KR20170057537A - 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법 및 이에 의해 제조된 포장용 스티로폼 - Google Patents

발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법 및 이에 의해 제조된 포장용 스티로폼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법 및 이에 의해 제조된 포장용 스티로폼에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법은 발포폴리스티렌을 이용하여 제조된 스티로폼을 분쇄하여 일정한 입도를 가지는 발포폴리스티렌 입자로 제조하는 발포폴리스티렌 입자 제조단계(S100); 상기 발포폴리스티렌 입자와 혼합될 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말을 혼합하여 발포폴리스티렌 입자 혼합물을 제조하는 발포폴리스티렌 입자 혼합물 제조 단계(S200); 상기 혼합물에 용제와 바인더를 혼합하여 용해시키는 용제 및 바인더 혼합 단계(S300); 상기 용제 및 바인더가 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물과 균일하게 분산 혼합되도록 하기 위하여 교반기를 이용하여 혼합하는 교반 단계(S400); 및 상기 교반된 혼합물을 일정한 형상의 몰드에 투입하여 포장용 스티로폼을 제조하는 성형 단계(S500)를 포함한다.
상기한 구성에 의해 본 발명은 분쇄된 발포폴리스티렌 입자와 각종 첨가물을 혼합 성형함으로써, 제조비용을 절감할 수 있고 균열과 수축 현상 없이 단시간 내에 경화가 이루어지며 단열성능이 우수하고 화염에 안전하고, 화염에 접촉하였을 경우에도 기계적 및 물리화학적 강도를 확보할 수 있고 유독가스에 의한 화재 전파를 방지할 수 있으며 균열과 수축현상이 최소화되고 환경오염을 줄일 수 있다.

Description

발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법 및 이에 의해 제조된 포장용 스티로폼{MANUFACTURING METHOD FOR PACKING BOX USING EXPANDED POLYSTYRENE BEADS AND PACKING BOX MANUFACUURED BY THE SAME}
본 발명은 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법 및 이에 의해 제조된 포장용 스티로폼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분쇄된 발포폴리스티렌 입자와 각종 첨가물을 혼합 성형함으로써, 제조비용을 절감할 수 있고 균열과 수축 현상 없이 단시간 내에 경화가 이루어지며 소요되는 기계적 및 물리화학적 강도를 확보할 수 있는 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법 및 이에 의해 제조된 포장용 스티로폼에 관한 것이다.
발포폴리스티렌(Expanded polystyrene)은 스티렌 모노머를 중합하여 제조한 폴리스티렌수지 또는 그 공중합체 수지에 펜탄(pentane, C5H12)이나 부탄(butane, C4H10)과 같은 발포제를 첨가시켜 제조한 발포성 폴리스티렌 수지(Expandable polystyrene)를 가열하여 기포를 발생시켜 발포 수지로 만든 것으로서, 희고 가벼우며, 내수성, 단열성, 흡음성, 완충성이 뛰어나기 때문에, 포장재료, 건축재료 등에 널리 사용되고 있다.
이러한 발포폴리스티렌 제품의 성형공정을 살펴보면, 직경 0.2∼0.3mm의 조그마한 비드(bead)나 길이 약 2.5mm 정도의 펠릿(pellet) 형태로 공급되는 발포제를 함유하고 있는 폴리스티렌 또는 스티렌공중합체 수지를 발포하여 발포성 입자(비드)를 만든 다음, 이 발포성 입자를 숙성·건조하고, 숙성된 발포 입자를 형틀(mold)에 넣고 고온, 고압의 스팀으로 가열하여 원하는 형태로 성형하는 순으로 이루어진다.
이렇게 제조된 발포폴리스티렌은 전체 체적의 98%가 공기이고, 수지는 약 2%만을 차지하고 있으며, 플라스틱의 거품 속에 공기를 밀폐시킨 독특한 발포체 구조를 가지기 때문에, 우수한 완충성, 단열성, 흡음성, 경량성 등을 나타내어 다양한 활용성을 갖게 된다.
