KR101968321B1 - 폴리에틸렌 파레트. - Google Patents

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(주)브레인엠알오
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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌으로 이루어진 파레트 본체 및 상기 파레트 본체의 표면에 적층되는 보호층으로 구성되는 파레트에 관한 것으로서, 상기 보호층은 우레탄 프리폴리머, 아민 화합물, 충진제를 포함하는 조성물로 형성되며, 상기 충진제는 다각형 올리고머 실세스퀴옥산 및 불화 다각형 올리고머 실세스퀴옥산의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

Description

폴리에틸렌 파레트.{POLYETHYLENE PALLETS}
본 발명은 폴리에틸렌 재질로 파레트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 폴리에틸렌으로 이루어진 파레트 본체의 표면에 보호층을 형성함으로써 파레트의 내구성, 내충격성, 내스크레치성을 향상시킬 수 있는 폴리에틸렌 파레트에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 파레트는 발포폴리스티렌, 발포우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 플라스틱 소재나 목재, 철제 등으로 이루어져 있다. 목재나 철제는 부식 및 하중의 문제가 있고, 특히 목재 재질의 운반 및 적층용 파레트는 단가가 비싸고 수출 시 물품검사 규정에 따라 열처리, 위생, 소독검사를 해야 하는 등의 문제가 있기 때문에 최근에는 단가가 싸고 가공이 용이한 폴리에틸렌 재질로 제조하고 있다.
그러나 다른 플라스틱 소재와 마찬가지로 폴리에틸렌 재질의 파레트는 내구성이 낮아 쉽게 파손되거나 표면 스크래치가 발생하여 사용수명이 짧으며, 특히, 중량물의 운송 시 충격에 쉽게 파손되어 내충격성이 낮고, 일단 파손된 파레트는 재활용하기도 어려운 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 파레트를 구성하는 플라스틱 소재를 개선하거나 하중을 지지할 수 있는 구조의 개선을 위한 노력이 계속되고 있다. 이와는 별도로 파레트의 표면에 코팅층을 형성하여 폴리에틸렌 재질을 보호 및 보강하는 기술도 개발되고 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1082320호에서는 우레탄 프리폴리머, 용제, 폴리아민 등을 포함하는 표면 코팅 혼합물을 파레트의 표면에 도포하여 물품 적재, 하차 시 하중에 의한 균열 발생 및 흠집 등의 손상을 방지하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 10-1049756호에서는 우레탄 프리폴리머, 폴리아민 등을 포함하는 코팅 조성물을 파레트의 표면에 도포함으로써 균열 발생 및 손상을 방지하고 있다.
그러나 이러한 종래기술의 코팅 조성물은 통상의 우레탄 경화층을 구성하여 폴리에틸렌 재질의 파레트 본체를 보호하는 것으로서 그 도막의 내구성이 충분하지 못하며 시간이 경과하면서 코팅층의 성능이 열화되어 파레트의 내구성을 충분히 강화하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 10-1353815호에는 혼합수지 및 길이 10㎜ 이상인 유리장섬유 및 고무계 수지를 포함하는 수지 조성물을 성형하여 제조된 파레트가 개시되어 있으나, 이러한 제조방법은 유리장섬유의 취급이 어렵고 제조공정별 물성이 일정하지 않아 대량 생산에 문제가 있는 것으로 나타났다.
또한, 대한민국 등록실용신안공보 20-0371135호에는 수지와 천연펄프를 배합한 조성물을 이용하여 파레트를 제조하고 있으나, 공정조건에 따라 천연펄프가 수지의 결합력을 약화시켜 오히려 물성이 저하되는 문제점이 발생하고 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1082320호 대한민국 등록특허공보 10-1049756호 대한민국 등록특허공보 10-1353815호 대한민국 등록실용신안공보 20-0371135호
본 발명은 상기와 같은 종래기술을 감안하여 안출된 것으로, 파레트의 표면에 보호층을 형성함으로써 폴리에틸렌 파레트의 내구성, 내충격성, 내스크레치성을 향상시킨 폴리에틸렌 파레트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폴리에틸렌 파레트는 폴리에틸렌으로 이루어진 파레트 본체 및 상기 파레트 본체의 표면에 적층되는 보호층으로 구성되는 파레트로서, 상기 보호층은 우레탄 프리폴리머, 아민 화합물, 충진제를 포함하는 조성물로 이루어지며, 상기 충진제는 다각형 올리고머 실세스퀴옥산(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes) 및 불화 다각형 올리고머 실세스퀴옥산(Fluorinated Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes)의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 우레탄 프리폴리머는 폴리에테르 폴리올, 폴리테트라메틸렌 디올 및 저급 알코올 중 어느 하나 또는 그 이상의 폴리올 및 톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 뷰렛 및 헥사메틸렌 디이소시아네이트트리머 중 어느 하나 또는 그 이상의 디이소시아네이트를 반응시켜 얻어질 수 있으며, 상기 아민 화합물은 N-메틸-1,6-헥산디아민, 디에틸렌트리디아민, N-(2-하이드록시에틸)에틸렌디아민, 이소포론디아민, 디에탄올아민, 에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민 및 폴리옥시알킬렌디아민 중 어느 하나 또는 그 이상일 수 있다.
