KR101531130B1 - 건축물 내외장재용 피브이씨조성물과 이를 이용하여 발포 성형된 건축용 내외장재 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축물 내외장재용 PVC조성물 및 이를 이용하여 제조된 건축용 내외장재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발포도와 자기 소화성이 우수하고, 내수성, 내약품성, 난연성 등이 우수한 비교적 가격이 저렴한 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride; PVC)에 친환경적인 충전제를 첨가하여 자연친화성을 높일 수 있으며, 친환경 유기질 복합 안정제를 사용하여 성형품의 안정성을 확보하고, 발포제를 사용하여 다공질 구조의 유연성을 보이며 타 제품과 비교하여 탄성, 내마모성, 내화학약품성, 전기적 특성, 방수성, 충격흡수성, 단열성이 우수한 성질을 가지는 건축물 내외장재를 가공하기 위한 PVC조성물과 이를 이용하여 발포성형된 건축용 내외장재및 이의 제조방법에 관한 것이 개시된다.

Description

건축물 내외장재용 피브이씨조성물과 이를 이용하여 발포 성형된 건축용 내외장재 및 이의 제조방법{PVC composition, a building interior and exterior material using thereby and method for manufacturing thereof}

본 발명은 건축물 내외장재용 PVC조성물 및 이를 이용하여 제조된 건축용 내외장재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발포도와 자기 소화성이 우수하고, 내수성, 내약품성, 난연성 등이 우수한 비교적 가격이 저렴한 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride; PVC)에 친환경적인 충전제를 첨가하여 자연친화성을 높일 수 있으며, 친환경 유기질 복합 안정제를 사용하여 성형품의 안정성을 확보하고, 발포제를 사용하여 다공질 구조의 유연성을 보이며 타 제품과 비교하여 탄성, 내마모성, 내화학약품성, 전기적 특성, 방수성, 충격흡수성, 단열성이 우수한 성질을 가지는 건축물 내외장재를 가공하기 위한 PVC조성물 및 이를 이용하여 발포 성형된 건축용 내외장재와 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 건축 내외장재인 목재와 섬유판은 천연목재에 방부처리 또는 목재의 부수러기를 합성수지와 접착제를 섞어 가열, 압축하여 제조된다. 천연목재에 사용되는 방부제와 섬유판에 사용되는 접착제에 방출되는 인체에 유해한 포름알데히드는 실내에 적용하기에 부적절하여 새로운 품목의 제품 개발이 절실하다.

천연목재의 경우 소비자의 선호도가 높은 반면 벌목에 따른 이산화탄소에 대한 환경파괴의 우려가 높다. 특히, 강도가 비교적 약하고, 치성을 가지고 있어 설치가 어렵고 관리 또한 많은 비용이 소모된다.

또한, 종래의 천연목재는 표면보호를 위해 사용되는 오일스텐, 페인트의 유해성분으로 인해 환경오염을 유발시키고 인체에 해로움을 줄 위험이 있다.

섬유판의 경우 접착제에 포함된 유해물질로 인하여 환경을 오염시키고 인체에 유해한 성분을 뿜어낸다.

또한, 종래의 섬유판은 원목을 대부분 수입하여 사용하는 관계로 원목방충제의 과다한 사용으로 인체에 심한 악영향과 환경오염을 지속적으로 유발하고 있다.

강도는 결여되거나, 깨짐현상, 갈라짐, 뒤틀림 현상 등의 형태변화 및 색변화가 있는 문제점도 제기되고 있다.

1. 대한민국공개특허공보 제10-2005-0107250호 2. 대한민국등록특허공보 제10-0722518호 3. 대한민국등록특허공보 제10-0871560호

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 친환경적이고 난연성이 있는 PVC를 이용하여 발포성형용 건축물 내외장재용 PVC조성물을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

또한, 본 발명에서는 적절한 발포도를 가지는 PVC조성물을 사용하여 발포 성형한 우수한 기계적 성질과 난연성이 있는 제품인 건축용 내외장재 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.

또한, 본 발명에서는 신재 PVC 또는 신재 PVC에 일정량의 재생PVC를 혼합함으로써 재활용적 측면에서 강점을 가질 수 있고, 기존 제품에서 사용되었던 방부제와 접착제로 인해 방출되는 포름알데히드와 휘발성 유기화합물의 양을 최소화한 PVC조성물 및 이를 이용하여 발포 성형된 건축용 내외장재를 제공하고자 한다.

