KR101909452B1

KR101909452B1 - 폴리에스테르 발포 성형체의 제조방법

Info

Publication number: KR101909452B1
Application number: KR1020170096757A
Authority: KR
Inventors: 하상훈; 김우진; 이광희; 허미
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2018-10-22

Abstract

본 발명은 폐 폴리에스테르 발포체를 활용한 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법은 폐 폴리에스테르 발포체로부터 수득된 파쇄폼을 사용하여 특정 공정조건을 수행함으로써 공정성이 향상되며, 제조비용 절감 및 환경 오염을 방지하는 효과가 있고, 내충격성, 내열성 등의 물성이 우수한 폴리에스테르 발포 성형체를 제조할 수 있다.

Description

폴리에스테르 발포 성형체의 제조방법{Manufacturing Method Of Recycling Polyester Molded Foam}

본 발명은 폐 폴리에스테르 발포체의 파쇄폼을 재활용한 폴리에스테르 발포 성형체의 제조방법에 관한 것이다.

폴리에스테르 발포체는 고분자화합물인 폴리에스테르 수지를 발포한 것으로서 단열성 및 자체 탄성이 있어 건축자재, 포장재 등은 물론이고 산업 또는 비 산업분야 등에서 다양한 형태로 사용되고 있다. 상기 폴리에스테르 발포체는 발포 가공 상태에서는 무게가 가벼워 다루기 쉽고 운반과 취급이 용이하지만 공극률이 크기 때문에 폐기 취급에서 불리하다.

사용하지 않는 폐 폴리에스테르 발포체 폐기 처리의 한 방법은 폐 폴리에스테르 발포체를 압축시켜 공극률을 줄이는 동시에 단단하게 만들어 폐기 처리와 재활용을 도모하는 것이다. 압축 감융기에 의하여 단단하게 압축 처리된 폐 폴리에스테르 발포체는 재생수지, 토양개선재, 건축자재 등에 제한적으로 재활용되고 있다.

폴리에스테르 발포체는 사용범위가 넓어 폐 폴리에스테르 발포체가 방대한 양으로 배출된다. 썩거나 분해되지 않는 특성 때문에 매립에 의한 폐기물 처리는 또 다른 공해를 발생시킨다. 소각 처리는 유해 가스와 매연을 생성하여 배출시키기 때문에 환경을 해치는 단점이 있어 재처리가 용이하지 않은 화학제품으로 알려져 있다.

이 때문에 폐 폴리에스테르 발포체는 재활용이 필요한 화학제품 중 하나로 알려져 있다. 폐 발포체를 재활용하기 위한 여러 가지 재활용 방법이 제안되었다.

예를 들면, 폐 발포체를 수거하여 이물질 및 수분을 제거한 후 가열설비에 의하여 가열 용융시켜 부피를 줄인 다음 냉각시키고 이것을 덩어리 상의 잉곳(Ingot)화로 보관하거나 다시 분쇄하여 재발포시켜 포장, 충격방지를 위한 포장, 단열재 등으로 사용하도록 하는 방법이 알려져 있다.

그 중 하나로, 압축 감융기에 의한 폐 발포체 재처리 기술, 폐 발포체 감융 재생 그리고 재처리 관련 기술이 알려져 있다. 대한민국 공개특허 10-2003-0070297호에는 '폐스티로폼 감융 재생방법 및 그 재생장치'가 개시되어 있고, 대한민국 등록특허 10-02644531호에는 '폐스티렌폼을 원재료로 이용한 목재대용 원자재의 제조방법과 그 목재 대용 원자재'가 개시되어 있다. 폐 스티로폼을 스티로폼으로 재생하는데 있어서 스티로폼의 재료인 폴리스틸렌의 화학적 변화가 없는 기계적인 재생 기술이 효율성과 실용적인 측면에서 요구되었고, 압축 처리된 폐 스티로폼을 파쇄하여 개개의 폐 스티로폼 입자로 분리한 후 이 입자를 재생 EPS 비드로 제조하는 폐 스티로폼 재생 방법이 알려져 있다.

그러나, 폐 스티로폼 입자를 재생 EPS(Expandable Polystyrene bead) 입자로 제조하기 위해서는 일정한 체적으로 압축 처리된 폐 스티로폼으로부터 개개의 폐 스티로폼 입자로 분리해야 하는 복잡한 공정이 필요하다. 사용 후 폐 스티로폼으로부터 다시 사용 가능한 재생 원료로 가공하고 이것을 사용 가능하게 하기 위해서는 비용의 경제성(costs), 생산 가공성, 메트리얼 특성(material) 등의 몇 가지 조건이 충족되어야 한다.

