KR20170076465A - 창호용 조성물 및 이를 이용한 창호 - Google Patents

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Abstract

폴리염화비닐계 수지, 충격 보강제, 충진제, 안정제, 및 안료를 포함하고, 상기 안정제가 그래뉼 형태인 창호용 조성물 및 상기 창호용 조성물의 성형물을 포함하는 창호가 제시된다.

Description

창호용 조성물 및 이를 이용한 창호{Composition for window profile and window profile using the same}
본 발명은 창호용 조성물 및 이를 이용한 창호에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 인체에 유해한 납(Pb)계 안정제나, 카드뮴(Cd)계 안정제가 전혀 포함되지 않아 친환경적이며, 원료의 배합 효율이 향상되어 탁월한 물성의 균일도를 갖는 창호용 조성물 및 이를 이용한 창호에 관한 것이다.
폴리염화비닐계 수지는 값싸고 뛰어난 물성을 가지며 난연성, 내후성, 내약품성 등의 특성이 있는 데다가, 사출 성형이 가능하여 파이프, 조인트 등의 배관 재료, 창틀 등의 경질 건축 자재 등 다양한 형상으로 성형되어 폭넓은 용도로 이용되고 있다.
이러한 폴리염화비닐계 수지는 일반적으로 주쇄에 크기가 큰 염소기를 지니고 있어 열이나 빛 등 외부에너지에 의하여 쉽게 염소가 떨어지며, 염소가 떨어진 자리에 라디칼이 형성되었다가 바로 이중결합을 형성시킨다. 이러한 이중결합의 증가는 폴리염화비닐계 수지의 색을 변화시키는 요인이 되며, 온도를 올리면 이중결합의 증가가 급격히 진행되어 폴리염화비닐계 수지의 색이, 적색을 거쳐 검은색으로 변하게 된다. 이러한 폴리염화비닐계 수지의 낮은 내열성과 변색성 때문에 폴리염화비닐계 수지의 가공 및 성형시에 탈염산 등의 열분해를 억제하기 위해서는 이러한 내열성을 보완해주는 안정제의 첨가가 필수적이다.
폴리염화비닐계 수지의 안정제로서는 종래, 납, 카드뮴, 주석 등의 중금속계의 안정제가 널리 이용되어 왔다. 그러나 최근 환경 보호·보전에 대한 관심이 높아져서 중금속 등의 독성이나 환경에 대한 악영향이 문제가 됨에 따라 바륨-아연계의 복합계 안정제를 사용되는 경향이 있었다. 또한 최근에는 바륨의 환경에 대한 영향도 염려되기 시작했기 때문에 칼슘-아연계의 안정제가 제안되고 있다.
그러나 이러한 안정제들의 내열 성능은 만족스럽지 않고 사출 성형시의 내열 부족으로 인한 탈염산 반응 등을 기인으로 하여 성형품의 외관에 표면 불량이 발생한다는 문제가 있었다. 또 칼슘-아연계의 안정제 배합은 납계의 안정제 배합에 비교해서 표면의 윤기가 떨어진다는 결점이 문제가 되고 있다.
한편, 폴리염화비닐계 수지를 이용하여 창호의 형재를 만들기 위한 조성물에는 크게, 폴리염화비닐계 수지, 충격 보강제, 충진제, 안정제, 안료 등의 원료가 포함되고, 이 원료의 형상은 모두 분말 형태로, 크게 180 ㎛에서 작게는 1 ㎛의 입자 사이즈를 가지고 있다, 분말 형태의 원료의 배합시 공기 중에 미립자의 분진을 발생시키며, 시간이 경과함에 따라 분진물이 배합물 위에 쌓이게 되어 원료의 층분리를 발생시키고, 이는 창호의 물성 저하의 결과로 이어진다. 이를 방지하기 위해 집진기 장비를 설치하여 분진물 및 수분을 제거하는 설비를 추가 장착하는 기술이 보편화 되어있으나, 물성 저하의 문제는 여전히 해결되어야 할 과제이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 인체에 유해한 납계 안정제 또는 카드뮴계 안정제가 전혀 포함되지 않아 친환경적이며, 원료의 배합 효율이 향상되어 탁월한 물성의 균일도를 갖는 창호용 조성물 및 이를 이용한 창호를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예들의 창호용 조성물이 제공된다.
제1 구현예는, 폴리염화비닐계 수지, 충격 보강제, 충진제, 복합 안정제, 및 안료를 포함하고, 상기 복합 안정제가 그래뉼 형태인 창호용 조성물에 관한 것이다.
제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서,
상기 그래뉼 형태의 복합 안정제가 1 내지 40 mm의 평균 입자 크기를 갖는 창호용 조성물에 관한 것이다.
제3 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 창호용 조성물이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여, 충격 보강제 5 내지 10 중량부, 충진제 10 내지 30 중량부, 복합 안정제 1 내지 20 중량부, 및 안료 1 내지 10 중량부를 포함하는 창호용 조성물에 관한 것이다.
