KR20200027647A - 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재 및 이의 제조방법 - Google Patents

내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 제조방법은, 레진과 첨가제를 1차로 혼합하여 제 1혼합물인 생지를 제조하는 제 1단계와, 생지에 발포제와 가교제를 1차로 혼합하여 발포용 조성물인 제 2혼합물을 제조하는 제 2단계와, 상기 제 1혼합물과 제 2혼합물을 롤에서 혼련후 펠렛제조기를 사용하여 펠렛 형태의 컴파운드를 제조하는 제 3단계와, 상기 컴파운드에 열과 압력을 가하여 압축성형하는 제 4단계와, 상기 제 4단계의 압축물을 경화하고 절단하는 제 5단계를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재 및 이의 제조방법{A Soft High Resilience Foam Material having Excellent Thermal-shrinkage Property and A Manufacturing method therefore}
본 발명은 연질 고탄성 발포 소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온에서 내열수축특성을 향상시키고 경량화를 구현하여 노인복지용구용품의 소프트매트로 사용할 수 있는 발포 소재 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
현재 사용되는 노인 복지용구 중 목욕의자 및 목욕 리프트의 경우에 편리함과 안전함 때문에 사용량이 급격하게 증가하고 있는 추세이다. 현재 나와 있는 제품만 하더라도 국내외 많은 업체에서 다양한 제품이 출시되고 있지만 국내업체의 경우 대부분 수입에 의존하고 있는 경향이 강하다.
이들 중 접이식 팔걸이 목욕 의자의 경우엔 보건 복지가족부 지정 고령친화산업센터 한국보건산업진흥원 고령 친화 우수 제품으로 선정되어 있는 제품이지만 미끄러짐 방지 및 착용감을 개선하기 위해 사용되는 소프트 매트의 경우 대부분이 PVC 및 PU제품으로 이루어져 있기 때문에 장시간 사용시에 내가수분해 및 환경 호르몬의 발생이 우려되고 있는 상황이다.
또한, 이들 제품의 경우 완제품 사용에 대한 호감도를 높일 수 있는 부분이기 때문에 이 부분 소재에 대한 중요도는 높다고 할 수 있다.
하지만, 기존제품인 PU의 경우 내가수분해 특성 때문에 고온의 물을 사용하는 환경에서의 내구성이 취약하고, PVC 제품의 경우 환경 호르몬을 유발시키며 기존 EVA 매트들은 열수축 특성이 취약하기 때문에 촉감 및 미끄러짐 개선을 위해 소프트한 특성을 가지면서도 수축이 되지 않는 발포 제품에 대한 연구 개발이 요구되고 있다. 또한 복지용구용으로 사용되기 때문에 사용환경에 따라 항균성을 보유해야하며 고탄성과 충격흡수 같은 추가 기능을 요구하기도 한다.
등록특허 제 10-1206048호
상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 사출성형성이 우수하고, 물에 대한 내구성이 우수하며, 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명인 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재의 제조방법은, 레진과 첨가제를 1차로 혼합하여 제 1혼합물인 생지를 제조하는 제 1단계와, 생지에 발포제와 가교제를 1차로 혼합하여 발포용 조성물인 제 2혼합물을 제조하는 제 2단계와, 상기 제 1혼합물과 제 2혼합물을 롤에서 혼련후 펠렛제조기를 사용하여 펠렛 형태의 컴파운드를 제조하는 제 3단계와, 상기 컴파운드에 열과 압력을 가하여 압축성형하는 제 4단계와, 상기 제 4단계의 압축물을 경화하고 절단하는 제 5단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 레진은 경질 올레핀 블럭 컴파운드와 연질 올레핀 블럭 컴파운드의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1단계의 첨가제는, 산화아연, 스테아린산 또는 탄산칼슘 중 어느 하나가 적용되고, 비닐폴리부타디인(High Vinyl polybutadiene, Ricon153D)와 진크 디아크릴레이트(Zinc Diacrylate, ZDA) 중 어느 하나 이상이 적용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가교제는 디큐밀퍼옥사이드(dicumylperoxide, DCP)를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예인 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포소재는 상술한 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명에 의한 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재에서는 다음과 같은 효과가 있다.