또 다른 종래 기술로는, 폐기되는 발포수지를 이용, 재활용케 함으로서 소각 및 매립에 따른 환경오염을 방지하고, 동시에 자원을 재활용할 수 있도록 한 장치에 대하여서는 대한민국 등록특허 10-270668호에는 "발포수지 성형품의 재활용 처리장치"가 개시되어 있다. 즉 발포수지재의 폐성형품을 일정크기의 덩어리형태로 분쇄된 덩어리형태의 폐성형품으로부터 먼지 등의 이물질을 제거하는 집진사이크론부와, 상기 집진사이크론부의 아래쪽에 위치하여 집진사이크론부를 통과한 덩어리형태의 폐성형품을 한곳에 모아두기 위한 저장부와, 상기 저장부로부터 필요 시에 일정량씩 덩어리형태의 폐성형품을 공급받아 일정한 온도로 가열함과 동시에 압력을 가하여 융착시킴으로써 새로운 용도로 사용되는 재활용 성형품을 제작하기 위한 압출기와, 상기 압출기 에서 제작된 재활용 성형품을 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부에서 냉각된 재활용 성형품을 일정한 크기로 절단하는 커터기로 구성된 것이다.

그러나 상기 구성을 갖는 재활용 장치는 압출기를 통한 압출성형방식으로서 제품을 압출하는 것이므로 단면형상이 동일한 소형의 긴장척물의 압출성형에는 적합한 장치이나 비교적 폭이 넓고 큰 물품의 경우에는 압출성형이 곤란하게 될 뿐 아니라 가능하다 하더라도 불량발생이 높은 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 폐 폴리에스테르 발포체를 활용하여 자원을 재활용하면서, 작업시간 단축 및 대량생산이 용이하여 공정성이 향상되고, 내충격성, 형태 변형율, 형태 복원율, 내열성 등의 물성이 우수한 폴리에스테르 발포 성형체 및 상기 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법의 개발이 절실히 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 10-2003-0070297호; 대한민국 등록특허 10-02644531호; 대한민국 등록특허 10-270668호.

본 발명의 목적은, 폴리에스테르 발포체 제조시 발생되는 불량품인 폐 폴리에스테르 발포체 및 폴리에스테르 스크랩을 재활용함으로써 제조비용을 절감하고, 소각 및 매립에 따른 환경 오염을 방지함과 동시에 내충격성 및 내열성 등의 물성이 우수한 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 고유점도(IV)가 0.4 내지 3dl/g인 폐 폴리에스테르 발포체와 공중합 폴리에스테르 수지의 발포체를 파쇄하여 수득한 파쇄폼을 예열하는 단계; 및 상기 예열된 파쇄폼을 3차원 입체형상의 몰드에 넣은 후 가열 및 가압하여 몰딩 성형하는 단계를 포함하는 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법은, 폐 폴리에스테르 발포체로부터 수득된 파쇄폼을 사용하여 특정 공정조건을 수행함으로써 공정성이 향상되며, 제조비용 절감 및 환경 오염을 방지하는 효과가 있고, 상기 파쇄폼은 특정 크기로 제공되어 파쇄폼 내부에 셀을 함유하고 있어서 발포 성형체로 제조 시 기존의 폴리에스테르 발포체의 물성을 만족하면서 내충격성, 내열성 등의 물성이 우수한 폴리에스테르 발포 성형체를 제조할 수 있다.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 형태 변형율 평가 후 촬영한 사진이다.
도 2는 실시예 2에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 형태 변형율 평가 후 촬영한 사진이다.
도 3은 실시예 3에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 형태 변형율 평가 후 촬영한 사진이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 폴리스티렌 발포 성형체의 형태 변형율 평가 후 촬영한 사진이다.
도 5는 비교예 2에 따라 제조된 폴리에틸렌 발포 성형체의 형태 변형율 평가 후 촬영한 사진이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.

종래의 폐 발포폼 재활용 공정 중 하나인 폐 스티로폼 입자를 재생 EPS(Expandable Polystyrene bead) 입자로 제조하는 기술은 개개의 폐 스티로폼 입자로 분리해야 하는 복잡한 공정이 필요하여 비용이 높고 가공성이 저하되는 문제점이 있으며, 재활용 장치를 이용한 재활용 공정은 압출기를 통한 압출성형방식으로서 제품을 압출하는 것이므로 단면형상이 동일한 소형의 긴장척물의 압출성형에는 적합한 장치이나 비교적 폭이 넓고 큰 물품의 경우에는 압출성형이 곤란하게 될 뿐 아니라 가능하다 하더라도 불량발생이 높은 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특정 고유점도(IV)를 갖는 폐 폴리에스테르 발포체와 공중합 폴리에스테르 수지를 파쇄한 파쇄폼을 활용하여 예열 및 가압하는 간단한 공정을 통해 우수한 물성을 갖는 폴리에스테르 발포 성형체를 제조하는 방법을 제공한다.

