KR20100013380A - 기능성 물질을 함유한 열가소성 합성수지 마스터 뱃지 - Google Patents
기능성 물질을 함유한 열가소성 합성수지 마스터 뱃지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 기능성분말을 함유한 열가소성수지 마스터 뱃지에 관한 것으로 광물질의 기능성분말조직내에 열가소성 합성수지를 침투시킨 기능성분말에 동일한 열가소성수지, 분산제, 침강방지제 외에 결합제로서 실란카프링제를 첨가해서 된 마스터 뱃지로 이와 같은 마스터 뱃지로 성형한 성형제품의 인장강도, 충격강도, 파열강도, 휨강도, 비틀림방지 등의 물성을 크게 향상시킬 수 있고 원적외선 방사기능, 음이온 발생기능, 항균, 탈취, 보온, 방은기능을 발휘할 수 있는 기능성분말을 함유한 열가소성수지 마스터 뱃지에 관한 것이다.
Description
본 발명은 기능성 물질을 함유한 열가소성 합성수지 마스터 뱃지에 관한 것으로 구체적으로는 종래 합성수지 제품에 기능성을 부여하기 위하여 다량의 광물질분말 또는 무기물을 첨가하므로서 합성수지제품의 합성수지와 합성수지 조직간이나 합성수지와 기능성 물질을 포함하는 다른 물질간에 결합력의 부족, 물성의 취약에 따른 문제점을 해결할 수 있는 열가소성 합성수지 마스터 뱃지로서 합성수지에 첨가되는 기능성물질인 광물질분말의 입자내에 합성수지를 깊히 침투시킨 기능성 물질처리와 열가소성 합성수지를 혼합함에 강력한 결합제를 첨가시키므로서 합성수지와 합성수지간의 접착력은 물론 합성수지와 광물질 입자를 포함하는 첨가제간에 강력한 결합력을 갖게 하므로서 인장강도, 충격강도, 휨강도 등의 물성향상과 함께 다양한 기능성을 발휘할 수 있는 기능성 열가소성 합성수지 마스터 뱃지를 제공함에 있다.
산업이 급속한 발달로 각종 석유화학제품 특히 합성수지를 비롯한 화학약품 을 우리들의 의식주에 이용하고 있으며 화학섬유, 식품, 건축자재로서의 내장재에 무작위로 이용하므로서 인체에 유해한 다양한 공해요인을 발생시키므로서 이에 대한 대책으로 인체에 유해한 물질들을 규제하고 있고 한편으로는 친환경적으로 이용하는 연구와 노력이 계속되고 있다. 본 발명에 국한하여 본다면 건축자재로서의 내장재인 벽재, 바닥재, 천정재 비롯 그밖에 다양한 용도로 사용되는 내장재들의 성형재로서 열가소성 합성수지에 인체에 유익하고 친환경적인 기능을 얻기 위하여 황토, 일라이트, 맥반석, 천매암, 옥, 숯, 토르마린, 은, 동, 인동, 분말을 비롯한 그밖의 광물질분말을 다량으로 첨가하여 원적외선 방사기능, 음이온 발생기능, 항균성, 탈취성, 수분조절기능, 흡착기능, 보온기능, 방음기능 등을 추구하고 있으며 더욱이 최근에는 석유가의 폭등에 의한 섬유화학제품가의 앙등으로 합성수지원료의 절약차원에서도 많은량의 기능성물질을 첨가하는 경향이다. 이로 인해 합성수지제품에서 요구되는 물성이 크게 약화되며 용융된 합성수지의 유동성을 저해하며 분체의 응집현상이 일어나 합성수지제품에 파임현상과 얼룩이 발생하며 합성수지에 열화속도가 빨라지는 현상을 초래하게 된다.
상기 분야의 종래기술로는 국내특허등록공보(등록번호 제10-0291729호)에는 "패각분말을 함유한 합성수지 조성물"이 게시되어 있고 기술의 구성은 LDPE(low density polyethylene), HDPE(high density polyethylene),LLDPE(lineir low density polyethylene)등의 폴리에티렌 또는 폴리프로필렌수지에 1㎛의 매각분말을 45%첨가하여 혼련 압출하여 펠레타이징(pelletizing)한 펠레트조성물이다.
