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KR101772761B1 - 셀 균일도와 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치 및 그 제조방법 - Google Patents

셀 균일도와 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101772761B1 KR1020150137342A KR20150137342A KR101772761B1 KR 101772761 B1 KR101772761 B1 KR 101772761B1 KR 1020150137342 A KR1020150137342 A KR 1020150137342A KR 20150137342 A KR20150137342 A KR 20150137342A KR 101772761 B1 KR101772761 B1 KR 101772761B1
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(주)인테크놀로지
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Abstract

본 발명은 셀 균일도 및 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치 및 제조방법에 관한 것으로 최소량의 고분자 재료를 사용하여 폴리스틸렌 발포에 적용 시 이종 수지 및 성분의 혼입을 최소화함으로써 발포된 셀 입자 크기를 균일하게 하여 기계적 물성 변화를 최소화하고, 발포 시 성형불량을 최소화하는 동시에 고난연성을 확보하기 위한 난연제 함량을 최대한 높인 폴리스틸렌 발포용 난연 마스터배치를 용이하게 제조할 수 있다

Description

셀 균일도와 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치 및 그 제조방법{Flame retardant master batch of expanded polystyrene with enhanced cell uniformity and flame-resistance, and a method of the manufacturing}
본 발명은 셀 균일도(cell uniformity)와 난연성(flame-resistance)이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치(flame retardant master batch) 및 그 제조방법에 관한 것이다.
예로부터 널리 사용해온 목재(wood), 가죽(leather), 섬유(textile) 등은 대부분 고분자(polymer) 물질임과 동시에 다공질(porous) 물질이었다.
인공적으로 만들어진 최초의 발포체(foam)는 독일의 한스 플레우머(Hans Pfleumer)에 의한 천연고무 라텍스 폼(latex foam) 이었으며, 이후 합성고무(synthetic rubber) 라텍스 등이 발포체의 원료로 응용되었다.
제2차 세계대전을 거치면서 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polyp ropylene), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리우레탄(polyurethane)과 같은 탄성이 있는 고분자가 등장하였다.
다공성(porosity) 재료는 충격 시 에너지 흡수, 전자기차폐, 흡음 및 소음 진동 방지 등의 목적으로 자동차, 전자제품 등 여러 분야에서 응용되고 있다.
현재 다공성 재료는 크게 금속(metal)과 고분자(polymer) 계로 나눌 수 있으며, 고분자계 다공성 재료는 주로 반응사출성형(reaction injection moulding)으로 제조되고 있다.
최근에는 발포기술의 발전과 함께 발폴폴리프로필렌(expanded polypropylene) 및 발포폴리스틸렌(expanded polystyrene)에 대한 사용이 증대되면서 자동차 범퍼를 구성하는 부품은 철강재료 대신 플라스틱 또는 비철재료로 대체 되어가고 있는 추세이다.
발폴폴리프로필렌은 비드 폼(bead foam)이면서, 내충격성 및 내구성이 우수한 것으로 알려져 있다.
발포폴리스틸렌은 범용플라스틱의 일종인 폴리스틸렌에 포함되며 낮은 열전도율 때문에 단열재로 사용되기도 하면서 외부 충격에 완충 효과가 우수하다.
또한 발포 고분자 중에서 밀도가 가장 낮고, 재사용이 가능하여, 전자제품 및 기타 제품의 포장재로도 많이 사용되고 있다.
최근 고분자 제품에 대한 사회적 요구는 안전성, 폐기처리와 함께 재활용으로 요약될 수 있으며, 향후 제품을 최종처리 하는데 있어서 사회적 문제에 대한 책임을 업체들에 묻는 범위가 넓어져, 환경 규격이나 규제에 적극 대응할 수 있는 업체들이 우위에 서게 될 것으로 보인다.
고분자재료 발포체는 합성수지 내부에 작은 기포를 무수히 많이 형성시킨 것으로 유연성(flexibility), 경량성(light-weight), 내충격성(impact resistance), 화학적 안정성(chemical resistance), 전기 절연성(electrical insulation), 단열성(thermal insulation), 방음성(soundproof) 등이 좋고 가벼워서 방음방진재료, 건축재료, 자동차 등 수송기기의 내장재료, 전기제품재료, 쿠션재료, 부양재료, 포장재료, 완충재료, 단열재료 및 경량 구조재료 등으로 널리 사용된다.
