KR20160017057A - 고온 지오멤브레인 라이너 및 마스터 배치 조성물 - Google Patents
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Abstract
100℃까지 상승되는 온도에서 사용하기 적합한 지오멤브레인 라이너, 및 이러한 지오멤브레인 라이너의 제조에 적합한 마스터 배치 조성물.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 발명은, 2013년 6월 5일 출원된 "고온 지오멤브레인 라이너 및 마스터 배치 조성물"이라는 명칭의 미국 가특허출원 제61/831,526호, 및 2014년 5월 6일 출원된 "고온 지오멤브레인 라이너 및 마스터 배치 조성물"이라는 명칭의 미국 특허출원 제14/271,011호에 대한 우선권을 주장하는 비가특허출원이며, 이들 가특허출원의 전문은 인용에 의해 본원 명세서에 포함된다.
정부 지원 연구 또는 개발
해당 사항 없음.
마이크로필름/저작권 인용
해당 사항 없음.
기술 분야
본 발명은, 지오멤브레인 라이너, 보다 특히 100℃까지 상승된 온도에서 상기 지오멤브레인 라이너가 운용(operating)되도록 하는 특수한 베이스 수지와 특수한 마스터 배치를 사용하여 제조되는 지오멤브레인 라이너에 관한 것이다.
폴리에틸렌 지오멤브레인은 유해 폐기물 격납(containment) 및 저수조를 위하여 30년 이상 성공적으로 사용되어왔다. 하지만, 장기 사용 수명이 대부분의 적용에 대한 요건이기 때문에, 이들의 사용은 일반적으로 60℃ 이하의 온도에서 운용되는 적용으로 제한된다. 더 높은 온도에서 지오멤브레인은 상승된 산화 분해 및 크리프(creep) 하에 놓이며, 따라서 이의 사용 기간은 단축된다. 지오멤브레인의 파괴 메카니즘은 대략 3단계로 나누어질 수 있다.
단계 1, "연성 파괴(ductile failure)"는 응력 과부하로 인해 발생하며, 전적으로 기계적 파괴이다.
단계 2, "취성-기계적 파괴"는 첨가제의 크리핑 및 소모에 의해 발생한다.
단계 3, "취성-화학적 파괴"는 첨가제의 완전 소모에 의해 발생하며; 전적으로 화학적이며 응력과 무관하다. 단계 3 파괴는 신속하다.
3개의 모든 단계는 지오멤브레인의 사용 수명을 결정하는 요소이다. 단계 1은 타이 분자(tie-molecule)들의 수와 교락(entanglement)에 따른다. 더 많은 타이 분자 수와 더 많은 교락을 갖는 수지는 보다 장기의 연성 모드(ductile mode)를 가질 것이다. 고온에서, 분자들은 매우 활성화되며 이동성이며, 이는 크리핑 메카니즘을 가속시킨다. 또한, 첨가제의 소모율도 온도의 상승에 따라 증가한다. 크리프와 첨가제 감소의 결합 효과는 단계 2 및 3의 수명을 단축시킨다.
따라서, 당해 기술 분야에서 상승된 온도, 예를 들어 60℃ 초과에서 활용할 수 있는 지오멤브레인에 대한 요구가 있다.
