KR20050025186A - 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자와 그제조방법, 및 이를 이용한 기능성 발포 폴리스티렌성형물과 그 제조방법 - Google Patents
기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자와 그제조방법, 및 이를 이용한 기능성 발포 폴리스티렌성형물과 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 발포 폴리스티렌 입자의 표면에 비닐아세테이트계 수지 베이스의 기능성 스킨층이 형성된 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자와 그 제조방법, 및 이용에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 발포 폴리스티렌이 갖는 경량성, 보온단열성, 형태안정성, 완충성, 흡읍성 등의 특성과, 스킨층을 형성하는 아세트산비닐수지에 의한 뛰어난 저온 융착성과 기밀성, 방수성, 내구성이 동시에 제공될 뿐만 아니라, 필요에 따라 아세트산비닐수지용액에 난연제, 발수제, 항균제, 착색제, 향료 등의 다양한 기능성 첨가제를 첨가함으로써 다양한 기능성을 간단하게 부여할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 난연, 항균, 착색 등의 각종 기능성을 갖는 발포 폴리스티렌 성형물에 관련된 것이며, 더욱 상세하게는 발포 폴리스티렌 입자의 표면을 기능성 코팅제 조성물로 코팅하여 형성된 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자와 그 제조방법, 및 이 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자를 성형하여 얻어지는 기능성 발포 폴리스티렌 성형물과 그 제조방법에 관한 것이다.
발포 폴리스티렌(Expandable polystyrene)은 스티렌모노머를 중합하여 제조한 폴리스티렌수지 또는 그 공중합체 수지에 펜탄(pentane, C5H12)이나 부탄(butane, C4H10)과 같은 발포제를 첨가시켜 제조한 발포성 폴리스티렌수지를 가열·경화시킴과 동시에 기포를 발생시켜 발포 수지로 만든 것으로서, 희고 가벼우며, 내수성, 단열성, 흡음성, 완충성이 뛰어나기 때문에, 포장재료, 건축재료, 부자, 구명조끼, 장식품, 절연재, 식품용기나 일회용품 등의 생활용품에 이르기까지 널리 사용되고 있다.
이러한 발포 폴리스티렌 제품의 성형공정을 좀 더 상세히 살펴보면, 직경 0.2∼0.3mm의 조그마한 비드(bead)나 길이 약 2.5mm 정도의 펠릿(pellet)형태로 공급되는 발포제를 함유하고 있는 폴리스티렌 또는 스티렌공중합체 수지를 발포하여 발포 입자(비드)를 만든 다음, 이 발포 입자를 숙성·건조하고, 숙성된 발포 입자를 형틀(mold)에 넣고 고압의 스팀으로 가열하여 원하는 형태로 성형하는 순으로 이루어진다.
이렇게 제조된 발포 폴리스티렌은 전체 체적의 98%가 공기이고 수지는 약 2%만을 차지하고 있으며, 플라스틱의 거품 속에 공기를 밀폐시킨 독특한 발포체 구조를 가지기 때문에, 우수한 완충성, 단열성, 흡음성, 경량성 등을 나타내어 다양한 활용성을 갖게 된다.
그러나 이러한 발포체 구조로 인해 일부 화학약품에 대해서는 폴리스티렌수지 자체가 가지고 있는 내약품성보다 훨씬 민감한 특성을 나타내기도 하는 등 독특한 성질을 가지게 되며, 이러한 발포체 구조의 특성은 발포 폴리스티렌에 각종 기능성을 부여하는 데에 장애 요인이 되고 있다.
즉, 발포 폴리스티렌 제품에 부가적인 기능성을 부여하기 위해 기능성 성분을 첨가하기 위해서는, 이들 기능성 성분의 내수성, 내열성 및 발포 폴리스티렌의 성형성, 내약품성 등에 대한 고려가 종합적으로 이루어져야 하는 어려움이 있다. 따라서 현재까지 기능성 발포폴리스티렌 성형물은 폴리스티렌의 중합과정 중에 물리, 화학적인 영향을 미치지 않는 범위 내에서 기능성 성분의 첨가량과 물질을 선택하여야 하기 때문에 그 선택에 있어 극히 제한적인 것만 가능한 것으로 되어 있다.
