KR101808736B1 - Manufacturing method of expanded polystyrene foam - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a foamed polystyrene foam, which comprises the following steps: adding 85 to 105 wt% of a polystyrene powder, 3 to 7 wt% of a flame retardant, 1 to 5 wt% of an expanded graphite powder or a loess powder, and 0.5 to 2 wt% of a nucleating agent to an extruder and melting the mixture to manufacture a molten material; and adding a foaming agent to the molten material and extruding the mixture, wherein the foaming agent is a mixed foaming agent in which a liquid foaming agent and a gas foaming agent are mixed. It is an object of the present invention to provide the method for manufacturing a foamed polystyrene foam having uniform size and shape by foaming to improve a heat insulating property and the strain rate by applying the mixed foaming agent to the foaming process.

Description

발포 폴리스티렌 폼의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF EXPANDED POLYSTYRENE FOAM}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for manufacturing expanded polystyrene foam,

본 발명은 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흑연 또는 황토를 포함하여 단열 성능을 향상시킨 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing expanded polystyrene foam, and more particularly, to a method for producing foamed polystyrene foam including graphite or loess to improve the heat insulating performance.

일반적으로 단열용으로 사용되는 폴리스티렌 폼은 단열 성능을 향상시키기 위하여 발포체의 팽창밀도, 첨가 재료를 최적화하고 있다.In general, the polystyrene foam used for thermal insulation optimizes the expansion density and the additive material of the foam in order to improve the heat insulation performance.

예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-0750626호 및 10-1484615호에서는 낮은 열전도도를 가지며 단열성이 우수한 발포체를 형성하기 위하여 흑연을 함유하며 조핵제, 발포제를 포함하는 폴리스티렌 폼의 제조방법이 개시되어 있다.For example, Korean Patent Publication Nos. 10-0750626 and 10-1484615 disclose a method for producing a polystyrene foam containing graphite and a nucleating agent and a foaming agent to form a foam having a low thermal conductivity and excellent in heat insulation property have.

상기 선행기술들에서는 물, 알코올, 가압화하여 액화된 HCFC류, 부탄, CO2, DMC 중 어느 하나를 발포제로 사용할 수 있는 것으로 기재되어 있는데, 이러한 발포제를 사용함으로써 30g/ℓ의 밀도를 달성하고 있다.In the prior art, it is described that any one of water, alcohol, pressurized and liquefied HCFCs, butane, CO 2 and DMC can be used as a blowing agent. By using such a blowing agent, a density of 30 g / have.

또한, 대한민국 공개특허공보 10-2017-0055437호에서는 단열성을 향상시키기 위하여 코팅용 수지 조성물로 코팅된 팽창 흑연 분말을 사용하고 있으며, 대한민국 등록특허공보 10-1179943호에서는 팽창 흑연과 황토를 사용한 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법이 개시되어 있다.In Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0055437, expanded graphite powder coated with a resin composition for coating is used in order to improve the heat insulation. In Korean Patent Registration No. 10-1179943, expanded graphite and expanded polystyrene A method of producing a foam is disclosed.

그러나 이러한 종래기술에 따른 폴리스티렌 폼은 발포에 의해 형성되는 기공의 균일성이 낮고 형태가 불규칙적이어서 폼의 전체적인 단열성능이나 생산 공정 조건에 따른 단열성능의 편차가 큰 문제점이 있어 이에 대한 개선이 요구되고 있다.However, the polystyrene foam according to the related art has a problem that the uniformity of the pores formed by the foaming is low and the shape is irregular so that the overall heat insulation performance of the foam or the variation of the heat insulation performance depending on the manufacturing process conditions is large, have.

대한민국 등록특허공보 10-0750626호Korean Patent Publication No. 10-0750626 대한민국 등록특허공보 10-1484615호Korean Patent Publication No. 10-1484615 대한민국 공개특허공보 10-2017-0055437호Korean Patent Publication No. 10-2017-0055437 대한민국 등록특허공보 10-1179943호Korean Patent Publication No. 10-1179943

본 발명은 상기와 같은 종래기술을 감안하여 안출된 것으로, 흑연 분말 또는 황토 분말을 포함하며 액상 및 기체 발포제를 혼합하여 발포 공정에 적용함으로써 단열성이 우수하며 변형율이 낮은 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived in view of the above-mentioned prior art, and provides a method for manufacturing a foamed polystyrene foam having excellent heat insulation and low strain by mixing graphite powder or loess powder and mixing it with a liquid and a gas foaming agent The purpose of that is to do.

또한, 혼합 발포제를 발포 공정에 적용함으로써 발포에 의해 형성되는 기포의 크기, 형상이 균일하여 단열성이 향상되고 변형율이 낮은 발포 폴리스티렌 폼을 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for producing a foamed polystyrene foam having a foamed foam having uniform size and shape and improved heat insulation and low strain rate by applying a mixed foaming agent to a foaming process.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법은 폴리스티렌 분말 85 내지 105 중량부, 난연제 3 내지 7 중량부, 팽창흑연 분말 또는 황토 분말 1 내지 5 중량부, 핵제 0.5 내지 2 중량부를 압출기에 투입하여 용융하는 용융물을 제조하는 단계; 상기 용융물에 발포제를 투입하여 압출하는 단계를 포함하되, 상기 발포제는 액체 발포제 및 기체 발포제를 혼합한 혼합 발포제인 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing expanded polystyrene foam, which comprises: mixing 85 to 105 parts by weight of polystyrene powder, 3 to 7 parts by weight of a flame retardant, 1 to 5 parts by weight of expanded graphite powder or loess powder, To produce a melt to be melted; And injecting the blowing agent into the melt and extruding the blowing agent, wherein the blowing agent is a mixed blowing agent in which a liquid blowing agent and a gas blowing agent are mixed.

