KR102265638B1

KR102265638B1 - 내압과 내스크레치성이 우수하고 슬립제를 첨가한 폴리에틸렌 조성물과 이를 이용한 파이프

Info

Publication number: KR102265638B1
Application number: KR1020200101113A
Authority: KR
Inventors: 이국노; 이현상
Original assignee: 주식회사 사이몬
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2021-06-21

Abstract

본 발명은 내압과 내스크레치성이 우수하고 슬립제를 첨가한 폴리에틸렌 조성물과 이를 이용한 파이프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강성핵제를 통해 소재의 강성을 극대화시켜 파이프의 내압성을 증가시키며 마스터배치와 슬립제를 통해 표면마찰계수를 낮추어 압력손실을 감소시켜 물의 이용을 용이하게 하고 파이프 내에 케이블선 등의 압입을 유용하게 하는 내압과 내스크레치성이 우수하고 슬립제를 첨가한 폴리에틸렌 조성물과 이를 이용한 파이프에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여,
내벽에 PDMS가 미세하게 분포되는 PDMS 마스터배치, 아미드계 첨가제로 이루어지는 슬립제, 강성핵제를 사용해 강성을 극대화시키고, β결정을 유도하는 금속염계 핵제를 포함한 핵제, 페놀계 산화방지제 또는 포스페이트계 산화방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1차 산방제, 인계 산화방지제를 사용하는 2차 산방제, 분산제인 외부활제 및 분산제인 내부활제를 포함하여 이루어지되;
상기 PDMS 마스터배치는, 용융지수는 0.01∼5g/10분 범위인 에틸렌 중합체롤 포함하는 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 1 내지 7 중량부로 이루어지며, 비굴착 관로보수용 접철관의 내벽에 PDMS가 미세하게 분포되어 표면 압력을 낮추어 물의 이송을 용이하게 하고, 물과 내벽의 마찰을 줄여 압력 손실을 감소시켜서 펌프동력을 절약하는 동시에 미생물에 의한 침전물 또는 무기침전물이 내벽에 쌓이지 않도록 폴리에틸렌에 PDMS를 처방한 마찰계수는 0.12∼0.25가 되도록 하는 것을 포함하며;
상기 핵제는, 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 0.23 내지 0.8 중량부로 이루어지며, 강성핵제를 통해 소재의 강성을 극대화시키고, β결정을 유도하는 금속염계 핵제를 포함한 강성핵제를 사용하며;
슬립제는, 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 0.2 내지 0.8 중량부로 이루어지며, 비굴착 관로보수용 접철관 내의 슬립성을 부여하기 위하여 첨가되는 것으로서, 아미드계 첨가제로 이루어지고;
상기 1차 산방제와 2차 산방제는, 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 각각 0.05 내지 0.5 중량부가 포함되는 것이며, 1차 산방제는 비굴착 관로보수용 접철관의 산화를 방지하고, 장기 내구성을 확보하기 위하여 페놀계 산화방지제 또는 포스페이트계 산화방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이며, 2차 산방제는 인계 산화방지제를 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

내압과 내스크레치성이 우수하고 슬립제를 첨가한 폴리에틸렌 조성물과 이를 이용한 파이프{Polyethylene composition with excellent pressure and scratch resistance, added slip agent, and pipe using the same}

본 발명은 내압과 내스크레치성이 우수하고 슬립제를 첨가한 폴리에틸렌 조성물과 이를 이용한 파이프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강성핵제를 통해 소재의 강성을 극대화시켜 파이프의 내압성을 증가시키며 마스터배치와 슬립제를 통해 표면마찰계수를 낮추어 압력손실을 감소시켜 물의 이용을 용이하게 하고 파이프 내에 케이블선 등의 압입을 유용하게 하는 내압과 내스크레치성이 우수하고 슬립제를 첨가한 폴리에틸렌 조성물과 이를 이용한 파이프에 관한 것이다.

일반적으로 상,하수도관은 주철관, 동관 등의 금속관과 수도용 PE, PP, PVC를 사용하는 합성수지관이 제안되고 있다.

이중, 금속 재질의 상,하수도관은 설치 후 부식으로 인한 누수 및 스케일의 발생 등으로 인한 통수능력 감소, 그리고 적수 및 백수 등 수돗물의 오염을 유발시키고 있으며, 설치작업 및 운반시에 과중한 무게로 인하여 작업성이 매우 낮은 단점이 있으나, 외부의 기온변화와 충격에 강하다는 장점이 있어 계속 사용되고 있는 실정이다.

