KR101378581B1 - 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조된 폴리염화비닐 파이프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조된 폴리염화비닐 파이프에 관한 것으로, 그 목적은 경질탄산칼슘 또는 맥반석의 분산성을 높이고, 경질탄산칼슘과 폴리염화비닐 수지와의 상용성 및 접착력을 증대시켜, 인장강도 및 내충격성 등의 물리적 특성이 우수하며 탈취기능을 가진 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조된 폴리염화비닐 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명은 폴리염화비닐 레진 100 중량부에 대하여, 스테아린산으로 코팅된 경질탄산칼슘 또는 맥반석 3∼10 중량부, 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트 (Isopopoxy Triisostearoyl Titanate) 0.2∼0.5중량부, 가공조제 2∼5 중량부, 충격보강제 2∼5 중량부 및, 틴계 안정제 0.2∼0.8 중량부 또는 칼슘계 안정제 2∼8 중량부를 포함하는 폴리염화비닐 수지 조성물에 의해 파이프를 제조하도록 되어 있다.

Description

합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조된 폴리염화비닐 파이프{Poly vinyl chloride resin compositions and PVC pipe made of the same}
본 발명은 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조된 폴리염화비닐 파이프에 관한 것으로, 스테아린산으로 코팅된 1000 메쉬 이상(0.013㎜이하)의 경질탄산칼슘 또는 맥반석과 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트(Isopopoxy Triisostearoyl Titanate)를 첨가하여 폴리염화비닐 메트릭스내 무기 충진제의 분산 및 무기 충진제와 폴리염화비닐 수지간의 상용성 및 결합력을 높여 충격 특성 및 인장강도를 높일 수 있는 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조된 폴리염화비닐 파이프에 관한 것이다.
통상의 주철관, 동관 등은 그 과중한 무게로 인하여 작업성의 저하, 산화 및 부식에 의한 통수능력 감소, 적수 및 백수 현상으로 인한 상수도물의 오염 등과 같은 결함을 갖고 있으며, 그에 따라 관내면이 극히 종밀하고 평골하여 유해물이 끼지 않고 냄새가 나지 않는 염화비닐수지(PVC)로 만들어진 염화비닐수지관이 빠르게 수도관으로 대체되어 사용되고 있다.
이와 같은 상기 PVC 파이프는 가열 가공이 자유롭고 접착제에 의한 접합, 접속이 간편 용이하여 고무링 공법 및 TS 공법으로 배관작업을 신속하게 할 수 있고, 내부식성이 강하기 때문에 반영구적으로 사용할 수 있으며, 연관이나 강관보다 가격이 저렴하고 유지비도 금속관보다 저렴하여 경제적인 특성을 구비하고 있으며 PVC 배합물의 특성상 충진제 및 첨가물을 이용하여 여러 가지 기능성 파이프를 제조할 수 있다.
상기 PVC 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물은 폴리염화비닐 레진 100중량％에 대한 일정비율의 안정제, 충진제, 가공조제, 안료, 그 밖의 첨가물로 조성되고 있으며, 내식성, 경량에 기한 높은 작업효율성에도 불구하고 염화비닐수지관은 비록 경질의 염화비닐수지로 만들어진다고 해도 그 재질의 특성상 내충격성이 약하여 외압에 의해 쉽게 파손된다는 문제점이 있으며 사용이 장기화됨에 따라 관의 내벽에 얇은 층의 점성 침전물이 생성되어 미생물 또는 세균들이 번식할 수 있는 환경을 제공하고 이에 따른 악취발생의 원인을 제공한다는 문제점이 있다.　
이와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 염화비닐 수지에 MBS, CPE, Acryl, ABS계 충격보강제 및 그 첨가량을 최적화함으로서 제품이 요구되는 인장강도 및 충격강도를 향상시키는 방법이 사용되고 있으나, 상기와 같은 종래의 폴리염화비닐 수지조성물은 러버(Rubber) 특성을 가지고 있는 충격보강제의 첨가량에 따라 충격강도는 증가하나 인장강도가 저하되는 문제점 즉, 염화비닐수지관은 그 재질의 특성상 첨가제 등을 보강하여 내충격성을 높이면 인장강도 및 편평하중강도가 낮아지고, 인장강도 및 편평하중 강도를 높이면 내충격성이 낮아지는 역비례관계를 가지고 있어 물성개선에 한계가 있었다.
