KR20150125523A - 발포제 조성물 및 이를 이용한 수지의 발포 방법 - Google Patents

발포제 조성물 및 이를 이용한 수지의 발포 방법 Download PDF

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Abstract

발포 성능이 우수하고 친환경적인 발포제 조성물 및 이를 이용한 수지의 발포 방법이 개시된다. 상기 발포제 조성물은 히드라지드계 발포제 및 무기 발포제를 포함한다. 상기 수지의 발포 방법은, 히드라지드계 발포제 및 무기 발포제를 포함하는 발포제 조성물과 발포 대상 수지를 혼합하고, 가열하는 공정을 포함한다.

Description

발포제 조성물 및 이를 이용한 수지의 발포 방법{Foaming agent composition and method for foaming resin using the same}
본 발명은 발포제 조성물 및 이를 이용한 발포 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 발포 성능이 우수하고 친환경적인 발포제 조성물 및 이를 이용한 수지의 발포 방법에 관한 것이다.
발포제는 합성수지와 배합되어 다공성 발포체를 제조하기 위한 합성수지 첨가제이다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(EVA), 폴리염화비닐, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 등의 열가소성 수지, 고무, 폴리아미드 등에 대한 발포제로서, 아조디카본아마이드 (azodicarbon amide: ADCA), p,p'-옥시비스(벤젠술포닐히드라지드)(p,p'-oxybis(benzenesulfonyl hydrazide)), 디니트로소 펜타메틸렌테트라민(dinitroso pentamethylenetetra mine: DPT), p-톨루엔술포닐 히드라지드(ptoluenesulfonylhydrazide), 벤젠술포닐 히드라지드(benzenesulfonyl hydrazide) 등의 화학 발포제가 널리 사용되고 있다(일본 특개 2004-051871, 일본 특개 2004-323726, 한국 특허공개 2010-0085451, 한국 특허공개 2002-0086346, 미국 특허 공개 2013-0082412 등 참조).
특히, 상기 화학 발포제 중, 아조디카본아마이드는 열 분해 시에 가스 발생 속도가 빠르고, 가스 발생량이 많아 발포 배율이 우수한 발포폼을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 분해 온도 촉진제를 사용함으로써 분해 온도의 조절이 용이한 장점이 있다. 그러나, 아조디카본아마이드를 사용하여 발포체를 제조하는 공정은 매우 빠른 속도로 진행되기 때문에, 아조디카본아마이드가 완전히 분해되지 않아 황색의 잔유물이 잔류하여, 발포체의 백색도가 저하되는 단점과 성형 가공 기기가 부식 또는 오염되기도 한다. 또한, 아조디카본아마이드가 분해될 때 포름아미드 (formamide), 암모니아(ammonia) 등의 유해 성분이 발생하기도 한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 발포 공정에서 유해 성분이 발생되지 않아 친환경적인 발포제 조성물 및 이를 이용한 발포 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 백색도가 우수하고, 열적 안정성 및 발포 성능이 우수한 발포제 조성물 및 이를 이용한 발포 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 히드라지드계(Hydrazide 계) 발포제 및 무기 발포제를 포함하는 발포제 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 히드라지드계 발포제 및 무기 발포제를 포함하는 발포제 조성물과 발포 대상 수지를 혼합하고, 가열하는 공정을 포함하는 수지의 발포 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 발포제 조성물 및 이를 이용한 발포 방법은, 발포 공정에서 유해 성분이 발생되지 않아 친환경적일 뿐만 아니라, 발포제 조성물에 열적 안정성을 부여하여 발포 배율, 발포 성능이 우수한 장점이 있다.
도 1 내지 11은, 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 발포 시트의 외관 사진 및 내부 기공 형태를 보여주는 전자 현미경 확대 사진.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 발포제 조성물은, 히드라지드계(Hydrazide 계) 발포제 및 무기 발포제를 함께 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 발포제 조성물에 있어서, 상기 히드라지드계 발포제의 사용량은 예를 들면, 1 내지 99 중량%, 바람직하게는 5 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 80 중량%, 가장 바람직하게는 15 내지 60 중량%이고, 상기 무기 발포제의 사용량은 예를 들면, 1 내지 99 중량%, 바람직하게는 5 내지 95 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 90 중량%, 가장 바람직하게는 40 내지 85 중량%이다. 여기서, 상기 히드라지드계 발포제가 사용되지 않거나, 그 사용량이 너무 작은 경우에는, 발포제 조성물의 발포 배율이 저하될 우려가 있다. 한편, 상기 무기 발포제가 사용되지 않거나, 그 사용량이 너무 작은 경우에는, 발포 공정에서 열이 발생하여 발포 시트가 파손될 우려가 있다.
