KR19990008054A - 압출된 연속기포형 미공질 발포체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

압출된 연속기포형 미공질 발포체 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절연 용도에 유용한 압출된 연속기포(open-cell)형 미공질 알켄일 방향족 중합체 발포체를 개시하고 있다. 발포체의 연속기포 함량은 70% 이상이다. 발포체의 평균 기포 크기는 70μm 이하이다. 발포체는 배기된 또는 진공의 절연 패널에 특히 유용하다. 또한, 본 발명은 연속기포형 발포체의 제조 방법을 개시하고 있다.

Description

압출된 연속기포형 미공질 발포체 및 그의 제조 방법
절연 시스템의 성능을 상당히 개선시키기 위해, 현재 진공 패널 기술이 산업적으로 가치를 평가받고 있다. 패널내에 공기 또는 기체가 없으면 실질적으로 절연 성능이 향상될 가능성이 있다.
또한 절연 시스템의 성능을 상당히 개선시키기 위해, 미공질 발포체(예를 들어, 70 μm 이하)가 산업적으로 가치를 평가받고 있다. 기포 크기가 작으면, 다수의 경우에 절연 성능을 실질적으로 향상시킬 가능성이 있다.
중간 기포 크기(예를 들어, 0.2 내지 1 밀리미터(mm))의 압출된 밀폐기포(closed-cell)형 알켄일 방향족 중합체 발포체는 수십년동안 절연 시스템에 사용되어 왔다. 이들은 우수한 절연 성능 및 매우 우수한 기계적 강도를 제공한다. 그러나, 밀폐기포 구조는 진공 시스템에서 사용하기에는 부적절하다. 밀폐기포형 발포체는 쉽게 또는 붕괴되지 않고 포획한 기체를 배기할 수 없다.
배기하지 못하는 문제점을 해결하기 위한 방법은 연속기포 함량이 매우 높은 알켄일 방향족 중합체 발포체를 사용하는 것이다. 그러나, 유일하게 공지되어 있는 미공질 연속기포형 알켄일 방향족 중합체 발포체는 미국 특허 제 4,673,695 호; 미국 특허 제 4,473,665 호; 미국 특허 제 5,158,986 호; 및 미국 특허 제 5,334,356 호에서 제시한, 상 분리에 의해 또는 초임계 유체로 제조된 것들이다. 이러한 발포체들은 제조 비용이 높고 제한된 기계적 강도를 갖는다.
진공 절연 시스템에 강하고, 경제적인 미공질 연속기포형 알켄일 방향족 중합체 발포체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 기포 크기가 70 μm 이하인 이러한 발포체를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 압출된 연속기포(open-cell)형 미공질 알켄일 방향족 중합체 발포체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 압출된 연속기포형 미공질 알켄일 방향족 중합체 발포체에 관한 것이다. 발포체는 알켄일 방향족 단량체 단위체를 50중량% 보다 많이 포함하는 알켄일 방향족 중합체 물질을 포함한다. 발포체의 연속기포 함량은 70 % 이상이다. 발포체의 평균 기포 크기는 70 μm 이하이다. 이 발포체는 절연 용도에서 유용하며, 특히 진공 절연 패널에서 유용하다.
추가로, 본 발명은 연속기포 함량이 70% 이상이고, 평균 기포 크기가 70 μm 이하인, 압출된 연속기포형 미공질 알켄일 방향족 중합체 발포체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 하기 (a) 내지 (e)의 단계를 포함한다:
a) 알켄일 방향족 중합체 물질을 가열시켜 용융된 중합체 물질을 형성하는 단계;
b) 용융된 중합체 물질에 일정량의 핵형성 첨가제를 혼입하는 단계;
c) 용융된 중합체 물질에 고압에서 발포제(발포제의 총 몰수를 기준으로 발포제의 70 몰% 이상이 1,1-디플루오로에탄(HFC-152a), 1,1,1-트리플루오로에탄(HFC-143a), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HFC-134a), 클로로디플루오로메탄(HCFC-22), 이산화탄소(CO2), 디플루오로메탄(HFC-32) 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택됨)를 중합체 물질 1kg 당 0.06 내지 0.17 g-몰 이하로 존재하도록 혼입시켜 발포성 겔을 형성하는 단계;
d) 연속기포 함량이 70% 이상인 발포체를 형성하기에 충분한 발포 온도까지 발포성 겔을 냉각하는 단계; 및
e) 발포성 겔을 다이(die)를 통해 더 낮은 압력의 영역으로 압출하여 발포체를 형성하는 단계.
추가로, 본 발명은 용접밀폐된 용기내에 전술한 연속기포형 발포체를 포함하는 배기된 절연 패널에 관한 것이다. 배기된 절연 패널은 매우 우수한 절연 성능을 제공한다.
연속기포 함량이 높고(70% 이상) 미공질 기포 크기(70 μm 이하)를 갖는 압출된 알켄일 방향족 중합체 발포체는 아직까지 당분야에 공지되어 있지 않다. 이러한 압출된 발포체는 불충분한 핵형성 정도, 발포체의 붕괴, 불량한 표면 질 및 과도한 밀도 때문에 제조하기에 어렵다고 생각되었다.
