KR20220001044A - 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리올레핀계 고분자 수지, 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 포함하는 난연제 혼합물 및 가공조제로 이루어진 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 제조하는 난연성마스터뱃치제조단계, 폴리올레핀 수지, 상기 난연성마스터뱃치제조단계를 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치, 발포용 마스터뱃치, 가교용 마스터뱃치를 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 압출하는 압출성형단계, 상기 압출성형단계를 통해 제조된 압출성형물을 발포하는 발포성형단계 및 상기 발포성형단계를 통해 발포성형된 성형물을 절단하는 절단단계로 이루어진다.
상기의 과정을 통해 제조되는 발포체는 할로겐계 난연제 성분이 함유되지 않고, 폐 폴리올레핀 발포체 분말이 함유된 난연제 혼합물이 사용되어 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내열성 및 기계적 물성이 우수하다.
상기의 과정을 통해 제조되는 발포체는 할로겐계 난연제 성분이 함유되지 않고, 폐 폴리올레핀 발포체 분말이 함유된 난연제 혼합물이 사용되어 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내열성 및 기계적 물성이 우수하다.
Description
본 발명은 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 할로겐계 난연제 성분이 함유되지 않고, 폐 폴리올레핀 발포체 분말이 함유된 난연제 혼합물이 사용되어 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내열성 및 기계적 물성이 우수한 발포체를 제공하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법에 관한 것이다.
발포체는 전자기기 등의 내부 절연체, 완충재, 방진재, 차음재, 단열재, 혹은 식품 포장재, 의복용재, 건재 및 자동차나 가전 제품 등의 내장 부품이나 외장 부품용 등으로서 사용되고 있다.
이러한 발포체에는, 부품으로서 조립될 때에 그 밀봉성 등을 확보한다고 하는 관점에서, 유연성, 쿠션성 및 단열성 등의 특성이 요구되며, 발포체의 재료로서는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지 발포체가 알려져 있다.
상기의 성분으로 이루어지는 발포체는 발포의 배율을 높게 하거나, 폴리올레핀계 수지에 고무 성분 등을 배합하여 소재 자체를 부드럽게 하는 것이 행해지고 있는데, 통상의 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌은 고온시의 장력, 즉 용융장력이 낮아 고발포 배율을 얻으려고 해도 발포시에 기포벽이 파괴되어 가스 빠짐이 발생하거나 기포의 합일(合一)이 발생하여 발포배율이 높아 부드러운 물성을 나타내는 발포체를 얻는 것이 곤란한 문제점이 있었다.
종래 알려진 난연성 폴리올레핀 발포체로서 한국 공개특허 제10-1997-0042714호는 저밀도폴리에틸렌(LDPE)과 에틸렌비닐공중합체(EVA)만을 단독 혹은 블렌드한 수지에 난연제 및 기타 첨가제를 첨가하여 제조한 ASTM D 2863에 의한 한계산소지수(LOI) 26의 난연성 발포체를 개시한 바 있다. 또한, 일본 공개특허공보 특개2000-106041호는 전선케이블 피복용의 난연성 발포고무 조성물을 제시한 바 있으나, 상기에 나열된 발포체 및 난연성 발포고무 조성물은 난연성을 확보한 반면 발포율이 매우 낮은 문제점이 있었다.
