KR101879316B1 - 저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체 - Google Patents

저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 PS를 일반적인 신발용 컴파운드 제조 공정(100℃ 이하)에서 배합 가능하도록 저융점화시키고, 이를 이용하여 0.10 이하의 비중을 가지는 초경량 발포체를 제조할 수 있도록 함으로써, 상기와 같이 경량화를 구현하면서도 60C(Shore C) 이상의 경도를 가질 수 있도록 하는, 저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체에 관한 것이다.

Description

저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체{LOW SPECIFIC GRAVITY FOAM COMPOSITIONS AND LOW SPECIFIC GRAVITY FOAM USING THE SAME}
본 발명은 PS(Polystyrene)를 100℃ 이하에서 배합가능하도록 저융점화시키고, 이를 이용하여 0.10 이하의 비중을 가지는 저비중 발포체를 제조할 수 있도록 하는, 저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체에 관한 것이다.
일반적으로 '발포체'란 고체상태의 고분자 내에 기포가 공존하고 있는 이종상태의 물체를 말하며, 상기와 같이 물질 속에 수많은 기포가 분산되어 있는 구조적 특징으로 인해 경량성, 쿠션성, 단열성과 같은 특성을 나타내고, 건축물 단열재, 수송기기 또는 신발용 쿠션재(안창 또는 중창 등), 전자제품 포장재, 소음 차단재 등의 용도로 실생활에 다양하게 사용된다.
한편, 발포체의 경량성을 향상시키기 위해서는 발포율을 높여 비중을 낮추어야 하지만, 발포율이 높아지면 그 경도가 저하되어 안전성이 저하되는 문제점이 있었다.
이와 관련하여, 통상 신발 발포체용 소재로는 PE(polyethylene), EVA(ethylenevinylacetate), POE(polyolefinelastomer) 등의 에틸렌계 탄성체를 주 폴리머로 사용하고 있는데 이는 소재 가공 기자재의 성능 및 발포체 제조를 위해 사용되는 반응성 첨가제의 분해온도로 인해 경량화와 경도향상을 동시에 구현하기는 어렵다.
보다 구체적으로, 발포체의 고경도화를 위해서는 고경도 특성의 엘라스토머를 적용해야하지만 이들 대부분이 고온(150℃ 이상)에서 연화되기 때문에 현재의 발포체용 소재 가공 및 성형 조건에 적합하지 않아 적용이 불가능하다. 따라서 에틸렌계 탄성체 중에서 가장 고경도인 PE를 사용하더라도 비중 0.10에서는 일반적인 신발 중창에서 용구되는 60C(Shore C) 이상의 경도를 가지는 발포체 제조가 어려운 실정이다.
이를 해결하기 위하여, 특허문헌 1에서는 산업용 발포체 조성물에 있어서, 서로 다른 유리전이온도를 가지는 2종 이상의 스티렌-포화탄화수소계 열가소성 고분자 기재 또는 필요에 따라 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체, 에틸렌-올레핀 공중합체, 고무 등을 블렌드한 블렌드물을 기재로 하고 충전제, 가교제, 발포제 및 기타 첨가제를 투입하여 프레스 성형함으로서 비중이 낮고 영구압축줄음율 등의 내구성이 우수하면서 다양한 온도영역에서 우수한 충격흡수성을 갖는 것을 특징으로 하는 다양한 온도영역에서 우수한 충격흡수성을 갖는 산업용 발포체 조성물에 관한 것으로, 기존의 충격흡수 재료보다 환경적인 측면 혹은 비용적인 측면에서 유리하고 충격흡수성 특성을 갖는 산업용 발포체로서, 특히, 기존 충격흡수 소재가 상온영역에서만 충격흡수 특성이 발현되는데 비해 다양한 온도영역에서도 우수한 충격흡수성 발현되도록 기능성을 부여함으로써 기존에 사용 범위가 제한되어있던 소재의 한계를 극복하는 신규 기능 소재를 제공하여 스포츠용품, 건설용품 등의 산업에 다양한 용도에 적용이 가능하며, 또한, 기존의 충격흡수 재료인 폴리비닐클로라이드와 폴리우레탄을 대체할 수 있어 상기소재 사용으로 인하여 발생되었던 환경오염 문제를 해결할 수 있도록 하는, 산업용 발포체 조성물을 제안하였다.
