KR20000063679A

KR20000063679A - 고탄성 충진제의 제조와 응용

Info

Publication number: KR20000063679A
Application number: KR1020000043913A
Authority: KR
Inventors: 최재영
Original assignee: 최재영
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2000-11-06

Abstract

본 발명은 여러 수지조성물에 고무를 균일하게 그리고 섬유상의 그물구조로 혼합시키는 새로운 방법을 고안하여 고무와 같은 복원력이 있는 고강도-고탄성의 플라스틱 성형물 또는 도막을 형성하고 이들을 여러 산업분야에 적용시키고자 함이 목적이다. 본 발명의 특징은 i) 탄산칼슘, 쇄석, 펄프와 같은 충진제 재료에 고무성문을 코팅하여 제조하는 탄성충진제 ⅱ) 이 탄성충진제는 여러 수지조성물과 혼합하고 열로 가열되는 과정에서 충진제에 코팅된 고무성분은 부분적으로 용융되면서 섬유상으로 서로 얽히는 구조를 가지고 외관의 성상이 과립형으로서 플라스틱 성형 재료로 사용되는 과립형 탄성수지 조성물 ⅲ) 상기의 과립형 탄성수지 조성물은 아스팔트 표층제를 포함한 여러 산업분야에 적용시키는 것에 관한 것이다.

Description

고탄성 충진제의 제조와 응용 {The elastic fillers and compositions}

포장도로의 표층은 차량들로 인하여 끊임없이 충격을 받고 있는 동시에 태양열, 비바람과 같은 가혹한 조건에 노출되어 있다. 이러한 외부의 열악한 조건들을 만족시키기 위해서는 높은 접착성과 강도 뿐 만이 아니고 높은 탄성이 요구된다. 특히 수십 톤의 화물차가 고속으로 질주하는 경우 순간적으로 받는 아스팔트 표층의 충격은 매우 크고 이 충격을 흡수할 수 있는 고탄성체의 존재가 절실히 요구되고 있다. 그리고 이 고강도-고탄성 플라스틱 성형물 또는 도막체는 아스팔트 표층 이외의 여러 산업분야에서도 적용될 수 있도록 하는 것이 본 발명의 목적이다.

고강도-고탄성의 화합물을 얻기 위하여 수지와 고무를 혼합하거나 합성하는 경우가 많이 있다. 그러나 이들 수지와 고무를 균일하게 혼합 또는 합성을 한다 할지라도 두 화합물의 장점만이 나타나는 것보다는 오히려 단점만이 나타나는 경우가 대부분이다. 미합중국 특허공고번호 5,717,021에서는 폴리카보네이트 수지와 합성고무의 공중합체에 관한 것과, 미합중국 특허공고번호 6,043,318에서는 아크릴로니트릴-부타디엔 고무와 PVC 수지의 혼합물에 관한 것, 그리고 미합중국 특허공고번호 6,063,844에서는 폴리카보네이트 수지와 고무의 공중합체에 관한 것으로서 이들 경우도 역시 두 화합물의 장점이 많이 나타나지 않았다. 화합물의 파괴강도는 그 화합물의 강도에 의해 결정되지 않고 강도와 균일성에 의해 결정된다. 즉 파괴되는 지점은 0.01%의 불순물로 인한 불균일 지점에서 발생되기 때문에 99.99%의 고강도 지점은 전체 파괴강도에 전혀 무의미하다는 것이다. 즉, 파괴강도는 전체 강도의 평균치가 아니고 가장 약한 지점의 강도이다. 비록 약한 물질의 화합물일지라도 서로 균일하게 얽혀있는 것이 가장 좋은 파괴강도를 나타낸다는 것이다.

이러한 이유로 인하여, 산업 분야에서는 수지의 물성을 보강하는 가장 전통적인 방법으로서 FRP(섬유보강플라스틱)을 사용해 왔다. 그러나 수지에 섬유를 충진시켜서 물성을 보강하더라도 깨어지는 현상만이 보강될 뿐이지 원천적으로 고무와 같은 탄성은 발생하지 않는다.