한편, 종래에는 발포수지층을 형성하기 위한 폴리올레핀을 이용하여 발포체를 제조하는 과정에서 스크랩이 다량 발생하며, 수명이 다한 발포체와 상기 스크랩은 재활용되지 못하고 폐기처분되어 환경오염을 유발하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명자는 폴리올레핀계 수지와 혼합한 후에 발포성형의 과정을 거치면 난연성, 내열성 및 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라, 할로겐계 난연제 성분이 함유되지 않고 폐 폴리올레핀 발포체 분말이 함유된 난연제 혼합물이 사용되어 친환경적인 발포체를 제공하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 할로겐계 난연제 성분이 함유되지 않고, 폐 폴리올레핀 발포체 분말이 함유된 난연제 혼합물이 사용되어 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내열성 및 기계적 물성이 우수한 발포체를 제공하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 폴리올레핀계 고분자 수지, 난연제 혼합물 및 가공조제로 이루어진 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 제조하는 난연성마스터뱃치제조단계, 폴리올레핀 수지, 상기 난연성마스터뱃치제조단계를 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치, 발포용 마스터뱃치, 가교용 마스터뱃치를 혼합하는 원료혼합단계, 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 압출하는 압출단계, 상기 압출단계를 통해 압출된 압출물을 발포하는 발포단계 및 상기 발포단계를 통해 발포된 발포물을 절단하는 절단단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치는 폴리올레핀계 고분자 수지 100 중량부, 난연제 혼합물 100 내지 150 중량부 및 가공조제 0.1 내지 10 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 폴리올레핀계 고분자 수지는 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트 및 폴리프로필렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 난연제 혼합물은 고분자 나노클레이 복합체 10 내지 30 중량%, 폐 폴리올레핀 발포체 분말 10 내지 50 중량%, 및 친환경 난연제 30 내지 80 중량%로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 고분자 나노클레이 복합체는 고분자 수지 100 중량부, 나노클레이 1 내지 15 중량부 및 상용화제 1 내지 15 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 폐 폴리올레핀 발포체 분말은 1 내지 10㎛의 입자크기를 나타내며, 폐 폴리올레핀 발포체를 액체질소, 밀링기, 또는 분쇄기로 파쇄하여 제조되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 친환경 난연제는 무기금속 수산화물 100 중량부, 팽창흑연 30 내지 40 중량부, 인계난연제 60 내지 70 중량부 및 붕산아연 70 내지 90 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 무기금속 수산화물은 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 원료혼합단계는 폴리올레핀 수지 100 중량부, 상기 난연성마스터뱃치제조단계를 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치 100 내지 200 중량부, 발포용 마스터뱃치 100 내지 200 중량부 및 가교용 마스터뱃치 10 내지 40 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 발포용 마스터뱃치는 폴리올레핀계 고분자 수지 100 중량부 및 발포제 15 내지 100 중량부로 이루어지며, 상기 발포제는 아조디카본아마이드로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 가교용 마스터뱃치는 폴리올레핀계 고분자 수지 100 중량부 및 가교제 4 내지 100 중량부로 이루어지며, 상기 가교제는 디큐밀퍼옥사이드로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 발포성형단계는 160 내지 210℃의 온도에서 10 내지 60분 동안 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법은 할로겐계 난연제 성분이 함유되지 않고, 폐 폴리올레핀 발포체 분말이 함유된 난연제 혼합물이 사용되어 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내열성 및 기계적 물성이 우수한 발포체를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법은 폴리올레핀계 고분자 수지, 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 포함하는 난연제 혼합물 및 가공조제로 이루어진 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 제조하는 난연성마스터뱃치제조단계(S101), 폴리올레핀 수지, 상기 난연성마스터뱃치제조단계(S101)를 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치, 발포용 마스터뱃치 및 가교용 마스터뱃치를 혼합하는 원료혼합단계(S103), 상기 원료혼합단계(S103)를 통해 제조된 혼합물을 압출하는 압출단계(S105), 상기 압출단계(S105)를 통해 압출된 압출물을 발포하는 발포단계(S107) 및 상기 발포단계(S107)를 통해 발포된 발포물을 절단하는 절단단계(S109)로 이루어진다.
상기 난연성마스터뱃치제조단계(S101)는 폴리올레핀계 고분자 수지, 난연제 혼합물 및 가공조제로 이루어진 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 제조하는 단계로, 폴리올레핀계 고분자 수지 100 중량부, 난연제 혼합물 100 내지 150 중량부 및 가공조제 0.1 내지 10 중량부를 혼합하여 이루어진다.
