KR101801136B1 - 파괴 저항성이 우수한 내변색성 항균 pvc 파이프 수지 조성물 및 그로부터 제조된 pvc 파이프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파괴 저항성이 우수한 내변색성 항균 PVC 파이프 수지 조성물 및 그로부터 제조된 PVC 파이프에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 내스크렛치성을 부여하는 폴리실록산 겔과 내충격성을 향상시키는 나노 탄산칼슘을 사용하여 파이프의 파괴 저항성을 향상시키고, 물에 대해 용출성을 갖는 규산염(나트륨, 칼슘 이온 함유)과 은의 혼합물 형태의 은계 항균제를 사용함으로써 기존의 비 용출성인 제올라이트와 은의 혼합물 형태의 은계 항균제대비 미량의 항균제를 사용하여도 동등한 항균 효과를 얻으며, 기존의 비용출성 항균제의 문제점인 변색 문제를 해결하여 상품성이 우수한 PVC 파이프를 제공하는 파괴 저항성이 우수한 내변색성 항균 PVC 파이프 수지 조성물 및 그로부터 제조된 PVC 파이프에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 PVC 수지 100 중량부에 대하여,
나트륨 이온 또는 칼슘 이온이 함유된 규산염과 은 이온이 혼합된 무기항균제 0.02∼0.1 중량부,
폴리실록산 겔 0.1∼2 중량부,
20∼80 나노미터의 입경을 갖는 나노 탄산칼슘 1∼10 중량부,
복합 계면활성제 0.01∼0.1 중량부,
1∼3 미크론의 입경을 갖는 탄산칼슘 충진제 1∼10 중량부, 및 ;
칼슘계 열안정제 2∼8 중량부, 왁스계 가공조제 1∼2 중량부, MBS계 충격보강제 2∼5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

파괴 저항성이 우수한 내변색성 항균 PVC 파이프 수지 조성물 및 그로부터 제조된 PVC 파이프{This excellent endomorphism dichroism-resistant resin composition destroy the antimicrobial PVC pipe and PVC pipe produced therefrom}
본 발명은 파괴 저항성이 우수한 내변색성 항균 PVC 파이프 수지 조성물 및 그로부터 제조된 PVC 파이프에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 내스크렛치성을 부여하는 폴리실록산 겔과 내충격성을 향상시키는 나노 탄산칼슘을 사용하여 파이프의 파괴 저항성을 향상시키고, 물에 대해 용출성을 갖는 규산염(나트륨, 칼슘 이온 함유)과 은의 혼합물 형태의 은계 항균제를 사용함으로써 기존의 비 용출성인 제올라이트와 은의 혼합물 형태의 은계 항균제대비 미량의 항균제를 사용하여도 동등한 항균 효과를 얻으며, 기존의 비용출성 항균제의 문제점인 변색 문제를 해결하여 상품성이 우수한 PVC 파이프를 제공하는 파괴 저항성이 우수한 내변색성 항균 PVC 파이프 수지 조성물 및 그로부터 제조된 PVC 파이프에 관한 것이다.
일반적으로 PVC(폴리염화 비닐, polyvinyl chloride) 파이프는 금속관의 부식 문제와 콘크리트관의 파손 문제를 개선한 플라스틱 관으로써 건축용 수도관과 하수관 등에 널리 사용된다. 그러나 PVC 수지는 강도는 우수하나 내충격성이 부족한 단점이 있어서 외부 충격에 의해 쉽게 파손되는 문제가 있으며 이러한 파괴저항성을 보강하는 발명이 많이 실시되었다.
대표적으로는, 수지 조성에서 MBS와 같은 충격보강제를 처방하여 PVC 파이프의 내충격성을 개선하고 있다. 한국 등록특허번호 제0964103호(2010. 06. 08. 등록)에는 가공조제를 포함하는 아크릴계 충격보강제 및 이를 포함한 PVC 조성물을 개시하고 있는데, 이 방법은 추가로 개질제를 첨가해야 한다는 점에서 가격경쟁력이 떨어지고 가공 부하가 상승하는 단점이 있다. 다른 한편으로는 PVC 파이프를 3층구조로 설계하여 중간층만 발포시켜 중간층이 외부의 충격을 흡수하는 방법도 고안되었으나, 이 경우 발포된 중간층과 발포되지 않은 내, 외부층의 용융 유동성의 차이로 인해 성형 불량이 증가하는 문제가 있다.
