KR101533559B1

KR101533559B1 - 회전성형 다층 탱크 및 그 저장 용기

Info

Publication number: KR101533559B1
Application number: KR1020140053048A
Authority: KR
Inventors: 이문승
Original assignee: (주) 삼정디씨피
Priority date: 2014-05-01
Filing date: 2014-05-01
Publication date: 2015-07-02

Abstract

본 발명은 지상 또는 지하 매설용 빗물 탱크 등에 있어서 내, 외부층에 폴리에틸렌, 자외선안정제, 목문석 등으로 구성되는 조성물을 각각 배합한 후 회전성형하여 다층 탱크를 제조함으로써 내후성, 항균성 등 물성을 개선시킬 수 있고 나아가 빗물 탱크 등 저장용기로 사용할 수 있는 것이다.

Description

회전성형 다층 탱크 및 그 저장 용기{Multi-layer Tank by Rotational Molding and Storage Container Having Thereof}

본 발명은 수지조성물을 이용하여 회전성형법으로 제조되는 회전성형 다층 탱크 및 그 저장 용기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 지상 또는 지하 매설용 빗물 탱크 등에 있어서 내, 외부층에 폴리에틸렌, 자외선안정제, 목문석 등으로 구성되는 조성물을 각각 배합한 후 회전성형하여 다층 탱크를 제조함으로써 다층 탱크의 내후성, 항균성 등 물성을 개선시킬 수 있으며, 나아가 다층 탱크를 빗물 탱크 등 여러 가지 저장 용기로 사용할 수 있는 것이다.

합성수지의 성형방법 중 하나인 회전성형이란 일반적으로 내부가 비어있는 대형 용기나 복잡한 형태의 제품의 생산에 적용되는 성형방법을 말한다. 이 방법은 금형 제작에 따른 다양한 제품의 생산 및 교체가 용이하여 소량 다품종 생산에 유리할 뿐만 아니라, 대형 제품도 경제적으로 생산할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그 적용 분야로는 화학약품 탱크 또는 빗물 탱크, 용기(Container), 중대형 놀이기구, 해양구조물 등 다양하고, 최근에는 내열성이 요구되는 살균 용기나 투명성이 요구되는 특수 용기의 분야로도 진출되고 있다.

회전성형에 사용되는 합성수지의 종류로서는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 염화비닐수지 등 거의 모든 일반적 열가소성 수지가 사용될 수 있으나, 그 중에서도 폴리에틸렌이 가장 많이 사용되고 있는데, 그 이유는 가공성이 우수하고 물리적 물성이 양호하기 때문이다. 일반적으로 회전성형에 사용되는 폴리에틸렌은 지글러-나타 혹은 에틸렌-비스-테트라히드로-인데닐-지르코늄 디클로라이드 기재 메탈로센계 촉매로 제조된다.

한편, 우천시 건물지붕 등을 통해서 집수되는 빗물은 초기 집수과정에서 먼지와 각종 오염물이 혼합되어 빗물탱크로 유입되게 된다. 현재 사용되고 있는 지상 또는 지하 매설용 빗물탱크의 형태는 원형, 육면체 형태, 원주형 등 여러 가지 형태의 단층의 구조로 제조되어 사용되고 있으며, 그 중 도 1과 같이 합성수지로 된 육면체의 단층 탱크는 회전성형법으로 만들어지고 있는 것이 대부분이다.

그러나 이렇게 수집되는 빗물을 빗물탱크 속에서 일정기간 저장하는 과정에서 자외선에 노출되게 되면, 자외선이 빗물탱크를 투과하게 되어 결국 그 외부층이 산화되고 내구성이 떨어지게 된다. 또한 내부층은 침투된 자외선에 의해 빗물탱크 내부의 오염물질 등이 유해 세균의 증식 환경으로 변화시킴으로써 냄새를 유발하고, 수질을 변질시키게 되므로 이러한 빗물을 생활용수로 재활용하기에는 부적합한 문제점이 있다.

