KR20070084897A

KR20070084897A - 천매암을 이용한 열가소성수지

Info

Publication number: KR20070084897A
Application number: KR1020060017262A
Authority: KR
Inventors: 김철수; 김성룡
Original assignee: 김철수; 김성룡
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-08-27

Abstract

본 발명은 천매암을 이용한 열가소성수지에 관한 것으로서, 난연성을 갖도록 브롬계 난연제와 삼산화안티몬(Sb₂O₃)이 첨가된 열가소성수지에 있어서, 상기 열가소성수지에 천매암 분말을 첨가하여 상기 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬의 첨가량은 줄이면서도 난연성을 유지하는 것을 특징으로 한다.

그래서, 본 발명에 따른 천매암을 이용한 열가소성수지는 기존에 사용되는 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬의 첨가량을 줄이고, 그것을 대체하는 천매암을 첨가함으로써 다이옥신 및 퓨란의 발생을 감소시키고, 유독가스의 발생을 감소시키며, 탈취 및 항균·항곰팡이성 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

천매암, 열가소성수지, 브롬계 난연제, 삼산화안티몬

Description

천매암을 이용한 열가소성수지{Thermoplastic Resin using Phyllite}

본 발명은 천매암을 이용한 열가소성수지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열가소성수지에 첨가되는 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬의 첨가량을 20 ~ 30% 줄이고, 천매암 분말을 대체 첨가함으로써 난연성을 유지하면서도 다이이옥신 및 유독 가스의 발생을 감소시키고, 향균·항곰팡이 작용을 부여할 수 있는 친환경 제품인 열가소성수지에 관한 것이다.

연소하기 쉬운 성질을 갖고 있는 대부분의 플라스틱을 물리, 화학적으로 개선하여 잘 타지 못하도록 첨가하는 물질을 난연제라고 한다. 플라스틱은 건축용, 자동차용, 전기제품, 항공기, 선박 등 용도가 광범위하게 확대되면서 화재발생시 안전을 고려한 난연화 필요성이 증대돼 왔다. 따라서 최근 세계적으로 플라스틱을 비롯해 고무, 섬유, 제지 등에 대한 연소성 규제가 강화되고 있다

현재 사용되는 난연제는 구성성분에 따라 유기계와 무기계로 분류되는데 유기계는 주로 인계, 브롬계, 염소계로 분류되고, 무기계는 수산화알루미늄, 안티몬계 제품, 수산화마그네슘 등으로 분류된다. 또한 사용법에 의해 첨가형과 반응형으로 분류되는데 첨가형은 물리적으로 플라스틱에 난연제를 첨가해서 난연성을 향상 시키지만, 반응형은 플라스틱을 제조할 때 일부에 난연제를 첨가해서 화학반응을 시키고 난연성을 향상시키는 방법이다. 일반적인 난연화는 난연제 첨가에 의한 것이 주류를 이루고 있다.

근래에는 주로 브롬계 난연제가 사용되고 있으며 보조 난연제로 안티몬, 염화파라핀, 염화폴리에틸렌 등이 사용되고 있다.

일반적으로 열가소성수지(PP, PE, PS, ABS, PVC 등)는 난연성을 갖기 위해 열가소성수지에 대하여 브롬계 난연제인 DBDPO(Decabromo-diphenyloxide) 또는 DBDPE(Decabromo-diphenylethane) 12 ~ 23 중량부와 삼산화안티몬(Sb₂O₃) 4 ~ 9 중량부를 첨가한다.

하지만 전술한 바와같이 브롬계 난연제는 생산, 가공 등의 과정에서 근로자 노출, 최종제품의 사용과정 및 화재로 인한 소비자 노출, 대기, 수질, 토양 등 환경매체와 먹이사슬을 통한 환경노출을 통해 인간 및 생태계에 나쁜 영향을 미칠 수 있고, 만약 열이 가해지면 발암물질로 알려진 다이옥신 또는 퓨란을 형성한다고 알려져 있다.