특히, 발포 폴리스티렌은 용융물의 점성이 낮고, 비교적 낮은 융점을 가지고 있어, 화재사고의 발생시 쉽게 그 형태가 붕괴되어 용융됨으로써 가연성의 액상물질로 전환되기 때문에, 선진국을 중심으로 강화되고 있는 소방법 등의 규제에 반하게 되는 단점을 가지고 있어, 건축자재로서의 다양한 제품 전개를 가로 막고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 난연 내지 내화성 발포 폴리스티렌을 개발하기 위한 다양한 노력이 이루어지고 있는 바, 그 일례로 미합중국특허 제 6,384,094호에서는 스티렌모노머의 현탁액에 1∼12중량%의 발포성 그라파이트(expandable graphite) 또는 발포 그라파이트(expanded graphite)를 첨가하여 제조되는 내화성 발포 폴리스티렌의 제조기술과 그 유용성이 개시되어 있다.
그러나 상기 기술의 경우, 발포성 그라파이트는 약 900℃의 온도에서 발포가 이루어짐에 반하여, 폴리스티렌의 내열성은 매우 낮아 500℃ 이상의 온도에서는 3중량% 이내의 재만을 남기기 때문에, 고온으로 가열되면 발포성 그라파이트가 발포되어 단열작용을 수행하려고 하여도, 이를 결합시켜 줄 물질이 존재하지 않게 되어 쉽게 형태가 붕괴되어 버리기 때문에 완벽한 내화기능의 부여에 이르지 못하게 되는 문제점이 있다.
한편, 대한민국 등록실용신안공보 제323680호에는 발포 폴리스티렌 표면에 규산소다 수용액을 코팅하고 마이크로웨이브를 조사하여 가열 융착시킴으로써 제조되는 난연 발포 폴리스티렌 패널에 관한 기술이 기재되어 있는데, 이 기술의 경우 규산소다의 코팅이 내수성이 약할 뿐만 아니라, 마이크로웨이브를 조사하기 위하여 별도의 고가의 장치를 갖추어야 하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 별도의 고가의 장치를 설치할 필요 없이 기존의 발포 폴리스티렌의 성형장치를 그대로 이용할 수 있으면서도, 난연 내지 내화성뿐만 아니라, 항균, 방수, 방향, 착색 등 다양한 기능성을 가진 제품으로의 전개가 가능한 발포 폴리스티렌을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 실시예 1에서 얻은 난연성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자(C1)의 표면 일부를 절개한 다음, 절개면을 전자현미경을 이용하여 30배 확대 촬영한 사진;
도 2는 도 1의 절개면의 스킨-코어 경계면을 400배로 확대하여 촬영한 전자현미경 사진;
도 3은 실시예 1에서 제조한 난연성 테스트용 시편의 원래의 상태를 보여주는 사진;
도 4 및 5는 도 3의 시편으로 난연성 테스트를 거친 후의 상태를 보여주는 정면 및 측면사진;
도 6은 실시예 2에서 얻은 항균성 발포 폴리스티렌 성형물을 이용한 항균 성능 테스트 결과를 보여주는 사진;
도 7은 실시예 3에서 얻은 심미성 발포 폴리스티렌 성형물의 단면형태를 보여주는 확대사진이다.
본 발명에서는, 발포 폴리스티렌 입자와의 친화성이 크며 스팀성형하기 좋은 저온 융착성을 가지는 아세트산비닐계 수지에 다양한 기능성 첨가물이 첨가된 기능성 코팅제 조성물을, 발포 폴리스티렌 입자의 표면에 코팅하여 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자를 형성하고, 이를 성형함으로써 상기 목적을 달성하고 있다.