두 종류의 올레핀 블록 컴파운드와 특수 첨가제를 사용하여 기존의 EVA에 의해 제조되는 연질 고탄성 발포 소재보다 경도가 현저히 낮으면서도 탄성과 내열수축 특성이 우수한 소재를 제조하여 다양한 제품에 적용할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명에 의한 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재 및 이의 제조방법의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재의 제조방법은, 레진과 첨가제를 1차로 혼합하여 제 1혼합물인 생지를 제조하는 제 1단계와, 생지에 발포제와 가교제를 1차로 혼합하여 발포용 조성물인 제 2혼합물을 제조하는 제 2단계와, 상기 제 1혼합물과 제 2혼합물을 롤에서 혼련후 펠렛제조기를 사용하여 펠렛 형태의 컴파운드를 제조하는 제 3단계와, 상기 컴파운드에 열과 압력을 가하여 압축성형하는 제 4단계와, 상기 제 4단계의 압축물을 경화하고 절단하는 제 5단계계를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명에 의한 고탄성 발포소재의 제조방법에는 레진과 첨가제를 1차로 혼합한다. 상기 레진은 올레핀 블록 컴파운드(Olefine Block Compound, OBC)가 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용된 원료는 올레핀 블록 코폴리머(OBC)인 탄성 공중합체는 특히 다우(DOW)사에서 190℃에서 용융지수(MI)가 15g/10min이고, 밀도가 0.855 내지 0.875인 프로필렌이 에틸렌-옥텐 중합체와 공중합된 올레핀 블록 코폴리머(OBC)인, Infuse 브랜드 및 아이소택틱 폴리프로필렌이 베이스에 에틸렌과 공중합된 엑손모빌(Exxonmobil) 사에서 시판되는, Vistamaxx 브랜드를 사용할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
상기 올레핀 블록 컴파운드는 두 가지 종류가 혼합되어 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 경질 올레핀 블록 컴파운드와 연질 올레핀 컴파운드가 혼합되어 사용될 수 있다. 예를 들면 경질 올레핀 블록 컴파운드로 INFUSE 9010이 사용될 수 있고, 연질 올레핀 블록 컴파운드로 INFUSE 9817이 사용될 수 있다.
그리고, 상기 레진 혼합물에 첨가제가 혼합된다. 상기 첨가제는 상기 레진 혼합물을 개질하기 위한 것으로, 다양하게 적용될 수 있다. 본 발명에서는 산화아연(ZnO), 스테아린산(St/A), 탄산칼슘(CaCO3) 중 어느 하나가 적용될 수 있다.
또한, 상기 첨가제에는 기능성 첨가제가 더 포함될 수 있다. 상기 기능성 첨가제는
상기 기능성 첨가제에는 비닐폴리부타디인(High Vinyl polybutadiene, Ricon153D)와 진크 디아크릴레이트(Zinc Diacrylate, ZDA) 중 어느 하나 이상이 적용될 수 있다.
상기 비닐폴리부타디엔은 가교속도를 높이고, 가교밀도를 높여 우수한 물리적 성질을 가지며 흐름성이 높아지도록 한다. 상기 진크 디아크릴레이트는 탄성률과 내구성을 강화시키고, 낮은 압축 응고효과를 가지며, 경화시간을 단축시키는 효과를 가진다.
상기 레진혼합물과 첨가제는 혼합할 때, 125℃에서 15분 동안 교반하여 제 1혼합물을 제조하는 것이 바람직하다. 그 이하의 온도에서는 블록 공중합체의 충분한 용융이 일어나지 않아 최종 발포제품의 불량을 야기할 수 있다.
그리고, 발포제와 가교제를 혼합한다. 이때, 상기 가교제는 다양한 가교제가 적용될 수 있으며, 본 발명에서는 디큐밀퍼옥사이드(dicumylperoxide, DCP)를 사용할 수 있다. 상기 발포제는 아조디카본아마이드(JTR)를 사용할 수 있다.
상기 발포제와 가교제는 115℃에서 5분 동안 교반하면서 혼합하여 제 2혼합물을 제조하는 것이 바람직하다. 만일 혼합 온도가 130℃ 넘어설 경우에는 사용된 가교제와 발포제의 선분해가 일어나서 최종 발포 제품의 형상이 불안정해지는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명에 의한 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재는, 상기 경질올레핀 블럭 컴파운드 30중량부와, 연질올레핀 블록 컴파운드 70중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 비닐폴리부타디엔 1.2중량부, 진크디아크릴레이트 1.2중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.2중량부, 아조디카본아마이드 4.5중량부를 혼합하여 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 제 1혼합물과 제 2혼합물을 모두 혼합하여 펠렛 형태의 컴파운드를 제조한다. 상기 펠렛 형태의 컴파운드를 사출기 스크류를 통해 사출한다. 상기 사출은 170℃에서 10분동안 가열하면서 150톤의 압력을 가하여 성형한다.
