KR20050074049A

KR20050074049A - 황토함유 난연제용 조성물, 이를 이용한 황토함유 난연마스터배치 및 이로부터 제조된 황토함유 난연성 발포체

Info

Publication number: KR20050074049A
Application number: KR1020040002261A
Authority: KR
Inventors: 조기훈; 조성동; 손홍래
Original assignee: (주)퓨처테크; 조성동; 손홍래
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2005-07-18
Also published as: KR100578598B1

Abstract

본 발명은 황토를 주성분으로 함유하는 난연제용 조성물, 이를 이용한 마스터배치 및 상기 마스터배치를 이용하여 제조된 황토함유 난연성 발포체에 관한 것이다. 본 발명의 황토를 주성분으로 함유하는 난연제용 조성물은 Al(OH)₃ 30∼50 중량%, Mg(OH)₂ 30∼45 중량% 및 황토 5∼40 중량%로 구성되며, 황토의 함유량을 증진하기 위하여 상기 조성물과 발포시킬 폴리올레핀 수지와 스크류 방식의 혼합기에서 혼련하고, 용융압출하여 황토함유 난연 마스터배치를 제조한다. 또한 본 발명은 상기 제조된 황토함유 난연 마스터배치를 통상의 가교제 및 발포체와 혼합하는 방법으로 제조된 황토함유 난연성 발포체에 관한 것이다.

Description

황토함유 난연제용 조성물, 이를 이용한 황토함유 난연 마스터배치 및 이로부터 제조된 황토함유 난연성 발포체{COMPOSITION FOR UNINFLAMMABLE AGENT CONTAINING YELLOW CLAY, ITS MASTER BATCH AND UNINFLAMMABLE FIRING AGENT PREPARED BY USING MASTER BATCH}

본 발명은 황토를 주성분으로 함유하는 난연제용 조성물, 이를 이용하여 제조된 황토함유 난연 마스터배치 및 상기 마스터배치를 이용하여 제조된 황토함유 난연성 발포체에 관한 것이다.

기존 폴리올레핀 발포체의 경우 건축, 건설, 자동차, 스포츠 용품 및 기타 분야에 광범위하게 사용되고 있는 성형조성물로서, 수지 내에 수없이 많은 기공들을 포함하고 있어 원재료보다 낮은 밀도를 가지며 단열, 보온, 흡ㆍ차음 등의 고유한 특징으로 나타낸다. 그러나 일련의 각종 화재사고가 이어지면서 건축, 자동차, 전기, 전자 등의 내장재료 등에 대한 난연화 규제가 점점 강화되어 가고 있다. 따라서 발포체의 경우도 난연성이 시급히 요구되어지고 있으며 이로 인해 난연성의 유무 및 난연정도에 따라 적용분야의 세분화와 더불어 부분적인 축소화가 되어 가고 있다. 그러므로 발포체를 비롯한 각종 고분자 재료의 난연화 방법들에 대한 연구가 지속적으로 이어져 왔다.

난연제의 바람직한 규격은 전세계적으로 통용되는 UL(Underwriters Laboratories) 방법이 있으며 이때, 난연 시험방법으로는 산소지수 측정, 연소속도, 연소시간 및 연기발생 정도를 측정하여 결정한다.

이 중, 난연 등급판정으로 가장 많이 사용되는 것으로서 수직난연성시험(Vertical flammability test, UL-94)이 있으며, 연소시간, 불꽃의 낙하 및 불똥(Afterglowing) 소화시간으로 등급을 판정한다. 구체적으로, 각 시편의 1, 2차 연소시간과 불똥 소화시간의 합이 10초 이내이면 V-0, 각 시편의 1, 2차 연소시간과 불똥 소화시간의 합이 30초 이내이면 V-1 또는 V-2로 규정하며, 각 등급에서 불꽃의 낙하로 인한 솜 인화여부는 전혀 발견되지 않아야 한다. 따라서 인체 유해성이 최소화되고 난연성이 V-0 등급으로 제조하는 것이 난연제 제조의 궁극적인 목적이라 할 것이다.

그러나 종래 제품의 경우, 난연성 부여 및 증진을 위해 할로겐계 화합물(수지 및 난연제)을 사용함으로써 할로겐화 수소와 같은 독성, 부식성 가스를 방출함으로 인해 인체 유해성이 높고, 그 난연 정도가 낮아 적용범위가 축소되어가고 있는 실정이다.