또한 무기 충진제 함량 증가에 따른 기계적 물성이 저하되는 것은 통상적인 현상으로 인장강도 및 신율이 모두 저하되고 있으며 특히 과량의 무기 충진제를 사용할 경우 충격보강제 함량이 높다하더라도 충격강도가 현저히 떨어지고 완제품 표면의 광택이 저하되는 현상 즉, 염화비닐수지 매트릭스내 무기 충진제의 뭉침 또는 분산성이 떨어지는 현상과, 충진제와 염화비닐수지의 계면에서 접착력이 떨어지는 것으로 인해 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있다.
또한 관내 악취발생에 따른 대책으로 숯을 첨가한 조성물을 사용하여 PVC 파이프를 제조하고 있으나 숯을 사용할 경우 인장강도와 편평하중 강도가 떨어지는등 기계적 물성에 문제가 있어 탈취 기능을 갖추면서도 기계적 물성을 유지하려는 많은 노력들이 진행되고 있다.
공개특허공보 공개번호 10-2012-0119112(2012.10.30) 공개특허공보 공개번호 10-2012-0086964(2012.08.06) 등록특허공보 등록번호 10-1000302(2010.12.06) 등록특허공보 등록번호 10-0786773(2007.12.11)
본 발명의 목적은 경질탄산칼슘 또는 맥반석의 분산성을 높이고, 경질탄산칼슘 또는 맥반석과 폴리염화비닐 수지와의 상용성 및 접착력을 증대시켜, 인장강도 및 내충격성 등의 물리적 특성이 우수한 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조된 폴리염화비닐 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 맥반석을 통하여, 탈취 특성이 우수한 PVC 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조된 폴리염화비닐 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명은 폴리염화비닐 레진 100 중량부에 대하여, 스테아린산으로 코팅된 1000 메쉬 이상(0.013㎜이하)의 경질탄산칼슘 또는 맥반석 3∼10 중량부, 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트 (Isopopoxy Triisostearoyl Titanate) 0.2∼0.5중량부, 가공조제 2∼5 중량부, 충격보강제 2∼5 중량부, 틴계 안정제 0.2∼0.8 중량부 또는 칼슘계 안정제 2∼8 중량부 중의 어느 하나가 포함되도록 되어 있다.
본 발명은 스테아린산으로 코팅된 1000 메쉬 이상(0.013㎜이하)의 경질탄산칼슘 또는 맥반석이 염화비닐수지내에 고르게 분산되고, 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트(Isopopoxy Triisostearoyl Titanate)가 함유되어 있어, 높은 인장강도 및 내충격성 등의 우수한 물리적 특성 및 기계적 특성을 발휘할 수 있으며, 이를 통해, 파이프의 내구성 및 상품성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트(Isopopoxy Triisostearoyl Titanate)와 스테아린산으로 코팅된 경질탄산칼슘 또는 맥반석을 동시 함유하도록 되어 있어, 무기충진제 및 충격보강제 함량을 증가하면, 그 고무적인 특성으로 인하여 인장강도는 현저하게 떨어지는 종래의 특성이 개선되는 효과가 있다.
즉, 종래에는 인장강도 및 내충격성을 고려하여, 무기충진제가 약 3중량부 정도로 유지되도록 첨가되나, 본 발명은 경질탄산칼슘 또는 맥반석 10 중량부 정도 첨가하여도 충격 강도를 유지하면서, 인장강도 및 내후성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 기계적인 물성 향상 이외에 맥반석을 통하여, 탈취 특성이 우수한 PVC 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물 및 그로부터 제조된 폴리염화비닐 파이프를 제공하며 분산제를 포함한 조성물 배합 비율에 의해 압출 가공성을 향상시킬 수 있는 등 많은 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 합성수지 파이프의 구성을 보인 예시도
본 발명의 합성수지 파이프용 수지조성물은 폴리염화비닐 레진과 틴계 안정제 또는 칼슘계 안정제, 가공조제, 스테아린산으로 코팅된 1000 메쉬 이상(0.013㎜이하)의 경질탄산칼슘 또는 맥반석, 충격보강제로 조성되는 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물에 일정량의 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트 (Isopopoxy Triisostearoyl Titanate)를 포함하도록 되어 있다.
