KR20140124623A - 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체, 그의 제조방법 및 그로부터 형성된 매트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체, 그의 제조방법 및 그로부터 형성된 매트에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 폴리올레핀 수지 100 중량부; 발포제 5 내지 30 중량부; 및 소취제 0.5 내지 6 중량부;를 포함하는 원료 조성물의 압출 발포 성형 결과물을 구비하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체, 그의 제조방법 및 그로부터 형성된 매트에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴리올레핀계 수지 발포체 제조시 발생할 수 있는 암모니아 가스, 트리메틸아민 또는 아세토페논 등과 같은 불쾌한 냄새를 유발하는 화학물질과 포름아미드와 같은 휘발성 유기화합물(VOC)을 효과적으로 저감시킬 수 있고, 소취제의 소량첨가로 인해 폴리올레핀계 수지 발포체의 기계적 물성 변화가 없다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴리올레핀계 수지 발포체 제조시 발생할 수 있는 암모니아 가스, 트리메틸아민 또는 아세토페논 등과 같은 불쾌한 냄새를 유발하는 화학물질과 포름아미드와 같은 휘발성 유기화합물(VOC)을 효과적으로 저감시킬 수 있고, 소취제의 소량첨가로 인해 폴리올레핀계 수지 발포체의 기계적 물성 변화가 없다.
Description
본 발명은 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체, 그의 제조방법 및 그로부터 형성된 매트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리올레핀계 수지 발포체 제조시 발생할 수 있는 암모니아 가스, 트리메틸아민 또는 아세토페논 등과 같은 불쾌한 냄새를 유발하는 화학물질과 포름아미드와 같은 휘발성 유기화합물(VOC)의 저감 효과를 갖는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체, 그의 제조방법 및 그로부터 형성된 매트에 관한 것이다.
발포체란 밀도가 높은 매트릭스에 기포를 가지고 있는 물질을 말하며, 주로 절연체, 쿠션, 흡착제, 내/외장제 및 조직공학에서 세포 부착과 성장을 위한 골격(scaffold) 등으로 응용이 되고 있다. 발포체의 제조에 사용되는 고분자로는 대표적으로 폴리우레탄, 폴리스타이렌, 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리비닐클로라이드, 폴리카보네이트 등이 있다.
발포체는 그의 성분과 형태의 물리적 특성에 따라 강직 발포체(rigid foam)와 연직 발포체(flexible foam)로 분류되며, 강직 발포체는 건축용 절연체, 내외장재, 운송, 포장, 가구 및 음식용 용기 등으로 이용되고, 연직 발포체는 침구류, 카페트, 속옷, 직물, 패킹, 스포츠 용품, 방음재 및 신발류 등에 응용이 된다.
한편, 가정에 유아나 어린이가 있는 경우, 아이들의 안전을 위해 방이나 거실의 바닥에 충격을 완화시키기 위한 매트가 설치되는데, 이러한 매트도 발포체로 이루어져 있어, 유아나 어린이가 다치는 것을 방지해 주고, 층간 소음을 완화시켜 준다.
특히, 상기 매트는 인체와 직접적으로 접촉하기 때문에 인체에 유해한 화학물질이 검출되지 않아야 한다. 일반적으로 발포체의 제조공정 단계가 늘어날수록 화학물질의 유입 가능성도 증가하기 때문에, 유해물질이 많이 검출되는 것으로 알려져 있다.
최근 연구결과에서도, 폴리에틸렌이나 에틸렌비닐아세테이트와 같은 폴리올레핀계열의 고분자로 제조된 발포체를 포함하는 매트가, 비교적 많은 공정 단계를 거쳐 제조되는 폴리우레탄으로 제조된 발포체를 포함하는 매트에 비해 유해물질이 적게 나오는 것으로 확인된 바 있다.