본원 발명의 하나의 양태에서, 격납 시스템에 사용하기 위한 지오멤브레인 라이너를 제조하기 위한 조성물이 제공되며, 상기 조성물은 1) 마스터 배치; 및 2) 베이스 수지로 이루어지고, 상기 조성물은
1) 하기 성분들을, 상기 마스터 배치 조성물의 총 중량을 기준으로 하고 총합이 100%가 되는 wt%로서 다음과 같이 포함하는 마스터 배치 약 8 내지 10wt%:
a) 하나 이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 0.910 내지 0.955g/cm3의 밀도를 갖는 고온용 폴리에틸렌(PERT: Polyethylene of Raised Temperature) 수지 캐리어 약 70 내지 약 80wt%;
b) 1,3,트리메틸-2,4,6-트리스-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠을 포함하는 제1 산화방지제 약 1 내지 약 3wt%;
c) 펜타에리스리톨 테트라키스(3-(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트)를 포함하는 제2 산화방지제 약 0.1 내지 약 0.5wt%;
d) 임의로, 트리스(2,4-디-3급-부틸페닐)포스파이트 약 0.1 내지 약 0.5wt%;
e) 고분자량 장애 아민(hindered amine) 광 안정제를 포함하는 UV 안정제 약 1 내지 약 3wt%;
f) 산 중화제 약 0.1 내지 약 0.5wt%; 및
g) 약 20 내지 약 30wt%의, 퍼니스 카본 블랙(furnace carbon black)인 카본 블랙; 및
2) 상기 지오멤브레인 조성물을 기준으로 한 wt%로서, 약 90 내지 약 92wt%의, 고온용 폴리에틸렌(PERT) 베이스 수지를 포함하는 베이스 수지 조성물
을 포함한다.
상기 마스터 배치 조성물 자체도 본원 발명의 하나의 양태로 이해되어야만 한다.
상기 마스터 배치 발명의 이러한 양태의 일형태에서, 수지 캐리어는 하나 이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 고온용 폴리에틸렌(PERT)이다. 상기 마스터 배치 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 고분자량 장애 아민 광 안정제는 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민,N,N'''-[1,2-에탄-디일-비스[[[4,6-비스[부틸(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)아미노]-1,3,5-트리아진-2-일]이미노]-3,1-프로판디일]]이다.
상기 마스터 배치 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 산 중화제는 하이드로탈사이트를 포함한다.
본원 발명의 또 다른 양태에서, 본원 발명의 조성물(즉, 마스터 배치)을 베이스 수지 중에 레팅 다운(letting down)시킴으로써 제조되는 지오멤브레인 라이너가 제공된다.
본원 발명의 이러한 양태의 일형태에서, 지오멤브레인 라이너는, 상기 제1 산화방지제 백만당 약 1100 내지 약 1400부(ppm); 상기 제2 산화방지제 약 400 내지 약 500ppm; 트리스(2,4-디-3급-부틸페닐)포스파이트 약 0 내지 약 100ppm; 상기 UV 안정제 약 1200 내지 약 1500ppm; 상기 산 중화제 약 300 내지 약 400ppm; 및 상기 카본 블랙 약 20,000 내지 약 25,000ppm을 포함한다.
본원 발명의 다른 목적, 특징, 및 이점은, 청구되는 청구범위 및 도면을 포함하는 전체 명세서의 검토로부터 분명해질 것이다.
도 1은 ISO9080에 따른 고온용 폴리에틸렌(PE-RT)의 후프 응력(hoop stress) 시험 결과를 도시한다.
하나의 양태에서, 본원 발명은 내환경응력균열성이고, 양호한 기계적 성질을 갖고, 따라서 100℃까지의 상승된 온도에서 장기 사용 수명을 가질 수 있는 지오멤브레인을 제공한다.
본원 발명의 지오멤브레인에 사용되는 베이스 수지는, 저분자량 입자보다 고분자량 입자를 불균형적으로 더 많이 포함하는 고온용 폴리에틸렌(PERT)이다. 따라서, 공단량체(측쇄)의 대부분도 비교적 고분자량을 갖는 것이 바람직하다.
지오멤브레인을 생성하기 위해, 일반적으로 마스터 배치가 우선 제조되어야 한다. 이후 상기 마스터 배치는 지오멤브레인을 생성하기 위해 수지 물질 중에 레팅 다운될 수 있다. 마스터 배치로부터 최종 생성물(예를 들어, 지오멤브레인)을 생성하는 것은 당해 기술 분야의 기술 내에 있다.