본 발명의 방법은 하기의 각 요인을 사용하여 충분하게 핵형성을 이루고 본 발명의 발포체를 형성한다: 핵형성 첨가제; 비교적 높은 임계 핵형성 포텐셜을 갖는 발포제; 연속기포형 구조를 형성시키기에 충분한 소량의 발포제; 및 연속기포형 구조를 형성시키는 비교적 높은 발포 온도.
압출 시스템내에서 공정상의 장애를 최소화하면서 필요한 정도의 핵형성을 이루고, 목적하는 최종 생성물의 발포체 특성을 유지하는 것이 바람직하다. 발포제로부터 필요한 핵형성 포텐셜을 가능한 많이 확보하고, 핵형성 첨가제로부터 가능한 적게 확보하면, 목적하는 최종 생성물의 발포체 특성을 유지하면서 전형적으로 공정상의 어려움이 최소화된다. 과량의 핵형성 첨가제는 실질적으로 겔 점도 및 다이 압력과 같은 공정상의 특성 및 최종 생성물의 발포체 특성(예: 표면 질, 압축 강도, 단면, 및 밀도)을 개질할 수 있다. 그렇지만, 필요한 핵형성 포텐셜을 발포제에서만 얻을 수 없기 때문에 핵형성 첨가제의 혼입은 압출 공정의 필수적인 구성요소이다.
본 발명의 연속기포형 발포체를 제조하는데 사용되는 핵형성 첨가제의 양은 목적하는 기포 크기, 발포 온도, 발포제의 조성 및 핵형성 첨가제 그 자체의 조성과 활성에 따라 변화할 것이다. 핵형성 첨가제 함량이 증가할 수록, 기포 크기는 감소하고 연속기포 함량은 증가한다. 유용한 핵형성 첨가제로는 탄산 칼슘, 활석, 점토, 티탄 산화물, 실리카, 황산 바륨, 칼슘 스테아레이트, 스티렌/말레산 무수물 공중합체, 규조토 및 시트르 산과 중탄산 나트륨의 혼합물과 같은 무기 물질을 들 수 있다. 핵형성 첨가제의 사용량은 중합체 수지 100중량부당 0.01 내지 5 중량부일 수도 있다. 바람직하게는 0.1 내지 3 중량부이다.
발포제는 핵형성 첨가제와 함께 높은 핵형성 정도를 부여하여, 목적하는 기포 크기 및 연속기포 함량을 갖는 발포체를 형성해야 한다. 적절한 발포제는 전형적으로 알켄일 방향족 중합체(예: 폴리스티렌)가 압출-발포화되는 온도 및 압력에서 비교적 높은 고유 핵형성 포텐셜을 갖는다. 높은 핵형성도를 유도하는 적절한 발포제로는 1,1-디플루오로에탄(HFC-152a), 1,1,1-트리플루오로에탄(HFC-143a), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(HFC-134a), 클로로디플루오로메탄(HCFC-22), 이산화탄소(CO2) 및 디플루오로메탄(HFC-32)을 들 수 있다. 바람직한 발포제는 HFC-152a, HFC-134a 및 이산화탄소이다. 상기 발포제는 발포제 총 몰수의 50 몰% 이상, 바람직하게는 70 몰% 이상을 차지한다.
상기 발포제와 함께 조발포제(co-blowing agent)로 유용한 발포제로는 무기 발포제 및 유기 발포제를 들 수 있다. 적절한 무기 발포제로는 물, 아르곤, 질소 및 헬륨을 들 수 있다. 유기 발포제로는 탄소수 1 내지 9의 지방족 탄화수소, 탄소수 1 내지 3의 지방족 알콜 및 탄소수 1 내지 4의, 완전-할로겐화 및 부분-할로겐화된 지방족 탄화수소를 들 수 있다. 지방족 탄화수소로는 메탄, 에탄, 프로판, n-부탄, 이소부탄, n-펜탄, 이소펜탄 및 네오펜탄 등을 들 수 있다. 지방족 알콜로는 메탄올, 에탄올, n-프로판올 및 이소프로판올을 들 수 있다. 완전-할로겐화 및 부분-할로겐화된 지방족 탄화수소로는 플루오로탄소, 클로로탄소 및 클로로플루오로탄소를 들 수 있다. 플루오로탄소의 예로는 메틸 플루오라이드, 퍼플루오로메탄, 에틸 플루오라이드, 펜타플루오로에탄, 퍼플루오로에탄, 2,2-디플루오로프로판, 1,1,1-트리플루오로프로판, 퍼플루오로프로판, 디클로로프로판, 디플루오로프로판, 퍼플루오로부탄 및 퍼플루오로사이클로부탄을 들 수 있다. 부분-할로겐화된 클로로탄소 및 클로로플루오로탄소로는 메틸 클로라이드, 메틸렌 클로라이드, 에틸 클로라이드(EtCl), 1,1,1-트리클로로에탄, 1,1-디클로로-1-플루오로에탄(HCFC-141b), 1-클로로-1,1-디플루오로에탄(HCFC-142b), 1,1-디클로로-2,2,2-트리플루오로에탄(HCFC-123) 및 1-클로로-1,2,2,2-테트라플루오로에탄(HCFC-124)을 들 수 있다. 완전-할로겐화된 클로로플루오로탄소로는 트리클로로모노플루오로에탄(CFC-11), 디클로로디플루오로메탄(CFC-12), 트리클로로트리플루오로에탄(CFC-113), 1,1,1-트리플루오로에탄, 펜타플루오로에탄, 디클로로테트라플루오로에탄(CFC-114), 클로로헵타플루오로프로판 및 디클로로헥사플루오로프로판을 들 수 있다.