다음으로, 상기 압출물을 경화하고 절단한다.
이하, 본 발명에 의한 본 발명에 의한 연질 고탄성 발포 소재를 실험한 결과를 토대로 상세하게 설명한다.
No. Composition (phr)
OBC Additives Functional additives Cross
linking
agent		 Blowing
agent
Infuse
9010		 Infuse
9817		 ZnO St/A CaCO3 조제 NR EVA
1315		 Ricon
153D		 ZDA DCP JTR
실시예1 50 50 5 1 10 1.0 - - - - 1.1 3.75
실시예2 50 50 5 1 10 - - - 1.0 1.1 3.75
실시예3 50 50 5 1 10 - - - - 1.0 1.1 3.75
실시예4 50 50 5 1 10 - 10 - - - 1.1 3.75
실시예5 50 50 5 1 10 - - 10 - - 1.1 3.75
실시예6 50 50 5 1 10 - - - 1.0 1.0 1.1 3.75
실시예7 50 50 5 1 10 - - - 1.0 1.0 1.0 3.75
실시예8 50 50 5 1 10 - - - 1.0 2.0 1.0 3.75
실시예9 40 60 5 1 10 - - - 1.0 1.0 1.1 3.75
실시예10 30 70 5 1 10 - - - 1.0 1.0 1.1 3.75
비교예 - - -
-		 - - - - - - - -
[ 실시예 1 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 50중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 50중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 조제 1.0중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.1중량부, 아조디카본아마이드 3.75중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
[ 실시예 2 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 50중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 50중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 비닐폴리부타디엔 1.0중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.1중량부, 아조디카본아마이드 3.75중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
[ 실시예 3 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 50중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 50중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 진크디아크릴레이트 1.0중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.1중량부, 아조디카본아마이드 3.75중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
[ 실시예 4 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 50중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 50중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, NR 1.0중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.1중량부, 아조디카본아마이드 3.75중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
[ 실시예 5 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 50중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 50중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, EVA 1.0중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.1중량부, 아조디카본아마이드 3.75중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
[ 실시예 6 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 50중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 50중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 비닐폴리부타디엔 1.0중량부, 진크디아크릴레이트 1.0중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.1중량부, 아조디카본아마이드 3.75중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
[ 실시예 7 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 50중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 50중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 비닐폴리부타디엔 1.0중량부, 진크디아크릴레이트 1.0중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.0중량부, 아조디카본아마이드 3.75중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
[ 실시예 8 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 50중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 50중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 비닐폴리부타디엔 1.0중량부, 진크디아크릴레이트 2.0중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.0중량부, 아조디카본아마이드 3.75중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
[ 실시예 9 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 40중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 60중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 비닐폴리부타디엔 1.0중량부, 진크디아크릴레이트 1.0중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.1중량부, 아조디카본아마이드 3.75중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
[ 실시예 10 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 30중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 70중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 비닐폴리부타디엔 1.0중량부, 진크디아크릴레이트 1.0중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.1중량부, 아조디카본아마이드 3.75중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
배합번호 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예9 실시예10
Compression set 61 34 51 58 59 43 57 71
Δtorque 0.6983 1.0921 0.8305 0.6578 0.6092 1.4015 0.8561 0.747
t90 (min) 3.51 2.67 3.24 3.43 3.19 3.97 5.95 5.05
무게 변화율 1.26% 0.63% 1.96% 0.37% 0.64% 3.88% 2.53% 4.14%
겔함량(%) 98.74 99.37 98.04 99.63 99.36 96.12 97.47 95.86
표 2에 나타난 바와 같이, 기능성 첨가제로 NR을 사용한 실시예 4가 블렌드시 겔함량이 가장 좋은 것을 확인할 수 있으며, 가교도는 compression set 기준으로 보면 비닐폴리부타디엔, 진크다아크릴레이트, NR, EVA, 조제 순으로 좋은 것을 확인할 수 있다. 또한, 겔함량 기준으로 보면, NR, 비닐폴리부타디엔, EVA, 조제, 진크디아크릴레이트 순으로 좋은 것을 확인할 수 있으며, 토크 기준으로 보면 비닐폴리부타디엔, 진크디아크릴레이트, 조제, NR, EVA 순으로 좋은 것을 확인할 수 있다.