공지된 난연성 폴리올레핀 발포체로는 ASTM-D-2863에 의한 V-O 등급 또는 BS 476에 의한 등급(Class) "O"의 난연성 발포체의 경우 그 조성은 니트릴 고무(NBR)와 폴리염화비닐(PVC)만을 블렌드한 수지에다 난연제 및 기타첨가제를 첨가하여 제조한 경우가 제시된 바 있다[미합중국 특허 제5187203호, 미합중국 특허 제4245055호, 미합중국 특허 제3993607호].

이러한 종래의 난연성 조성물은 그 사양에 따라서 약간의 차이가 있기는 하지만, 그 중에서 한가지 조성을 대표로 예시해 보면 니트릴 고무 100 중량부에 대해 폴리염화비닐 15∼85 중량부 또는 1∼200 중량부, 가소제 10∼100 중량부, 난연제 100 중량부 (산화철 5∼75 중량부)/윤활제 10∼85 중량부, 안정화제 0.1∼10 중량부, 발포제 10∼20 중량부, 황 2.5 중량부, 산화아연(ZnO) 5 중량부, 스테아린산 2.1 중량부, 벤조티알 디설파이드(benzothial disulfides) 0.8 중량부, 테트라메틸티우람 모노설파이드(tetramethylthiuram monosulfide) 0.4 중량부로 이루어져 있는 것을 예로 들 수 있다.

통상 난연효과를 나타내는 할로겐화합물에는 F, Br, Cl, I 등이 있는데 그 중 F 함유 화합물은 탄소와의 결합력이 강하고 I 함유화합물의 경우는 탄소와의 결합력이 약하여 가공온도에서 쉽게 분해되어 사용이 어려운 단점이 있다. Br 및 Cl의 경우 연소시 쉽게 분해가 일어나고 H-X(Br or Cl)가 좁은 영역에서 분해가 발생되며 실제 연소되는 영역에서 농도가 높은 Br계 화합물의 난연 효과가 가장 우수하다.

할로겐화합물은 근본적으로 기체상에서 발생하는 라디칼을 안정화시켜 난연 효과를 가지게 되는데 연소 시 수산화 라디칼과 같은 활성화 라디칼은 화학반응을 통하여 열을 발생하게 되며 이때 발생된 잠열은 주위 인화성 물질이 연소하는데 소요되는 에너지원으로 작용하게 된다.

난연제는 활성 라디칼인 산소와 수산화 라디칼의 농도를 줄이고 연쇄반응을 정지시켜 난연효과를 부여하게 되는데 연소시 C-X 결합의 절단은 흡열반응으로 가연성 물질을 감소시키는 효과가 있다. 또한 분해시 불연성 기체를 발생시켜 산소를 차단하는 효과도 있다. 그 메커니즘은 반응식 1과 같다.

HOㆍ + HX → HOH + Xㆍ 금지반응

Xㆍ + RH → HX + Rㆍ 재생반응 (연쇄반응의 정지)

XOㆍ + ㆍOH → HX + O₂ (활성 Oㆍ와 ㆍOH의 농도를 줄이고 연쇄반응을 정지시켜 난연효과)

Xㆍ + Oㆍ+ M → XOㆍ + Mㆍ

X₂ + Oㆍ → XOㆍ + Xㆍ(분해시 불연성 가스를 발생, O₂를 차단하는 효과)

Oㆍ + ㆍOX → O₂ + Xㆍ

또한, 할로겐 함유 난연제의 난연 상승효과를 나타내는 보조제로서, 삼산화안티몬, 오산화안티몬 등의 산화안티몬이 사용되고 있는 바, 그 메커니즘은 하기와 같다

Sb₂O₃ + 2HCl(∼250℃ 유지) ----------) 2SbOCl + H₂O

5SCOCl (245∼280℃ 유지)----------) Sb₄O₅Cl + SbCl₃↑

4Sb₄O₅Cl₂ (410∼475℃ 유지)----------) 5Sb₃O₄Cl + SbCl₃↑

3Sb₃O₄Cl (475∼565℃ 유지)----------) 4Sb₂O₃ + SbCl ₃↑

Sb₂O₃(S) ( 685℃ 유지) ----------) Sb₂O₃(I)

즉, 각 단계 반응에서 생성된 SbCl₃는 흡열반응을 통하여 플라스틱의 온도를 낮추는 효과가 있으며, HCl 및 HBr과 같이 라디칼 인터셉터로 작용한다. 일부에서는 SbCl₃ 및 SbOCl 모두 연소영역에서 할로겐 방출속도를 낮추어 라디칼 인터셉터로 작용하는 시간을 늘려줌으로써 난연 상승 효과를 나타낸다고 보는 견해도 있다.

