KR102544739B1 - 패각 탄산칼슘을 이용한 플라스틱 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패각 탄산칼슘을 이용한 플라스틱 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패각 탄산칼슘을 이용하여 친환경적일 뿐만 아니라 기존의 플라스틱 조성물과 비교하여 동일하거나 향상된 물성을 가진 플라스틱 조성물에 대한 것이다.

Description

패각 탄산칼슘을 이용한 플라스틱 조성물 {Plastic Composition Comprising Using Calcium Carbonate From the Shell}
본 발명은 패각 탄산칼슘을 이용한 플라스틱 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패각 탄산칼슘을 이용하여 친환경적일 뿐만 아니라 기존의 플라스틱 조성물과 비교하여 동일하거나 향상된 물성을 가진 플라스틱 조성물에 대한 것이다.
우리나라 굴 패각 발생량은 연간 30만 톤을 넘어서는 것으로 알려져 있다. 이렇게 발생된 굴 패각은 대부분 재활용되지 못하고 연안에 불법매립 또는 방치되고 있는 실정이어서 굴 산업이 집중되어 있는 통영, 거제 등 남해안에서는 굴 패각이 심각한 골칫거리가 되고 있다.
현재, 굴 패각은 분쇄하여 비료로 사용하는 것에 가장 많이 재활용되고 있다. 패각 문제가 심각한 남해연안에서는 연간 발생된 25만 톤의 패각 중 약 25%에 해당하는 약 6만여 톤이 비료로 활용되었으나, 굴 패각비료의 높은 생산단가와 소비부진 등의 이유로 비료로 재활용되는 양이 점차 감소하고 있어, 굴 패각 처리방안 마련이 시급한 실정이다.
이에, 굴 패각을 플라스틱 등 다양한 산업용 재료로 활용하기 위한 시도가 이루어지고 있으나, 원하는 수준의 물성 및 가공성을 얻기 어려워 그 활용에 한계가 있었다.
한국특허공보 제10-2129008호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 굴 패각을 다양한 산업용 플라스틱 제품에 사용하되, 산업에서 요구하는 수준의 물성 및 가공성을 구현할 수 있어 사회적으로 문제가 되는 패각을 효과적으로 재활용할 수 있는 플라스틱 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 패각으로부터 유래된 탄산칼슘을 포함하는 플라스틱 조성물을 제공한다.
일 실시예로, 상기 플라스틱 조성물은 PVC(Polyvinyl Chloride), 패각 탄산칼슘, 가소제 및 안정제를 포함하며, 구체적으로 PVC(Polyvinyl Chloride) 100 중량부를 기준으로, 패각 탄산칼슘 20~40 중량부, 가소제 20~40 중량부 및 안정제 1~5 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
또 다른 일 실시예로, 상기 플라스틱 조성물은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Terpolymer), PP(Polypropylene), 오일, 패각 탄산칼슘, 가교제, 가교조제 및 카본을 포함하며, 구체적으로 EPDM(Ethylene Propylene Diene Terpolymer) 100 중량부를 기준으로, PP(Polypropylene) 80~120 중량부, 오일 5~15 중량부, 패각 탄산칼슘 40~60 중량부, 가교제 0.1~1 중량부, 가교조제 0.1~1 중량부 및 카본 1~5 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 플라스틱 조성물은 패각 탄산칼슘을 활용하여 친환경적일 뿐만 아니라 높은 물성 및 가공성을 가져 높은 품질 구현이 가능하다.
도 1 내지 4는 본 발명의 실시예의 가소제 함량에 따른 1) 비중 및 IZOD 변화(도 1), 2) 용융지수 및 경도 변화(도 2), 3) 인장강도 및 신장율 변화(도 3), 4) 굴곡강도 및 굴곡탄성율 변화(도 4)를 보여주는 그래프이다.
도 5 내지 8은 본 발명의 실시예의 패각 탄산칼슘 함량에 따른 1) 비중 및 IZOD 변화(도 5), 2) 용융지수 및 경도 변화(도 6), 3) 인장강도 및 신장율 변화(도 7), 4) 굴곡강도 및 굴곡탄성율 변화(도 8)를 보여주는 그래프이다.