따라서 본 발명에 있어서는,
발포성 폴리스티렌 비드 또는 펠릿을 가열·발포하여 형성된 발포 폴리스티렌 입자의 표면에, 10∼99중량%의 아세트산비닐계 수지 및 90∼0.1중량%의 기능성 첨가물을 포함한 기능성 코팅제로 이루어진 기능성 스킨층을 갖는 것을 특징으로 발포 폴리스티렌 입자를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서는,
발포성 폴리스티렌 비드 또는 펠릿을 가열·발포하여 발포 폴리스티렌 입자를 얻는 단계와;
아세트산비닐계 수지용액에 기능성 첨가물을 혼합 또는 용해하여 얻어진 기능성 코팅제 조성물을 상기 발포 폴리스티렌 입자의 표면에 도포하는 단계와;
상기 기능성 코팅제 조성물이 도포된 발포 폴리스티렌 입자에 이형제를 첨가하여 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자를 개개의 알갱이로 분리하고 건조하는 단계를 포함하여 이루어지는 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서는,
상기 본 발명에 따른 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자를 성형기에 넣고 고압 스팀을 가하여 융착시킴으로써 형성되는 기능성 발포 폴리스티렌 성형품과 성형방법을 제공한다.
상기 구성을 좀 더 상세하게 설명하면, 본 발명의 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자는, 대개 지름이 약 1∼30mm이며, 이중 발포 폴리스티렌 입자의 지름이 0.999∼29.999mm 정도이고, 외부의 스킨층은 두께가 약 1∼100㎛ 사이의 스킨-코어 구조로 이루어진 구형의 입자이다. 중량을 기준으로 보면, 상기 코어를 이루는 발포 폴리스티렌 입자는 전체 중량의 5∼99중량% 정도를 차지하고, 기능성 스킨층은 1∼95중량%를 차지하게 되며, 그 밖에 5중량% 이내의 잔류물이 존재하게 된다.
상기 발포 폴리스티렌 입자는 공지된 통상의 발포 폴리스티렌 입자이며, 성분 및 제조공정 등은 상기 종래 기술에서 설명한 바와 같다.
한편, 상기 기능성 스킨층은 아세트산비닐계 수지용액에 각종 기능성 첨가물이 혼입된 기능성 코팅제 조성물을 도포하고, 이형처리 및 건조시킴으로써 형성된 것이다. 상기 아세트산비닐계 수지용액은 아세트산비닐계 수지가 3∼80중량% 농도로 용해된 것으로, 상기 아세트산비닐계 수지는 중합도(DP)가 10～100,000사이의 아세트산비닐단독중합체 또는 아세트산비닐과 카프론산비닐, 스테아린산비닐, 바사틱산비닐, 등의 비닐에스테르류, 아크릴산에틸, 아크릴산부틸, 아크릴산옥틸 등의 아크릴산에스테르류, 말레인산디부틸과 같은 푸마르산(fumaric acid)의 에스테르류, 말레인산, 아크릴산, 이타콘산 등의 카르복실기를 갖는 것 및 비닐알코올, 부타디엔, 카프로락톤 중 어느 하나 또는 2 이상의 것과의 공중합체 또는 이들의 혼합물 또는 블렌드로서, 비닐아세테이트 모노머의 함량이 55% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 아세트산비닐계 수지용액에 사용되는 용매로는 물과, 알코올류, 에스테르류, 케톤류, 카르복시산류, 방향족류 및 할로겐화탄화수소류 등의 유기용매가 사용될 수 있으나, 비교적 휘발성이 높고, 인체 유해성이 낮으며, 특히 발포된 폴리스티렌 입자의 표면을 용해 또는 침식시키는 작용이 적은 용매를 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 용매로는 알코올류의 용매를 들 수 있다. 수지성분의 농도는 발포 입자의 표면에의 부착성과 처리시의 작업성을 고려하여 상기 범위 내에서 선정한다.
