KR101577103B1 - 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 및 그 제조방법 및 발포 성형체 - Google Patents

발포성 폴리스티렌계 수지 입자 및 그 제조방법 및 발포 성형체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 발포성 폴리스티렌계 수지는 폴리스티렌계 수지; 글리세롤 트리스테아레이트; 및 발포제를 포함하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자이며, 상기 글리세롤 트리스테아레이트는 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 표면 및 내부에 분포하는 것을 특징으로 한다. 상기 발포성 폴리스티렌계 수지는 수지 중합 시 글리세롤 트리스테아레이트를 첨가하여, 휘발성 잔존 물질이 감소되고, 발포성 및 성형 작업성이 우수하다.

Description

발포성 폴리스티렌계 수지 입자 및 그 제조방법 및 발포 성형체{EXPANDABLE POLYSTYRENE RESIN BEAD, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND FOAMED MOLDED ARTICLE}
본 발명은 발포성 폴리스티렌계 수지 입자, 그 제조방법 및 발포 성형체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 수지 중합 시 글리세롤 트리스테아레이트를 첨가하여, 휘발성 잔존 물질이 감소되고, 발포성 및 성형 작업성이 우수한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자, 그 제조방법 및 발포 성형체에 관한 것이다.
발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 스팀(Steam) 등으로 가열 시, 발포제가 외기로 확산, 휘발되는 과정에서 발포되도록 제조된 수지로써, 원하는 밀도로 예비 발포 후 형틀에 충진하여 가열, 융착시켜 성형품(발포 성형체)으로 제조된다. 이렇게 제조된 성형품은 높은 강도, 경량성, 완충성, 방수성, 보온성 및 단열성이 우수하여 가전제품의 포장재, 농수산물 상자, 부자, 건재용 단열재 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
한국 공개특허 10-2010-0054223호에는 발포성 폴리스티렌 생산 방법에 있어 반응기에 물, 스티렌 단량체, 중합 개시제 및 적당한 현탁 안정제를 투입하고 교반하여 분산시킨 다음 이를 승온시켜 구상의 폴리스티렌 수지를 제조하고, 이 중합체에 부탄, 2-메틸부탄, 펜탄, 사이클로헥산 등의 저분자량 알칸 탄화수소인 발포제를 함침시켜 구상의 발포성 폴리스티렌 수지를 최종적으로 수득하는 일반적인 현탁중합을 이용한 발포성 폴리스티렌 생산 방법이 개시되어 있다.
이러한 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조함에 있어 성형 가공성을 좋게 하거나 특정한 성질을 부여하기 위하여 입자 표면에 코팅을 실시한다. 코팅을 통해 성형 시간을 단축시키거나 발포된 입자들간의 뭉침을 방지하는 기술, 단열성이나 난연성을 향상시키는 기술 등이 개발되어 있다. 다만, 코팅 함량을 증가시키면 이러한 성능 향상을 기대할 수 있으나, 분말 형태의 코팅제로부터 발생하는 분진이 성형 가공 환경을 악화시키거나 건강상의 문제를 가져올 수 있다.
또한, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 그 사용 범위를 확대해 감에 따라, 수지의 고발포성 등의 물성 향상이 요구되고 있다. 그러나, 발포력 향상을 위하여 발포제의 함량을 증가시키기는 현실적으로 어려운 상황이다. 환경에 대한 관심도가 높아지고 그 규제가 심해짐에 따라 발포제의 함량을 규제하는 추세이며, 실제로 미국 등과 같은 지역에서는 발포 및 성형 공정 중 대기로 방출되는 펜탄의 함량을 법령으로 규제하고 있는 실정이다. 이에 따라, 고함량 펜탄을 함유한 발포성 폴리스티렌 수지를 대체하고자 노력하고 있으며, 상업화되어 있는 제품도 판매되고 있다.
미국특허 제5,112,875호 및 제5,110,524호에는 특정 연쇄전환제(chain transfer agent)를 사용하여 폴리스티렌 수지의 분자량 분포를 최적화함으로써, 저함량 발포제로도 원하는 발포성을 얻을 수 있는 신규의 저발포제 고발포성 폴리스티렌 수지가 개시되어 있다.
