KR20220158198A - 합성수지 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자 - Google Patents

합성수지 분말이 코팅된 발포성폴리스티렌 수지입자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기용제 파라핀의 존제하에서 내열성이 취약한 발포성폴리스티렌 수지입자에 내열성 합성수지 분말 및 팽장질석 팽창흑연을 코팅한 EPS를 수득하여 고단열성과 준불연성을 확보한 스티로폼 단열재를 생산할 수 있으므로 화재 예방과 관련 산업 발전에 기여할 수 있다

Description

합성수지 분말이 코팅된 발포성포리스티렌 수지입자{Foaming polystyrene resin particles coated with synthetic resin powder }
본 발명은 유기용매의 존제하에서 발포성 폴리스티렌( Expandable Polystyrene이하EPS라 칭한다)수지입자 표면층에 내열성 합성수지 분말을 코팅하여 단열성과 내열성을 형성한 EPS 수지입자를 수득하기 위한 것으로 내열성 합성수지 분말은 유기용매 및 파라핀의 존제하에서 EPS 수지입자의 표면층에 접착 코팅되고 EPS 수지입자의 내열성을 증가시킨다
발포성폴리스티렌(EPS)수지는 스티로폼의 원료 물질인 폴리스티렌의 중합체로 직경 약 0.2mm ~ 1.5mm의 원구형 수지입자이다. 입자 내부에는 발포성 가스가 함유되어 있어 가열하면 30이상 발포한다 이 발포한 입자를 숙성하고 성형틀에 주입하고 스팀으로 가열하여 성형한 물건을 스티로폼이라 한다
최근에는 화재로 인한 피해를 방지하기 위해 불에 강한 준불연성 스티로폼 단열재가 요구되고 있는 실정으로 당업계에서는 방열성을 향상시키기 위한 다양한 방식의 노력이 시도되고 있다
EPS 제조공정에서 EPS 수지입자 내부에 난연재와 방열성 물질을 함유 분산시키거나 EPS 입자를 가열하여 80~130배로 발포하고 발포한 입자에 난연재와 방열성 물질을 코팅하고 성형하는 제조방법들과,예를 들어서
본 발명자의 등록특허 제1300627호의 발포하지 않은 EPS 표면에 가열에 의한 불연성의 발포막이 형성되는 팽창률이 20ml/g~ 500ml/g이고, 입도 직경이 20~300mesh인 팽창흑연 10~50중량부 및 접착성 수지 0.1~15중량부가 코팅된 것을 특징으로 팽창 흑연이 코팅된 발포성 폴리스티렌 수지입자가 있다 본 발명은 본 발명자의 등록특허 제1300627호를 계량한 것에 관한 것이다
본 발명의 목적은 유기용매의 존제하에서 발포하지 않은 EPS 수지입자 표면층에 내열성 합성수지 분말을 코팅한 수지입자를 수득하고 이를 제공하여 단열성과 내열성을 형성한 스티로폼 단열재를 생산하는데 그 목적이 있다
본 발명의 또 다른 목적은 발포하지 않은 EPS 수지입자 표면층에 내열성 합성수지 분말 및 팽창흑연 또는 팽창 질석을 코팅한 수지입자를 수득하고 이를 제공하여 단열성과 내열성을 형성한 스티로폼 단열재를 생산하는데 그 목적이 있다
본 발명은 단열성과 준불연성을 형성한 EPS 입자를 수득하여 제공하는 것이다 EPS에 단열성과 내열성을 형성하려는 종래의 발명들은 1.EPS의 제조의 중합 공정에서 흑연 카본 및 불연성 무기물질을 수지 입자 내부에 포함시키는 방법 2. EPS를 30~120배로 발포하고 발포한 수지입자에 흑연 카본 및 불연성 무기물질을 코팅하는 방법들이 있다 예를 들어서 팽창흑연 및 무기질 분말을 발포한 수지입자에 접착성 수지로 코팅하고 성형하는 방법들이 있으며 3.성형된 스티로폼 일면에 흑연 팽창흑연 무기질 분말을 도포하는 제조하는 방법들이 있다
이와 같이 0.3~2mm 크기의 EPS 수지입자 내부에 흑연 카본 및 불연성 무기물질을 포함시키는 방법들은 EPS의 고유한 물성을 악화시키고 성형성에 문제점을 발생하며 EPS를 30~120배로 발포한 입자에 코팅하는 방법들은 비경제적이며 물성이 불규칙하여 불량품이 발생하는 문제점이 있다
