KR20070060466A - 에틸렌비스스테아라마이드를 이용한 발포폴리스티렌 비드의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발포폴리스티렌 비드의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 균일하고 미세한 셀구조를 갖는 발포폴리스티렌 비드를 형성시키기 위한 제조방법에 관한 것으로 셀의 크기를 조절하기 위하여 10 ㎛ 이하의 크기를 갖는 에틸렌비스스테아라마이드(ethylenebisstearamide) 및 퍼옥사이드와 레독시 개시제를 조합하여 사용하고 무기분산제를 사용함으로써 보다 균일하고 아주 미세한 셀 구조를 갖도록 하여서 높은 기계적 강도 및 낮은 열전도율을 갖는 발포폴리스티렌 비드의 제조방법에 관한 것이다.

발포폴리스티렌, 핵제, 열전도율, 셀

Description

에틸렌비스스테아라마이드를 이용한 발포폴리스티렌 비드의 제조방법{Manufacturing Method of Expanded Polystyrene with Ethylenebisstearamide}

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 셀의 광학현미경사진이다.

도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 셀의 광학현미경사진이다.

도 3은 본 발명의 비교예 1에 따른 셀의 광학현미경사진이다.

본 발명은 발포폴리스티렌 비드의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정한 크기와 성분의 핵제를 사용하고, 특정한 개시제와 분산제를 사용하여 반응함으로써 균일한 발포폴리스티렌 비드를 제조하고, 이를 이용하여 미세한 셀구조를 갖는 발포폴리스티렌을 제조하는 방법에 관한 것이다.

통상적으로 프로판, 펜탄, 부탄, 메틸클로라이드 등의 발포제 및 핵제 등을 함유한 비드 형태의 폴리스티렌 수지는 발포폴리스티렌 비드로 불리고 있으며, 이를 이용해 폴리스티렌 발포체를 제조할 수 있다.

일반적으로 널리 행해지고 있는 발포체의 제조는 먼저, 발포폴리스티렌 비드를 스팀으로 가열하여 발포팽창(1차발포)시키고, 일정시간 방치(숙성)한 후, 금속 형틀속에 충진한 다음 수증기에 의하여 가열(2차 발포)시키고 나서 금속형틀을 냉각시켜 성형체 내부의 발포압의 감소를 기다려 형틀을 열고 발포성형체를 들어냄으로써 이루어진다.

이러한 발포성형체 제조시에 성형체의 물성에 큰 영향을 주는 인자는 발포시 생성되는 셀의 크기이다. 즉, 셀이 미세할수록 좋은 물성을 나타내며, 셀이 클수록 열전도율이 높아지고, 강도가 떨어질 뿐만 아니라 외관상으로도 성형품의 표면이 반짝거리거나 단열재용 판넬의 경우 접착제와의 접착력이 떨어지는 등 불량처리가 되는 경우가 대부분이다.

종래에도 미세한 셀을 형성할 수 있는 발포폴리스티렌 비드의 제조를 위해 셀조절제에 대한 많은 연구가 진행되어 있다. 일반적으로 폴리스티렌 발포체를 제조할 때 셀조절제로 핵제를 사용하고 있는데, 이러한 핵제는 발포체를 중합시 반응기 내의 고온, 고압하에서 용융된 스티렌 수지와 발포가스가 핵제 주위로 분산되어 폴리스티렌 입자가 형성되며 발포기 내에서 가열시 핵제를 중심으로 하여 발포가 일어나서 양질의 균일한 셀을 형성시키는 역할을 한다.

발포폴리스티렌 비드의 제조에 가장 널리 사용되는 핵제로는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌 왁스, 스테아린산 칼슘, 탈크, 마그네슘 카보네이트, 칼슘 실리케이트 등을 사용하였다. 그러나 상기 핵제들은 중합시 첨가제로 넣어주는 물질로서 폴리스티렌 매트릭스와 물리적으로 혼합하여 섞여 있다가 발포시 핵제를 중심으로 발포가스와 스티렌 수지가 모여 셀을 형성하게 되는 것이었다. 상기 핵제는 폴리머 매트릭스내에서 균일하게 분포되기 어렵기 때문에 발포제가 국부적 으로 응집되어 미세하고 균일한 셀을 형성하기 어려운 문제점이 있어 단열성, 압축성이 떨어진다. 지금까지의 핵제들은 이러한 단점으로 인하여 제조되는 발포성형체의 경우 셀의 구조와 크기 등이 불균일하고, 물성 등에서도 보완이 필요하였다.