이러한 본 발명에 따른 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법은, 고유점도(IV)가 0.4 내지 3dl/g인 폐 폴리에스테르 발포체와 공중합 폴리에스테르 수지의 발포체를 파쇄하여 수득한 파쇄폼을 예열하는 단계; 및 상기 예열된 파쇄폼을 3차원 입체형상의 몰드에 넣은 후 가열 및 가압하여 몰딩 성형하는 단계를 포함한다.

구체적으로 본 발명에서 폐 폴리에스테르 발포체는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 발포체 일 수 있다. 또한, 상기 폐 폴리에스테르 발포체의 고유점도(IV)는 0.4 내지 3dl/g, 0.55 내지 2.5dl/g, 0.6 내지 2dl/g, 0.65 내지 1.8dl/g, 0.7 내지 1.5dl/g, 0.75 내지 1.3dl/g, 0.8 내지 1.2dl/g 혹은 0.9 내지 1dl/g을 만족할 수 있다. 상기 범위의 고유점도를 갖는 폐 폴리에스테르 발포체의 경우 파쇄폼으로 제조하여 발포 성형체로 제조 시 가공성 및 작업성을 향상시키게 된다.

또한, 상기 공중합 폴리에스테르 수지의 고유점도(IV)는 0.5dl/g 이상일 수 있다. 구체적으로 상기 공중합 폴리에스테르 수지의 고유점도는 0.55 dl/g이상, 0.6 dl/g이상, 0.6 내지 0.8 dl/g, 0.6 내지 0.75 dl/g 혹은 0.6 내지 0.7 dl/g일 수 있다. 본 발명에 따른 공중합 폴리에스테르 수지의 발포체는 상기 범위의 고유점도를 갖는 공중합 폴리에스테르 수지를 포함함으로써, 결정화도를 낮추어 파쇄폼으로 제조 시 가공성 및 작업성을 향상시킨다. 상기 범위의 고유점도를 갖는 공중합 폴리에스테르 수지를 포함하는 발포체의 경우 고유점도(IV)는 0.8 내지 2 dl/g, 혹은 0.85 내지 1.5 dl/g범위를 만족할 수 있다.

본 발명에서 상기 공중합 폴리에스테르 수지는 하기 화학식 1 및 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함할 수 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

상기 화학식 1 및 2에서,

m 및 n은 공중합 폴리에스테르 수지에 함유된 반복단위의 몰 분율을 나타내고,

m+n=1이고, m은 0.55 내지 0.8이다.

구체적으로 본 발명에 따른 상기 공중합 폴리에스테르 수지는 화학식 1 및 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함하는 구조를 가질 수 있다. 상기 화학식 1로 나타내는 반복단위는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)의 반복단위를 나타내고, 화학식 2로 나타내는 반복단위는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 반복단위를 포함하는 폴리에스테르 수지에 비결정성을 부여하는 기능을 수행한다.

구체적으로, 상기 화학식 2로 나타내는 반복단위는 종래 결정성 폴리에스테르 수지의 결정성을 저하시키기 위하여 이소프탈산(isophthalic acid, IPA)을 혼합한 경우로 본 발명의 비결정성 발포 조성물은 상기 화학식 2로 나타내는 반복단위를 일정량 포함함으로써 결정화도를 낮추어 비결정성을 부여하게 되며, 이로 인해 파쇄폼을 예열 시에 표면이 잘 용융되고, 금형 내에서 가열 및 성형 시 점도유지를 용이하게 할 수 있다.

이때, 상기 공중합 폴리에스테르 수지는 전체 수지의 몰 분율을 1로 하였을 경우, 화학식 1로 나타내는 반복단위의 몰 분율(m)은 0.55 내지 0.8일 수 있고, 구체적으로는 0.6 내지 0.8 혹은 0.65 내지 0.8일 수 있다.

하나의 예로서, 화학식 1로 나타내는 반복단위의 몰 분율(m)이 0.8일 경우 화학식 2로 나타내는 반복단위의 몰 분율(n)은 0.2일 수 있다. 또한, 화학식 1로 나타내는 반복단위의 몰 분율(m)이 0.65일 경우 화학식 2로 나타내는 반복단위의 몰 분율(n)은 0.35일 수 있다.

