KR20020048633A

KR20020048633A - 경시변화가 적은 발포성 폴리스티렌 비드의 제조방법

Info

Publication number: KR20020048633A
Application number: KR1020000077845A
Authority: KR
Inventors: 정동춘; 고영; 장정호
Original assignee: 안복현; 제일모직주식회사
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2002-06-24

Abstract

본 발명은 발포성 폴리스티렌 비드 표면에 화학구조상 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질을 코팅하여 연속상의 얇은 쉘을 형성시킴으로써 상대적으로 소수성의 성질을 갖고 있는 저비점의 부탄, 펜탄과 같은 발포제의 휘발성을 억제하는 신규의 제조방법을 적용한 경시변화가 적으면서도 비드의 수축으로 인한 물성저하가 없는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

Description

경시변화가 적은 발포성 폴리스티렌 비드의 제조방법{Method of Preparing Polystyrene Beads for Foaming with Low Loss of Foaming Agent during Storage}

발명의 분야

본 발명은 발포제 경시변화가 적어 발포하여 사용할 때까지 보관기간이 상대적으로 긴 경시변화가 적은 발포성 폴리스티렌 비드의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 발포성 폴리스티렌 비드의 제조에 일반적으로 사용되는 저비점의 부탄, 펜탄 등과 같은 발포제가 폴리스티렌 비드 외부로 휘발되는 속도가 느리게 함으로써 비교적 장기 보관이 가능하여 원거리 수출에 유리한 발포제 경시변화가 적은 발포성 폴리스티렌 비드의 제조방법에 관한 것이다.

발명의 배경

통상적으로 발포성 폴리스티렌 비드는 제조된 후에 시간이 경과됨에 따라 비드 내부에 함침되어 존재하는 부탄, 펜탄 등과 같은 저비점 발포제가 비드 외부로 휘발되기 때문에 일정기간이 경과하면 발포성이 저하되어 요구하는 수준의 물성을 나타낼 수 없는 단점이 있으며 따라서 발포제 경시변화를 최소화하는 것이 상대적으로 수송 거리가 먼 지역에 공급하는 데 유리하다. 특히 기온이 높은 지역에서는 보관시에도 저온 창고에 보관하는 등 제조비용 외의 경비가 더 소요되기 때문에 경시변화를 줄이기 위해 기술개발이 활발히 진행되고 있는 상황이다.

발포제 경시변화가 적은 발포성 폴리스티렌 비드의 제조방법과 관련된 일본특개소61-163943호에서 제시하고 있는 발명의 내용은 경시변화성이 적은 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하기 위하여 톨루엔과 같은 고비점 유기용제와 디옥틸아디페이트와 같은 고비점 가소제, 부틸메타크릴레이트와 같은 중비점 가소제 등의 사용을 제시하고 있으나 이러한 물질의 사용은 유기용제로 인한 발포체가 수축되는 문제점이 발생한다.

따라서 본 발명자들은 발포성 폴리스티렌 비드 표면에 화학구조상 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질을 코팅하여 연속상의 얇은 쉘을 형성시킴으로써 상대적으로 소수성의 성질을 갖고 있는 저비점의 부탄, 펜탄과 같은 발포제의 휘발성을 억제하는 신규의 제조방법을 적용한 경시변화가 적으면서도 비드의 수축으로 인한 물성저하가 없는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조할 수 있는 방법을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 발포성 폴리스티렌 비드 표면에 화학구조상 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질을 코팅하여 연속상의 얇은 쉘을 형성시킴으로써 상대적으로 소수성의 성질을 갖고 있는 저비점의 부탄, 펜탄과 같은 발포제의 휘발을 억제하는 발포성 폴리스티렌 비드를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 발포성 폴리스티렌 비드 표면에 화학구조상 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 다수 포함한 물질을 코팅하여 연속상의 얇은 쉘을 형성시킴으로써 발포제의 휘발을 억제하여 경시변화가 적으면서도 비드의 수축으로 인한 물성저하가 없는 발포성 폴리스티렌 비드를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 발포제의 휘발을 억제하여 경시변화가 적으면서도 비드의 수축으로 인한 물성저하가 없는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 모두 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명은 발포성 폴리스티렌 비드 표면에 화학구조상 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질을 코팅하여 연속상의 얇은 쉘을 형성시킴으로써 상대적으로 소수성의 성질을 갖고 있는 저비점의 부탄, 펜탄과 같은 발포제의 휘발성을 억제하는 신규의 제조방법을 적용한 경시변화가 적으면서도 비드의 수축으로 인한 물성저하가 없는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이하 본발명의 내용을 하기에 상세히 기술하고자 한다.

