KR101960771B1 - 삼중벽관 폴리염화비닐수지 조성물 및 이를 이용한 폴리염화비닐수지 삼중벽관 - Google Patents

삼중벽관 폴리염화비닐수지 조성물 및 이를 이용한 폴리염화비닐수지 삼중벽관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가공성과 내식성, 인장강도 및 충격강도가 우수한 폴리염화비닐 삼중벽관 수지 조성물 및 이로부터 제조된 폴리염화비닐 삼중벽관에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 충격보강제의 물성의 향상 및 각 층의 수지성분의 물성 및 충격보강제의 배합비 등을 조절하여 가공성 및 내충격성, 인장강도가 뛰어나고 물리적 특성이 우수한 폴리염화비닐 삼중벽관 수지 조성물 및 이로부터 제조된 폴리염화비닐 삼중벽관에 관한 것이다.
본 발명은 코어-쉘 구조의 충격보강제의 외부에 외부활제 층을 형성하여, 이를 폴리염화비닐 수지 삼중벽관 제조 시 각층에 물성에 적합한 충격보강제를 첨가하여, 별도의 가공첨가제의 추가 없이도 충격강도를 향상시키고 가공성과 내식성을 향상시키며, 각 층의 성분과 조성비를 달리하여 첨가함으로써 그 압출 가공성, 내식성과 표면 형태 특성 및 충격 강도가 우수한 삼중벽관을 제공하는 것이다.

Description

삼중벽관 폴리염화비닐수지 조성물 및 이를 이용한 폴리염화비닐수지 삼중벽관{Polyvinyl chloride resin composition for a triple tube and polyvinyl chloride triple tube using that resin composition}
본 발명은 가공성과 내식성, 인장강도 및 충격강도가 우수한 폴리염화비닐 삼중벽관 수지 조성물 및 이로부터 제조된 폴리염화비닐 삼중벽관에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 충격보강제의 물성의 향상 및 각 층의 수지성분의 물성 및 충격보강제의 배합비 등을 조절하여 가공성 및 내충격성, 인장강도가 뛰어나고 물리적 특성이 우수한 폴리염화비닐 삼중벽관 수지 조성물 및 이로부터 제조된 폴리염화비닐 삼중벽관에 관한 것이다.
상, 하수도용 관은 종래에 다양한 재질을 사용하였으며, 그중에서도 금속재질의 관의 사용이 주로 사용되었으나, 금속관은 관의 부식에 의한 문제점이 발생하여 근래에 이르러서는 석유화학공업의 발달에 따라 합성수지관이 사용되기 시작하였다.
합성수지관은 내화학성, 내부식성 및 가공성이 우수하고, 또한 저렴한 가격에 비해 물리, 화학적 성질이 우수하여 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있으나, 내열성, 내후성, 인장강도 및 내충격성에 취약한 단점들이 지적되고 있다.
상기와 같은 합성수지관 중에서 수도관으로 사용되는 염화비닐계수지(PVC)는 부식 및 산화 등의 화학적 반응에 안정적이고, 그 가공이 용이하며 무게가 가벼워서 취급 및 작업이 매우 용이하다는 장점에도 불구하고, 충격 강도 등이 현저하게 낮아 외압에 의한 파손 등의 우려가 상존하고 있다.
이와 같은 단점들을 극복하기 위하여 근래에는 염화비닐계수지 합성수지관을 내층, 외층 및 중간층을 갖는 삼중벽관으로 형성하고, 열안정제, 가공조제, 자외선방지제, 충격보강제, 충진제 등의 첨가제을 사용하여 가공성 및 내충격성, 인장강도가 뛰어나고 물리적 특성이 우수한 합성수지관을 사용하는 것이 일반화되고 있다.
종래의 염화비닐계수지 삼중벽관에 관한 문헌으로는 본 발명자의 등록특허 제10-0338254가 있으며, 상기 특허에는 내, 외부층과 중간층에 성질이 다른 염화비닐계수지(경질과 연질)와 충격보강제(CPE와 MBS), 복합안정제(주석계와 납계) 및 활제(내부활제와 외부활제)를 사용하였다.