본 발명은 핵제로서 평균입경이 10 ㎛ 이하의 크기를 갖는 에틸렌비스스테아라마이드(ethylenebisstearamide, EBS)를 사용하여 셀이 조밀하고 균일한 구조로 개선시킬 수 있음을 발견하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. 따라서 본 발명은 핵제로서 평균입경이 10 ㎛ 이하의 크기를 갖는 에틸렌비스스테아라마이드(ethylenebisstearamide, EBS)를 사용하여 균일한 크기를 갖는 발포폴리스티렌 비드를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 단열성이 우수하고, 발포시 셀의 입경이 작고, 고르며 표면이 매끄럽고 균일한 발포폴리스티렌 발포체를 제공하기 위한 제조방법을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 EBS를 조핵제로 이용한 새로운 개시제의 조합 및 현탁제의 조합을 이용하는 중합 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명은 발포폴리스티렌 비드의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세구조의 발포성 폴리스티렌수지 입자를 제조하는 과정에서 첨가되는 핵제로 서 평균입경이 10 ㎛ 이하의 크기를 갖는 에틸렌비스스테아라마이드(EBS)를 사용하고, 퍼옥사이드 및 레독스계 개시제 및 무기계 분산제를 사용하여 현탁중합에 의하여 수지 내에 고르게 분포시킴으로써 균일하고 미세한 셀구조를 갖도록 하여 높은 기계적 강도와 낮은 열전도율 및 미려한 외관을 갖는 발포폴리스티렌을 제조하기 위한 제조방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 상기 EBS를 핵제로 사용하는 경우, EBS와 스티렌 모노머와의 혼화성이 열세여서 열악한 셀 형태를 가지는 발포폴리스티렌이 제조되는 현상을 해결하고자 레독스 개시제와 퍼옥사이드 개시제를 혼합하여 채택하고, 특정의 조성을 갖는 무기계 분산제를 채택하여 본 발명에서 목적으로 하는 조밀하고 균일한 셀 형태를 가지는 발포폴리스티렌을 제조할 수 있었다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발포폴리스티렌의 제조방법은,

1) 반응기에서 분산매인 물에 분산제를 넣고 균일하게 분산시키는 단계;

2) 핵제로 사용될 에틸렌비스스테아라마이드를 10 ㎛ 이하의 크기로 분쇄하는 단계;

3) 상기 반응기에 스티렌 단량체, 중합개시제, 분쇄된 에틸렌비스스테아라마이드를 투입하고 50 ~ 90 ℃까지 승온하여 6시간 이상 교반하면서 중합하는 단계;

4) 상기 중합단계에서 스티렌 단량체의 중합율이 60 ~ 90 중량%가 되면, 온도를 120 ℃까지 서서히 상승시키면서 상기 반응기 내에 발포제를 투입하는 단계;

5) 반응기를 20 ~ 30 ℃의 온도로 냉각하고, 잉여 발포제를 제거하는 단계;

6) 제조된 발포폴리스티렌 비드를 회수하여 수세하는 단계;

7) 건조하는 단계;

로 이루어진다.

또한 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 발포폴리스티렌 비드는 스팀으로 1차 발포하여 50 ~ 90배로 확대된 발포성 입자를 제조하고, 상기 발포성 입자를 성형틀에 충전하여 넣고 성형하여 폴리스티렌 성형품을 제조하는 것이다.

상기 반응에서 핵제로 사용된 에틸렌비스스테아라마이드는 용융온도가 144 ~ 146 ℃인 것으로, 통상적으로 840㎛이하의 비드상으로 판매되며, 본 발명에서는 이러한 에틸렌비스스테아라마이드를 구입하여 10 ㎛이하의 평균입경이 되도록 분쇄시킨 것을 사용하는 것을 특징으로 한다. 좋게는 0.1 ~ 10 ㎛인 것이 바람직하며, 10 ㎛이상의 경우 발포셀이 균일하게 되지 않고, 조밀하게 형성되지 않는다. 상기 분쇄 방법은 통상적인 볼밀, 제트밀 또는 분쇄기를 이용하여 분쇄할 수 있는 것으로 본 발명에서는 한정되지 않는다.

