KR20240123445A - 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물 및 폴리에틸렌 발포체 조성물 - Google Patents
발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물 및 폴리에틸렌 발포체 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물 및 폴리에틸렌 발포체 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물은 폐폴리에틸렌 혼합물 100 중량부 및 난연제 혼합물 55 내지 70 중량부로 이루어지며, 상기 폴리에틸렌 발포체 조성물은 폴리에틸렌 100 중량부, 상기 폴리에틸렌 발포용 난연성 마스터뱃치 조성물 7 내지 13 중량부, 발포제 20 내지 30 중량부, 및 가교제 0.5 내지 3.5 중량부를 포함한다. 상기의 성분으로 이루어지는 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물은 폐폴리에틸렌이 사용되어 친환경적 및 경제적이며, 폴리에틸렌 수지에 고르게 분산되어 균일한 난연성, 단열성 및 발포성을 나타내는 폴리에틸렌 발포체 조성물을 제공한다.
Description
본 발명은 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물 및 폴리에틸렌 발포체 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐폴리에틸렌이 사용되어 친환경적 및 경제적이며, 폴리에틸렌 수지에 고르게 분산되어 균일한 난연성, 단열성 및 발포성은 물론 발포율이 현저히 증가하는 폴리에틸렌 발포체 조성물을 제공하는 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물 및 폴리에틸렌 발포체 조성물에 관한 것이다.
건설 및 건축용 필수자재인 폴리에틸렌(PE) 발포체는 2020년 후반기 이후에 진행된 원재료의 지속적인 단가 폭등으로 인해 경제성을 확보하는 것이 시급한 실정이다.
폴리에틸렌 발포체는 고발포율 제품으로 수지 물성이 가공성 및 제품 물성에 미치는 영향이 매우 크다. 따라서, 불균일한 물성을 갖는 재생수지의 단독(미처리) 적용은 어려운 실정이다.
이는 재생수지에 함유된 다양한 물질 및 선행된 화학 반응에 기인한 불균일한 물성이 근본 원인으로, 폐자원의 재활용률 향상을 위해서는 그 근본 문제인 가공성 및 물성 저하를 해결할 수 있는 기본적인 상용성, 가공성 및 물성 향상을 위한 기술개발이 매우 중요한 필수요소다.
현재 상용성, 가공성 및 물성 등을 향상시키기 위한 물질로, 저분자량의 상용화제나 가공조제 등이 적용되고 있다. 그러나, 재생수지의 주성분이 고분자임을 감안할 때, 저분자량의 상용화제나 가공조제 등의 사용은 근본적인 해결책이 되지 못한다. 이에 따라, 고분자 차원에서 재생수지와 신재수지의 근본적인 상용성 증진을 유도할 수 있는 재생수지와 신재수지의 중간물성을 갖는 상용성 마스터뱃치의 제조가 요구되고 있다.