한편, 상대적으로 유해물질이 적게 배출되는 폴리올레핀계 발포체를 제조함에 있어서도, 아조디카본아미드(ADCA)와 같은 발포제 및 디큐밀 퍼옥사이드(DCP)와 같은 가교제 등의 각종 첨가제가 투입되며, 상기 첨가제들은 고온의 제조공정에 의하여 발포체가 제조됨과 동시에 대부분 분해되어 기체상태로 휘발되지만, 경우에 따라서 부반응물로 아세토페논과 같은 화학물질이 생성되며, 제조 공정 중에 생성된 암모니아, 트리메틸아민, 아세토페논과 같은 물질이 발포체 셀의 내부에 포집되며, 이와 같이 잔존하게 되는 악취요인 물질을 흡입하게 되면 불쾌감을 유발할 수 있고, 과민성 피부에 접촉 시 피부질환을 야기할 수 있다는 문제가 있었다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 다량의 무기 충진재와 산화칼슘을 혼합하여 소취물성을 구현한 기술이 제안되었으나 다량의 충진재로 인하여 폴리올레핀 조성물의 고유 특성을 상실함과 동시에 소취효과가 종래기술에 비하여 탁월하지 않아 근본적인 해결책이 될 수 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 폴리올레핀계 수지 발포체 제조시 발생할 수 있는 암모니아 가스, 트리메틸아민 또는 아세토페논 등과 같은 불쾌한 냄새를 유발하는 화학물질과 포름아미드와 같은 휘발성 유기화합물(VOC)의 저감 효과를 가지며, 소량의 소취제 첨가로 인해 폴리올레핀계 수지 발포체의 기계적 물성 변화가 없는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체, 그의 제조방법 및 그로부터 형성된 매트를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 폴리올레핀 수지 100 중량부; 발포제 5 내지 30 중량부; 및 소취제 0.5 내지 6 중량부;를 포함하는 원료 조성물의 압출 발포 성형 결과물을 구비하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체가 제공된다.
여기서, 상기 원료 조성물은, 가교제 0.1 내지 5 중량부;를 더 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 가교제는, 유기과산화물 또는 불포화수지 가교제일 수 있다.
여기서, 상기 유기과산화물은, 하이드로퍼옥사이드, 디알킬-아릴퍼옥사이드, 디아실 퍼옥사이드, 퍼옥시 케탈, 퍼옥시 에스테르, 퍼옥시 카보네이트 및 케톤 퍼옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 불포화수지 가교제는, 비닐 모노머, 아크릴계 화합물, 메타크릴계 화합물 및 에폭시계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 소취제의 표면은, 수산화기 또는 아미노기의 작용기를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 소취제는, 실리카 또는 제올라이트일 수 있다.
그리고, 상기 소취제의 입자크기는, 1 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다.
그리고, 상기 소취제는, 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Zn), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 폴리올레핀 수지는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 에틸렌프로필렌디엔모노머의 중합체, 폴리비닐알코올, 에틸렌옥텐 공중합체 및 에틸렌부텐 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 발포제는, 탄산수소암모늄, 탄산수소나트륨, 보로수소화나트륨, 아조디카본아미드, 디니트로소펜타메틸렌 테트라민, 벤젠설포닐 하이드라지드, 톨루엔설포닐 하이드라지드, 톨루엔설포닐 세미카바자이드 및 옥시비스(벤젠설포닐 하이드라지드)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
한편, 상기 원료 조성물은, 상기 폴리올레핀 수지 100 중량부를 기준으로, 열안정제 0.1 내지 1 중량부, 발포조제 0.1 내지 5 중량부, 산화방지제 0.1 내지 2 중량부 및 혼련성 증진제 1 내지 20 중량부로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 열안정제는, Cd/Ba/Zn계, Cd/Ba계, Ba/Zn계, Ca/Zn계, Na/Zn계, Sn계, Pb계, Cd계 및 Zn계로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 발포조제는, 카드뮴 화합물(cadmium compound), 칼슘 화합물(calsium compound), 아연 화합물(zinc compound), 마그네슘 화합물(magnesium compound), 철 화합물(iron compound) 및 구리 화합물(copper compound)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 산화방지제는, 페놀계, 아미노계, 인계 및 유황계로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 혼련성 증진제는, 탈크, 탄산칼슘, 벤토나이트 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, (S1) 폴리올레핀 수지 100 중량부, 발포제 5 내지 30 중량부 및 소취제 0.5 내지 6 중량부를 포함하는 원료 조성물을 제조하는 단계; (S2) 상기 원료 조성물을 압출기에 투입하고 용융압출하여 압출시트를 제조하는 단계; (S3) 상기 압출시트에 전자선을 조사하여 상기 폴리올레핀 수지를 가교시키는 단계; 및 (S4) 상기 (S3)단계 이후의 결과물을 가열하여 상기 발포제를 발포시킴으로써 발포체를 형성하는 단계;를 포함하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체의 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 압출기는, 싱글 압출기 또는 트윈 압출기이며, 압출온도는 90 내지 140 ℃로 유지되는 것일 수 있다.
그리고, 상기 (S3)단계는, 300 내지 1,000 kV의 전압과 1 내지 10 Mrad의 전자선량으로 가속전자선을 조사하는 것일 수 있다.
그리고, 상기 (S4)단계는, 상기 (S3)단계 이후의 결과물을 150 내지 250 ℃의 온도로 가열하여 상기 발포제를 발포시킴으로써 발포체를 형성하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (S1) 폴리올레핀 수지 100 중량부, 발포제 5 내지 30 중량부, 가교제 0.1 내지 5 중량부 및 소취제 0.5 내지 6 중량부를 포함하는 원료 조성물을 제조하는 단계; (S2) 상기 원료 조성물을 압출기에 투입하고 용융압출하여 압출시트를 제조하는 단계; 및 (S3) 상기 압출시트를 가열함으로써, 화학가교 및 상기 발포제를 발포시켜 발포체를 형성하는 단계;를 포함하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체의 제조방법이 제공된다.