또한, 브롬계 난연제의 난연효과를 증진시키기 위해 첨가되는 삼산화안티몬도 발암성이 있는 것으로 보고되고 있으며, 안티몬은 소각과정에서 다이옥신이나 퓨란생성의 촉매작용을 한다고 알려졌다. 더구나, 안티몬의 사용은 플라스틱의 열안정성과 내후성을 저하시키므로, 사출기 내 체류시 물성이 급격히 열화하는 단점이 있었다

이와같이 오래전부터 브롬계 난연제의 유해성 문제가 대두됨에 따라 저유해성·저발연성 등 고품질의 난연제 및 보조 난연제에 대한 연구가 꾸준히 이어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 열가소성수지에 난연성을 부여하기 위하여 사용되는 브롬계 난연제 및 보조 난연제 삼산화안티몬의 첨가량을 감소시키고, 친환경적인 물질인 천매암을 첨가함으로써 난연성을 유지하면서 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬에 의한 발암물질 발생 및 유해가스 발생을 감소시키는 동시에 천매암에 의해 항균·항곰팡이 작용 및 탈취 등과 같은 효과를 얻을 수 있도록 하는 열가소성수지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 천매암을 이용한 열가소성수지는 난연성을 갖도록 브롬계 난연제와 삼산화안티몬이 첨가된 열가소성수지에 있어서, 상기 열가소성수지에 천매암 분말을 첨가하여 상기 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬의 첨가량은 줄이면서도 난연성을 유지하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명에 사용되는 천매암은 필라이트(Phyllite)라고도 불리는 것으로서 점토질의 퇴적층이 열수변질에 의한 가수분해작용 및 변성, 풍화, 부식 등의 과정을 거쳐 생성된 광석이다.

주된 성분은 석영, 장석으로 이루어져 있으며, 흑운모, 백운모, 견운모, 녹니석, 방해석 등 다양한 미네랄이 적당히 혼합되어 있다.(표1 참조)

구 분	SiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	TiO₂	MnO	P₂O₃
천매암	73.2	20.20	0.84	1.82	1.82	1.41	0.54	0.01	0.16

천연 천매암(필라이트)은 흑갈색을 띠고 편리면은 강한 광택을 발하는데 이는 견운모들의 작은 입자들 때문이고, 분쇄 후 수분을 흡수하면 기름진 옥토처럼 느껴지는 흑색을 띠게 된다.

천매암은 내부에 나노크기의 미세한 공간들을 많이 형성하고 있어, 물리적 흡착력과 화학적 양이온 치환작용 등이 탁월하다. 그 이유는 표 2에서 나타내는 바와같이 천매암(Phyllite)과 비석(Zeolite)은 거의 같은 공극율을 갖고 있지만 천매암은 전체적으로 공극면적이 작아 기공들이 고르게 분포되어 있지 않으며, 비석보다 부피와 면적이 커서 거포로 형성되어 있다. 흡수율과 공극율은 거의 직선상의 뚜렷한 저의 관계를 가져 공극율이 클수록 함수능력의 증가경향을 나타낸다는 보고가 있다. 즉, 천매암에 형성되어 있는 기공들은 부피와 면적이 커서 흡착력의 증가를 기대할 수 있다.

구 분	Total pore		Median pore
구 분	Volume(㎖/g)	Area(㎥/g)	Volume(㎖/g)	Area(㎥/g)
천매암	0.648	21.6	8.742	0.0061
비석	0.641	137.4	0.602	0.0043

따라서, 천매암은 수분이나 가스 등을 흡수, 흡착하여 자체 보관하고 있다가 서서히 배출하는 독특한 특성으로 갖고 있어, 탈취 및 습도 조절에 효과적인 것으로 알려졌으며, 게르마늄(Ge)의 함량이 0.1ppm으로 인삼, 온천수의 게르마늄 함량보다 월등한 수치를 나타낸다.(표3 참조)

