KR102548429B1 - Plumbing HDPE plastic compound compositions and method for manufacturing the compound compositions - Google Patents

Plumbing HDPE plastic compound compositions and method for manufacturing the compound compositions Download PDF

Info

Publication number
KR102548429B1
KR102548429B1 KR1020200168054A KR20200168054A KR102548429B1 KR 102548429 B1 KR102548429 B1 KR 102548429B1 KR 1020200168054 A KR1020200168054 A KR 1020200168054A KR 20200168054 A KR20200168054 A KR 20200168054A KR 102548429 B1 KR102548429 B1 KR 102548429B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
density polyethylene
hdpe
ceramic microspheres
polyethylene resin
additives
Prior art date
Application number
KR1020200168054A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220079714A (en
Inventor
최원우
황의정
한광수
강신일
Original Assignee
주식회사 예담케미칼
코셉머티리얼 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 예담케미칼, 코셉머티리얼 주식회사 filed Critical 주식회사 예담케미칼
Priority to KR1020200168054A priority Critical patent/KR102548429B1/en
Publication of KR20220079714A publication Critical patent/KR20220079714A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102548429B1 publication Critical patent/KR102548429B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C49/00Blow-moulding, i.e. blowing a preform or parison to a desired shape within a mould; Apparatus therefor
    • B29C49/071Preforms or parisons characterised by their configuration, e.g. geometry, dimensions or physical properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/16Solid spheres
    • C08K7/18Solid spheres inorganic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00Making preforms
    • B29B11/14Making preforms characterised by structure or composition
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00Making granules
    • B29B9/12Making granules characterised by structure or composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/54Silicon-containing compounds
    • C08K5/541Silicon-containing compounds containing oxygen
    • C08K5/5415Silicon-containing compounds containing oxygen containing at least one Si—O bond
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04Ingredients treated with organic substances
    • C08K9/06Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06Polyethene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/26Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2949/00Indexing scheme relating to blow-moulding
    • B29C2949/07Preforms or parisons characterised by their configuration
    • B29C2949/0715Preforms or parisons characterised by their configuration the preform having one end closed
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2203/00Applications
    • C08L2203/18Applications used for pipes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2207/00Properties characterising the ingredient of the composition
    • C08L2207/06Properties of polyethylene
    • C08L2207/062HDPE

Abstract

배관용 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 플라스틱 컴파운드 조성물 및 이의 제조방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 HDPE 플라스틱 컴파운드 조성물은 고밀도 폴리에틸렌 수지, 직경 1~20㎛의 세라믹 미소구체(Ceramic Microsphere, CM) 및 첨가제를 포함하고, 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지에 대하여, 상기 세라믹 미소구체는 10~30중량% 및 상기 첨가제는 0.5~0.7중량%가 포함되고, 상기 첨가제는, 상기 세라믹 미소구체와 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지 사이에서 각각에 물리적으로 접착성을 갖는 접착제와 상기 세라믹 미소구체와 화학적으로 결합을 하며 고밀도 폴리에틸렌 수지와는 물리적으로 접착하는 커플링제 중에서 하나 이상을 포함한다.A high-density polyethylene (HDPE) plastic compound composition for piping and a manufacturing method thereof are disclosed. The HDPE plastic compound composition according to one embodiment includes a high-density polyethylene resin, ceramic microspheres (CM) having a diameter of 1 to 20 μm, and an additive, and with respect to the high-density polyethylene resin, the ceramic microspheres are 10 to 30 % by weight and the additives are included in an amount of 0.5 to 0.7% by weight, and the additives are chemically bonded to the ceramic microspheres and an adhesive having physical adhesion to each between the ceramic microspheres and the high-density polyethylene resin, It includes at least one coupling agent that physically adheres to the high-density polyethylene resin.

Description

배관용 HDPE 플라스틱 컴파운드 조성물 및 이의 제조방법{Plumbing HDPE plastic compound compositions and method for manufacturing the compound compositions}HDPE plastic compound composition for plumbing and method for manufacturing the same {Plumbing HDPE plastic compound compositions and method for manufacturing the compound compositions}

본 발명은 플라스틱 컴파운드(plastic compound)의 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 배관의 압출 제조에 사용되는 고밀도 폴리에틸렌(High Density PolyEthylene, HDPE) 플라스틱 컴파운드의 제조 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a manufacturing technology of a plastic compound, and more particularly, to a manufacturing technology of a high density polyethylene (HDPE) plastic compound used for extrusion manufacturing of a pipe.

플라스틱은 열 또는 압력에 의하여 성형할 수 있는 유기물 기반 고분자 물질 및 그 혼합물을 가리키는 것으로, 합성수지(resin)라고도 칭해진다. 플라스틱은 우리가 일상생활에 널리 사용하는 필름, 합성섬유, 병, 튜브, 장난감에서부터 고내열, 고강도 재료 등에 이르기까지 다양한 용도로 사용되고 있는데, 그 특성에 따라서 열경화성 플라스틱, 열가소성 플라스틱, 범용 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱, 결정성/비결정성 플라스틱 등으로 분류될 수 있다.Plastic refers to organic-based polymer materials and mixtures thereof that can be molded by heat or pressure, and is also referred to as a synthetic resin. Plastics are used for a variety of purposes ranging from films, synthetic fibers, bottles, tubes, and toys that we widely use in our daily lives to highly heat-resistant and high-strength materials. , crystalline/amorphous plastics, etc.

플라스틱은 그 자체로 사용되기도 하지만, 특성 향상, 성형성 제고, 원가 절감 등을 목적으로 플라스틱 컴파운드(plastic compound)의 형태로 사용되는 것이 일반적이다. 플라스틱 컴파운드는, 플라스틱을 고분자 자체의 상태보다 유용하게 각종 제품의 제조 공정에 적용할 수 있도록. 다양한 다른 부재료(충진재)와 함게 혼합한 것을 가리킨다. 원하는 제품으로의 사출 또는 압출 제조를 위하여 플라스틱 컴파운드는 통상적으로 특정한 형태, 예컨대 쌀알갱이와 같은 펠렛 형태로 성형되며, 이러한 펠렛 형태의 플라스틱 컴파운드는 압출기 등에 투입되어 소정의 형상의 플라스틱 제품, 예컨대 플라스틱 배관을 제조하는데 사용될 수 있다.Although plastic is used as such, it is common to use it in the form of a plastic compound for the purpose of improving properties, improving moldability, and reducing costs. Plastic compounds make plastics more useful than polymers themselves, so that they can be applied to the manufacturing process of various products. It refers to mixing with various other sub-materials (fillers). In order to manufacture a desired product by injection or extrusion, a plastic compound is usually molded into a specific shape, for example, pellets such as rice grains. can be used to prepare

플라스틱 컴파운드에서 별도의 상을 형성하고 플라스틱 수지를 대체하여 상당한 양으로 사용되는 재료를 충진재 또는 필러(filler)라고 한다. 충진재는 크게 섬유형(fiber type)과 입자형(particulate type)으로 구분할 수 있으며, 입자형의 경우에 무기 도전성 필러(inorganic conductive filler), 유기 필러(organic filler), 광물 필러(mineral filler) 등으로 구분될 수 있다. 광물 필러 중에서 대표적인 물질로 탈크(Talc)가 있으며, 그 이외에 탄산칼슘(CaCO3), 적니(red mud) 등이 있다.Materials that form a separate phase in a plastic compound and are used in significant amounts to replace plastic resins are called fillers or fillers. Fillers can be largely classified into fiber type and particulate type, and in the case of particulate type, inorganic conductive filler, organic filler, and mineral filler are used. can be distinguished. Talc is a representative material among mineral fillers, and in addition, there are calcium carbonate (CaCO 3 ), red mud, and the like.

