KR20030093521A - 활성탄을 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축재나 포장재로 이용되는 발포 폴리스티렌의 원료인 폴리스티렌에 산화방지, 제습, 탈취 및 항균효과를 갖는 활성탄분말을 혼합하여 발포시킴으로써, 발포 폴리스티렌을 건축재로 이용할 시에는 건축물의 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 하며, 또한 활성탄분말로부터 발생되는 음이온과 원적외선이 거주자의 신체 내부로 깊숙하게 침투하여 부교감신경을 자극함으로써 인체의 혈액순환이 촉진되고 피로가 해소되도록 할 뿐만 아니라, 과일, 육류 등의 식품 포장재로 이용할 시에는 식품의 신선도를 유지시켜 저장기간을 연장할 수 있도록 한 것으로, 발포 폴리스티렌의 제조방법에 있어서, 예비용해조에 물 50∼70중량%, 폴리스티렌 20∼30중량% 및 활성탄분말 10∼20중량%를 투입하고 교반하는 원료배합단계(S1)와: 배합된 원료 80∼90중량%에 발포제 10∼20중량%를 투입하고 가압식 발포기를 이용하여 0.3∼0.4㎏/㎥의 스팀압력과 90∼110℃의 온도로 5∼8시간 발포하는 발포단계(S2)와: 발포된 발포립을 20∼40℃의 온도에서 8∼12시간 저장하는 숙성단계(S3)와: 숙성된 발포립에 5~7㎏/㎥의 증기압을 가하여 일정 형태로 성형하는 성형단계(S4)와: 성형된 발포체를 2∼4시간 자연건조하는 건조단계(S5)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성탄을 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법이다.

Description

활성탄을 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법{The manufacturing method of polystyrene foam using activated carbon}

본 발명은 활성탄을 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발포 폴리스티렌의 원료인 폴리스티렌에 산화방지, 제습, 탈취 및 항균효과를 갖는 활성탄분말을 혼합하여 발포시킴으로써, 발포 폴리스티렌을 건축재로 이용할 시에는 건축물의 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 하고, 전자파를 차단하며, 살충작용을 할 뿐만 아니라, 과일, 육류 등의 식품 포장재로 이용할 시에는 식품의 신선도를 유지시켜 저장기간을 연장할 수 있도록 한 활성탄을 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법이다.

일반적으로 발포 폴리스티렌은 단열재, 완충재, 돗자리, 깔개 등으로 널리 사용되고 있으며, 또한 목재대용으로 사용되는 저발포폼으로부터 기계, 전자제품 등의 포장용 완충제로 사용되는 고발포폼에 이르기까지 그 사용범위가 대단히 넓다.

이와 같은 발포 폴리스티렌은 통상적으로 스티로폼이라고 불리는 것으로, 폴리스티렌에 부탄, 펜탄, 헥산 등의 발포제를 배합하여 가열 발포시켜 제조하며, 이러한 스티로폼은 단열 및 완충 성능이 높아 건축재나 포장재 등으로 사용되고 있으나, 내외의 온도차에 의해 발생되는 습기나 해충 등을 용이하게 제거할 수 없는 등의 문제점이 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 선출원된 국내 공개특허공보 제 2001-109904호의 '숯 성분이 포함된 스티로폴'은, 발포 스티로폴에 숯 가루를 넣어 압축함으로써 완충 및 단열 성능과 함께 숯의 효능을 이용하여 습기제거 및 전자파차단 효과를 갖도록 하였으나, 발포 스티로폴 입자와 숯가루가 균일하게 혼합되지 않을 뿐만 아니라 생산성이 저하되어 실용화하기에는 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같이 습기나 해충 등을 용이하게 제거할 수 없었던 종래의 발포 폴리스티렌이 지닌 제반 문제점을 해결하기 위하여, 발포 폴리스티렌의 원료인 폴리스티렌에 발포제와 함께, 우수한 산화방지, 제습, 탈취 및 항균효과를 갖는 활성탄분말을 투입하고 발포시킴으로써, 발포 폴리스티렌을 건축재로 이용할 시에는 건축물의 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있을 뿐만 아니라, 과일, 육류 등의 식품 포장재로 이용할 시에는 활성탄분말로부터 방출되는 음이온 및 원적외선으로 인해 식품의 신선도를 유지시켜 저장기간을 연장할 수 있도록 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 활성탄을 이용한 발포 폴리스티렌의 제조공정도.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 활성탄을 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법은 예비용해조에 물 50∼70중량%, 폴리스티렌 20∼30중량% 및 활성탄분말 10∼20중량%를 투입하고 교반하는 원료배합단계(S1)와: 배합된 원료 80∼90중량%에 발포제 10∼20중량%를 투입하고 가압식 발포기를 이용하여 0.3∼0.4㎏/㎥의 스팀압력과 90∼110℃의 온도로 5∼8시간 발포하는 발포단계(S2)와: 발포된 발포립을 20∼40℃의 온도에서 8∼12시간 저장하는 숙성단계(S3)와: 숙성된 발포립에 5~7㎏/㎥의 증기압을 가하여 일정 형태로 성형하는 성형단계(S4)와: 성형된 발포체를 2∼4시간 자연건조하는 건조단계(S5)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 활성탄을 이용한 발포 폴리스티렌의 제조공정도로서, 원료배합단계(S1), 예비발포단계(S2), 숙성단계(S3), 성형단계(S4) 및 건조단계(S5)로 이루어진다.