도 9 내지 10은 본 발명의 패각 탄산칼슘을 이용한 PVC와 오미아 탄산칼슘을 이용한 PVC 물성을 비교한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 패각 탄산칼슘을 이용한 PVC를 적용한 제품 사진이다.
도 12 내지 15는 본 발명의 실시예의 OIL함량에 따른 1) 비중 및 IZOD 충격강도 변화(도 12), 2) 경도 및 용융지수 변화(도 13), 3) 인장강도 및 신장율 변화(도 14), 4) 굴곡강도 및 굴곡탄성율 변화(도 15)를 보여주는 그래프이다.
도 16 내지 19은 본 발명의 실시예의 패각 탄산칼슘 함량에 따른 1) 비중 및 IZOD 변화(도 16), 2) 용융지수 및 경도 변화(도 17), 3) 인장강도 및 신장율 변화(도 18), 4) 굴곡강도 및 굴곡탄성율 변화(도 19)를 보여주는 그래프이다.
도 20 내지 21은 본 발명의 패각 탄산칼슘을 이용한 TPV와 오미아 탄산칼슘을 이용한 TPV 물성을 비교한 그래프이다.
도 22는 본 발명의 패각 탄산칼슘을 이용한 TPV를 적용한 제품 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 플라스틱 조성물은 패각 탄산칼슘을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 패각 탄산칼슘이 함유되는 플라스틱 조성물은 다양한 종류의 플라스틱 조성물이 가능하나, 바람직한 일 실시예로 상기 플라스틱 조성물은 PVC 조성물로서, PVC(Polyvinyl Chloride), 패각 탄산칼슘, 가소제 및 안정제를 포함할 수 있으며, 추가로 가공조제, 활제 및 카본을 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로 PVC(Polyvinyl Chloride) 100 중량부를 기준으로, 패각 탄산칼슘 20~40 중량부, 가소제 20~40 중량부 및 안정제 1~5 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 추가로 가공조제 1~3 중량부, 활제 0.1~2 중량부 및 카본 0.1~2 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
또 다른 바람직한 일 실시예로, 상기 플라스틱 조성물은 TPV 조성물로서, EPDM(Ethylene Propylene Diene Terpolymer), PP(Polypropylene), 오일, 패각 탄산칼슘, 가교제, 가교조제 및 카본을 포함할 수 있으며, 추가로 가공조제 및 활제를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로 EPDM(Ethylene Propylene Diene Terpolymer) 100 중량부를 기준으로, PP(Polypropylene) 80~120 중량부, 오일 5~15 중량부, 패각 탄산칼슘 40~60 중량부, 가교제 0.1~1 중량부, 가교조제 0.1~1 중량부 및 카본 1~5 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 추가로 가공조제 0.1~2 중량부 및 활제 0.1~2 중량부를 포함할 수 있다.
상기 패각 탄산칼슘은 상업적으로 생산되는 다양한 패각 탄산칼슘이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 불순물을 제거하고 분산성 및 다공성을 높이기 위하여 위하여 패각을 분쇄 후 소성한 패각 탄산칼슘이 사용될 수 있다.
또한 도장성 및 충진성을 높이기 위하여, 바람직한 실시예로 두 종류의 패각 탄산칼슘이 혼합되어 사용될 수 있으며, 일 실시예로 소성 과정을 거친 제1 패각 탄산칼슘과 결정 과정을 거친 제2 패각 탄산칼슘이 1~2:2~1의 비율로 혼합되어 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1:1의 비율로 혼합될 수 있다.
구체적으로 제1 패각 탄산칼슘은 상기 패각 탄산칼슘은 패각을 분쇄하는 단계; 및 분쇄된 패각을 교반하면서 300℃~800℃ 에서 소성하는 단계;를 통하여 제조할 수 있다. 이때 상기 분쇄 단계에서는 패각을 평균 직경 5~10mm 크기로 분쇄하고, 상기 소성단계에서는 분쇄된 패각을 평균 직경 100~500㎛ 크기로 분말화하게 된다.
