KR20170024178A - 기능성 첨가제가 분산된 영역을 포함하는 발포수지 접합체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기능성 첨가제가 분산된 영역을 포함하는 발포수지 접합체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 발포수지 접합체는 두께 방향과 수직 방향의 단일 평면을 기준으로, 각각의 수지 발포체 사이 계면에 기능성 첨가제를 별도로 분산시킨 구조로 형성하여, 발포 과정에서 일어날 수 있는 기능성 첨가제의 변형을 방지하고, 물성 안정성 및 압축 강도가 향상되고, 장기간 사용하여도 물성 변화율이 적은 발포수지 접합체를 제공할 수 있다.

Description

기능성 첨가제가 분산된 영역을 포함하는 발포수지 접합체{Formed resin assembly containing additive dispersed area}
본 발명은 기능성 첨가제가 분산된 영역을 포함하는 발포수지 접합체에 관한 것이다.
플라스틱　발포 성형체는 경량성, 완충성, 단열성, 성형성, 에너지절감 등의 유리한 특성으로 인하여 산업전반에 걸쳐 다양하게 이용되고 있다. 폴리스티렌, 폴리올레핀 또는 폴리 염화비닐과 같은 고분자는 비결정성으로 용융점도가 높으면서 동시에 온도 변화에 따른 점도변화가 적어, 발포가 용이한 특성을 가지고 있어, 단열재, 구조재, 완충재 및 포장 용기 등으로 다양하게 사용되고 있다. 그러나, 위 고분자들은 화재에 취약하고, 환경 호르몬이 방출되며 물리적 특성이 낮은 단점이 있다.
반면, 폴리에스테르는 친환경 소재로서, 기계적 특성이 우수하며, 내열성 및 내화학성 등이 우수한 장점이 있어, 경량 및 높은 물리적 특성이 요구되는 각종 분야에 적용이 가능하다.
그러나, 폴리에스테르는, 결정성 수지로서 용융하여 압출 발포하여 성형하기에 어려움이 있었다. 이에 대해, 기술의 발달로 폴리에스테르를 이용한 발포공정을 통하여 발포수지 접합체의 제조가 가능하게 되었다. 예를 들어, 미국등록특허 제5000991호에 폴리에스테르에 가교제를 첨가하여 압출 발포시킴으로써 발포수지 접합체를 제조하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 폴리에스테르 수지의 용융 점도가 높아 연속적인 압출 발포를 할 경우 상기 용융 수지의 점도 조절이 중요한데, 첨가제를 혼합할 경우, 용융 수지의 점도 조절이 더욱 어려워지는 문제점이 있다. 구체적으로, 폴리에스테르 수지의 압출 발포 공정 중에 별도의 기능성 첨가제를 혼입할 경우, 용융 수지의 점도가 낮은 경우에는, 발포제로 인해 발생된 기포가 수지 내로 포집되어 있기보다는 외부로 빠져나가고, 용융 수지의 점도가 높은 경우에는, 발생된 기포가 수지 내로 포집되기 어려워 발포 배율인 낮아지는 문제가 있다. 때문에 발포 배율이 낮아지고, 발포수지 접합체의 외관이 불량해질 수 있다.
미국등록특허 제5000991호
본 발명은 기능성 첨가제가 분산된 영역을 포함하는 발포수지 접합체에 관한 것으로, 물성 안정성 및 압축 강도가 우수한 발포수지 접합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
두께 방향과 수직 방향의 단일 평면을 기준으로,
n 개의 수지 발포체(n은 2 이상의 정수)가 접합된 구조이며,
k 번째 수지 발포체와 k+1 번째 수지 발포체(k는 1 내지 n-1의 정수)의 계면에는 기능성 첨가제가 분산된 구조인 발포수지 접합체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 발포수지 접합체는 두께 방향과 수직 방향의 단일 평면을 기준으로, 각각의 수지 발포체 사이 계면에 기능성 첨가제를 별도로 분산시킨 구조로 형성하여, 발포 과정에서 일어날 수 있는 기능성 첨가제의 변형을 방지하고, 물성 안정성 및 압축 강도가 향상되고, 장기간 사용하여도 물성 변화율이 적은 발포수지 접합체를 제공할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "셀"이란, 고분자 내 발포에 의해 팽창된 미세구조를 의미한다.
"발포체"란 압출에 의한 발포 및 비드 발포를 통틀어 의미할 수 있으며, 구체적으로, 본 발명에서 발포체는 압출에 의한 발포를 의미할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 기능성 첨가제가 분산된 영역을 포함하는 발포수지 접합체에 관한 것으로, 상기 발포수지 접합체의 하나의 예로서,
두께 방향과 수직 방향의 단일 평면을 기준으로,
n 개의 수지 발포체(n은 2 이상의 정수)가 접합된 구조이며,
k 번째 수지 발포체와 k+1 번째 수지 발포체(k는 1 내지 n-1의 정수)의 계면에는 기능성 첨가제가 분산된 구조인 발포수지 접합체를 제공할 수 있다.