또한, 상기 충진제는 다각형 올리고머 실세스퀴옥산 및 불화 다각형 올리고머 실세스퀴옥산을 1:1 내지 4:1의 중량 비율로 혼합한 혼합물일 수 있다.
또한, 상기 폴리에틸렌 본체와 상기 보호층의 두께의 비율은 1:1 내지 1.5:1일 수 있다.
본 발명에 따른 파레트는 폴리에틸렌 재질의 파레트 본체의 표면에 보호층을 형성함으로써 폴리에틸렌 파레트의 내구성, 내충격성, 내스크레치성을 향상시킨 폴리에틸렌 파레트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 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 발명에 따른 파레트는 종래의 폴리에틸렌 수지를 성형하여 제조되는 파레트와 달리 폴리에틸렌 수지를 성형하여 제조된 파레트 본체의 표면에 보호층을 형성하고 있다. 이는 파레트 본체를 구성하는 폴리에틸렌 수지로 이루어진 본체의 일면 또는 양면에 보호층이 형성되는 것으로서, 이에 따라 2층 또는 3층으로 적층된 구조를 형성할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 보호층은 폴리에틸렌 수지를 성형하여 파레트 본체를 제조하는 과정에서 폴리에틸렌 수지 조성물과 보호층 형성용 조성물을 함께 공급하여 공압출(coextrusion)하여 제조하기 때문에 종래기술에서 완성된 파레트 표면에 코팅층을 형성하는 것과는 달리 표면 강도와 내구성을 확보할 수 있다.
이러한 보호층을 형성하기 위한 조성물은 상기 폴리에틸렌 수지 조성물과의 상용성이 중요한 요소이므로 이를 고려하여 적절한 조성물을 형성해야 하며, 상기 보호층의 물성이 파레트의 물성을 좌우하는 중요한 요소이므로 이를 고려하여 각 성분을 최적화할 필요가 있다.
본 발명에서는 상기 보호층은 우레탄 프리폴리머, 아민 화합물, 충진제를 포함하는 보호층 형성용 조성물로 형성된다. 상기 우레탄 프리폴리머는 아민 화합물에 의해 경화되어 보호층을 형성하게 되는데, 이때, 상기 조성물에 함유되는 충진제를 최적화할 때 파레트의 표면 내구성이 크게 향상되는 것으로 나타났다.
따라서 본 발명에서는 파레트의 내구성 향상의 측면에서 상기 충진제로 다각형 올리고머 실세스퀴옥산(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes) 및 불화 다각형 올리고머 실세스퀴옥산(Fluorinated Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes)의 혼합물을 사용하고 있다.
상기 폴리에틸렌 수지 조성물은 폴리에틸렌 수지와 강도 향상을 위한 보강재를 적절히 배합한 것으로서 통상의 압출성형에 적합한 물성을 가진 것을 사용한다. 또한, 상기 폴리에틸렌 수지 조성물 및 보호층 형성용 조성물은 별도의 저장용기에 보관되며 성형기 내로 동시에 공급되면서 공압출될 수 있다.
또한, 상기 보호층 형성용 조성물은 전술한 바와 같이 우레탄 프리폴리머, 아민 화합물, 충진제를 포함하며, 필요에 따라 안료, 흡습제, 점도조정제, 표면윤활제, 접착증진제 등의 첨가제를 부가할 수 있다.
상기 우레탄 프리폴리머는 폴리에테르 폴리올, 폴리테트라메틸렌 디올 및 저급 알코올 중 어느 하나 또는 그 이상의 폴리올 및 톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 뷰렛 및 헥사메틸렌 디이소시아네이트트리머 중 어느 하나 또는 그 이상의 디이소시아네이트를 반응시켜 얻어질 수 있으며, 상기 아민 화합물은 N-메틸-1,6-헥산디아민, 디에틸렌트리디아민, N-(2-하이드록시에틸)에틸렌디아민, 이소포론디아민, 디에탄올아민, 에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민 및 폴리옥시알킬렌디아민 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 이러한 우레탄 프리폴리머와 아민 화합물은 사출장치 및 사출 후 열처리되는 과정에서 경화되어 상기 폴리에틸렌 본체의 표면에 보호층을 형성하게 된다.
