KR20040084155A - 폐기물을 이용한 전자파 차폐 및 난연 복합 기능성 성형체조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

폐기물을 이용한 전자파 차폐 및 난연 복합 기능성 성형체조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유·무기 폐기물을 이용하여 전자파 차폐특성과 난연성을 모두 갖는 복합기능성 성형체 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 성형체 조성물은 폐플라스틱 32.5 내지 40 중량%, 200메쉬 이하의 입도를 가지면서 1,000 내지 4500가우스의 마그네틱 세퍼레이터를 통해 분리된 함철성분의 전기로 제강 슬래그 10 내지 15 중량%, 무기계 난연제 12.5 내지 17.5 중량%, 아스펙트 비 10 내지 100으로 플레이크 가공된 폐구리 전선 10내지 20%, 분말 형태의 금속 및 카본, 흑연이 주성분인 폐카본브러쉬 5 내지 15 중량%, 실란계 커플링에이전트로 표면처리된 2 내지 5mm의 유리섬유 5 내지 7.5 중량% 를 포함하고, 상기와 같이 조성되는 원료를 혼합하고, 이 혼합물을 150 내지 290℃로 유지된 압출기를 통해 용융 압출하여 펠렛을 가공하고 가공된 펠렛을 200 내지 300℃의 금형 내에 장입하고 열압착 성형하거나 혼합된 원료를 압출공정을 생략하고 바로 210 내지 305℃의 금형 내에 장입하여 열압착 성형함으로써 이루어지는 전자파 차폐 및 난연 복합 기능성 성형체의 제조방법에 관한 것을 요지로 한다.

Description

폐기물을 이용한 전자파 차폐 및 난연 복합 기능성 성형체 조성물 및 그 제조방법 {Electromagnetic Interference(EMI) Shielding/Flame Retardant Hybrid Functional Composites Using Recycled Materials and Manufacturing Process thereof}
본 발명은 폐기물을 이용한 전자파 차폐 및 난연 복합 기능성 성형체 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로 고속철도, 지하철, 선박과 같은 수송수단에 사용되는 케이블 덕트 또는 전력선 및 통신선이 혼재되어 있는 지하공동구의 차폐용 격벽에 사용 가능한 전자파차폐 특성과 난연성을 모두 갖는 복합기능성 성형체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
한국공개특허 1999-0035236의 경우 난연제 및 열가소성 수지를 혼합한 박막사이에 전도성 금속 박막 또는 전도성 고분자 박막이나 전도성 고분자와 탄소분말 및 난연성 수지를 혼합한 박막 및 자성물질과 수지를 혼합한 박막을 선택적으로 적층 융착하여 제조한 것으로 되어 있는데 광대역 주파수의 전자파 차폐 또는 흡수 성능은 우수하나 여러 장의 시트를 적층시키는 공정이기 때문에 공정이 복잡하다는 단점이 있다.
일본공개특허 2002-371178의 경우 폴리카보네이트 수지와 고무질 중합체에 난연제로써 인계 난연제를 혼합하고 전기전도성 충진제로써 카본섬유 및 스테인레스 섬유를 배합하여 도전성을 갖는 난연성 수지 조성물 및 성형품에 관한 것인데 카본섬유 및 스테인레스 섬유는 고가이기 때문에 원가상승의 원인이 된다.