본 발명에서 에틸렌비스스테아라마이드의 평균 입경을 10 ㎛이하로 한정하는 이유는, 용융온도가 144 ~ 146 ℃이므로 중합 반응 시 용융되지 않고 반응에 참여하므로 그 크기가 작을수록 스티렌 액적에 용해속도가 빨라 현탁중합에 의해 제조된 스티렌 비드의 표면에 고르게 분산이 잘 되며, 발포시 셀이 불균일하게 발포되는 것을 방지하므로 셀의 크기가 일정하게 되기 때문이다. 본 발명의 상기 핵제는 입자의 크기가 10 ㎛이하로 작으므로 용해속도가 빨라 현탁중합에 의해 제조된 스티렌 비드의 내부에 고르게 분포하고 있다가, 발포체 제조 시 고온, 고압하에서 용 융된 스티렌 수지 내에서 발포가스가 핵제 주위로 몰려들어 발포시 스팀을 가하게 되면 핵제를 중심으로 하여 발포가 일어나서 입경이 작고 크기가 균일한 우수한 셀을 형성하게 되는 것으로, 단열성이 우수한 효과를 나타낸다.

본 발명에서 상기 핵제의 크기에 따른 발포셀 형성의 안정성은 예상하지 못한 결과여서 매우 놀라운 것으로서, 통상의 시판되는 크기의 EBS를 사용하여 제조하는 경우와 비교 시 10 ㎛이하의 평균입경을 갖는 EBS를 사용하는 경우 셀의 조밀도나 균일성이 현저한 차이가 나타나게 되는 것이 발견되어 본 연구자도 매우 특이한 현상임을 알 수 있었으며, 이는 곧 본 발명의 특징이기도 하다.

일반적으로 핵제는 폴리스티렌 매트릭스와 물리적으로 혼합되어 있을 뿐 화학적인 결합을 하고 있는 것이 아니기 때문에 매트릭스에서 불균일하게 분포되기 쉬우며, 이렇게 되는 경우 발포제가 국부적으로 응집되어 미세하고 균일한 셀을 형성하기 힘들다. 또한 핵제의 사용량을 증가시키는 것 역시 폴리머 매트릭스와의 상용성을 떨어뜨리게 된다. 그러나 본 발명의 10 ㎛이하의 평균입경을 갖는 EBS를 사용하는 경우 분산성이 우수하므로 균일하게 분포되어 균일한 셀을 형성할 수 있다.

본 발명에서 상기 핵제는 스티렌 모노머에 대하여 0.01 내지 5 중량%로 첨가하여 사용한다. 그 함량이 0.01 중량% 미만으로 사용되는 경우 셀조절제로서의 역할이 불충분하여 균일한 셀을 형성할 수 없으며, 셀 크기도 미세한 상태로 조절하기 어려우며, 5 중량%를 초과하여 사용하는 경우 발포체의 강도가 저하되고, 과다한 첨가량만큼의 효과를 기대할 수 없으므로 비경제적이다.

본 발명에서 상기 분산매는 통상의 정제수를 사용할 수 있으며, 스티렌 모노 머와 동일한 양의 정제수를 사용할 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 10 ㎛ 이하의 EBS를 이용하는 것에 의해서만 상기와 같은 조밀성과 균일성을 가지는 발포셀이 얻어지지만, 본 발명에서 특정의 개시제와 현탁제의 조합을 채택하는 경우 더욱 우수한 효과를 나타내게 된다.

상기 과제를 해결하기 위한 결과로, 본 발명에서 사용할 수 있는 중합개시제로는 벤조일퍼옥사이드, 디클로로벤조일퍼옥사이드, 디쿠밀퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시 벤조에이트, 2,5,-디(옥시퍼벤조에이트)-헥산-3,1,3-비스(3급-부틸퍼옥사이드이소프로필)-벤젠, 옥타노일퍼옥사이드, 데카노일퍼옥사이드, 라우로일퍼옥사이드, 스테아로일퍼옥사이드,3,3,5-트리메틸헥사노일퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시아세테이트, t-부틸퍼옥시이소부틸레이트, t-부틸퍼옥시(2-에틸헥사노에이트), 퍼옥시이소프탈레이트, t-부틸벤조에이트, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 메틸사이클로헥사퍼옥사이드 등과 같은 퍼옥사이드; 아조비스이소부틸로니트릴, 디메틸아조디이소부틸레이트 등과 같은 아조계열 화합물, 레독스 개시제로는 암모늄퍼설페이트 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 벤조일퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시 벤조에이트, 암모늄 퍼설페이트와 디쿠밀퍼옥사이드를 혼합한 혼합 개시제를 사용하는 것이 가장 바람직하며, 중량비로 50 ~ 60 : 20 ~ 30 : 8 ~ 12 : 8 ~ 12 으로 하여 합이 100이 되도록 하며, 더욱 바람직하게는 55 : 25 : 10 : 10 중량비로 하여 사용하는 경우 가장 조밀하고 균일한 셀을 형성할 수 있었다. 상기 혼합 개시제의 양은 사용된 모노머의 종류와 폴리머의 분자량에 따라 다르며, 스티렌 모노머에 대하여 0.1 ~ 4 중량%를 사용하는 것이 바람직하 다. 4 중량%를 초과하는 경우, 저온에서 중합반응이 촉진되어 셀의 형성이 열악하고, 0.1 중량% 이하로 사용하는 경우 중합속도가 느려 경제적이지 못하다.

