KR20100097800A - 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법에 관한 것으로, 흑연산화물을 폴리스틸렌 조성물에 함유시켜, 가혹한 열화조건 하에서도 지속적인 난연성 및 초기의 기존물성을 그대로 유지하며, 연소시에 유독가스 부분의 발생을 최소화할 수 있도록 한 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명을 적용하면, 흑연산화물을 코팅물질로 하여 발포된 폴리스틸렌 입자들의 표면을 코팅함으로써 폴리스틸렌 입자들의 난연성 및 내열성을 강화시켜 가혹한 열화조건 하에서도 지속적인 난연성 및 초기의 기존물성을 그대로 유지하며, 연소시에 유독가스 부분의 발생을 최소화할 수 있도록 할 수 있다는 장점이 있다.

폴리스틸렌, 흑연 산화물, 난연발포체.

Description

흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법{MANUFACTURE METHOD OF NON-INFLAMMABLE POLYSTYRENE CONTAINING GRAPHITE-OXIDE}

본 발명은 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 흑연산화물을 폴리스틸렌 조성물에 함유시켜, 가혹한 열화조건 하에서도 지속적인 난연성 및 초기의 기존물성을 그대로 유지하며, 연소시에 유독가스 부분의 발생을 최소화할 수 있도록 한 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 폴리스티렌 발포체의 내열성 및 난연성을 향상시키기 위한 방안으로서, 폴리스티렌 발포체 입자를 내열성 또는 난연성 물질로 코팅 처리하여, 내열성 및 난연성을 가지는 폴리스티렌 발포체 수지입자를 제조하는 방법들이 개발되어 왔다.

일본특허 JP2001-164031A호에서는 내열, 난연성를 가지는 다공성 성형체를 제조하기 위해서, 다공성을 갖는 발포수지에 붕소계 무기화합물과 열경화성수지의 혼합물을 피복시키는 방법을 개시하고 있다.

이러한 방법은 다공성 발포수지에 내화성 및 소염성, 형태 보존성을 제공한 다는 측면에서는 일정한 효과를 제공하고 있으나, 코팅 혼합물의 주성분으로서 붕산과 같은 붕소계 무기 화합물을 사용하고, 또 이외에 그라스 섬유, 탄소섬유, 실리카, 탈크와 같은 무기 분체립 등을 사용함으로써, 코팅된 발포 입자의 건조과정, 성형과정에서 첨가된 무기 화합물들이 쉽게 이탈되는 문제를 야기하였다. 인체에 유해한 이러한 무기물의 이탈은 작업성의 저하를 야기하고 이와 더불어 난연 효과의 저하를 야기하게 된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 흑연산화물을 폴리스틸렌 조성물에 함유시켜, 가혹한 열화조건 하에서도 지속적인 난연성 및 초기의 기존물성을 그대로 유지하며, 연소시에 유독가스 부분의 발생을 최소화할 수 있도록 한 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 (a) 흑연산화물을 제조하는 단계와; (b) 발포 폴리스틸렌 수지입자를 가압식 배치 발포기로 예비 발포하여 폴리스틸렌 발포입자를 얻는 단계와; (c) 상기 폴리스티렌 발포입자 100 중량부에 상기 흑연산화물 2 - 30중량부, 열경화성 액상 페놀 수지 10 - 300중량부, 및 열경화성 액상 페놀 수지 100 중량부에 대해서 경화 촉매 0.02 - 30 중량부를 교반 및 가교시키는 단계를 포함하는 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸 렌 발포체의 제조방법이 제공된다.

바람직하게, (a) 단계는 키슈흑연 단독 또는 키슈흑연과 인상흑연의 혼합물: 1~50중량%, 분산제 0.01~15.0중량% 이하 및 나머지 산화철 또는 이산화티탄의 산화물을 배합하여 흑연산화물을 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법이 제공된다.

바람직하게, 상기 경화 촉매는 염화암모늄, 인산, 메탄 설폰산, 페놀 설폰산, p-톨루엔설폰산 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법이 제공된다.

