KR20180038126A - 재활용이 가능하며 내마모도가 우수한 기능성 플라스틱 시트 제조 - Google Patents

재활용이 가능하며 내마모도가 우수한 기능성 플라스틱 시트 제조 Download PDF

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신해용
박종렬
백인혁
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Abstract

본 발명은 기능성(대전방지, 또는 무광)을 갖추고, 내마모도가 우수한 플라스틱 시트 제조에 관한 것으로 좀 더 상세하게는 스틸렌-부타디엔 코폴리머 수지 (styrene-butadiene copolymer)와 일반 PS(또는 ABS)수지를 이층 또는 삼층 구조로 공압출하여 내마모도 향상과 고강도 성능을 구현하고, 뿐만 아니라, 압출과 동시에 인라인 롤 코팅으로(in-line roll coating), 무광 또는 대전방지 기능을 추가한 내마모도가 우수한 플라스틱 시트를 제조한다. 더욱더, 내마모도가 우수한 플라스틱 시트는 분쇄 후 재활용 또는 신재 대신 재사용이 가능하다.

Description

재활용이 가능하며 내마모도가 우수한 기능성 플라스틱 시트 제조 {production of recyclable plastic sheet that has good wear resistance}
일반적으로 전자 제품/부품 등의 포장용 트레이는 작업공정 및 보관과정에서 발생되는 먼지 및 이물과 같은 오염성에 민감하게 영향을 받는 전자부품을 보호하기 위한 기능을 하는 제품이다. 이런 전자 제품/부품을 보호하기 위하여 사용하는 추레이의 소재는 일반적인 PET, ABS, PS, PP, PET/PS, PET/PS/PET 등에 대전방지 처리를 하여 사용하고 있다. 그러나 최근 전자 제품/부품 등이 품질 고급화를 위해서 금속으로 제품을 제조하면서 포장용 추레이의 내마모도, 강도, 분진과 스크래치 등이 발생하고 있다. 더욱더, 최근 스마트 폰의 외부 금속 제품을 최종 포장 무광 추레이에 포장을 하면 금속성 제품의 부각과 고급제품임을 돋보일 수가 있어서 무광/대전방지/내마모도 추레이를 요구하는 수요가 급성장하고 있다.
일반적인 기존 ABS, PS, PP 등은 금속성으로 인한 내마모도가 약해서 추레이에 스크래치가 발생하면서 플라스틱 분진 발생으로 오염을 발생시키고 있어서 사용이 불가능하다. 또한 복합소재인 다층 구조인 PET/PS, PET/PS/PET 등은 제조 시 발생하는 스크랩과 사용 후 발생하는 추레이 쓰레기를 재사용 할 수가 없다. 또한 PET 소재로 사용한 시트는 강도와 분진 등은 양호하지만, PET와 PS의 상호 상용성 부족으로 재활용이 불가능한 문제점을 갖고 있다. 뿐만 아니라, PET 소재 자체의 높은 광택도 때문에 무광 코팅이 어려우며, 대전과 무광 기능을 동시에 구형하기 위한 코팅은 거의 불가능한 상태이다.