일본공개특허 2001-28494는 UL94 난연성 기준으로 V-0 레벨의 난연성을 갖고 온도변화에 대한 치수 안정성이 우수하며 통상의 사용 온도 범위 내에서는 온도의 상승에 의한 흡수 피크 주파수의 시프트가 일어나지 않는 전자파 흡수체의 제조방법에 관한 것인데 염소화 폴리에틸렌 고무를 매트릭스로 하고 연자성 금속의 분말과 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘을 혼합하여 난연성 전자파 흡수체를 제조하였으나 염소화 폴리에틸렌과 같이 할로겐족을 포함하는 수지를 베이스로 제조한 성형체의 경우 연소시 다이옥신과 같은 유해물질을 배출하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 산업폐기물을 원료로 사용함으로써 제조 원가를 절감시키며 비할로겐계 무기 난연제를 사용하여 환경 친화적이고 공정을 단순화 한 전자파 차폐 및 난연 복합 기능성 성형체 조성물 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자파 차폐 및 난연 복합기능성 성형체 조성물은 폐플라스틱 32.5 내지 40 중량%, 200메쉬 이하의 입도를 가지면서 4500가우스의 마그네틱 세퍼레이터를 통해 분리된 함철성분의 전기로 제강 슬래그 10 내지 15 중량%, 무기계 난연제 12.5 내지 17.5 중량%, 아스펙트 비 10 내지 100으로 플레이크 가공된 폐구리 전선 10내지 20%, 분말 형태의 금속 및 카본, 흑연이 주성분인 폐카본브러쉬 5 내지 15 중량%, 실란계 커플링에이전트로 표면처리된 2 내지 5mm의 유리섬유 5 내지 7.5 중량%, 첨가제 0.5 내지 2 중량%를 포함하여 구성된다.
본 발명의 전자파 차폐 및 난연 복합기능성 성형체 조성물 제조방법은, 폐전선을 박리 가공한 후 금속선을 압연시키고 일정한 크기로 절단하여 플레이크 형태로 가공하는 전도성 충진제 제조단계, 전기로 제강 슬래그를 전도성 및 난연성 충진제로 사용하기 위해 분말 상으로 분쇄하고 200메쉬 이하의 입도를 갖는 전기로 제강 슬래그를 분리해내는 전기로 제강 슬래그의 분쇄 및 분급 단계, 전기로 제강 슬래그 중에서 함철성분이 높은 부분을 분리해내기 위해 1,000 내지 4,500가우스의 마그네틱 세퍼레이터를 이용해 함철 성분과 비철성분을 분리해내는 함철성분 분리 단계, 상기 폐구리전선 플레이크, 분쇄 및 분급공정과 함철성분의 분리공정을 마친 전기로 제강 슬래그와 폐플라스틱, 분말상의 폐카본 브러쉬를 포함하여 건조 혼합된 혼합물을 용융 압출하여 펠렛 형태를 가공하고 상기 펠렛을 열압착 성형기를 이용해 성형체를 제조하는 성형단계를 포함함으로써 달성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 폐기물을 이용한 전자파 차폐 및 난연 복합 기능성 성형체 조성물의 혼합 성형된 형태를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 폐기물을 이용한 전자파 차폐 및 난연 복합 기능성 성형체 조성물의 제조 공정도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 폐기물을 이용한 전자파 차폐 및 난연 복합기능성 성형체 조성물 및 그 제조방법을 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 폐기물을 이용한 전자파 차폐 및 난연 복합 기능성 성형체 조성물의 혼합 성형된 형태를 나타낸 도이다.
본 발명에 따른 폐기물을 이용한 전자파 차폐 및 난연 복합기능성 성형체 조성물은 폐플라스틱 32.5 내지 40 중량%, 200메쉬 이하의 입도를 가지면서 1,000 내지 4,500가우스의 마그네틱 세퍼레이터를 통해 분리된 함철성분의 전기로 제강 슬래그 10 내지 15 중량%, 무기계 난연제 12.5 내지 17.5 중량%, 아스펙트 비 10 내지 100으로 플레이크 가공된 폐구리 전선 10내지 20%, 분말 형태의 금속 및 카본, 흑연이 주성분인 폐카본브러쉬 5 내지 15 중량%, 실란계 커플링에이전트로 표면처리된 2 내지 5mm의 유리섬유 5 내지 7.5 중량%, 첨가제 0.5 내지 2 중량%를 포함하여 구성된다.