이때, 상기 폴리스티렌 분말은 재생 폴리스티렌 분말을 30 내지 40 중량부 포함할 수 있다.At this time, the polystyrene powder may contain 30 to 40 parts by weight of the recovered polystyrene powder.

또한, 상기 혼합 발포제는 액체 발포제를 가열하여 기화하고, 상기 기화된 액체 발포제와 기체 발포제를 압출기 내에 동시에 투입하여 제조할 수 있다.The mixed foaming agent can be produced by heating and vaporizing the liquid foaming agent, and simultaneously injecting the vaporized liquid foaming agent and the gas foaming agent into the extruder.

또한, 상기 혼합 발포제를 구성하는 기체 발포제는 이산화탄소, 메탄, 프로판, 사이클로펜탄 중 어느 하나이며, 액체 발포제는 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The gas foaming agent constituting the mixed foaming agent is any one of carbon dioxide, methane, propane and cyclopentane, and the liquid foaming agent is any one of ethanol, propanol and isopropanol.

본 발명에 따른 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법에 따르면, 흑연 분말 또는 황토 분말을 포함하며 액상 및 기체 발포제를 혼합하여 발포 공정에 적용함으로써 단열성이 우수하며 변형율이 낮은 발포 폴리스티렌 폼의 제조할 수 있다.According to the method for producing a foamed polystyrene foam according to the present invention, a foamed polystyrene foam having excellent heat insulation and low strain can be produced by mixing graphite powder or loess powder and mixing the liquid and gas blowing agents and applying it to the foaming process.

또한, 혼합 발포제를 발포 공정에 적용함으로써 발포에 의해 형성되는 기포의 크기, 형상이 균일하여 단열성이 향상되고 변형율이 낮은 발포 폴리스티렌 폼을 제조할 수 있다.Further, by applying the mixed foaming agent to the foaming step, it is possible to produce a foamed polystyrene foam having a uniform size and shape of bubbles formed by foaming and having improved heat insulation and low strain rate.

도 1은 본 발명에 따른 발포 폴리스티렌 폼의 제조공정을 나타낸 공정도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a process diagram showing a production process of a foamed polystyrene foam according to the present invention. FIG.

이하, 본 발명에 따른 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for producing expanded polystyrene foam according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 발포 폴리스티렌 폼의 제조공정은 도 1에 도시된 바와 같다.The manufacturing process of the foamed polystyrene foam according to the present invention is as shown in FIG.

우선, 폼을 제조하기 위한 원료를 압출기에 투입하여 혼합 및 용융을 통해 용융물을 제조한다. 이 상태에서 발포제를 투입하여 발포 공정을 수행하는데, 상기 발포제는 액체 발포제와 기체 발포제를 혼합한 혼합 발포제를 사용하게 된다.First, a raw material for producing a foam is put into an extruder, and a melt is produced through mixing and melting. In this state, a blowing agent is injected to perform a foaming step. The foaming agent is a mixed foaming agent in which a liquid foaming agent and a gas foaming agent are mixed.

발포도나 기공의 형상은 발포제의 양, 온도 등의 공정 조건에 의해 영향을 받으나 발포제의 종류에 따른 영향도 작용하는 것으로 알려져 있다. 종래의 발포 공정에 사용되는 발포제는 프레온 가스(CFC류)였는데, 환경 문제로 인하여 사용이 엄격히 규제되고 있으므로, 다른 가스로 대체하고 있는 추세이다.The shape of the foams and pores is influenced by the process conditions such as the amount of the foaming agent and the temperature, and it is known that the effect depends on the type of the foaming agent. The blowing agent used in the conventional foaming process was a freon gas (CFC type). However, since the use thereof is strictly regulated due to environmental problems, the blowing agent is replaced with another gas.

이러한 발포제 가스로는 이산화탄소를 비롯하여 메탄, 프로판 등의 하이드로카본 가스, 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스를 사용할 수 있으나, 이러한 발포제 가스는 기존의 프레온 가스에 비해 발포 효율이 떨어지는 단점이 있어 발포 시 기공의 크기나 형태가 불균일하게 되는 문제가 있고, 이는 폴리스티렌 폼 제품의 단열성에 영향을 미치는 것으로 나타났다.As the foaming gas, carbon dioxide, hydrocarbons such as methane and propane, and inert gases such as helium and argon can be used. However, such a foaming gas has a disadvantage in that the foaming efficiency is lower than that of the existing freon gas. There is a problem that the shape of the polystyrene foam product becomes uneven, and this affects the heat insulating property of the polystyrene foam product.

발포 효율이 떨어지는 것은 단순히 발포체 기공의 크기나 형태에 국한되는 문제가 아니고 프레온 가스 외의 다른 가스를 사용하게 되면 동일한 밀도의 발포체를 성형하기 위하여 발포체의 두께가 더 두꺼워져야 하기 때문에 제품의 체적이 증가하게 되며, 동일한 체적의 발포체를 제조할 경우 프레온 가스를 발포제로 사용했을 때만큼의 밀도를 얻을 수 없다는 것을 의미한다.The lowering of the foaming efficiency is not limited to the size and shape of the pores of the foam. If the gas other than the freon gas is used, the thickness of the foam must be thicker in order to form the foam of the same density, And that when the foam of the same volume is produced, the density can not be obtained as much as when the Freon gas is used as the blowing agent.

이러한 문제점을 해결하기 위해 발포 공정을 최적화하기 위한 다양한 실험을 한 결과, 복합 발포제를 사용할 때 폴리스티렌 폼의 발포 효율을 향상시킬 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.As a result of various experiments to optimize the foaming process in order to solve such a problem, it has been found that the foaming efficiency of the polystyrene foam can be improved when the composite foaming agent is used, thereby completing the present invention.

