KR101263987B1 - 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리유산, 펄라이트, 가소제 및 탄산칼슘(CaCO₃)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 폴리유산 바인더 및 펄라이트 필러를 포함하여, 제조 시 온실가스 저감, 화석자원 절약 및 연소 시 유해가스와 환경호르몬 등의 유해물질의 미방출 효과가 있고, 경량인 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물 및 이를 포함하여 이루어진 바닥 마감재를 제공하는 효과가 있다.

Description

바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물{Polylactic Acid Resin Compositions For Finish Materials}

본 발명은 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리유산 바인더 및 펄라이트 필러를 포함하여, 제조 시 온실가스 저감, 화석자원 절약 및 연소 시 유해가스와 환경호르몬 등의 유해물질의 미방출 효과가 있고, 경량인 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물 및 이를 포함하여 이루어진 바닥 마감재에 관한 것이다.

기존 PVC 바닥재는 석탄, 석유, 천연가스 등 화석자원을 원료로 제조된 PVC 수지를 사용하여 제조된 것으로 화석자원의 고갈로 인하여 지속적인 가격 상승을 가져올 뿐만 아니라 제조과정에서 많은 에너지를 소모하며 대량의 온실가스를 방출한다. 그리고 제조과정에서 DOP(DiOctyl Phthalate) 등 가소제를 사용할 뿐만 아니라 소각방식으로 폐기하면 환경호르몬, 유독가스 등 많은 유해물질을 방출하여 심각한 환경오염을 발생시킨다.

PLA(Polylactic Acid or Polylactide, 폴리유산)는 재생 가능한 식물자원(옥수수, 감자, 고구마 등)에서 추출한 전분을 발효시켜 얻은 유산(Lactic Acid)을 중합시켜 제조된 수지로서 동등한 수량의 PVC 대비 57.9%의 이산화탄소가 저감될 뿐만 아니라 40.6%의 비재생 에너지를 절감할 수 있는 친환경 수지이다. 그러나 순수한 폴리유산은 내충격강도가 낮고 내열성이 약하기 때문에 캘린더링(Calendering) 등 기존 PVC 바닥마감재 가공방법으로 가공이 불가능할 뿐만 아니라 압출 등 기타 가공방법으로 만들어졌다 하더라도 내구성, 내후성, 표면강도 등 바닥마감재로서의 기본물성을 만족시킬 수 없다.

또한, 기존의 PVC 바닥재는 통상적으로 가격이 저렴한 탄산칼슘만을 충전제로 사용하기 때문에 경제적이지만 무겁기 때문에 운송, 시공 등 취급이 어려울 뿐만 아니라 천연 느낌이 없는 단점이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 폴리유산 바인더 및 펄라이트 필러를 포함하여, 제조 시 온실가스 저감, 화석자원 절약 및 연소 시 유해가스와 환경호르몬 등의 유해물질의 미방출 효과가 있고, 경량인 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물 및 이를 포함하여 이루어진 바닥 마감재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리유산, 펄라이트, 가소제 및 탄산칼슘(CaCO₃)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물을 제공한다.

본 발명에 따르면, 폴리유산 바인더 및 펄라이트 필러를 포함하여, 제조 시 온실가스 저감, 화석자원 절약 및 연소 시 유해가스와 환경호르몬 등의 유해물질의 미방출 효과가 있고, 경량인 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물 및 이를 포함하여 이루어진 바닥 마감재를 제공한다.

도 1 은 본 발명의 바닥 마감재를 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물은 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리유산, 펄라이트, 가소제 및 탄산칼슘(CaCO₃)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

PLA 수지는 결정질 PLA(c-PLA) 수지와 비정질 PLA(a-PLA) 수지로 구분될 수 있다. 이때, 결정질 PLA 수지의 경우 가소제가 시트 표면으로 흘러나오는 브리딩(bleeding) 현상이 발생할 수 있으므로, 비정질 PLA 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 비정질 PLA 수지를 이용하는 경우, 브리딩 현상을 방지하기 위하여 필수적으로 첨가되었던 상용화제가 첨가되지 않아도 되는 장점이 있다. 비정질 PLA 수지를 이용하는 경우, PLA 수지는 100% 비정질 PLA 수지를 이용하는 것이 가장 바람직하며, 필요에 따라서는 결정질과 비정질이 공존하는 PLA 수지를 이용할 수 있다.

