KR20180103527A - 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기본수지에 발포제, 발포보조제, 가교보조제 등의 조성물과 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 복합난연제를 혼합 사용하되, 복합난연제를 최소한의 함량으로 혼합으로써 환경오염 및 인체 유해성 문제를 해결할 수 있으며, 제품의 물성저하를 방지하는 동시에 난연성이 우수한 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기본수지에 발포제, 발포보조제, 가교보조제 등의 조성물과 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 복합난연제를 혼합 사용하되, 복합난연제를 최소한의 함량으로 혼합으로써 환경오염 및 인체 유해성 문제를 해결할 수 있으며, 제품의 물성저하를 방지하는 동시에 난연성이 우수한 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼 및 그 제조방법에 관한 것이다.
할로겐계 난연제는 제조 및 사용 과정에서 인체독성 및 환경과 생물에 대한 축적성에 의해 사용이 규제되는 추세이며 자동차 산업에서도 할로겐계 난연제의 규제정책이 시행 중이다.
향후 자동차 소재산업에서 난연제 사용규제에 따라 할로겐계 난연제를 대체할 수 있는 부품소재 개발이 필요하나, 대체 난연제의 적용 시 부품소재의 물성이 저하되거나 고비용 등의 문제들이 있어 이를 개선하기 위한 연구가 필요하다.
자동차용 발포패드는 비발포 패드에 비해 유연하고 쿠션감이 있어 자동차 조립 시 충격을 완충시키며 실링재로서의 역할을 한다. 현재 발포패드는 화재에 대비해 난연성이 적용된 제품을 생산하는데, 기존의 자동차용 발포패드는 난연성 확보를 위해 할로겐 원소인 Br계 또는 Cl계를 첨가한 난연제가 주로 이용되고 있다.
그러나 이러한 할로겐 원소를 포함하는 난연제의 경우 연소 시 인체에 유독한 다이옥신, 퓨란과 같은 성분을 유발하고 토양 및 하천에 축적되어 환경에 유해하기 때문에 유럽 및 미국을 중심으로 규제가 확대되는 추세이다. 이에 따라 자동차의 부품소재 업계는 비할로겐 난연 소재를 개발하고 있다.
비할로겐 난연성 발포시트 및 패드에 관한 종래 기술인 한국등록특허 제10-1496218호에서는 폴리올레핀 가교 발포체 조성물에 무기 금속계 난연제와 인계 난연제가 혼합된 복합난연제 15~85 중량부를 포함하는 비할로겐 난연성 발포폼에 관해 개시되어 있으나, 과량의 난연제 사용으로 인해 발포폼의 제조가 원활하지 못하고 이로 인해 제조된 발포폼의 물성이 저하되는 문제가 있다.
따라서 환경유해성 규제와 무관하면서 경제성을 확보하고, 제품의 물성저하를 방지할 수 있는 비할로겐 난연성 발포패드에 대한 기술 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은 자동차용 난연성 발포폼에 적용되는 할로겐계 난연제를 비할로겐계 난연제로 대체 시 종래 기술에서 필연적으로 발생하는 비할로겐계 난연제의 과량 사용과 이로 인한 최종 제품의 물성저하 문제를 해결하기 위해, 기본수지에 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 복합난연제를 최소한의 함량으로 사용함으로써 발포폼에서 요구되는 물성특성을 만족하면서도 우수한 난연성을 가지는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 화학가교 방법을 이용한 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 환경오염 및 인체 유해성이 개선된 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전자선 가교 방법을 이용한 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여, 발포제 2~40 중량부, 가교제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하여 구성되는 모판혼합물이 모판으로 압출성형되고, 화학적으로 가교되며 수평 또는 수직 방향으로 발포되어 발포체로 만들어지도록 구성되고, 상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것인 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼을 제공한다.
