KR101605510B1 - 내식 및 내구성이 향상된 염화비닐관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 충진제 10내지 15중량부, 활제 1 내지 3중량부, 안정제 1 내지 3중량부, 충격보강제 5 내지 10중량부, 항균제 1 내지 5중량부, 알도헥소스 1 내지 3중량부, 대전방지제 0.5 내지 2중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내식 및 내구성이 향상된 염화비닐관에 관한 것이다.

Description

내식 및 내구성이 향상된 염화비닐관{Polyvinyl-Chloride Pipe Having Improved Corrosion Resistance And Durability}

본 발명은 각종 스케일의 형성을 제어하고, 스케일의 침적에 의한 부식 및 악취발생을 제어함에 따라 고내식성 및 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, 합성 수지관의 강도가 증가함에 따라 도리어 크랙이 발생하여 관의 찢김현상 및 취성적 파괴가 발생하는 문제가 있었다.

한편 대한민국 특허공개 2010-0012480호에서는 상수도관이나 하수도관으로 주로 사용되는 폴리염화비닐 파이프 및 파이프 이음관에 관한 것으로, 폴리염화비닐 레진 100 중량부에 대하여 황토 5∼45 중량부, 경탄(CaCo3) 8∼25 중량부, 복합안정제 2∼3중량부, 충격보강제 6∼8 중량부를 함유하는 폴리염화비닐 수지 조성물을 제시하고 있는 바, 황토의 성질에 기해 친환경적이면서도 항균성이 있는 폴리염화비닐 수지 조성물을 제공할 수 있으나, 본 기술에서는 황토가 첨가됨에 의해 이질의 재질로서 폴리염화비닐 레진과 황토간에 부착력이 저하되어 강도가 저하되는 문제가 있다.

한편 종래에 상,하수도관으로 사용되는 주철관 또는 아연관 등의 금속제 관은 장기간 사용 시 용존산소에 의해 관 내벽이 쉽게 부식되는 현상이 발생하며 부식된 녹이 물과 섞여 적수 혹은 백색의 오염물을 발생시키는 문제가 있으며, 하수관에 있어도 부식에 의한 누수도 지하수 오염 토양 오염 등 문제가 있었다.

이러한 문제에 기해 내구성 및 내약품성 측면에서 우수한 특성을 나타내는 고밀도 폴리에틸렌을 이용한 상,하수관이 제시되나, 내부로 물을 저속으로 흘리거나 장기 체류시킬 경우 대장균과 같은 유해 미생물이 번식되며 미생물 번식으로 암모니아성 및 수소성 악취가 심한 문제가 있었다.

또한 폴리염화비닐수지로 제조된 관은 관 내부와의 마찰로 인해 관 표면에 정전기가 발생되고, 이로 인해 물 속에 포함된 이물질이 관 내벽에 흡착되는 문제가 있으며, 이렇게 형성되는 스케일은 관의 부식을 유발하고, 악취를 유발하는 문제가 있었다.

대한민국 특허등록 제601004호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 관에 발생되는 각종 스케일을 제어함과 동시에 스케일의 침적에 의한 부식 및 악취를 제어토록 하여 내식성을 향상시킴과 동시에 내구성을 향상시킨 염화비닐관을 제공하고자 함이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 내식 및 내구성이 향상된 염화비닐관은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 충진제 10내지 15중량부, 활제 1 내지 3중량부, 안정제 1 내지 3중량부, 충격보강제 5 내지 10중량부, 항균제 1 내지 5중량부, 알도헥소스 1 내지 3중량부, 대전방지제 0.5 내지 2중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 본 발명은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 셀룰로스아세테이트 0.5 내지 3중량부, 망간산화물 1 내지 5중량부가 더 배합되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 본 발명은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 질산칼슘수화물 0.5 내지 1중량부와 삼산화알루미늄 0.5 내지 1중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 염화비닐관은 내충격성을 강화시킴과 동시에 염화비닐관 내주연에 각종 스케일의 발생을 제어하며, 스케일이 발생하더라도 스케일로 인한 부식 및 악취를 제어하여 내식 및 내구성이 향상된 장점이 있다.

본 발명의 내식 및 내구성이 향상된 염화비닐관은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 충진제 10 내지 15중량부, 활제 1 내지 3중량부, 안정제 1 내지 3중량부, 충격보강제 5 내지 10중량부, 항균제 1 내지 5중량부, 알도헥소스 1 내지 3중량부, 대전방지제 0.5 내지 2중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리염화비닐(PVC) 레진의 평균 중합도는 800∼1,100의 범위 내인 것을 사용함이 바람직하다. 이는 중합도가 800 미만으로 되는 경우 인장강도가 저하되는 문제가 있고, 1,100을 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 항균제는 다양한 공지의 무기, 유기, 식물성 항균제 등이 사용될 수 있다. 이렇게 항균제를 부가함으로써 본 발명이 상수관, 하수관 등으로 사용될 경우 관 내주연에 발생하는 세균과 곰팡이류에 대한 감염 혹은 증식을 효과적으로 차단하여 내부식성을 강화할 수 있게 되는 것이며, 또한 세균번식에 의한 악취를 제어할 수 있게 되는 것이다.