상기 제2 패각 탄산칼슘은 패각을 분쇄하는 분쇄 단계; 분쇄된 패각을 교반하면서 800℃~1000℃ 에서 소성하는 단계; 소성된 패각 분말을 질산용액에 첨가하여 질산칼슘 수용액을 제조하는 단계; 상기 질산칼슘 수용액, 탄산나트륨 수용액 및 라이신 수용액을 혼합한 후 교반하면서 탄산칼슘 결정을 성장시키는 단계; 및 상기 성장된 탄산칼슘 결정을 여과한 후 세척 건조하는 단계;를 통하여 제조되는 것이 바람직하다.
상기 탄산나트륨의 농도는 0.01~1M 인 것이 바람직하며, 상기 라이신 수용액은 소성된 패각 몰수의 0.001~0.1배의 몰수에 해당하는 라이신을 증류수에 녹여 만든 것이 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 결정 성장시 반응온도는 10~40℃이고 교반 속도는 300~1500rpm인 것이 바람직하다. 이와 같이 제조된 탄산칼슘의 결정은 평균 직경 1~25㎛의 원형으로 높은 분산성을 가진다.
이하, 구체적인 제조예 및 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1 : PVC 컴파운드>
하기 표 1의 조성에 따라 PVC 컴파운드 실시예를 제조하였다. PVC는 한화에서 생산되는 PVC를 사용하였고, 가소제는 LG화학에서 생산되는 친환경 가소제 GL-500을 사용하였으며, 안정제는 송원산업에서 생산되는 Ca-Zn 안정제 BP-49NE를 사용하였다.
가공은 Lab Scale로 소형 Super Mix와 시험용 압출기 30mm압출기를 사용하여 컴파운드를 생산하였고, 소형 니다와 가압프레스를 사용하여 시편제작하여 물성 측정을 진행 하였다.
항 목 GRADE 실시예 1-1 실시예 1-2 실시예 1-3
PVC P-1000 100 100 100
패각 탄산칼슘 - 30 30 30
가소제 GL-500 10 30 50
안정제 BP-49NE 3 3 3
<실험예 1 : PVC 컴파운드>
가소제 함량별 물성변화
가소제 함량별 물성 확인 결과 도 1에 도시된 바와 같이 가소제 함량이 증가할수록 비중이 떨어지고 IZOD 충격강도는 증가하였다. IZOD 충격강도 측정시 2mm 노치를 하여 실행하였고 가소제 함량 30부터는 NO Break로(IZOD 충격 값 30) IZOD충격 시편이 파괴되지 않았다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 가소제 함량이 증가할수록 경도는 저하되었으며, 흐름성 측정 기준인 용융지수는 증가하였다. 그리고 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 가소제 함량이 증가할수록 경도가 저하됨에 따라 인장강도도 함게 감소하였고, 신장율은 증가하였으며, 굴곡강도 및 굴곡탄성율도 가소제 함량이 증가할수록 감소하였다.
가소제 함량에 따른 기계적 물성을 검토 결과 가소제 10phr에서 모든 물성들이 양호하게 나타났으나 시편검토 결과 탄성이 많이 부족하고 소성이 커서 적합하지 않으며, 50phr에서는 물성이 낮아 패각 탄산칼슘 변량른 실험은 가소제 30phr에서 실행 하였다
<제조예 2 : PVC 컴파운드>
PVC 중합도 1000에 가소제를 30 중량부로 고정 후, 안정제 3 중량부에서 패각 탄산칼슘 10, 30, 50 중량부에서 물성 변화를 관찰 하였다.