본 발명은 기능성(대전방지 또는 무광)을 갖추면서 동시에 내마모도가 우수한 플라스틱 시트 제조에 관한 것으로 좀 더 상세하게는 스틸렌-부타디엔 코폴리머 수지 (styrene-butadiene copolymer)와 PS(또는 ABS)수지를 이층 또는 삼층 구조로 공압출하여 내마모도 향상과 고강도 성능을 구현하고, 압출과 동시에 인라인 롤 코팅으로(in-line roll coating), 최종적으로 기능성이 보강된 고강도 플라스틱 시트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 좀 더 상세하게는, 공압출 방식으로 다층 구조로 제조함에 있어서, 표면층에 단면 또는 양면으로 SBC (스티렌-부타디엔 코폴리머)수지층 , 중층에 PS 또는 ABS 수지층으로 내마모도가 우수한 플라스틱 시트를 제조하고, 표면에 롤투롤 코팅 방식으로 무광 또는 대전방지 원료를 도포한다. 내마모도 강화와 표면 코팅을 용이할 목적을 실현하기 위해 본 발명은 최 외부층의 SBC(스티렌-부타디엔 코폴리머, stylene-butadiene copolymer, 이하 “SBC”로함) 수지의 구성비, 즉, 스티렌:부타디엔 비율을 변화시키면서, 최고 성능의 구성비를 찾을 수 있었다. 또한 제조된 시트의 재사용 가능성을 확보하기 위해서 최소량의 부타디엔 함량도 찾을 수 있었다. SBC에서 스틸렌 모노머 함량은 60-90wt%가 적합하며, 90wt% 이상 시에는 내마모도가 약하며, 50wt%미만 시에는 강도 약해지며, 표면 코팅이 불가능해진다. 가장 적합하게는 스티렌 모노머 함량이 60-85wt% 그리고 부타디엔 모노머 함량이 15-85wt% 인 경우 우수한 내마모도와 강도 보유하면서 표면코팅이 가능한 시트를 제조 할 수 있었다. 본 발명의 기능성 부여를 위한 표면 롤투롤 코팅은 대전방지 코팅액 또는 무광 코팅액을 사용하여으며, 대전방지 코팅액은 특허 등록 제 10-2002-0077465호(전도성고분자 폴리티오펜의 제조방법)에 의한 방법으로 제조한 원료를 사용하였다. 그리고 무광 코팅액은 일반적인 코팅용 우레탄 베이스원료 또는 아크릴 베이스원료에 무광을 위한 난반사 비드(bead)를 선택해서 베이스원료 대비 0.1-5wt%를 첨가하여 제조해서 사용하였다. 특히 비드는 PMMA, 실리카 또는 무기물 등을 선택해서 사용하였다. 비드의 함량은 무광의 정도에 따라서 가감을 하였으므로 5wt% 이상을 사용하면 제조원가 상승과 비드 분산 등의 어려움이 발생한다.본 발명은 현재까지 알려진 기존 시트의 문제점을 해결하고자 1)내마모도 증가, 2)무광/대전성능 구현, 및 3)재사용/재활용이 가능한 플라스틱 시트를 개발하는데 목적이 있다. 자세하게는 금속 등에 의한 플라스틱 시트로 제조된 추레이의 내마모성이 우수하고, 강도가 탁월하며, 표면처리로 무광 및 대전방지 기능을 부여하고, 제조단가의 상승폭을 최소화하며, 더욱 더 재활용이 가능한 플라스틱 시트와 이를 이용한 금속성 전자 제품/부품용 트레이를 제조하는데 있다. 본 발명은 제조원가를 최소화 하기 위해서 일반적인 플라스틱 시트용 수지인 복합PS(HIPS,GPPS등)또는 ABS(ABS,ABS GF등)등의 원료를 최대한 병행 사용하고 여기에 추가로 재활용이 가능하면서 내마모도와 강도를 증진 시킬수 있는 폴리머 수지를 추가하고, 코팅액 부착성이 우수한 수지를 개발하고자 한다. 이렇게 제조되는 시트는 재사용 또는 재활용이 가능하며, 간단한 표면 처리 방법인 롤투롤 코팅(roll to roll coating)으로 무광 또는 대전방지 코팅층을 형성하여 다양한 기능을 갖는 내마모도가 우수한 시트를 제조하는 할 수 있다.
본 발명에서는 PS의 출발물질인 모노머 스틸렌 (stylene monomer)에 분자량이 작고 고분자 반응에 참여할 수 있는 부타디엔 모노머 (butadiene monomer)를 사용하여 방향성 벤젠고리 (aromatic benzene ring)과 비방향성 알킬 체인 (aliphatic alky chain)을 교대로 배열시킨 코폴리머 (copolymer)를 사용해서 내마모도와 강도를 증진 시키고자 한다. 그 이유는 방향족 고분자인 PS 는 강도가 우수하고, 비방향족 PP는 내마모도와 연성이 우수하므로 이들 장점을 잘 조합해서 우수한 결과를 도출하고자 한다. 즉, SBC(스티렌-부타디엔 코폴리머)를 일반 수지와 같이 사용해서 제조단가의 압박이 없는 범위 내에서 내마모도와 강도가 우수한 플라스틱 수지를 제조하는 것인 본 발명의 목적이다.