본 발명의 발포 공정에 적용하는 복합 발포제는 기체 발포제와 액체 발포제를 혼합한 것을 사용하는데, 기체 발포제는 이산화탄소, 메탄, 프로판, 사이클로펜탄 중 어느 하나이며, 액체 발포제는 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 중 어느 하나일 때 최적의 발포 공정을 수행할 수 있는 것으로 나타났다.The composite foaming agent to be used in the foaming step of the present invention is a mixture of a gas foaming agent and a liquid foaming agent. The gas foaming agent is any one of carbon dioxide, methane, propane and cyclopentane. The liquid foaming agent is any one of ethanol, propanol, and isopropanol The optimum foaming process can be performed.

특히, 복합 발포제를 사용할 경우, 프레온 가스를 발포제로 사용하여 제조한 동일 성분의 발포체에 비해 약 20%의 두께를 감소시켜도 동일한 정도의 밀도를 확보할 수 있는 것으로 나타나 동일한 정도의 단열특성을 얻는데 제품의 체적을 크게 감소시켜 경량화가 가능한 것으로 나타났다.Particularly, when a composite foaming agent is used, the same degree of density can be ensured even when the thickness of the foaming agent of the same component is reduced by about 20% compared with the foaming agent produced by using the foaming agent as a foaming agent. It is possible to reduce the volume of the container by weight.

따라서 폼을 제조하기 위한 원료를 압출기에 투입하여 혼합 및 용융을 통해 용융물을 제조한 상태에서 압출기에 투입하는 발포제의 온도를 조절하며, 액상의 발포제를 기화시키기 위하여 액체 발포제 및 기체 발포제를 각각 가열하고 동시에 압출기에 투입하여 혼합시킴으로써 발포 공정을 수행하게 된다.Accordingly, the raw material for producing the foam is put into an extruder, the temperature of the blowing agent to be fed into the extruder is controlled in a state where the melt is produced through mixing and melting, and the liquid foaming agent and the gas foaming agent are heated to vaporize the liquid foaming agent At the same time, they are introduced into an extruder and mixed to perform a foaming process.

물론 종래기술인 대한민국 등록특허공보 10-0750626호나 대한민국 등록특허공보 10-1484615호에서 발포제로 물, 알코올, 프레온 가스, 부탄, 이산화탄소, DME를 나열하고 있어 기체 발포제와 액체 발포제가 모두 포함되고는 있으나, 이들을 조합함으로써 발포 성능을 향상시키고자 하는 본 발명의 특유한 해결수단에 대해서는 전혀 인식하고 있지 못하다.Of course, water, alcohol, freon gas, butane, carbon dioxide, and DME are listed as blowing agents in the prior art Korean Patent Registration No. 10-0750626 and Korean Patent Registration No. 10-1484615, and both gas foaming agent and liquid foaming agent are included, But they are not aware of the unique solution of the present invention for improving the foaming performance by combining them.

본 발명에서 폼을 제조하기 위한 원료는 폴리스티렌 분말 85 내지 105 중량부, 난연제 3 내지 7 중량부, 팽창흑연 분말 1 내지 5 중량부, 핵제 0.5 내지 2 중량부로 구성되는데, 팽창흑연 분말이 혼합되는 검은 색 계통의 제품을 최종적으로 얻을 수 있기 때문에 색상의 조절을 위하여 0.2 내지 0.9 중량부의 안료를 배합할 수 있으며, 용도에 따라 자외선 차단 특성을 부여하기 위해 자외선 차단제를 1 내지 2 중량부 배합할 수도 있다.The raw material for producing the foam in the present invention is composed of 85 to 105 parts by weight of polystyrene powder, 3 to 7 parts by weight of a flame retardant, 1 to 5 parts by weight of expanded graphite powder and 0.5 to 2 parts by weight of a nucleating agent, A color system product can be finally obtained. Therefore, 0.2 to 0.9 parts by weight of pigment may be blended for controlling the hue, and 1 to 2 parts by weight of an ultraviolet screening agent may be blended to impart ultraviolet shielding property depending on the application .

또한, 상기 폴리스티렌 분말은 재생 폴리스티렌 분말을 30 내지 40 중량부 포함할 수 있다. 즉, 폴리스티렌 분말 55 내지 65 중량부와 재생 폴리스티렌 분말 30 내지 40 중량부를 혼합하여 사용할 수 있다. 이 경우 원료의 단가를 낮추면서도 폐기물의 재활용이 가능하기 때문에 친환경적인 제품을 생산할 수 있다.The polystyrene powder may contain 30 to 40 parts by weight of the recycled polystyrene powder. That is, 55 to 65 parts by weight of polystyrene powder and 30 to 40 parts by weight of recovered polystyrene powder can be mixed and used. In this case, waste can be recycled while lowering the unit cost of raw materials, so that environmentally friendly products can be produced.

재생 폴리스티렌 분말은 전체 폴리스티렌 분말 중 45~70 중량%를 차지하게 되는데, 재생 폴리스티렌 분말을 너무 많이 사용하면 공정에 따른 제품의 단열특성의 편차가 커지며, 재생 폴리스티렌 분말을 너무 적게 사용하면 폐기물 재활용의 측면에서 경제성이 떨어지기 때문에 상기 범위 내에서 사용하는 것이 적합하다.The regenerated polystyrene powder accounts for 45 to 70% by weight of the total polystyrene powder. If too much regenerated polystyrene powder is used, the heat insulating property of the product varies greatly. If the regenerated polystyrene powder is used in an excessively small amount, It is suitable to use within the above range.