한편, 상기 기능성 첨가물은 아세트산비닐계 수지용액에 잘 용해 또는 분산되고 발포 폴리스티렌 입자의 표면을 침식 또는 용해하지 않는 것이면 특별한 제한 없이 첨가하여 다양한 기능성을 부여할 수 있다. 이러한 것들로는, 발포제, 핵제, 윤활제, 산화방지제, 열안정제, 자외선안정제, 생물안정제, 충진제, 보강제, 가소제, 착색제, 내충격제, 난연제, 대전방지제, 가교제, 형광증백제, 열전도성 부여제, 전기전도성 부여제, 투과성 조절제, 자성 부여제, 계면활성제, 안정제, 부형제, 의약제, 용매, 경화제, 흡습제, 강화제, 향료, 항균제 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나를 첨가할 수도 있고 상용성이 있는 2가지 이상을 혼용할 수도 있다.
특히, 삼산화안티모네, 인산화합물, 붕소, 붕산, 산화알루미늄과 같은 난연제를 첨가할 경우, 발포 폴리스티렌 입자의 표면을 각각 둘러싼 일종의 방화벽이 형성되기 때문에 직접 불길이 닿지 않는 부분으로 화재가 전파되는 것이 방지되고 스킨층으로 이루어진 골격이 전체적인 형상을 유지시켜 화재가 급격히 전파되는 현상을 방지할 수 있어 매우 효과적인 난연 발포 폴리스티렌 제품을 얻을 수 있다.
이렇게 기능성 첨가물이 혼입된 아세트산비닐계 수지용액은 발포 폴리스티렌 입자의 표면에 균일하게 도포하는데, 이때 수지용액의 점성이 낮을 경우에는 수지용액을 발포 폴리스티렌 입자 표면에 분사하면서 입자를 잘 교반해 주는 방법으로 도포하는 것이 유용하며, 수지용액의 점성이 높은 경우에는 혼합기를 이용하여, 수지용액에 발포 폴리스티렌 입자를 넣고 교반하여 혼합하는 방법으로 수지용액을 입자 표면에 도포할 수 있다.
이렇게 발포 폴리스티렌 입자에 기능성 첨가물이 혼입된 아세트산비닐계 수지용액을 도포하면 수지용액의 점성 때문에 발포 폴리스티렌 입자가 서로 뭉쳐 한 덩어리로 되어 버리기 때문에 성형품을 만들기에 부적합하다. 따라서 바람직하게는 상기 수지용액을 균일하게 도포한 다음에는, 이형처리와 건조를 거쳐 최종적으로 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자를 얻게 된다.
상기 이형제로는 아세트산비닐의 용매가 아닌 액상물질 또는 고체분말을 이용할 수 있는데, 고체분말을 사용할 경우 성형성을 감소시키며 건조과정 중에 분진이 발생되는 문제점이 있으며, 액상물질 중에서도 지나치게 친유성이 높은 경우에는 폴리스티렌과의 친화성이 아세트산비닐수지보다 높아서 폴리스티렌과 아세트산비닐수지를 분리시키는 문제점이 있으므로 이러한 종류를 피하여 선택한다. 따라서 바람직하기로는 다소간의 친수성을 가지면서 액상이어서 아세트산비닐수지의 외부를 균일하게 도포할 수 있으며, 아세트산비닐의 용매가 적절하게 제거될 때까지 존재하여 이형작용을 할 수 있는 것을 선택한다. 이러한 것으로는, 분자 구조 중에 히드록실기(-OH)가 2개 이상인 물, 에틸렌글리콜, 글리세린 등의 친수성 액상물질 또는 실리콘 오일 등을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또 이들 이형제는 어느 하나를 선택하여 사용할 수도 있으며, 2 이상의 혼합물을 사용할 수도 있다. 이형제는 아세트산 비닐수지함량의 1∼40중량% 정도를 사용하되, 발포 폴리스티렌 입자의 표면적, 스킨층을 형성하는 기능성 코팅제 조성물의 조성 등에 따라 적정한 양을 선정하여 사용한다.