원래 폴리에티렌은 대표적인 무극성 고분자이며 분자간의 인력이 약하여 결 합력도 약한 결합력으로 결합되어 있고 폴리프로필렌 역시 무극성인 고분자로서 폴리에틸렌과 같이 결정성이여서 다른 물질과의 접착력이 약한 결점이다.
이로 인해 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 포장필름에 인쇄를 할 경우에는 코로나 방전이나 프라즈마처리로 표면에 요철을 형성시키거나 표면을 화학처리하지 않으면 안된다. 따라서 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌은 패각분말과의 접착력에 의한 결합력이 약하여 성형제품의 물성 또한 극히 열악하다 할 수 있으며 더욱이 필름과 같은 제품은 더욱 생산하기 어렵다.
종래 다른 실시예로서 국내등록특허공보(등록번호 제10-0200017호)에는 "바닥장식재의 펄칩용 합성수지 조성물 및 이의제품"이 소개되고 있다. 기술내용인즉 폴리염화비닐(PVC)수지 100중량부, 가소재 10~30중량부, 활재 1~10중량부, 안정제 1~10중량부, 펄안료 1~5중량부 및 스티렌모노머로부터 현탁중합된 가교구조를 갖는 비드상 스티렌수지 1~10중량부로 이루어지는 조성물로서 PVC 합성수지에 첨가되는 활제나 펄안로의 첨가비율이 적어 합성수지제품이 물성에는 문제가 되지 않으나 가소제가 함유된 PVC는 용융점이 낮아 내열성이 부족하며 연소시 발생하는 환경호르몬 교란물질인 다이옥신이 발생할 수 있고 화재시 연소개스의 발생으로 연소사 이전에 질식사할 수 있는 사례가 빈번한 합성수지로서 최근에는 문제가 되고 있다.
그 밖에 다른 종래기술로서 국내등록특허공보(등록번호 제10-0758736호)에는 PVC 3~12중량%, 목분 28~64중량%, 천매암 15~50중량%, 경탄 10~40중량%로 조성된 패널용 조성물에 관한 것으로 PVC 3~12중량%에 대하여 목분과 광물질분말이 53~154중량%가 첨가되는 조성물로서 PVC와 같은 합성수지에는 가소제가 첨가되지 않으면 결합력이 거의 없고, 더욱이 이상과 같은 조성물로 패널을 성형할 경우 목분은 조직내에 지방이 있고 탄성이 있어 용융혼련과정에서 목분내에 합성수지가 침투할 수 없고 프레스성형이나 압출성형시 프레스성형압이나 압출구를 통과하는 과정에서 압을 받게되고 압이 해제되면 탄성에 의해 서서히 원상복귀하는 과정에서 성형체의 외형이 팽창에 의하여 커지고 내부에는 무수한 간극이나 균열이 발생된 상태에서 성형제품이 고화되게 된다. 이와 같은 경우 성형제품의 인장강도, 충격강도, 휨강도 등은 극히 열악한 상태라 할 수 있으며 이는 합성수지에 기능성물질이나 기타 충진물이 다량으로 첨가되어 강도물성이 저하되는 대표적인 예라 할 수 있다.
이와 같이 합성수지제품에 기능성을 부여하기 위하여 원적외선 방사물질, 음이온 발생물질, 항균성, 탈취성, 보온성, 방음성의 광물성물질이거나 무기물을 첨가시 합성수지와의 접착에 의한 결합력 등을 고려하지 않고 기능성에만 치중한 나머지 합성수지 내장재를 비롯한 각종성형제품의 인장강도, 충격강도, 휨강도를 비롯한 본래 구비해야할 물성이 취약해지고 요융된 수지의 유동성을 저해하며 분체의 뭉침현상이나 얼룩현상이 발생하여 불량성형품이 발생하게 되는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 종래 열가소성 합성수지 내장재를 비롯한 각종 성형제품에 기능성을 갖기 위하여 합성수지에 광물질분말, 무기성물질, 기타물질이 첨가된 합성수지조성물의 문제점을 개량보완한 발명에 관한 것으로 용융수지의 혼화과정에서 용융수지의 유동성을 좋게 하고 다양한 열가소성 합성수지 성형제품에 있어서 기능성 물질 첨가비율을 높이면서도 각성형제품이 갖는 고유의 물성을 유지하며 다양한 기능성을 발휘할 수 있고 또한 수지에 첨가되는 광물질 또는 무기질분말의 뭉침현상 및 얼룩형상을 방지하여 합성수지 성형제품의 불량률을 줄일 수 있는 기능성 열가소성수지의 마스터 뱃지를 제공함에 있다.
폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, ABS(아크릴니트릴, 부타디엔, 스티렌 공중합수지), 아크릴수지, 폴리아마이드, 폴리비닐크로라이드 중에서 선택되는 하나의 열가소성수지에 용해되는 해당용제를 첨가하여 수지용액을 얻고 여기에 분산제를 첨가하여 혼합수지용액을 얻은 다음 밀폐된 용기에 기능성분말인 광물질분말, 무기성분말 또는 기타분말을 충진시킨 다음 용기내의 공기를 흡인하여 진공에 가깝도록 감압시킨 상태에서 상기 혼합수지용액을 밸브를 통해 침투시키므로서 상기 혼합수지용액이 분말입자의 조직속으로 깊히 침투하게 한 다음 개방하여 건조시키므로서 용제를 휘발제거시킨 홉합수지를 분쇄하여 분말화한 혼합수지에 동일한 합성수지, 침강방지제, 분산제, 실란카프링제를 혼합하여 용융혼련시켜 압출시킨 기능성 열가소성수지 마스터 뱃지를 제조하므로서 본 발명과제를 해결할 수 있다.
본 발명의 기능성물질을 함유한 열가소성수지 마스터 뱃지는 광물질의 기능성분말내에 합성수지를 깊히 침투시키므로서 마스터 뱃지로 성형한 합성수지제품의 조직이 치밀해지고 또한 실란계 카프링제를 첨가하므로서 합성수지와 첨가된 기능성물질을 포함한 다른 첨가물간에 강한 결합접착력이 발생함은 물론 합성수지와 합성수지간에도 결합접착력이 향상되므로서 이와 같은 마스터 뱃지로 성형한 합성수지제품의 인장강도, 충격강도, 휨강도의 물성이 크게 향상되므르서 종래기능성을 추구하기 위하여 광물성분말이나 무기물을 다량 첨가하므로서 합성수지제품의 물성이 약화되는 문제점을 해결할 수 있고 또한 원적외선 방사기능, 음이온 발생기능, 항균성, 탈취성, 보온, 방음기능을 확보할 수 있고 고가의 원료를 절약할 수 있는 기능성을 갖는 열가소성수지 마스터 뱃지라 할 수 있다.
본 발명은 종래 기능성을 갖는 열가소성수지 마스터 뱃지 또는 조성물의 문제점을 개량보완한 것으로 기능성을 갖는 광물질분말 또는 무기질분말내에 합성수지를 깊히 침투시키고 다음 단계로서 카프링기능을 갖는 결합제로 합성수지와 광물질분말 또는 기타 첨가물간 그리고 합성수지조직과 조직간의 결합접착력을 강화시 키므로서 마스터 뱃지로 성형되는 제품의 인장강도, 충격강도, 휨강도, 파열강도 등의 물성을 크게 향상시킬 수 있고 다양한 기능성을 발휘할 수 있는 열가소성수지 마스터 뱃지에 관한 것으로 구체적인 제조방법을 공정별로 설명하면,
세리사이트 50중량부, 스코리아 35중량부, 투어마린 15중량부의 혼합광물질 기능성분말을 온도 900~1,200℃에서 1~2시간 소성시킨 후 분쇄하여 미세분말화(300~500메쉬)한 다음 이혼합분말 200kg을 원통상의 밀폐용기에 충진시키고 밀폐용기내의 공기를 흡인하여 30~60Torr범위로 감압시킨 상태에서 별도로 열가소성합성수지 50kg 및 분산제 4kg을 용제 100kg에 용해시킨 합성수지 혼합용액 154kg을 밀폐용기의 밸브를 통해 주입시켜 기능성분말 조직내에 깊히 침투시킨 다음 교반하면서 온도 60~70℃범위에서 진공건조하여 이를 취출한 다음 파쇄분말화한 것에 동일한 열가소성수지 300kg, 분산제 12kg, 실란카프링제 8kg, 침강방지제 10kg을 혼합하여 해당용융온도에서 혼련하여 압출시켜 팰랫트로한 마스터 뱃지에 관한 것이다.
