KR102158270B1 - 패각 분말이 함유된 친환경 발포체 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패각 분말이 함유된 친환경 발포체 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 발포체의 제조 시 열수축률 개선을 위해 사용되는 종래 무기필러를 대신하여 천연소재인 패각 분말을 재활용함으로써, 종래 발포체에 비해 동등 이상의 물성과 특히 열수축율을 개선하면서도 패각의 폐기 비용 등을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 종래 패각의 폐기에 따른 환경 오염문제를 해결할 수 있는 등 환경 친화적인 발포체 조성물의 제조가 가능하도록 하는, 패각 분말이 함유된 친환경 발포체 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 부산광역시 지원사업의 지원을 받아 수행된 연구결과입니다.

Description

패각 분말이 함유된 친환경 발포체 조성물{ECO-FRIENDLY FOAM COMPOSITION WITH SHELL POWDER}
본 발명은 발포체의 제조 시 열수축률 개선을 위해 사용되는 종래 무기필러를 대신하여 천연소재인 패각 분말을 재활용함으로써, 종래 발포체에 비해 동등 이상의 물성과 특히 열수축율을 개선하면서도 패각의 폐기 비용 등을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 종래 패각의 폐기에 따른 환경 오염문제를 해결할 수 있도록 하는, 패각 분말이 함유된 친환경 발포체 조성물에 관한 것이다.
산업 폐기물인 패각(예를 들면, 굴, 석화, 전복, 피조개, 바지락, 가리비조개, 진주조개, 진주담치, 꼬막 등의 껍질)은 연간 30만톤 이상이 발생하고 있다.
더욱이 패각의 경우 방치되거나 무단투기되는 경우가 대부분이며, 방치되거나 무단투기된 패각은 연안환경을 해치는 주요원인, 즉 참기 힘든 악취 및 각종 환경오염문제를 발생시켜 지역 주민들의 민원이 제기되는 등 해당 지역에서 해결이 어려운 환경 및 사회 문제로 대두되고 있다.
한편, 패각은 94% 정도가 탄산칼슘으로 되어 있으며, 중금속과 유기물에 대한 높은 흡착성과 미생물이 쉽게 부착하여 성장할 수 있는 특성으로 일부에서는 이를 재활용 및 가공하고자 하는 시도가 있으며, 주로 특허문헌 1 및 2 등에서와 같이, 패각을 이용한 비료나 사료로 활용되거나 또는 각종 복토재, 토양개량제, 중화제 등에 적용되고 있다.
하지만 상기와 같은 재활용에도 불구하고 그 효능과 방법에 대한 부정적 인식에 의해 적극적으로 활용되지 못하가 있을 뿐만 아니라, 해양투기방지법에 따라 여전히 약 10만톤 이상이 처리가 곤란한 상태이다.
즉, 현재 패각은 재활용율이 매우 미비하며, 재활용되지 못한 패각은 환경오염의 주범이 되고 있다. 따라서, 산업 폐기물로 분류되어 있는 패각을 재활용할 방안이 시급한 실정이다.
한편, 발포체의 경우 융점이 비교적 낮아 수축이 심하게 발생하는데 이것은 열수축율이 높아 치수 안정성이 저하되는 문제가 있을 뿐만 아니라, 사이즈 불량 및 뒤틀림 등의 불량을 발생시키는 문제점이 있으며, 이를 해결하고자 종래에는 무기 필러를 첨가하여 이를 개선하고 있다.
특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-0934127호 "굴 패각을 이용한 비료 및 그 제조방법" 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허공보 제10-0993223호 "패각 재활용 사료의 제조방법"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발포체의 제조 시 열수축률 개선을 위해 사용되는 종래 무기필러를 대신하여 천연소재인 패각 분말을 재활용함으로써, 종래 발포체에 비해 동등 이상의 물성과 특히 열수축율을 개선하면서도 패각의 폐기 비용 등을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 종래 패각의 폐기에 따른 환경 오염문제를 해결할 수 있는 등 환경 친화적인 발포체 조성물의 제조가 가능하도록 함을 과제로 한다.