한편, PVC 수지는 성형 및 사용시 열과 빛에 의해 분해되는 문제가 있으므로, 이 단점을 해결하기 위해 열안정제, 가소제 및 광안정제 등의 유기물 첨가제를 필수적으로 처방하여야 한다. 그런데 이러한 유기물 첨가제들은 인체에 유해한 세균의 먹이감이 되어 PVC 파이프 표면에 세균이 번식하는 문제가 발생하고 이러한 세균의 번식 문제를 해결하기 위해 항균제를 사용하는 방법이 고안되었으며, 현재 상업적으로 널리 사용되는 것은 다공성 제올라이트에 은을 담지시킨 은계 항균제이다.
이러한 제올라이트에 함침된 은계 항균제는 인체에 무해하며 항균력이 우수하지만, 경시 변화에 따라 은 이온의 황변 문제가 발생하고, 청결한 이미지의 항균 제품의 색상이 누렇게 변함으로 상품성을 저해하는 치명적인 단점이 있다.
이러한 황변 문제를 해결하기 위해 여러가지 방법이 고안되었다, 대한민국 특허공고번호 제10-1991-7590호(1991. 09. 28. 공고)에서는 양쪽성 이온 특성을 갖는 암모늄 이온을 혼합함으로 변색된 은 이온을 환원시켜서 변색을 막는 효과가 있으나 이것을 플라스틱에 적용할 경우 고온의 성형시 유독한 암모니아 가스 및 냄새가 발생하는 단점이 있다.
또한, 대한민국 특허등록번호 제0797189호(2008.01.16. 공고)에서는 제올라이트계 무기항균제와 대전방지제를 혼합한 항균 PVC를 개시하며 통상 대전방지제는 양쪽서 이온 특징을 가지므로 변색을 막는 효과가 어느 정도 있으나 그 효과가 크지 않을 뿐 아니라, 추가적으로 처방된 과량의 대전방지제는 용융 가공 불량 및 성형품의 표면에 블루밍 현상을 야기하여 PVC 파이프의 열융착 불량 및 인쇄 불량을 발생시키는 단점이 있다.
문헌 1. 특허등록번호 제0964103호(2010. 06. 08. 등록) 문헌 2. 특허공고번호 제1991-0007590호(1991. 09. 28. 공고) 문헌 3. 특허등록번호 제0981118호(2010. 09. 02. 등록) 문헌 4. 특허등록번호 제1260031호(2013. 04. 25. 등록)
따라서 이러한 종래의 결점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 상기한 PVC 파이프의 파괴 저항성을 개선하고 항균제가 변색되는 문제점을 해결하기 위해, 파괴저항성이 우수한 내변색성 항균 PVC 조성물 및 그로부터 제조된 PVC 파이프를 제공하는 것에 목적이 있다
통상 플라스틱 제품의 파괴 거동은 제품 표면에 균열이 발생하는 개시 단계(Initiation)와 표면 균열이 제품 내부로 전이되는 전개 단계(Propagation)와 마지막으로 제품이 완전히 쪼개지는 종말 단계(Temination)로 진행된다.
따라서 PVC 파이프의 표면의 스크렛치 발생을 개선하면 제품 표면의 균열 발생을 억제할수 있고, 또한 PVC 파이프의 내충격성을 개선하면 표면의 균열이 내부로 전이되는 것을 억제할 수 있으므로, 결과적으로 PVC 파이프의 약점인 파괴저항성을 개선할 수 있다.
PVC 파이프의 표면에 스크렛치 발생을 억제하는 방법은 PVC 파이프 표면에 고무의 탄성을 가진 첨가제로 미세한 돌기를 만들어서 이 돌기가 스크레치를 발생시키는 외부의 힘과 접촉하고 그 힘을 흡수함으로 PVC 표면을 보호하는 방법이 있다.
이러한 첨가제로는 아크릴계 고무와 폴리실록산 겔이 효과가 있으며 특히 폴리실록산 겔은 플라스틱 내부에 미세 분산이 잘 되므로 내스크렛치 효과가 탁월하다.