하나의 양태에서, 본원 발명의 마스터 배치는 수지 캐리어; 카본 블랙; 제1 산화방지제를 포함하는 열 안정제; 제2 열 안정제; 및 임의로 제3 산화방지제; UV 안정제; 및 산 중화제를 포함한다.
바람직하게는, 본원 발명의 지오멤브레인에 사용되는 수지 캐리어는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 중 하나를 포함한다.
보다 바람직하게는, 상기 수지 캐리어는 고온용 폴리에틸렌(PERT)을 포함한다.
본원 발명의 목적을 위한 바람직한 PERT 수지의 일부 비제한적 상표명의 예는 Dowlex® 2344, Dowlex® 2377, Dowlex® 2388, DGDA-2399, intrepid™ 2498 NT, Intrepid™ 2499 NT(모두 미국 소재 다우 케미칼(Dow Chemical)의 상표), Yuclair® DXBOO(한국, SK 글로벌 화학), 대림(Daelim) XP9000(한국, 대림), Total XRT70(프랑스, 토탈(Total)), Hostalen 4731B(네덜란드, 리온델바젤(LyondellBasell)), 및 Eltex® TUB220-RT(스위스, 이네오스(Ineos))를 포함한다.
특정 비PERT(non-PERT) 수지 또한 캐리어로 사용될 수 있다. 하지만, 비PERT 마스터 배치를 포함하는 고온 라이너는 90℃의 적용 제한을 갖는다. 상기 마스터 배치 발명의 목적을 위한 바람직한 비PERT 수지의 일부 비제한적 상표명은 SABIC® LLDPE 0132HS00(Saudi Basic Industries Corporation, Saudi Arabia), Marlex® K203(Chevron Phillips Chemical Company, US), 및 Dowlex® 2342M(Dow Chemical, US)을 포함한다.
상기 마스터 배치 발명에 사용하기 위한 수지 캐리어는 0.910 내지 0.955g/cm3의 밀도; 및 1dg/분 이하의 용융 지수(MI)(2.16kg)를 가져야 한다.
본원 발명의 조성물에 사용되는 열 안정제는 제1 산화방지제, 제2 열 안정제; 및 임의로 제3 산화방지제를 포함한다.
제1 산화방지제는 장기 안정화를 위해 사용되며, CAS 번호 1709-70-2인 1,3,트리메틸-2,4,6-트리스-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠을 포함한다. 제1 산화방지제의 일부 비제한적 상표명의 예는 Irganox 1330(BASF, Germany), Ethanox 330(Albemarle Corporation, US), BNX 1330(Mayzo, US), Songnox 330(Songwon, South Korea) 등을 포함한다.
본원 발명의 조성물에 사용되는 제2 산화방지제는 CAS 번호 6683-19-8인 펜타에리스리톨 테트라키스(3-(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트로 불리는 장애 페놀성 산화방지제이다. 제2 산화방지제의 일부 비제한적 상표명의 예는 Irganox 1010(BASF, Germany), BNX 1010(Mayzo, US), Songnox 1010(Songwon, South Korea) 등을 포함한다.
본원 발명의 조성물에서 임의로 사용될 수 있는 제3 산화방지제는 유기 인산 화합물이다. 하나의 양태에서, 이러한 유기 인산 화합물은 CAS 번호 31570-04-4인 트리스(2,4-디-3급-부틸페닐)포스파이트이다. 상기 제3 산화방지제의 일부 비제한적 상표명의 예는 Irgafos 168(BASF, Germany), Benefos® 1680(Mayzo, US), Songnox 1680(Songwon, South Korea) 등을 포함한다.
본원 발명의 조성물에 사용되는 UV 안정제는 고분자량 장애 아민 광 안정제(HALS)를 포함한다. 하나의 양태에서, 이러한 HALS는 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민,N,N'''-[1,2-에탄-디일-비스[[[4,6-비스[부틸(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)아미노]-1,3,5-트리아진-2-일]이미노]-3,1-프로판디일]]이다. UV 안정제의 일부 비제한적 상표명의 예는 Chimassorb 119(BASF, Germany), Sabo® Stab UV 119(Sabo S.p.A, Italy), Lowilite® 19(Chemtura, US) 등을 포함한다.