또한, CPE계 충격보강제의 단점을 해소하기 위하여 CPE와 MBS계를 혼합하여 사용하는 방법이, 본 발명자의 등록특허 제10-0341868호에 기재되어 있으며, 삼중벽관용 염화비닐수지에 제올라이트게 항균제를 사용하는 방법이 등록특허 제10-0797189호에 기재되어 있다.
그리고 합성수지 첨가제로 내화학성, 내부식성, 작업성이 우수한 SAN(Styrene acrylonitrile)과 EAC(Ethylene acrylate copolymer), CPE 및 MBS을 경질의 폴리염화비닐관 첨가제로 사용함으로써, 인장강도와 굴곡강도가 우수하여 장기적인 내수압 및 외압에 의한 변형을 최소화할 수 있는, 상ㆍ하수도용 삼중벽 내충격 경질폴리염화비닐관의 수지 조성물 및 이를 이용한 내충격 경질폴리염화비닐관을 제조하는 방법이 등록특허 제10-1882456호에 기재되어 있다.
상기 특허들에는 염화비닐수지 및 충격보강제의 종류나, 이들의 혼합 및 조성성분에 의하여 삼중벽관의 물성을 개선하는 것으로, 충격강도의 개선이나 화학적 물성의 향상에는 한계가 있다.
더하여 염화비닐수지의 충격보강제의 개선에 대한 선행기술들이 다수 존재하고 있으며, 이들 중에 코어 - 쉘 구조의 MBS계열, 실리콘 계열, 아크릴 계열이 대표적으로 사용되고 있으며, 등록특허 제10-1185688호에서는 아크릴계 충격보강제의 쉘층의 외부에 윤활쉘층을 형성하는 구성을 기재하고 있으나, 윤활쉘 층을 스티렌과 아크릴산부틸의 중합에 의한 공중합체로 형성하는 것으로, 그 공정이 번거롭고 이에 따라 생산단가가 상승하여 비경제적이다.
KR 100338254 B1 KR 100341868 B1 KR 100797189 B1 KR 101882456 B1 KR 101185688 B1
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 다각적으로 연구 및 실험을 통하여, 코어-쉘 구조의 충격보강제의 외부에 외부활제 층을 형성하여, 이를 폴리염화비닐 수지 삼중벽관 제조 시 각층에 물성에 적합한 충격보강제를 첨가하여, 별도의 가공첨가제의 추가 없이도 충격강도를 향상시키고, 가공성과 내식성을 향상시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 코어층, 쉘층 및 외부 활제층을 형성한 충격보강제를 포함하는 폴리염화비닐 수지 삼중벽관용 수지조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기의 충격 보강제를 염화비닐수지 삼중벽관의 각 층의 특성에 따른 물성을 향상시키기 위하여, 각 층의 성분과 조성비를 달리하여 첨가함으로써 그 압출 가공성을 향상시키고, 내식성과 표면 형태 특성 및 충격 강도가 우수한 삼중벽관을 제공하는데 그 목적이 있다.
더하여 염화비닐수지의 각 층의 물성을 향상시키기 위하여 사용되는, 염화비닐수지의 물성과 첨가제의 성분도 달리 조성하여, 염화비닐수지 삼중벽관의 물성을 극대화하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상, 하수도관으로 사용되는 염화비닐수지 삼중벽관의 가공성 및 물성을 향상시키기 위한 것으로, 삼중벽관의 내층과 외층 및 중간층을 각각의 특성에 맞는 물성을 갖도록 개량한 것이다.
상, 하수도관은 통상 지중매설에 의하여 사용되나 근래에는 다양한 대기, 수질, 토양오염에 의한 부식 등과, 자연재해(홍수, 지진 등)로 인하여 관이 노출됨으로써 자외선 등에 의하여 노화될 우려가 있으며, 차량통행, 지반 굴토 등에 의한 외부충격으로부터 관을 보호하기 위하여 상, 하수도관의 물성 즉, 내식성, 내후성, 내충격성의 향상의 필요성이 요구된다.