상기 폐플라스틱은 가정 및 산업 용도로 사용되고 폐기된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, ABS수지, 나이론, 폴리카보네이트 등과 상기 폐플라스틱이 혼합된 폐열가소성수지를 이용한다. 두가지 이상의 폐플라스틱이 혼합되어진 경우에는 상이 다른 두 고분자의 상분리에 의한 기계적 강도의 저하를 개선하기 위해 상용화제로서 혼합된 폐플라스틱과 비슷한 구조와 용융 특성을 갖는 블록 및 그라프트 공중합체를 사용할 수 있다.
상기 전기로 제강 슬래그는 난연성을 가진 무기물로서 사용되었으며 함철성분을 갖는 전기로 제강 슬래그만 분리하여 사용한 것은 난연성 및 전자파 차폐의 동시 상승효과를 위함이다.
상기 플레이크 가공된 폐구리전선은 전자파 차폐 효과를 위한 전기전도성 충진제로 사용된 것이며 구리 전선 외에 포일(Foil)상의 구리나 알루미늄 조각이 사용될 수도 있다.
상기 폐카본브러쉬 분말은 플레이크 가공된 폐구리전선과 함께 전자파 차폐 효과를 위한 전기전도성 충진제로 사용된 것이며 카본브러쉬 제조 공정에서 폐기된 분말상의 물질로 카본, 흑연과 은이나 동을 포함한 각종 금속분으로 구성되어 있어 전기전도성이 매우 높은 물질이다. 자기파의 차폐를 위하여 훼라이트(Ferrite)생산공정에서 배출되는 훼라이트(Ferrite) 공정폐기물을 첨가할 수도 있다.
상기 무기계 난연제는 사용되는 폐플라스틱의 열적 특성에 따라 수산화 알루미늄, 수산화마그네슘, 칼슘카보네이트, 탈크 등이 사용되며 전기로 제강 슬래그 분말과의 복합화로 인해 난연 및 억연효과가 상승된다. 경우에 따라서는 인계 또는 멜라민계 난연제가 첨가될 수 있다.
상기 유리 단섬유는 실란계 커플링에이전트로 표면처리 된 것으로서 신재 또는 공정스크랩이 사용된다. 본 발명과 같이 전자파 차폐 효과 등을 위하여 각종 금속계 충진제가 다량 첨가되는 성형체의 경우 실란계나 지르코네이트계의 커플링에이전트를 따로 사용하는데 본 발명에서는 성형체 조성물의 강도특성을 향상시키고 동시에 폐플라스틱과 금속계 충진제 간의 결합성 향상을 위하여 커플링에이전트로 표면처리 되어진 유리섬유를 사용하였다.
상기 조성물은 상기 성분 외에 산화방지제, 자외선 차단제, 가공조제, 가교제 등의 첨가물을 함유할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 폐기물을 이용한 전자파 차폐 및 난연 복합기능성 성형체 조성물의 제조공정도이다.
폐전선을 박리 가공한 후 금속선을 압연시키고 일정한 크기로 절단하여 플레이크 형태로 가공하는 전도성 충진제 제조공정, 전기로 제강 슬래그를 전도성 및 난연성 충진제로 사용하기 위해 분말상으로 분쇄하고 200메쉬 이하의 입도를 갖는 전기로 제강 슬래그를 분리해내는 전기로 제강 슬래그의 분쇄 및 분급 공정, 전기로 제강 슬래그 중에서 함철성분이 높은 부분을 분리해내기 위해 4,500가우스의 마그네틱 세퍼레이터를 이용해 함철 성분과 비철성분을 분리해내는 함철성분 분리 공정, 상기 폐구리전선 플레이크, 분쇄 및 분급공정과 함철성분의 분리공정을 마친 전기로 제강 슬래그와 폐플라스틱, 분말상의 폐카본 브러쉬, 커플링 에이전트로 표면처리된 유리섬유를 포함하여 건조 혼합된 혼합물을 용융 압출하여 펠렛 형태를 가공하고 상기 펠렛을 열압착 성형기를 이용해 성형체를 제조하는 성형공정을 포함함으로써 달성될 수 있다.
