KR101860494B1 - 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관 - Google Patents

Abstract

본 발명의 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 복합안정제 3 내지 8중량부, 가공조제 0.2 내지 1.5중량부, 충진제 1 내지 10중량부, 이산화티탄 0.2 내지 1.5중량부, 분산제 0.2 내지 1.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관{polyvinyl-chloride pipe}

본 발명은 내충격성 및 평활도가 향상된 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 극한조건에서 내충격성이 만족되는 기술의 요구가 있다.

대한민국 특허등록 제601004호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 동절기 등 극한조건에서도 내충격성이 발현되도록 하고 이에 더하여 관 표면의 스케일 침적을 방지하여 평활도가 우수한 염화비닐관을 제공하고자 함이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 복합안정제 3 내지 8중량부, 가공조제 0.2 내지 1.5중량부, 충진제 1 내지 10중량부, 이산화티탄 0.2 내지 1.5중량부, 분산제 0.2 내지 1.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 충진제에는 헥토라이트와 부틸고무가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 타타르산 0.1 내지 0.5중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 에틸렌글리콜 0.1 내지 0.5중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 테트라플루오로에틸렌과 옥틸트리에톡시실란 혼합물 0.2 내지 1.5중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 티타늄황화물 0.2 내지 1.5중량부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

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

또한 본 발명에 따른 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관은 내주연에 각종 스케일의 발생을 제어하여 스케일 침적에 의한 부식 및 악취를 제어토록 하고 평활도를 향상시켜 마찰저항을 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관에 대한 표면거칠기 실험성적서

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관은 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 복합안정제 3 내지 8중량부, 가공조제 0.2 내지 1.5중량부, 충진제 1 내지 10중량부, 이산화티탄 0.2 내지 1.5중량부, 분산제 0.2 내지 1.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리염화비닐(PVC) 레진의 평균 중합도는 970∼1,050의 범위 내인 것을 사용함이 바람직하다. 이는 중합도가 970 미만으로 되는 경우 인장강도가 저하되는 문제가 있고, 1,050을 초과하는 경우 가공성이 저하되는 문제가 있어 상기와 같이 한정하는 것이 바람직하다.

상기 복합안정제로는 무독성, 비납계가 사용됨이 타당하며 예로 틴계, 칼슘징크가 사용될 수 있다. 상기 복합안정제는 3 내지 8중량부로 배합됨이 바람직한 바, 이러한 복합안정제는 가공을 위해 가해지는 열에 의한 폴리염화비닐 레진의 탄화를 방지해 주는 역할을 하는데, 그 배합비가 3중량부 미만으로 사용되는 경우 그 효과가 미미하고, 8중량부를 초과하는 경우 충격강도가 저하되고, 생산원가 상승의 문제가 있어 이와 같이 한정한다.

상기 가공조제는 본 발명의 제조에 있어 가공성을 증진시키기 위한 것으로 다양한 공지의 재질이 존재하므로 그 상세 설명은 생략한다.

상기 충진제는 탄산칼슘 등 다양한 공지의 재질이 사용될 수 있다. 이러한 충진제는 그 배합비를 1 내지 10중량부로 한정을 하는 바, 이는 1중량부미만으로 배합되는 경우 강도보강 등의 기능이 미미하며, 10중량부를 초과하는 경우에는 폴리염화비닐 레진 등 이질의 재질과의 부착력이 저하됨에 의해 강도상의 문제가 발생할 수 있는 바, 이와 같이 한정한다.