본 발명은 폴리스티렌 비드에 발포제를 함침시켜 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하는 경우, 통상의 방법으로 개시제를 포함한 모노머를 수성매체 존재하에 중합시킨 후 발포제를 함침하고 탈수, 건조, 선별 등의 과정을 거쳐 얻어진 발포성 폴리스티렌 비드 표면에 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질을 코팅함으로써 경시변화가 적은 발포성 폴리스티렌 비드의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서 화학구조상 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질로는 글리세린 수용액; 글리세롤 모노 스테아레이트와 칼륨 스테아레이트와의 혼합용액; 및 글리세린, 글리세롤 모노 스테아레이트 및 칼륨 스테아레이트의 혼합용액이 모두 사용 가능하다. 또한 상기 물질의 투입량은 폴리스티렌 비드에 대해 0.01∼0.5 중량%가 바람직한데, 0.01 중량%보다 적으면 그 효과가 적으며, 0.5 중량%보다 많으면 상기 물질이 도포됨으로 인해 비드의 흐름성이 떨어짐으로 발포기에 이송할 때 트러블 발생의 요인이 됨으로 좋지 않다.

본 발명에서는 사용된 발포성 폴리스티렌 비드는 다음과 같이 통상의 방법으로 제조할 수 있다. 제조 일례를 들면, 내압 반응용기에 물을 넣고 분산제를 가한 다음 잘 교반하여 수성 현탁액을 만든다. 거기에 폴리스티렌 중합에 적합한 개시제를 포함한 스티렌 모노머를 가하고 교반을 계속하면서 일정온도로 승온하여 중합을 진행시킨다. 70%의 중합율이 되면 소정량의 휘발성 발포제를 압입한 후 반응용기 내부온도를 상승시켜 소정시간 함침시킨 후 반응용기 내부를 냉각시켜 휘발성 발포제가 함침된 발포성 폴리스티렌 비드를 제조한다. 그 다음 탈수기를 이용하여 물을탈수시키고 40℃ 이하에서 건조한 후 선별기로 선별하여 일정 범위의 크기와 분포를 가진 폴리스티렌 비드를 수득한다.

상기 분산제는 스티렌 모노머를 수중에 분산시킬 목적으로 쓰이는 것인데, 종래에 알려진 어떠한 것도 사용 가능하나 트리칼슘포스페이트, 질산나트륨, 도데실벤젠술포네이트, 및 마그네슘퍼설페이트를 조합하여 사용하는 것이 좋다.

발포성 폴리스티렌 비드의 발포배율은 폴리스티렌 비드에 함침되어 있는 휘발성 발포제의 량에 의해 정해진다.

본 발명에서는 발포성 폴리스티렌 비드를 하이드록시 관능기를 포함한 물질로써 코팅한다. 선별 공정까지 거친 폴리스티렌 비드를 교반기가 달린 혼합기내에 넣고 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질을 투입하여 교반함으로써 고르게 비드 표면에 도포시킨다. 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질로는 글리세린 수용액; 글리세롤 모노 스테아레이트와 칼륨 스테아레이트와의 혼합용액; 및 글리세린, 글리세롤 모노 스테아레이트 및 칼륨 스테아레이트의 혼합용액이 있다.

한 예로, 글리세롤 모노 스테아레이트와 칼리움 스테아레이트 혼합수용액을 제조하는 예는 다음과 같다. 가열할 수 있는 교반기가 달린 용기에 물을 넣고 여기에 고체상의 파우더 성상을 갖고 있는 글리세롤 모노 스테아레이트를 투입량을 물에 대해 20 %로 하여 넣은 후 유화제로서 칼륨 스테아레이트를 넣어 80℃까지 가열하여 2 시간 이상 교반하면 점성이 있는 액상의 물질이 얻어진다. 칼리움 스테아레이트 투입량은 글리세롤 모노 스테아레이트에 대해 0.5% 첨가한다.

상기 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질을 도포한 후에 글리세롤 모노 스테아레이트 수용액을 투입하여 교반함으로써 고르게 비드 표면에 다시 도포시킨다. 이 후에 필요에 따라 통상적으로 많이 쓰이는 물질로 코팅하여 물성을 조절할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하고자 한다 이들 실시예는 본 발명의 구체예를 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 실시예 및 본 특허출원에서 별도의 언급이 없는 한 "부"는 모두 중량을 기준으로 하며 전체 조성물을 100으로 했을 때의 값이다.