또한, 본 발명의 현탁중합의 분산제로는 통상의 현탁중합에서 사용하는 분산제라면 입자의 안정성을 유지하는 한 제한되지 않는다. 예를 들면, 불용성 포스페이트, 수용성 고급 폴리머 보호콜로이드 등의 분산제를 사용할 수 있으며, 불용성 포스페이트로는 트리칼슘 포스페이트, 트리소듐포스페이트, 마그네슘 포스페이트 등이 있으며, 수용성 고급 폴리머 보호콜로이드로는 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 메틸셀룰로오즈, 폴리비닐알코올-코-비닐아세테이트, 하이드록시알킬셀룰로오즈, 카르복시알킬셀룰로오즈에서 선택되는 어느 하나 이상의 수용성 셀룰로오즈 유도체, 나트륨 폴리아크릴레이트 등을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명에서 무기계 현탁제로서 트리칼슘포스페이트, 트리소듐 포스페이트 등을 사용하는 경우 더욱 우수한 발포셀을 갖는 발포폴리스티렌을 제조할 수 있다. 이들의 함량은 중합 시스템 내에 존재하는 물질의 총량을 기준하여 0.01 중량% 이상을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 난연제는 데카브로모디페닐옥사이드, 옥타브로모디페닐옥사이드, 브로미나이티드 폴리스티렌, 비스(트리 브로모페녹시)에탄, 테트라브로모 비스페놀 A, 헥사브로모사이클로도데칸, 브로미나이티드 에폭시에서 선택되는 어느 하나 이상의 유기브롬계 난연제를 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 염소계 난연제 등 당업계에서 사용하는 공지의 난연제를 사용할 수 있음은 자명하다. 그 함량은 스티렌 모노머에 대하여 1 ~ 10 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 1 중량% 미만 으로 사용하는 경우 목적하는 효과를 기대할 수 없으며, 10 중량%를 초과하는 경우 다른 물성이 현저하게 저하되므로 바람직하지 않다. 또한, 상기 난연제의 함량에 따라 난연등급을 조절할 수 있음은 자명한 것이다.

본 발명에서 사용될 수 있는 발포제로는, 예를 들면, 프로판, 부탄, 펜탄 등과 같은 지방족 탄화수소; 사이클로부탄, 사이클로펜탄 등과 같은 지방족 고리탄화수소; 메틸클로라이드, 디클로로디플루오로메탄, 트리클로로메탄, 트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌 등과 같은 할로겐화 탄화수소가 있으며, 이들을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 그 함량은 크게 제한되지 않으며 당업계에서 통상적으로 사용되는 양을 사용한다.

이밖에도 필요에 따라 무기항균제, 계면활성제, UV안정제, 산화방지제 등의 첨가제를 추가로 사용할 수 있다.

상기 첨가제 중 발포체에 항균력을 부여하기 위하여 무기계 항균물질을 첨가할 수 있으며, 그 함량은 폴리스티렌 발포 수지 조성물에 0.001 ~ 5 중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 0.001 중량% 이하로 사용되는 경우 우수한 항균력을 나타낼 수 없으며, 5 중량%를 초과하여 사용하는 경우 핵제에 영향을 줄 수 있으므로 바람직하지 않다. 상기 항균물질로는 은 또는 아연을 감마 알루미나에 담지시킨 금속 산화물; 산화은, 산화아연, 알루미늄 옥사이드, 마그네슘 옥사이드에서 선택되는 어느 하나 이상의 세라믹스, 제 1차 칼슘 포스페이트, 제 2차 칼슘 포스페이트, 제 3차 칼슘 포스페이트, 칼슘 포스파이트, 칼슘 포스파이드, 칼슘 피로 포스페이트에서 선택되는 어느 하나 이상의 인산칼슘계 무기물질; 은, 아연, 구리 중에서 선택 된 1종 이상의 금속을 함유하는 천연 또는 합성 알루미노실리케이트 등을 사용할 수 있다.