특히 본 발명에서는 상기 충진제에 헥토라이트와 부틸고무가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 헥토라이트는 타 조성들의 접착력을 유지하여 내충격성을 보강하기 위한 것으로 폴리염화비닐(PVC) 레진과 혼합력도 우수하여 전체적으로 균일한 내충격성 보강의 효능이 발현되도록 하는 것이다. 또한 헥토라이트가 전체적으로 균일하게 혼합되어 관 전체에 걸쳐 정전기 발생을 제어하여 정전기에 의해 이물질이 관 표면에 침적되는 것을 방지토록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 충진제에 상기 헥토라이트에 더하여 부틸고무가 첨가되도록 하는 것인데 상기 부틸고무는 이소부틸렌과 소량의 이소프렌을 낮은 온도에서 액체상태로 이온중합한 고무로서, 순도 99% 이상의 이소부틸렌에 1.5∼4.5%의 이소프렌 혼합물과 순수한 메틸클로라이드를 넣고 촉매제로 무수염화알루미늄을 넣은 뒤 중합반응기에 넣어 약 -100℃의 낮은 온도에서 중합하여 만들며, 불포화도와 무늬점도 및 오염이 있고 없음에 따라 할로겐화 부틸고무와 폴리이소부틸렌 등 여러 종류로 나뉜다. 이러한 부틸고무는 충격을 잘 흡수하며 특히 저온에서도 탄성체가 잘 결정화하지 않으므로 -50℃ 정도의 낮은 온도에서도 유연성을 가진다.

상기 부틸고무를 충진제의 일 구성으로 첨가토록 하는 이유는 내충격성을 강화하는 것은 물론 상기에서 언급한 바와 같이 저온에서도 탄성을 잃지 않는 재질특성에 의해 본 발명의 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관이 동결융해가 반복되는 과정에서 페이스트의 계속적인 신축에도 이러한 신축에 대한 충격을 상기 부틸고무가 완화토록 하여 내한성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

즉 저온에서 페이스트에 동결융해가 반복되면 반복적인 신축에 의해 페이스트에 균열이 발생될 수 있는데 상기 부틸고무가 저온에서도 탄성을 유지할 수 있어 이러한 신축을 보상할 수 있으므로 동결융해에 따른 페이스트의 균열 등의 이상을 제어할 수 있게 되는 것이다.

또한 상기 헥토라이트가 극저온에서 접착력 저하로 페이스트의 충격저항성의 향상에 기여하는 바가 미미할 수 있는데 이를 부틸고무가 보완하는 것으로 부틸고무의 첨가로 극저온에서도 내충격성이 유지되도록 하는 것이다.

이와 같이 본 발명의 충진제에는 헥토라이트와 부틸고무 혼합물이 포함되어 내충격성을 강화하면서 정전기발생을 제어하고 내동해성(내한성)을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

바람직하게 상기 헥토라이트와 상기 부틸고무는 중량비로 (20 내지 80):(80 내지 20)으로 배합한 혼합물을 사용하고 전체 충진제는 탄산칼슘과 상기 혼합물을 중량비로 (80 내지 20):(90 내지 10)으로 배합하여 사용됨이 타당하다.

또한 본 발명에서는 상기 충진제에 의한 충격보강에 더하여 충격보강제가 첨가될 수 있는데 예로 MBS(Methyl Methacrylate-Butadiene Styrene), 아크릴계, 부타디엔계 중 1 또는 2이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

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.

상기 분산제는 조성들간의 균일한 분산이 이루어지도록 하여 물성의 균일성이 유도되도록 하는 것으로 다양한 공지의 재질이 존재하므로 그 상세 설명은 생략한다.

한편 본 발명에서는 상기 조성들 외에도 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 타타르산 0.1 내지 0.5중량부가 더 포함되는 예도 제시하고 있다.

이렇게 타타르산이 첨가되도록 하는 이유는 상기 조성들에 의해 페이스트가 경화하는 과정에서 급격히 경화가 이루어지면 페이스트에 온도균열이 발생될 수 있는데 상기 타타르산은 열을 흡수하여 경화가 더디게 이루어지도록 함으로써 온도균열을 제어토록 하고 경화가 더디게 이루어지도록 하여 성형성을 향상시킬수 있도록 하는 것이다. 상기 타타르산이 상기 배합범위를 초과하여 첨가되는 경우 필요이상으로 경화가 더디게 되어 오히려 강도를 저하시킬 수 있는 문제가 있다.

또한 본 발명에서는 상기 조성들 외에도 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 에틸렌글리콜 0.1 내지 0.5중량부가 포함되는 예도 제시한다.

