KR20200038099A - 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체 및 그의 제조방법 - Google Patents

고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고밀도 초박판 전자선가교 발포체 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명의 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체는 폴리프로필렌계 수지 30 내지 60 중량부 및 러버계 수지 40 내지 70 중량부의 비율로 혼합된 수지 혼합물; 상기 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 무기물 입자 0.5 내지 7.0 중량부;상기 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 가교조제 2.0 내지 5.0 중량부; 및 상기 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 발포제 0.5 내지 5.0 중량부를 포함하며; 두께가 0.05 내지 0.30 mm이고, 밀도가 0.45 내지 0.8 g/cm3이다.
본 발명에 따른 발포체는 고밀도의 초박판 발포체이면서도 양호한 소프트니스와 낮은 고온 수축율 등 IT 기기의 씰링재 또는 내충격 완충재가 요구하는 성능을 만족시킬 수 있다.

Description

고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체 및 그의 제조방법{High density and ultra-thin irradiation cross-linked polymer blend foam and manufacturing method of the same}
본 발명은 고밀도 초박판 전자선가교 발포체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 평판 디스플레이(Flat Panel Display, FPD) 및 터치패널(Touch Screen Panel, TSP) 기기와 같은 IT 기기의 발달로 인해 습기, 먼지, 외부 충격 등으로부터 전자제품의 고장이나 파손을 방지하기 위하여, 윈도우테이프 등의 씰링재 또는 충격 흡수재로서의 발포체가 각광받고 있다.
IT 기기의 슬림화에 따라 씰링재 또는 충격 흡수재의 초박화가 필수적이나. 종래의 저밀도 발포체의 경우 기계적 물성과 점착강도가 너무 약하다는 문제가 있다. 이에 따라 고밀도 발포체의 필요성이 대두되었으나, 고밀도 발포체의 특성상 씰링재 또는 내충격 완충재로서 요구되는 소프트니스와 낮은 고온 수축율 등의 물성을 갖추기가 용이치 않았다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고밀도의 초박판 발포체이면서도 양호한 소프트니스와 낮은 고온 수축율을 나타내어 LCD TV, 모바일 기기 등 IT 기기의 씰링재 또는 내충격 완충재로 유용한 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전술한 초박판 전자선가교 복합수지 발포체를 압출성 및 발포성이 양호하도록 제조하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체는,
폴리프로필렌계 수지 30 내지 60 중량부 및 러버계 수지 40 내지 70 중량부의 비율로 혼합된 수지 혼합물;
상기 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 무기물 입자 0.5 내지 7.0 중량부;
상기 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 가교조제 2.0 내지 5.0 중량부; 및
상기 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 발포제 0.5 내지 5.0 중량부를 포함하며;
두께가 0.05 내지 0.30 mm이고,
밀도가 0.45 내지 0.8 g/cm3이다.
여기서, 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체는 가교도가 20 내지 60%이고, 압축경도가 25 % 변형(deflection)에서 2.0 내지 4.0 kgf/cm2인 것이 바람직하다.
또한, 프로필렌계 수지는 폴리프로필렌 단독 중합체이고, 러버계 수지는 천연 고무, 스티렌부타디엔 고무,부타디엔 고무, 클로로 고무, 니트릴 고무, 에틸프로필렌 고무, 클로로설폰화 고무, 아크릴 고무 및 실리콘 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상일 수 있고, 가교조제는 비닐모노머, 아크릴계 화합물, 메타크릴계 화합물 및 에폭시계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상일 수 있다.
또한, 무기물 입자는 규소 산화물, 마그네슘 산화물 및 칼슘 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상일 수 있고. 발포제는 탄산수소암모늄, 탄산수소나트륨, 보로수소화나트륨, 아조디카본아미드, 디니트로소펜타메틸렌테트라민, 벤젠설포닐 하이드라지드, 톨루엔설포닐 하이드라지드, 톨루엔설포닐 세미카바자이드 및 옥시비스(벤젠설포닐 하이드라지드)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상일 수 있다.