이때, 상기 (S3)단계는, 상기 압출시트를 150 내지 250 ℃의 온도로 가열함으로써, 화학가교 및 상기 발포제를 발포시켜 발포체를 형성하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체로 형성된 매트가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴리올레핀계 수지 발포체 제조시 발생할 수 있는 암모니아 가스, 트리메틸아민 또는 아세토페논 등과 같은 불쾌한 냄새를 유발하는 화학물질과 포름아미드와 같은 휘발성 유기화합물(VOC)을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
그리고, 소취제의 소량첨가로 인해 폴리올레핀계 수지 발포체의 기계적 물성 변화가 없다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 아민기가, 수산화기를 포함하는 소취제의 표면에 흡착되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 포름알데히드가, 아미노기를 포함하는 소취제의 표면에 흡착되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1은 아민기가, 수산화기를 포함하는 소취제의 표면에 흡착되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 포름알데히드가, 아미노기를 포함하는 소취제의 표면에 흡착되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체는, 폴리올레핀 수지 100 중량부; 발포제 5 내지 30 중량부; 및 소취제 0.5 내지 6 중량부;를 포함하는 원료 조성물의 압출 발포 성형 결과물을 구비한다.
상기 원료 조성물은, 가교제를 포함하지 않는 것으로서, 상기 원료 조성물은 전자선 가교에 의해 가교되어 발포체를 형성하게 된다.
여기서, 상기 소취제는, 상기 폴리올레핀 수지 100 중량부를 기준으로 비교적 적은 양인 0.5 내지 6 중량부가 포함되는데, 이와 같이 소취제가 소량 첨가됨으로써 상기 원료 조성물의 고유 특성이 상실되지 않으면서, 효과적인 소취효과를 발휘하게 된다. 상기 소취제는 상기 폴리올레핀 수지의 가교를 방해하는 작용을 하기 때문에, 상기 수치범위보다 많은 양의 소취제가 첨가되면 폴리올레핀의 가교도를 저하시켜, 발포체의 형성이 어려워진다.
한편, 전자선 가교가 아닌 화학 가교를 위해, 상기 원료 조성물은, 가교제 0.1 내지 5 중량부;를 더 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 가교제는, 유기과산화물 또는 불포화수지 가교제일 수 있다. 상기 가교제는 발포시 최적의 수지 점도를 유지하기 위해 첨가되는 성분으로서, 상기 폴리올레핀 수지 100 중량부를 기준으로, 0.1 내지 5 중량부의 함량으로 포함될 수 있는데, 상기 하한치에 미달하거나 상기 상한치를 초과하는 경우에는 발포시 최적의 수지 점도를 확보할 수 없어 바람직하지 못하다.
여기서, 상기 가교제로 선택되어 사용되는 유기 과산화물은, 하이드로퍼옥사이드, 디알킬-아릴퍼옥사이드, 디아실 퍼옥사이드, 퍼옥시 케탈, 퍼옥시 에스테르, 퍼옥시 카보네이트 및 케톤 퍼옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
그리고, 상기 불포화수지 가교제는 비닐 모노머, 아크릴계 화합물, 메타크릴계 화합물 및 에폭시계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
한편, 상기 수지 발포체에 다양한 색상을 부여하기 위해, 상기 폴리올레핀 수지 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 3.0 중량부의 안료색소(color pigment)가 더 포함될 수 있다. 이때 상기 수치범위를 만족함으로써 상기 수지 발포체의 기계적 물성을 약화시키지 않음과 동시에, 사용자가 원하는 색상을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른, 상기 소취제의 표면은, 수산화기 또는 아미노기의 작용기를 포함할 수 있다.
도 1은 아민 또는 암모니아가 수산화기를 포함하는 소취제의 표면에 흡착되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 유해물질인 포름알데히드가 아미노기를 포함하는 소취제의 표면에 흡착되는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 아민기는 수산화기와 반응하여 암모늄이온을 형성하여 소취제에 흡착되고, 발암물질인 포름알데히드는 아미노기와 반응하여 -CH2OH기를 형성하여 소취제에 흡착됨으로써 화학물질이 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 소취제는 다공성 물질일 수 있는데, 다공성 물질은 특성상 그 주위에 흐르는 유체를 물리적으로 흡착하려는 성질이 강하기 때문에, 휘발성 유기화합물(VOC)의 흡착이 가능하다.