이러한 관점에서 본 발명은 삼중벽관의 내층은 상수나 하수가 마찰력에 영향을 받지 아니하도록 표면이 매끄럽게 형성하고, 또한 물이 오염되지 아니하도록 항균제 등을 함유하며, 물 또는 오염물에 의하여 관이 부식되지 아니하도록 내식성을 강화할 수 있도록 조성하며, 외층은 외부의 충격에 의한 파손방지 및 오염이나 자외선 등에 의한 관의 부식이나 노화를 방지하도록 성분을 조성하고, 중간층은 충격강도를 강화하는 구성으로 각층의 조성 성분 및 조성비를 조절함으로써, 물성이 향상된 염화비닐수지 삼중벽관을 제공할 수 있는 것이다.
본 발명에서 충격 보강제는 통상 사용되는 코어-쉘 구조의 MBS계, 아크릴계, 실리콘계와 CPE 수지를 사용하며, 코어-쉘 구조의 MBS계, 아크릴계, 실리콘계 충격보강제는 외부활제에 의하여 코팅된 것이다.
상기 MBS계 충격보강제는 내충격성 및 내한성은 우수하나 내식성 및 내후성이 떨어지며, 아크릴계 충격보강제는 내충격성은 MBS계에 비하여 다소 떨어지나 내후성이 우수하고 수치안정성 및 열안정성과 압출량이 양호하다.
그리고 실리콘계 충격보강제는 저온충격강도가 매우 뛰어나며, 내식성, 내후성 등 화학적 물성이 우수하나, 가공성이 떨어져 표면이 거칠고 생산성이 저하되며 상대적으로 가격이 높고, CPE는 충격강도는 상대적으로 떨어지나 가격이 저렴하여 경제적이다.
상기 충격보강제의 물성을 아래 표 1에 표기하였다.
구분 MBS계 아크릴계 실리콘계 CPE
충격강도 5 4 5 3
열안정성 4 5 5 4
내후성 2 5 5 4
가공성 5 5 4 3
위와 같은 충격보강제의 물성을 고려하여, 화학적 안정성 및 표면특성의 우수성이 요구되는 내, 외층에는, 열안정성과 내후성 및 가공성이 우수한 아크릴계나 저온 충격강도가 우수한 실리콘계 충격보강제를 사용하고, 내후성이나 내식성 등 화학적 특성이 약한 MBS계 충격보강제는 중간층에 사용하며, 가격이 저렴한 CPE는 보완적으로 사용하여 경제성을 높인다.
그리고 염화비닐수지 조성물 내의 충격보강제 등의 분산성은 충격강도 등의 물성의 커다란 영향을 주는 것이므로, 충격보강제의 분산성 향상을 위하여 코어-쉘 구조의 충격보강제의 표면에 외부활제를 코팅하여 분산성을 향상시킨다.
이러한 구성에 의하여 별도의 내부, 외부활제를 추가로 조성물에 첨가할 필요가 없으며, 종래 활제의 별도 첨가 시에 활제의 균일한 분산이 일어나지 아니하여 가공성이 떨어지고, 제품의 표면 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이러한 외부활제의 코팅에 의하여 실시콘계 충격보강제의 표면 특성 및 가공성을 향상시켜 내, 외층에 사용할 수 있으며, 코어-쉘 충격보강제의 균일한 분산에 의하여 활제가 고르게 분포되므로 CPE의 가공성도 향상되는 것이다.
그리고 삼중벽관의 내층에만 항균제를 첨가하여 물이 접하는 내층에 균의 발생에 의한 오염이나 스케일 형성을 방지하고, 물에 대한 항균효과도 발현시킬 수 있는 것으로, 종래의 중간층 및 외층에도 항균제를 사용하는 것보다 재료 절감에 의하여 경제적으로 관을 제조할 수 있는 것이다.