나아가, 공중합 폴리에스테르 수지에 포함된 화학식 2로 나타내는 반복단위의 몰 분율(n)은 화학식 1 및 화학식 2로 나타내는 반복단위의 총 몰 분율이 1인 경우(m+n=1) 0.2 내지 0.45일 수 있고, 구체적으로는 0.2 내지 0.4 혹은 0.2 내지 0.35일 수 있다.

또한, 상기 공중합 폴리에스테르 수지의 결정화도는 10% 미만일 수 있다. 구체적으로 상기 결정화도는 10 % 미만, 5 % 이하, 2 % 이하 혹은 0.5 % 이하일 수 있으며, 더욱 구체적으로 상기 결정화도는 0 % 일 수 있다. 본 발명에 따른 공중합 폴리에스테르 수지는 결정화도가 상기 범위를 만족함으로써, 비결정성 특성을 나타내게 되며, 비교적 온도에서도 파쇄폼의 점도를 적절한 범위로 유지할 수 있다.

또한, 상기 공중합 폴리에스테르 수지의 유리전이온도(Tg)는 60℃ 이상일 수 있다. 구체적으로 상기 유리전이온도는 65 내지 80℃ 혹은 70 내지 75℃ 범위일 수 있으며, 공중합 폴리에스테르 수지가 상기 범위의 유리전이온도를 만족함으로써 내열성이 우수한 폴리에스테르 발포 성형체를 제조할 수 있다.

상기 파쇄폼은 폐 폴리에스테르 발포체 100중량부를 기준으로 공중합 폴리에스테르 수지의 발포체를 5 내지 70중량부 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 공중합 폴리에스테르 수지의 발포체는 폐 폴리에스테르 발포체 100중량부를 기준으로 7 내지 60중량부, 8 내지 55중량부, 9 내지 50중량부, 10 내지 45중량부, 12 내지 40중량부, 15 내지 35중량부, 20 내지 30 중량부 혹은 25중량부 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 파쇄폼은 폐 폴리에스테르 발포체 80 중량부를 기준으로 공중합 폴리에스테르 수지의 발포체를 10 내지 30중량부 혹은 20중량부 포함할 수 있다. 폐 폴리에스테르 발포체와 공중합 폴리에스테르 수지의 발포체 함량이 상기 범위인 파쇄폼으로 제조할 경우 적절한 결정화도 및 우수한 내열성을 동시에 만족하는 폴리에스테르 발포 성형체를 제조할 수 있다.

상기 파쇄폼은, 평균 직경이 15 내지 75mm일 수 있다. 구체적으로 파쇄폼의 평균 직경은 20 내지 70mm, 25 내지 65mm, 30 내지 60mm, 33 내지 58mm, 35 내지 55mm 혹은 38 내지 53mm일 수 있다. 또한, 상기 파쇄폼의 셀 수는 mm당 1 내지 30 셀, 3 내지 25 셀, 또는 3 내지 20 셀을 포함할 수 있다. 파쇄폼의 평균 직경이 상기 범위일 경우, 파쇄폼 내에 평균 직경 0.03 내지 1mm 혹은 0.05 내지 0.3mm 의 폐쇄셀을 함유하고 있어 우수한 단열특성 및 보온특성을 구현할 수 있다.

하나의 예로서, 본 발명에 따른 폐 폴리에스테르 발포체는 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)인 폐 폴리에스테르 발포체일 수 있다. 이는, 상기 폴리에스테르 발포체의 DIN ISO4590에 따른 측정값이 셀 중 90% 이상이 폐쇄 셀임을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 발포체 중 폐쇄 셀은 90 내지 100% 또는 95 내지 100%일 수 있다.

상기 파쇄폼을 예열하는 단계에서, 예열 온도는 150 내지 450℃일 수 있다. 구체적으로 상기 예열 온도는 180 내지 420℃, 200 내지 400℃, 220 내지 380℃, 250 내지 350℃, 280 내지 330℃, 혹은 300℃일 수 있다. 파쇄폼을 상기 범위의 온도로 예열할 경우 파쇄폼의 표면이 효과적으로 용융되어 서로 표면 접착이 용이한 상태가 될 수 있다.

또한, 상기 파쇄폼을 예열하는 단계에서 예열 시간은, 15초 내지 60초, 22초 내지 50초, 23초 내지 40초, 24초 내지 35초 혹은 25초 내지 30초일 수 있다. 파쇄폼을 상기 범위의 시간으로 예열할 경우 파쇄폼이 재발포 되는 현상을 방지하는 동시에 파쇄폼의 표면이 효과적으로 용융되어 서로 표면 접착이 용이한 상태가 될 수 있다.