이상에서와 같이 본 발명은 무광의 고급스러운 외관 특성(또는 대전 방지 기능) 및 내마모성이 탁월하고, 또한 스크랩의 재사용이 가능한 다층 구조의 플라스틱 시트 제조에 성공하였다. 현재 사용되고 있는 ABS 시트에 비하여 내마모성을 두 배 이상 증가 했으며, 심지어 재사용이 불가능한 PET/PS/PET 시트에 비해서도 내마모도가 두 배 증가하고 및 무광 성능도 우수함을 확인하였다. 기존 ABS 원재료에 비해 유사한 원재료 단가 경쟁력을 확보 하였으며, 더욱 더 재사용이 불가능한 PET/PS/PET 시트에 비해서는 20%이상 저렴한 원재료 이점을 갖고 있다.
① : 무광 코팅층
② : 대전방지 코팅층
③ : SBC(스티렌부타디엔코폴리머)
④ : PS층
⑤ : ABS층
⑥ : PET층
[실시 예1] 무광-내마모도가 우수한 2층 구조의 시트 제조
이층 구조 시트로 상부층은 SBC 중에서 스티렌 모노머 함량 비율이 70wt%로 제조된 수지와 하부 층은 복합 PS 중에서 HIPS 70 중량% 와 GPPS 30 중량%으로 배합 수지층으로 제조한다. 상부층 SBC 층의 두께는 전체의 20%로 제조한다. 190 ~ 220℃ 압출온도에서 공압출 방식으로 이층 구조의 시트를 제조하고, in-line roll coating 방식으로 무광코팅(PMMA 비드 1wt% 첨가한 유성 우레탄액) 내마모도가 우수한 플라스틱 시트를 제조하였다.
[실시 예2] 대전방지-내마모도가 우수한 2층 구조의 시트 제조
실시 예1에서 제조한 동일한 시트에 대전방지를 PEDOT 성분이 포함된 대전 코팅액으로 in-line roll coating 방식으로 대전 코팅된 내마모도가 우수한 플라스틱 시트를 제조하였다.
[실시 예3] 대전방지-내마모도가 우수한 3층 구조의 시트 제조
3층 구조 시트로 상부층과 하부층은 SBC 중에서 스티렌 모노머 함량 비율이 70wt%로 제조된 수지와 중간 층은 PS 중에서 HIPS 70 중량% 와 GPPS 30 중량%으로 배합 수지층으로 제조한다. 상하부층은 전체 시트 두께의 40%로 제조한다. 190 ~ 220℃ 압출온도에서 공압출 방식으로 3층 구조의 시트를 제조하고, in-line roll coating 방식으로 대전방지를 PEDOT 성분이 포함된 대전 코팅액으로 in-line roll coating 방식으로 양면 대전 코팅된 내마모도가 우수한 플라스틱 시트를 제조하였다.
[실시 예4] 무광-내마모도가 우수한 2층 구조의 시트 제조
이층 구조 시트로 상부층은 SBC 중에서 스티렌 모노머 함량 비율이 70wt%로 제조된 수지와 하부 층은 ABS 수지층으로 제조한다. 상부층 SBC 층의 두께는 전체의 20%로 제조한다. 220℃ 압출온도에서 공압출 방식으로 이층 구조의 시트를 제조하고, in-line roll coating 방식으로 무광코팅(PMMA 비드 1wt% 첨가한 유성 우레탄액)된 내마모도가 우수한 플라스틱 시트를 제조하였다.