하지만, 상기 특허문헌 1의 경우 영구압축줄음율 등의 내구성은 우수하지만 이는 발포율을 낮추어 비중을 높임에 따라 구현되는 것으로, 저발포율에서 높은 비중을 가짐에 따라 경량성이 미비하게 되는 문제점이 있었다.
특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-0980028호 "다양한 온도영역에서 우수한 충격흡수성을 갖는 산업용 발포체 조성물"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, PS를 일반적인 신발용 컴파운드 제조 공정(100℃ 이하)에서 배합 가능하도록 저융점화시키고, 이를 이용하여 신발 등에 적용할 수 있는 0.10 이하의 비중을 가지는 저비중 발포체를 제조함을 과제로 한다.
본 발명은 저비중 발포체용 조성물에 있어서, 저융점화된 PS 마스터배치 40 ~ 70 중량% 및, EVA(VA 함량 22 중량% 미만) 또는 PE 30 ~ 60 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 산화아연 2 ~ 10 중량부, 스테아린산 0.5 ~ 3 중량부, 가교제 0.2 ~ 2.0 중량부, TAC(triallyl cyanurate) 0.1 ~ 0.5 중량부 및 발포제 4 ~ 10 중량부가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체를 과제의 해결 수단으로 한다.
여기서, 상기 저융점화된 PS 마스터배치는, PS 40 ~ 70 중량% 및 EVA(VA 함량 22 ~ 28 중량%) 30 ~ 60 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, SEBS(styrene ethylene butylene styrene) 열가소성 탄성체 5 ~ 10 중량부, 2,5-디메틸-2,5-디(터트-부틸퍼옥시)-헥산(2,5-Dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane) 0.05 ~ 0.5 중량부 및 칼슘스테아레이트 3 ~ 10 중량부가 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 PS를 일반적인 신발용 컴파운드 제조 공정(100℃ 이하)에서 배합 가능하도록 저융점화시키고, 이를 이용하여 신발 등에 사용할 수 있는 0.10 이하의 비중을 가지는 초경량 발포체를 제조할 수 있도록 함으로써, 상기와 같이 경량화를 구현하면서도 60C(Shore C) 이상의 경도를 가질 수 있도록 하는 효과가 있다.
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체는, 저융점화된 PS 마스터배치 40 ~ 70 중량% 및, EVA 또는 PE 30 ~ 60 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 산화아연 2 ~ 10 중량부, 스테아린산 0.5 ~ 3 중량부, 가교제 0.2 ~ 2.0 중량부, TAC 0.1 ~ 0.5 중량부 및 발포제 4 ~ 10 중량부가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, EVA 또는 PE는 신발 등의 발포체용 소재로 이미 널리 사용되는 소재이고, 상기 산화아연, 스테아린산, 가교제(펄옥사이드계 가교제 등), TAC, 발포제(아조디카르본아미드계 발포제 등)는 이 기술분야에서 통상적으로 사용되는 발포체용 첨가제로써 이러한 기재나 발포체용 첨가제의 종류 및 함량은 해당 조성물의 사용 목적, 용도, 환경 등에 따라 매우 가변적일 수 있고 또한 이미 널리 사용되고 있으므로 특정 종류나 함량으로 한정하지는 않는다. 즉, 이미 공지된 다양한 기재 및 발포에용 첨가제를 선택적으로 사용할 수 있다.
즉, 본 발명의 특징은 PS를 일반적인 신발용 컴파운드 제조 공정(100℃ 이하)에서 배합 가능하도록 저융점화시키고, 이를 이용하여 0.10 이하의 비중을 가지는 초경량 신발용 발포체를 제조함에 있다.
보다 구체적으로 상기 저융점화된 PS 마스터배치는, PS 40 ~ 70 중량% 및 EVA 30 ~ 60 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, SEBS(styrene ethylene butylene styrene) 열가소성 탄성체 5 ~ 10 중량부, 2,5-디메틸-2,5-디(터트-부틸퍼옥시)-헥산(2,5-Dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane) 0.05 ~ 0.5 중량부 및 칼슘스테아레이트 3 ~ 10 중량부가 혼합되어 이루어진다.