실시예

발포성 폴리스티렌 비드의 제조:

예비용해조 1에 폴리스티렌 모노머 10 kg을 넣고 110 rpm으로 교반하면서 발포립 셀 조절제인 폴리에틸렌왁스 50 g을 넣은 후 70℃로 승온하고 60 분 간 유지함으로써 투입한 왁스를 용해시킨 후 상온에 방치하여 냉각시킨다.

예비용해조 2에서 벤조일퍼옥사이드 157 g과 t-부틸퍼벤조에이트 100 g을 폴리스티렌 모노머 30 kg에 넣고 30 분에 걸쳐 용해시킨 후 예비용해조 1에서 만든 용액을 붓고 다시 30 분간 교반하여 모노머액을 제조한다.

별도로, 100 L 내압 반응조에 순수 40 kg을 넣고 분산제로 트리칼슘포스페이트 150 g, 질산나트륨 60 g, 도데실벤젠솔포네이트 15 g, 마그네슘퍼설페이트 8.0g을 가하여 현탁액을 제조한 후 예비용해조 2에서 만든 모노머액을 넣고 60 분간 110 rpm으로 교반시킨다. 그 후 반응기의 온도를 90℃로 승온, 유지시키면서 중합시킨다. 중합율이 70%에 이르면 반응조를 밀폐하고 3600 g의 펜탄을 1g/분의 속도로 90 분간 일정량씩 투입한다. 이때 반응기 온도를 펜탄 투입과 동시에 승온을 시작하여 70 분간에 110℃에 이르도록 한다. 110℃ 온도에서 5 시간 유지시켜 미반응된 폴리스티렌 모노머를 중합시켜 함량이 1000 ppm 이하까지 되도록 한다.

이때 투입된 발포제는 유리전이된 폴리폴리스티렌 비드내에 함침되어 발포성 폴리스티렌 수지 입자로 만들어지게 된다. 이후 45℃ 이하까지 냉각시킨 후 잔류 발포제를 벤트시킨다. 이때 반응조의 압력이 상압까지 떨어지면 배출하여 슬러리 상태로 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 수득할 수 있다. 수득된 중합물은 탈수를 통하여 물과 분리시킨 후 유동층 건조를 통하여 입자 표면의 물기를 0.3% 이하까지 제거시킨 다음 입자 크기별로 선별한다.

실시예 1

상기에서 제조한 비드중 입자 크기가 0.5∼1.2 mm인 중합물 1 kg을 혼합기에 넣고 먼저 액상의 글리세린 0.1 g을 넣고 10 분간 교반한 후 글리세롤 트리 스테아레이트 1 g을 첨가하여 30 분간 교반시켜서 발포성 폴리스티렌수지 입자를 최종적으로 완성한다. 이와 같이 얻어진 최종물의 발포제(펜탄) 함량을 가스 크로마토그라피를 이용하여 측정한 후 표 1에 기록하였다.

또한 입경 0.5∼1.2 mm로 선별된 최종물을 (주)대공에서 특수 제작한 시간발포기를 사용하여 시간발포성(통상 5분 발포성)을 측정하여 표 1에 기록하였다.

발포 및 성형물성의 측정을 위하여 (주)대공에서 특수 제작한 배치발포기(모델명: HLC-901)를 사용하여 60 배의 배율로 발포한 후 (주)대공에서 특수 제작한 성형기(모델명: DKM 90VS)를 사용하여 성형품 시편을 만들고 성형품 싸이즈를 표 1에 기록하였다.

이 실시예에서 수득한 비드 시료 2 kg을 폴리에틸렌 용기에 밀봉한 후 25℃ 항온실에 보관하며 1 주 단위로 1 개월 동안 그 이후에는 1 개월 단위로 총 3 개월간 발포제 함량을 측정하고 동일 시료로 시간발포성을 측정하여 표1에 기록하였다. 이 실시예에서 제조한 성형품 시편을 25℃ 항온실에 보관하며 성형품 시편의 싸이즈를 1 주 간격으로 1 개월간 측정하여 표 1에 기록하였다.

실시예 2

상기에서 제조한 비드중 입자 크기가 0.5∼1.2 mm인 중합물 1 kg을 혼합기에 넣고 먼저 글리세롤 모노 스테아레이트와 칼륨 스테아레이트 유화 혼합물 0.5 g을 넣고 10 분간 교반한 후 글리세롤 트리 스테아레이트 1 g을 첨가하여 30 분간 교반시킨다. 이하 실시예 1과 동일하게 진행하였다.