그리고, 상기 소취제는, 실리카 또는 제올라이트일 수 있다.
그리고, 상기 소취제의 입자크기는, 1 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 소취제 입자의 크기가 20 ㎛를 초과하면 발포체의 제조시, 발포체의 표면에 핀홀이 발생하여 제품의 품질저하가 발생하는데, 상기 수치범위를 만족하게 되면, 비표면적의 증가로 인해 유해물질의 흡착력이 증가한다.
그리고, 상기 소취제는, 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Zn), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 상기 금속이 포함됨으로써 유해물질의 흡착이 더 용이하게 진행될 수 있다.
한편, 상기 폴리올레핀 수지는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 에틸렌프로필렌디엔모노머의 중합체, 폴리비닐알코올, 에틸렌옥텐 공중합체 및 에틸렌부텐 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니다.
한편, 상기 발포제는, 다양한 종류가 이미 공지되어 있지만 미세하고 균일한 기포를 형성할 수 있어야 하며, 압출시에 발생될 수 있는 조기분해를 최소화할 수 있는 것이 사용되어야 한다. 이러한 발포제의 비제한적인 예로는, 탄산수소암모늄, 탄산수소나트륨, 보로수소화나트륨 등의 무기 발포제가 있고, 아조디카본아미드(azodicarbonamide), 디니트로소펜타메틸렌 테트라민(N,N'-dinitrosopentamethylene tetramine), 벤젠설포닐 하이드라지드(benzenesulfonyl hydrazide), 톨루엔설포닐 하이드라지드(toluenesulfonyl hydrazide), 톨루엔설포닐 세미카바자이드(toluenesulfonyl semicarbazide), 옥시비스(벤젠설포닐 하이드라지드)(P,P'-oxybis(benzenesulfonyl hydrazide)) 등의 유기 발포제가 있다.
이때, 상기 발포제는 상기 폴리올레핀 수지 100 중량부를 기준으로, 5 내지 30 중량부가 포함될 수 있는데, 상기 하한치에 미달하면 요구되는 발포가 충분하게 이루어지지 않게 되며, 상기 상한치를 초과하면 발포가 과도하게 이루어짐은 물론, 이로 인한 발포체의 물성 저하가 발생되어 바람직하지 못하다.
한편, 상기 원료 조성물은, 상기 폴리올레핀 수지 100 중량부를 기준으로, 열안정제 0.1 내지 1 중량부, 발포조제 0.1 내지 5 중량부, 산화방지제 0.1 내지 2 중량부 및 혼련성 증진제 1 내지 20 중량부로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 열안정제는, Cd/Ba/Zn계, Cd/Ba계, Ba/Zn계, Ca/Zn계, Na/Zn계, Sn계, Pb계, Cd계 및 Zn계로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 그리고, 상기 열안정제의 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 상기 하한치에 미달하면 압출 및 발포시 가공성이 저하되고 수지가 분해되어 물성이 저하되며, 상기 상한치를 초과하면 필요 이상의 첨가로 인해, 경제성이 저하됨은 물론 발포체의 기계적 특성이 저하될 수 있어 바람직하지 못하다.
그리고, 상기 발포조제는, 카드뮴 화합물(cadmium compound), 칼슘 화합물(calsium compound), 아연 화합물(zinc compound), 마그네슘 화합물(magnesium compound), 철 화합물(iron compound) 및 구리 화합물(copper compound)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 그리고, 상기 발포조제의 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 상기 수치범위를 만족하게 되면, 폴리올레핀 수지의 물성저하를 일으키지 않고, 효율적인 발포가 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 산화방지제는, 페놀계, 아미노계, 인계 및 유황계로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 이때, 상기 산화방지제의 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 상기 하한치에 미달하면 압출 및 발포시 가공성이 저하되며, 상기 상한치를 초과하면 필요 이상의 첨가로 인해, 경제성이 저하됨은 물론 제품의 기계적 특성이 저하될 수 있어 바람직하지 못하다.
그리고, 상기 혼련성 증진제는, 탈크, 탄산칼슘, 벤토나이트 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 이때, 상기 혼련성 증진제의 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 상기 하한치에 미달하면 블랜딩된 원료 조성물의 혼련성 증진에 아무런 효과를 발생시키지 않아 첨가의 목적을 달성할 수 없으며, 상기 상한치를 초과하면 첨가량 증대에 따른 효과 증대가 없으면서, 과도한 첨가량으로 인한 공정 안정성 및 제품의 물성이 저하되어 바람직하지 못하다.
한편, 상기 폴리올레핀계 수지 발포체의 물성을 저하시키지 않는 범위에서 카본블랙, 티탄 화이트, 크롬 옐로, 코발트그린, 코발트블루 등으로 이루어진 착색제가 더 포함될 수 있고, 삼산화안티몬, 데카브로모페닐옥사이드 및 수산화마그네슘 등으로 이루어진 난연제가 더 포함될 수 있으며, 대전방지제가 더 포함될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.
