KR101501412B1 - 난연성 발포 폴리스티렌계 비드 및 이의 제조방법 - Google Patents

난연성 발포 폴리스티렌계 비드 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

발포성 폴리스티렌 비드 또는 펠릿을 발포시켜 발포성 폴리스티렌 입자를 형성시키는 단계 및 발포 폴리스티렌 입자에 발포스티렌 입자보다 높은 융점을 갖는 난연성 수지용액 5 내지 99중량%에 기능성 첨가물 0.1 내지 80중량%를 혼합 또는 용해시켜 얻은 코팅액을 도포하여 코팅층을 형성시키는 단계를 포함하는 난연성인 발포성 폴리스티렌의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 다량의 무기물 첨가제를 포함시키지 않고도 높은 유리전이 온도인 중합체가 포함되어 있는 난연 코팅액으로 발포성 폴리스티렌 입자를 코팅시킨 난연성 폴리스티렌의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 난연성 폴리스티렌의 제조방법을 이용하여 제조된 난연성 폴리스티렌은 온도 환경에서도 인화되지 않으며, 경량성, 완충성, 단열성 등의 성질을 모두 만족시킬 수 있어 차세대 폴리스티렌으로 사용하기 적합하다.

Description

난연성 발포 폴리스티렌계 비드 및 이의 제조방법 {Foamed Polystyrene Beads having Flame Retardancy and the Manufacturing Method using the same}
본 발명은 발포 폴리스티렌 입자에 코팅되어 난연성의 기능성 스킨을 형성시킬 수 있는 높은 유리전이온도를 가지는 난연 코팅액을 이용한 난연성 발포 폴리스티렌계 비드 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
발포 폴리스티렌은, 스티렌(Styrene) 모노머를 중합하여 제조한 발포성 폴리스티렌 수지를 가열, 경화시키는 것과 동시에, 기포를 발생 시켜 제작한 것이다. 이와 같이 제조된 발포 폴리스티렌은, 전체적의 98%가 공기 이며, 수지는 약 2%만을 차지하고 있어 플라스틱의 거품안에 공기를 밀폐시킨 독특한 발포체 구조를 가지므로 경량성, 완충성, 방수성, 보온성 및 단열성, 흡음성, 완충성이 뛰어나므로 포장재료, 구명조끼, 장식재, 절연재, 식품 용기나 일회용 등의 생활 용품에 이르기까지 매우 폭넓게 사용되고 있다.
그러나, 최근에 발포 폴리스티렌은 낮은 인화온도로 인하여 화재 유발 요인으로 지목되고 있어서 사용이 제한되고 있다. 또한 특정의 화학 약품에 민감하여 발포 폴리스티렌에 각종의 기능성을 부여하는데 장해 요인이 되고 있다.
발포 폴리스티렌 제품에 여러가지 기능성을 주기 위해서, 발포 폴리스티렌의 중합 공정 과정 중에 물리적,화학적 영향을 주지 않는 범주에서 기능성 성분의 첨가량과 물질을 선택해야 하기 때문에 제한적인 선택만이 가능하였다.
또한 발포 폴리스티렌은, 낮은 융점으로 인하여 화재 사고의 발생 때, 그 형태가 쉽게 무너져 가연성의 액상 물질로 전환되는 문제가 있어 선진국을 중심으로 하는 여러 가지 법규에 반하는 단점이 다양한 제품을 만드는데 어려움이 있다.
종래의 경우 발포 폴리스티렌은 난연성과 같이 우수한 기능성을 발휘하는데 매우 유효했지만, 다량의 무기 첨가제가 포함되는 경우, 성형이 저하되는 문제가 있다. 즉, 난연성과 같은 고도의 기능성을 발휘하려면, 바인더의 역할을 담당하는 수지의 양과 거의 동일한 양의 무기물 난연제를 첨가해 코팅 액을 제조해야 하지만, 발포 비드의 표면에 도포하여 스킨층을 형성한 후, 스팀 가열 발포 성형 공정을 실시할 때, 다량의 무기물 첨가제로 인하여 스팀의 내부 침입이 원활히 되지 않으며, 진공 냉각 단계에서 발생 하는 응축수를 무기 첨가제가 흡수하기 때문에 발포 폴리스티렌 입자끼리의 접착력이 저하된다고 하는 문제를 유발하는 문제가 있다.