상기한 과제를 해결한 본 발명의 발포성형용 건축물 내외장재용 PVC조성물은 폴리염화비닐, 충전제, 발포제, 발포조절제, 안정제, 윤활제, 표백제를 포함하여 이루어지는 PVC조성물에 있어서,
상기 폴리염화비닐 100중량부에 대하여,
유리섬유, 탄산칼슘, 탈크, 미카, 규석, 쵸크, 울라스토나이트(Woolastonite)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 충전제 30~50중량부;
무독성 Ca-Zn 안정제 1~5중량부;
메르캅타이드(Mercaptide)계 안정제, 말레이트 (Maleate)계 안정제, 카복실레이트(Carboxylate)계 안정제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 유기질 안정제 1~5중량부;
유기산금속염, 아인산에스테르, 산화방지제, 착색방지제, 자외선흡수제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 두개 이상을 혼합하여 되는 복합안정제 1~5중량부;
아조디카본아마이드(Azodicarbonamide; ADCA), 개질 아조디카본아마이드(Azodicarbonamide), 옥시비스벤젠 설포닐 하이드라자이드(Oxybisbenzene sulfonyl hydrazide(OBSH)), 디니트로소 펜타메틸렌(Dinitroso pentamethylene(DPT)), 톨루엔 설포닐 하이드라자이드(Toluene sulfonyl hydrazide(TSH)), P-톨루엔 설포닐 세미카르바자이드(P-Toluenesulfonly semicarbazide(PTSS))로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 발포제 0.5~1.5중량부;
유기계 및 유기금속계 화합물 중 어느 하나의 발포조절제 8~12중량부;
파라핀(Paraffin)계 윤활제, 나프텐(Naphthen)계 윤활제, 실리콘 오일 (Silicon Oil)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 윤활제 0.5~2중량부;
산화표백제인 과산화수소, 과산화나트륨, 염소산나트륨, 아염소산나트륨과 환원표백제인 하이드로설파이드, 이산화황, 이황산수소나트륨, 아황산칼륨, 아황산나트륨, 이산화황, 과산화벤조일로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 표백제 0.1중량부;
함수율 6% 이하이고, 입자크기가 50~70mesh의 분말상의 목분 8~10중량부;
태백분 2~3중량부를 혼합한 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리염화비닐은 신재(新材)인 폴리염화비닐과 재생폴리염화비닐의 혼합하되, 상기 혼합비는 폴리염화비닐 총량에 대하여 상기 재생폴리염화비닐이 20~30중량%를 포함하도록 혼합된 것을 사용한다.

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또한, 본 발명에서는 상기 개시되는 PVC조성물을 발포 성형하여 제조되는 건축용 내외장재를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 상기 개시되는 PVC조성물을 준비하고, 상기 PVC조성물을 열 혼합기에서 100~120℃의 온도조건으로 혼합하는 1차 혼합 과정;과 상기 열 혼합기에서 혼합된 원료를 40~60℃의 온도조건으로 설정된 냉 혼합기에 옮겨 혼합하는 2차 혼합 과정;과 상기 냉 혼합기에서 혼합된 혼합물을 호퍼에 투입 후, 압출 성형기에서 압출성형기 스크류 속도 10~30r/min, 호퍼피드 속도 10~30r/min, 견인속도 50~150㎝/min의 조건으로 압출 성형하는 과정;과 상기 압출 성형기에서 성형된 성형품을 온도조건 120~200℃의 다수개의 실린더를 통과시켜 발포시키는 발포 과정;과 상기 실린더에서 발포된 성형품을 온도 150~200℃ 조건으로 설정된 금형에 투입하여 금형 성형하는 금형 성형 과정;과 상기 금형 성형되는 성형품을 100~200℃의 온도조건으로 설정된 온조기에 통과시켜 피막을 형성하는 피막 형성과정;과 상기 피막이 형성된 성형품을 냉각기가 일체로 구비된 압축성형기로 압축시키고, 동시에 20~40℃의 냉각수로 간접 냉각시키는 판재형성과정; 및 상기 판재형성과정에서 형성된 판재를 일정폭과 길이를 가지도록 절단하는 과정을 포함하여 이루어지는 건축물 내외장재의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의해 제공되는 건축물 내외장재용 PVC조성물을 사용하여 제조된 건축용 내외장재는 가공, 사용, 재활용 수거 후 분쇄 재활용이 가능해 환경에 미치는 요소가 최소인 친환경 제품을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서 제공되는 건축용 내외장재는 방음성, 방수성, 보온성 및 난연성이 우수하고, 곰팡이와 벌레에 의한 오염이 없고 습기에 매우 안전하다.

또한, 완제품을 가공 시 다양한 색상을 표현할 수 있고, 취급이 용이하며, 포름알데하이드 등의 환경유해물질의 방출이 전혀 없고, 기 사용된 제품의 폐기 처분 시 회수 후 재생산이 가능하여 환경 친화적이고 경제적이다.

도 1 은 본 발명의 건축물 내외장재의 제조방법의 일예를 도시한 공정도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 폴리염화비닐에 충전제, 발포제, 목분, 안정제, 발포조절제, 윤활제, 표백제 등을 혼합하여 압출 성형기를 통해 제조할 수 있으며, 친환경적이고 인체에 해가 없으며 난연성이 있는 PVC 건축 내외장재 조성물 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 건축물 내외장재용 PVC조성물은 발포도와 자기 소화성이 우수하고, 내수성, 내약품성, 난연성 등이 우수한 비교적 가격이 저렴한 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride; PVC)에 친환경적인 충전제를 첨가하여 자연 친화성을 높일 수 있으며, 친환경 유기질 복합 안정제를 사용하여 성형품의 안정성을 확보하고, 발포제를 사용하여 다공질 구조의 유연성을 보이며 타 제품과 비교하여 탄성, 내마모성, 내화학약품성, 전기적 특성, 방수성, 충격흡수성, 단열성이 우수한 성질을 가지는 것이다.