전반적으로 비닐폴리부타디엔이 가교도 개선에 효과가 많으며 가교조제로서 가장 큰 역할을 하는 것을 확인할 수 있다.
Materials/Properties 실시예7 실시예11 실시예 9 실시예12 실시예 10 실시예13
Infuse 9010 50 50 40 40 30 30
Infuse 9817 50 50 60 60 70 70
ZnO 5 5 5 5 5 5
St/A 1 1 1 1 1 1
CaCO3 10 10 10 10 10 10
Ricon153D 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.2
ZDA 1.0 1.2 1.0 1.2 1.0 1.2
DCP 1.0 1.0 1.1 1.1 1.1 1.2
JTR 3.75 4.5 3.75 4.5 3.75 4.5
Total 122.75 123.7 122.85 123.8 122.85 124.1
[ 실시예 11 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 50중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 50중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 비닐폴리부타디엔 1.0중량부, 진크디아크릴레이트 1.2중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.0중량부, 아조디카본아마이드 4.5중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
[ 실시예 12 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 40중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 60중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 비닐폴리부타디엔 1.0중량부, 진크디아크릴레이트 1.2중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.1중량부, 아조디카본아마이드 4.5중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
[ 실시예 13 ]
경질올레핀 블럭 컴파운드 30중량부, 연질올레핀 블록 컴파운드 70중량부와, 산화아연 5중량부, 스테아린산 1중량부, 탄산칼슘 10중량부, 비닐폴리부타디엔 1.2중량부, 진크디아크릴레이트 1.2중량부, 디큐밀퍼옥사이드 1.2중량부, 아조디카본아마이드 4.5중량부를 혼합하여 상술한 방법으로 제조하였다.
Materials/Properties 실시예7 실시예11 실시예 9 실시예12 실시예 10 실시예13
size mm 기준치 240 260 245 253 245 249
Ex.ratio % 160%이상 156 170 160 165 160 163
Hardness 24℃, C type 38이하 45 33 38 36 35 35
Sp.Gr g/cc 0.2이하
0.224 0.171 0.217 0.182 0.209 0.188
Tensile strength 2
kg/cm		 25이상
27.2 24.50 28.9 23.50 24.2 25.30
Elongation %
386.9 285.43 447.0 280.30 459.6 293.73
Tear strength kg/cm 10 이상
12.9 11.70 14.3 11.63 11.4 10.33
Split tear kg/cm
3.7 2.2 2.5 2.3 2.9 2.5
Compression set % 70이하
52 69 52 57 71 62
Resilience 24℃, % 50이상 59 66 57 64 56 65
T-shrinkage(on) 10mm, % 3이하 1.11 1.25 1.11 2 1.11 1
0 1 0 1 0 0
molding condition 170℃/600sec
표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 13의 경우 모든 기준치에 만족함을 알 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 레진과 첨가제를 1차로 혼합하여 제 1혼합물인 생지를 제조하는 제 1단계;
    생지에 발포제와 가교제를 1차로 혼합하여 발포용 조성물인 제 2혼합물을 제조하는 제 2단계;
    상기 제 1혼합물과 제 2혼합물을 롤에서 혼련후 펠렛제조기를 사용하여 펠렛 형태의 컴파운드를 제조하는 제 3단계; 및
    상기 컴파운드에 열과 압력을 가하여 압축성형하는 제 4단계와, 상기 제 4단계의 압축물을 경화하고 절단하는 제 5단계;를 포함하여 구성되는 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레진은 경질 올레핀 블럭 컴파운드와 연질 올레핀 블럭 컴파운드의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포 소재의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단계의 첨가제는,
    산화아연, 스테아린산 또는 탄산칼슘 중 어느 하나가 적용되고,
    비닐폴리부타디인(High Vinyl polybutadiene, Ricon153D)와 진크 디아크릴레이트(Zinc Diacrylate, ZDA) 중 어느 하나 이상이 적용되는 것을 특징으로 하는 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포소재의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가교제는 디큐밀퍼옥사이드(dicumylperoxide, DCP)를 사용하는 것을 특징으로 하는 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포소재의 제조방법.
  5. 제 1항의 제조방법으로 제조되는 내열수축 특성이 우수한 연질 고탄성 발포소재.
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