구체적으로 상기 발포수지 접합체는, 두께 방향과 수직 방향의 단일 평면을 기준으로 다층의 수지 발포체가 적층되어 있고, 상기 각각의 수지 발포체 사이 계면에는 기능성 첨가제가 분산되어 다양한 기능이 부여된 발포수지 접합체를 제공할 수 있다.
예를 들어, 상기 발포수지 접합체는 2 개 이상, 2 내지 10 개, 2 내지 8 개, 2 내지 7 개 또는 3 내지 6 개의 수지 발포체를 포함할 수 있다.
기존에는, 수지를 발포할 때, 기능성 첨가제를 혼합하여 발포하였으나, 이는, 수지의 점도 조절을 어렵게 하여, 발포 배율 저하, 외관 불량, 압축강도 및 굴곡강도 저하 등의 문제점이 있었다.
이에 대해, 본 발명에 따른 발포수지 접합체는 발포한 수지를 이용하여 복수 개의 수지 발포체를 접합하여 형성하고, 상기 각각의 수지 발포체 사이 계면에 별도로 기능성 첨가제를 분산함으로써 상기 문제점을 해결할 수 있고, 공정 효율 및 자유도를 높일 수 있다.
하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포수지 접합체에 있어서, 각각의수지 발포체는, 동일한 성분 및 물성을 가질 수 있다. 이를 통해, 특정 물성을 효과적으로 향상시킨 발포수지 접합체를 제공할 수 있다.
또 하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포수지 접합체에 있어서, 각각의 수지 발포체는, 성분 및 물성이 상이하여 열전도도, 압축 강도, 굴곡 강도, 밀도 등의 물성이 상이할 수 있으며, 이를 통해 우수한 단열 특성과 더불어 강도 등의 다양한 물성을 동시에 향상시킨 발포수지 접합체를 제공할 수 있다.
또 하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포수지 접합체에 있어서, 각각의 수지 발포체 사이에 분산된 기능성 첨가제는, 동일한 성분 및 물성을 가질 수 있다. 이를 통해, 특정 물성을 효과적으로 향상시킨 발포수지 접합체를 제공할 수 있다.
또 하나의 예로서, 본 발명에 따른 발포수지 접합체에 있어서, 각각의 수지 발포체 사이에 분산된 기능성 첨가제는, 서로 다른 성분 및 물성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 각각의 기능성 첨가제는 단열제, 난연제, VOC 저감제, 친수화제, 방수제, 항균제, 소취제 또는 자외선 차단제 중 선택된 서로 다른 것일 수 있다. 이를 통해 우수한 단열 특성 및 강도와 더불어, 다양한 기능을 부여한 발포수지 접합체를 제공할 수 있다.
상기 수지 발포체 및 기능성 첨가제에 대하여 각각 예를 들어 설명하였다. 이때, 상기 예들은 독립적으로 실시되거나, 동시에 하나 이상의 예가 동시에 실시될 수 있다. 예를 들어, 각각의 수지 발포체는 성분 내지 물성이 동일하면서, 그 사이에 형성된 기능성 첨가제는 각각 동종 또는 다른 종이 사용될 수 있다. 또한, 각각의 수지 발포체의 성분 내지 물성이 상이하면서, 그 사이에 형성된 기능성 첨가제는 각각 동종 또는 다른 종이 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 발포수지 적층체는 복수 개의 수지 발포체를 두께 방향으로 적층하고, 각각의 수지 발포체 사이 계면에 기능성 첨가제를 분산시킨 후, 상기 두께 방향과 수직 방향으로 절단하는 방법으로 제조할 수 있다. 이때, 상기 두께 방향이란, 수지 발포체가 적층된 평면을 의미할 수 있다.
상기 발포수지 접합체의 적어도 일면은 기능성 코팅층이 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기와 같이 계면에 기능성 첨가제가 분산된 영역을 포함하는 복수 개의 수지 발포체를 두께 방향과 수직 방향으로 절단하고, 상기 절단된 발포수지 접합체의 적어도 일면에는 기능성 첨가제를 이용하여 기능성 코팅층을 더 형성할 수 있다. 이를 통해, 외부로부터의 단열, 방수, 항균, 내지 자외선 차단 등의 기능을 효과적으로 발휘할 수 있다.
발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나의 이상은 하기 일반식 1을 만족할 수 있다.