근래 자동차 부품 또는 건축 재료에는 난연성 또는 자기 소화성을 갖는 재료에 대한 요구가 증가되고 있으나, 고분자재료 발포체는 본질적으로 높은 연소열과 가연성(flammability)을 나타내어 화재와 정전기의 스파크(spark) 등에 의해서도 쉽게 연소해 버리는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 난연 처리가 시도되고 있는데, 발포체의 난연 처리를 위해 할로겐 화합물(halogen compound), 인계 화합물(phosphorus compound), 금속수산화물(metal hydrate) 등을 수지(resin)에 혼합(mixing) 하는 방법이 보편적으로 사용된다.
이에 따라 난연성의 지표도 단순히 타기 어려운 것뿐만 아니라 연소시의 화재, 가스, 연기 등의 세력을 줄여 연소를 멈추게 하기도 하고 피난, 소화활동을 쉽게 만드는 등의 새로운 지표가 제안되어지고 있으며, 고분자 수지에 배합(compounding) 시 가공성, 물리적 특성을 저해시켜서도 안 된다.
연소하기 쉬운 성질을 가지고 있는 대부분의 플라스틱을 물리, 화학적으로 개선하여 잘 타지 못하도록 첨가하는 물질을 난연제(flame retardant)라고 한다.
국내에서는 발포폴리스틸렌 제품이 범용포장재로 가장 널리 사용되고 있으나 상품의 고급화, 정밀화가 진행됨에 따라 제품 포장의 고급화 및 안전성 향상 요구가 증가되고 있다.
일반적으로 고분자의 난연화 방법에 있어서 분자구조 변경을 통한 내열성 고분자의 제조, 난연 성분을 플라스틱 구조 내에 화학적으로 결합한 반응형 난연제, 난연제를 고분자 내에 물리적으로 첨가한 첨가형 난연제, 기타 난연제 코팅 또는 페인팅하거나 제품의 디자인 변경을 통한 내열성 향상 등의 방법이 있다.
고분자의 난연화에 사용되는 난연제의 구분에는 크게 구성성분에 의한 분류와 사용법에 의한 분류로 나눌 수 있는데, 구성성분에 의한 분류로서 유기계로서 인계, 인, 할로겐화합물, 할로겐계, 브롬화합물, 금속수산화물 등이 있다.
발포체에 충분한 난연 성능을 부여하기 위해서 상기와 같은 난연제를 다량으로 이용하지 않으면 원하는 난연 특성이 잘 얻어지지 않고, 또한, 다량으로 사용하면 원래 고분자 수지가 가지는 특성을 저하시키게 된다는 문제가 있다.
또한 발포 배합 시에 과량의 난연제를 첨가할 경우 난연제 입자들의 고른 분산이 어려워지고 발포를 억제하여 균일한 발포 셀을 얻을 수 없다는 단점을 가진다.
따라서 산업계에서는 최소량의 난연제를 사용하고, 발포 시 이종수지 및 성분의 혼입을 최소화함으로써 기계적 물성변화를 최소화하고, 가공 시 성형불량을 최소화하는 동시에 난연 효과를 발휘할 수 있는 발포폴리스티렌의 제조방법에 대한 요구가 계속되어 왔다.
이런 특성을 개선하기 위하여 지금까지 개발되어 특허 출원된 선행기술과 특허문헌을 살펴보면 다음과 같다.