또한, 본 발명은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여, 발포제 2~40 중량부, 가교제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하는 모판혼합물을 준비하는 혼합물 준비공정; 실린더 및 다이스 온도가 50~200 ℃인 압출기를 이용하여 상기 혼합물 준비공정에서 준비된 모판혼합물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 압출공정; 및 상기 압출공정 처리로 압출된 모판을 140~300 ℃의 발포로에서 가교제에 의해 화학적으로 가교하고, 발포제를 분해하여 발포하는 가교 발포공정;을 포함하며, 상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것인 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여, 발포제 2~40 중량부, 발포보조제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하여 구성되는 모판혼합물이 모판으로 압출성형되고, 전자선이 조사되어 물리적으로 모판이 가교되며 수평 또는 수직 방향으로 발포되어 발포체로 만들어지도록 구성되며, 상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것인 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼을 제공한다.
또한, 본 발명은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여, 발포제 2~40 중량부, 발포보조제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하는 모판혼합물을 준비하는 혼합물 준비공정; 실린더 및 다이스 온도가 50~200 ℃인 압출기를 이용하여 상기 혼합물 준비공정에서 준비된 모판혼합물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 압출공정; 및 상기 압출공정 처리로 압출된 모판에 100~1500 kv의 전압과 0.1~8.0 Mrad의 전자선량을 갖는 전자선을 조사하여 모판을 가교하는 전자선 가교공정; 및 상기 전자선 가교공정 처리된 모판을 140~300 ℃의 발포로에서 발포하는 발포공정;을 포함하고, 상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것인 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼은 할로겐 성분을 전혀 함유하지 않아 환경오염 및 인체 유해성 문제를 해결할 수 있다.
또한, 기본수지에 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 복합난연제를 최소한의 함량으로 사용함으로써 발포폼에서 요구되는 물성특성을 만족하는 동시에 우수한 난연성으로 발포폼이 쉽게 발화되는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 무기계 난연제를 사용하지 않아 발포폼 제조 시 공정안정성을 개선하여 양질의 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼을 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명을 하나의 실시예로 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼 및 그 제조방법에 관한 것으로 발포폼은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지에 발포제, 발포보조제, 가교제 등의 조성물과 복합난연제를 포함하는 구성을 가진다.
또한 본 발명의 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼은 가교제를 통해 가교가 일어나는 화학가교와 가교제 없이 전자선을 주사하여 가교를 일으키는 전자선 가교의 방법에 의해 제조될 수 있다.
우선, 본 발명의 화학가교에 의해 형성되는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼은 다음과 같다.
구체적으로 본 발명의 화학가교에 의한 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여, 발포제 2~40 중량부, 가교제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하여 구성되는 모판혼합물이 모판으로 압출성형되고, 화학적으로 가교되며 수평 또는 수직 방향으로 발포되어 발포체로 만들어지도록 구성되고, 상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것이다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것을 사용할 수 있다. 바람직하게는 상기 복합난연제는 인계 난연제 40~70 중량%, 멜라민계 난연제 20~40 중량% 및 펜타에리스리톨계 첨가제 10~20 중량%를 포함할 수 있다.
이때, 상기 인계 난연제는 그 함량이 40 중량% 미만이면 저하될 수 있고, 70 중량% 초과이면 공정안정성 및 인장강도 등이 저하될 수 있다. 또한 상기 멜라민계 난연제 및 상기 펜타에리스리톨계 첨가제의 함량이 너무 적으면 연소성이 저하될 수 있고, 반대로 너무 많으면 될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 인계 난연제는 연소 시 가연성 물질과 반응하여 고분자 표면에 탄소질층(carbonaceous layer)의 탄화막을 형성하고, 이 탄화막은 연소에 필요한 산소를 차단하여 난연 효과를 나타낸다. 구체적으로 상기 인계 난연제는 열분해에 의해 인산과 폴리인산을 생성하는데, 이때 생성된 인산 및 폴리인산은 에스테르화 및 탈수화 반응에 의해 상기 탄화막을 생성한다. 상기 탄화막은 산소와 열을 차단함으로써 난연효과를 발휘하는 것이다. 또한 상기 인산은 분해에 의해 기상에서 HPO2 및 PO 등의 라디칼이 생성되는데, 이들은 활성라디칼인 H· 와 OH·로 치환되어 연소를 방해하는 역할을 한다.