또한, 본 발명에서 팽창흑연은 단열특성을 향상시키기 위하여 사용되는 성분으로 종래기술에서 널리 사용되고 있는 것이다. 본 발명에서는 1000~1300 메쉬의 입도를 가진 팽창흑연 분말을 사용하는데 이는 단열특성의 향상뿐만 아니라 본 발명의 혼합 발포제를 사용하는 공정에서 기공의 크기나 형태의 균일성을 향상시키는 역할을 한다. 즉, 발포 과정에서 기공이 형성될 때 팽창흑연 분말이 형성된 기공의 가스 배출 구멍을 차단하는 역할을 하여 기공을 유지하게 해 주기 때문에 발포 후의 기공의 크기나 형태 균일성에 큰 영향을 미치는 것으로 파악되었다.In addition, expanded graphite in the present invention is widely used in the prior art as a component used for improving the heat insulating property. In the present invention, expanded graphite powder having a particle size of 1000 to 1300 mesh is used, which not only improves the heat insulating property but also improves the uniformity of pore size and shape in the process of using the mixed foaming agent of the present invention. That is, when the pores are formed in the foaming process, the expanded graphite powder plays a role of blocking the gas exhaust holes of the pores formed therein, and thus it has a great effect on the size and shape uniformity of the pores after foaming.

상기 팽창흑연은 1 내지 5 중량부의 범위에서 사용할 때 단열특성의 향상과 더불어 기공의 크기나 형태에서 가장 최적화된 결과가 얻어지는 것으로 나타났다. The expanded graphite showed the most optimized results in the size and shape of the pores as well as the improvement of the heat insulating properties when used in the range of 1 to 5 parts by weight.

또한, 대한민국 등록특허공보 10-1179943호에서 황토를 배합함으로써 난연 특성을 향상시킬 수 있는 점에 대해 기재되어 있다.Further, Korean Patent Publication No. 10-1179943 discloses that flame-retardant properties can be improved by blending yellow loam.

본 발명에서는 상기 황토를 단열특성의 향상을 위해 사용하는데 400~500 메쉬의 입도를 가진 황토 분말을 사용하는 것을 특징으로 한다. 이는 단열특성의 향상뿐만 아니라 본 발명의 혼합 발포제를 사용하는 공정에서 기공의 크기나 형태의 균일성을 향상시키는 역할을 하기 위해서이다. 즉, 발포 과정에서 기공이 형성될 때 황토 분말이 형성된 기공의 가스 배출 구멍을 차단하는 역할을 하여 기공을 유지하게 해 주기 때문에 발포 후의 기공의 크기나 형태 균일성에 큰 영향을 미치는 것으로 파악되었다.In the present invention, the loess having a particle size of 400 to 500 mesh is used to improve the heat insulating property. This is to improve not only the adiabatic property but also the uniformity of the pore size and shape in the process of using the mixed blowing agent of the present invention. That is, when the pores are formed in the foaming process, it plays a role of blocking the gas exhaust holes of the pores formed with the ocher powder, and thus it has a great influence on the size and shape uniformity of the pores after foaming.

상기 황토는 1 내지 5 중량부의 범위에서 사용할 때 단열특성의 향상과 더불어 기공의 크기나 형태에서 가장 최적화된 결과가 얻어지는 것으로 나타났다.It was found that the use of the loess in the range of 1 to 5 parts by weight improves the adiabatic property and the most optimized result in the size and shape of the pores.

또한, 본 발명의 폼을 제조하기 위한 원료로 난연제가 사용되는데, 이는 발포 폴리스티렌 폼을 단열재 등의 용도로 사용할 때 난연특성이 동시에 요구되기 때문이다.Further, a flame retardant is used as a raw material for producing the foam of the present invention, because flame retardant properties are simultaneously required when foamed polystyrene foam is used as an insulation material.

이러한 난연제로는 BDP(bisphenol A-bis(diphenyl phosphate), TPP(triphenyl phosphate), TCPP(tris(2-chloro isopropyl) phosphate), TDCP( tris(1,3-dichloro-2-propyl)phosphate), TCEP(tris(2-chloroethyl) phosphate) 등의 인계 난연제; DBDPO(decabromodiphenyl oxide), DBDPE( decabromodiphenyl ethane), BDDP(tetrabromobisphenol A bis (2, 3-dibromopropyl ether)), HBCD(hexabromocyclododecane), TBBA( tetrabromobisphenol A), BPS(brominated polystyrene) 등의 브롬계 난연제 중 어느 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있다.Examples of such flame retardants include bisphenol A-bis (diphenyl phosphate), TPP (triphenyl phosphate), TCPP (tris (2-chloro isopropyl) phosphate), TDCP (tris (1,3-dichloro- (PTFE), decabromodiphenyl oxide (DBDPE), tetrabromobisphenol A bis (2,3-dibromopropyl ether), HBCD (hexabromocyclododecane), TBBA (tetrabromobisphenol A), brominated polystyrene (BPS), and the like can be used.

상기 난연제 3 내지 7 중량부의 범위에서 사용하는데, 난연제의 함량이 너무 많으면 발포 공정이나 성형 공정에서 불량이 발생할 수 있으며, 너무 적으면 충분한 난연 특성을 얻을 수 없게 된다.If the content of the flame retardant is too large, defects may occur in the foaming step or the molding step. When the content is too small, sufficient flame retardancy characteristics can not be obtained.