이상의 방법에서 광물질분말의 소성과정에서 광물질분말에 있는 유기물질, 수분, 기타 불순물을 제거하고 광물질분말내에 있는 금속이 산화되어 금속산화물 또는 금속산화물의 착화합물로 되므로서 원적외선 방사기능을 높일 수 있고 다음 단계의 흡인진공과정에서 수분함량이 적을수록 유리하다.
또한 광물질분말이 밀폐용기에 충진된 상태에서 30~60Torr범위로 감압시키면 광물질 입자내에 있는 공기가 빠져나가므로서 진공에 가까운 상태가 되므로 열가소성수지 혼합용액을 용기내로 침투시키면 순간적으로 기능성 분말입자 조직내로 침 투하게 되어 합성수지로 충진하게 된다. 이와 같은 상태에서 온도 60~70℃로 상승시키면 용제의 증기압이 발생하며 교반과 함께 감압시키면 용제의 대부분이 증발하게되고 증발된 용제는 응축시켜 재사용하게 된다. 이와 같은 처리를 거쳐 밀폐용기를 개방하고 분쇄를 거친 합성수지 및 광물질분말의 혼합물에 동일한 열가소성 합성수지와 분산제, 실란카프링제, 침강방지제를 혼합 상기 열가소성수지의 용융온도에서 혼련하여 압출시킨 마스터 뱃지로 합성수지성형제품을 생산할 경우 성형체에 균질성이 보장되고 성형체의 조직이 치밀해지며 카프링제의 첨가로 합성수지조직과 다른 첨가물의 조직간에 결합접착력은 물론 인장강도, 충격강도, 파열강도, 휨강도 등의 물성이 보강되고 또한 합성수지원료의 절약차원에서도 유리할 뿐 아니라 성형제품에 다양한 기능성까지 얻게 된다.
상기 방법으로 제조된 마스터 뱃지의 성분함량비는 합성수 60wt%, 기능성분말 34wt%, 기타첨가제 6wt%이고 사용된 용제는 대부분 증발제거된다. 이 마스터 뱃지로 합성수지제품 성형가공시에는 같은 합성수지 첨가량에 따라 합성수지의 첨가비가 달라진다.
또한 이상의 방법에서 사용된 열가소성수지의 용제로는 PVC는 메틸이소부틸케톤, 크시렌, 가소제 등이며 가소제는 인체에 무해한 가소제로서 아조디카보아마이드(ADCA), DINP을 사용한다.
고밀도 폴리에티렌은 크리렌에 용해되며 저밀도 폴리에티렌의 경우는 200℉이상으로 가열된 대부분의 유기용제에 용해되며 폴리스틸렌, ABS수지에는 아세톤, 벤젠에 용해하며 폴리아미드 경우에는 의산에 용해한다.
분산제로는 에틸렌 그리콜형비이온계면 활성제, 계면활성제, 아민류, 수용성고분자, 중합인산염중에서 선택되는 하나의 분산제이고 침강방지제로는 왁스류, 카프링제로는 에폭시기, 2중 결합을 갖는 실란계카프링제를 사용한다.
그 밖에 압출기의 압출온도는 폴리에틸렌 및 PVC는 온도 140~170℃, 폴리스틸렌 및 ABS는 170~220℃, 폴리프로필렌 및 아크릴수지는 180~230℃, 폴리아미드수지는 220~260℃의 온도범위에서 압출한다.
본 발명에 의한 마스터 뱃지에 관하여 명확하게 하기 위하여 다음과 같이 좀더 구체적인 실시예를 들기로 한다.