폴리에틸렌을 주원료로 하여 회전성형에 의해 제조된 다층 성형품과 관련한 선행기술로서, 등록특허공보 제10-1121795호(2012. 2. 22.)에는 a) 폴리올레핀(PO) 또는 이의 혼합물 40∼100 중량% 및 작용화된 폴리올레핀(FPO) 또는 블록 공중합체 형태로 비폴리올레핀(NPO)에 그래프팅된 PO(PO-g-NPO) 60∼0 중량%를 포함하는 조성물로부터 제조된 폴리올레핀(PO)를 주성분으로 하는 층인 A층; b) A층과 다른 PO, 또는 NPO 또는 이의 혼합물; 경우에 따라 FPO 또는 (PO-g-NPO)를 포함하는 B층; c) 임의로 C층으로서, A층과 다른 중합체 및 B층과 유사하거나 다른 중합체로부터 제조되고, A층 및/또는 B층에 인접하고, 존재하는 경우 A층과 B층의 블렌드가 아니라 A층 및/또는 B층에 대해서 양호한 접착력을 보유하는 것을 특징으로 하는 C층을 포함하는, 회전 성형으로 제조된 다층물품을 개시되어 있다. 그러나 상기 발명은 각 층에 사용되는 합성수지의 종류로서 폴리에틸렌 외에 작용화된 폴리올레핀(FPO) 등 다른 종류의 것을 사용하고 각 층 사이의 부착성을 개선한 점에서 본 발명과 큰 차이가 있는 것이다.

따라서 회전성형법으로 제조되는 다층 탱크의 외부층이 산화됨으로써 발생되는 내구성 취약, 내부층으로 침투된 자외선에 의한 내부의 오염물질 등 유해 세균의 증식에 따른 냄새 유발 및 수질의 변질로 인한 빗물을 생활용수로 재활용할 수 없는 점 등을 개선할 수 있는 다층 탱크에 관한 기술개발의 필요성이 절실한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 다층 탱크의외부층은 자외선을 차단할 수 있는 안정제 등을 첨가하여 자외선으로부터 산화되는 것을 방지하고, 내부층은 탈취와 항균기능을 갖는 목문석 분말을 첨가하여 냄새를 제거하고 수질을 정화하며, 탱크 내부에 오염물질이나 부유물질이 퇴적되어 박테리아나 유해세균이 서식하는 것을 억제하는 항균기능을 부여함으로써 깨끗한 수질을 유지할 수 있는 회전성형 다층 탱크 및 그 저장 용기의 제공을 그 과제로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 해결수단을 제시하고자 한다.

즉, 본 발명은 합성수지로 된 다층 탱크에 있어서, a) 상기 다층 탱크의 외부층은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 자외선 안정제 0.03~0.3중량부를 포함하는 외부층 조성물을 사용하고, b) 상기 다층 탱크의 내부층은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 목문석 분말 0.5~3중량부를 포함하는 내부층 조성물을 각각 사용하여 회전성형에 의해 2중층으로 제조되는 것을 특징으로 하는 회전성형 다층 탱크를 제공한다.

또한 본 발명은 합성수지로 된 다층 탱크에 있어서, a) 상기 다층 탱크의 외부층(10)은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 자외선 안정제 0.03~0.3중량부를 포함하는 외부층 조성물을 사용하고, b) 상기 다층 탱크의 중간층(30)은 재사용 폴리에틸렌(PE) 10~60중량부를 포함하는 중간층 조성물을 사용하며, c) 상기 다층 탱크의 내부층(20)은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 목문석 분말 0.5~3중량부를 포함하는 내부층 조성물을 각각 사용하여 회전성형에 의해 3중층으로 제조되는 것을 특징으로 하는 회전성형 다층 탱크를 제공한다.

마지막으로 본 발명은 상기 다층 탱크는 빗물 탱크, 화학물질 탱크, 물 탱크 중에서 선택되는 어느 하나로 사용되는 것을 특징으로 하는 저장 용기를 제공한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 다음과 같은 기술적, 경제적 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 본 발명에 의한 회전성형 다층 탱크는 2중층의 경우 외부층은 자외선을 차단할 수 있는 안정제나 안료를 첨가하여 자외선으로부터 산화되는 것을 방지하고, 내부층은 탈취와 항균기능을 갖는 목문석 분말을 첨가하여 냄새를 제거하고 수질을 정화하며, 탱크 내부에 오염물질이나 부유물질이 퇴적되어 박테리아나 유해세균이 서식하는 것을 억제하는 항균기능을 부여함으로써 깨끗한 수질을 유지할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 회전성형 다층 탱크를 3중층으로 제조 시에는 상기 이중층 구조의 중간층에 재생수지를 사용하여 보다 경제적인 비용으로 제품 제조가 가능하여 생산원가를 절감시킬 수 있는 장점이 있다.