또한, 핵제는 폴리스티렌의 발포를 유도하기 위하여 사용되는 것으로, 아연 스테아린산, 이산화티타늄, 아크라왁스 C, 에텐일벤젠 호모폴리머 중 어느 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있는데, 그 사용량은 0.5 내지 2 중량부가 적당하다. 즉, 핵제의 사용량이 너무 적으면 발포가 불충분하게 되며, 너무 많으면 발포제의 손실이 발생하여 변형이 일어나거나 발포체의 표면 균일성이 저하되는 문제가 있다. The nucleating agent is used to induce the foaming of polystyrene. Any one or more of zinc stearic acid, titanium dioxide, Accra wax C and ethenyl benzene homopolymer may be used. The amount of the nucleating agent used is 0.5 to 2 parts by weight Do. That is, if the amount of the nucleating agent used is too small, the foaming becomes insufficient, and if it is too much, loss of the foaming agent occurs and deformation may occur or the surface uniformity of the foam may be deteriorated.

상기와 같은 폼을 제조하기 위한 원료를 압출기에 투입하여 혼합 및 용융하게 되는데 용융온도는 180 내지 220℃의 범위이며 압출기 내부의 압력은 190 내지 210MPa이 적합하다. 용융온도는 혼합되는 모든 원료가 균일하게 용융되기 위한 온도로서 온도가 너무 낮으면 혼합 및 용융이 불균일해지며 온도가 너무 높으면 원료의 소실이 발생하거나 균일한 혼합이 어려워지는 문제가 있다. 또한, 압력이 너무 낮아도 혼합 및 용융이 불균일해지며 압력이 너무 높으면 압출기의 수명을 저하시키고 공정비용이 증가하기 때문에 부적합하다.The raw material for producing the foam is injected into an extruder to be mixed and melted. The melting temperature is in the range of 180 to 220 ° C and the pressure in the extruder is 190 to 210 MPa. The melting temperature is a temperature at which all the raw materials to be mixed are uniformly melted. If the temperature is too low, the mixing and melting become uneven. If the temperature is too high, the raw materials may be lost or uniformly mixed. Also, if the pressure is too low, the mixing and melting become uneven, and if the pressure is too high, the life of the extruder is shortened and the process cost is increased.

이러한 과정을 통해 용융된 원료에 발포제를 투입하게 되는데, 발포제는 가열된 상태의 원료에 투입되게 되므로 가열된 상태에서 투입되게 된다. 또한, 액체 발포제는 기화하여야 하므로 기화 온도 이상의 온도로 가열하여야 한다. 본 발명에서 사용되는 액체 발포제에 적용가능한 가열온도는 180~220℃이며, 기체 발포제 역시 동일한 온도로 가열한 후 압출기 내로 투입된다.Through this process, the foaming agent is injected into the molten raw material. Since the foaming agent is put into the heated raw material, the foaming agent is put in a heated state. In addition, the liquid foaming agent should be heated to a temperature higher than the vaporization temperature since it is necessary to vaporize. The heating temperature applicable to the liquid foaming agent used in the present invention is 180 to 220 ° C, and the gas blowing agent is also heated to the same temperature and then introduced into the extruder.

발포제는 압출기 내에 투입되면서 혼합되어 원료와 배합되게 되는데, 이 과정에서 발포가 일어나게 된다. 사용되는 발포제의 함량은 1 내지 15 중량부가 적당한데 발포제의 양이 너무 적으면 발포가 불충분해지며 발포제의 양이 너무 많아도 발포체의 표면 균일성이나 변형율이 나빠지게 되므로 상기 범위에서 사용하여야 한다.The foaming agent is mixed in the extruder and mixed with the raw material, and foaming takes place in this process. The amount of the blowing agent used is suitably from 1 to 15 parts by weight. If the amount of the blowing agent is too small, the foaming becomes insufficient, and if the amount of the blowing agent is too large, the surface uniformity or strain of the foam becomes poor.

또한, 기체 발포제와 액체 발포제의 혼합량은 1:1 내지 1:0.5의 부피비가 적합하며 상기 부피비는 가열되는 온도를 기준으로 하되 양 발포제의 가열되는 온도는 혼합을 고려하여 동일하여야 한다. 액체 발포제의 혼합양이 너무 적으면 기체 발포제만으로 발포한 것과 차이가 없어 발포 효율에서의 장점을 찾을 수 없으며, 액체 발포제의 혼합양이 너무 많아도 기공의 크기나 형태 균일성이 저하되는 것으로 나타나 상기 범위에서 사용하는 것이 최적의 발포 공정을 위해 필수적인 것으로 나타났다.The volume ratio of the gas blowing agent and the liquid foaming agent is preferably 1: 1 to 1: 0.5, and the volume ratio is based on the temperature at which the foaming agent is heated, but the heating temperature of the foaming agent should be the same in consideration of mixing. If the mixing amount of the liquid foaming agent is too small, there is no difference in the foaming efficiency between the foaming agent and the gas foaming agent alone. If the mixing amount of the liquid foaming agent is too large, the size and shape uniformity of the pore are decreased, Is essential for optimal foaming process.

본 발명에 따른 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법의 효과를 확인하기 위하여 발포 폴리스티렌 폼의 시제품을 제조하여 그 특성을 비교하였다.In order to confirm the effect of the manufacturing method of expanded polystyrene foam according to the present invention, a prototype of foamed polystyrene foam was prepared and the characteristics thereof were compared.

폴리스티렌 분말, 난연제, 팽창흑연 분말, 핵제를 표 1에서와 같은 비율로 압출기에 투입하고 가열하여 용융 및 혼합하였다. 또한, 폴리스티렌 분말, 난연제, 황토 분말, 핵제를 표 2에서와 같은 비율로 압출기에 투입하고 가열하여 용융 및 혼합하였다. Polystyrene powder, flame retardant, expanded graphite powder and nucleating agent were put into an extruder in the same ratio as in Table 1, heated, melted and mixed. Polystyrene powder, flame retardant, loess powder and nucleating agent were added to the extruder at the same ratios as in Table 2, heated, melted and mixed.