또한, 상기 충진제는 다각형 올리고머 실세스퀴옥산 및 불화 다각형 올리고머 실세스퀴옥산을 1:1 내지 4:1의 중량 비율로 혼합한 혼합물을 적용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
다각형 올리고머 실세스퀴옥산은 반응기를 함유하고 있어 수지와 혼합할 때 고분자 사슬에 결합할 수 있으며, 이를 통해 수지 조성물의 강도를 증가시키는 것으로 알려져 있다. 또한, 불화 다각형 올리고머 실세스퀴옥산은 표면 에너지가 매우 낮은 마이크로 파이버로서 발수성(water-repellent) 및 발유성(oil-repellent)을 나타내며, 수지와의 상용성이 매우 우수하여 수지와 혼합하면 고분자 사슬에 결합하는 형태로 되어 내구성, 내후성 등의 물성을 향상시키는 효과를 나타내는 것으로 확인되었다.
상기 실세스퀴옥산은 실란 화합물과 염기촉매를 포함하는 졸겔 반응법에 의해 제조될 수 있는데, 상기 불화 다각형 올리고머 실세스퀴옥산을 예로 들면, 트리클로로알킬실란을 염기 촉매를 사용하여 가수분해하는 졸겔 반응법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 트리클로로불화알킬실란을 실온에서 수산화칼륨 수용액과 이소프로판올 용매에 투입하고 이를 24시간 동안 혼합하면서 가수분해 및 축합반응을 일으키고 침전물을 여과하여 수거하면 폴리옥타헤트랄 구조의 다각형 올리고머 실세스퀴옥산을 제조할 수 있다.
상기 다각형 올리고머 실세스퀴옥산은 R8Si8O12의 분자식을 가지는 것으로서, 불화물의 경우, 상기 R이 -CH2CH2CF3, -CH2CH2CH2CF3, 또는 -CH2CF2CF2CF3일 수 있고, 불화물이 아닌 경우, 상기 R은 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 알콕시기일 수 있다. 또한, 고분자와의 반응을 위해 상기 R 중 하나 이상을 탄소수 1 내지 4의 알콕시기로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제조된 다각형 올리고머 실세스퀴옥산과 불화 다각형 올리고머 실세스퀴옥산은 그 자체로도 고분자의 물성 향상을 위한 효과를 나타내나, 본 발명에서는 상기 2종의 실세스퀴옥산을 적절한 중량비율로 혼합함으로써 특히 그 효과를 증진시키고 있다.
또한, 상기 폴리에틸렌 본체와 상기 보호층의 두께의 비율은 1:1 내지 1.5:1인 것이 바람직한데, 보호층을 구성하는 부분의 두께가 지나치게 얇으면 통상의 폴리에틸렌 재질의 파레트와 그 물성에 큰 차이가 없고, 보호층을 구성하는 부분의 두께가 너무 두꺼우면 파레트의 전체적인 강도나 장기 내구성이 통상의 폴리에틸렌 재질의 파레트와 비교할 때 감소하는 것으로 나타났다.
본 발명에서 사용되는 파레트의 물성을 확인하기 위하여 여러 조건에서 시료를 제작한 후 물성 평가를 실시하였다.
폴리에틸렌 수지로는 밀도가 0.955g/㎤이고 용융흐름지수가 8g/10분인 고밀도 폴리에틸렌 수지를 사용하였다. 가교제로는 2,5-디메틸-2,5-디(3급-부틸 퍼옥시) 헥산을 사용하였으며, 가교조제로는 트리알릴이소시아누레이트를 사용하였다. 상기 폴리에틸렌 수지 100 중량부, 가교제 0.8 중량부, 및 가교조제 1.0 중량부를 헨셀믹서를 사용하여 혼합하여 폴리에틸렌 수지 조성물을 제조하였다.
또한, 보호층 형성용 조성물은 분자량이 2,000~3,000인 2관능 폴리에테르 폴리올 100 중량부, 1,3-부틸렌글리콜 3 중량부를 혼합한 후, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 15 중량부를 투입하여 우레탄 프리폴리머를 제조하였다. 상기 우레탄 프리폴리머에 점도조절제 3 중량부, 증점제 3 중량부를 투입한 후 충진제 15 중량부를 투입하였다.
