KR20170019852A - 기능성 코팅층을 포함하는 발포 성형체 및 이의 제조방법 - Google Patents

기능성 코팅층을 포함하는 발포 성형체 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20170019852A
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박성윤
허미
이승준
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Abstract

본 발명은 기능성 코팅층을 포함하는 발포 성형체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 발포 성형체는 발포 성형체의 외면에 기능성층을 별도로 코팅함으로써, 발포 과정에서 수지의 점도 조절이 용이하고, 발포 성형체의 강도 및 발포 배율을 저해하지 않으면서 다양한 기능성을 효과적으로 부여할 수 있다.

Description

기능성 코팅층을 포함하는 발포 성형체 및 이의 제조방법{Foamed article containing functional coating layer and method of preparing the same}
본 발명은 기능성 코팅층을 포함하는 발포 성형체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
플라스틱　발포 성형체는 경량성, 완충성, 단열성, 성형성, 에너지절감 등의 유리한 특성으로 인하여 산업전반에 걸쳐 다양하게 이용되고 있다. 폴리스티렌, 폴리올레핀 또는 폴리 염화비닐과 같은 고분자는 비결정성으로 용융점도가 높으면서 동시에 온도 변화에 따른 점도변화가 적어, 발포가 용이한 특성을 가지고 있어, 단열재, 구조재, 완충재 및 포장 용기 등으로 다양하게 사용되고 있다. 그러나, 위 고분자들은 화재에 취약하고, 환경 호르몬이 방출되며 물리적 특성이 낮은 단점이 있다.
반면, 폴리에스테르는 친환경 소재로서, 기계적 특성이 우수하며, 내열성 및 내화학성 등이 우수한 장점이 있어, 경량 및 높은 물리적 특성이 요구되는 각종 분야에 적용이 가능하다.
그러나, 폴리에스테르는 결정성 수지로서 용융하여 압출 발포하여 성형하기에 어려움이 있었다. 이에 대해, 기술의 발달로 폴리에스테르를 이용한 발포공정을 통하여 발포 성형체 제조가 가능하게 되었다. 예를 들어, 미국등록특허 제5000991호에 폴리에스테르에 가교제를 첨가하여 압출 발포시킴으로써 발포 성형체를 제조하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 폴리에스테르 수지의 용융 점도가 높아 연속적인 압출 발포를 할 경우 상기 용융 수지의 점도 조절이 중요한데, 첨가제를 혼합할 경우, 용융 수지의 점도 조절이 더욱 어려워지는 문제점이 있다. 구체적으로, 폴리에스테르 수지의 압출 발포 공정 중에 별도의 기능성 첨가제를 혼입할 경우, 용융 수지의 점도가 낮은 경우에는 발포제로 인해 발생된 기포가 수지 내로 포집되어 있기보다는 외부로 빠져나가고, 용융 수지의 점도가 높은 경우에는 발생된 기포가 수지 내로 포집되기 어려워 발포 배율인 낮아지는 문제가 있다. 때문에 발포 배율이 낮아지고, 발포 성형체의 외관이 불량해질 수 있다.
미국등록특허 제5000991호
본 발명은 기능성 코팅층을 포함하는 발포 성형체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 발포 성형체의 강도 및 발포 배율을 저해하지 않으면서 다양한 기능성을 효과적으로 부여할 수 있는 기능성 발포 성형체를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
하기 일반식 1을 만족시키는 수지 발포층; 및
상기 수지 발포층의 적어도 일면에 형성된 기능성 코팅층을 포함하는 발포 성형체를 제공할 수 있다.