실시예(1)
세리사이트, 스코리아, 투어마린을 중량비로 50:35:15의 비율로 혼합하여 온도 1,200℃에서 2시간 소성시킨 다음 400~600메쉬 범위로 미분화한 혼합기능성분말 100kg을 밀폐된 원통용기(1m3)에 충진시킨 다음 밀폐용기 내부의 공기를 흡인하여 40Torr로 감압시킨 상태에서 밸브를 통하여 고밀도 폴리에틸렌 25kg, 아민계 분산제 2kg을 크시렌 50kg에 용해시킨 합성수지 혼합용액을 밸브를 통해 주입시켜 이혼합용액을 기능성 분말입자내에 침투시킨다. 밀폐용기의 온도를 60℃로 가온시킨 상태에서 교반과 함께 진공건조시켜 용제를 제거한 혼합한 혼합수지체를 개방하여 꺼내고 분쇄한 것에 고밀도 폴리에틸렌 150kg, 아민계분산제 6kg, 실란카프링제 4kg, 왁스계 침강방지제 5kg을 혼합하여 온도 140℃~170℃로 유지된 압출기로 혼련하여 팰랫화(pelletizing)한 마스터 뱃지를 제조하였다.
비교실시예(2)
실시예(1)의 방법으로 소성, 건조, 분쇄공정을 거친 혼합기능성분말 100kg, 고밀도 폴리에틸렌 181kg, 아민계분산제 8kg, 왁스계 침강방지제 5kg을 혼합하여 온도 150℃~170℃로 유지된 압출기로 혼련하여 통상의 마스터 뱃지를 제조하였다.
실시예(1)의 마스터 뱃지, 비교실시예(2)의 마스터 뱃지, 순수한 고밀도 폴리에틸렌수지로 단면이 1inch2인 각각의 원주체(A,B,C)를 압출한 후 인장강도를 측정한 결과 실시예(1)의 봉상체(A)는 3,680PSI, 비교실시예(2)의 봉상체는 2,920PSI 순수고밀도 폴리에틸렌원주체의 인장강도(tesile strength)는 4,000PSI이였다.
이상과 같은 방법으로 다른 열가소성수지에도 적용한 결과 흡인진공에 의해 기능성분말에 합성수지를 침투시키고 실란카프링제를 첨가한 마스터 뱃지의 성형제품은 상기 공정을 거치지 않은 통상의 마스터 뱃지의 성형제품에 비해 접착강도, 인장강도, 충격강도, 파열강도, 휨강도 등의 물성이 크게 향상되었다.
Claims (4)
- 기능성 혼합분말 200kg을 원통상의 밀폐용기에 충진시키고 용기내의 공기를 흡인하여 30~60Torr범위로 감압시킨 상태에서 별도로 열가소성 합성수지 50kg 및 분산제 4kg을 용제 100kg에 용해시킨 혼합용액 154kg을 상기 용기의 밸브를 통해 주입시켜 기능성 분말조직내에 침투시킨 다음 온도 60~70℃로 승온시킨 상태에서 교반하면서 진공건조하여 용기를 개방하고 취출한 다음 분말화한 것에 동일한 열가소성수지 300kg, 분산제 12kg, 실란카프링제 8kg, 침강방지제 10kg을 혼합하고 혼련하여 압출시켜 팰랫트로한 기능성물질을 함유한 열가소성 합성수지 마스터 뱃지.
- 청구항 1항에 있어서 기능성 혼합분말은 세리사이트 50중량부, 스코리아 35중량부, 투어마린 15중량부의 혼합광물질 기능성분말을 온도 900~1,200℃에서 1~2시간 소성하여 300~500메쉬로 분쇄한 기능성 혼합분말임을 특징으로 하는 기능성물질을 함유한 열가소성수지 마스터 뱃지.
- 청구항 1항에 있어서 열가소성수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, ABS, 아크릴수지, 폴리아미드수지, PVC수지임을 특징으로 하는 기능성물질을 함유한 열가소성 합성수지 마스터 뱃지.
- 청구항 1항에 있어서 침강방지제가 왁스류임을 특징으로 하는 기능성 물질을 함유한 열가소성 합성수지 마스터 뱃지.
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