제4 구현예는, 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 복합 안정제가 유기산 칼슘염, 유기산 아연염, 및 하이드로탈사이트 화합물을 포함하는 창호용 조성물에 관한 것이다.
제5 구현예는, 제4 구현예에 있어서,
상기 복합 안정제가 가공조제 및 산화방지제를 더 포함하는 창호용 조성물에 관한 것이다.
제6 구현예는, 제4 구현예에 있어서,
상기 하이드로탈사이트 화합물이 하기 식으로 표시되는 층상 이중수산화물(Layered double hydroxides, LDH)인 창호용 조성물에 관한 것이다;
<화학식 1>
Mgx1Znx2Al2(OH)2(x1＋x2) ＋4ㆍCO3ㆍmH2O
(식 중, x1 및 x2는 각각 하기 식으로 표시되는 조건을 만족시키는 수를 나타내고, m은 실수를 나타낸다. 0.1≤x2/x1<10, 2≤x1＋x2<20).
본 발명의 다른 측면에 따르면, 하기 구현예의 창호가 제공된다.
제7 구현예는, 제1 구현예 내지 제6 구현예 중 어느 한 구현예의 창호용 조성물의 성형물을 포함하는 창호에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유해한 납계 안정제 또는 카드뮴계 안정제를 사용하지 않은 복합 안정제를 사용함으로써 친환경적이다.
또한, 종래에 복합 안정제를 분말 형태를 사용하는 경우에 그 비중이 낮은 원료가 상부로 올라가는 등 안정제 원료 간의 층분리가 일어나고, 창호용 조성물의 원료 배합시 공기 중에 구성 원료들의 미립자의 분진이 발생되며, 시간이 경과함에 따라 분진물이 배합물 위에 쌓이게 되어 창호용 조성물의 구성 원료들 간의 층분리도 발생되어 창호의 물성 저하가 일어날 수 밖에 없었으나, 본 발명에서는 상기 복합 안정제로서 분말 형태가 아닌 그래뉼 형태를 채용함에 따라, 원료의 배합 효율이 현저하게 향상되고, 그 결과 물성에 균일도가 탁월하게 개선된 창호용 조성물 및 이를 이용한 창호를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 창호용 조성물은 폴리염화비닐계 수지, 충격 보강제, 충진제, 복합 안정제, 및 안료를 포함하고, 상기 복합 안정제가 그래뉼 형태이다.
본 명세서에서 "그래뉼(granulate) 형태"라 함은 미세한 다수의 분말 상태의 입자가 서로 응집하여 최초 입자 보다 큰 입자, 예를 들어 10 내지 200 배의 큰 입자로 형성된 고상의 과립화된 형태를 의미한다.
이러한 그래뉼 형태는 실질적으로 균일한 형태일 수도 있고, 또는 불규칙적인 모난 형태를 띌 수도 있고, 이들의 혼합물의 형태로 존재할 수도 있으며, 예를 들어 칩(chip)형, 구형, 타원형, 플레이크(flake)형, 로드(rod)형, 펠렛(pellet)형 등 다향한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 그래뉼 형태는 물리적 측면에서, 그래뉼은 다양한 결정화된 분말 입자, 비정질 분말 입자, 이들의 혼합물의 응집체일 수 있다.
(A) 폴리염화비닐계 수지
본 발명에 사용되는 폴리염화비닐계 수지로는 괴상 중합, 용액 중합, 현탁 중합, 유화 중합 등 그 중합방법에는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 폴리염화비닐, 염소화 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 염소화 폴리에틸렌, 염화비닐-아세트산비닐 공중합체, 염화비닐-에틸렌 공중합체, 염화비닐-프로필렌 공중합체, 염화비닐-스티렌 공중합체, 염화비닐-이소부틸렌 공중합체, 염화비닐-염화비닐리덴 공중합체, 염화비닐-스티렌-무수 말레인산 삼원공중합체, 염화비닐-스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 염화비닐-부타디엔 공중합체, 염화비닐-이소프렌 공중합체, 염화비닐-염소화 프로필렌 공중합체, 염화비닐-염화비닐리덴-아세트산비닐 삼원공중합체, 염화비닐-말레인산 에스테르 공중합체, 염화비닐-메타크릴산 에스테르 공중합체, 염화비닐-아크릴로니트릴 공중합체, 염화비닐-각종 비닐에테르 공중합체 등의 염화비닐계 수지, 및 그들 상호 혼합 제품 혹은 다른 염소를 포함하지 않는 합성 수지, 예를 들면 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 에틸렌-에틸(메타)아크릴레이트 공중합체, 폴리에스테르 등과의 혼합 제품, 블록 공중합체, 그래프트 공중합체(graft copolymer) 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리염화비닐계 수지는 20,000 내지 200,000, 바람직하게는 40,000 내지 180,000, 더 바람직하게는 60,000 내지 150,000 범위의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
또한, 상기 폴리염화비닐계 수지는 400 내지 4,000, 바람직하게는 800 내지 2,000, 더 바람직하게는 950 내지 1,100 범위의 평균 중합도를 가질 수 있다.