본 발명자들은 다량의 무기물 첨가제를 포함시키지 않고도 높은 유리전이 온도인 중합체가 포함되어 있는 난연성 코팅액으로 발포 폴리스티렌 입자를 코팅시켜 높은 온도 환경에서도 인화되지 않아 화재 유발을 감소시키면서 동시에 발포 폴리스티렌의 독특한 성질은 경량성, 완충성, 방수성, 보온성 및 단열성 등의 발포 폴리스티렌의 고유의 성질을 모두 만족할 수 있는 난연성 폴리스티렌 비드를 발명하게 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 난연성 코팅액으로 코팅시킨 발포 폴리스티렌을 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 난연성이 우수한 발포 폴리스티렌 비드의 제조 방법에 의해 제조된 난연성 스킨층의 발포 폴리스티렌을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 일 목적은 발포 폴리스티렌 비드 또는 펠릿을 발포시켜 발포 폴리스티렌 입자를 형성시키는 단계; 및 상기 발포스티렌 입자보다 높은 융점을 갖는 난연성 수지용액 5 내지 99중량%에 기능성 첨가물 0.1 내지 80중량%를 혼합 또는 용해시켜 얻은 코팅액을 도포하여 코팅층을 형성시키는 단계를 포함하는 난연성인 발포 폴리스티렌의 제조 방법에 의해 달성된다.
난연성 수지의 중합체의 유리전이온도는 80 내지 180℃로 사용되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100 내지 160℃, 가장 바람직하게는 120 내지 150℃인 것이 좋다.
80 내지 180℃의 유리 전이 온도를 갖는 중합체는 폴리비닐알코올, 아크릴아마이드, 아크릴산, (메타)아크릴산, 메타크릴산메틸, 아크릴로니트릴 등의 높은 유리전이온도를 갖는 단량체 및 중합체와 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트등의 아크릴산 에스테르 및 아세트산비닐, 스틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트 등으로 구성된 군으로부터 선택된 단독의 중합체 또는 2 이상의 중합체이다.
기능성 첨가물은 수산화알루미늄, 탄산칼슘, 실리카, 팽창흑연 등의 분체형 무기난연제, 인 또는 실리케이트 등의 액상 난연제, 다가 알코올류등의 가소제, 소포제, 분산제, 안료, 향료 및 방부제로 구성된 군으로부터 선택된 단독 또는 2이상의 혼합물이다.
상기 난연성 수지용액은 상기 수지를 물, 알코올류 및 케톤류로 구성된 군으로부터 선택된 단독 용매 또는 2 이상의 혼합용매에 용해하여, 수지 용액의 농도가 3 내지 80 중량%이다.
발포성 폴리스티렌 입자의 반경과 상기 코팅액의 코팅 두께의 비율은 1:0.00001 내지 1:0.1이고, 코팅층의 중량은 10 내지 99중량%이다.
코팅층이 코팅된 발포성 폴리스티렌은 KS M 3808(발포스틸렌단열재)의 품질기준을 만족하는 단열재를 만들고, 특히 밀도 25 kg/m3에서 압축강도 측정시에 14 N/cm2 이상이고, 굴곡 파괴하중은 32 N 이상이다.
상기의 다른 목적은 난연성인 발포성 폴리스티렌의 제조 방법에 의해서 제조한 난연성인 발포성 폴리스티렌에 의해 달성된다.