이형제를 균일하게 부과한 후에는 교반하면서 건조시켜 발포 입자가 각각의 알갱이로 분리되도록 한다. 건조는 100℃ 이하의 온풍을 가하면서 교반하는 방법이나, 100℃ 이하로 가열된 용기에 넣고 교반하면서 건조시키는 방법, 진공을 걸어 감압하에서 건조하는 방법 등으로 행할 수 있으며, 작업성을 향상하기 위해서는 진공과 가온을 병행하는 방법 등이 유용하다.
이렇게 하여 형성된 기능성 스킨층에는 아세트산비닐계 수지가 10∼99중량%를 차지하며, 기능성 첨가물이 0.1∼90중량%정도 포함된다. 그 밖에 용매나 이형제 잔류물 등이 20중량%이내의 함량으로 존재하게 된다. 기능성 첨가물의 함량은 부여하고자 하는 기능의 종류에 따라 크게 달라지며, 예컨대 난연제나 보강재, 충진재의 경우 다량 함유되지만, 착색제와 같은 것은 더 소량만 첨가하여도 원하는 효과를 얻을 수 있다. 대개 상기 범위 이내이면 아세트산비닐수지가 스킨층을 형성할 수 있는 매트릭스로서 작용이 가능하다.
이상 설명한 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자는 사일로에 보관하였다가 원하는 형태의 형틀에 넣고 고압의 스팀을 가하여 성형함으로써, 기능성 발포 폴리스티렌 성형품을 제조한다. 이러한 성형공정은 종래의 발포 폴리스티렌의 성형공정과 동일하게 이루어질 수 있다.
이하에서는 기능성 발포 폴리스티렌 성형물을 제조하는 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 설명한다.
실시예 1: 난연 발포 폴리스티렌 성형물의 제조
A. 난연성 아세트산비닐수지용액(A1)의 제조
중합도가 500인 아세트산비닐수지 450g을 550g의 메탄올에 균일하게 용해시켜 아세트산비닐수지용액 1kg을 제조하고, 이 수지용액에 평균입도가 7.5㎛인 수산화알루미늄 입자 1kg을 첨가하여 균일하게 분산시켜, 난연성 첨가제가 함유된 아세트산비닐수지의 메탄올용액(A1) 2kg을 얻었다.
B. 발포 폴리스티렌 입자의 코팅
용량 200ℓ짜리 리본믹서에 평균 80배로 발포시켜 건조한 발포 폴리스티렌 입자 2kg을 넣은 후, 50rpm의 속도로 교반하면서, 상기 A단계에서 제조된 난연성 아세트산비닐수지용액(A1) 2kg을 첨가하여 1분간 리본믹서를 가동시켜 상기 수지용액이 발포 입자에 골고루 균일하게 도포되도록 하여, 난연성 아세트산비닐수지용액이 코팅된 발포 폴리스티렌 입자 4kg을 얻었다.
C. 건조 및 이형처리와 난연성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자의 제조
상기 리본믹서에 온도 60℃의 온풍을 가하면서 약 10초간 교반을 지속한 후, 교반을 계속하면서 에틸렌글리콜 50g을 분무하여, 난연성 아세트산비닐수지용액으로 코팅된 발포 폴리스티렌 입자가 개개의 알갱이로 서로 분리되게 하였다. 이어서 3분간 교반을 계속하면서 건조시켜 난연성의 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자(C1)를 얻었다.
D. 난연 발포 폴리스티렌 성형물의 제조
상기 C공정에서 얻어진 난연성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자(C1)를 EPS용 스팀성형기에 넣고, 0.6kg/㎤의 스팀압력으로 50초간 가열하고 10초간 훈련시킨 후, 냉각하여 밀도 35kg/㎥의 난연 발포 폴리스티렌 성형물(D1)을 제조하였다.