[비교 예1] 무광 2층 구조의 PS 시트 제조
실시 예와 비교하기 위하여 일반적인 복합 PS 시트를 동일한 구조와 압출 방식, 즉, 시트의 상부층 및 하부층 모두은 복합 PS 중에서 HIPS 70 중량% 와 GPPS 30 중량%으로 배합 수지층을 제조한다. 190 ~ 220℃ 압출온도에서 공압출 방식으로 이층 구조의 시트를 제조하고, in-line roll coating 방식으로 무광코팅(PMMA 비드 1wt% 첨가한 유성 우레탄액) PS 플라스틱 시트를 제조하였다.
[비교 예2] 무광 2층 구조의 ABS 시트 제조
실시 예와 비교하기 위하여 일반적인 ABS 시트를 동일한 구조와 압출 방식, 즉, 시트의 상부층 및 하부층 모두 ABS 수지층으로 제조한다. 220℃ 압출온도에서 공압출 방식으로 이층 구조의 시트를 제조하고, in-line roll coating 방식으로 무광코팅(PMMA 비드 1wt% 첨가한 유성 우레탄액) PS 플라스틱 시트를 제조하였다.
[비교 예3] 무광 3층 구조의 PET/PS/PET 시트 제조
실시예와 비교하기 위하여 또 다른 3층 구조, 즉, PET/PS/PET를 실시예와 같은 방법으로 PET수지층은 220~250℃의 온도, PS수지층은 180~230℃로 공압출 3층구조의시트를 제조 하였다. 상하부 PET층은 전체 두께의 30%로 제조하고 대전방지 PET/PS/PET 플라스틱 시트를 제조하였다.
상기 7개의 샘플을 3가지 핵심 물성과 재사용 가능성 여부를 분석 비교하였다.
[내마모도 측정]
내마모도 측정방법은 ASTM D4060에 의거하여 측정하였다.
[표 1] 내마모도 측정 결과
Figure pat00001
[참고 - 내마모성은 7000번의 마찰회전에서 마모되어 감량되는 분진의 무게를 "mg/7000cycle"로 정의하며, 수치가 적을수록 내마모도가 우수하다. 즉, 스크래치 발생과 분진 발생량이 적다는 의미이다.]
분석 결과: 내마모도 측정 DATA에 나타낸 바와 같이 SBC (스티렌-부타디엔코폴리머)가 표피층으로 있는 실시 예 1,2,3,4 (모두 35g 미만/7000cycle 미만) 모두가 비교 예1,2,3 (73-125g/7000cycle)에 비해서 월등히 우수함 알 수 있으며, 심지어 PET가 표피층으로 사용한 비교 예3에 비해서도 우수함을 알 수 있다.
[무광 성능 측정]
무광특성을 비교하기 위하여 명도 광택 측정기를 사용하여 객관적으로 비교 하였다.
[표 2] 무광 특성 결과
Figure pat00002
[참고 - 무광 성능은 광택도 수치가 적을수록 무광이 우수함을 뜻한다]
광택도를 비교하여 보면 시트의 강도와 무관하게 비교적 양호한 무광 성능을 보여주었다. 그러나 비교 예3인 PET/PS/PET 시트인 경우에는 PET자체가 워낙 광택도가 높아서 무광 코팅 후에도 무광 성능이 많이 감소됨을 보여 준다. 실시예 2와 3은 무광 코팅 없이 대전방지 코팅한 시트이므로 광택도가 높음을 보여준다.
[대전 방지 성능 측정]
표면저항 측정방법은 ASTM D257에 의거하여 측정하였다.
[표 3] 표면 저항 특성 결과 (Surface resistance, 단위 Ω/cm2)
Figure pat00003
[참고 - 대전방지 성능은 표면 저항 수치가 적을수록 대전 성능이 우수함을 뜻하며, 전자 포장용으로는 최소한 109 Ω/cm2 미만을 요구한다.]