본 발명의 또다른 중요한 특징은 발포체-형성 중합체 겔을 제조하기 위해 중합체 용융 물질에 혼입된 발포제의 양이다. 사용량은 중합체의 1kg 당 0.06 내지 0.17 g-몰, 바람직하게는 0.08 내지 0.12 g-몰, 가장 바람직하게는 0.09 내지 0.10 g-몰이다. 발포제를 비교적 소량을 사용하면 연속기포 함량이 높은 발포체를 형성할 수 있다.
본 발명의 또다른 중요한 특징은 발포 온도이다. 발포 온도는 발포체 기포 벽이 파열될 때까지 팽창된 발포체 기포가 조기 안정화되지 않도록 충분히 높아야 한다. 본 발명의 발포체는 이들의 작은 기포 크기 및 높은 연속기포 함량 때문에 조기에 냉각되기 쉽다. 기포 크기가 작으면 발포체가 다이를 빠져나가자마자 초기에 팽창이 빠르게 이루어져 발포체가 급속하게 냉각된다. 연속기포 함량이 높으면, 열 및 발포제를 방출하는 개방된 물리적 구조가 형성됨으로 인해 추가로 급속 냉각된다. 본 발명은 더 큰 기포 크기와 적은 연속기포 함량을 갖는 발포체에 전형적으로 사용되는 온도보다 높은 온도에서 발포화시킴으로써 발포체의 급속 냉각을 상쇄시킨다.
그러나 다른 공정 및 제품에 문제를 일으킬 만큼 발포 온도가 높지는 않아야 한다. 발포체의 연속기포 함량이 높기 때문에, 과도하게 높은 발포 온도는 발포제의 급속한 손실 및 주위 압력에 견딜 수 있는 기포 벽체(strut)의 능력 저하로 인해 발포체를 붕괴시킬 수 있다. 그러므로, 발포 온도는 발포체의 조기 냉각을 피하도록 충분히 높고, 발포체의 붕괴를 방지하도록 충분히 낮아야 한다. 추가로, 높은 발포 온도는 압출 다이 압력을 허용할 수 없는 낮은 수준으로 감소시켜 표면 질에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 가장 바람직한 발포 온도는 발포체를 제조할 수 있으면서 연속기포 구조를 여전히 유지할 수 있는 가장 낮은 발포 온도이다.
바람직한 발포 온도는 압출 시스템의 구조, 핵형성 첨가제의 조성 및 농도, 발포제의 조성 및 농도, 중합체 물질의 특징 및 압출 다이 디자인을 비롯한 요인에 좌우된다. 바람직한 발포 온도는 118℃ 내지 160℃이다. 가장 바람직한 발포 온도는 125℃ 내지 135℃이다.
본 발명의 발포체는 일반적으로 알켄일 방향족 중합체 물질을 가열시켜 가소화되거나 용융된 중합체 물질을 형성하고, 여기에 발포제를 혼입시켜 발포성 겔을 형성하고, 이 겔을 다이를 통해 압출시켜 발포체 생성물을 형성하여 제조한다. 중합체 물질을 발포제와 혼합하기 전에, 중합체 물질의 유리 전이 온도 또는 융점 이상으로 가열한다. 발포제는 당분야에 공지되어 있는 임의의 수단(예: 압출기, 혼합기 또는 블렌더)으로 용융된 중합체 물질에 혼입 또는 혼합시킬 수도 있다. 용융된 중합체 물질의 실질적인 팽창을 방지하고, 일반적으로 용융된 중합체 물질내에 발포제를 균질하게 분산시키기에 충분한 고압에서 발포제를 용융된 중합체 물질과 혼합시킨다. 핵형성 첨가제는 용융된 중합체 내에서 블렌딩하거나, 또는 가소화 단계 또는 용융 단계 이전에 중합체 물질과 함께 건식 블렝딩시킬 수도 있다. 발포성 겔은 전형적으로 목적하는 발포체의 물리적인 특징을 최적화시키거나 또는 획득할 수 있는 더 낮은 온도로 냉각시킨다. 겔은 압출기 또는 다른 혼합기에서 냉각될 수도 있고, 별개의 냉각기에서 냉각될 수도 있다. 그 다음, 겔은 목적하는 형태의 다이에 의해 감압된 또는 더 낮은 압력의 대역으로 압출되거나 또는 수송되어 발포체를 형성한다. 더 낮은 압력의 대역은 다이에 의해 압출되기 이전에 발포성 겔이 유지되는 압력보다 낮은 압력이다. 더 낮은 압력은 대기압 보다 높거나 낮을 수도 있지만(진공 상태), 바람직하게는 대기압 정도이다.