한편, 고발포율 및 난연성 LDPE 발포체의 경우 KS 내 난연기준의 삽입 (2018. 03) 및 본격적 시행이 이루어지고 있으나, KS 기준에 부합하는 난연도를 나타내면서도 고발포율을 유지하는 것이 매우 어려운 실정이다. 즉, KS 기준 난연도 HF-1의 확보 시 발포율의 저감이 발생되고 있으나, 현재 발포업계 대부분은 이를 해결하지 못하고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 폐폴리에틸렌이 사용되어 친환경적 및 경제적이며, 폴리에틸렌 수지에 고르게 분산되어 균일한 난연성, 단열성 및 발포성은 물론 발포율이 현저히 증가하는 폴리에틸렌 발포체 조성물을 제공하는 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물 및 상기 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 포함하는 폴리에틸렌 발포체 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 폐폴리에틸렌 혼합물 100 중량부 및 난연제 혼합물 55 내지 70 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 폐폴리에틸렌 혼합물은 폴리에틸렌과 폐폴리에틸렌이 9: 1 내지 8.5: 1.5의 중량부로 혼합되어 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 폐폴리에틸렌은 유리전이온도(Tg)가 60 내지 65℃이며, 용융온도(Tm)가 105 내지 118℃이고, 용융지수(MI)가 0.70 내지 0.80g/10min인 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 난연제 혼합물은 무기계 난연제 100 중량부에 인계 난연제 30 내지 35 중량부, 멜라민계 난연제 15 내지 35 중량부, 브롬계 난연제 0 내지 35 중량부 및 고분자계 난연제 0 내지 35 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 무기계 난연제는 평균입자크기가 1.5 내지 3.5㎛인 수산화마그네슘으로 이루어지는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은 폴리에틸렌 100 중량부, 상기 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물 7 내지 13 중량부, 발포제 20 내지 30 중량부, 및 가교제 0.5 내지 3.5 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체 조성물을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체 조성물은 한계산소지수가 22.0 내지 23.0%이며, 열전도율이 0.36 내지 0.041W/m.k인 것으로 한다.
본 발명에 따른 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물은 폐폴리에틸렌이 사용되어 친환경적 및 경제적이며, 난연성과 발포성을 나타낼 뿐만 아니라 발포성에 있어서도 발포율이 현저히 증가하는 효과를 제공한다. 따라서, 상기 마스터뱃치 조성물을 사용하는 경우 폴리에틸렌 수지에 폐폴리에틸렌 혼합물이 고르게 분산되어 균일한 난연성, 단열성 및 발포성을 나타낼 뿐만 아니라 발포율이 현저히 증가하는 폴리에틸렌 발포체 조성물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 5를 통해 제조된 폴리에틸렌 발포성 향상용 난연성 마스터뱃치 조성물을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 9 내지 10을 통해 제조된 폴리에틸렌 발포체 조성물을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1를 통해 제조된 폴리에틸렌 발포체 조성물(실시예9)와 비교예 2를 통해 제조된 폴리에틸렌 발포체 조성물(비교예 4)의 단면 모폴로지를 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 친환경성 폴리에틸렌 발포성 향상용 난연성 마스터뱃치 조성물의 외관을 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 9을 통해 제조된 난연성, 단열성과 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체 조성물의 외관을 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 9 내지 10을 통해 제조된 폴리에틸렌 발포체 조성물을 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1를 통해 제조된 폴리에틸렌 발포체 조성물(실시예9)와 비교예 2를 통해 제조된 폴리에틸렌 발포체 조성물(비교예 4)의 단면 모폴로지를 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 친환경성 폴리에틸렌 발포성 향상용 난연성 마스터뱃치 조성물의 외관을 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 9을 통해 제조된 난연성, 단열성과 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체 조성물의 외관을 촬영하여 나타낸 사진이다.
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 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물은 폐폴리에틸렌 혼합물과 난연제 혼합물로 이루어지는데, 폐폴리에틸렌 혼합물 100 중량부 및 난연제 혼합물 55 내지 70 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 폐폴리에틸렌 혼합물은 폴리에틸렌과 폐폴리에틸렌으로 이루어지는데, 폴리에틸렌과 폐폴리에틸렌이 9: 1 내지 8.5: 1.5의 중량부로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다. 상기와 같이 폐폴리에틸렌이 함유된 폐폴리에틸렌 혼합물을 사용하게 되면 폐기처분되는 폴리에틸렌을 재사용하게 되기 때문에 친환경적이면서도, 일반 폴리에틸렌과 유사한 물성을 나타내면서도 난연성 및 향상된 발포성을 나타내는 폴리에틸렌 발포용 난연성 마스터뱃치 조성물을 제공할 수 있다.
상기 폴리에틸렌 대비 폐폴리에틸렌의 함량이 1 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 폐폴리에틸렌의 함량이 1.5 중량부를 초과하게 되면 폴리에틸렌 발포용 난연성 마스터뱃치 조성물의 난연성 부여 효과가 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.