이러한 충진재는 내열성 향상, 강성 증가, 수축 감소, 흐름 수정 등 플라스틱 원재료에 각종 특성을 부여 및/또는 강화하는 목적으로 사용된다. 또한, 상대적으로 저가의 물질을 충진재로 사용함으로써, 플라스틱에서 원하는 특성을 유지하거나 또는 개선하는 것 이외에, 플라스틱 컴파운드의 단가를 낮추는 것도 가능하다. 다만, 이러한 부산물은 그 조성이나 크기, 입자 형상 등이 불균일하기 때문에, 그 자체만으로 원하는 특성을 충족시킬 수 있는 플라스틱 컴파운드의 충진재로 사용되기가 어렵다.These fillers are used for the purpose of imparting and/or reinforcing various properties to plastic raw materials, such as improving heat resistance, increasing rigidity, reducing shrinkage, and modifying flow. In addition, by using a relatively inexpensive material as a filler, it is possible to lower the unit cost of the plastic compound in addition to maintaining or improving desired properties in the plastic. However, since these by-products are non-uniform in composition, size, particle shape, etc., it is difficult to use them as fillers for plastic compounds that can satisfy desired properties by themselves.

한편, 물, 가스 및 그 밖의 다른 유체를 운반하는데 사용되는 배관을 제조하기 위하여 다양한 플라스틱 컴파운드가 사용될 수 있는데, 그 중의 하나의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이다. 다른 배관용 플라스틱 컴파운드와 마찬가지로 배관용 HDPE 컴파운드도, 성형성은 물론 강성, 저속 균율 성장에 대한 내성, 화학적 비반응성 등의 특성 기준을 충족시켜야 한다. 예컨대, 한국공개특허 제2007-0020053호, "압력 파이프에 사용하기 위한 HDPE 수지 및 관련 응용"(특허문헌 1)에는 PE-100 파이프에 적합한 HDPE 수지 조성물에 대하여 개시하고 있다. 그리고 한국공개특허 제2007-0034046호, "폴리에틸렌 파이프 배관 수지"(특허문헌 2)에는 유동성지수(MI5)가 0.70g/10분이고, 47 내지 52 중량%의 LDPE 및 48 내지 53 중량%의 HDPE를 포함하는 폴리에틸렌 수지 조성물에 대하여 개시하고 있다. 하지만, 이들 특허문헌 1, 2에는 파이프용 HDPE 수지 조성물의 물성을 유지 또는 향상시키면서도 제조 원가를 저렴하게 하기 위해서 사용되는 충진재에 대해서는 개시하고 있지 않다.Meanwhile, various plastic compounds may be used to manufacture piping used to transport water, gas, and other fluids, one of which is high-density polyethylene (HDPE). Like other plastic compounds for piping, HDPE compounds for piping must meet specific criteria such as formability, stiffness, resistance to slow rate growth, and chemical non-reactivity. For example, Korean Patent Publication No. 2007-0020053, "HDPE resin for use in pressure pipes and related applications" (Patent Document 1) discloses a HDPE resin composition suitable for PE-100 pipes. And Korean Patent Publication No. 2007-0034046, "Polyethylene pipe resin" (Patent Document 2) has a fluidity index (MI 5 ) of 0.70g / 10 minutes, 47 to 52% by weight of LDPE and 48 to 53% by weight of HDPE It discloses a polyethylene resin composition comprising a. However, these Patent Documents 1 and 2 do not disclose fillers used to reduce the manufacturing cost while maintaining or improving the physical properties of the HDPE resin composition for pipes.

한국공개특허 제2007-0020053호Korean Patent Publication No. 2007-0020053 한국공개특허 제2007-0034046호Korean Patent Publication No. 2007-0034046

본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 수도관 등과 같은 배관에 요구되는 다양한 물성을 만족시키면서 동시에 제조 원가를 절감할 수 있는 HDPE 플라스틱 컴파운드 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.One problem to be solved by the present invention is to provide an HDPE plastic compound composition and a method for manufacturing the same, which can reduce manufacturing costs while satisfying various physical properties required for pipes such as water pipes.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 배관용 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 플라스틱 컴파운드 조성물로서, 고밀도 폴리에틸렌 수지, 직경 1~20㎛의 세라믹 미소구체(Ceramic Microsphere, CM) 및 첨가제를 포함하고, 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지에 대하여, 상기 세라믹 미소구체는 10~30중량% 및 상기 첨가제는 0.5~0.7중량%가 포함되고, 상기 첨가제는, 상기 세라믹 미소구체와 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지 사이에서 각각에 물리적으로 접착성을 갖는 접착제와 상기 세라믹 미소구체와 화학적으로 결합을 하며 고밀도 폴리에틸렌 수지와는 물리적으로 접착하는 커플링제 중에서 하나 이상을 포함한다. One embodiment of the present invention for solving the above problems is a high-density polyethylene (HDPE) plastic compound composition for piping, comprising a high-density polyethylene resin, ceramic microspheres (CM) having a diameter of 1 to 20 μm and additives, , With respect to the high-density polyethylene resin, the ceramic microspheres and the additives are included in 10 to 30% by weight and 0.5 to 0.7% by weight, and the additives are physically located between the ceramic microspheres and the high-density polyethylene resin, respectively. It includes at least one of an adhesive having adhesiveness and a coupling agent that chemically binds to the ceramic microspheres and physically adheres to the high-density polyethylene resin.

상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 접착제는 말레산 무수물 계열의 화합물을 포함하고, 상기 커플링제는 실란 계열의 화합물을 포함할 수 있다. According to one aspect of the embodiment, the adhesive may include a maleic anhydride-based compound, and the coupling agent may include a silane-based compound.

여기서, 상기 말레산 무수물 계열의 화합물은 개질된 말레산 무수 폴리프로필렌(maleic anhydride grafted polypropylene)을 포함하고, 상기 실란 계열의 화합물은 vinyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, N-(B-aminoethyl)-r-aminopropyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane 및 alkyltrimethoxysilane(여기서, alkyl은 C가 2~8)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. Here, the maleic anhydride-based compound includes modified maleic anhydride grafted polypropylene, and the silane-based compound includes vinyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, N-(B-aminoethyl) -r-aminopropyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane, and alkyltrimethoxysilane (here, alkyl may include one or more compounds selected from the group consisting of 2 to 8 C).

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예는 배관용 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 플라스틱 컴파운드의 제조방법으로서, 고밀도 폴리에틸렌 수지, 직경 1~20㎛의 세라믹 미소구체(Ceramic Microsphere, CM) 및 첨가제를 각각 압출기에 주입하는 단계 및 상기 압출기에서 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지, 상기 세라믹 미소구체 및 상기 첨가제를 200~210℃의 온도에서 혼련하는 단계를 포함하고, 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지에 대하여, 상기 세라믹 미소구체는 10~30중량% 및 상기 첨가제는 0.5~0.7중량%가 포함되고, 상기 첨가제는 상기 세라믹 미소구체와 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지 사이에서 각각에 물리적으로 접착성을 갖는 접착제와, 상기 세라믹 미소구체와 화학적으로 결합을 하며 고밀도 폴리에틸렌 수지와는 물리적으로 접착하는 커플링제 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. Another embodiment of the present invention for solving the above problems is a method for manufacturing a high-density polyethylene (HDPE) plastic compound for piping, using a high-density polyethylene resin, ceramic microspheres (CM) having a diameter of 1 to 20 μm, and additives Injecting into an extruder and kneading the high-density polyethylene resin, the ceramic microspheres, and the additive at a temperature of 200 to 210 ° C. in the extruder, wherein, for the high-density polyethylene resin, the ceramic microspheres are 10 ~ 30% by weight and 0.5 ~ 0.7% by weight of the additives, wherein the additives are physically bonded to each other between the ceramic microspheres and the high-density polyethylene resin, and chemically bonded to the ceramic microspheres. and may include one or more coupling agents that physically adhere to the high-density polyethylene resin.