본 발명은 발포체 조성물에 있어서, EVA(ethylene vinyl acetate) 수지 100 중량부에 대하여, 패각 분말 마스터배치 10 ~ 20 중량부 및 발포체용 첨가제가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 패각 분말이 함유된 친환경 발포체 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.
여기서 상기 패각 분말 마스터배치는, SPB(syndiotactic 1,2 polybutadiene) 40 ~ 60 중량% 및 IR(cis-1,4 polyisoprene rubber) 40 ~ 60 중량%로 이루어진 기재 100 중량부에 대하여, 패각 분말 30 ~ 50 중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
한편 상기 패각 분말은, 굴, 석화, 전복, 피조개, 바지락, 가리비조개, 진주조개, 진주담치, 꼬막의 패각 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하되, 패각을 900 ~ 1300℃에서 2 ~ 7시간 소성하고, 이를 30 ~ 325 mesh 크기로 분쇄하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 상기 패각 분말은, 표면개질하여 사용되되, 개질제는 비닐메톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 비닐에폭시 실란, 3-아미노프로필트리에톡시 실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시 실란 또는 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시 실란인 것이 바람직하다.
본 발명은 발포체의 제조 시 열수축률 개선을 위해 사용되는 종래 무기필러를 대신하여 천연소재인 패각 분말을 재활용함으로써, 종래 발포체에 비해 동등 이상의 물성과 특히 열수축율을 개선하면서도 패각의 폐기 비용 등을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 종래 패각의 폐기에 따른 환경 오염문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 패각 분말이 함유된 친환경 발포체 조성물에 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 패각 분말이 함유된 친환경 발포체 조성물을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 패각 분말이 함유된 친환경 발포체 조성물은 EVA(ethylene vinyl acetate) 수지 100 중량부에 대하여, 패각 분말 마스터배치 10 ~ 20 중량부 및 발포체용 첨가제가 혼합되어 이루어진다.
상기 패각 분말 마스터배치는 종래 무기필러를 대신하여 패각을 재활용하는 것과 더불어 종래 발포체에 비해 동등 이상의 물성과 특히 열수축율을 개선하기 위해 첨가되는 것으로, 패각 분말 마스터배치의 함량이 10 중량부 미만일 경우 열수축율 개선 효과가 미비해질 우려가 있으며, 20 중량부를 초과할 경우 발포체의 경도가 과도하게 상승하게될 우려가 있다.
보다 구체적으로 상기 패각 분말 마스터배치는 SPB(syndiotactic 1,2 polybutadiene) 40 ~ 60 중량% 및 IR(cis-1,4 polyisoprene rubber) 40 ~ 60 중량%로 이루어진 기재 100 중량부에 대하여, 패각 분말 30 ~ 50 중량부를 혼합하여 이루어진다.
상기 SPB 및 IR은 발포체의 물성을 향상시키기 위해 사용되는 것으로 SPB 및 IR의 혼합 비율이 상기 범위를 벗어날 경우 물성 향상효과가 미비해질 우려가 있다.
그리고 상기 패각 분말에 사용되는 패각은 해양 폐자원으로 시중에서 흔히 구할 수 있는 패각(예를 들면, 굴, 석화, 전복, 피조개, 바지락, 가리비조개, 진주조개, 진주담치, 꼬막 등)의 껍질을 사용하며, 불필요한 이물질이 제거된 상태로 깨끗이 세척하여 사용한다.
한편, 상기 패각 분말은 일반적인 무기필러 대비 동등 이상의 물성 향상 효과를 구현하고 특히 열수축률을 개선하기 위해 패각을 900 ~ 1300℃에서 2 ~ 7시간 소성하고, 이를 30 ~ 325 mesh 크기로 분쇄하여 사용한다. 여기서 상기 소성 온도 및 시간과 입자크기가 상기 범위를 벗어날 경우 분산성이 미비해지거나 또는 물성 향상 효과 및 열수축률 개선효과가 미비해질 우려가 있다.