수지의 높은 강도와 고무의 높은 탄성을 필요로 하는 산업분야가 많이 있겠지만 그 중에서도 포장도로의 표층은 이러한 화합물의 요구가 절실하다. 한 여름에는 80℃ 이상 되는 아스팔트 표층 위로 수십 톤이 되는 화물차가 고속으로 달리는 포장도로의 표층이 받는 순간적인 충격은 매우 클 것이고, 이 충격을 곧 바로 회복시킬 수 있는 고탄성의 복원력이 있는 화합물이 요구되는 실정이다. 이러한 화합물 또는 조성물로 구성된 아스팔트 표층은 차바퀴 패임 현상을 방지할 뿐만이 아니고 표층의 아래층인 기층, 보조기층, 노상층 전체로까지 영향을 미치게되어 도로수명을 연장시킬 수 있다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 하여 시작된 것이지만 고강도-고탄성 화합물의 용도를 아스팔트 표층에만 한정시키는 것은 아니고 전반적인 산업분야에 적용시키고자 한다.

본 발명은 고무를 균일하게 그리고 섬유상의 그물구조로 혼합시키는 새로운 방법을 고안하여 종래의 문제점을 해결하였다. 본 발명의 특징은 i) 탄성충진제 제조단계, ⅱ) 과립형 탄성수지 조성물 제조단계 ⅲ) 과립형 탄성수지 조성물을 용융하여서 아스팔트 표층제, 아스팔트 표층의 융착형 도료, 그리고 플라스틱 성형물로 적용시키는 단계로 나누어 진다. 이들 과정을 좀더 상세히 설명하자면, i) 입자가 작은 탄산칼슘, 고령토 같은 분말에서부터 입자가 굵은 골재 형상의 충진제와 섬유상 또는 펄프상의 충진제에 고무성분이 내부까지 스며들도록 코팅하여 제조하는 단계 ⅱ) 이 탄성충진제를 여러 수지성분의 조성물과 혼합하고 이것을 열로 가열하면서 교반을 하여 충진제에 코팅된 고무는 이웃하는 충진제와 마찰을 하면서 고무성분들은 섬유상으로 연신되면서 그물상으로 얽힌 구조를 가지게 되고, 이것을 고강도-고탄성 플라스틱의 재료로 사용할 수 있도록 과립상의 성상으로 만드는 단계. ⅲ) 과립형 탄성수지 조성물을 상품으로 제조하는 단계로서 아스팔트 표층제, 아스팔트 표층의 융착형 도료, 미끄럼방지 기능이 있는 아스팔트 표층제, 그리고 사출, 압출, 프레스 기계를 이용하여 플라스틱 성형물을 제조하는 단계.

도 1은 수지성분의 주변환경과 고무성분이 코팅된 충진제의 혼합된 상태를 보여주고, 도 2는 수지성분의 주변환경과 충진제에 코팅된 고무성분이 열에 의하여 부분적으로 용융되면서 서로 얽혀있는 모양을 보여준다. 이와 같은 구조는 충진제에 코팅된 고무성분이 서로 부딪히면서 서로의 충진제에 뿌리를 둔채로 늘어지게 되면서 구물구조로 서로 얽히게 된다. 이것은 고무성분과 주변의 열가소성 수지의 용융도의 차이의 적절히 이용하는 방법이다. 이러한 그물구조는 충진제 입자의 크기와 질량이 어느 정도 있어야 움직이지 않고 고정된 좌표축으로 작용할 수 있기 때문에 입자는 클수록 얽힘 현상이 잘 나타나게 된다. 반면에 10㎛ 정도의 작은 입자를 가지는 탄산칼슘은 무게 중심을 유지하기가 어렵기 때문에 케브라 펄프와 함께 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 이 섬유상 그물구조는 유리구슬입자들이 가라앉지 않는 역할을 하기 때문에 도로 표식용 융착형 도료로 이용하면 종래의 제품 보다 재귀반사 기능이 우수하게 발휘될 수 있다. 도 3은 고무라텍스 또는 유기용제에 용해한 고무성분을 함침한 비교적 입자가 작은 탄산칼슘 같은 충진제를 이류형 스프레이로 분사하면서 98℃의 열풍을 통하여 싸이클론에서 건조하면서 회수하는 장치를 보여주고, 도 4는 고무라텍스 또는 유기용제에 용해한 고무성분을 함침한 비교적 입자가 굵은 골재와 같은 충진제를 호퍼에 넣고 충진제를 투입하면서 98℃의 열풍을 통하여 싸이클론에서 건조하면서 회수하는 장치를 보여준다.