기타 실시예들의 구체적인 사항은 발명의 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 다량의 무기물 첨가제를 포함시키지 않고도 높은 유리전이 온도인 중합체가 포함되어 있는 난연 코팅액으로 발포성 폴리스티렌 입자를 코팅시킨 난연성 폴리스티렌의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 난연성 폴리스티렌의 제조방법을 이용하여 제조된 난연성 폴리스티렌은 온도 환경에서도 인화되지 않으며, 경량성, 완충성, 단열성 등의 성질을 모두 만족시킬 수 있어 차세대 폴리스티렌으로 사용하기 적합하다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예로 제조한 발포 폴리스티렌으로, 좌측부터 유리전이온도가 32℃인 비닐아세테이트 수지 및 카본이 코팅되어 있고, 가운데는 유리전이온도가 130℃인 난연성 수지가 코팅된 것이며, 우측은 유리전이온도가 130℃인 난연성 수지에 탄산칼슘 수지가 코팅되었다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로 제조한 발포 폴리스티렌으로 좌측은 유리전이온도가 92℃인 난연성 수지가 코팅되었으며, 우측은 유리전이온도가 16℃ 인 에틸렌비닐아세테이트 수지와 카본이 코팅되었다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 관해서 상세히 설명한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 발포성 폴리스티렌 비드 또는 펠릿을 발포시켜 발포성 폴리스티렌 입자를 형성시키는 단계; 및 상기 발포스티렌 입자보다 높은 융점을 갖는 난연성 수지용액 5 내지 99중량%에 기능성 첨가물 0.1 내지 80중량%를 혼합 또는 용해시켜 얻은 코팅액을 도포하여 코팅층을 형성시키는 단계를 포함하는 난연성인 발포성 폴리스티렌의 제조 방법을 제공한다.
폴리스티렌 비드는 그 녹는점이 79℃이므로, 그 이상의 온도를 가하게 되었을 때 형태를 유지할 수 없으므로, 발포성 폴리스티렌을 감싸는 코팅층은 그 유리전이온도가 폴리스티렌 비드의 융점보다 높은 것이 바람직하다. 발포성 폴리스티렌에 코팅층이 코팅되어 있는 경우 높은 온도를 가열하였을 때 폴리스티렌이 연화되더라도 폴리스티렌을 감싸던 코팅층은 그대로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 난연성 수지는 80 내지 180℃의 유리 전이 온도를 갖는 중합체로 폴리비닐알코올, 아크릴아마이드, 아크릴산, (메타)아크릴산, 메타크릴산메틸 및 아크릴로니트릴 등의 높은 유리전이온도를 갖는 단량체 및 2 이상의 모노머를 중합시킨 공중합체로 구성된 군으로부터 선택된 단독의 모노머로 구성된 중합체 또는 2 이상의 모노머를 중합시킨 공중합체이거나,
상기 폴리비닐알코올, 아크릴아마이드, 아크릴산, (메타)아크릴산, 메타크릴산메틸 및 아크릴로니트릴 등의 높은 유리전이온도를 갖는 단량체 및 2 이상의 모노머를 중합시킨 공중합체로 구성된 군으로부터 선택된 1종과 아크릴산에스테르, 아세트산비닐, 스티렌 및 에틸렌 비닐 아세테이트로 구성된 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 모노머와 중합시킨 공중합체이다.
폴리비닐알코올, 아크릴아마이드, 아크릴산, (메타)아크릴산, 메타크릴산메틸 및 아크릴로니트릴 등은 그 자체로 높은 유리전이온도를 가지고 있으므로 각 모노머에 대한 중합 반응에 의한 중합체를 수지에 사용할 수 있다. 또는 아크릴아마이드와 아크릴산의 공중합체, 아크릴아마이드와 메트크릴산메틸의 공중합체와 같이, 높은 유리전이온도를 가지는 모노머 2 종 또는 그 이상을 선택하여 함께 공중합 반응을 시킨 중합체를 이용할 수 있다.
또한 높은 유리전이온도를 가지는 모노머 중 1종을 하나 선택하고, 낮은 유리전이온도를 가지는 모노머 1종 또는 2종 이상의 모노머를 선택하여 함께 중합반응을 시켜 제조할 수도 있다. 예컨대, 아크릴아마이드와 아세트산 비닐을 중합시켜 제조할 수 있다. 아크릴아마이드와 아세트산 비닐 이외에도 다른 화합물들과의 조합을 통해 공중합체를 제조할 수 있는 것은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 난연성인 발포성 폴리스티렌을 제조하기 위해서는 스킨층을 이루고 있는 난연성 수지의 유리전이온도가 높게 형성되어야 한다. 일반적으로 발포 스티로폼의 융점온도(℃)는 79℃ 로 알려져 있으므로, 이 때, 난연성 수지의 중합체의 유리전이온도는 80 내지 180℃로 사용되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100 내지 160℃, 가장 바람직하게는 120 내지 150℃인 것이 좋다.