또한, 합성수지 재질의 상,하수도관은 무게가 가벼워서 취급 및 운반이 용이하게 접착제 또는 소켓 연결 및 버트(Butt) 융착법 등을 통하여 접합과 보수가 간편하다는 장점을 지니고 있으나, 충격 강도 등이 현저히 낮은 관계로 외압에 견디지 못하고 쉽게 파손되는 결점이 있다.

그러나 이러한 합성수지관은 충격강도 등이 현저하게 낮아 외압에 의한 파손과 같은 우려가 많고, 충격보강제와 같은 첨가제를 통하여 충격강도를 향상시켜야 하지만, 이 경우 충격강도가 향상되면 인장강도 및 편평 하중강도가 낮아지게 되는 역비례 관계를 갖고 있어 그 사용이 용이하지 않았다.

이러한 합성수지 상,하수도관의 문제 해결을 위해 특허등록번호 제0784856호에서는 내피층과 내압층을 형성한 합성수지관 외부에 기타 재료를 사용하여 완충층을 피복한 뒤 그 위에 경질 외피층을 코팅하여 내압층의 손상을 방지하기 위한 기술이 제안된 바 있다.

그러나, 상기 선행 기술은 완충층의 합성수지가 아닌 이질 재료이기 때문에 합성수지관의 재활용이 용이하게 이루어질 수 없게 되며, 각 층이 순착적으로 형성되어지게 되므로 제조과정이 복잡해지고 비용증가의 원인이 되었다.

또한, 일반 상,하수도관의 충격강도를 향상시키기 위한 방법으로 일본국 실용신안 실개소 62-231185호, 동 57-33372호 에서는 삼층구조를 지니는 튜브나 합성수지 파이프가 공개된 바 있으나, 이러한 선행기술들은 각층의 구성물질이 서로 상이하여 각층 사이에 접착층을 형성해야 하는 문제점을 가지고 있으며, 단순히 충격강도만을 높이기 위한 것이어서 강한 내수압을 요구하는 수고관의 용도로 적합하지 않은 문제점이 있었다.

한편, 현재 사용하고 있는 상상,하수도관 중 폴리에틸렌(PE) 관의 특징으로 폴리에틸렌은 산, 알칼리 등에 침식되지 않고 내화학성이 뛰어나 약품 이송 배관, 공업폐수 처리배관, 쓰레기 매립장 침출수 이송 배관 등에 많이 사용되고 있고, 염분에 부식되지 않아 임해공단의 각종 용수 배관, 축 양장 및 해상 가두리 양식장 시설 등에 적용되고 있다.

또 다른 특징으로는 완전한 전기의 부도체로서 전기 부식도 없어 전력선 보호관 등으로 사용되고 있고, 폴리에틸렌관은 재질에서 인체에 어떠한 유해물질도 나오지 않을 뿐만 아니라 박테리아 등의 세균류도 쉽게 번식할 수 없어 스케일도 생기지 않아 장시간 동안에도 내용물의 순도가 유지되기 때문에 급수관 용도로 가장 적합한 배관제로 인정받고 있다. 내면이 다른 재질의 배관재보다 마찰계수가 작고 스케일이 끼지 않아 유체들의 손실수두를 최소화시켜 주기 때문에 통수력이 커서 장기적으로는 경제성도 우수하다.

또한, 유연성이 뛰어나 각기 적은 굴곡지역에서는 곡관을 사용하지 않고도 시공이 용이하며, 부등침하에 강하기 때문에 내지진성도 탁월하다.

일본 고베 지진이나 여름철 홍수 피해로 각종 땅속의 배관들이 터지는 사고가 생겼어도 폴리에틸렌관은 거의 원래 상태를 유지하고 있어 그 유연성을 입증하고 있으며 다른 재질들의 배관재보다 내마모성이 우수하여 준설 배관, 화력 발전소 ASH 처리 배관 등으로 사용되고 있다.

중량이 가벼워 다루기도 쉽고 접합 속도도 빨라 다른 재질 보다 상대적으로 용이할 뿐만 아니라 융착접합 시스템도 완벽하여 누수의 염려도 없다.

그리고 -80도까지는 폴리에틸렌 원재료의 물성 변화가 없으므로 절대 동파가 되지 않는 점, 재질 특성상 외부의 충격에 의하여 깨지는 성질이 매우 낮다.

