KR102200285B1 - 향상된 난연성을 갖는 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 및 폴리에틸렌 파이프 - Google Patents
향상된 난연성을 갖는 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 및 폴리에틸렌 파이프 Download PDFInfo
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Abstract
향상된 난연성을 갖는 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 및 폴리에틸렌 파이프가 개시된다.
본 발명의 일례에 의한 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물은 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여, 무기난연제 50 내지 150 중량부; 유동화제 1 내지 5 중량부; 및 안티케이킹제(Anti-caking agents) 0.5 내지 5 중량부;를 포함한다.
본 발명의 일례에 의한 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물은 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여, 무기난연제 50 내지 150 중량부; 유동화제 1 내지 5 중량부; 및 안티케이킹제(Anti-caking agents) 0.5 내지 5 중량부;를 포함한다.
Description
본 발명은 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 및 폴리에틸렌 파이프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난연성이 향상된 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 제조되는 난연성이 향상된 폴리에틸렌 파이프에 관한 것이다.
합성수지 재질의 파이프(pipe)는 물성이 비교적 우수하고, 성형 및 시공이 용이하기 때문에 다양한 분야에서 사용되고 있고, 최근에는 상기와 같은 장점으로 인하여 기존의 금속 배관 및 콘크리트 배관 등을 급속도로 대체하고 있다.
합성수지 재질의 파이프는 수도관, 가스관, 하수관, 화학물질 이송관, 슬러리 이송관, 소방배관 등 매우 다양한 용도로 사용되며, 사용환경 및 이송하고자 하는 대상에 따라 그 재질과 구조가 선택된다.
합성수지 재질의 파이프 중에서 가장 보편적으로 사용되는 것은 폴리에틸렌(Polyethylene)을 주재로 하여 성형한 파이프(이하 '폴리에틸렌 파이프'라 한다)이다. 폴리에틸렌 파이프는 다른 재질의 합성수지를 이용하여 성형한 파이프에 비하여 성형성, 가공성, 시공성, 물성 및 경제성이 우수하여 가장 보편적으로 사용되고 있다.
또한, 최근에는 폴리에틸렌 파이프에 다양한 기능성을 부여하려는 시도들이 있어 왔으며, 그중의 하나가 폴리에틸렌 파이프에 난연성을 부여하고자 하는 것이다.
예컨대 폴리에틸렌 파이프가 화력발전소의 Ash 이송배관이나 소방배관 등으로 사용되는 경우에 화재가 발생하는 문제가 있어 왔고, 이를 방지하기 위하여 폴리에틸렌 파이프에 난연성을 부여하고자 하는 시도가 있다.
폴리에틸렌 파이프에 난연성을 부여하는 것은 주로 난연제를 첨가하는 방식에 의하여 이루어진다.
상기 난연제로는 유기계 및 무기계가 있는데 현재 유기계 난연제의 한 종류인 할로겐계 난연제가 우수한 난연 성능으로 인하여 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 상기 할로겐계 난연제는 연소시 유해물질인 다이옥신을 생성하여 환경적인 측면에서 문제가 있다.
상기 할로겐계 난연제의 문제점으로 인하여 최근에는 무기계 난연제에 대한 관심이 증가하고 있으나, 난연 성능의 측면에서 미흡하다는 문제점이 있다.
즉, 폴리에틸렌에 무기계 난연제를 일정 비율로 첨가하여 제조한 폴리에틸렌 파이프는 난연 성능이 부족하다는 문제점이 있으며, 난연 성능을 향상시키기 위하여 무기계 난연제를 과하게 첨가하는 경우 무기 난연제의 응집으로 인하여 파이프 제조시 불량이 많이 발생함과 더불어 파이프 전체에서 고른 난연 성능의 확보가 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 안정적인 파이프의 성형이 가능하고, 종래에 비하여 난연 성능을 향상시킬 수 있는 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 제조되는 폴리에틸렌 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 향상된 난연성을 갖는 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 및 폴리에틸렌 파이프를 제공하는데, 본 발명의 일례에 의한 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물은 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여, 무기난연제 50 내지 150 중량부; 유동화제 1 내지 5 중량부; 및 안티케이킹제(Anti-caking agents) 0.5 내지 5 중량부;를 포함할 수 있다.
상기 무기난연제는 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 유동화제는 폴리에텔렌 왁스(Polyethylene Wax, PE-Wax)일 수 있다.