E. 스킨-코어 형태 관찰
상기 C단계에서 얻은 난연성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자(C1)의 스킨-코어의 형태를 관찰하기 위하여, 하나의 입자(C1)를 선택하여 표면의 일부를 잘라낸 다음, 전자현미경을 이용하여 30배의 배율로 관찰하여, 그 결과를 도 1의 사진으로 나타내었다. 도 1에서 보는 바와 같이 본 실시예에서 제조한 발포 폴리스티렌 입자(C1)는 발포체 구조로 이루어진 구형의 발포 폴리스티렌 입자가 완전히 난연성 스킨층에 의해 피복되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 배율을 더욱 높여 400배의 배율로 스킨층과 코어의 발포 폴리스티렌의 경계부분을 관찰한 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 보는 바와 같이, 스킨층과 내부의 발포 폴리스티렌은 완전히 밀착된 구조를 가지고 있었다.
F. 난연성능 테스트
상기 D단계에서 얻은 난연 발포 폴리스티렌 성형물(D1)을 가로 2cm, 세로 2cm, 두께 1cm의 판상으로 절단하여 난연성 시험을 위한 시편(도 3)으로 사용하였다.
상기 시편을 분젠버너에서 형성된 길이 4cm의 불꽃에 30초간 노출시켜 난연성능을 시험하였으며, 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다.
도 4 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 본 실시예에서 제조된 난연 발포 폴리스티렌 성형물(D1)은 표면에 노출된 일부 발포 폴리스티렌 입자만 열에 의해 붕괴될 뿐, 스킨층에 의해 열과 화염이 차단되고 골격이 유지되어 그 형태를 그대로 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.
실시예 2 : 항균 발포 폴리스티렌 성형물의 제조
A. 항균성 아세트산비닐수지용액의 제조
중합도가 500인 아세트산비닐수지 450g을 550g의 메탄올에 균일하게 용해시켜 아세트산비닐수지용액 1kg을 제조하고, 이 수지용액에 에틸파라벤 0.2kg을 첨가하여 1시간 동안 교반하여 완전히 용해시켜, 항균성 첨가제가 함유된 아세트산비닐수지의 메탄올용액(A2) 1.2kg을 얻었다.
B. 발포 폴리스티렌 입자의 코팅
난연성 아세트산비닐수지용액(A1) 대신에 상기 A단계에서 얻은 항균성 아세트산비닐수지용액(A2) 0.5kg을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1의 B에서와 동일한 방법으로 항균성 아세트산비닐수지용액이 코팅된 발포 폴리스티렌 입자 2.5kg을 얻었다.
C. 건조 및 이형처리와 항균성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자의 제조
실시예 1에서와 동일한 방법으로 건조 및 이형처리를 실시하여 항균성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자(C2)를 얻었다.
D. 항균 발포 폴리스티렌 성형물의 제조
상기 C공정에서 얻어진 항균성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자(C2)를 EPS용 스팀성형기에 넣고, 0.6kg/㎤의 스팀압력으로 40초간 가열하고 10초간 훈련시킨 후, 냉각하여 밀도 15kg/㎥의 항균 발포 폴리스티렌 성형물(D2)을 제조하였다.
E. 항균성능 테스트
상기 D단계에서 얻은 항균 발포 폴리스티렌 성형물(D2)중 일부를 분쇄하여 0.4g 취한 다음, 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)이 배양된 시험균액과 함께 35℃의 온도에서 분당 150회의 진탕횟수로 24시간동안 진탕배양 후 균수를 측정하여 세균감소율(정균율)을 측정하였다.
측정결과, 초기 1.3*105 세균수/ml의 세균농도를 가지던 시험균액의 세균농도가 24시간 후 10 세균수/ml로 감소되었으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에서 보는 바와 같이, 본 실시예에서 제조된 항균성 발포 폴리스티렌 성형물(D2)은 진탕배양법(shake flask method)을 이용한 항균력의 시험결과 99.9%의 균수를 감소시키고 있음을 확인할 수 있었다.