본 발명은 이러한 문제점을 해결한 발포하지 않은 EPS 표면층에 코팅하는 등록특허 제1300627호를 개발하였으나 스티렌 수지입자의 내열성이 약한 문제점을 발견하였다 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과 스티렌보다 내열성이 높은 10~300μm 내열성 합성수지 분말들을 EPS 수지입자의 표면층에 0.1~100중량부 바람직하게는 10~50 중량부를 코팅하여 포함시키는 개량 발명의 기술을 제안하는 것으로 스티렌 수지의 내열성을 증가시킨다
내열성 합성수지(heat resistant plastic)분말은 EPS 수지입자(스티렌) 보다 내열성과 융점이 높은 200℃~500℃ 이상에서 안정적인 것을 사용한다 통상 내열성 합성수지는 금속 대체 재료로 실용화 되고 있는 것들도 있으며 1,000℃ 이상의 고온에도 단시간 견딜수 있는 것들도 있으며 연소한 후에는 탄화막이 형성되여 단열 방열작용으로 EPS의 연소를 방해한다 예를 들어서 페놀수지, 멜라민수지, 실리콘수지, 불소수지, 규소수지,폴리이미드수지,폴리아크릴로니트릴,폴리알릴레이트,폴리벤즈이미다졸,폴리아미드이미드, 폴리이미드수지,폴리프로필렌 폴리에테르니트릴수지, 폴리에테르에테르케톤수지,폴리에테르설폰수지,폴리페닐렌설파이드수지,폴리우레탄수지,폴리염화비닐수지,폴리카보네이트수지,폴리아세탈수지,폴리프로필렌수지가 있을 수 있다 이중에서 선택한 합성수지 1종 단독 또는 1종이상의 혼합물 또는 공중합체 일 수 있다 내열성 합성수지는 여기에 한정될 수 없으며 스티렌 보다 내열성 방열성이 높은 합성수지 분말을 모두 사용할 수 있다.
본 발명에서 내열성 합성수지 분말은 EPS 수지 입자에 대하여 0,1~100중량부를 코팅 포함할 수 있으며 0.1~30중량부의 유기용매의 존제하에서 EPS 수지입자 표면층을 개질하며 코팅할 수 있으며 파라핀과 접착성 수지가 포함될 수 있다
EPS (Expandable Polystyrene)는 일반적인 백색의 오리지날 수지입자 또는 수지입자 내부에 안료 염료 흑연 카본 및 불연성 무기물질을 포함시킨 EPS를 사용할 수 있다 예를 들어서 난연재,흑연,팽창흑연,카본,팽창질석,에어로겔,퍼라이트 분말들을 1종 이상을 포함한 EPS 또는 수지입자 외부 표면층에 코팅한 1종이상 코팅한 EPS 또는 표면층을 플라즈마 오존 UV(자외선) 유기용매 산 알카리등 및 화학적인 처리 및 개질을 한 수지입자 입자를 사용할 수 있으며 또는 EPS 표면층에 충격을 가하여 스크레치를 형성하는 물리적인 방법으로 표면층을 개질한 수지입자 중에서 선택하여 1종 단독 또는 2종이상을 사용할 수도 있다 바람직하게는 표면층이 개질된 EPS를 공정중에 개질되는 EPS를 사용하여 분말들의 코팅성을 향상시키는 것이다
본 발명에서 EPS 개질이란 물질 표면에 원래 물질에 없었던 물리, 화학, 생물적인 특성을 부여하는 일. 표면의 거칠기, 친수성, 전하, 반응성,용해 등으로 변화시키는 것을 의미한다
친수성은 물에 대한 표면의 친화성이며 EPS 표면층에 본 발명의 분말들을 용이하고 강력하게 코팅 접착시키기 위해서는 물의 표면장력(72 mN/m)에 근접한 표면장력으로 개질된 것이 바람직하다
적절하게 포함되는 유기용매(organic solvent)는 EPS 표면층과 합성수지 분말을 산화 및 용해하는 화학적인 개질 작용을 하며 접착 코팅에 작용한다 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 있으며 바람직하게는 친환경 용매인 아세트산(aceticacide), 에탄올(ethanol), 아세톤(Acetone)이 있을 수 있으며 1종 단독 또는 2종 이상 혼합하여 0.1 ~ 30중량부를 사용 할 수 있다