[일반식 1]
X/Y ≥ 1.5
상기 일반식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 수지 발포체의 굴곡강도(N/cm2)를 나타내고, Y는 (측정 기준)에 따른 수지 발포체의 밀도(kg/m3)를 나타낸다.
이때, 상기 수지 발포체의 밀도 대비 굴곡강도의 비는 상기 일반식 1을 만족할 수 있다. 예를 들어, 수지 발포체의 밀도 대비 굴곡강도의 비는 1.5 이상, 1.5 내지 2, 1.5 내지 1.8 또는 1.5 내지 1.7 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 발포수지 접합체는 상기 범위의 수지 발포체의 밀도 대비 굴곡강도의 비를 만족함으로써, 발포 배율이 높으면서 동시에 고강도인 발포수지 접합체를 구현할 수 있다.
상기 일반식 1에서, X는 30 내지 350 N/cm2이고, 상기 Y는 20 내지 230 kg/m3일 수 있다. 예를 들어, X(굴곡강도)는 40 내지 300 N/cm2, 60 내지 200 N/cm2, 90 내지 110 N/cm2, 90 내지 100 N/cm2 범위일 수 있고, Y(밀도)는 25 내지 200 kg/m3, 30 내지 150 kg/m3, 40 내지 75 kg/m3, 50 내지 75 kg/m3 또는 55 내지 65 kg/m3 범위일 수 있다.
발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나의 이상의 열전도도는 0.04 W/mK 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 수지 발포체의 열전도도는 0.01 내지 0.04 W/mK, 0.01 내지 0.035 W/mK 또는 0.02 내지 0.035 W/mK 범위일 수 있다. 본 발명에 따른 발포수지 접합체는 상기 범위 내의 낮은 열전도도를 갖는 수지 발포체를 포함함으로써, 우수한 단열성을 구현할 수 있다.
발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나 이상의 압축강도(KS M ISO 844)는 20 내지 300 N/cm2 일 수 있다. 구체적으로는, 상기 수지 발포체의 압축강도는 20 내지 250 N/cm2, 30 내지 150 N/cm2, 40 내지 75 N/cm2, 45 내지 75 N/cm2 또는 55 내지 70 N/cm2 범위일 수 있다. 예를 들어, 비드 발포의 경우에는 비드 형태의 수지를 금형에 넣고 발포하는 방법으로 수지 발포체를 제조하는 방법이며, 상기 비드 발포체는 압축 시험 시, 비교적 비드와 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등의 쉽게 일어난다. 반면, 본 발명의 하나의 예에 따른 수지 발포체는 압출 발포 방식으로 제조함으로써, 현저히 우수한 압축강도를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 면상 접합 적층체는, 다수의 수지 발포체를 이용하여 면상 적층된 다층의 수지 발포체를 형성하고, 상기 각각의 수지 발포체 사이에 별도로 기능성 첨가제를 분산함으로써 외부에서 장기간 사용에 따른 물성 저하를 방지할 수 있다.
예를 들어, 상기 발포수지 접합체는, 하기 일반식 2를 만족할 수 있다.
[일반식 2]
(W2 - W1)/W1 x 100 ≤ 8%
상기 일반식 2에서,
W1은, 발포수지 접합체를 외부에 노출시키기 전의 KS L 9016 조건 하에서 측정한 열 전도율을 의미하고,
W2는, 발포수지 접합체를 외부에 노출시키고 30일 경과 후의 KS L 9016 조건 하에서 측정한 열 전도율을 의미한다.
구체적으로, 상기 발포수지 접합체는, 30 일 동안 외부에 노출시켰을 때, 노출 전과 노출 후의 열 전도율 변화율이 8% 이하일 수 있다. 예를 들어, 노출 전과 노출 후의 열 전도율 변화율이 7% 이하, 5% 이하 또는 0.001 내지 5% 범위일 수 있다.
구체적으로, 기존의 발포 성형체는 장기간 외부에 노출 시, 물성이 저하되는 문제점이 있었으나, 본 발명에 따른 발포수지 접합체는, 수지 발포체 사이에 기능성 첨가제가 분산되어, 장기간 외부 노출 시에도 기능성 첨가제의 성능 저하를 방지할 수 있어, 물성을 장기간 유지할 수 있다.
발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나 이상은 폴리에스테르 수지의 발포체일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 테레프탈산과 1,4-부탄디올 축합중합 반응에 의하여 제조 가능하다. 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지는 방향족 혹은 지방족 폴리에스테르를 모두 포함한다. 다른 측면에서, 상기 폴리에스테르 수지는 난연 폴리에스테르, 생분해성 폴리에스테르, 탄성 폴리에스테르 및 재사용 폴리에스테르 등을 포함한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 수지 발포층은 PET(polyethylene terephthalate) 발포체일 수 있다.