이와는 별도로 N-메틸-1,6-헥산디아민 및 디에틸톨루엔디아민을 준비하여 공압출 시 1:1의 중량비로 배합되면서 상기 우레탄 프리폴리머에 공급되면서 압출기 내로 주입되도록 하였다.
상기 충진제로는 (CH3CH2CH2)8Si8O12의 화학식 1로 표시되는 실세스퀴옥산 및 (CF3CF2CH2)8Si8O12의 화학식 1로 표시되는 실세스퀴옥산을 3:1의 중량비로 혼합한 혼합물을 사용하였다.
상기 폴리에틸렌 수지 조성물 및 보호층 형성용 조성물을 140 내지 145℃의 온도범위 내에서 압출기를 이용하여 공압출하여 평균두께 2㎝의 파레트용 시편을 제조하였다(실시예 1).
비교를 위하여 상기 충진제로 (CH3CH2)7(CH3CH2O)Si8O12의 화학식 1로 표시되는 실세스퀴옥산 및 (CF3CF2CH2)8Si8O12의 화학식 1로 표시되는 실세스퀴옥산을 1:2의 중량비로 혼합한 혼합물을 사용하였다(비교예 1).
또한, 실시예 1과 동일한 방법으로 파레트용 시편을 제조하되 충진제로 (CH3CH2)7(CH3CH2O)Si8O12의 화학식 1로 표시되는 실세스퀴옥산 15 중량부를 투입하여 평균두께 2㎝의 파레트용 시편을 제조하였다(비교예 2).
또한, 실시예 1과 동일한 방법으로 파레트용 시편을 제조하되 충진제로 평균 입경이 500㎚인 실리카 입자 15 중량부를 투입하여 평균두께 2㎝의 파레트용 시편을 제조하였다(비교예 3).
또한, 보호층 형성 없이 폴리에틸렌 수지 조성물을 압출하여 평균두께 2㎝의 파레트용 시편을 제조하였다(비교예 4).
제조된 시편에 대하여 ASTM D638법에 의거 23℃, 50% 상대습도에서 항복점 응력(인장강도)을 측정하였고, 충격강도는 시편을 일정 중량, 일정 높이에서 자유낙하시켰을 때 파단되는데 필요한 에너지를 구하였다. 또한, ASTM D 790에 의거하여 굴곡강도 및 굴곡탄성률을 측정하였다.
항복점응력
(㎏f/㎠)		 충격강도
(㎏·㎝)		 굴곡강도
(MPa)		 굴곡탄성률
(MPa)
실시예 1 289 220 11.2 583
비교예 1 256 200 8.9 511
비교예 2 257 198 7.7 508
비교예 3 215 162 5.9 412
비교예 4 223 170 7.4 420
실시예 1의 시편은 비교예 1 내지 4에서보다 항복점 응력, 충격강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율이 전반적으로 우수한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 1을 살펴보면, 불화 실세스퀴옥산을 더 많이 함유하는 경우 복점 응력, 충격강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율이 양호하기는 하나 전반적으로 실시예 1에 비해 저하되는 것으로 나타나 실세스퀴옥산의 배합에 따라 제조되는 파레트의 물성이 달라지는 것으로 파악되었다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (5)

  1. 폴리에틸렌으로 이루어진 파레트 본체 및 상기 파레트 본체의 표면에 적층되는 보호층으로 구성되는 파레트에 있어서,
    상기 보호층은 우레탄 프리폴리머, 아민 화합물, 충진제를 포함하는 조성물로 형성되며, 상기 충진제는 다각형 올리고머 실세스퀴옥산(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes) 및 불화 다각형 올리고머 실세스퀴옥산(Fluorinated Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes)을 1:1 내지 4:1의 중량 비율로 혼합한 혼합물인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파레트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 우레탄 프리폴리머는 폴리에테르 폴리올, 폴리테트라메틸렌 디올 및 저급 알코올 중 어느 하나 또는 그 이상의 폴리올 및 톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트 뷰렛 및 헥사메틸렌 디이소시아네이트트리머 중 어느 하나 또는 그 이상의 디이소시아네이트를 반응시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파레트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 아민 화합물은 N-메틸-1,6-헥산디아민, 디에틸렌트리디아민, N-(2-하이드록시에틸)에틸렌디아민, 이소포론디아민, 디에탄올아민, 에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민 및 폴리옥시알킬렌디아민 중 어느 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파레트.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 본체와 상기 보호층의 두께의 비율은 1:1 내지 1.5:1인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파레트.
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