또한, 발생되는 무거운 기체는 고체상 표면을 감싸게 되므로 산소 접근을 차단하여 난연효과를 나타내게 된다.

그러나 이러한 통상의 폴리올레핀 난열재는 연소 또는 폐기시 발생하는 맹독성 발암물질인 다이옥신 및 퓨란에 대하여 전 세계적으로 엄격히 규제하고 있다.

이에 인체유해성을 감안하여 할로겐계를 배제하고 무기계 난연제를 사용이 시도된 바, 무기계 난연제 중 가장 많이 사용하는 것은 수산화알루미늄, 산화안티몬, 수산화마그네슘 및 붕소함유 화합물이 있다. 유기계 난연제와는 다르게 무기계 난연제는 열에 의하여 휘발되지 않으며 분해되어 물, 이산화탄소, 이산화황, 염산 등과 같은 기체를 방출하게 되며 대부분 흡열반응이다. 기체상에서는 가연성 기체를 희석시키며 플라스틱 표면을 도포하여 산소의 접근을 방지하게 된다. 동시에 고체상의 표면에서 흡열반응을 통하여 플라스틱 냉각 및 열분해 생성물의 생성을 감소시키는 효과가 있다. 또한 붕소화합물과 같은 경우에는 고체표면의 유리상의 보호층을 형성하여 산소 및 열을 차단하는 효과도 있다. 수산화 알루미늄은 무기계 난연제 중 가격이 저렴하고 플라스틱에 쉽게 투입할 수 있어서 가장 많이 사용되지만 분해온도가 200℃ 정도로 가공온도가 낮은 플라스틱에서만 사용이 가능하다. 반면 수산화마그네슘은 300℃ 이상에서 분해되어 가공온도가 높은 플라스틱에도 사용이 가능하다. 이때 반응경로는 하기 반응식 3과 같다.

2Al(OH)₃ + 가열 ------) Al₂O₃ + 3H₂O △H= -298KJ/mol

Mg(OH)₂ + 가열 ------) MgO + H₂O △H= -328KJ/mol

그의 일례로서, 대한민국 공개특허공보 제2001-001299호에서는 할로겐계 난연제의 사용을 배제하고 무기계 난연제인 Al(OH)₃, Mg(OH)₂, Sb₂O₃, 보론산아연(Zinc-borate), 황토, 인계 난연제 등을 사용하여 환경적인 면과 난연성을 증진하는 효과를 제시하고 있다. 그러나 상기 특허에서 사용되는 난연제에는 산화안티몬을 여전히 포함하고 있고, 황토조성을 함유량이 한정되어 소량 포함된다.

이에, 본 발명자들은 인체 유해성이 최소화되고 난연성이 V-0 등급에 도달하는 난연제 개발을 꾸준히 연구한 결과, 천연의 난연재료인 황토를 주원료로 함유하는 난연제 조성으로 사용하고 황토의 보다 고른 분산과 함유량을 높이기 위하여 황토 마스터배치를 제조한 후, 이를 사용하여 난연성이 확보된 최종 발포체를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 황토를 주성분으로 함유하는 난연제용 조성물을 제공하고, 상기 조성물을 이용하여 발포시킬 폴리올레핀 수지와 혼련압출하여 황토함유 난연 마스터배치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 황토함유 마스터배치를 이용하여 황토함유 난연성 폴리올레핀 발포체를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 Al(OH)₃ 30∼50 중량%, Mg(OH)₂ 30∼45 중량% 및 황토 5∼40 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 황토를 주성분으로 함유하는 난연제용 조성물을 제공한다.

본 발명에 사용된 황토는 주성분으로는 실리카(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃)를 주성분으로 하며 기타 철(Fe), 마그네슘(Mg), 망간(Mn), 나트륨(Na), 칼륨(K), 티탄(Ti) 화합물 등으로 구성된 것으로, 바람직하게는 카올린 광물(Al₂O₃ㆍ2SiO₂ㆍnH ₂O)과 몬모릴로나이트(Al₂O₃ㆍ4SiO₂ㆍ6H₂O), 피로필라이트(Al₂O ₃ㆍ4SiO₂ㆍH₂O), 일라이트(KAl₂(OH)₂[AlSi₃(O,OH)₁₀]) 및 탈크(3MgOㆍ4SiO₂ㆍH₂O)중에서 선택된 하나 이상을 사용한다. 따라서 일반적으로 국내에서 채취되는 황토는 대부분 이와 유사한 성분으로 구성되어 있음은 주지의 사실이다.