한국 공개특허 10-2001-0043745호에는 수지 제조 시에 그라프팅제를 첨가함으로써 폴리스티렌 수지가 그라프트 구조를 갖도록 유도하여 발포성과 기계적 강도가 우수한 폴리스티렌을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그라프트 구조를 가질 시 폴리스티렌 수지의 강도 향상에 도움이 되나 그라프트제의 투입으로 수지 중합 시 중합안정성에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 수지의 분자량을 감소시킴으로써 발포성을 향상시키는 방법이 널리 사용되고 있으나 이러한 방법을 사용할 경우에는 수지 자체의 강도가 저하될 우려가 있고, 발포 시 수축의 위험성이 있다.
이외에도 외부 코팅제를 이용하여 발포성 향상 및 발포 속도를 빠르게 하는 기술도 있으나 분진에 의한 작업 환경 악화 및 건강상의 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 내부에 함침시키는 발포제의 양을 유지하거나 감소시키면서도 우수한 발포성을 얻을 수 있고, 코팅제의 양을 감소시킴으로써 분진 발생으로 인한 문제점을 방지할 수 있는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 발포성 및 성형 작업성이 우수하여 성형 사이클 타임이 짧은 발포성 폴리스티렌계 수지 입자, 그 제조방법 및 발포 성형체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 코팅제 함량을 감소시켜 분진 발생을 방지하거나 감소시킬 수 있는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자, 그 제조방법 및 발포 성형체를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 관한 것이다. 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 폴리스티렌계 수지; 글리세롤 트리스테아레이트; 및 발포제를 포함하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자이며, 상기 글리세롤 트리스테아레이트는 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 표면 및 내부에 분포하는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 중심에서부터 표면까지 글리세롤 트리스테아레이트가 균일한 농도 분포를 가질 수 있다.
구체예에서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 상기 폴리스티렌계 수지 100 중량부에 대하여, 상기 글리세롤 트리스테아레이트 0.1 내지 2 중량부, 및 상기 발포제 4 내지 6 중량부를 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 상기 폴리스티렌계 수지 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 왁스 0.05 내지 0.3 중량부를 더욱 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 폴리올레핀계 왁스는 에틸렌, 프로필렌, 이소프로필렌, 부틸렌 및 이소부틸렌을 1종 이상 포함하는 단량체의 중합체일 수 있다.
바람직하게는 상기 폴리올레핀계 왁스는 중량평균분자량이 500 내지 3,000 g/mol일 수 있다.
구체예에서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 표면의 전체 또는 일부에 코팅층이 더욱 형성되며, 상기 코팅층은 글리세롤 트리스테아레이트 및 미네랄 오일을 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 코팅층에 함유된 상기 글리세롤 트리스테아레이트와 상기 미네랄 오일의 중량비는 1 : 0.5 내지 2 일 수 있다.
구체예에서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 중량평균분자량은 200,000 내지 350,000 g/mol일 수 있다.
구체예에서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 유리전이온도는 90 내지 110 ℃일 수 있다.
구체예에서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 평균입경이 0.1 내지 2 mm일 수 있다.
구체예에서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 100℃에서, 5분 동안 가열 시 발포배율이 20 내지 120 배일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조방법에 관한 것이다. 상기 제조방법은 스티렌계 단량체 및 글리세롤 트리스테아레이트를 혼합한 후, 발포제를 투입하고, 현탁중합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 글리세롤 트리스테아레이트의 함량은 상기 스티렌계 단량체 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 2 중량부이고, 상기 발포제의 함량은 상기 스티렌계 단량체 100 중량부에 대하여, 4 내지 6 중량부일 수 있다.
구체예에서, 상기 현탁중합 단계에서 상기 스티렌계 단량체 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 왁스 0.05 내지 0.5 중량부를 더욱 첨가할 수 있다.