한편, 전술한 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체의 제조방법은, (S1) 폴리프로필렌계 수지 30 내지 60 중량부 및 러버계 수지 40 내지 70 중량부의 비율로 혼합된 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 무기물 입자 0.5 내지 7.0 중량부, 가교조제 2.0 내지 5.0 중량부 및 발포제 0.5 내지 5.0 중량부를 포함하는 발포체 원료 조성물을 압출기에 투입하고 용융압출하여 압출시트를 제조하는 단계;
(S2) 상기 압출시트에 전자선을 조사하여 상기 수지 혼합물을 가교시키는 단계; 및
(S3) 상기 (S2)의 결과물을 가열하여 상기 발포제를 발포 및 연신하는 단계;를 포함한다.
이때, 상기 (S3)의 발포 및 연신 단계는 외기 유입을 차단하면서 발포 및 연신을 연속적으로 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 고밀도 초박판 전자선가교 복합 발포체는 폴리프로필렌계 수지와 러버계 수지를 적량 범위로 혼합한 복합수지를 압출, 발포시킴으로서 낮은 고온 수축율과 내열성 및 소프트니스성을 동시에 확보한다. 더불어, 가교조제의 함량을 낮은 수준으로 제어하여 고배율의 연신에 의한 초박화가 가능하게 하였고, 점착강도를 요구되는 수준 이상으로 유지하였다.
전술한 조성의 발포체 원료 조성물을 용융압출, 전자선가교, 발포 및 연신하면 용이하게 고밀도를 가지면 초박화된 발포체를 제조할 수 있다. 특히, 발포 및 연신 단계시 외기 유입을 차단하면서 발포 및 연신을 연속적으로 수행하면, 고온에서의 가열수치변화가 적은 제품을 용이하게 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 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.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 전자선가교 복합수지 발포체는 밀도가 0.45 내지 0.8 g/cm3이고 두께가 0.05 내지 0.30 mm으로서 높은 밀도와 초박판의 두께를 갖는다.
이러한 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체는 폴리프로필렌계 수지 30 내지 60 중량부 및 러버계 수지 40 내지 70 중량부의 비율로 혼합된 수지 혼합물을 포함한다.
수지 혼합물에 있어서, 폴리프로필렌계 수지는 인장강도 및 고온에서의 열치수 안정성과 내열성을 부여한다. 폴리프로필렌계 수지로는, 폴리프로필렌 단독 공중합체(호모 코폴리머)와 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 공중합체의 혼합물일 수 있다. 이때, 폴리프로필렌을 주성분으로 하는 공중합체는 폴리프로필렌이 함유된 α-올레핀 공중합체(랜덤 혹은 블록 코폴리머) 또는 α-올레핀이 2종 공중합된 3원 공중합체(터 폴리머)이며, α-올레핀은 에틸렌, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 1-부텐, 1-펜텐 등을 예시할 수 있다.
수지 혼합물에 있어서, 러버계 수지는 소프트니스가 우수하고 Dupont 강도의 개선에 기여한다. 러버계 수지로 천연 고무, 스티렌부타디엔 고무,부타디엔 고무, 클로로 고무, 니트릴 고무, 에틸프로필렌 고무, 클로로설폰화 고무, 아크릴 고무, 리콘 고무 등을 적어도 1종 이상 사용할 있으며, 이에 한정되지 않는다.