본원 발명의 조성물에 사용되는 산 중화제는 CAS 번호 11097-59-9인 하이드로탈사이트를 포함한다. 산 중화제의 일부 비제한적 상표명의 예는 DHT-4A(Kisuma Chemicals, the Netherlands), DHT-4V(Kisuma Chemicals, the Netherlands), Hycite® 713(Telko, Finland) 등을 포함한다.
본원 발명의 조성물에 사용되는 카본 블랙은 N660 카본 블랙의 입자 크기 이하의 입자 크기를 갖는다. 카본 블랙의 일부 비제한적 상표명의 예는 Arosperse 5(Orion Engineered Carbons, US), Raven® 880 Ultra(Columbian Chemicals, US), Black Pearls® 4060(Cabot Corporation, US) 등을 포함한다.
본원 발명의 하나의 양태에서, 격납 시스템에 사용하기 위한 지오멤브레인 라이너를 제조하기 위한 조성물이 제공되며, 상기 조성물은 1) 마스터 배치; 및 2) 베이스 수지로 이루어지고, 상기 조성물은
1) 하기 성분들을, 상기 마스터 배치 조성물의 총 중량을 기준으로 하고 총합이 100%가 되는 wt%로서 다음과 같이 포함하는 마스터 배치 약 8 내지 약 10wt%:
a) 하나 이상의 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 0.910 내지 0.955g/cm3의 밀도를 갖는 고온용 폴리에틸렌(PERT) 수지 캐리어 약 70 내지 약 80wt%;
b) 1,3,트리메틸-2,4,6-트리스-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠을 포함하는 제1 산화방지제 약 1 내지 약 3wt%;
c) 펜타에리스리톨 테트라키스(3-(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트)를 포함하는 제2 산화방지제 약 0.1 내지 약 0.5wt%;
d) 임의로, 트리스(2,4-디-3급-부틸페닐)포스파이트 약 0.1 내지 약 0.5wt%;
e) 고분자량 장애 아민 광 안정제를 포함하는 UV 안정제 약 1 내지 약 3wt%;
f) 산 중화제 약 0.1 내지 약 0.5wt%; 및
g) 약 20 내지 약 30wt%의, 퍼니스 카본 블랙인 카본 블랙; 및
2) 상기 지오멤브레인 조성물을 기준으로 한 wt%로서, 약 90 내지 약 92wt%의, 고온용 폴리에틸렌(PERT) 베이스 수지를 포함하는 베이스 수지 조성물
을 포함한다.
상기 마스터 배치 조성물 자체도 본원 발명의 일양태로 이해되어야만 한다.
상기 마스터 배치 발명의 이러한 양태의 일형태에서, 수지 캐리어는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 고온용 폴리에틸렌(PERT)이다. 상기 마스터 배치 발명의 이러한 양태의 또 다른 형태에서, 산 중화제는 하이드로탈사이트를 포함한다.
본원 발명의 또 다른 양태에서, 베이스 수지 중에 본원 발명의 조성물(즉, 마스터 배치)을 레팅 다운시킴으로써 제조되는 지오멤브레인 라이너가 제공된다.
본원 발명의 이러한 양태의 일형태에서, 지오멤브레인 라이너는 상기 제1 산화방지제 약 1100 내지 약 1400ppm; 상기 제2 산화방지제 약 400 내지 약 500ppm; 트리스(2,4-디-3급-부틸페닐)포스파이트 약 0 내지 약 100ppm; 상기 UV 안정제 약 1200 내지 약 1500ppm; 상기 산 중화제 약 300 내지 약 400ppm; 및 상기 카본 블랙 약 20,000 내지 약 25,000ppm을 포함한다.
