로 캐스팅하여 시트 몰딩 컴파운드 성형품을 제조할 수도 있다. 이와 같이 제조된 시트 몰딩 컴파운드는 표면 평활성이 향상되고 천연석과 같은 질감을 부여할 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 페이스트를 성형틀 내에 충전하고 그 위에 유리섬유를 투입하여 함침시킨 후에 숙성시켜 경화시킴에 의해 시트 몰딩 컴파운드를 제조한다. 이후 얻어진 시트 몰딩 컴파운드를 가열, 가압 경화시킴에 의해 성형품을 제조할 수 있다.
본 발명에서는 이와 같이 얻어진 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드 성형품을 욕실용 천장재로 사용하는 것에 특징이 있다.
욕실용 천장재로 사용되기 위해서는 기계적 물성이 우수해야 하고, 특히 항균성, 난연성이 우수해야 한다.
본 발명에 따른 불포화 폴리에스테르계 시트 몰딩 컴파운드는 그 자체로 항균성을 갖기 때문에 별도의 항균제가 필요하지는 않으나, 욕실 내에서 장시간 사용하다보면 벌레, 습기, 결로 등이 생길 수 있으므로 미생물이 번식할 수 있다. 따라서 항균성을 강화시키는 차원에서 항균제를 추가로 포함시켜 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 (2)단계에서 페이스트를 제조함에 있어, 제올라이트계 무기 항균제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 제올라이트계 무기 항균제는 제올라이트에 항균성 음이온인 은, 아연 등을 담지시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 제올라이트계 무기 항균제를 페이스트에 혼합하여 사용하여 성형시 물성 변화가 일어나지 않고 안정적인 항균 작용을 발휘할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 상기 제올라이트계 무기 항균제는 전체 페이스트 100 중량부를 기준으로 0.1 ~ 5 중량부로 포함되어 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 얻어진 시트 몰딩 컴파운드를 실내 인테리어, 특히 욕실의 천장재로 사용하기 위한 것이므로 부가적인 기능으로서 음이온 및 원적외선 방출 기능을 갖도록 할 수 있다.
음이온은 공기 중의 산소 분자와 충돌하여 산소 분자를 음전하를 띠도록 만들어 주는데, 이것을 산소 음이온 또는 줄여서 통상 ‘음이온’이라 한다. 양이온이 증가하면, 인체 내의 음이온 감소와 양이온 증가로 인하여 신경통, 천식, 뇌졸중 등의 발병률 수치가 높다고 보고되고 있다. 이와 반대로 삼림, 폭포가 있는 지역이나, 파도가 심한 해변 가에서는 상쾌한 느낌을 받는데 이는 음이온 때문인 것으로 알려져 있다. 대기가 안정된 상태, 즉 일반적인 실내 공기 상태에서는 음이온과 양이온의 비율은 약 1:1.2 정도이며, 일반적으로 양이온은 오염된 지역의 공기 속에 많고, 음이온은 맑은 자연속에 많이 분포하고 있으며, 음이온을 마시면 세포의 신진대사를 촉진하고 활력을 증진시키며 피를 맑게 하고 신경 안정과 피로 회복, 식욕증진에 효과가 있어 음이온은 공기의 비타민으로도 불린다.
또한, 원적외선은 생체 활성화, 물분자 활성화, 탈취작용, 생육 촉진 등 생활 주변에서 여러 가지 기능을 발휘한다. 생체는 대부분 물과 단백질과 이루어져 있는데, 물이나 단백질을 이루는 유기 화합물 분자 운동의 진동 파장대가 조사되는 원적외선 파장대와 유사할 경우 신체는 활성화된다. 근적외선은 생체에 흡수되지 않고 반사되지만 원적외선을 흡수되고 생체 내에 침투하여 자기 발열을 일으키므로 온열 효과를 발휘하여 모세혈관 확장, 혈액순환 촉진, 조직 활성화, 신진대사 촉진, 노폐물 및 유해금속 배출 등의 효능을 가져온다. 또한, 원적외선을 공기를 음이온화하여 냄새의 주범인 양이온을 중화시켜 냄새를 제거하는 기능을 하는 것으로도 알려져 있다.
