KR20000014606A - 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스포츠·레저용품의 내피나 벽, 천장 등의 내부 단열재 또는 방수부재, 부력재로 사용할 수 있는 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지 조성물과 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 선형저밀도 폴리에틸렌 100 중량부, 가교제 0.7∼2.0 중량부, 발포제 1∼7 중량부, 보조발포제 0.5∼3.5 중량부 및 윤활제 0.1∼2 중량부를 혼합하는 단계; 이를 105∼120℃에서 혼련하여 연화물을 얻는 단계; 연화물을 140∼160℃에서 가열하는 단계; 3MPa로 가압하고 220℃로 가열하여 저밀도 폴리에틸렌 발포체를 얻는 단계; 및 발포체를 100℃로 냉각, 절단하고 120℃로 가열 압출하여 제품화하는 단계로 이루어짐으로써 발포체 내에 기포의 파열을 방지하면서도 내파열성을 향상시켜 인장강도 및 신율이 우수한 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지를 제공할 수 있다.

Description

선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지 조성물 및 그 제조방법

본 발명은 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방한성, 방수성 및 부력성을 지녀 스포츠와 레저용품 및 지붕, 벽, 천장 등의 단열 및 방수부재로 사용할 수 있는 저밀도 폴리에틸렌 발포수지를 선형저밀도 폴리에틸렌 주원료로하여 가압발포법을 통해 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 발포수지는 부력성, 방한성 및 방수성을 갖는 것으로서, 의류 및 스포츠·레저용품의 내피로 주로 사용하고 있다.

현재, 의류 및 스포츠·레져용품의 내피로 사용되는 발포수지로는 방열성을 유지하도록 폴리비닐클로라이드 수지를 사용한 예가 있다(미국특허 제2,975,539호). 그러나, 폴리비닐클로라이드를 사용하여 제조된 의류는 내피의 두께가 두꺼워 착용시나 착용한 후에도 거동이 불편할 뿐만 아니라 수중에서 사람의 몸무게를 지탱할 수 있는 부력성이 떨어지는 문제가 있었다.

또 다른, 발포수지의 예로 미국특허 제3,511,743호에서는 방열성을 유지하도록 클로우즈드-셀(closed-cell)을 갖는 발포 스폰지를 자재로 하고, 표면을 고무나 합성수지 필름으로 피복시켜 수공의 침투를 억제하여 항공복이나 수중복으로 사용할 수 있도록 하였다. 그러나, 이 경우 기동성을 부여하고 있다 하더라도 구명용으로는 부력성이 떨어지는 단점이 있었다.

한편, 미국특허 제3,067,147호에서는 폴리에틸렌 수지에 발포제로 1,2-디클로로테트라플루오로에틸렌을 혼합한 후 가온, 가압하고 상압에 노출시켜 제조한 폴리에틸렌 발포수지를 구명용 조끼의 내피로서 사용하도록 하였는 바, 이 또한 실제 착용시에는 불편한 문제가 있었다. 이를 개선하기 위하여 연소한 후 가교결합시킨 폴리에틸렌 발포수지를 구명용 조끼의 내피 제조에 사용하기도 하였다(미국특허 제3,819,543호). 그러나, 이 또한 종래 발포수지의 문제점을 불식시키지 못하였다.

이같은 문제점을 해결하기 위해 대한민국 특허 제46033호에서는 저밀도 폴리에틸렌을 사용하고, 여기에 발포제, 계면활성제 및 이형제를 혼합하여 가열 실린더 내에 주입한 다음, 순차적으로 170℃에서 용융운전하여 연화한 후, 200℃에서 발포를 촉진시키고, 150℃에서 비드(beads)의 수축과 경화를 거친 후 다시 기체발포제를 주입하여 재발포시킨 다음, 100℃의 온도에서 유지한 후 적당한 온도에서 압축시키고 상온에서 방치하여 부분수축 및 비드 조직을 경화시키는 저밀도 폴리에틸렌 발포수지의 제조방법에 대해 개시하고 있다.

상기 특허에서는 저밀도 폴리에틸렌을 발포제, 계면활성제, 이형제와 함께 호퍼 내에서 혼합하고 온도가 각기 다른 가열실린더를 연속적으로 통과시켜 특성을 부여하도록 하였다.

좀더 구체적으로는 가열실린더 내의 온도를 호퍼에 접하는 제1지역에서는 혼합물이 용융상태가 되도록 170℃로 유지시키며, 제2지역은 발포제의 발포온도 및 혼합물을 좀더 용융시키기에 충분한 200℃로 유지함으로써 폴리에틸렌 비드를 형성하도록 하였다. 그리고, 제3지역에서의 온도는 생성된 비드를 부분적으로 냉각시켜 정화되도록 150℃의 온도를 유지시키고 발포시킨 다음, 100℃인 제4지역으로 이송시켜 추출하기에 용이하도록 절단한 후 다시 105℃로 가열한 후 압축시켜 시이트나 제품을 얻을 수 있도록 하였다.