상기 구성들에 있어서, 상기 열가소성 수지는 발포폴리스티렌의 연화점 및 융점보다 높은 80 내지 180℃ 온도의 연화점과 융점을 가지는 수지를 이용하는 것으로, 80℃보다 낮으면 화기에서 발포스티로폼보다 먼저 녹게되고, 180℃보다 높으면 스팀가열발포 성형시 폴리스티렌의 적정 가열발포조건에서 발포력 저하로 인한 융착성이 떨어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예로 언급될 때, 메타크릴산메틸의 중합체인 폴리메타크릴산메틸(PMMA)의 어택틱(atactic)중합체의 유리전이온도는 105℃이지만, 다른 모노머를 함께 중합시키는 경우에는 실제 폴리메타크릴산메틸(PMMA)의 유리전이온도의 범위는 85 내지 165℃까지 다양하게 조절될 수 있다. 따라서, 상기에서 언급되어 있는 모노머의 2 이상의 선택을 통해 유리전이온도가 높게 측정되는 중합체를 대상으로 하여 난연성 수지용액을 제조하는 것이 바람직할 것이다.
아크릴산의 중합체인 폴리아크릴산의 어택틱 중합체의 유리전이온도는 130℃이지만, 상기에 기재되어 있는바와 같이 다른 모노머와 함께 중합시키는 경우에는 다양한 온도 범위에서의 유리전이온도를 가지는 중합체를 제조할 수 있으므로 본 발명에서 코팅시키기 적합한 중합체를 제조하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 아크릴아마이드의 중합체인 폴리아크릴산의 어택틱 중합체의 유리전이온도는 165℃이므로, 자체 모노머에 의한 중합 반응으로 형성된 중합체 자체를 이용하는 것도 가능할 것이며, 또한 다른 모노머와 함께 중합시켜 보다 높은 유리전이온도인 중합체 용액을 제조하는 것도 가능할 것이며, 165℃ 이하의 온도 조건으로 조절하여 중합체 용액을 제조하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 난연성인 발포성 폴리스티렌을 제조하기 위해 사용되는 기능성 첨가물은 수산화알루미늄, 탄산칼슘, 실리카, 팽창흑연 등의 분체형 무기난연제, 인 또는 실리케이트 등의 액상 난연제, 다가 알코올류등의 가소제, 소포제, 분산제, 안료, 향료 및 방부제로 구성된 군으로부터 선택된 단독 또는 2이상의 혼합물로 적절히 사용할 수 있다.
상기에 기재된 기능성 첨가물은 상기의 난연성 수지 용액에 잘 용해 또는 분산될 수 있고, 발포성 폴리스티렌 입자의 표면을 침식 또는 용해하지 않는 것으면 특별한 제한 없이 첨가하여 다양한 기능성을 부여할 수 있다.
상기의 기능성 첨가물이 첨가된 난연성 수지용액은 발포성 폴리스티렌 입자의 표면에 균일하게 도포시킬 수 있는데, 이 때 난연성 수지용액의 점성이 낮은 경우 발포성 폴리스티렌 입자 표면에 분사하여 입자들을 충분히 교반해 줄 수 있으며, 수지 용액의 점성이 큰 경우 기계적 장치 예컨대 혼합기를 이용하여 교반시킬 수 있으며, 이는 수지 용액에 발포성 폴리스티렌 입자를 넣고 교반하는 방식을 통해 코팅층을 형성시키는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 난연성 발포 폴리스티렌을 제조하기 위해 사용되는 난연성 수지용액은 물, 알코올류 및 케톤류로 구성된 군으로부터 선택된 단독 용매 또는 2 이상의 혼합용매에 용해시킬 수 있다. 그 밖에도 에스테르류, 카복시산류, 방향족 화합물류, 알킬할라이드류, 에터류 등의 유기 용매가 사용될 수 있으나, 비교적 휘발성이 높고, 인체 유해성이 낮으며, 발포된 폴리스티렌 입자의 표면을 용해 또는 침식시키는 작용이 낮은 용매를 선택하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기의 조건이 만족되는 용매는 물과 알코올류 화합물이며, 보다 구체적으로는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부탄올, tert-부탄올, 1-펜탄올, 2-펜탄올, 3-펜탄올, 이소펜탄올, 네오펜탄올, 1-헥산올, 2-헥산올, 3-헥산올, 이소헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 노난올, 데칸올 등이 가능하지만 반드시 기재된 용매에 한정되는 것은 아니며, 해당 화합물의 구조 이성질체 및 입체 이성질체의 구조를 가지는 알코올을 모두 포함할 수 있으며, 고리 구조를 가지는 탄소수 3 내지 10개의 알코올을 모두 포함시킬 수 있다.