상기 폴리염화비닐계 수지의 중량평균분자량 및 평균 중합도가 상기 범위를 만족하는 경우 인장 강도 및 굴곡탄성율이 개선되며, 신율 저하가 방지되고, 충격 강도가 향상될 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
(B) 복합 안정제
상기 복합 안정제는 폴리염화비닐계 수지를 포함하는 창호용 조성물에서 가장 큰 역할을 하는 것으로 매우 중요하다. 폴리염화비닐계 수지는 가열 및 빛에 의해 착색, 변색 및 깨지기 쉬운데, 복합 안정제는 이러한 단점을 보완해주며, 폴리염화비닐계 수지 내에서 발생하는 이중결합과 염화수소 기체의 발생을 억제시켜 준다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합 안정제는 유기산 칼슘염, 유기산 아연염, 및 하이드로탈사이트 화합물을 포함할 수 있다.
폴리염화비닐계 수지에 배합하는 안정제로는 오랫동안 중금속 지방산계, Sn계, Ba계 등을 많이 사용해왔고 이는 인체에 대한 유독성이 문제가 되어 최근에는 무독성 배합이 보편화되고 있고 독성이 없는 안정제로는 Zn 및 Ca의 유기산 염이 많이 사용되어 왔다. 그러나 폴리염화비닐계 수지에 대한 열안정화 효과는 종래 많이 사용되어온 Cd, Ba, Pb, Sn 화합물에 비해 유기산 칼슘염, 유기산 아연염이 떨어지는 한계가 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 이러한 한계를 개선하기 위하여, 안정제로서 유기산 칼슘염, 유기산 아연염 이외에 열에 대한 안정성이 우수하고 독성이 없는 하이드로탈사이트류 화합물(Hydrotalcite-like compund)을 더 포함하는 복합 안정제를 사용할 수 있다.
한편, 종래 폴리염화비닐계 수지 조성물에 있어서 적용되는 안정제는 파우더 형태로 이루어진 원료, 예를 들어 입경이 1.0 ㎛ 이하의 미분 입자의 백색안료, 충진제 등이 사용될 수 있다. 이러한 경우에는, 안정제 제조를 위하여 이들 원료를 배합하는 경우에 원료의 일부 중 비중의 크기에 따라서 비중이 낮은 원료가 배합 공정시 블레이드 회전력에 의해 믹서의 상부층으로 올라감에 따라 안정제의 원료들 간의 층분리가 일어날 수 있다. 하지만, 그래뉼 타입의 복합 안정제를 사용하는 경우에는 안정제 제조시에 분말 형태의 원료에 의한 층분리 현상을 방지할 수 있다.
또한, 창호용 조성물에서 폴리염화비닐계 수지를 포함하여, 충격 보강제, 충진제, 및 안료는 모두 크게 180 ㎛에서 작게는 1 ㎛의 입자 크기를 갖는 분말 형태이다.
여기에 안정제도 분말 형태로 적용되는 경우에, 창호용 조성물의 원료 배합시 공기 중에 구성 원료들의 미립자의 분진이 발생되며, 시간이 경과함에 따라 분진물이 배합물 위에 쌓이게 되어 창호용 조성물의 구성 원료들 간의 층분리도 발생되어 창호의 물성 저하가 일어날 수 밖에 없었다.
하지만, 본 발명에서는 분말 형태가 아닌, 그래뉼 형태를 갖는 복합 안정제를 사용함에 따라, 창호용 조성물의 원료 배합시에 상부층에 있는 그래뉼 타입의 복합 안정제가 블레이드의 회전시에 그래뉼 형태가 파쇄되면서 그래뉼의 파편들이 사방으로 튀겨나가면서 믹서 내부의 공기 중의 분진들의 흐름을 변화시켜 다른 원료들을 하부로 하강 시킴으로써, 분진물의 침전에 의해 원료들간의 층 분리 현상을 방해함으로써 원료들의 배합 효율이 크게 개선되어, 최종 물성 구현에 편차가 균일해지는 탁월한 효과를 제공할 수 있게 된다.
상기 그래뉼 타입의 복합 안정제는 파우더 형태의 원료를 믹서에서 혼합한 뒤 압출하여 제조될 수 있으며, 1 내지 40 mm, 바람직하게는 1 내지 20 mm, 더 바람직하게는 1 내지 9 mm의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폴리염화비닐계 수지는 50 내지 400 ㎛, 충격 보강제는 10 내지 50 ㎛, 충진제는 0.5 내지 3.0 ㎛, 및 안료는 0.2 내지 0.5 ㎛의 평균 입자 크기를 각각 가질 수 있다.