일반적으로 발포폴리스티렌의 발포 성형품은 높은 강도, 경량성, 완충성, 방수성, 보온성 및 단열성이 우수하여 가전제품의 포장상자, 농수산물 포장상자, 주택 건축용 단열재 등으로 사용되고 있다. 그 중에서 특히 발포폴리스티렌은 경량성, 보온서, 단열성으로 인해 국내 수요의 70% 이상이 주택 건축용 단열재 등으로 사용되고 있는데, 가전제품의 포장상자나 농수산물의 포장상자로도 점점 수요가 증가하고 있다.
예를 들어, 농수산물의 포장상자로 사용되는 발포폴리스티렌은 단열성, 경량성, 보온성 등으로 인하여 부패하기 쉬운 어패류(魚貝類), 육류(肉類), 농산물(農産物)과 같은 각종 물품들을 신선하게 유통시킬 수 있도록 할 수 있고, 가전제품의 포장상자로 사용되는 발포폴리스티렌은 높은 강도, 경량성, 완충성 등으로 인하여 운송되는 가전제품이 외부적인 충격에 의한 손상없이 안전하게 포장되어 운송될 수 있도록 한다.
그러나 이러한 발포폴리스티렌은 열에 매우 취약하며 화재 발생시 초기에 융해되어 화재를 전파시키는 매개체 역할을 할 뿐만 아니라, 연소시 발생하는 유독가스로 인하여 심각한 인명 피해를 일으키는 문제점이 있었는데, 가전제품의 포장상자나 농수산물의 포장상자로 안전하게 사용되기 위해서는 발포폴리스티렌의 난연화가 반드시 필요하며 기계적 물성의 저하가 최소화 되어야 한다.
종래에는 스티로폼의 난연성을 개선시켜 이들의 발화시간을 지연시키고 화염 전파가 더디게 진행되도록 하는 다양한 방법들이 제안되었다. 주로 사용되는 고분자의 난연화 방법에는 분자구조 변경을 통한 내열성 고분자의 제조(CPE, PVC 등), 난연 성분을 플라스틱 구조 내에 화학적으로 결합시키는 방법(반응형 난연제), 난연제를 고분자내에 물리적으로 첨가시키는 방법(첨가형 난연제), 난연제 코팅 또는 페인팅을 하거나 제품 디자인 변경을 통한 내열성 향상을 도모하는 방법 등이 있으며, 일반적인 난연화는 난연제를 첨가하는 것이 주를 이루고 있다.
예를 들어, 한국등록특허 제305,711호에는 발포 폴리스티렌 입자 표면에 할로겐화물, 인산화물 등의 난연제를 코팅하고 이를 발포 성형하여 제조된 난연 스티로폼 단열재가 개시되어 있고, 한국실용신안등록 제20-241745호에는 스티로폼 판재 양면에 알루미늄 시트, 직물 및 염화비닐의 3층 구조로 이루어진 불연소재를 접착제로 부착한 난연 스티로폼 단열재가 개시되어 있으며, 한국공개특허 제2001-0072979호에는 브롬화 유기 화합물로 이루어진 난연제를 첨가하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래의 난연 스티로폼들은 비경제적일 뿐만 아니라, 할로겐을 포함하고 있어 환경규제에 적절히 대처할 수 없고 제조방법도 복잡하며 난연 효과도 충분하지 않은 문제점이 있었다. 또한, 종래의 난연성 폴리머 발포체 조성물은 어느 정도의 난연성이 확보되어 있기는 하지만 조성물의 함량이 높거나 조성물 자체가 발포체의 기계적 물성을 저하시키기 때문에 가전제품의 포장상자나 농수산물의 포장상자와 같은 구조재로는 사용하기 어려운 문제점이 있었다.