대한민국 등록특허 제699591호에서는 유기 및 무기계 복합 합성물로서 요소, 제1 및 제2 인산암모늄, 염화마그네슘, 탄산카리, 황산반토, 염화알루미륨, 중탄산소다, 인산알루미나, 규산소다 등을 물에 용해하여 다공성의 화이트카본에 함침하여 건조해서 만들어진 분말을 스티로폼의 제조 공정중에 첨가하여 난연성 및 유독가스를 발생하지 않음과 동시에, 친환경적이고, 스티로폼 본연의 물성을 저하시키지 않으며, 가공과 성형이 쉽고, 스티로폼의 용이하게 제조할 수 있는 난연성 스티로폼용 난연성 첨가물을 제공한다. 따라서 상기 발명의 첨가물을 첨가하여 만들어진 난연성 스티로폼은 화재 발생시 불이 붙지 않았으며, 유독가스를 발생하지 않을 뿐만 아니라, 친환경적이고,스티로폼 본연의 물성을 저하시키지 않으며, 가공과 성형이 쉽고, 스티로폼의 용이하게 제조할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다. 대한민국 등록특허 제602205호에서는 불연성을 갖는 난연 폴리스티렌 발포체 수지입자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 현탁 중합 기술에 의해 얻어진 발포 폴리스티렌 수지 입자를 일정 비중까지 발포시킨 폴리스티렌 발포입자에, 상기 발포입자 100중량부에 대해서 층상의 결정구조를 가지면서 가열되면 본래의 크기보다 20배~350배까지 발포되는 팽창흑연 입자 2~30중량부, 그리고 열경화성 수지 10~300중량부, 및 이 열경화성 수지의 경화도를 조정하는 촉매를 열경화성 수지 100중량부에 대해서 0.02~30중량부 피막 코팅하여, 연소시 다공성 탄화코어(char) 의 형성에 의해 불연성을 갖게 되는 난연 폴리스티렌 발포체 수지입자의 제조방법에 관한 것으로, 불연성 난연 폴리스티렌 발포체 수지입자와 이로 제조된 단열재는 기존의 일반 스티로폴 단열재와 비교시 가공성 및 일반 물성면에 큰 차이 없이 사용 가능한 특징을 갖고 있다. 대한민국 등록특허 제1063289호에서는 발포 성형된 수지를 분쇄 또는 절단하여 표면에 난연피복제를 코팅하여 충전제, 성형조제, 보온 단열재 등의 용도로 사용될 수 있는 난연성 발포수지 칩 및 그의 제조방법에 관한 것으로, a) 발포수지 분쇄입자 또는 절단입자; 및 b) 상기 a)의 분쇄입자 또는 절단입자의 표면에 코팅된 난연피복제를 포함하는 난연성 발포수지 칩 및 그의 제조방법을 제공한다. 이와 같이 제조된 난연 발포수지 칩은 고유의 경량성을 그대로 유지하여 시멘트와 같은 다른 재료와 혼합하여 높은 생산성으로 제조할 수 있는 경량성과 단열성을 부여하고, 부피공간을 채우는 충전제 등으로 사용할 수 있으며, 난연 피복제의 코팅으로 발포수지 칩의 탄성을 감소시켜 성형시의 리바운드 현상을 감소시켜 정밀한 성형이 가능하게 해주는 성형조제로 사용할 수 있으며, 칩 자체만으로도 오프셀과 클로즈드셀의 공기층을 가지기 때문에 높은 단열성과 난연 성을 가지므로 건축용 보온 단열재(이를테면 브로잉 울)로도 사용할 수 있다. 대한민국 공개특허 제10-2006-0128292호에서는 스티로폼에 액상의 난연제를 간편하게 골고루 도포되도록 하여 생산성을 향상시키고 코스트를 낮출 수 있도록 된 새로운 난연 스티로폼 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로서, 발포 성형된 스티로폼의 내부에 다수의 주삿바늘로 액상의 난연제를 주사하는 난연제 주사단계와; 난연제가 주사된 스티로폼을 부피가 줄어들도록 압축시키는 압축단계; 압축된 스티로폼의 압축력을 해제하는 압축해제단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 난연 스티로폼 제조방법 및 지지판이 고정 설치된 프레임과; 상기 지지판의 상측에 설치되어 스티로폼을 상기 지지판에 가압 고정시키는 가압수단과; 상기 지지판의 일측에 이송수단에 의해 스티로폼 방향으로 전후진 가능하게 설치되며, 내부에는 저장공간이 형성되고, 상기 스티로폼과 마주하는 일면에는 다수의 주삿바늘이 상기 저장공간과 연통되도록 고정 설치되는 주입블록; 상기 주입블록에 연결되어 이 주입블록의 저장공간에 액상의 난연제를 공급하는 난연제공급수단;으로 구성된 난연 스티로폼 제조장치가 제공된다. 