도 1은 수지성분의 주변환경과 고무성분이 코팅된 충진제의 혼합된 상태.

도 2는 수지성분의 주변환경과 고무성분이 부분용융되면서 서로 얽힌 상태를 보여준다.

도 3은 탄산칼슘과 같은 작은입자에 코팅된 고무성분의 건조를 하기 위한 싸이클론식 열건조 시스템

도 4는 골재와 같은 굵은입자의 충진제에 코팅된 고무성분의 건조를 하기 위한 싸이클론식 열건조 시스템

* 도면의 주요부분에 대한 설명

A: 열풍기 B: 스프레이 C: 콤푸레셔 D: 원액통

E: 싸이클론 F: 연통 G: 호퍼

충진제의 재료로는 탄산칼슘과 같이 평균입도가 1∼100㎛ 정도의 작은 입도를 가진 털크, 고령토 등에서부터 입도가 비교적 큰 1∼100mm인 석분, 제강슬러그, 골재와 같은 것들을 사용한다. 그리고 길이가 0.1∼10mm 인 합성섬유, 천연섬유, 또는 펄프 등이 사용되며 폴리아마이드계 케브라섬유는 미합중국 듀폰사제품, 상품명 Tyvek을 사용하였다. 충진제에 코팅되는 고무성분으로는 합성고무와 천연고무 모두 사용이 가능하다. 합성고무 라텍스로는 대한민국 금호석유화학제품, 상품명 KSL-341, 용제형 합성고무로는 대한민국 금호석유화학 제품, 상품명 KTR-201, KBR-01, 그리고 미합중국 듀폰사제품, 상품명 hypalon과 Neoprene 등이 사용된다. 천연고무는 합성고무와 혼합하여 사용되거나 단독으로 사용되며 가교제로서 황은 고무성분 100중량부에 0.5∼15.0중량부가 바람직하고, 가황활성제로서 ZnO은 0.5∼20.0중량부가 바람직하고, 가황촉진제는 0.1∼10.0 중량부로서 zinc iso-propyl xanthate와 zinc dibutyl dithiocarbamate dibuthylamine의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 고무성분은 충진제의 1∼30 중량%가 바람직하다.

이들 탄성 충진제들은 여러 합성수지 또는 천연수지의 조성물과 함께 혼합되고 100℃∼300℃로 가열되면서 탄성충진제들이 서로 충분히 마찰을 할 수 있도록 교반을 하여서 고무성분들이 서로 섬유상 그물구조로 얽히게 하고 이것의 외관 성상이 과립형으로 하여 과립형 탄성수지로 제조한다. 합성수지로는 석유수지, LDPE, EVA, PE왁스, 아크릴수지, 우레탄수지, 알키드수지, 아스팔트 등이 사용되며 천연수지는 송진, 아교 등이 주로 사용되고, 전체수지 양은 충진제의 1∼50중량%가 바람직하다. 아스팔트는 대한민국 동남유화사 제품, AP-3, AP-5, 블로운 아스팔트 등이 사용되며 충진제의 1∼50중량%가 바람직하다.

상기의 과립형 탄성수지 조성물은 안료와 유리구슬입자 등과 혼합용융하여 제조되는 상품은 고강도-고탄성의 기본적인 기능성을 포함한 여러 가지의 기능성 상품이 제조된다. 안료는 내광성이 있으면 어느 것이나 무방하며 수지 성분의 1∼20% 정도가 바람직하다. 유리구슬입자는 미합중국 포토스사 제품으로서 평균구경 40∼1200㎛이 사용 가능하다. 적용되는 상품들은 도막 형성물로서 도로용 융착형 도료, 재귀반사 기능성 도료, 우천시 재귀반사 기능성 도료, 미끄럼 방지 융착형

도료, 미끄럼 방지 아스팔트 표층제, 그리고 성형물로서는 사출, 압출, 프레스로 성형되는 상품들로 적용된다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 자세히 설명하지만, 이것이 본 발명의 범주를 한정하는 것이 아니다.