상기 폴리올레핀계 고분자 수지는 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치가 폴리올레핀 수지와 혼합되었을때, 고른 분산성능을 나타낼 수 있도록 하는 역할을 하며, 폴리올레핀계 고분자 수지와 용융 혼합성이 좋은 성분이면 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트 및 폴리프로필렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 난연제 혼합물은 100 내지 150 중량부가 함유되며, 고분자 나노클레이 복합체 10 내지 30 중량%, 폐 폴리올레핀 발포체 분말 10 내지 50 중량%, 및 친환경 난연제 30 내지 80 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 고분자 나노클레이 복합체는 10 내지 30 중량%가 함유되며, 고분자 수지 100 중량부, 나노클레이 1 내지 15 중량부 및 상용화제 1 내지 15 중량부로 이루어지는데, 본 발명에 따른 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치에 내열성과 난연성을 부여하며, 할로겐계 성분이 사용되지 않아 친환경적인 특성을 부여하는 역할을 한다.
상기 고분자 수지는 열가소성인 폴리올레핀으로 이루어지는데, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세티에트 및 폴리프로필렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
상기 나노클레이는 1 내지 15 중량부가 함유되며, 상기 고분자 나노클레이 복합체의 내열성 및 난연성을 향상시키는 역할을 하는데, 통상적으로 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나, 구체적으로는 몬모릴로나이트, 헥토라이트, 벤토나이트, 버미큘라이트 및 볼콘스코이트 등이 사용될 수 있다. 상기 몬모릴로나이트는 유기화합물로 개질된 형태이며, 구체적으로는 Southern Clay Products사의 제품의 Cloisite 10A, Cloisite 15A, Cloisite 20A, Cloisite 25A, Cloisite 30B, Cloisite 93A 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 나노클레이가 함유되면 고분자 나노클레이 복합체는 분해 온도가 50% 이상 증가(50 내지 150℃ 증가)하여 본 발명에 따른 마스터뱃치의 내열성이 향상되며, 복합구조{Intercalation(삽입형) 구조 및 exfoliation(박리형) 구조가 공존함}로 챠 형성 극대화를 통한 난연성이 향상되고 화염전파 차단력이 향상된다.
상기 고분자 나노클레이 복합체는 종래 믹싱물이나 컴파운드에서의 구조와 달리 나노클레이 층간에 고분자가 삽입된 형태(삽입형, intercalation)와 나노클레이 층상구조가 박리되어 고분자 내에 존재하는 형태(박리형, exfoliation)로 제조되기 때문에, 난연성 및 차폐성이 향상된 마스터뱃치를 제공할 수 있다.
이때, 상기 나노클레이의 함량이 1 중량부 미만이면 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치의 압축강도와 같은 기계적 물성의 향상 효과가 미미하며, 상기 나노클레이의 함량이 15 중량부를 초과하게 되면 상기 고분자 수지에 대해 분산 효과가 저하되면서 나노클레이 성분 간의 뭉침현상이 발생하여 고분자 나노클레이 복합체의 물성이 저하될 수 있다.
상기 상용화제는 1 내지 15 중량부가 혼합되며, 폴리에틸렌 그라프트 무수말레인산로 이루어지는데, 상기 고분자 수지와 나노클레이가 고르게 혼합될 수 있도록 하기 때문에, 균질한 물성을 나타내는 고분자 나노클레이 복합체를 제공하는 역할을 한다.
상기 상용화제의 함량이 1 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 상용화제의 함량이 15 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 지나치게 많은 양이 함유되는 것으로 고분자 나노클레이 복합체의 물성을 저하시킬 수 있다.
상기 고분자 나노클레이 복합체는 고분자 수지, 나노클레이, 및 상용화제를 혼합기에 투입하고, 200 RPM 이상의 고속, 바람직하게는 200 내지 500 RPM의 고속, 180 ℃ 이상의 고온, 바람직하게는 180 내지 220 ℃의 고온, 5 min 이하의 단시간, 바람직하게는 3 내지 5 min의 단시간으로 혼합하여 제조할 수 있다.
