KR101604853B1 - 내한성, 내충격성 향상에 의한 고내구성 염화비닐관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 충진제 10 내지 15중량부, 활제 1 내지 3중량부, 안정제 1 내지 3중량부, 충격보강제 5 내지 10중량부, 이산화티탄 1 내지 3중량부, 수산화알루미늄 및 실리카 혼합물 1 내지 5중량부, 에틸알코올 0.05 내지 0.1중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내한성, 내충격성 향상에 의한 고내구성 염화비닐관에 관한 것이다.

Description

내한성, 내충격성 향상에 의한 고내구성 염화비닐관{High durability Polyvinyl-Chloride Pipe}

본 발명은 내한성 및 내충격성을 향상시켜 고내구성이 발현되도록 하는 염화비닐관에 관한 것이다.

폴리염화비닐 수지는 저렴한 가격에 비해 물리, 화학적 성질이 우수하여 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있으나 내열성, 인장강도 및 내충격성에 취약하고 열변형이나 시간이 경과하면 변색되는 등의 단점이 있어 이를 보완하기 위하여 열안정제, 가공조제, 자외선방지제, 충격보강제, 충진제 등의 첨가제를 사용하고 있다.

일 예로 대한민국 특허등록 제601004호에는 안정제와 폴리염화비닐 레진으로 이루어진 혼합분말을 사용하여 피브이시 관을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기 기술에 있어서는 충격보강제 등의 작용에 기해 내충격성은 향상되고 있지만, 동절기에 야외에 노출되는 경우 등 극한조건에서 내충격성을 만족할 것으로 기대할 수는 없다.

이에 염화비닐관에 있어 내한성 및 내충격성이 동시에 만족되어 고내구성이 발현되도록 하는 기술의 요구가 있다.

대한민국 특허등록 제601004호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 동절기 등 극한조건에서도 내충격성이 발현되도록 하여 온도에 관계없이 고내구성이 발현되도록 하는 염화비닐관을 제공하고자 함이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 내한성, 내충격성 향상에 의한 고내구성 염화비닐관은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 충진제 10 내지 15중량부, 활제 1 내지 3중량부, 안정제 1 내지 3중량부, 충격보강제 5 내지 10중량부, 이산화티탄 1 내지 3중량부, 수산화알루미늄 및 실리카 혼합물 1 내지 5중량부, 에틸알코올 0.05 내지 0.1중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 수산화알루미늄 및 상기 실리카는 혼합물을 이루되, 수산화알루미늄과 실리카는 중량비로 7 : 3 내지 8 : 2인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 황산화철 0.5 내지 1중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 염화비닐관은 내한성 및 내충격성을 강화시켜 동절기 외부노출에도 고내구성이 발현되도록 하는 장점이 있다.

본 발명의 내한성, 내충격성 향상에 의한 고내구성 염화비닐관은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 충진제 10 내지 15중량부, 활제 1 내지 3중량부, 안정제 1 내지 3중량부, 충격보강제 5 내지 10중량부, 이산화티탄 1 내지 3중량부, 수산화알루미늄 및 실리카 혼합물 1 내지 5중량부, 에틸알코올 0.05 내지 0.1중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리염화비닐(PVC) 레진의 평균 중합도는 800∼1,000의 범위 내인 것을 사용함이 바람직하다. 이는 중합도가 800 미만으로 되는 경우 인장강도가 저하되는 문제가 있고, 1,000을 초과하는 경우 가공성이 저하되는 문제가 있어 상기와 같이 한정하는 것이 바람직하다.

상기 충진제는 탄산칼슘 등 다양한 공지의 재질이 사용될 수 있으며, 다른 예로서 황토분말이 첨가될 수 있다. 이러한 충진제는 그 배합비를 10 내지 15중량부로 한정을 하는 바, 이는 10중량부미만으로 배합되는 경우 강도보강 등의 기능이 미미하며, 15중량부를 초과하는 경우에는 폴리염화비닐 레진 등 이질의 재질과의 부착력이 저하됨에 의해 강도상의 문제가 발생할 수 있는 바, 이와 같이 한정한다.

상기 안정제로는 틴계, 칼슘징크가 사용될 수 있으며, 안정제 1 내지 3중량부로 배합됨이 바람직한 바, 이러한 안정제는 가공을 위해 가해지는 열에 의한 폴리염화비닐 레진의 탄화를 방지해 주는 역할을 하는데, 그 배합비가 1중량부 미만으로 사용되는 경우 그 효과가 미미하고, 3중량부를 초과하는 경우 충격강도가 저하되고, 생산원가 상승의 문제가 있어 이와 같이 한정한다. 이러한 안정제는 활제 1 내지 3중량부와 같이 사용되며 상기 활제는 스테아린산, 스테아린알콜, 스테아린 부틸 등이 사용될 수 있다.

