KR20220114465A - 팽창성 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발포성폴리스티렌 수지입자에 가열에 의하여 팽창하며 불연성의 단열막을 형성하는 팽창성 분말을 코팅한 EPS를 수득하고 제공하여 준불연성 스티로폼 단열재를 생산할 수 있으므로 화재 예방과 관련 산업 발전에 기여할 수 있다
Description
본 발명은 발포성 폴리스티렌( Expandable Polystyrene이하' EPS'라칭한다)수지입자 표면층에 팽창성 무기질 분말을 코팅하여 전기절연성과 준불연성을 확보하는 EPS 수지입자를 수득하기 위한 것으로 가열에 의하여 팽창율(Expansion rato)이 2ml/g ~ 300ml/g인 팽창성 무기질 분말을 직경 0.2mm ~ 2mm의 EPS 입자의 표면층에 접착 코팅하여 불연성을 확보한 EPS를 수득하기 위한 기술에 관한 것이다
발포성폴리스티렌(EPS)수지는 스티로폼의 원료 물질인 스티렌의 중합체로 직경 약 0.2mm ~ 1.5mm의 원구형 수지이다. 입자 내부에는 발포성 가스가 함유되어 있어 증기로 가열하면 발포한다 이 발포한 입자를 숙성시키고 성형틀에 주입하고 가열하여 성형한 물건을 통상 스티로폼이라 한다
최근에는 화재로 인한 피해를 방지하기 위해 불에 타지않는 불연성의 스티로폼 단열재가 요구되고 있는 실정으로 당업계는 불연성을 향상시키기 위한 다양한 방식의 노력이 시도되고 있다
EPS 제조의 스티렌 중합공정 및 압출 공정에서 EPS 입자 내부에 불연성 물질을 포함 분산시키거나 EPS 입자를 가열하여 80~130배로 발포하고 발포한 입자에 불연 난연성 물질을 코팅하여 성형하는 스티로폼의 제조방법들이 있다. 본 발명자의 등록특허 10-2149238호에서는 발포성 폴리스티렌 입자를 발포하여 오존화된 공기로 산화 개질하고 팽창흑연을 코팅하는 방법을 개시하고 있다
본 발명자의 등록특허 제1300627호에서는 표면층을 개질한 입도직경이 0.2~1.5mm인 발포성 폴리스티렌 수지입자에 팽창흑연을 코팅한 것을 특징으로한 팽창흑연이 코팅 된 발포성폴리스티렌 수지입자의 기술이 개시되어 있다
등록특허 10-1339390호 에서는 스티렌계 폴리머 내에 실리카를 포함하는 실리콘
계 분말 및 팽창 질석 분말을 포함하는 하는 발포성 폴리스티렌 수지입자의 기술이 개시되어 있으며 등록특허 10-1905304호 에서는 입경 1~3㎜의 팽창질석을 열가소성 합성수지로 코팅하고 성형기에 투입하고 성형하는 팽창질석보드의 제조방법을 개시하고 있으며 등록특허 10-2103775호 에서는 팽창된 팽창질석을 난연성 접착제로 코팅하고 함침하여 표면에 발포수지를 코팅하고 금형으로 성형하는 단열패널의 제조방법을 개시하고 있다
본 발명은 본 발명자의 등록특허 제1300627호의 표면층을 개질한 발포성 폴리스티렌 수지입자에 팽창흑연을 코팅한 것을 특징으로 한 기술을 개량한 것에 관한 것이다
본 발명의 목적은 가열에 의해 불연성의 발포막을 형성하는 팽창성 무기질 분말을 EPS에 코팅하여 수득하고 이를 제공하여 준불연성을 확보한 스티로폼 단열재를 생산하는데 그 목적이 있다
본 발명은 가열에 의하여 불연성의 단열막을 형성하는 준불연성을 확보한 EPS를 수득하여 제공하는 것이다