발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나 이상은 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)일 수 있다. 이는, 상기 수지 발포체의 DIN ISO4590에 따른 측정값이 셀 중 90%(v/v) 이상이 폐쇄 셀임을 의미한다. 예를 들어, 상기 수지 발포체 중 폐쇄 셀의 비율은 평균 90 내지 100% 또는 95 내지 99%일 수 있다. 폐쇄 셀을 위의 범위로 제어함으로써 단열 특성 등을 높일 수 있다. 이를 통해, 상기 발포수지 접합체는 건축물의 일부, 예를 들어, 토대, 벽, 바닥 및/또는 지붕의 단열을 위해 건설 산업 등에 널리 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 수지 발포체의 셀 수는 1 mm2당 1 내지 30 셀, 3 내지 25 셀, 또는 3 내지 20 셀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀의 평균 크기는 100 내지 800 ㎛ 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 셀의 평균 크기는 100 내지 700 ㎛, 200 내지 600 ㎛ 또는 300 내지 600 ㎛ 범위일 수 있다.
이때, 셀 크기의 편차는 예를 들어, 5% 이하, 0.1 내지 5%, 0.1 내지 4% 내지 0.1 내지 3% 범위일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 수지 발포층은 균일한 크의 셀들이 균일하게 발포된 것을 알 수 있다.
발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나 이상은 압출 발포 성형체일 수 있다.
구체적으로, 발포 방법의 종류에는 크게 비드 발포 또는 압출 발포가 있다. 상기 비드 발포는, 일반적으로, 수지 비드를 가열하여 1차 발포시키고　이것을 적당한 시간 숙성 시킨 후 판모양, 통모양의 금형에 채우고 다시 가열하여　2차 발포에　의해 융착, 성형하여 제품을 만드는 방법이다.
반면, 압출 발포는, 수지를 가열하여 용융시키고, 상기 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하며, 비드 발포 시의 비드 사이에서 균열과, 입상 파괴 현상 등을 방지하여 보다 우수한 굴곡강도, 압축강도를 구현할 수 있다.
상기 기능성 첨가제는 단열제, 난연제, VOC 저감제, 친수화제, 방수제, 항균제, 소취제 및 자외선 차단제 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 각각의 수지 발포체 계면 사이에 분산될 수 있으며, 상기 기능을 구현할 수 있는 첨가제라면 특별히 한정되지 않는다.
상기 단열제는, 탄소질 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 단열제로는 흑연, 카본 블랙, 그래핀 등을 포함할 수 있고, 구체적으로, 흑연일 수 있다.
또한, 난연제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 브롬 화합물, 인 화합물, 안티몬 화합물 및 금속 수산화물 등을 포함할 수 있다. 상기 브롬 화합물은, 예를 들어, 테트라브로모 비스페놀 A 및/또는 데카브로모디페닐에테르 등을 포함한다. 상기 인 화합물은 방향족 인산에스테르, 방향족 축합 인산에스테르, 할로겐화 인산에스테르 및/또는 적인 등을 포함하고, 안티몬 화합물은 삼산화안티몬 및 오산화안티몬 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 수산화물에 있어서의 금속 원소로서는, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 니켈(Ni), 코발트(Co), 주석(Sn), 아연(Zn), 구리(Cu), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 붕소(B) 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 그 중에서도, 알루미늄 또는 마그네슘의 금속 수산화물을 사용할 수 있다. 금속 수산화물은, 1 종의 금속 원소로 구성되거나, 2 종 이상의 금속 원소로 구성될 수 있다. 예를 들어, 금속 수산화물로서는, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 VOC 저감제는, 그라프(Graf) 및/또는 박토스터 알렉신(Bactoster Alexin) 등을 포함할 수 있다. 이때, 박토스터 알렉신은 프로폴리스에서 추출한 천연 살균 소재인 것을 특징으로 한다.
상기 친수화제는 특별히 한정되지 않으며, 음이온계　계면　활성제(예를 들어, 지방산염, 알킬황산에스테르염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰 산염, 알킬술포숙신산염, 폴리옥시에틸렌알킬황산에스테르염 등), 비이온계　계면　활성제(예를 들어, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 등의 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비톨 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 알킬알칸올아미드 등), 양이온계 및 양성 이온계　계면　활성제(예를 들어, 알킬아민염, 제 4 급 암모늄염, 알킬베타인, 아민옥사이드 등) 및 수용성 고분자 또는 보호 콜로이드(예를 들어, 젤라틴, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌블록코폴리머, 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 알긴산나트륨, 폴리비닐알코올 부분 비누화물 등) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 방수제의 종류는, 특별히 한정되는 것은 아나며, 예를 들어, 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴르클로로프렌 계열, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리 우레텐 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 항균제의 종류는, 예를 들어, 하이드록시아파타이트, 알루미나, 실리카, 티타니아, 제올라이트, 인산지르코늄 및 폴리인산알루미늄 중 1종 이상의 담체에 은, 아연, 동 및 철 중 1종 이상의 금속을 첨가시킨 복합체를 포함할 수 있다.