하지만, 이러한 우수한 물성치에도 불구하고 관변형의 문제로 폴리에틸렌관은 소형 관에만 한정적으로 적용되고 있으므로 폴리에틸렌의 기계적 물성을 증진시켜 상하상,하수도관과 같은 대형관으로의 적용이 가능한 폴리에틸렌 수지의 개발이 필요하다.

[특허문헌 1] 특허등록번호 제0954782호(2010. 04. 19. 등록) [특허문헌 2] 특허등록번호 제0797189호(2008. 01. 16. 등록) [특허문헌 3] 특허등록번호 제1843465호(2018. 03. 23. 등록) [특허문헌 4] 특허등록번호 제1627908호(2016. 05. 31. 등록)

따라서 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 해결과제는, 폴리에틸렌 수지에 강성핵제를 혼합하여 폴리에틸렌 수지의 기계적 물성을 증가시키고, 마스터배치와 슬립제를 혼합하여 표면마찰계수를 낮추어 압력손실을 감소시켜 상,하수도관 등의 소형 및 대형관에 적용이 가능한 폴리에틸렌 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 해결과제는, 강성핵제를 통해 소재의 강성을 극대화시켜 파이프의 내압성을 증가시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 해결과제는, 마스터배치와 슬립제를 통해 표면마찰계수를 낮추어 압력손실을 감소시켜 물의 이용을 용이하게 하고 파이프 내에 케이블선 등의 압입을 유용하게 하는 내스케일성이 우수한 것을 목적으로 한다.

본 발명은 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여,
내벽에 PDMS가 미세하게 분포되는 PDMS 마스터배치, 아미드계 첨가제로 이루어지는 슬립제, 강성핵제를 사용해 강성을 극대화시키고, β결정을 유도하는 금속염계 핵제를 포함한 핵제, 페놀계 산화방지제 또는 포스페이트계 산화방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1차 산방제, 인계 산화방지제를 사용하는 2차 산방제, 분산제인 외부활제 및 분산제인 내부활제를 포함하여 이루어지되;
상기 PDMS 마스터배치는, 용융지수는 0.01∼5g/10분 범위인 에틸렌 중합체롤 포함하는 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 1 내지 7 중량부로 이루어지며, 비굴착 관로보수용 접철관의 내벽에 PDMS가 미세하게 분포되어 표면 압력을 낮추어 물의 이송을 용이하게 하고, 물과 내벽의 마찰을 줄여 압력 손실을 감소시켜서 펌프동력을 절약하는 동시에 미생물에 의한 침전물 또는 무기침전물이 내벽에 쌓이지 않도록 폴리에틸렌에 PDMS를 처방한 마찰계수는 0.12∼0.25가 되도록 하는 것을 포함하며;
상기 핵제는, 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 0.23 내지 0.8 중량부로 이루어지며, 강성핵제를 통해 소재의 강성을 극대화시키고, β결정을 유도하는 금속염계 핵제를 포함한 강성핵제를 사용하며;
슬립제는, 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 0.2 내지 0.8 중량부로 이루어지며, 비굴착 관로보수용 접철관 내의 슬립성을 부여하기 위하여 첨가되는 것으로서, 아미드계 첨가제로 이루어지고;
상기 1차 산방제와 2차 산방제는, 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 각각 0.05 내지 0.5 중량부가 포함되는 것이며, 1차 산방제는 비굴착 관로보수용 접철관의 산화를 방지하고, 장기 내구성을 확보하기 위하여 페놀계 산화방지제 또는 포스페이트계 산화방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이며, 2차 산방제는 인계 산화방지제를 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

삭제

본 발명은 상,하수도관 파이프는 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여, PDMS 마스터배치, 슬립제, 핵제, 1차 산방제, 2차 산방제, 분산제인 외부활제, 분산제인 내부활제를 포함하여 이루어지며, 내피층과 외피층의 이중압출 또는 압출층으로 압출하되;
상기 PDMS 마스터배치는, 용융지수는 0.01∼5g/10분 범위인 에틸렌 중합체롤 포함하는 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 1 내지 7 중량부로 이루어지며, 비굴착 관로보수용 접철관의 내벽에 PDMS가 미세하게 분포되어 표면 압력을 낮추어 물의 이송을 용이하게 하고, 물과 내벽의 마찰을 줄여 압력 손실을 감소시켜서 펌프동력을 절약하는 동시에 미생물에 의한 침전물 또는 무기침전물이 내벽에 쌓이지 않도록 폴리에틸렌에 PDMS를 처방한 마찰계수는 0.12∼0.25가 되도록 하는 것을 포함하며;
상기 핵제는, 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 0.23 내지 0.8 중량부로 이루어지며, 강성핵제를 통해 소재의 강성을 극대화시키고, β결정을 유도하는 금속염계 핵제를 포함한 강성핵제를 사용하는 것을 포함하며;
상기 슬립제는, 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 0.2 내지 0.8 중량부로 이루어지며, 비굴착 관로보수용 접철관 내의 슬립성을 부여하기 위하여 첨가되는 것으로서, 아미드계 첨가제로 이루어지는 것을 포함하고;
상기 1차 산방제와 2차 산방제는, 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 각각 0.05 내지 0.5 중량부가 포함되는 것이며, 1차 산방제는 비굴착 관로보수용 접철관의 산화를 방지하고, 장기 내구성을 확보하기 위하여 페놀계 산화방지제 또는 포스페이트계 산화방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이며, 2차 산방제는 인계 산화방지제를 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