상기 복합 안정제의 함량은 폴리염화비닐계 수지 100 중량부 기준으로 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 3 내지 15 중량부, 더 바람직하게는 5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상기 복합 안정제의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우, 탈염산 반응 억제 및 원료 용융 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유기산 칼슘염은 탄소수 3 내지 50개의 알킬기를 갖는 지방산에 칼슘이 결합된 칼슘염일 수 있고, 그 예로는 스테아린산 칼슘 등이 있다. 상기 유기산 아연염은 탄소수 3 내지 50개의 알킬기를 갖는 지방산에 아연이 결합된 아연염일 수 있고, 그 예로는 스테아린산 아연 등이 있다. 이러한 유기산 칼슘염 및 유기산 아연염 외에 마그네슘과 같은 무독 금속에 탄소수 3 내지 50개의 알킬기를 갖는 지방산이 결합된 무독 금속염도 더 포함될 수 있다.
상기 유기산 칼슘염과 유기산 아연염은 복합 안정제 총 100 중량부에 대하여, 각각 5 내지 25 중량부, 바람직하게는 10 내지 20 중량부로 포함될 수 있다.
상기 하이드로탈사이트 화합물은 하기 식으로 표시되는 층상이중수산화물(Layered double hydroxides, LDH)일 수 있다.
<화학식 1>
Mgx1Znx2Al2(OH)2(x1＋x2) ＋4ㆍCO3ㆍmH2O
(식 중, x1 및 x2는 각각 하기 식으로 표시되는 조건을 만족시키는 수를 나타내고, m은 실수를 나타낸다. 0≤x2/x1<10, 2≤x1＋x2<20).
상기 하이드로탈사이트 화합물의 예로는 Mg6Al2(OH)16ㆍCO3ㆍ4H2O, Al2O3·6MgOCO2·12H2O, Mg4.5Al2·(OH)13CO3·3.5H2O, 4MgOAl2O3CO2·9H2O, 4MgO·Al2O3CO2·6H2O, ZnO·3MgO·Al2O3CO2·8-9H2O, ZnO·3MgO·Al2O3·CO2·5-6H2O 등이 있을 수 있다.
상기 층상이중 수산화물(Layered double hydroxides)은 Mg-Al층 사이에 CO3 -2 이온 이외에 유기계 반응성 층간 삽입물을 첨가함으로써 완벽한 결정 구조와 열분해 특성 및 판상형의 구조로서 수지에 대하여 열안정성과 착색성이 우수하여, 폴리염화비닐계 수지에 적용시 열안정성 및 착색성을 크게 향상시키는 역할을 할 수 있다.
이러한 층상이중 수화물 (layered double metal hydroxide)로서 공침법과, 난용성 금속 수화물을 이용하여 고온에서 합성하는 수열합성법에 의해 제조될 수 있다.
상기 하이드로탈사이트는 복합 안정제 총 100 중량부에 대하여, 15 내지 55 중량부, 바람직하게는 20 내지 40 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 복합 안정제에는 유기산 칼슘염, 유기산 아연염, 하이드로탈사이트 화합물 외에, 활제, 가공조제, 및 산화방지제를 더 포함할 수 있다.
상기 활제(Lubricant)로는 스테아린산아연, 스테아린산 칼슘과 같은 지방산금속염계 활제와, 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스와 같은 탄화수소계화합물 활제 중 어느 하나의 단일물 또는 그 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 활제는 다른 조성물 성분이 양호하게 혼련되도록 하는 작용을 하고, 구체적으로 탄화수소계화합물 활제는 내부활제로서 폴리염화비닐계 수지 내의 마찰을 감소시켜주는 역할을 할 수 있고, 지방산금속염계 활제는 외부활제로서 폴리염화비닐계 수지와 스크류간의 마찰을 감소시켜 압출기 내의 거동을 원활하게 해줄 수 있다.
상기 활제 함량은 복합 안정제 총 100 중량부에 대하여, 1 내지 15 중량부, 바람직하게는 1 내지 10 중량부로 포함될 수 있고, 이러한 함량 범위를 만족하는 경우, 혼련이 양호하게 이루어지면 용융점도를 저하시켜 성형가공성을 좋게 하고, 또한 활제의 사용으로 가공온도가 낮아지고 가공시간이 단축됨에 따라 가공도중의 열화가 감소되어 제품의 질을 향상시킬 수 있다.
상기 가공조제는 폴리염화비닐계 수지의 가공에서 용융시간을 단축하고, 분산성을 향상시키는 역할을 하며, 이의 예로는 아크릴레이트계 수지, 메타아크릴레이트계 수지, 아크릴로나이트릴계 수지 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 가공조제는 복합 안정제 총 100 중량부에 대하여, 5 내지 25 중량부, 바람직하게는 10 내지 20 중량부로 포함될 수 있다.