상기 소취제는 다공성 물질을 사용할 수 있다. 다공성 물질은 특성상 그 주위에 흐르는 유체를 물리적으로 흡착하려는 성질이 강하기 때문에, 휘발성 유기화합물(VOC)의 흡착이 가능하다. 상기 소취제는, 예를 들어, 실리카, 제올라이트 및 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Zn), 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 소취제의 입자크기는, 1 내지 20 ㎛일 수 있으며, 예를 들어, 1 내지 10 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 소취제 입자의 크기가 20 ㎛를 초과하면 발포체의 제조시, 발포체의 표면에 핀홀이 발생하여 제품의 품질 저하가 발생하는데, 상기 수치범위를 만족하게 되면, 비표면적의 증가로 인해 유해물질의 흡착력이 증가한다.
또한, 자외선 차단제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 유기계 또는 무기계　자외선　차단제일 수 있으며, 상기 유기계　자외선　차단제의 예로는 p-아미노벤조산 유도체, 벤질리데네캠포 유도체, 신남산 유도체, 벤조페논 유도체, 벤조트리아졸 유도체 및 이들의 혼합물을 들 수 있고, 상기 무기계　자외선　차단제의 예로는 이산화티탄, 산화아연, 산화망간, 이산화지르코늄, 이산화세륨 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 기능성 첨가제는 무기물 및/또는 유기물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 무기물은 흑연, 카본 블랙, 알루미늄, 제올라이트 및 은 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
유기물의 경우에는, 기존의 수지 발포 전, 기능성 첨가제를 혼합한 후, 수지와 기능성 첨가제를 함께 발포하는 방법과는 다르게, 본 발명에서는 압출 발포 방법으로 다수의 수지 발포체를 제조하고, 상기 각각의 수지 발포체 사이에 별도로 기능성 첨가제를 분산하기 때문에, 사용하는 유기물의 끓는 점에 대한 제약이 없다.
구체적으로, 기존의 수지와 기능성 첨가제를 혼합하여 발포하는 경우에는, 약 200 내지 250℃에서 진행되는 발포 과정 때문에, 기능성 첨가제의 물성 저하를 방지하기 위해서는 끓는 점이 250℃ 이상인 기능성 첨가제를 사용하여야 했다. 하지만, 본 발명은 발포와는 별도로, 기능성 첨가제를 수지 발포체에 분산하므로, 이때 사용되는 유기물 기능성 첨가제는 끓는 점에 제약 없이 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기물은 인계 난연제를 포함할 수 있다.
상기 기능성 첨가제가 분산된 영역과 기능성 첨가제가 분산되지 않은 영역의 두께비는 1:100 내지 10:100일 수 있다. 예를 들어, 상기 두께비는 2:100 내지 8:100, 3:100 내지 5:100 범위일 수 있다.
이때, 상기 기능성 첨가제가 분산되지 않은 영역의 두께는 1 내지 300 mm, 5 내지 300 mm, 5 내지 200 mm 또는 10 내지 100 nm 범위일 수 있다. 또한, 기능성 첨가제가 분산된 영역의 두께는 0.1 내지 20 mm, 0.1 내지 8 mm, 0.5 내지 5 mm 범위일 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 발포수지 접합체는 상대적으로 얇은 두께에도 불구하고 우수한 굴곡강도, 압축강도, 단열성 등의 특성을 구현할 수 있다는 걸 알 수 있다. 또한, 발포수지 접합체의 경량화가 가능하며, 생산 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 발포수지 접합체의 제조방법은 특별히 한정되지 않으나,
수지 발포체 및 상기 수지 발포체 상에 기능성 첨가제를 분산시키는 단계를 교대 반복 수행하는 단계;
교대 반복 수행하여 제조한 적층체 상부면에 수지 발포체를 형성하는 단계; 및
상기 제조된 상부면에 수지 발포체가 형성된 적층체를 두께 방향과 수직 방향으로 절단하는 단계를 통해 제조할 수 있다.
또한, 상기 제조된 상부면에 수지 발포체가 형성된 적층체를 두께 방향과 수직 방향으로 절단하는 단계 후에,
상기 절단면에 기능성 첨가제를 이용하여 기능성 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 수지 발포체를 형성하는 방법은,
수지 용융물에 발포제를 혼입하여 발포성 용융물을 형성하는 단계;
상기 발포성 용융물을 압출 발포하여 수지 발포층을 형성하는 단계; 및
형성된 수지 발포층의 적어도 일면에 기능성 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 발포성 용융물은, 수지를 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계; 및 상기 수지 용융물에 발포제를 혼입하여 발포성 용융물을 형성하는 단계를 통해 제조 가능하다.