본 발명에 따르면, 발포성형용 건축물 내외장재용 PVC조성물은 상기 폴리염화비닐 100중량부에 대하여,
유리섬유, 탄산칼슘, 탈크, 미카, 규석, 쵸크, 울라스토나이트(Woolastonite)로 이루어진 군에서 어느 하나 이상의 충전제 30~50중량부;
무독성 Ca-Zn 안정제 1~5중량부;
메르캅타이드(Mercaptide)계 안정제, 말레이트 (Maleate)계 안정제, 카복실레이트(Carboxylate)계 안정제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 유기질 안정제 1~5중량부;
유기산금속염, 아인산에스테르, 착색방지제, 자외선흡수제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 두개 이상을 혼합하여 되는 복합안정제 1~5중량부;
아조디카본아마이드(Azodicarbonamide; ADCA), 개질 아조디카본아마이드(Azodicarbonamide), 옥시비스벤젠 설포닐 하이드라자이드(Oxybisbenzene sulfonyl hydrazide(OBSH)), 디니트로소 펜타메틸렌(Dinitroso pentamethylene(DPT)), 톨루엔 설포닐 하이드라자이드(Toluene sulfonyl hydrazide(TSH)), P-톨루엔 설포닐 세미카르바자이드(P-Toluenesulfonly semicarbazide(PTSS))로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 발포제 0.5~1.5중량부;
유기계 및 유기금속계 화합물 중 어느 하나의 발포조절제 8~12중량부;
파라핀(Paraffin)계 윤활제, 나프텐(Naphthen)계 윤활제, 실리콘 오일 (Silicon Oil)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 윤활제 0.5~2중량부;
산화표백제인 과산화수소, 과산화나트륨, 염소산나트륨, 아염소산나트륨과 환원표백제인 하이드로설파이드, 이산화황, 이황산수소나트륨, 아황산칼륨, 아황산나트륨, 이산화황, 과산화벤조일로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 표백제 0.1중량부;
함수율 6% 이하이고, 입자크기가 50~70mesh의 분말상의 목분 8~10중량부;
태백분 2~3중량부를 혼합한 혼합물로 이루어진 것에 그 특징이 있다.
이때, 상기 폴리염화비닐은 신재(新材)인 폴리염화비닐과 재생폴리염화비닐의 혼합하되, 상기 혼합비는 폴리염화비닐 총량에 대하여 상기 재생폴리염화비닐이 20~30중량%를 포함하도록 혼합된 것을 사용한다.

이때, 사용되는 상기 충전제는 자연친화성을 높여주는 역할을 하는 것으로 바람직하게는 유리섬유, 탄산칼슘, 탈크, 미카, 규석, 쵸크, Woolas-tonite로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 사용한다.

충전제는 원가절감을 목적을 가지는 증량제와 기계적, 열적, 전기적 성질이나 혹은 가공성을 개선하기 위해 첨가되는 보강제의 성능을 가진다.

상기 충전제는 폴리염화비닐 100중량부에 대하여 30~50중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 만일 그 첨가량이 30중량부 미만 또는 50중량부를 초과할 경우에는 물성 저하의 결점이 나타날 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 윤활제는 파라핀(Paraffin)계, 나프텐(Naphthen)계, 실리콘오일(Silicon Oil)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하며, 그 혼합량은 폴리염화비닐 100중량부에 대하여 0.5~1.5중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 만일 그 첨가량이 0.5중량부 미만일 경우에는 제품을 안정적으로 생산하는데 문제가 생길 수 있으며, 1.5중량부를 초과할 경우에는 PVC수지발포보드의 적절한 발포가 이루어 지지 않을 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 표백제는 산화표백제인 과산화수소, 과산화나트륨, 염소산나트륨, 아염소산나트륨과 환원표백제인 하이드로설파이드, 이산화황, 이황산수소나트륨, 아황산칼륨, 아황산나트륨, 이산화황, 과산화벤조일로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이다. 상기 표백제는 폴리염화비닐 100중량부에 대하여 0.1~0.5중량부를 혼합하며, 바람직하게는 0.1중량부를 혼합하는 것이다. 만일 그 혼합량이 0.1중량부 미만일 경우에는 표백작용에 기능이 상실되어서 제품 색상에 제한적 일 수 있다..