상기 제1 산화방지제, 상기 제2 산화방지제, 트리스(2,4-디-3급-부틸페닐)포스파이트, 상기 UV 안정제, 및 상기 산 중화제의 총 양은 바람직하게는 약 3000 내지 3800ppm이다.
본원 발명의 지오멤브레인은 당해 기술 분야의 기술자들에게 공지된 다양한 목적에 대하여 사용될 수 있다. 이러한 목적은 매립지 라이닝, 열수 격납, 지하 열에너지 저장, 퇴적 침출 패드 채굴(heap leach pad mine), 산업 유체 배출 등을 포함하지만 이로 제한되지는 않는다. 이러한 가능한 용도의 상기 목록은 제한되지 않으며, 제공된 본원 조성물의 적용 가능성을 어떠한 방식으로도 제한하고자 하지 아니한다.
하기의 실시예는 예시적인 목적으로만 제공되며, 본원 발명을 어떠한 방식으로도 제한하고자 함을 의미하지 아니한다.
본 발명의 실시예
실시예 1
본원 발명의 마스터 배치 및 지오멤브레인 조성물
표 1은 하나의 본원 발명의 조성물(마스터 배치의 실시예)의 성분들을 나열한다.
표 2는 하나의 본원 발명의 조성물(지오멤브레인의 실시예)의 성분들을 나열한다.
실시예 2
오븐 에이징 시험
당해 실험의 목적은 어떻게 본원 발명의 조성물이 열을 감당하는지를 측정하고, 이들의 내구성을 측정하기 위함이었다.
실험 조건
우선, 2개의 본원 발명의 지오멤브레인을 제조하였다: 1) 1개는 표 1과 동일한 마스터 배치 조성물로부터 제조하였고, 2) 다른 1개는 베이스 수지만 상이한 표 2의 지오멤브레인 조성물로부터 제조하였다. 이들 2개의 본원 발명의 지오멤브레인을 이들의 베이스 수지의 이름을 따서 Dowlex® 2344 고온용 지오멤브레인(GMRT 1) 및 Dowlex® 2377 고온용 지오멤브레인(GMRT 2)으로 명명하였다.
두번째로, 동일한 PERT 베이스 수지와, 통상적인 지오멤브레인 제조에 사용되는 표준 공급 마스터 배치(SSMB)(통상적인 마스터 배치)로부터 2개의 비교 지오멤브레인을 제조하였다.
이후, 본원 발명 및 비교 지오멤브레인 샘플들을 산화 유도 시간(OIT) 및 고압 OIT(HPOIT)에 대하여 시험하였다. 상기 OIT는 ASTM D3895에 따라 시험하였고, 상기 HPOIT는 ASTM D5885에 따라 수행되었다.
2개의 비교 지오멤브레인은 ASTM D5721에 따라 90일간 85℃의 공기 순환 오븐에서 항온처리되었다. GSE 고온 지오멤브레인이 상기 동일한 환경 조건하에서 1년간 항온처리되었다. OIT/HPOIT 시험이 오븐 에이징 후 수행되었다. OIT 및 HPOIT 유지 퍼센티지가 본원 발명의 지오멤브레인이 항온처리 1년 후 수용 가능한 유지율을 갖는 반면 비교 지오멤브레인은 항온처리 90일 이내에 불합격을 보였다.
시험 결과는 표 3 내지 표 6에 나타낸다.
오븐 에이징 시험에서의 지오멤브레인 성능에 대한 산업 표준 사양은 GRI GM13에 나열되어 있다. 이 표준의 내구성 요건은 90일의 오븐 노출 후 80%의 HPOIT 유지율 및 55%의 OIT 유지율을 요구한다. 이들 결과들은, 본원 발명의 조성물 GMRT 1 및 GMRT 2가 양호하게 열을 감당하고 내구적인 반면, 비교 조성물이 항온처리 90일 이내에 HPOIT 불합격하고, OIT 유지에 대하여 본원 발명의 조성물과 경쟁할 수 없음을 보인다.