이러한 상기 인계 난연제로는 하기 화학식 1로 표시되는 인계 난연제들을 사용할 수 있다. 구체적으로 상기 인계 난연제로는 포스페이트(phosphate)계, 포스포네이트(phosphonate)계, 포스피네이트(phosphinate)계, 포스핀 옥사이드(phosphine oxide)계 및 포스판젠(phosphazene)계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
상기 인계 난연제로 더욱 상세하게는 암모늄 포스페이트, 암모늄 폴리포스페이트, 메탈포스피네이트, 알루미늄 포스핀 옥사이드 및 헥사페녹시트리시클로포스파젠으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 멜라민계 난연제의 질소는 펜타에리스리톨계 첨가제와 반응하여 폴리올레핀에 작용하는 난연물질을 생성하여 난연반응의 상승효과를 기대할 수 있다. 상기 멜라민계 난연제로는 멜라민 파이로포스페이트, 멜라민 폴리포스페이트 또는 이들의 혼합물인 것을 사용할 수 있다.
또한 상기 펜타에리스리톨계 첨가제는 상기 멜라민계 난연제와 결합하여 펜타에리스리톨 포스페이트를 형성하고 상기 화합물은 연소 시 단단한 탄소골격의 팽창막을 형성하여 난연특성을 배가시킬 수 있다. 상기 펜타에리스리톨계 첨가제의 구체적인 예로는 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨 또는 이들의 혼합물인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 복합난연제는 상기 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제의 화학반응에 의해 형성되는 하기 화학식 2로 표시되는 펜타에리스리톨 포스페이트를 포함할 수 있다.
[화학식 2]
(상기 화학식 2에서, X 및 X'는 NH2임)
구체적으로 상기 펜타에리스리톨 포스페이트는 탄소 골격으로 열정 안정성을 가지며, 고분자의 연소 시 고분자 표면에 팽창막(intumescent layer)을 형성하여 상기 인계 난연제의 난연효과를 보조하는 역할을 할 수 있다. 상기 팽창막은 열원으로부터 열과 필요한 산소를 차단하여 연소를 지연하는 역할을 할 수 있다. 특히, 상기 펜타에리스리톨 포스페이트는 상기 멜라민계 난연제와 같이 질소를 대량 함유하는 화합물과 결합되어 화합물을 형성할 때 난연 효과가 매우 우수한 이점이 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 복합난연제는 기본수지 100 중량부에 대하여 5~45 중량부를 혼합할 수 있다. 이때, 5 중량부 미만으로 함유되면 연소성이 좋지 않은 문제가 있고, 45 중량부를 초과하여 함유되면 가공 및 성형 시 고분자의 레올로지 특성을 저해하고 난연제의 혼련성이 떨어지고, 공정안정성이 저하될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 복합난연제는 인계 난연제가 고분자 표면에 탄화막을 형성하여 연소에 필요한 산소를 차단하는 역할을 하고, 상기 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 서로 혼합되어 화학반응에 의해 형성된 펜타에리스리톨 포스페이트가 고분자 표면에 팽창막을 형성하여 우수한 난연 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 모판혼합물은 발포폼을 만들기 위한 모체인 모판을 구성하는 조성물들의 혼합물로서, 기본수지, 발포제, 가교제 및 복합난연제가 혼합되는 구성을 의미한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 기본수지는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성된다. 상기 기본수지는 가볍고 유연한 특성을 가지고 있어 발포폼의 주성분으로 알려져 있다. 상기 폴리올레핀계 공중합체 수지는 폴리프로필렌 수지, 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지 및 폴리에틸렌 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