본 발명에 따르면, 상기 개시되는 PVC조성물에 첨가되는 목분은 함수율 6%이하이고, 입자크기가 50~70mesh의 분말상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 목분의 혼합량은 상기 폴리염화비닐 100중량부에 대하여 목분 8~10중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 만일 그 첨가량이 8중량부 미만일 경우에는 데크재 용도로 사용되는 PVC발포 제품의 성능에 문제가 있고, 10중량부를 초과할 경우에는 PVC수지와 목분의 결합과정에서 적절한 발포가 이루어 지지 않을 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 개시되는 PVC조성물에 첨가되는 상기 태백분은 이산화 티타늄을 사용하는 것이 좋다. 바람직하게 상기 태백분은 상기 폴리염화비닐 100중량부에 대하여 태백분 2~3중량부를 첨가하는 것이 좋다. 만일 그 혼합량이 2중량부 미만일 경우에는 일정한 백색 색상을 얻을 수 없는 문제가 있고 향균작용, 음폐력, 살균작용, 자외선차단제의 성능에 제한적이며, 3중량부를 초과하더라고 그 이상의 효과를 얻을 수 없다.
상기 태백분은 - 이산화 타이타늄(titanium dioxide)은 이산화 티타늄 또는 이산화티탄이라고도 불리며, 화학식은 TiO₂이다. 전이금속인 티타늄 원자 하나와 산소 원자 2개가 결합된 분자로서 분자량은 79.866g/mol이며, 무미, 무취의 흰색 가루이다. 티타늄을 공기 중에 노출시키면 쉽게 산소와 반응하여 이산화 티타늄 피막을 형성한다. 산화력이 매우 크며 음폐력이 커서 거의 모든 용매에 녹지 않는다. 굴절률이 매우 큰 이방성을 나타내고 산란성도 크다. 매우 안정한 물질이며 생물학적으로 반응을 하지 않아 환경 및 인체에 무해하다. 판티탄석, 예추석, 금홍석의 동질다상 형태로 존재하며 산화력이 커서 향균 작용이 크고, 악취제거 및 살균작용이 있으며 절연체이다. 일반적으로 자외선 차단제 및 화장품등에 쓰인다. 흰색의 도료로서 널리 쓰이며 산화력이 커 광촉매로도 쓰인다.

본 발명에 따르면, 상기 안정제는 친환경 안정제, 유기질 안정제, 복합안정제를 사용하며, 그 혼합량은 폴리염화비닐 100중량부에 대하여 친환경안정제는 1~5중량부, 유기질안정제 1~5중량부, 복합안정제 1~5중량부를 포함하도록 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 친환경 안정제는 금속석검류 안정제인 무독성 Ca-Zn 안정제는 금속석검류 안정제인 친환경 안정제로 초기 제품의 착색방지에 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 유기질 안정제는 메르캅타이드(Mercaptide계), 말레이트계(Mleate계), 카복실레이트계(Carboxylate계)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 사용하며, 바람직하게는 하나의 제품을 선택해서 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 상기 복합안정제는 유기산금속염, 아인산에스테르, 착색방지제, 자외선흡수제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 두개 이상을 혼합한 것을 사용하며, 바람직하게는 선택되는 안정제가 일정한 중량비로 혼합된 것을 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 상기 PVC조성물을 구성하는 상기 폴리염화비닐은 혼합되는 전량을 신재(新材)인 백색분말상의 폴리염화비닐을 사용한다.

한편, 상기 폴리염화비닐은 신재(新材)인 폴리염화비닐과 재생폴리염화비닐을 혼합한 혼합물을 사용할 수도 있다. 이 경우, 신재(新材)인 폴리염화비닐과 재생폴리염화비닐의 혼합비는 폴리염화비닐 총량에 대하여 상기 재생폴리염화비닐이 20~30중량%를 포함하도록 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 20중량% 또는 30중량% 초과할 경우 물성 저하의 결점이 나타날 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 발포제는 PVC조성물의 성형과정 중에서 발포하여, 제품이 다공질 구조를 갖도록 하여, 무게가 가볍고, 비중이 낮은 제품을 얻을 수 있도록 하는 것으로, 아조디카본아마이드(Azodicarbonamide(ADCA)), 개질아조디카본아마이드(개질 Azodicarbonamide), 옥시비스벤젠 설포닐 하이드라자이드(Oxybisbenzene sulfonyl hydrazide(OBSH)), 디니트로소 펜타메틸렌(Dinitroso pentamethylene(DPT)), 톨루엔 설포닐 하이드라자이드(Toluene sulfonyl hydrazide(TSH)), P-톨루엔 설포닐 세미카르바자이드(P-Toluenesulfonly semicarbazide(PTSS))로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이 좋다.
보다 바람직하게는 배율적으로 유리하고, 가지 소화성, 안정적 구조를 가지며, 분해온도 조절이 용이하고 독성이 없으며, 안정적 구조를 갖는 아조디카본아미드(Azodicarbonamide)를 사용하는 것이 좋다. 그 첨가량은 폴리염화비닐 100중량부에 대하여 0.5~1.5중량부를 혼합하는 것이 좋다. 만일 그 혼합량이 0.5중량부 미만일 경우에는 발포율은 급격히 감소와 불보가 불균일해지고, 1.5중량부를 초과할 경우 높은 발포율로 인해 밀도는 감소하면서 균일한 발포 셀을 얻을 수 없거나 발포 셀의 파손을 발생시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 발포조절제는 유기계 및 유기금속계 화합물 중 어느 하나를 사용하는 것이 바름직하다. 그 혼합량은 폴리염화비닐 100중량부에 대하여 8~12중량부를 포함하도록 혼합하여 분해온도와 속도를 조절하여 사용 공정 조건에 맞도록 조절할 수 있어 생산성과 에너지 효율을 증대할 수 있으며, 만일 8중량부 미만 또는 12중량부를 초과할 경우에는 제품의 유연성, 가공의 작업성 또는 팽창성에 문제가 되거나 기타 배합물과 화학반응을 일으켜 변색을 주거나 발포조건에 영향을 줄 수 있다.