국내등록실용 제20-0304380호(2003년 02월 03일 등록) 국내공개특허 제10-2006-0125300호(2006년 12월 06일 공개)
본 발명은 분쇄된 발포폴리스티렌 입자와 각종 첨가물을 혼합 성형함으로써, 제조비용을 절감할 수 있고 균열과 수축 현상 없이 단시간 내에 경화가 이루어지며 단열성능이 우수하고 화염에 안전한 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법 및 이에 의해 제조된 포장용 스티로폼을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 화염에 접촉하였을 경우에도 기계적 및 물리화학적 강도를 확보할 수 있고 유독가스에 의한 화재 전파를 방지할 수 있으며 균열과 수축현상이 최소화되고 환경오염을 줄일 수 있는 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법 및 이에 의해 제조된 포장용 스티로폼을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법은 발포폴리스티렌을 이용하여 제조된 스티로폼을 분쇄하여 일정한 입도를 가지는 발포폴리스티렌 입자로 제조하는 발포폴리스티렌 입자 제조단계(S100); 상기 발포폴리스티렌 입자와 혼합될 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말을 혼합하여 발포폴리스티렌 입자 혼합물을 제조하는 발포폴리스티렌 입자 혼합물 제조 단계(S200); 상기 혼합물에 용제와 바인더를 혼합하여 용해시키는 용제 및 바인더 혼합 단계(S300); 상기 용제 및 바인더가 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물과 균일하게 분산 혼합되도록 하기 위하여 교반기를 이용하여 혼합하는 교반 단계(S400); 및 상기 교반된 혼합물을 일정한 형상의 몰드에 투입하여 포장용 스티로폼을 제조하는 성형 단계(S500)를 포함한다.
상기 발포폴리스티렌 입자 제조단계(S100)에서 상기 발포폴리스티렌을 이용하여 제조된 스티로폼으로는 팽창된 스티로폼 구형 입자, 가공 성형된 판넬 또는 성형 중 폐기되는 발포폴리스티렌 스티로폼이 이용되고, 상기 스티로폼의 분쇄는 분쇄 칼날(knife bar)이 달린 커팅 밀(Cutting mill)을 이용하여 분쇄하고, 크기와 모양이 일정하지 않은 부정형으로 300 내지 800㎛의 입자 크기로 분쇄하여 사용할 수 있다.
상기 발포폴리스티렌 입자 혼합물 제조 단계(S200)에서 상기 첨가물로는 규산염, 알루미늄 실리케이트(Aluminium silicate) 및 단열성 분말이 사용되되, 상기 규산염은 규산나트륨, 규산칼륨 또는 규산리튬 중에서 어느 하나가 사용되고, 상기 규산염은 발포폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부가 포함되며, 상기 알루미늄 실리케이트는 상기 발포폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여 3 내지 8 중량부로 포함되고, 상기 단열성 분말은 흑연, 은, 구리, 주석, 알루미늄, 아연, 니켈, 티타늄, 마그네슘, 텅스텐, 규조토, 팽창질석, 제올라이트, 벤토라이트, 퍼라이트, 에어로겔 또는 탄소나노튜브 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용되고, 상기 발포폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
상기 용제 및 바인더 혼합 단계(S300)에서, 상기 용제로는 개질 리모넨 용제가 사용되고, 개질 리모넨 용제는 리모넨 용제 100 중량부에 대하여, 하이드록시 아파타이트, 활성 알루미나, 제올라이트, 백토 및 규조토로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물 5~15 중량부를 첨가하여 제조되며, 상기 바인더는 마그네슘 인산염계 무기질바인더가 사용되되, 상기 마그네슘 인산염계 무기질바인더는 마그네슘계 금속산화물, 인산염 및 실리카 화합물을 포함하고, 상기 개질 리모넨 용제는 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물 전체 100 중량부에 대해 80 내지 100 중량부가 포함되고, 상기 마그네슘 인산염계 무기질바인더는 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물 전체 100 중량부에 대해 10 내지 15 중량부가 포함될 수 있다.
상기 용제 및 바인더 혼합 단계(S300)는 난연보조제를 더 포함하되, 상기 난연보조제는 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물 전체 100 중량부에 대해 2 내지 5 중량부가 포함되고, 상기 난연보조제 입자의 평균 입경은 150 내지 250 메쉬이며, 상기 난연보조제는 산화안티몬(Sb2O3, Sb2O5), 수산화마그네슘, 보론산아연, 황산아연, 암모늄 폴리포스페이트(ammonium polyphosphate), 인계 난연제, 포스페이트류, 적인, 황토, 숯 및 팽창흑연으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 사용할 수 있다.