즉, 본 발명은 폴리염화비닐 레진 100 중량부에 대하여, 스테아린산으로 코팅된 1000 메쉬 이상(0.013㎜이하)의 경질탄산칼슘 또는 맥반석 3∼10 중량부, 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트 (Isopopoxy Triisostearoyl Titanate) 0.2∼0.5중량부, 가공조제 2∼5 중량부, 충격보강제 2∼5 중량부 및, 틴계 안정제 0.2∼0.8 중량부 또는 칼슘계 안정제 2∼8 중량부를 포함하도록 되어 있다.
상기 폴리염화비닐 레진은 중합도가 1000±50의 값을 가지는 현탁 또는 괴상 중합된 것을 사용한다.
상기 스테아린산으로 코팅된 경질탄산칼슘 또는 맥반석은 충격강도 및 인장강도를 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 탄산칼슘(CaCO3) 또는 맥반석에 스테아린산으로 코팅된 것을 사용하며, 1000메쉬 이상(0.013㎜이하)의 것을 사용한다. 이는 일반적으로 사용되는 325메쉬(약 0.04㎜이하)의 것을 사용하게 되면 분산성이 나빠져 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트 (Isopopoxy Triisostearoyl Titanate)를 사용한 효과가 반감될 수 있기 때문이다. 따라서 스테아린산으로 코팅된 탄산칼슘(CaCO3) 또는 맥반석은 1000메쉬 이상(0.013㎜이하)의 것을 사용한다.
또한, 1000메쉬 이상(0.013㎜이하)의 경질탄산칼슘(CaCO3) 또는 맥반석 역시 분산성이 좋지 않으므로, 스테아린산으로 코팅하여 분산성을 확보할 뿐 아니라, 우수한 인장강도를 유도한다.
상기 스테아린산으로 코팅된 1000 메쉬 이상(0.013㎜이하)의 경질탄산칼슘 또는 맥반석은 폴리염화비닐 레진내에서 스테아린산에 의해 일정 분산성이 보장되므로, 폴리염화비닐 수지 조성물내에 첨가되어 높은 충격강도와 인장강도를 부여하게 된다. 상기 맥반석은 제조된 파이프에 탈취기능을 부여하기 위한 것이다.
상기 스테아린산으로 코팅된 경질탄산칼슘 또는 맥반석은 1000 메쉬 이상(0.013㎜이하)의 크기를 가진 경질탄산칼슘 또는 맥반석 100중량부에 스테아린산 2∼3 중량부의 비율로 혼합하여 슈퍼믹서로 10분간 상온에서 65℃∼70℃까지 교반한 후 15∼25분간 냉각하여 형성된다.
상기 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트 (Isopopoxy Triisostearoyl Titanate, C57H112O7Ti)는 다음의 분자구조식을 구비한다.
Figure 112013009806090-pat00001
상기 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트 (Isopopoxy Triisostearoyl Titanate)는 건습 굽힘력(wet bending strength), 압축력, 전단응력 및 기타 물리적, 기계적 특성을 크게 향상시키고, 습윤성 폴리머로 채움을 분산하는 성질 등을 향상시키는 기능을 구비한다.
또한 상기 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트 (Isopopoxy Triisostearoyl Titanate)는 수지로 된 샌드 캐스팅(sand casting)으로 사용될 때 접착력을 강화시키고 방습 특성을 향상시키며, 압착 탄성을 강화시키게 된다.
상기 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트는 경질 제품인 폴리염화비닐 수지내에서도 우수한 분산성을 구비하고, 경질탄산칼슘 또는 맥반석과 우수한 결합력을 구비하고 있어, 경질탄산칼슘 또는 맥반석 및 충격보강제의 분산성 향상 및 경질탄산칼슘 또는 맥반석과 폴리염화비닐 수지의 상용성을 증진시켜 경질탄산칼슘 또는 맥반석의 함량을 높이더라도, 폴리염화비닐 파이프 제품이 요구하는 인장강도 및 충격강도를 만족시킬 수 있도록 하는 기능을 구비하게 된다.