상기 폴리에틸렌 수지는 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다. 바람직하게는 밀도가 작은 LDPE를 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 발포제는 상기 기본수지를 발포시킬 수 있는 발포제이면 어떤 것을 이용하여도 무방하나, 바람직하게는 탄산수소암모늄, 탄산수소나트륨, 수소화붕소나트륨 등의 무기발포제 또는 아조디카본아마이드, 디니트로소펜타메틸렌 테트라민, 벤젠술포닐 하이드라자이드, 톨루엔술포닐 하이드라자이드, 톨루엔술포닐 세미카바자이드 등의 유기발포제 중에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 발포제는 기본수지 100 중량부에 대하여 2~40 중량부를 혼합할 수 있다. 이때, 2 중량부 미만으로 함유되면 난연성 발포폼의 발포배율이 떨어져 딱딱한 질감의 발포폼이 제조되기 때문에 일정의 쿠션감을 느끼기 위한 발포폼의 원활한 기능을 수행할 수 없다. 또한, 40 중량부를 초과하여 함유되면 각 조성물이 원활하게 분산 및 혼합되지 못하고, 제조된 난연성 발포폼의 발포배율이 지나치게 높아져 난연성 발포폼의 부피가 커지고 난연성이 저하되며, 물리적인 강도가 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 가교제는 상기 기본수지를 구성하는 탄소에 결합된 일부 수소를 분리시키고, 수소가 일부 분리된 각각의 고분자 중합체 사슬을 가교하는 기능을 수행할 수 있다. 바람직하게는 상기 가교제로 하이드로퍼옥사이드, 디쿠밀 퍼옥사이드, 디아실 퍼옥사이드, 퍼옥시 케탈, 퍼옥시 에스테르, 퍼옥시카보네이트, 케톤 퍼옥사이드 등의 유기과산화물 또는 비닐모노머, 아크릴계 화합물, 메타크릴계 화합물, 에폭시계 화합물 등의 불포화수지 가교제 중에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
상기 가교제는 기본수지 100 중량부에 대하여 0.1~5 중량부를 혼합할 수 있다. 이때, 0.1 중량부 미만으로 함유되면 가교도가 미흡하여 제조된 난연성 발포폼의 내열성이 저하되거나, 압출공정 처리된 모판혼합물을 발포 시 점도가 낮아 흐름현상이 발생할 우려가 있다. 또한 5 중량부를 초과하여 함유되면 압출공정 처리된 모판혼합물을 발포 시 점도가 지나치게 높아져 생산성이 떨어질 우려가 발생할 수 있다.
본 발명의 화학가교에 의한 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼의 제조방법은 다음과 같다.
구체적으로 본 발명의 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼의 제조방법은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여, 발포제 2~40 중량부, 가교제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하는 모판혼합물을 준비하는 혼합물 준비공정; 실린더 및 다이스 온도가 50~200 ℃인 압출기를 이용하여 상기 혼합물 준비공정에서 준비된 모판혼합물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 압출공정; 및 상기 압출공정 처리로 압출된 모판을 140~300 ℃의 발포로에서 가교제에 의해 화학적으로 가교하고, 발포제를 분해하여 발포하는 가교 발포공정;을 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 혼합물 준비공정은 상기 기본수지에 발포제, 가교제 및 복합난연제를 혼합하는 공정이다. 여기에서 상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 압출공정은 실린더 및 다이스 온도가 50~200 ℃인 압출기를 이용하여 상기 혼합물 준비공정에서 준비된 모판혼합물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 공정이다. 상기 압출공정에서는 일반적인 싱글 스크류 압출기(single screw extruder) 또는 투윈 스크류 압출기(twin screw extruder)를 이용하여 실시할 수 있다.