제조된 용융 원료에 표 1 및 표 2에서와 같이 발포제를 투입하고 발포한 후 성형 및 냉각하여 발포체를 각각 제조하였다. 난연제로는 BDDP를 사용하였으며, 핵제는 아연 스테아린산을 사용하였다. 또한, 팽창흑연 분말은 1300 메쉬로 분쇄된 것을 사용하였다. 표 1에서 단위는 중량부이다. 또한, 제조된 발포체는 두께 50㎜이며 길이 및 폭이 각각 1,000㎜가 되도록 재단하였다.The foaming agent was added to the prepared molten raw materials as shown in Tables 1 and 2, foamed, and molded and cooled to prepare foams. BDDP was used as a flame retardant and zinc stearate was used as a nucleating agent. In addition, the expanded graphite powder was pulverized to 1300 mesh. In Table 1, the unit is parts by weight. The prepared foam was cut to a thickness of 50 mm and a length and a width of 1,000 mm, respectively.

제조예1Production Example 1 제조예2Production Example 2 제조예3Production Example 3 제조예4Production Example 4 제조예5Production Example 5 제조예6Production Example 6 제조예7Production Example 7
won
Ryo
PSPS 6060 5555 6565 6060 6060 6060 6060
재생 PSPlay PS 3535 4040 3030 3535 3535 3535 3535 난연제Flame retardant 55 55 55 55 55 55 55 팽창흑연Expanded graphite 33 33 33 33 33 -- 1010 핵제Nucleating agent 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One

foot
artillery
My
CO2 CO 2 55 -- -- -- -- 55 55
CH4 CH 4 -- 55 -- -- -- -- -- propanepropane -- -- 66 -- -- -- -- cyclopentanecyclopentane -- -- -- -- -- -- -- ArAr -- -- -- -- 55 -- -- HCFC22HCFC22 -- -- -- 1010 -- -- -- DMEDME -- -- -- -- -- -- -- EtOHEtOH 55 -- 44 -- 55 55 55 PrOHPrOH -- 55 -- -- -- -- -- i-PrOHi-PrOH -- -- -- -- -- -- --

제조예8Production Example 8 제조예9Production Example 9 제조예10Production Example 10 제조예11Production Example 11 제조예12Production Example 12 제조예13Production Example 13 제조예14Production Example 14
won
Ryo
PSPS 6060 5555 6565 6060 6060 6060 6060
재생 PSPlay PS 3535 4040 3030 3535 3535 3535 3535 난연제Flame retardant 55 55 55 55 55 55 55 황토ocher 33 33 33 33 33 -- 1010 핵제Nucleating agent 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One

foot
artillery
My
CO2 CO 2 55 -- -- -- -- 55 55
CH4 CH 4 -- 55 -- -- -- -- -- propanepropane -- -- 66 -- -- -- -- cyclopentanecyclopentane -- -- -- -- -- -- -- ArAr -- -- -- -- 55 -- -- HCFC22HCFC22 -- -- -- 1010 -- -- -- DMEDME -- -- -- -- -- -- -- EtOHEtOH 55 -- 44 -- 55 55 55 PrOHPrOH -- 55 -- -- -- -- -- i-PrOHi-PrOH -- -- -- -- -- -- --

상기와 같이 제조된 발포체의 물성을 분석한 결과는 표 3 및 표 4와 같다. 표 3 및 표 4에서 열전도율은 평균온도 20±5℃에서 KS L 9016에 따라 측정하였으며, 변형률은 발포체를 30W 자외선 램프로 100시간 조사한 후 발포체의 길이에 대한 휘어짐(발포체 중심과 모서리의 길이 차이)을 백분율로 하여 계산하였다. 또한, 발포체의 단면을 절단한 후 광학현미경으로 100개의 기공에 대해 벽과 기공 사이의 평균직경을 측정하였다. 또한, 울트라피크노미터(Quantachrome)을 사용하여 ASTM D-2856에 따라 독립기포율을 측정하였다. 상기 독립기포율은 단위면적에 형성된 기포들 중 닫혀진 기포의 분율로서 독립기포율이 낮은 발포체의 경우 내구성이 감소하는 것으로 알려져 있다.The results of analyzing the physical properties of the foam thus prepared are shown in Tables 3 and 4. In Table 3 and Table 4, the thermal conductivity was measured according to KS L 9016 at an average temperature of 20 ± 5 ° C. The strain was determined by measuring the warpage (the difference between the center of the foam and the edge length) after the foam was irradiated with a 30 W ultraviolet lamp for 100 hours, As a percentage. Further, after cutting the cross section of the foam, an average diameter between the wall and the pores was measured with respect to 100 pores with an optical microscope. In addition, the closed cell ratio was measured according to ASTM D-2856 using an Ultra Peakometer (Quantachrome). It is known that the closed cell ratio is a fraction of the closed cells among the cells formed in the unit area, and the durability of the cells with a low closed cell ratio is decreased.