한편, 상기 패각 분말은 비닐메톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 비닐에폭시 실란, 3-아미노프로필트리에톡시 실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시 실란 또는 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시 실란 등의 개질제를 이용하여 표면을 개질한 후 적용함으로써, 기재에 대한 분산성을 더욱 향상시킬 수 있다. 여기서 개질방법은 패각 분말에 개질제를 혼합하거나 또는 패각 분말을 개질제에 함침하거나 또는 개질제를 분사하는 등 다양한 방법을 적용할 수 있다.
아울러, 상기와 같이 소성 및 표면처리되는 패각 분말은 패각 분말 마스터배치를 제조하기 위해 30 ~ 50 중량부를 사용하는데 그 함량이 30 중량부 미만일 경우 열수축율 개선 효과가 미비해질 우려가 있으며, 50 중량부를 초과할 경우 발포체가 제대로 성형되지 못할 우려가 있다.
상기 발포체용 첨가제는 발포체를 제조하기 위해 첨가되는 이미 공지된 통상의 첨가제로써 예를 들면, 가교제, 발포제, 금속산화물, 스테아린산, 산화티타늄 등 을 적용할 수 있다.
일 예로 기재 100 중량부에 대하여, 가교제는 황 가교제 또는 유기과산화물 가교제(디큐밀퍼옥사이드 등) 등을 0.1 ~ 1.5 중량부, 발포제는 아조디카르본아미드(ADCA), 디니트로소펜타메틸렌테트라민(DPT) 등을 1 ~ 10 중량부, 금속산화물은 산화아연, 산화마그네슘 등을 1 ~ 5 중량부, 스테아린산은 1 ~ 5 중량부, 산화티타늄은 2 ~ 7 중량부로 사용할 수 있으며, 발포체 성형 조건은 150 ~ 200℃, 100 ~ 150kg/cm2의 조건하에서 5 ~ 20분간 성형하여 발포체를 제조할 수 있지만, 상술한 바와 같이 여기에 한정되는 것은 아니고, 발포체 조성물의 사용 용도나 사용 환경에 대응하여 이미 공지된 다양한 종류의 발포체용 첨가제를 목적에 맞게 적용할 수 있으며, 그 함량 역시 이미 공지된 범위 내에서 제한없이 사용할 수 있다. 아울러 발포체를 제조하기 위한 조건 역시 발포체 조성물의 사용 용도나 사용 환경에 따라 가변적이므로 특정 조건에 한정하지는 않고 이미 공지된 다양한 조건 범위를 적용할 수 있다.
이하, 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 패각 분말 마스터배치의 제조
(제조예 1)
SPB 40 중량% 및 IR 60 중량%로 이루어진 기재 100 중량부에 대하여, 비닐메톡시 실란이 도포되어 표면개질된 패각 분말(900℃에서 7시간 소성, 입자크기 30 mesh) 30 중량부를 혼합하여 패각 분말 마스터배치를 제조하였다.
(제조예 2)
SPB 60 중량% 및 IR 40 중량%로 이루어진 기재 100 중량부에 대하여, 비닐에폭시 실란이 도포되어 표면개질된 패각 분말(1300℃에서 2시간 소성, 입자크기 325 mesh) 50 중량부를 혼합하여 패각 분말 마스터배치를 제조하였다.
2. 발포체 조성물의 제조
(실시예 1)
EVA 100 중량부에 대하여, 제조예 1에 따른 패각 분말 마스터배치 20 중량부와, 디큐밀퍼옥사이드 가교제 1.0 중량부, 스테아린산 1 중량부와 산화아연 2 중량부, 산화티타늄 5 중량부, 아조디카본아마이드 발포제 5 중량부를 투입하여 충분히 혼련시켜 혼련물 쉬트를 제조한 후, 상기 쉬트상 혼련물을 170℃, 120kg/cm2의 조건하에서 8분간 성형하여 발포체를 제조하였다.