우선, 폴리올레핀 수지 100 중량부, 발포제 5 내지 30 중량부 및 소취제 0.5 내지 6 중량부를 포함하는 원료 조성물을 제조한다 (S1).
이때, 상기 소취제가 소량 첨가됨으로써 상기 원료 조성물의 고유 특성을 상실하지 않으면서, 효과적인 소취효과를 발휘하게 된다.
여기서, 상기 원료 조성물은, 추후 압출기로의 투입이 용이하도록, 펠릿 (pellet) 형태로 제조될 수 있다.
이어서, 상기 원료 조성물을 압출기에 투입하고 용융압출하여 압출시트를 제조한다 (S2).
여기서, 상기 (S2) 단계는, 상기 (S1) 단계에서 제조된 원료 조성물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 압출시트로 압출성형하는 공정으로서, 일반적인 싱글 압출기(single extruder) 또는 발포제로 인한 압출시트의 조기발포를 더욱 방지하기 위하여, 발포제를 별도의 스크류를 이용하여 사이드 피딩방식으로 투입하는 트윈 압출기(twin extruder)를 이용하여 공정처리가 가능하고, 스크류를 내재하며 90 내지 140 ℃의 온도를 갖는 실린더 및 90 내지 140℃의 온도를 갖는 다이스를 구비한 압출기로서 원료 조성물을 혼련하여 압출성형하기 때문에, 상기 (S1) 단계에서 준비된 원료 조성물에 포함된 전체 조성물을 균일하게 혼합하는 효과가 있다. 또한 실린더 및 다이스의 온도를 90 ℃ 미만으로 유지하면 수지 혼합물이 미미하게 용융되어 발포체 혼합물의 혼련성이 감소하는 문제가 발생하고, 140 ℃를 초과하도록 유지하면 발포제의 조기분해가 발생하는 문제가 발생하기 때문에, 압출기의 실린더 및 다이스의 온도를 90 내지 140 ℃로 유지하는 것이 바람직하다. 그리고, 이때, 상기 압출시트의 너비와 두께는 당업자의 판단에 따라 다양하게 조절이 가능함은 자명하다.
이어서, 상기 압출시트에 전자선을 조사하여 상기 폴리올레핀 수지를 가교시킨다 (S3).
여기서, 상기 전자선 조사를 통한 가교 방식은, 비교적 친환경적이며, 경제성이 우수하고 공정 안정성을 더욱 확보할 수 있다.
이때, 300 내지 1,000 kV의 전압과 1 내지 10 Mrad의 전자선량으로 가속전자선을 조사하는 것이 바람직하며, 이러한 상기 가교 전압의 조절은 상기 (S2) 단계를 통해 얻어진 압출시트의 두께에 따라 적절하게 조절되며, 상기 가교전자선량은 앞서 투입된 발포제의 밀도와 물성에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
상기 전압이, 300 kV 미만이면, 상기 압출시트에 대해 충분한 깊이까지 가교가 이루어지지 않게 되며, 1,000 kV를 초과하면 과도한 조사량에 따른 에너지 낭비와 방사선 유출로 인해, 경제성과 안전성이 저하된다.
그리고, 상기 전자선량이, 1 Mrad 미만이면, 상기 압출시트에 대해 충분한 가교가 이루어지지 않게 되어, 추후 발포가 제대로 이루어지지 않으며, 10 Mrad을 초과하면, 과도한 가교 전자선량 때문에 가교반응이 과포화상태에 이르러 추후 발포시 심각한 문제가 발생하게 되며, 경제성도 저하된다.
전술한 바와 같은 조건하에서 진행되는 전자선 조사를 이용한 가교방법은 가교의 대상물인 압출시트에 가속전자선이 조사되어, 상기 압출시트 내에 포함된 수소가 제거되며, 이로 인하여 수지 혼합물 내에 라디칼이 생성된다. 이렇게 생성된 라디칼은 높은 반응성을 갖게 되며, 수지 혼합물 내에서 가교반응이 유발되는 것이 특징이다.
이어서, 상기 (S3)단계 이후의 결과물을 가열하여 상기 발포제를 발포시킴으로써 발포체를 형성한다 (S4).
여기서, 상기 (S4)단계는, 상기 (S3)단계 이후의 결과물을 150 내지 250 ℃의 온도로 가열하여 상기 발포제를 발포시킴으로써 발포체를 형성할 수 있으며, 이때의 온도가 150 ℃ 미만이면, 발포제가 활성화되지 않아, 발포가 제대로 이루어지지 않고, 250 ℃를 초과하면, 발포제가 분해되어 제품 형성에 문제가 발생한다.