원료배합단계(S1)는 폴리스티렌의 현탁액을 만들기 위해 물, 폴리스티렌 및 활성탄을 일정비율로 혼합하는 단계로서, 폴리스티렌의 배합비가 20중량% 미만이면 생산성이 저하되고, 30중량%를 초과하면 충분한 발포가 어려우며, 활성탄분말이 10중량% 미만이면 활성탄분말의 효과가 충분히 나타나지 않고 20중량%를 초과하면 발포체로서의 물성이 저하되므로, 물 50∼70중량%에 폴리스티렌 20∼30중량% 및 활성탄분말 10∼20중량%를 투입하는 것이 바람직하다.

상기 폴리스티렌은 널리 사용되는 플라스틱으로 무색투명한 열가소성 물질로서, 100℃ 이상에서는 부드러워지고 185℃ 정도가 되면 점성의 액체가 되고, 산, 알칼리, 기름, 알콜 등에 강한 성질을 가지고 있어 발포체로서 많이 이용된다.

활성탄분말은 역청탄(bituminous coal)을 미분쇄하고 850∼1150℃의 온도범위에서 불연소화합방식인 수증기부활법으로 활성화시켜 제조하는 것으로, 흡착에 관여하는 세공이 미세공으로 형성되며 외표면적이 약 0.01㎡/g으로 요오드흡착력이 900∼950mg/g에 이르고, 또한 계속적으로 산화 및 환원반응을 함으로써 우수한 통풍, 제습, 탈취 및 항균효과를 갖는다.

상기 활성탄분말의 입도는 생산성 및 경제성을 고려할 때 250∼350mesh가 바람직하나 이를 반드시 제한하는 것은 아니다.

배합된 원료에 발포제를 투입하고 가압식 발포기를 이용하여 발포하는 발포단계(S2)는, 발포제가 폴리스티렌 수지입자에 접착하여 폴리스티렌 수지입자 내부로 침투되게 하기 위한 것으로, 발포 온도를 폴리스티렌의 연화점보다는 높고 용융점보다 낮게 하여야 하므로 90∼110℃의 온도에서 발포시키며, 발포 압력은 온도에 따라 달라지나 0.3∼0.4㎏/㎥의 스팀압력으로 5∼8시간 발포시킨다.

발포온도가 90℃미만이면 발포가 이루어지지 않고 110℃를 초과하면 폴리스티렌이 용융되기 시작하며, 발포압력은 0.3㎏/㎥ 미만이면 발포립의 입자가 커져 조밀한 발포체를 구성하기 어렵고, 0.3㎏/㎥를 초과하면 충분한 발포가 이루어지지 않는 문제점이 발생된다.

발포제의 배합비율이 10중량% 미만이면 발포가 어렵고, 20중량%를 초과하면과잉되어 경제성이 저하되므로, 원료 80∼90중량%에 발포제 10∼20중량%를 투입하는 것이 바람직하다.

상기 발포제로는 수지입자의 내부에서 기화되어 기포로 형성될 수 있는 물질은 모두 사용가능한 것으로, 특히 트리클로로플루오르메탄(CFC-11), 디클로로디플루오르메탄(CFC-12), 프로판, 부탄, 펜탄 또는 이산화탄소 등이 효과적이나, CFC 물질은 오존층을 파괴하는 물질로 알려져 있어 사용이 규제되고 있으며, 프로판은 증기압이 높아 공정상에 문제점이 있고, 펜탄은 고가이므로 경제성이 저하되며, 화재 및 폭발의 위험성이 없는 이산화탄소는 작업압력이 높아지므로 부탄을 사용하는 것이 가장 바람직하다.

