KR20240072489A - 탄소저감형 발포체 - Google Patents
탄소저감형 발포체 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240072489A KR20240072489A KR1020220154135A KR20220154135A KR20240072489A KR 20240072489 A KR20240072489 A KR 20240072489A KR 1020220154135 A KR1020220154135 A KR 1020220154135A KR 20220154135 A KR20220154135 A KR 20220154135A KR 20240072489 A KR20240072489 A KR 20240072489A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- polypropylene
- starch
- foam
- cylinder
- melt index
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims description 11
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 74
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims abstract description 58
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims abstract description 58
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims abstract description 58
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims abstract description 54
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims abstract description 53
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims abstract description 53
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 24
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000000454 talc Substances 0.000 claims description 21
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 5
- 229920002261 Corn starch Polymers 0.000 claims description 4
- 239000008120 corn starch Substances 0.000 claims description 4
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 14
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 10
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000004794 expanded polystyrene Substances 0.000 description 8
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 7
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 210000000497 foam cell Anatomy 0.000 description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 239000002984 plastic foam Substances 0.000 description 2
- 229920006327 polystyrene foam Polymers 0.000 description 2
- 229920001592 potato starch Polymers 0.000 description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 2
- HGUFODBRKLSHSI-UHFFFAOYSA-N 2,3,7,8-tetrachloro-dibenzo-p-dioxin Chemical compound O1C2=CC(Cl)=C(Cl)C=C2OC2=C1C=C(Cl)C(Cl)=C2 HGUFODBRKLSHSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000017020 Ipomoea batatas Species 0.000 description 1
- 235000002678 Ipomoea batatas Nutrition 0.000 description 1
- 240000003183 Manihot esculenta Species 0.000 description 1
- 235000016735 Manihot esculenta subsp esculenta Nutrition 0.000 description 1
- 229920000881 Modified starch Polymers 0.000 description 1
- 239000004368 Modified starch Substances 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229920006328 Styrofoam Polymers 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229920006167 biodegradable resin Polymers 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 235000019426 modified starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000000550 scanning electron microscopy energy dispersive X-ray spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000008261 styrofoam Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 229940100445 wheat starch Drugs 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/0061—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof characterized by the use of several polymeric components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/001—Combinations of extrusion moulding with other shaping operations
- B29C48/0012—Combinations of extrusion moulding with other shaping operations combined with shaping by internal pressure generated in the material, e.g. foaming
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
- C08J9/0014—Use of organic additives
- C08J9/0023—Use of organic additives containing oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K5/00—Use of organic ingredients
- C08K5/04—Oxygen-containing compounds
- C08K5/05—Alcohols; Metal alcoholates
- C08K5/053—Polyhydroxylic alcohols
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L3/00—Compositions of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
- C08L3/02—Starch; Degradation products thereof, e.g. dextrin
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
Abstract
본 발명은 탄소저감형 발포체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전분에 평균입경과 용융지수가 서로 다른 2종의 폴리프로필렌을 혼합함으로써 안정적인 단열성능과 일관적인 열전도율을 가지는 콜드체인용 포장재를 제공할 수 있는 탄소저감형 발포체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 탄소저감형 발포체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전분에 평균입경과 용융지수가 서로 다른 2종의 폴리프로필렌을 혼합하여 제조된 콜드체인용 포장재용 탄소저감형 발포체에 관한 것이다.
종래 합성수지를 원료로 하는 발포체는 완충재, 보온재, 혹은 단열재로서 널리 사용되고 있다. 그러나 합성수지만으로 이루어지는 제품은 제조 시 유해 발포가스를 사용할 뿐만 아니라 사용 후 폐기되었을 경우 자연계에 존재하는 미생물에 의해 용이하게 분해되지않아 환경오염을 유발하는 문제가 있으며 소각 이후 다이옥신 등의 유해가스가 다량 방출되어 지구 온난화 및 환경에 문제를 일으키고 있다.
또한 소각했을 경우 발생열량이 높기 때문에 소각로를 쉽게 손상시킨다는 문제가 있다. 게다가 폴리스타이렌계 플라스틱 발포체는 상기 문제에 부가하여 환경호르몬이 발생하는 문제가 지적되고 있다.