본 발명의 발포체는 알켄일 방향족 중합체 물질을 포함한다. 적절한 알켄일 방향족 중합체 물질로는 알켄일 방향족 단일중합체 및 알켄일 방향족 화합물과 공중합가능한 에틸렌계 불포화된 공단량체의 공중합체를 들 수 있다. 알켄일 방향족 중합체 물질은 소량의 비-알켄일 방향족 중합체를 추가로 포함할 수도 있다. 알켄일 방향족 중합체 물질은 1종 이상의 알켄일 방향족 단일중합체, 1종 이상의 알켄일 방향족 공중합체, 1종 이상의 알켄일 방향족 단일중합체 및 공중합체 각각의 블렌드 또는 전술한 임의의 중합체와 비-알켄일 방향족 중합체의 블렌드로만 이루어질 수도 있다. 조성에 관계없이, 알켄일 방향족 중합체 물질은 알켄일 방향족 단량체 단위체를 50 중량% 보다 많이, 바람직하게는 70 중량% 보다 많이 포함한다. 가장 바람직하게는, 알켄일 방향족 중합체 물질은 오로지 알켄일 방향족 단량체 단위체로만 구성된다.
적절한 알켄일 방향족 중합체로는 스티렌, 알파메틸스티렌, 에틸스티렌, 비닐 벤젠, 비닐 톨루엔, 클로로스티렌 및 브로모 스티렌과 같은 알켄일 방향족 화합물로부터 유도된 것을 들 수 있다. 바람직한 알켄일 방향족 중합체는 폴리스티렌이다. C2-C6알킬산 및 에스테르, 이오노머 유도체 및 C4-C6디엔과 같은 소량의 모노에틸렌계 불포화 화합물이 알켄일 방향족 화합물과 공중합될 수도 있다. 공중합성 화합물의 예로는 아크릴산, 메타크릴산, 에타크릴산, 말레산, 이타콘산, 아크릴로니트릴, 말레산 무수물, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 비닐 아세테이트 및 부타디엔을 들 수 있다. 바람직한 발포체는 실질적으로(즉, 95% 보다 많이) 또한 가장 바람직하게는 폴리스티렌만으로 구성된다. 알켄일 방향족 중합체 발포체는 C4-C6디엔과 같은 고무 함량 및 폴리이소시아누레이트 또는 폴리우레탄과 같은 열경화성 중합체의 함량이 없는 것이 바람직하다.
ASTM D-1622-88에 따르면, 본 발명의 발포체의 밀도는 16 내지 250 kg/m3, 가장 바람직하게는 25 내지 100 kg/m3이다.
ASTM D-3576-77에 따르면, 본 발명의 발포체의 평균 기포 크기는 70 μm 이하, 바람직하게는 1 내지 30 μm, 보다 바람직하게는 1 내지 20 μm, 가장 바람직하게는 1 내지 10 μm이다. 미공질 발포체의 기포 크기 또는 기공 크기(직경)는, 발포체로부터 직접 측정한 측정치 대신에 주사 전자 현미경으로 얻은 확대된 사진으로부터 측정하는 것을 제외하고는, ASTM D3576-77에 따라 측정한다.
본 발명의 발포체는 당 분야에 공지되어 있는 시이트형, 판자형, 원형과 같은 물리적인 형상을 취할 수도 있다. 본 발명의 발포체는 특히 판자형으로 성형하기에 적절하고, 바람직하게는 단면적이 30 cm2이상이고, 단면의 더 작은 치수(두께)가 3/8인치(0.95cm) 이상이다.
ASTM D2856-A에 따르면, 본 발명의 발포체는 연속기포 함량이 70% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상이다.
본 발명의 발포체는 그의 절연 성능을 향상시키기 위해서 적외선 약화제(infrared attenuating agent, IAA)를 함유할 수도 있다. IAA는 발포체내에 혼입되어 있는 발포체의 중합체 기질과는 상이한 물질로 구성된다. IAA는 적외선을 흡수하거나/하고 반사할 수도 있다. 유용한 IAA로는 알루미늄, 은 및 금과 같은 금속의 입상 박편 및 탄소 물질(예: 카본 블랙, 활성 카본 블랙 및 흑연)을 들 수 있다. 유용한 카본 블랙으로는 써멀 블랙(thermal black), 퍼니스 블랙(furnace black), 아세틸렌 블랙 및 채널 블랙(channel black)을 들 수 있다. 바람직한 IAA는 써멀 블랙 및 흑연이다. 바람직하게는 IAA는 중합체 물질의 중량을 기준으로 1.0 내지 25 중량%, 바람직하게는 4.0 내지 20 중량%, 가장 바람직하게는 4 내지 10 중량%를 포함한다.
카본 블랙 또는 흑연과 같은 특정 IAA를 사용하면, 특정한 이점을 제공받고 본 발명의 발포체의 형성을 실제로 향상시킨다. 카본 블랙 및 흑연은 추가적인 핵형성 작용을 하여 기포 크기를 더 작게 하고, 기포 벽을 더 얇게 하고, 기포 벽내에 위약 점을 생성한다. 더 얇고 약한 기포 벽은 기포 벽의 파열을 촉진시켜 연속기포 함량을 더 높힌다. 또한 카본 블랙 및 흑연은 겔의 점도를 증가시켜 더 낮은 발포 온도의 사용이 가능해진다. 더 낮은 발포 온도는 발포체의 표면 질을 개선시킨다. IAA를 사용하면, 평균 기포 크기가 더 큰 발포체에서, 특히 기포 크기가 종래의 시판중인 밀폐기포형 절연 발포체에 상응하는 0.1 mm 내지 2.0 mm인 발포체에서보다, 미공질 발포체에서 총 발포체 열 전도성이 크게 비례적으로 감소하도록 유도하는 추가적인 이점을 제공한다.