상기 교반 단계(S400)는 50 내지 65℃의 온도에서 500 내지 1000rpm의 교반속도로 1 내지 2시간 동안 수행될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 제조방법으로 제조된 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼을 포함한다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법은 분쇄된 발포폴리스티렌 입자와 각종 첨가물을 혼합 성형함으로써, 제조비용을 절감할 수 있고 균열과 수축 현상 없이 단시간 내에 경화가 이루어지며 단열성능이 우수하고 화염에 안전하다.
또한, 본 발명에 따른 발포폴리스티렌 입자를 이용하여 제조된 포장용 스티로폼은 화염에 접촉하였을 경우에도 기계적 및 물리화학적 강도를 확보할 수 있고 유독가스에 의한 화재 전파를 방지할 수 있으며 균열과 수축현상이 최소화되고 환경오염을 줄일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예는, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법은 발포폴리스티렌 입자 제조단계(S100), 발포폴리스티렌 입자 혼합물 제조 단계(S200), 용제 및 바인더 혼합 단계(S300), 교반 단계(S400) 및 성형 단계(S500)를 포함한다.
1. 발포폴리스티렌 입자 제조단계(S100)
상기 발포폴리스티렌 입자 제조단계(S100)는 발포폴리스티렌을 이용하여 제조된 스티로폼을 분쇄하여 일정한 입도를 가지는 발포폴리스티렌 입자로 제조하는 단계이다.
본 발명에서 상기 발포폴리스티렌을 이용하여 제조된 스티로폼으로는 팽창된 스티로폼 구형 입자, 가공 성형된 판넬 또는 성형 중 폐기되는 발포폴리스티렌 스티로폼이 이용될 수 있다.
또한, 상기 발포폴리스티렌 입자 제조단계(S100)에서 상기 스티로폼의 분쇄는 분쇄 칼날(knife bar)이 달린 커팅 밀(Cutting mill)을 이용하여 분쇄하고, 크기와 모양이 일정하지 않은 부정형으로 300 내지 800㎛의 입자 크기로 분쇄하여 사용할 수 있다.
2. 발포폴리스티렌 입자 혼합물 제조 단계(S200)
상기 발포폴리스티렌 입자 혼합물 제조 단계(S200)는 상기 발포폴리스티렌 입자와 혼합되어 물성을 향상시킬 수 있는 기능성 첨가물을 첨가하여 혼합물을 제조하는 단계이다.
본 발명에서 상기 첨가물로는 규산염, 알루미늄 실리케이트(Aluminium silicate) 및 단열성 분말이 사용될 수 있다.
상기 규산염은 규산나트륨, 규산칼륨 또는 규산리튬 중에서 어느 하나가 사용될 수 있다. 상기 규산염 중의 나트륨 및 칼륨 등의 알칼리금속은 비교적 저온에서도 경화를 증진시켜 주며 반응에 직접 참여하여 강도를 향상시키는 작용을 한다.
또한, 100℃ 이상의 열을 받게 되면 함유하고 있던 수분이 기화하여 부풀어 지면서 증발하게 되면 무기성 발포체를 구성할 수 있어서 단열효과까지 증가시키는 장점이 있다.
본 발명에서 상기 규산염은 발포폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부가 포함될 수 있는데, 상기 규산염이 5 중량부 미만으로 포함되면 상기와 같은 효과를 기대할 수 없으며, 15 중량부를 초과하면 첨가하면 분말이 서로 엉기게 되어 효과적으로 사용할 수 없게 된다.