항 목 GRADE 실시예 1-4 실시예 1-5 실시예 1-6
PVC P-1000 100 100 100
패각 탄산칼슘 - 10 30 50
가소제 GL-500 30 30 30
안정제 BP-49NE 3 3 3
<실험예 2 : PVC 컴파운드>
패각 탄산칼슘 함량별 물성변화
패각 탄산칼슘 변량에 따른 물성측정 결과 도 5에 도시된 바와 같이, 패각 함량이 늘어날수록 비중은 증가하고 IZOD 충각강도 감소하는 경향이 나타났으나 노치부분 Break는 나타나지 않았다. IZOD 충격강도의 경우 가소제의 함량에 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.
도 6에서 도시된 바와 같이, 경도와 용융지수 물성측정 결과 가소제 변량시에는 크게 변화하는 경향이 나타났으나 패각 탄산칼슘 변량에는 다소 적은 변화량을 보였다. 도 7에서 도시된 바와 같이, 패각 탄산칼슘 변량에 따른 인장강도 변화는 크게 나타나지는 않았으나 30 중량부 이상 사용시 큰폭으로 감소하였고 신장율은 함량이 변할수록 큰 변화를 보였다.
도 8에서 볼 수 있듯이, 굴곡강도 및 굴곡탄성율은 패각 함량 증가에 따라 강도 및 탄성율이 함께 증가하는 경향을 나타 내었다. 패각 10phr에서는 굴곡강도는 개발 목표치에 달성을 하지 못하나 굴곡탄성율은 높은 값을 나타내었다.
가소제 30 중량부 기준으로 패각 탄산칼슘은 함량 30 중량부에서 연구개발 목표치를 달성할 수 있었으며 50 중량부에서는 연구개발 목표치는 달성하나 가공성에 문제가 있어 이후 실험은 패각 탄산칼슘 30 중량부에서 수행하였다.
<제조예 3 : PVC 컴파운드>
하기 표 3과 같이, 패각 탄산칼슘을 사용하는 PVC 컴파운드 실시예와 오미아코리아 탄산칼슘 OMYA1T을 사용하는 PVC 컴파운드 비교예를 제조하여 비교실험을 하였다. 다른 가공성 증가를 위한 가공조제, 활제 등 가타 첨가제도 함께 병용 사용하여 가공성 및 제품 실험까지 관찰 하였다.
항 목 GRADE 실시예 1-7 비교예 1-1
PVC P-1000 100 100
가소제 GL-500 30 30
패각 탄산칼슘 - 30 -
탄산칼슘 OMYA1T - 30
안정제 BP-49NE 3 3
가공조제 P-530A 2 2
활제 BP-251S 1 1
Carbon 1020 1 1
<실험예 3 : PVC 컴파운드>
오미아 탄산칼슘을 이용한 PVC 컴파운드와의 비교실험
1) 도 9, 10에서 도시된 바와 같이, 상기 실시예와 비교예의 물성 비교시 패각 탄산칼슘을 사용한 컴파운드가 오미아 탄산칼슘을 사용한 PVC 컴파운드보다 더 좋은 물성을 나타내었다.
비중의 경우 패각 탄산칼숨 사용 시 조금 더 낮게 나타났다. 일반 탄산칼슘 보다 패각 탄산칼슘 사용이 PVC 컴파운드의 비중은 낮게 해주어 단가적인 측면으로 유리하고 제품 가공성에는 더 유리할 것으로 판단된다.
또한, 강도를 나타내는 인장강도 및 신장율 그리고 굴곡강도와 굴곡탄성율 비교시에도 패각 탄산칼슘 사용시 오미야 탄산칼슘 사용시 보다 더 좋은 물성을 나타 내었다.
오미아 탄산칼슘을 사용하는 경우, 패각 탄산칼슘 사용시보다 인장강도나 신장율의 경우에는 소폭 감소하는 경향을 나타내었으나 구조물을 사용할 때 지표가 되는 굴곡강도 및 굴곡 탄성율의 경우 많은 감소폭을 나타내었다.
따라서, PVC 컴파운드가 구조물 제품으로 사용시에는 일반 탄산칼슘보다 패각 탄산칼슘을 사용한 컴파운드가 더 유리할 것으로 판단된다.