실시예 3 : 심미성 발포 폴리스티렌 성형물의 제조
A. 착색 아세트산비닐수지용액의 제조
중합도가 500인 아세트산비닐수지 25g을 475g의 메탄올에 균일하게 용해시켜 아세트산비닐수지용액 0.5kg을 제조하고, 이 수지용액에 검정색 안료 10g을 첨가하여 1시간 동안 교반하여 완전히 분산시켜, 검정색으로 착색된 아세트산비닐수지의 메탄올용액(A3) 0.51kg을 얻었다.
B. 발포 폴리스티렌 입자의 코팅
난연성 아세트산비닐수지용액(A1) 대신에 상기 A단계에서 얻은 착색 아세트산비닐수지용액(A3) 0.51kg을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1의 B에서와 동일한 방법으로 하여 착색된 아세트산비닐수지용액이 코팅된 발포 폴리스티렌 입자 2.51kg을 얻었다.
C. 건조 및 이형처리와 착색 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자의 제조
에틸렌글리콜 대신에 물 250g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 건조 및 이형처리를 실시하여 검정색 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자(C3)를 얻었다.
D. 심미성 발포 폴리스티렌 성형물의 제조
상기 C공정에서 얻어진 항균성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자(C3)를 EPS용 스팀성형기에 넣고, 0.6kg/㎤의 스팀압력으로 40초간 가열하고 10초간 훈련시킨 후, 냉각하여 밀도 15kg/㎥의 심미성 발포 폴리스티렌 성형물(D3)을 제조하였다.
E. 심미성 발포 폴리스티렌 성형물의 단면형태 관찰
상기 D단계에서 얻은 발포 폴리스티렌 성형물(D3)은 표면이 전체적으로 검정색으로 착색된 성형물이 된다. 이 발포 폴리스티렌 성형물(D3)을 표면으로부터 5cm 두께로 잘라 단면을 현미경으로 확대하여 관찰하여 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에서 보는 바와 같이, 본 실시예에서 얻은 발포 폴리스티렌 성형물(D3)의 단면은 벌집형상과 유사한 다소 불규칙적인 형상으로 배열된 백색의 발포 폴리스티렌 입자의 사이에 착색된 스킨층이 검정색선으로 진하게 착색된 형태로 나타나 있다.
따라서 블록형태로 성형된 성형물을 원하는 두께로 절단하여 상품화하게 되는 블록몰딩(Block molding) 제품의 경우, 발포 폴리스티렌 입자의 크기와 색상, 스킨층의 색상 등을 변화시킴으로써 다양한 착색효과를 갖는 심미성 발포 폴리스티렌 판넬의 제조가 가능함을 알 수 있었다.
본 발명에 따르면, 코어층을 형성하는 발포 폴리스티렌 입자에 의해서 경량성, 보온단열성, 형태안정성, 완충성, 흡읍성 등의 발포 폴리스티렌 고유의 다양한 특성이 발현됨과 동시에, 스킨층을 형성하는 비교적 낮은 연화점을 갖는 아세트산비닐수지에 의해 뛰어난 저온 융착성과 기밀성, 방수성, 내구성이 제공된다.
또한, 폴리스티렌과 아세트산비닐수지간의 우수한 접착성 및 아세트산비닐수지의 비교적 우수한 저온 접착성에서 기인된 성형물의 압축강도, 인장강도 및 휨강도 등 기계적 물성이 향상될 뿐만 아니라, 필요에 따라 아세트산비닐수지에 난연제, 발수제, 항균제, 착색제, 향료 등의 다양한 기능성 첨가제를 첨가함으로써 간단하게 다양한 기능성의 부여가 가능하기 때문에, 다양한 기능성을 갖는 경량성 산업자재, 특히 건축자재로서의 폭넓은 응용이 가능하게 된다.
