KR101298664B1 - 석고를 포함하는 고강도 폴리염화비닐 수지 및 그로부터 제조된 유체 파이프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조된 유체 파이프에 관한 것으로, 40~200mesh 범위의 입자 크기를 갖는 석고를 포함하는 폴리염화비닐 수지 조성물을 제공한다.
본 발명에서는 폴리염화비닐 수지 조성물의 물리적, 기계적 성질 및 열적 안정성을 향상시키기 위하여 종래 사용되던 고가의 첨가제를 대신하여 석고를 포함하는 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그것의 바람직한 조성비를 제공한다. 따라서, 본 발명에 의하면 유체 파이프를 제조하는 데 있어서 생산 단가 절감 효과를 가져 올수 있다.

Description

석고를 포함하는 고강도 폴리염화비닐 수지 및 그로부터 제조된 유체 파이프{High strength poly(vinylchloride) resin comprising gypsum and pipe made from the same}
본 발명은 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조되는 유체 이동용 파이프에 관한 것이다. 본 발명의 폴리염화비닐 수지 조성물에는 석고가 일정 비율로 포함되어 강도가 향상된 것으로, 유체 파이프 또는 이음관용으로 사용된다.
폴리염화비닐은 염화비닐의 중합체 및 염화비닐을 60% 이상 함유한 혼성 중합체이다.
폴리염화비닐수지는 구조적으로 내충격성, 가공유동성, 내열변형 등이 취약하기 때문에 상업용 소재로 사용되기 위해서는 첨가제를 혼합하여 사용하여야 한다. 따라서, 각종 용도에 맞는 폴리염화비닐 수지를 제조하는 데에는 그 용도에 적합한 물성 및 가공성이 달성될 수 있는 첨가제의 개발이 뒷받침되어야 한다.
폴리염화비닐 수지는 결정성이 낮고, 블랜드 접착이 어려운 특징이 있으며, 연질 제품으로써 우비, 우산, 보자기, 포장용 등의 기타 잡화에 사용되고, 경질제품으로 압출성형에 의한 하수도용 파이프, 전기배관 전선피복 등에 쓰이고 있다.
경질의 폴리염화비닐 수지는 강직하고 내구성이 강한 반면 가공이 어려우므로 가공을 돕기 위해 가공 조제를 첨가하여 사용한다.
한편, 폴리염화비닐 수지의 충격 및 인장보강제 MBS(methacrylare-butadine-styrene)계 첨가제를 사용한다. MBS계 첨가제는 폴리염화비닐 수지 보강제의 대표적 수지로서, 불투명용 또는 고 충격용 등으로 구분된다. 또한, MBS계 첨가제는 투명, 불투명, 무색의 것이 있다.
폴리염화비닐 수지를 원료로 하여 하수도용 파이프 또는 이음관용으로 사용하기 위해서는 폴리염화비닐 수지에 대하여, 열안정제, 활제, 충전제, 충격보강제, 가소제, 발포제, 안료 등의 첨가제를 포함시켜 조성물 형태로 사용한다.
본 발명은 용이하고 간단한 방법으로 물성이 개선된 폴리염화비닐 수지 조성물을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 특히 하수도용 파이프 또는 이음관으로 사용하기에 적합한 물성을 갖는 폴리염화비닐 수지 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 폴리염화비닐 수지 조성물로부터 제조된 유체 파이프를 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리염화비닐수지 70-90 중량%, 안정제 2-3중량% 및 석고 8-27중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐수지 조성물을 제공한다.
바람직하게, 상기 석고는 입자 크기가 40-200mesh 범위이다.
바람직하게, 상기 안정제는 Zn계 화합물일 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 폴리염화비닐 수지 조성물은 착색제, 충전제 및 대전방지제로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 폴리염화비닐수지 조성물로부터 제조된 유체 파이프를 제공한다.
본 발명에 의하면 우수한 상용 첨가물인 석고를 함유함으로써 인장강도 등에서 우수한 물리적 특성 및 기계적 특성을 발휘할 수 있는 폴리염화비닐 수지 조성물을 제공할 수 있다. 이러한 폴리염화비닐 수지 조성물은 유체 파이프 또는 이음관으로 사용될 때 제품의 내구성 및 상품성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 고가의 첨가제를 사용하지 않고서도 바람직한 물성을 달성할 수 있어 생산 단가 절감 효과를 갖는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 폴리염화비닐 수지 조성물 및 유체 파이프의 제조 공정도이다.
본 발명은 강도를 향상시킨 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조되는 유체 파이프에 관한 것이다. 본 발명은 유체 파이프 또는 이음관용 폴리염화비닐 수지 조성물에 일정량의 석고를 첨가하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명은 폴리염화비닐수지 70-90 중량%, 안정제 2-3 중량% 및 석고 8-27중량%를 포함하는 폴리염화비닐수지 조성물을 제공한다.