또한 상기의 수지 용액의 농도는 3 내지 80 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 발포 폴리스티렌 입자의 반경과 상기 코팅액의 코팅 두께의 비율은 1:0.00001 내지 1:0.1이고, 코팅층의 중량은 10 내지 99중량%이다. 코팅층이 코팅된 발포성 폴리스티렌은 KS M 3808(발포스틸렌단열재)의 품질기준을 만족하는 단열재를 만들고, 특히 밀도 25 kg/m3에서 압축강도 측정시에 14 N/cm2 이상이고, 굴곡 파괴하중 32 N 이상이다.
본 발명은 목적하고자 하는 기능성을 부여하기 위해 코팅액으로 코팅시킨 발포 폴리스티렌을 제조하는 것으로 예컨대, 스팀 가열, 발포 성형 공정 등의 성형 과정에서 발생할 수 있는 문제점을 해소하기 위해 고안된 것이므로, 성형물의 불량률을 낮추면서 기계적 강도, 굴곡강도, 내수성 등과 같이 성형물의 물성이 향상하도록 개량된 형태가 우수하여야 한다.
발포성 폴리스티렌 비드에 상기 난연성 수지용액을 코팅하고 건조는 100℃ 이하의 온풍을 가하면서 교반하는 방법이나, 100℃ 이하로 가열된 용기에 넣고 교반하면서 건조시키는 방법, 진공을 걸어 감압하에서 건조하는 방법을 이용할 수 있으며, 보다 효율적이기 위해 진공 조건과 온풍 조건을 함께 가하면 짧은 시간 동안에 보다 효율적일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기의 난연성 발포 폴리스티렌의 제조 방법에 따라 제조된 발포 폴리스티렌을 제공한다.
본 발명의 발포 폴리스티렌은 상기에서 발포 폴리스티렌의 제조방법을 설명하는 것과 동일한 특징들로 언급될 것이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하여도 무방할 것이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
①유리전이온도가 80℃인 아크릴로니트릴- 비닐아세테이트 수지 450 g을 550g의 메탄올에 균일하게 용해시켜 아크릴로니트릴-비닐아세테이트 공중합 수지 용액 1 kg을 얻었다.
② 용량 100 l의 리본 믹서에 평균 100 배로 발포시켜 건조한 발포 폴리스티렌 입자 1 kg을 넣은 후, 50 rpm의 속도로 교반하면서, 상기 ①에서 제조된 난연성 아크릴로니트릴-비닐아세테이트 공중합 수지 용액 1 kg를 첨가하여 1 분간 리본 믹서를 가동시켜 상기 수지 용액이 발포 입자에 균일하게 도포될 수 있도록 하였고, 난연성 아크릴로니트릴-비닐아세테이트 공중합 수지용액이 코팅된 발포성 폴리스티렌 입자 2 kg을 얻었다.
③ 상기의 리본 믹서에 온도 조건을 60℃에서 온풍을 처리하여 약 10초간 교반을 지속한 후에, 교반 중에 에틸렌글리콜 50 g을 첨가하여 난연성 아크릴로니트릴-비닐아세테이트 공중합 수지로 코팅된 발포성 폴리스티렌 입자가 개개의 알갱이로 분리되도록 하였다. 이후, 건조시켜 난연성의 스킨층을 가지는 발포성 폴리스티렌 입자를 수득하였다.
④ 상기의 ③에서 얻은 난연성 스킨층을 가지는 발포성 폴리스티렌 입자를 EPS용 스팀 성형기에 넣은 후, 0.5 kg/㎤의 스팀압력으로 1 분간 가열하고 10초간 훈련시킨 후, 냉각하여 밀도 25kg/㎥의 난연 발포 폴리스티렌 성형물을 제조하였다.