이때, 상기 압출기의 온도가 50 ℃ 미만이면 상기 기본수지가 미미하게 용융되어 모판혼합물의 혼련성이 감소하는 문제가 있고, 200 ℃ 초과이면 상기 가교 발표공정에서 가교되어야 하는 모판혼합물이 조기에 가교되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 가교 발포공정은 상기 압출공정 처리로 압출된 모판을 140~300 ℃의 발포로에서 가교제에 의해 화학적으로 가교하고, 발포제를 분해하여 발포하는 공정이다. 상기 가교 발포공정은 일반적인 발포방법으로 수행할 수 있으나, 내부를 140~300 ℃의 온도 및 10~50 hz의 풍속을 갖는 열풍을 처리할 수 있는 발포로를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 발포로는 수직 또는 수평 발포 중 어느 것을 이용하여도 무방하나, 상기 발포로의 온도가 140 ℃ 미만이면 모판혼합물에 포함된 가교제가 미미하게 활성화되어 모판혼합물의 주성분인 가교수지 사슬 간의 간결한 가교를 유도하지 못할 수 있다. 반면에 300 ℃ 초과이면 지나친 열로 인해 모판의 표면이 열화되어 양질의 난연성 발포폼을 생산하는 것이 어려운 문제가 있다.
한편, 본 발명의 전자선 가교에 의해 형성되는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼은 다음과 같다.
구체적으로 본 발명의 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여, 발포제 2~40 중량부, 발포보조제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하여 구성되는 모판혼합물이 모판으로 압출성형되고, 전자선이 조사되어 물리적으로 모판이 가교되며 수평 또는 수직 방향으로 발포되어 발포체로 만들어지도록 구성되며, 상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것이다.
본 발명의 전자선 가교에 의해 형성되는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼은 가교제를 불필요하며, 전자선을 조사하는 물리적 가교 후 발포 시작 온도를 낮추고 시간을 단축하는 역할을 하는 발포보조제를 포함할 수 있다. 즉, 상기 발포보조제는 발포공정에서 모판의 발포배율을 조절하고, 발포되는 모판의 발포제의 활성을 조절하기 위한 효과를 부여하기 위해 혼합될 수 있다. 이러한 상기 발포보조제는 카드뮴 화합물, 칼슘 화합물, 아연 화합물, 마그네슘 화합물, 철 화합물 및 구리 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 발포보조제는 기본수지 100 중량부에 대하여 0.1~5 중량부를 혼합할 수 있다. 이때, 0.1 중량부 미만으로 함유되면 함량비가 미미하여 발포보조제로서의 기능을 원활하게 발휘하기 어렵고, 5 중량부를 초과하여 함유되면 압출기 내에서 발포제가 조기 분해 촉진을 유도하여 모판 형성이 난해하고, 제조된 난연성 발포폼의 외관불량, 물리적인 강도 및 난연성의 성능이 떨어질 수 있다.
본 발명의 전자선 가교에 의한 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼의 제조방법은 다음과 같다.
구체적으로 본 발명의 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼의 제조방법은 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여, 발포제 2~40 중량부, 발포보조제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하는 모판혼합물을 준비하는 혼합물 준비공정; 실린더 및 다이스 온도가 50~200 ℃인 압출기를 이용하여 상기 혼합물 준비공정에서 준비된 모판혼합물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 압출공정; 및 상기 압출공정 처리로 압출된 모판에 100~1500 kv의 전압과 0.1~8.0 Mrad의 전자선량을 갖는 전자선을 조사하여 모판을 가교하는 전자선 가교공정; 및 상기 전자선 가교공정 처리된 모판을 140~300 ℃의 발포로에서 발포하는 발포공정;을 포함한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 전자선 가교공정은 상기 압출공정 처리로 압출된 모판에 100~1500 kv의 전압과 0.1~8.0 Mrad의 전자선량을 갖는 전자선을 조사하여 모판을 가교하는 공정이다. 상기 전자선 가교공정은 압출공정 시 압출성형되는 모판의 두께에 따라 100~1500 kv의 전압으로 유지해야 상기 기본수지의 사슬 간 적절한 가교를 체결할 수 있고, 가교전자선량은 모판혼합물에 포함된 발포제의 밀도와 물성에 따라 0.1~8.0 Mrad로 유지하는 것이 바람직하다.