상기 안티케이킹제는 금속 스테아레이트계일 수 있으며, 상기 금속 스테아레이트계 안티케이킹제는 징크 스테아레이트(Zinc Stearate), 칼슘 스테아레이트(Calcium Stearate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 조성물을 이용하여 제조되는 폴리에틸렌 파이프를 제공한다.
또한, 본 발명은 내층과 외층으로 이루어지는 이층관 형태의 폴리에틸렌 파이프로서, 상기 내층은 폴리에틸렌을 포함하여 이루어지고, 상기 외층은 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 무기난연제 50 내지 150 중량부; 유동화제 1 내지 5 중량부; 및 안티케이킹제(Anti-caking agents) 0.5 내지 5 중량부;를 포함하여 이루어지는 폴리에틸렌 파이프를 제공한다.
상기 외층의 최소 두께는 2mm인 것이 바람직하다.
상술한 본 발명에 의할 경우, 안정적인 파이프의 성형이 가능하고, 종래에 비하여 난연 성능이 향상된 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 및 폴리에틸렌 파이프를 얻을 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 폴리에틸렌 파이프의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 폴리에틸렌 파이프의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 폴리에틸렌 파이프의 제조과정을 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 폴리에틸렌 파이프의 사진이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 폴리에틸렌 파이프의 난연성 테스트 사진이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 폴리에틸렌 파이프의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 폴리에틸렌 파이프의 제조과정을 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 폴리에틸렌 파이프의 사진이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 폴리에틸렌 파이프의 난연성 테스트 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하는 것을 의미할 수 있다.
본 발명은 종래에 비하여 향상된 난연성을 갖는 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 및 폴리에틸렌 파이프에 관한 것이다.
본 발명의 발명자들은 향상된 난연성을 갖는 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 및 폴리에틸렌 파이프를 연구하는 과정에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자들에게 알려지지 않은 특정 성분을 특정 조성으로 첨가하여 폴리에틸렌 파이프를 제조할 경우, 종래에 비하여 난연 성능이 향상되면서도, 압출방식에 의하여 용이하게 폴리에틸렌 파이프를 제조할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 의한 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 및 폴리에틸렌 파이프는 화력발전소의 Ash 이송배관, 소방배관 등과 같이 화재의 위험성이 있는 곳에 매우 적합하게 사용할 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 일례에 의한 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물은 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여, 무기난연제 50 내지 150 중량부; 유동화제 1 내지 5 중량부; 및 안티케이킹제(Anti-caking agents) 0.5 내지 5 중량부;를 포함하여 이루어진다.
상기 폴리에틸렌(Polyethylene)은 통상의 폴리에틸렌이 사용되며, 경우에 따라 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.
상기 무기난연제는 폴리에틸렌 파이프에 난연성을 부여하기 위하여 첨가되는 것으로서, 본 발명에서는 연소과정에서 유지되어야 하는 열에너지를 소비시킴으로써 연소를 억제하기 위하여 금속수화물, 그중에서도 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 무기난연제를 사용한다.
본 발명에서 무기난연제는 폴리에틸렌 100 중량부 대비 50 내지 150 중량부가 포함되는데, 무기난연제의 함량이 상기 하한치 미만일 경우에는 충분한 난연성을 확보하지 못할 우려가 있어 바람직하지 않고, 무기난연제의 함량이 상기 상한치를 초과할 경우에는 폴리에틸렌 대비 과도한 무기난연제의 함량으로 인하여 파이프 제조과정에서 불량이 발생할 가능성이 높음과 더불어 무기난연제의 응집현상이 빈번하게 발생하여 파이프 전체에 고른 난연성을 부여하지 못할 우려가 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 주요 특징 중의 하나는 종래에 비하여 무기난연제의 함량이 높다는 것이다. 무기난연제의 함량이 높을 경우 난연성의 확보 측면에서는 유리하나, 파이프 제조과정에서 불량이 발생할 가능성이 높고, 무기난연제의 응집현상이 빈번하게 발생하여 제조되는 파이프 전체에 고른 난연성을 부여하지 못할 우려가 있다.
이를 해결하기 위하여 본 발명은 유동화제 및 안티케이킹제(Anti-caking agents)를 첨가한다. 본 발명은 유동화제 및 안티케이킹제를 첨가함으로써, 조성물의 유동성을 향상시키고 무기난연제의 응집을 방지하여 안정적인 파이프의 제조가 가능하게 함과 동시에 무기난연제가 고르게 분산되도록 하여 제조되는 파이프 전체에 고르게 난연성을 부여할 수 있게 된다.