바람직하게는 본 발명의 발포체는 실질적으로 비-가교결합되어 있다(이것은 발포체내에 실질적으로 가교결합이 없음을 의미함). 그러나 이것은 가교결합제 또는 방사선을 사용하지 않고 자연적으로 발생할 수도 있는 약간의 가교결합을 포함한다. 실질적으로 비-가교결합된 발포체는 ASTM D-2765-84, 방법 A에 따르면, 5% 이하의 겔을 함유한다.
다양한 첨가제(예: 무기 충전제, 안료, 산화 방지제, 산 소거제, 자외선 흡수제, 난연제, 가공 보조제 및 압출 보조제)를 본 발명의 발포체에 혼입할 수도 있다.
배기된 발포체는 그의 기포내에 절대 감압인 부분 진공 또는 거의 완전한 진공을 갖는 발포체이다. 바람직하게는 배기된 발포체는 절대 압력이 10토르 이하, 더 바람직하게는 1토르 이하, 가장 바람직하게는 0.1토르 이하이다.
배기되지 않은(비배기된) 발포체는 그의 기포 구조내에 절대 대기압을 갖는 발포체이다.
표면에 본 발명의 발포체로 만든 절연 패널을 첨가함으로써 표면을 절연시키는데 본 발명의 발포체를 사용할 수도 있다. 이러한 패널은 지붕감(roofing), 건축물, 냉장고와 같은 종래 절연 용도에 유용하다.
본 발명의 발포체는 특히 용접밀폐된 진공 패널내의 보드대(board stock)로서 유용하다. 패널은 다음과 같이 형성된다: a) 발포체를 백(bag)과 같은 용기 또는 밀폐용기내에 넣고; b) 용기 또는 밀폐용기 및 발포체의 내부를 배기시켜 부분 진공 또는 거의 전체적인 진공(절대 감압)에 이르게 하고; c) 용기 또는 밀폐용기를 기밀 또는 밀봉되도록 봉한다. 배기된 또는 진공 패널은 바람직하게는 10 토르 이하, 더욱 바람직하게는 1 토르 이하, 가장 바람직하게는 0.1 토르 이하의 절대 압력까지 배기시킨다. 진공 패널은 전술한 절연 용도에서 유용하다.
진공 패널의 장기간 성능을 추가로 개선시키기 위해서, 패널의 배기된 내부에 게터(getter) 물질을 제공할 수도 있다. 게터 물질은 시간이 지남에 따라 진공 패널내로 스며들거나 또는 침투하는 기체 및/또는 증기를 흡수한다. 종래의 게터 물질에는 바륨, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 철, 니켈 및 바나듐과 같은 금속 및 금속 합금이 있다. 적절한 게터 물질에 대한 교시는 미국 특허 제 5,191,980 호, 미국 특허 제 5,312,606 호, 미국 특허 제 5,312,607 호 및 WO 제 93/25843 호에 기술된 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
유용한 게터 물질의 다른 유형으로는 수증기 또는 수분을 흡수하는데 유용한 종래의 건조제를 들 수 있다. 이러한 물질은 유리하게는 다공성 또는 투과성 포장재 또는 용기에 함유되어 소포(packet) 형태로, 배기된 절연 패널에 혼입될 수 있다. 유용한 물질로는 실리카 겔, 활성 알루미나, 알루미늄이 풍부한 제올라이트, 염화 칼슘, 산화 칼슘 및 황산 칼슘을 들 수 있다. 바람직한 물질은 산화 칼슘이다.
유용한 배기된 패널은 3개 이상의 층으로 된 적층 시이트로 이루어진 밀폐용기로서 사용된다. 외층은 폴리에스테르와 같이 긁힘에 저항성이 있는 물질을 포함한다. 중간 층은 알루미늄, 폴리비닐린 클로라이드 및 폴리비닐 알콜과 같은 차단 물질을 포함한다. 내층은 폴리에틸렌 또는 에틸렌/아크릴산 공중합체와 같은 용봉성 물질을 포함한다.
본 발명의 실시예는 하기와 같지만 이로써 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 달리 언급하지 않으면, 모든 백분율, 부 또는 비율은 중합체의 중량을 기준으로 한다.
본 발명의 압출된 연속기포형 미공질 알켄일 방향족 중합체 발포체는 하기에서 제시한 것과 같이 제조되었다.
실시예 1
일련의 압출기, 혼합기, 냉각기 및 압출 다이를 각각 포함하는 상이한 두 압출 시스템으로 발포체를 제조하였다. 두 시스템은 상이한 압출 속도, 즉 시간당 10 파운드(10 파운드/시간, 4.5 kg/시간) 및 220 파운드/시간(100 kg/시간)으로 작동되었다. 이들을 각각 제 1 및 제 2 압출 시스템으로 명명한다.