이때, 상기 (S4)단계는, 발포로를 수평으로 설치하는 수평발포방법, 발포로를 수직으로 설치하는 수직발포방법 및 열전달 매체로 액상의 설트를 이용하는 설트발포방법 중 선택된 어느 하나의 방법으로 진행될 수 있다.
이때, 상기 3가지의 발포방법은 모두 상압 상태에서 이루어지며, 발포로의 설치 방법과 열전달 매체에 따라 상호 구분된다. 첫 번째의 상기 수평발포방법은 발포로가 수평으로 설치되어 발포시 발포체가 수평으로 생산되며, 모든 공정이 수평으로 진행된다. 이러한 수평발포방법은 발포로의 배치 및 공정 진행 과정에서 중력에 의한 영향이 거의 없으므로 발포시 길이 방향의 팽창비가 작으므로 길이 방향과 폭 방향의 물성 변화가 작은 장점이 있다. 두 번째의 상기 수직발포방법은 발포로를 수직으로 설치하여, 상기 (S3)단계 이후의 결과물인 마더시트(mother sheet)를 하강시키면서 발포시키는 방법이다. 이러한 수직발포방법은 발포시 공기중에서 발포가 이루어지므로 외관이 우수하고 아울러 폭 방향으로의 편차가 작게 발생하여 수율면에서 우수한 장점이 있다. 세 번째의 상기 설트발포방법은 열전달매체로 액상 설트를 사용하는 점에서 전술한 두 가지의 발포방법과는 공정상 큰 차이를 보이고 있으며, 수직발포방법과는 달리 공기를 열전달체로 사용하지 않고 액상의 설트를 사용하기 때문에 열전달 효과가 우수하며 시트상에서 균일하게 발포가 이루어지는 장점이 있으며, 특히 전술한 수평 또는 수직발포방법에 의해 생산된 발포제품에 비해 길이 방향이나 폭 방향에서의 물성 편차가 매우 작아 제품 특성이 우수하게 평가되는 장점을 갖는다.
전술한 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체의 제조방법은 전자선 가교를 통한 발포체의 제조방법에 관한 것이며, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체의 제조방법은, 화학가교를 통한 발포체의 제조방법에 관한 것으로서, (S1) 폴리올레핀 수지 100 중량부, 발포제 5 내지 30 중량부, 가교제 0.1 내지 5 중량부 및 소취제 0.5 내지 6 중량부를 포함하는 원료 조성물을 제조하는 단계; (S2) 상기 원료 조성물을 압출기에 투입하고 용융압출하여 압출시트를 제조하는 단계; 및 (S3) 상기 압출시트를 가열함으로써, 화학가교 및 상기 발포제를 발포시켜 발포체를 형성하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 (S3)단계는, 상기 압출시트를 150 내지 250 ℃의 온도로 가열함으로써, 화학가교 및 상기 발포제를 발포시켜 발포체를 형성하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명의 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체로 형성된 매트가 제공된다.
상기 매트는, 실내 및 실외용 매트로 사용될 수 있으며, 상기 매트는 불쾌한 냄새를 유발하는 화학물질과, 휘발성 유기화합물이 저감된 것으로서, 면역성이 약한 유아들의 놀이 매트로 사용될 경우, 유아들의 호흡기 질환 등의 질병발생을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예
1
저밀도 폴리에틸렌 수지 100 중량부를 기준으로, 0.5 중량부의 다공성 실리카(소취제)를 90 ℃의 습식의 니더(kneader)기 내에서 10 분간 혼합하였다.
그 후, 발포제로서 아조디카본아미드 24.5 중량부를 첨가하여, 110 ℃에서 5 분간 분산시킨 후, 이를 펠릿 (pellet)화하였다.
이어서, 상기 펠릿화된 발포체 원료 조성물을, 120 ℃로 유지되는 싱글 압출기에 투입한 후, 용융압출하여 압출시트를 제조한 후, 500 kV의 전압과 2.0 Mrad의 전자선을 조사하여 폴리에틸렌 수지를 가교시킨 다음, 200 ℃로 유지되는 오븐에 투입하여 발포시킴으로써 발포체를 제조하였다.
실시예
2
1 중량부의 다공성 실리카(소취제)를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
실시예
3
2 중량부의 다공성 실리카(소취제)를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
실시예
4
3 중량부의 다공성 실리카(소취제)를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
실시예
5
4 중량부의 다공성 실리카(소취제)를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
실시예
6
6 중량부의 다공성 실리카(소취제)를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
비교예
1
다공성 실리카(소취제)를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
비교예
2
7 중량부의 다공성 실리카(소취제)를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체를 제조하였다.