최근에는 플라스틱 발포체에 비해 폐기 시 및 소각 시에 있어서의 환경에 대한 영향이 적은 발포체의 개발이 진행되고, 옥수수 전분 등의 전분재료와 폴리프로필렌 또는 생분해성 수지를 원료로 하는 발포체가 실용화되고 있다. 또한 종이를 원료로 사용한 발포체도 연구되고 있다.
그러나 종래의 생분해가 용이한 발포체의 경우 발포체 형상과 밀도에 따라 일관되지 못한 열전도율로 인해 콜드체인용 포장재로 이용되는데 어려움이 있었다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 종래의 폴리스티렌, 발포폴리스티렌 발포폼과 대비하여 단열성능이 우수하여 안정적인 단열성능을 가지며, 원가절감을 통해 콜드체인용 포장재로서 플라스틱 포장재를 대체할 수 있는 탄소저감형 발포체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 최적의 발포조건에 따라 안정적인 단열성능과 일관적인 열전도율을 가지는 탄소저감형 발포체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전분 및 탈크로 이루어진 혼합물, 용융지수가 8~12이고, 평균입경이 적어도 4000㎛인 펠렛(pellet)형인 폴리프로필렌 및 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌의 혼합물 그리고 물 및 글리세린을 포함하는 탄소저감형 발포체를 제공한다.
또한 본 발명은 전분 및 탈크로 이루어진 혼합물, 용융지수가 8~12이고, 평균입경이 적어도 4000㎛인 펠렛(pellet)형인 폴리프로필렌 및 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌의 혼합물, 물 및 글리세린을 압출기에 투입하고, 상기 압출기의 압출 측에 설치된 다이로부터 압출함으로써 제1항 기제의 탄소저감형 발포체를 제조하는 방법에서, 상기 압출기는 제1실린더에서 제6실린더의 적어도 6개의 실린더로 구성되며, 제1실린더에서는 전분 및 탈크가 혼합되며, 제2실린더에서는 상기 전분 및 탈크의 혼합물에 폴리프로필렌이 혼합되며, 상기 제1실린더에서 제2실린더로의 이송 사이에 물 및 글리세린이 혼합되는 것을 특징으로 하는 탄소저감형 발포체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 탄소저감형 발포체는 종래 폴리스티렌, 발포폴리스티렌 발포폼과 대비하여 단열성능이 우수하여 안정적인 단열성능을 가지며, 일관적으로 우수한 열전도율을 가져 콜드체인용 포장재로의 이용이 가능하다. 또한 본 발명의 탄소저감형 발포체는 유해가스 방출량이 적어 친환경적이며 원가절감을 통해 종래의 플라스틱 포장재를 효과적으로 대체할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 발포체의 SEM 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 발포체의 보냉온박스 테스트 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 발포체의 보냉온박스 테스트 결과를 나타낸 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 전분 및 탈크로 이루어진 혼합물, 용융지수가 8~12이고, 평균입경이 적어도 4000㎛인 펠렛(pellet)형인 폴리프로필렌 및 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌의 혼합물 그리고 물 및 글리세린을 포함하는 탄소저감형 발포체에 관한 것이다.
특히 본 발명은 전분에 탈크를 혼합하고, 최적의 용융지수 도출을 위하여 2종의 폴리프로필렌을 혼합함과 동시에 실린더의 구조를 변경함으로써 안정적인 양산화 생산수율과 원가절감의 효과를 도출할 수 있었다.
이하에서는 본 발명의 탄소저감형 발포체에 대하여 자세히 설명한다.
본 발명에 사용되는 전분은 옥수수 전분을 사용하는 것이 원료비용의 측면에서 유리하지만, 당업계에서 사용하는 통상의 전분이라면 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들어 찰옥수수 전분, 타피오카 전분, 밀 전분, 쌀 전분, 감자 전분, 고구마 전분, 및 이의 이화학적으로 변성된 호화 전분, 배소 전분, 산처리 전분, 가교 전분, 에스테르화 전분, 에테르화 전분 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 전분은 유효기간이 지난 식용전분을 공업용 전분으로 전환하여 사용할 수도 있는데, 이때 사용되는 공업용 전분은 유통기간 6개월~12개월 내의 것을 사용하는 것이 발포체 형상을 위해 좋다.
