KR20060012705A - 활성탄과 모데나이트를 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 활성탄과 모데나이트를 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리스티렌에 발포제와 함께, 우수한 산화방지, 제습, 탈취 및 항균효과를 갖는 활성탄분말과 다량의 음이온을 방출시키는 모데나이트분말을 미분쇄하여 투입하고 발포시킴으로써, 산화방지, 제습 및 항균효과는 물론 다량의 음이온과 원적외선을 방사하는 효과로 인해 다양한 분야에 적용시킬 수 있도록 하는 것으로, 예비용해조에 물 50∼70중량%, 폴리스티렌 20∼30중량%, 활성탄분말 5∼20중량% 및 모데나이트분말 0.5∼5중량%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.
발포 폴리스티렌, 폴리스티렌, 활성탄, 모데나이트, 발포제
Description
도 1은 본 발명에 의한 활성탄과 모데나이트를 이용한 발포 폴리스티렌의 제조공정도.
본 발명은 활성탄과 모데나이트를 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리스티렌에 발포제와 함께, 우수한 산화방지, 제습, 탈취 및 항균효과를 갖는 활성탄분말과 다량의 음이온을 방출시키는 모데나이트분말을 미분쇄하여 투입하고 발포시킴으로써, 산화방지, 제습 및 항균효과는 물론 다량의 음이온과 원적외선을 방사하는 효과로 인해 다양한 분야에 적용시킬 수 있도록 하는 것이다.
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.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 국내출원번호 제10-2002-31100호의 '활성탄을 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법'을 개발하여, 폴리스티렌에 산화방지, 제습, 탈취 및 항균효과를 갖는 활성탄분말을 혼합하여 발포시킴으로써, 발포 폴리스티렌을 건축재로 이용할 시에는 건축물의 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 하였고, 또한 국내출원번호 제10-2003-26269호의 '모데나이트를 혼합한 폴리우레탄 스폰지의 제조방법'을 개발하여, 폴리우레탄 스폰지의 원료인 폴리올과 이소시아네이트에 발포제와 함께, 다량의 음이온을 발생시키는 모데나이트를 투입하고 발포시킴으로써, 폴리우레탄 스폰지를 건축재나 매트리스재로 이용할 시에는 대기 중에 다량의 음이온이 존재하도록 하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있도록 하였으며, 상기 선출원들의 효과를 극대화 시키기 위하여 본 발 명을 개발하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 발포 폴리스티렌이 지닌 제반 문제점을 해결하기 위하여, 발포 폴리스티렌의 원료인 폴리스티렌에 발포제와 함께, 우수한 산화방지, 제습, 탈취 및 항균효과를 갖는 활성탄분말과 다량의 음이온을 방출시키는 모데나이트분말을 미분쇄하여 투입하고 발포시킴으로써, 활성탄과 모데나이트로 인해 폴리스티렌이 발포되지 않았던 단점을 보완하고, 발포 폴리스티렌을 건축재로 이용할 시에는 건축물의 위생성을 극대화하여 쾌적한 상태가 유지될 수 있을 뿐만 아니라, 대기 중에 다량의 음이온이 존재하도록 하여 혈액순환이 촉진되어 피로가 해소되도록 하고, 각종 질병에 대한 항체의 증가로 바이러스의 감염에 대한 저항력을 증가시킴과 동시에, 과일, 육류 등의 식품 포장재로 이용할 시에는 활성탄분말과 모데나이트로부터 방출되는 음이온 및 원적외선으로 인해 식품의 신선도를 유지시켜 저장기간을 연장할 수 있도록 하는 활성탄과 모데나이트를 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 활성탄과 모데나이트를 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법은 예비용해조에 물 50∼70중량%, 폴리스티렌 20∼30중량%, 활성탄분말 5∼20중량% 및 모데나이트분말 0.5∼5중량%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 활성탄과 모데나이트를 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, 활성탄 및 모데나이트를 일정비율로 혼합하는 단계로서, 폴리스티렌의 배합비가 20중량% 미만이면 생산성이 저하되고, 30중량%를 초과하면 충분한 발포가 어려우며, 활성탄분말이 5중량% 미만이면 활성탄분말의 항균, 제습 등의 효과가 충분히 나타나지 않고 20중량%를 초과하면 발포가 어려워 발포체로서의 물성이 저하되며, 모데나이트 분말이 0.5중량% 미만이면 음이온 방사효과가 미미하게 되고 5중량%를 초과하면 발포체로서의 물성이 저하되므로, 물 50∼70중량%, 폴리스티렌 20∼30중량%, 활 성탄분말 5∼20중량% 및 모데나이트분말 0.5∼5중량%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 950∼1100mg/g에 이르고, 또한 계속적으로 산화 및 환원반응을 함으로써 우수한 통풍, 제습, 탈취 및 항균효과를 갖는 것이며, 상기 활성탄분말의 입도가 200mesh 미만이면 발포가 어렵게 되고 1000mesh를 초과하면 제조원가가 상승하고 입자가 비산되어 취급이 용이하지 않으므로 생산성 및 경제성을 고려할 때 200∼1000mesh가 바람직하나 이를 반드시 제한하는 것은 아니다.