비교예
3
원료 조성물의 수지로서, 폴리올레핀 수지를 사용하지 않고, 폴리비닐클로라이드(PVC)를 사용하는 K社의 양산품을 준비하였다.
상기 실시예, 비교예 1 및 비교예 2에 포함된 재료의 함량을 하기 표 1에 나타내었다.
| 재료 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예1 | 비교예2 |
| LDPE | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
| 아조디카본아미드 | 24.5 | 24.5 | 24.5 | 24.5 | 24.5 | 24.5 | 24.5 | 24.5 |
| 다공성 실리카 | 0.5 | 1.0 | 2.0 | 3.0 | 4.0 | 6.0 | - | 7.0 |
| 합계 | 125 | 125.5 | 126.5 | 127.5 | 128.5 | 130.5 | 124.5 | 131.5 |
발포체의
물성 평가
상기 실시예 및 비교예에 의해 제조된 발포체에 대해 물성 평가를 실시하여 하기 표 2에 나타내었다.
| 시험항목 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예1 | 비교예2 | |
| 두께(mm) | 9.1 | 9.35 | 9.80 | 10.2 | 10.6 | 12.5 | 9.84 | 13.4 | |
| 밀도(g/l) | 0.025 | 0.026 | 0.025 | 0.029 | 0.032 | 0.028 | 0.021 | 0.020 | |
| 인장강도 (kg/cm2) |
Length | 2.7 | 2.6 | 2.5 | 2.5 | 2.4 | 2.4 | 2.0 | 2.0 |
| Width | 1.6 | 1.6 | 1.4 | 1.3 | 1.3 | 1.2 | 1.4 | 1.1 | |
| 신장율 (%) |
Length | 99 | 97 | 89 | 88 | 86 | 83 | 85 | 80 |
| Width | 121 | 119 | 108 | 105 | 103 | 101 | 92 | 93 | |
| 인열강도 (kg/cm) |
Length | 1.0 | 1.0 | 1.3 | 1.3 | 1.2 | 1.0 | 1.1 | 1.0 |
| Width | 1.6 | 1.6 | 1.6 | 1.5 | 1.6 | 1.5 | 1.4 | 1.3 | |
| 가열치수변화(%) | Length | -1.6 | -1.8 | -2.8 | -3.1 | -2.9 | -1.6 | -0.8 | -1.1 |
| Width | -1.0 | -1.0 | -1.3 | -1.4 | -1.8 | -2.0 | -6.3 | -2.0 | |
| 가교도 (%) | 43.3 | 44.9 | 48.6 | 50.6 | 48.2 | 46.4 | 42.0 | 40.2 | |
| 경도 (C type) | 25 | 25 | 24 | 24 | 24 | 25 | 23 | 25 | |
상기 표 2의 결과에 따르면, 소취제 적정량이 포함된 실시예의 경우에는 발포체의 물성에 크게 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다.
한편, 소취제가 과량 첨가된 비교예 2의 경우에는 가교도가 비교적 낮고, 발포체를 형성할 때, 파단되는 현상이 발생하므로, 발포체로서의 물성이 취약해졌음을 알 수 있다.
유해물질 검출분석
상기 실시예 및 비교예에 의해 제조된 발포체에 대해 암모니아, 트리메틸아민, 아세토페논 및 VOC의 검출량을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
| 유해물질 | 분석법 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | |
| 악취물질 | 암모니아 (ppm) |
검지관 | 36 | 36 | 26 | ＜2.5 | ＜2.5 | 17 | 38 | 15 | - |
| 트리메틸아민(ppm) | 검지관 | 98 | 94 | 70 | - | 5 | 50 | 100 | - | - | |
| 아세토페논(ppb) | GC | - | 91 | 90 | 88 | - | - | 399 | - | - | |
| V O C |
TVOC(ppb) | GC | - | 84 | - | - | 162 | 106 | 194 | - | - |
| 포름아미드(ppm) | GC | - | - | 162 | - | - | - | 370 | - | 356 | |
불쾌한 냄새를 유발하는 암모니아, 트리메틸아민 및 아세토페논의 검출량을 분석한 결과, 상기 표 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예들에서 검출된 암모니아, 트리메틸아민 및 아세토페논은, 소취제가 포함되지 않는 비교예 1에 비해 현저히 감소되었음을 알 수 있다.
그리고, VOC의 검출량과 관련하여 실시예들의 경우, 소취제가 포함되지 않은 비교예 1 및 원료 조성물의 수지로서 폴리비닐클로라이드(PVC)를 사용하는 비교예 3의 경우보다 현저히 감소되었음을 알 수 있다.