상기 폐 폴리올레핀 발포체 분말은 10 내지 50 중량%가 함유되며, 폐기 처분되는 폐 폴리올레핀 발포체를 재활용하기 때문에 친환경적인 효과를 나타내는 마스터뱃치를 제공하는 역할을 한다. 상기 폐 폴리올레핀 발포체 분말은 1 내지 10㎛의 입자크기를 나타내며, 폐 폴리올레핀 발포체를 액체질소로 파쇄하거나, 밀링기, 특히 고속밀링기로 파쇄하거나, 분쇄기로 분쇄하여 제조되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 액체질소, 밀링기, 또는 분쇄기를 통해 제조되는 폐 폴리올레핀 발포체 분말은 원물의 물리적 손상 및 탄화 등이 최소화되어 발포체가 갖는 물성이 유지될 뿐만 아니라, 다양한 입자크기로 제조가 용이한 효과를 나타낸다.
상기 폐 폴리올레핀 발포체 분말의 입자크기가 1㎛ 미만이면 쉽게 비산되어 작업장을 오염시키고, 뭉침현상으로 인해 상기 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 구성하는 성분들과 고르게 혼합되지 못하며, 상기 폐 폴리올레핀 발포체 분말의 입자크기가 10㎛를 초과하게 되면 상기 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 구성하는 성분들과의 혼합성이 저하된다.
상기 친환경 난연제는 30 내지 80 중량%가 함유되며, 상기 난연제 혼합물에 난연성능을 부여하여 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치가 제공될 수 있도록 하는 역할을 하는데, 무기금속 수산화물 100 중량부, 팽창흑연 30 내지 40 중량부, 인계난연제 60 내지 70 중량부 및 붕산아연 70 내지 90 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 무기금속 수산화물은 친환경 난연제의 주재료가 되는 성분으로 친환경성과 우수한 난연성을 나타내어 본 발명에 따른 마스터뱃치에 난연성을 부여하는 역할을 하는데, 산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 팽창흑연은 30 내지 40 중량부가 함유되며, 마스터뱃치에 단열성을 부여하는 역할을 하는데, 흑연을 물로 정제한 후 황산으로 처리하여 1차 팽창을 시킨 후 이를 다시 정제수로 정제하고 열을 가하면 2차 팽창하는데, 황산 및 열처리를 통하여 최초의 흑연은 수십 내지 수백 배로 팽창하는 과정을 통해 제조된다.
상기의 과정을 통해 제조되는 팽창흑연의 일반적인 제조방법을 살펴보면, 천연광산으로부터 흑연을 채굴한 후, 분쇄 및 수분급의 공정을 거쳐 흑연을 만들고, 이 흑연을 황산과 같은 강산을 이용하여 1차 팽창시키고 고온 및 알칼리 상태에서 소결한 후에 세정 공정을 거쳐 순도 99.5%의 흑연을 만들며, 이 세정된 흑연을 예열을 통하여 흑연을 팽창시켜 제조한다.
팽창흑연은 고상층을 형성하는 난연제로서 팽창된 카본층이 절연층으로 작용하여 열의 이동을 방해하는데, 비할로겐 타입의 저발연성 친환경 난연제이며, 흑연이 열처리에 의해 팽창되게 되면, 층을 이루는 면에 대하여 수직한 방향으로는 단열성이 우수한 특성을 나타낸다. 또한, 팽창흑연은 독성이 없고, 가벼우며, 할로겐 성분을 함유하지 않고, 물에 불용성이며, 유독가스를 발생하지 않는 등의 장점을 가지고 있다.
상기 팽창흑연의 함량이 30 중량부 미만이면 난연성 및 단열성의 효과가 미미하며, 상기 팽창흑연의 함량이 40 중량부를 초과하게 되면 발포체의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 인계난연제는 60 내지 70 중량부가 함유되며, 인산 에스테르, 인산 에스테르의 올리고머, 무기 인 화합물, 폴리인산암모늄, 멜라민 폴리인산암모늄 및 인산암모늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는데, 마스터뱃치에 난연성을 부여하는 역할을 한다.