실시예 3
내UV성 시험
당해 실험의 목적은 본원 발명의 조성물의 내UV성을 측정하기 위함이었다.
실험 조건
실시예 2에 개시된 본원 발명 및 비교 지오멤브레인 샘플은, 75℃에서 UV 20시간, 60℃에서 4시간 응축, 그리고 340nm에서의 0.72W/m2nm(±10%)의 방사선 조사 사이클로 QUV에서 UV 노광시켰다. 295 내지 400nm의 UV 방사선 조사는 39W/m2(±10%)이다. 이후 노광된 샘플은 OIT 유지에 대하여 시험되었다. 5,000시간의 UV 노광 후 50%의 유지율은 허용 가능한 것으로 간주되었다. 시험 결과를 표 7 및 표 8에 나타내었다.
UV 에이징 시험에서의 지오멤브레인 성능에 대한 산업 표준 사양은 GRI GM13에 나열되어 있다. 이 표준의 내구성 요건은 1600 UV 노광 후 50%의 HPOIT 유지율을 요구한다. 이들 결과들은 본원 발명의 조성물이 UV 노광에 대하여 내성임을 보인다.
실시예 4
기계적 성능/내크리프성
당해 실험의 목적은 본원 발명 조성물의 기계적 성능/내크리프성을 측정하기 위함이었다.
실험 조건
GMRT 1 및 GMRT 2 샘플이 (수정된) ASTM D5397에 따라 10w% Igepal CA-720과 물의 80℃ 용액 중 3.4MPa(500psi)의 인장 응력에서 단일점 내하중응력균열성(SP-NCTL: Single Point Notched Constant Tensile Load) 방법에 의해 내환경응력균열성에 대하여 시험되었다. 파괴까지의 시간이 500시간 이상인 경우가 합격이었다. 시험 결과를 표 9에 나타낸다.
오븐 에이징 시험에서의 지오멤브레인 성능에 대한 산업 표준 사양은 GRI GM13에 나열되어 있다. 이 표준의 내크리프성 요건은 50℃의 시험에서 300시간 이상을 요구한다. 이들 결과들은 본원 발명의 조성물이 강한 내크리프성을 가짐을 보인다.
실시예 5
기계적 성능/고체 상태 완전성
당해 실험의 목적은 본원 발명 조성물의 기계적 성능/고체 상태 완전성을 측정하기 위함이었다.
실험 조건
GMRT 1 및 GMRT 2 샘플은 ISO 527-1, 2에 따라 인장 성질에 대하여 시험되었다. 상승된 온도에서 지오멤브레인의 고체 상태 성질의 완전성을 보장하기 위해 영 모듈러스 35MPa, 인장 항복 응력 4MPa, 및 파단 인장 연신율 400%을 최소값으로 자의적으로 선택하였다. 결과를 표 10 및 표 11에 나타낸다.
이들 결과들을 본원 발명의 조성물이 양호한 고체 상태 성질을 가짐을 보인다.
게다가, PE-RT 수지 및 본원 발명의 지오멤브레인 조성물에서의 다양한 시험 결과는 본원 발명에 따른 지오멤브레인 조성물의 적합성을 추가로 나타낸다.
고온 라이너에 대한 베이스 수지로 사용되는 PE-RT(고온용 폴리에틸렌) 수지는 고온 압력 파이프 적용에 대한 성공적인 현장 사용 이력을 갖는다. 도 1은 PE-RT의 USO9080 후프 응력 시험 결과를 도시한다. 이러한 후프 응력 시험은 압력 파이프의 내크리프성을 평가하고, 파이프 형태의 수지의 수명을 추정하기 위한 선형 회귀 분석의 추정 방법을 제공하기 위한 일반적인 시험 방법이다. 도 1에서, PE-RT는 4개의 온도에서 후프 응력 시험에 대하여 시험되었다: 20, 80, 95, 및 110℃. 110℃ 시험 온도에서, 10,000시간(1년 초과) 시험 후 크리프 파괴가 발견되지 않았다. 상기 추정 방법을 통해, 상기 수지가 80℃에서 25년 초과의 내크리프성을 갖는 것이 측정되었다.