구 분	탈취효과(%) (포름알데히드)	원적외선방출량 (40℃)	게르마늄 (ppm)
천매암	97.0	0.924	0.11

UL 94는 난연성을 평가하는 항목으로 난연성을 시험하는 방법으로는 크게 2가지로 나누어지는데, 그 중에 하나는 시편을 수평으로 놓고 불을 붙여 측정하는 방법으로서 UL 94HB(Horizontal Burning Test)라고 한다. 다른 하나는 시편을 수직으로 세워놓고 시험하는 방법으로 UL 94V(Vertical Burning Test)라고 하는데 난연 정도에 따라서 V-2, V-0, 5V로 구분된다.

본 발명의 기준이 되는 Ul 94V-0은 시편을 장치하고 10초간 버너로 불을 붙인 후 버너를 제거한 다음, 시편에 붙은 불이 꺼지기까지의 시간, 즉 시편이 타는 시간이 10초를 초과해서는 안되며, 시편 5개를 1set로 한 것에 10회간에 걸쳐 동일 시험을 하여, 합계 연소시간이 50초를 초과해서는 안 된다. 이때 연소시 녹아 떨어지는 불똥에 의해 약 30㎝ 아래에 놓여 있는 탈지면에 불이 발화되어서는 안 된다.

이때 만일 5개 시편 중 하나라도 요구 조건을 만족시키지 못할 경우 또 다른 5개의 시편으로 동일 시험을 해야 하며, 이 경우 합계 연소시간은 51 ~ 55초 이내에 들어가야 한다.

본 발명에 따른 천매암을 이용한 열가소성수지에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 천매암을 이용한 열가소성수지는 열가소성수지의 제조시에 첨가되는 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬의 첨가량을 줄이고, 이를 대체하는 천매암 분말을 첨가하여 UL 94V-0 등급의 난연성을 유지하면서 천매암에 의해 항균·항곰팡이 작용 및 탈취 등과 같은 효과를 얻을 수 있다.

만약 상기 열가소성 수지가 폴리프로필렌(polypropylene; PP) 또는 폴리에틸렌(polyethylene; PE)인 경우, 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬 만을 첨가하여 UL 94V-0 등급의 난연성을 유지하기 위해서는 열가소성 수지 100중량부에 대하여 브롬계 난연제인 DBDPO(Decabromo-diphenyloxide) 또는 DBDPE(Decabromo-diphenylethane) 또는 PBDE(Polybrominated diphenyl ether) 또는 TBBA(Tetrabromobisphenol-A) 20 ~ 23중량부와 삼산화안티몬 7 ~ 9중량부가 첨가되지만, 브롬계 난연제와 삼산화안티몬 첨가량의 20 ~ 30%에 해당되는 천매암 분말 0.1 ~ 10중량부를 첨가하면 기존에 사용되는 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬의 첨가량을 30%가량 감량하여 브롬계 난연제는 10 ~ 30중량부, 삼산화안티몬은 1 ~ 10중량부만 첨가하여도 UL 94V-0 등급의 난연성을 유지할 수 있다.

또한, 상기 열가소성 수지가 폴리스틸렌(Polystyrene; PS), HIPS(high impact polystyrene) 또는 ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene plastic)인 경우, 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬 만을 첨가하여 UL 94V-0 등급의 난연성을 유지하기 위해서는 열가소성 수지 100중량부에 대하여 브롬계 난연제인 DBDPO(Decabromo-diphenyloxide) 또는 DBDPE(Decabromo-diphenylethane) 또는 PBDE(Polybrominated diphenyl ether) 또는 TBBA(Tetrabromobisphenol-A) 12 ~ 20중량부와 삼산화안티몬 4 ~ 7중량부가 첨가되지만, 브롬계 난연제와 삼산화안티몬 첨가량의 20 ~ 30%에 해당되는 천매암 분말 0.01 ~ 10중량부를 첨가하면 기존에 사용되는 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬의 첨가량을 30%가량 감량하여 브롬계 난연제는 1 ~ 30중량부, 삼산화안티몬 0.5 ~ 10중량부만 첨가하여도 UL 94V-0 등급의 난연성을 유지할 수 있다.