그밖에도 관상 반응기 내에서 특정한 지글러형 촉매의 존재하에 상승온도 및 상승압력에서 수행하는 특정한 중합방법에 의하여 저밀도 또는 중밀도 직쇄 에틸렌 중합체를 제조하는 방법도 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 저밀도 폴리에틸렌에 비하여 인장강도, 신율 및 충격 강도 등이 우수한 선형저밀도 폴리에틸렌을 주원료로 하고, 다량의 가교제를 첨가하여 내파열성이 향상된 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 발포과정을 가압상태에서 수행하여 발포속도의 조절이 용이하며 기포파열을 방지할 수 있는 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지의 제조방법을 제공하는 데 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지 조성물은 선형저밀도 폴리에틸렌 100 중량부, 가교제 0.7∼2.0 중량부, 발포제 1∼7 중량부, 보조발포제 0.5∼3.5 중량부 및 윤활제 0.1∼2 중량부로 이루어진 데 그 특징이 있다.

또한, 상기와 같은 조성물을 혼합하는 단계, 상기 혼합물을 105∼120℃에서 혼련하여 연화물을 얻는 단계, 연화물을 140∼160℃에서 가열하는 단계, 3MPa로 가압하고 220℃로 가열하여 선형저밀도 폴리에틸렌 발포체를 얻는 단계, 및 발포체를 100℃로 냉각, 절단하고 120℃로 가열 압출하여 제품화하는 단계로 이루어진 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지의 제조방법에도 그 특징이 있다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지 조성물에 있어서 주성분으로는 선형저밀도 폴리에틸렌을 사용하는 바, 그 이유는 선형저밀도 폴리에틸렌이 저밀도 폴리에틸렌보다 인장강도가 50∼70% 정도 높고, 신율이 50% 정도 높을 뿐만 아니라 충격 강도 등도 좋기 때문이다.

한편, 본 발명에서는 다량의 가교제를 함유하는 바, 통상의 공정에서는 제품의 내파열성을 향상시키기 위해 0.1∼0.3% 정도로 소량의 가교제(交聯劑)를 사용하나, 본 발명에서는 0.7∼2.0 중량부로 다량의 가교제를 사용한다.

다량의 가교제를 사용하는 경우 폴리에틸렌 분자간의 가교결합을 생성하여 용융물의 점도와 탄력성을 일정한 범위 내에서 조절함으로써 폴리에틸렌이 용융온도 이상에서 점도가 급격히 낮아짐에 따라 발생되는 기포파열을 방지할 수 있다.

이같은 역할을 하는 가교제로 본 발명에서는 디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide)을 사용한다.

그리고, 여기에 발포제, 보조발포제, 윤활제를 혼합하는 바, 이때 발포제로는 아조디카르본아미드를 사용할 수 있고, 보조발포제로는 산화아연을 사용하며, 윤활제로는 스테아린산을 사용할 수 있다.

발포제는 상기 선형저밀도 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여 1∼7 중량부 되도록 첨가되며, 보조발포제는 0.5∼3.5 중량부로 첨가하는 것이 바람직하며, 윤활제는 0.1∼2 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

이때, 윤활제는 폴리에틸렌 분자와 가공기계간의 상호 마찰력을 감소시킴으로써 가공을 용이하게 하도록 하는 역할을 한다.

상기 혼합물을 105∼120℃의 온도에서 혼련하여 연화시킨다. 만일, 연화시 온도가 상기 범위를 벗어나면 불균일한 가교를 초래할 우려가 있다.

그 다음, 상기 연화물을 140∼160℃의 온도에서 가열시킨다. 이같은 온도범위에서 가교제가 분해되어 폴리에틸렌 분자간의 가교반응이 진행되는 바, 이로써 용융물의 점도와 탄력성을 일정한 범위 내에서 조절할 수 있다. 결국 폴리에틸렌의 발포성능과 폴리에틸렌 발포물의 물성이 개선된다.

연화물을 가열한 다음, 가압발포법을 통해 폴리에틸렌을 발포시키는 바, 구체적으로는 먼저, 압력을 3MPa로 올린 후 220℃로 가열한다. 이때, 발포제가 분해되어 기체가 되며 결국 폴리에틸렌이 발포하게 된다.