상기 에틸렌글리콜은 저온에서 성형이 되더라도 배합물이 동결되지 않고 성형이 이루어지도록 하여 계절에 상관없이 성형성이 유지되도록 하는 것이며 특히 동결융해가 반복이 되어도 부착성능이 저하가 없어 페이스트의 내구성이 유지되도록 하는 것이다.

즉 에틸렌글리콜의 첨가에 의해 저온에서 생산시에도 제품의 균일성이 유지되도록 하는 것이며 동결융해가 반복되는 환경에서도 페이스트의 내구성이 유지되도록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 상기 조성들 외에도 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 테트라플루오로에틸렌과 옥틸트리에톡시실란 혼합물 0.2 내지 1.5중량부가 포함되도록 하는 예를 제시한다.

상기에서 충진제의 일 구성으로 헥토라이트가 첨가되도록 하여 정전기를 방지함에 따른 관 표면에 스케일이 침적되는 것을 제어토록 하나 그 외에도 물성분과 기름성분이 침적되어 관 표면에 스케일이 침적으로 평활도가 저하되고 부식 등이 유발되는 문제가 발생될 수 있다.

이에 본 발명에서는 테트라플루오로에틸렌과 옥틸트리에톡시실란 혼합물이 더 첨가되도록 하여 물성분과 기름성분에 의한 스케일의 발생을 제어토록 하는 것이다.

상기 테트라플루오로에틸렌은 내유성을 가지는 조성으로 상기 테트라플루오로에틸렌의 첨가에 의해 기름성분에 의한 스케일 침적을 방지토록 하는 것이다. 특히 상기 테트라플루오로에틸렌은 저온에서도 기능발현성이 우수하여 저온에서 기름성분의 침적을 방지토록 하는 것이다.

상기 옥틸트리에톡시실란은 표면 발수력을 향상시키도록 하는 구성으로 관 표면에 물 성분에 의해 침적되는 것을 제어토록 하는 것이다.

이와 같이 테트라플루오로에틸렌과 옥틸트리에톡시실란 혼합물은 0.2 내지 1.5중량부가 포함되는데, 그 첨가량이 너무 적으면 충분한 발수 성능의 확보가 어렵고, 과량이 되면 비경제적일 뿐 아니라 상대적으로 다른 성분의 함량이 적어지게 되어 다른 성능의 확보가 충분히 되지 못하기 때문이다.

즉, 테트라플루오로에틸렌과 옥틸트리에톡시실란 혼합물은 발수효과와 함께 관 표면이 물 및 기름에 의해 오염되지 않으면서도 유체흐름에 의해 간단히 씻겨져 나갈 수 있도록 하여 내오염성이 뛰어나고 관의 평활도의 유지성이 커서 유체와 관의 마찰저항을 줄일 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명에서는 상기 조성들 외에도 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 티타늄황화물 0.2 내지 1.5중량부가 포함되는 예를 제시한다.

상기 티타늄황화물은 관의 표면에 공극이 발생되어 관 표면의 평활도를 저하시켜 마찰저항을 크게하는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한 이러한 표면공극에는 이물질이 침적되어 부식 등을 유발하는 문제점도 있다.

이러한 표면공극은 페이스트의 알카리 성분과 금속성분 등이 반응하여 수소가스를 발생시켜 수소고용 능력이 과포화 되면 경화과정 등에서 수소가 페이스트 조직 외부로 방출되면서 페이스트 표면에 공극, 균열 등이 형성됨에 기인한 것이다. 이렇게 발생된 표면공극은 평활도를 불량하게 할 뿐 아니라 향후적으로 표면공극으로 스케일이 생성되어 부식 등 내구성 저하의 요인이 되는 것이다.

이에 본 발명에서는 티타늄황화물이 더 첨가되도록 하는 것인데 티타늄황화물에 의해 수소를 고정시키도록 하는 것으로 티타늄황화물에 의해 수소를 고정시킴으로써 관 표면의 미세공극의 발생을 제어토록 하는 것이다

이하에서는 본 발명의 실험 예를 바탕으로 그 실시 예를 설명한다.