상기와 같이 브롬계 난연제와 삼산화안티몬의 첨가량을 감량하고, 이것을 대체하여 천매암 분말을 첨가하면 연소할 때 발생되는 다이옥신 및 퓨란이 감소되고, 유독 가스의 발생이 억제되며, 불쾌감에 대한 탈취효과를 얻는 동시에, 항균·항곰팡이 성질을 갖게 된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

열가소성 수지 각 종류에 대하여 브롬계 난연제, 삼산화안티몬 및 천매암 분말의 양을 달리하여 시편을 제조하였다.(표 4 참조; 단위 Kg)

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3
PP	56	55	-	-	55	-	-
PE	-	-	53	-	-	53	-
PS	-	-		81.68	-	-	82.19
DBDPO	7.85	8.8	5.30	-	9.80	7.94	-
DBDPE	-	-	-	10.15	-	-	12.15
Sb₂O₃	2.80	3.30	3.18	5.72	5.10	5.18	8.40
천매암	2.80	5.50	4.64	4.68	-	-	-

상기와 같이 제조된 실시예 1 내지 4 및 비교예1 내지 3의 시편을 갖고, 여러가지 시험을 하였으며, 그 결과를 실시예와 비교예를 상대적으로 비교하여 표 5에 나타내었다.

구 분	난연성	다이옥신발생량	퓨란발생량	탈취도
실시예1	UL 94V-0 등급 적합	적음	적음	좋음
실시예2
실시예3
실시예4
비교예1	UL 94V-0 등급 적합	많음	많음	없음
비교예2
비교예3

그리고, 천매암을 열가소성수지에 첨가하면 기존에 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬 만을 첨가하였을 때에 비해 내열성이 좋고, 연기 발생량이 적다.

만약 PVC에 천매암을 첨가하는 경우는 기존 난연제 보다 소프트(soft)하기 때문에 첨가되는 가소재의 양을 줄일 수 있어 제품의 독성을 줄일 수 있다.

그리고, 천매암을 레진(Resin)에 10%이상 섞어서 PE 및 Plastic film을 제조하여 포장용기(봉지포함)를 만들어 식품을 포장할 경우, 일반 포장용기를 사용할 때보다 신선도가 오래가고, 곰팡이를 방지하며, 각종 세균의 번식을 억제하여 내용물 보호에 탁월한 효과를 볼 수 있다.(표 6참조: 한국건자재시험연구원의 항균시험성적서)

시험항목		시험결과			시험방법
시험항목		초기농도 (CFU/40g)	24시간후 농도 　　 (CFU/40g)	세균감소율 　　　 (%)	시험방법
대장균에 의한 항균시험	BLANK	416	2682	-	KICM-FIR - 1002
대장균에 의한 항균시험	미장용 몰탈 [제원석(천매암)미장용 몰탈]	416	1	99.8
녹농균에 의한 항균시험	BLANK	425	2796	-
녹농균에 의한 항균시험	미장용 몰탈 [제원석(천매암)미장용 몰탈]	425	1	99.8

`이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 천매암을 이용한 열가소성수지를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 여러가지 실시예를 가질 수 있다.