⑤ 난연 성능 테스트
상기 ④에서 수득한 난연성인 발포성 폴리스티렌 성형물을 가로 2cm, 세로 2cm, 두께 1cm의 판상으로 절단하여 난연성 시험을 위한 시편으로 사용하였다.
상기 시편을 분젠버너에서 형성된 길이 5cm의 불꽃에 1분간 노출시켜 난연성능을 시험하였다.
결과 스킨층에 의하여 열과 화염이 차단되어 스킨층이 코팅되어 있는 발포성 폴리스티렌 입자는 골격이 유지되어 형태를 유지하고 있음을 확인하였다.
실시예 2
①유리전이온도가 102℃인 메틸메타아크릴 수지-에틸아크릴에스테르수지 450 g을 550g의 메탄올에 균일하게 용해시켜 메틸메타아크릴 수지- 에틸아크릴에스테르 공중합 수지 용액 1 kg을 얻었다. 이 후, 상기 수지 용액에 평균입도가 7.5㎛인 탄산칼슘 입자 200 g을 첨가하여 균일하게 분산시켜 난연성 수지 1.2 kg을 얻었다.
② 용량 100 l의 리본 믹서에 평균 100 배로 발포시켜 건조한 발포 폴리스티렌 입자 1 kg을 넣은 후, 50 rpm의 속도로 교반하면서, 상기 ①에서 제조된 난연성 메틸메타아크릴 수지- 에틸아크릴에스테르 공중합 수지 용액 1 kg를 첨가하여 1 분간 리본 믹서를 가동시켜 상기 수지 용액이 발포 입자에 균일하게 도포될 수 있도록 하였고, 난연성 메틸메타아크릴 수지- 에틸아크릴에스테르 공중합 수지용액이 코팅된 발포성 폴리스티렌 입자 2.2 kg을 얻었다.
③ 상기의 리본 믹서에 온도 조건을 60℃에서 온풍을 처리하여 약 10초간 교반을 지속한 후에, 교반 중에 에틸렌글리콜 50 g을 첨가하여 난연성 메틸메타아크릴 수지- 에틸아크릴에스테르 공중합 수지 용액 으로 코팅된 발포성 폴리스티렌 입자가 개개의 알갱이로 분리되도록 하였다. 이후, 건조시켜 난연성의 스킨층을 가지는 발포성 폴리스티렌 입자를 수득하였다.
④ 상기의 ③에서 얻은 난연성 스킨층을 가지는 발포성 폴리스티렌 입자를 EPS용 스팀 성형기에 넣은 후, 0.5 kg/㎤의 스팀압력으로 1 분간 가열하고 10초간 훈련시킨 후, 냉각하여 밀도 30kg/㎥의 난연 발포 폴리스티렌 성형물을 제조하였다.
⑤ 난연 성능 테스트
상기 ④에서 수득한 난연성인 발포성 폴리스티렌 성형물을 가로 2cm, 세로 2cm, 두께 1cm의 판상으로 절단하여 난연성 시험을 위한 시편으로 사용하였다.
상기 시편을 분젠버너에서 형성된 길이 5cm의 불꽃에 1분간 노출시켜 난연성능을 시험하였다.
결과 스킨층에 의하여 열과 화염이 차단되어 스킨층이 코팅되어 있는 발포성 폴리스티렌 입자는 골격이 유지되어 형태를 유지하고 있음을 확인하였다.
실시예3
①유리전이온도가 104.5℃인 비닐아세테이트의 함량이 5%인 에틸렌-비닐 아세테이트 수지용액 800 g에 평균입도가 15㎛인 팽창흑연 50 g, 평균입도가 30㎛인 수산화 알루미늄 입자 200 g을 첨가하여 균일하게 분산시켜, 난연성 수지 1.05 kg을 얻었다.
② 용량 100 l의 리본 믹서에 평균 100 배로 발포시켜 건조한 발포 폴리스티렌 입자 1 kg을 넣은 후, 50 rpm의 속도로 교반하면서, 상기 ①에서 제조된 난연성 비닐아세테이트의 함량이 5%인 에틸렌-비닐 아세테이트 수지용액 1.05 kg를 첨가하여 1 분간 리본 믹서를 가동시켜 상기 수지 용액이 발포 입자에 균일하게 도포될 수 있도록 하였고, 난연성 비닐아세테이트의 함량이 5%인 에틸렌-비닐 아세테이트 수지용액이 코팅된 발포성 폴리스티렌 입자 2.05 kg을 얻었다.