상기 충격보강제로는 MBS(Methyl Methacrylate-Butadiene Styrene), 아크릴계, 부타디엔계 중 1 또는 2이상의 혼합물이 사용될 수 있으며, 그 배합비는 5 내지 10중량부로 한정함이 타당하다. 이렇게 충격보강제를 배합함에 따라 본 발명의 폴리염화비닐 수지 조성물에 의해 제조되는 관은 내충격성을 갖게 되는 것이다.

상기 이산화티탄은 광촉매로서 배합되는 것으로, 이러한 이산화티탄은 자외선에 의해 스스로 광산화 작용을 나타내고, 가스 등 2차 오염 부산물을 방출하지 않으며, 특히 유기물에 대한 강력한 산화환원 작용으로 정화작용이 이루어지도록 하는 것이다.

즉 이산화티탄의 유기물 분해에 의해 미세균열 등에 유기물이 침적됨으로써 관에 부식이 발생되고 부식에 의한 탈색이 발생되는 것을 차단토록 하는 것이다. 이산화티탄을 상기와 같은 배합범위로 한정하는 이유는 상기 배합범위를 초과하는 경우 이산화티탄의 광산화반응으로 인해 페이스트 자체에 손상이 있을 수 있어 상기와 같이 한정하는 것이다.

이에 더하여 본 발명의 조성물에는 수산화알루미늄 및 실리카 혼합물 1 내지 5중량부가 더 혼합되도록 하는데 이는 경화과정에서 발생되는 미세균열을 제어함과 동시에 동절기 특히 야외에 노출되는 경우 페이스트 내부 물이 얼어 내구성이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 수산화알루미늄은 조성물의 경화과정에서 발생되는 열을 흡수하여 삼산화알루미늄과 물로 분해가 되는 것이다. 즉 반응열을 저감시켜 미세균열을 제어하도록 하는 것이다.

페이스트 내부에 형성된 미세균열은 사후적으로 내부의 미세균열이 표면까지 연장되면서 내충격성을 저하시키는 원인이 되는 바, 본 발명에서는 수산화알루미늄을 첨가하여 이러한 미세균열을 제어토록 하는 것이다.

그런데 수산화알루미늄만을 첨가하는 경우 상기에서 본 바와 같이 흡열반응과정에서 삼산화알루미늄과 물로 분해가 되는 바, 이러한 부산물로서 물은 페이스트의 강도를 저하시키는 원인이 될 수 있으며 모세관현상을 촉진시켜 표면에 균열 등을 야기시킬 수 있는 원인이 되고 동절기에는 이렇게 발생된 물이 얼었다 녹는 과정이 반복되면서 내구성저하의 원인이 될 수 있다.

이에 본 발명에서는 수산화알루미늄에 실리카를 혼합하여 사용하도록 하는데 실리카는 다공성으로 이렇게 생성된 물을 흡수하여 부산물로서 물을 제거하도록 하는 것이다.

여기서 수산화알루미늄과 실리카는 중량비로 7 : 3 내지 8 : 2인 것이 바람직한데 실리카의 첨가량이 상기 범위 미만인 경우 부산물로서 물의 흡수기능이 미미하고 상기 범위를 초과하는 경우 부산물로서 물외에도 타 조성을 흡수하여 물성이 제대로 발현되지 못하는 문제가 있어 상기와 같이 한정을 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 적당히 공기가 연행되도록 하여 배합 등의 경우 분산성을 향상시키고 사후적으로는 적정으로 연행된 공기에 의해 내한성이 확보되도록 하기 위해 파포형 소포제로서 에틸알코올이 더 첨가되도록 한다.

이렇게 파포형 소포제가 사용되도록 하는 이유는 상기에서 언급한 바와 같이 공기를 연행시킴으로써 유동성을 확보토록 하는데 억포형 소포제가 사용되는 경우 공기연행 자체를 제어함으로써 유동성 확보가 용이하지 않을 수 있으므로 본 발명에서는 소포제로 파포형 소포제가 사용되어 공기를 연행시키되 연행된 공기가 적정으로 제거되도록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 상기 조성들 외에도 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 알도헥소스 1 내지 2중량부, 실리콘카바이드 0.5 내지 1중량부가 더 포함되도록 할 수 있다.

상기 알도헥소스(Aldohexose)는 본 발명의 염화비닐관이 특히 하수관 등 하폐수를 유동시키는 용도로 사용되는 경우 황화수소(H2S )에 대한 저항성을 향상시키기 위한 것이다.