발포된 발포립을 8∼12시간 저장하는 숙성단계(S3)는 예비 발포된 발포립이 무르고 수분이 포함되어 있으므로 싸이로에서 일정시간 동안 건조숙성시킴으로써 발포립을 경화 및 건조시키는 단계로, 건조를 위하여 20∼40℃의 온도를 유지시키며, 숙성온도가 20℃ 미만이면 냉각을 위하여 냉각공정을 거쳐야 하므로 경제성이 좋지 못하고 40℃를 초과하면 발포반응이 계속적으로 일어나게 된다.

숙성된 발포립을 일정 형태로 성형하는 성형단계(S4)는 일정 규격의 성형기에 숙성된 발포립을 투입하고 증기압을 가함으로써 입자들이 서로 엉겨붙게 되는 것으로, 상기 증기압이 5㎏/㎥ 미만이면 발포립간의 충분한 융착이 일어나지 않으며, 7㎏/㎥를 초과하면 발포립이 손상될 우려가 있으므로 5~7㎏/㎥의 증기압을 가한다.

성형된 발포체를 2∼4시간 자연건조하는 건조단계(S5)는 발포 폴리스티렌이물을 흡수하면 길이의 변형이 일어나므로 출하되기 전에 완전건조시키기 위한 단계로, 건조방법 및 시간에 제한을 두는 것은 아니나, 생산성 및 효율성을 고려할 때 2∼4시간 자연건조하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 방법으로 제조된 발포 폴리스티렌은 부피의 약 98%가 공기인 미세한 독립기포 구조로 되어 있어 열전도율이 극히 낮기 때문에 열기나 냉기의 침입에 매우 우수한 차단 효과를 갖을 뿐만 아니라, 활성탄분말로 인한 제습, 탈취, 항균, 음이온 방사 및 원적외선 방사효과로 인하여 살충효과를 갖음과 동시에, 식품 신선도를 장기간 유지시키는 등의 효과를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 실시예로서, 활성탄을 제조할 시에 은(Ag) 처리하여 가공하면, 은 이온에 의한 항균작용이 활성탄분말에 의한 항균작용 및 살균효과와 상승작용을 함으로써 더욱 우수한 효과를 가질 수 있는 것이다.

상기 은 처리의 방법으로는, 은을 분자분해하여 활성탄 내부(기공)에 균일하게 도포하는 방법이 바람직하나 반드시 이를 제한하는 것은 아니다.

이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며, 폴리스티렌 뿐만 아니라 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐 등의 플라스틱에 활성탄분말을 혼합하여 발포시킬 수 있는 것으로, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이 본 발명의 활성탄을 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법에 의하면, 발포 폴리스티렌의 원료인 폴리스티렌에 우수한 산화방지, 제습, 탈취 및 항균효과를 갖는 활성탄분말을 투입하고 발포시킴으로써, 발포 폴리스티렌을 건축재로 이용할 시에는 건축물의 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 하며, 또한 활성탄으로부터 발생되는 음이온과 원적외선이 거주자의 신체 내부로 깊숙하게 침투하여 부교감신경을 자극함으로써 인체의 혈액순환이 촉진되고 피로가 해소되도록 함과 동시에, 전자파를 차단하며 살충작용을 할 뿐만 아니라, 과일, 육류 등의 식품 포장재로 이용할 시에는 식품의 신선도를 유지시켜 저장기간을 연장할 수 있도록 하는 등의 유용한 효과를 제공한다.

Claims (1)

1. 발포 폴리스티렌의 제조방법에 있어서,

   예비용해조에 물 50∼70중량%, 폴리스티렌 20∼30중량% 및 활성탄분말 10∼20중량%를 투입하고 교반하는 원료배합단계(S1)와: 배합된 원료 80∼90중량%에 발포제 10∼20중량%를 투입하고 가압식 발포기를 이용하여 0.3∼0.4㎏/㎥의 스팀압력과 90∼110℃의 온도로 5∼8시간 발포하는 발포단계(S2)와: 발포된 발포립을 20∼40℃의 온도에서 8∼12시간 저장하는 숙성단계(S3)와: 숙성된 발포립에 5~7㎏/㎥의 증기압을 가하여 일정 형태로 성형하는 성형단계(S4)와: 성형된 발포체를 2∼4시간 자연건조하는 건조단계(S5)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 활성탄을 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법.