[일반식 1]
X/Y ≥ 1.5
상기 일반식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 수지 발포층의 굴곡강도(N/cm2)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 수지 발포층의 밀도(kg/m3)를 나타낸다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서,
수지 용융물에 발포제를 혼입하여 발포성 용융물을 형성하는 단계;
상기 발포성 용융물을 압출 발포하여 수지 발포층을 형성하는 단계; 및
형성된 수지 발포층의 적어도 일면에 기능성 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 발포 성형체의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 발포 성형체는 발포 성형체의 외면에 기능성층을 별도로 코팅함으로써, 발포 과정에서 수지의 점도 조절이 용이하고, 발포 성형체의 강도 및 발포 배율을 저해하지 않으면서 다양한 기능성을 효과적으로 부여할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "셀"이란, 고분자 내 발포에 의해 팽창된 미세구조를 의미한다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 기능성 코팅층을 포함하는 발포 성형체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 발포 성형체의 하나의 예로서,
하기 일반식 1을 만족시키는 수지 발포층; 및
상기 수지 발포층의 적어도 일면에 형성된 기능성 코팅층을 포함하는 발포 성형체를 제공할 수 있다.
[일반식 1]
X/Y ≥ 1.5
상기 일반식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 수지 발포층의 굴곡강도(N/cm2)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 수지 발포층의 밀도(kg/m3)를 나타낸다.
구체적으로 상기 발포 성형체는, 수지 발포층 및 기능성 코팅층을 포함함으로써, 다양한 기능성이 부여된 발포 성형체를 제공할 수 있다. 기존에는, 수지를 발포할 때, 기능성 첨가제를 혼합하여 발포하였으나, 이는, 수지의 점도 조절을 어렵게 하여, 발포 배율 저하, 외관 불량, 압축강도 및 굴곡강도 저하 등의 문제점이 있었다.
이에 대해, 본 발명에 따른 발포 성형체는 형성된 수지 발포층의 외면에 기능성 첨가제를 도포함으로써, 발포체의 물성 저하 없이도, 원하는 기능성을 효과적으로 부여할 수 있고, 공정 효율 및 자유도를 높일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 수지 발포층의 밀도 대비 굴곡강도의 비는 상기 일반식 1을 만족할 수 있다. 예를 들어, 수지 발포층의 밀도 대비 굴곡강도비는 1.5 이상, 1.5 내지 2, 1.5 내지 1.8 또는 1.5 내지 1.7 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 발포 성형체는 상기 범위의 수지 발포층의 밀도 대비 굴곡강도의 비를 만족함으로써, 발포 배율이 높으면서 동시에 고강도인 발포 성형체를 구현할 수 있다.
상기 일반식 1에서, X는 30 내지 350 N/cm2이고, 상기 Y는 20 내지 230 kg/m3일 수 있다. 예를 들어, X(굴곡강도)는 40 내지 300 N/cm2, 60 내지 200 N/cm2, 90 내지 110 N/cm2, 90 내지 100 N/cm2 범위일 수 있고, Y(밀도)는 25 내지 200 kg/m3, 30 내지 150 kg/m3, 40 내지 75 kg/m3, 50 내지 75 kg/m3 또는 55 내지 65 kg/m3 범위일 수 있다.
상기 수지 발포층의 열전도도는 0.04 W/mK 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 수지 발포층의 열전도도는 0.01 내지 0.04 W/mK, 0.01 내지 0.035 W/mK 또는 0.02 내지 0.035 W/mK 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 발포 성형체는 상기 범위 내의 열전도도를 갖는 수지 발포층을 포함함으로써, 우수한 단열성을 구현할 수 있다.