이때, 상기 폐폴리에틸렌은 유리전이온도가 60 내지 65℃이며, 용융온도가 105 내지 118℃ 이고, 용융지수가 0.70 내지 0.80g/10min인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
일반적으로 폴리에틸렌은 용융온도가 110 내지 111℃이고, 용융지수가 0.75 내지 0.8g/10min을 나타내기 때문에, 상기의 폐폴리에틸렌과 같이 일반적인 폴리에틸렌과 유사한 융점 및 용융지수를 나타내게 되면, 제조된 마스터뱃치가 폴리에틸렌에 고르게 분산되어 균일한 물성을 나타낼 수 있게 된다.
아래 표 1에 종래에 개발된 폴리에틸렌 들의 물성을 측정하여 나타내었다.
{단, 폴리에틸렌들의 물성은 DSC와 MFI를 이용하여 유리전이온도(Tg), 용융온도(Tm) 및 용융지수(MI)를 측정하는 방법을 이용하였다.}
| 구분 | Tg(℃) | Tm(℃) | MI(g/10min.) |
| 폴리에틸렌 (신재, V-PE 5316) | 92 | 111 | 0.80 |
| 폴리에틸렌 (신재, V-PE 2427F) | 96 | 111 | 0.75 |
| 폴리에틸렌 (신재, V-PE 0800) | 94 | 110 | 0.80 |
| 폴리에틸렌 (신재, V-PE 312E) | 97 | 111 | 0.75 |
상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명에서 사용되는 폐폴리에틸렌은 폴리에틸렌 신재와 유사한 물성을 나타낼 수 있는 것을 알 수 있다.
상기 난연제 혼합물은 55 내지 70 중량부가 함유되며, 무기계 난연제 100 중량부에 인계 난연제 30 내지 35 중량부, 멜라민계 난연제 15 내지 35 중량부, 브롬계 난연제 0 내지 35 중량부 및 고분자계 난연제 0 내지 35 중량부로 이루어지고, 바람직하게는 무기계 난연제 100 중량부에 인계 난연제 32 내지 34 중량부, 멜라민계 난연제 16 내지 34 중량부, 브롬계 난연제 0.1 내지 20 중량부 및 고분자계 난연제 0.1 내지 20 중량부로 이루어진다.
상기의 성분 및 함량으로 이루어지는 난연제 혼합물이 함유되면 난연성능의 부여효과가 더욱 향상된 마스터뱃치를 제조할 수 있다.
상기 난연제 혼합물의 함량이 55 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 난연제 혼합물의 함량이 70 중량부를 초과하게 되면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 폴리에틸렌 혼합물의 함량이 지나치게 줄어들어 제조되는 마스터뱃치가 일반적인 폴리에틸렌에 고르게 혼합되는 효율성이 저하될 수 있다.
이때, 상기 무기계 난연제는 평균입자크기가 1.5 내지 3.5㎛인 수산화마그네슘으로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기의 입자크기를 나타내는 수산화마그네슘으로 이루어진 무기계 난연제가 사용되면 난연성 부여효과가 더욱 향상된 마스터뱃치 조성물을 제공할 수 있다.
상기의 성분으로 이루어지는 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물은 폐폴리에틸렌이 사용되어 친환경적 및 경제적일 뿐만 아니라, 폴리에틸렌의 발포성능을 종래 발포제 마스터뱃치 대비 4배 정도 향상시켜 우수한 발포성능을 나타낼 뿐만 아니라, 난연성과 단열성이 향상된 폴리에틸렌 발포체를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체 조성물은 폴리에틸렌, 상기 친환경성 폴리에틸렌 발포성 향상용 난연성 마스터뱃치 조성물, 발포제, 가교제 및 첨가제로 이루어진다.