구체예에서, 상기 제조방법은 상기 현탁중합 단계에서 제조된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 글리세롤 트리스테아레이트 및 미네랄 오일을 포함하는 코팅제로 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 코팅층에 함유된 상기 글리세롤 트리스테아레이트와 상기 미네랄 오일의 중량비는 1 : 0.5 내지 2 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 발포 성형체에 관한 것이다. 일 구체예에서, 상기 발포 성형체는 폴리스티렌계 수지; 및 글리세롤 트리스테아레이트를 포함하는 발포 성형체이며, 상기 글리세롤 트리스테아레이트는 상기 발포 성형체 표면 및 내부에 분포하는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 발포 성형체는 중심에서부터 표면까지 글리세롤 트리스테아레이트가 균일한 농도 분포를 가질 수 있다.
다른 구체예에서, 상기 발포 성형체는 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 발포하여 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 수지 중합 시 글리세롤 트리스테아레이트를 첨가하여, 휘발성 잔존 물질인 발포제 함량을 감소시킬 수 있고, 발포성 및 성형 작업성이 우수하여 성형 사이클 타임이 짧으며, 코팅제 함량을 감소시켜 분진 발생을 방지하거나 감소시킬 수 있는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자, 그 제조방법 및 발포 성형체를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면, 다음과 같다.
본 발명에 따른 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는, 폴리스티렌계 수지 글리세롤 트리스테아레이트 및 발포제를 포함하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자이며, 상기 글리세롤 트리스테아레이트는 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 표면 및 내부에 분포하는 것을 특징으로 한다.
(A) 폴리스티렌계 수지
본 발명에 사용되는 폴리스티렌계 수지로는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 사용되는 통상의 폴리스티렌계 수지를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 스티렌, α-메틸스티렌, 및 클로로스티렌을 1종 이상 포함하는 단량체를 중합한 수지를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 필요에 따라, 상기 단량체에 아크릴로니트릴 등의 공단량체가 공중합된 수지일 수도 있다. 바람직하게는 상기 스티렌 단량체를 중합한 수지인 범용 폴리스티렌(GPPS), 고충격 폴리스티렌 수지(HIPS) 등의 폴리스티렌계 수지를 사용할 수 있다.
상기 폴리스티렌계 수지의 중량평균분자량은 예를 들면, 200,000 내지 350,000 g/mol일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
(B) 글리세롤 트리스테아레이트
본 발명에 사용되는 글리세롤 트리스테아레이트(glycerol tristearate)는 상기 폴리스티렌계 수지 중합 시 포함되어, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 표면 및 내부에 분포되는 것으로서, 발포 시, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 표면 및 내부에 미세한 구멍을 형성함으로써, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 유리전이온도를 낮추고, 발포성 등을 향상시켜 성형 사이클 타임(cycle time)을 단축시킬 수 있는 것이다. 여기서, 상기 성형 사이클 타임은 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 금형 등에 충진, 가열, 냉각, 이형 등의 과정을 통해 발포 성형체로 성형하는 총 시간을 의미한다. 또한, 바람직하게는 상기 글리세롤 트리스테아레이트는 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 중심에서부터 표면까지 균일한 농도 분포로 존재할 수 있다.
상기 글리글리세롤 트리스테아레이트의 함량은 상기 폴리스티렌계 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 2 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 중량부일 수 있다. 상기 범위에서 적은 함량의 발포제 사용 시에도 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 유리전이온도를 낮추고 성형 사이클 타임을 단축시킬 수 있다.
(C) 발포제
본 발명에 사용되는 발포제로는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 사용되는 통상의 발포제를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 프로판, 부탄, 이소부탄, 펜탄, 이소펜탄, 시클로펜탄, 헥산, 이들의 혼합물 등의 탄화수소 화합물, 수소염화불화탄소(HCFC), 수소불화탄소(HFC), 이들의 혼합물 등의 불화탄화수소 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 발포제의 함량은 상기 폴리스티렌계 수지 100 중량부에 대하여, 4 내지 6 중량부 일 수 있다. 상기 범위에서 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 발포성이 우수하다.