EPS에 불연성을 부여하려는 종래의 발명들은 1.EPS의 제조 중합 공정에서 팽창흑연 및 난연,불연성 분말을 수지 입자 내부에 포함시키는 방법 2. EPS를 80~120배로 발포하고 발포한 수지입자에 팽창흑연 및 접착성 수지를 코팅하고 성형하는 방법 3.가열하여 팽창한 질석을 접착성 수지로 코팅하고 성형틀에 주입하여 성형하여 페널을 제조하는 방법들이 있다 이와 같은 방법에서 0.3~2mm 크기의 EPS 내부에 팽창흑연 및 질석을 포함시키는 방법은 EPS의 고유한 물성을 악화시켜 발포성과 성형성에 문제점을 발생하며 EPS를 80~120배로 발포한 입자에 코팅하는 방법은 경제성과 성형성 준불연성에 미달하는 문제점이 발생한다
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하고 준불연성의 EPS를 수득하기 위해 본 발명자의 등록특허 제1300627호에서 표면층을 개질한 입도직경이 0.2~1.5mm인 EPS 수지입자에 가열에 의해 발포하며 불연성의 단열막을 팽창흑연을 코팅한 것을 특징으로 준불연성이 확보된 EPS를 수득하였으나 발포된 단열막의 도막의 강도와 결속력이약한 문제점을 발견하였고 이를 개량하여 팽창성 무기질 분말들을 EPS표면층에 1~100중량부 바람직하게는 30~70 중량부 코팅하는 기술을 제안하는 것으로 유기용매 및 접착성 수지 파라핀의 존제하에서 EPS를 개질하며 동시에 팽창성 분말들을 코팅하는 단계로 이루어진다
가열에 의하여 발포하며 불연성의 단열 막을 형성하는 팽창석 무기질 분말은 예를 들어서 팽창질석,팽창흑연,팽창성진주암이 있을 수 있으며 이중에서 선택한 1종 단독 또는 2종이상 1~100 중량부를 적절하게 혼용하여 EPS에 접착 코팅 할 수 있다
본 발명에서 사용하는 EPS (Expandable Polystyrene)는 백색의 오리지날 EPS 수지입자 또는 개질된 EPS를 사용할 수 있다 개질이란 예를 들어서 EPS 표면층에 충격을 가하여 스크레치를 형성하여 개질된 EPS, 표면층을 플라즈마 오존 UV(자외선) 으로 개질된 EPS, 유기용매, 산 ,알카리, 또는 2액형 접착성 수지의 혼합에서 발생하는 화학적인 반응으로 생성된 화합물로 개질된 EPS 수지입자가 있을수 있으며 EPS 수지입자 내부 및 외부에 흑연 카본 및 무기질을 포함하여 친수성으로 개질된 EPS가 있을수 있다 EPS 개질의 목적은 팽창성 분말들의 용이하고 견고한 접착 코팅이다
표 1과 같이 표면층이 개질된 EPS는 분말들의 접착 코팅성을 향상하며 유용성 접착성 수지에 포함된 유기용매 및 가소제도 EPS의 개질에 작용하므로 당업계의 기술자는 적절하게 유기용매와 접착제를 선택하여 사용할 수 있다
본 발명에서 EPS 개질이란 EPS 물질 표면에 원래 없었던 물리, 화학, 생물적인 특성을 부여하는 일. 표면의 거칠기, 친수성, 전하, 반응성,용해 등으로 변화시키는 것을 의미한다 친수성은 물에 대한 표면의 친화성이다 소수성이 강력한 EPS 표면층에 친수성인 팽창성분말 1~100중량부 바람직하게는 30~70 중량부를 접착 코팅하는 EPS 수지입자의 표면층은 물의 표면장력(72 mN/m)에 근접하게 개질되어야 바람직하며 코팅 단계에서 파라핀을 포함할 수 있다 파라핀은 고체의 탄화수소 혼합물이며 에테르나 벤젠 에스테르에 녹는 물질로 낮은 마찰계수(coefficient of friction)의 윤활성과 접착성으로 팽창성 분말들의 접착 코팅성을 향상 시킨다
파라핀은 염화파라핀, 고형파라핀, 유동파라핀 중에서 선택하여 1종 단독 또는 2종 이상 혼합하여 1 ~ 30 중량부 사용하며 바람직하게는 5 ~ 15중량부를 사용한다