보다 구체적으로 본 발명에 따른 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체 조성물은 폴리에틸렌 100 중량부, 상기 친환경성 폴리에틸렌 발포성 향상용 난연성 마스터뱃치 조성물 7 내지 13 중량부, 발포제 20 내지 30 중량부, 및 가교제 0.5 내지 3.5 중량부, 바람직하게는 폴리에틸렌 100 중량부, 상기 친환경성 폴리에틸렌 발포성 향상용 난연성 마스터뱃치 조성물 8 내지 12 중량부, 발포제 22 내지 28 중량부, 및 가교제 0.7 내지 3.3 중량부, 보다 바람직하게는 폴리에틸렌 100 중량부, 상기 친환경성 폴리에틸렌 발포성 향상용 난연성 마스터뱃치 조성물 8 내지 12 중량부, 및 발포제 24 내지 26 중량부, 가교제 0.8 내지 3.2 중량부를 포함한다.
상기 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물은 7 내지 13 중량부, 바람직하게는 8 내지 12 중량부로 함유되는데, 상기 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물의 함량이 7 중량부 미만이면 친환경성이 저하될 뿐만 아니라, 제조되는 폴리에틸렌 발포체 조성물의 난연성, 단열성 및 발포성이 저하될 수 있으며, 상기 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물의 함량이 13 중량부를 초과하게 되면 발포성능은 증가하나, 지나친 발포로 인해 난연성이 감소할 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 상기 발포제는 20 내지 30 중량부, 바람직하게는 22 내지 28 중량부, 보다 바람직하게는 24 내지 26 중량부로 함유되는데, 상기 발포제는 폴리에틸렌 발포에 사용되는 것이면 그 성분은 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나 아조디카본아마이드로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 발포제의 함량이 20 중량부 미만이면 폴리에틸렌 발포체의 발포성이 지나치게 저하되며, 상기 발포제의 함량이 35 중량부를 초과하게 되면 제조되는 폴리에틸렌 발포체의 기계적 물성이 지나치게 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 상기 가교제는 0.5 내지 3.5 중량부, 바람직하게는 0.7 내지 3.3 중량부, 보다 바람직하게는 0.8 내지 3.2 중량부로 함유되는데, 상기 가교제는 폴리에틸렌 가교에 사용되는 것이면 그 성분은 특별히 한정되지 않고 어떠한 것이든 사용가능하나 다이큐밀퍼옥사이드를 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 조성을 가진 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체 조성물은 한계산소지수가 22.0 내지 23.0%이며, 열전도율이 0.36 내지 0.041W/m.k인 특성을 나타낸다.
이하에서는, 본 발명에 따른 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 마스터뱃치 조성물로 제조된 폴리에틸렌 발포체의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<제조예 1> 난연제 혼합물의 제조
인계 난연제 100 중량부, 멜라민계 난연제 50 중량부, 수산화마그네슘(평균입자크기 3㎛) 300 중량부, 브롬계 난연제(데카브로모디페놀에탄) 100 중량부 및 고분자계 난연제(폴리에틸렌나노복합체) 100 중량부를 혼합하여 난연제 혼합물을 제조하였다.
<제조예 2> 난연제 혼합물의 제조
인계 난연제 100 중량부, 멜라민계 난연제 50 중량부, 수산화마그네슘(평균입자크기 2㎛) 300 중량부, 브롬계 난연제(데카브로모디페놀에탄) 50 중량부 및 고분자계 난연제(폴리에틸렌나노복합체) 50 중량부를 혼합하여 난연제 혼합물을 제조하였다.
<제조예 3> 난연제 혼합물의 제조
인계 난연제 100 중량부, 멜라민계 난연제 50 중량부, 수산화마그네슘(평균입자크기 2.5㎛) 300 중량부, 브롬계 난연제(데카브로모디페놀에탄) 100 중량부 및 고분자계 난연제(폴리에틸렌나노복합체) 100 중량부를 혼합하여 난연제 혼합물을 제조하였다.