한편, PVC 파이프용 조성물에는 강도 보강을 위해 통상 1~3 미크론 크기의 탄산칼슘이 충진제로 사용되는데, 이 탄산칼슘은 입자가 클수록 내충격성을 감소시키고 입자가 작을수록 내충격성을 보완하는 특징이 있다.
그런데 탄산칼슘의 입자가 작을수록 입자간의 정전기 응집이 증가하며 그 크기가 나노미터 수준이 되면 플라스틱 내부에 분산이 잘 안되고 도리어 미분산에 의해 내충격성이 떨어지는 역효과가 발생하므로 현재까지도 1∼3 미크론 크기의 탄산칼슘이 널리 사용되고 있다.
한편, 염료 산업에서는 나노 크기의 백색 안료 및 유기 염/안료를 분산시키기 위해 계면활성제를 사용하는데, 이 계면활성제는 양쪽성 이온특성을 가지므로 정전기를 제거하는데 효과가 있다.
본 발명에서 상기의 계면활성제를 나노 크기의 탄산칼슘에 적용한 결과 기존의 PVC 파이프보다 내충격성이 개선된 결과를 얻을 수 있었다.
또한, 기존의 제올라이트계 은 항균제의 변색 개선을 위해서 다양한 무기계 항균제를 실험하던 중 은보다 이온 할성도가 높은 저원자량의 금속염 성분이 혼합되면 변색된 은 이온을 환원시켜 은의 변색을 억제한다는 것을 발견하였다.
이것은 마치 변색된 은수저의 표면을 소금(Na-Cl)으로 문지르면 은수저가 다시 원색으로 돌아오는 현상과 같은 것이었다.
상기 금속 성분은 Li, Na, Mg, Ca 등 다양하나 상업적으로 저렴하고 효과적인 것은 Na와 Ca 금속염이 바람직한 것으로 나타났다.
한편, 상기의 금속염을 은과 함께 안정화시키는 방법으로는 물에 대해 용출성이 있는 규산염에 혼합하는 것이 가장 효과적임을 발견하였다. PVC 수지에 분산된 규산염이 서서히 용출되면서 완전 고체 상태의 제올라이트보다 상기 금속염과 은의 이온 교환 효과가 더 활발하여 은의 변색을 더 잘 막아주는 것으로 나타난다.
또한, 규산염의 용출 현상으로 물에 대한 은의 노출이 증가하며, 그 결과 기존의 제올라이트에 담지한 은계 항균제의 1/10 ∼ 1/5의 적은 량에서도 동등한 항균 효과를 발현하였다.
본 발명은 내스크렛치성을 부여하는 폴리실록산 겔과 20∼80 나노미터의 나노 탄산칼슘을 사용함으로써 파괴저항성이 개선된 PVC 파이프용 수지 조성물을 제공한다.
또한, 물에 대해 용출성을 갖는 규산염(나트륨, 칼슘계)과 은의 혼합물 형태의 은계 항균제를 사용함으로써 기존의 비 용출성인 제올라이트와 은의 혼합물 형태의 은계 항균제보다 미량의 항균제를 사용하여도 동일한 항균 효과를 얻으며, 또한 기존의 은계 항균제의 문제점인 변색 문제를 해결하여 상품성이 우수한 PVC 파이프용 수지 조성물을 제공한다.
이하에서 본 발명에 따른 파괴 저항성이 우수한 내변색성 항균 PVC 파이프 수지 조성물 및 그로부터 제조된 PVC 파이프에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
원료의 배합 조성은 PVC 수지 100 중량부에 대하여 각 원료를 중량부로 투입하였다.
내스크렛치성은 시편에 0.3kg/f의 하중을 가하고 0.2회/min의 속도로 ?은 후 표면을 관찰하였다.
인장강도는 KS M 3401 규격을 기준으로 측정하였고, 충격시험은 아이조드 충격기로 측정하였다.
항균성 시험은 대장균과 황색포도상구균을 35℃와 RH 90%에서 24hr 정치 배양한 후 대조시료의 생균수대비 항균시료의 생균수의 감소율을 %로 측정하였다.
변색도는 가로세로 각각 5cm의 시편을 제작하고 15일간 햇볕에 노출시키는 옥외 폭로 실험 후 Color Meter(대만제 TES-135A)로 각 시편의 Yellow Index 값을 측정하였다.