중합도 1000의 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여, 복합안정제 3중량부, 가공조제 0.2 내지 1.5중량부, 충진제(탄산칼슘, 헥토라이트, 부틸고무 혼합물) 10중량부, 이산화티탄 1중량부를 배합하고, 고속배합기에 투입 120℃로 가동하고, 배출한 후에 냉각기에 투입하여 15℃에 냉각수를 순환시켜 5분간 냉각기 가동 후 압출기를 통해 관을 제조하였다.

중합도 1000의 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여, 복합안정제 3중량부, 가공조제 0.2 내지 1.5중량부, 충진제(탄산칼슘, 헥토라이트, 부틸고무 혼합물) 10중량부, 이산화티탄 1중량부, 타타르산 0.1중량부, 에틸렌글리콜 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 1>

중합도 1000의 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여, 복합안정제 3중량부, 가공조제 0.2 내지 1.5중량부, 충진제(탄산칼슘, 헥토라이트 혼합물) 10중량부, 이산화티탄 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 1000의 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여, 복합안정제 3중량부, 가공조제 0.2 내지 1.5중량부, 충진제(탄산칼슘, 헥토라이트 혼합물) 10중량부, 이산화티탄 1중량부, 타타르산 0.1중량부, 에틸렌글리콜 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 0ㅁ3℃인데 반해 본 실험의 경우 -20℃에서 충격실험을 진행하였다.

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(-20℃)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 타타르산 및 에틸렌글리콜이 더 첨가됨에 기인한 것으로, 타타르산에 의해 미세균열의 제어에 기인한 것으로 판단되며 에틸렌글리콜에 의해 페이스트의 동결을 방지함에 기인한 것으로 판단된다.

한편 실시예 1과 비교예 1을 비교하면 실시예 1은 충진제(탄산칼슘, 헥토라이트, 부틸고무 혼합물)가 배합된 시료이고 비교예 1은 충진제(탄산칼슘, 헥토라이트 혼합물)가 배합된 시료인데 실시예 1만이 내충격성에서 극한온도조건에서도 기준을 만족하는 것을 알 수 있다.

이는 상기에서 언급한 바와 같이 충진제에 부틸고무가 더 첨가됨에 기인한 것으로 판단되는데 부틸고무의 경우 상기에서 언급한 바와 같이 저온에서 탄성이 유지되는 성질에 기인하여 실시 예 1의 경우가 극한저온에서도 충격강도를 만족하는 것을 알 수 있다.

인장강도면에서는 실시예 2의 경우가 가장 만족스러운 결과를 도출하고 있는데 이는 타타르산에 의해 경화과정에서 발생되는 미세균열을 제어함에 기인한 것으로 판단된다.

<표면거칠기 시험>

상기 실시예 2와 동일한 배합을 한 시료를 가지고 표면거칠기 실험을 진행하였다. 그 결과가 도 1에 도시되고 있는 바, 표면거칠기에 대한 실험결과치가 기존 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관에 비해 우수한 결과가 도출되는 것을 알 수 있다. 이는 헥토라이트에 의한 정전기 방지, 타타르산에 의한 미세균열 제어 등의 원인에 기인한 것으로 판단된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (6)

1. 폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 복합안정제 3 내지 8중량부, 가공조제 0.2 내지 1.5중량부, 충진제 1 내지 10중량부, 이산화티탄 0.2 내지 1.5중량부, 분산제 0.2 내지 1.5중량부, 테트라플루오로에틸렌과 옥틸트리에톡시실란 혼합물 0.2 내지 1.5중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 충진제에는 헥토라이트와 부틸고무가 포함되는 것을 특징으로 하는 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관.
   
3. 제 1항에 있어서,
   폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 타타르산 0.1 내지 0.5중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관.
   
4. 제 1항에 있어서,
   폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 에틸렌글리콜 0.1 내지 0.5중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관.
   
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   폴리염화비닐 레진 100중량부에 대하여 티타늄황화물 0.2 내지 1.5중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 내충격성 및 평활도가 향상된 염화비닐관.

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