상기 가교전압이 100 kv 미만이면 모판이 두께가 두꺼운 경우 모판의 내부까지 전자선이 침투하지 못하여 모판의 내부가 가교되지 못하는 문제가 발생할 수 있고, 가교전압을 1500 kv 초과하면 모판에 가해지는 전자선이 겹치게 되어 과가교반응이 일어나 발포공정 시 원하는 발포배율의 난연성 발포폼을 얻을 수 없는 문제가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼의 제조방법을 나타낸 공정도이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼은 할로겐 성분을 전혀 함유하지 않아 환경오염 및 인체 유해성 문제를 해결할 수 있다.
또한, 기본수지에 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 복합난연제를 최소한의 함량으로 사용함으로써 발포폼에서 요구되는 물성특성을 만족하는 동시에 우수한 난연성으로 발포폼이 쉽게 발화되는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 무기계 난연제를 사용하지 않아 발포폼 제조 시 공정안정성을 개선하여 양질의 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼을 제조할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실험예
1:
화학가교에
따른 자동차용
난할로겐
난연성
발포폼의
제조
<재료>
기본수지로는 LDPE(low density polyethylene)를 사용하였다.
발포제로는 아조디카본아마이드를 사용하였다.
가교제로는 디큐밀퍼옥사이드를 사용하였다.
복합난연제로 우선 인계 난연제는 알루미늄 포스피네이트를 사용하였고, 멜라민계 난연제는 멜라민 파이로포스페이트를 사용하였으며, 펜타에리스리톨계 첨가제는 펜타에리스리톨을 사용하였다.
무기계 난연제로는 Mg(OH)2를 사용하였다.
1. 혼합물 준비공정
하기 표 1에 나타낸 조성물 및 조성비율로 혼합하여 모판혼합물을 준비하였다.
2. 압출공정
실린더 및 다이스의 온도를 120 ℃의 온도로 예열 세팅한 싱글스크류 압출기(스크류 회전속도, 40 rpm)에 상기 1에서 준비한 모판혼합물을 150 kg/hr 피딩량으로 투입하여 길이x폭x두께가 100mm x 3.45mm x 380mm인 모판을 압출 성형하였다.
3. 발포공정
온도 250 ℃, 풍속 20 hz로 예열 세팅한 수평 발포로를 이용하여 상기 3에서 가교처리된 모판을 2.0 m/min의 속도로 투입한 후 4 m/min의 속도로 발포처리하고, 발포배율 30 배(밀도 0.033 g/cm3)의 난연성 발포폼을 제조하였다.
하기 표 1, 2에서 연소성에 대해 “80 mm/min 이내”라 함은 1분간 태웠을 때 시편이 80mm 이내로 타야한다는 것을 의미한다. 또한 이러한 연소성 측정 시 “자기소화성”이라 함은 시편의 연소가 1분을 넘기지 못하고 스스로 소화되었다는 것을 의미하며, 이는 연소가 연속되지 않음을 의미하므로 난연성이 우수한 것을 나타낸다.
상기 표 1의 결과에 의하면, 상기 비교예 1의 경우, 자동차 연소성 평가시험법(FMVSS302)에 의해 평가한 결과 자기소화성을 달성하지 못하는 문제가 있음을 확인하였다.
상기 비교예 2의 경우 자소성은 달성하였으나, 인계 난연제의 단독 사용으로는 공정안정성 및 발포공정수율 등을 만족하지 못함을 알 수 있었다. 또한 상기 비교예 1, 2를 통해 인계 난연제의 단독 사용 시에는 자기소화성에 해당하는 난연성능을 만족하려면 최소 18 중량부를 혼합하여야 함을 확인하였다.