③ 상기의 리본 믹서에 온도 조건을 60℃에서 온풍을 처리하여 약 10초간 교반을 지속한 후에, 교반 중에 에틸렌글리콜 50 g을 첨가하여 난연성 비닐아세테이트의 함량이 5%인 에틸렌-비닐 아세테이트 에멀젼으로 코팅된 발포성 폴리스티렌 입자가 개개의 알갱이로 분리되도록 하였다. 이후, 건조시켜 난연성의 스킨층을 가지는 발포성 폴리스티렌 입자를 수득하였다.
④ 상기의 ③에서 얻은 난연성 스킨층을 가지는 발포성 폴리스티렌 입자를 EPS용 스팀 성형기에 넣은 후, 0.5 kg/㎤의 스팀압력으로 1 분간 가열하고 10초간 훈련시킨 후, 냉각하여 밀도 24kg/㎥의 난연 발포 폴리스티렌 성형물을 제조하였다.
⑤ 난연 성능 테스트
상기 ④에서 수득한 난연성인 발포성 폴리스티렌 성형물을 가로 2cm, 세로 2cm, 두께 1cm의 판상으로 절단하여 난연성 시험을 위한 시편으로 사용하였다.
상기 시편을 분젠버너에서 형성된 길이 5cm의 불꽃에 1분간 노출시켜 난연성능을 시험하였다.
결과 스킨층에 의하여 열과 화염이 차단되어 스킨층이 코팅되어 있는 발포성 폴리스티렌 입자는 골격이 유지되어 형태를 유지하고 있음을 확인하였다.
실시예4
①유리전이온도가 150℃인 아크릴아마이드-폴리비닐아세테이트 공중합 수지를 제조하고, 이 수지 용액에 평균입도가 7.5㎛인 탄산칼슘 입자 200 g을 첨가하여 균일하게 분산시켜 난연성 수지 1.2 kg을 얻었다.
② 용량 100 l의 리본 믹서에 평균 100 배로 발포시켜 건조한 발포 폴리스티렌 입자 1 kg을 넣은 후, 50 rpm의 속도로 교반하면서, 상기 ①에서 제조된 난연성 아크릴아마이드-폴리비닐아세테이트 공중합 수지 용액 1.2 kg를 첨가하여 1 분간 리본 믹서를 가동시켜 상기 수지 용액이 발포 입자에 균일하게 도포될 수 있도록 하였고, 난연성 아크릴아마이드-폴리비닐아세테이트 공중합 수지용액이 코팅된 발포성 폴리스티렌 입자 2.2 kg을 얻었다.
③ 상기의 리본 믹서에 온도 조건을 60℃에서 온풍을 처리하여 약 10초간 교반을 지속한 후에, 교반 중에 에틸렌글리콜 50 g을 첨가하여 난연성 아크릴아마이드-폴리비닐아세테이트 공중합 수지로 코팅된 발포성 폴리스티렌 입자가 개개의 알갱이로 분리되도록 하였다. 이후, 건조시켜 난연성의 스킨층을 가지는 발포성 폴리스티렌 입자를 수득하였다.
④ 상기의 ③에서 얻은 난연성 스킨층을 가지는 발포성 폴리스티렌 입자를 EPS용 스팀 성형기에 넣은 후, 0.5 kg/㎤의 스팀압력으로 1 분간 가열하고 10초간 훈련시킨 후, 냉각하여 밀도 30kg/㎥의 난연 발포 폴리스티렌 성형물을 제조하였다.
⑤ 난연 성능 테스트
상기 ④에서 수득한 난연성인 발포성 폴리스티렌 성형물을 가로 2cm, 세로 2cm, 두께 1cm의 판상으로 절단하여 난연성 시험을 위한 시편으로 사용하였다.
상기 시편을 분젠버너에서 형성된 길이 5cm의 불꽃에 1분간 노출시켜 난연성능을 시험하였다.