상기 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 접착제는 개질된 말레산 무수 폴리프로필렌(maleic anhydride grafted polypropylene)을 포함하고, 상기 커플링제는 vinyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, N-(B-aminoethyl)-r-aminopropyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane 및 alkyltrimethoxysilane(여기서, alkyl은 C가 2~8)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. According to one aspect of the embodiment, the adhesive includes modified maleic anhydride grafted polypropylene, and the coupling agent is vinyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, N-(B-aminoethyl)- It may include one or more compounds selected from the group consisting of r-aminopropyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane, and alkyltrimethoxysilane (here, alkyl has a C of 2 to 8).

전술한 본 발명의 실시예에 의하면, 세라믹 미소구체를 HDPE 수지에 대한 충진재(필러)로 사용하고 또한 두 물질의 상용성을 개선하는 첨가제를 적절하게 선택하여 사용함으로써, 수도관 등과 같은 배관에 요구되는 다양한 물성을 만족시킬 뿐만 아니라 제조 원가를 낮출 수가 있다. According to the above-described embodiment of the present invention, by using ceramic microspheres as a filler for HDPE resin and by appropriately selecting and using additives that improve the compatibility of the two materials, In addition to satisfying various physical properties, it is possible to lower the manufacturing cost.

도 1a는 접착제를 첨가제로 사용할 경우에 세라믹 미소구체(CM)와 HDPE 수지와의 상용성을 개선하는 과정을 모식적으로 보여 주는 도면이다.
도 1b는 커플링제를 첨가제로 사용할 경우에 세라믹 미소구체(CM)와 HDPE 수지와의 상용성을 개선하는 과정을 모식적으로 보여 주는 도면이다.
도 2는 실란 계열의 화합물을 커플링제로 사용할 경우에 세라믹 미소구체(필러)의 표면에서 일어나는 반응 메카니즘을 모식적으로 보여 주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 HDPE 플라스틱 컴파운드의 제조방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 4는 압출기의 구성을 모식적으로 보여 주는 단면도이다.
도 5는 표 5의 실험 결과를 그래프로 도시한 것이다.
도 6은 표 7 및 표 8의 실험 결과를 그래프로 도시한 것이다.
도 7은 도 6에서 TE 결과만을 별도로 도시한 것이다.
1A is a view schematically showing a process of improving compatibility between ceramic microspheres (CM) and HDPE resin when an adhesive is used as an additive.
Figure 1b is a view schematically showing a process of improving compatibility between ceramic microspheres (CM) and HDPE resin when a coupling agent is used as an additive.
2 is a diagram schematically showing a reaction mechanism occurring on the surface of ceramic microspheres (fillers) when a silane-based compound is used as a coupling agent.
Figure 3 is a flow chart showing a manufacturing method of the HDPE plastic compound for piping according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of an extruder.
5 is a graph showing the experimental results of Table 5.
6 is a graph showing the experimental results of Tables 7 and 8.
FIG. 7 separately shows only the TE results in FIG. 6 .

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예를 설명한다. 다만, 이하의 실시형태 및 실시예는 본 발명의 바람직한 구성을 예시적으로 나타내는 것일 뿐이며, 본 발명의 범위는 이들 구성에 한정되지 않는다. 그리고 이하의 설명에 있어서, 장치의 하드웨어 구성 및 소프트웨어 구성, 처리 흐름, 제조조건, 크기, 재질, 형상 등은, 특히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 이것으로 한정하려는 취지인 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments and examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following embodiments and examples are merely illustrative of preferred configurations of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these configurations. And in the following description, the hardware configuration and software configuration of the device, processing flow, manufacturing conditions, size, material, shape, etc. are not intended to limit the scope of the present invention to these unless specifically described. .

본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 플라스틱 컴파운드 조성물은, HDPE 수지를 베이스 물질로 하고, 화력 발전소 등에서 석탄을 연료로 사용하고 난 뒤에 생성되는 폐기물인 석탄재(또는 석탄회)로부터 선별된 세라믹 미소구체(Ceramic Microsphere, CM)를 충진재로 포함한다. 이에 의하면, 석탄재 중에서 선별된 일부를 충진재로 사용하기 때문에, HDPE 플라스틱 컴파운드의 원가를 상당히 낮출 수가 있다. 뿐만 아니라, 산업 폐기물을 활용하는 것이기 때문에 환경 보호에도 도움이 된다.High-density polyethylene (HDPE) plastic compound composition for piping according to an embodiment of the present invention uses HDPE resin as a base material and is selected from coal ash (or coal ash), which is a waste product after using coal as fuel in a thermal power plant. ceramic microspheres (CM) as a filler. According to this, since some of the selected coal ash is used as a filler, the cost of the HDPE plastic compound can be significantly reduced. In addition, since it utilizes industrial waste, it also helps to protect the environment.

본 발명에 실시예에 의하면, 세라믹 미소구체는 석탄재로부터 선별된 '구형의 미세 입자'로서, 특히 플라이 애쉬(fly ash) 중에서도 직경이 20㎛ 이하, 예컨대 직경이 1~20㎛인 구형 입자들을 가리킨다. 따라서 석탄재 중에서도 바텀애쉬(bottom ash) 또는 플라이애쉬 중에서 상대적으로 크기가 큰 입자(예컨대, 직경이 20㎛ 초과) 또는 석탄재 중에서 상당한 비중을 차지하는 침상이나 판상의 형태를 갖는 입자는 세라믹 미소구체에 포함되지 않는다. 세라믹 미소구체는 실리콘 산화물(SiO2)이 주를 이루고 있으며, 평균적인 조성은 표 1과 같다. According to an embodiment of the present invention, ceramic microspheres are 'spherical fine particles' selected from coal ash, and in particular, refer to spherical particles having a diameter of 20 μm or less, for example, 1 to 20 μm, among fly ash . Therefore, among coal ash, bottom ash or fly ash, relatively large particles (eg, greater than 20 μm in diameter) or needle-shaped or plate-shaped particles occupying a significant proportion of coal ash are not included in the ceramic microspheres. don't Ceramic microspheres are mainly composed of silicon oxide (SiO 2 ), and the average composition is shown in Table 1.

Figure 112020131334641-pat00001
Figure 112020131334641-pat00001

이러한 세라믹 미소구체는 석탄재에서 선별된 것이나, 이를 선별하는 구체적인 방법에는 특별한 제한이 없다. 예컨대, 다양한 크기와 모양의 입자들이 혼합되어 있는 원재료로부터 형상 및/또는 크기에 따라서 입자를 분류하는 것이면, 그 방법에 특별한 제한이 없다. 일례로, 특정 형상과 크기의 개구를 갖는 하나 이상의 필터를 이용함으로써, 석탄재로부터 세라믹 미소구체를 선별할 수 있다. These ceramic microspheres are selected from coal ash, but there is no particular limitation on a specific method for screening them. For example, as long as particles are classified according to shape and/or size from a raw material in which particles of various sizes and shapes are mixed, the method is not particularly limited. In one example, ceramic microspheres may be screened from coal ash by using one or more filters having apertures of a particular shape and size.