상기 알루미늄 실리케이트는 미세한 중공체 분말로 탁월한 열반사와 열저항 기능이 있으며 용융점이 약 1800℃이며 피막의 압축강도가 3,000N/cm2 정도로 매우 단단한 구조로 이루어져 있어 내구성이 뛰어나며 반영구적 단열기능을 발휘할 수 있다. 본 발명에서 상기 알루미늄 실리케이트는 상기 발포폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여 3 내지 8 중량부로 포함될 수 있다.
상기 단열성 분말은 열전도성 물질, 또는 열 전달을 차단하여 단열 효과를 제공할 수 있는 다공성 물질로 제조된 분말 등일 수 있다. 예를 들어, 상기 단열성 분말은 흑연, 은, 구리, 주석, 알루미늄, 아연, 니켈, 티타늄, 마그네슘, 텅스텐, 규조토, 팽창질석, 제올라이트, 벤토라이트, 퍼라이트, 에어로겔 또는 탄소나노튜브 중에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나, 반드시 이에 제한하는 것은 아니다.
바람직하게는 상기 단열성 분말로 흑연, 규조토, 아연, 퍼라이트, 구리 및 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있고, 상기 단열성 분말은 상기 발포폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명에서 상기 단열성 분말이 0.5 중량부 미만으로 포함되면 소요되는 단열 효과를 얻을 수 없고, 5 중량부를 초과하여 포함되면 단열성 분말의 탈착으로 인하여 분진 문제와 강도 저하의 문제가 발생할 수 있다.
3. 용제 및 바인더 혼합 단계(S300)
상기 용제 및 바인더 혼합 단계(S300)는 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물에 용제와 바인더를 혼합하여 용해시키는 단계이다.
본 발명에서 상기 용제로는 발포폴리스티렌 입자의 용해성과 용해의 효율성 및 환경적인 측면을 고려하여 개질 리모넨 용제가 사용되고, 개질 리모넨 용제는 리모넨 용제 100 중량부에 대하여, 하이드록시 아파타이트, 활성 알루미나, 제올라이트, 백토 및 규조토로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물 5~15 중량부를 첨가한 것이 바람직하다.
상기 리모넨 용제의 개질제로 사용되는 화합물들은 리모넨이 갖고 있는 특유의 냄새를 줄여주는 역할을 하는데, 상기 개질제로는 하이드록시 아파타이트를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 하이드록시 아파타이트(HAP)는 인산칼슘계의 화합물로 항균제, 냄새 흡착제, 폴리머 현탁제 등으로 사용되며, 발포폴리스티렌을 안정한 졸 상태로 만드는 역할 뿐만 아니라, 용제의 계면장력을 감소시켜서 모노머(monomer)를 작고, 안정하게 분산시키고, 모노머 표면에 흡착하여 응집을 방지할 수 있다.
상기 바인더는 발포폴리스티렌 입자의 결합제 역할을 하는 것으로 마그네슘 인산염계 무기질바인더가 사용될 수 있는데, 상기 마그네슘 인산염계 무기질바인더는 고온에서 안정적인 마그네슘 인산염계 내화제를 구성하여 사용중 열적 변화에 따른 팽창을 억제해 주어 균열이 발생하지 않게 할 수 있다.
상기 마그네슘 인산염계 무기질바인더는 마그네슘계 금속산화물, 인산염 및 실리카 화합물을 포함할 수 있다. 상기 마그네슘 인산염계 무기질바인더에서 마그네슘계 금속산화물은 마그네슘 인산염 8 수화물, 산화 마그네슘(MgO), 사소 마그네시아(Dead Burned Magnesia), 경소 마그네시아(Light Burned Magnesia), 전융 마그네시아, 산화 알루미늄, 탄산마그네슘(MgCO3) 중 어느 하나이거나, 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 마그네슘 인산염계 무기질바인더에서 인산염은 제1 인산칼륨, 제2 인산칼륨, 제3 인산칼륨, 제1 인산나트륨, 제2 인산나트륨, 제3 인산나트륨, 제1 인산칼슘, 제2 인산칼슘, 제1 인산마그네슘, 제2 인산마그네슘, 인산 알루미늄 중 어느 하나이거나, 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 마그네슘 인산염계 무기질바인더에서 실리카 화합물은 규회석, 포크랜트 시멘트, 알루미나 시멘트, 플라이애쉬 시멘트, 고로 시멘트 중 어느 하나이거나, 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명에서 상기 개질 리모넨 용제는 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물 전체 100 중량부에 대해 80 내지 100 중량부가 포함되고, 상기 마그네슘 인산염계 무기질바인더는 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물 전체 100 중량부에 대해 10 내지 15 중량부가 포함될 수 있는데, 상기 개질 리모넨 용제와 마그네슘 인산염계 무기질바인더가 상기한 범위를 벗어나 포함되는 경우에는 강도발현이 이루어지지 않거나 원하는 단열효과를 기대하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서 상기 용제 및 바인더 혼합 단계(S300)는 난연성을 향상시키기 위하여 난연보조제가 사용될 수 있는데, 상기 난연보조제는 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물 전체 100 중량부에 대해 2 내지 5 중량부가 포함될 수 있다.