일본특허 JP2001-164031A호에서는 내열, 난연성를 가지는 다공성 성형체를 제조하기 위해서, 다공성을 갖는 발포수지에 붕소계 무기화합물과 열경화성수지의 혼합물을 피복시키는 방법을 개시하고 있으나, 이러한 방법은 다공성 발포수지에 내화성 및 소염성, 형태 보존성을 제공한다는 측면에서는 일정한 효과를 제공하고 있으나, 코팅 혼합물의 주성분으로서 붕산과 같은 붕소계 무기 화합물을 사용하고, 또 이외에 그라스 섬유, 탄소섬유, 실리카, 탈크와 같은 무기 분체립 등을 사용함으로써, 코팅된 발포 입자의 건조과정, 성형과정에서 첨가된 무기 화합물들이 쉽게 이탈되는 문제와, 인체에 유해한 이러한 무기물의 이탈은 작업성의 저하를 야기하고 이와 더불어 난연 효과의 저하를 야기하게 된다. 대한민국 등록특허 제996464호에서는 폴리 올레핀계 발포체 자투리를 이용한 난연발포용 마스터뱃치의 제조방법에 관한 것으로 폴리올레핀계 발포체의 생산시 부산물로 발생하는 다량의 가교 및 무가교 폴리올레핀계 발포체 자투리를 분쇄 혹은 펠렛화한 후, 고분자와 블렌드하여 난연성의 발포체용 마스터뱃치(master batch)를 제조하는 방법을 제시하여, 폴리올레핀계 발포체 자투리와 고분자와의 상용성 증진을 위한 기술 개발단계에서는 자투리와 고분자 블렌드의 상용성 증진을 위하여 최적의 배합비(formulation) 및 상용화제, 난연조제, 가공조건 등을 조사하여 블렌드 발포체에 대한 발포도(40배) 및 난연성 제어 기술을(산소지수 23 이상) 제공한다. 미국특허 6,420,442 B1 호에는 팽창흑연을 사용한 난연 폴리스티렌 발포체 기술을 기재하고 있는데, 폴리스티렌 압출보드(XPS)에 팽창흑연과 인계 난연제를 도입하여 난연 효과를 나타내는 방법이 개시되어있다.
지금까지 개발되어 현재 사용되고 있는 할로겐 난연제는 매우 다양하며, 저렴한 가격과 높은 난연효과로 인해 전 세계적으로 많이 사용되고 있으며, 할로겐 원소 중 특히 브롬은 고분자의 기본 물성에 거의 영향을 미치지 않는 가장 효과적인 난연 화합물로서 상업적으로 자주 사용되고 있다.
브롬화 난연제 중 폴리브로미네이티드 비페닐(polybrominated biphenyl, PBB), 폴리브로미네이티드 디페닐 에테르(polybrominated diphenyl ether, PBDE) 및 헥사브로모씨크로도데칸(hexabromocyclododecane, HBCD)와 같은 난연제는 고분자에 혼합되는 형태로 첨가되고 테트라브로모비스페놀 A(tetrabromobisphenol A, TBBPA)와 같은 난연제들은 반응성이 있어 물질과 화학적으로 결합하는 특성을 갖는다.
플라스틱(plastic) 이나 고무(rubber)와 같은 고분자재료를 사용하여 압출이나 사출 등의 방법으로 가공 성형함에 있어서 고분자 제품에 색상이나 어떠한 특수한 기능을 부여하고자 할 때 원하는 기능을 가지고 있는 첨가제를 기본 고분자 원료에 투입하여야만 원하는 색깔이나, 특수한 기능을 가진 제품을 만들 수 있다.
이러한 기능을 가지고 있는 첨가제들은 대부분이 분말상태이거나 액체상태이므로 직접 고분자 원료와 섞어서 사용하기가 어려울 뿐만 아니라, 고분자와의 혼련성이 떨어져 첨가제의 분산 불량에 인한 색상이나, 특수한 기능을 가진 고분자 제품을 용이하게 제조할 수 없게 된다.
마스터배치는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 기본 고분자 수지에 투입하고자하는 첨가제를 고농도로 농축하여 분산시켜 놓은 펠렛 형태의 고분자 복합체로 대상 고분자재료와 마스터배치를 함께 섞어서 가공 성형함으로써 원하는 색깔이나 특수한 기능을 가진 고분자 제품을 용이하게 제조할 수 있다.