또한 중합시 계면활성제를 추가로 사용할 수 있으며,예를 들면, 알킬벤젠술포네이트의 나트륨염, 탄소수가 6 ~12개인 알파올레핀술포네이트의 나트륨염, 라우릴술포네이트의 나트륨염, 도데실벤젠술포네이트의 나트륨염, 도데실벤젠술포네이트의 칼슘염 및 이들의 혼합물오 이류어진 그룹에서 선택적으로 사용할 수 있다.

또한, 내후성을 향상시키기 위하여 UV안정제를 추가로 사용할 수 있으며, 예를 들면, 벤조페논계나 벤조트리아졸계 또는 힌더드아민계화합물을 사용할 수 있고, 수지의 열안정성 향상과 안정제와의 상승효과를 위하여 산화방지제를 사용할 수 있으며, 예를 들면, 하이드록시페닐계, 틴말레이트계, 틴메캅타이드계, 퍼스페이트계 화합물에서 선택되는 어느 하나이상을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 언급된 반응 혼합물로서, 스티렌 모노머, 분산매, 분산제 및 개시제들은 모두 발포폴리스티렌을 제조하는 당해 분야에 해당하는 업자들에게는 용이하게 이해될 수 있는 정도로 발포폴리스티렌의 제조에서 널리 사용되는 것을 사용할 수 있음은 자명할 것이다.

이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 바람직한 실시예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

이하 본 발명의 열전도율 측정은 Anacon사의 TCA-8을 사용하였으며, 시료의 크기는 200 × 200 × 25 ㎝이고 고온판의 온도는 36.5 ℃, 저온판의 온도는 10 ℃ 로 하여 측정하였다.

굴곡강도와 압축강도는 Shimadzu사 Autograph AG-2000A를 사용하여 측정하였고, 압축강도 측정을 위한 사료는 5 × 5 × 5 ㎝이고 굴곡강도의 시료는 30 × 7.5 × 2.5 ㎝로 하여 측정하였다.

[실시예 1]

반응기를 서서히 교반하면서 분산매로 물 40kg과 분산제로 트리칼슘포스페이트(BUDENHEIM사) 210g, 폴리비닐알콜(KURARAY사) 55g, 트리소듐포스페이트(TAIYO NOBEL사) 30g을 넣고 균일하게 분산시켰다. 스티렌 모노머(현대석유화학(주), SK(주)) 40 kg에 개시제로 벤조일 퍼옥사이드(AKZO NOBEL사) 110g, t-부틸퍼옥시 벤조에이트(AKZO NOBEL사) 50g, 암모늄 퍼설페이트(MITSUBISHI GAS) 20g, 디쿠밀퍼옥사이드(GAO QIAO사) 20g을 넣어 용해시키고, 10 ㎛ 평균입경을 갖는 에틸렌비스스테아라마이드(LEOCHEMICAL사) 60g, 난연제로 헥사브로모사이클로도데칸(GREAT LAKES CHEMICAL사) 4 kg을 첨가한 후 반응기의 온도를 서서히 상승시켜, 90 ℃에서 6시간 반응하였다.

내부표준물질인 0.001 중량%의 노말-부틸벤젠을 함유한 디클로로메칸 20g에 상기 반응물 중 0.5g을 취하여 완전히 용해시킨 후 가스크로마토그래피를 사용하여 잔류 모노머의 함량을 측정하여 중합율이 75 중량%에 달하는 것을 확인한 후, 온도를 120 ℃까지 서서히 상승시키면서 정량펌프를 이용하여 3500g의 펜탄을 일정한 속도로 상기 반응기에 투입하였다. 6시간 동안 반응을 유지시킨 후 중합온도를 30 ℃로 냉각하고, 불필요한 펜탄가스를 제거하였다. 철망을 이용하여 발포폴리스티렌 비드를 회수하여 수세하고, 건조하여 최종의 발포폴리스티렌 비드를 수득하였다.