상기 난연보조제는 인체유해성을 감안하여 할로겐계를 완전히 배제하고 무기계, 질소계 및 인계 난연제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 난연보조제는 산화안티몬(Sb2O3, Sb2O5), 수산화마그네슘, 보론산아연, 황산아연, 암모늄 폴리포스페이트(ammonium polyphosphate), 인계 난연제, 포스페이트류, 적인, 황토, 숯 및 팽창흑연으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 사용할 수 있다.
또한, 상기 난연보조제 입자의 평균 입경은 150 내지 250 메쉬인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 발포폴리스티렌 입자와의 혼합 분산성이 좋지 않고 난연 효율이 기대에 미치지 못할 수 있다.
또한, 상기와 같은 난연보조제를 사용하는 것이 물성저하와 인체 유해성을 감안한 유독가스 및 연기밀도를 최소화할 수 있어 안정성 및 환경친화성을 확보할 수 있으며, 난연성을 증진시키는 효과를 나타내도록 할 수 있다.
4. 교반 단계(S400)
상기 교반 단계(S400)는 상기 용제 및 바인더가 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물과 균일하게 분산 혼합되도록 하기 위하여 교반기를 이용하여 혼합하는 단계이다.
상기 교반 단계(S400)는 50 내지 65℃의 온도에서 500 내지 1000rpm의 교반속도로 1 내지 2 시간 동안 수행될 수 있는데, 상기 교반 단계가 상기한 온도 범위를 벗어나 교반되는 경우에는 완전 혼합이 이루어지기 전에 겔 현상이 이루어져 바람직하지 않을 수 있다.
또한, 상기 교반 단계(S400)가 1000rpm을 초과하는 교반속도로 교반되는 경우에는 엉김현상이 일어나사 분산 혼합이 잘 이루어지지 않고, 500rpm 미만의 교반속도로 교반되는 경우에는 교반 효율이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
5. 성형 단계(S500)
상기 성형 단계(S500)는 상기 교반된 혼합물을 이용하여 포장용 스티로폼을 제조하는 단계로, 상기 포장용 스티로폼은 상기 교반된 혼합물을 일정한 형상의 몰드에 투입하여 원하는 크기, 두께 및 형상으로 성형한 후 경화시켜서 제조될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법에 대한 실시예를 들어 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
< 실시예 >
먼저, 성형 중 폐기되는 발포폴리스티렌 스티로폼을 준비한 후 커팅 밀을 이용하여 부정형으로 300 내지 800㎛의 입자 크기로 분쇄하여 발포폴리스티렌 입자를 제조하였다.
다음으로, 상기 발포폴리스티렌 입자에 규산나트륨, 알루미늄 실리케이트 및 벤토라이트를 혼합하여 혼합물을 제조하였는데, 상기 발포폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여 규산나트륨은 10 중량부, 알루미늄 실리케이트는 5 중량부, 벤토라이트는 2 중량부가 포함되도록 혼합하였다.