따라서 본 발명 셀 균일도 및 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치 및 제조방법에서는 최소량의 고분자 재료를 사용하여 폴리스틸렌 발포에 적용 시, 이종 수지 및 성분의 혼입을 최소화함으로써 발포된 셀 입자 크기를 균일하게 하여 기계적 물성 변화를 최소화하고, 발포 시 성형불량을 최소화하는 동시에 고난연성을 확보하기 위한 난연제 함량을 최대한 높인 폴리스틸렌 발포용 난연 마스터배치 제조방법을 제공하는 데 제1의 목적이 있으며, 폴리스틸렌 외에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리(에틸렌-초산비닐)[poly(ethylene-vinyl acetate]와 같은 고분자에도 적용 가능한 복합 마스터배치(universal master batch) 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 니더믹서(Kneader mixer)나 밴버리믹서(banbury mixer)등의 혼합믹서에 데카브롬 디페닐 에탄(decabromodiphenyl ethane)이나, 트리스(트리브로모페닐)시아눌레이트[tris(tribromophenyl) cyanurate)], 트리스(2,4-디브로모페닐)포스페이트[tris(2,4-dibromo-phenyl)phosphate]. 트리스(트리브로모-네오펜틸)포스페이트[tris(tribromo-neopentyl)phosphate]와 같은 난연제 60~100중량부, 삼산화안티몬(Sb2O3)이나 오산화안티몬(Sb2O5)과 같은 금속산화물 보조난연제 1~25중량부, 칼슘 스테아레이트(calcium stearate)나, 아연 스테아레이트(zinc stearate), 마그네슘 스테아레이트(magnesium stearate), 알루미늄 스테아레이트(aluminium stearates)와 같은 금속 스테아레이트(metallic stearate) 형태의 활제 0.1~1.0중량부, 산화방지제 0.1~1.0중량부 및 탈크(talc), 알루미늄옥사이드(Al2O3), 실리콘다이옥사이드(SiO2)와 같은 핵제 0.1~1.5중량부 및 폴리에틸렌이나 폴리(에틸렌-초산비닐)과 같은 폴리올레핀(polyolefin)수지 100중량부를 순차적으로 투입하여 100~180℃의 온도에서 10~30분 동안 혼합하는 혼련단계와;
상기 혼련단계가 끝난 후에 상기 혼합믹서에 프로필트리메톡시실란(propyltrimethoxy silane)이나, 옥타메틸시클로테트라실란(octamethylcyclotetrasiloxane)과 같은 실리콘오일 1~10중량부를 추가적으로 투입하여 100~180℃의 온도에서 1~10분 동안 용융혼합하여 컴파운드제조하는 숙성단계와;
상기 숙성단계에서 얻어진 컴파운드 조성물을 단축 또는 이축 압출기를 이용한 용융압출 성형과정을 통해 2~3mm 정도 크기를 갖는 고분자펠렛으로 만드는 펠렛화단계와;
상기 펠렛화단계에서 얻어진 고분자펠렛을 60~80℃의 오븐에서 건조하여 입자크기 선별과정을 거쳐 최종 포장하는 제품화단계;를 거쳐서 폴리올레핀 수지 100중량부, 난연제 60~100중량부, 보조난연제 1~25중량부, 활제 0.1~1.0중량부, 산화방지제 0.1~1.0중량부, 핵제 0.1~1.5중량부 및 실리콘오일 1~10중량부로 구성되는 셀 균일도 및 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치를 용이하게 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 최소량의 고분자 재료를 사용하여 폴리스틸렌 발포에 적용 시 이종 수지 및 성분의 혼입을 최소화함으로써 발포된 셀 입자 크기를 균일하게 하여 기계적 물성 변화를 최소화하고, 발포 시 성형불량을 최소화하는 동시에 고난연성을 확보하기 위한 난연제 함량을 최대한 높인 폴리스틸렌 발포용 난연 마스터배치 용이하게 제조하는 효과를 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 실시 방법을 예시한 공정흐름도.