(실시예 2)
EVA 100 중량부에 대하여, 제조예 2에 따른 패각 분말 마스터배치 10 중량부와, 디큐밀퍼옥사이드 가교제 1.0 중량부, 스테아린산 1 중량부와 산화아연 2 중량부, 산화티타늄 5 중량부, 아조디카본아마이드 발포제 5 중량부를 투입하여 충분히 혼련시켜 혼련물 쉬트를 제조한 후, 상기 쉬트상 혼련물을 170℃, 120kg/cm2의 조건하에서 8분간 성형하여 발포체를 제조하였다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 제조하되, 패각 분말 마스터배치를 첨가하지 않았다.
2. 발포체 조성물의 평가
(1) 비중
KS M6519에 준하여 우에시마(Ueshima)사의 자동비중 측정 장치인 모델DMA-3을 이용하여 측정하였다.
(2) 경도
KS M6784에 준하여 아스커(Asker) C형 경도계를 사용하여 측정하였다.
(3) 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 112018115784694-pat00001
t0 : 시험편의 초기 두께
tf : 열처리 후 냉각되었을 때 시험편의 두께
tx : 스페이서의 두께
(4) 인장강도 및 신장율
시편을 약 3mm 두께로 만든 후 KS M6518에 따른 2호형을 커터(cutter)로 시험편을 제작하여 KS M6518에 준하여 인장강도 및 신장율을 측정하였다.
(5) 인열강도 및 Split 인열강도
KS M6518에 따라 측정을 하였다.
(6) 반발탄성
ASTM D2632에 준하여 측정하였다.
(7) 열수축률
Nike G1에 따라 측정을 하였으며, 측정조건은 70℃에서 60분 동안 열처리 후에 길이 및 폭 방향의 길이변화율을 측정하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1
비중(Sp.Gr.) 0.139 0.148 0.141
경도(Asker C) 38 38 38
영구압축줄음율(C/set, %) 52/54 57/58 48/49
인장강도(kg/cm2) 18.4/17.5 18.5/17.2 18.6/19.6
신장율(%) 210/180 220/190 180/185
인열강도(kg/cm) 6.8/8.0 7.8/8.7 7.7/8.3
Split(kg/cm) 1.5/1.5 1.5/1.6 1.7/1.8
반발탄성(%) 56/56 56/57 56/56
열수축률(%)-60분 4.25
(4.58/3.92)		 3.74
(3.44/4.04)		 5.56
(5.32/5.80)
상기 [표 1]에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 발포체 조성물은 패각 분말 마스터배치가 함유됨에 따라 종래 발포체에 비해 동등 이상의 물성을 가지면서도 특히 열수축율이 개선되었음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 패각 분말이 함유된 친환경 발포체 조성물은 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 (4)

  1. 발포체 조성물에 있어서,
    EVA(ethylene vinyl acetate) 수지 100 중량부에 대하여, 패각 분말 마스터배치 10 ~ 20 중량부 및 발포체용 첨가제가 혼합되어 이루어지되,
    상기 패각 분말 마스터배치는 SPB(syndiotactic 1,2 polybutadiene) 40 ~ 60 중량% 및 IR(cis-1,4 polyisoprene rubber) 40 ~ 60 중량%로 이루어진 기재 100 중량부에 대하여, 패각 분말 30 ~ 50 중량부를 혼합하여 이루어지고,
    상기 패각 분말은 굴, 석화, 전복, 피조개, 바지락, 가리비조개, 진주조개, 진주담치, 꼬막의 패각 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하되, 패각을 900 ~ 1300℃에서 2 ~ 7시간 소성하고, 이를 30 ~ 325 mesh 크기로 분쇄하여 이루어지며,
    상기 패각 분말은 표면개질하여 사용되되, 개질제는 비닐메톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 비닐에폭시 실란, 3-아미노프로필트리에톡시 실란, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시 실란 또는 N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시 실란인 것을 특징으로 하는, 패각 분말이 함유된 친환경 발포체 조성물.
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  3. 삭제
  4. 삭제
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