구체적으로, 수지를 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계는,
수지를 120 내지 150℃ 조건에서 건조하여 수분을 제거하는 단계 및
제1 압출기에서 수지를 250 내지 290℃ 범위로 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계를 통해 수행될 수 있다.
상기 제1 압출기에서 수지를 가열할 때, 수지와 함께, 증점제, 기핵제 및 열안정제 등의 기타 첨가제를 더 혼합할 수 있다. 이때, 상기 기타 첨가제의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
상기 발포성 용융물을 압출하면서 발포하여 수지 발포체를 형성하는 단계는,
발포제가 포함된 용융물을 제2 압출기를 통해 발포가 용이하도록 220 내지 260℃에서 냉각시키는 단계; 및
상기 발포성 용융물을 다이(Die)를 통과시켜 발포하는 단계를 통해 수행될 수 있다. 이때, 상기 수지 발포체는 캘리브레이터(Calibrator)를 이용하여 형태를 유지할 수 있다.
이렇게 제조된 수지 발포체에 기능성 첨가제를 분산시킨 후, 면상 접합 적층 시키는 공정을 반복함으로써, 최종 제품 내에 기능성 첨가제 분산 영역이 여러 영역으로 존재하는 면상 접합 적층체를 제조할 수 있다.
이때, 수지는 상기 설명한 바와 동일할 수 있고, 발포제는 열분해성 발포제, 휘발성 발포제 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 열분해성 발포제로는 예를 들어, 탄산수소나트륨을 포함하는 무기계 발포제, 아조화합물, 니트로소화합물, 히드라진 화합물 등을 포함할 수 있다. 또한, 휘발성 발포제로는 예를 들어, 탄산 가스나 질소와 같은 불활성 가스, 프로판, 부탄, 헥산, 메탄 등과 같은 유기 발포제를 포함할 수 있다. 이때, 열분해성 발포제 또는 휘발성 발포제를 사용하는 경우에는 고배율의 발포수지 접합체를 얻을 수 있는 장점이 있다.
상기 수지를 가열하여 수지 용융물을 형성하는 단계에서, 기핵제, 열 안정제 및/또는 증점제 등을 더 포함할 수 있다. 이때, 각각의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
예를 들어, 기핵제는 탈크, 마이카, 실리카, 규조토, 알루미나, 산화티탄, 산화 아연, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄, 수산화 칼슘, 탄산칼륨, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 황산칼리 움, 황산바륨, 탄산수소나트륨, 그라스 비드 등의 무기 화합물; 폴리테트라플루오로에틸렌, 아조다이카본아미드 등의 유기 화합물; 탄산수소나트륨과 구연산과의 혼합물; 및 질소 등의 불활성 가스 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 열 안정제는, 5가 또는/및 3가의 인 화합물이나, 힌더드 페놀계 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 5가 또는/및 3가의 인 화합물은, 트리메틸포스파이트, 인산, 아인산, 트리스(2,4-디-tert-부틸 페닐) 포스파이트을 포함할 수 있고, 힌더드 페놀계 화합물은, 펜타에리트리톨-테트라키스［3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온 에스테르(propionate)］, 1,1,3-트리스(2-메틸-4-하이드록시-5-tert-부틸 페닐) 부탄, 옥타데실-3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피온 에스테르(propionate), N,N~-헥사메틸렌비스(3,5-tert-부틸-4-히드로키시히드로신나마미드), 에틸렌비스(옥시에틸렌) 비스［3-(5-tert-부틸-4-하이드록시-m-트릴) 프로피온 에스테르(propionate)］ 및 N,N~헥산-1,6-디일비스［3-(3,5 디-tert-부틸-4-히드로키시페니르프로피오나미드) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 증점제는, 에폭시기를 함유하는 화합물, 산무수물을 함유하는 화합물, 옥사졸린기를 함유하는 화합물, 이소시아네이트기를 함유하는 화합물, 카르보디이미드 화합물, 및 비소성의 고분자량 PTFE 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
이때, 수지 발포체 및 상기 수지 발포체 상에 기능성 첨가제를 분산시키는 단계를 교대 반복 수행하는 단계는, 2 내지 9회 교대 반복 수행될 수 있다.
이와 같은 과정을 교대 반복한 적층제의 상부면에 다시 상기와 같은 방법으로 수지 발포체를 형성하고, 상기 제조된 상부면에 수지 발포체가 형성된 적층체를 두께 방향과 수직 방향으로 절단함으로써, 본 발명에 따른 발포수지 접합체를 제조할 수 있다.