상기 목적과 특징에 최상의 형태로 부합할 수 있는 본 발명을 실시예를 도 1에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1의 공정흐름도에 따라 니더믹서나 밴버리믹서 등의 혼합믹서에 데카브롬 디페닐 에탄이나, 트리스(트리브로모페닐)시아눌레이트, 트리스(2,4-디브로모페닐)포스페이트, 트리스(트리브로모-네오펜틸)포스페이트와 같은 난연제 60~100중량부, 삼산화안티몬이나 오산화안티몬과 같은 금속산화물 보조난연제 1~25중량부, 칼슘 스테아레이트나, 아연 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 알루미늄 스테아레이트와 같은 금속 스테아레이트 형태의 활제 0.1~1.0 중량부, 산화방지제 0.1~1.0중량부 및 탈크(talc), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2)와 같은 핵제 0.1~1.5중량부 및 폴리에틸렌이나 폴리(에틸렌-초산비닐)과 같은 폴리올레핀 수지 100중량부를 순차적으로 투입하여 100~180℃의 온도에서 10~30분 동안 혼합하는 혼련단계와;
상기 혼련단계가 끝난 후에 상기 혼합믹서에 프로필트리메톡시실란이나, 옥타메틸시클로테트라실란과 같은 실리콘오일 1~10중량부를 추가적으로 투입하여 100~180℃의 온도에서 1~10분 동안 용융혼합하여 컴파운드제조하는 숙성단계와;
상기 숙성단계에서 얻어진 컴파운드 조성물을 단축 또는 이축 압출기를 이용한 용융압출 성형과정을 통해 2~3mm 정도 크기를 갖는 고분자펠렛으로 만드는 펠렛화단계와;
상기 펠렛화단계에서 얻어진 고분자펠렛을 60~80℃의 오븐에서 건조하여 입자크기 선별과정을 거쳐 최종 포장하는 제품화단계;를 거쳐서, 폴리올레핀 수지 100중량부, 난연제 60~100중량부, 보조난연제 1~25중량부, 활제 0.1~1.0중량부, 산화방지제 0.1~1.0중량부, 핵제 0.1~1.5중량부 및 실리콘오일 1~10중량부로 구성되는 셀 균일도 및 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치를 제조한다.
상기 혼련단계의 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌이나 폴리(에틸렌-초산비닐)을 사용하는 것이 바람직하나 그 외에도 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴(polyvinylidene chloride)과 같은 비닐수지도 사용가능하며 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다.
상기 혼련단계의 난연제는 60~100중량부가 사용되며 데카브롬 디페닐 에탄이나, 트리스(트리브로모페닐)시아눌레이트, 트리스(2,4-디브로모페닐)포스페이트, 트리스(트리브로모-네오펜틸)포스페이트가 바람직하나 폴리브로미네이티드 비페닐, 폴리브로미네이티드 디페닐 에테르, 헥사브로모씨크로도데칸, 테트라브로모비스페놀도 외에도 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 산화마그네슘 등도 사용 가능하며, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다.
이때 난연제가 80중량부 미만인 경우 난연성이 떨어지고, 100중량부 이상인 경우 혼련성이 떨어진다.
이때 사용되는 난연제의 평균 입경은 0.1~10㎛이 바람직하며, 난연제의 평균입도가 0.1㎛ 미만인 경우 분산성이 떨어지고, 10㎛ 이상인 경우 난연성이 떨어진다.
상기 혼련단계의 보조난연제는 삼산화안티몬이나 오산화안티몬과 같은 금속산화물로 1~25중량부가 사용된다.
이때 사용되는 보조난연제가 1중량부 미만인 경우 난연성이 떨어지고 25중량부 이상인 경우 점도상승에 따른 혼련성이 떨어진다.
또한 상기 혼련단계에서 사용되는 산화방지제로는 폴리(1,2-디히드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린)[poly(1,2-dihydro-2,2,4-trimethyl quinoline)], 2,6-디-터트-부틸-4-메틸페놀(2,6-di-tert-butyl-4-methyl phenol), 테트라키스[메틸렌(3,5-디-터트-부틸-4-히드로옥시-히드로시나메이트)메탄[tetrakis[methylene(3,5-di-tert-butyl-4- hydroxy-hydrocinnamate)]methane]이나 트리스(2,4-디-터트-부틸-페닐)포스파이트[tris(2,4-di-tert-butyl-phenyl) phosphite]가 0.1~1.0중량부가 사용된다.
0.1중량부 미만일 경우 가공 중 고분자 수지가 산화되며, 1.0중량부 이상을 첨가할 경우 경제성이 떨어진다.
상기 혼련단계 핵제는 가공성향상을 위해 사용되며, 탈크, 알루미나(Al2O3), 실리카(silica)나 점토(clay)를 사용하는 것이 바람직하나 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다.
이때 사용되는 핵제는 0.1~1.5중량부가 바람직하며 0.1중량부 미만인 경우 고분자 결정이 형성되지 않고 1.5중량부 이상인 경우 고분자 결정이 작아진다.