상기 전도성 충진 제조공정은 피복을 박리시킨 1밀리미터 이하의 직경을 갖는 폐구리선을 롤러를 이용해 압연하고 커팅장치를 이용해 1내지 5밀리미터의 크기로 절단하는 것과 폐구리나 폐알루미늄 포일(Foil)의 경우 펀치를 이용해 전도성 충진제를 아스펙트비 10 내지 100으로 가공함으로써 제조된다.
상기 전기로 제강 슬래그의 분쇄 및 분급공정은 제강회사의 전기로에서 배출되어 충분히 에이징 처리된 전기로 제강슬래그를 건조 후 진동로드밀이나 진동볼밀을 이용하여 분쇄하고 진동채를 이용하여 200메쉬 표준망을 통과한 전기로 제강슬래그를 본 발명의 성형체 제조에 사용한다.
상기 함철성분 분리 공정은 분쇄 및 분급단계를 마친 전기로 제강 슬래그 분말 중에서 철 함량이 높은 제강 슬래그를 분리해 내기 위한 공정으로서 전자파 차폐 효과를 상승시키고 플라스틱의 연소시 안정한 차아(Char)를 형성시키는 철 성분의 효과를 이용하기 위함이다.
상기 성형공정은 상기 열거한 각종 폐플라스틱의 단독 성분 혹은 혼합물과 분쇄 및 분급, 분리공정을 통해 가공된 전기로 제강 슬래그와 폐구리 전선이나 구리 또는 알루미늄 포일을 가공한 플레이크 상의 금속성분, 금속분과 카본, 흑연이 주성분인 폐카본브러쉬 분말, 실란계 커플링에이전트로 표면처리 되어진 유리섬유, 각종 첨가제를 정확히 계량하여 믹서를 통해 혼합하고, 상기 혼합물을 압출기를 이용하여 메트릭스 수지의 용융온도로 압출한 후 펠렛 가공을 한다. 가공된 펠렛은 재건조 후 메트릭스 수지의 특성에 따라 사출성형하거나, 압출 또는 열압착 성형을 한다.
이하 본 발명을 실시예를 들어 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 예시일 뿐, 본 발명이 아래 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1-1]
폐폴리에틸렌 및 폐폴리프로필렌, 상용화제(30:60:10 비율)의 블렌드 31.5 중량%, 전기로 제강 슬래그 20 중량%, 수산화마그네슘 15 중량%, 가공된 구리 플레이크 20 중량%, 폐카본브러쉬 5 중량%, 커플링에이전트로 표면처리된 유리섬유 7.5 중량%, 첨가제 1 중량%을 건조 후 믹서에 넣고 혼합시킨다. 상기 혼합물을 가공에 알맞은 180 내지 210℃ 온도로 구간별 셋팅된 압출기에서 60rpm의 속도로 압출하고 펠렛 가공 후 이를 210℃의 금형 내에 장입하여 200kgf/cm2의 압력으로 열압착 성형하였다.
[실시예 1-2]
실시예 1-1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 전기로 제강 슬래그 15 중량%, 수산화마그네슘 20 중량%이며 다른 원료의 조성은 실시예 1-1과 같다.
[실시예 1-3]
실시예 1-1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 전기로 제강 슬래그 10 중량%, 수산화마그네슘 25 중량%이며 다른 원료의 조성은 실시예 1-1과 같다.
[실시예 2-1]
실시예 1-1과 같은 방법으로 성형하며, 폐폴리에틸렌 및 폐폴리프로필렌, 상용화제 31.5 중량%, 전기로 제강 슬래그 20 중량%, 수산화마그네슘 15 중량%, 가공된 구리 플레이크 15 중량%, 폐카본브러쉬 10 중량%, 커플링에이전트로 표면처리된 유리섬유 7.5 중량%, 첨가제 1 중량%의 조성물로 성형체를 제조하였다.