게다가, 에이징 시험은, 표 12에 나타낸 바와 같이 상승된 온도에서 우수한 산화방지제 유지율 및 최상의 UV 보호와 함께 우수한 에이징 성질도 보였다.
고온 라이너의 인장 성질을 표 13 및 표 14에 나타낸다. 표 13은 실온에서의 고온 라이너(60mil)의 인장 성질 vs. ASTM D6693에 따른 산업 규정(GRI GM13)을 비교하며, (하기 논의되는) 표 14는 ISO 527에 따른 본원 발명의 고온 라이너(60mil)의 고온에서의 유리한 인장 성질을 보인다.
실온에서의 더 높은 항복/파단 강도의 초기값은 일반적으로, 상승된 온도에서 더 높은 강도 수준을 가져온다.
추가로, 하기의 기준을 준수하는 지오멤브레인은 상승된 온도에서 이의 고체 상태 성질의 완전성을 보장함으로써 고체 장벽으로 작용할 것이다:
Ⅰ. 항복 응력≥4MPa(580psi);
Ⅱ. 탄성 모듈러스≥35MPa(5000psi);
Ⅲ. 파단 인장 연신율≥400%
표 14에 나타낸 바와 같이, 상기 고온 라이너는 이러한 바람직한 인장 강도를 크게 초과한다. 인장 모듈러스로도 알려진 탄성 모듈러스는 물질의 강성도(stiffness)의 척도이다. 항복 응력과 파단 인장 연신율의 결합은, 시험 온도에서 지오멤브레인의 기계적 완전성을 나타낸다. 예를 들어, 100℃에서의 고온 라이너의 탄성 모듈러스는 38MPa(5,500psi) 초과이다. 이 값은 실온에서의 VLDPE 및 TPO 루핑 멤브레인(roofing membrane)의 탄성 모듈러스와 견줄만하다.
내환경응력균열성 또한 ASTM D5397에 따른 내하중응력균열성(NCTL) 시험에 의해 나타내었다. 표 15에 나타낸 바와 같이, 표준 NCTL 시험 온도는 50℃인 반면, 시험 1000시간 후에도 80℃의 상승된 시험 온도에서 파괴가 관찰되지 않았다.
본원 발명의 다른 양태, 목적, 및 이점은 본원 명세서 및 청구되는 청구범위의 연구로부터 얻을 수 있다. 하지만, 본원 발명 및 상기 개시된 바와 같은 바람직한 양태의 모든 목적 및 이점보다 작은 다른 형태로 본원 발명이 사용될 수 있음을 이해해야만 한다.