특히 식물성 항균제가 사용됨이 타당한데 산화아연(ZnO) 등과 같은 종래 기술의 항균제와는 다르게 어떠한 부가적 화학작용이 발생하지 않아 부차적인 환경문제를 발생시키지 않게 되는 것이다.

본 발명의 염화비닐관이 상수관, 하수관 등에 사용되는 경우 그 내부를 유동하는 물에 의해 정전기가 발생되고 발생된 정전기가 물 내부의 무기물을 흡착함으로써 스케일이 발생되는데 이러한 정전기의 발생을 방지하기 위해 상기 대진방지제가 첨가되도록 하는 것이다.

특히 본 발명에서는 알도헥소스(Aldohexose)가 탈취를 위한 조성으로 첨가되도록 하는데, 상기 대전방지제가 첨가되더라도 관 내부에 미세균열 등이 발생되는 경우 스케일의 침적을 완전히 방지할 수 없다. 이러한 스케일에 의해 세균번식 등으로 악취가 발생되는데 본 발명에서는 이러한 악취발생을 제어하기 위해 알도헥소스(Aldohexose)가 첨가되도록 하는 것이다.

이러한 알도헥소스는 다당류 성분이면서도 Aldehyde Group이 있어 탈취작용을 나타내는 바, 일 예로 악취원인 황화수소(H2S )를 하기에서 보는 바와 같이 무취물질로 전환시켜 악취를 제거토록 한다.

일반적으로 탈취를 위해 다공성의 광물이 첨가되도록 하는데 다공성의 광물이 첨가되는 경우 탈취물질의 흡착에 의해 탈취가 이루어지나 이렇게 흡착된 탈취물질에 의해 다공성의 광물과 타 조성간의 탈리가 생기는 경우가 있어 강도면에서 불리한 결과가 초래될 수 있다.

이에 본 발명에서는 강도저하의 염려가 없이 탈취가 가능하도록 상기 알도헥소스(Aldohexose)가 첨가되도록 하는 것이다.

한편 본 발명은 상기에서 본 바와 같이 대진방지제를 첨가하여 정전기 발생을 제어하여 무기물침적에 의한 스케일을 방지토록 하는데, 유류의 침적에 의한 스케일, 슬러지의 침적에 의한 스케일 등 다양한 스케일의 발생을 제어할 필요가 있다. 이러한 다양한 스케일의 침적에 의해 관부식이 발생될 수 있으며, 악취가 발생될 수 있기 때문이다.

이에 본 발명에서는 상기 조성외에 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 셀룰로스아세테이트 0.5 내지 3중량부, 망간산화물 1 내지 5중량부가 더 배합되도록 하는 예를 제시하고 있다.

상기 셀룰로스아세테이트는 친수화제로서 첨가되는 것으로 친수화에 의해 유류에 의한 스케일의 발생을 제어토록 하기 위한 것이다. 상기 범위로 한정하는 이유는 상기 범위 미만으로 첨가하는 경우 그 기능성을 기대할 수 없으며, 상기 범위를 초과하는 경우 고분자와 상용성이 저하되기 때문이다.

한편 이와 같이 고분자에 셀룰로스아세테이트를 첨가하여 친수성이 부여된다고 하더라도 슬러지에 의한 스케일을 제어할 수는 없다. 일반적으로 슬러지를 이루는 콜로이드성 물질인 EPS, 단백질 등은 매질 내의 음이온 특히 수산화이온의 선택적 흡착에 의해 약한 음전하를 띄고 있는데, 이에 본 발명에서는 망간산화물이 더 첨가되도록 하는 것이다.

상기 망간산화물은 pH 6～8에 음전하를 나타내어 슬러지와 척력을 발생시키므로 슬러지에 의한 스케일의 발생을 제어할 수 있게 되는 것이다. 상기 망간산화물을 상기 범위로 한정하는 이유는 상기 범위 미만인 경우 그 기능성을 기대할 수 없고 상기 범위를 초과하는 경우 음전하를 과도하게 나타내어 오히려 금속성분의 흡착에 의해 금속성분에 의한 스케일을 유발시킬 수 있어 상기와 같이 한정하는 것이다.

한편 상기와 같은 조성에 의해 관을 제조하는 과정에서 경화열이 발생되는데 이러한 경화열은 관에 미세균열을 유발시킬 수 있는 문제가 있다. 이러한 미세균열은 스케일이 침적될 수 있는 포인트가 되며, 내구성 저하의 요인이 되기도 한다.

이에 본 발명에서는 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 질산칼슘수화물 0.5 내지 1중량부와 삼산화알루미늄 0.5 내지 1중량부가 더 포함되도록 하는 예를 제시하고 있다.

