KR20200102704A - 단열재 배관 테이프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관 단열재 피복용 마감테이프 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 배관 단열재 피복용 마감테이프는 에틸렌 메타크릴레이트, 에틸렌 비닐아세테이트, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체 고무, 말레익 안하이드라이드로 변형된 에틸렌 메타크릴레이트, 삼수산화 알루미늄 및 인 분말로 이루어진다.
본 발명의 배관 단열재 피복용 마감테이프 제조방법은 난연성 마스터배치를 먼저 제조한 후, 상기 마스터배치를 수지들에 분산시켜 칩 상태의 난연성 조성물을 얻고, 상기 난연성 조성물로부터 테이프를 성형하는 공정으로 이루어진다.
본 발명의 배관 단열재 피복용 마감테이프는 기존의 마감테이프에 비해 물성이 우수하며, 특히 신장성 및 난연성이매우 우수하다.
따라서, 본 발명의 배관 단열재 피복용 마감테이프는 각종 배관 설비의 보온용 마감재로서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

단열재 배관 테이프{Finishing tape for covering a pipe-insulating materialand the preparation method thereof}

본 발명은 배관 단열재 피복용 마감테이프 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 배관 단열재 피복용 마감테이프는 열변형에 대해 높은 내성(100℃에서 65% 이하의 열 변형율, 4.90N 부하)을 나타내야 하며, 화재시 잘 타지 않도록 높은 난연성(25% 이상의 산소 지수)을 나타내야 한다.

또한 마감테이프는 접착될 물체 주위를 잘 감을 수 있어야 하므로, 끊기지 않고 쉽게 연신되며, 감은 후 손으로 쉽게자르면서 감을 수 있도록 적당한 신장성(elongation)과 기계적 강도를 지녀야 한다.

현재 사용되고 있는 대표적인 마감테이프는 보통 PVC로 약칭되는 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride)로부터제조된 접착 테이프용 기재로, 유연성 및 신장성 등의 기계적 특성을 비롯하여, 난연성, 내열변형성, 전기적 절연 특성및 성형 가공성 등이 우수하여 상기 요건들을 만족시키고 있다.

그러나 PVC가 연소시 다이옥신 및 염소 가스와 같은 유독성 가스를 발생시킴으로써 심각한 환경 오염을 유발하는 것이 알려지면서, PVC를 대체할 친환경적 기 재를 이용하여 마감테이프를 제조하려는 노력이 시작되었다.

그 후보 기재 중 하나로 폴리올레핀 수지를 들 수 있는데, 폴리올레핀 수지는 연소시 디옥신 또는 염소 가스와 같은 유독성 가스를 발생시키지 않는다는 점에서 좋은 후보 기재로 거론되고 있다. 그러나, 폴리올레핀 수지는 PVC에 비해 쉽게 타는 성질이 있으므로, 난연제를 추가시킬 필요가 있다. 일반적으로, 환경 문제를 덜 일으키는 수산화 마그네슘 및 수산화 알루미늄 등의 무기 금속 화합물 등을 무기 난연제로 첨가하고 있다.

특히 인계 난연제를 특별한 처리과정없이 폴리올레핀 수지에 첨가할 경우에는 폭발의 위험을 낮추기 위해 약 170℃이하의 낮은 융점을 갖는 수지를 선택해야 한다. 따라서, 이러한 범위의 비교적 낮은 융점을 갖는 폴리올레핀 수지로는 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 초저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐 아세테이트공중합체, 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체에 무기난연제를 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다. 반면 상대적으로 높은 융점을 갖는 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 고밀도 폴리에틸렌 등은 첨가될 무기 난연제와 함께사용되는 폴리올레핀 수지로 적합하지 않다.

그러나, 이들 저융점 폴리올레핀 수지는 열에 의해 쉽게 변형되며, 유연성을 지닌 반면 연신 정도가 지나치기 때문에, 저융점 폴리올레핀 수지를 기재로 사용하는 접착 테이프는 내열 변형성 및 손으로 잘리는 특성이 매우 불량하다.