이와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 석탄재 중에서도 아주 미세하고 또한 구형의 형상을 갖는 입자들만을 충진재로 사용한다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 HDPE 플라스틱 컴파운드는, 그 물성이 전체적으로 균일할 뿐만 아니라 충진재의 양을 적절히 조정함으로써 충격강도나 내마모성 등의 물성도 배관에 요구되는 평가 기준 이상이 되도록 조정할 수 있다. 특히, 세라믹 미소구체는 침상이나 판상이 아니라 구형의 형상을 가지므로, 이를 포함하는 플라스틱 컴파운드를 이용하여 사출기 또는 압출기로 제품을 제조할 때, 흐름성 증가로 인하여 가공성도 향상시킬 수가 있다.As such, in the embodiment of the present invention, only very fine and spherical particles among coal ash are used as fillers. Therefore, the HDPE plastic compound according to an embodiment of the present invention has overall uniform physical properties, and by appropriately adjusting the amount of the filler, the physical properties such as impact strength and abrasion resistance can be adjusted to be higher than the evaluation criteria required for the pipe. In particular, since ceramic microspheres have a spherical shape rather than a needle or plate shape, when a product is manufactured using an injection molding machine or an extruder using a plastic compound including the ceramic microspheres, processability can be improved due to increased flowability.

통상적으로 플라스틱 컴파운드에서 무기물 충진재는 유기물인 플라스틱 수지와의 상용성(相容性, compatibility)이 떨어져 물성 감소를 야기하거나 물성 변화가 거의 나타나지 않을 수 있다. 실험 결과, 표 2에 도시된 바와 같이, 플라스틱 수지(예컨대, 폴리프로필렌)에 세라믹 미소구체를 혼합하지 않거나 또는 각각 10중량%, 20중량%를 첨가하더라도, 용융 지수(Melt Flow Index, MI), 충격 강도(Impact Strength, IZOD), 굴곡 탄성율(Flexural Modulus, FM)의 증가 경향이 뚜렷하지 않고, 인장 강도(Tensile Strength, TS)나 인장 연신(Tensile Elongation, IE) 등과 같은 인장 특성이나 굽힘 강도(Flexural Strength, FS)나 열변형 온도(Heat Deflection Temperature, HDT) 등의 경향성도 뚜렷하지 않은 것으로 확인되었다. In general, inorganic fillers in plastic compounds may have poor compatibility with organic plastic resins, resulting in a decrease in physical properties or little change in physical properties. As a result of the experiment, as shown in Table 2, even if the ceramic microspheres are not mixed with the plastic resin (eg, polypropylene) or 10% by weight and 20% by weight are added, respectively, the melt flow index (MI), There is no clear increase in impact strength (IZOD) and flexural modulus (FM), and tensile properties such as tensile strength (TS) or tensile elongation (IE) or bending strength ( It was also confirmed that trends such as Flexural Strength (FS) or Heat Deflection Temperature (HDT) were not clear.

Figure 112020131334641-pat00002
Figure 112020131334641-pat00002

물성 감소를 방지하고 원하는 물성을 얻기 위해서는, 유기물인 HDPE 수지와 무기물인 세라믹 미소구체와의 상용성을 향상시킬 필요가 있다. 이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 HDPE 플라스틱 컴파운드 조성물은, HDPE 수지와 세라믹 미소구체 사이에 상용성을 향상시키기 위한 첨가제를 더 포함한다.In order to prevent a decrease in physical properties and obtain desired physical properties, it is necessary to improve the compatibility between the organic HDPE resin and the inorganic ceramic microspheres. To this end, the HDPE plastic compound composition for piping according to an embodiment of the present invention further includes an additive for improving compatibility between the HDPE resin and the ceramic microspheres.

본 발명의 실시예에 의하면, 첨가제는 접착제와 커플링제 중에서 하나 이상을 포함한다. 여기서, 접착제는 세라믹 미소구체와 HDPE 플라스틱 수지 사이에서 각각에 물리적으로 접착성을 갖는 화합물을 가리키며, 커플링제는 무기물인 세라믹 미소구체와 화학적으로 결합을 하며 HDPE 플라스틱 수지와는 물리적인 접착성을 갖는 화합물을 가리킨다. 바람직하게는, 첨가제는 접착제와 커플링제를 모두 포함할 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, the additive includes at least one of an adhesive and a coupling agent. Here, the adhesive refers to a compound having physical adhesion between the ceramic microsphere and the HDPE plastic resin, and the coupling agent chemically bonds with the inorganic ceramic microsphere and has physical adhesion with the HDPE plastic resin. refers to compounds. Preferably, the additive may include both an adhesive and a coupling agent.

도 1a는 접착제를 첨가제로 사용할 경우에 세라믹 미소구체(CM)와 HDPE 수지와의 상용성을 개선하는 과정을 모식적으로 보여 주는 도면으로, 접착제는 세라믹 미소구체(CM)와 HDPE 수지(상하 각각 3개의 곡선으로 표시함) 사이에서 물리적인 접착을 유도한다. 그리고 도 1b는 커플링제를 첨가제로 사용할 경우에 세라믹 미소구체(CM)와 HDPE 수지와의 상용성을 개선하는 과정을 모식적으로 보여 주는 도면으로, 커플링제는 일단이 세라믹 미소구체(CM)와 화학적으로 결합하고, 타단은 HDPE 수지와 물리적으로 접착한다.1a is a view schematically showing a process of improving the compatibility between ceramic microspheres (CM) and HDPE resin when an adhesive is used as an additive. (represented by three curves) induces physical adhesion between them. And Figure 1b is a view schematically showing a process of improving compatibility between ceramic microspheres (CM) and HDPE resin when a coupling agent is used as an additive, wherein one end of the coupling agent is It is chemically bonded, and the other end is physically bonded to the HDPE resin.

이러한 본 발명의 실시예에 의하면, HDPE 플라스틱 컴파운드에 포함되는 첨가제는 세라믹 미소구체 및 HDPE 수지와 각각 화학적으로 결합을 하는 가교제는 포함하지 않는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 가교제를 사용할 경우에는, 세라믹 미소구체와의 상용성은 향상될 수 있으나, 플라스틱의 가교 역할을 하여 사출 또는 압출 가공에 불리한 작용, 즉 성형성 저하를 초래할 수 있기 때문이다.According to this embodiment of the present invention, it is preferable that the additives included in the HDPE plastic compound do not include a crosslinking agent that is chemically bonded to the ceramic microspheres and the HDPE resin, respectively. This is because, when a crosslinking agent is used, compatibility with ceramic microspheres may be improved, but it may act as a crosslinking agent for plastics, resulting in adverse effects on injection or extrusion processing, that is, deterioration in moldability.