상기 질산칼슘수화물은 조성물의 배합과정에서 발생되는 경화열을 일부 흡수함으로써 전체적으로 경화열을 낮춰 각종 균열을 제어할 수 있도록 하는 것이다. 질산칼슘수화물의 배합비율을 상기와 같이 한정하는 이유는 0.5중량부미만인 경우 경화열 저하기능 발현이 미미하고 1중량부를 초과하는 경우 질산칼슘수화물은 열을 흡수하기도하면서 수분을 흡수하는 기능을 가지고 있어 경화열을 더 저하시킬 수는 있으나 수분을 과도하게 흡수하여 오히려 각종 균열 등의 발생을 초래한다.

이에 본 발명에서는 질산칼슘수화물의 첨가량을 상기와 같이 한정하면서 경화열을 더욱 낮추도록 하기 위해 삼산화알루미늄이 더 첨가되도록 하는 것이다. 삼산화알루미늄이 첨가되도록 하여 방열기능이 발현되도록 함으로써 경화열을 외부로 발산시키도록 하는 것이다. 또한 삼산화알루미늄의 경우는 자외선을 차단하는 기능도 있다.

이러한 염화비닐관은 상수관, 하수관, 이음관 등 기존의 폴리염화비닐 재질 등을 가지고 형성되는 다양한 관 제품이 적용될 것이며, 이렇게 제조된 관은 각종 스케일을 제어함과 동시에 스케일의 침적으로부터 발생되는 악취, 부식을 제어할 수 있도록 하여 고내식성 및 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, 식물성 항균제 1중량부, 알도헥소스 1중량부, 대전방지제 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, 식물성 항균제 1중량부, 알도헥소스 1중량부, 대전방지제 1중량부, 셀룰로스아세테이트 1중량부, 망간산화물 3중량부를 배합하고, 고속배합기에 투입 120℃로 가동하고, 배출한 후에 냉각기에 투입하여 15℃에 냉각수를 순환시켜 5분간 냉각기 가동 후 압출기를 통해 관을 제조하였다.

<실시예 3>

중합도 900의 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여, 탄산칼슘 10중량부, 스테아린산 1중량부, 칼슘징크 1중량부, MBS 8중량부, 식물성 항균제 1중량부, 알도헥소스 1중량부, 대전방지제 1중량부, 셀룰로스아세테이트 1중량부, 망간산화물 3중량부, 질산칼슘수화물 1중량부, 삼산화알루미늄 1중량부를 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, 식물성 항균제 1중량부, 활성탄분말 1중량부, 대전방지제 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 1,2,3 및 비교예 1에 대해 인장강도 및 충격시험을 KS M 3401의 시험기준에 따라 시험하였으며, 그 결과는 [표 1]과 같다.

시험항목	KSM3401	실시예 1	실시예2	실시예3	비교예1
인장강도	23℃ 43MPa이상	50MPa	49MPa	54MPa	44MPa
충격시험	9Kg의 원뿔추로 높이 1.5m에서 떨어뜨릴 경우 이상 없을 것	2.3m에서 이상무	2.4m에서 이상무	2.2m에서 이상무	2.2m에서 이상무

상기 [표 1]에서 보는 바와 같이 실시 예 1 내지 3 및 비교 예 1은 모두 충격강도에서 KS 기준치를 만족하는 것을 알 수 있다. 또한 실시예 1 내지 3 및 비교 예 1은 인장강도에서 KS 기준치를 만족하는 것을 알 수 있다.

여기서 실시예 3의 경우가 가장 인장강도면에서 유리한 것을 알 수 있는데 이는 질산칼슘수화물 및 삼산화알루미늄을 더 첨가하여 경화열을 저하시킴에 의해 미세균열을 제어함에 의한 것으로 판단된다.

이러한 미세균열의 저하는 스케일 침적율 저하로 연결되므로 실시 예 3의 경우가 가장 바람직한 결과가 도출되는 것으로 판단된다. 한편 비교예 1의 경우가 인장강도면에서 가장 불리한 결과가 도출되는 것을 알 수 있는데 이는 실시 예 1 내지 3의 경우 탈취조성으로 알도헥소스가 첨가되나 비교예 1의 경우 탈취조성으로 활성탄분말이 첨가되어 활성탄분말의 흡착에 의해 조성간 탈리의 결과로 보여진다.

Claims (3)

1. 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 충진제 10내지 15중량부, 활제 1 내지 3중량부, 안정제 1 내지 3중량부, 충격보강제 5 내지 10중량부, 항균제 1 내지 5중량부, 알도헥소스 1 내지 3중량부, 대전방지제 0.5 내지 2중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 염화비닐관에 있어서,
   미세균열을 제어하기 위해 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 질산칼슘수화물 0.5 내지 1중량부와 삼산화알루미늄 0.5 내지 1중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 내식 및 내구성이 향상된 염화비닐관
   
2. 제 1항에 있어서,
   폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 셀룰로스아세테이트 0.5 내지 3중량부, 망간산화물 1 내지 5중량부가 더 배합되는 것을 특징으로 하는 내식 및 내구성이 향상된 염화비닐관.
   
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