상기 수지 발포층의 압축강도(KS M ISO 844)는 20 내지 300 N/cm2 일 수 있다. 구체적으로는, 상기 수지 발포층의 압축강도는 20 내지 250 N/cm2, 30 내지 150 N/cm2, 40 내지 75 N/cm2, 45 내지 75 N/cm2 또는 55 내지 70 N/cm2 범위일 수 있다. 예를 들어, 비드 발포의 경우에는 비드 형태의 수지를 금형에 넣고 발포하는 방법으로 발포 성형체를 제조하는 방법으로, 상기 비드 발포 성형체는 압축 시험 시, 비교적 비드와 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등의 쉽게 일어난다. 반면, 본 발명의 하나의 예에 따른 수지 발포층은 압출 발포 방식으로 제조함으로써, 현저히 우수한 압축강도를 구현할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 수지는 폴리에스테르일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르 수지는 테레프탈산과 1,4-부탄디올 축합중합 반응에 의하여 제조 가능하다. 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지는 방향족 혹은 지방족 폴리에스테르를 모두 포함한다. 다른 측면에서, 상기 폴리에스테르 수지는 난연 폴리에스테르, 생분해성 폴리에스테르, 탄성 폴리에스테르 및 재사용 폴리에스테르 등을 포함한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 수지 발포층은 PET(polyethylene terephthalate) 발포체일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 기능성 코팅층과 수지 발포층의 두께비는 1:100 내지 10:100일 수 있다. 예를 들어, 상기 수지 발포층의 두께는 1 내지 300 mm, 5 내지 300 mm, 5 내지 200 mm 또는 10 내지 100 nm 범위일 수 있다. 또한, 기능성 코팅층의 두께는 0.1 내지 20 mm, 0.1 내지 8 mm, 0.5 내지 5 mm 범위일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 성형 발포체는 상대적으로 얇은 두께에도 불구하고, 우수한 굴곡강도, 압축강도 및/또는 단열성 등의 특성을 구현할 수 있다. 또한, 발포 성형체의 경량화가 가능하며, 생산 비용을 절감할 수 있다.
또 다른 하나의 예로서, 상기 수지 발포층은 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)일 수 있다. 이는, 상기 수지 발포층의 DIN ISO4590에 따른 측정값이 셀 중 90%(v/v) 이상이 폐쇄 셀임을 의미한다. 예를 들어, 상기 수지 발포층 중 폐쇄 셀의 비율은 평균 90 내지 100% 또는 95 내지 99%일 수 있다. 폐쇄 셀의 비율을 위의 범위로 제어함으로써, 단열 특성 등을 높일 수 있다. 이를 통해, 상기 발포 성형체는 건축물의 일부, 예를 들어, 토대, 벽, 바닥 및/또는 지붕의 단열을 위해 건설 산업 등에 널리 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 발포 성형체는 1 mm2당 1 내지 30 셀, 3 내지 25 셀, 또는 3 내지 20 셀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀의 평균 크기는 100 내지 800 ㎛ 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 셀의 평균 크기는 100 내지 700 ㎛, 200 내지 600 ㎛ 또는 300 내지 600 ㎛ 범위일 수 있다. 이때, 셀 크기의 편차는 예를 들어, 5% 이하, 0.1 내지 5%, 0.1 내지 4% 내지 0.1 내지 3% 범위일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 수지 발포층은 균일한 크의 셀들이 균일하게 발포된 것을 알 수 있다.
하나의 예로서, 상기 수지 발포층은 압출 발포 성형체일 수 있다. 구체적으로, 발포 방법의 종류에는 크게 비드 발포 또는 압출 발포가 있다. 상기 비드 발포는, 일반적으로, 수지 비드를 가열하여 1차 발포시키고　이것을 적당한 시간 숙성 시킨 후 판모양, 통모양의 금형에 채우고 다시 가열하여　2차 발포에　의해 융착, 성형하여 제품을 만드는 방법이다. 반면, 압출 발포는, 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 굴곡강도, 압축강도를 구현할 수 있다.
상기 기능성 코팅층은 단열 기능, 난연 기능, VOC 저감 기능, 친수화 기능, 방수 기능, 항균 기능, 소취 기능 및/또는 자외선 차단 기능을 가질 수 있다. 구체적으로, 수지 발포층 상에 기능성 첨가제를 코팅하여 기능성 코팅층을 형성할 수 있으며, 상기 기능을 구현할 수 있는 첨가제라면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로, 상기 기능성 첨가제는 단열제, 친수화제, 방수제, 난연제, 항균제, 소취제 및 자외선 차단제 중 1종 이상을 포함한다.