수득된 발포폴리스티렌 비드의 분자량 및 분자량분포는 겔투과크로마토그래피법에 의하여 측정한 결과 중량평균분자량이 280,000이고, 분자량 분포는 2.5, 평균입경은 0.9mm인 균일한 크기의 비드가 제조되었다.

제조된 발포폴리스티렌 비드를 스팀으로 발포하여 50배로 확대된 발포성 입자를 얻고, 24시간 후에 이 발포성 입자를 성형틀에 충전하여 넣고 성형하여 폴리스티렌 성형품을 제조하였다. 이렇게 제조된 성형품의 열전도율, 압축강도와 굴곡강도를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었으며, 성형품을 얇게 잘라 광학현미경을 이용하여 100 배로 확대하여 셀을 관찰한 결과를 도 1에 나타내었다.

[실시예 2]

실시예 1에서 핵제로 10 ㎛ 평균입경을 갖는 에틸렌비스스테아라마이드 40g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.

그 결과 중량평균분자량이 278,000이고, 분자량 분포가 2.5이며, 평균입경이 0.8mm인 균일한 크기의 발포폴리스티렌 비드가 제조되었다.

제조된 발포폴리스티렌 비드를 스팀으로 발포하여 50배로 확대된 발포성 입자를 얻고, 24시간 후에 이 발포성 입자를 성형틀에 충전하여 넣고 성형하여 폴리스티렌 성형품을 제조하였다. 이렇게 제조된 성형품의 열전도율을 압축강도와 굴곡강도를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었으며, 성형품을 얇게 잘라 광학현미경 을 이용하여 100 배로 확대하여 셀을 관찰한 결과를 도 2에 나타내었다.

[비교예 1]

상기 실시예 1에서 핵제로 폴리에틸렌 왁스(수평균 분자량 1000) 12g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.

그 결과 중량평균분자량이 291,000이고, 분자량 분포가 2.7이며, 평균입경이 0.92mm인 발포폴리스티렌 비드가 제조되었다.

제조된 발포폴리스티렌 비드를 스팀으로 발포하여 50배로 확대된 발포성 입자를 얻고, 24시간 후에 이 발포성 입자를 성형틀에 충전하여 넣고 성형하여 폴리스티렌 성형품을 제조하였다. 이렇게 제조된 성형품의 압축강도와 굴곡강도를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었으며, 성형품을 얇게 잘라 광학현미경을 이용하여 100 배로 확대하여 셀을 관찰한 결과를 도 3에 나타내었다.

[비교예 2]

상기 실시예 1에서 핵제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다. 그 결과 중량평균분자량이 310,000이고, 분자량 분포가 2.7이며, 평균입경이 1.13mm인 발포폴리스티렌 비드가 제조되었으며, 이들의 크기는 불균일하였다.

제조된 발포폴리스티렌 비드를 스팀으로 발포하여 50배로 확대된 발포성 입자를 얻고, 24시간 후에 이 발포성 입자를 성형틀에 충전하여 넣고 성형하여 폴리스티렌 성형품을 제조하였다. 이렇게 제조된 성형품의 열전도율, 압축강도와 굴곡 강도를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 3]

실시예 1에서 개시제로 벤조일 퍼옥사이드(AKZO NOBEL사) 110g 하나만 사용하여 제조한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 제조하였다. 그 결과 중량평균분자량이 285,000이고, 분자량 분포는 2.5, 평균입경은 0.9mm인 불균일한 크기의 비드가 제조되었다.

제조된 발포폴리스티렌 비드를 스팀으로 발포하여 50배로 확대된 발포성 입자를 얻고, 24시간 후에 이 발포성 입자를 성형틀에 충전하여 넣고 성형하여 폴리스티렌 성형품을 제조하였다. 이렇게 제조된 성형품의 열전도율, 압축강도와 굴곡강도를 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표에서 보이는 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1, 2는 열전도율이 낮아 단열성이 우수한 것을 알 수 있었으며, 우수한 압축강도 및 굴곡강도를 나타내 었다. 또한 도 1 내지 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 특징인 10 ㎛ 이하의 크기를 갖는 에틸렌비스스테아라마이드 및 혼합 개시제와 무기계 분산제를 사용한 실시예 1 및 실시예 2의 발포폴리스티렌의 경우 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 조밀한 셀이 형성된 것을 알 수 있었으며, 핵제로서 폴리에틸렌 왁스를 사용한 비교예 1의 경우 도3에 도시된 바와 같이 셀의 크기가 조밀하지 못하고, 일정한 크기를 갖지 않는 것을 알 수 있었다.