본 발명에서는 또한, 상기 개시되는 PVC조성물을 이용하여 발포 성형된 건축물 내외장재 및 이를 제조하는 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

보다 상세하게는 본 발명에서 제공되는 발포 성형된 건축물 내·외장재를 제조하는 방법은 본 발명에서 제공되는 PVC조성물을 구성하는 각각의 구성요소를 준비하고, 상기 각각의 구성요소를 혼합하여 PVC조성물을 준비한 다음, 상기 PVC조성물을 1차로 열 혼합기에서 100~120℃의 온도조건으로 혼합하는 1차 혼합 과정;과 상기 열혼 합기에서 혼합된 원료를 40~60℃의 온도조건으로 설정된 냉 혼합기에 옮겨 혼합하는 2차 혼합 과정;과 상기 냉 혼합기에서 혼합된 혼합물을 호퍼에 투입 후, 압출 성형기에서 압출성형기 스크류속도 10~30r/min, 호퍼피드 속도 10~30r/min, 견인속도 50~150㎝/min의 조건으로 압출 성형하는 과정;과 상기 압출 성형기에서 성형된 성형품을 온도조건 120~200℃의 다수개의 실린더를 통과시켜 발포시키는 1차 발포 과정;과 상기 실린더에서 발포된 성형품을 온도 150~200℃ 조건으로 설정된 금형에 투입하여 금형 성형하는 금형성형 과정;과 상기 금형 성형되는 성형품은 100~200℃의 온도조건으로 설정된 온조기를 통과시켜 피막을 형성하는 피막형성 과정;과 상기 피막이 형성된 성형품은 냉각기가 일체로 구비된 압축성형기로 압축시키고, 동시에 20~40℃의 냉각수로 간접 냉각시키는 판재형성과정; 및 상기 판재형성과정에서 형성된 판재를 일정폭과 길이를 가지도록 절단하는 과정을 포함하여 이루어지게 된다.

상기 1차 열 혼합과정에서 설정된 온도조건을 벗어날 경우에는 PVC수지와 첨가제의 혼합이 적절하게 이뤄지지 않아서 제품생산에 생산이 원활하게 이뤄지지 않는다. 고온에서의 혼합은 투입된 발포제가 열을 받으면서 분해하여 가스로 방출되어 발포 호율 및 가스 효용율을 낮추고 수지의 열적분해를 높여 기계적 성능을 저하시킨다. 혼합시간은 원재료를 투입 후 혼합을 시작하여 설정온도에 도달할 때까지 혼합을 하며 여러 환경조건에 따라 유동적이다.

상기 2차 혼합과정은 1차 혼합과정에서 고르게 혼합된 원료를 냉각을 시켜 제품생산 시 원활한 생산을 위한 것으로, 그 온도범위를 한정한 이유는 설정된 온도까지 원료의 온도를 떨어뜨려야 고온에서 혼합 또는 성형하는 압출기에서 수지의 열적 분해를 억제 또는 차단하고 적절한 발포를 형성하기 위함이다. 혼합시간은 설정온도에 도달할 때까지 이며 그 시간을 한정하지 않는다.

이처럼 1차 열 혼합, 2차 냉 혼합과정을 거치는 이유는 여러 혼합물을 적절하게 교반하고 발포성형 시의 문제점을 최소화 하여 높은 물성을 확보하기 위한 것이다.

상기 압출 성형하는 과정에서 압출성형기의 스크류 속도, 호퍼피드 속도, 견인속도는 발포상태에 따라 제품에 영향을 주게 된다. 즉, 상기 압출 성형하는 과정에서 압출성형기의 스크류속도 범위를 벗어날 경우 실린더에서 열교반이 이뤄지지 않아 발포에 대한 문제가 있을 수 있고, 호퍼피드 속도가 그 범위를 벗어날 경우에는 원료가 지체되거나 원료부족으로 인해 제품 표면의 불량의 문제가 있을 수 있으며, 압출되어 공급되는 압출성형물의 견인속도가 그 범위를 벗어날 경우에는 일정한 두께의 제품을 생산하는데 문제점이 올 수 있다.