상기 단열제는, 탄소질 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 단열제로는 흑연, 카본 블랙, 그래핀 등을 포함할 수 있고, 구체적으로, 흑연일 수 있다.
또한, 난연제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 브롬 화합물, 인 화합물, 안티몬 화합물 및 금속 수산화물 등을 포함할 수 있다. 상기 브롬 화합물은, 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 및/또는 데카브로모디페닐에테르 등을 포함한다. 상기 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르 및/또는 적인 등을 포함하고, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 및 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 수산화물에 있어서의 금속 원소로서는, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn), 구리(Cu), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 붕소(B) 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 그 중에서도, 알루미늄 또는 마그네슘의 금속 수산화물을 사용할 수 있다. 금속 수산화물은, 1 종의 금속 원소로 구성되거나, 2 종 이상의 금속 원소로 구성될 수 있다. 예를 들어, 금속 수산화물로서는, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 VOC 저감제는, 그라프(Graf) 및/또는 박토스터 알렉신(Bactoster Alexin) 등을 포함할 수 있다. 이때, 박토스터 알렉신은 프로폴리스에서 추출한 천연 살균 소재인 것을 특징으로 한다.
상기 친수화제는 특별히 한정되지 않으며, 음이온계　계면　활성제(예를 들어, 지방산염, 알킬황산에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰 산염, 알킬술포숙신산염, 폴리옥시에틸렌알킬황산에스테르염 등), 비이온계　계면　활성제(예를 들어, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 등의 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비톨 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 알킬알칸올아미드 등), 양이온계 및 양성 이온계　계면　활성제(예를 들어, 알킬아민염, 제 4 급 암모늄염, 알킬베타인, 아민옥사이드 등) 및 수용성 고분자 또는 보호 콜로이드(예를 들어, 젤라틴, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌블록코폴리머, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 알긴산나트륨, 폴리비닐알코올 부분 비누화물 등) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 방수제의 종류는, 특별히 한정되는 것은 아나며, 예를 들어, 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴르클로로프렌 계열, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리 우레텐 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 항균제의 종류는, 예를 들어, 하이드록시아파타이트, 알루미나, 실리카, 티타니아, 제올라이트, 인산지르코늄 및 폴리인산알루미늄 중 1종 이상의 담체에 은, 아연, 동 및 철 중 1종 이상의 금속을 첨가시킨 복합체를 포함할 수 있다.
상기 소취제는 다공성 물질을 사용할 수 있다. 다공성 물질은 특성상 그 주위에 흐르는 유체를 물리적으로 흡착하려는 성질이 강하기 때문에, 휘발성 유기화합물(VOC)의 흡착이 가능하다. 상기 소취제는, 예를 들어, 실리카, 제올라이트 및 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 포함할 수 있다. 소취제의 입자크기는, 1 내지 20 ㎛일 수 있으며, 예를 들어, 1 내지 10 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 소취제 입자의 크기가 20 ㎛를 초과하면 발포체의 제조시, 발포체의 표면에 핀홀이 발생하여 제품의 품질 저하가 발생하는데, 상기 수치범위를 만족하게 되면, 비표면적의 증가로 인해 유해물질의 흡착력이 증가한다.
또한, 자외선 차단제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 유기계 또는 무기계　자외선　차단제일 수 있으며, 상기 유기계　자외선　차단제의 예로는 p-아미노벤조산 유도체, 벤질리데네캠포 유도체, 신남산 유도체, 벤조페논 유도체, 벤조트리아졸 유도체 및 이들의 혼합물을 들 수 있고, 상기 무기계　자외선　차단제의 예로는 이산화티탄, 산화아연, 산화망간, 이산화지르코늄, 이산화세륨 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 기능성 코팅층을 형성하는 성분으로는 무기물 및/또는 유기물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 무기물은 흑연, 카본 블랙, 알루미늄, 제올라이트 및 은 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
유기물의 경우에는, 기존의 수지 발포 전, 기능성 첨가제를 혼합한 후, 수지와 기능성 첨가제를 함께 발포하는 방법과는 다르게, 본 발명에서는 압출 발포 방법으로 수지 발포층을 형성하고, 상기 수지 발포층의 적어도 일면에 별도로 기능성 코팅층을 형성하기 때문에, 사용하는 유기물의 끓는 점에 대한 제약이 없다.