<제조예 4> 난연제 혼합물의 제조
인계 난연제 100 중량부, 멜라민계 난연제 100 중량부, 수산화마그네슘(평균입자크기 2.5㎛) 300 중량부, 브롬계 난연제(데카브로모디페놀에탄) 100 중량부 및 고분자계 난연제(폴리에틸렌나노복합체) 100 중량부를 혼합하여 난연제 혼합물을 제조하였다.
<제조예 5> 난연제 혼합물의 제조
인계 난연제 100 중량부, 멜라민계 난연제 50 중량부, 수산화마그네슘(평균입자크기 2.5㎛) 300 중량부 및 고분자계 난연제(폴리에틸렌나노복합체) 100 중량부를 혼합하여 난연제 혼합물을 제조하였다.
<제조예 6> 난연제 혼합물의 제조
인계 난연제 100 중량부, 멜라민계 난연제 50 중량부, 수산화마그네슘(평균입자크기 2.5㎛) 300 중량부 및 브롬계 난연제(데카브로모디페놀에탄) 100 중량부를 혼합하여 난연제 혼합물을 제조하였다.
<제조예 7> 난연제 혼합물의 제조
인계 난연제 100 중량부, 멜라민계 난연제 50 중량부 및 수산화마그네슘(평균입자크기 2.5㎛) 300 중량부를 혼합하여 난연제 혼합물을 제조하였다.
<비교 제조예 1> 난연제 혼합물의 제조
브롬계 난연제(데카브로모디페놀에탄) 100 중량부 및 고분자계 난연제(폴리에틸렌나노복합체) 100 중량부를 혼합하여 난연제 혼합물을 제조하였다.
<실시예 1>
폐폴리에틸렌 혼합물(폴리에틸렌과 폐폴리에틸렌을 9: 1의 중량부로 혼합) 100 중량부 및 상기 제조예 1을 통해 제조된 난연제 혼합물 65 중량부를 혼합하고 112℃의 온도와 28rpm의 속도로 18분 동안 78%의 충진률로 교반하면서 압출(S1:110℃ S2/3:106℃ 다이:114℃ 칠러:30℃)하고 펠릿화하는 과정을 통해 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 제조하였다. 이의 외관을 촬영하여 도 4에 나타내었다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 2를 통해 제조된 난연제 혼합물 55 중량부를 혼합하여 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 3을 통해 제조된 난연제 혼합물 65 중량부를 혼합하여 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 제조하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 4를 통해 제조된 난연제 혼합물 70 중량부를 혼합하여 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 제조하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 폴리에틸렌과 폐폴리에틸렌을 8.5: 1.5의 중량부로 혼합된 폐폴리에틸렌 혼합물을 사용하여 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 제조하였다.
<실시예 6>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 5를 통해 제조된 난연제 혼합물 65 중량부를 혼합하여 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 제조하였다.
<실시예 7>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 6을 통해 제조된 난연제 혼합물 65 중량부를 혼합하여 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 제조하였다.
<실시예 8>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 제조예 7을 통해 제조된 난연제 혼합물 65 중량부를 혼합하여 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 제조하였다.
<실시예 9>
폴리에틸렌 100 중량부, 상기 실시예 1을 통해 제조된 마스터뱃치 10 중량부, 발포제(아조디카본아마이드) 25 중량부, 및 가교제(다이큐밀퍼옥사이드) 3 중량부를 혼합하여 압출기에 투입하고 40rpm의 속도로 압출(다이:115℃ 실린더:108℃스크류 80℃)한 후에, 210℃의 온도로 5분 동안 발포한 후에 50℃ 이하의 온도로 냉각하여 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다. 이의 외관을 촬영하여 도 5에 나타내었다.
<실시예 10>
상기 실시예 9와 동일하게 진행하되, 가교제 2 중량부를 혼합하여 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다.
