KR20000054943A

KR20000054943A - 자외선 안정성이 우수한 지오콤포지트

Info

Publication number: KR20000054943A
Application number: KR1019990003320A
Authority: KR
Inventors: 홍명선
Original assignee: 유현식; 삼성종합화학 주식회사
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2000-09-05
Also published as: KR100581546B1

Abstract

본 발명은 자외선 안정성이 우수한 지오콤포지트에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 바깥층 2층은 고결정성 폴리프로필렌 부직포층이고 중간층은 특정 물성의 폴리에틸렌 그리드 또는 시트층으로 이루어진 3층으로 구성된 자외선 안정성이 우수한 지오콤포지트에 관한 것이다.

Description

자외선 안정성이 우수한 지오콤포지트{Geocomposite with excellent ultra-violet stability}

본 발명은 자외선 안정성이 우수한 지오콤포지트(Geocomposite)에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 바깥쪽 2층은 고결정성 폴리프로필렌 부직포층이고 중간층은 특정 물성의 폴리에틸렌 그리드 또는 시트층으로 이루어진 3층으로 구성된 자외선 안정성이 우수한 지오콤포지트에 관한 것이다.

토목 건축분야에 섬유가 사용된 것은 나일론을 비롯한 합성섬유가 급속히 발전함에 따라 그 이용방법과 분야도 크게 발전한 이후였다. 합성섬유는 천연섬유에 비해 강도, 내구성, 내약품성, 내침수성이 우수하기 때문에 토목, 건축분야의 가혹한 사용조건하에서도 충분히 견딜 수 있으며, 그 구성방법에 따라 토목, 건축분야에 적합한 제품의 제조가 가능하여 그 이용이 크게 확대되고 있다.

특히 최근에는 폐기물의 증가에 따른 1차 수질오염, 2차 환경공해를 방지하기 위해 가장 경제적이고 완벽한 처리방법으로 폐기물을 장시간 격리시키기 위한 지오콤포지트가 토목분야에 많이 적용되고 있으며 그 이외에도 지하철, 도로, 통신선 등의 터널방수 및 인공호수, 수로, 댐건설 등에 사용되고 있다.

지오콤포지트로 사용되는 제품형태에는 부직포, 그물형상의 지오그리드, 시트 등 여러가지 종류가 있으며, 지오콤포지트로 사용되는 소재는 습윤시 인장강도, 직사광선하에서의 내후성, 내약품성, 토사중의 세균에 의한 강도 유지성, 경제성 등이 우수하여야 한다. 이러한 점을 고려할때 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌이 지오콤포지트에 가장 적합한 소재이지만 이들의 취약점은 지오콤포지트의 사용 특성상 피할 수 없는 자외선에 의한 소재의 열화이다. 열화로 인한 소재의 물성저하 및 분해는 매립지 침출수의 유출로 인하여 수질오염과 환경오염을 일으킬 수 있고, 매립지 또는 건축현장의 토사붕괴 등의 위험을 초래할 수 있다.

국내에서는 70년대 아산 방조제 공사에 기초처리용 폴리프로필렌 직포가 처음 사용된 이후 이와 같은 직포가 주로 사용되었으나, 80년대 이후 부직포의 사용이 급격히 증가되고 있다.

외국에서는 80년대 이후 스퍼본드(Spunbond) 부직포가 주종을 이루고 있으며, 이는 폴리머를 용융시킨 후 노즐을 통해 압출하여 필라멘트를 만들어 이동 콘베이어상에서 시트를 제조한 후 니들 펀칭(Needle Punching)에 의해 기계적으로 교차시키거나 열접착에 의해 압착시키는 방법으로 제조되며, 폴리머로는 주로 폴리프로필렌을 사용한다. 이때 사용되는 폴리프로필렌은 일반 호모 폴리프로필렌으로서 수지의 구조상 자외선에 의해 수지의 열화가 쉽게 일어나는 문제점이 있다.

자외선 열화는 산화 열화와 마찬가지로 라디칼 연쇄반응으로 수지의 연쇄적인 분해에 의한 열화로서, 이러한 자외선 열화를 방지하는 가장 일반적인 방법으로는 자외선 흡수제와 자외선 산란제를 사용하는 방법이 있다.

자외선 흡수제는 유기물로 그 자신이 자외선을 흡수하여 열등의 저에너지로 전환하여 자외선의 작용을 소실시켜 버리는 물질로서 현재 상업화되어 있는 것은 살리실산계, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 시아노아크릴레이트계가 있다. 자외선을 흡수하는 능력은 흡수하는 파장대의 넓이와 강도에 따라 차이가 있는데 가능한한 흡수하는 파장대가 넓은 것으로, 또한 흡수하는 강도가 강한 것을 자외선 흡수제로 선택하는 것이 중요하다.