본 발명에서는 시트 몰딩 컴파운드를 제조함에 있어 원적외선 방사 물질이나 음이온 방사 물질 또는 그의 혼합물을 추가로 투입하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 원적외선 방사 물질로는 토르말린, 황토, 견운모, 자수정, 생광석, 죽탄, 의왕석, 귀양석, 흑요석, 맥반석, 광명석, 용암, 귀신석, 석영, 몬조나이트, 편마암류 및 유문암질 응회암과 같은 천연 광물질군으로부터 선택된 하나 이상의 천연석 재질로 이루어진 분말 형태의 세라믹 재료를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용될 수 있는 음이온 방사 물질로는 스트론튬, 바나듐, 지르코늄, 세륨, 네어디뮴, 란탄, 바륨, 류비듐, 세슘, 갈륨 중에서 선택된 하나 이상의 희토류 천연석으로 이루어진 세라믹 분말을 사용할 수 있다. 본 발명에서 이와 같은 기능성 세라믹 분말은 전체 페이스트 100 중량부를 기준으로 0.01~1 중량부의 범위에서 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 시트 몰딩 컴파운드의 성형품을 이용하여 욕실 천장재로 사용하는 것을 또한 그 특징으로 한다.
욕실 천장재로 사용하기 위해서는 상기 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드의 시트상 성형품을 욕실 천장용 판재 형태로 재단한 다음, 상기 얻어진 재단품을 이용하여 욕실 천장에 설치하면 된다.
도 2는 본 발명에 따른 제조 방법의 일 예에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드 성형품을 욕실 천장재로서 사용하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 욕실 천장재를 설치하기 위해서는 먼저 현장 점검을 실시하는데, 타일의 상부면이 평탄한지 점검하고 울퉁불퉁한 부분을 고르게 펴는 작업을 진행한다.
이어서, 설치할 부분의 치수를 실측하고, 천장재는 3부분으로 구성되므로 중앙부가 중앙에 올 수 있도록 배열하여 절단한다.
이어서, 중앙부를 올려 놓고 좌, 우측부를 가조립 상태로 올려 놓고, 중앙부와 좌, 우면의 리브(rib)를 비스(vis)로 고정한 다음, 조립된 천장을 타일 마감선 위에 고정시킨다.
이어서, 표면을 깨끗이 정리한 후 타일면과 천장재 사이를 실리콘, 쫄대 등으로 마감하면 욕실 천장재 설치 작업이 완료된다.
도 3은 본 발명에 따른 제조 방법의 일 예에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드 성형품을 사용하여 욕실 천장재를 시공한 현장 사진이다. 욕실 천장재의 디자인은 현장 상황이나 소비자의 요구 등에 의해 변형이 가능하다.
이하에서는 본 발명에 관하여 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 다만 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 이해하고 실시할 수 있도록 설명하는 것일 뿐이고 본 발명의 범위가 하기 실시예의 범위로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
[실시예 1]
<수산화 알루미늄의 실란 처리>
무기물 용액으로서 물에 수산화 알루미늄을 분산시켜 얻은 콜로이드성 용액(고형분: 물 = 30:70) 100 중량부에 유기 실란 10 중량부를 첨가하였으며, 이 때 사용한 유기 실란은 메틸트리메톡시실란을 사용하였고, 반응시간은 6시간으로 조절하여 상온에서 700 ~ 800 rpm으로 교반하여 졸을 합성한 후 반응기의 온도를 150℃로 승온하여 7시간 동안 반응시킴으로써 유기기로 표면 처리된 수산화 알루미늄 분말을 얻었다.
<페이스트 제조>
수평균분자량 1,500인 불포화 폴리에스테르(말레산 무수물과 프로필렌 글리콜의 축하 반응 생성물) 100 중량부에 스티렌 30부 및 벤조일 퍼옥사이드를 0.1 중량부 투입하여 불포화 폴리에스테르 수지 시럽을 얻었다. 여기에 상기에서 제조한 실란 처리된 수산화 알루미늄 70 중량부, 액상 이소프렌고무(수평균분자량 20,000, 산가 20) 10부와 혼합하고 및 산화 마그네슘 1.0 중량부를 투입하여 2축 혼련 압출기를 이용하여 균일하게 혼합하여 페이스트를 얻었다.