바람직하게, 상기 발포된 폴리스티렌 비중은 0.03 - 0.010 인 것을 특징으로 하는 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따른 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법은 흑연산화물을 코팅물질로 하여 발포된 폴리스틸렌 입자들의 표면을 코팅함으로써 폴리스틸렌 입자들의 난연성 및 내열성을 강화시켜 가혹한 열화조건 하에서도 지속적인 난연성 및 초기의 기존물성을 그대로 유지하며, 연소시에 유독가스 부분의 발생을 최소화할 수 있도록 할 수 있다는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조공정을 도시한 공정도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 흑연산화물 을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 구성을 도시한 단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법은 흑연산화물을 폴리스틸렌 조성물에 함유시켜, 가혹한 열화조건 하에서도 지속적인 난연성 및 초기의 기존물성을 그대로 유지하며, 연소시에 유독가스 부분의 발생을 최소화할 수 있도록 한 제조방법이다.

상기 목적을 이루기 위하여 본 발명은 폴리스티렌 발포입자 100 중량부에 대해, 흑연산화물 2 - 30 중량부, 열경화성 수지 10 - 300 중량부, 그리고 열경화성수지 100중량부에 대해서 경화 촉매 0.02 - 30 중량부를 코팅, 가교 시키는 것을 특징으로 하는 난연 폴리스티렌 발포체의 제조 방법으로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따른 제조방법으로 제조되는 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스티렌 발포체(100)는 폴리스티렌층(10)의 입자들 각 외표면에 흑연산화물(20)이 코팅되는 구성으로 이루어진다.

상기 폴리스티렌층(10)은 경질의 폴리스티렌 발포체를 말하는 것이다.

상기 흑연산화물(20)은 상기 폴리스티렌층(10)의 각 입자 외표면에 코팅되는 구성으로 이루어지므로, 상기 흑연산화물(20)은 혼합 코팅 조성물의 형태로 구성되는 것이 바람직한 바, 본 발명에서의 흑연산화물(20)은 키슈흑연 단독 또는 키슈흑연과 인상흑연의 혼합물, 분산제 및 나머지 산화물을 포함하여 이루어진다.

이때, 첨가되는 산화물은 저항체 기능을 수행하는 바, 산화철 및 이산화티탄과 같은 산화물이 첨가되며, 또한, 바인더로는 액상규산소다 또는 액상규산가리 등을 첨가한다.

키슈흑연 단독 또는 키슈흑연과 인상흑연의 혼합물: 2~30 중량부

본 발명에서 사용가능한 흑연은 키슈흑연 단독 또는 키슈흑연과 인상흑연의 혼합물이 있다. 상기 키슈흑연은 윤활성이 좋고 층간구조가 발달되어 있어 산화물과의 표면처리시 인상흑연에 비하여 우수하다. 따라서, 산화물의 양이 증가하면 키슈흑연을 단독으로 사용하거나 키슈흑연/인상흑연의 중량비를 증가시켜 사용하는 것이 보다 바람직하다.

상기 키슈흑연 단독 또는 키슈흑연과 인상흑연의 혼합물의 첨가량을 2~30 중량부로 제한하는 것이 바람직하며, 상기 키슈흑연 입자의 평균입도 또는 상기 키슈흑연과 인상흑연의 혼합물 입자의 평균입도에 대한 상기 산화물 입자의 평균입도의 비가 1/5~1/20인 것이 바람직하다.

본 발명의 혼합분말에 있어서, 상기한 성분이외에 나머지는 산화물로 이루어진다. 상기 산화물은 혼합물에 있어서 저항체로써 작용하며, 그 종류가 특별하게 제한되는 것은 아니다. 이용될 수 있는 산화물의 대표적인 예로는 산화철, 이산화티탄 등을 들 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 키슈흑연 입자의 평균입도 또는 상기 키슈흑연과 인상흑연의 혼합물 입자의 평균입도에 대한 상기 산화물 입자의 평균입도의 비를 제어하면 보다 우수한 표면특성을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에서는 상기 입도비를 1/5~1/20으로 제한하면 보다 우수한 표면특성을 얻을 수 있어 보다 바람직하다.