더불어 삼중벽관의 외부의 충격 등에 대응할 수 있도록, 외부로부터 직접적인 충격을 받는 외층은 중합도가 낮은 중합도 800 내지 1,000, 바람직하게는 800 내지 900의 내충격성이 우수한 염화비닐수지를 사용하고, 상대적으로 충격이 적은 내층은 내충격성이 적고 가공성이 우수한 중합도 900 내지 1,000, 바람직하게는 950 내지 1,000인 염화비닐수지를 사용하며, 중간층에는 고인장성의 1,000 내지 1,700, 바람직하게는 1,100 내지 1,300의 중합도를 가지는 염화비닐수지를 사용함으로써, 각층에 중합도가 상이한 염화비닐수지를 사용하여 물성을 달리하여, 외부로부터 전달되는 충격을 완화하여 관의 충격강도를 향상시킨다.
또한, 유체가 흐르는 내층은 마찰저항을 줄이기 위하여 가공성이 우수한 아크릴계 충격보강제를 주성분으로 하고, 외부의 환경에 영향을 받는 외층은 내후성 등이 우수하고, 화학적으로 안정한 실리콘계나 아크릴계 충격보강제를 주성분으로 첨가한다.
본 발명은 코어-쉘 구조의 충격보강제의 외부에 외부활제 층을 형성하여, 이를 폴리염화비닐 수지 삼중벽관 제조 시 각층에 물성에 적합한 충격보강제를 첨가하여, 별도의 가공첨가제의 추가 없이도 충격강도를 향상시키고 가공성과 내식성을 향상시키는 효과가 있는 것이다.
또한, 각 층의 성분과 조성비를 달리하여 첨가함으로써 그 압출 가공성, 내식성과 표면형태 특성 및 충격 강도가 우수한 삼중벽관을 제공하는 효과가 있는 것이다.
이하에서는 외부활제로 코팅된 코어-쉘 충격보강제의 제법과 염화비닐수지 삼중벽관의 층별 조성성분 및 그 조성비와 삼중벽관의 제조방법에 대하여 실시예 등을 통하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 코어-쉘 충격보강제의 외부활제 코팅은 충격보강제의 종류에 따라 충격보강제 대비 외부활제를 1 내지 15중량 %, 바람직하게는 5 내지 12중량 % 첨가하여 용융 코팅한다.
상기의 외부활제는 융점이 90℃ 이상인 것을 사용하며, 바람직한 성분으로는 폴리에틸렌 왁스(Polyethylen wax), 금속비누(스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘) 등을 사용할 수 있다.
외부활제의 융점이 90℃ 미만이면 염화비닐수지 가공온도인 120 내지 150℃보다 현저히 낮아, 외부활제가 미리 용융되어 충격보강제의 분산성을 저해할 우려가 있다.
상기 코어-쉘 충격보강제의 코팅 방법은, 충격보강제 85 내지 99중량 %에 외부활제 1 내지 15중량 %를 히팅 교반기에서 100 내지 150℃까지 가열하면서 20분 내지 60분 교반한 후, 50℃ 이하로 냉각하여 충격보강제 코팅 분말을 제조한다.
상기의 코팅은 겔링 부하가 적은 외부활제로 충격보강제를 코팅함으로써, 충격보강제를 보호하고 단일 충격보강제의 사용 시 단점을 보강하며, 코팅에 의하여 충격보강제의 표면의 거칠기를 보완하여 생산성 로드를 방지하고, 내, 외부의 활성, 분산성을 향상시키고, 배합물의 겔링시간이 감소하고 겔링 촉진 효과가 향상되었으며, 겔링 부하가 감소하여 기계적, 압출 성형 시의 문제점을 해소할 수 있었다.