제 1 압출 시스템의 발포체는 하기의 배합물로 제조하였다: 7.5 pph(parts per hundred, 100부당 부)의 HCFC-142b, 2.0 pph의 EtCl 및 1.4pph의 CO2로 된 발포제; 임의로 카본 블랙(카보트 코포레이션(Cabot Corp.)의 라벤(Raven) 430); 0.5 pph의 활석; 소량의 칼슘 스테아레이트; 및 크기 배제 크로마토크래피(size exclusion chromatography; SEC)에 따라 측정한 중량 평균 분자량이 200,000인 폴리스티렌 수지.
제 2 압출 시스템의 발포체는 하기의 배합물로 제조하였다: 6.8 pph의HFC-134a, 1.9 pph의 HFC-152a 및 0.6 pph의 CO2로 된 발포제; 카본 블랙(후버 코포레이션(Huber Corp.)의 써멀 블랙 FT 239); 0.4 pph의 활석; 소량의 칼슘 스테아레이트; 및 SEC에 따라 측정한 중량 평균 분자량이 200,000인 폴리스티렌 수지.
다양한 발포 온도에서 다양한 탄소 블랙 첨가량으로 두 압출 시스템에서 발포체를 제조하였다. 발포체의 R값은 대기압(760 토르)과 진공(1 토르)에서 측정하였다. R값은 설정 상태를 ±0.01 토르내로 유지할 수 있는 주변의 압력 제어 시스템에서 ASTM C-518-91에 따라 측정하였고, 이때 제어 시스템은 열류계 장치와 함께 사용된다.
평균 기포 크기가 작고, 연속기포 함량이 높은 미공질 발포체가 제조되었다. 기포 크기, 연속기포 함량, 밀도 및 R값을 표 1에 나타낸다. 두 압출 시스템에서 제조된 미공질 발포체에 있어서, 카본 블랙의 양을 증가시키면 R값이 증가하였다.
실시예 2
하기 및 표 2에 지적된 것을 제외하고, 제 2 압출 시스템에서 본 발명의 발포체를 제조하였다.
발포체는 표 2에 명시한 바와 같은 다양한 발포제 및 이들의 혼합물로 제조하였다. 발포제의 첨가량의 단위는 중합체의 중량을 기준으로 pph이었다. 발포체는 다양한 카본 블랙 첨가량 및 다양한 발포 온도에서 제조되었다.
발포체의 R값은 실시예 1에서 기술한 방법에 의해 다양한 압력에서 측정하였다.
평균 기포 크기가 작고, 연속기포 함량이 높고, R값이 큰 미공질 발포체가 제조되었다.
실시예 3
하기 및 표 3에 지적된 것을 제외하고, 제 2 압출 시스템에서 본 발명의 발포체를 제조하였다.
발포체는 표 3에 명시한 바와 같은 다양한 발포제 및 이들의 혼합물로 제조하였다. 발포제의 첨가량의 단위는 중합체의 중량을 기준으로 pph이었다. 발포체는 다양한 카본 블랙 첨가량 및 다양한 발포 온도에서 제조되었다.
발포체의 R값은 실시예 1에서 기술한 방법에 의해 다양한 압력에서 측정하였다.
평균 기포 크기가 작고, 연속기포 함량이 높고, R값이 큰 미공질 발포체가 제조되었다.
실시예 4
하기 및 표 4에 지적된 것을 제외하고, 제 2 압출 시스템에서 본 발명의 발포체를 제조하였다.
평균 기포 크기가 작고, 연속기포 함량이 높은 미공질 발포체가 제조되었다.
카본 블랙을 첨가함으로써, 실시 번호 42의 단면이 실시 번호 41의 단면보다 넓어졌다. 카본 블랙은 겔 점도를 증가시켰고, 다이 압력이 손실되거나 예비-발포화되지 않으면서 다이의 출구를 확대시켰다. 다이의 출구가 확대되면, 더 큰 단면적을 갖는 발포체가 제조된다. 단면적이 더 커짐에 따라 표면 질이 개선되고 공정의 융통성이 더 커진다.
실시예 5
하기 및 표 5에 지적된 것을 제외하고, 제 2 압출 시스템에서 본 발명의 발포체를 제조하였다.
발포체는 표 5에 명시한 바와 같은 다양한 발포제 및 이들의 혼합물로 제조하였다. 발포제의 첨가량의 단위는 중합체의 중량을 기준으로 pph이었다. 발포체는 다양한 카본 블랙 첨가량 및 다양한 발포 온도에서 제조되었다.
발포체의 R값은 실시예 1에서 기술한 방법에 의해 다양한 압력에서 측정하였다.
평균 기포 크기가 작고, 연속기포 함량이 높고, R값이 큰 미공질 발포체가 제조되었다.