자외선 산란제는 무기물의 초미립자에 의한 광의 표면반사, 산란효과로 자외선을 방어하는 효과를 발현하는 것이다. 이산화티탄, 산화아연이 대표적인 것으로 안티몬, 지르코늄의 산화물 등이 있다.

그러나 이러한 기존방법으로 사용 특성상 직사광선에 노출되는 지오콤포지트의 자외선 안정성을 향상시키는 것은 이미 공지의 방법이며, 또한 자외선 안정성을 개선하는 근원적인 방법으로는 미흡할 뿐만 아니라 개선효과에도 한계가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 기존의 지오콤포지트를 구성하는 기본수지를 개선하여 보다 자외선 안정성이 보강된 지오콤포지트를 제공하는 것이다.

본 발명의 지오콤포지트는 바깥쪽 2층은 고결정성 폴리프로필렌 부직포층으로, 중간층은 특정 물성의 폴리에틸렌 그리드(Grid) 또는 시트(Sheet)층으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 지오콤포지트의 바깥층에 사용된 폴리프로필렌은 기존의 일반 폴리프로필렌 수지에 비해 아이소탁티시티(Isotacticity)가 높은 고결정성 폴리프로필렌 수지이다. 일반적으로 자외선에 의한 열화는 라디칼 연쇄 반응으로 수지의 연쇄적인 분해에 의한 것이고, 수지 열화의 시발점(Initiaion)은 고분자내의 비결정질 영역, 결정의 결함부분 또는 사슬내 이중결합 부분이므로 이들 부분을 최소화함으로써 고분자의 열화를 억제할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 기존 폴리프로필렌 수지에 비해 결정성이 높고 결정체가 완벽한(Crystal Perfectness) 폴리프로필렌을 사용함으로써 자외선 안정성을 향상시킬 수 있었다.

본 발명에서 사용된 고결정성 폴리프로필렌은 용융지수가 10∼40, 결정화도가 X-Ray법으로 70∼80%, 크실렌 용융법(Xylene Soluble Method)으로 용융부분이 1%이하인 수지가 바람직하다.

또한 본 발명에서는 지오콤포지트의 중간층에 그리드 형상 또는 시트 형상으로 사용된 폴리에틸렌으로서, 기존의 MRS 8(Minimum Required Strength 8 Mega Pascal)등급 고밀도 폴리에틸렌 수지에 비해 고강성인 MRS 10등급 이상의 고밀도 폴리에틸렌을 사용한다. 이 중간층은 지오콤포지트 제품의 보강제 및 기능성을 부여하는 역할을 한다. 즉, 그리드(Grid)형상의 중간층은 토질지반의 분리 또는 배수기능으로 이용되고, 시트형상의 중간층은 방수, 균열방지, 지반구조물의 보호, 충격흡수 등의 용도로 이용된다.

본 발명에서 사용된 고밀도 폴리에틸렌은 용융지수가 0.01∼1.0, 밀도가 0.945∼0.960 g/㎤, MRS가 10인 것이 바람직하다.

본 발명에서는 지오콤포지트에 통상 사용되는 첨가제로서 산화방지제, 자외선 안정제 등을 첨가할 수 있다. 바람직한 산화방지제의 예로서는 메틸렌(3,5-디터셔리-부틸-4-하이드록시 페닐)프로 피오네이트와 디터셔리-부틸-하이드록시 톨루엔을 들 수 있고, 자외선 안정제의 예로는 벤조페논계의 2-하이드록시-4-옥토시 벤조페논을 들 수 있다.

본 발명은 하기 실시예 및 비교예에 의하여 보다 구체적으로 이해될 수 있고, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 지나지 않으며 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

사용된 폴리프로필렌 수지는 기존 폴리프로필렌 수지에 비해 고결정성 수지로 용융지수가 10, 결정화도가 X-Ray법으로 70%, 크실렌 용융법으로 용융부분이 1% 이하인 수지이고, 고밀도 폴리에틸렌은 용융지수가 0.01이고 밀도가 0.945g/cm³, MRS가 10이다. 첨가제로는 산화 방지제로서 메틸렌(3,5-디터셔리-부틸-4-하이드록시 페닐)프로 피오네이트와 디터셔리-부틸-하이드록시 톨루엔을 사용하였으며 자외선 안정제로 벤조페논계의 2-하이드록시-4-옥토시 벤조페논을 사용하였다.