특히 실리콘 계열의 충격보강제의 단점인 표면이 거칠어 광택성이 떨어지고, 생산성이 저하되는 점을 보완하여 생산성 향상 및 내스크래치성을 확보하고, 합성수지관의 내진성, 내후성, 저온충격강도, 열안정성 및 내화학성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명의 삼중벽관의 외층은 외부의 온도 등의 변화와 자외선, 환경오염 등에 직접적인 영향을 받으므로, 내후성이나 화학적으로 안전한 아크릴계 충격보강제를 주성분으로 하고, 저온충격강도가 우수한 실리콘계 충격보강제 및 저렴한 CPE계 충격보강재를 보완적으로 사용하며, 그 배합비는 실리콘 계열:아크릴 계열 충격보강제의 비율을 1:3 ~ 1:5로 사용하며, CPE계 충격보강재는 상기 충격보강제에 10 내지 50중량% 혼합하여 사용할 수 있으며, 염화비닐수지도 내충격성이 우수한 중합도 800 내지 900의 저중합도 수지를 사용한다.
실리콘계 충격보강제를 상기 비율보다 과다하게 첨가하면 가공성 및 경제성이 떨어지며, 소량 첨가하면 저온 충격성이 떨어진다.
그리고 내층은 유체가 직접 접촉하는 부위로 사용하며, 내부유체의 온도변화에 따른 물성의 변화 방지 및 내식성이 우수하여야 하며, 유체저항을 최소화하기 위하여 표면이 평활하여야 하므로, 가공성 및 내식성, 내후성 등 화학성 물성이 우수한 아크릴계 충격보강제 및 CPE계 충격보강제를 사용하고, 내식성이 부족한 MBS계 충격보강제는 사용하지 아니하며, 유체의 온도 변화에 따른 저온충격강도를 보완하기 위하여 외부활제의 코팅으로 가공성이 향상된 실리콘계 충격보강제를 사용할 수 있으며, 그 배합비율은 아크릴 계열:CPE 충격보강제의 비율을 1:1~2:1로 첨가하며, 상기 대비 실리콘 충격보강제의 비율은 5 내지 15중량 % 추가 혼합하여 사용할 수 있으며, 실리콘계 충격보강제를 상기 비율보다 과다하게 첨가하면 가공성이 떨어져 표면 특성이 저하되며, 소량 첨가하면 저온 충격성이 떨어진다.
또한, 상기 내층에는 항균제로 제올라이트계 무기항균제나 은나노 물질을 첨가하며, 그 함량은 종래의 사용되는 일반적인 범위 내 즉, 폴리염화비닐수지 100중량부 대비 0.1 ~ 1.0중량부로 첨가하는 것이 바람직하며, 만약 그 첨가량을 0.1중량부 미만으로 하면 항균효과가 미비하게 나타나며, 1.0중량부를 초과하여 첨가하여도 특별한 항균력의 증가가 나타나지 않고, 고가의 무기항균제의 남발로 인한 원가상승의 요인이 되고, 가공성도 저하된다.
그리고 내층에 사용하는 염화비닐수지는 가공성 및 온도 안정성 측면에서, 중합도 950 내지 1,000의 중 중합도 수지를 사용한다.
중간층은 내 충격강도가 우수한 MBS 충격보강제를 사용하며, 보조적으로 CPE 충격보강제를 50중량 % 이하로 혼합하여 사용할 수 있다.
CPE 충격보강제가 50중량 %를 초과하면 충격강도가 저하될 우려가 있으며, 염화비닐수지는 1,100 내지 1,300인 고중합도의 수지를 사용하여 고인장력을 갖도록 구성한다.
상기 각층에 사용되는 충격보강제는 염화비닐수지 100중량부 대비 4 내지 10중량부 첨가하는 것이 바람직하며, 4중량부보다 적은 양을 첨가하는 경우에는 충격강도의 개선효과가 거의 없으며, 10중량부를 초과하여 첨가하는 경우에는 인장강도가 급격히 떨어지게 된다.
상기 각층의 염화비닐수지 조성물에는 통상적으로 사용되는 충전제, 열안정제, 착색제, 가공조제를 포함하며, 자외선 방지제, 대전방지제 등을 추가로 포함할 수 있다.