상기 펄라이트는 충전제의 역할을 하며, 중량이 가벼워 운송 및 시공 등 취급이 용이하며, 그 비중은 0.02 ~ 0.80kg/L 인데, PLA 수지 100중량부에 대하여 5-200 중량부의 비율로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 가소제는 폴리유산 수지의 성형 시 열가소성 증대를 위해 사용하며, 상기 가소제로는 구연산, 구연산 에스터, 지방산 에스터, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌프로필렌 글리콜 및 글리세롤 에스터 등 프탈레이트(phthalate)를 기반으로 하지 않는 친환경 가소제로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 것을 사용한다.

상기 가소제는 PLA 수지 100중량부에 대하여 5~60중량부의 비율로 사용하는 것이 바람직하며, PLA 수지 100중량부 대비 5중량부 미만으로 가소제를 사용할 경우, PLA 수지의 경도가 높아져 가공성이 저하될 수 있고, PLA 수지 100중량부 대비 60중량부를 초과하여 가소제를 사용할 경우 타 성분과의 상용성 저하에 따른 물성이 열화 될 수 있다.

상기 탄산칼슘(CaCO₃)은 당 분야에서 사용하는 것으로 그 특성을 특별히 한정하지 않는다. 특히 본 발명의 펄라이트와 함께 충전제로서의 역할을 하며, PLA 수지 100중량부 대비 10~1,000중량부의 탄산칼슘을 사용하는 것이 바람직하며 PLA 수지 100중량부 대비 1,000중량부를 초과하여 사용할 경우, PLA 수지의 경도가 높아져 가공성이 저하될 수 있고, 결합력 저하에 따른 물성이 열화 될 수 있다.

상기 폴리유산 수지 조성물은 가공조제를 더 포함하는 것이 바람직하며, 중량평균분자량이 1,000,000 ~ 5,000,000인 가공조제를 사용하는 것이 바람직하다.

PLA 수지는 그 자체로서는 용융강도 또는 내열성이 약하기 때문에 아크릴계 공중합체를 가공조제로 사용하여 카렌더링, 프레스 가공도 가능하게 하였다.

이러한 아크릴계 공중합체는 PLA 수지 100중량부에 대하여 0.1~20중량부의 비율로 사용할 수 있다. 아크릴계 공중합체의 함량이 0.1중량부 미만일 경우 PLA 수지의 용융 효율 및 용융 강도 개선 효율 향상이 불충분하고, 아크릴계 공중합체의 함량이 20중량부를 초과할 경우 바닥재 제조 비용이 상승하고, 물질과의 상용성 문제 등으로 각 층의 전체적인 물성이 저하될 수 있다.

상기 폴리유산 수지 조성물은 추가로 활제, 사슬연장제, 내가수분해제 등이 1종 이상 더 첨가될 수 있다.

상기 활제(lubricant)는 상기 PLA 수지의 카렌더링, 프레스, 등의 가공 과정에서 수지가 카렌더롤 또는 프레스에 들러붙는 것을 방지하기 위하여 첨가된다.

이러한 활제는 다양한 종류가 있으나, 본 발명에서는 활제로서 친환경적인 고급 지방산을 사용하며, 예로 탄소수 18의 포화 고급지방산인 스테아린산 등을 제시할 수 있다.