수지 혼합물에 있어서, 폴리프로필렌계 수지와 러버계 수지는 각각 30 내지 60 중량부 및 40 내지 70 중량부의 비율로 혼합된다. 폴리프로필렌계 수지는 강성이 강하므로 그 함량이 러버계 수지보다 지나치게 많으면 중요한 소프트니스 특성이 불량해지며 강한 반발력 발생으로 Dupont 강도도 저하된다. 이러한 폴리프로필렌계 수지 사용에 따른 문제점은 러버계 수지를 혼용함으로서 보완되는데, 러버계 수지의 함량이 폴리프로필렌계 수지보다 지나치게 많으면 소프트니스 특성을 향상되나 폴리프로필렌 함량의 감소로 인해 고온 수축율이 불량해진다. 또한 러버계 수지는 낮은 결정화도를 갖고 있고 그 함량이 지나치게 높으면 박판 구현을 위한 압출 및 발포 공정성이 저하된다.
또한, 본 발명의 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체는 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 가교조제 2.0 내지 5.0 중량부를 포함한다.
본 발명에서는 가교조제의 함량을 낮은 수준으로 제어하여 고배율의 연신에 의한 초박화가 가능하게 하였고, 점착강도를 요구되는 수준 이상으로 유지하였다. 미반응 가교조제의 마이그레이션을 억제하여 제품의 접착강도 개선에도 긍적적인 영향을 준다. 이러한 가교조제로는 비닐모노머, 아크릴계 화합물, 메타크릴계 화합물, 에폭시계 화합물 등 공지의 가교조제를 적어도 1종 이상 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
가교조제의 함량이 전술한 함량범위를 초과하면 제품의 용융 강도가 증가하므로 초박판 발포체 제조를 위한 고배율 연신이 어려워진다. 또한 셀의 성장 억제로 인해 압축경도가 크게 증가하여 소프트니스 특성이 저하된다. 가교조제의 함량이 전술한 함량범위 미만이면 멜트 강도가 지나치게 저하되고 고온에서 수행되는 발포과정에서 수지가 용융되어 표면에 택키(tacky)가 심하게 발생한다. 이에 따라 발포 및 연신과정에서 공정 트러블이 발생하여 제품 생산 자체가 어려워진다. 이러한 측면에서 가교도는 20 내지 60%, 압축경도는 25 % 변형(deflection)에서 2.0 내지 4.0 kgf/cm2 범위인 것이 더욱 바람직하다.
한편, 이러한 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체는 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 무기물 입자 0.5 내지 7.0 중량부 및 발포제 0.5 내지 5.0 중량부를 포함한다.
무기물 입자는 잘 알려진 바와 같이 압출시트의 내부에 형성된 셀과 셀 사이에 위치하며, 연신과정에서 독립적인 셀들을 서로 연결시켜 셀의 크기를 향상시키는 역할을 하여 발포체의 유연성이 더욱 향상될 수 있다. 발포제는 수지 혼합물을 발포시키는 기능을 수행한다. 무기물 입자와 발포제로는 당 업계에서 잘 알려진 것들을 사용할 수 있는데, 예를 들어 무기물 입자로는 규소 산화물, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물 등을 적어도 1종 이상 사용할 수 있고, 발포제로는 탄산수소암모늄, 탄산수소나트륨, 보로수소화나트륨, 아조디카본아미드, 디니트로소펜타메틸렌테트라민, 벤젠설포닐 하이드라지드, 톨루엔설포닐 하이드라지드, 톨루엔설포닐 세미카바자이드, 옥시비스(벤젠설포닐 하이드라지드) 등을 적어도 1종 이상 사용할 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.
이 외에, 공지의 산화방지제 등 발포체 제조시 첨가할 수 있는 첨가물을 수지 혼합물에 더 혼합할 수 있음은 물론이다.
전술한 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체는 아래와 같은 방법으로 제조할 수 있다.
먼저, 폴리프로필렌계 수지 30 내지 60 중량부 및 러버계 수지 40 내지 70 중량부의 비율로 혼합된 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 무기물 입자 0.5 내지 7.0 중량부, 가교조제 2.0 내지 5.0 중량부 및 발포제 0.5 내지 5.0 중량부를 포함하는 발포체 원료 조성물을 압출기에 투입하고 용융압출하여 압출시트를 제조한다(S1 단계).