충전제로서는 탄산칼슘(CaCO3)을 염화비닐수지 100중량부 대비 2.0 내지 6.0중량부 사용하는 것이 바람직하다.
열안정제로는 중금속의 용해 및 용출이 없고 무독성인 Ca-Zn계, Ca-stearate[Ca(C17H35COO)2], Zn-stearate[Zn(C17H35COO)2] 또는 틴-라울레이트(Tin-Raulate)계 및 틴 말레이트(Tin-Malate)계의 단독 또는 혼합된 액상안정제를 염화비닐수지 100중량부 대비 2.5 내지 3.5중량부 사용하는 것이 바람직하다.
착색제로는 R-지당을 사용하며 염화비닐수지 100중량부 대비 0.5 내지 1.0중량부 사용하는 것이 바람직하다.
가공조제는 엘지화학의 PA 828을 염화비닐수지 100중량부 대비 0.5 내지 2.5중량부 사용하는 것이 바람직하다.
이상의 염화비닐수지 삼중벽관용 내부, 외부 및 중간층의 수지조성물 및 삼중벽관의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 내층수지 조성물은 항균제 0.1 ~ 1.0중량부, 열안정제 2.5 ~ 3.5중량부, 착색제 0.5 내지 1중량부 및 가공조제 0.5 ~ 2.5중량부를 혼합하고, 60 내지 70℃로 가열하여 배합하는 제 1공정과, 상기 제 1공정으로부터 제조된 배합물에 중합도 900 내지 1,000의 염화비닐수지 100중량부와 외부활제가 코팅된 아크릴 계열, 실리콘계 충격보강제 또는 CPE 충격보강제 4 내지 10중량부 및 충전제 2 내지 6중량부를 혼합하여 125 내지 135℃로 가열배합한 후, 다시 40℃ 이하로 냉각 배합하는 제2공정으로 내부층 수지 조성물을 제조한다.
중간층 수지 조성물은 내부층 수지조성물에서 항균제를 제외하고, 충격보강제로 MBS계를 주성분으로 사용하며 필요에 따라 CPE계를 보조 성분으로 사용하고, 중합도 1,100 내지 1,300의 염화비닐수지 100중량부를 사용하여 내층 수지조성물과 동일한 방법으로 중간층 수지조성물을 제조한다.
외층 수지 조성물은 항균제를 사용하지 아니하며, 중합도 800 내지 900의 염화비닐수지 100중량부를 사용하며, 외부활제가 코팅된 아크릴 계열, 실리콘계 충격보강제에 CPE 충격보강제를 보조적으로 추가하여, 중간층 수지조성물과 동일한 방법으로 외층 수지조성물을 제조한다.
본 발명에 따른 삼중벽 구조의 수도관은 내부 및 외부 수지층과 중간층에 사용하는 수지 조성물을 각기 다른 슈퍼 믹서에서 가열 배합된 다음, 연동화 시스템(Synchronization system)을 갖춘 세 개의 압출기로부터 코엑스(coex) 금형으로 압출시켜 삼중벽 구조가 단일층과 같은 매끄러운 형상을 이루게 하며, 3개의 층간 간격이 일정하게 형성하는 다층공압출공법에 의해 제조된다.
상기한 바와 같이, 외부 및 내부와 중간층의 수지조성물 제조 시 사용되는 염화비닐수지, 열안정제, 항균제, 가공조제, 충격보강제 및 충진제 등의 물질은 각각의 물성이 상이하여, 배합 시의 함량 및 중합도에 따라 원료의 분산효과 및 결합상태가 결정되며, 이에 따라 최종적으로 제조된 수지조성물의 물성이 결정된다.