본 발명에 따른 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 셀(cell) 조절제로서, 폴리올레핀계 왁스를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명에 사용되는 폴리올레핀계 왁스는 예를 들면, 에틸렌, 프로필렌, 이소프로필렌, 부틸렌, 이소부틸렌, 이들의 혼합물 등의 단량체를 중합한 것일 수 있고, 바람직하게는 에틸렌을 중합한 폴리에틸렌 왁스일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 왁스는 중량평균분자량이 500 내지 3,000 g/mol일 수 있고, 예를 들면, 상기 폴리올레핀계 왁스는 중량평균분자량이 각각 (c1) 500 내지 1,500 g/mol 및 (c2) 2,000 내지 3,000 g/mol인 2종의 폴리올레핀계 왁스 혼합물일 수 있다. 상기 범위에서 보다 균일한 셀 구조의 발포 성형체를 얻을 수 있다.
상기 폴리올레핀계 왁스 사용 시, 그 함량은 폴리스티렌계 수지 100 중량부에 대하여, 0.05 내지 0.5 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량부일 수 있고, 상기 왁스 혼합물의 중량비(c1:c2)는 1 : 1 내지 4일 수 있다. 상기 범위에서 보다 균일한 셀 구조의 발포 성형체를 얻을 수 있다.
일 구체예에서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 표면 전체 또는 일부에 글리세롤 트리스테아레이트 및 미네랄 오일을 포함하는 코팅층이 더욱 형성되어, 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 표면에 미세한 구멍을 형성하고, 발포제의 외부 확산을 빠르게 하여 성형 사이클 타임(cycle time)을 더욱 단축시킬 수 있다.
상기 미네랄 오일은 성형 사이클 타임 조절 및 파우더 코팅제의 바인더(Binder)로써의 역할을 한다.
상기 코팅제에서, 상기 글리세롤 트리스테아레이트의 함량은 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 2 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 1.5 중량부이고, 상기 미네랄 오일의 함량은 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 100 중량부에 대하여, 0.25 내지 3 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 2 중량부일 수 있다. 상기 범위에서 코팅제에 의한 분진 발생을 최소화시키고, 발포성 및 성형성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는 상기 코팅층에 함유된 상기 글리세롤 트리스테아레이트와 상기 미네랄 오일의 중량비(글리세롤 트리스테아레이트 : 미네랄 오일)는 1 : 0.5 내지 2, 바람직하게는 1 : 0.6 내지 1.5일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조방법에 관한 것이다. 상기 제조방법은, 스티렌계 단량체 및 글리세롤 트리스테아레이트를 혼합한 후, 발포제를 투입하고, 현탁중합하는 단계를 포함한다.
예를 들면, 통상적인 현탁중합 방법에 따라, 이온교환수 등의 물에 분산제를 첨가하고, 상기 스티렌계 단량체 100 중량부, 상기 글리세롤 트리스테아레이트 0.1 내지 2 중량부를 개시제와 첨가한 후, 예를 들면, 80 내지 100℃의 온도에서 3 내지 7 시간 동안 교반한 다음, 상기 발포제 4 내지 6 중량부를 투입하고, 예를 들면, 100 내지 120℃의 온도에서 1 내지 5 시간 동안 교반하여, 폴리스티렌계 수지 내에 글리세롤 트리스테아레이트 및 발포제를 포함시킨 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조할 수 있다. 제조된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 통상적인 탈수 및 건조 공정을 수행하여 입자 형태의 최종 중합물을 얻을 수 있다.
구체예에서, 상기 스티렌계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, 클로로스티렌, 이들의 혼합물 등일 수 있고, 필요에 따라, 아크릴로니트릴 등의 공단량체를 더욱 포함할 수도 있다.
구체예에서, 상기 제조방법은 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 셀 구조를 보다 균일하게 하기 위하여, 상기 현탁중합 단계에서 상기 스티렌계 단량체 100 중량부에 대하여, 상기 폴리올레핀계 왁스 0.05 내지 0.5 중량부를 더욱 첨가할 수도 있다.
또한, 본 발명의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 필요에 따라, 분산제, 개시제, 계면활성제, 발포조제, 난연제, 난연조제, 핵제 등의 첨가제를 더욱 포함할 수 있으며, 예를 들면, 상기 현탁중합 시 첨가하여 포함시킬 수 있다.