상기 폴리염화비닐 수지로는 현탁 중합된 것을 모두 사용할 수 있다.
또한, 폴리염화비닐 수지의 함량은 전체 조성물에 대하여 70 내지 90중량%로 사용한다. 상기 범위보다 적은 양으로 폴리염화비닐 수지를 포함하는 경우 인장강도 등 기계적 특성이 현저히 떨어지고, 상기 범위를 초과하는 양으로 폴리염화비닐 수지를 사용하는 경우 다른 첨가제의 양이 상대적으로 적게 포함되어 첨가제로 인한 물성 개선 효과를 기대할 수 없게 되기 때문이다.
본 발명의 폴리염화비닐 수지 조성물에 포함되는 석고는 PS(poly styrene), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PBT(Poly butylene terephthalate) 등의 열가소성 또는 열경화성 수지에 포함되어, 상기 수지의 건습 압축력, 전단응력을 포함한 물리적, 기계적 특성 및 습윤 전기적 특성을 크게 향상시키며, 습윤성 폴리머의 분산 성질을 갖도록 한다.
석고는 천연에서 CaSO₄2H₂O와 무수석고 CaSO₄로 존재하며, 인공적으로는 하기 반응식에서와 같이 인광석[Ca5(PO₄)₃F]을 황산으로 분해하여 습식인산[CaSO₄·2H₂O]을 얻는다.
[반응식 1]
Ca5(PO₄)₃F + 5H₂SO₄ + 10H₂O→ 3H₃PO₄ + 5(CaSO₄·2H₂O) + HF
상기 습식인산(이수석고)를 가열하면 70-130℃에서 반수석고, 110-200℃에서 3형 무수석고, 200-250℃에서 2형 무수석고, 1,150-1200℃ 에서 1형 무수석고로 변한다.
본 발명에서는 바람직하게 1형 무수석고를 사용한다.
본 발명에서는 상기 1형 무수석고를 롤밀(Nishimura,Japan)로 150 내지 180℃ 범위의 온도에서 가열하면서 3 내지 10 분간 혼합한 후, 190 내지 230℃ 범위의 온도에서 10 내지 20 ton/㎠으로 press(wabash, USA)로 프레스하여 제조된 것을 사용한다.
본 발명에서는 입자 크기가 40-200mesh 범위인 석고를 포함하는 폴리염화비닐 수지조성물을 제공한다. 상기 범위보다 작은 입자 크기를 갖는 석고를 사용하면, 석고를 사용함으로 인한 물성 향상의 효과가 제대로 발휘되지 못하고, 상기 범위를 초과하는 크기의 석고는 수지 조성물에 잘 혼합 또는 분산되지 않는 단점이 있다.
본 발명의 폴리염화비닐 수지 조성물에는 충전재 및 바람직한 물성을 향상시키기 위해 석고를 8-27중량% 로 포함시켜 사용한다.
또한, 본 발명에서는 조성물의 열적 안정을 위해 안정제 2-3중량%를 포함하여 사용한다. 상기 안정제로는 Zn계로서 바람직하게 ZnO를 사용할 수 있다.
본 발명의 폴리염화비닐수지 조성물은 내 충격을 지닌 상, 하수도용 파이프나 물받이 부속용 파이프 및 연결관뿐만 아니라 각종 산업용 유체 파이프 및 이음 관을 제작하는 데에 사용될 수 있다.
본 발명에서 유체 파이프 또는 이음관용으로의 용도를 위해 폴리염화비닐수지 조성물을 가공할 때에는, 납사에서 추출된 에틸렌과 염소(chlorine)를 혼합한 비닐계 단량체를 중합하여 제조되는 첨가제를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 유체파이프 또는 이음관용 폴리염화비닐수지 조성물은 상기의 성분 이외에 착색제, 충전제, 대전방지제 등의 성분을 목적으로 하는 물성에 따라서 미량으로 포함하여 사용할 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 설명한다. 단, 이는 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다.
실시예 1
폴리염화비닐 레진(LG화학), 석고(남해화학), 안정제(경산유화)를 하기 표1과 같은 조성으로 혼합하여 폴리염화비닐 수지 조성물을 제조한 후, 그로부터 수도관용 유체파이프를 제조하였다. 원료의 투입에서부터 혼합 및 파이프 제조의 완성에 이르기까지 공정이 도1에 도시된 순서에 따라 수행되었다.
실시예 2, 3 및 비교예 1
폴리염화비닐 레진(LG화학), 석고(남해화학), 안정제(경산유화)를 하기 표1과 같은 조성으로 혼합하는 것을 제외하고, 상기 실시예1에서와 같은 방법으로 폴리염화비닐 수지 조성물 및 수도관용 유체파이프를 제조하였다.