상기 산화방지제로는 힌더드 페놀 산화방지제 등이 사용될 수 있고, 구체적인 예로는 테트라키스(메틸렌-3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트)메탄, 옥타데실 3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐) 프로피오네이트 (이르가녹스 (IRGANOX) 1076), 펜타에리트리톨-테트라키스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트] (이르가녹스 1010), 트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)이소시아누레이트 (이르가녹스 3114), 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시벤질)벤젠 (이르가녹스 1330), 트리에틸렌글리콜-비스[3-(3-tert-부틸-4-히드록시-5-메틸페닐)프로피오네이트] (이르가녹스 245) 및 N,N'-헥산-1,6-디일-비스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피온아미드] (이르가녹스 1098), 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트 (이르가포스 (IRGAFOS)168), 3,9-비스(2,4-디-tert-부틸페녹시)-2,4,8,10-테트라옥사-3,9-디포스파스피로[5.5]운데칸 (이르가포스 126), 2,2',2''-니트릴로[트리에틸-트리스(3,3',5,5'-테트라-tert-부틸-1,1'-비페닐-2,2'-디일)]포스파이트 (이르가포스 12) 및 테트라키스(2,4-디-tert-부틸페닐)[1,1-비페닐]-4,4'-디일비스포스포나이트 (이르가포스 P-EPQ)이 포함될 수 있다.
상기 산화방지제는 복합 안정제 총 100 중량부에 대하여, 5 내지 25 중량부, 바람직하게는 10 내지 20 중량부로 포함될 수 있고, 이러한 함량 범위를 만족하는 경우, 라디칼이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
(C) 충격 보강제
상기 충격 보강제는 폴리염화비닐계 수지의 약한 내충격성을 보완하기 위해 사용되며, 폴리염화비닐계 수지의 신율을 높이고, 충격 강도를 높이며, 선팽창계수를 낮추는 작용을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 충격 보강제는 폴리아크릴계 수지, 및 염소화 폴리에틸렌계 수지 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 충격 보강제로 폴리아크릴계 수지는 내충격성과 내후성이 우수하면, 아크릴 수지, 아크릴계 고무, 아크릴계 고무 그라프트 수지 등이 있을 수 있다.
상기 아크릴 수지는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, n-프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 헥실(메타)아크릴레이트, 및 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 등과 같은 아크릴 단량체 중 1종 이상의 호모 중합체 또는 공중합체일 수 있다.
상기 아크릴계 고무는 전술한 아크릴 단량체의 1종 또는 2종 이상이 가교 중합되어 얻어지는 아크릴 고무일 수 있으며, 예를 들어 부틸아크릴레이트나 에틸헥실아크릴레이트를 가교 중합하여 얻어진 고무일 수 있다. 또는 이러한 아크릴 고무와 부타디엔 고무가 혼합된 고무일 수 있고, 그 혼합 중량비는 예를 들어 90:10 내지 10:90의 비율일 수 있다.
또한, 상기 아크릴계 고무는 코어-쉘 구조일 수 있고, 코어로는 폴리메틸(메타)아크릴레이트와 같은 상기 아크릴 수지를 사용하고, 쉘로는 부틸아크릴레이트 고무와 같은 아크릴 고무가 사용될 수 있다.
또한, 상기 아크릴계 고무 그라프트 수지는 이러한 아크릴 고무를 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안계 화합물로 그라프트 공중합한 그라프트 공중합체일 수 있다. 다른 일 실시예에서, 아크릴계 고무 그라프트 수지는 아크릴 고무와 부타디엔계 고무를 혼합한 혼합 고무에 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안계 화합물을 그라프트 공중합한 그라프트 공중합체일 수 있다.
다른 일 실시예에서, 아크릴계 고무 그라프트 수지는 아크릴 고무에 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안계 화합물을 그라프트 공중합한 그라프트 공중합체와, 부타디엔 고무에 방향족 비닐 화합물 및 비닐시안계 화합물을 그라프트 공중합한 그라프트 공중합체를 혼합한 그라프트 공중합체의 혼합물일 수 있다. 그라프트 공중합체의 혼합은 라텍스 상태로 혼합하는 것도 가능하며, 파우더 상태로 혼합하는 것도 가능하다.
일 실시예에서, 아크릴계 고무 그라프트 수지는 아크릴계 고무 40 내지 70 중량%, 방향족 비닐 화합물 25 내지 40 중량% 및 비닐시안계 화합물 5 내지 20 중량%를 포함할 수 있다.
방향족 비닐 화합물은 스티렌계 단량체 및 이와 공중합 가능한 단량체를 포함할 수 있다. 스티렌계 단량체는, 스티렌, 알파-메틸스티렌, p-메틸스티렌, 비닐톨루엔 또는 그 혼합물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 스티렌이다.
예를 들어, 방향족 비닐 화합물은 90 내지 99 중량%의 스티렌계 단량체 및 1 내지 10 중량%의 이와 공중합 가능한 아크릴레이트계 단량체의 혼합물일 수 있다.
아크릴레이트계 단량체는 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트 등을 포함할 수 있고, 비닐시안계 화합물은 비닐시안계 단량체 및 이와 공중합 가능한 단량체를 포함할 수 있다. 비닐시안계 단량체는 아크릴로니트릴을 포함할 수 있다.