상기 가열 및 가압하여 몰딩 성형하는 단계에서 가열 온도는 100 내지 250℃일 수 있다. 구체적으로 상기 가열 온도는 110 내지 220℃, 120 내지 200℃, 130 내지 195℃, 135 내지 190℃, 140 내지 185℃, 145 내지 180℃¸150 내지 179℃, 155 내지 175℃, 160 내지 172℃ 혹은 165 내지 170℃일 수 있다. 본 발명에 따른 몰딩 성형하는 단계에서 가열 온도를 상기 범위로 제어할 경우 파쇄폼 내의 셀이 손상되는 현상을 방지하는 동시에 용융된 각각의 파쇄폼이 용이하게 접착된다. 또한, 상기 범위의 온도로 가열할 경우 성형성이 향상되어 3차원 입체형상의 몰드로 제조 시 우수한 굴곡 성형성을 가지게 된다.

상기 가열 및 가압하여 몰딩 성형하는 단계에서 가압은 0.1 내지 100Bar 압력으로 수행할 수 있다. 구체적으로 상기 가압은 0.2 내지 90Bar, 0.3 내지 80Bar, 0.4 내지 70Bar, 0.5 내지 60Bar, 0.6 내지 50Bar, 0.7 내지 40Bar, 0.8 내지 30Bar, 0.9 내지 20Bar, 1 내지 10Bar, 1.2 내지 9Bar, 1.3 내지 8Bar, 1.4 내지 7Bar, 1.5 내지 6Bar, 1.6 내지 5Bar, 1.7 내지 3Bar 혹은 2Bar일 수 있다. 본 발명에 따른 몰딩 성형하는 단계에서 가압 압력을 상기 범위로 제어할 경우 파쇄폼 내의 셀이 손상되는 현상을 방지하는 동시에 용융된 각각의 파쇄폼이 용이하게 접착된다. 또한, 상기 범위의 압력으로 가압할 경우 성형성이 향상되어 3차원 입체형상의 몰드로 제조 시 우수한 굴곡 성형성을 가지게 된다.

본 발명에 따른 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법에 의해 제조된 폴리에스테르 발포 성형체는, 형태 변형율 평가 시 시편의 30cm 높이에서 500g의 구를 자유 낙하시킨 후 하기 식 1에 의해 평가하였을 때, 형태 변형율이 0.5 내지 10%일 수 있다.

[식 1]

형태 변형율(%) = {(구를 낙하시키기 전 두께 - 구를 낙하시킨 지점의 두께) / 구를 낙하시키기 전 두께} X 100

구체적으로 상기 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 형태 변형율은 0.8 내지 9.5%, 1 내지 9%, 1.2 내지 8.5%, 1.5 내지 8.3%, 1.8 내지 8%, 2 내지 7.9%, 2.5 내지 7.8%, 2.8 내지 7.7%, 3 내지 7.5%, 3.3 내지 7%, 3.5 내지 6.5%, 3.8 내지 6%, 4 내지 5.5%, 4.2 내지 8% 혹은 3.5 내지 5%일 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체는 고유점도가 0.4 내지 3dl/g인 폐 폴리에스테르 발포체와 공중합 폴리에스테르 수지 발포체를 적절한 함량으로 함유하는 파쇄폼을 특정 조건으로 가열 및 가압하여 제조함으로써 상기 범위의 우수한 형태 변형율을 만족하게 된다. 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 형태 변형율이 상기 범위일 경우, 3차원 입체 형태의 성형체로 제조 시 그 형태를 장시간 우수한 품질로 유지하는 효과가 있다. 이러한 폴리에스테르 발포 성형체는 형태 변형율이 현저히 낮아서, 건축용 자재, 식품용기 및 차량용 자재 등 다양한 산업 분야에서 활용 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법에 의해 제조된 폴리에스테르 발포 성형체는, 형태 복원율 평가 시 시편의 30cm 높이에서 500g의 구를 자유 낙하시키고 10분 경과 후 하기 식 2에 의해 평가하였을 때, 형태 복원율이 15 내지 98%일 수 있다.