이하 본 발명에 대해서 하기의 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
그러나 본 발명이 하기의 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
< 외부활제 코팅 충격보강제 제조>
MBS 충격보강제(제조원과 상품명 기재) 100㎏과 폴리에틸렌 왁스(제조원과 상품명 기재) 6㎏을 가열 교반기에 투입한 후, 히팅 교반기(제품명 기재)에서 120℃까지 가열하면서 20분 교반 후, 서서히 50℃ 이하로 냉각하여 외부활제 코팅 MBS 충격보강제 분말을 제조하였다.
아크릴계 충격보강제(제조원과 상품명 기재) 100㎏과 폴리에틸렌 왁스(제조원과 상품명 기재) 8㎏을 가열 교반기에 투입한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 외부활제 코팅 아크릴계 충격보강제 분말을 제조하였다.
실리콘계 충격보강제(제조원과 상품명 기재) 100㎏과 폴리에틸렌 왁스(제조원과 상품명 기재) 10㎏을 가열 교반기에 투입한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 외부활제 코팅 실리콘계 충격보강제 분말을 제조하였다.
이하에서는 상기 외부활제가 코팅된 충격보강제를 사용하여 염화비닐수지 삼중벽관을 제조한다.
삼중벽관의 제조방법은 당해 분야에 사용되는 통상적인 방법을 사용하며, 충격보강제 이외의 첨가 성분들도 이 분야에 공지된 성분들을 사용한다.
<내층 염화비닐수지 조성물 배합>
제올라이트 무기항균제 8㎏과 열안정제인 Ca-Zn계 20kg, R-지당 8㎏, 가공조제 10㎏을 혼합하여 60℃로 가열시켜 배합한 다음, 계속해서 중합도가 1,000인 염화비닐수지 1,000㎏과 실시예 2의 아크릴계 충격보강제 40㎏, 실시예 3의 실리콘계 충격보강제 5㎏, CPE계 충격보강제 20㎏, CaCO3 30㎏을 첨가하고 130℃로 승온시켜 20분 동안 배합한 후 상온에서 냉각하였다.
<중간층 염화비닐수지 조성물 배합>
중합도가 1,200인 염화비닐수지 1,000㎏과 실시예 1의 MBS계 충격보강제 70㎏, 가공조제 15㎏, 무독성 열안정제 Ca-Zn계 35kg, CaCO3 40㎏ 및 R-지당 5㎏을 혼합하여 120℃의 슈퍼믹서에서 약 15분 동안 배합한 후 상온에서 냉각하였다.
<외부층 염화비닐수지 조성물 배합>
중합도가 900인 염화비닐수지 1,000㎏과 실시예 2의 아크릴계 충격보강제 40㎏, CPE계 충격보강제 20㎏, 실시예 3의 실리콘계 충격보강제 10㎏, 가공조제 15㎏, 무독성 열안정제 Ca-Zn계 35kg, CaCO3 40㎏ 및 R-지당 5㎏을 혼합하여 125℃의 슈퍼믹서에서 약 20분 동안 배합한 후 상온에서 냉각하였다.
<다층 공압출 제조>
다층 공압출기에서 내부층:중간층:외층의 두께비가 1:2:1 이 되도록 3대의 압출기를 설치하고, 각층에 대한 배합원료의 점도에 따라 각각의 압출기의 스크루 회전수 및 실린더의 온도와 회전수 차이로 흐름을 같게 하는 연동화시스템(synchronization system)을 구축하였다.
상기한 연동화시스템을 통하여 내층과 중간층 및 외층을 구성하는 수지조성물을, coex 금형에서 용융상태로 자연스럽게 만나 삼중벽 구조가 단일층과 같이 매끄러운 형상을 이루고, 3개 층간의 간격이 일정하게 형성되는 다층공압출공법을 통해서 삼중벽 구조의 수도관을 제작하였다.
본 발명자의 선등록특허 제10-0797198호의 삼중벽 구조의 내충격 수도관을 비교예로 하여, KS M 3401 부속서 1의 내충격성 경질 염화비닐관(HIVP)의 낙추 충격시험 방법으로 측정하여 시험 결과를 아래 표 2에 나타내었다.
KS M 3401 기준 낙추 충격시험방법을 표 3에 기재하였다.