상기 활제는 PLA 수지 100중량부에 대하여 0.01 ~ 10중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 활제의 사용량이 PLA 수지 100중량부 대비 0.01중량부 미만이면 활제 사용 효과를 얻을 수 없으며, 활제의 사용량이 PLA 수지 100중량부 대비 10중량부를 초과하면 PLA 수지의 내충격성, 내열성, 광택도 등을 열화 시킬 수 있다.

상기 사슬 연장제(chain extender)는 사슬 연장을 통한 분자량을 증가시켜 인장강도, 내열성 등을 향상시키는 역할을 한다.

이러한 사슬 연장제는 디이소시아네이트, 에폭시그룹 공중합체, 하이드록시카복실산 화합물 등이 이용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 사슬 연장제는 PLA 수지 100중량부에 대하여 0.01 ~ 10중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. PLA 수지에서 사슬 연장제의 사용량이 PLA 수지 100중량부 대비 0.01중량부 미만이면 사슬 연장제 사용에 따른 효과를 얻을 수 없으며, 사슬 연장제의 사용량이 PLA 수지 100중량부 대비 10중량부를 초과하면 PLA 수지의 광택도 등이 저하될 수 있다.

상기 내가수분해제(anti-hydrolysis agent)는 PLA 수지가 가수분해되어 내충격성 등의 기계적 물성이 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이러한 내가수분해제는 카보디이미드, 옥사졸린 등 통상 내가수분해제로 이용되는 것이라면 제한 없이 이용될 수 있다.

이러한 내가수분해제는 PLA 수지 100중량부에 대하여 10중량부 이하의 범위 내에서 첨가되는 것이 바람직하다. 내가수분해제가 PLA 수지 100중량부 대비 10중량부를 초과할 경우 성형 가공성이 저하될 뿐만 아니라, 고가이기 때문에 제조비용이 대폭 상승할 수 있다.

상기 폴리유산 수지 조성물은 카렌더링 성형에 의하여 카렌더링 성형체인 시트로 제조될 수 있으며, 또한 제조된 시트는 바닥 마감재에 적용될 수 있다.

본 발명의 바닥 마감재(100)는 합성수지층 또는 기재층을 포함하는 바닥 마감재에 있어서, 상기 합성수지층 또는 기재층은, 상기 폴리유산 수지 조성물을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바닥 마감재의 일례를 도 1 에 개략적으로 나타내었다.

도 1의 바닥 마감재(100)는 합성수지층 또는 기재층(50)의 상부에 인쇄층(60), 투명스킨층(70) 및 표면처리층(80)이 차례로 적층되며, 합성수지층 또는 기재층(50)의 하부에는 이면층(40)이 구비된 구조로 이루어져 있다. 상기 이면층(40)은 경우에 따라 생략될 수 있다.

상기 합성수지층 또는 기재층(50)은 바닥재의 기재가 되는 층으로서 본 발명의 폴리유산 수지 조성물을 포함하여 이루어진다.

상기 인쇄층(60)은 합성수지층 또는 기재층(50)에 형성되는데, 유성잉크 또는 수성잉크를 이용하여 인쇄되거나 칩층(chip layer)으로 형성된다.

상기 투명스킨층(70)은 인쇄층(60)에 투명도를 향상시키고, 내구성 등을 부여하여 인쇄된 무늬를 보호하는 효과가 있는 층이다.

상기 표면처리층(80)은 바닥재의 표면강도를 향상시키고 내오염성 등을 개선하여 청소가 용이하도록 하기 위한 층이다.

상기 이면층(40)은 시공성 및 상기 투명스킨층(70)과의 관계에서 바닥재의 균형(balance)을 제공한다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

투명층 제조

PLA 수지 100중량부, ATBC(Acetyl Tributyl Citrate) 10중량부, 아크릴 공중합체 10중량부, 스테아린산 5중량부, 디이소시아네이트 3중량부 및 카보디이미드 3중량부를 압출기를 사용하여 1차 혼련하고, 반바리 믹서로 140℃에서 혼련한 다음, 140℃의 2본롤을 사용하여 1차 및 2차 믹싱하였다. 그 후, 제조된 원료를 130℃의 온도에서 카렌더링 가공하여, 두께가 약 0.5mm인 시트를 제조하였다.