2) 마지막으로 패각 탄산칼슘 사용한 PVC 컴파운드와 오미야 탄산칼슘 사용한 PVC 컴파운드를 사용하여 제품에 투입하여 가공성 및 제품 압출성을 확인 하였다.
압출기는 풍광에서 제작한 80mm 압출기를 사용하였고, 제품은 자동차 Wind Shield Glass Molding 제품에 적용하였고 압출온도는 기존 OMYA1T를 사용한 컴파운드와 동일한 조건에서 압출하여 가공성 및 표면상태를 확인 하였다.(도 11)
압출공정은 자동차 Wind Shield Glass Molding 동일한 공정으로 압출을 진행 하였다. 제품 압출실험 결과 패각 탄산칼슘 사용한 PVC 컴파운드가 압출 토출량에서는 더 유리하게 나타났다. 오미야 탄산칼슘 사용한 PVC 컴파운드 압출시 기존 압출기 RPM은 18회전 이였으나 패각 탄산칼슘 PVC 컴파운드를 사용시 압출기 RPM이 15회전까지 줄어들었다. 표면 또한 기존 오미야 탄산칼슘을 사용한 PVC 컴파운드로 제조한 제품과 동일하게 나타났다.
PVC 컴파운드에 패각 탄산칼슘 사용시 제품 가공성은 증가시키고 압출 표면에도 문제가 없어 다용도적으로 기존 탄산칼슘 대체가 가능한 것으로 확인되었다. 또한 비중 저하로 인한 무게감소 및 압출량 증가로 인하여 원가절감도 가능한 것으로 판단된다.
3) 패각 탄산칼슘을 이용한 본 발명의 PVC 컴파운드의 최종 물성을 하기 표 4에 정리하였다. PVC 컴파운드에 패각 탄산칼슘을 적용한 시험 및 제품 압출 TEST 결과 패각 탄산칼슘을 PVC에 충진제로서의 역할로 충분히 사용 가능함을 확인 하였으며, 제품상에도 이상 없음을 확인 하였다.
Figure 112022113597251-pat00001
<제조예 4 : TPV 컴파운드>
하기 표 5와 같이, 패각 탄산칼슘을 사용하는 TPV 컴파운드 실시예를 제조하였다. EPDM은 금호에서 생산되는 Pellet Type의 570P를 사용하였고, 오일은 미창에서 생산되는 White Oil을 사용하였으며 PP는 대림에서 생산되는 PP를 사용하였다.
에스엠플라텍에서 제작한 65mm Twin Extruder를 사용하여 동적가교 시켜 TPV 컴파운드를 생산 하였으며, 물성 측정용 시편 압출기를 이용하여 시편용 컴파운드를 생산 하여 사출기에서 ASTM 규격 사출 금형을 이용하여 시편을 제작하였다.
항 목 Grade 실시예 2-1 실시예 2-2 실시예 2-3
EPDM 570P 100 100 100
PP 522H 100 100 100
OIL W-OIL 10 20 30
가교제 - 0.5 0.5 0.5
가교조제 - 0.5 0.5 0.5
Carbon 1020 2 2 2
패각 탄산칼슘 - 30 30 30
<실험예 4 : TPV 컴파운드>
OIL 함량별 TPV 컴파운드 물성 변화
컴파운드에 오미야 탄산칼슘 대신 패각 탄산칼슘을 10 중량부를 적용하여 OIL 함량을 변량하여 고무충진제 개발 목표 대비 물성을 확인 하였다.
도 12에서 도시된 바와 같이, TPV에 패각 탄산칼슘 30 중량부 적용 후 OIL함량을 변량 시 함량이 증가 할수록 비중은 저하되었으나, IZOD 충격강도는 변화가 없었다. IZOD 충격강도는 OIL 10phr에서부터 NO BREAK로 2mm노치 부분이 파손되지 않았다.