여기서, PS를 저융점화시키기 위해 첨가되는 EVA는 융점 저하를 목적으로 첨가되는 것이고, SEBS 열가소성 탄성체는. PS와 EVA와의 상용성 개선을 목적으로 첨가되는 것이며, 2,5-디메틸-2,5-디(터트-부틸퍼옥시)-헥산은 분자량 조절을 목적으로 첨가되는 것이고, 칼슘스테아레이트는 흐름성 개선을 목적으로 첨가되는 것으로, 상기 각 조성물의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우 PS 마스터배치가 제대로 저융점화되지 못하거나 또는 경도 향상효율이 저하될 우려가 있다.
한편, 경량성과 경도향상 효율을 고려하여 상기 저비중 발포체용 조성물에 사용된 EVA는 VA(vinylacetate) 함량 22 중량% 미만인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 저융점화된 PS 마스터배치에 사용된 EVA는 VA 함량 22 ~ 28 중량%인 것이 바람직한데, 이 역시 여기에 한정되는 것은 아니고 이미 공지된 다양한 VA 함량을 가지는 EVA를 선택적을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 저융점화된 PS 마스터배치의 제조
(제조예 1)
PS(GPPS 15NFI(LG화학)) 40 중량% 및 EVA(EVA 1328(한화석유화학)) 60 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, SEBS 열가소성 탄성체(P2000(아사히카세이)) 10 중량부, 2,5-디메틸-2,5-디(터트-부틸퍼옥시)-헥산(Perkadox 14S-FL(Akzo)) 0.5 중량부 및 칼슘스테아레이트(SONGSTAB™ SC-130(송원산업)) 10 중량부를 160 ~ 200℃ 온도의 이축압출기에서 반응압출시켜 연질화된 PS 마스터배치를 제조하였다.
(제조예 2)
PS(GPPS 15NFI(LG화학)) 70 중량% 및 EVA(EVA 1328(한화석유화학)) 30 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, SEBS 열가소성 탄성체(P2000(아사히카세이)) 5 중량부, 2,5-디메틸-2,5-디(터트-부틸퍼옥시)-헥산(Perkadox 14S-FL(Akzo)) 0.05 중량부 및 칼슘스테아레이트(SONGSTAB™ SC-130(송원산업)) 3 중량부를 160 ~ 200℃ 온도의 이축압출기에서 반응압출시켜 연질화된 PS 마스터배치를 제조하였다.
2. 저비중 발포체의 제조
(실시예 1)
상기 제조예 1에 따른 저융점화된 PS 마스터배치 70 중량% 및, EVA(EVA 1316(한화석유화학)) 15 중량%와 PE(LDPE 5321(한화석유화학)) 15 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 산화아연 2 중량부, 스테아린산 0.5 중량부를 100℃ 미만의 밀폐형 혼합기(니더)에서 혼합 후 롤밀에서 가교제(dicumylperoxide) 0.2 중량부, TAC 0.1 중량부 및 발포제(azodicarbonamide) 4 중량부를 투입하여 쉬트를 제조한 후 냉각하여 혼합물을 제조하고, 상기 냉각된 혼합물을 150℃로 가열된 금형(Molding Condition : 20t Mold, 150×40min)에 넣은 후 120 kgf/cm2의 압력으로 40 분간 프레스한 압력을 제거하여 저비중 발포체를 제조하였다.
(실시예 2)
상기 제조예 2에 따른 저융점화된 PS 마스터배치 40 중량% 및 EVA(EVA 1316(한화석유화학)) 60 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 산화아연 10 중량부, 스테아린산 3 중량부를 100℃ 미만의 밀폐형 혼합기(니더)에서 혼합 후 롤밀에서 가교제(dicumylperoxide) 2.0 중량부, TAC 0.5 중량부 및 발포제(azodicarbonamide) 10 중량부를 투입하여 쉬트를 제조한 후 냉각하여 혼합물을 제조하고, 상기 냉각된 혼합물을 150℃로 가열된 금형(Molding Condition : 20t Mold, 150×40min)에 넣은 후 180 kgf/cm2의 압력으로 40 분간 프레스한 압력을 제거하여 저비중 발포체를 제조하였다.