또한 본 발명에서는 국내에서 채취한 황토 100 중량부를 물 300 내지 400 중량부에 30 분 내지 3 시간동안 침지하여 상 분리시키고, 상등액만을 선택하여 콜로이드형의 미세황토를 사용한다. 이때, 상 분리에 필요한 시간 또는 횟수는 특별히 제한되지 않으며, 콜로이드형의 미세황토를 선택하는 방법도 상기 목적을 수행할 수 있다면 역시 특별히 제한되지 않으나, 더욱 바람직하게는 상기 혼합 조성물을 수용하는 용기 일측에 혼합 조성물이 담길 정도의 부피 높이에 홀과 상기 홀을 막을 수 있는 뚜껑이 용기의 수직 상으로 다수 구비되도록 하여, 충분히 상 분리된 후 홀로부터 상등액만을 채택할 수 있도록 한다.

상기 과정을 통하여 사용되는 콜로이드형의 황토는 100 nm 내지 1,000 nm의 입자크기를 갖는다. 상기에서 입자크기가 100 nm 이하는 황토가 매트릭스 내에서 분산되기에 바람직하나, 얻기까지의 시간이 오래 소요되고 분리장치가 복잡해지고 1,000 nm보다 큰 입자의 경우 황토가 매트릭스 내에서 분산되는 데 비효과적이다.

따라서 본 발명의 황토를 주성분으로 함유하는 난연제용 조성물은 종래 난연제용 조성물에서 사용된 할로겐 화합물 및 이의 난연보조제인 산화안티몬(Sb₂O₃)을 동시에 배제하여, 유해물질 발생을 해소할 수 있다.

또한, 본 발명은 천연 난연성분인 황토를 주성분으로 함유하고 무기계 난연제인 Al(OH)₃ 및 Mg(OH)₂로 이루어진 환경친화적인 난연제 조성물을 제공한다.

나아가, 본 발명은 난연제 조성물 내에 천연 난연성분인 황토의 함유량을 늘리기 위하여, 상기 조성물을 이용한 마스터배치를 제조하여 매트릭스 수지 내부에 분산을 최적화함으로써 해결할 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명은 Al(OH)₃ 30∼50 중량%, Mg(OH)₂ 30∼45 중량% 및 황토 5∼40 중량%로 구성된 상기 난연제용 조성물을 발포시킬 폴리올레핀 수지와 함께 스크류 방식의 혼합기에서 혼련하고, 100 내지 235℃의 용융 압출온도로 유지된 압출기를 사용하여 용융압출하여 수지 혼합물을 제조하고, 상기 압출된 수지의 혼합물을 상온의 냉각 수조에서 냉각시킨 후 절단하여 제조된 황토함유 난연 마스터배치를 제공한다.

상기 마스터배치 구성 성분이 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대하여, 본 발명의 난연제 조성물 100 내지 350 중량부가 사용된다.

본 발명에서 사용되는 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 고강도 폴리스틸렌(HIPS), 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐아세탈, 폴리에틸프탈레이트 및 스틸렌부타디엔고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 본 발명의 폴리올레핀 수지로 폴리에틸렌 수지 단독 또는 폴리에틸렌 수지와 스틸렌부타디엔고무의 혼합형태를 사용하는 것이다.

상기 압출온도는 보다 바람직하게는 100 내지 130℃에서 수행되고, 압출기는 통상적인 것을 사용할 수 있으며 그의 일례로 하나 또는 두개의 주입구를 가진 일축 및 이축 압출기를 사용할 수 있다.

또한, 제조된 마스터배치의 형태는 시트, 펠렛, 후레이크 형태로 제조될 수 있으며, 사용하고자 하는 목적에 따라 형태가 달라질 수 있다.

상기 "마스터배치"라 함은 화합물을 기재 수지로 농축시킨 농축물을 의미하며, 이러한 마스터배치는 일반적으로 기재 물질에 농축시킬 성분들을 한꺼번에 용융압출하여 제조된다. 이때 농축시킬 수 있는 함량은 20 내지 70%까지 가능하며, 마스터배치화함으로써 물성에 미치는 영향이 적고, 취급이 용이하며, 비오염성, 계량성이 우수하다.