[실시예 2-2]
실시예 1-1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 전기로 제강 슬래그 15중량%, 수산화마그네슘 20 중량%이며 다른 원료의 조성은 실시예 2-1과 같다.
[실시예 2-3]
실시예 1-1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 전기로 제강 슬래그 10 중량%, 수산화마그네슘 25 중량%이며 다른 원료의 조성은 실시예 2-1과 같다.
[실시예 3-1]
실시예 1-1과 같은 방법으로 성형하며, 폐폴리에틸렌 및 폐폴리프로필렌, 상용화제 31.5 중량%, 전기로 제강 슬래그 20 중량%, 수산화마그네슘 15 중량%, 가공된 구리 플레이크 10 중량%, 폐카본브러쉬 15 중량%, 커플링에이전트로 표면처리된 유리섬유 7.5 중량%, 첨가제 1 중량%의 조성물로 성형체를 제조하였다.
[실시예 3-2]
실시예 1-1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 전기로 제강 슬래그 15 중량%, 수산화마그네슘 20 중량%이며 다른 원료의 조성은 실시예 3-1과 같다.
[실시예 3-3]
실시예 1-1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 전기로 제강 슬래그 10 중량%, 수산화마그네슘 25 중량%이며 다른 원료의 조성은 실시예 3-1과 같다.
[실시예 4-1]
실시예 1-1과 같은 방법으로 성형하며, 폐폴리에틸렌 및 폐폴리프로필렌, 상용화제 31.5 중량%, 전기로 제강 슬래그 20 중량%, 수산화마그네슘 15 중량%, 가공된 구리 플레이크 5 중량%, 폐카본브러쉬 20 중량%, 커플링에이전트로 표면처리된 유리섬유 7.5 중량%, 첨가제 1 중량%의 조성물로 성형체를 제조하였다.
[실시예 4-2]
실시예 1-1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 전기로 제강 슬래그 15 중량%, 수산화마그네슘 20 중량%이며 다른 원료의 조성은 실시예 4-1과 같다.
[실시예 4-3]
실시예 1-1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 전기로 제강 슬래그 10 중량%, 수산화마그네슘 25 중량%이며 다른 원료의 조성은 실시예 4-1과 같다.
상기 실시예 1-1 내지 4-3에 의해 제조된 복합성형체 조성물을 전자파 차폐시험(ASTM D4935-99)방법과 플라스틱의 수직연소시험(UL94V)법에 의거하여 시험한 결과를 표 1에 나타내었다.
전자파 차폐 효과(EMI Shielding Effectiveness) 수직연소시험(UL94 Vertical Test)
실시예 1-1 39.4 dB UL94V-2
실시예 1-2 39.1 dB UL94V-1
실시예 1-3 38.2 dB UL94V-1
실시예 2-1 42.9 dB UL94V-2
실시예 2-2 42.4 dB UL94V-1
실시예 2-3 40.5 dB UL94V-1
실시예 3-1 42.1 dB UL94V-1
실시예 3-2 41.6 dB UL94V-1
실시예 3-3 39.6 dB UL94V-0
실시예 4-1 37.8 dB UL94V-1
실시예 4-2 36.7 dB UL94V-0
실시예 4-3 35.3 dB UL94V-0
상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 폐구리 플레이크 15 중량% 와 폐카본브러쉬 10 중량%가 혼합된 성형체(실시예 2-1, 2-2, 2-3)의 전자파 차폐효과가 가장 우수하였으며 전기로 제강 슬래그의 주성분이 함철성분이기 때문에 전기로 제강 슬래그 분말의 함량이 적어지면 전자파 차폐효과도 감소하였다. 폐카본브러쉬가 폐구리 플레이크에 비해 비중이 낮아 체적 충진비가 높기 때문에 폐카본브러쉬의 함량이 높아질수록 난연성이 증가하였으며 수산화마그네슘의 함량이 증가할수록 난연성이 증가함을 보이고 있다. 전자파 차폐효과와 난연성을 모두 고려할 때 전기로 제강 슬래그 분말 15 중량%, 수산화마그네슘 20 중량%의 배합비가 최적임을 알 수 있었다.