<실시예 11>
상기 실시예 9와 동일하게 진행하되, 상기 실시예 1을 통해 제조된 마스터뱃치 8 중량부와 가교제 2 중량부를 혼합하여 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다.
<실시예 12>
상기 실시예 9와 동일하게 진행하되, 상기 실시예 1을 통해 제조된 마스터뱃치 12 중량부와 가교제 2 중량부를 혼합하여 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다.
<실시예 13>
상기 실시예 9와 동일하게 진행하되, 상기 실시예 6을 통해 제조된 마스터뱃치 12 중량부와 가교제 2 중량부를 혼합하여 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다.
<실시예 14>
상기 실시예 9와 동일하게 진행하되, 상기 실시예 7을 통해 제조된 마스터뱃치 12 중량부와 가교제 2 중량부를 혼합하여 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다.
<실시예 15>
상기 실시예 9와 동일하게 진행하되, 상기 실시예 8을 통해 제조된 마스터뱃치 12 중량부와 가교제 2 중량부를 혼합하여 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다.
<비교예 1>
폐폴리에틸렌 100 중량부 및 상기 비교 제조예 1을 통해 제조된 난연제 혼합물 60 중량부를 혼합하고 112℃의 온도와 28rpm의 속도로 18분 동안 78%의 충진률로 교반하면서 압출(S1:110℃ S2/3:106℃ 다이:114℃ 칠러:30℃)하고 펠릿화하는 과정을 통해 발포성 향상용 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
상기 비교예 1과 동일하게 진행하되, 폴리에틸렌과 폐폴리에틸렌이 8: 2로 혼합된 폴리에틸렌 및 제조예 1을 통해 제조된 난연제 혼합물 65 중량부를 사용하여 발포성 향상용 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물을 제조하였다.
<비교예 3>
폴리에틸렌 100 중량부, 상기 비교예 1을 통해 제조된 마스터뱃치 10 중량부, 발포제(아조디카본아마이드) 25 중량부, 및 가교제(다이큐밀퍼옥사이드) 1 중량부를 혼합하여 압출기에 투입하고 40rpm의 속도로 압출(다이:115℃ 실린더:108℃ 스크류 80℃)한 후에, 210℃의 온도로 5분 동안 발포한 후에 50℃ 이하의 온도로 냉각하여 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다.
<비교예 4>
상기 비교예 3과 동일하게 진행하되, 상기 비교예 2를 통해 제조된 마스터뱃치 10 중량부를 사용하여 폴리에틸렌 발포체를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 2를 통해 제조된 발포성 향상용 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물의 물성을 측정하여 아래 표 2 및 도 1에 나타내었다.
{단, 발포성 향상용 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물의 난연성은 한계산소지수 (limiting oxygen index; L.O.I) 분석으로 한계산소지수 시험기(FTT)를 이용하여 KS M ISO 4589-2에 준하여 측정하는 방법을 이용하였다.}
| 구분 | 난연성(L.O.I, %) | 수분함량(%) |
| 실시예 1 | 35.0 | 0.01 |
| 실시예 2 | 35.0 | 0.01 |
| 실시예 3 | 35.0 | 0.01 |
| 실시예 4 | 34.0 | 0.01 |
| 실시예 5 | 34.5 | 0.01 |
| 실시예 6 | 34.5 | 0.01 |
| 실시예 7 | 34.5 | 0.01 |
| 실시예 8 | 34.0 | 0.01 |
| 비교예 1 | 32.0 | ≤2.0 |
| 비교예 2 | 33.0 | ≤0.1 |
상기 표 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 8를 통해 제조된 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물은 난연성이 우수하면서도 수분함량이 낮아 난연성과 발포성이 우수한 폴리에틸렌 발포체를 제공할 수 있다.