삭제

본 발명은 β결정을 유도하는 금속염계 핵제를 포함한 강성핵제를 통해 소재의 강성을 극대화시켜 파이프의 내압성을 크게 증가시켜 매우 안정적인 상,하수도관 파이프를 제공하는 효과가 있는 것이다.

본 발명은 베이스 수지(bass resin)가 PDMS(Polydimethylsiloxane)인 폴리디메틸실록산 마스터배치와 슬립제를 통해 표면마찰계수를 낮추어 압력손실을 감소시켜 물의 이용을 용이하게 하고 파이프 내에 케이블선 등의 압입을 유용하게 하는 내스케일성이 우수한 효과를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 상,하수도관 파이프의 사시도
도 2 는 본 발명의 상,하수도관 파이프에 대한 압출상태 단면도
도 3 은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 상,하수도관 파이프의 사시도
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 대한 상,하수도관 파이프의 압출상태 단면도
도 5 는 PDMS 미처방 상태에 따른 AFM 이미지 사진
도 6 은 본 발명의 PDMS 처방 상태에 따른 AFM 이미지 사진
도 7 은 본 발명의 PDMS 처방에 따른 마찰계수 비교 그래프
도 8 은 본 발명의 상,하수도관 파이프를 가열하는 상태를 나타낸 단면도
도 9 는 본 발명의 상,하수도관 파이프를 가열해 맞대기한 상태의 확대 단면도

본문에 게시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예 들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "설치되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 설치되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

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 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시(說示)된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부시킨 도면에 따라 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 상,하수도관 파이프의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 상,하수도관 파이프에 대한 압출상태 단면도, 도 3은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 상,하수도관 파이프의 사시도, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 대한 상,하수도관 파이프의 압출상태 단면도, 도 5는 PDMS 미처방 상태에 따른 AFM 이미지 사진, 도 6은 본 발명의 PDMS 처방 상태에 따른 AFM 이미지 사진, 도 7 은 본 발명의 PDMS 처방에 따른 마찰계수 비교 그래프를 나타낸 것이다.

압출에 의해 성형되는 상,하수도관 파이프(10)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 내피층(20)과 외피층(30)의 이중구조로 이루어지며, 내피층(20)은 백색으로 이루어지며, 외피층(30)은 흑색으로 이루어지는 것이다.

또한, 압출에 의해 성형되는 상,하수도관 파이프는 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 압출층(40)이 검은색의 단일 구조로 이루어지는 것이다.

내피층(20)과 외피층(30) 또는 압출층(40)의 단일층 중 어느 하나로 이루어지는 상,하수도관 파이프(10)는 일례로 폴리에틸렌 파이프 제조용 수지 조성물을, 폴리에틸렌(PE) 100 중량부에 대하여, PDMS 마스터배치 1 내지 7 중량부, 슬립제 0.2 내지 0.8 중량부, 핵제 0.23 내지 0.8 중량부, 1차 산방제 0.05 내지 0.5 중량부, 2차 산방제 0.05 내지 0.5 중량부, 분산제인 외부활제 0.2 내지 0.8 중량부, 분산제인 내부활제 0.2 내지 0.8 중량부를 포함하여 이루어진다,

상기 폴리에틸렌(PE)은 통상의 폴리에틸렌이 사용되며, 경우에따라 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다. 일례로 본 발명에 의한 상,하수도관 파이프(10)가 상,하수도관으로 사용되는 경우에는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 사용하는 것이 바람직하다.