상기 히드라지드계 발포제는 p,p'-옥시비스(벤젠술포닐히드라지드) (p,p'-oxybis(benzenesulfonylhydrazide): OBSH, CAS no. 80-51-3), p-톨루엔설포닐히드라지드(p-Toluenesulfonylhydrazide: TSH, CAS no. 1576-35-8), 벤젠설포닐히드라지드(Benzenesulfonylhydrazide: BSH, CAS no. 80-17-1) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 p,p'-옥시비스(벤젠술포닐히드라지드)이다. 상기 무기 발포제는 중탄산나트륨(Sodium bicarbonate: NaHCO3), 중탄산암모늄(NH4HCO3), 탄산암모늄((NH4)2CO3), 아질산암모늄(NH4NO2), 붕소화수소나트륨 (NaBH4), 아지드 화합물(예를 들면, Ca(N3)2) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 중탄산나트륨이다.
본 발명에 따른 발포제 조성물은, 통상의 기타 발포제를 더욱 포함할 수 있고, 상기 기타 발포제는 아조디카본아마이드 (azodicarbonamide: ADCA), 디니트로소 펜타메틸렌테트라민(dinitroso pentamethylenetetramine: DPT), p-톨루엔설포닐세미카바지드(p-Toluenesulfonylsemicarbazide, CAS No : 10396-10-8), 5-페닐테트라졸(5-Phenyltetrazole, CAS No : 18039-42-4), 징크 디벤젠설피네이트(Zinc-dibenzensulfinate, CAS No : 24308-84-7), 징크 디톨루엔설피네이트(Zinc-ditoluenesulfinate, CAS No : 24345-02-6) 등으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 발포제 조성물은, 첨가제를 더욱 포함할 수 있고, 상기 첨가제는 칼슘 스테아레이트(calcium stearate), 칼슘 카보네이트(calcium carbonate, CAS No. 471-34-1) 등의 칼슘 화합물(calcium compound), 산화 아연(zinc oxide), 징크 스테아레이트(zinc stearate) 등의 아연 화합물(zinc compound), 티타늄 디옥사이드(titanium dioxide), 틴 메톡시 말레이트(tin methoxy maleate) 등의 티타늄 또는 주석 화합물(titanium or tin compound), 바륨 스테아레이트(barium stearate), 바륨 리시놀리에이트(barium ricinoleate) 등의 바륨 화합물(barium compound), 산화 마그네슘(magnesium oxide) 등의 마그네슘 호합물(magnesium compound), 소듐 비카보네이트(sodium bicarbonate), 탈크(talc), 모노소듐 시트레이트(monosodium citrate), 우레아(urea), 실리카(silica), 디시클로헥실 프탈레이트(dicyclohexyl phthalate), 스테아릭산(stearic acid) 등으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 발포제 조성물은, 상기 통상의 기타 발포제 및 첨가제를 모두 포함할 수도 있다. 상기 통상의 기타 발포제 및/또는 첨가제가 사용될 경우, 히드라지드계 발포제 및 무기 발포제로 이루어진 발포제 조성물에서, 상기 통상의 기타 발포제 및/또는 첨가제의 사용량 만큼, 히드라지드계 발포제 및 무기 발포제의 사용량이 감소할 수 있다.
본 발명에 따른 발포제 조성물은, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(Ethylene vinyl acetate copolymer: EVA), 에틸렌프로필렌 고무(monomer rubber: EPDM), 폴리스티렌(PS), 열가소성 탄성체 (Thermo plastic Elastomer: TPE), 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane: TPU), 열가소성 고무(Thermoplastic rubber: TPR), 폴리염화비닐(PVC), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 폴리아미드, 고무(rubber) 등의 각종 합성 또는 천연 수지에 대한 발포제로서 유용하다.