접착제는 말레산 무수물 계열의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 말레산 무수물 계열의 접착제는 개질된 말레산 무수 폴리프로필렌(maleic anhydride grafted polypropylene)일 수 있다. 개질된 말레산 무수 폴리프로필렌은, 한쪽 말단은 비극성인 폴리프로필렌으로 이루어져 있어서 역시 비극성인 HDPE 수지와 친밀감이 우수하고, 다른쪽 말단은 말레산 무수물이 개질(grafting)되어 있어서 세라믹 미소구체와 접착이 이루어지기 용이하다.The adhesive preferably contains a maleic anhydride-based compound. For example, the maleic anhydride-based adhesive may be a modified maleic anhydride grafted polypropylene. The modified maleic anhydride polypropylene is made of non-polar polypropylene at one end, so it has excellent affinity with the also non-polar HDPE resin, and the other end is grafted with maleic anhydride, so it has good adhesion with ceramic microspheres. easy to do

커플링제는 실란 계열의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 실란 계열의 커플링제는 vinyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, N-(B-aminoethyl)-r-aminopropyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane 및 alkyltrimethoxysilane(여기서, alkyl은 C가 2~16, 바람직하게는 C가 2~8)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. The coupling agent preferably includes a silane-based compound. For example, silane-based coupling agents include vinyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, N-(B-aminoethyl)-r-aminopropyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane and alkyltrimethoxysilane (where C is 2 to 16, Preferably, C may include one or more compounds selected from the group consisting of 2 to 8).

도 2는 실란 계열의 화합물을 커플링제로 사용할 경우에 세라믹 미소구체(필러)의 표면에서 일어나는 반응 메카니즘을 모식적으로 보여 주는 도면이다. 도 2에서 좌측은 커플링제를 사용하기 이전(처리전)의 세라믹 미소구체(필러)에 대한 모식도이고, 우측은 커플링제를 사용하여 세라믹 미소구체(필러)의 표면을 처리한 경우(처리후)에 대한 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 실란 계열의 화합물은 한쪽 말단은 비극성 그룹으로 이루어져 있어서 HDPE 수지(유기관능기)와의 화학적 친밀함을 향상시키고, 다른쪽 말단은 세라믹 미소구체 표면의 OH 그룹과 화학적 친밀성이 있는 극성 그룹 또는 화학 반응을 일으키는 그룹으로 이루어져 있어서, 세라믹 미소구체(필러)의 표면에 보다 잘 결합될 수 있다.2 is a view schematically showing a reaction mechanism occurring on the surface of ceramic microspheres (fillers) when a silane-based compound is used as a coupling agent. In FIG. 2, the left side is a schematic diagram of the ceramic microspheres (filler) before using the coupling agent (before treatment), and the right side is a schematic diagram of the ceramic microsphere (filler) surface treated using the coupling agent (after treatment). It is also a model for As shown in FIG. 2, one end of the silane-based compound is composed of a non-polar group to improve chemical intimacy with the HDPE resin (organic functional group), and the other end has chemical intimacy with the OH group on the surface of the ceramic microsphere. It consists of a polar group or a group that causes a chemical reaction, so it can be better bonded to the surface of the ceramic microsphere (filler).

본 실시예의 일 측면에 의하면, HDPE 플라스틱 컴파운드는 HDPE 수지를 기준으로 10~30중량%의 세라믹 미소구체를 포함하는 것이 바람직하다. 세라믹 미소구체의 양이 10중량% 이하이면, HDPE 수지에 비하여 물성 향상의 효과도 미미할 뿐만 아니라 원가 절감의 효과도 크지 않다. 반면, 세라믹 미소구체의 양이 30중량% 보다 많으면, 원가 절감의 효과는 크지만 HDPE 수지에 비하여 무기물의 양이 너무 많아서 성형성도 좋지 않을 뿐만 아니라 HDPE와의 상용성도 좋지 못하다.According to one aspect of this embodiment, the HDPE plastic compound preferably includes 10 to 30% by weight of ceramic microspheres based on the HDPE resin. When the amount of the ceramic microspheres is less than 10% by weight, the effect of improving physical properties is insignificant and the effect of cost reduction is not significant compared to the HDPE resin. On the other hand, if the amount of ceramic microspheres is greater than 30% by weight, the effect of cost reduction is great, but the amount of inorganic materials is too large compared to HDPE resin, resulting in poor moldability and poor compatibility with HDPE.

그리고 HDPE 플라스틱 컴파운드는 HDPE를 기준으로 0.5~0.7중량%의 첨가제를 포함하는 것이 바람직하다. 첨가제의 양이 0.5중량% 이하이면, 세라믹 미소구체와 HDPE 수지와의 상용성이 개선되지 않아서, 물성 개선의 효과가 미미하다. 반면, 첨가제의 양이 0.7중량% 보다 많으면, 여분의 첨가제가 불순물 역할을 하여 HDPE 플라스틱 컴파운드의 물성이 나빠질 수 있다.And the HDPE plastic compound preferably contains 0.5 to 0.7% by weight of additives based on HDPE. If the amount of the additive is less than 0.5% by weight, compatibility between the ceramic microspheres and the HDPE resin is not improved, so that the effect of improving physical properties is insignificant. On the other hand, if the amount of the additive is greater than 0.7% by weight, the excess additive acts as an impurity and the physical properties of the HDPE plastic compound may deteriorate.

다음으로 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 HDPE 플라스틱 컴파운드를 제조하는 방법에 대하여 설명한다. Next, a method for manufacturing the HDPE plastic compound for piping according to an embodiment of the present invention described above will be described.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 HDPE 플라스틱 컴파운드의 제조방법을 보여 주는 흐름도이고, 도 4는 압출기의 구성을 모식적으로 보여 주는 단면도이다. 이하에서는 도 4에 도시된 압출기를 사용하여 배관용 HDPE 플라스틱 컴파운드를 제조하는 방법에 대해서 설명하지만, 도 4에 도시된 압출기는 단지 예시적인 것이라는 것은 당업자에게 자명하다. 따라서 동일한 기능을 수행하는 것이라면, 도 4에 도시된 구성의 압출기와는 다른 구성의 압출기를 사용해도 된다.Figure 3 is a flow chart showing a manufacturing method of the HDPE plastic compound for piping according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the extruder. Hereinafter, a method for producing a HDPE plastic compound for piping using the extruder shown in FIG. 4 will be described, but it is apparent to those skilled in the art that the extruder shown in FIG. 4 is merely illustrative. Therefore, as long as the same function is performed, an extruder having a different configuration from the extruder having the configuration shown in FIG. 4 may be used.

우선, 원재료인 고밀도 폴리에틸렌 수지, 직경 1~20㎛의 세라믹 미소구체 및 첨가제를 각각 준비한다(S10). 전술한 바와 같이, 세라믹 미소구체는 석탄재로부터 소정의 필터링 방법을 이용하여 선별될 수 있다. 그리고 첨가제로는 세라믹 미소구체와 고밀도 폴리에틸렌 수지 사이에서 각각에 물리적으로 접착성을 갖는 접착제 및/또는 세라믹 미소구체와 화학적으로 결합을 하며 고밀도 폴리에틸렌 수지와는 물리적으로 접착하는 커플링제를 포함한다. First, high-density polyethylene resin as a raw material, ceramic microspheres having a diameter of 1 to 20 μm, and additives are prepared (S10). As described above, ceramic microspheres can be screened from coal ash using any filtering method. In addition, the additive includes an adhesive having physical adhesion between the ceramic microspheres and the high-density polyethylene resin and/or a coupling agent that chemically bonds with the ceramic microspheres and physically adheres to the high-density polyethylene resin.