황화수소는 악취 및 독성을 가지고 있으며 관을 부식시켜 탈색 등 에이징을 유발시키는 물질로서 상기 알도헥소스의 하기 기작에 의해 악취 및 부식에 대한 활성을 저하시켜 본 발명의 염화비닐관이 황화수소에 의한 부식 및 내구성 저하를 방지토록 하는 것이다.

일반적으로 황화수소에 대한 저항성을 향상시키기 위해 다공성의 광물이 첨가되도록 하는데 다공성의 광물이 첨가되는 경우 황화수소의 흡착은 이루어지나 이러한 흡착에 의해 다공성의 광물과 타 조성간의 탈리가 생기는 경우가 있어 강도면에서 불리한 결과가 초래될 수 있다. 이에 본 발명에서는 강도저하의 염려가 없이 황화수소에 대한 저항성을 향상시키기 위해 상기 알도헥소스(Aldohexose)가 첨가되도록 하는 것이다.

상기 실리콘카바이드는 내부식성을 향상시키기 위한 것으로, 특히 염해에 대한 저항성을 향상시키기 위한 것이다. 이 경우도 특히 본 발명이 하,폐수를 유동시키는 용도로 사용되는 경우 하,폐수에 내재된 오염물질에는 염소를 포함하여 염해를 유발할 수 있는 문제가 있으므로 상기 실리콘카바이드가 더 첨가되어 관이 염해에 노출되어 탈색이 유발되는 것을 방지토록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 페이스트의 조밀한 구조를 통해 내한성 및 내충격성을 향상시키기 위해 황산화철이 더 배합되도록 하는 예를 제시한다. 황산화철은 바인더의 반응속도를 지연시켜 지속적인 반응이 유도되도록 하는 것으로 페이스트의 자기수축을 제어하게 되는 것이다. 즉 반응지연을 목적으로 첨가되는 황산화철의 첨가에 의해서 페이스트의 수축을 상당히 억제할 수 있다.

이것은 황산화철이 경화과정에서 침상결정을 생성시켜 그 침상결정의 성장압에 의하여 페이스트를 조밀한 구조로 유도하기 때문이다. 즉, 다수의 미세한 침상결정이 발달됨에 따라 팽창압을 얻음으로 수축에 의한 영향을 줄일 수 있으며, 이에 더하여 밀실한 구조에 의해 미세균열을 줄여 밀실한 페이스트가 형성되도록 하는 것이다.

이러한 염화비닐관은 상수관, 하수관, 이음관 등 기존의 폴리염화비닐 재질 등을 가지고 형성되는 다양한 관 제품에 적용될 것이며, 이렇게 제조된 관은 동절기 등 극한의 상황에서는 내충격성 등 물성저하를 방지할 수 있는 내한성이 발현되어 결국 고내구성이 발현되도록 하는 것이다.

이하에서는 본 발명의 실험 예를 바탕으로 그 실시 예를 설명한다.

<실시예 1>

중합도 900의 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여, 탄산칼슘 10중량부, 스테아린산 1중량부, 칼슘징크 1중량부, MBS 8중량부, 이산화티탄 3중량부, 수산화알루미늄 및 실리카 혼합물 3중량부(중량비 7:2), 에틸알코올 0.1중량부를 배합하고, 고속배합기에 투입 120℃로 가동하고, 배출한 후에 냉각기에 투입하여 15℃에 냉각수를 순환시켜 5분간 냉각기 가동 후 압출기를 통해 관을 제조하였다.

<실시예 2>

중합도 900의 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여, 탄산칼슘 10중량부, 스테아린산 1중량부, 칼슘징크 1중량부, MBS 8중량부, 이산화티탄 3중량부, 수산화알루미늄 및 실리카 혼합물 3중량부(중량비 7:2), 에틸알코올 0.1중량부, 황산화철 0.5중량부를 배합하고, 고속배합기에 투입 120℃로 가동하고, 배출한 후에 냉각기에 투입하여 15℃에 냉각수를 순환시켜 5분간 냉각기 가동 후 압출기를 통해 관을 제조하였다.

<비교예 1>

중합도 900의 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여, 탄산칼슘 10중량부, 스테아린산 1중량부, 칼슘징크 1중량부, MBS 8중량부, 이산화티탄 3중량부, 수산화알루미늄 3중량부, 에틸알코올 0.1중량부를 배합하고, 고속배합기에 투입 120℃로 가동하고, 배출한 후에 냉각기에 투입하여 15℃에 냉각수를 순환시켜 5분간 냉각기 가동 후 압출기를 통해 관을 제조하였다.

<비교예 2>

중합도 900의 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여, 탄산칼슘 10중량부, 스테아린산 1중량부, 칼슘징크 1중량부, MBS 8중량부, 이산화티탄 3중량부, 에틸알코올 0.1중량부를 배합하고, 고속배합기에 투입 120℃로 가동하고, 배출한 후에 냉각기에 투입하여 15℃에 냉각수를 순환시켜 5분간 냉각기 가동 후 압출기를 통해 관을 제조하였다.