한편, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
Claims (23)
- 폴리올레핀 수지 100 중량부;
발포제 5 내지 30 중량부; 및
소취제 0.5 내지 6 중량부;를 포함하는 원료 조성물의 압출 발포 성형 결과물을 구비하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제1항에 있어서,
상기 원료 조성물은, 가교제 0.1 내지 5 중량부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제2항에 있어서,
상기 가교제는, 유기과산화물 또는 불포화수지 가교제인 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제3항에 있어서,
상기 유기과산화물은, 하이드로퍼옥사이드, 디알킬-아릴퍼옥사이드, 디아실 퍼옥사이드, 퍼옥시 케탈, 퍼옥시 에스테르, 퍼옥시 카보네이트 및 케톤 퍼옥사이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제3항에 있어서,
상기 불포화수지 가교제는, 비닐 모노머, 아크릴계 화합물, 메타크릴계 화합물 및 에폭시계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소취제의 표면은, 수산화기 또는 아미노기의 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소취제는, 실리카 또는 제올라이트인 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소취제의 입자크기는, 1 ㎛ 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소취제는, 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Zn), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 폴리올레핀 수지는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 에틸렌프로필렌디엔모노머의 중합체, 폴리비닐알코올, 에틸렌옥텐 공중합체 및 에틸렌부텐 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 발포제는, 탄산수소암모늄, 탄산수소나트륨, 보로수소화나트륨, 아조디카본아미드, 디니트로소펜타메틸렌 테트라민, 벤젠설포닐 하이드라지드, 톨루엔설포닐 하이드라지드, 톨루엔설포닐 세미카바자이드 및 옥시비스(벤젠설포닐 하이드라지드)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 원료 조성물은, 상기 폴리올레핀 수지 100 중량부를 기준으로,
열안정제 0.1 내지 1 중량부, 발포조제 0.1 내지 5 중량부, 산화방지제 0.1 내지 2 중량부 및 혼련성 증진제 1 내지 20 중량부로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제12항에 있어서,
상기 열안정제는, Cd/Ba/Zn계, Cd/Ba계, Ba/Zn계, Ca/Zn계, Na/Zn계, Sn계, Pb계, Cd계 및 Zn계로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제12항에 있어서,
상기 발포조제는, 카드뮴 화합물(cadmium compound), 칼슘 화합물(calsium compound), 아연 화합물(zinc compound), 마그네슘 화합물(magnesium compound), 철 화합물(iron compound) 및 구리 화합물(copper compound)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제12항에 있어서,
상기 산화방지제는, 페놀계, 아미노계, 인계 및 유황계로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - 제12항에 있어서,
상기 혼련성 증진제는, 탈크, 탄산칼슘, 벤토나이트 및 제올라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체. - (S1) 폴리올레핀 수지 100 중량부, 발포제 5 내지 30 중량부 및 소취제 0.5 내지 6 중량부를 포함하는 원료 조성물을 제조하는 단계;
(S2) 상기 원료 조성물을 압출기에 투입하고 용융압출하여 압출시트를 제조하는 단계;
(S3) 상기 압출시트에 전자선을 조사하여 상기 폴리올레핀 수지를 가교시키는 단계; 및
(S4) 상기 (S3)단계 이후의 결과물을 가열하여 상기 발포제를 발포시킴으로써 발포체를 형성하는 단계;를 포함하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체의 제조방법. - 제17항에 있어서,
상기 압출기는, 싱글 압출기 또는 트윈 압출기이며, 압출온도는 90 내지 140 ℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체의 제조방법. - 제17항에 있어서,
상기 (S3)단계는, 300 내지 1,000 kV의 전압과 1 내지 10 Mrad의 전자선량으로 가속전자선을 조사하는 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체의 제조방법. - 제17항에 있어서,
상기 (S4)단계는, 상기 (S3)단계 이후의 결과물을 150 내지 250 ℃의 온도로 가열하여 상기 발포제를 발포시킴으로써 발포체를 형성하는 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체의 제조방법. - (S1) 폴리올레핀 수지 100 중량부, 발포제 5 내지 30 중량부, 가교제 0.1 내지 5 중량부 및 소취제 0.5 내지 6 중량부를 포함하는 원료 조성물을 제조하는 단계;
(S2) 상기 원료 조성물을 압출기에 투입하고 용융압출하여 압출시트를 제조하는 단계; 및
(S3) 상기 압출시트를 가열함으로써, 화학가교 및 상기 발포제를 발포시켜 발포체를 형성하는 단계;를 포함하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체의 제조방법. - 제21항에 있어서,
상기 (S3)단계는, 상기 압출시트를 150 내지 250 ℃의 온도로 가열함으로써, 화학가교 및 상기 발포제를 발포시켜 발포체를 형성하는 것을 특징으로 하는 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체의 제조방법. - 제1항 또는 제2항에 따른 소취성 폴리올레핀계 수지 발포체로 형성된 매트.
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