폴리에틸렌의 용융지수는 0.01∼5g/10분(190℃, 5kg) 범위인 에틸렌 중합체를 포함하는 고분자 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 PDMS 마스터배치는 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 1 내지 7 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 베이스 수지(bass resin)가 PDMS(Polydimethylsiloxane)인 폴리디메틸실록산 마스터배치와 슬립제를 통해 표면마찰계수를 낮추어 압력손실을 감소시켜 물의 이용을 용이하게 하고 파이프 내에 케이블선 등의 압입을 유용하게 하는 것이며, PDMS 마스터배치의 함량이 상기 하한치의 미민일 경우에는 충분한 마찰계수를 낮추지 못할 우려가 있어 바람직하지 않고, PDMS 마스터배치의 함량이 상기 상한치를 초과하는 경우에는 충분한 마찰계수를 낮출 수 있지만 제조되는 파이프의 강도 등과 같은 물성을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.

상기 PDMS 마스터배치는 폴리디메틸실록산 마스터베치로 수닐(SUNIL)사의 Slip-260H 를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 슬립제는 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 0.8 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 상,하수도관 파이프(10) 내의 슬립성을 부여하기 위하여 첨가되는 것으로서, 아미드계 첨가제로서 대표적으로 크로다(Croda)사의 Crodaide 를 사용하는 것이 바람직하다.

슬립제는 PDMS 마스터배치를 통해 표면마찰계수를 감소시켜 상,하수도관 파이프(10) 내경에 케이블선 등을 압입을 유용하게 하는 것이며, 슬립제의 함량이 상기 하한치의 미민일 경우에는 상,하수도관 파이프(10)에 충분한 마찰계수를 낮추지 못할 우려가 있어 바람직하지 않고, 슬립제의 함량이 상기 상한치를 초과하는 경우에는 충분한 마찰계수를 낮출 수 있지만 제조되는 파이프의 강도 등과 같은 물성을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.

종래 슬립제는 상,하수도관 파이프(10)의 내경에 실리콘을 도포하여 윤활처리 하였으나, 본 발명에서는 이러한 윤활처리 공정을 생략할 수 있는 장점이 있는 것이다.

PDMS를 첨가함으로써 상,하수도관 파이프(10)의 내경 표면에 미세하게 분포되어 표면 장력을 낮추는 기능과, 미생물에 의한 침전물 또는 무기침전물이 쌓이지 않도록 하는 것으로,

도 5에 도시한 바와 같이, PDMS 미처방 상태에 따른 AFM(Atomic Force Microscope) 이미지 사진을을 통하여 소재의 표면은 더 거친 상태를 확인할 수 있으며,

도 6에 도시한 바와 같이, PDMS 처방 상태에 따른 AFM(Atomic Force Microscope) 이미지 사진을 통하여 PDMS가 포함된 소재의 표면은 더 매끄러우며, 상,하수도관 파이프(10)의 내벽에 PDMS가 미세하게 분포되어 표면 압력을 낮추어 물의 이송을 용이하게 하고, 물과 내벽의 마찰을 줄여 압력 손실을 감소시켜서 펌프동력을 절약하는 동시에 미생물에 의한 침전물 또는 무기침전물이 내벽에 쌓이지 않도록 하는 것이다.

특히, 도 7에 도시한 바와 같이, PDMS 처방에 따른 마찰계수 비교 그래프를 통하여, TR402의 마찰계수가 0.38이고, TR402에 PDMS를 처방한 마찰계수는 0.14로 측정되었으므로 PDMS를 처방함으로써 마찰계수가 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.

상기 PDMS를 처방한 마찰계수는 0.12∼0.25가 되도록 하는 것이며, 가장 바람직하게는 0.14가 되도록 하는 것이다.

상기 핵제는 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 0.23 내지 0.8 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 강성핵제를 통해 소재의 강성을 극대화시키는 것이며, 핵제의 함량이 상기 하한치 미만일 경우에는 상,하수도관 파이프(10)에 충분한 강성을 부여하지 못할 우려가 있어 바람직하지 않고, 핵제의 함량이 상기 상한치를 초과하는 경우에는 강성을 극대화시켜 내압성을 충분하게 향상시킬 수 있지만 제조되는 상,하수도관 파이프(10)의 물성을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.

상기 핵제는 β결정을 유도하는 금속염계 핵제를 포함한 강성핵제로서 대표적으로 adeka 사의 NA-902를 사용하였다.