본 발명은 유기용매(organic solvent)를 포함한다 유기용매는 EPS를 개질하며 접착 코팅하는 작용을 한다 유기용매는 EPS 표면층을 개질할 수 있으면 사용에 제한받지 않는다 예를 들어서 방향족탄화수소류,염화방향족탄화수소류,염화지방족탄화수소류 (CxHyClz),알코올류 (R-OH),에스테르류 (R-COO-R),에테르류 (R-O-R),케톤류 (R-O-R’),글리콜에테르 (HO-R-OH) ,치환식탄화수소류 지방족탄화수소류 (CxHy)가 있을 수 있으며 바람직하게는 친환경 용매인 아세트산(aceticacide), 에탄올(ethanol), 아세톤(Acetone)을 사용한다 1종 단독 또는 2종 이상 혼합하여 0.1~15 중량부를 분사하여 포함 할 수 있으며 1회에 분사 할수 있고 선택하여 단계적으로 분할하여 분사 포함 할 수 있다
1.EPS 100 2.EPS 2.000배 3.EPS 개질 2.000배
표1은 전자현미경으로 EPS표면을 관찰한 것이다 일반적인 1.PS수지입자 100배 사진 및 2.EPS를 30배로 발포하고 2,000배로 관찰한 전자 현미경 사진이다 3.개질된 EPS는 요철과 굴곡이 형성된 형상으로 접착력과 마찰계수가 높아지므로 팽창성 분말들의 코팅이 강력하고 용이하게 될 것을 확인할 수 있다 이와 같이 EPS 수지입자는 표면층이 개질되며 팽창성 분말들이 접착 코팅 된다
EPS의 개질이 부족하면 EPS를 80배까지 발포하고 성형하는 공정에서 코팅된 분말들은 예외 없이 떨어지고 본 발명의 구현에 문제점이 발생한다
본 발명에서 포함되는 파라핀은 고체의 탄화수소 혼합물이며 에테르나 벤젠 에스테르에 녹는 물질로 윤활성과 흡착성 접착성이 우수하다. 파라핀은 낮은 마찰계수(coefficient of friction)의 윤활성과 접착성으로 EPS가 서로 엉켜 달라붙는 현상을 방지하며 팽창성 분말들의 접착 코팅성을 향상 시킨다. 파라핀은 염화파라핀, 고형파라핀, 유동파라핀 중에서 선택하여 1종 단독 또는 2종 이상 혼합하여 1~ 30 중량부 사용할 수 있으며 바람직하게는 염소함량 50% 이상의 염소화파라핀 5 ~ 15중량부를 사용한다
본 발명에서 사용하는 접착성 수지(고형분 35%)는 유기용제를 사용한 것과 물을 사용한 것의 종류로 분류 할수 있으며 유기용제는 EPS표면층의 개질에 작용하고 건조가 신속하므로 유기용제를 포함한 접착성 수지를 사용하는 것이 바람직하다
예를 들어서 아크릴수지계, 올레핀계수지, 우레탄계수지, 폴리스티렌계수지, 초산비닐계수지, 에폭시계수지, 염화비닐계수지, 클로로프렌고무계수지, 폐놀계수지, 등이 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 1종 이상을 혼합하여 EPS 중량에 대하여 1 ~ 50중량부를 분사할 수 있으며, 바람직하게는 5중량부 ~ 15중량를 사용한다
접착성 수지(고형분 35%)는 분말들의 코팅공정 단계에서 또는 코팅공정 완료 후에 분사할 수 있다 접착성 수지는 분사 후 팽창성 분말들과 혼합물로 형성되며 접착 코팅성을 증가 시킨다 수용성 접착성수지 유용성 접착성수지 또는 가소제를 사용한 접착성수지 2액형 접착성수지 및 분말형 접착성 수지 중에서 선택한 1종 단독 또는 2종 이상 0.1~30 중량부를 사용할 수 있다 예를 들어서 액상 아크릴수지, 올레핀수지, 우레탄수지, 초산비닐수지,스티렌수지,염화비닐수지, 클로로프렌고무수지, 네오프렌수지,폐놀수지, 멜라민수지 실리콘수지 우레아수지 등이 있을수 있고 2액형 접착성 수지가 있을 수 있다