그리고 준비된 원재료를 압출기에 주입한다(S20). 예컨대, 준비된 원재료는 호퍼(도 4 참조)를 통해 압출기에 동시에 주입될 수 있다. 또는, 실시 형태에 따라서는, HDPE 수지와 세라믹 미소구체를 호퍼를 통해 먼저 주입한 뒤에, 소정의 시간 동안 서로 교반한 후에 첨가제를 추가로 주입하거나(이 경우에, 도 4에 도시되지 않은 별도의 주입구를 사용하여 첨가제를 주입할 수도 있음) 또는 교반 공정을 진행하면서 HDPE 수지, 세라믹 미소구체 및 첨가제를 순차적으로 주입해도 된다. 본 단계에서 압출기에 주입되는 원재료의 양은, HDPE 수지를 기준으로 하여, 세라믹 미소구체는 10~30중량%를 주입하고, 첨가제는 0.5~0.7중량%를 주입하는 것이 바람직하다. Then, the prepared raw material is injected into the extruder (S20). For example, prepared raw materials may be simultaneously injected into the extruder through a hopper (see Fig. 4). Alternatively, depending on the embodiment, after first injecting the HDPE resin and the ceramic microspheres through the hopper and then stirring them together for a predetermined time, additives are additionally injected (in this case, a separate process not shown in FIG. Additives may be injected using an injection port) or HDPE resin, ceramic microspheres, and additives may be sequentially injected while the stirring process proceeds. In this step, the amount of the raw material injected into the extruder is preferably 10 to 30% by weight of the ceramic microsphere and 0.5 to 0.7% by weight of the additive based on the HDPE resin.

계속해서 압출기에서는 주입된 HDPE 수지, 세라믹 미소구체 및 첨가제를 상대적으로 고온인 200~210℃의 온도에서 혼련한다(S30). 예컨대, 도 4에 도시된 압출기에 있어서, 고온의 실린더 안에서 회전하는 스크류에 의하여, 호퍼를 통해 주입된 원재료가 혼련되면서, 다이접속부에 접속되어 있는 다이쪽으로 이송이 될 수 있다. 그리고 다이를 통해 나온 가닥 형태의 혼합물을 수조에 냉각시켜서 전용 칼날로 일정한 펠렛 형상으로 만들면, 배관용 HDPE 플라스틱 컴파운드가 완성된다.Subsequently, in the extruder, the injected HDPE resin, ceramic microspheres, and additives are kneaded at a relatively high temperature of 200 to 210 ° C (S30). For example, in the extruder shown in FIG. 4 , raw materials injected through a hopper are kneaded by a screw rotating in a high-temperature cylinder, and then transferred to a die connected to a die connection unit. Then, when the mixture in the form of strands coming out through the die is cooled in a water bath and made into a certain pellet shape with a dedicated blade, the HDPE plastic compound for piping is completed.

<실험 과정 및 실험 결과><Test process and test result>

제조된 배관용 HDPE 플라스틱 컴파운드의 물성 실험에 사용된 HDPE 수지는 SK 케미칼사의 YUZEX® 6100(pipe grade)이다. SK 케미칼사로부터 제공된 YUZEX® 6100(pipe grade)의 물성은 표 3과 같다. The HDPE resin used in the physical property test of the manufactured HDPE plastic compound for piping was YUZEX® 6100 (pipe grade) from SK Chemicals. Table 3 shows the physical properties of YUZEX® 6100 (pipe grade) provided by SK Chemicals.

Figure 112020131334641-pat00003
Figure 112020131334641-pat00003

먼저 상기 HDPE 수지, 세라믹 미소구체 및 첨가제를 25 Φ 압출기(도 4 참조)에 주입한 다음 혼련하였다. 주입된 세라믹 미소구체의 양은 HDPE 수지 대비 10중량%로 하였으며, 첨가제의 양은 세라믹 미소구체 대비 1~8 중량%로 다르게 하였다. 이 때, 압출기에서의 작업온도는 200~210℃로 설정하고, 스크류의 속도는 170rpm으로 설정하여, HDPE 플라스틱 컴파운드를 제조하였다. 그리고 실험예에 따라 제조된 HDPE 플라스틱 컴파운드의 물성 평가를 위한 시편은 120톤(ton)의 형체력을 갖는 사출기로 제조하였다.First, the HDPE resin, ceramic microspheres and additives were injected into a 25 Φ extruder (see FIG. 4) and then kneaded. The amount of the injected ceramic microspheres was 10% by weight compared to the HDPE resin, and the amount of additives was varied from 1 to 8% by weight compared to the ceramic microspheres. At this time, the working temperature in the extruder was set to 200 ~ 210 ℃, the speed of the screw was set to 170rpm, to prepare the HDPE plastic compound. In addition, a specimen for evaluating the physical properties of the HDPE plastic compound prepared according to the experimental example was prepared by an injection molding machine having a clamping force of 120 tons.

표 4는 전술한 실험에 사용된 충진재 및 첨가제의 종류 및 이들의 함유량을 보여 주는 것이다(여기서, 함유량 비율은 충진재의 경우에는 HDPE 수지에 대한 중량비이고, 첨가제의 경우에는 충진재에 대한 중량비이다). 표 4에서 YD-C13, YD-C18, YD-C15, YD-C90, YD-C40, YD-C71, YD-C92은 각각 trimethoxypropylsilane, hexadecyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, N-(B-aminoethyl)-r-aminopropyltrimethoxysilane, trimethoxypropylsilane이고, YD-A50, YD-A20, YD-A03, YD-A01은 모두 개질된 말레산 무수 폴리프로필렌으로서, 분자량만 다른 물질이다.Table 4 shows the types and contents of the fillers and additives used in the above experiments (here, the content ratio is the weight ratio to the HDPE resin in the case of the filler, and the weight ratio to the filler in the case of the additive). In Table 4, YD-C13, YD-C18, YD-C15, YD-C90, YD-C40, YD-C71, and YD-C92 are respectively trimethoxypropylsilane, hexadecyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, They are N-(B-aminoethyl)-r-aminopropyltrimethoxysilane and trimethoxypropylsilane, and YD-A50, YD-A20, YD-A03, and YD-A01 are all modified maleic anhydride polypropylenes, differing only in molecular weight.

Figure 112020131334641-pat00004
Figure 112020131334641-pat00004

표 5는 표 4의 실험예에 따라 제조된 배관용 HDPE 플라스틱 컴파운드의 시편에 대한 물성 평가를 보여주는 것이며, 도 5는 이를 그래프로 도시한 것이다(도 5에서 가로축은 시험번호를 나타낸다)다. 이 때, 시편은 120톤(ton)의 형체력을 갖는 사출기로 제조하였다.Table 5 shows the evaluation of the physical properties of the specimens of the HDPE plastic compound for piping prepared according to the experimental example of Table 4, and FIG. 5 shows it as a graph (in FIG. 5, the horizontal axis represents the test number). At this time, the specimen was manufactured by an extruder having a clamping force of 120 tons.

Figure 112020131334641-pat00005
Figure 112020131334641-pat00005

표 5 및 도 5를 참조하면, 사용된 첨가제의 종류에 따라 물성치의 변화가 크지는 않으나, TE, IZOD, FM에서의 변화가 상대적으로 두드러지며, 특히 IZOD값의 변화가 큰 것을 알 수 있다. 다만, IZOD의 감소는 flexibility의 감소의 의한 것으로 판단되며, 특히 TE의 경우에 그 값이 20~30 범위로서 목표치인 600에 미치지 못하지만, 이것은 HDPE가 플라스틱 내부의 사슬이 배향한 상태로 존재하는 것을 고려하지 않고 시편을 제조했기 때문으로, 후술하는 실험 결과(표 7 및 표 8 참조)에 의하면 TE도 목표치가 이상이 되는 것을 알 수 있다. Referring to Table 5 and FIG. 5, it can be seen that the change in physical properties is not large depending on the type of additive used, but the change in TE, IZOD, and FM is relatively noticeable, and in particular, the change in IZOD value is large. However, the decrease in IZOD is judged to be due to the decrease in flexibility. In particular, in the case of TE, the value is in the range of 20 to 30 and falls short of the target value of 600, but this indicates that HDPE exists in a state in which the chains inside the plastic are oriented. Since the specimen was manufactured without considering it, it can be seen that the TE also exceeds the target value according to the experimental results described later (see Tables 7 and 8).