예를 들어, 비닐시안계 화합물은 90 내지 99 중량%의 비닐시안계 단량체 및 1 내지 10 중량%의 이와 공중합 가능한 아크릴레이트계 단량체의 혼합물일 수 있다. 아크릴레이트계 단량체는 메틸메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 충격 보강제로서 염소화 폴리에틸렌계 수지는 폴리염화비닐계 수지와 유사한 구조로서, 폴리염화비닐계 수지의 측쇄에 있는 수소 중 일부가 염소로 치환된 구조로서, 수소 보다 염소의 함량을 높여 충격을 보완하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 충격 보강재는 폴리염화비닐계 수지 100 중량부 기준으로 5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상기 충격 보강재의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우, 충격 강도, 특히 저온 충격 강도 및 저온추 낙하강도가 개선되고, 선팽창계수가 지나치게 높아지는 것이 방지되어 내열성 및 유동성이 향상될 수 있다.
(D) 충진제
상기 충진제는 폴리염화비닐계 수지의 경도를 증가시키고, 원가절감의 목적으로 사용될 수 있다.
상기 충진제의 예로는 탄산 칼슘, 실리카, 클레이, 유리 구슬, 운모(mica), 견운모(sericite), 유리 플레이크(flake), 석면(asbestos), 규회석(wollastonite), 티탄산 칼륨, 및 활석으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 충진제는 분산성 개선을 위하여 표면에 탄소수 1 내지 30의 유기산이 표면 코팅된 형태일 수도 있다. 이러한 충진제의 예로는 탄산칼슘의 표면에 스테아린산이 코팅된 형태일 수 있다.
상기 충진제는 폴리염화비닐계 수지 100 중량부 기준으로 10 내지 30 중량부, 바람직하게는 10 내지 20 중량부로 포함될 수 있다.
상기 충진제의 함량이 이러한 범위를 만족하는 경우, 인장강도와 신장률이 개선되고, 가공성 및 백색도가 향상될 수 있다.
(E) 안료
상기 안료는 당업자에게 공지되어 있는 무기 안료 또는 유기 안료를 사용할 수 있고, 무기 안료의 예는 TiO2, 산화아연 등과 같은 백색 안료; 카본 블랙, 흑연 등과 같은 흑색 안료; Fe2O3, 티탄황 등과 같은 황색 안료 등이 있고, 유기 안료의 예는 아조 안료, 프탈로시아닌 안료, 퀴나크리돈 안료, 페릴렌 안료, 피롤로피롤 안료 및 안트라퀴논 안료 등이 있다.
이 중에서, TiO2와 같은 백색 안료는 폴리염화비닐계 수지 창호의 백색도를 상승시키며 장시간 사용시 광선에 의한 변색을 막아 내후성을 개선시키는 역할을 할 수 있다.
상기 안료는 폴리염화비닐계 수지 100 중량부 기준으로 1 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 10 중량부, 더 바람직하게는 3 내지 7 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 창호용 조성물은 필요에 따라 통상적으로 폴리염화비닐계 수지에 사용되는 첨가제, 예를 들면 가교제, 대전 방지제, 방담제, 플레이트 아웃 방지제, 표면 처리제, 형광제, 방미제, 살균제, 금속 불활성제, 이형제, 자외선 안정제, 발포제, 표면처리제, 브루잉제, 염료 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 창호용 조성물의 성형물을 포함하는 창호가 제공된다.
상기 창호용 수지 조성물을 이용하여 창호를 제조하는 것은 당해 기술분야에 공지된 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 예를 들어 각 구성성분을 혼합하여 창호용 수지 조성물을 제조한 후, 이를 압출함으로써 창호를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 창호는 원료 계량 및 배합 단계, 컴파운드 저장 및 투입 단계, 압출 단계, 성형 및 냉각 단계, 인취 단계, 절단 단계, 적재 및 포장 단계를 통하여 제조될 수 있다.
이러한 창호의 제조 단계를 구체적으로 살펴보면, 사일로(Silo)와 같은 저장소에 저장된 폴리염화비닐계 수지 및 부원료를 배합비 기준으로 계량하여 믹서(Mixer)에 투입한다. 상기 믹서를 100 내지 120℃의 온도로 가열한 조건에서 원료를 5 내지 10 분 동안 혼합하고, 이후 냉각 믹서로 배출한다. 이때, 냉각 믹서에서는 40 내지 50℃의 온도 조건으로 원료를 5 내지 10 분 동안 혼합하여 컴파운드를 제조한다.
이후, 제조된 컴파운드는 사일로와 같은 저장소에서 24 내지 48 시간 동안 저장되어 컴파운드 제조를 위해 원료의 혼합시에 발생한 잠열을 제거할 수 있게 된다. 이후 컴파운드는 압출 라인 등을 통하여 압출기로 투입될 수 있다.
압출 단계에서는 앞서 제조된 컴파운드를 압출기 내에서 전기적 열과 스크류와의 마찰열을 이용하여 혼련 압출한다.