제조예1Production Example 1 제조예2Production Example 2 제조예3Production Example 3 제조예4Production Example 4 제조예5Production Example 5 제조예6Production Example 6 제조예7Production Example 7 밀도(g/ℓ)Density (g / l) 3030 3030 3030 3030 3030 3030 3030 열전도율(W/mK)Thermal conductivity (W / mK) 0.0260.026 0.0260.026 0.0270.027 0.0270.027 0.0270.027 0.0290.029 0.0260.026 변형률(%)Strain (%) 2.32.3 2.22.2 2.42.4 3.43.4 4.64.6 3.83.8 4.24.2 평균기공직경(㎛)Average pore diameter (占 퐉) 120120 122122 120120 124124 125125 142142 158158 기공직경편차(㎛)Pore diameter deviation (탆) 4646 4848 5252 6363 9595 6262 7878 독립기포율(%)Percentage of closed cells (%) 82.282.2 81.381.3 82.482.4 78.478.4 77.577.5 78.278.2 77.277.2

제조예8Production Example 8 제조예9Production Example 9 제조예10Production Example 10 제조예11Production Example 11 제조예12Production Example 12 제조예13Production Example 13 제조예14Production Example 14 밀도(g/ℓ)Density (g / l) 3030 3030 3030 3030 3030 3030 3030 열전도율(W/mK)Thermal conductivity (W / mK) 0.0270.027 0.0270.027 0.0260.026 0.0270.027 0.0260.026 0.0280.028 0.0260.026 변형률(%)Strain (%) 2.22.2 2.32.3 2.12.1 3.33.3 4.84.8 4.14.1 4.54.5 평균기공직경(㎛)Average pore diameter (占 퐉) 125125 127127 124124 125125 128128 148148 160160 기공직경편차(㎛)Pore diameter deviation (탆) 4444 4545 5050 6868 9898 7070 7474 독립기포율(%)Percentage of closed cells (%) 81.881.8 82.082.0 81.681.6 77.877.8 74.874.8 74.674.6 76.276.2

본 발명에 따른 혼합 발포제를 적용한 제조예 1 내지 3에서는 모두 열전도율, 변형률이 우수한 것으로 나타났고, 기공의 크기 편차도 상대적으로 적은 것으로 나타나 내구성이 향상되는 것으로 파악되었다. 이는 독립기포율이 높은 것으로부터도 확인할 수 있다.In Examples 1 to 3 in which the mixed foaming agent according to the present invention was applied, both the thermal conductivity and the strain were excellent, and the size variation of the pores was relatively small, and it was found that the durability was improved. This can be confirmed from the fact that the rate of independent air bubbles is high.

또한, 프레온 가스를 발포제로 사용한 제조예 4에서는 밀도, 열전도율은 모두 양호하였으나 변형률이 상대적으로 증가하는 것으로 나타났으며 독립기포율도 상대적으로 낮은 것으로 나타나 본 발명의 발포체에 비해 내구성이 낮은 것으로 나타났다. 즉, 본 발명에서와 동일한 정도의 내구성을 얻기 위해서는 발포체의 두께를 약 20% 증가시켜야 하는 것으로 나타났다.In Production Example 4 using Freon gas as a foaming agent, both the density and the thermal conductivity were favorable, but the strain was relatively increased and the closed cell ratio was also relatively low, indicating that the foam was less durable than the foam of the present invention. That is, in order to obtain the same durability as in the present invention, the thickness of the foam must be increased by about 20%.

또한, 아르곤 가스와 에탄올을 혼합하여 발포제로 사용한 제조예 5에서는 밀도, 열전도율은 모두 양호하였으나, 기공의 크기 편차가 상대적으로 커서 단열특성이 낮아지는 것으로 파악되었다. 특히, 독립기포율이 상대적으로 낮아 본 발명의 발포체에 비해 내구성이 낮은 것으로 나타났다.In Production Example 5 using argon gas and ethanol as a foaming agent, the density and the thermal conductivity were all good, but it was understood that the pore size variation was relatively large and the adiabatic characteristics were lowered. In particular, it has been found that the durability of the foam of the present invention is lower than that of the foam of the present invention.

제조예 6에서는 팽창흑연이 함유되지 않고 있는데 변형률이 증가하고 평균기공직경과 편차가 증가하는 것으로 나타나 내구성이 나빠지는 것으로 나타났다. 이는 팽창흑연의 첨가에 의한 기공의 가스 배출 구멍을 차단하는 효과가 발생하지 않기 때문으로 파악되며, 독립기포율이 현저하게 낮아지는 결과로부터도 이를 추측할 수 있다.Production Example 6 shows that the expanded graphite is not contained but the strain is increased and the average pore diameter and the deviation are increased, so that the durability is degraded. This is because the effect of blocking the gas vent holes of the pores due to the addition of the expanded graphite does not occur, and it can be estimated from the result that the closed cell ratio is remarkably lowered.

제조예 7에서 팽창흑연을 다량 함유하더라도 열전도율에서는 차이가 없었고, 평균 기공이 더 커지면서 기공 크기의 편차가 커지는 것으로 나타났다. 또한, 이러한 발포 특성으로 인하여 변형률이 커지는 것으로 나타났다.In Production Example 7, even when a large amount of expanded graphite was contained, there was no difference in the thermal conductivity, and the average pore became larger and the pore size deviation became larger. In addition, it was found that the strain was increased due to such foaming characteristics.

따라서 본 발명에 따른 발포 조건에 따라 발포 폴리스티렌 폼의 제조함으로써 발포체의 단열특성과 내구성이 우수하여 상대적으로 얇은 두께로도 종래의 프레온 가스를 사용하여 제조한 발포체와 동등한 정도의 물리적 특성을 가진 발포 폴리스티렌 폼을 제조할 수 있음을 확인하였다.Therefore, the foamed polystyrene foam according to the present invention can be produced by the production of foamed polystyrene foam, which is excellent in heat insulation properties and durability of the foamed product. Thus, even if the foamed foam is relatively thin, It was confirmed that the foam could be produced.

또한, 본 발명에 따른 혼합 발포제를 적용한 제조예 8 내지 10에서는 모두 열전도율, 변형률이 우수한 것으로 나타났고, 기공의 크기 편차도 상대적으로 적은 것으로 나타나 내구성이 향상되는 것으로 파악되었다. 이는 독립기포율이 높은 것으로부터도 확인할 수 있다.In addition, in Examples 8 to 10 in which the mixed foaming agent according to the present invention was applied, both the thermal conductivity and the strain were excellent, and the size variation of the pores was relatively small, and the durability was improved. This can be confirmed from the fact that the rate of independent air bubbles is high.