난연성 아크릴아마이드-폴리비닐아세테이트 공중합 수지용액이 코팅된 발포성 폴리스티렌 입자는 골격의 변화가 거의 나타나지 않은 상태였으며, 상기 실시예 1 내지 4 대비 가장 단단하게 형태를 유지하고 있음을 확인하였다.
비교예 1
유리전이온도가 32℃인 비닐아세테이트 수지 450g을 550g의 메탄올에 균일하게 용해시켜 비닐아세테이트 중합 수지용액 1kg을 제조하고, 이 수지용액에 평균입도가 15㎛인 팽창흑연 50g, 평균입도가 7.5㎛인 탄산칼슘 입자 200g을 첨가하여 균일하게 분산시켜, 난연성 수지 1.05kg을 얻었다.
상기 실시예 1 내지 5에서 ② 내지 ⑤의 과정을 동일하게 수행하여 진행시킨 결과, 결과 스킨층에 의하여 열과 화염이 전달되어 스킨층이 코팅되어 있는 발포성 폴리스티렌 입자는 골격이 무너져 녹게 되었음을 확인하였다.
비교예 2
유리전이온도가 69℃인 비닐아세테이트의 함량이 27%인 에틸렌-비닐아세테에트 수지용액 800 g에 평균입도가 15㎛인 팽창흑연 50g, 평균입도가 30㎛인 수산화 알루미늄 입자 200g을 첨가하여 균일하게 분산시켜, 난연성 수지 1.05kg을 얻었다.
상기 실시예 1 내지 5에서 ② 내지 ⑤의 과정을 동일하게 수행하여 진행시킨 결과, 결과 스킨층에 의하여 열과 화염이 전달되어 스킨층이 코팅되어 있는 발포성 폴리스티렌 입자는 골격이 무너져 녹게 되었음을 확인하였다.
<시험결과>
하기 표 1에서는 상기의 실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 1 및 비교예 2에 대한 시험 결과를 기재하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2
연소시간(초) 35 30 20 15 180 120
연소길이(㎜) 28 15 12 8 120 80

Claims (7)

  1. 발포성 폴리스티렌 비드 또는 펠릿을 발포시켜 발포 폴리스티렌 입자를 형성시키는 단계와;
    상기 발포 폴리스티렌 입자보다 높은 융점을 가지며, 110 내지 180℃의 유리 전이 온도를 갖는 비할로겐 난연성 수지를 물 또는 알코올 중 어느 하나 또는 둘을 혼합한 용매에 용해하여 농도 3 내지 80%의 수지용액인 코팅액을 얻는 단계와;
    상기 코팅액을 상기 발포 폴리스티렌 입자의 표면에 도포하여 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하되,
    상기 발포 폴리스티렌 입자의 반경과 상기 코팅층의 두께의 비율은 1:0.00001 내지 1:0.1이고, 상기 코팅층의 중량은 상기 발포 폴리스티렌 입자와 상기 코팅액을 합친 중량의 10 내지 99중량%인 것을 특징으로 하는 난연성 발포 폴리스티렌의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비할로겐 난연성 수지는 폴리비닐알코올, 아크릴아마이드, 아크릴산 또는 아크릴로니트릴 중 어느 하나 또는 2 이상의 단량체를 중합시킨 공중합체인 것을 특징으로 하는 난연성 발포 폴리스티렌의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅액은 상기 수지용액에 기능성 첨가물을 추가로 혼합 또는 용해하되,
    상기 기능성 첨가물은 수산화알루미늄, 탄산칼슘, 실리카 또는 팽창흑연을 포함하는 분체형 무기난연제와, 인 또는 실리케이트를 포함하는 액상 난연제와, 다가 알코올류의 가소제, 소포제, 분산제, 안료, 향료 및 방부제로 구성된 군으로부터 선택된 단독 또는 2이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 난연성 발포 폴리스티렌의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 코팅층이 형성된 난연성 발포 폴리스티렌은 KS M 3808(밀도 25 kg/m3의 경우)에 의한 압축강도가 14 N/cm2 이상이며, 굴곡 파괴하중은 32 N 이상인 것을 특징으로 하는 난연성 발포 폴리스티렌의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 또는 제6항 중 어느 한 항의 제조 방법에 의해서 제조한 난연성 발포 폴리스티렌.
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