(비교예 1)
PE(LDPE 5321(한화석유화학)) 100 중량부에 대하여, 산화아연 10 중량부, 스테아린산 3 중량부를 100℃ 미만의 밀폐형 혼합기(니더)에서 혼합 후 롤밀에서 가교제(dicumylperoxide) 2.0 중량부, TAC 0.5 중량부 및 발포제(azodicarbonamide) 10 중량부를 투입하여 쉬트를 제조한 후 냉각하여 혼합물을 제조하고, 상기 냉각된 혼합물을 150℃로 가열된 금형(Molding Condition : 20t Mold, 150×40min)에 넣은 후 180 kgf/cm2의 압력으로 40 분간 프레스한 압력을 제거하여 저비중 발포체를 제조하였다.
3. 발포체의 평가
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에 따른 발포체의 발포율, 경도, 비중, 인장강도 및 영구압축줄음율을 아래와 같은 방법으로 평가하였고, 그 결과를 아래 [표 1]에 나타내었다.
(1) 경도
KS M6660에 준하여 쇼어(shore) C형 경도계를 사용하여 측정하였다.
(2) 비중
KS M6519에 준하여 우에시마(Ueshima)사의 자동비중 측정 장치인 모델DMA-3을 이용하여 측정하였다.
(3) 인장강도
시편을 약 3mm 두께로 만든 후 KS M6518에 따른 2호형을 커터(cutter)로 시험편을 제작하여 KS M6518에 준하여 인장강도를 측정하였다.
(4) 영구압축줄음율
발포체를 두께가 10mm가 되도록 절단한 후, 지름이 30±0.05mm인 원기둥 형태로 제조한 시험편을 KS M6660에 준하여 측정하였다. 2장의 평행금속판 사이에 시험편을 넣고, 시험편 두께의 50%에 해당하는 스페이서를 끼운 후 압축시켜 50±0.1℃로 유지되는 오픈에서 6시간 열처리한 후 압축상태를 해제하고 실온에서 30분간 방치한 후 시험편의 두께를 측정하였으며, 영구압축줄음율은 다음 수학식 1에 의하여 계산하였다.
(수학식 1)
Figure 112016104036364-pat00001

t0 : 시험편의 초기 두께
tf : 열처리 후 냉각되었을 때 시험편의 두께
tx : 스페이서의 두께
구분 실시예 1 실시예 2
 비교예 1
발포율(%) 205 206 205
경도(skin off, shore C) 62 65 48
비중(Sp.Gr.) 0.095 0.092 0.097
인장강도
(kgf/cm2)		 22 21 15
영구압축줄음율
(C/set, %)		 67 65 72
상기 [표 1]에서와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2는 0.10 이하의 비중(실시예 1 : 0.095 / 실시예 2 : 0.092)을 가짐으로써 경량화를 구현하면서도 60C(Shore C) 이상의 경도(실시예 1 : 67 / 실시예 2 : 65)를 구현함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체는 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 저비중 발포체용 조성물에 있어서,
    저융점화된 PS 마스터배치 40 ~ 70 중량% 및, VA 함량 22 중량% 미만인 EVA 또는 PE 30 ~ 60 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, 산화아연 2 ~ 10 중량부, 스테아린산 0.5 ~ 3 중량부, 가교제 0.2 ~ 2.0 중량부, TAC 0.1 ~ 0.5 중량부 및 발포제 4 ~ 10 중량부가 혼합되어 이루어지되,
    상기 저융점화된 PS 마스터배치는, PS 40 ~ 70 중량% 및 VA 함량 22 ~ 28 중량%인 EVA 30 ~ 60 중량%로 이루어지는 기재 100 중량부에 대하여, SEBS 열가소성 탄성체 5 ~ 10 중량부, 2,5-디메틸-2,5-디(터트-부틸퍼옥시)-헥산 0.05 ~ 0.5 중량부 및 칼슘스테아레이트 3 ~ 10 중량부가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 저비중 발포체용 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 따른 저비중 발포체용 조성물을 이용하여 제조되는 저비중 발포체.
KR1020160139841A 2016-10-26 2016-10-26 저비중 발포체용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 저비중 발포체 KR101879316B1 (ko)

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