Claims (10)
- 발포성 폴리스티렌 비드 또는 펠릿을 가열·발포하여 형성된 발포 폴리스티렌 입자의 표면에, 아세트산비닐계 수지 10∼99중량% 및 기능성 첨가물 90∼0.1중량%를 포함한 기능성 코팅제로 이루어진 기능성 스킨층을 갖는 것을 특징으로 하는 발포 폴리스티렌 입자.
- 제 1항에 있어서, 상기 아세트산비닐계 수지는 중합도(DP)가 10∼100,000사이의 아세트산비닐의 단독중합체 또는 아세트산비닐과 카프론산비닐, 스테아린산비닐, 바사틱산비닐, 등의 비닐에스테르류, 아크릴산에틸, 아크릴산부틸, 아크릴산옥틸 등의 아크릴산에스테르류, 말레인산디부틸과 같은 푸마르산(fumaric acid)의 에스테르류, 말레인산, 아크릴산, 이타콘산 등의 카르복실기를 갖는 것 및 비닐알코올, 부타디엔, 카프로락톤 중 어느 하나 또는 2 이상의 것과의 공중합체 또는 이들의 혼합물 또는 블렌드로서, 비닐아세테이트 모노머의 함량이 55% 이상인 것을 특징으로 하는 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자.
- 제 1항에 있어서, 상기 기능성 스킨층은 두께가 전체 입자 지름의 0.003∼10%이며, 중량이 1∼95중량%를 차지하는 것을 특징으로 하는 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자.
- 제 1항에 있어서, 상기 기능성 첨가물은 발포제, 핵제, 윤활제, 산화방지제, 열안정제, 자외선안정제, 생물안정제, 충진제, 보강제, 가소제, 착색제, 내충격제, 난연제, 대전방지제, 가교제, 형광증백제, 열전도성 부여제, 전기전도성 부여제, 투과성 조절제, 자성 부여제, 계면활성제, 안정제, 부형제, 의약제, 용매, 경화제, 흡습제, 강화제, 향료, 항균제 중에서 선택되는 어느 하나 또는 2가지 이상임을 특징으로 하는 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자를 성형하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 기능성 발포 폴리스티렌 성형물.
- 발포성 폴리스티렌 비드 또는 펠릿을 가열·발포하여 발포 폴리스티렌 입자를 얻는 단계와;아세트산비닐계 수지용액에 기능성 첨가물을 혼합 또는 용해하여 얻어진 기능성 코팅제 조성물을 상기 발포 폴리스티렌 입자의 표면에 도포하는 단계와;상기 기능성 코팅제 조성물이 도포된 발포 폴리스티렌 입자에 이형제를 첨가하여 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자를 개개의 알갱이로 분리하고 건조하는 단계를 포함하여 이루어지는 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자의 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 아세트산비닐계 수지용액에 사용되는 용매로는 물과, 알코올류, 에스테르류, 케톤류, 카르복시산류, 방향족류 및 할로겐화탄화수소류 중에서 선택되는 어느 하나 또는 2가지 이상의 것을 혼합한 것임을 특징으로 하는 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자의 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 있어서, 상기 아세트산비닐계 수지용액에 있어서의 아세트산비닐계 수지의 농도가 3∼80중량%인 것을 특징으로 하는 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자의 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 이형제는 분자 구조 중에 히드록실기(-OH)가 2개 이상 존재하는 물, 에틸렌글리콜, 글리세린과 같은 친수성 물질 또는 실리콘 오일 중에서 선택되는 어느 하나 또는 2가지 이상을 혼합한 것임을 특징으로 하는 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자의 제조방법.
- 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 기능성 스킨층을 갖는 발포 폴리스티렌 입자를 스팀성형기에 넣고, 고압스팀을 가하여 융착시킨 후 냉각하는 성형단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기능성 발포 폴리스티렌 성형물의 제조방법.
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