<인장강도 및 충격시험>

상기와 같이 제조된 실시 예 1,2 및 비교예 1, 2에 대해 인장강도 및 충격시험을 KS M 3401의 시험기준에 따라 시험하였으며, 그 결과는 [표 1]과 같다. 단 충격시험은 KS M 3401의 시험기준에 의하나 KS기준의 경우 온도조건이 0±3℃인데 반해 본 실험의 경우 -5℃에서 충격실험을 진행하였다.

시험항목	KSM3401	실시예 1	실시예2	비교예1	비교예2
인장강도	23℃ 43MPa이상	48MPa	53MPa	42MPa	40MPa
충격시험	-5℃에서 9Kg의 원뿔추로 높이 1.5m에서 떨어뜨릴 경우 이상 없을 것	2.0m에서 이상무	2.2m에서 이상무	1.4m에서 이상무	1.2m에서 이상무

상기 [표 1]에서 보는 바와 같이 실시예 1, 2만이 충격강도에서 KS 기준치를 만족하는 것을 알 수 있다. 실질적으로 상기에서 언급한 바와 같이 KS기준보다 더 낮은 온도(-5℃)에서 실험한 결과 실시예 1 및 실시예 2는 그 기준을 만족하는 것을 알 수 있다. 실시예 2와 실시예 1을 비교하면 실시예 2가 내충격면에서 더욱 유리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 실시예 2에 황산화철이 더 배합되어 황산화철이 경화과정에서 침상결정을 생성시켜 그 침상결정의 성장압에 의하여 페이스트를 조밀한 구조를 유도하기 때문인 것으로 판단된다.

한편 실시예 1과 비교예 1을 비교하면 실시예 1은 수산화알루미늄 및 실리카 혼합물 3중량부가 배합된 시료이고 비교예 1은 수산화알루미늄만 3중량부가 배합된 시료인데 실시예 1만이 내충격성에서 극한온도조건에서도 기준을 만족하는 것을 알 수 있다.

이는 상기에서 언급한 바와 같이 수산화알루미늄이 경화과정에서 발생되는 열을 흡수하여 온도변화에 의한 미세균열을 제어할 수 있으나 수산화알루미늄은 반응과정에서 삼산화알루미늄과 물로 분해되어 부산물로서 물이 상기 조건에서 얼게 되는데 이러한 이유에서 내충격성이 저하되는 결과가 도출되는 것을 알 수 있다.

이에 실시 예 1과 같이 수산화알루미늄과 실리카의 혼합물을 첨가토록 하여 수산화알루미늄에 의해 미세균열을 제어하고 실리카에 의해 이러한 과정에서 발생되는 물이 흡수되도록 하여 페이스트 구조를 조밀하게 가져감으로써 극한조건에서도 내충격성을 만족시키는 것을 알 수 있다.

인장강도면에서는 실시예 1 및 실시 예 2만이 그 기준을 만족하는 것을 알 수 있는데 이 경우도 실시예 2의 경우 황산화철이 더 첨가됨으로써 바인더의 반응속도 지연에 의해 페이스트의 자기수축을 제어하기 때문인 것으로 판단된다. 즉 황산화철이 경화과정에서 침상결정을 생성시켜 그 침상결정의 성장압에 의하여 페이스트를 조밀한 구조로 유도하기 때문인 것으로 판단된다.

또한 실시예 1과 비교예 1을 비교하더라도 비교예 1은 비교예 2보다 수산화알루미늄이 더 첨가되어 미세균열을 제어함으로써 인장강도면에서 유리하나, 수산화알루미늄만 첨가되면 부수물로서 발생되는 물에 의해 페이스트에 수압이 인가되며 이러한 점에 의해 비교예 1은 실시 예 1에 비해 인장강도에서 불리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 충진제 10 내지 15중량부, 활제 1 내지 3중량부, 안정제 1 내지 3중량부, 충격보강제 5 내지 10중량부, 이산화티탄 1 내지 3중량부, 수산화알루미늄 및 실리카 혼합물 1 내지 5중량부, 에틸알코올 0.05 내지 0.1중량부, 알도헥소스 1 내지 2중량부, 실리콘카바이드 0.5 내지 1중량부를 포함하되, 수산화알루미늄 및 실리카는 혼합물을 이루어 미세균열을 제어토록 하고, 수산화알루미늄과 실리카는 중량비로 7 : 3 내지 8 : 2인 것을 특징으로 하는 내한성, 내충격성 향상에 의한 고내구성 염화비닐관.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 황산화철 0.5 내지 1중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 내한성, 내충격성 향상에 의한 고내구성 염화비닐관.