따라서, 종래 난연제 개발에 있어서, 황토를 도입하여 난연성을 증진하는 노력이 시도된 바 있으나 황토 함유량이 낮은 단점에 대하여, 본 발명은 황토 및 무기계 난연제로 이루어진 조성물을 기재 수지와 용융압출하여 마스터배치화 함으로써, 난연제 조성물에 대하여 황토 함유량을 최대 40중량%까지 늘릴 수 있다.

도 1a는 본 발명에서 제조된 황토함유 난연 마스터배치의 표면을 2000 배 확대한 주사현미경(SEM) 사진으로서, 폴리에틸렌과 무기 난연제 간의 고른 분포를 보이며, 도 1b는 본 발명에서 제조된 황토함유 난연 마스터배치의 측면을 5000 배 확대한 주사현미경(SEM) 사진으로 난연마스터배치의 내부에 황토 및 무기화합물 성분이 500 nm ∼ 2 ㎛의 입자크기로 고르게 분포되어 있음을 보이고 있다.

또한, 본 발명은 상기 황토함유 난연 마스터배치를 이용한 난연성 폴리올레핀 발포체를 제공한다. 보다 구체적으로는 본 발명의 난연성 폴리올레핀 발포체는 상기 제조된 황토함유 난연 마스터배치에 가교제, 가교촉진제, 가소제, 발포제, 발포조제, 충전제, 흡습제, 노화방지제, 활제, 안정화제, 내부이형재 및 외부이형재로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 통혼합기에서 혼합하여 150 내지 170℃의 가교단계 및 180 내지 210℃의 발포단계를 수행하여 제조된다.

즉, 본 발명의 황토함유 난연 마스터배치에 다른 성분함유 조성물로 이루어진 하나 이상의 첨가제를 바람직한 비율로 혼합함으로써, 간단히 난연성 폴리올레핀 발포체를 수득할 수 있다. 이때, 첨가제의 형태는 코팅되지 않은 원료분말 또는 별도로 상기 중간체 제조공정과 유사하게 제조된 마스터배치 또는 상용하는 마스터배치 형태를 사용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.

더욱 바람직하게는 본 발명의 황토함유 난연 마스터배치 100 중량부에 대하여, 가교 마스터배치 1.0 내지 2.5 중량부 및 발포 마스터배치 15 내지 40 중량부를 혼합기에서 혼합하여 150 내지 170℃의 가교단계 및 180 내지 210℃의 발포단계를 수행하여 제조되는 것이다. 이때, 황토 함량이 증가할수록, 가교제 및 발포제의 사용량 역시 증가하며, 이로써 황토 함량이 증가할수록 향상되는 난연성과 동시에 발포성의 저하문제를 보안한다.

따라서 본 발명은 각 조성물을 마스터배치하여 난연성 폴리올레핀 발포체를 제조함으로써, 구성 성분의 직접적인 접촉 및 수분을 방지하기 위한 코팅 공정 및 고가의 코팅 물질이 필요치 않으며, 발포체 제조 공정과 마스터배치 제조공정을 단일 공정으로 수행하여 공정을 단축하고, 이러한 방법에 의해 제조된 무기 발포제 마스터배치는 최종 발포 제품 제조시 발포도가 우수할 뿐만 아니라 종전 생산 단가보다 훨씬 낮은 가격으로 용이하게 마스터배치 제품을 생산할 수 있다. 또한, 이러한 방법은 무기 발포제 구성 성분의 비율을 통혼합기 사용의 단순한 방법으로 조절 가능하여 가스발생량 및 기포크기를 변화시킬 수 있다는 장점도 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 이용하여 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

광주지역에서 채취한 황토 100 중량부를 물 300 중량부에 넣고, 한 시간동안 침지시켰다. 상등액만을 1,000 nm 입자를 여과할 수 있는 필터를 이용하여 미세황토분을 얻었다. 폴리에틸렌 100 중량부에 대하여, Al(OH)₃ 50 중량%, Mg(OH)₂ 45 중량% 및 황토 5중량%로 구성된 난연제 100 중량부를 스크류 방식의 혼합기에서 혼련하였고, 130℃의 용융 압출온도에서 용융압출하고, 상기 압출된 혼합물을 상온의 냉각 수조에서 냉각시킨 후 절단하여 시트형의 황토 5중량% 함유된 난연 마스터배치를 제조하였다.