분산제: 흑연산화 혼합물 100중량부에 대하여 0.01~15.0중량부

상기 분산제는 입자들의 분산을 용이하게 하는데 유효한 성분으로, 대표적인 예로는 카르복실메틸셀룰로스, 폴리아크릴산소다, 아라비안 검 등이 있다. 상기 분산제의 첨가량이 흑연산화 혼합물 100중량부에 대하여 0.01중량부 미만이면 저장안정성이 저하될 수 있고, 15.0중량부를 초과하면 도포성 및 작업성이 저하될 수 있으므로, 그 첨가량을 혼합물 100중량부에 대하여 0.01~15.0중량부로 제한하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 오픈 셀의 형태에 의해서 소음이 효과적으로 차단이 되며, 상기 폴리스티렌의 각 입자를 코팅하는 흑연산화물(20)에 의해서 난연성이 효과적으로 발휘되고 화재 시에도 그 물성이 변하지 않으며 유독가스의 발생이 방지되는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 폴리스티렌 발포입자는 발포성 폴리스티렌의 발포에 의해서 이루어진다. 발명의 실시에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌은 공지된 다양한 방법, 일예로 유화 중합법, 또는 현탁 중합법 등을 이용하여 제조될 수 있다. 현탁 중합법에 의해 제조된 구상의 발포성 폴리스티렌 입자를 이용하는 것이 바람직하다. 발명의 일실시예에 있어서, 상기 발포성 폴리스티렌 수지입자는 중합 공정상에서 소량의 난연제가 첨가된 발포성 폴리스티렌 수지입자를 사용해도 좋고, 또한 난연제가 첨가 되지 않은 발포성 폴리스티렌 수지 입자를 사용해도 무방하다.

본 발명에 있어서, 상기 폴리스티렌 발포입자를 얻기 위해서, 발포성 폴리스티렌 입자를 발포하는 방법은 당업자에게 공지되어 있다. 발포된 폴리스티렌 발포입자의 비중은 사용되는 용도에 따라서 조절될 수 있으나, 0.03 - 0.010 으로 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 열경화성 수지는 최종 제품의 융착성과 가공성을 유지할 수 있도록, 폴리스티렌 발포입자 100 중량부에 대해서, 10 - 300 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 만약 사용량이 10 중량부 미만이면 피막코팅 효율이 떨어져 충분한 바인더 역할을 할 수 없으며 300 중량부 이상 사용하게 되면 발포립간 뭉침 현상으로 이송 및 성형상에 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 열경화성 수지는 발포립자에 코팅 되었을 때 발포립자간 서로 뭉치는 현상과 이로 인해 성형체의 충진 불량 및 융착 불량이 발생하는 것을 방지하기 위해서, 저점성의 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 저점성 열경화성 수지는 수용성 액상 페놀수지, 또는 유용성 액상 페놀 수지이며, 보다 바람직하게는 불휘발분이 25 - 85%인 수용성 또는 유용성 액상 페놀수지이다.

본 발명에 있어서, 상기 경화 촉매로는 발포입자 100 중량부에 대해서, 0.02 - 30 중량부 사용하는 것이 좋다. 만약 사용량이 0.02 중량부 이하이면 경화되는 반응속도가 너무 느리게 진행되어 본 발명에서 얻을 수 있는 효과가 없으며, 30중량부 이상 사용하게 되면 경화의 반응 속도가 너무 빨리 진행되어 열경화성수지의 바인더 효율이 떨어진다. 상기 열경화성 수지의 경화촉매는 염화암모늄, 메탄 설폰산, 페놀 설폰산, p-톨루엔 설폰산, 인산 등을 이용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 코팅은 통상의 코팅 방법을 이용하여 이루어질 수 있으며, 특별한 제한은 없다. 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅은, 현탁 중합법에 의해 생성된 발포성 폴리스티렌 수지를 비중 0.03 - 0.010까지 발포시킨 발포 립자 100중량부에 흑연산화물 2 - 30 중량부, 열경화성 수지 10 - 300중량부, 그리고 열경화성 수지 100 중량부에 대해서 경화촉매를 0.02 - 30중량부를 혼합하여 교반함으로서 이루어질 수 있다. 상기 혼합액은 동시에 또는 순차적으로 투입되어 교반될 수 있다.