즉, 상기 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트는 일부 기능기가 경질탄산칼슘 또는 맥반석과 결합하고, 또다른 기능기가 폴리염화비닐 레진내에 혼화되어, 경질탄산칼슘 또는 맥반석이 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트와 결합한 상태로 폴리염화비닐 레진내에서 균일하게 분산된 상태를 유지하게 될 뿐 아니라, 경질탄산칼슘 또는 맥반석과 폴리염화비닐의 결합력을 증진시키게 된다.
또한, 상기 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트는 그 자체에 접착강화기능을 구비하고 있어, 폴리염화비닐 수지와의 접착력 증대를 통해, 인장강도 및 내충격성등의 물리적 특성을 향상시키는 기능을 동시에 구비한다.
또한, 본 발명은 메틸 트리부톡시 트리이소스테아로일 티타네이트(methyl tributoxy triisostearoyl titanate), 또는 펜타에리트리틸 테트라이소스테아로일 티타네이트(Pentaerythrityl Tetraisostearoyl titanate)을 더 포함한다.
상기 메틸 트리부톡시 트리이소스테아로일 티타네이트(methyl tributoxy triisostearoyl titanate), 또는 펜타에리트리틸 테트라이소스테아로일 티타네이트(Pentaerythrityl Tetraisostearoyl titanate)는 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트의 기능을 더욱 강화하기 위한 것으로, 경질 제품인 폴리염화비닐 수지내에서도 우수한 분산성 및, 경질탄산칼슘 또는 맥반석과 우수한 결합력을 구비한다.
경질 폴리염화비닐 수지는 강직하고 내유성이 강한 반면 가공이 어려우므로 가공을 돕기 위해 가공조제를 사용하며, 본 발명의 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물에서 가공조제는 특히 아크릴레이트계 단량체를 유화중합한 가공조제를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 가공조제는 공지의 것을 사용한다.
상기 충격보강제는 본래 분열, 인장, 압축, 휨, 충격 강도를 증가시키기 위해 폴리염화비닐 레진에 첨가되는 것으로, 메타크리레이트 부타디엔 스틸렌(Methacrylate butadiene styrene; MBS)계 충격보강제를 사용한다. 상기 MBS계 충격보강제는 디엔(Diene)계 고무에 MMA(메틸메타 아크릴레이트; methyl metacrylate) 와 SM(스틸렌 모노머; Styrene Monomer)을 그래프트화시켜 얻어지는 공중합체로 경질 또는 반경질 PVC 에 첨가되어, 충격강도를 향상시키고 가공성을 촉진시키는 역할 및, 치수 안정성과 열변형에 대한 저항력의 증진시킨다.
본 발명의 구성 성분 중에서 틴계 안정제 및 칼슘계 안정제는 폴리염화비닐 수지 조성물에서 일반적으로 사용되어지고 있는 공지의 안정제이며, 특히 칼슘계 안정제는 칼슘딩크를 사용할 수 있다.
본 발명의 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물에서는 상기의 구성성분 이외에 착색제, 충진제, 대전방지제 등과 같은 부가적인 성분들을 목적하는 물성에 따라서 미량으로 더 포함될 수 있으며, 이와 같은 착색제, 충진제, 대전방지제는 폴리염화비닐 수지에 사용되어지고 있는 공지의 것을 사용하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물은 내충격 상, 하수도용 파이프나 물받이 부속용 파이프 등의 합성수지 파이프용 뿐만 아니라 그 밖의 각종 산업용, 가정용 합성수지 파이프용를 제작하는 데에 사용될 수 있음은 물론이다.