내열 변형성을 향상시키기 위한 방법으로, 필름을 이온화 방사선에 노출시킴을 포함하는 방법, 디쿠밀퍼옥사이드 등유기 과산화물 가교결합제를 수지에 첨가 한 후 필름 성형하고 증기 가열시켜 필름 내 가교결합 구조를 형성하는 방법 등이 공지되어 있다. 그러나, 이들 방법은 생산 단계 절차 및 생산 가격을 이들을 실용적인 용도로 실행할 수 없는수준까지 증가시키므로, 이들 방법을 사용하여 우수한 재질의 마감테이프를 산업적으로 대량 생산한다는 것은 현실적으로 불가능하다.

또 다른 방법으로, 상대적으로 높은 융점을 갖는 폴리에틸렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 고밀도 폴리에틸렌 등의 기계적으로 블렌딩된 고분자 고용체, 및 EPM(ethylene-propylene copolymer rubber; 에틸렌-프로필렌 공중합체 고무), EBR(ethylene-butene rubber; 에틸렌-부텐 고무), EPDM(ethylene-prophylene-dien copolymer rubber; 에틸렌-프로필렌-디엔 공중합체 고무) 등과 같은 에틸렌 공중합체로 구성된 엘라스토머를 사용하기도 한다. 그러나, 난연제를 상기 고분자 고용체에 첨가하는 경우, 성형되어 얻어지는 생성물은 매우 강성이며 실온에서 유연성이 결핍되어, 현저하게 낮은 신장성을 갖게 되고 내열변형성도 부족하게 된다.

한편 테이프가 갖추어야 할 또다른 중요 요건인 난연성을 수득하기 위해서, 무기 난연제를 폴리올레핀 수지에 비교적대량으로 첨가할 필요가 있다.

그러나 무기 난연제의 함량이 높아질수록 기재의 신장성이 불량해지고 기계적 강도, 특히 절단시의 강도가 감소된다.

또한, 무기 난연제를 첨가하면 기재가 물체에 접촉하거나 또는 연신되는 경우, 기재 표면에 백화 현상을 일으킨다. 이러한 백화 현상은 접착 테이프를 감음으로써 얻어지는 제품 외관을 손상시킬 뿐만 아니라, 접착 테이프의 절연성 및기계적 특성을 떨어뜨린다.

따라서, 우수한 신장성 및 난연성을 지니면서도, 그 외 테이프에 요구되는 요건들을 두루 만족시킬 수 있는 마감테이프에 대한 발명이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 기존의 테이프보다 현저히 우수한 신장성 및 난연성을 지니면서도, 인열강도, 인장강도 및탄성계수 등의 모든 물성이 우수하게 유지되는 배관 단열재 피복용 마감테이프 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

에틸렌 메타크릴레이트는 난연제와의 혼화성을 증대시키며, 최종 제품인 테이프의 유연성(flexibility) 및 가공시의 흐름성을 개선시킨다.

에틸렌 비닐아세테이트는 난연제와의 혼화성을 증대시키며, 테이프의 경도를 적절한 수준으로 조절한다.

선형 저밀도 폴리에틸렌은 테이프의 기계적 물성, 특히 인장 물성을 향상시킨다.

에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체 고무는 테이프의 유연성을 강화시키며, 탄성을 향상시킨다.

말레익 안하이드라이드로 변형된 에틸렌 메타크릴레이트는 상기 고분자들, 즉 에틸렌 메타크릴레이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 선형 저밀도 폴리에틸렌과 무기 난연제 간의 상용성을 극대화시키는 반응형 상용화제로 작용한다.

삼수산화 알루미늄 및 인 분말은 난연성을 부여하는 무기물 첨가제로, 본 발명에서는 이들을 적절한 비율로 동시에 혼합하여 사용함으로써 난연성을 향상시킨다.

본 발명의 마감테이프는 기존의 마감테이프에 비해 신장성이 우수하여 테이프로서의 사용 편의성이 뛰어나다.

또한 본 발명의 마감테이프는 난연성이 크게 향상되어 화재 발생시에도 유독가스 발생 우려가 적어 비교적 안전하다.

이와 같이, 본 발명의 배관 단열재 피복용 마감테이프는 테이프가 갖추어야 할 여러 물성들을 우수하게 갖추고 있으므로, 각종 배관 설비의 보온용 마감재로서 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명은 배관 단열재 피복용 마감테이프를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 배관 단열재 피복용 마감테이프의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 배관 단열재 피복용 마감테이프는 에틸렌 메타크릴레이트 (ethylene methacrylate, EMA), 에틸렌 비닐아세테이트(ethylene vinylacetate, EVA), 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low-density polyethylene, LLDPE), 에틸 렌 프로필렌 다이엔 단량체 고무(ethylene propylene diene monomer rubber, EPDM), 말레익 안하이드라이드로 변형된 에틸렌 메타크릴레이트(EVA modified with Maleic anhydride, mEVA), 삼수산화 알루미늄(aluminum trihy droxide) 및 인 분말(phosph orus powder)로 이루어진다.