유기용매를 용제로 사용한 접착성 수지도 개질 작용을 할 수 있으며 한편 물을 혼합하여 개질 반응을 지연 시킬수 있다
본 발명에서 포함되는 파라핀은 고체의 탄화수소 혼합물이며 에테르나 벤젠 에스테르에 녹는 물질로 윤활성과 흡착성 접착성이 우수하다. 유기용매의 존제하에서 용해되는 파라핀은 합성수지 분말들을 EPS 표면층에 코팅하는 단계에서 마찰력을 감소 시키며 접착성 수지의 작용을 하며 개질되는 EPS 입자와 합성수지 분말의 표면층에 침투 코팅된다. 파라핀은 염화파라핀, 고형파라핀, 유동파라핀 중에서 선택하여 1종 단독 또는 2종 이상 혼합하여 0.1~ 30 중량부 사용할 수 있으며 바람직하게는 염소함량 70%이상의 염소화파라핀 0.1 ~ 30중량부를 사용한다
접착성 수지(고형분 40%)는 코팅공정 단계에서 또는 코팅공정 완료 후에 분사할 수 있다 접착성 수지는 물을 용제로 사용한 수용성 접착성수지 유기용제를 사용한 유성접착성수지 또는 가소제를 사용한 접착성 수지 또는 분말형 접착성 수지 중에서 선택한 1종단독 2종 이상 0.1~100 중량부를 사용할 수 있다
예를 들어서 아크릴수지, 올레핀수지, 우레탄수지, 초산비닐수지,스티렌수지,염화비닐수지, 클로로프렌고무수지, 네오프렌수지,폐놀수지, 멜라민수지 실리콘 수지 우레아수지 등이 있으며 선택한 1종 단독 또는 2종 이상을 EPS 중량에 대하여 1 ~ 100중량부(고형분 40%)를 분사할 수 있으며 분말형 접착성 수지를 사용할 수 있다 예를 들어서 폐놀계 분말접착제, 멜라민계 분말접착제, 요소계 분말 접착제,실리콘계 분말접착제, 규소계 분말접착제, 규산계 분말 접착제가 있을수 있다
본 발명의 구현에서 상기의 공정에서 팽창질석 또는 팽창흑연 중에서 선택한 1종 이상 1~100중량부를 더 포함할 수도 있으며 팽창질석 또는 팽창흑연은 가열을 흡열하며 팽창하며 불연성의 단열막을 형성 하므로 EPS의 내열성과 방열성이 증가한다
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 팽창하며 이를 통상적으로 팽창흑연 (Expandable Graphite)이라 한다
팽창성 질석은 Mx(Mg,Fe)6(Si-xAlx)020(OH)yH2O의 형태를 가지며 전기절연체의 점토광물이다 일반적으로 함수 운모를 말하며 마그네슘 운모이다 광물 중에서 층간에 유일하게 흡수수,층간수, 및 결정수 3가지 수분을 함유하고 있어 팽창하지 않은 질석은 가열에 의해 함류된 수분이 증기로 기화되는 압력작용으로 팽창율 2ml/20ml팽창하며 이를 통상 팽창질석 (Expanded Vermiculite)이라 한다 본 발명에서는 팽창성 질석 분말 또는 가열하여 팽창된 분말을 선택하여 1종 이상 사용 할 수 있다
팽창된 질석은 우수한 단열성 및 불연성 양이온치환능력(Cationexchange capacity/C.E.C)으로 유기물을 흡착하여 공기를 정화할 수 있다 본 발명에서 팽창하지 않은 팽창 흑연과 팽창 질석을 EPS 표면층에 코팅한다
팽창질석 팽창흑연
팽창율 2~ 30배 팽창율 20~500배
내화성 1200도 내화성 1800도
흡수율 습도75%에서 1%미만 흡수율 습도75%에서 5%미만
PH 7~7.5 PH 5~6.5
전기성질 부도체 전기성질 전도체
본 발명은 내열성 합성수지 분말을 EPS 수지입자에 코팅하며 단열성과 내열성을 증가시키고 가열에 의하여 팽창하며 불연 단열성 막을 형성하는 팽창흑연 및 팽창 질석을 더 코팅한 EPS 수지입자를 수득하여 제공하는 것으로 고단열성 준불연 성능의 스티로폼 단열재를 제조하여 관련 산업계와 화재 예방에 기여할 수 있다
이하, 본 발명의 실시예에서 제조된 발포성 폴리스티렌을 발포하고성형한 스티로폼의 불연 물성 등에 대하여 설명하나, 본 발명의 범위는 실시예의 범위에 한정되지 아니하며 실시예로 부터 뒷받침되는 모든 범위를 포함한다고 할 수 있다.