분말형 접착성 수지는 액상형 접착성 수지의 분말이 있을 수 있다 예를 들어서 폐놀계,멜라민계,염화비닐계,실리콘계, 규소계, 규산계 분말접착제가 있을 수 있다 팽창성 무기질 분말인 팽창흑연은 흑연을 산성재료로 화학 처리를 하여 흑연의 층간에 산성화합물을 침투시켜 건조한 것으로 색상은 은빛이며 매우 미끄럽고 150℃ 이상으로 가열하면 분해되어 가스를 발생하면서 팽창율 20ml/500ml 팽창한다 이를 통상적으로 팽창흑연 (Expandable Graphite)이라 하며 함침된 산을 세척 중화하는 공정으로 환경을 파괴하는 문제점이 발생할 수 있으며 팽창한 도막이 약한 문제점이 있다 본 발명은 위와 같은 문제점을 보완하기 위해 친환경이며 팽창한 도막이 강하고 전기부도체인 팽창성 질석을 병용한다 팽창성 질석은 Mx(Mg,Fe)6(Si-xAlx)020(OH)yH2O의 형태를 가지며 전기절연체의 천연 점토광물이다 일반적으로 함수 운모를 말하며 마그네슘 운모이다
광물 중에서 층간에 유일하게 흡수수,층간수, 및 결정수 3가지 수분을 함유하고 있다 팽창성 질석은 가열에 의해 함유된 수분이 증기로 기화되는 압력작용으로 팽창율 2ml/30ml 팽창하며 이를 통상 팽창된 질석 (Expanded Vermiculite)이라 한다
본 발명에서는 팽창성질석분말 또는 팽창된 질석 분말을 적절하게 선택하여 사용 할 수 있다 팽창된 질석은 우수한 단열성 및 불연성 양이온치환능력(Cationexchange capacity/C.E.C)으로 유기물을 흡착하여 공기를 정화할 수 있다
팽창성 무기질 분말인 팽창성진주암은 850~1200도로 가열하면 불연성의 단열막을 형성하며 2~20배로 팽창한다 물성은 팽창성질석과 유사하며 흡수율이 다소 높다 팽창성 진주암은 화산작용으로 생성된 규산질의 암석으로 팽창된 원석 내부에 미세기공이 형성되 비중이 낮다. 이산화규소 성분이 약 75%이며 원석의 약 20배로 팽창된 진주암은 인체에 무해하며 불연성과 단열성이 우수하여 건축자재로 널리 활용된다 본 발명은 이와 같은 팽창성 분말 중에서 선택한 1종 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 1~100중량부 접착 코팅할 수 있으며 전기절연성이 요구되면 팽창성 질석과 진주암을 적절하게 선택하여 사용 한다
본 발명 EPS 100배 2.000배 30배로 발포한 입자
표2는 본 발명을 실시한 전자현미경 사진이다 EPS 표면층에 팽창성 무기질 분말들이 접착 코팅된 것이 관찰 된다
표3은 일반적인 백색 EPS로 본 발명을 실시하였고 실시한 EPS 수지입자를 30배로 발포한 사진이다 개질된 EPS 수지입자 표면층에 팽창성 분말,접착성 수지의 혼합물이 침투되고 접착 코팅된 것이 관찰된다
| 팽창질석 | 팽창흑연 | ||
| 팽창율 | 2~ 20배 | 팽창율 | 20~500배 |
| 내화성 | 1200도 | 내화성 | 1800도 |
| 흡수율 | 습도75%에서 1%. | 흡수율 | 습도75%에서 5%미만 |
| PH | 7~7.5 | PH | 5~6.5 |
| 전기성질 | 부도체 | 전기성질 | 전도체 |
본 발명은 팽창성 분말을 EPS 수지입자에 코팅하여 EPS 수지 입자의 방열성을 형성하는 것이다 가열에 의하여 팽창하며 불연성의 단열막을 형성하는 팽창성 분말이 코팅된 EPS 수지입자를 수득하고 준불연 성능의 단열재를 제조할 수 있으므로 관련 산업계와 화재 예방에 기여할 수 있다
이하, 본 발명의 실시예로 제조된 EPS를 공지의 비드법으로 발포하고 성형한 스티로폼의 물성에 대하여 설명하나, 본 발명의 범위는 실시예의 범위에 한정되지 아니하며 실시예로 부터 뒷받침되는 모든 범위를 포함한다고 할 수 있다.