본 발명의 조성물은 구체적으로 에틸렌 메타크릴레이트 6∼24 중량부, 에틸렌 비닐아세테이트 25∼35 중량부, 선형저밀도 폴리에틸렌 10∼20 중량부, 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체 고무 1∼8 중량부, 말레익 안하이드라이드로 변형된 에틸 렌 메타크릴레이트 1∼3 중량부, 삼수산화 알루미늄 25∼35 중량부 및 인 분말 1∼5 중량부로 이루어진다

이하, 본 발명의 마감테이프가 함유하는 각 구성성분의 역할에 대해 설명한다.

말레익 안하이드라이드로 변형된 에틸렌 메타크릴레이트는 상기 고분자들, 즉 에틸렌 메타크릴레이트, 에틸렌 비닐 아세테이트 및 선형 저밀도 폴리에틸렌과 무기 난연제 간의 상용성을 극대화시키는 반응형 상용화제로 작용한다.

삼수산화 알루미늄 및 인 분말은 난연성을 부여하는 무기물 첨가제로, 본 발명에서는 이들을 적절한 비율로 동시에 혼합하여 사용함으로써 난연성을 향상시킨다.

본 발명의 마감테이프는 상기 성분 외에도 필요에 따라, 테이프 구성성분으로 사용될 수 있는 물질을 함유할 수 있으며, 그 예로 아연 스테아레이트(zinc stearate)와 같이 무독성이면서 유연성을 나타내는 가공조제, 또는 UV 안정제 등의 첨가제를 들 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 마감테이프의 가장 바람직한 실시예는 에틸렌 메타크릴레이트 18 중량부, 에틸렌 비닐아세테이트 30 중량부, 선형 저밀도 폴리에틸렌 10 중량부, 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체 고무 6 중량부, 말레익 안하이드라이드로 변형된 에틸렌 메타크릴레이트 3 중량부, 삼수산화 알루미늄 30 중량부, 인 분말 3 중량부로 이루어지며, 상기조성물 100 중량부에 대해 아연 스테아레이트 1 중량부 및 UV 안정제 0.2 중량부를 추가로 함유한다.

또한 본 발명은 상기 구성성분들을 사용하여 본 발명의 마감테이프를 제조하는 방법을 함께 제공한다.

본 발명의 마감테이프 제조방법은 크게 난연성 마스터배치(masterbatch)를 제조하는 공정, 난연성 마스터배치와 그외 구성 성분들을 혼합하여 난연성 조성물을 제조하는 공정, 그리고 상기 난연성 조성물로부터 테이프를 제조하는 공정으로 이루어진다.

본 발명의 마감테이프 제조방법에서, 난연성 마스터배치란 난연성 구성성분들을 최종 농도보다 높은 농도로 배합하여 만든 농축 배합체를 의미한다.

우선 인 분말을 지방산에 함침시킨 후 저분자량의 EVA로 코팅시킨다.

1차 코팅된 인 분말과, 삼수산화 알루미늄 분말을 혼합하여 190℃에서 약 5g/10분의 흐름성르 갖는 EVA로 농축시킨다. 최종 난연성 마스터배치에서 인 분말 및 삼수산화 알루미늄 분말의 최종농도는 70∼80%가 되도록 하는 것이 바람직하며, 75%가 되는 것이 가장 바람직하다.

이처럼 난연성 마스터배치를 미리 제조해 둠으로써, 단독 분말 상태로 존재시 폭발의 위험이 있는 인을 이후의 과정에서 안전하게 다룰 수 있다.

상기와 같이 제조된 난연성 마스터배치를 최종 함량 30%∼60%가 되도록 하여, 수지 내부에 분산시킨다. 이때 UV 안정제를 함께 첨가하며, 그 농도는 보통 0.2 중량부가 되도록 한다. 분산은 이축압출기 또는 반죽기(kneader)를 사 용하여 수행한다.