또한, 동일한 수도관의 내식성 시험결과를 표 3에 나타내었다.
내식성 시험은 40% 질산용액에 침지하여 시편 1㎠의 질량 감소량에 의하여 측정하였다.
호칭지름 100 150 200 300 400 비고
KS M 3401 기준 150 200 250 350 275
비교예 190 250 315 440 345 기준 대비 약 25% 향상
실시예 225 300 375 525 415 기준 대비 약 50% 향상
<KS M 3401 기준 시험방법>
호칭 지름 100 150 200 300 400 비고
추의 모양 원뿔형
무게 (kg) 9±0.05 13.5±0.05
시험항목 비교예 실시예 시험방법
40% 질산용액 침지 0.15㎎/㎠ 0.08㎎/㎠ SPC-KPPS M 306-0791
위의 표에서 보는 바와 같이 본 발명은 내, 외층 및 중간층의 수지의 중합도를 달리하고, 충격보강제의 외부활제 코팅에 의하여 수지 조성물의 분산성을 향상시키며, 충격보강제를 각 층의 특성에 따라 적절하게 배합함으로써, 외부의 충격 파장이 매질의 물성차이로 인하여 상쇄되는 충격 파동 중첩의 원리(The Superposition Principle of Impact Pulse)를 극대화함에 따라 충격강도가 향상된 것으로 판단된다.
또한, 화학적 물성이 비교적 약한 MBS 충격보강제를 중간층에만 형성시키고, 이를 외부활제로 코팅함으로써, 산에 의한 침식을 방지하여 내식도도 향상된 것으로 판단된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 외부활제로 코팅된 충격보강제를 사용하고, 이들의 배합을 내층, 외층 및 중간층의 물성에 맞도록 배합하고, 각층의 중합도가 다른 염화비닐수지를 사용함으로써, 충격강도, 가공성 및 내식성을 향상시키고, 내층에만 항균제를 사용하여 경제성도 향상시키는 유용한 발명인 것이다.
이상의 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 내부층 및 외부층과 중간층으로 이루어진 상ㆍ하수도용 폴리염화비닐수지 삼중벽관에 있어서,
    내부층수지 조성물은 중합도 900 내지 1,000의 염화비닐수지 100중량부와 융점이 90℃ 이상인 외부활제가 코팅된 코어-쉘형 아크릴계 충격보강제와 코어-쉘형 CPE 충격보강제가 1:1 내지 2:1 비율로 혼합된 충격보강제 4 내지 10중량부, 충전제 2 내지 6중량부, 항균제 0.1 ~ 1.0중량부, 가공조제 0.5 ~ 2.5중량부, 열안정제 2.5 ~ 3.5중량부, R-지당 0.5 ~ 1.0중량부로 조성되고,
    외부층수지 조성물은 중합도 800 내지 900의 염화비닐수지 100중량부와 융점이 90℃ 이상인 외부활제가 코팅된 코어-쉘형 아크릴계 충격보강제, 코어-쉘형 실리콘계 충격보강제 또는 코어-쉘형 CPE 충격보강제 중에서 선택된 2 이상의 충격보강제 4 내지 10중량부, 충전제 2 내지 6중량부, 가공조제 0.5 ~ 2.5중량부, 열안정제 2.5 ~ 3.5중량부, R-지당 0.5 ~ 1.0중량부로 조성되며,
    중간층수지 조성물은 중합도 1,100 내지 1,300의 염화비닐수지 100중량부와 융점이 90℃ 이상인 외부활제가 코팅된 코어-쉘형 MBS계 충격보강제와 코어-쉘형 CPE 충격보강제가 1:1 내지 1:0으로 혼합된 충격보강제 4 내지 10중량부, 충전제 2 내지 6중량부, 가공조제 0.5 ~ 2.5중량부, 열안정제 2.5 ~ 3.5중량부, R-지당 0.5 ~ 1.0중량부로 조성된 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐수지 삼중벽관.
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