비교예 2
폴리염화비닐 레진(LG화학), 안정제(경산유화) 및 석고를 대신하여 CaCO₃(한국석회석) 및 충격보강제로서 MBS(methacrylate-butadine-styrene, LG화학)를 하기 표1과 같은 조성으로 혼합하는 것을 제외하고, 상기 실시예1에서와 동일한 방법으로 폴리염화비닐 수지 조성물 및 수도관용 유체파이프를 제조하였다.
No PVC CaCO₃
 안정제* MBS* 석고
실시예1 84.60 - 2.70 - 12.70
실시예2 78.00 - 2.50 - 19.50
실시예3 72.36 - 2.32 - 25.32
비교예1 67.48 - 2.10 - 30.42
비교예2 87.57 4.38 2.80 5.25 -
수지 성분비(중량 %)
* MBS : methacrylate-butadine-styrene
* 안정제: ZnO
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 수지의 물성은 아래와 같은 범위로 측정되었다.
굳기 2
비중 2.2∼2.4
ph : 6-8
분말도 : 1400cm/g 이상
물리적 상태 : 고체
색상 : 무색 또는 백색 ·회백색, 때로는 황색 ·적색, 드물게는 암회색
냄새 : 없음
휘발성 : 없음
취기한계 : 없음
증발율 : 없음
물/오일분산계수 : 없음
물성 평가
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 파이프에 대해 인장강도, 충격강도 및 응력을 평가하는 시험을 하였다.
인장강도(Tensile Stress) 및 응력(Strain) 시험은 UTM(Instron,USA)을 사용하여 인장속도 50mm/min으로 하여 측정하였다. 각 시편에 대하여 다섯 번 측정하여 평균값을 구하는 것으로 했다.
또한, 충격강도 시험은 시편에 v형 notching을 한 후 한쪽 면을 충격하는 방법으로 측정하였다. 각 시편에 대하여 다섯 번 측정하여 평균값을 구하는 것으로 했다.
측정 결과를 하기 표2에 정리하였다.
No 충격강도
(kgｆ·m/m)		 인장강도
(kgｆ/cm²)		 응력
(%)
실시예1 3.6534 498.56 28.56
실시예2 3.8335 511.45 16.34
실시예3 4.0791 489.09 11.40
비교예1 4.3468 409.90 10.85
비교예2 6.9659 439.56 42.90
평가 결과 실시예 1 내지 3은 인장강도 면에서 비교예 1 및 2보다 우수한 결과를 나타냈다.
비교예 1에서는 폴리비닐염화 수지의 함량을 적게 사용한 결과, 인장강도가 현격히 떨어졌으며, 이는 석고를 사용하지 않은 비교예 2의 경우에도 마찬가지였다.
특히, 실시예 2의 경우 인장강도가 511.45kgｆ/㎠ 로 측정되었는데, 이는 KPPS M 101 규격의 일반 수도용 경질 염화 비닐 직관에서 측정되는 인장강도 500.00kgｆ/㎠에 비해 월등히 증가된 결과이다.
따라서, 본 발명에 따른 조성물로부터 제조된 파이프는 현재 상용화된 KPPS 제품보다 우수한 기계적 특성을 나타냈다.
다음으로, 실시예 및 비교예에서 제조된 파이프의 열적 안정성을 평가하기 위하여 열분석 실험을 하였다. 질소 분위기에서 heating rate 10℃/ min 으로 승온 하면서 유리전이온도(Tg) 및 녹는 온도(Tm)를 측정하였다. 결과를 하기 표3에 나타내었다.
No Tg(유리전이온도)oC Tm(녹는온도)oC
실시예1 90.00 326.07
실시예2 87.29 326.47
실시예3 88.98 325.28
비교예1 87.50 325.27
비교예2 88.97 321.61
상기 표로부터 실시예 1 내지 3의 파이프는 비교예 1 및 2의 파이프와 비교할 때 유리전이온도 및 녹는 온도가 전반적으로 높게 나타나 열적으로도 안정된 것임을 확인할 수 있다.

Claims (5)

  1. 폴리염화비닐수지 70-90 중량%, 열적 안정제 2-3 중량% 및 석고 8-27중량%를 포함하고, 상기 석고는 습식인산(이수석고, CaSO4· 2H2O)을 1,150~1,200℃ 로 가열하여 얻은 1형 무수석고를 포함하고, 상기 1형 무수석고는 롤밀로 150~180℃ 범위의 온도에서 가열하면서 3~10분간 혼합한 후 190~230℃ 범위의 온도에서 10~20 ton/㎠ 압력으로 프레스하여 제조되는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐수지 조성물.
  2. 제1항에서,
    상기 석고는 입자 크기가 40-200mesh 범위인 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 수지 조성물.
  3. 제1항에서,
    상기 안정제는 Zn계 화합물인 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 수지 조성물.
  4. 제1항에서,
    착색제, 충전제 및 대전방지제로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 수지 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 조성물로부터 제조된 유체 파이프.
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