본 발명은 PVC 수지 100 중량부에 대하여,
나트륨 이온 또는 칼슘 이온이 함유된 규산염과 은 이온이 혼합된 무기항균제 0.02∼0.1 중량부,
폴리실록산 겔 0.1∼2 중량부,
20∼80 나노미터의 입경을 갖는 나노 탄산칼슘 1∼10 중량부,
복합 계면활성제 0.01∼0.1 중량부,
1∼3 미크론의 입경을 갖는 탄산칼슘 충진제 1∼10 중량부, 및 ;
칼슘계 열안정제 2∼8 중량부, 왁스계 가공조제 1∼2 중량부, MBS계 충격보강제 2∼5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
PVC 파이프는 그 단면이 외부층과 중심층 및 내부층의 3층 구조와 외부층과 중심층의 2층 구조 중 어느 하나의 구조를 가지며,
상기 내부층은,
PVC 수지 100 중량부에 대하여,
나트륨 이온 또는 칼슘 이온이 함유된 규산염과 은 이온이 혼합된 무기항균제 0.02∼0.1 중량부,
1∼3 미크론의 입경을 갖는 탄산칼슘 충진제 1∼10 중량부, 칼슘계 열안정제 2~8 중량부, 왁스계 가공조제 1~2 중량부, MBS계 충격보강제 2∼5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
PVC 파이프는 그 단면이 외부층과 중심층 및 내부층의 3층 구조와 외부층과 내부층의 2층 구조 중 어느 하나를 가지며, 상기 3층 구조의 외부층 및 중심층과 2층 구조의 외부층은,
PVC 수지 100 중량부에 대하여,
폴리실록산 겔 0.1∼2 중량부,
20∼80 나노미터의 입경을 갖는 나노 탄산칼슘 1∼10 중량부,
복합 계면활성제 0.01~0.1 중량부,
1∼3 미크론의 입경을 갖는 탄산칼슘 충진제 1∼10 중량부, 및 ;
칼슘계 열안정제 2∼8 중량부, 왁스계 가공조제 1∼2 중량부, MBS계 충격보강제 2∼5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 파괴 저항성이 우수한 내변색성 항균 PVC 파이프는 상기 조성물을 이용하여 제조하는 것이며, 항균 성능과 내스크렛치성을 갖고, 수도관, 하수관, 우수관과 같은 지중 매설 및 건축용 등으로 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 규산염계 은 이온이 혼합된 무기항균제(일본산 상품명 Biosure) 0.07 중량부, 폴리실록산 겔(미국산 상품명 Multibase MB) 1 중량부, 60 나노미터의 입경을 갖는 탄산칼슘 5 중량부, 복합 계면활성제 0.05 중량부, 1 미크론의 입경을 갖는 탄산칼슘 충진제 5 중량부 및 칼슘계 열안정제 3 중량부, 왁스계 가공조제 1 중량부, MBS계 충격보강제 2 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 규산염계 은 이온이 혼합된 무기항균제(일본산 상품명 Biosure) 0.07 중량부, 폴리실록산 겔(미국산 상품명 Multibase MB) 1 중량부, 60 나노미터의 입경을 갖는 탄산칼슘 3 중량부, 복합 계면활성제 0.05 중량부, 1 미크론의 입경을 갖는 탄산칼슘 충진제 7 중량부 및 칼슘계 열안정제 3 중량부, 왁스계 가공조제 1 중량부, MBS계 충격보강제 2 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 규산염계 은 이온이 혼합된 무기항균제(일본산 상품명 Biosure) 0.07 중량부, 폴리실록산 겔(미국산 상품명 Multibase MB) 1 중량부, 60 나노미터의 입경을 갖는 탄산칼슘 10 중량부, 칼슘계 열안정제 3 중량부, 왁스계 가공조제 1 중량부, MBS계 충격보강제 2 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
[비교예 1]
본 발명은 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 1 미크론의 입경을 갖는 탄산칼슘 충진제 10 중량부, 칼슘계 열안정제 3 중량부, 왁스계 가공조제 1 중량부, MBS계 충격보강제 2 중량부, 제올라이트계 은 항균제 0.5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
[비교예 2]