그 다음으로, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 개질 리모넨 용제 90 중량부와 마그네슘 인산염계 무기질바인더 12 중량부를 혼합한 후 난연성을 향상시키기 위하여 산화안티몬(Sb2O3, Sb2O5) 3 중량부를 더 혼합하였고, 상기 혼합물을 55℃의 온도에서 800rpm의 교반속도로 1시간 30분 동안 교반하였다.
이어서, 상기 교반 후 혼합물을 가전제품 포장상자 형상의 몰드에 투입하여 성형한 후 경화함으로써, 가전제품 포장용 스티로폼을 제조하였다.
< 비교예 >
성형 중 폐기되는 발포폴리스티렌 스티로폼을 이용하여 가전제품 포장용 스티로폼을 제조하여 비교예에 따른 포장용 스티로폼으로 사용하였고, 상기 비교예에 따른 가전제품 포장용 스티로폼은 실시예와 다르게 각종 첨가물이 혼합되지 않았다.
< 물성 평가 1 >
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 포장용 스티로폼을 사용하여 굽힘강도, 내수성, 성형성, 융착성을 평가하였으며, 그 결과를 [표 1]에 나타내었다.
상기 항목 중에서 굽힘강도는 KS M 3808에 규정된 굽힘강도 측정장치로 시험하였으며, 시험기준은 보온판 4호에 명시된 15/cm3 이상을 기준으로 하여, 그 이상이면 우수, 그 미만이면 불량으로 판단하였다.
내수성은 50℃로 설정된 항온수조에 각 발포 성형물에서 채취한 시료의 일부를 넣고 1시간 동안 침지한 후, 굽힘강도 측정기로 강도를 측정하여, 상기 굽힘강도와 동일한 기준으로 판단하였고 성형성은 성형 후의 제품의 상태를 수치변화와 육안으로 판단하였다.
융착성은 발포 성형품을 재단한 후, 표면의 평활도를 육안으로 판단한 것과 굽힘강도 측정치를 조합하여 종합적으로 판단하였다. 융착성의 판단기준은 외력을 가했을 때, 전체 파괴면에 대한 발포입자 상호간의 단면부분이 아닌 발포 입자 내부에서 파괴된 면적을 나타내는 것으로서, 이번 시험에서는 육안으로 발포 입자간 간격과 평활도를 확인하여 80% 미만인 제품을 불량으로 평가하였다.
구분 성형물의 형태 굽힘강도 내수성 성형성 융착성
실시예 형태안정성 좋음 우수 우수 우수 우수
비교예 표면 수축현상 발생 불량 불량 불량 불량
상기 [표 1]을 참조하면, 성형 중 폐기되는 발포폴리스티렌 스티로폼을 이용하고 각종 첨가물을 혼합하여 포장용 스티로폼을 제조한 실시예가 표면 수축 현상이 발생하지 않아 형태 안정성이 좋았고, 굽힘강도, 내수성, 성형성 및 융착성이 우수함을 확인할 수 있었다.
< 물성 평가 2 >
상기 실시예에 따라 제조된 포장용 스티로폼을 이용하여 KSM 3808-비드법 2종 시험방법으로 물성을 측정하였고, 밀도, 초기열전도율, 굴곡파괴하중, 압축강도, 흡수율 및 연소성에 대한 결과를 [표 2]에 나타내었다.