상기 발포과정에서 압출물을 통과시키는 실린더는 다수개를 구비하여 통과시키는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 6개의 실린더를 구비하여 통과시키는 것이 가장 좋다. 열 혼합기와 냉 혼합기를 거친 원료가 호퍼에서 투입 후 실런더를 거치면서 이송, 혼합, 융합, 제품화가 1차적으로 일어나며 적절한 길이와 설정온도의 실린더를 거지면서 1차 발포가 이뤄진다. 이때, 상기 각각의 실린더의 온도는 120~200℃를 유지하는 것이 좋은데, 그 이유는 실린더의 온도가 온도 범위를 벗어나 너무 높으면 발포배율이 높게 되어 표면의 표피 거칠기가 많고 게이트 부분과 성형품 말단에 얼룩이 생길 수 있고, 그 온도 너무 낮을 경우에는 표면에 표피 거칠기가 적고 균일 하지만 발포 배율이 낮아지게 되는 단점이 있다.

상기 실린더를 통과한 압출물은 금형에 이송되어 제품화 성형이 이루어지게 되는데, 이때, 상기 금형의 제품화 성형 과정에서 금형의 설정 온도값은 150~200℃를 유지하는 것이 바람직한데, 그 이유는 설정값 미만일 경우에는 높은 밀도와 재료의 두께가 얇아지는 문제가 있고, 설정값을 초과한 온도에서는 높은 발포율로 인해 낮은 밀도와 금형성형 구간에서의 피막 형성에 문제점을 보인다. 이 과정에서 2차 발포가 이루어지게 된다.

상기 금형성형과정에서 성형된 성형품은 오일을 이용한 온조기를 통과시켜 피막을 형성하게 되며, 이때 온도범위는 100~200℃로 설정한다. 온조기의 오일은 인화점, 자연 발화점을 고려하여 안전한 열매체의 오일을 사용하며 제품의 밀도가 균일하게 성형하고 금속 냉각 시 열 변형을 막기 위해 온조기를 사용한다. 일반적으로 온수기의 물탱크가 계절 및 날씨 변화율로 온도차를 보이는 반면 온조기는 온도조절능력이 뛰어나고 고온의 온도 조절이 가능하며 성형품에 나타나는 Weld Line, Warping, Sink mark, Gross, 광택 분량을 개선할 수 있다.

상기 온조기에 피막이 형성된 성형품은 냉각기가 구비된 압축기를 통과시켜 판재로 제품화하게 된다. 이때, 압축기로 압축하는 과정에서 냉각기에 20~40℃의 냉각수를 공급하여 간접냉각방식으로 냉각을 시킨다. 금형성형구간인 냉각 압축기는 위아래 2개씩 4개의 판으로 이루어져 있으며 평평한 판은 실제 제품의 두께와 표면의 형성이 이뤄진다. 금형에서 실제 제품의 두께보다 두껍게 나오는 제품이 냉각 압축기를 거치면서 압축 냉각이 이뤄지며 스크류 속도, 호퍼피드 속도, 견인속도의 적절한 균형을 맞춰 제품을 생산한다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명하기로 한다. 단, 하기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예로써, 하기 실시예들로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1~5]

하기 표 1에 나타낸 바와 같은, 조성비를 가지도록 원료를 준비하고, 상기 원료를 믹싱하여 PVC조성물을 준비하고, 상기 PVC조성물을 열혼합기에서 100~120℃의 온도조건으로 1차 혼합하고, 상기 열혼합기에서 혼합된 원료를 40~60℃의 온도조건으로 설정된 냉혼합기에 옮겨 2차 혼합한다.

상기 혼합된 혼합물을 호퍼에 투입 후, 압출성형기에서 압출성형기 스크류속도 10~30r/min, 호퍼피드 속도 10~30r/min, 견인속도 50~150㎝/min의 조건을 유지하여 압출성형하고, 그 성형된 성형품을 온도조건 120~200℃ 범위로 설정된 6개의 실린더를 통과시켜 1차 발포시킨다. 상기 1차 발포된 성형품은 온도 150~200℃ 조건으로 설정된 금형에 투입하여 금형성형하고, 금형성형된 성형품을 100~200℃의 온도조건으로 설정된 온조기에 통과시켜 피막을 형성한다. 피막이 형성된 성형품은 냉각기가 일체로 구비된 압축성형기로 압축시키고, 동시에 20~40℃의 냉각수로 간접 냉각시켜 판재를 형성하고, 형성된 판재를 절단하여 가로×세로×두께=(1200)㎜×(2400)㎜×(15)㎜의 시편을 준비한 다음, 그 물성을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

구 분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5
폴리염화비닐(kg)	100	100	100	100	100
탄산칼슘(kg)	30	35	40	45	50
친환경안정제(kg)	4	4	4	4	4
유기질안정제(kg)	4	4	4	4	4
복합안정제(kg)	4	4	4	4	4
발포제(kg)	0.5	0.75	1.0	1.25	1.5
발포조절제(kg)	8	9	10	11	12
윤활제(kg)	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
목분(kg)	2	3	4	5	6
표백제(kg)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
태백분(kg)	2	2.25	2.5	2.75	3