예를 들어, PVC계열의 열가소성수지를 제조할 때는 난연성을 갖도록 수산화 알루미늄과 수산화 마그네슘을 첨가하여 UL 94V-0 등급을 만족하게 된다. 그러나, 상기 수산화 알루미늄과 수산화 마그네슘을 대체하여 동일 중량의 천매암 분말이 0,1중량부 이상의 분말을 첨가하여도 UL 94V-0 등급을 만족하는 난연성을 갖게 된다.(표6, 7 참조)

	A	B	C	D	E	F
P-100	100
DOP	50
Epoxy안정세	3
Ca/Zn안정제	2
Sb203	2
Phyllite #3	0	20	-	-	-	-
Al(OH)3	-	-	20	-	-	-
Mg(OH)2	-	-	-	20	-	-
Ultracarb	-	-	-	-	20	-
CaCO3	-	-	-	-	-	20
Oxygen index	27.8	28.4	28.1	28.7	28.1	27.6

	A	B	C	D	E	F
P-100	100
DOP	50
Epoxy안정세	3
Ca/Zn안정제	2
Sb203	2	2	2	2	-	-
Zn borate	-	-	-	-	4	4
Phyllite #3	0	40	-	-	40	-
Al(OH)3	-	-	40	-	-	40
Ultracarb	-	-	-	40	-	-
Oxygen index	27.9	29.0	29.2	28.3	26.4	28.6

또한, 열가소성수지에 한정되지 아니하고, 열경화성수지, 제지, 옷감, 건축자재, 페인트 등의 제품제조시 천매암 분말을 제품 중량에 대하여 0.1 ~ 90 중량부가 첨가되면, 항균력을 갖게 되는데, 완제품의 경우 80%이상의 항균력을 보유하게 된다.

그리고, 열가소성수지, 열경화성수지 및 고무 등의 제품제조시 천매암 분말을 제품 중량에 대하여 0.1 ~ 90 중량부가 첨가되면, 천매암이 탈취효과를 발휘하여 화학냄새를 제거할 수 있다.

이와같이 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 바와같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

상술한 바와같이, 본 발명에 따른 천매암을 이용한 열가소성수지는 기존에 사용되는 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬의 첨가량을 줄이고, 그것을 대체하는 천 매암을 첨가함으로써 다이옥신 및 퓨란의 발생을 감소시키고, 유독가스의 발생을 감소시키며, 탈취 및 항균·항곰팡이성 효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

난연성을 갖도록 브롬계 난연제와 삼산화안티몬(Sb₂O₃)이 첨가된 열가소성수지에 있어서,

상기 열가소성수지에 천매암 분말을 첨가하여 상기 브롬계 난연제 및 삼산화안티몬의 첨가량은 줄이면서도 난연성을 유지하는 것을 특징으로 하는 천매암을 이용한 열가소성수지.
제 1항에 있어서,

상기 열가소성수지가 PP 또는 PE계열일 때,

상기 열가소성수지에는 열가소성수지 100중량부에 대하여 천매암 분말 0.1 ~ 10 중량부, 브롬계 난연제 10 ~ 30 중량부, 삼산화안티몬 1 ~ 10중량부가 첨가되는 것을 특징으로 하는 천매암을 이용한 열가소성수지.
제 1항에 있어서,

상기 열가소성수지가 PS 또는HIPS, ABS계열일 때,

상기 열가소성수지에는 열가소성수지 100중량부에 대하여 천매암 분말 0.01~ 10 중량부, 브롬계 난연제 1 ~ 30 중량부, 삼산화안티몬 0.5 ~ 10 중량부가 첨가되는 것을 특징으로 하는 천매암을 이용한 열가소성수지.
난연성을 갖도록 수산화 알루미늄과 수산화 마그네슘이 첨가된 PVC계열의 열가소성수지에 있어서,

상기 PVC계열의 열가소성수지에 함유되는 상기 수산화 알루미늄 및 수산화 마그네슘을 대체하여 동일중량의 천매암 분말이 0.1중량부 이상 함유되는 것을 특징으로 하는 천매암을 이용한 열가소성수지.
열경화성수지, 제지, 옷감, 건축자재, 페인트 또는 고무제품 중 선택되는 어느 하나의 제품에 천매암 분말 0.1 ~ 90 중량부(선택된 제품의 중량기준)가 첨가되어 제조되는 것을 특징으로 하는 천매암이 첨가된 제품.