본 발명에 따른 수지의 발포 방법은 상기 발포제 조성물과 발포 대상 수지를 혼합하고, 가열하는 공정을 포함한다. 여기서, 상기 발포제 조성물과 발포 대상 수지의 혼합에는 프레스 롤(press roll)이 사용될 수 있고, 상기 가열은 프레스 몰드(press mold)를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 가열 온도는, 발포 대상 수지의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들면, 100 내지 250 ℃, 바람직하게는 130 내지 200 ℃이다.
본 발명에 따라, 히드라지드계 발포제 및 무기 발포제를 혼합한 발포제 조성물을 이용하여 합성수지를 발포시키면, 이들을 단독으로 또는 다른 발포제와 혼합하여 사용하는 경우와 비교하여, 우수한 발포 배율을 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 발포제 조성물은, 발열 분해되는 히드라지드계 발포제, 특히 OBSH와 흡열 분해되는 무기 발포제, 특히 소듐 비카보네이트를 모두 포함하므로, 발포 공정에서 열적 안정성을 확보하여, 우수한 발포 성능을 나타낸다. 본 발명의 발포제 조성물에 사용되는 p,p'-옥시비스(벤젠술포닐히드라지드)(OBSH)의 분해열은 375.9 kJ/mol (1048.8 J/g)이고, 중탄산나트륨의 분해열은 -69.7 kg/mol (-829.7 J/g)이다. 참고로, 아조디카본아마이드(ADCA)의 분해열은 120.1 kJ/mol (1034.6 J/g)이다. 또한, 본 발명에 따른 발포제 조성물을 사용하여 합성수지, 천연 고무 등의 수지를 발포시키면, 아조디카본아마이드(ADCA)를 포함하는 발포제와는 달리, 포름아미드(formamide), 암모니아(ammonia) 등의 유해 성분이 발생되지 않아 친환경적인 장점이 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. 하기 실시예 및 비교예에 있어서, 발포제의 성능 평가 방법 및 사용된 시료는 다음과 같다.
[실시예 1] 발포제 조성물 및 발포 시트 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 발포 대상 수지(Resin)로서 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체(CAS No. 24937-78-8, EVA resin, 비중: 0.943 g/cm3), 발포제 조성물(Foaming agent)로서 p,p'-옥시비스(벤젠술포닐히드라지드) (CAS No. 80-51-3)와 중탄산나트륨(CAS No. 144-55-8)의 혼합물, 및 기타 첨가제로서 칼슘 카보네이트, 산화 아연(Zinc Oxide), 스테아릭산(Stearic acid), 디시클로헥실 프탈레이트(Dicyclohexyl phthalate) 등을 프레스 롤(Press roll)을 이용하여 90 ℃에서 60 분(min) 동안 혼합하고(원료 배합), 프레스 몰드(Press mold)를 이용하여, 165 ℃ 및 150 kg/cm2의 조건에서 18분(min) 동안 발포시켜, 발포체(EVA 발포 시트)를 제조하였다(발포 공정).
물질 사용량
발포 대상 수지 Ethylene vinyl acetate copolymer 83.3 g
첨가제 Calcium carbonate 8.8 g
Zinc Oxide 0.9 g
Stearic acid 0.9 g
Dicyclohexyl phthalate 0.9 g
발포제 조성물 p,p'-Oxybis(benzenesulfonylhydrazide) 2.6 g
Sodium Bicarbonate 2.6 g
합계 100 g
[실시예 2~4, 비교예 1~2] 발포제 조성물 및 발포 시트 제조
하기 표 2에 나타낸 성분 및 함량의 발포제 조성물, 발포 대상 수지 및 첨가제를 사용하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 발포제 조성물 및 발포 시트를 제조하였다.