이때, 상기 수지 발포체 사이의 접합은, 가열을 통한 용융 접합을 통해 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 발포수지 접합체는 다양한 기능을 효과적으로 구현할 수 있어, 이는 여러가지 용도로 사용되며, 예를 들어, 단열제로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
PET 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 중량부, PMDA(pyromellitic dianhydride) 1 중량부, 탈크(talc) 1 중량부, Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 탄산 가스를 혼합한 후, 수지 용융물을 제2 압출기로 보내 220℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 10 mm의 두께로 수지 발포체를 형성하였다.
그런 다음, 상기 수지 발포체를 캘리브레이터로 고정하여 일정한 형태를 유지시키고, 상기 수지 발포체 상부면에, 약 0.2 mm의 두께로 흑연(graphite) 코팅액을 부여하였다.
이와 같은 수지 발포체를 형성하는 단계와 기능성 첨가제를 흑연 코팅액을 부여하는 단계를 100회 반복 수행하였고, 각각의 수지 발포체의 코팅액이 부여되지 않은 하부면에 270℃ 이상의 열을 가하여 표면을 용융시켜 면상 적층하여 100층의 수지 발포체가 형성된 면상 접합 적층체를 제조하였다.
그런 다음, 상기 면상 접합 적층체를 두께 방향의 수직 방향으로 절단한 후, 절단 면에 흑연을 이용하여 기능성 코팅층을 형성하여, 본 발명에 따른 발포수지 접합체를 제조하였다.
비교예 1
PET 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 중량부, PMDA 1 중량부, 탈크 1 중량부, Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. . 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 탄산 가스를 혼합한 후, 수지 용융물을 제2 압출기로 보내 220℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 10 mm의 두께로 수지 발포체를 형성하였다.
그런 다음, 상기 수지 발포체를 캘리브레이터로 고정하여 일정한 형태를 유지시켰다.
이런 방법으로 100개의 수지 발포체를 형성하고, 각각의 수지 발포체의 일면에 270℃ 이상의 열을 가하여 표면을 용융시켜 100층의 수지 발포체를 면상 적층하였다.
그런 다음, 상기 면상 접합 적층체를 두께 방향의 수직 방향으로 절단한 후, 절단 면에 흑연을 이용하여 기능성 코팅층을 형성하여, 본 발명에 따른 발포수지 접합체를 제조하였다.
비교예 2
PET 수지 100 중량부를 130℃에서 건조하여 수분을 제거하였고, 제1 압출기에 상기 수분이 제거된 PET 수지 중량부, PMDA(pyromellitic dianhydride) 1 중량부, 탈크(talc) 1 중량부, Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 탄산 가스를 혼합한 후, 수지 용융물을 제2 압출기로 보내 220℃로 냉각하였다. 냉각된 수지 용융물은 다이(Die)를 통과하면서 압출 발포하여 10 mm의 두께로 수지 발포체를 형성하였다.
그런 다음, 상기 수지 발포체를 캘리브레이터로 고정하여 일정한 형태를 유지시키고, 상기 수지 발포체 상부면에, 약 0.4 mm의 두께로 흑연(graphite) 코팅액을 부여하였다.
이와 같은 수지 발포체를 형성하는 단계와 기능성 첨가제를 흑연 코팅액을 부여하는 단계를 5회 반복 수행하였고, 각각의 수지 발포체의 코팅액이 부여되지 않은 하부면에 270℃ 이상의 열을 가하여 표면을 용융시켜 면상 적층하여 5층의 수지 발포체가 형성된 면상 접합된 구조의 발포수지 접합체를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 흑연을 분산시키는 과정을 수행하지 않고, 수지 발포체 만을 적층 접합한 후, 접합된 수지 발포체를 두께 방향의 수직 방향으로 절단하여 발포수지 접합체를 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 수지 발포 시, 수지 100 중량부를 기준으로 흑연 0.2 중량부를 혼합하여 발포를 수행하여 수지 발포체를 제조하였고, 별도의 흑연의 분산 과정을 수행하지 않고, 상기 제조된 수지 발포층 만을 접합하여 발포수지 접합체를 제조하였다.
실험예 1: 셀 특성 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 발포수지 접합체 대하여, 셀 크기 및 셀 크기의 편차를 측정하였다. 구체적으로, 발포수지 접합체를 SEM 촬영하여 셀 크기를 측정하였고, 가로 2 mm와 세로 2 mm 내의 셀 크기의 편차를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
셀 크기 (㎛) 셀 크기 편차 (%)
실시예 1 300 5% 이하
비교예 1 300 5% 이하
비교예 2 300 5% 이하
비교예 3 300 5% 이하
비교예 4 530 21%
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 발포수지 접합체는 셀 크기가 300 ㎛ 수준이고, 셀 크기 편차가 5% 이하로, 매우 균일하게 발포가 된 것을 확인할 있다.