상기 전분은 수분함량이 15% 이하, 특히 수분함량이 10~12%인 것이 바람직하다. 수분함량이 15%를 초과할 경우에는 실린더 내에서 폴리프로필렌과 혼합 시 재료의 분산이 균일하게 이루어지지 않아 발포체가 시트형태로 형성되지 못할 수도 있다.
본 발명에 사용되는 탈크는 전분과 폴리프로필렌의 혼합이 균일하게 이루어지도록 하는 역할을 하며, 특히 과발포 시 사용하면 발포가 안정적이며 발포셀의 크기를 줄일 수 있다.
상기 탈크는 평균입경이 200㎛ 이하인 것이 좋으며, 바람직하게는 10~80㎛인 것이다.
상기 탈크는 전분 100중량부에 대하여 0.03~4중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.03~3중량부로 포함되는 것이다. 그 함량이 상기 범위 내일 경우에는 발포체의 밀도를 적절히 유지하여 본 발명이 목적하는 열전도율을 얻을 수 있다.
본 발명에 사용되는 상기 전분 및 탈크로 이루어진 혼합물은 본 발명의 발포체 100중량부에 대하여 45~55중량부로 포함되는 것이 좋다. 그 함량이 상기 범위내일 경우 발포체와 폴리프로필렌의 균일한 혼합, 기계적 물성, 경제성 등의 측면에서 더욱 좋다.
본 발명에 사용되는 폴리프로필렌은 바인더의 역할을 수행하는 것으로, 본 발명에서는 목적하고자 하는 열전도율을 얻기 위하여 용융지수(MI, Melt Index)와 평균입경이 서로 다른 2종의 폴리프로필렌을 특정함량으로 포함한다.
상기 폴리프로필렌으로는 용융지수가 8~12이고, 평균입경이 적어도 4000㎛인 펠렛(pellet)형인 폴리프로필렌과 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌을 혼합하여 사용한다.
즉, 상기와 같이 용융지수가 8~12이고, 평균입경이 적어도 4000㎛인 펠렛(pellet)형인 폴리프로필렌과, 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌을 혼합하여 사용하여야만 본 발명에서 목적하는 콜드체인용 포장재로서 적합한 열전도율을 가지는 발포체를 제조할 수 있는데, 이때 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌의 경우 수지흐름을 둔화시키는 문제가 발생할 수도 있다. 이에 본 발명에서는 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌을 사용하면서도 수지의 흐름을 조절할 수 있도록 용융지수가 8~12이고, 평균입경이 적어도 4000㎛인 펠렛(pellet)형인 폴리프로필렌을 혼합함으로써 본 발명에서 목적하는 열전도율을 가지는 발포체를 제조할 수 있는 것이다.
상기 용융지수가 8~12이고, 평균입경이 적어도 4000㎛인 펠렛(pellet)형인 폴리프로필렌은 실린더 내에서 수지의 흐름을 조절하고 전분 혼합 시 전분이 발포 전에 탄화되지 않도록 하는 혼합제의 역할을 한다.
상기 용융지수가 8~12인 폴리프로필렌은 평균입경이 4000㎛ 이상인 펠렛(pellet)형태인 것이 바람직하며, 발포체의 셀 크기와 형상을 최적으로 유지하여 단열성능이 우수한 발포체를 제조하기 위해 더욱 바람직하게는 평균입경이 4000~6000㎛인 것이다.
평균입경이 상기 범위 내일 경우 용유지수가 1~5인 폴리프로필렌과 혼합하여도 실린더 내에서 수지의 흐름을 적절히 조절할 수 있고, 전분 혼합 시 전분이 발포 전에 탄화되지 않도록 하여 최적의 발포체 형상을 가지며, 본 발명에서 목적하는 발포체 밀도와 열전도열을 가지는 발포체를 제조할 수 있다. 만일 용융지수가 8~12인 펠렛형 폴리프로필렌의 평균입경이 상기 범위를 벗어날 경우에는 수지흐름이 둔화되어 적절한 크기와 형상을 가지는 발포체를 만들 수 없으며, 결과적으로 본 발명에서 목적하는 열전도율을 가지는 발포체를 제조할 수 없게 된다.