내압은 2×파이프 두께×인장강도/파이프외경에 해당하는 것으로 아래의 [표 1]과 같은 수치를 얻었다.

properties	Test Method	Unit	PE80	PE100	본 발명 PC	본 발명 P600	H사 100Grade
MI	ASTM D1238	g/10min	0.11	0.06	0.25	0.22	0.33
밀도	ASTM D792	g.㎠	0.948	0.948	0.950	0.952	0.950
IZOD 충격강도	ASTM D256	J/m	N.B	410.3	N.B	432.4	376
인장강도	ASTM D638	kgf/㎠	230	250	300	270	280
신율	ASTM D638	%	＞600	＞600	＞600	＞600	＞600
굴곡 탄성율	ASTM D790	kg/㎠	8,0000	8,500	9,750	9,500	9,750
내압 증가율	Barlow's Formula	%	100	108.7	130.6	117.4	121.7
마찰계수	ASTM D1894	-		0.13	0.10

상기 다양한 실험결과는 통하여 종래의 PE80과 PE100의 내압 108.7%에 비하여, 본 발명은 130.6% 또는 117.4%로 내압이 크게 증가함으로써 β결정을 유도하는 금속염계 핵제를 포함한 강성핵제로서 상,하수도관 파이프(10)의 내압성을 증가시켜 강성을 극대화시키는 것을 확인할 수 있다.

상기 1차 산방제는 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 0.5 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 1차 산방제의 함량이 상기 하한치 미만일 경우에는 제조되는 상,하수도관 파이프(10)의 산화를 방지하는 효과가 저하되어 장기 내구성이 저하될 유려가 있어 바람직하지 않고, 1차 산화방지제의 함량이 상기 상한치를 초과하는 경우에는 제조되는 상,하수도관 파이프(10)의 강도 등과 같은 물성을 저하시킬 우려와 더불어 가공성을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.

상기 1차 산방제는 상,하수도관 파이프(10)의 산화를 방지하고, 장기 내구성을 확보하기 위하여 첨가하는 것으로서 페놀계 산화방지제, 포스페이트계 산화방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 상기 페놀계 산화방지제는, Pentaerythritol Tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate이고, 상기 포스페이트계 산화방지제는 Tris((2.4-di-tert-butylphenyl)phosphite인 것이 바람직하다.

상기 페놀계 산화방지제로서 대표적으로 Basf사의 lrganox 1010 를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 2차 산방제는 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 0.5 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 2차 산방제의 함량이 상기 하한치 미만일 경우에는 제조되는 상,하수도관 파이프(10)의 산화를 방지하는 효과가 저하되어 장기 내구성이 저하될 유려가 있어 바람직하지 않고, 2차 산화방지제의 함량이 상기 상한치를 초과하는 경우에는 제조되는 상,하수도관 파이프(10)의 강도 등과 같은 물성을 저하시킬 우려와 더불어 가공성을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.

상기 2차 산방제는 상,하수도관 파이프(10)의 산화를 방지하고, 장기 내구성을 확보하기 위하여 첨가하는 것으로서 인계 산화방지제를 사용하는 것이며, 상기 인계 산화방지제로서 대표적으로 Basf사의 lrganox 168 을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 분산제인 외부활제는 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 0.8 중량부를 첨가하는 것이 바람직한데, 외부활제의 함량이 상기 하한치 미만일 경우에는 상,하수도관 파이프(10)의 제조과정에서 수지의 유동성 및 분산성이 저하되어 제조가 용이하지 않을 우려가 있어 바람직하지 않고, 외부활제의 함량이 상기 상한치를 초과하는 경우에는 상,하수도관 파이프(10)의 인장강도 등과 같은 물성을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.

상기 분산제인 내부활제는 상,하수도관 파이프(10)의 압출에 의한 제조과정에서 수지의 유동성 및 분산성을 좋게 하여 제조 효율을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로서, 지방산아미드계로서 대표적으로 내부윤활제인 SINWON CHEMICAL사의 HI-LUBE와, 금속비누계로서 대표적으로 외부윤활제인 FACI사의 Zinc Stearate 를 사용하는 것이 바람직하다.

상,하수도관 파이프(10)는 다양한 연결방법 중, 직관으로 생산되는 경우 용융 접합면(50)에 가열판(60)을 통하여 동시에 맞대어 용융이 이루어지도록 하고, 용융이 완료된 후에는 가열판(60)을 제거한 후 용융 접합면(50)을 맞대기해 접합을 수행하게 되며, 상,하수도관 파이프(10)의 용융 접합면(50)을 맞대기해 상호 압착시키는 힘을 가압하게 되어 소정의 시간이 경과하면 외부로 비드가 일부 노출되는 것을 통하여 가압 압착완료 시점에서 압착시키는 힘을 제거해 압착을 완료할 수 있게 된다.