이어서, 혼련 및 압출된 컴파운드를 다이(die)로 통과시켜 소정의 형상을 가진 단면으로 성형 압출시킬 수 있다. 이렇게 성형된 컴파운드에 형상 및 치수를 부여하여 반제품화할 수 있고, 직간접 냉각을 통하여 반제품의 치수 및 형상을 조절할 수 있다.
또한, 반제품을 상하부의 캐터필러(caterpillar)를 이용하여 일정한 압력, 속도로 인취하고, 규격별로 절단하고, 절단된 제품을 적재 포장하는 단계를 거칠 수 있다.
본 발명에 따른 창호용 조성물을 이용하여 제조된 창호는 형태의 뒤틀림, 변형, 색상 변색 등의 발생을 최소화하고, 충격 강도, 인장 강도 등의 기계적 물성이 현저하게 향상될 수 있어, 치수 안정성 및 기계적 물성이 우수한 특징을 갖는다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예
실시예 1
폴리비닐염화 수지 (평균 중합도: 1,000, 평균 입자 사이즈: 180 ㎛) 분말 75 중량부, 폴리메틸메타아크릴레이트(중량평균분자량: 250,000 g/mol)의 코어 및 부틸아크릴레이트 고무의 쉘로 형성된 평균 입자 사이즈가 45 ㎛인 충격 보강재 4 중량부, 탄산칼슘의 표면에 스테아린산이 코팅된 형태로서 평균 입자 사이즈가 1 ㎛인 충진제 10 중량부, 하기 조성비를 갖고 평균 입자 사이즈가 4.5 mm인 그래뉼 형태의 복합 안정제 5 중량부, 및 평균 입자 사이즈가 0.2 ㎛인 이산화 티탄의 백색 안료 2 중량부를 믹서에서 투입하였다.
<복합 안정제의 조성비>
하이드로탈사이트 (Mg6Al2(OH)16ㆍCO3ㆍ4H2O) : 30 중량부
스테아린산 칼슘 : 10 중량부
스테아린산 아연 : 20 중량부
가공조제(아크릴계 고분자 (methyl methacrylate)) : 20 중량부
활제(탄화수소계 활제 (paraffin, polyethelene)) : 5 중량부
산화방지제 (힌더드 페놀 산화방지제): 15 중량부
이후 믹서를 가열하여 120℃의 온도 조건에서 6 분 동안 혼합하고, 이후 냉각 믹서로 배출하여, 40℃의 온도 조건에서 혼합하고, L/D= 24, Φ=114 mm 인 이축 압출기를 이용하여 하기의 압출기 조건에 따라 압출한 후, 압출물을 프로파일(profile) 형태로 제조하였다.
실린더 1
온도(℃)		 실린더 2 온도(℃) 실린더 3
온도(℃)		 어댑터
온도(℃)		 다이 온도
(℃)		 회전수 (rpm) 인취 속도
(m/min)		 냉각수
온도(℃)
180 180 180 180 190 12 2 17
비교예 1
평균 입자 사이즈가 150 ㎛인 분말 형태인 복합 안정제를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 압출한 후, 압출물을 프로파일 형태로 제조하였다.
비교예 2
평균 입자 사이즈가 180 ㎛인 분말 형태인 복합 안정제를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 압출한 후, 압출물을 프로파일 형태로 제조하였다.
비교예 3
평균 입자 사이즈가 160 ㎛인 분말 형태인 복합 안정제를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 압출한 후, 압출물을 프로파일 형태로 제조하였다.
물성 평가
실시예 1, 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 창호 형재의 물성을 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 각 평가는 각 20회씩 평가하여서 평균 값과 표준 편차 값을 계산한 것이다.
물성 평가 방법은 하기와 같다.
(1) 색상
형재의 색 및 색차는 KS M ISO 2039-2의 스케일 R로 하며, dE값이 1.3 이하이어야 합격이다.
(2) 경도
경도 시험은 KS M ISO 2039-2 준하여 온도 23 ℃ ± 2에서 시험을 실시하였다. KS F5602 규격에 의하면 경도는 85 HRR 이상이어야 합격이다.
(3) 인장항복강도 및 인장파단신장율
인장항복강도 및 인장파단신장율 시험은 KS M3006법에 준하여 온도 23℃ ± 2에서 시험을 실시하였다. KS F5602 규격에 의하면 인장항복강도는 42 MPa 이상이며 인장파단신장율은 130% 이상이어야 합격이다.
(4) 굴곡탄성율
굴곡탄성율은 KS MISO178법에 준하여 온도 23 ℃ ± 2에서 시험을 실시하였다. KS F5602 규격에 의하면 굴곡탄성율은 2,000MPa 이상이어야 합격이다.
(5) 저온추 낙하강도
저온추 낙하강도는 KS B2001법에 준하여 -10 ℃의 저온 챔버내에서 위치 에너지를 갖는 추(1,000g)를 떨어뜨려 시험을 실시하였다. KS F5602 규격에 의하면 2개 이상 갈라짐이 없어야 합격이다.