실시예 1

탄산칼슘, 대한민국/OMYA제품 상품명 CARB-10,100 중량부와 SBR(스틸렌-부타디엔 고무) 라텍스 대한민국/금호석유화학제품 상품명 KSL-341 10중량부와 물 50 중량부, 28% 암모니아수 1 중량부를 교반기가 장착된 용기에 넣고 20분간 잘 교반 한 뒤에 꺼내어 미합중국 스프레이 시스템사의 이류체미세분무용 스프레이 교반기가 달린 원액통에 넣고 2kg/㎠의 압력으로 노즐에 이송하여 분무시키고 싸이클론식 열풍 건조기에서 98℃로 건조시키면서 회수하였다.

실시예 2

평균길이가 0.8mm 케브라 펄프, 미합중국/듀폰사 제품 상품명 Tyvek, 1.0 중량부와 SBR(스틸렌-부타디엔 고무) 라텍스 대한민국/금호석유화학제품 상품명 KSL-341 5 중량부와 물 25 중량부를 교반기가 장착된 용기에 넣고 60분간 잘 교반 한 뒤에 꺼내어 호퍼를 통하여 싸이클론식 열풍 건조기에서 98℃로 건조시키면서 회수한다.

실시예 3

평균입도 0.5mm 작은골재 100 중량부와 SBR(스틸렌-부타디엔 고무) 라텍스, 대한민국/금호석유화학제품 상품명 KSL-341 2.5 중량부, 천연고무 라텍스 2.5줄량부, 물 10 중량부, 황 0.2 중량부, 산화아연 0.5 중량부, 이소프로필 산테이트 아연 0.2 중량부 그리고 디부틸 디티오카르바메틱디부틸아민 아연 0.2 중량부를 교반기와 가열장치가 장착된 용기에 넣고 60℃ 에서 40분간 잘 교반 한 뒤에 꺼내어 호퍼를 통하여 싸이클론식 열풍 건조기에서 98℃로 건조시키면서 회수하였다.

실시예 4

SBR(스틸렌-부타디엔 고무), 대한민국/금호석유화학제품 상품명 KTR-201 10 중량부, 싸이크로헥산 50 중량부를 교반기가 장착된 용기에 넣고 120분간 잘 교반하여 완전히 용해한 뒤에 평균입도 3mm의 굵은골재 100 중량부를 용기에 함께 넣고 20분간 교반하고 난 뒤에 꺼내어 호퍼를 통하여 싸이클론식 열풍 건조기에서 98℃로 건조시키면서 회수하였다.

실시예 5

실시예 1∼실시예 4의 상기 방법으로 제조된 탄성 충진제들은 표 1의 열가소성 수지들과 혼합하여 교반기와 가열장치가 장착된 반응기에 넣고 220℃에서 60분간 잘 교반하고 난 뒤에 과립형태로 냉각시켜서 과립형 탄성수지 조성물 100 중량부을 얻었고, 이것을 안료 8 중량부와, 미합중국 프토스사 제품, 상품명 visibead, 평균직경 600㎛의 유리구슬입자 25 중량부와 함께 혼합하여 도로용 융착형 도료를 제조하였다.

구체적인 성분에 따른 조성은 표 1에 나타난다.

(표 1)

실시예 6

실시예 1∼실시예 4의 상기 방법으로 제조된 탄성 충진제들은 표 2의 열가소성 수지들과 혼합하여 교반기와 가열장치가 장착된 반응기에 넣고 220℃에서 60분간 잘 교반하고 난 뒤에 과립형태로 냉각시켜서 과립형 탄성수지 조성물 100 중량부을 얻었고, 이것을 안료 8 중량부와 함께 혼합되어 미끄럼 방지 융착형 도료을 제조하였다. 구체적인 성분에 따른 조성은 표 2에 나타난다.

(표 2)

실시예 7

실시예 1∼실시예 4의 상기 방법으로 제조된 탄성 충진제들을 연화점 90℃의 블로운 아스팔트와 함께 표 3과 같이 혼합하여 교반기와 가열장치가 장착된 반응기에 넣고 220℃에서 60분간 잘 교반하면서 미끄럼방지 기능이 있는 아스팔트 표층으로 도로 현장에서 시공하였다. 구체적인 성분에 따른 조성은 표 3에 나타난다.