또한 모데나이트분말은 모데나이트를 약 350∼1000mesh 정도로 미분쇄(milling)하여 제조하는 것으로, 계속적으로 500∼1000이온/cc 정도의 음이온을 발생시켜 주변 공기를 쾌적하게 하고 세포의 활동을 활성화시키는 등의 효과를 갖는 것이며, 모데나이트분말의 입도가 350mesh 미만이면 발포시 고른 발포가 이루어지지 않으며 1000mesh를 초과하면 제조원가가 상승하고 입자가 비산되어 취급이 용이하지 않으므로, 생산성 및 경제성을 고려할 때 350∼1000mesh가 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, 0.4㎏/㎥를 초과하면 충분한 발포가 이루어지지 않는 문제점이 발생된다.
발포제의 배합비율이 10중량% 미만이면 발포가 어렵고, 20중량%를 초과하면 과잉되어 경제성이 저하되고 발포체의 강도가 저하될 수 있으므로, 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 폴리스티렌이 물을 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, 항균효과와 더불어 모데나이트분말이 갖는 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 가공하 면, 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.
(실시예)
본 발명의 발포 폴리스티렌을 다음과 같은 배합비로 배합하여 제조하였으며, 동일한 량의 물을 첨가하였다.
| 구분 | 물 | 폴리스티렌 | 활성탄 | 모데나이트 | 발포제 |
| 비교예1 | 600 | 500 | - | - | 100 |
| 비교예2 | 500 | 300 | 200 | - | 100 |
| 비교예3 | 500 | 450 | - | 50 | 100 |
| 실시예 | 500 | 250 | 200 | 50 | 100 |
상기 표 1과 같이 제조한 실시예 및 비교예들의 요오드흡착력, 이온방출량 및 방사에너지를 측정하였다.
| 구분 | 요오드흡착력(mg/g) | 이온방출량(ION/cc) | 방사에너지(W/㎡) |
| 비교예1 | 0 | 0 | 0 |
| 비교예2 | 120 | - | - |
| 비교예3 | - | 2508 | 302 |
| 실시예 | 150 | 3022 | 363 |
상기한 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 활성탄이나 모데나이트를 투입하지 않은 비교예1은 효오드흡착, 이온방출, 에너지방사 등의 효과가 전혀 없었으며, 활성탄만을 단독으로 사용한 비교예2와 모데나이트만을 사용한 비교예3에 비해서도 두 물질을 함께 사용한 본 발명의 실시예가 그 효과가 우수한 것을 알 수 있었으며, 동일한 양의 활성탄을 사용한 비교예2와 실시예의 요오드흡착력 중 실시예가 요오드흡착력이 더 우수한 것으로 미루어 보아 모데나이트와 함께 투입함으로써 상호 상승효과를 가져오는 것을 알 수 있었다.
또한 동일한 양의 모데나이트를 사용한 비교예3과 실시예로 부터도 활성탄과 모데나이트의 상호작용을 확인할 수 있었다.
상기 에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며, 폴리스티렌 뿐만 아니라 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐 등의 플라스틱에 활성탄분말과 모데나이트를 혼합하여 발포시킬 수 있는 것으로, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이 본 발명의 활성탄과 모데나이트를 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법에 의하면, 발포 폴리스티렌의 원료인 폴리스티렌에 발포제와 함께, 우수한 산화방지, 제습, 탈취 및 항균효과를 갖는 활성탄분말과 다량의 음이온을 방출시키는 모데나이트분말을 미분쇄하여 투입하고 발포시킴으로써, 활성탄과 모데나이트로 인해 폴리스티렌이 발포되지 않았던 단점을 보완하고, 발포 폴리스티렌을 건축재로 이용할 시에는 건축물의 위생성을 극대화하여 쾌 적한 상태가 유지될 수 있을 뿐만 아니라, 대기 중에 다량의 음이온이 존재하도록 하여 혈액순환이 촉진되어 피로가 해소되도록 하고, 전자파를 차단하며 살충작용을 할 뿐만 아니라, 각종 질병에 대한 항체의 증가로 바이러스의 감염에 대한 저항력을 증가시키는 등의 유용한 효과를 제공한다.
또한 과일, 육류 등의 식품 포장재로 이용할 시에는 식품의 신선도를 유지시켜 저장기간을 연장할 수 있도록 하는 등의 유용한 효과를 제공한다.
Claims (2)
- 발포 폴리스티렌의 제조방법에 있어서,예비용해조에 물 50∼70중량%, 폴리스티렌 20∼30중량%, 활성탄분말 5∼20중량% 및 모데나이트분말 0.5∼5중량%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 활성탄과 모데나이트를 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 활성탄분말은 200∼1000mesh의 입도이고, 모데나이트분말은 350∼1000mesh의 입도인 것을 특징으로 하는 활성탄과 모데나이트를 이용한 발포 폴리스티렌의 제조방법.
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