더욱 상세하게는, 실시예 1 내지 3을 통해 제조된 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물은 난연성 혼합물을 구성하는 재료 중 하나로 사용되는 수산화마그네슘의 평균입도 변화에 따라 마스터뱃치의 난연성 변화를 확인할 수 있는데, 평균입도가 2 내지 3㎛ 범위 내에서 난연성(L.O.I)가 35.0%로 우수하였고, 수분함량도 0.01%를 나타내었다.
또한, 실시예 4는 난연제 혼합물에 함유되는 멜라민계 난연제의 함량이 상용성에 미치는 영향을 재확인하고자 한 것으로, 멜라민계 난연제의 함량이 증가할수록 난연성이 저하(L.O.I, -1%)됨을 재확인하였으며, 아래 도 1에 나타낸 것처럼, 상용성이 저하되는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 5는 폐폴리에틸렌 함량의 조절 시 난연성의 변화를 확인하기 위한 것으로, 폐폴리에틸렌의 함량이 늘어날수록 난연성이 저하(L.O.I, -0.5%)되는 것을 알 수 있다.
반면, 비교예 1 내지 2와 같이 폐폴리에틸렌만으로 이루어진 마스터뱃치나, 폴리에틸렌 신재와 폐폴리에틸렌의 함량 비율이 8: 2 이상인 마스터뱃치의 경우에는 상용성이 저하되고 수분함량이 높아 난연성 및 발포성이 저하될 가능성을 내포하고 있다.
또한, 상기 실시예 9 내지 15 및 비교예 3 내지 4를 통해 제조된 폴리에틸렌 발포체 조성물의 발포성과 난연성을 측정하여 아래 표 3 및 도 2에 나타내었다.
| 구분 | 발포성 | 난연성 | |||||
| 발포배율 | 밀도 (g/cm3) |
열전도율 (W/m.K) |
셀구조 | 표면상태 | L.O.I (%) | 수평 연소성 | |
| 실시예 9 | 42 | 0.025 | 0.040 | 닫힌 셀 | 양호 | 22.6 | HF-1 |
| 실시예 10 | 42 | 0.025 | 0.040 | 닫힌 셀 | 양호 | 22.6 | HF-1 |
| 실시예 11 | 41 | 0.026 | 0.041 | 닫힌 셀 | 양호 | 22.8 | HF-1 |
| 실시예 12 | 43 | 0.024 | 0.040 | 닫힌 셀 | 양호 | 22.5 | HF-1 |
| 실시예 13 | 42 | 0.025 | 0.040 | 닫힌 셀 | 양호 | 22.7 | HF-1 |
| 실시예 14 | 42 | 0.025 | 0.040 | 닫힌 셀 | 양호 | 22.5 | HF-1 |
| 실시예 15 | 43 | 0.024 | 0.040 | 닫힌 셀 | 양호 | 22.3 | HF-1 |
| 비교예 3 | 38 | 0.030 | 0.043 | 닫힌 셀 | 양호 | 22.4 | HF-1 |
| 비교예 4 | 40 | 0.028 | 0.042 | 닫힌 셀 | 양호 | 22.4 | HF-1 |
상기 표 3에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 9 내지 15를 통해 제조된 폴리에틸렌 발포체 조성물은 비교예 3 내지 4를 통해 제조된 폴리에틸렌 발포체 조성물에 비해 발포성과 난연성이 우수한 것을 알 수 있었다.
더욱 상세하게는 상기 실시예 10을 통해 제조된 폴리에틸렌 발포체 조성물은 상기 실시예 9에 비해 가교제의 함량이 2 중량부로 줄어든 경우인데, 상기 표 3 및 아래 도 2에서 확인되는 바와 같이 발포성 및 난연성에 변화가 없는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 가교제의 함량이 2 내지 3 중량부의 범위에서 적정 가교-발포반응이 원활하게 진행될 수 있음이 확인되었다. 이는 향후 난연도 상승이 필요할 경우, 난연제의 증량에 따른 내압 증가, 가공 시 발열량 증가 및 이로 인한 가교반응속도 증가로부터 셀 불균일성 증가 등이 야기됨을 고려할 때, 가교제의 함량 조절, 특히 감량 조절은 의미있는 결과인 것을 알 수 있었다.