발포제 조성물 수지 첨가제
OBSH Sodium Bicarbonate EVA
resin		 Calcium carbonate Zinc
Oxide		 Stearic
acid		 Dicyclohexyl phthalate
실시예 1 2.6g 2.6g 83.3g 8.8g 0.9g 0.9g 0.9g
실시예 2 2.1g 3.1g 83.3g 8.8g 0.9g 0.9g 0.9g
실시예 3 1.6 3.6 83.3g 8.8g 0.9g 0.9g 0.9g
실시예 4 1.0 4.2 83.3g 8.8g 0.9g 0.9g 0.9g
비교예 1 5.2g - 83.3g 8.8g 0.9g 0.9g 0.9g
비교예 2 - 5.2g 83.3g 8.8g 0.9g 0.9g 0.9g
발포 시트의 평가
제조된 발포 시트의 외관 상태를 육안으로 검사하고, 발포 시트의 밀도(비중)를 가스 피크노미터(Gas Pycnometer, Micromeritics사 제품, 제품명: AccuPyc 1330)로 측정하여, 하기 표 3에 나타내었다. 또한, 제조된 발포 시트의 외관 사진 및 내부 기공 형태를 보여주는 전자 현미경 확대 사진을 도 1 내지 11에 나타내었다.
외관 비중 발포시트 내부 기공 형태
실시예 1 양호 (도 1) 0.178 g/cm3 도 2
실시예 2 양호 (도 3) 0.195 g/cm3 도 4
실시예 3 양호 (도 5) 0.236 g/cm3 도 6
실시예 4 양호 (도 7) 0.289 g/cm3 도 8
비교예 1 불량 (도 9) 0.154 g/cm3 도 10
비교예 2 양호 0.662 g/cm3 도 11
상기 표 3 및 도 1~11에 나타낸 바와 같이, 발포제 만 변경한 것을 제외하고, 동일한 조건으로 EVA를 발포시킨 경우, 발포제로서 OBSH 만을 사용하는 경우에는(비교예 1), 비중이 0.154 g/cm3에 불과하고, 외관이 불량하였으며, 발포제로서 소듐 비카보네이트 만을 사용하는 경우에는(비교예 2), 비중이 0.662 g/cm3로서 발포가 불충분하게(발포배율 불량) 수행되었다. 반면, OBSH와 중탄산나트륨을 혼합하여 사용한 경우에는(실시예 1~4), 밀도, 발포 배율 및 외관이 모두 양호하였다.
이상, 특정 실시 형태를 참조하여, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 첨부된 특허청구범위의 기재에 따라, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 히드라지드계(Hydrazide 계) 발포제 및 무기 발포제를 포함하는 발포제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 히드라지드계 발포제는 p,p'-옥시비스(벤젠술포닐히드라지드), p-톨루엔설포닐히드라지드, 벤젠설포닐히드라지드 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되고,
    상기 무기 발포제는 중탄산나트륨, 중탄산암모늄, 탄산암모늄, 아질산암모늄, 붕소화수소나트륨, 아지드 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인, 발포제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 히드라지드계 발포제의 함량은 1 내지 99 중량%이고, 상기 무기 발포제의 함량은 1 내지 99 중량%인 것인, 발포제 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 통상의 기타 발포제를 더욱 포함하며, 상기 기타 발포제는 아조디카본아마이드 (azodicarbonamide: ADCA), 디니트로소 펜타메틸렌테트라민(dinitroso pentamethylenetetramine: DPT), p-톨루엔설포닐세미카바지드(p-Toluenesulfonylsemicarbazide, CAS No : 10396-10-8), 5-페닐테트라졸(5-Phenyltetrazole, CAS No : 18039-42-4), 징크 디벤젠설피네이트(Zinc-dibenzensulfinate, CAS No : 24308-84-7), 징크 디톨루엔설피네이트(Zinc-ditoluenesulfinate, CAS No : 24345-02-6) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 발포제 조성물.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 첨가제를 더욱 포함하며, 상기 첨가제는 calcium compound (calcium stearate, calcium carbonate 등), zinc compound (zinc oxide, zinc stearate등), titanium or tin compound (titanium dioxide, tin methoxy maleate 등), barium compound (barium stearate, barium ricinoleate 등), magnesium compound (magnesium oxide 등), sodium bicarbonate, talc, monosodium citrate, urea, silica, Dicyclohexyl phthalate, 스테아릭산(stearic acid) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 발포제 조성물.
  6. 히드라지드계 발포제 및 무기 발포제를 포함하는 발포제 조성물과 발포 대상 수지를 혼합하고, 가열하는 공정을 포함하는 수지의 발포 방법.
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