상기 인계난연제의 함량이 60 중량부 미만이면 난연효과가 미미하며, 상기 인계난연제의 함량이 70 중량부를 초과하게 되면 고분자 수지의 가공성 및 내충격성 등이 저하될 수 있다.
상기 붕산아연은 70 내지 90 중량부가 함유되며, 고분자 수지와 난연제 혼합물을 구성하는 성분들의 결속력을 향상시키는 역할을 하는데, 상기 붕산아연의 함량이 70 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 붕산아연의 함량이 90 중량부를 초과하게 되면 본 발명을 통해 제조되는 마스터뱃치의 점도가 지나치게 증가하여 바람직하지 못하다.
상기 가공조제는 0.1 내지 10 중량부가 함유되며, 폴리에틸렌왁스 및 스테아르산으로 이루어지는데, 폴리에틸렌 왁스와 스테아르산이 1:1의 중량부로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 폴리올레핀계 고분자 수지와 상기 난연제 혼합물이 고르게 혼합되도록 할 뿐만 아니라, 상기 폴리올레핀계 고분자 수지 및 본 발명을 통해 제조되는 마스터뱃치가 폴리올레핀계 수지와 혼합되는 경우에 폴리올레핀계 수지의 가공성을 향상시켜 다양한 형태로 성형할 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 가공조제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 가공조제의 함량이 10 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 본 발명을 통해 제조된 마스터뱃치가 적용된 성형품의 기계적 물성을 저하시킬 수 있다.
상기 원료혼합단계(S103)는 폴리올레핀 수지, 상기 난연성마스터뱃치제조단계(S101)를 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치, 발포용 마스터뱃치 및 가교용 마스터뱃치를 혼합하는 단계로, 폴리올레핀 수지 100 중량부, 상기 난연성마스터뱃치제조단계(S101)를 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치 100 내지 200 중량부, 발포용 마스터뱃치 100 내지 200 중량부 및 가교용 마스터뱃치 10 내지 40 중량부를 혼합하여 이루어진다.
상기 원료혼합단계(S103)에서 혼합되는 폴리올레핀 수지는 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트 및 폴리프로필렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 발포용 마스터뱃치는 폴리올레핀계 고분자 수지 100 중량부 및 발포제 15 내지 100 중량부로 이루어지며, 상기 발포제는 아조디카본아마이드로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기의 성분으로 이루어지는 발포용 마스터뱃치는 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물이 상기 발포성형단계에서 발포되도록 하여 중량이 가벼우면서도 우수한 흡음성능 및 단열성을 나타내는 발포체를 제공하는 역할을 한다.
상기 발포용 마스터뱃치의 함량이 100 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 발포용 마스터뱃치의 함량이 200 중량부를 초과하게 되면 제조되는 발포체의 발포 배율이 지나치게 증가하여 성형성 및 기계적 물성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 가교용 마스터뱃치는 폴리올레핀계 고분자 수지 100 중량부 및 가교제 4 내지 100 중량부로 이루어지며, 상기 가교제는 디큐밀퍼옥사이드로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기의 성분으로 이루어지는 가교용 마스터뱃치는 상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물이 상기 발포성형단계에서 발포되는 과정에서 가교반응을 유도하여 기계적 물성이 우수한 발포체를 제공하는 역할을 한다.
상기 가교용 마스터뱃치의 함량이 10 중량부 미만이면 가교반응이 더디게 진행되며 가교율이 낮아 상기의 효과가 미미하며, 상기 가교용 마스터뱃치의 함량이 40 중량부를 초과하게 되면 가교율이 지나치게 상승하여 발포체의 가공성이 저하될 수 있다.