또한, 실시예 11 및 12는 본 발명을 통해 제조된 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물의 함량에 따른 발포성 및 난연성의 변화를 확인한 것으로, 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물의 함량이 증가할수록 발포성은 향상되었고, 난연성은 미소하게 감소하였으나 기존 제품과 동등 이상의 수준을 나타내었다.
즉, 본 발명을 통해 제조된 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물의 함량이 8 내지 12 중량부의 범위 내에서는 양호한 발포성 및 난연성을 구현할 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 비교예 3 내지 4를 통해 제조된 폴리에틸렌 발포체 조성물은 폐폴리에틸렌의 함량이 지나치게 높아 발포성이 저하되며, 이로 인해 열전도율이 높아 단열성이 저하되는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 실시예 1을 통해 제조된 발포체(실시예 9) 및 비교예 2을 통해 제조된 발포체(비교예 4)의 상용성을 측정하여 아래 도 3에 나타내었다.
{단, 발포체의 상용성을 제조된 발포체의 단면 모폴로지(morphology)를 주사전자현미경으로 촬영하는 방법을 이용하였다.}
아래 도 3에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 발포체(실시예 9)는 폴리에틸렌 수지 난연제 혼합물의 상용성이 우수한 반면, 비교예 2를 통해 제조된 발포체(비교예 4)는 폐수지의 함량이 20%를 초과하여 상용성이 낮은 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물은 폐폴리에틸렌이 사용되어 친환경적 및 경제적이며, 폴리에틸렌 수지에 고르게 분산되어 균일한 난연성, 단열성 및 발포성을 나타내는 폴리에틸렌 발포체 조성물을 제공한다.
Claims (7)
- 폐폴리에틸렌 혼합물 100 중량부 및 난연제 혼합물 55 내지 70 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 폐폴리에틸렌 혼합물은 폴리에틸렌과 폐폴리에틸렌이 9: 1 내지 8.5: 1.5의 중량부로 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물. - 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 폐폴리에틸렌은 유리전이온도가 60 내지 65℃이며, 용융온도가 105 내지 118℃이고, 용융지수가 0.70 내지 0.80 g/10min인 것을 특징으로 하는 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 난연제 혼합물은 무기계 난연제 100 중량부에 인계 난연제 30 내지 35 중량부, 멜라민계 난연제 15 내지 35 중량부, 브롬계 난연제 0 내지 35 중량부 및 고분자계 난연제 0 내지 35 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물. - 청구항 3에 있어서,
상기 무기계 난연제는 평균입자크기가 1.5 내지 3.5㎛인 수산화마그네슘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물. - 폴리에틸렌 100 중량부, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항을 통해 제조된 발포성 향상용 친환경 폴리에틸렌 난연성 마스터뱃치 조성물 7 내지 13 중량부, 발포제 20 내지 30 중량부, 및 가교제 0.5 내지 3.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체 조성물.
- 청구항 6에 있어서,
상기 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체 조성물은 한계산소지수가 22.0 내지 23.0%이며, 열전도율이 0.36 내지 0.041W/m.k것을 특징으로 하는 난연성, 단열성 및 발포성이 향상된 폴리에틸렌 발포체 조성물.
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR101476317B1 (ko) | 2013-10-23 | 2014-12-29 | 한국내쇼날주식회사 | 폴리우루시올이 포함된 저밀도 폴리에틸렌 마스터배치 및 그 제조방법 |
| KR101933322B1 (ko) | 2017-12-06 | 2018-12-27 | 한화토탈 주식회사 | 발포체용 폴리에틸렌 수지 및 이로부터 제조된 성형품 |
-
2023
- 2023-02-06 KR KR1020230015383A patent/KR20240123445A/ko unknown
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