<실시예 1>
제1단계
중합이 완료된 발포성 폴리스티렌 입자를 1000kg을 사일로에서 진공 이송장치로 방출하여 직경 1,200mm 높이 1200mm의 헨셀 믹서기에 투입하고 아세톤 10~50kg 에타놀 1~5kg을 분사하고 30~300rps로 3~30분 교반하여 EPS를 개질하며
제2단계
1단계의 EPS에 팽창성 질석 300~700kg을 포함하고 30~30rpm로 1~30분 교반하여 아세톤 10~50kg를 에어레스로 분사하였다
제3단계
2단계에 염화비닐접착성수지 페놀접착성수지 혼합물 50~150중량부를 에어레스로 분사하고 30~300rpm으로 3~30분 교반하였다
4단계
3단계의 EPS를 배출하여 직경1200mmx 길이 15미터로 3~30 rpm으로 회전하는 로터리킬른에 투입하고 50도 이하의 열풍으로 건조하며 이물질을 제거하고 준불연성이 형성된 EPS를 수득하고 하고 공지의 비드법으로 60배로 발포하고 성형하여 단열재를(밀도18)생산하였다
<실시예 2>
1과 동일하게 실시하였고 팽창성질석을 팽창성흑연으로 대체하였고 접착성 수지를 멜라민수지로 대체하였다
<실시예 3>
실시예 1과 동일하게 실시하였고 팽창성 질석을 팽창성 팽창성 진주암으로 대체 하였다
<실시예 4>
실시예 1과 동일하게 실시하였고 팽창성질석, 팽창성흑연,팽창성진주암 혼합물로 대체하였다
<실시예 5>
실시예 1과 동일하게 실시하였고 팽창한질석, 팽창한 진주암 혼합물로 대체하였다
<실시예 6>
실시예 1과 동일하게 실시하였고 염화파라핀(염소함량50%)50~100kg을 포함 하였다
<실시예 7>
실시예 1과 동일하게 실시하였고 유기용매를 제외하였고 염화비닐접착성수지 페놀접착성수지를 100~300kg 으로 증가하였다
<비교예1>
실시예 1내지 7과 동일하게 실시하였고 EPS 입자 내부 및 외부에 흑연,카본 및 무기질 분말 1종 이상을 포함하여 친수성으로 개질된 EPS를 사용하였고 비드법으로 발포 성형하여 밀도 26K의 스티로폼 단열재를 제조하였고 물성을 평가하였다
<열방출시험>
실시예 1의 시료 및 실시예 7의 시료와 비교예 1의 시료로 성형하였고 열방출 시험을 실시하였다. 시험은 건축물의 내장재료 및 구조의 연소성능 시험(KS F ISO 5660-1:2008)에 의하여 성능
시험을 3회씩 하였다 그 결과는 하기 표 6 과 같다
상기 [표 6]에 나타난 바와 같이 팽창성 무기질 분말등은 유사한 준불연 성능을 구현하는 것이 확인 된다
Claims (9)
- 발포성 폴리스티렌 수지입자에 가열에 의해 2ml/g ~ 300ml/g 팽창하며 불연성의 발포막을 형성하는 입도 10~300μm인 팽창성 분말 1~100중량부 및 접착성수지 1~ 50 중량부가 코팅된 것을 특징으로 하는 팽창성 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자
- 상기제 1항에 있어서 파라핀 1~30중량부가 포함 된 것을 특징으로 하는 팽창성 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자
- 상기제 1항에 있어서 유기용매 0.1~15 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 팽창성 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자의 제조방법
- 상기제 1항에 있어서 발포성 폴리스티렌 수지입자는 개질된 것을 특징으로 하는 팽창성 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자
- 상기제 1항에 있어서 파라핀 1~30중량부가 포함 된 것을 특징으로 하는 팽창성 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자
- 상기제 1항에 있어서 팽창성 분말은 팽창질석 팽창흑연 팽창성진주암 중에서 선택한 1종 단독 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 팽창성 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자
- 상기제 5항에 있어서 팽창성 분말은 팽창한질석 팽창한진주암 중에서 선택한 1종 단독 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 팽창성 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자
- 상기제 1항 내지 6항의 단계로 수득한 팽창성 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자를 성형한 입자 및 물건
- 상기제 1항 내지 6항의 단계로 수득하는 팽창성 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자의 제조방법
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