상기 현탁중합 시 사용되는 분산제, 개시제 등의 첨가제로는 통상의 현탁중합에 사용되는 분산제, 개시제 등의 첨가제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 트리칼슘포스페이트, 소듐 설포네이트계 음이온성 분산제, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 고급지방산 등의 분산제, 벤조일퍼옥사이드, 4급 부틸퍼벤조에이트 등의 개시제 등을 사용할 수 있다. .
일 구체예에서, 상기 제조방법은 상기 현탁중합 단계에서 제조된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 상기 글리세롤 트리스테아레이트 및 미네랄 오일을 포함하는 코팅제로 코팅하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 코팅은 상기 코팅제를 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 믹서 등을 사용하여 혼합함으로써 수지 표면 전체 일부에 코팅되는 것일 수 있다.
상기 제조방법으로 제조된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 포함되는 상기 발포제의 함량은 예를 들면, 폴리스티렌계 수지 100 중량부에 대하여, 4 내지 6 중량부일 수 있다.
본 발명의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 GPC(gel permeation chromatography)로 측정한 중량평균분자량이 200,000 내지 350,000 g/mol, 바람직하게는 230,000 내지 300,000 g/mol일 수 있다. 상기 범위에서 발포성 및 성형성이 우수하다.
상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 유리전이온도는 90 내지 110℃, 바람직하게는 95 내지 105℃일 수 있다.
상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 평균입경이 0.1 내지 2 mm일 수 있다.
상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 시간발포기(제조사: (주)대공)를 사용하여, 100℃의 스팀(steam)으로 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 5분 동안 가열 시, 발포배율이 20 내지 120 배, 바람직하게는 50 내지 100 배일 수 있다. 상기 범위에서 성형 사이클 타임을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 발포 성형체에 관한 것이다. 구체예에서, 상기 발포 성형체는 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 발포하여 형성하는 것으로서, 예를 들면, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 금형 내 성형하여 제조할 수 있다.
통상적으로, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 비-기밀 금형 내에 충전(도입)하고, 예를 들면, 1.5 내지 2.3 바(bar)의 압력에서 고온 공기 또는 수증기를 이용하여 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 금형 내에 융합시킴으로써, 발포 성형체를 제조할 수 있다. 성형물은 냉각시킨 후 제거할 수 있다.
상기 발포 성형체는 균일한 셀 구조를 가지며, 셀 크기가 0.001 내지 0.05 mm, 바람직하게는 0.005 내지 0.02 mm일 수 있다. 상기 범위에서 발포 성형체의 발포성, 융착성, 강도, 완충성 등이 우수하다.
상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 예비 발포(연화점 이상으로 가열)하여 제조된 예비 발포 입자일 수 있다. 예를 들면, 상기 예비 발포는 수증기(steam) 등의 가열 매체를 이용하여, 80 내지 120℃, 바람직하게는 90 내지 110℃로 가열하여 소정의 부피밀도, 예를 들면, 10 내지 35 kg/m3, 바람직하게는 15 내지 30 kg/m3로 예비 발포하는 것일 수 있다. 상기 범위에서 발포성과 강도의 발란스를 잘 유지할 수 있다.
상기 예비 발포 입자 및 발포 성형체는 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 제조될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
실시예 1
예비용해조에 스티렌 5 중량부를 넣고 셀 조절제로서 폴리에틸렌 왁스(중량평균분자량 1,000) 0.1 중량부 넣은 후 70℃로 가열하여 왁스를 용해시킨 후 상온에 방치하여 냉각시켰다. 이온교환수 130 중량부, 분산제로서 트리칼슘포스페이트(제조사: 삼조실업) 0.4 중량부, 소듐 설포네이트계 음이온성 분산제(제조사: DKS International, 제품명: Neogen SCF) 0.002 중량부를 반응기에 투입한 후, 상기 예비용해조 속의 용액, 스티렌 95 중량부, 개시제로서 벤조일퍼옥사이드(제조사: 에프씨코리아) 0.4 중량부, 글리세롤 트리스테아레이트(제조사: HULS) 0.5 중랑부를 첨가하여 교반시키면서 90℃에서 약 5시간 동안 가열하였다. 여기에 발포제로서 펜탄을 6 중랑부 투입한 후, 110℃에서 약 3시간 동안 가열하여 수지를 중합하였다. 중합 종료 후 탈수 및 건조 공정을 통하여 최종 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하였다.