<실시예 1>
제1단계
EPS 수지입자 600kg을 사일로에서 진공 이송장치로 방출하여 직경 1,200mm 길이 높이 1200mm의 원통형 헨셀 믹서기에 투입하고 페놀계 합성수지 분말 120kg을 투입하고 아세톤 1~15kg 에타놀 1~10kg을 분사하며 30~300rps로 1~10분 교반하였고 EPS 표면층과 합성수지 분말 표면층을 개질하며 코팅을 개시하였다
제2단계
1단계의 공정중에 염화파라핀(염소함량70%) 30~190kg을 투입하고 유기용매의 존제하에서 30~300rps로 1~10분 교반하여 코팅하였다
제3단계
2단계 실시의 EPS를 직경1200mm 길이 20m의 원통형 로터리 킬른에 투입하고 건조 양생하였고 페놀계 접착성수지(고형분 45%) 1~10중량부를 분사하여 코팅 건조하였고 페놀계합성수지 분말과 페놀계 접착성수지가 코팅된 EPS 수지입자를 수득하였고 비드법으로 발포 성형하여 밀도 26K의 스티로폼 단열재를 제조하였고 물성을 평가하였다
<실시예 2>
실시예 1과 동일하되 합성수지 분말을 멜라민계 합성수지 분말로 대체하였고 페놀계 접착성 수지를 멜라민수지로 대체하였다 비드법으로 발포 성형하여 밀도 26K의 스티로폼 단열재를 제조하였고 물성을 평가하였다
<실시예 3>
실시예 1과 동일하되 합성수지 분말을 폴리염화비닐 수지 분말로 대체하였고 접착성 수지를 염화비닐 수지로 대체하였다 비드법으로 발포 성형하여 밀도 26K의 스티로폼 단열재를 제조하였고 물성을 평가하였다
<실시예 4>
실시예 2과 동일하게 실시하였고 합성수지 분말을 폴리아크릴로니트릴 수지 분말로 대체하였고 접착성 수지를 페놀수지와 염화비닐 수지로 대체하였다 비드법으로 발포 성형하여 밀도 26K의 스티로폼 단열재를 제조하였고 물성을 평가하였다
<실시예 5>
실시예 1과 동일하게 실시하였고 합성수지 분말을 페놀계합성수지 분말 폴리염화비닐 수지 분말 폴리아크릴로니트릴 수지분말로 대체하였고 접착성수지를 분말페놀 접착성 수지와 염화비닐 접착성 수지로 대체하였다 비드법으로 발포 성형하여 밀도 26K의 스티로폼 단열재를 제조하였고 물성을 평가하였다
<실시예 6>
실시예 1내지 5와 동일하게 실시하였고 액상 접착성 수지를 분말 접착성 수지로 대체 하였고 팽창흑연 10~50중량부를 포함하여 코팅하였다 비드법으로 발포 성형하여 밀도 26K의 스티로폼 단열재를 제조하였고 물성을 평가하였다
<실시예 7>
실시예 1내지 6과 동일하게 실시하였고 액상 접착성 수지를 분말 접착성 수지로 대체 하였고 팽창질석 10~50중량부를 포함하여 코팅하였다 비드법으로 발포 성형하여 밀도 26K의 스티로폼 단열재를 제조하였고 물성을 평가하였다
<비교예1>
실시예 1내지 2와 동일하게 실시하였고 EPS 입자 내부에 안료,염료,흑연,팽창흑연,카본,팽창질석,에어로겔 및 무기질분말 1종 이상을 포함하여 개질된 EPS를 사용 하였고 비드법으로 발포 성형하여 밀도 26K의 스티로폼 단열재를 제조하였고 물성을 평가하였다
<열방출시험>
실시예 1의 시료 및 실시예 2의 시료와 비교예 1의 시료로 발포성 스티로폼을 제조한 상기의 시료들을 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 1]과 같다