셋째, 다층 탱크를 용도에 따라 2중층 또는 3중층으로 제조할 수 있으므로 제품의 종류를 다양화 할 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 6면 단층 탱크의 사시도 및 확대도이다.
도 2는 본 발명에 의한 다층 탱크 중 내,외부층의 2중 구조로 이루어진 벽면의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 다층 탱크 중 내부, 중간, 외부층의 3중 구조로 이루어진 벽면의 단면도이다.

상기와 같은 구성 및 효과를 제공하는 본 발명의 구성 및 작동 등을 첨부도면에 의거하여 이하에서 보다 상세하게 설명하고자 한다.

먼저 본 발명은 합성수지로 된 다층 탱크에 있어서, a) 상기 다층 탱크의 외부층(10)은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 자외선 안정제 0.03~0.3중량부를 포함하는 외부층 조성물을 사용하고, b) 상기 다층 탱크의 내부층(20)은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 목문석 분말 0.5~3중량부를 포함하는 내부층 조성물을 각각 사용하여 회전성형에 의해 2중층으로 제조되는 것을 특징으로 하는 회전성형 다층 탱크에 관한 것이다.

다층 탱크의 외부 구조를 보면, 원형, 사각형, 육각형, 원주형 등 여러 가지 형태를 갖는데, 그 구조는 도면 2에 나타난 바와 같이 외부층(10)과 내부층(20)으로 이루어진다.

그 중 상기 다층 탱크의 외부층(10)은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 자외선 안정제 0.03~0.3중량부를 포함하는 외부층 조성물을 사용하여 제조된다. 구체적으로 폴리에틸렌(PE)은 지글러-나타 촉매 혹은 에틸렌-비스-테트라히드로인데닐 지르코늄디클로라이드 기재 메탈로센계 촉매로 제조되는 것으로서, 용융지수(MI)는 1 ~ 20g/10min(ASTM 1238), 밀도는 0.910 ~ 0.960g/㎤(ASTM 1505)인 분말 형태가 바람직하다. 상기 용융지수가 1g/10min 미만일 경우는 합성수지의 낮은 흐름성으로 인하여 성형가공성이 용이하지 않을 수 있고, 20g/10min를 초과할 경우는 높은 용융 흐름성과 낮은 분자량으로 인해 기계적 강도 및 성형 가공성이 저하될 수 있다.

상기 자외선 안정제는 자외선에 의해 합성수지의 분자 사슬이 끊어지는 것을 방지하도록 하는 물질로서, 상기 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 0.03~0.3중량부의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 자외선 안정제 함량이 0.03중량부 미만일 경우는 자외선 안정성 효과가 미비할 수 있고, 0.3중량부를 초과할 경우는 더 이상의 자외선 안정성 향상 효과를 기대하기 어려울 수 있다. 그 구체적인 화합물로서는 폴리{[6-[(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-아미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일]-[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)-이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]}, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)데칸디오에이트, 폴리[(6-모폴리노-S-트리아진-2,4-딜)[2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노]-헥사메틸렌[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)이미노] 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

나아가 상기 다층탱크의 내부층(20)은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 목문석 분말 0.5~3중량부를 포함하는 내부층 조성물을 사용한다. 상기 목문석(Sandstone) 분말은 SiO2가 주성분으로서 인체에 유익한 Ca, Mg, Zn, Sr, Se, Mo, H₂SiO₃ 등 26가지의 공물질과 인체에 필요한 미량원소를 함유하고 있어 합성수지 제품이 탈취성, 수질 정화성 및 항균성을 갖도록 하는 것이다. 그 첨가량이 0.5중량부 미만일 경우는 항균 및 탈취 효과를 기대하기 어렵고, 3중량부를 초과할 경우는 성형 불량을 야기하여 기계적 물성의 저하를 가져온다.

한편, 본 발명에 따른 회전성형 다층 탱크를 2중층으로 제조하는 경우와 달리 3중층으로 제조하는 경우에는 경제적인 효과를 얻기 위하여 도면 3과 같이 내부층(20)과 외부층(10)의 사이에 중간층(30)을 형성시켜야만 한다. 이때 상기 중간층(30)에 사용되는 합성수지로서는 상기 내부층(20)과 외부층(10)에서 사용된 폴리에틸렌과 동일한 규격의 것을 사용하되, 제조원가의 절감을 위하여 재생수지를 사용하는 것이 비용면에서 유리하다. 그 사용량은 10~60중량부의 범위로 한정하는 것이 바람직한데, 그 함량이 10중량부 미만일 경우는 경제적 효과가 미미하게 나타날 수 있고, 60중량부를 초과하면 경제적 효과는 증가하나 다층 탱크의 품질이 취약해지는 단점이 발생한다.