상기 에서는 상,하수도관 파이프(10)의 연결방법 중 맞대기 열융착 접합방법에 대하여 설명하였으나, 상,하수도관 파이프(10)를 연결구에 끼워 넣어 수밀이 유지되도록 연결하는 방법 또는 상,하수도관 파이프(10)의 어느 한쪽에 연결구를 융착 결합하고 반대쪽에서 상,하수도관 파이프(10)의 단부를 밀어 넣어 결합하는 방법 등 다양한 연결방법을 사용해 지중에 매설할 수 있게 되는 것이다.

이하 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

실시예 : 상,하수도관 파이프의 제조

폴리에틸렌 95 중량부를 기준으로 하기의 표와 같은 첨가제를 첨가하여 상,하수도관 파이프 제조용 수지 조성물을 완성하였다.

구 분		함 량(중량부)
PDMS 마스터배치	폴리티메틸실록산 마스터배치	4
슬립제	아미드계 슬립제	0.5
핵 제	β결정을 유도하는 금속염계	0.5
1차 산방제	페놀계 산방제	0.2
2차 산방제	인계 산방제	0.2
분산제(외부활제)	금속비누계	0.5
분산제(내부활제)	지방산아미드계	0.5

다음으로 상,하수도관 파이프 제조용 수지 조성물을 압출 성형하여 상,하수도관 파이프(10)를 제조(호칭 : 250mm, 외경 : 280mm, 두께 : 25.4mm) 하였고, 이를 실시예로 하였다.

비교예

폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 하기의 표와 같은 첨가제를 첨가하여 상,하수도관 파이프 제조용 수지 조성물을 완성하였다.

구 분		함 량(중량부)
PDMS 마스터배치
슬립제
핵 제
1차 산방제	페놀계 산방제	0.2
2차 산방제	인계 산방제	0.2
분산제(외부활제)	금속비누계	0.5
분산제(내부활제)	지방산아미드계	0.5

항균성 테스트

JIS Z 2801에 규정된 바에 의하여 항균성 테스트를 실시하였고, 이의 결과를 하기의 표에 나타내었다.

구 분	강 소 율 (%)
실 시 예	99.9%
비 교 예	-31.5%

상기 표의 결과에서 확인할 수 있듯이, 실시예에 의하여 제조된 상,하수도관 파이프(10)의 경우, 균이 99.9% 이상 감소한 반면, 비교예에 의하여 제조된 폴리에틸렌 파이프의 경우 균이 오히려 31.5% 증가하였다.

즉, 본 발명의 실시예에 의한 상,하수도관 파이프(10)는 종래에 비하여 우수한 항균성을 확인할 수 있었다.

표면마찰계수 테스트

상기 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 상,하수도관 파이프(10)에 베이스 수지(bass resin)가 PDMS(Polydimethylsiloxane)인 폴리디메틸실록산 마스터배치와 슬립제를 통해 표면마찰계수를 낮추어 압력손실을 감소시켜 물의 이용을 용이하게 하고 파이프 내에 케이블선 등의 압입을 유용하게 하는 것이다.

ASTM D 1894에 규정된바에 따라 마찰계수를 측정하였고, 이의 결과를 하기의 표에 나타내었다.

구 분	마찰계수
실시예	0.14(TR402+PDMS)
비교예	0.38(TR402)

상기 표의 결과에서 알수 있으며, 5와 도 6에서와 같이 PDMS 처방과 미처방에 따른 이미지 분석과 도 7의 PDMS 처방에 따른 마찰계수 비교의 그래프를 통하여 표면마찰계수가 현저히 낮아지는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의한 폴리에틸렌 파이프는 종래에 비하여 우수한 표면마찰계수를 가짐을 확인할 수 있었다.

본 발명은 폴리에틸렌에 PDMS를 공급하여 파이프의 강성을 극대화시켜 내압성을 증가시키며, 마스터배치와 슬립제를 통해 표면마찰계수를 낮추어 압력손실을 감소시켜 물의 이용을 용이하게 하고 파이프 내에 케이블선 등의 압입을 유용하게 하는 매우 유용한 발명을 제공하는 것이다.