시험항목 실시예1 실예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 비교예1
총방출
(MJ/m²)		 7 7 7.5 6 5.5 5 5 4.5
열방출량이연속으로 200
kw/m²를연속초과하는시간(S)		 0 0
0
 0 0 0
0
 0
시험체관통유뮤 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음 없음
평균행동정지시간 14:5 14:9 14:0 15 15 15:4 15 15:9
실시예와 비교예에서 개질된 EPS가 분말들의 코팅력이 강하여 발포공정에서 분진 발생 감소 및 물성이 우수하였고 분말형 접착성 수지를 사용한 실시예 5가 실시예 1~4 보다 물성이 우수하였다

Claims (11)

  1. 발포성폴리스티렌 수지입자에 10~300μm 내열성 합성수지 분말 0.1~100 중량부가 코팅된 것을 특징으로 하는 발포성폴리스티렌 수지입자.
  2. 발포성폴리스티렌 수지입자에 팽창질석 또는 팽창시킨 질석 분말 1~100 중량부가 코팅된 것을 특징으로 하는 발포성폴리스티렌 수지입자.
  3. 제1항 제2항에 있어서 발포성 폴리스티렌 수지입자는 개질된 수지입자 또는 코팅 공정중에 개질되는 것을 특징으로 하는 발포성폴리스티렌 수지입자
  4. 제1항 제2항에 있어서 파라핀 0.1~30중량부가 포함된 것을 특징으로 하는 발포성폴리스티렌 수지입자
  5. 제5항에 있어서 파라핀은 염소화 파라핀인 것을 특징으로 하는 발포성폴리스티렌 수지입자
  6. 상기제 1항 제2항에 있어서 팽창흑연 1~100중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 수지입자
  7. 상기제 1항 내지 6항에 있어서 유기용매의 존제하에서 코팅되는 것을 특징으로 하는 발포성 폴리스티렌 수지입자
  8. 상기제 1항 내지 7항에 있어서 접착성 수지 0.1~30중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 발포성폴리스티렌 수지입자
  9. 상기제 1항에 있어서 있어서 내열성 합성수지 분말은 페놀수지, 멜라민수지, 실리콘수지, 불소수지, 규소수지,폴리이미드수지,폴리아크릴로니트릴,폴리알릴레이트,폴리벤즈이미다졸,폴리아미드이미드, 폴리이미드수지,폴리프로필렌 폴리에테르니트릴수지, 폴리에테르에테르케톤수지,폴리에테르설폰수지,폴리페닐렌설파이드수지,폴리우레탄수지,폴리염화비닐수지,폴리카보네이트수지,폴리아세탈수지,폴리프로필렌수지 및 1종 이상의 혼합물 또는 1종 이상의 공중합체 인것을 특징으로 하는 발포성폴리스티렌 수지입자
  10. 상기제 1항 내지 7항에 있어서 접착성수지는 분말 인것을 특징으로 하는 발포성폴리스티렌 수지입자
  11. 상기 제8항 제10항에 있어서 접착성수지는 아크릴수지, 올레핀수지, 우레탄수지, 초산비닐수지,스티렌수지,염화비닐수지, 클로로프렌고무수지, 네오프렌수지,폐놀수지, 멜라민수지 실리콘 수지 우레아수지 인것을 특징으로 하는 발포성폴리스티렌 수지입자
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