실시예 2

사용된 폴리프로필렌 수지는 기존 폴리프로필렌 수지에 비해 고결정성 수지로 용융지수가 20, 결정화도가 X-Ray법으로 70%, 크실렌 용융법으로 용융부분이 1% 이하인 수지이고, 고밀도 폴리에틸렌은 용융지수가 0.01, 밀도가 0.950g/cm, MRS가 10이다. 첨가제로는 산화방지제로서 메틸렌(3,5-디터셔리-부틸-4-하이드록시 페닐)프로 피오네이트와 디터셔리-부틸-하이드록시 톨루엔을 사용하였으며 자외선 안정제로 벤조페논계의 2-하이드록시-4-옥토시 벤조페논을 사용하였다.

실시예 3

사용된 폴리프로필렌 수지는 기존 폴리프로필렌 수지에 비해 고결정성 수지로 용융지수가 30, 결정화도가 X-Ray법으로 70%, 크실렌 용융법으로 용융부분이 1%이하인 수지이고, 고밀도 폴리에틸렌은 용융지수가 0.2, 밀도가 0.955g/cm³, MRS가 10이다. 첨가제로는 산화방지제로서 메틸렌(3,5-디터셔리-부틸-4-하이드록시 페닐)프로 피오네이트와 디터셔리-부틸-하이드록시 톨루엔을 사용하였으며 자외선 안정제로 벤조페논계의 2-하이드록시-4-옥토시 벤조페논을 사용하였다.

실시예 4

사용된 폴리프로필렌 수지는 기존 폴리프로필렌 수지에 비해 고결정성 수지로 용융지수가 40, 결정화도가 X-Ray법으로 70%, 크실렌 용융법으로 용융부분이 1%이하인 수지이고, 고밀도 폴리에틸렌은 용융지수가 1.0, 밀도가 0.960g/cm³, MRS가 10이다. 첨가제로는 산화방지제로서 메틸렌(3,5-디 터시어리-부틸-4-하이드록시 페닐)프로 피오네이트와 디터셔리-부틸-하이드록시 톨루엔을 사용하였으며 자외선 안정제로 벤조페논계의 2-하이드록시-옥토시 벤조페논을 사용하였다.

비교예 1

폴리프로필렌 수지는 일반 호모폴리프로필렌으로 용융지수가 20이고 결정화도가 X-Ray법으로 60%, 크실렌 용융법으로 용융부분이 3%인 수지이고, 고밀도 폴리에틸렌은 용융지수가 0.1이고 밀도가 0.950g/cm³, MRS가 8이하이다. 첨가제로는 산화방지제로서 메틸렌(3,5-디터셔리-부틸-4-하이드록시 페닐)프로 피오네이트와 디터셔리-부틸-하이드록시 톨루엔을 사용하였으며, 자외선 안정제로 벤조페논계의 2-하이드록시-4-옥토시 벤조페논을 사용하였다.

상기 실시예 및 비교예의 지오콤포지트에 대하여 자외선 안정성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

자외선 안정성은 제논 램프가 내장된 자외선 방사장치(UV-Cone)에서 시트상의 시편을 일정시간 자외선에 방치후 ASTM D638에 의거 항복점 인장강도, 파단점 인장강도 및 파단점 신율을 측정하여 비교하였다.

항목	경과 시간(hr)	항복점 강도(kg/㎠)	파단점 강도(kg/㎠)	신율(%)
실시예 1	48144	410403388	210206194	503488476
실시예 2	48144	406401386	208204192	512498488
실시예 3	48144	404399383	206202189	515501494
실시예 4	48144	402396380	203199186	519507499
비교예 1	48144	380368340	190181160	604533494

이상에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명에 의하여 제조된 지오콤포지트는 자외선 안정성이 우수한 효과를 나타내게 된다.

Claims

바깥층 2층은 부직포층은 용융지수가 10∼40, 결정화도가 X-Ray법으로 70∼80%, 크실렌 용융법으로 용융부분이 1% 이하인 고결정성 폴리프로필렌 수지로 이루어진 폴리프로필렌 부직포층이고 중간층은 용융지수가 0.01∼1.0, 밀도가 0.945∼0.965g/㎤, MRS가 10 이상인 고밀도 폴리에틸렌 수지로 이루어진 폴리에틸렌 그리드 또는 시트층으로 구성된 것을 특징으로 하는 지오콤포지트.