실시예 1에서 제조된 발포체
실시 번호 압출 속도파운드/시간(kg/시간) 카본 블랙(pph) 발포 온도(℃) 발포체 밀도pcf(kg/m3) 기포 크기(mm) 연속기포 함량(%) R/인치(1 토르) R/인치(760 토르)
1 10(4.5) 10.0 155 1.82(29.12) 0.04 99 7.41 ---
2 10(4.5) 15.0 145 1.94(31.04) 0.02 99 13.7 ---
3 220(100) 0.0 133 2.75(44) 0.02 94.6 9.09 3.92
4 220(100) 7.0 132 3.31(52.96) 0.011 92.7 15.38 4.37
5 220(100) 10.0 132 4.15(66.4) 0.006 95.7 16.13 4.52
6 220(100) 15.0 132 4.08(65.28) 0.01 94.3 17.86 4.55
실시예 2에서 제조된 발포체
실시 번호 발포제 카본 블랙(pph) 발포 온도(℃) 발포체 밀도pcf(kg/m3) 기포 크기(mm) 연속기포 함량(%) R/인치(1토르) R/인치(760 토르)
7 9.0 HFC-134a/3.0 EtCl 0.0 131 2.49(39.84) 0.043 99.7 --- ---
8 8.0 HFC-134a/1.0 EtCl/0.6 CO2 0.0 131 3.07(49.12) 0.024 99.5 --- ---
9 4.0 CO2/0.5 EtOH 10.0 131 2.53(40.48) 0.068 88.4 --- ---
10 4.0 HFC-152a/1.0 EtCl/1.5 CO2 10.0 131 2.51(40.16) 0.049 84.1 --- ---
11 8.0 HFC-152a/0.6 CO2 10.0 133 2.31(36.96) 0.049 97.1 --- ---
12 5.0 HFC-152a/3.5 HFC-134a 10.0 133 2.32(37.12) 0.038 95.5 --- ---
13 6.8 HFC-134a/1.9 HFC-152a/0.27 아르곤 10.0 131 4.39(70.24) 0.005 94.3 16.39 ---
14 6.8 HFC-134a/2.4 HFC-152a/0.19 N2 10.0 131 2.87(45.92) 0.005 95.4 12.21 ---
15 6.8 HFC-134a/2.4 HFC-152a 10.0 131 5.13(82.08) 0.005 93.3 14.29 ---
16 6.8 HFC-134a/2.4 HFC-152a/0.34 셀로겐 AZ 1301 10.0 131 3.51(56.16) 0.007 95.4 15.38 ---
17 6.8 HFC-134a/1.9HFC-152a/0.6 CO2 7.0 132 3.31(52.96) 0.011 92.7 15.38 ---
18 10.6 HFC-134a 6.9 127 3.48(55.68) 0.025 98.0 --- ---
19 8.5 HFC-134a/0.9 HCFC-142b 6.9 125 4.35(69.6) 0.008 98.0 --- ---
20 7.0 HFC-143a/0.9HCFC-142b 6.9 126 4.08(65.28) 0.007 --- --- ---
21 5.5 HFC-143a/2.4 HCFC-22 6.9 123 4.28(68.48) 0.012 96.0 13.51 4.31
22 8.0 HCFC-22 6.9 130 3.15(50.4) 0.065 97.0 --- ---
23 8.4 HFC-134a/0.8 HCFC-22 10.0 126 3.89(65.24) 0.009 97.0 13.51 4.46
1셀로겐(Celogen) AZ 130은 유니로얄 코포레이션(Uniroyal Corp.)의 화학적 발포제이다.
실시예 3에서 제조된 발포체
실시번호 발포제 카본블랙(pph) 발포 온도(℃) 기포 크기(mm) 연속기포함량(%) R/인치 진공 압력(토르)
24 8.0 HFC-134a/2.0 EtCl 0.0 131 0.041 95.5 12.5 0.0
25 8.0 HFC-134a/2.0 EtCl 0.0 131 0.041 95.5 8.62 1.0
26 8.0 HFC-134a/2.0 EtCl 0.0 131 0.041 95.5 6.58 5.0
27 8.0 HFC-134a/2.0 EtCl 0.0 131 0.041 95.5 5.71 10.0
28 8.0 HFC-134a/2.0 EtCl 10 129 0.048 96 18.18 0.0
29 8.0 HFC-134a/2.0 EtCl 10 129 0.048 96 11.49 1.0
30 8.0 HFC-134a/2.0 EtCl 10 129 0.048 96 7.25 5.0
31 8.0 HFC-134a/2.0 EtCl 10 129 0.048 96 6.02 10.0
32 8.6 HFC-134a/2.4 HFC-152a 10 123 0.005 98 18.0 0.0
33 8.6 HFC-134a/2.4 HFC-152a 10 123 0.005 98 12.4 1.0
34 8.6 HFC-134a/2.4 HFC-152a 10 123 0.005 98 9.5 5.0
35 8.6 HFC-134a/2.4 HFC-152a 10 123 0.005 98 7.0 10.0
36 7.5 HFC-134a/2.0 HFC-152a 6.9 127 0.006 97 20.8 0.0
37 7.5 HFC-134a/2.0 HFC-152a 6.9 127 0.006 97 18.87 1.0
38 7.5 HFC-134a/2.0 HFC-152a 6.9 127 0.006 97 9.26 5.0
39 7.5 HFC-134a/2.0 HFC-152a 6.9 127 0.006 97 5.09 10.0
실시예 4에서 제조된 발포체
실시 번호 발포제 카본 블랙(pph) 발포 온도(℃) 발포체 밀도pcf(kg/m3) 기포 크기(mm) 연속기포 함량(%) 보오드의 치수인치×인치(cm×cm)세로×가로1
40 8.0 HFC-134a/1.0 EtCl/0.6 CO2 0.0 131 3.07(49.12) 0.030 99.5 ⅜ × 2½(0.95 × 6.35)
41 8.0 HFC-134a/1.0 EtCl/0.6 CO2 10.0 131 2.60(41.6) 0.040 98.6 ⅝ × 3½(1.59 × 8.89)
1세로×가로 - 단면의 세로 방향 및 가로 방향
실시예 5에서 제조된 발포체
실시 번호 발포제 카본 블랙(pph) 발포온도(℃) 발포체 밀도pcf(kg/m3) 기포 크기(mm) 연속기포 함량(%) R/인치(1 토르) R/인치(R/cm)(760 토르)
42 7.1 HFC-134a 10 pph합성 흑연1 130 3.82(61.12) 0.009 100 20.6 ---
43 7.1 HFC-134a 5 pph합성 흑연5 pph써멀 흑연2 130 3.68(58.88) 0.008 99 20.0 ---
44 7.1 HFC-134a 10 pph천연 흑연3 131 3.66(58.56) 0.007 95 18.3 ---
45 12.2 HFC-134a 10 pph퍼니스 블랙4 130 2.96(47.36) 0.008 98 17.2 ---
1합성 흑연-그라파이트 프로덕츠(Graphite Products)의 합성 흑연 LS 2849.2열적 흑연-후버 코포레이션의 써멀 블랙 FT 239.3천연 흑연-그라파이트 프로덕츠의 천연 흑연 GP 601.4퍼니스 블랙-카보트 코포레이션의 퍼니스 블랙 모나크(Monarch) 1400.