도 13, 14에서 도시된 바와 같이, OIL 함량이 증가 할수록 경도는 저하되는 경향을 보이고, 용융지수는 증가하는 경향을 보였으며, 인장강도는 OIL 함량이 증가할수록 저하되나 신장율은 큰 변동을 보이지 않았다. 인장강도의 경우 OIL 함량이 20 중량부 이상 투입될 경우 고무 충진제 개발 목표치에 도달하지 못하는 것으로 나타났다.
또한, 도 15에서 볼 수 있듯이, 굴곡강도의 경우 OIL 함량이 증가할수록 저하되는 경향을 나타내고, 굴곡강도의 경우에는 30 중량부에서도 고무 충진제 개발목표치를 달성가능하나 굴곡 탄성율의 경우에는 OIL 30 중량부에서는 개발목표치를 달성하지 못하였다.
결론적으로, TPV 배합에서 패각 탄산칼슘 함량을 30 중량부로 고정 후 OIL함량을 증가시 10 중량부에서 고무 충진제 개발목표치에 도달이 가능한 것으로 나타났으나, 20 중량부에서는 인장강도만 개발목표치에 도달하지 못하였다.
이에, 이후 실험에서는 OIL함량을 10 중량부로 고정한 후 패각 탄산칼슘을 30, 50, 70 중량부로 변량하여 TPV 컴파운드의 물성 변화를 관찰 하였다.
<제조예 5 : TPV 컴파운드>
하기 표 6와 같이, OIL함량을 10으로 고정한 후 패각 탄산칼슘을 30, 50, 70 중량부로 변량하여 TPV 컴파운드의 물성 변화를 관찰 하였다.
항 목 Grade 실시예 2-4 실시예 2-5 실시예 2-6
EPDM 570P 100 100 100
PP 522H 100 100 100
OIL W-OIL 10 10 10
가교제 - 0.5 0.5 0.5
가교조제 - 0.5 0.5 0.5
Carbon 1020 2 2 2
패각 탄산칼슘 - 30 50 70
<실험예 5 : TPV 컴파운드>
패각 탄산칼슘 함량별 물성변화
도 16에서 볼 수 있듯이, 패각 탄산칼슘 함량 70phr까지 변량시 비중 및 IZOD 충격강도는 고무 충진제 개발목표치에 모두 도달 하였다. 다만 패각 탄산칼슘 함량이 70phr까지 충진시 컴파운드의 상태 및 시편의 표면상태가 매끄럽지 못하여 제품 압출시 문제점이 발생할 가능성은 있어 보였다.
도 17에 도시된 바와 같이, 패각 탄산칼슘 함량 변화에 따른 경도 및 용융지수 변화 관찰시 경도의 경우에는 소폭 증가하는 경향을 나타내었으나, 용융지수는 매우 70phr에서 매우 떨어지는 경향을 나타내었다.
또한, 도 18에서와 같이 인장강도와 신장율 변화 관찰 시 70phr에서 강도의 저하가 크게 나타났으나 신장율의 경우에는 개발목표치에 도달, 인장강도의 경우에는 개발목표치에 도달하지 못하였다. 마지막으로 도 19에서 볼 수 있듯이, 굴곡강도 및 굴곡탄성율 변화 관찰시 패각 탄산칼슘 함량이 증가할수록 굴곡강도 및 굴곡탄성율은 증가하였으며 모두 개발 목표치에 도달하였다.
결론적으로, 패각 탄산칼슘 함량에 따른 물성변화 관찰 시 50phr까지 개발목표치에 모든 물성 도달하나 70phr에서는 용융지수 및 인장강도에서 개발 목표치에 도달을 하지 못하였다. 그리고 용융지수가 낮아 제품 압출성에도 문제가 될 가능성이 있고 제품 표면은 매끄럽지 못하거나 미성형이 발생 할 가능성이 있어 패각 탄산칼슘 함량은 50phr이 바람직한 것으로 판단되었다.
즉, OIL함량 10phr, 패각 탄산칼슘 함량 50phr에서 물성이 최적의 물성을 나타내었고 개발 목표치에 도달하였다. 최종적으로 패각 탄산칼슘과 오미아 탄산칼슘 물성 비교 후 제품 가공성 및 제품 표면 상태를 관찰 하였다.