본 발명에서 상기 유동화제는 베이스 수지가 폴리에틸렌임을 감안하여 폴리에텔렌 왁스(Polyethylene Wax, PE-Wax)를 사용한다. 폴리에틸렌 왁스는 알려진 다른 유동화제에 비하여 폴리에틸렌 베이스 수지와의 상용성이 좋다는 장점이 있으며, 베이스 수지와 이질적인 수지 성능을 갖는 유동화제를 첨가하는 경우에 비하여 제조되는 파이프의 물성을 유지시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서 첨가되는 무기난연제가 금속수화물임을 감한하여 상기 안티케이킹제는 금속 스테아레이트계를 사용한다. 구체적으로 상기 안티케이킹제는 징크 스테아레이트(Zinc Stearate), 칼슘 스테아레이트(Calcium Stearate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에서 상기 유동화제는 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중랑부가 포함되고, 상기 안티케이킹제는 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 유동화제 및 안티케이킹제의 함량이 상기 하한치 미만일 경우에는 유동성 부여 및 안티케이킹 효과가 미흡하여 파이프 제조과정에서 불량이 발생할 가능성이 높음과 더불어 무기난연제의 응집현상이 빈번하게 발생하여 제조되는 파이프 전체에 고른 난연성을 부여하지 못할 우려가 있어 바람직하지 않고, 유동화제 및 안티케이킹제의 함량이 상기 상한치를 초과할 경우에는 과도한 유동성으로 인하여 파이프 제조과정에서 불량이 발생할 가능성이 증가함과 더불어 과도한 안티케이킹제의 함량으로 인하여 제조되는 파이프의 물성이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명에 따른 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물은 산화방지제, 카본블랙 등을 추가로 포함할 수 있다. 폴리에틸렌 파이프 제조 분야에서 상기 산화방지제, 카본블랙 등을 사용하는 것은 공지의 기술이므로 이의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 본 발명은 상기 조성물을 이용하여 제조되는 폴리에틸렌 파이프를 제공한다.
상기 폴리에틸렌 파이프는 지금까지 알려진 통상의 압출방식에 의하여 제조될 수 있으나, 본 발명에 있어서 파이프 제조방식을 압출방식으로 제한하는 것은 아니다.
상기 폴리에틸렌 파이프는 도 1에 도시된 것처럼 상기 조성물을 이용하여 단일관 형태로 제조한 폴리에틸렌 파이프(100)일 수 있다.
또한, 상기 폴리에틸렌 파이프는 도 2에 도시된 것처럼 내층(220)과 외층(210)을 갖는 이층관 형태의 폴리에틸렌 파이프(200)일 수 있다. 내층(220)과 외층(210)으로 이루어지는 이층관 형태의 폴리에틸렌 파이프(200)는 공압출(Co-extrusion) 방식에 의하여 제조될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이 폴리에틸렌 파이프(200)가 이층관 형태를 갖는 경우, 상기 내층(220)은 통상의 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물로 이루어질 수 있고, 상기 외층(210)은 전술한 본 발명에 따른 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 이와 같이 내층(220)을 통상의 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물로 구성하고, 외층(210)을 본 발명에 따른 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물로 구성할 경우, 난연성을 확보하면서도 파이프 제조비용을 절감할 수 있음과 더불어, 내층(220)이 통상의 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물로 이루어짐으로 인하여 금속 성분의 용출 등을 방지할 수 있다.
또한, 상기 외층(210)은 최소 두께가 2mm인 것이 바람직하다. 이는 반복된 실험에서 외층(210)의 두께가 2mm에 미치지 못하는 경우 외층(210)이 충분하게 화재에 견디지 못하여 불길이 내층에까지 미쳐 본 발명에서 기대하는 효과가 충분히 발현되지 못하는 경우가 있음을 감안하여 설정된 수치이다.
이하, 실시예 및 시험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
폴리에틸렌 파이프의 제조
도 3 및 도 4는 폴리에틸렌 파이프의 제조과정을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물 즉, 폴리에틸렌 100 중량부와 폴리에틸렌 100 중량부 기준으로 수산화마그네슘 130 중량부, 폴리에틸렌 왁스 2 중량부 및 징크 스테아레이트 1.5 중량부로 이루어지는 수지를 사용하여 단일층의 폴리에틸렌 파이프를 제조하는 과정을 촬영한 사진이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물을 이용하여 폴리에틸렌 파이프를 제조할 경우, 다이를 통과한 직후에도 파이프의 외면이 매끈한 원형의 형상을 가짐을 알 수 있었다.