(6) 샤르피 충격값
샤르피 충격값은 KS F3056법에 준하여 시험을 실시하였다. KS F5602 규격에 의하면 23℃ 샤르피 충격값은 16 kJ/㎡ 이상, -10℃ 샤르피 충격값은 7 kJ/㎡ 이상이어야 합격이다.
(7) 비카 연화온도
비카 연화온도는 KS M3076법에 준하여 9.8N으로 시험을 실시하였다. KS F5602 규격에 의하면 비카연화온도는 85℃ 이상이어야 합격이다.
(8) 가열 변형
가열 변형은 KS F5602 규격에 의하면 육안으로 기포, 갈라짐, 박리가 없어야 양호로서 합격이다.
구 분 실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
시 험 항 목 단 위 합격
기준		 평균 표준
편차		 평균 표준
편차		 평균 표준
편차		 평균 표준
편차
색 상 L* - 92.00 90.55 0.29 93.93 0.37 94.39 0.34 93.24 0.54
a* - -0.70 -0.68 0.14 -0.86 0.10 -0.32 0.28 -1.01 0.15
b* - 2.00 2.63 0.36 3.09 0.82 4.84 0.37 2.39 0.25
ΔE* - 1.3
이하		 0.62 0.25 0.93 0.46 0.63 0.23 1.00 0.41
경 도 HRR 85
이상		 96.81 1.17 94.67 2.89 96.28 3.06 96.78 0.44
인장항복강도 MPa 42
이상		 46.76 1.10 45.53 2.62 46.27 1.53 48.15 0.70
인장파단신장율 % 130
이상		 152.75 9.69 155.81 24.59 164.13 15.66 166.67 18.22
굴곡 탄성율　 MPa 2000
이상		 3144.56 252.91 3155.79 246.47 3162.76 245.67 3090.17 243.95
저온추
낙하강도		 개 2개
이상
갈라짐
없을 것		 0.13 0.52 2.17 3.54 1.33 3.27 2.67 1.53
샤르피충격값 23℃ kJ/㎡ 16
이상		 27.00 4.18 22.54 3.36 23.64 4.29 23.70 2.63
-10℃ kJ/㎡ 7
이상		 14.26 1.50 13.37 2.50 14.08 1.81 15.77 1.64
비카연화온도 ℃ 85
이상		 86.75 0.51 86.03 1.10 86.20 1.00 87.32 0.68
가열변형 - 표면
양호		 양호 양호 양호 양호
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1에 따른 창호용 조성물를 이용하여 성형된 창호 형재는 모든 물성 시험 결과가 시험 결과치 모두 KS F 5602의 기준치 이상을 나타내는 것을 확인하였다.
특히, 실시예 1는 인장항복강도, 인장파단신장율, 샤르피 충격값, 비카연화온도 등의 모든 물성에서 20회에 따른 평가에도 그 결과의 표준편차가 비교예 1 내지 3과 비교하여 현저하게 작은 값은 나타내는 것을 알 수 있었다.
이는 분말 형태가 아닌, 그래뉼 형태를 갖는 복합 안정제를 사용함에 따라, 창호용 조성물의 원료 배합시에 상부층에 있는 그래뉼 타입의 복합 안정제에 의해 믹서 내부의 공기의 흐름이 변화되고, 물리적 요인에 의해 원료들 간의 층분리 현상을 방해함으로써 원료의 물성 구현에 편차가 균일해진 결과로 판단된다.

Claims (7)

  1. 폴리염화비닐계 수지, 충격 보강제, 충진제, 복합 안정제, 및 안료를 포함하고, 상기 복합 안정제가 그래뉼 형태인 창호용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그래뉼 형태의 복합 안정제가 1 내지 40 mm의 평균 입자 크기를 갖는 창호용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 창호용 조성물이 폴리염화비닐계 수지 100 중량부에 대하여, 충격 보강제 5 내지 10 중량부, 충진제 10 내지 30 중량부, 복합 안정제 1 내지 20 중량부, 및 안료 1 내지 10 중량부를 포함하는 창호용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합 안정제가 유기산 칼슘염, 유기산 아연염, 및 하이드로탈사이트 화합물을 포함하는 창호용 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복합 안정제가 가공조제 및 산화방지제를 더 포함하는 창호용 조성물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 하이드로탈사이트 화합물이 하기 식으로 표시되는 층상이중수산화물(Layered double hydroxides, LDH)인 창호용 조성물:
    <화학식 1>
    Mgx1Znx2Al2(OH)2(x1＋x2) ＋4ㆍCO3ㆍmH2O
    (식 중, x1 및 x2는 각각 하기 식으로 표시되는 조건을 만족시키는 수를 나타내고, m은 실수를 나타낸다. 0.1≤x2/x1<10, 2≤x1＋x2<20).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 창호용 조성물의 성형물을 포함하는 창호.
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KR102467514B1 (ko) * 2021-05-14 2022-11-16 (주)엘엑스하우시스 재생 폴리염화비닐 재료

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