인쇄층 제조

PLA 수지 100중량부, ATBC 10중량부, 아크릴 공중합체 10중량부, 스테아린산 5중량부, 디이소시아네이트 3중량부, 카보디이미드 3중량부, 탄산칼슘 50중량부 및 이산화티타늄 20중량부를 상기 투명층 제조과정과 동일한 과정으로 가공하여, 두께가 약 0.2mm인 백색 시트를 제조하였다.

이후, 그라비아 인쇄 또는 전사 인쇄법으로 백색 시트 표면에 인쇄 무늬를 형성하였다.

기재층 제조

PLA 수지 100중량부, ATBC 30중량부, 아크릴 공중합체 10중량부, 스테아린산 5중량부, 디이소시아네이트 5중량부, 카보디이미드 5중량부, 탄산칼슘 300중량부, 펄라이트 50중량부, 이산화티타늄 20중량부 및 송진 5중량부를 상기 투명층 제조과정과 동일한 과정으로 가공하여, 두께가 약 2mm인 시트를 제조하였다.

이면층 제조

PLA 수지 100중량부, ATBC 20중량부, 아크릴 공중합체 10중량부, 스테아린산 5중량부, 디이소시아네이트 5중량부, 카보디이미드 5중량부, 탄산칼슘 100중량부, 팔라이트 30중량부, 이산화티타늄 20중량부 및 송진 5중량부를 상기 투명층 제조과정과 동일한 과정으로 가공하여, 두께가 약 1.2mm인 시트를 제조하였다.

표면처리층 형성

상기 제조된 투명층, 인쇄층, 기재층 및 이면층을 열합판한 후 엠보싱롤을 이용하여 엠보싱한 투명층 표면에 우레탄 아크릴레이트계 UV 경화형 도료를 도포하고, 자외선을 조사하여 두께 약 0.05mm의 표면처리층을 형성함으로써 최종 바닥재를 제조할 수 있었으며, 본 실시예에서는 투명층, 인쇄층, 기재층 및 이면층이 PLA 수지를 기반으로 하여 제조되었다.

비교예

기재층 제조과정에서 CaCO₃ 500중량부, 펄라이트를 첨가하지 않은 것 및 이면층 제조과정에서 CaCO₃ 500중량부, 펄라이트를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 실시하였다.

펄라이트를 필러로 적용시 비중 감소 효과

구분	실시예	비교예
비중(kg/m3)	866	1,625

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바닥재는 펄라이트를 필러로 적용하여 비중이 1,625kg/m³에서 866kg/m³로 감소하여 시공, 운반이 용이하다는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하에 기재되는 특허청구범위에 의해서 판단되어야 할 것이다.

40: 이면층 50: 합성수지층 또는 기재층
60: 인쇄층 70: 투명스킨층
80: 표면처리층 100: 바닥 마감재

Claims (8)

1. 폴리유산, 펄라이트, 가소제 및 탄산칼슘(CaCO₃)을 포함하여 이루어지되,
   상기 가소제는, 구연산, 구연산 에스터, 지방산 에스터, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌프로필렌 글리콜 및 글리세롤 에스터로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 이루어지며,
   상기 폴리유산 100중량부에 대하여 상기 펄라이트는 5 ~ 200중량부, 상기 가소제는 5 ~ 60중량부, 상기 탄산칼슘(CaCO₃)은 10 ~ 1,000중량부인 것을 특징으로 하는 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 폴리유산 수지 조성물은, 아크릴계 공중합체인 가공조제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 2항에 있어서,
   상기 가공조제는, 중량평균분자량이 1,000,000 ~ 5,000,000인 것을 특징으로 하는 바닥 마감재용 폴리유산 수지 조성물.
   
7. 삭제
8. 삭제

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