이축압출기를 사용하는 경우, 원료 투입부의 가공온도는 약 80℃, 원료 이송부의 가공온도는 약 100∼120℃의 범위, 그리고 토출부의 가공온도는 120∼140℃정도로 유지되도록 한다.

반죽기를 사용하는 경우, 반죽기 통의 온도를 110℃∼130℃가 되도록 하여 원료를 혼합한 후, 120∼140℃의 온도가유지되는 상태의 펠렛타이져(pelletizer)에 통과시켜 상기 혼합물을 칩 상태의 최종 물질 조성물로 얻는다.

이와 같이, 마스터배치를 먼저 제조한 후, 기타 수지성분들에 혼입시킴으로써, 각 배합제의 계량이 정확하게 이루어지도록 하며, 분산을 좋게 하여 작업 중 구성성분 가루들의 흩날림을 방지한다. 또한 마스터배치를 사용함으로써 테이프의 성형가공시 안료(顔料)의 분산성이 우수해진다.

상기와 같이 제조된 난연성 조성물을 85℃의 온도가 유지되는 건조기에 넣어 5시간 동안 건조시킨다.

건조된 칩으로부터 테이프를 성형하기 위해, 테이프 가공기기인 티다이(T- die)가 부착된 일축압출기의 호퍼에 통과 시킨다. 이때 압출기의 온도 범위는 110∼150℃가 유지되도록 한다.

압출물은 티다이를 통과하면서 일정 두께의 테이프를 성형하며, 냉각수를 공급하는 장치가 달린 롤의 온도는 30~70 ℃ 정도, 바람직하게는 40℃ 정도를 유지하도록 한다. 이러한 경로를 지나 권취기의 롤에 감겨나오는 테이프를 적정길이로 재단하여, 최종 제품으로 사용하게 된다.

이렇게 하여 제조된 본 발명의 테이프는 다음과 같은 물성을 지닌다.

[표1]

이와 같은 본 발명의 마감테이프의 물성은 기존의 난연성 마감테이프에 비해 월등히 우수한 것이다.

특히 본 발명의 마감테이프는 PVC를 주재료로 하는 기존의 마감테이프에 비해 신장성이 우수하므로 테이프로서의 사용 편의성이 증대된다.

또한 본 발명의 마감테이프는 난연성이 크게 향상되어, 화재시에도 유독성 물질이 배출되지 않는 무독성 테이프이다.

이와 같이 본 발명의 마감테이프는 테이프에 요구되는 각종 물성을 모두 우수하게 갖추고 있으므로, 건물 내외의 냉ㆍ온수배관, 가정용ㆍ산업용 보일러 배관, 스프링쿨러 배관 및 냉방기 연결 동파이프 등 각종 배관의 보온용 마감재를필요로 하는 설비 현장에서 유용하게 사용될 수 있다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하되, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 국한되는 것은 아니다.

[실시예] 본 발명의 마감테이프의 제조 및 물성 확인

1) 본 발명의 마감테이프의 제조

본 발명의 마감테이프 제조 방법에 따라 본 발명의 마감테이프를 제조하였다.

우선 난연성 마스터배치를 제조하기 위해, 무기 난연제 중 인 분말을 지방산에 함침시킨 후 EVA로 코팅시켰다.

1차 코팅된 인 분말과, 삼수산화 알루미늄 분말을 혼합하여 EVA로 농축시켰다. 이때 인 분말 및 삼수산화 알루미늄 분말 혼합물의 최종 농도는 약 75%가 되도록 하였다.

상기와 같이 제조된 난연성 마스터배치를 최종 함량 40%가 되도록 하여 수지 내부에 분산시켰다. 분산시 UV 안정제를 전체 조성물에 대해 0.2 중량부가 되도록 첨가하였다.

분산에 사용된 기기는 반죽기로, 반죽기 통의 온도를 120℃가 되도록 하여 원료를 혼합한 후, 120∼140℃의 온도가유지되는 상태의 펠렛타이져(pelletizer)에 통과시켜 상기 혼합물을 칩 상태의 최종 조성물로 얻었다.

상기와 같이 제조된 난연성 조성물을 85℃의 온도가 유지되는 건조기에 넣어 5시간 동안 건조시켰다. 건조된 칩으로부터 테이프를 성형하기 위해, 테이프 가공기기인 티다이가 부착된 일축압출기의 호퍼에 통과시켰다. 이때 압출기의온도 범위는 110∼150℃가 유지되도록 하였다.