구체적으로, 기존의 수지와 기능성 첨가제를 혼합하여 발포하는 경우에는, 약 200 내지 250℃에서 진행되는 발포 과정 때문에, 기능성 첨가제의 물성 저하를 방지하기 위해서는 끓는 점이 250℃ 이상인 기능성 첨가제를 사용하여야 했다. 하지만, 본 발명은 발포와는 별도로, 기능성 코팅층을 형성하므로, 이때 사용되는 유기물 기능성 첨가제는 끓는 점에 제약 없이 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기물은 인계 난연제를 포함할 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 성형체의 제조방법은,
수지 용융물에 발포제를 혼입하여 발포성 용융물을 형성하는 단계;
상기 발포성 용융물을 압출 발포하여 수지 발포층을 형성하는 단계; 및
형성된 수지 발포층의 적어도 일면에 기능성 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 발포성 용융물은, 수지를 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계; 및 상기 수지 용융물에 발포제를 혼입하여 발포성 용융물을 형성하는 단계를 통해 제조 가능하다.
구체적으로, 수지를 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계는,
수지를 120 내지 150℃ 조건에서 건조하여 수분을 제거하는 단계 및
제1 압출기에서 수지를 250 내지 290℃ 범위로 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계를 통해 수행될 수 있다.
상기 제1 압출기에서 수지를 가열할 때, 수지와 함께, 증점제, 기핵제 및 열안정제 등의 기타 첨가제를 더 혼합할 수 있다. 이때, 상기 기타 첨가제의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
상기 발포성 용융물을 압출하면서 발포하여 수지 발포층을 형성하는 단계는,
발포제가 포함된 용융물을 제2 압출기를 통해 발포가 용이하도록 220 내지 260℃에서 냉각시키는 단계; 및
상기 발포성 용융물을 다이(Die)를 통과시켜 발포하는 단계를 통해 수행될 수 있다. 이때, 상기 수지 발포층은 캘리브레이터(Calibrator)를 이용하여 형태를 유지할 수 있다.
이렇게 제조된 수지 발포층에 기능성 코팅층을 도포함으로써, 본 발명에 따른 발포 성형체를 제조할 수 있다.
이때, 수지는 상기 설명한 바와 동일할 수 있고, 발포제는 열분해성 발포제, 휘발성 발포제 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 열분해성 발포제로는 예를 들어, 탄산수소나트륨을 포함하는 무기계 발포제, 아조화합물, 니트로소화합물, 히드라진 화합물 등을 포함할 수 있다. 또한, 휘발성 발포제로는 예를 들어, 탄산 가스나 질소와 같은 불활성 가스, 프로판, 부탄, 헥산, 메탄 등과 같은 유기 발포제를 포함할 수 있다. 이때, 열분해성 발포제 또는 휘발성 발포제를 사용하는 경우에는 고배율의 발포 성형체를 얻을 수 있는 장점이 있다.