<제조예 6 : TPV 컴파운드>
하기 표 7과 같이, 패각 탄산칼슘을 사용하는 TPV 컴파운드 실시예와 오미아코리아 탄산칼슘 OMYA1T을 사용하는 TPV 컴파운드 비교예를 제조하여 비교실험을 하였다. 다른 가공성 증가를 위한 활제 등 가타 첨가제도 함께 병용 사용하여 가공성 및 제품 실험까지 관찰하였다.
항 목 GRADE 실시예 2-7 비교예 2-1
EPDM 570P 100 100
PP 522H 100 100
OIL W-OIL 10 10
가교제 - 0.5 0.5
가교조제 - 0.5 0.5
Carbon 1020 2 2
가공조제 - 1 1
활제 - 0.5 0.5
패각 탄산칼슘 - 30 -
탄산칼슘 오미아1T - 30
<실험예 6 : TPV 컴파운드>
오미아 탄산칼슘을 사용한 TPV 컴파운드와의 비교실험
1) 도 20, 21에서 도시된 바와 같이, 상기 실시예와과 비교예의 물성 비교시 모든 물성이 큰 차이없이 비슷하게 나타났으나 굴곡강도와 굴곡탄성율 부분에서 오미아 탄산칼슘 사용한 TPV 컴파운드가 다소 낮게 나타났다.
패각 탄산칼슘 사용 TPV 컴파운드는 충격강도는 IZOD시편이 파괴되면서 26의 값을 나타내었으나 오미아 탄산칼슘을 사용한 TPV 컴파운드는 충격강도 시편이 NO BREAK(충격강도 30) 되었다. 용융지수는 큰 차이 없이 나타 났으며, 인장강도와 신장율 역시 패각 탄산칼슘 사용 TPV와 오미야 탄산칼슘 사용 TPV와 큰 차이가 나지 않았다.
TPV 컴파운드에 패각 탄산칼슘과 오미아 탄산칼슘 물성 비교시 두 충진제의 물성이 크게 차이가 나지 않으므로 TPV 컴파운드에 패각 탄산칼슘을 고무 충진제로의 첨가제로 사용이 가능할 것으로 판단된다.
2) 마지막으로 패각 탄산칼슘을 사용한 TPV 컴파운드와 오미야 탄산칼슘을 사용한 TPV 컴파운드를 사용하여 제품에 투입하여 가공성 및 제품 압출성을 확인 하였다.
압출기는 풍광에서 제작한 80mm 압출기를 사용하였고, 제품은 자동차용 TUBE ASS’Y FULE SUPPLY 제품에 적용하였고 압출온도는 기존 OMYA1T를 사용한 컴파운드와 동일한 조건에서 압출하여 가공성 및 표면상태를 확인 하였다. (도 22)
확인결과 오미야 탄산칼슘 사용한 TPV 컴파운드와 동일하게 나타났다. 압출기 RPM은 12회전으로 오미야 탄산칼슘 사용한 TPV와 차이가 없었고, 표면 또한 기존 오미야 탄산칼슘 사용한 TPV 컴파운드로 제조한 제품과 동일하게 나타났다.
3) 패각 탄산칼슘을 이용한 본 발명의 TPV 컴파운드의 최종 물성을 하기 표 8에 정리하였다.