구 분	밀도	함수율	휨강도	습윤시 휨강도	박리 강도	나사못 유지력	흡수두께팽창율	포름알데히드방산량	난연성
실시예1	0.55	6.0	5.0	4	0.4	534	8.0	검출안됨	난연3급
실시예2	0.575	6.2	5.2	4.2	0.5	540	8.2	검출안됨	난연3급
실시예3	0.60	6.3	5.3	4.3	0.4	537	7.9	검출안됨	난연3급
실시예4	0.625	6.2	5.3	4.4	0.6	544	8.1	검출안됨	난연3급
실시예5	0.65	6.4	5.5	4.4	0.5	550	8.3	검출안됨	난연3급
기준값	0.35 이상 0.85 미만	5 이상 13 이하	3 이상	2 이상	0.3 이상	300 이상	20 이하	1.5 이하	난연3급

<표 2의 물성 측정 방법>

- 밀도 : 측정 위치의 나비, 길이 및 두께를 측정하고, 각각에 대한 평균값을 구하여 시험편의 길이, 나비 및 두께로 하여 부피(v)를 구한다. 다음에 질량(w₁)을 측정하여 다음 식에 따라 산출한다.

밀도(g/㎥)= w₁/v

- 함수율시험 : 함수율은 시험편의 질량(w₁)을 측정한 후 (103±2)℃의 공기 건조기에 넣어 함량에 도달하였을 때의 질량(w_o)을 측정하고, 다음 식에 따라 소수 첫째 자리까지 산출하여 구한다.

함수율(%) = ((w₁- w_o)/w_o) × 100

- 휨 파괴 하중 시험 : 휨 파괴 하중 시험은 KS F 2263의 4호 시험편에 따라 시험한다. 휨 파괴 하중은 길이 방향과 나비 방향 시험의 평균값으로 한다.

- 휨 강도 시험 : 휨 강도 시험은 시험 장치를 사용하여 시험편의 표면에 평균 변형 속도 약 50㎜/min의 하중을, 또 중밀도 판 및 연질판은 약 10㎜/min의 하중을 가하고 그 최대 하중(P)을 측정하여 다음 식에 따라 구한다.

또한 휨 강도는 길이 방향과 나비 방향 시험 결과의 각각의 평균값을 구하여 이 중 작은 값으로 한다.

휨강도(N/㎟) = (3 / 2) × (PL / bt ² )

여기서 P : 최대 하중(N)

L : 스팬(㎜)

b : 시험편의 나비(㎜)

t : 시험편의 두께(㎜)

- 습윤시 휨 강도 시험

습윤시 휨 강도 A시험은 시험편을 (70±3)℃의 온수 중에 2시간 담그고 다시 상온수 중에 1시간 담근 후 젖은 상태에서 휨 강도 시험을 하여 시험편마다 휨 강도를 구한다. 이때 가로·세로 방향의 습윤시 휨 강도의 각각의 평균값을 산출하여 이 중 작은 값을 습윤시 휨 강도로 한다. 또한 습윤시 휨 강도를 산출할 때의 시험편의 치수는 담그기 전의 시험편의 치수를 사용한다.

습윱시 휨 강도 B시험은 시험편을 끓는 물에 2시간 담그고 다시 상온수에서 1시간 담근 후 저은 상태에서 휨 강도 시험을 하고 시험편마다 휨 강도를 구한다. 이때 가로·세로 방향의 습윤시 휨 강도의 각각의 평균값을 산출하여 이 중 작은 값을 습윤시 휨 강도로 한다.

- 흡수 두께 팽창률 시험

흡수 두께 팽창률 시험은 미리 시험체의 중앙부의 두께를 0.05㎜ 정밀도의 다이얼 게이지 또는 마이크로미터로 측정하고, 이것을 (20±1)℃의 수중에 수면 아래 3㎝에 수평으로 놓고 연질판은 2시간, 중밀도판은 24시간 담근 후 꺼내어 수분을 제거하여 두께를 측정하고 다음 식에 따라 산출한다.

흡수 두께 팽창율(%) = ((t₂- t₁) / t₁) × 100

여기서, t₁ = 흡수 전 두께

t₂ = 흡수 후 두께

- 박리 강도 시험

박리 강도 시험은 강 또는 알루미늄 블록에 시험편을 접착하고, 시험편의 표면에 수직으로 인장 하중을 가하여 박리 파괴시의 최대 하중(P)을 측정하여 다음 식에 따라 산출한다. 이 경우 인장 하중 속도는 2㎜/min로 한다.

박리강도(N/㎟) = P / (b × L)

여기서, P : 박리 파괴시의 최대 하중(N)

b : 시료의 나비(㎜)

L : 시료의 길이(㎜)

- 나사못 유지력 시험

나사못 유지력 시험은 호칭 지름 2.7㎜, 길이 16㎜의 나사못을 표면 및 측면에 수직으로 나사부 11㎜를 박아 넣고 시험편을 고정하여 나사못을 수직으로 잡아당긴다. 이때 최대 하중을 각각 측정하여 2곳의 평균값을 나사못 유지력으로 한다. 다만 드로잉 하중 속도는 2㎜/min로 한다.