이때 사용되는 핵제의 평균 입경은 0.1~5㎛이 바람직하다.
상기 혼련단계 활제는 가공성향상을 위해 사용되며, 칼슘 스테아레이트나, 아연 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 알루미늄 스테아레이트와 같은 금속 스테아레이트가 바람직하나 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다.
이때 사용되는 활제는 0.1~1.0중량부가 바람직하며 0.1중량부 미만인 경우 가공성이 떨어지고 1.5중량부 이상인 경우 제품표면으로 이행된다.
상기 숙성단계의 실리콘오일은 프로필트리메톡시실란이나, 옥타메틸시클로테트라실란이 바람직하며, 분산성 및 난연성 향상을 위해 5.0~10중량부가 사용된다.
이때 실리콘오일이 1.0중량부 미만인 경우 난연성과 분산성이 떨어지고 10중량부 이상인 경우 컴파운드 외부로 이행되고 경제성이 떨어진다.
본 발명에 따른 셀 균일도 및 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치 및 제조방법을 보다 상세하게 살펴보고, 그에 따른 실시예를 서술하면 다음과 같다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
단 본 발명의 범위가 예시한 실시예 만으로 한정되는 것은 아니다.
<표1> 내지 <표3>에 기재된 성분을 각각의 배합비로 혼합기를 이용하여 아래와 같은 공정의 제조방법으로 혼합하여 셀 균일도 및 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치를 제조하였다.

<표 1> 발포폴리스틸렌의 셀 균일도와 난연성을 향상시키는 난연 마스터배치 및 그 제조방법의 실시예
원 료 (중량부) 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
고분자수지 폴리에틸렌 100 100
폴리(에틸렌-초산비닐) - 100 - -
폴리염화비닐 - - 100 -
난연제 데카브롬 디페닐 에탄 90 90 90 -
트리스(트리브로모페닐)시아눌레이트 - - - 90
보조난연제 삼산화안티몬 20 20 20 20
실리콘오일 프로필트리메톡시실란 6 6 6 6
산화방지제 폴리(1,2-디히드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린) 0.3 0.3 0.3 0.3
활제 칼슘 스테아레이트 0.3 0.3 0.3 0.3
핵제 탈크 0.5 0.5 0.5 0.5
합계 217.1 217.1 217.1 217.1
물성
난연성 (UL 94) V0 V0 V0 V0
발포셀 균일도 우수 우수 우수 양호
난연제 분산성 우수 우수 우수 양호


<표 2> 발포폴리스틸렌의 셀 균일도와 난연성을 향상시키는 난연 마스터배치 및 그 제조방법의 실시예
원 료 (중량부) 실시예5 실시예6 실시예7 실시예8
고분자수지 폴리에틸렌 100
폴리(에틸렌-초산비닐) - 100 - -
폴리염화비닐 - - 100 100
난연제 트리스(2,4-디브로모페닐)포스페이트 100 90 -
트리스(트리브로모-네오펜틸)포스페이트 - - 80 80
보조난연제 오산화안티몬 15 15 15 15
실리콘오일 옥타메틸시클로테트라실란 5 5 5 5
산화방지제 2,6-디-터트-부틸-4-메틸페놀 0.5 0.5 - -
트리스(2,4-디-터트-부틸-페닐)포스파이트 - - 0.3 0.3
활제 마그네슘 스테아레이트 0.3 0.3 - -
아연 스테아레이트 - - 0.3 0.3
핵제 실리카 0.5 0.5 0.5 0.5
합계 221.3 211.3 201.1 201.1
물성
난연성 (UL 94) V0 V0 V0 V0
발포셀 균일도 양호 양호 우수 우수
난연제 분산성 우수 우수 우수 우수



<표 3> 발포폴리스틸렌의 셀 균일도와 난연성을 향상시키는 난연 마스터배치 및 그 제조방법의 실시예
원 료 (중량부) 실시예9 실시예10 실시예11 실시예12
고분자수지 폴리프로필렌 100 100