(표 3)

고무성분이 코팅된 충진제와 열가소성 수지들의 혼합물을 가열하면서 사출, 압출, 그리고 프레스 방법으로 성형하면 종래에 볼수 없었던 강도와 탄성을 동시에 만족시키는 새로운 플라스틱 성형물을 만들 수 있을 뿐만이 아니라 새로운 용도의 플라스틱 성형물도 발생되게 된다. 그리고 이것을 도로용 융착형 도료로서 적용하면 매우 저렴한 가격으로 고품질의 갈라지지 않는 고탄성 융착형 도료로 사용하게 된다. 그리고 고무성분이 그물구조로 얽혀있는 구조는 유리구슬입자를 효과적으로 분산시켜서 고효율의 재귀반사기능을 부여한다.

Claims

열가소성 합성수지로서 석유수지, LDPE, EVA, PE왁스, 아크릴수지, 우레탄수지, 알키드수지, 아스팔트 등과 그리고 열가소성 천연수지로서 송진, 아교 등으로 구성된 군으로부터 하나 또는 둘 이상 선택된 수지조성물에 첨가되어서 강도와 탄성을 동시에 부여하는 목적으로 제조되는 고무성분이 코팅된 충진제.
제 1항에 있어서, 상기의 고무성분은 합성고무로서 스틸렌-부

타디엔 고무 라텍스, 폴리크로르프렌, 변성폴리크로르프렌, 크로르술폰화폴리에틸렌, 그리고 천연고무 라텍스 인 것과 가교제로서는 황, 가황활성제로서 ZnO, 가황촉진제로서 zinc iso-propyl xanthate zinc dibutyl dithiocarbamate dibuthylamine으로 구성된 군으로부터 하나 또는 둘 이상 선택되어 코팅된 것을 특징으로 하는 충진제.
제 1항에 있어서, 상기 충진제의 재료는 탄산칼슘, 털크, 고령토, 석분, 제강슬러그, 골재, 모래와 같이 0.001mm∼10mm의 고형분의 입자 형태 인 것과 합성섬유, 합성펄프, 천연섬유, 천연펄프를 같이 0.1mm∼10mm의 섬유질로 구성된 군으로부터 하나 또는 둘이상 선택된 것을 특징으로 하는 충진제.
제 1항∼제3항에서 제조되는 고무성분이 코팅된 탄성 충진제를 수지조성물과 혼합하고 100℃∼300℃에서 가열과 마찰과정을 통하여 내부성상은 도2와 같이 섬유상 그물구조를 하고 외관의 성상은 과립입상을 가지는 과립형 탄성수지 조성물.
평균 입경이 5∼40㎛의 탄산칼슘 분말에 고무성분이 코팅된 충진제 30∼80 중량부, 평균 길이가 0.5∼5mm의 케브라 펄프에 고무성분이 코팅된 충진제 0.5∼10 중량부와 열가소성 수지를 재료로 하는 수지조성물 10∼50중량부, 평균 입경 40∼1200㎛의 유리구슬입자 10∼40 중량부, 그리고 안료 1∼30 중량부가 혼합되고 100℃∼300℃에서 가열과 마찰과정을 통하여 내부성상은 도2와 같은 구조를 하고 재귀반사 기능성을 갖는 도로 표식용 융착형 도료.
평균 입경이 5∼40㎛의 탄산칼슘 분말에 고무성분이 코팅된 탄성 충진제 10∼50중량부, 평균 입경이 0.5∼5mm의 골재 또는 제강 슬러그에 고무성분이 코팅된 탄성 충진제 10∼70 중량부와 열가소성 수지를 재료로 하는 열가소성 수지조성물 5∼50 중량부 그리고 안료 1∼30 중량부가 혼합되고 100℃∼300℃에서 가열과 마찰과정을 통하여 내부성상은 도2와 같은 구조를 하고 미끄럼방지 기능이 있는 융착형 도료.
평균 입경이 5∼100㎛의 분말에 고무성분이 코팅된 충진제 1∼30중량부, 평균 입경이 0.5∼5mm의 골재 또는 제강 슬러그에 고무성분이 코팅된 충진제 10∼80중량부, 아스팔트 30∼90중량부, 그리고 열가소성 수지를 재료로 하는 수지조성물 1∼30중량부가 혼합되고 50℃∼200℃에서 가열과 혼합과정을 통하여 내부성상은 도2와 같은 구조를 하고 미끄럼방지 기능이 있는 융착형 아스팔트 표층제.
제4항에 있어서 상기 과립형 탄성수지 조성물을 사출, 압출, 프레스 기계를 이용하여 제조하는 고탄성 플라스틱 성형물.