상기 폴리프로필렌의 용융지수가 8 미만일 경우에는 실린더 내에서 전분과의 혼합 시 폴리머의 흐름 속도가 약해져 발포체의 형상이 만들어지지 않으며, 발포체의 밀도가 40㎏/㎡ 초과~60㎏/㎡이 되고, 열전도율 또한 0.04W/mK로 높아져 발포체의 단열성능이 저하되고 투입되는 원재료양은 220~270㎏/hr을 사용하게 된다. 또한 용융지수가 12를 초과할 경우에는 실린더 내에서 전분과의 혼합 시 폴리머의 흐름속도가 빨라져 압출 시 기포가 과대 발포되어 발포체 형상이 만들어지지 않거나 단열성능이 저하되어 콜드체인용 포장재로 사용할 수 없게 된다.
즉, 본 발명에서는 발포체 제조 시 상기 용융지수가 8~12이고, 평균입경이 4000㎛ 이상인 폴리프로필렌을 사용함으로써 전분과의 혼합 시 폴리머의 흐름속도가 가장 적당하며, 제조된 발포체의 밀도가 10~40㎏/㎡이고, 열전도율은 0.03~0.038W/mK이며, 투입되는 원재료량은 150~180㎏/hr이 되게 하여 우수한 열전도율을 가짐과 동시에 원가절감을 목적까지 달성할 수 있는 것이다.
또한 본 발명에 사용되는 상기 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌은 파우더(power)형태인 것이 바람직하며, 평균입경은 400~850㎛, 바람직하게는 680~730㎛인 것을 사용하는 것이 좋다. 이때, 용융지수와 평균입경이 상기 범위 내인 폴리프로필렌을 사용함으로써 전분과의 혼합 시 폴리머의 흐름속도를 적합하게 유지하여 압출 시 발포체의 형상을 제대로 만들 수 있으며, 단열성능 또한 우수한 발포체를 얻을 수 있다.
상기 2종의 폴리프로필렌은 사용되는 총 폴리프로필렌 100중량부에 대하여 용융지수가 8~12인 폴리프로필렌은 40~55중량부로, 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌은 45~60중량부로 포함되는 것이 2종의 폴리프로필렌을 혼합 사용함으로써 전분과 혼합 시 수지의 흐름을 개선할 수 있고, 압출 시 적정 수준의 발포가 일어나게 하여 제조된 발포체의 형상을 유지할 수 있고, 단열성능 또한 일정수준으로 우수한 발포체를 제조할 수 있다.
또한 상기와 같은 2종의 폴리프로필렌은 발포체 100중량부에 대하여 45~55중량부로 포함되는 것이 유해가스 방출량을 최소화하여 환경친화적인 탄소저감 제품을 제조할 수 있다.
본 발명에 사용되는 상기 글리세린(C3H8O3)은 본 발명의 발포체 제조 시 물과 함께 혼합하여 사용된다.
상기 글리세린은 전분이 실린더 내에서 뭉치는 현상을 방지하고 폴리프로필렌과 혼합 시 고르게 분산될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한 본 발명의 발포체 제조시 사용되는 전분의 탄화온도는 일반적으로 80℃ 정도인데, 전분이 실린더 내에 투입되고 폴리프로필렌과 혼합 전에 물과 글리세린을 혼합함으로써 전분이 폴리프로필렌과의 혼합 전에 탄화되는 것을 방지할 수 있다.