또한 도에는 나타내지 않았지만, 개시제로서 퍼옥사이드 개시제 하나만을 사용하여 제조한 비교예 3의 경우 셀의 크기가 불균일하며, 실시예 1에 비하여 조밀하지 못한 셀이 형성되는 것을 알 수 있었고, 열전도율 및 압축강도와 굴곡강도가 열세인 것을 알 수 있었다.

본 발명의 제조방법에 따라 10 ㎛ 이하의 크기를 갖는 에틸렌비스스테아라마이드를 핵제로 사용하고, 퍼옥사이드와 레독스 개시제를 혼합한 혼합개시제 및 무기계 분산제를 사용하여 제조된 발포폴리스티렌 비드는 1 mm이하의 균일한 평균입경을 갖으며, 상기 비드를 이용하여 발포시켜 성형품을 제조하는 경우 셀의 크기가 균일하고, 매우 작은 크기의 셀을 형성하며, 단열성이 우수하고 열전도율, 압축강도, 굴곡강도 등의 기계적 물성이 우수한 것을 알 수 있었다.

Claims (5)

1) 반응기에서 분산매인 물에 분산제를 넣고 균일하게 분산시키는 단계;

2) 핵제로 사용될 에틸렌비스스테아라마이드를 10 ㎛ 이하의 크기로 분쇄하는 단계;

3) 상기 반응기에 스티렌 단량체, 중합개시제, 분쇄된 에틸렌비스스테아라마이드를 투입하고 50 ~ 90 ℃까지 승온하여 6시간 이상 교반하면서 중합하는 단계;

4) 상기 중합단계에서 스티렌 단량체의 중합율이 60 ~ 90 중량%가 되면, 온도를 120 ℃까지 서서히 상승시키면서 상기 반응기 내에 발포제를 투입하는 단계;

5) 반응기를 20 ~ 30 ℃의 온도로 냉각하고, 잉여 발포제를 제거하는 단계;

6) 제조된 발포폴리스티렌 비드를 회수하여 수세하는 단계;

7) 건조하는 단계;

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 비드의 제조방법.

제 1항에 있어서,

상기 핵제는 스티렌 단량체에 대하여 0.01 ~ 5 중량%를 사용하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 비드의 제조방법.

제 2항에 있어서,

상기 분산제는 트리칼슘 포스페이트, 트리소듐포스페이트, 마그네슘 포스페이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 메틸셀룰로오즈, 폴리비닐알코올-코-비닐아세테이트, 하이드록시알킬셀룰로오즈, 카르복시알킬셀룰로오즈, 나트륨 폴리아크릴레이트에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 비드의 제조방법.

제 3항에 있어서,

상기 개시제는 벤조일퍼옥사이드, 디클로로벤조일퍼옥사이드, 디쿠밀퍼옥사이드, 디-t-부틸퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시 벤조에이트, 2,5,-디(옥시퍼벤조에이트)-헥산-3,1,3-비스(3급-부틸퍼옥사이드이소프로필)-벤젠, 옥타노일퍼옥사이드, 데카노일퍼옥사이드, 라우로일퍼옥사이드, 스테아로일퍼옥사이드,3,3,5-트리메틸헥사노일퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시아세테이트, t-부틸퍼옥시이소부틸레이트, t-부틸퍼옥시(2-에틸헥사노에이트), 퍼옥시이소프탈레이트, t-부틸벤조에이트, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 메틸사이클로헥사퍼옥사이드에서 선택되는 어느 하나 이상의 퍼옥사이드; 아조비스이소부틸로니트릴, 디메틸아조디이소부틸레이트에서 선택되는 어느 하나 이상의 아조계열 화합물; 암모늄퍼설페이트 등의 레독스 개시제;를 단독 또는 하나 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 비드의 제조방법.

제 4항에 있어서,

상기 개시제는 벤조일퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시 벤조에이트, 암모늄 퍼설페이트와 디쿠밀퍼옥사이드를 50 ~ 60 : 20 ~ 30 : 8 ~ 12 : 8 ~ 12 중량비로 혼합한 혼합 개시제를 사용하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 비드의 제조방법.

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