이상의 실험 결과를 토대로, 직경이 보다 큰 압출기(40Φ 압출기)에서는 인장율이 높고 FM값이 높은 YD-A50, YD-A20, YD-A01, YD-A03, YD-C40 및 YD-C13의 6종의 첨가제를 대상으로 추가 실험을 진행하였다. 즉, 이전 실험에서와 동일한 HDPE 수지, 세라믹 미소구체와 함께 6종의 첨가제를 40Φ 압출기(도 4 참조)에 주입한 다음 혼련하였다. 주입된 세라믹 미소구체의 양은 HDPE 수지 대비 10, 20 및 30중량%로 다르게 하였으며, 첨가제의 양은 세라믹 미소구체 대비 0.1~8 중량%로 다르게 하였다. 이 때, 압출기에서의 작업온도는 200~210℃로 설정하고, 스크류의 속도는 320rpm으로 설정하여, HDPE 플라스틱 컴파운드를 제조하였다. Based on the above experimental results, six types of YD-A50, YD-A20, YD-A01, YD-A03, YD-C40 and YD-C13 with high tensile rate and high FM value were tested in extruders with a larger diameter (40Φ extruder). Additional experiments were conducted with the additives of That is, the same HDPE resin and ceramic microspheres as in the previous experiment were injected into a 40Φ extruder (see FIG. 4) and then kneaded with 6 additives. The amount of injected ceramic microspheres was varied from 10, 20 and 30% by weight compared to the HDPE resin, and the amount of additives was varied from 0.1 to 8% by weight compared to the ceramic microspheres. At this time, the working temperature in the extruder was set to 200 ~ 210 ℃, the speed of the screw was set to 320rpm, to prepare the HDPE plastic compound.

그리고 실험예에 따라 제조된 HDPE 플라스틱 컴파운드의 물성 평가를 위한 시편은 120톤(ton)의 형체력을 갖는 사출기로 제조하였다. 다만, 인장 강도의 평가는 Heating Plate Tester 및 시편 절단기를 이용하여 ASTM D Type 5로 수행하였는데, 이것은, HDPE 수지가 결정성 수지이어서 플라스틱 내부의 사슬이 배향한 상태로 존재하는 것을 고려하여, 자연적인 사슬 배향상태를 얻기 위한 것이다. In addition, a specimen for evaluating the physical properties of the HDPE plastic compound prepared according to the experimental example was prepared by an injection molding machine having a clamping force of 120 tons. However, the evaluation of tensile strength was performed according to ASTM D Type 5 using a heating plate tester and a specimen cutter. This is because the HDPE resin is a crystalline resin and the chains inside the plastic exist in an oriented state. This is to obtain a chain orientation state.

표 6은 전술한 40Φ 압출기를 사용한 실험에 사용된 충진재 및 첨가제의 종류 및 이들의 함유량을 보여 주는 것이다(여기서, 함유량 비율은 충진재의 경우에는 HDPE 수지에 대한 중량비이고, 첨가제의 경우에는 충진재에 대한 중량비이다). Table 6 shows the types and contents of fillers and additives used in the experiment using the above-described 40Φ extruder (here, the content ratio is the weight ratio to the HDPE resin in the case of the filler, and the weight ratio to the filler in the case of the additive). weight ratio).

Figure 112020131334641-pat00006
Figure 112020131334641-pat00006

표 7 및 표 8은 각각 표 6의 실험예에 따라 제조된 배관용 HDPE 플라스틱 컴파운드의 시편에 대한 물성 평가를 보여주는 것이다. 그리고 도 6은 이를 그래프로 도시한 것이고, 도 7은 TE 결과만을 별도로 도시한 것이다(도 6 및 도 7에서 가로축은 시험번호를 나타낸다).Tables 7 and 8 show the evaluation of physical properties of the specimens of the HDPE plastic compound for piping prepared according to the experimental example of Table 6, respectively. And Figure 6 shows this as a graph, and Figure 7 shows only the TE results separately (in Figures 6 and 7, the horizontal axis represents the test number).

Figure 112020131334641-pat00007
Figure 112020131334641-pat00007

Figure 112020131334641-pat00008
Figure 112020131334641-pat00008

표 7, 표 8, 도 6 및 도 7을 참조하면, 대부분의 첨가제는 양에 따라 일정한 경향성을 보일 뿐만 아니라 사용됨 범위 이내에서는 양에 상관없이 목표 물성을 충족하는 것을 알 수 있다. 특히, 첨가제 YD-C13의 경우에는 IZOD 충격강도가 크게 향상되어 기존 HDPE보다 그 값이 클 뿐만 아니라 HDT도 안정적인 것을 알 수 있다. 반면, 첨가제 YD-C40의 경우에는, 굽힘 특성(FS, FM)을 제외한 특성들에서 경향성이 없을 뿐만 아니라 물성도 목표치를 충족시키지 못한다는 것을 알 수 있다. Referring to Tables 7, 8, and 6 and 7, it can be seen that most of the additives not only show a certain tendency according to the amount, but also satisfy the target physical properties regardless of the amount within the used range. In particular, in the case of the additive YD-C13, it can be seen that the IZOD impact strength is greatly improved, and not only is the value higher than that of conventional HDPE, but also the HDT is stable. On the other hand, in the case of additive YD-C40, it can be seen that not only there is no tendency in properties except for bending properties (FS and FM), but also the physical properties do not meet the target values.

전술한 바와 같이, 이상의 설명은 실시예에 불과할 뿐이며 이에 의하여 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 후술하는 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. 따라서 전술한 실시예가 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 자명하다.As described above, the above description is only an example and should not be construed as being limited thereto. The technical idea of the present invention should be specified only by the invention described in the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention. Therefore, it is obvious to those skilled in the art that the above-described embodiment can be implemented in various forms.

Claims (5)