상기 글리세린은 물 100중량부에 대하여 0.2~5중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 물과 글리세린은 전분, 탈크 및 2종의 폴리프로필렌 100중량부에 대하여 2~8중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 성분을 포함하더라도 전술한 함량 범위로 사용하지 않을 경우에는 원재료의 양이 많아 발포체의 밀도가 너무 높거나, 낮아져 열전도율을 저하시킬 수 있는데, 본 발명에서는 상기와 같은 성분을 전술한 함량범위로 사용함으로써 밀도가 10~40㎏/㎡, 바람직하게는 15~40㎏/㎡이고, 열전도율이 0.03~0.038W/mK, 바람직하게는 0.032~0.038W/mK인 단열등급 나2등급 이상의 발포체를 얻을 수 있게 된다.
또한 본 발명은 상기와 같은 성분으로 이루어지는 탄소저감형 발포체의 제조방법을 제공하는 바, 본 발명에서는 전분과 2종의 폴리프로필렌의 원활한 혼합을 위하여 실린더의 구조를 변경함으로써 본 발명에서 목적하는 열전도율이 우수한 발포체를 제조할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 탄소저감형 발포체의 제조에 사용되는 압출기는, 원료를 투입하는 호퍼와, 내부에 스크류를 구비한 실린더와, 실린더 하단류에 설치된 다이를 구비하고 있다. 또한 실린더의 중간에는 탱크 내 물을 내부로 투입하기 위한 급수로가 설치되어 있으며, 실린더의 내부를 가열하는 히터가 실린더의 축방향으로 복수개 설치되어 있다.
상기 압출기는, 내부에 적어도 6개 이상의 실린더를 구비하고 있으며, 제1실린더와 제2실린더 사이에는 물과 글리세린을 투입하기 위한 급수로가 설치된다. 제1실린더에는 전분과 탈크가 투입되어 약 50℃의 온도에서 혼합되어 제2실린더로 이송되며, 제2실린더에서는 약 60℃의 온도에서 전분과 탈크의 혼합물에 폴리프로필렌이 투입되어 130~160rpm의 속도로 혼합하여 전분이 탄화되지 않고 분산되도록 한다. 이때, 제1실린더와 제2실린더로의 이송 사이에 물 및 글리세린이 초당 정량공급이 가능하도록 투입하여 제2실린더에서 전분과 폴리프로필렌이 혼용되어 발포 할 수 있는 기본 조건을 갖추도록 한다. 이후 상기 혼합물은 제3실린더, 제4실린더, 제5실린더, 제6실린더로 이송되며 열과 압력에 의해 발포되며, 이때 제6실린더는 170~200℃로 설정하여 실린더의 팽창압력이 180~200rpm이 되도록 설계한다.
상기 제6실린더까지 통과한 원료는 실린더를 통과하며 가열되고 기화함으로써 원료 내부에 다수의 기포를 형성하게 된다. 이같은 원료는 다이로부터 외부로 압출되어 발포체를 형성하며, 냉각, 절단되어 목적하는 모양과 길이, 두께로 제조된다.
이하에서는 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나. 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1~5 및 비교예 1~2
원료를 투입하는 호퍼와, 내부에 스크류를 구비한 6개의 실린더로 구성되며, 실린더 하단류에 설치된 다이를 구비하고 있으며, 실린더의 중간에 탱크 내 물과 글리세린을 내부로 투입하기 위한 급수로가 설치된 압출기를 이용하여 하기 표 1과 같은 성분과 함량으로 탄소저감형 발포체를 제조하였다.
이때, 제1실린더에는 전분과 탈크가 투입하여 50℃의 온도에서 혼합하였으며, 제2실린더로 이송되기 전에 상기 혼합물에 물 및 글리세린을 혼합하였다. 이어서 제2실린더로 이송된 혼합물에 2종의 폴리프로필렌을 첨가하여 60℃의 온도에서 130~160rpm의 속도로 혼합하였다. 계속하여 제3실린더~제6실린더를 통과하며 열과 압력에 의해 발포되도록 하였으며, 제6실린더는 170~180℃의 온도, 실린더의 팽창압력을 180~200rpm이 되도록 설정하였다.