압출시트를 제조하기 위한 조성성분들을 사용하는 이유는 전술한 바와 같다.
압출기로는 공지의 싱글 압출기, 트윈 압출기 등을 모두 사용할 수 있으며, 압출 실린더의 온도 등은 압출 원료의 조성을 고려하여 당업자가 적절하게 조절하여 정할 수 있음은 물론이다.
이어서, 압출시트에 전자선을 조사하여 상기 수지 혼합물을 가교시킨다(S2 단계).
전자선 조사의 조건 역시 압출 원료의 조성 등을 고려하여 당업자가 적절하게 조절하여 정할 수 있는데, 예를 들어 100 내지 1,000 kV의 전압과 0.5 내지 10 Mrad의 전자선량으로 가속전자선을 조사할 수 있다.
그런 다음, 상기 (S2)의 결과물을 가열하여 상기 발포제를 발포 및 연신한다(S3 단계).
발포는 발포로를 수평으로 설치하는 수평발포방법, 발포로를 수직으로 설치하는 수직발포방법 및 열전달 매체로 액상의 솔트를 이용하는 솔트 발포방법 등 공지의 발포방법으로 진행할 수 있다. 연신은 예를 들어 폭 방향의 연신 배율이 1.0 내지 3.0배, 및 길이 방향의 연신 배율이 2.0 내지 10.0배가 되도록 연신시킬 수 있다.
(S3)의 발포 및 연신 단계는 외기 유입을 차단하면서 발포 및 연신을 연속적으로 수행하는 것이 바람직하다. 발포와 동시에 연신이 수행됨으로써 별도로 연신공정 등의 후가공 공정이 불필요하여, 제조공정의 단순화 및 제조원가의 절감효과가 있다. 본 발명의 제조방법에서 사용되는 수지 혼합물은 발포로를 통과한 후 연속적으로 연신공정에 투입되는 과정에서 외기의 영향으로 인해 발포시트의 온도가 크게 떨어지면 결정화도가 높은 폴리프로필렌께 수지가 재결정화되어 연신 진행시 잔류응력이 존재하게 된다. 이에 따라 중요한 물성인 고온 수축율이 커질 수 있다. 이를 제어하기 위해 발포 온도를 크게 올리게 되면 제품 표면에 태키(tacky)가 발생할 우려가 크므로, 발포시트의 냉각을 급격한 냉각을 막기 위해 발포 및 연신공정을 실질적인 밀실에서 진행하므로서 외기 유입을 차단하는 것이 바람직하다. 물론, 발포 온도를 일정 수준으로만 올리는 방법을 병용하면 더욱 바람직하다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1-2, 비교예 1-2
하기 표 1에 기재된 바에 따라 수지 혼합물의 조성비율을 변화시키면서 발포체 원료 조성물을 준비하였다.
발포체 원료 조성물을 트윈 압출기에 투입한 후, 용융압출하여 압출시트를 제조한 후, 500kV의 전압과 2.0 Mrad의 전자선을 조사하여 수지 혼합물을 가교시킨 다음, 260 ℃로 유지되는 오븐에 투입하여 수직 발포시켰고, 이를 외기가 차단된 상태에서 연속적으로 폭 방향으로 1.5배, 길이방향으로 2배 연신시킴으로서 시킴으로써 발포체를 형성하였다.
제조된 전자선가교 복합수지 발포체의 물성을 측정하여 아래 표 2에 나타냈다.
Figure pat00001
Figure pat00002
표 1 및 표 2의 결과를 참조하면, 폴리프로필렌계 수지와 러버계 수지를 본 발명의 함량범위 내에서 혼합하여 사용한 발포체는 모든 물성에서 양호하였으나, 폴리프로필렌계 수지를 과량으로 혼합한 비교예 1의 발포체는 25% 압축 경도가 지나치게 크고 Dupont 테스트 결과도 불량하였다. 한편, 러버계 수지를 과량으로 혼합한 비교예 2의 발포체는 박판 압출성과 박판 발포성이 불량하였고 고온 가열치수 변화도 크게 나타냈다.