미공질 발포체의 양태 및 본 발명의 제조 방법은 구체적인 세부 사항에 대해 제시되고 있지만, 제조 공정 및 제조업자의 목적에 따라 전술한 신규 교시 내용 및 원리의 범위를 벗어나지 않고 본 발명을 다양하게 변경할 수도 있음이 이해될 것이다.

Claims (18)

  1. 알켄일 방향족 단량체 단위체를 50 중량% 보다 많이 포함하는 알켄일 방향족 중합체 물질을 포함하고, 16 내지 250 kg/m3의 밀도를 가지고, 압출됨을 특징으로 하며, 연속기포(open-cell) 함량이 70% 이상이고, 평균 기포 크기가 70 μm 이하인 연속기포형 미공질 알켄일 방향족 중합체 발포체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    연속기포 함량이 90% 이상인 발포체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    연속기포 함량이 95% 이상인 발포체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평균 기포 크기가 1 μm 내지 30 μm인 발포체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평균 기포 크기가 1 μm 내지 20 μm인 발포체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평균 기포 크기가 1 μm 내지 10 μm인 발포체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    밀도가 25 내지 100 kg/m3인 발포체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연속기포내의 절대 압력이 10 토르 이하인 배기된 발포체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연속기포내의 절대 압력이 1 토르 이하인 배기된 발포체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연속기포내의 절대 압력이 0.1 토르 이하인 배기된 발포체.
  11. 발포체 및 발포체를 봉입할 수 있는 용접밀폐된 용기를 포함하며, 이때 발포체가 용기내에 위치하고, 용기의 내부 및 발포체가 대기압 미만으로 배기되고, 발포체가 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 발포체임을 특징으로 하는 배기된 발포체 절연 패널.
  12. a) 알켄일 방향족 단량체 단위체를 50 중량% 보다 많이 포함하는 알켄일 방향족 중합체 물질을 가열시켜 용융된 중합체 물질을 형성하는 단계;
    b) 용융된 중합체 물질에 고압에서 발포제를 혼입시켜 발포성 겔을 생성하는 단계;
    c) 발포성 겔을 목적하는 발포 온도로 냉각하는 단계; 및
    d) 발포성 겔을 다이(die)를 통해 더 낮은 압력의 영역으로 압출하여 발포체를 형성하는 단계
    를 포함하고, 이때 용융된 중합체 물질에 핵형성 첨가제를 중합체 물질 100부 당 0.1 내지 5 중량부로 혼입하고, 발포제의 총 몰수를 기준으로 50 몰% 이상이 1,1-디플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 클로로디플루오로에탄, 이산화탄소 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되고, 발포제가 중합체 물질 1kg 당 0.06 내지 0.17 g-몰로 존재하고, 연속기포 함량이 70% 이상인 발포체를 형성하기에 충분한 온도로 발포성 겔을 냉각함을 특징으로 하는,
    연속기포 함량이 70% 이상인 압출된 연속기포형 미공질 알켄일 방향족 중합체 발포체의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    발포성 겔을 118℃ 내지 160℃로 냉각하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    발포성 겔을 125℃ 내지 135℃로 냉각하는 방법.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발포제가 중합체 물질 1kg 당 0.08 내지 0.12 g-몰로 존재하는 방법.
  16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    1,1-디플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄, 클로로디플루오로에탄, 이산화탄소 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 발포제가 발포제의 총 몰수를 기준으로 70몰% 이상인 방법.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연속기포 함량이 90% 이상이고 평균 기포 크기가 1 내지 30μm인 발포체를 형성하기에 충분한 온도로 발포성 겔을 냉각하는 방법.
  18. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연속기포 함량이 95% 이상이고 평균 기포 크기가 1 내지 20μm인 발포체를 형성하기에 충분한 온도로 발포성 겔을 냉각하는 방법.
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