하기 표 1의 단위는 중량부이고, 물 및 글리세린은 표 1의 1+2 100중량부에 대한 중량부이다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 1 | 전분 | 51.4 | 52.5 | 53.1 | 54.5 | 47.55 | 43.32 | 41.6 |
| 탈크 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.15 | 0.18 | 0.2 | |
| 2 | 용융지수 8~12인 폴리프로필렌 |
22.9 | 22.5 | 22.3 | 22.4 | 25.8 | 27 | 27.2 |
| 평균입경(㎛) | 5400 | 5500 | 5600 | 5500 | 5700 | 5600 | 5300 | |
| 용융지수 1~5인 폴리프로필렌 |
25.6 | 24.9 | 24.5 | 23 | 26.5 | 29.5 | 31 | |
| 평균입경(㎛) | 725 | 715 | 735 | 720 | 730 | 721 | 733 | |
| 3 | 물 및 글리세린 | 5 | 5 | 4 | 4 | 4 | 3 | 3 |
실험예
이하 실험에서 사용한 실험방법은 다음과 같다.
열전도율측정은 KS9016-2010에 의거하여 측정한다. 두께가 1m인 재료의 열전달 특성이며, 단위는 W/mK이다. 일반적으로 시료의 크기는 300㎜×300㎜이며, 두께의 제한은 없으나 10㎜~30㎜로 시행한다.
밀도는 부피(㎡)당 질량으로 표현된다
발포셀의 SEM은 바이오발포체의 발포 상태와 성분 분석을 위하여 전자현미경 촬영(SEM, Scanning Electron Microscope) 및 성분 분석(EDS, Energy Dispersive x-ray Spectroscopy)을 실시하였다.
SEM은 전자선이 시료면 위를 주사(scanning)할 때 시료에서 발생되는 여러 가지 신호 중 그 발생확률이 가장 많은 2차전자(secondary electron) 또는 반사전자(Back scattered electron)를 검출하는 것으로 대상 시료를 관찰하는 기법이며, EDS는 에너지 분산 분광분석기로 검지하여 구성원소의 조성을 밝히고 보정을 한 후 얻어진 계수자료를 표준시편의 특정 x선 계수와 비교하여 정량분석 자료를 얻는 기법이다.
SEM은 주로 시료의 미세구조 분석에 사용되며, 본 발명에서는 발포된 셀 크기 및 형상을 확인하기 위하여 사용하였다.
실험예 1. 밀도 및 열전도율 측정
상기와 같이 제조한 실시예 1~5 및 비교예 1~2의 발포체를 이용하여 다음과 같은 방법으로 밀도 및 열전도율을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 밀도(㎏/㎡) | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | 60 |
| 열전도율(W/mK) | 0.037 | 0.036 | 0.034 | 0.032 | 0.038 | 0.041 | 0.045 |
실험결과, 표 2에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따라 실시예 1 내지 5에서 제조한 발포체의 경우 밀도가 15~40㎏/㎡, 열전도율이 0.032~0.038W/mK로 단열등급 나2등급 이상의 우수한 단열성능을 나타내었는데 반하여, 비교예 1 및 2의 발포체는 밀도가 50㎏/㎡ 이상, 열전도율이 0.041W/mK 이상으로 본 발명의 실시예들과 비교하여 단열성능과 등급이 낮은 발포체임을 확인할 수 있었다.
실험예 2. SEM 측정
상기 실시예 2~4의 발포체를 이용하여 SEM 측정을 하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타낸 바와 같이 발포된 셀 크기에 따른 단열성능은, 실시예 2의 경우 발포셀 크기가 약 500㎛~650㎛ 범위에서 열전도율이 0.036W/mK, 실시예 3의 경우 발포셀 크기가 약 300㎛~400㎛ 범위에서 열전도율이 0.034W/mK, 실시예 4의 경우 발포셀 크기가 약 200㎛~250㎛ 범위에서 열전도율이 0.032W/mK로 나타남을 확인할 수 있었다.
동일한 단면적에서 셀 크기가 상대적으로 작다는 것은 개별 발포체가 조밀하게 형성되어 더 많은 공기층을 형성함을 의미하는 것으로, 본 발명에 따라 제조한 실시예 2~4의 발포체의 경우 작은 셀 크기와 조밀하게 형성된 발포체의 형상알 가져 본 발명에서 목적하는 열전도율을 가짐을 알 수 있었다.