10 : 상,하수도관 파이프 20 : 내피층
30 : 외피층 40 : 압출층
50 : 용융 접합면 60 : 가열판

Claims

폴리에틸렌(PE) 100 중량부에 대하여,
내벽에 PDMS가 미세하게 분포되는 PDMS 마스터배치, 아미드계 첨가제로 이루어지는 슬립제, 강성핵제를 사용해 강성을 극대화시키고, β결정을 유도하는 금속염계 핵제를 포함한 핵제, 페놀계 산화방지제 또는 포스페이트계 산화방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1차 산방제, 인계 산화방지제를 사용하는 2차 산방제, 분산제인 외부활제 및 분산제인 내부활제를 포함하여 이루어지되;
상기 PDMS 마스터배치는, 용융지수는 0.01∼5g/10분 범위인 에틸렌 중합체롤 포함하는 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 1 내지 7 중량부로 이루어지며, 비굴착 관로보수용 접철관(10)의 내벽에 PDMS가 미세하게 분포되어 표면 압력을 낮추어 물의 이송을 용이하게 하고, 물과 내벽의 마찰을 줄여 압력 손실을 감소시켜서 펌프동력을 절약하는 동시에 미생물에 의한 침전물 또는 무기침전물이 내벽에 쌓이지 않도록 폴리에틸렌에 PDMS를 처방한 마찰계수는 0.12∼0.25가 되도록 하는 것을 포함하며;
상기 핵제는, 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 0.23 내지 0.8 중량부로 이루어지며, 강성핵제를 통해 소재의 강성을 극대화시키고, β결정을 유도하는 금속염계 핵제를 포함한 강성핵제를 사용하며;
슬립제는, 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 0.2 내지 0.8 중량부로 이루어지며, 비굴착 관로보수용 접철관(10) 내의 슬립성을 부여하기 위하여 첨가되는 것으로서, 아미드계 첨가제로 이루어지고;
상기 1차 산방제와 2차 산방제는, 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 각각 0.05 내지 0.5 중량부가 포함되는 것이며, 1차 산방제는 비굴착 관로보수용 접철관(10)의 산화를 방지하고, 장기 내구성을 확보하기 위하여 페놀계 산화방지제 또는 포스페이트계 산화방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이며, 2차 산방제는 인계 산화방지제를 사용하는 것을 특징으로 하는 내압과 내스크레치성이 우수하고 슬립제를 첨가한 폴리에틸렌 조성물.
상,하수도관 파이프(10)는 폴리에틸렌(PE) 100 중량부에 대하여, PDMS 마스터배치, 슬립제, 핵제, 1차 산방제, 2차 산방제, 분산제인 외부활제, 분산제인 내부활제를 포함하여 이루어지며, 내피층(20)과 외피층(30)의 이중압출 또는 압출층(60)으로 압출하되;
상기 PDMS 마스터배치는, 용융지수는 0.01∼5g/10분 범위인 에틸렌 중합체롤 포함하는 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 1 내지 7 중량부로 이루어지며, 비굴착 관로보수용 접철관(10)의 내벽에 PDMS가 미세하게 분포되어 표면 압력을 낮추어 물의 이송을 용이하게 하고, 물과 내벽의 마찰을 줄여 압력 손실을 감소시켜서 펌프동력을 절약하는 동시에 미생물에 의한 침전물 또는 무기침전물이 내벽에 쌓이지 않도록 폴리에틸렌에 PDMS를 처방한 마찰계수는 0.12∼0.25가 되도록 하는 것을 포함하며;
상기 핵제는, 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 0.23 내지 0.8 중량부로 이루어지며, 강성핵제를 통해 소재의 강성을 극대화시키고, β결정을 유도하는 금속염계 핵제를 포함한 강성핵제를 사용하는 것을 포함하며;
상기 슬립제는, 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 0.2 내지 0.8 중량부로 이루어지며, 비굴착 관로보수용 접철관(10) 내의 슬립성을 부여하기 위하여 첨가되는 것으로서, 아미드계 첨가제로 이루어지는 것을 포함하고;
상기 1차 산방제와 2차 산방제는, 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 각각 0.05 내지 0.5 중량부가 포함되는 것이며, 1차 산방제는 비굴착 관로보수용 접철관(10)의 산화를 방지하고, 장기 내구성을 확보하기 위하여 페놀계 산화방지제 또는 포스페이트계 산화방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이며, 2차 산방제는 인계 산화방지제를 사용하는 것을 특징으로 하는 내압과 내스크레치성이 우수하고 슬립제를 첨가한 폴리에틸렌을 이용한 비굴착 관로보수용 접철관.
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