상기 제조된 황토 5중량% 함유된 난연 마스터배치 100 중량부에 가교 마스터배치(석천) 1.5 중량부 및 발포 마스터배치(금호알텍) 20 중량부를 텀블러 믹서에서 혼합하여 160℃의 가교단계 및 200℃의 발포단계를 수행하여 황토 5중량% 함유된 난연성의 폴리올레핀 발포체를 제조하였다.

도 2a는 실시예 1에서 제조된 황토 5중량% 함유된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 표면을 2,000배 확대한 주사현미경(SEM) 사진으로 발포후 표면이 매우 고른 분포를 보이고 있음을 알 수 있으며, 도 2b는 실시예 1에서 제조된 황토 5중량% 함유된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 측면을 330배 확대한 주사현미경(SEM) 사진으로 발포 후 기공이 100㎛ 정도로 고루게 분포되어 있으며 가교 후 발포정도가 매우 우수하였다.

<실시예 2>

Al(OH)₃ 45 중량%, Mg(OH)₂ 45 중량% 및 황토 10중량%을 조성물로 사용하여 황토 10중량% 함유된 난연 마스터배치를 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 황토 10중량% 함유된 난연성 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다. 이때, 황토함유 난연 마스터배치 100 중량부에 대하여 가교 마스터배치 및 발포마스터 배치는 각각 1.6 중량부, 22 중량부로 사용하였다.

도 3a는 실시예 2에서 제조된 황토 10중량% 함유된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 표면을 2,000배 확대한 주사현미경(SEM) 사진으로 발포 후 표면이 상당히 고른 분포를 보이고 있음을 알 수 있으며, 도 3b는 실시예 2에서 제조된 황토 10중량% 함유된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 측면을 330배 확대한 주사현미경(SEM) 사진으로 발포 후 기공이 약 50㎛ ∼ 100㎛ 분포를 보여 가교 후 발포정도가 우수함을 보였다.

<실시예 3>

Al(OH)₃ 45 중량%, Mg(OH)₂ 40 중량% 및 황토 15중량%을 조성물로 사용하여 황토 15중량% 함유된 난연 마스터배치를 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 황토 15중량% 함유된 난연성 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다. 이때, 황토함유 난연 마스터배치 100 중량부에 대하여, 가교 마스터배치 및 발포마스터 배치는 각각 1.7 중량부, 24 중량부로 사용하였다.

도 4a는 실시예 3에서 제조된 황토 15중량% 함유된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 표면을 2,000배 확대한 주사현미경(SEM) 사진으로 표면의 고른 분포가 고르고, 도 4b는 실시예 3에서 제조된 황토 15중량% 함유된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 측면을 330배 확대한 주사현미경(SEM) 사진으로 발포후 기공이 약 50㎛ ~ 150㎛의 분포를 보이며, 가교 후 양호한 분포를 확인하였다.

<실시예 4>

Al(OH)₃ 40 중량%, Mg(OH)₂ 30 중량% 및 황토 30중량%를 조성물로 사용하여 황토 30중량% 함유된 난연 마스터배치를 제조한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 황토 30중량% 함유된 난연성 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다. 이때, 황토함유 난연 마스터배치 100 중량부에 대하여, 가교 마스터배치 및 발포마스터 배치는 각각 1.7 중량부, 27 중량부로 사용하였다.

<실시예 5>

폴리올레핀 수지로서, 폴리에티렌 80 중량부와 스틸렌부타디엔고무(SBR) 20 중량부를 혼용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 황토 5중량% 함유된 난연성 폴리올레핀 발포체를 제조하였다.

<비교예 1>

황토를 사용하지 않고, Al(OH)₃ 50 중량%, Mg(OH)₂ 40 중량% 및 Sb₂O₃ 10 중량%를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

도 5a는 비교예 1에서 제조된 폴리에틸렌 발포체의 표면을 2,000배 확대한 주사현미경(SEM) 사진으로 발포 후 표면은 비교적 고른 분포를 보였고, 도 5b는 비교예 1에서 제조된 폴리에틸렌 발포체의 측면을 330배 확대한 주사현미경(SEM) 사진으로 발포 후 기공의 크기가 약 20㎛ ~ 100㎛로 분포되었다.