상기 발포용 마스터뱃치나 가교용 마스터뱃치에 사용되는 폴리올레핀계 고분자 수지는 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트 및 폴리프로필렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 폐 폴리올레핀 발포체 분말은 상기 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 제조하는 과정에서 사용되는 폐 폴리올레핀 발포체 분말과 입자크기, 성분 및 역할이 동일하기 때문에, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 압출단계(S105)는 상기 원료혼합단계(S103)를 통해 제조된 혼합물을 압출하는 단계로, 상기 원료혼합단계(S103)를 통해 제조된 혼합물을 압출기에 투입하고 110 내지 130℃의 온도로 압출하여 시트형으로 제조하는 단계다.
상기 발포단계(S107)는 상기 압출단계(S105)를 통해 제조된 압출물을 발포로에 투입하고 발포하는 단계로, 160 내지 210℃의 온도에서 10 내지 60분 동안 발포하는 과정으로 이루어진다.
이때, 상기 발포단계(S107)는 발포로 외에 프레스와 같은 금형을 이용하여 이루어질 수도 있으며, 상기 발포단계(S107)에서는 발포 과정 뿐만 아니라, 상기 가교용 마스터뱃치로 인해 발포물의 가교가 동시에 진행된다.
상기 절단단계(S109)는 상기 발포단계(S107)를 통해 발포된 발포물을 절단하는 단계로, 상기 발포단계(S107)를 통해 다양한 형태 및 두께로 발포된 발포물을 상온으로 냉각한 후에 용도에 맞게 다양한 크기로 절단하는 과정으로 이루어진다.
이때, 상기 성형물을 절단하는 과정은 특별히 한정되지 않고, 통상적인 발포체의 절단과정으로 진행되며, 통상적인 절단장치를 이용하여 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 발포체의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<제조예 1> 고분자 나노클레이 복합체의 제조
고분자 수지(폴리에틸렌) 100 중량부, 나노클레이(Cloisite 10A) 7 중량부 및 상용화제(폴리에틸렌 그라프트 무수말레인산) 7 중량부를 혼합기 또는 이축압출기에 투입하고, 고속 (>200 RPM), 고온 (>180 ℃), 단시간 (<5 min.) 하에서 고분자 나노클레이 복합체를 제조하였다.
<제조예 2> 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치의 제조
폴리올레핀계 고분자 수지 100 중량부; 상기 제조예 1에서 제조한 고분자 나노클레이 복합체 20 중량%, 폐 폴리올레핀 발포체 분말(평균 입자크기가 4 내지 6㎛인 폴리에틸렌) 30 중량%, 및 친환경 난연제{무기금속 수산화물(수산화마그네슘) 100 중량부, 팽창흑연 35 중량부, 인계난연제(암모늄폴리포스페이트) 65 중량부 및 붕산아연 80 중량부} 50 중량%가 혼합된 난연제 혼합물 125 중량부; 가공조제(폴리에틸렌 왁스와 스테아르산의 1: 1 혼합물) 2.5 중량부를 혼합기에 투입하고, 120±5 ℃에서 혼합한 후, 일축 압출기에서 압출성형 및 펠렛화하고, 냉각하여 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 제조하였다.
<제조예 3> 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치의 제조
상기 제조예 2와 동일하게 진행하되, 상기 난연제 혼합물 100 중량부 및 가공조제 0.5 중량부 혼합하여 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 제조하였다.
<제조예 4> 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치의 제조
상기 제조예 2와 동일하게 진행하되, 상기 난연제 혼합물 150 중량부 및 가공조제 10 중량부 혼합하여 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 제조하였다.
<제조예 5> 발포용 마스터뱃치의 제조
폴리올레핀계 고분자 수지(폴리에틸렌) (제조예 5-1) 또는 폴리올레핀계 고분자 수지(에틸렌비닐아세테이트) (제조예 5-2) 100 중량부 및 발포제(아조디카본아마이드) 60 중량부를 110 ~ 120℃에서 혼합하여 발포용 마스터뱃치를 제조하였다.