상기 비교예 3, 4의 경우 인계 난연제에 무기계 난연제를 혼합 사용 시 무기계 난연제를 과량 사용한 비교예 4에서만 자소성을 만족하였을 뿐, 압출 및 발포공정에서는 안정성이 떨어지는 것으로 나타났으며, 공정안정성, 인장강도 및 신장률도 모두 매우 좋지 않은 것을 확인하였다.
상기 비교예 5의 경우 특히 공정안정성이 매우 좋지 않았으며, 상기 비교예 6~8의 경우 공정안정성, 인장강도 및 신장률은 모두 우수하였으나, 자기소화성 결과가 좋지 않은 것을 확인하였다.
이에 반해, 상기 실시예 1~3의 경우 인계 난연제에 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제를 혼합 사용 시 자동차용 난연성 발포폼에서 요구되는 공정안정성과 발포공정수율, 인장강도 및 신장률 등의 물성이 모두 우수함을 확인하였다. 또한, 자기소화성을 달성하여 난연성을 확보할 수 있고, 기존 할로겐계 난연제를 충분히 대체할 수 있음을 확인하였다.
실험예
2: 전자선 가교에 따른 자동차용
난할로겐
난연성
발포폼의
제조
<재료>
기본수지로는 LDPE(low density polyethylene)를 사용하였다.
발포제로는 아조디카본아마이드를 사용하였다.
발포보조제로는 아연 화합물(Zinc Stearate)을 사용하였다.
복합난연제로 우선 인계 난연제는 알루미늄 포스피네이트를 사용하였고, 멜라민계 난연제는 멜라민 파이로포스페이트를 사용하였으며, 펜타에리스리톨계 첨가제는 펜타에리스리톨을 사용하였다.
무기계 난연제로는 Mg(OH)2를 사용하였다.
1. 혼합물 준비공정
하기 표 2에 나타낸 조성물 및 조성비율로 혼합하여 모판혼합물을 준비하였다.
2. 압출공정
실린더 및 다이스의 온도를 90~120 ℃의 온도로 예열 세팅한 싱글스크류 압출기(스크류 회전속도, 40 rpm)에 상기 1에서 준비한 모판혼합물을 150 kg/hr 피딩량으로 투입하여 길이x폭x두께가 100mm x 3.45mm x 380mm인 모판을 압출성형하였다.
3. 전자선 가교공정
상기 2에서 압출성형된 모판을 800 kv의 전압과 5.7 Mrad의 조사선량으로 세팅한 전자선 조사기(EPS)로 전자선 가교시켜 가교도 50 %의 모판을 제조하였다.
4. 발포공정
온도 250 ℃, 풍속 20 hz로 예열 세팅한 수평 발포로를 이용하여 상기 3에서 가교처리된 모판을 2.0 m/min의 속도로 투입한 후 4 m/min의 속도로 발포처리하고, 발포배율 30 배(밀도 0.033 g/cm3)의 난연성 발포폼을 제조하였다.
상기 표 2의 결과에 의하면, 상기 비교예 9~16 및 실시예 4~6은 상기 실험예 1과 유사한 연소성 시험 결과를 얻을 수 있었다. 다만, 공정안정성, 인장강도 및 신장률 등의 물성특성이 화학가교 방식에 의해 제조된 발포폼 보다 전자선 가교 방식에 의해 제조된 발포폼이 더 우수함을 확인할 수 있었다.