[식 2]

형태 복원율(%) = {(구를 낙하시킨 지점의 10분 경과 후 두께 - 구를 낙하시킨 지점의 두께) / 구를 낙하시킨 지점의 두께} X 100

구체적으로 상기 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 형태 복원율은 15.5 내지 95%, 16 내지 93%, 16.5 내지 91%, 17 내지 90%, 17.5 내지 88%, 18 내지 85%, 18.5 내지 83%, 19 내지 80%, 19.5 내지 75%, 20 내지 73%, 18 내지 70%, 30 내지 70%, 55 내지 65%, 혹은 45 내지 65%일 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체는 고유점도가 0.4 내지 3dl/g인 폐 폴리에스테르 발포체와 공중합 폴리에스테르 수지 발포체를 적절한 함량으로 함유하는 파쇄폼을 특정 조건으로 가열 및 가압하여 제조함으로써 상기 범위의 우수한 형태 복원율을 만족하게 된다. 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 형태 복원율이 상기 범위일 경우, 3차원 입체 형태의 성형체로 제조 시 그 형태를 장시간 우수한 품질로 유지하는 효과가 있다. 이러한 폴리에스테르 발포 성형체는 형태 복원율이 우수하여, 건축용 자재, 식품용기 및 차량용 자재 등 다양한 산업 분야에서 활용 가능한 이점이 있다.

또한, 상기 제조된 폴리에스테르 발포 성형체는, ASTM D648에 의거하여 측정한 열변형온도(HDT)가 90 내지 300℃일 수 있다. 구체적으로 상기 열변형온도는 95 내지 290℃, 100 내지 280℃, 110 내지 275℃, 120 내지 270℃, 130 내지 265℃, 140 내지 260℃, 150 내지 255℃, 160 내지 250℃, 165 내지 245℃, 170 내지 240℃, 180 내지 235℃, 185 내지 230℃, 190 내지 225℃, 195 내지 220℃, 198 내지 210℃ 혹은 200℃일 수 있다. 본 발명에 따른 폴리에스테르 발포 성형체는 특정 고유점도를 갖는 폐 폴리에스테르 발포체와 공중합 폴리에스테르 수지 발포체의 파쇄폼으로 제조됨으로써, 상기 범위의 열변형 온도를 만족하게 되며, 이에 따라 우수한 내열성을 갖는다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 상기 내용을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위가 하기 제시된 내용에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

고유점도가 1.0dl/g 인 폐 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 발포체 60kg을 파쇄기로 파쇄하여 평균 직경 40±10mm의 파쇄폼을 제조하였다. 그런 다음, 상기 파쇄폼을 예열기에 넣고 300℃ 온도에서 30초간 예열하여 파쇄폼의 표면을 용융하였다. 그런 다음 표면이 용융된 파쇄폼을 3차원 입체 형상의 금형에 넣고 170℃, 및 2bar 압력 조건으로 가압하여 3차원 입체 형상의 폴리에스테르 발포 성형체를 제조하였다. 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 평균 두께는 5mm였다.

실시예 2

에틸렌글리콜(EG) 100몰부, 테레프탈산(TPA) 80몰부 및 이소프탈산(IPA) 20몰부를 함유하는 공중합 폴리에스테르 발포체 60kg을 파쇄기로 파쇄하여 평균 직경 40±10mm의 파쇄폼을 제조하였다. 그런 다음, 상기 파쇄폼을 예열기에 넣고 300℃ 온도에서 25초간 예열하여 파쇄폼의 표면을 용융하였다. 그런 다음 표면이 용융된 파쇄폼을 3차원 입체 형상의 금형에 넣고 165℃, 및 2bar 압력 조건으로 가압하여 3차원 입체 형상의 폴리에스테르 발포 성형체를 제조하였다. 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 평균 두께는 5mm였다.

실시예 3

고유점도(IV)가 1.0dl/g 인 폐 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 발포체80중량부와 EG 100몰부, TPA 80몰부 및 IPA 20몰부를 함유하는 공중합 폴리에스테르 발포체 20중량부를 파쇄기로 파쇄하여 평균 직경 45±10mm의 파쇄폼을 제조하였다. 그런 다음, 상기 파쇄폼 60kg을 예열기에 넣고 300℃ 온도에서 30초간 예열하여 파쇄폼의 표면을 용융하였다. 그런 다음 표면이 용융된 파쇄폼을 3차원 입체 형상의 금형에 넣고 168℃, 및 2bar 압력 조건으로 가압하여 3차원 입체 형상의 폴리에스테르 발포 성형체를 제조하였다. 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 평균 두께는 5mm였다.

비교예 1

폐 폴리스티렌(PS) 발포체 60kg을 파쇄기로 파쇄하여 평균 직경 100±10mm의 파쇄폼을 제조하였다. 그런 다음, 상기 파쇄폼을 예열기에 넣고 300℃ 온도에서 20초간 예열하여 파쇄폼의 표면을 용융하였다. 그런 다음 표면이 용융된 파쇄폼을 3차원 입체 형상의 금형에 넣고 70℃, 및 2bar압력 조건으로 가압하여 3차원 입체 형상의 폴리스티렌 발포 성형체를 제조하였다. 제조된 발포 성형체의 평균 두께는 5mm였다.