상기 수지를 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계에서, 기핵제, 열 안정제 및/또는 증점제 등을 더 포함할 수 있다. 이때, 각각의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
예를 들어, 기핵제는 탈크, 마이카, 실리카, 규조토, 알루미나, 산화티탄, 산화 아연, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄, 수산화 칼슘, 탄산칼륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산칼리 움, 황산바륨, 탄산수소나트륨, 그라스 비드 등의 무기 화합물; 폴리테트라플루오로에틸렌, 아조다이카본아미드 등의 유기 화합물; 탄산수소나트륨과 구연산과의 혼합물; 및 질소 등의 불활성 가스 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 열 안정제는, 5가 또는/및 3가의 인 화합물이나, 힌더드 페놀계 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 5가 또는/및 3가의 인 화합물은, 트리메틸포스파이트, 인산, 아인산, 트리스(2,4-디-tert-부틸 페닐) 포스파이트을 포함할 수 있고, 힌더드 페놀계 화합물은, 펜타에리트리톨-테트라키스［3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온 에스테르(propionate)］, 1,1,3-트리스(2-메틸-4-하이드록시-5-tert-부틸 페닐) 부탄, 옥타데실-3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온 에스테르(propionate), N,N~-헥사메틸렌비스(3,5-tert-부틸-4-히드로키시히드로신나마미드), 에틸렌비스(옥시에틸렌) 비스［3-(5-tert-부틸-4-하이드록시-m-트릴) 프로피온 에스테르(propionate)］ 및 N,N~헥산-1,6-디일비스［3-(3,5 디-tert-부틸-4-히드로키시페니르프로피오나미드) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 증점제는, 에폭시기를 함유하는 화합물, 산무수물을 함유하는 화합물, 옥사졸린기를 함유하는 화합물, 이소시아네이트기를 함유하는 화합물, 카르보디이미드 화합물, 및 비소성의 고분자량 PTFE 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5
PET 수지를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지, PMDA, 탈크, Irganox (IRG 1010 )및 흑연을 하기 표 1과 같이 조절하여 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다.
그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 탄산 가스를 혼합한 후, 수지 용융물을 제2 압출기로 보내 220℃로 냉각하였다.
냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 수지 발포층을 형성하였다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에 따른 수지 발포층의 조성은 아래 표 1과 같다.
No. PET
(phr)		 PMDA (phr) 탈크 (phr) 열안정제 (phr) 흑연 (phr)
실시예 1 100 1 1 0.1 0
실시예 2 100 1 1 0.1 0
실시예 3 100 1 1 0.1 0
실시예 4 100 1 1 0.1 0
비교예 1 100 1 1 0.1 0
비교예 2 100 1 1 0.1 0.1
비교예 3 100 1 1 0.1 0.2
비교예 4 100 1 1 0.1 0.4
비교예 5 100 1 1 0.1 1
* PMDA(pyromellitic dianhydride, 피로멜리틱 디언하이드리드)
* 탈크(talc)
* Irganox (IRG 1010 )
다만, 실시예 1 내지 4의 경우에는, 제조된 수지 발포층의 표면에 흑연(graphite)를 분사하여 기능성 코팅층을 별도로 형성하였다. 또한, 비교예 5의 경우에는 발포 공정을 수행하지 않았다(다만, 이하에서는 설명의 편의상 비교예 5의 경우에도 수지 발포층이라는 용어를 사용한다).
상기 기능성 코팅층을 별도로 형성한 실시예 1 내지 4의 경우, 수지 발포층의 두께, 기능성 코팅층의 두께 및 기능성 코팅층과 수지 발포층의 두께비는 하기 표 2와 같다.
수지 발포층 두께 (mm) 기능성 코팅층 두께 (mm) 수지 발포층:기능성 코팅층 두께비
실시예 1 50 0.5 1:100
실시예 2 50 1 2:100
실시예 3 50 2 4:100
실시예 4 50 5 10:100
실험예 1: 물성 측정
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에서 제조한 발포 성형체에 대하여, 단열성, 압축강도, 굴곡강도 및 밀도와 같은 물성을 측정하였다. 측정 방법은 하기 기재하였으며, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
1) 단열성 측정
KS L 9016 조건 하에서 열 전도율을 측정하였다.
2) 압축강도 측정
KS M ISO 844 조건 하에서 압축강도를 측정하였다.
3) 굴곡강도 측정
KS M ISO 844 조건 하에서 굴곡강도를 측정하였다.
4) 밀도 측정
KS M ISO 845 조건 하에서 밀도를 측정하였다.