본 발명품의 표면저항 측정 결과는 대전방지 코팅을 한 실시예 2와 3의 경우 106-7Ω/cm2으로 측정되어 매우 우수 하였고, 무광 코팅을 한 실시 예 및 비교 예 모두 1012Ω/cm2 으로 대전방지 성능이 없다는 것을 알 수 있었다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시 예를 설명 및 도시하였지만, 본 발명은 당업자에 의하여 다양하게 변형되어 실시 될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 및 사용되어져서는 안되며, 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허 청구범위 안에 속하는 것이다.

Claims (5)

  1. 스틸렌-부타디엔 코폴리머 수지와 PS (또는 ABS 수지)를 2층 또는 3층 구조로 공압출하여 내마모도가 우수한 플라스틱 시트를 제조하는 단계 및
    상기 시트 단면 또는 양면 표면에 기능성 코팅 공정으로 제조함을 특징으로 하는 내마모도가 우수한 기능성 플라스틱 시트.
  2. 청구항 1에 있어서, 사용하는 스틸렌-부타디엔 코폴리머 중에서 부타디엔의 함량이 10~40wt%을 포함하는 코폴리머로 제조하는 단계; 및 스틸렌-부타디엔 코폴리머의 함량을 전체 PS(또는 ABS)수지의 10-60%를 포함하는 제조단계; 및 스틸렌-부타디엔 코폴리머 수지 층을 단면 또는 상하양면으로 공압출함을 특징으로 하는 제조단계; 및 중간층에는 일반 PS, 복합PS, HIPS, 또는 ABS 수지를 사용하여 제조하는 내마모도가 우수한 기능성 플라스틱 시트.
  3. 청구항 1에 있어서, 기능성(대전방지, 또는 무광)원료를 고강도 플라스틱 시트에 도포하는 제조단계 및 상기 기능성 도포 공정은 압출공정과 동시에 인라인 롤 코팅 (in-line) 또는 압출 완료 후에 진행하는 외부 롤투롤 코팅(off-line roll to roll coating)으로 제조하는 것을 특징으로 하는 내마모도가 우수한 기능성 플라스틱 시트.
  4. 청구항 3에 있어서, 기능성 중에서 대전방지 기능은 수용성 폴리아닐린, 수용성 폴리피롤, 수용성 폴리티오펜, 수용성 폴리(3,4-에틸렌티오펜) 또는 이들의 유도체나 공중합체 및 수용성 또는 유기용매에 가용성인 π-공액계 전기 전도성 물질, 그리고 투명 전도성 코팅물질(ATO, ITO, AZO, CNT), 전도성 필러(Ag, Cu, Ni, 카본블랙, 흑연, 산화주석, 산화인듐) 등에서 택 1 또는 그 이상 혼합하여 제조하는 것; 또는 무광 기능은 우레탄액에 bead(PMMA, 실리카, 또는 무기물)가 첨가됨을 특징으로 하여 제조하는 것을 특징으로 제조된 기능성 도포액.
  5. 청구항 1에 있어서, 제조된 플라스틱 시트는 우수한 내마모도를 요구하는 금속성 전자제품 포장용으로 사용함을 특징으로 하는 내마모도가 우수한 기능성 플라스틱 시트.
KR1020160128774A 2016-10-06 2016-10-06 재활용이 가능하며 내마모도가 우수한 기능성 플라스틱 시트 제조 KR20180038126A (ko)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080035058A (ko) * 2006-10-18 2008-04-23 주식회사 이에스디웍 내마모성과 내충격성이 우수한 정전기방지 다층시트와 그제조방법
KR100980330B1 (ko) * 2010-03-04 2010-09-07 조만귀 내마모성과 내충격성이 우수한 정전기 방지용 전도성 복합 시트 및 그 제조방법
KR20140007932A (ko) * 2011-03-29 2014-01-20 쇼와 덴코 패키징 가부시키가이샤 성형용 포장재 및 전지용 케이스
KR20150039422A (ko) * 2013-10-02 2015-04-10 주식회사 엔에스엠 대전방지 시트, 트레이 및 이의 제조방법

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