실시예 2
상기 글리세롤 트리스테아레이트를 1 중량부 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하였다.
실시예 3
상기 폴리스티렌 수지 100 중량부에 대하여, 글리세롤 트리스테아레이트 0.1 중량부 및 미네랄 오일 0.1 중량부를 포함하는 코팅제를 상기 실시예 1의 방법으로 제조된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 믹서로 혼합하여 코팅시키는 단계를 더욱 추가하여 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하였다.
실시예 4
상기 스티렌 100 중량부에 대하여, 글리세롤 트리스테아레이트 0.1 중량부 및 미네랄 오일 0.1 중량부를 포함하는 코팅제를 상기 실시예 2의 방법으로 제조된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 믹서로 혼합하여 코팅시키는 단계를 더욱 추가하여 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하였다.
비교예 1
상기 글리세롤 트리스테아레이트를 3 중량부 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하였다.
비교예 2
상기 글리세롤 트리스테아레이트를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조한 후, 상기 스티렌 100 중량부에 대하여, 글리세롤 트리스테아레이트 1.1 중량부 및 미네랄 오일 0.1 중량부를 포함하는 코팅제를 제조된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 믹서로 혼합하여 코팅시키는 단계를 수행하여 최종 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하였다.
비교예 3
상기 글리세롤 트리스테아레이트를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조한 후, 상기 스티렌 100 중량부에 대하여, 글리세롤 트리스테아레이트 1 중량부 및 미네랄 오일 0.1 중량부를 포함하는 코팅제를 제조된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자와 믹서로 혼합하여 코팅시키는 단계를 수행하여 최종 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 제조하였다.
물성 평가 방법
(1) 발포제 함량(단위: 중량%): 가스 크로마토그래피(장치명: Agilent 1200 series)를 이용하여 전체 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 중의 중량%를 측정하였다.
(2) 시간발포성(단위: 배): (주)대공에서 특수 제작한 시간발포기를 사용하여 시간발포성을 측정하였다. 상기 시간발포기는 스팀(steam)을 사용하여 일정한 압력의 열을 원하는 시간만큼 발포성 수지 입자에 가하는 장치로서, 발포성 수지 입자의 발포 정도를 알아보기 위하여 사용하였다. 본 발명에서는 0.2 kg/cm2의 압력 및 100℃의 온도의 스팀을 각각 3, 5, 7 및 9분 동안 실시예 및 비교예의 발포성 폴리스티렌계 수지 입자에 가하여, 투입된 폴리스티렌 수지 중량과 발포립의 부피비를 이용하여 몇 배로 팽창하는 지를 측정하였다.
(3) 박리량 측정: 발포가 끝난 발포성 폴리스티렌계 수지 입자가 담긴 포대에 검은색 종이를 넣었다 꺼낸 후, 종이 위에 남은 코팅제의 양을 육안으로 확인하고 판정하였다. 글리세롤 트리스테아레이트를 코팅하지 않은 실시예 1을 기준으로 비교판정하였다.