열 전도율
(W/mK)		 압축강도
(N/cm2)		 굴곡강도
(N/cm2)		 밀도 (kg/m3) 일반식 1
(굴곡강도/밀도)
실시예 1 0.033 60 90 60 1.5
실시예 2 0.032 60 93 60 1.56
실시예 3 0.031 60 95 60 1.58
실시예 4 0.030 65 98 60 1.63
비교예 1 0.034 60 89 60 1.48
비교예 2 0.033 55 70 60 1.17
비교예 3 0.032 53 69 60 1.15
비교예 4 0.031 54 65 60 1.08
비교예 5 -
* 비교예 5의 경우는 발포를 수행하지 않아, 상기 물성 값을 측정할 수 없음.
표 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 발포 성형체의 열 전도율은 0.030 내지 0.033 W/mK 범위인 것으로 측정되었다. 이는 흑연 성분을 포함하지 않는 비교예 1의 발포 성형체에 비해서 열 전도율이 현저히 감소된 것을 알 수 있다. 또한, 발포 시 흑연을 첨가하여 발포 공정을 거친 비교예 2 내지 4와 비교하여, 동등 수준의 열 전도율을 구현하고 있음을 알 수 있다.
또한, 실시예 1 내지 4의 발포 성형체는, 우수한 밀도 대비 굴곡강도의 비로 인하여 발포 배율이 높으면서 동시에 고강도를 구현하였음을 확인하였다.
실험예 2: 셀 특성 측정
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에서 제조한 발포 성형체에 대하여, 셀 크기 및 셀 크기의 편차를 측정하였다. 구체적으로, PET 발포 성형체을 SEM 촬영하여 셀 크기를 측정하였고, 가로 2 mm와 세로 2 mm 내의 셀 크기의 편차를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
셀 크기 (㎛) 셀 크기 편차 (%)
실시예 1 300 5% 이하
실시예 2 300 5% 이하
실시예 3 300 5% 이하
실시예 4 300 5% 이하
비교예 1 300 5% 이하
비교예 2 500 18%
비교예 3 530 21%
비교예 4 600 25%
비교예 5 -
* 비교예 5의 경우는 발포를 수행하지 않아, 상기 물성 값을 측정할 수 없음.
상기 표 4를 참조하면, 본 발명에 따른 발포 성형체는 셀 크기가 300 ㎛ 수준이고, 셀 크기 편차가 5% 이하로, 매우 균일하게 발포가 된 것을 확인할 있다.
이에 대해, 발포 시 흑연을 첨가한 비교예 2 내지 4의 경우에는, 셀 크기가 500 내지 600 ㎛ 수준으로 증가하고, 셀 크기 편차가 18% 내지 25%인 것으로 나타나 발포가 균일하게 일어나지 않은 것을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 하기 일반식 1을 만족시키는 수지 발포층; 및
    상기 수지 발포층의 적어도 일면에 형성된 기능성 코팅층을 포함하는 발포 성형체:
    [일반식 1]
    X/Y ≥ 1.5
    상기 일반식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 수지 발포층의 굴곡강도(N/cm2)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 수지 발포층의 밀도(kg/m3)를 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 X는 30 내지 350 N/cm2이고, 상기 Y는 20 내지 230 kg/m3인 발포 성형체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 발포층은,
    열전도도가 0.04 W/mK 이하이고,
    압축강도(KS M ISO 844)는 20 내지 300 N/cm2 인 발포 성형체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능성 코팅층과 수지 발포층의 두께비는 1:100 내지 10:100인 발포 성형체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 발포층은 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)인 발포 성형체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능성 코팅층은 단열제, 난연제, VOC 저감제, 친수화제, 방수제, 항균제, 소취제 및 자외선 차단제 중 1종 이상을 포함하는 발포 성형체.
  7. 수지 용융물에 발포제를 혼입하여 발포성 용융물을 형성하는 단계;
    상기 발포성 용융물을 압출 발포하여 수지 발포층을 형성하는 단계; 및
    형성된 수지 발포층의 적어도 일면에 기능성 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 발포 성형체의 제조방법.
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