압출물이 티다이를 통과하면서 일정 두께의 테이프를 성형할 때, 냉각수를 공급하는 장치가 달린 롤의 온도가 40℃정도를 유지하도록 하였다. 이후 권취기의 롤에 감겨나오는 테이프를 적정길이로 재단함으로써, 본 발명의 마감테이프를 제조하였다.

2) 본 발명의 마감테이프의 물성 확인

상기와 같이 제조된 본 발명의 마감테이프의 물성을 다음과 같이 확인하였다.

본 실시예에서는 신장성의 척도인 신율(伸率)을 비롯하여 인열강도, 인장강도 및 탄성계수 등 여러 항목의 물성을 확 인하였다. 대조군은 기존에 사용되어 온 PVC 소재의 마감테이프를 준비하였으며, 각 군에서 측정된 물성 수치는 다음과 같다.

[표2]

표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 마감테이프는 기존의 PVC 재질 마감테이프에 비해 신율이 매우 우수하여, 신장성이 2∼3배 이상 향상된 것으로 나타났다. 본 발명의 마감테이프는 인열강도 및 인장강도 측면에 있어서도 기존의 P VC 재질 마감테이프에 비해 2배 가까이 향상되었으며, 탄성계수는 기존의 PVC 재질 마감테이프와 비슷한 정도의 우수한 수준을 나타내었다.

또한 난연성을 평가하기 위한 연소 실험을 추가로 수행한 결과, 본 발명의 마감테이프는 기존의 PVC 재질 마감테이프에 비해 잘 타지 않으며, 염소 또는 할로겐 가스 등의 유독성 물질도 배출하지 않았다.

따라서, 본 발명의 마감테이프는 기존에 개발된 마감테이프에 비해 우수한 신장성과 난연성 등 테이프가 갖추어야 할주요 특성이 훨씬 향상되었음을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 에틸렌 메타크릴레이트, 에틸렌 비닐아세테이트, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체 고무, 말레익 안하이드라이드로 변형된 에틸렌 메타크릴레이트, 삼수산화 알루미늄 및 인 분말로 이루어짐을 특징으로 하는 배관 단열재 피복용 마감테이프.
2. 제 1항에 있어서,
   에틸렌 메타크릴레이트 6∼24 중량부, 에틸렌 비닐아세테이트 25∼35 중량부, 선형 저밀도 폴리에틸렌 10∼20 중량부, 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체 고무 1∼8 중량부, 말레익 안하이드라이드로 변형된 에틸렌 메타크릴레이트 1∼3 중량부, 삼수산화 알루미늄 25∼35 중량부 및 인 분말 1∼5 중량부로 이루어짐을 특징으로 하는 배관 단열재 피복용마감테이프.
3. 제 1항에 있어서,
   에틸렌 메타크릴레이트 18 중량부, 에틸렌 비닐아세테이트 30 중량부, 선형 저밀도 폴리에틸렌 10 중량부, 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체 고무 6 중량부, 말레익 안하이드라이드로 변형된 에틸렌 메타크릴레이트 3 중량부, 삼수산화
   알루미늄 30 중량부, 인 분말 3 중량부로 이루어지며, 상기 조성물 100 중량부에 대해 아연 스테아레이트 1 중량부 및 UV 안정제 0.2 중량부를 추가로 함유함을 특징으로 하는 배관 단열재 피복용 마감테이프.
4. 인 분말을 지방산에 함침시킨 후 저분자량의 EVA로 코팅하고, 삼수산화 알루미늄 분말을 혼합하여 190℃에서 약 5g/10분의 흐름성르 갖는 EVA로 농축하여 난연성 마스터배치를 제조한 후, 상기 난연성 마스터배치를 수지 내부에 분산시켜 칩 상태의 난연성 조성물을 제조하고, 상기 조성물을 압출시켜 테이프를 성형함을 특징으로 하는 배관 단열재피복용 마감테이프의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   난연성 마스터배치에서 인 분말 및 삼수산화 알루미늄 분말의 최종농도는 70∼80%임을 특징으로 하는 배관 단열재피복용 마감테이프의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   수지 내부에 분산시키는 난연성 마스터배치의 최종 함량은 30%∼60%임을 특징으로 하는 배관 단열재 피복용 마감테이프의 제조방법.