실험예 3. 냉기보전효과
상기 실시예 2의 발포체를 이용하여 발포체를 1장, 2장, 3장의 시트로 하여 보냉온박스 테스트 실험을 실시하고, 시트 밀도에 따른 열전도율을 하기 표 3와 도 2에 나타내었다. 보냉박스는 250㎜×350㎜×100㎜ 크기의 1겹 골판지를 이용하였다. 이때 비교예로는 일반 발포폴리스티렌(EPS, 스트로폼)을 이용하였다.
| 발포체 시트 밀도(Insulator type Density, g/㎤) | 열전도율(W/mK) | |
| 실시예 2 | 일반 EPS-1 type | |
| 시트 1장(0.015) | 0.037 | 0.043 |
| 시트 2장(0.020) | 0.036 | 0.043 |
| 시트 3장(0.025) | 0.034 | 0.037 |
상기 표 3 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조한 실시예 2의 발포체의 경우 시트 밀도에 따라 열전도율이 각각 0.037W/mK, 0.036W/mK, 0.034W/mK로 단열등급 나2등급 이상의 우수한 열전도율을 나타냈으나, 일반 EPS-1 type의 경우 시트 1장과 2장에서 0.043W/mK로 낮은 열전도율을 나타냄을 확인할 수 있었다.
또한 도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 2의 발포체의 경우 보냉온박스 테스트 결과에서 시트 1장의 경우 10℃에서 35시간 이상 냉기가 보전되며, 이는 동일하게 실험한 일반 발포폴리스티렌(EPS)와 비교하여 현저히 우수한 열전도율을 가지는 결과임을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 실시예 2의 발포체를 시트 2장 및 3장을 사용한 결과도 일반 발포폴리스티렌과 비교하여 매우 우수한 보냉효과를 나타냄을 확인할 수 있었다.
이상과 같은 결과를 통하여 본 발명에 따라 제조한 탄소저감형 발포체의 경우 밀도가 10~40㎏/㎡이고, 열전도율이 0.03~0.038W/mK으로, 기존의 일반 발포폴리스티렌(EPS, 스트로폼)보다 우수한 단열성능을 가짐을 알 수 있었다.
비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.
Claims (7)
- a) 전분 및 탈크로 이루어진 혼합물;
b) 용융지수가 8~12이고, 평균입경이 적어도 4000㎛인 펠렛(pellet)형인 폴리프로필렌 및 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌의 혼합물;
c) 물 및 글리세린
을 포함하는 탄소저감형 발포체. - 제1항에 있어서,
a) 전분 및 탈크로 이루어진 혼합물 45~55중량부; 및
b) 용융지수가 8~12이고, 평균입경이 적어도 4000㎛인 펠렛(pellet)형인 폴리프로필렌 및 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌의 혼합물 45~55중량부;의 100중량부에 대하여
c) 물 및 글리세린 2~8중량부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소저감형 발포체. - 제2항에 있어서,
상기 a)의 탈크는 전분 100중량부에 대하여 0.03~4중량부로 포함되며,
상기 b)의 혼합물은 용융지수가 8~12이고, 평균입경이 적어도 4000㎛인 펠렛(pellet)형인 폴리프로필렌은 40~55중량부 및 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌은 45~60중량부로 포함되며,
상기 c)의 글리세린은 물 100중량부에 대하여 0.2~5중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 탄소저감형 발포체. - 제1항에 있어서,
상기 전분은 옥수수 전분인 것을 특징으로 하는 탄소저감형 발포체. - 제1항에 있어서,
상기 b)의 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌은 평균입경이 400~850㎛인 파우더(power)형인 것을 특징으로 하는 탄소저감형 발포체. - 제1항에 있어서,
상기 탄소저감형 발포체는 밀도가 10~40㎏/㎡이고, 열전도율이 0.03~0.038W/mK인 것을 특징으로 하는 탄소저감형 발포체. - 전분 및 탈크로 이루어진 혼합물, 용융지수가 8~12인 폴리프로필렌 및 용융지수가 1~5인 폴리프로필렌의 혼합물, 물 및 글리세린을 압출기에 투입하고, 상기 압출기의 압출 측에 설치된 다이로부터 압출함으로써 제1항 기제의 탄소저감형 발포체를 제조하는 방법에서,
상기 압출기는 제1실린더에서 제6실린더의 적어도 6개의 실린더로 구성되며, 제1실린더에서는 전분 및 탈크가 혼합되며, 제2실린더에서는 상기 전분 및 탈크의 혼합물에 폴리프로필렌이 혼합되며, 상기 제1실린더에서 제2실린더로의 이송 사이에 물 및 글리세린이 혼합되는 것을 특징으로 하는 탄소저감형 발포체의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220154135A KR20240072489A (ko) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 탄소저감형 발포체 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220154135A KR20240072489A (ko) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 탄소저감형 발포체 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240072489A true KR20240072489A (ko) | 2024-05-24 |