<제조예 6> 가교용 마스터뱃치의 제조
폴리올레핀계 고분자 수지(폴리에틸렌) (제조예 6-1) 또는 폴리올레핀계 고분자 수지(에틸렌비닐아세테이트) (제조예 6-2) 100 중량부 및 가교제(디큐밀퍼옥사이드) 25 중량부를 110 ~ 120℃에서 혼합하여 가교용 마스터뱃치를 제조하였다.
<실시예 1>
폴리올레핀 수지(폴리에틸렌) 100 중량부에 상기 제조예 2를 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치 120 중량부, 상기 제조예 5-1을 통해 제조된 발포용 마스터뱃치 160 중량부, 상기 제조예 6-1을 통해 제조된 가교용 마스터뱃치 25 중량부를 압출기에 투입하고 120℃의 온도에서 시트형태로 압출하고, 시트형태로 압출된 압출물을 발포로에 투입하여 200℃의 온도로 30분 동안 가교 및 발포한 후에 상온으로 냉각하고 절단하여 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 3을 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 사용하여 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 4를 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 사용하여 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체를 제조하였다.
<실시예 4>
폴리올레핀 수지(에틸렌비닐아세테이트) 100 중량부에 상기 제조예 2를 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치 120 중량부, 상기 제조예 5-2를 통해 제조된 발포용 마스터뱃치 160 중량부, 상기 제조예 6-2를 통해 제조된 가교용 마스터뱃치 25 중량부를 압출기에 투입하고 120℃의 온도에서 시트형태로 압출하고, 시트형태로 압출된 압출물을 발포로에 투입하여 200℃의 온도로 30분 동안 가교 및 발포한 후에 상온으로 냉각하고 절단하여 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체를 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 4와 동일하게 진행하되, 상기 제조예 3을 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 사용하여 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체를 제조하였다.
<실시예 6>
상기 실시예 4와 동일하게 진행하되, 상기 제조예 4를 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 사용하여 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체를 제조하였다.
상기 제조예 2 내지 4를 통해 제조된 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치 및 상기 실시예 1 내지 6을 통해 제조된 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 유해성분 함유 여부를 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
{단, 유해성분 함유 여부는 IEC 62321을 이용하여 6대 유해물질의 함유여부를 확인하는 방법을 이용하였다.}
| 구분 | 카드뮴(Cd) | 수은(Hg) | 납(Pb) | 6가크롬(Cr6+) | 폴리브롬화비페닐(PBBs) | 폴리브롬화비닐(PBDEs) |
| 제조예 2 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 |
| 제조예 3 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 |
| 제조예 4 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 |
| 실시예 1 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 |
| 실시예 2 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 |
| 실시예 3 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 |
| 실시예 4 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 |
| 실시예 5 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 |
| 실시예 6 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 | 불검출 |
상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 제조예 2 내지 4를 통해 제조된 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치 및 상기 실시예 1 내지 6을 통해 제조된 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체는 유해성분이 함유되지 않아 친환경적인 것을 알 수 있었다.
상기 제조예 2 내지 4를 통해 제조된 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치의 난연성 및 건조감량을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.
{단, 난연성은 KSM ISO 4589-2의 측정방법을 이용하였으며, 건조감량은 KSM 0009:2010의 측정방법을 이용하였다.}
| 구분 | 난연성(LOI, %) | 건조감량(%) |
| 제조예 2 | ≤41 | 0.02 |
| 제조예 3 | ≤40 | 0.01 |
| 제조예 4 | ≤43 | 0.02 |
또한, 상기 실시예 1 내지 6을 통해 제조된 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 난연성, 단열성 및 내충격성을 측정하여 아래 표 3에 나타내었다.