한편, 도 4는 폴리에틸렌 100 중량부와 폴리에틸렌 100 중량부 기준으로 수산화마그네슘 130 중량부로 이루어지는 수지를 사용하여 단일층의 폴리에틸렌 파이프를 제조하는 과정을 촬영한 사진이다. 도 4에 도시된 바와 같이 유동화제 및 안티케이킹제를 첨가하지 않은 수지를 이용하여 파이프를 제조할 경우, 무기난연제의 응집이 발생함과 더불어 조성물 전체에 충분한 유동성이 부여되지 못하여 제조되는 파이프의 외면이 매끈한 원형의 형상을 갖지 못함을 확인할 수 있었다.
즉, 폴리에텔렌에 난연 성능을 강화하기 위하여 과량의 무기난연제를 첨가하는 경우에 유동화제 및 안티케이킹제의 사용이 안정적인 파이프의 제조에 반드시 필요함을 확인할 수 있었다.
실시예
:
이층관
형태의 폴리에틸렌 파이프의 제조
내층과 외층의 이층관 형태를 갖는 폴리에틸렌 파이프를 제조하였다.
내층의 두께를 7mm, 외층의 두께를 3mm로 하여 Ø110의 폴리에틸렌 파이프를 공압출 방식으로 제조하였으며, 이렇게 제조된 폴리에틸렌 파이프를 실시예로 선정하였다.
이때, 내층은 카본블랙이 함유된 폴리에틸렌 수지를 사용하여 제조하였고, 외층은 폴리에틸렌 100 중량부와 폴리에틸렌 100 중량부 기준으로 수산화마그네슘 130 중량부, 폴리에틸렌 왁스 2 중량부 및 징크 스테아레이트 1.5 중량부로 이루어지는 수지를 사용하여 제조하였으며, 이렇게 제조된 폴리에틸렌 파이프의 사진을 도 5에 도시하였다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 폴리에틸렌 파이프는 외면이 매끈한 원형의 형상을 가짐을 확인할 수 있었다.
비교예
폴리에틸렌 수지를 압출하여 두께 10mm, Ø110의 단일층의 폴리에틸렌 파이프를 제조하였으며, 이를 비교예로 하였다.
난연성 테스트
본 발명의 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 폴리에틸렌 파이프에 대하여 난연성 테스트를 진행하였다..
난연성 테스트는 IEC 60332-1에 규정된 방법에 의하였으며, 이때 불꽃 점화 각도를 45도로 하고 8분간 불꽃을 파이프에 가하여 테스트를 진행하였다.
테스트 결과를 요약한 결과는 아래의 표와 같으며, 구체적인 테스트 사진은 도 6 및 도 7에 도시하였다.
상기 표와 도 6 및 도 7에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 폴리에틸렌 파이프는 테스트 진행 중은 물론 테스트 완료 후에도 파이프에 불꽃이 옮겨 붙지 않았고 연기도 발생하지 않았다(도 6 참조). 반면 비교예에 의하여 제조된 폴리에틸렌 파이프는 테스트 진행 30초가 채 못되어 연기가 발생함과 더불어 파이프에 불꽃이 옮겨 붙었고, 테스트 완료 후에도 연기와 불꽃이 계속 유지되었다(도 7 참조).
이와 같이 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 폴리에틸렌 파이프는 종래에 비하여 우수한 난연 성능을 가짐을 알 수 있었다.
지금까지 본 발명을 첨부한 도면과 바람직한 실시예 및 시험예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100, 200 : 폴리에틸렌 파이프
210 : 외층 220 : 내층
210 : 외층 220 : 내층
Claims (8)
- 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여, 무기난연제인 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 130 중량부; 유동화제인 폴리에텔렌 왁스(Polyethylene Wax, PE-Wax) 2 중량부; 및 안티케이킹제(Anti-caking agents)인 징크 스테아레이트(Zinc Stearate) 1.5 중량부;를 포함하여 이루어지는 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물.
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- 삭제
- 삭제
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- 제1항에 의한 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물을 이용하여 제조되는 폴리에틸렌 파이프.
- 내층과 외층으로 이루어지는 이층관 형태의 폴리에틸렌 파이프로서,
상기 내층은 폴리에틸렌을 포함하여 이루어지고,
상기 외층은 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여, 무기난연제인 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 130 중량부; 유동화제인 폴리에텔렌 왁스(Polyethylene Wax, PE-Wax) 2 중량부; 및 안티케이킹제(Anti-caking agents)인 징크 스테아레이트(Zinc Stearate) 1.5 중량부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파이프.
- 제7항에 있어서,
상기 외층의 최소 두께는 2mm인 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌 파이프.
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