하기의 [표 2]를 참조하면, 실시예에 따라 제조된 포장용 스티로폼은 밀도, 초기열전도율, 굴곡파괴하중, 압축강도, 흡수율 및 연소성 등의 물성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
적합기준 실시예
KSM 3808-비드법 2종 시험 항목 밀도(kg/m3) 25 이상 26.7
초기열전도율(w/m·k) 0.032 이하 0.26
굴곡파괴하중(N) 30 이상 35
압축강도(N/cm2) 12 이상 16
흡수율(g/100cm2) 1.0 이하 0.5
연소성(연소시간) 120초 이내 0
연소성(연소길이) 60mm 이하 0
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (7)

  1. 발포폴리스티렌을 이용하여 제조된 스티로폼을 분쇄하여 일정한 입도를 가지는 발포폴리스티렌 입자로 제조하는 발포폴리스티렌 입자 제조단계(S100);
    상기 발포폴리스티렌 입자와 혼합될 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말을 혼합하여 발포폴리스티렌 입자 혼합물을 제조하는 발포폴리스티렌 입자 혼합물 제조 단계(S200);
    상기 혼합물에 용제와 바인더를 혼합하여 용해시키는 용제 및 바인더 혼합 단계(S300);
    상기 용제 및 바인더가 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물과 균일하게 분산 혼합되도록 하기 위하여 교반기를 이용하여 혼합하는 교반 단계(S400); 및
    상기 교반된 혼합물을 일정한 형상의 몰드에 투입하여 포장용 스티로폼을 제조하는 성형 단계(S500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발포폴리스티렌 입자 제조단계(S100)에서 상기 발포폴리스티렌을 이용하여 제조된 스티로폼으로는 팽창된 스티로폼 구형 입자, 가공 성형된 판넬 또는 성형 중 폐기되는 발포폴리스티렌 스티로폼이 이용되고, 상기 스티로폼의 분쇄는 분쇄 칼날(knife bar)이 달린 커팅 밀(Cutting mill)을 이용하여 분쇄하고, 크기와 모양이 일정하지 않은 부정형으로 300 내지 800㎛의 입자 크기로 분쇄하여 사용하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발포폴리스티렌 입자 혼합물 제조 단계(S200)에서 상기 첨가물로는 규산염, 알루미늄 실리케이트(Aluminium silicate) 및 단열성 분말이 사용되되,
    상기 규산염은 규산나트륨, 규산칼륨 또는 규산리튬 중에서 어느 하나가 사용되고, 상기 규산염은 발포폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여 5 내지 15 중량부가 포함되며,
    상기 알루미늄 실리케이트는 상기 발포폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여 3 내지 8 중량부로 포함되고,
    상기 단열성 분말은 흑연, 은, 구리, 주석, 알루미늄, 아연, 니켈, 티타늄, 마그네슘, 텅스텐, 규조토, 팽창질석, 제올라이트, 벤토라이트, 퍼라이트, 에어로겔 또는 탄소나노튜브 중에서 선택된 어느 하나 이상이 사용되고, 상기 발포폴리스티렌 입자 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 용제 및 바인더 혼합 단계(S300)에서,
    상기 용제로는 개질 리모넨 용제가 사용되고, 개질 리모넨 용제는 리모넨 용제 100 중량부에 대하여, 하이드록시 아파타이트, 활성 알루미나, 제올라이트, 백토 및 규조토로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 화합물 5~15 중량부를 첨가하여 제조되며,
    상기 바인더는 마그네슘 인산염계 무기질바인더가 사용되되, 상기 마그네슘 인산염계 무기질바인더는 마그네슘계 금속산화물, 인산염 및 실리카 화합물을 포함하고,
    상기 개질 리모넨 용제는 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물 전체 100 중량부에 대해 80 내지 100 중량부가 포함되고, 상기 마그네슘 인산염계 무기질바인더는 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물 전체 100 중량부에 대해 10 내지 15 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 용제 및 바인더 혼합 단계(S300)는 난연보조제를 더 포함하되,
    상기 난연보조제는 상기 발포폴리스티렌 입자, 규산염, 알루미늄 실시케이트 및 단열성 분말이 혼합된 혼합물 전체 100 중량부에 대해 2 내지 5 중량부가 포함되고, 상기 난연보조제 입자의 평균 입경은 150 내지 250 메쉬이며,
    상기 난연보조제는 산화안티몬(Sb2O3, Sb2O5), 수산화마그네슘, 보론산아연, 황산아연, 암모늄 폴리포스페이트(ammonium polyphosphate), 인계 난연제, 포스페이트류, 적인, 황토, 숯 및 팽창흑연으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 성분을 사용하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 교반 단계(S400)는 50 내지 65℃의 온도에서 500 내지 1000rpm의 교반속도로 1 내지 2 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼의 제조방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 입자를 이용한 포장용 스티로폼.
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