배관용 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 플라스틱 컴파운드 조성물로서,
고밀도 폴리에틸렌 수지, 직경 1~20㎛의 세라믹 미소구체(Ceramic Microsphere, CM) 및 첨가제를 포함하고,
상기 고밀도 폴리에틸렌 수지에 대하여, 상기 세라믹 미소구체는 10~30중량% 및 상기 첨가제는 0.5~0.7중량%가 포함되고,
상기 첨가제는, 상기 세라믹 미소구체와 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지 사이에서 각각에 물리적으로 접착성을 갖는 접착제와 상기 세라믹 미소구체와 화학적으로 결합을 하며 고밀도 폴리에틸렌 수지와는 물리적으로 접착하는 커플링제를 포함하고,
상기 접착제는 개질된 말레산 무수 폴리프로필렌(maleic anhydride grafted polypropylene)을 포함하고, 상기 커플링제는 실란 계열의 화합물로서, vinyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, N-(B-aminoethyl)-r-aminopropyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane 및 alkyltrimethoxysilane(여기서, alkyl은 C가 2~8)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 실란 계열 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 컴파운드 조성물.
As a high-density polyethylene (HDPE) plastic compound composition for piping,
It contains high-density polyethylene resin, ceramic microspheres (CM) with a diameter of 1 to 20 μm and additives,
With respect to the high-density polyethylene resin, the ceramic microspheres are 10 to 30% by weight and the additives are 0.5 to 0.7% by weight,
The additive includes an adhesive having physical adhesion between the ceramic microsphere and the high-density polyethylene resin and a coupling agent that chemically bonds with the ceramic microsphere and physically adheres to the high-density polyethylene resin,
The adhesive includes modified maleic anhydride grafted polypropylene, and the coupling agent is a silane-based compound, such as vinyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, N-(B-aminoethyl)-r- A plastic compound composition comprising at least one silane-based compound selected from the group consisting of aminopropyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane, and alkyltrimethoxysilane (here, alkyl has a C of 2 to 8).
삭제delete 삭제delete 배관용 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 플라스틱 컴파운드의 제조방법으로서,
고밀도 폴리에틸렌 수지, 직경 1~20㎛의 세라믹 미소구체(Ceramic Microsphere, CM) 및 첨가제를 각각 압출기에 주입하는 단계; 및
상기 압출기에서 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지, 상기 세라믹 미소구체 및 상기 첨가제를 200~210℃의 온도에서 혼련하는 단계를 포함하고,
상기 고밀도 폴리에틸렌 수지에 대하여, 상기 세라믹 미소구체는 10~30중량% 및 상기 첨가제는 0.5~0.7중량%가 포함되고,
상기 첨가제는 상기 세라믹 미소구체와 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지 사이에서 각각에 물리적으로 접착성을 갖는 접착제와, 상기 세라믹 미소구체와 화학적으로 결합을 하며 고밀도 폴리에틸렌 수지와는 물리적으로 접착하는 커플링제를 포함하고,
상기 접착제는 개질된 말레산 무수 폴리프로필렌(maleic anhydride grafted polypropylene)을 포함하고, 상기 커플링제는 vinyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, N-(B-aminoethyl)-r-aminopropyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane 및 alkyltrimethoxysilane(여기서, alkyl은 C가 2~8)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 실란 계열 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 컴파운드의 제조방법.
As a method for producing a high-density polyethylene (HDPE) plastic compound for piping,
Injecting high-density polyethylene resin, ceramic microspheres (CM) having a diameter of 1 to 20 μm, and additives into an extruder, respectively; and
Kneading the high-density polyethylene resin, the ceramic microspheres, and the additives at a temperature of 200 to 210 ° C. in the extruder,
With respect to the high-density polyethylene resin, the ceramic microspheres are 10 to 30% by weight and the additives are 0.5 to 0.7% by weight,
The additive includes an adhesive having physical adhesion between the ceramic microsphere and the high-density polyethylene resin, and a coupling agent that chemically bonds with the ceramic microsphere and physically adheres to the high-density polyethylene resin,
The adhesive includes modified maleic anhydride grafted polypropylene, and the coupling agent includes vinyltrimethoxysilane, r-aminopropyltrimethoxysilane, r-mercaptopropyltrimethoxysilane, N-(B-aminoethyl)-r-aminopropyltrimethoxysilane, n-octyltriethoxysilane, A method for producing a plastic compound comprising at least one silane-based compound selected from the group consisting of hexadecyltrimethoxysilane and alkyltrimethoxysilane (where C is 2 to 8).
삭제delete
KR1020200168054A 2020-12-04 2020-12-04 Plumbing HDPE plastic compound compositions and method for manufacturing the compound compositions KR102548429B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200168054A KR102548429B1 (en) 2020-12-04 2020-12-04 Plumbing HDPE plastic compound compositions and method for manufacturing the compound compositions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200168054A KR102548429B1 (en) 2020-12-04 2020-12-04 Plumbing HDPE plastic compound compositions and method for manufacturing the compound compositions

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220079714A KR20220079714A (en) 2022-06-14
KR102548429B1 true KR102548429B1 (en) 2023-06-28

Family

ID=81980431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200168054A KR102548429B1 (en) 2020-12-04 2020-12-04 Plumbing HDPE plastic compound compositions and method for manufacturing the compound compositions

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102548429B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019183104A (en) * 2018-03-30 2019-10-24 大阪瓦斯株式会社 Thermoplastic resin composition containing silicon-containing inorganic particle and manufacturing method therefor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8841358B2 (en) * 2009-04-29 2014-09-23 Tundra Composites, LLC Ceramic composite
US7696280B2 (en) 2004-04-30 2010-04-13 Chevron Phillips Chemical Company, Lp HDPE resins for use in pressure pipe and related applications
EP1605014A1 (en) 2004-06-09 2005-12-14 SOLVAY POLYOLEFINS EUROPE - BELGIUM (Société Anonyme) Polyethylene pipe fitting resins
KR20060094440A (en) * 2005-02-24 2006-08-29 엘에스전선 주식회사 Insulating material composition for cable and a cable having insulating layer made therefrom
KR101144110B1 (en) * 2009-11-30 2012-05-24 현대자동차주식회사 TPO Nanocomposites
KR20110076341A (en) * 2009-12-29 2011-07-06 현대이피 주식회사 A polyolefin resin composition
EP3090018B1 (en) * 2013-12-30 2018-07-11 3M Innovative Properties Company Polyolefin composition including hollow glass microspheres and method of using the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019183104A (en) * 2018-03-30 2019-10-24 大阪瓦斯株式会社 Thermoplastic resin composition containing silicon-containing inorganic particle and manufacturing method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220079714A (en) 2022-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9238731B2 (en) Reinforcing additives for composite materials
JPH11172121A (en) Thermoplastic composite composition reinforced with mica and woody fibrous filler
CN101906227A (en) Polypropylene super-short fiber composition and preparation method thereof
JPS5815544A (en) Polyolefin composition
CN106147009A (en) A kind of filler parent granule prepared by regenerating polypropylene and preparation method thereof
WO2008089971A1 (en) Hybrid composites
US20110015330A1 (en) Polyolefin Composition Comprising Silicon-Containing Filler
KR102548429B1 (en) Plumbing HDPE plastic compound compositions and method for manufacturing the compound compositions
US10273354B2 (en) Reinforced thermoplastic polymer composition
KR102617263B1 (en) Plastic compound compositions including ceramic microspheres and method for manufacturing the plastic compound compositions
JP2007245517A (en) Resin mass and its manufacturing method
JPS63252713A (en) Manufacture of plastic pipe having barrier property
JP5226947B2 (en) Fly ash reinforced thermoplastic resin
EP1362079B1 (en) Polypropylene resin composition with improved surface hardness and scratch resistance properties
JPH08151483A (en) Fiber reinforced polyolefin resin molding material, molding method, and molded article
KR100286857B1 (en) Atactic polypropylene-based resin composition for reinforcing impact resistance
KR100694504B1 (en) Thermoplastic resin having good melt adhesiveness and blow molding property
KR100792115B1 (en) Polypropylene Resin Composition With Excellent Strength And Heat Resistance
KR100552132B1 (en) High Compatible Nylon/Polyolefin Blends
KR100513621B1 (en) Polypropylene resin composition
KR100385242B1 (en) Polypropylene resin composition with improved surface hardness and scratch resistance properties
CN106317614A (en) Polypropylene filled master bath and preparation method thereof
EP0456179B1 (en) A thermoplastic resin composition
JPH04314739A (en) Structure of thermoplastic polyolefin resin composition and preparation thereof
KR20010112733A (en) A polypropylene resin composition having excellent flowability, stiffness, and size stability

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right