실시예 4-7, 비교예 3-4
하기 표 3에 기재된 바에 따라 가교조제의 조성비율을 변화시키면서 발포체 원료 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
제조된 전자선가교 복합수지 발포체의 물성을 측정하여 아래 표 4에 나타냈다.
Figure pat00003
Figure pat00004
표 3 및 표 4의 결과를 참조하면, 가교조제를 본 발명의 함량범위 내에서 혼합하여 사용한 발포체는 모든 물성에서 양호하였으나, 가교조제를 과량으로 혼합한 비교예 4의 발포체는 연신이 어려워서 초박판 제품을 구현하기 어려웠으며 전단에서의 Dupont 테스트 결과도 불량하게 나타났고, 고온에서의 치수변화가 컸다. 또한, 25% 압축강도도 크게 나타났다. 한편, 가교조제를 본 발명에서 정한 범위보다 적게 혼합한 비교예 3의 발포체 역시 수지의 용융강도가 저하되어 발포시 고분자의 용융이 진행되어 발포 및 연신 과정에서 공정 트러블이 발생하였다. 또한, 고온 가열치수 변화도 크게 나타냈다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (7)

  1. 폴리프로필렌계 수지 30 내지 60 중량부 및 러버계 수지 40 내지 70 중량부의 비율로 혼합된 수지 혼합물;
    상기 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 무기물 입자 0.5 내지 7.0 중량부;
    상기 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 가교조제 2.0 내지 5.0 중량부; 및
    상기 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 발포제 0.5 내지 5.0 중량부를 포함하며;
    두께가 0.05 내지 0.30 mm이고,
    밀도가 0.45 내지 0.8 g/cm3인,
    고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체는 가교도가 20 내지 60%이고, 압축경도가 25 % 변형(deflection)에서 2.0 내지 4.0 kgf/cm2인 것을 특징으로 하는 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프로필렌계 수지는 폴리프로필렌 단독중합체 또는 공중합체이고, 상기 러버계 수지는 천연 고무, 스티렌부타디엔 고무,부타디엔 고무, 클로로 고무, 니트릴 고무, 에틸프로필렌 고무, 클로로설폰화 고무, 아크릴 고무 및 실리콘 고무로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가교조제는 비닐모노머, 아크릴계 화합물, 메타크릴계 화합물 및 에폭시계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 무기물 입자는 규소 산화물, 마그네슘 산화물 및 칼슘 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상이고, 상기 발포제는 탄산수소암모늄, 탄산수소나트륨, 보로수소화나트륨, 아조디카본아미드, 디니트로소펜타메틸렌테트라민, 벤젠설포닐 하이드라지드, 톨루엔설포닐 하이드라지드, 톨루엔설포닐 세미카바자이드 및 옥시비스(벤젠설포닐 하이드라지드)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체.
  6. (S1) 폴리프로필렌계 수지 30 내지 60 중량부 및 러버계 수지 40 내지 70 중량부의 비율로 혼합된 수지 혼합물 100 중량부를 기준으로 무기물 입자 0.5 내지 7.0 중량부, 가교조제 2.0 내지 5.0 중량부 및 발포제 0.5 내지 5.0 중량부를 포함하는 발포체 원료 조성물을 압출기에 투입하고 용융압출하여 압출시트를 제조하는 단계;
    (S2) 상기 압출시트에 전자선을 조사하여 상기 수지 혼합물을 가교시키는 단계; 및
    (S3) 상기 (S2)의 결과물을 가열하여 상기 발포제를 발포 및 연신하는 단계;를 포함하는, 제1항에 따른 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (S3)의 발포 및 연신 단계는 외기 유입을 차단하면서 발포 및 연신을 연속적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 고밀도 초박판 전자선가교 복합수지 발포체의 제조방법.
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