<시트 몰딩 컴파운드 제조>
상기 얻어진 페이스트를 형틀에 3mm 두께로 주형하고 여기에 1/8인치의 유리단섬유를 상기 페이스트 100 중량부 대비 100 중량부 함량으로 함침시켜 시트상으로 성형하고 40℃에서 40시간 동안 숙성하여 시트 몰딩 컴파운드를 얻었다. 이렇게 얻어진 시트 몰딩 컴파운드를 300mmX300mm의 다이에서 온도 140℃, 압력 60kg/cm2의 성형 조건하에 3분간 가압 성형하여 두께 2mm의 평판 성형품을 얻었다.
[실시예 2]
페이스트 제조 과정에서 은 및 아연을 전체 중량 대비 5 중량%로 담지시킨 제올라이트 무기 항균제를 3중량부 투입하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[실시예 3]
페이스트 제조 과정에서 기능성 충전재인 맥반석 1 중량부와 견운모 1 중량부의 혼합물을 투입하여 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 실란 처리되지 않은 순수한 수산화 알루미늄을 사용한 것만 다르다. 이 경우 불포화 폴리에스테르 수지 시럽과 수산화 알루미늄이 혼합되었을 때 점도가 지나치게 상승하여 형틀에 주형해도 고르게 펴지지 않는 문제가 발생하여 시트상으로 제조가 불가능하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일하게 실시하되, 실란 처리한 수산화 알루미늄을 사용하는 대신에 동일량의 탄산칼슘을 사용한 것만 다르다.
성능 평가
1. 물성 평가
상기 실시예 1~3 및 비교예 2의 샘플을 이용하여 인장강도, 경도, 아이조드 충격강도, 내열성, 내후성, 비중, 굴곡강도 등을 평가하였다. 그 결과는 하기 표 1에 기재된 바와 같다. (한국화학융합시험연구원 시험 평가 결과)
시험항목 단위 시험방법 실시예1 실시예2 실시예3 비교예2
인장강도 MPa KS M ISO527-4 59.6 59.0 56 62
로크웰경도(HRR) - KS M ISO 2039-2 115 115 114 116
아이조드충격강도 kJ/m2 KS M 3055 59 56 59 58
내열성 - KS F 4740 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
내후성(Sunshine carbon arc) 250시간 - 이상없음 이상없음 이상없음 이상없음
비중((23/23)℃) - KS M 3016 1,829 1,819 1,823 1,830
굴곡강도 MPa KS M ISO 178 149 150 141 151
상기 표 1의 결과에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드는 기존의 방법에 의해 제조된 것과 물성면에서 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.
2. 항균성 평가
실시예 2에서 얻은 샘플을 이용하여 서울시 동대문구 제기동에 소재한 FITI시험연구원에서 JIS Z 2801-2000 시험법에 의하여 항균성을 평가하였다. 사용균주는 화농균(Staphylococcus aureus ATCC6538P) 및 대장균(Escherichia coli ATTC 8739)을 사용하였으며, 대조군으로는 시료를 넣지 않은 상태에서 측정한 결과이다. 그 결과를 하기 표 2 및 도 1a(화농균), 도 1b(대장균)에 나타내었다.
초기균수 24시간후 항균활성치(log) 세균감소율(%)
화농균 대조군 2.3x105 4.8x105 - -
실시예2 2.3x105 <10 4.7 99.9
대장균 대조군 1.0x105 1.2x105 - -
실시예2 1.0x105 <10 6.1 99.9
표 2 및 도 1a, 도 1b의 결과로부터 본 발명에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드는 항균성이 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
3. 원적외선 방사 능력 평가
본 실험은 실험예 1 ~ 3 및 비교예 2의 시편을 사용하여 실험하였으며, 실험방법은 KICM-FIR-1005(실험기관 : 한국원적외선응용평가연구원)에 의해 행하였으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
구분 원적외선 방출량
방사율(5~20μm) 방사에너지(W/m2)
실시예 1 0.895 3.23x102
실시예 2 0.875 3.22x102
실시예 3 0.985 4.13x102
비교예 2 0.845 3.19x102
상기 표 3에 나타난 원적외선 방출량 실험을 통하여 본 발명의 원적외선 방출량이 높음을 확인할 수 있다.