Family
ID=91321013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220154135A KR20240072489A (ko) | 2022-11-17 | 2022-11-17 | 탄소저감형 발포체 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240072489A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101266413B1 (ko) | 2010-04-02 | 2013-05-22 | 가부시키가이샤 칸쿄 케이에이 소고 켄큐쇼 | 발포체 및 그 제조방법 |
-
2022
- 2022-11-17 KR KR1020220154135A patent/KR20240072489A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101266413B1 (ko) | 2010-04-02 | 2013-05-22 | 가부시키가이샤 칸쿄 케이에이 소고 켄큐쇼 | 발포체 및 그 제조방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101266413B1 (ko) | 발포체 및 그 제조방법 | |
| Yang et al. | Thermal properties of lignocellulosic filler-thermoplastic polymer bio-composites | |
| EP2754687B1 (en) | Process for producing expanded polyolefin resin particles and expanded polyolefin resin particles | |
| CN101827884B (zh) | 利用纸张和淀粉制造泡沫隔热材料的方法 | |
| EP0775722A1 (en) | Foamed particles of propylene homopolymer and moldings of said particles | |
| Zhou et al. | Structure and properties of starch-based foams prepared by microwave heating from extruded pellets | |
| Tatarka et al. | Properties of protective loose‐fill foams | |
| CN102459437A (zh) | 带有阻燃性能的红外线衰减聚合物泡沫体绝缘材料 | |
| US11597826B2 (en) | Cellulose-fiber-dispersing polyolefin resin composite material, pellet and formed body using same, and production method for cellulose-fiber-dispersing polyolefin resin composite material | |
| AU2012345753B2 (en) | Method of foaming polyolefin using acrylated epoxidized fatty acid and foam produced therefrom | |
| Nabar et al. | Twin‐screw extrusion production and characterization of starch foam products for use in cushioning and insulation applications | |
| Kairytė et al. | Rapeseed-based polyols and paper production waste sludge in polyurethane foam: Physical properties and their prediction models | |
| Hassan et al. | Synergistically enhanced mechanical, combustion and acoustic properties of biopolymer composite foams reinforcement by kenaf fibre | |
| Yang et al. | Extrusion of humidity‐resistant starch foam sheets | |
| KR20240072489A (ko) | 탄소저감형 발포체 | |
| JP5683529B2 (ja) | 微細紙粉含有樹脂組成物の製造方法 | |
| KR102113744B1 (ko) | 친환경성 발포체 | |
| JP2003041041A (ja) | 発泡部材およびその製造方法 | |
| CN108482110B (zh) | 一种适用于油箱的汽油浸泡后可膨胀的阻隔防爆填充体 | |
| JP5022560B2 (ja) | 発泡部材 | |
| KR101737157B1 (ko) | 발포 폴리스티렌계 수지 조성물 및 그의 제조방법 | |
| KR101922648B1 (ko) | 발포체 | |
| CN111100354A (zh) | 一种聚乙烯隔热发泡板材及其制备方法 | |
| KR101153045B1 (ko) | 카본 블랙 입자를 함유하는 발포성 스티렌 중합체 수지 | |
| Choi et al. | Thermal behavior of flame retardant filled PLA-WF bio-composites |