비교예 2

폐 폴리에틸렌(PE) 발포체 60kg을 파쇄기로 파쇄하여 평균 직경 90±10mm의 파쇄폼을 제조하였다. 그런 다음, 상기 파쇄폼을 예열기에 넣고 300℃ 온도에서 20초간 예열하여 파쇄폼의 표면을 용융하였다. 그런 다음 표면이 용융된 파쇄폼을 3차원 입체 형상의 금형에 넣고 70℃, 및 2bar 압력 조건으로 가압하여 3차원 입체 형상의 폴리에틸렌 발포 성형체를 제조하였다. 제조된 발포 성형체의 평균 두께는 5mm였다.

실험예

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2에서 제조된 발포 성형체의 굴곡 성형성, 내충격성, 형태 변형율, 형태 복원율 및 내열성을 측정하였다.

각각의 측정 조건은 하기 기재하였으며, 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

1) 굴곡 성형성

굴곡 성형성의 측정은 발포 성형제의 제조 시 사용된 금형기의 굴곡 부분의 성형성을 육안으로 관찰하여 아래 기준으로 평가하였다.

- 1~3점: 제조된 발포 성형체의 굴곡 부분이 금형기의 굴곡 부분과 전혀 다름.

- 4~7점: 제조된 발포 성형체의 굴곡부분과 금형기의 굴곡 부분이 유사하나 일치하지는 않음.

- 8~10점: 제조된 발포 성형체의 굴곡 부분과 금형기의 굴곡 부분이 거의 일치함.

2) 형태 변형율

형태 변형율의 평가는 시편의 30cm 높이에서 500g의 구를 자유 낙하시킨 후 구가 떨어진 지점의 시편의 두께 변화 정도를 측정하여 하기 식 1에 의해 평가하였다.

[식 1]

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 형태 변형율 평가 결과 사진으로, 구를 떨어뜨린 부분에서 약간의 형태 변화가 나타났으나, 눈에 띄는 변화는 나타나지 않았다.

도 2는 실시예 2에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 형태 변형율 평가 사진으로, 구를 떨어뜨린 부분에서 약간의 색 변화가 나타난 것 외에 형태 변화는 거의 나타나지 않았다.

도 3은 실시예 3에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 형태 변형율 평가 사진으로, 구를 떨어뜨린 부분에서 약간의 색 변화가 나타난 것 외에 형태 변화는 거의 나타나지 않았다.

도 4는 비교예 1에 따라 제조된 폴리스티렌 발포 성형체의 형태 변형율 평가 사진으로, 구를 떨어뜨린 부분에서 눈에 띄는 형태 변화가 나타났으며, 시편의 표면 일부가 떨어져나간 것을 확인할 수 있다.

도 5는 비교예 2에 따라 제조된 폴리에틸렌 발포 성형체의 형태 변형율 평가 사진으로, 비교예 1과 마찬가지로 구를 떨어뜨린 부분에서 눈에 띄는 형태 변화가 나타났으며, 시편의 표면 일부가 떨어져나간 것을 확인할 수 있다.

3) 형태 복원율

형태 복원율의 평가는 상기 형태 변형율 평가를 수행하고 10분 경과 후 시편이 변형 전의 두께로 복원되는 정도를 하기 식 2에 의해 평가하였다.

[식 2]

4) 내충격성

내충격성의 평가는 상기 형태 변형율 측정 결과를 이용하여 하기 식 3에 의해 평가하였다.

[식 3]

내충격성(%)= 100 - 형태 변형율(%)

5) 내열성

내열성의 평가는 ASTM D648에 의거하여 열변형 온도를 측정하였다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
굴곡 성형성	9	10	10	7	7
형태 변형율(%)	7.7	5	4.4	23.3	28
형태 복원율(%)	20	60	65	10	20
내충격성(%)	92.3	95	95.6	76.7	72
열변형 온도(℃)	200	200	200	80	80