4. 난연성 평가
난연성 실험은 KS F 2271-98(실험기관 : 한국건자재시험연구원)의 실험방법에 의해 행하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예2
난연성
(1급)		 표면시험 전체 두께에 걸친 용융 없음 없음 없음 없음
방화상 해로운 변형 없음 없음 없음 없음
잔염(초) 0 0 0 0
발연계수(CA) 0 0 0 0
온도시간면적
(℃/min)		 3분이내 0 0 0 0
3분이후 0 0 0 0
기재시험 온도차(℃) -65 -68 -69 -56
상기 실험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 조성물을 사용한 시료의 경우와 비교예의 시료 모두 난연성 결과에서는 우수함을 확인할 수 있었다.
5. 유해성 평가
당해 실험은 실내 공기질 공정시험법(환경부고시 제 2004-80 호)에 의하여 행하였으며, 실시예 및 비교예의 시편을 사용한 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 2
총휘발성 유기화합물
(TVOC, mg/m2h)		 0.012 0.010 0.012 0.015
포름알데히드
(HCHO, mg/m2h))		 미검출 미검출 미검출 미검출
상기 실험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 조성물을 사용한 시료의 경우와 비교예의 시료 모두 총 휘발성 유기화합물 발생 실험 결과에서는 우수함을 확인할 수 있었다.
상기의 실험 결과로부터 본 발명의 방법에 의하여 제조된 시료는 물리적 특성 면에서 실내 건축 인테리어용 시트 몰딩 컴파운드 성형 재료로서 사용하기 적합한 수준이며, 항균성, 원적외선 방사 효과가 있고 난연성에서 기존 시트 몰드 컴파운드 대비 동등 이상이며, 유해성 평가에서도 무해함을 확인하였다. 이로부터 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 시트 몰딩 컴파운드로 이루어진 성형품은 실내 인테리어용, 특히 욕실 천장재로서 활용되기에 매우 적합하다.

Claims (10)

  1. (1) 디메틸디메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란 및 테트라에톡시실란에서 선택된 실란 화합물에 수산화 알루미늄이 용매에 분산된 콜로이드 용액을 분산시킨 후 1~10 시간동안 교반하고 반응기에서 온도를 100 ~ 300℃로 승온하여 1~10시간 동안 용매와 유기기가 형성된 수산화 알루미늄을 반응시켜 실란 처리된 수산화 알루미늄 분말을 얻는 단계;
    (2) 상기 얻어진 수산화 알루미늄 분말에 불포화 폴리에스테르와 공중합성 단량체의 혼합물인 불포화 폴리에스테르 수지 시럽, 저수축제 및 증점제를 혼합하여 페이스트를 제조하는 단계;
    (3) 상기 제조된 페이스트를 주형하여 시트상을 형성하고 페이스트에 유리섬유를 분산시켜 함침시키는 단계; 및
    (4) 상기 얻어진 성형물을 숙성시키는 단계
    를 포함하는 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 (2)에서 공중합성 단량체는 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 1~30중량부의 범위로 포함되는 것을 특징으로 하는 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 (2)의 불포화 폴리에스테르 수지 시럽에는 반응성 개시제가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 (2)의 저수축제는 액상 이소프렌 고무 및 ABS 수지 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 (2)의 페이스트에는 제올라이트계 무기 항균제가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 (2)의 페이스트에는 원적외선 방사 물질, 음이온 방출 물질 또는 그 혼합물이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 (2)의 페이스트에서 상기 실란 처리된 수산화 알루미늄 분말은 상기 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 30~90 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 (3)단계 이후에 상기 유리섬유가 함침된 페이스트 상에 (2)의 페이스트를 추가로 캐스팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시트 몰딩 컴파운드의 제조 방법.
  10. 청구항 1의 방법에 의하여 제조된 시트 몰딩 컴파운드의 시트상 성형품을 욕실 천장용 판재 형태로 재단하는 단계; 및
    상기 얻어진 재단품을 욕실 천정에 설치하는 단계
    를 포함하는 친환경 욕실 천장재의 설치 방법.
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