- 난연성 시험

난연성 시험은 KS F 2271에 따른다.

위 표 2의 결과, 본 발명에서 제공되는 PVC조성물을 이용하여 건축용 내외장재를 제조할 경우, 매우 우수한 물성을 가지는 건축용 내외장재를 얻을 수 있는 사실을 알 수 있었다.

Claims (14)

1. 폴리염화비닐, 충전제, 발포제, 발포조절제, 안정제, 윤활제, 표백제를 포함하여 이루어지는 PVC조성물에 있어서,
   상기 폴리염화비닐 100중량부에 대하여
   유리섬유, 탄산칼슘, 탈크, 미카, 규석, 쵸크, 울라스토나이트(Woolastonite)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 충전제 30~50중량부;
   무독성 Ca-Zn 안정제 1~5중량부;
   메르캅타이드(Mercaptide)계 안정제, 말레이트 (Maleate)계 안정제, 카복실레이트(Carboxylate)계 안정제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 유기질 안정제 1~5중량부;
   유기산금속염, 아인산에스테르, 산화방지제, 착색방지제, 자외선흡수제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 두개 이상을 혼합하여 되는 복합안정제 1~5중량부;
   아조디카본아마이드(Azodicarbonamide; ADCA), 개질 아조디카본아마이드(Azodicarbonamide), 옥시비스벤젠 설포닐 하이드라자이드(Oxybisbenzene sulfonyl hydrazide(OBSH)), 디니트로소 펜타메틸렌(Dinitroso pentamethylene(DPT)), 톨루엔 설포닐 하이드라자이드(Toluene sulfonyl hydrazide(TSH)), P-톨루엔 설포닐 세미카르바자이드(P-Toluenesulfonly semicarbazide(PTSS))로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 발포제 0.5~1.5중량부;
   유기계 및 유기금속계 화합물 중 어느 하나의 발포조절제 8~12중량부;
   파라핀(Paraffin)계 윤활제, 나프텐(Naphthen)계 윤활제, 실리콘 오일 (Silicon Oil)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 윤활제 0.5~2중량부;
   산화표백제인 과산화수소, 과산화나트륨, 염소산나트륨, 아염소산나트륨과 환원표백제인 하이드로설파이드, 이산화황, 이황산수소나트륨, 아황산칼륨, 아황산나트륨, 이산화황, 과산화벤조일로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 표백제 0.1중량부;
   함수율 6% 이하이고, 입자크기가 50~70mesh의 분말상의 목분 8~10중량부;
   태백분 2~3중량부를 혼합한 혼합물인 것을 특징으로 하는 발포성형용 건축물 내외장재용 PVC조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리염화비닐은 신재(新材)인 폴리염화비닐과 재생폴리염화비닐의 혼합하되, 상기 혼합비는 폴리염화비닐 총량에 대하여 상기 재생폴리염화비닐이 20~30중량%를 포함하도록 혼합된 것을 특징으로 하는 발포성형용 건축물 내외장재용 PVC조성물.
    
11. 삭제
12. 삭제
13. 청구항 제 1항 기재의 PVC조성물을 발포 성형하여 제조되는 것을 특징으로 하는 건축용 내외장재.
    
14. 청구항 제1항 기재의 PVC조성물을 준비하고, 상기 PVC조성물을 열 혼합기에서 100~120℃의 온도조건으로 혼합하는 1차 혼합과정;
    상기 열 혼합기에서 혼합된 원료를 40~60℃의 온도조건으로 설정된 냉 혼합기에 옮겨 혼합하는 2차 혼합과정;
    상기 냉 혼합기에서 혼합된 혼합물을 호퍼에 투입 후, 압출 성형기에서 압출성형기 스크류속도 10~30r/min, 호퍼피드 속도 10~30r/min, 견인속도 50~150㎝/min의 조건으로 압출 성형하는 과정;
    상기 압출 성형기에서 성형된 성형품을 온도조건 120~200℃의 다수개의 실린더를 통과시켜 1차 발포시키는 발포과정;
    상기 실린더에서 1차 발포된 성형품을 온도 150~200℃ 조건으로 설정된 금형에 투입하여 2차 발포시켜 금형 성형하는 금형성형과정;
    상기 금형 성형되는 성형품을 100~200℃의 온도조건으로 설정된 온조기에 통과시켜 피막을 형성하는 피막형성과정;
    상기 피막이 형성된 성형품을 냉각기가 일체로 구비된 압축성형기로 압축시키고, 동시에 20~40℃의 냉각수로 압축성형기를 냉각시켜 성형품을 간접 냉각시키는 판재형성과정; 및
    상기 판재형성과정에서 형성된 판재를 일정폭과 길이를 가지도록 절단하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건축물 내외장재의 제조방법.

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