이에 대해, 수지 발포 시, 흑연을 첨가한 비교예 4의 경우, 셀 크기가 500 내지 600 ㎛ 수준으로 증가하고, 셀 크기 편차가 최고 21%로, 발포가 균일하게 일어나지 않은 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2: 물성 측정
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 제조한 발포수지 접합체에 대하여, 단열성, 열 전도율 변화율, 밀도 및 압축 강도와 같은 물성을 측정하였다. 측정 방법은 하기 기재하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
1) 열 전도율 측정(단열성 측정)
KS L 9016 조건 하에서 열 전도율을 측정하였다.
2) 열 전도율 변화율
초기 열 전도율과, 30일 동안 외부에 노출한 후의 열 전도율(장기 열 전도율)을 측정하였을 때, 열 전도율 변화율을 통해 확인하였다.
3) 밀도 측정
KS M ISO 845 조건 하에서 밀도를 측정하였다.
4) 압축강도 측정
KS M ISO 844 조건 하에서 압축강도를 측정하였다.
초기 열 전도율
(W/mK)		 장기 열 전도율
(W/mK)		 열 전도율 변화율
(%)		 밀도 (kg/m3) 압축강도
(N/cm2)
실시예 1 0.031 0.031 0 60 60
실시예 2 0.031 0.031 0 60 50
비교예 1 0.031 0.034 9.6 60 60
비교예 2 0.031 0.031 0 60 30
비교예 3 0.034 0.037 8.8 60 60
비교예 4 0.032 0.35 993.8 60 20
상기 표 2를 통해, 본 발명에 따른 발포수지 접합체는 장기간 외부에 노출한 후에도 단열 특성이 우수하며, 우수한 압축강도를 구현할 수 있었다. 반면, 비교예의 경우에는 외부에 장기간 노출 시, 열 전도율에 변화가 있었고, 최고 993.8%까지 열 전도율이 증가하여, 장기간 사용 시 단열성이 저하되는 문제가 있는 것을 알 수 있고, 물성 안정성과 압축강도가 동시에 구현되지 못하는 것을 알 수 있었다.

Claims (12)

  1. 두께 방향과 수직 방향의 단일 평면을 기준으로,
    n 개의 수지 발포체(n은 2 이상의 정수)가 접합된 구조이며,
    k 번째 수지 발포체와 k+1 번째 수지 발포체(k는 1 내지 n-1의 정수)의 계면에는 기능성 첨가제가 분산된 구조인 발포수지 접합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발포수지 접합체의 적어도 일면은 기능성 코팅층이 형성된 발포수지 접합체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나의 이상은 하기 일반식 1을 만족시키는 다층 발포수지 접합체:
    [일반식 1]
    X/Y ≥ 1.5
    상기 일반식 1에서 X는 KS M ISO 844에 따른 수지 발포체의 굴곡강도(N/cm2)를 나타내고, Y는 KS M ISO 845에 따른 수지 발포체의 밀도(kg/m3)를 나타낸다.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 X는 30 내지 350 N/cm2이고, 상기 Y는 20 내지 230 kg/m3인 다층 발포수지 접합체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나 이상의 열전도도는 0.04 W/mK 이하인 다층 발포수지 접합체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나 이상의 압축강도(KS M ISO 844)는 20 내지 300 N/cm2 인 발포수지 접합체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    하기 일반식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 발포수지 접합체:
    [일반식 2]
    (W2 - W1)/W1 x 100 ≤ 8%
    상기 일반식 2에서,
    W1은, 발포수지 접합체를 외부에 노출시키기 전의 KS L 9016 조건 하에서 측정한 열 전도율을 의미하고,
    W2는, 발포수지 접합체를 외부에 노출시키고 30일 경과 후의 KS L 9016 조건 하에서 측정한 열 전도율을 의미한다.
  8. 제 1 항에 있어서,
    발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나 이상은 폴리에스테르 수지의 발포체인 발포수지 접합체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나 이상은 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)인 발포수지 접합체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    발포수지 접합체를 구성하는 수지 발포체 중 적어도 하나 이상은 압출 발포 성형체인 발포수지 접합체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능성 첨가제는 단열제, 난연제, VOC 저감제, 친수화제, 방수제, 항균제, 소취제 및 자외선 차단제 중 1 종 이상을 포함하는 발포수지 접합체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능성 첨가제가 분산된 영역과 기능성 첨가제가 분산되지 않은 영역의 두께비는 1:100 내지 10:100인 발포수지 접합체.
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