또한, 프레온 가스를 발포제로 사용한 제조예 11에서는 밀도, 열전도율은 모두 양호하였으나 변형률이 상대적으로 증가하는 것으로 나타났으며 독립기포율도 상대적으로 낮은 것으로 나타나 본 발명의 발포체에 비해 내구성이 낮은 것으로 나타났다. 즉, 본 발명에서와 동일한 정도의 내구성을 얻기 위해서는 발포체의 두께를 약 20% 증가시켜야 하는 것으로 나타났다.In Production Example 11 using Freon gas as a foaming agent, both the density and the thermal conductivity were favorable, but the strain was relatively increased and the closed cell ratio was also relatively low, indicating that the foam was less durable than the foam of the present invention. That is, in order to obtain the same durability as in the present invention, the thickness of the foam must be increased by about 20%.

또한, 아르곤 가스와 에탄올을 혼합하여 발포제로 사용한 제조예 12에서는 밀도, 열전도율은 모두 양호하였으나, 기공의 크기 편차가 상대적으로 커서 단열특성이 낮아지는 것으로 파악되었다. 특히, 독립기포율이 상대적으로 낮아 본 발명의 발포체에 비해 내구성이 낮은 것으로 나타났다.In Production Example 12 using argon gas and ethanol as a foaming agent, both the density and the thermal conductivity were good, but it was found that the pore size variation was relatively large and the adiabatic characteristics were lowered. In particular, it has been found that the durability of the foam of the present invention is lower than that of the foam of the present invention.

제조예 13에서는 황토가 함유되지 않고 있는데 변형률이 증가하고 평균기공직경과 편차가 증가하는 것으로 나타나 내구성이 나빠지는 것으로 나타났다. 이는 황토의 첨가에 의한 기공의 가스 배출 구멍을 차단하는 효과가 발생하지 않기 때문으로 파악되며, 독립기포율이 현저하게 낮아지는 결과로부터도 이를 추측할 수 있다.Production Example 13 shows that the durability is deteriorated due to the increase of the strain and the increase of the average pore diameter and the deviation, which are not contained in the loess. This is considered to be because the effect of blocking the gas vent holes of the pores due to the addition of the loess does not occur, and this can be inferred from the result that the closed cell ratio is remarkably lowered.

제조예 14에서 황토를 다량 함유하더라도 열전도율에서는 차이가 없었고, 평균 기공이 더 커지면서 기공 크기의 편차가 커지는 것으로 나타났다. 또한, 이러한 발포 특성으로 인하여 변형률이 커지는 것으로 나타났다.Even in the case of containing a large amount of yellow clay in Production Example 14, there was no difference in the thermal conductivity, and it was found that the average pore became larger and the pore size deviation became larger. In addition, it was found that the strain was increased due to such foaming characteristics.

따라서 본 발명에 따른 발포 조건에 따라 발포 폴리스티렌 폼의 제조함으로써 발포체의 단열특성과 내구성이 우수하여 상대적으로 얇은 두께로도 종래의 프레온 가스를 사용하여 제조한 발포체와 동등한 정도의 물리적 특성을 가진 발포 폴리스티렌 폼을 제조할 수 있음을 확인하였다.Therefore, the foamed polystyrene foam according to the present invention can be produced by the production of foamed polystyrene foam, which is excellent in heat insulation properties and durability of the foamed product. Thus, even if the foamed foam is relatively thin, It was confirmed that the foam could be produced.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken in conjunction with the present invention. Variations and changes are possible. Such variations and modifications are to be considered as falling within the scope of the invention and the appended claims.

Claims (5)

폴리스티렌 분말 85 내지 105 중량부, 난연제 3 내지 7 중량부, 팽창흑연 분말 또는 황토 분말 1 내지 5 중량부, 핵제 0.5 내지 2 중량부를 압출기에 투입하여 용융하는 용융물을 제조하는 단계;
상기 용융물에 발포제를 투입하여 압출하는 단계;
를 포함하는 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법으로서,
상기 발포제는 액체 발포제 및 기체 발포제를 혼합한 혼합 발포제이고,
상기 혼합 발포제는 액체 발포제를 가열하여 기화하고, 상기 기화된 액체 발포제와 기체 발포제를 압출기 내에 동시에 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법.
85 to 105 parts by weight of a polystyrene powder, 3 to 7 parts by weight of a flame retardant, 1 to 5 parts by weight of expanded graphite powder or loess powder, and 0.5 to 2 parts by weight of a nucleating agent into an extruder to produce a melt to be melted;
Introducing a foaming agent into the melt and extruding the melt;
A method for producing expanded polystyrene foam,
Wherein the foaming agent is a mixed foaming agent in which a liquid foaming agent and a gas foaming agent are mixed,
Wherein the mixed foaming agent is produced by heating and vaporizing the liquid foaming agent and simultaneously injecting the vaporized liquid foaming agent and the gas foaming agent into the extruder.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리스티렌 분말은 재생 폴리스티렌 분말을 30 내지 40 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polystyrene powder comprises 30 to 40 parts by weight of regenerated polystyrene powder.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 기체 발포제는 이산화탄소, 메탄, 프로판, 사이클로펜탄 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the gas foaming agent is any one of carbon dioxide, methane, propane, and cyclopentane.
청구항 1에 있어서,
상기 액체 발포제는 에탄올, 프로판올, 이소프로판올 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발포 폴리스티렌 폼의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the liquid foaming agent is any one of ethanol, propanol, and isopropanol.
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KR20220040612A (en) 2020-09-24 2022-03-31 고하연 Fire retardant polystyrene foam and making process thereof

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