{단, 난연성은 KSM ISO 4589-2의 측정방법을 이용하였으며, 단열성은 KSL 9016의 측정방법을 이용하였고, 내충격성은 실시예 1 내지 6을 통해 제조된 발포체를 가로 150mm×세로150mm×두께0.9mm로 절단하여 시편화하고 JIS P8134(1976)의 방법으로 측정하였다.}
| 구분 | 난연성(LOI, %) | 단열성(W/m.K) | 내충격성(kgf·㎝) |
| 실시예 1 | ≤31 | 0.036 | 130 |
| 실시예 2 | ≤32 | 0.035 | 133 |
| 실시예 3 | ≤29 | 0.038 | 127 |
| 실시예 4 | ≤30 | 0.039 | 123 |
| 실시예 5 | ≤31 | 0.037 | 130 |
| 실시예 6 | ≤28 | 0.039 | 124 |
상기 표 3에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 6을 통해 제조된 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체는 난연성, 단열성 및 내충격성이 우수한 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법은 할로겐계 난연제 성분이 함유되지 않고, 폐 폴리올레핀 발포체 분말이 함유된 난연제 혼합물이 사용되어 친환경적이며, 중량이 가볍고 우수한 흡음성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성, 단열성, 내열성 및 기계적 물성이 우수한 발포체를 제공한다.
S101 ; 난연성마스터뱃치제조단계
S103 ; 원료혼합단계
S105 ; 압출단계
S107 ; 발포단계
S109 ; 절단단계
S103 ; 원료혼합단계
S105 ; 압출단계
S107 ; 발포단계
S109 ; 절단단계
Claims (9)
- 폴리올레핀계 고분자 수지, 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 포함하는 난연제 혼합물 및 가공조제로 이루어진 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치를 제조하는 난연성마스터뱃치제조단계;
폴리올레핀 수지, 상기 난연성마스터뱃치제조단계를 통해 제조된 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치, 발포용 마스터뱃치 및 가교용 마스터뱃치를 혼합하는 원료혼합단계;
상기 원료혼합단계를 통해 제조된 혼합물을 압출하는 압출단계;
상기 압출단계를 통해 제조된 압출성형물을 발포하는 발포단계; 및
상기 발포단계를 통해 발포된 발포물을 절단하는 절단단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치는 폴리올레핀계 고분자 수지 100 중량부, 난연제 혼합물 100 내지 150 중량부 및 가공조제 0.1 내지 10 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법.
- 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 폴리올레핀계 고분자 수지는 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트 및 폴리프로필렌으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법.
- 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 난연제 혼합물은 고분자 나노클레이 복합체 10 내지 30 중량%, 폐 폴리올레핀 발포체 분말 10 내지 50 중량%, 및 친환경 난연제 30 내지 80 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 고분자 나노클레이 복합체는 고분자 수지 100 중량부, 나노클레이 1 내지 15 중량부 및 상용화제 1 내지 15 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 폐 폴리올레핀 발포체 분말은 1 내지 10㎛의 입자크기를 나타내며, 폐 폴리올레핀 발포체를 액체질소, 밀링기, 또는 분쇄기로 파쇄하여 제조되는 것을 특징으로 하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 친환경 난연제는 무기금속 수산화물 100 중량부, 팽창흑연 30 내지 40 중량부, 인계난연제 60 내지 70 중량부 및 붕산아연 70 내지 90 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 원료혼합단계는 폴리올레핀 수지 100 중량부, 상기 난연성마스터뱃치제조단계를 통해 제조된 폐 폴리올레핀계 발포체 분말을 이용한 고난연성 친환경 폴리올레핀계 나노복합 마스터뱃치 100 내지 200 중량부, 발포용 마스터뱃치 100 내지 200 중량부 및 가교용 마스터뱃치 10 내지 40 중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법.
- 청구항 1 또는 9에 있어서,
상기 발포용 마스터뱃치는 폴리올레핀계 고분자 수지 100 중량부 및 발포제 15 내지 100 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐 폴리올레핀 발포체 분말을 이용한 고난연성 및 친환경성 폴리올레핀계 나노복합 발포체의 제조방법.
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