상기 표 1에 따르면, 본 발명에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 경우 굴곡 성형성이 9 내지 10점으로 나타나 우수한 굴곡 성형성을 가짐을 알 수 있었다. 또한, 형태 변형율 결과를 보면, 본 발명에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 경우 모두 10% 미만으로 형태 변형율이 현저히 낮은 결과를 보였으나, 비교예 1 및 2에 따른 발포 성형체의 경우 20% 이상의 높은 형태 변형율을 보였다. 또한, 형태 변형율 평가 후 측정된 형태 복원율 결과를 보면, 실시예 2 및 3에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 경우 50 내지 65%로 우수한 복원력을 나타냈으나, 비교예 1 및 2에 따른 발포성형체의 경우 20% 이하의 저하된 복원력을 보였다. 형태 변형율과 대응되는 내충격성 결과에서도 본 발명에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 경우 모두 90% 이상의 우수한 내충격성을 갖는 것으로 평가되었으나, 비교예 1 및 2에 따른 발포 성형체의 경우에는 72% 및 76.7% 정도의 저하된 내충격성을 가졌다. 열변형 온도를 보면, 본 발명에 따라 제조된 폴리에스테르 발포 성형체의 경우 모두 200℃로 나타나 우수한 내열성을 가짐을 알 수 있었으나, 비교예 1 및 2에 따른 발포 성형체의 경우에는 모두 80℃의 낮은 열변형 온도를 보여 내열성이 떨어짐을 확인하였다.

따라서, 본 발명에 따른 폴리에스테르 발포 성형체의 제조방법은, 특정 고유점도를 갖는 폐 폴리에스테르 발포체와 공중합 폴리에스테르 수지 발포체를 적절한 크기의 파쇄폼으로 파쇄하고, 특정 압력 및 온도로 성형하여 제조함으로써 우수한 굴곡 성형성, 형태 변형율, 형태 복원율, 내충격성 및 내열성을 가짐을 확인하였다.

Claims

고유점도(IV)가 0.8 내지 1.2 dl/g인 폐 폴리에스테르 발포체와, 고유점도(IV)는 0.6~0.75 dl/g이고 결정화도는 10% 이하인 공중합 폴리에스테르 수지 발포체를 파쇄하여 수득한 파쇄폼을 예열하는 단계; 및
상기 예열된 파쇄폼을 3차원 입체형상의 몰드에 넣은 후 가열 및 가압하여 몰딩 성형하는 단계를 포함하며,
상기 파쇄폼을 예열하는 단계에서,
폐 폴리에스테르 발포와 공중합 폴리에스테르 수지 발포체의 혼합 비율은, 폐 폴리에스테르 발포체 100중량부를 기준으로 공중합 폴리에스테르 수지의 발포체를 5 내지 70중량부인 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 공중합 폴리에스테르 수지 발포체는 하기 화학식 1 및 화학식 2로 나타내는 반복단위를 포함하는 공중합 폴리에스테르 수지의 발포체인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법:
[화학식 1]

[화학식 2]

상기 화학식 1 및 2에서,
m 및 n은 공중합 폴리에스테르 수지에 함유된 반복단위의 몰 분율을 나타내고,
m+n=1이고, m은 0.55 내지 0.8이다.
제1항에 있어서, 상기 폐 폴리에스테르 발포체는, DIN ISO4590에 따른 측정값 기준으로, 폐쇄 셀 비율이 90% 이상인 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법.
제2항에 있어서,
공중합 폴리에스테르 수지의 유리전이온도(Tg)는 60℃ 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 파쇄폼을 예열하는 단계에서, 예열 시간은 15초 내지 60초 범위인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 파쇄폼은, 평균 직경이 15 내지 75mm 인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 파쇄폼을 예열하는 단계에서, 예열 온도는 150 내지 450℃인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 가열 및 가압하여 몰딩 성형하는 단계에서 가열 온도는 100 내지 250℃인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 가열 및 가압하여 몰딩 성형하는 단계에서 가압은 0.1 내지 100 bar 압력으로 수행하는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제조된 폴리에스테르 발포 성형체는, 형태 변형율 평가 시 시편의 30cm 높이에서 500g의 구를 자유 낙하시킨 후 하기 식 1에 의해 평가하였을 때, 형태 변형율이 0.5 내지 10%인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법:
[식 1]
형태 변형율(%) = {(구를 낙하시키기 전 두께 - 구를 낙하시킨 지점의 두께) / 구를 낙하시키기 전 두께} X 100
제1항에 있어서,
상기 제조된 폴리에스테르 발포 성형체는, 형태 복원율 평가 시 시편의 30cm 높이에서 500g의 구를 자유 낙하시키고 10분 경과 후 하기 식 2에 의해 평가하였을 때, 형태 복원율이 15 내지 98%인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법:
[식 2]
형태 복원율(%) = {(구를 낙하시킨 지점의 10분 경과 후 두께 - 구를 낙하시킨 지점의 두께) / 구를 낙하시킨 지점의 두께} X 100
제1항에 있어서,
상기 제조된 폴리에스테르 발포 성형체는, ASTM D648에 의거하여 측정한 열변형온도(HDT)가 90 내지 300℃인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 발포 성형체 제조방법.