도 1 은 본 발명에 따른 합성수지 파이프의 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명의 합성수지 파이프(100)를 압출하기 위해서는 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여, 스테아린산으로 코팅된 1000메쉬 이상(0.013㎜이하)의 경질탄산칼슘 또는 맥반석 3∼10중량부, 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트 (Isopopoxy Triisostearoyl Titanate) 0.2∼0.5중량부, 가공조제 2∼5중량부, 충격보강제 2∼5중량부 및, 틴계 안정제 0.2∼0.8중량부 또는 칼슘계 안정제 2∼8중량부를 교반기에 투입하고 120℃∼130℃로 드라이 브랜드 한 후 15∼25분간 냉각하여 압출성형으로 합성수지 파이프를 제조한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예1
폴리염화비닐 레진 100 중량부에 대하여, 아크릴레이트계 단량체를 유화중합한 가공조제 3 중량부, 스테아린산으로 코팅된 1000 메쉬 이상의 맥반석 8 중량부, 충격보강제(MBS) 2 중량부, 칼슘계 안정제(칼슘딩크) 5 중량부, 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트 (Isopopoxy Triisostearoyl Titanate) 0.3 중량부를 포함하도록 합성수지용 폴리염화비닐 수지 조성물을 조성한 후, 이를 압출성형하여 하수관용 합성수지 파이프를 제작하였으며, 이에 대한 인장강도, 비카트 연화온도, 낙추충격, 침지시험, 편평시험 등을 행하고, 기존 제품과 비교하였다. 그 결과는 [표1] 및 [표2] 에 나타내었다. [표1]은 물성시험 결과를, [표2]는 탈취시험 결과를 나타내었다.
실시예2
폴리염화비닐 레진 100 중량부에 대하여, 아크릴레이트계 단량체를 유화중합한 가공조제 3 중량부, 스테아린산으로 코팅된 1000 메쉬 이상의 맥반석 10 중량부, 충격보강제(MBS) 2 중량부, 칼슘계 안정제(칼슘딩크) 5 중량부, 이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트 (Isopopoxy Triisostearoyl Titanate) 0.5 중량부가 더 포함되도록 합성수지용 폴리염화비닐 수지 조성물을 조성한 후, 이를 압출성형하여 상수관용 합성수지 파이프를 제작하였으며, 이에 대한 인장강도, 비카트 연화온도, 낙추충격, 침지시험, 편평시험 등을 행하고, 기존 제품과 비교하였다. 그 결과는 [표1] 및 [표2]에 나타내었다. [표1]은 물성시험 결과를, [표2]는 탈취시험 결과를 나타내었다.
[표1]
Figure 112013009806090-pat00002
[표2]
Figure 112013009806090-pat00003
상기 [표1] 및 [표2]에서 알 수 있듯이, 시험결과 수도관용으로 제작된 실시예2의 경우, KS 규격의 일반 수도용 경질 염화비닐관(KS M 3401)에 비해 우수한 인장강도와 탈취성능을 구비하고 있음을 알 수 있으며, 하수관용으로 제작된 실시예1의 경우에도 기존의 내충격용 하수도용 경질 염화비닐관(KPPS M 306)에 비해 우수한 인장강도와 탈취성능을 구비하고 있음을 알 수 있다.
또한, 본원발명에 따른 실시예 1,2 의 경우, 기존제품과 대비할 경우, 우수한 물성과 탈취기능을 구비하고 있음을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
(100) : 합성수지 파이프

Claims (7)

  1. 폴리염화비닐 레진 100 중량부에 대하여,
    스테아린산으로 코팅된 경질탄산칼슘 또는 맥반석 3∼10 중량부,
    아크릴레이트계 단량체를 유화중합한 가공조제 2∼5 중량부,
    MBS(Methacrylate butadiene styrene)계 충격보강제 2∼5 중량부 및,
    틴계 안정제 0.2∼0.8 중량부 또는 칼슘계 안정제 2∼8 중량부;
    이소프로폭시 트리이소스테아로일 티타네이트(Isopopoxy Triisostearoyl Titanate) 0.2∼0.5중량부;
    메틸 트리부톡시 트리이소스테아로일 티타네이트(Methyl Tributoxy Triisostearoyl Titanate) 또는, 펜타에티트리틸 테트라이소스테아로일 티타네이트(Pentaerythrityl Tetraisostearoyl Titanate)를 포함하는 것을 특징으로하는 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1 에 있어서;
    스테아린산으로 코팅된 경질탄산칼슘 또는 맥반석은, 1000 메쉬 이상의 크기를 가진 경질탄산칼슘 또는 맥반석 100중량부에, 스테아린산 2∼3 중량부의 비율로 혼합하고 믹서로 10분간 65℃∼70℃까지 교반한 후 15∼25분간 냉각한 것을 특징으로 하는 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물.
  6. 삭제
  7. 청구항 1 또는 청구항 5 로 이루어진 합성수지 파이프용 폴리염화비닐 수지 조성물로 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 파이프.
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