Claims (11)
- 격납 시스템(containment system)에 사용하기 위한 지오멤브레인 라이너(geomembrane liner)를 제조하기 위한 조성물로서, 상기 조성물은 1) 마스터 배치(master batch); 및 2) 베이스 수지로 이루어지고, 상기 조성물은
i) 하기 성분들을, 상기 마스터 배치 조성물의 총 중량을 기준으로 하고 총합이 100%가 되는 wt%로서 다음과 같이 포함하는 마스터 배치 약 8 내지 10wt%:
a) 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 0.910 내지 0.955g/cm3의 밀도를 갖는 고온용 폴리에틸렌(PERT: Polyethylene of Raised Temperature) 수지 캐리어 약 70 내지 약 80wt%;
b) 1,3,트리메틸-2,4,6-트리스-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠을 포함하는 제1 산화방지제 약 1 내지 약 3wt%;
c) 펜타에리스리톨 테트라키스(3-(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트)를 포함하는 제2 산화방지제 약 0.1 내지 약 0.5wt%;
d) 임의로, 트리스(2,4-디-3급-부틸페닐)포스파이트 약 0.1 내지 약 0.5wt%;
e) 고분자량 장애 아민(hindered amine) 광 안정제를 포함하는 UV 안정제 약 1 내지 약 3wt%;
f) 산 중화제 약 0.1 내지 약 0.5wt%; 및
g) 약 20 내지 약 30wt%의, 퍼니스 카본 블랙(furnace carbon black)인 카본 블랙; 및
ii) 상기 지오멤브레인 조성물을 기준으로 한 wt%로서, 약 90 내지 약 92wt%의, 고온용 폴리에틸렌(PERT) 베이스 수지를 포함하는 베이스 수지 조성물
을 포함하는, 격납 시스템에 사용하기 위한 지오멤브레인 라이너를 제조하기 위한 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 수지 캐리어가 LLDPE, MDPE, HDPE 또는 고온용 폴리에틸렌(PERT)인, 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 고분자량 장애 아민 광 안정제가 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민,N,N'''-[1,2-에탄-디일-비스[[[4,6-비스[부틸(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)아미노]-1,3,5-트리아진-2-일]이미노]-3,1-프로판디일]]인, 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 산 중화제가 하이드로탈사이트인, 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 지오멤브레인 라이너가 갖는 ASTM D5721에 따른 85℃에서의 1년의 항온처리 동안의 오븐 에이징 성능이, ASTM D5885에 따라 고압 OIT 값의 90%를 유지하는 것인, 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 지오멤브레인 라이너가 갖는 1년간의 UV 노광 동안의 UV 에이징 성능이, ASTM D5885에 따라 고압 OIT 값의 70%를 유지하는 것인, 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 지오멤브레인 라이너가 갖는 수정된 ASTM D5397에 따른 내크리프성(creep resistance)이, 80℃에서의 시험 500시간 내에 파괴가 발생하지 않는 것인, 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 지오멤브레인 라이너가 갖는 100℃에서의 충분한 고체 상태 성질이, ISO 527-1,2에 따라 38MPa 이상의 영 모듈러스(Young's Modulus)를 갖는 것인, 조성물.
- 마스터 배치 조성물로서, 상기 마스터 배치 조성물의 총 중량을 기준으로 하고 총합이 100%가 되는 wt%로서,
a) 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 또는 0.910 내지 0.955g/cm3의 밀도를 갖는 고온용 폴리에틸렌(PERT) 수지 캐리어 약 70 내지 약 80wt%;
b) 1,3,트리메틸-2,4,6-트리스-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠을 포함하는 제1 산화방지제 약 1 내지 약 3wt%;
c) 펜타에리스리톨 테트라키스(3-(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트)를 포함하는 제2 산화방지제 약 0.1 내지 약 0.5wt%;
d) 임의로, 트리스(2,4-디-3급-부틸페닐)포스파이트 약 0.1 내지 약 0.5wt%;
e) 고분자량 장애 아민 광 안정제를 포함하는 UV 안정제 약 1 내지 약 3wt%;
f) 산 중화제 약 0.1 내지 약 0.5wt%; 및
g) 약 20 내지 약 30wt%의, 퍼니스 카본 블랙인 카본 블랙
을 포함하는, 마스터 배치 조성물. - 제9항의 마스터 배치 조성물을 베이스 수지(PERT) 중에 레팅 다운(letting down)시킴으로써 제조되는 지오멤브레인 라이너.
- 제10항에 있어서, 상기 지오멤브레인 라이너가 상기 제1 산화방지제 약 1100 내지 약 1400ppm; 상기 제2 산화방지제 약 400 내지 약 500ppm; 트리스(2,4-디-3급-부틸페닐)포스파이트 약 0 내지 약 100ppm; 상기 UV 안정제 약 1200 내지 약 1500ppm; 상기 산 중화제 약 300 내지 약 400ppm; 및 상기 카본 블랙 약 20,000 내지 약 25,000ppm을 포함하는, 지오멤브레인 라이너.
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