본 발명은 가정 및 산업폐기물인 폐플라스틱, 폐전선 또는 폐금속 포일(Foil), 폐카본브러쉬, 전기로 제강슬래그 등을 원료로 제조된 전자파 차폐 및 난연 복합기능성 성형체 조성물로서, 본 발명의 방법에 의한 상기 조성물은 제 4의 공해로 부각된 유해 전자파를 유효하게 차폐하고, 대부분의 전자파 차폐급 플라스틱 성형체의 연소에 대한 취약성을 해결함에 있어 원료의 80 중량% 이상을 폐기물을 이용하여 환경친화적이면서도 원가절감에 유리한 조성물이라 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 폐플라스틱 32.5 내지 40 중량%, 전기로 제강 슬래그 10 내지 15 중량% 및 무기계 난연제 12.5 중량% 내지 플레이크 가공된 폐구리전선 10 내지 20 중량%, 폐카본브러쉬 분말 5 내지 15 중량%, 실란계 커플링 에이전트로 표면처리된 2 내지 5mm의 유리섬유를 포함하는 전자파 차폐 및 난연 복합기능성 성형체 조성물.
  2. 폐전선을 박리 가공한 후 금속선을 압연시키고 일정한 크기로 절단하여 플레이크 형태로 가공하는 전도성 충진제 제조공정; 전기로 제강 슬래그를 전도성 및 난연성 충진제로 사용하기 위해 분말 상으로 분쇄하고 200메쉬 이하의 입도를 갖는 전기로 제강 슬래그를 분리해내는 전기로 제강 슬래그의 분쇄 및 분급 공정; 전기로 제강 슬래그 중에서 함철성분이 높은 부분을 분리해내기 위해 1,000 내지 4,500가우스의 마그네틱 세퍼레이터를 이용해 함철 성분과 비철성분을 분리해내는 함철성분 분리 공정; 상기 폐구리전선 플레이크, 분쇄 및 분급공정과 함철성분의 분리공정을 마친 전기로 제강 슬래그와 폐플라스틱, 분말상의 폐카본 브러쉬, 커플링 에이전트로 표면처리된 유리섬유를 포함하여 건조 혼합된 혼합물을 용융 압출하여 펠렛 형태를 가공하고 상기 펠렛을 열압착 성형기를 이용해 성형체를 제조하는 성형공정;을 포함하는 전자파 차폐 및 난연 복합기능성 성형체 조성물 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 구리나 은 등의 금속분말과 흑연이나 탄소 등을 임의의 비율로 혼합하여 만들어진 카본브러쉬 제조과정에서 발생되는 분말상의 폐카본브러쉬를 전도성 충진제로 첨가하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 난연 복합기능성 성형체 조성물 제조 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 전기로 제강 슬래그 분말 중에서 함철성분이 높은 부분을 분리해내기 위해 1,000 내지 4,500가우스의 마그네틱 세퍼레이터를 이용해 함철 성분과 비철성분을 분리해내는 함철성분 분리 공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 난연 복합기능성 성형체 조성물 제조 방법.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 난연 및 억연효과가 우수한 전기로 제강 슬래그 분말과 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 칼슘 카보네이트, 탈크와 같은 무기계 난연제가 혼합되어 난연 및 억연 상승효과를 갖게 하는 것을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 난연 복합기능성 성형체 조성물 제조 방법.
  6. 제 2항에 있어서, 폐플라스틱은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, ABS수지, 나일론, 폴리카보네이트 등으로 이루어진 군으로부터 하나 또는 그 이상 선택됨을 특징으로 하는 전자파 차폐 및 난연 복합 기능성 성형체 조성물 제조 방법.
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