Figure 112022113597251-pat00002
최종 물성 확인 결과, TPV 컴파운드에 패각 탄산칼슘 사용시 제품 가공성 및 압출 표면에도 문제가 없어 다용도적으로 기존 탄산칼슘 대체가 가능 한 것으로 생각된다. 또한 재활용 탄산칼슘 사용으로 환경적인 측정면에서 오미아 탄산칼슘보다 더 친환경적이고 원가절감도 가능한 것으로 판단된다.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 패각으로부터 유래된 탄산칼슘을 포함하는 플라스틱 조성물로서,
    PVC(Polyvinyl Chloride) 100 중량부를 기준으로, 패각 탄산칼슘 20~40 중량부, 가소제 20~40 중량부 및 안정제 1~5 중량부를 포함하고,
    상기 패각 탄산칼슘은, 제1 패각 탄산칼슘과 제2 패각 탄산칼슘이 1~2:2~1의 비율로 혼합되며,
    상기 제1 패각 탄산칼슘은, 패각을 분쇄하는 분쇄단계; 및 분쇄된 패각을 교반하면서 300℃~800℃에서 소성하는 소성단계;를 통하여 제조되고, 상기 분쇄단계에서 패각의 평균 직경은 5~10mm 이며, 상기 소성단계에서는 패각의 평균 직경은 100~500㎛ 크기이고,
    상기 제2 패각 탄산칼슘은, 패각을 분쇄하는 단계; 분쇄된 패각을 교반하면서 800℃~1000℃ 에서 소성하는 단계; 소성된 패각 분말을 질산용액에 첨가하여 질산칼슘 수용액을 제조하는 단계; 상기 질산칼슘 수용액, 탄산나트륨 수용액 및 라이신 수용액을 혼합한 후 10~40℃에서 교반하면서 탄산칼슘 결정을 성장시키는 단계; 및 상기 성장된 탄산칼슘 결정을 여과한 후 세척 건조하는 단계;를 통하여 제조되며,
    상기 탄산나트륨의 농도는 0.01~1M 이고, 상기 라이신 수용액은 소성된 패각 분말의 0.001~0.1배의 몰수에 해당하는 라이신을 증류수에 녹여 만든 것이며, 상기 결정 성장시 반응온도는 10~40℃, 교반 속도는 300~1500rpm이고, 성장된 탄산칼슘 결정의 평균직경은 1~25㎛인 것을 특징으로 하는 플라스틱 조성물.
  3. 삭제
  4. 패각으로부터 유래된 탄산칼슘을 포함하는 플라스틱 조성물로서,
    EPDM(Ethylene Propylene Diene Terpolymer) 100 중량부를 기준으로, PP(Polypropylene) 80~120 중량부, 오일 5~15 중량부, 패각 탄산칼슘 40~60 중량부, 가교제 0.1~1 중량부, 가교조제 0.1~1 중량부 및 카본 1~5 중량부를 포함하고,
    상기 패각 탄산칼슘은, 제1 패각 탄산칼슘과 제2 패각 탄산칼슘이 1~2:2~1의 비율로 혼합되며,
    상기 제1 패각 탄산칼슘은, 패각을 분쇄하는 단계; 및 분쇄된 패각을 교반하면서 300℃~800℃에서 소성하는 단계;를 통하여 제조되고, 상기 분쇄단계에서 패각의 평균 직경은 5~10mm 이며, 상기 소성단계에서는 패각의 평균 직경은 100~500㎛ 크기이고,
    상기 제2 패각 탄산칼슘은, 패각을 분쇄하는 단계; 분쇄된 패각을 교반하면서 800℃~1000℃ 에서 소성하는 단계; 소성된 패각 분말을 질산용액에 첨가하여 질산칼슘 수용액을 제조하는 단계; 상기 질산칼슘 수용액, 탄산나트륨 수용액 및 라이신 수용액을 혼합한 후 10~40℃에서 교반하면서 탄산칼슘 결정을 성장시키는 단계; 및 상기 성장된 탄산칼슘 결정을 여과한 후 세척 건조하는 단계;를 통하여 제조되며,
    상기 탄산나트륨의 농도는 0.01~1M 이고, 상기 라이신 수용액은 소성된 패각 분말의 0.001~0.1배의 몰수에 해당하는 라이신을 증류수에 녹여 만든 것이며, 상기 결정 성장시 반응온도는 10~40℃, 교반 속도는 300~1500rpm이고, 성장된 탄산칼슘 결정의 평균직경은 1~25㎛인 것을 특징으로 하는 플라스틱 조성물.
  5. 삭제
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