Claims (18)
- 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여,
발포제 2~40 중량부, 가교제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하여 구성되는 모판혼합물이 모판으로 압출성형되고, 화학적으로 가교되며 수평 또는 수직 방향으로 발포되어 발포체로 만들어지도록 구성되고,
상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것인 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀계 공중합체 수지는 폴리프로필렌 수지, 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지 및 폴리에틸렌 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제2항에 있어서,
상기 폴리에틸렌 수지는 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제1항에 있어서,
상기 복합난연제는 인계 난연제 40~70 중량%, 멜라민계 난연제 20~40 중량% 및 펜타에리스리톨계 첨가제 10~20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제1항에 있어서,
상기 인계 난연제는 포스페이트계, 포스포네이트계, 포스피네이트계, 포스핀 옥사이드계 및 포스판젠계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제1항에 있어서,
상기 멜라민계 난연제는 멜라민 파이로포스페이트, 멜라민 폴리포스페이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제1항에 있어서,
상기 펜타에리스리톨계 첨가제는 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제1항에 있어서,
상기 복합난연제는 상기 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제의 화학반응에 의해 형성되는 하기 화학식 2로 표시되는 펜타에리스리톨 포스페이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
[화학식 2]
(상기 화학식 2에서, X 및 X'는 NH2임)
- 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여,
발포제 2~40 중량부, 가교제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하는 모판혼합물을 준비하는 혼합물 준비공정;
실린더 및 다이스 온도가 50~200 ℃인 압출기를 이용하여 상기 혼합물 준비공정에서 준비된 모판혼합물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 압출공정; 및
상기 압출공정 처리로 압출된 모판을 140~300 ℃의 발포로에서 가교제에 의해 화학적으로 가교하고, 발포제를 분해하여 발포하는 가교 발포공정;
을 포함하며,
상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것인 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼의 제조방법.
- 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여,
발포제 2~40 중량부, 발포보조제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하여 구성되는 모판혼합물이 모판으로 압출성형되고, 전자선이 조사되어 물리적으로 모판이 가교되며 수평 또는 수직 방향으로 발포되어 발포체로 만들어지도록 구성되며,
상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것인 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제10항에 있어서,
상기 폴리올레핀계 공중합체 수지는 폴리프로필렌 수지, 에틸렌-프로필렌 공중합체 수지 및 폴리에틸렌 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제11항에 있어서,
상기 폴리에틸렌 수지는 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 선형 저밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제10항에 있어서,
상기 복합난연제는 인계 난연제 40~70 중량%, 멜라민계 난연제 20~40 중량% 및 펜타에리스리톨계 첨가제 10~20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제10항에 있어서,
상기 인계 난연제는 포스페이트계, 포스포네이트계, 포스피네이트계, 포스핀 옥사이드계 및 포스판젠계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제10항에 있어서,
상기 멜라민계 난연제는 멜라민 파이로포스페이트, 멜라민 폴리포스페이트 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제10항에 있어서,
상기 펜타에리스리톨계 첨가제는 펜타에리스리톨, 디펜타에리스리톨 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
- 제10항에 있어서,
상기 복합난연제는 상기 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제의 화학반응에 의해 형성되는 하기 화학식 2로 표시되는 펜타에리스리톨 포스페이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼.
[화학식 2]
(상기 화학식 2에서, X 및 X'는 NH2임)
- 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 수지, 폴리올레핀계 공중합체 수지 또는 이들의 혼합물로 구성되는 기본수지 100 중량부에 대하여,
발포제 2~40 중량부, 발포보조제 0.1~5 중량부 및 복합난연제 5~45 중량부를 포함하는 모판혼합물을 준비하는 혼합물 준비공정;
실린더 및 다이스 온도가 50~200 ℃인 압출기를 이용하여 상기 혼합물 준비공정에서 준비된 모판혼합물을 일정의 넓이와 두께를 갖는 모판으로 압출성형하는 압출공정; 및
상기 압출공정 처리로 압출된 모판에 100~1500 kv의 전압과 0.1~8.0 Mrad의 전자선량을 갖는 전자선을 조사하여 모판을 가교하는 전자선 가교공정; 및
상기 전자선 가교공정 처리된 모판을 140~300 ℃의 발포로에서 발포하는 발포공정;
을 포함하고,
상기 복합난연제는 인계 난연제, 멜라민계 난연제 및 펜타에리스리톨계 첨가제가 혼합된 것인 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼의 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020170030590A KR20180103527A (ko) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼 및 그 제조방법 |
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| KR1020170030590A KR20180103527A (ko) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | 자동차용 난할로겐 난연성 발포폼 및 그 제조방법 |
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2017
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