실시예 3

상기에서 제조한 비드중 입자 크기가 0.5∼1.2 mm인 중합물 1 kg을 혼합기에 넣고 먼저 글리세린 0.025 g과 글리세롤 모노 스테아레이트와 칼륨 스테아레이트유화 혼합물 0.125 g을 넣고 10 분간 교반한 후 글리세롤 트리 스테아레이트 1 g을 첨가하여 30 분간 교반시킨다. 이하 실시예 1과 동일하게 진행하였다.

실시예 4

상기에서 제조한 비드중 입자 크기가 0.5∼1.2 mm인 중합물 1 kg을 혼합기에 넣고 먼저 글리세린 0.05 g과 글리세롤 모노 스테아레이트와 칼리움 스테아레이트 유화 혼합물 0.25 g을 넣고 10 분간 교반한 후 글리세롤 트리 스테아레이트 1 g을 첨가하여 30 분간 교반시킨다. 이하 실시예 1과 동일하게 진행하였다.

비교실시예 1

상기에서 제조한 비드중 입자 크기가 0.5∼1.2 mm인 중합물 1 kg을 혼합기에 넣고 먼저 글리세린 0.2 g과 글리세롤 모노 스테아레이트와 칼리움 스테아레이트 유화 혼합물 1 g을 넣고 10 분간 교반한 후 글리세롤 트리 스테아레이트 1 g을 첨가하여 30 분간 교반시킨다. 이하 실시예 1과 동일하게 진행하였다.

비교실시예 2

상기에서 제조한 비드중 입자 크기가 0.5∼1.2 mm인 중합물 1 kg을 혼합기에 넣고 파우더 상의 글리세롤 모노 스테아레이트 0.2 g을 넣고 10 분간 교반한 후 글리세롤 트리 스테아레이트 1 g을 첨가하여 30 분간 교반시킨다. 이하 실시예 1과 동일하게 진행하였다.

항목	경시기간	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교실시예1	비교실시예2
발포제함량(%)	중합후	7.4	7.4	7.4	7.4	7.4	7.4
	1주일후	6.9	7.0	6.8	6.9	7.0	6.6
	2주일후	6.6	6.7	6.2	6.6	6.7	6.0
	3주일후	6.3	6.3	5.9	6.4	6.3	5.6
	1개월후	6.1	6.1	5.6	6.2	6.2	5.4
	2개월후	6.0	5.9	5.0	6.1	6.1	4.8
	3개월후	5.7	5.7	4.6	5.8	6.0	4.3
5분발포성	중합후	87	87	87	87	87	87
	1주일후	86	85	81	86	85	80
	2주일후	82	82	77	83	83	75
	3주일후	81	80	74	81	82	71
	1개월후	79	78	69	78	79	67
	2개월후	70	71	65	72	74	60
	3개월후	67	69	61	68	70	55
성형품싸이즈	중합후	900	900	900	900	900	900
	1주일후	898	898	899	899	898	899
	2주일후	897	896	897	898	896	897
	3주일후	896	895	895	896	895	895
비드흐름성	양호	양호	양호	양호	불량	우수

본 발명은 발포성 폴리스티렌 비드 표면에 화학구조상 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 다수 포함한 물질을 코팅하여 연속상의 얇은 쉘을 형성시킴으로써 상대적으로 소수성의 성질을 갖고 있는 저비점의 부탄, 펜탄과 같은 발포제의 휘발을 억제하고, 비드의 수축으로 인한 물성저하가 없는 발포성 폴리스티렌 비드를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims

발포성 폴리스티렌 비드 표면에 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질을 코팅하는 것을 특징으로 하는 발포제의 휘발성을 억제하여 경시변화가 적으면서 비드의 수축으로 인한 물성저하가 없는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질은 글리세린 수용액; 글리세롤 모노 스테아레이트와 칼륨 스테아레이트와의 혼합용액; 및 글리세린, 글리세롤 모노 스테아레이트 및 칼륨 스테아레이트의 혼합용액으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질은 폴리스티렌 비드에 대해 0.01∼0.5 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 전기음성도가 큰 하이드록시 관능기를 포함한 물질을 도포한 후에 글리세롤 모노 스테아레이트 수용액을 투입하여 교반함으로써 고르게 비드 표면에 다시 도포시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 비드를 제조하기 위한 방법.