나아가, 본 발명에 따른 회전성형용 폴리에틸렌 수지 조성물은 상기한 성분들 이외에 필요에 따라 착색제, 페닐계 또는 인계 산화방지제, 난연제 등의 일반적인 첨가제를 더 포함할 수 있는데, 특히 그 중에서도 착색제를 상기 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 2중량부의 함량으로 포함시키는 것이 바람직하다.

이상 설명한 본 발명에 따른 회전성형 다층 탱크용 내부, 중간 및 외부층 조성물은 일반적으로 알려진 방법을 이용하여 분말상으로 제조할 수 있다. 그 제조방법은 투입되는 재료의 입도 및 성질에 따라 다를 수 있는데, 별도의 배합공정을 거쳐 원료수지와 첨가되는 재료인 자외선 안정제, 목문석을 컴파운딩한다. 그런 다음에 분쇄 및 미분공정을 거쳐 회전성형에 적합한 입도의 분말을 제조할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 실시예 및 비교예에서 사용되는 폴리에틸렌의 물성 중 용융지수(MI)의 적합도를 측정하기 위하여 미국 규격인 ASTM D1238법에 따라 230℃, 2.16㎏ 하중에서 측정하였는바, 용융지수가 1~20g/10min의 범위인 것 중에서 적당한 것으로 선정하였다.

마그네슘, 티타늄 및 브롬으로 이루어진 고체 촉매 성분, 조촉매로 트리에틸 알루미늄 및 내부 전자 공여체로 디에틸프탈레이트를 포함하는 지글러-나타 촉매를 사용하여 중합되고, 용융지수가 5g/10min인 폴리에틸렌 100중량부와 자외선 안정제로 폴리{[6-[(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-이미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일]-[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)-이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]} 0.02중량부, 흑색안료 2중량부를 배합하여 분말상의 외부층 조성물을 제조하였다.

또한 상기와 같은 용융지수가 5g/10min인 폴리에틸렌 100중량부와 목문석 분말 0.4중량부, 안료 2중량부를 배합하여 분말상의 내부층 조성물을 제조하였다.

먼저 상기에서 제조된 외부층 조성물을 적절히 배합한 조성물을 블렌더에서 125℃로 승온시키고, 잘 배합하여 분말상의 조성물을 제조한 후에 주입장치를 통해 회전성형기에 공급한 다음 회전시켜 외부층을 성형시켰다. 이어서 다시 내부층 조성물을 적절히 배합한 조성물을 블렌더에서 125℃로 승온시키고, 잘 배합하여 분말상의 조성물을 제조한 후에 회전성형기에서 회전시켜 내부층을 성형시킨 공냉 또는 냉각수를 분무하여 수지를 고화시켜 취출함으로써 샘플을 제작하였다.

외부층과 내부층의 조성물은 다음 [표 1]과 같이 첨가제인 자외선안정제 및 목문석의 배합비율을 여러 가지로 달리하였을 뿐 나머지는 실시예 1과 동일한 방법으로 하여 샘플을 제작하였다.

상기 실시예 1 내지 6 및 비교예에서 제작된 각각의 샘플에 대한 물성을 알아보기 위하여 하기와 같이 여러 가지 실험을 수행하였다.

<실험예 1> 내후성 시험

시험방법은 KS M ISO 4892-3에 의거, Fluorescent UV lamps 0.76W/㎡, 20시간 테스트 후 변색도(delta E, KS A 0063)를 측정하였는데, 0에 가까울수록 내구성능이 높음을 나타낸다.

<실험예 2> 항균력 평가

시험방법은 JIS Z 2801:2010, 의거하여 실시하였는데, 필름밀착법으로 시험균액을(35±1)℃, R.H. 90%에서 24시간 정치 배양한 후에 균수를 측정하였으며, 항균력 평가에 사용된 균주 1은 포도상구균인 Staphylocuccus aureus ATCC 6538P, 균주 2는 대장균인 Escherichia coli ATCC 8739이고, 그 결과는 항균활성치 log로 나타내었다.