따라서 본 발명의 황토함유 난연성 폴리올레핀 발포체는 종래 난연제에 사용된 할로겐 함유 화합물 및 산화안티몬 화합물(Sb₂O₃)을 사용하지 않으면서, Sb₂O ₃를 사용한 발포체의 표면 및 측면과 비교한 결과, 표면의 고른 분포와 발포 후의 기공도에 있어서, 황토함유량이 5%일 경우는 기공의 분포가 현저히 우수하였고, 황토함유량이 15%일 경우에도 유사한 결과를 보였다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은

첫째, 할로겐 함유 화합물 및 산화안티몬 화합물을 배제하고, 황토를 함유하는 마스터배치로 제조함으로써, 황토함유량이 증가된 환경친화적인 난연제 조성물 및 이로부터 난연성 발포체를 제공하였고,

둘째, 본 발명의 황토함유 난연성의 발포체는 겨울철 수도 난방에 필요한 파이프 커버로 활용될 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1a는 본 발명의 황토함유 난연 마스터배치의 표면에 대한 주사현미경(SEM) 사진이며,

도 1b는 본 발명의 황토함유 난연 마스터배치의 측면에 대한 주사현미경(SEM) 사진이고,

도 2a는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 표면에 대한 주사현미경(SEM) 사진이고,

도 2b는 본 발명의 실시예 1에서 제조된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 측면에 대한 주사현미경(SEM) 사진이고,

도 3a는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 표면에 대한 주사현미경(SEM) 사진이고,

도 3b는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 측면에 대한 주사현미경(SEM) 사진이고,

도 4a는 본 발명의 실시예 3에서 제조된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 표면에 대한 주사현미경(SEM) 사진이고,

도 4b는 본 발명의 실시예 3에서 제조된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 측면에 대한 주사현미경(SEM) 사진이고,

도 5a는 본 발명의 비교예 1에서 제조된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 표면에 대한 주사현미경(SEM) 사진이고,

도 5b는 본 발명의 비교예 1에서 제조된 난연성 폴리에틸렌 발포체의 측면에 대한 주사현미경(SEM) 사진이다.

Claims

Al(OH)₃ 30∼50 중량%, Mg(OH)₂ 30∼45 중량% 및 황토 5∼40 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 황토를 주성분으로 함유하는 난연제용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 황토의 입자크기가 100 nm 내지 1,000 nm인 것을 특징으로 하는 상기 황토를 주성분으로 함유하는 난연제용 조성물.
Al(OH)₃ 30∼50 중량%, Mg(OH)₂ 30∼45 중량% 및 황토 5∼40 중량%로 구성된 상기 난연제용 조성물을 발포시킬 폴리올레핀 수지와 함께 스크류 방식의 혼합기에서 혼련하고, 100 내지 235℃의 용융 압출온도로 유지된 압출기를 사용하여 용융압출하여 수지 혼합물을 제조하고, 상기 압출된 수지의 혼합물을 상온의 냉각 수조에서 냉각시킨 후 절단하여 제조된 것을 특징으로 하는 황토함유 난연 마스터배치.
제3항에 있어서, 상기 마스터배치가 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대하여, 난연제용 조성물 100 내지 350 중량부가 혼합되어 제조된 것을 특징으로 하는 상기 황토함유 난연 마스터배치.
제3항에 있어서, 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 고강도 폴리스틸렌(HIPS), 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐아세탈, 폴리에틸프탈레이트 및 스틸렌부타디엔고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 상기 황토함유 난연 마스터배치.
제3항에 있어서, 상기 폴리올레핀 수지가 폴리에틸렌 수지인 것을 특징으로 하는 상기 황토함유 마스터배치.
제3항의 황토함유 난연 마스터배치에 가교제, 가교촉진제, 가소제, 발포제, 발포조제, 충전제, 흡습제, 노화방지제, 활제, 안정화제, 내부이형재 및 외부이형재로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 첨가제를 혼합기에서 혼합하여 150 내지 170℃의 가교단계 및 180 내지 210℃의 발포단계를 수행하여 제조된 것을 특징으로 하는 난연성 폴리올레핀 발포체.
제7항에 있어서, 상기 황토함유 난연 마스터배치 100 중량부에 대하여, 가교 마스터배치 1.0 내지 2.5 중량부 및 발포 마스터배치 15 내지 40 중량부를 혼합기에서 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 상기 난연성 폴리올레핀 발포체.