본 발명은 PVC 수지 100 중량부에 대하여, 1 미크론의 입경을 갖는 탄산칼슘 충진제 10 중량부, 칼슘계 열안정제 3 중량부, 왁스계 가공조제 1 중량부, MBS계 충격보강제 2 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
하기 [표 1]에 나타낸 배합에 따라 PVC 파이프를 제작하고, 파이프의 물성을 측정하여 [표 2]에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
PVC 수지 100 100 100 100 100
칼슘계 열안정제 3 3 3 3 3
폴리실록산 겔
(미국산 상품명 Multibase MB)		 1 1 1 - -
입경 60 나노미터인 탄산칼슘
(중국산 상품명 CSN-88)		 5 3 10 - -
복합계면활성제
(영국산 상품명 Solplus)		 0.05 0.05 - - -
입경 1 미크론인 탄산칼슘 5 7 - 10 10
왁스계 가공조제 1 1 1 1 1
MBS 충격보강제 2 2 2 2 2
규산염계 은 항균제 (일본산 상품명 Biosure) 0.07 0.07 0.07 - -
제올라이트계 은 항균제 - - - 0.5 -
시험항목 단위 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3
인장강도 N/m2 52 52 39 47 48
아이조드 충격강도 kgf cm/cm 8.2 8.4 6.0 7.3 6.8
내스크렛치성 - 우수 우수 우수 보통 보통
항균력(대장균) 감소율 % 99% 이상 99% 이상 99% 이상 99% 이상 -
항균력(포도상구균) 감소율 % 99% 이상 99% 이상 99% 이상 99% 이상 -
변색도 YI 값 38.1 34.3 35.6 118.5 30.7
상기 [표 1]과 [표 2]에서 알 수 있듯이, 나노 탄산칼슘을 복합계면활성제와 혼합 사용한 경우 인장강도와 아이조드 충격강도가 상승하였다. 그리고 폴리실록산 겔을 사용한 경우 내스크렛치성이 개선되는 결과를 얻었다. 또한 용출성 규산염계 은 항균제를 사용한 경우 기존의 제올라이트계 은 항균제보다 적은 량을 사용하여도 동등한 항균력을 나타내므로 원가절감의 효과가 있고 특히 제올라이트계 은 항균제의 단점인 변색 문제가 개선되는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구범위에서 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims (4)

  1. PVC 수지 100 중량부에 대하여,
    나트륨 이온과 칼슘 이온 중 어느 하나가 함유된 규산염과 은 이온이 혼합된 무기항균제 0.02∼0.1 중량부,
    폴리실록산 겔 0.1∼2 중량부,
    20∼80 나노미터의 입경을 갖는 나노 탄산칼슘 1∼10 중량부,
    복합 계면활성제 0.01∼0.1 중량부,
    1∼3 미크론의 입경을 갖는 탄산칼슘 충진제 1∼10 중량부, 및 ;
    칼슘계 열안정제 2∼8 중량부, 왁스계 가공조제 1∼2 중량부, MBS계 충격보강제 2∼5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파괴 저항성이 우수한 내변색성 항균 PVC 파이프 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. PVC 파이프는 그 단면이 외부층과 중심층 및 내부층의 3층 구조와 외부층과 내부층의 2층 구조 중 어느 하나를 가지며, 상기 3층 구조의 외부층 및 중심층과 2층 구조의 외부층은,
    PVC 수지 100 중량부에 대하여,
    폴리실록산 겔 0.1∼2 중량부,
    20∼80 나노미터의 입경을 갖는 나노 탄산칼슘 1∼10 중량부,
    복합 계면활성제 0.01~0.1 중량부,
    1∼3 미크론의 입경을 갖는 탄산칼슘 충진제 1∼10 중량부, 및 ;
    칼슘계 열안정제 2∼8 중량부, 왁스계 가공조제 1∼2 중량부, MBS계 충격보강제 2∼5 중량부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파괴 저항성이 우수한 내변색성 항균 PVC 파이프 수지 조성물.
  4. 청구항 1항 및 제3항 중 어느 한 항의 조성물로 제조되며, 항균 성능과 내스크렛치성을 갖는 것을 특징으로 하는 파괴 저항성이 우수한 내변색성 항균 PVC 파이프.
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