<실험예 3> 탈취율 평가

실험방법은 암모니아 gas를 이용한 가스검지관법으로 평가하였는데, 100ppm의 암모니아 가스에 시험편을 2시간 노출시킨 후에 농도를 측정하여 백분율로 표현하였다.

<실험예 4> 인장강도 시험

실험벙법은 ASTM D638에 의거하여 type 1 아령형 시험편, 실험속도는 10㎜/min에서 샘플 5개로 하였다.

상기 실험예 1 내지 4에 의한 실험결과를 확인하기 위하여 내후성, 항균력, 탈취율, 인장강도를 하기 [표 2]에 나타내었다.

<실험결과 분석>

상기 [표 2]에서 내후성 시험은 재료의 옥외 사용 하에서의 내구성을 단기간에 판단할 수 있는 실험으로서, 인공 광(카본 아크, 크세논 램프, UV 램프 등)을 사용하여 강제적으로 자연조건보다 엄격한 조건을 형성하여 재료의 열화를 촉진시켜 시료의 색차, 쵸킹, 도막박리, 크랙, 등의 변화를 통해 평가할 수 있다. 시료에 Fluorescent UV를 조사하여 20시간 체류한 후에 색차를 △E로 표현하였으며, 0에 가까울수록 내후성이 좋음을 나타내는데, 실시예 2에서 가장 좋은 결과를 나타내었고, 실시예 3내지 5는 큰 차이를 보이지 않았으며, 실시예 1, 6 및 비교예에서는 좋지 않은 결과를 나타내었다.

항균력과 탈취율 평가는 유체가 저장되는 탱크 내층의 생물학적 기능을 실험적으로 평가하기 위한 방법이다. 항균력 평가에서 목문석을 첨가한 샘플에 대해서 평가하였다. 결과는 log값으로서 항균 활성치를 나타내며 2.0(log)을 기준으로 항균력의 유무 및 성능을 판단할 수 있다. 즉, 2.0 이하의 결과치는 항균력이 없는 것으로 볼 수 있는데, 특히 균주 2에서 항균성능이 향상됨을 확인하였다(실시예 3, 6).

암모니아를 이용하여 탈취성능을 평가하였는데, 실시예 2~5가 실시예 1 및 비교예보다 우수한 성능을 나타내었다.

또한 첨가제 및 충전제의 첨가 시에 기계적 물성(인장강도)에 대한 영향을 평가하였는데 그 영향은 크지 않은 것을 확인하였다(*KS F 4814 인장강도 기준 : 10MPa).

이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여 제조된 수지조성물은 회전성형법에 의하여 적용 시에 기계적 강도를 유지하면서 내후성, 항균성, 탈취성능 등의 향상을 가능케 하는 장점이 있다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

10 : 외부층 20 : 내부층
30 : 중간층

Claims

합성수지로 된 다층 탱크에 있어서,
a) 상기 다층탱크의 외부층(10)은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 자외선 안정제로서 폴리{[6-[(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-이미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일]-[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)-이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]} 0.03~0.3중량부를 포함하는 외부층 조성물을 사용하고,
b) 상기 다층탱크의 내부층(20)은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 목문석 분말 0.5~3중량부를 포함하는 내부층 조성물을 각각 사용하여 회전성형에 의해 2중층으로 제조되되, 빗물 탱크, 화학물질 탱크, 물 탱크 중에서 선택되는 어느 하나로 사용되는 것을 특징으로 하는 회전성형 다층 탱크.
합성수지로 된 다층 탱크에 있어서,
a) 상기 다층탱크의 외부층(10)은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 자외선 안정제로서 폴리{[6-[(1,1,3,3-테트라메틸부틸)-이미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일]-[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)-이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]} 0.03~0.3중량부를 포함하는 외부층 조성물을 사용하고,
b) 상기 다층 탱크의 중간층(30)은 재사용 폴리에틸렌(PE) 10~60중량부를 포함하는 중간층 조성물을 사용하며,
c) 상기 다층탱크의 내부층(20)은 폴리에틸렌(PE) 100중량부에 목문석 분말 0.5~3중량부를 포함하는 내부층 조성물을 각각 사용하여 회전성형에 의해 2중층으로 제조되되, 빗물 탱크, 화학물질 탱크, 물 탱크 중에서 선택되는 어느 하나로 사용되는 것을 특징으로 하는 회전성형 다층 탱크.
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