본 발명에 있어서, 피막 코팅된 발포립자는 촉매 사용량에 따라 건조 온도 및 시간을 조정하여 경화시켜 발포입자를 얻게 된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경화과정은 경화 촉매가 투입된 발포립자를 낮게는 35℃ 부터 높게는 70℃ 의 온도로, 짧게는 5분에서부터 길게는 1시간 정도 건조시켜 얻어진다.

본 발명에 의해서 얻어진 발포입자는 공지된 판넬 제조 방법등에 의해서 판넬 등의 성형체를 만든다.

이러한 성형체는 발포립자의 표층에 균일하고, 단단하게 피막이 코팅되어 성형체의 연소시 피막된 표층으로부터 다공성 Char(탄화코어)에 의한 방화층이 즉시 형성되어 불연성을 제공하게 된다. 뿐만 아니라 본 발명에서 적용된 팽창흑연의 연소억제기능과 촉매로 경화된 열경화성 수지의 적정 바인더 기능의 적절한 조합으로 인해 성형체가 화염에 전면으로 받더라도 다공성 Char(탄화코어)에 의한 방화층의 형성으로 즉시 소염되며, 열에 의한 더 이상의 형상붕괴도 일어나지 않게 된다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

[실시예]

발포 폴리스틸렌 수지입자를 가압식 배치(batch)발포기로 100배(비중=0.010)로 예비 발포하여 얻은 폴리스틸렌 발포립자 300g을 교반기가 장착된 100L 배합기 에 투입하여 서서히 교반한다. 여기에 입도비를 1/5~1/20으로 제한된 흑연산화물 10g 과 별도의 용기에 수용성 페놀수지 300g(고형분이 78%), p-톨루엔 설폰산 5g을 취하여 미리 잘 혼합한후 흑연산화물과 함께 배합기에 서서히 투입한다.

배합기에서 30분 정도 200rpm으로 교반하게 되면 첨가된 혼합물들이 발포립자에 균일하게 피막코팅된다. 이렇게하여 얻어진 발포립자를 50℃ 건조기에 5분정도 건조시키면 본 발명에서 목적으로 하는 불연성을 갖는 난연 폴리스티렌 발포체 수지 입자를 얻을 수 있다. 흑연산화물 및 열가소성 수지로 피막 코팅된 폴리스티렌 발포체 수지입자로 건축물의 보온단열재 나 건축물의 패널 단열재로 성형후 건축물의 내장재료 및 구조의 난연성 시험방법(KSF 2271)에 따라 난연 테스트 하였다.

그 결과 화염을 전면으로 받더라도 내장재료의 피막에 흑연산화물에 의한 방화층의 형성으로 난연3급에 준하는 불연성을 나타내었다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법은 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조공정을 도시한 공정도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 구성을 도시한 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10:폴리스틸렌층, 20:흑연산화물,

100:난연 폴리스틸렌 발포체.

Claims (4)

1. (a) 흑연산화물을 제조하는 단계와;

   (b) 발포 폴리스틸렌 수지입자를 가압식 배치 발포기로 예비 발포하여 폴리스틸렌 발포입자를 얻는 단계와;

   (c) 상기 폴리스티렌 발포입자 100 중량부에 상기 흑연산화물 2 - 30중량부, 열경화성 액상 페놀 수지 10 - 300중량부, 및 열경화성 액상 페놀 수지 100 중량부에 대해서 경화 촉매 0.02 - 30 중량부를 교반 및 가교시키는 단계를 포함하는 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, (a) 단계는 키슈흑연 단독 또는 키슈흑연과 인상흑연의 혼합물: 1~50중량%, 분산제 0.01~15.0중량% 이하 및 나머지 산화철 또는 이산화티탄의 산화물을 배합하여 흑연산화물을 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 경화 촉매는 염화암모늄, 인산, 메탄 설폰산, 페놀 설폰산, p-톨루엔설폰산 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 발포된 폴리스티렌 비중은 0.03 - 0.010 인 것을 특 징으로 하는 흑연산화물을 함유한 난연 폴리스틸렌 발포체의 제조방법.

Images