(◎: 매우 적음, ○: 적음, △: 약간, X: 다량)
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예1 비교예2 비교예3
글리세롤 트리스테아레이트 함량
(중량부)		 중합 0.5 1 0.5 1 3 - -
코팅 - - 0.1 0.1 0.1 1.1 0.1
발포제 함량
(중량%)		 4.8 4.6 4.8 4.5 4.2 4.8 5.0
시간발포성
(배)		 3분 35 40 42 45 33 32 37
5분 58 59 62 68 42 51 54
7분 73 75 82 84 55 77 72
9분 83 85 91 95 56 76 84
박리량 ◎ ◎ ○ ○ ○ X ○
상기 표 1의 결과로부터, 본 발명에 따른 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 4~5 중량%의 발포제 함량에도 시간발포성이 우수하며 실시예 3 및 4로부터 글리세롤 트리스테아레이트의 함량을 증가시킬 경우, 발포성도 향상됨을 알 수 있다. 반면, 글리세롤 트리스테아레이트의 함량을 본 발명의 함량 범위보다 과량 사용한 비교예 1의 경우, 중합 불안정성을 야기하고 이로 인해 발포성이 감소되는 결과를 얻었음을 알 수 있다. 또한, 비교예 2 및 3은 중합 시 글리세롤 트리스테아레이트를 첨가하지 않아, 수지 내에 포함되지 않은 것으로서, 4~5 중량%의 발포제 함량에서, 발포성도 본 발명에 비하여 상대적으로 떨어진다. 비교예 2의 경우, 코팅제를 증량한 것으로 발포가 보다 빠르게 진행되나 박리현상이 심한 단점이 있음을 알 수 있다. 참고로, 실시예 1 및 2의 경우, 코팅을 실시하지 않은 입자로 코팅제의 박리현상은 거의 없으나, 실시예 3에 비해 상대적으로 발포속도가 느려 동일 시간 발포 시 상대적으로 배율이 작게 측정되었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (20)

  1. 폴리스티렌계 수지; 글리세롤 트리스테아레이트; 및 발포제를 포함하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자이며,
    상기 글리세롤 트리스테아레이트는 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자 표면 및 내부에 분포하고,
    상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 표면의 전체 또는 일부에 코팅층이 더욱 형성되며, 상기 코팅층은 글리세롤 트리스테아레이트 및 미네랄 오일을 포함하는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 중심에서부터 표면까지 글리세롤 트리스테아레이트가 균일한 농도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 상기 폴리스티렌계 수지 100 중량부에 대하여, 상기 글리세롤 트리스테아레이트 0.1 내지 2 중량부, 및 상기 발포제 4 내지 6 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 상기 폴리스티렌계 수지 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 왁스 0.05 내지 0.5 중량부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 왁스는 에틸렌, 프로필렌, 이소프로필렌, 부틸렌 및 이소부틸렌을 1종 이상 포함하는 단량체의 중합체인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 왁스는 중량평균분자량이 500 내지 3,000 g/mol인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 코팅층에 함유된 상기 글리세롤 트리스테아레이트와 상기 미네랄 오일의 중량비는 1 : 0.5 내지 2 인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 중량평균분자량은 200,000 내지 350,000 g/mol인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 유리전이온도는 90 내지 110 ℃인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 평균입경이 0.1 내지 2 mm인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
  12. 제1항에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌계 수지 입자는 100℃에서, 5분 동안 가열 시 발포배율이 20 내지 120 배인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자.
  13. 스티렌계 단량체 및 글리세롤 트리스테아레이트를 혼합한 후, 발포제를 투입하고, 현탁중합하는 단계; 및
    상기 현탁중합 단계에서 제조된 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 글리세롤 트리스테아레이트 및 미네랄 오일을 포함하는 코팅제로 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 글리세롤 트리스테아레이트의 함량은 상기 스티렌계 단량체 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 2 중량부이고, 상기 발포제의 함량은 상기 스티렌계 단량체 100 중량부에 대하여, 4 내지 6 중량부인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 현탁중합 단계에서 상기 스티렌계 단량체 100 중량부에 대하여, 폴리올레핀계 왁스 0.05 내지 0.3 중량부를 더욱 첨가하는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조방법.
  16. 삭제
  17. 제13항에 있어서, 상기 코팅층에 함유된 상기 글리세롤 트리스테아레이트와 상기 미네랄 오일의 중량비는 1 : 0.5 내지 2 인 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌계 수지 입자의 제조방법.
  18. 폴리스티렌계 수지; 글리세롤 트리스테아레이트; 및 미네랄 오일을 포함하는 발포 성형체이며,
    상기 글리세롤 트리스테아레이트는 상기 발포 성형체 표면 및 내부에 분포하는 것을 특징으로 하는 발포 성형체.
  19. 제18항에 있어서, 상기 발포 성형체는 중심에서부터 표면까지 글리세롤 트리스테아레이트가 균일한 농도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 발포 성형체.
  20. 제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 발포성 폴리스티렌계 수지 입자를 발포하여 형성된 발포 성형체.
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