이같이 가압 상태에서 폴리에틸렌을 발포시키는 이유는 상압 상태에서 발포할 때 나타나는 팽창과 발포의 속도가 너무 빠르고 또 기포가 너무 커서 기포가 파열되는 현상을 방지하기 위해서이다.

다시 말해 본 발명의 경우 상기와 같이 가압 상태하에서 발포를 실현하는 바, 일반 공정에서는 발포과정을 상압에서 진행하는 데 그 결점은 기포의 팽창과정이 너무 빠르고 또 기포의 크기 분포가 불균일하게 되는 바, 불균일한 큰 기포의 일부분이 파열되어 발포율에 영향을 미친다. 그러나, 가압상태에서 발포하면 압력의 작용하에 발포제의 분해속도가 느려짐으로 인해 팽창과 발포의 속도를 적당한 속도로 조절할 수 있고, 기포의 크기도 조절할 수 있어 기포가 파열되는 현상을 방지할 수 있다. 또 압력이 점차적으로 내려가기 때문에 기포가 점차적으로 커지게 되고 이로인해 기포파열을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 2차적인 발포과정을 거치지 않는 바, 발포수지를 생산하는 일반 공정에서는 기체발포제를 유입하여 2차 발포를 진행함으로써 발포율을 상승시킨다. 그러나, 본 공정에서는 교연과정의 강화와 발포과정의 가압으로 기포의 밀도를 상승시킴으로써 기체 유입으로 인한 2차 발포과정을 거치지 않는다.

상기와 같은 가압발포법을 통해 얻어진 폴리에틸렌 발포체를 100℃로 냉각한 후 절단하고 120℃로 온도를 상승시켜 압출하는 과정을 거쳐 수요에 따라 각기 다른 두께로 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지를 생산할 수 있다.

단, 사용전 반드시 며칠간, 최소 2일 정도는 상온에서 방치하여야 하는 바, 이는 기포내에 있는 발포제를 공기로 대체하기 위해서이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

선형저밀도 폴리에틸렌 100kg, 가교제로 디큐밀퍼옥사이드 1.2kg, 발포제로 아조디카르본아미드 5kg, 보조발포제로 산화아연 2.5kg 및 윤활제로 스테아린산 1kg을 호퍼를 통해 실린더에 이송시켜 110℃에서 혼련하여 연화물을 제조하였다.

얻어진 연화물을 150℃로 가열하고, 압력을 3MPa로 올린 후 220℃로 가열하고 발포하여 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지를 얻었다.

상기 발포체를 100℃ 에서 냉각한 후 절단하고 120℃에서 압출하여 두께 0.5mm인 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지 시트를 제조하였다.

상기 실시예에서 얻어진 선형저밀도 폴리에틸렌 시트는 두께가 0.5mm일 때 무게가 11.4g/yd²이었으며, 열전도율이 0.00256kcal/h·m·k(KS K 0466)로 보온성이 우수함을 알 수 있다.

한편, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌 시트 120g을 내부 패딩으로 사용하여 스포츠 자켓을 제작하여 담수에서 시험한 결과, 75kg 성인 남자를 물위에 뜨게 할 수 있었으며, 한국의류시험연구원의 시험결과 스포츠용 구명복의 품질기준을 만족하였고, 완제품 상태에서 24시간 침지 후 부력 감소율이 1.01%로서 구명복으로서의 성능이 매우 우수함을 알 수 있다(KATRI NO:SE7-IM176).

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 선형저밀도 폴리에틸렌을 사용하고, 여기에 다량의 가교제, 발포제, 보조발포제 및 윤활제를 첨가하여 혼합하고, 이를 일정 온도에서 가열하고 가압발포하여 얻어진 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지는 인장강도, 신율, 내파열성, 보온성, 부력성이 우수하여 포장, 심재 및 부력재 등에 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (2)

1. 선형저밀도 폴리에틸렌 100 중량부에 가교제로 디큐밀퍼옥사이드 0.7∼2.0 중량부, 발포제로 아조디카르본아미드 1∼7 중량부, 보조발포제로 산화아연 0.5∼3.5 중량부 및 윤활제로 스테아린산 0.1∼2 중량부를 첨가하여 제조된 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지 조성물.
2. 제 1 항의 조성물을 혼합하는 단계;

   상기 혼합물을 105∼120℃에서 혼련하여 연화물을 얻는 단계;

   연화물을 140∼160℃에서 가열하는 단계;

   3MPa로 가압하고 220℃로 가열하여 저밀도 폴리에틸렌 발포체를 얻는 단계; 및

   발포체를 100℃로 냉각, 절단하고 120℃로 가열 압출하여 제품화하는 단계로 이루어진 선형저밀도 폴리에틸렌 발포수지의 제조방법.