폴리염화비닐리덴 - 100 100
난연제 폴리브로미네이티드 디페닐 에테르 100 - 85 -
헥사브로모씨크로도데칸 - 100 85
보조난연제 삼산화안티몬 20 - 15 -
오산화안티몬 - 15 - 13
실리콘오일 프로필트리메톡시실란 8 - 8 -
옥타메틸시클로테트라실란 - 5 - 5
산화방지제 테트라키스[메틸렌(3,5-디-터트-부틸-4-히드로옥시-히드로시나메이트)메탄 0.5 - 0.3 -
폴리(1,2-디히드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린) - 0.5 - 0.3
활제 알루미늄 스테아레이트 0.3 - 0.3 -
아연 스테아레이트 - 0.3 - 0.3
핵제 실리카 0.5 - 0.5 -
탈크 - 0.6 - 0.6
합계 229.3 221.4 209.1 204.2
물성
난연성 (UL 94) V0 V0 V0 V0
발포셀 균일도 양호 양호 우수 우수
난연제 분산성 양호 양호 우수 우수

실시예 1-4
3L 니더믹서에 <표 1> 내지 <표 3>의 배합비에 의해 난연제, 보조난연제, 활제, 산화방지제, 핵제, 고분자수지를 니더에 널고 15분간 160℃에서 혼련 시킨 다음 (실시예 9 내지 10: 15분간 220℃에서 혼련) 실리콘오일을 추가로 투여하여 3분 동안 160℃에서 (실시예 9 내지 10: 3분간 220℃에서 혼련) 용융혼련 하여 숙성시킨 덩어리 반죽 형태의 조성물을 만든 후에, 이축압출기를 이용하여 용융압출성형과정을 통해 2 내지 3 mm 정도 크기를 갖는 펠렛으로 제조하였다.
이렇게 제조된 펠렛 15 중량부와 폴리스틸렌 수지 85 중량부를 리본 믹서 (ribbon mixer)에 넣고 혼합한 다음 20 cm x 20 cm 시편으로 발포시켜 난연성 및 발포셀 균일도 및 난연제 분산성을 전자현미경으로 평가하여 그 결과를 <표 1> 내지 <표 3>에 나타내었다.
<표 1> 내지 <표 3>에서와 같이 본 발명에 따른 발포폴리스틸렌의 셀 균일도와 난연성을 향상시키는 난연 마스터배치 및 그 제조방법은 난연성 및 발포셀 균일도 및 난연제 분산성이 뛰어난 것을 확인 할 수 있다.
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본 발명에 따른 난연 마스터배치를 이용하여 제품을 생산할 경우 기존 생산시설을 그대로 사용할 수 있고, 난연성 및 발포셀 균일도를 개선시켜 기계정 물성이 향상된 고분자 발포폼을 경제적으로 제조할 수 있는 효과를 가지고 있어 산업상 이용가치가 대단하다 할 것이다.

Claims (7)

  1. 니더믹서나 밴버리믹서인 혼합믹서에 데카브롬 디페닐 에탄이나, 트리스(트리브로모페닐)시아눌레이트, 트리스(2,4-디브로모페닐)포스페이트, 트리스(트리브로모-네오펜틸)포스페이트 중 어느 하나의 난연제 60~100중량부, 삼산화안티몬이나 오산화안티몬 중 어느 하나인 금속산화물 중 어느 하나의 금속산화물 보조난연제 1~25중량부, 금속 스테아레이트 형태의 활제 0.1~1.0중량부, 산화방지제 0.1~1.0중량부, 탈크(talc), 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 중 어느 하나의 핵제 0.1~1.5중량부, 폴리에틸렌이나 폴리(에틸렌-초산비닐)인 폴리올레핀 수지 100중량부를 순차적으로 투입하여 100~180℃의 온도에서 10~30분 동안 혼합하는 혼련단계와;
    상기 혼련단계가 끝난 후에 상기 혼합믹서에 실리콘오일 1~10중량부를 추가적으로 투입하여 100~180℃의 온도에서 1~10분 동안 용융혼합하여 컴파운드제조하는 숙성단계와;
    상기 숙성단계에서 얻어진 컴파운드 조성물을 단축 또는 이축 압출기를 이용한 용융압출 성형과정을 통해 2~3mm 크기를 갖는 고분자펠렛으로 만드는 펠렛화단계와;
    상기 펠렛화단계에서 얻어진 고분자펠렛을 60~80℃의 오븐에서 건조하여 입자크기 선별과정을 거쳐 최종 포장하는 제품화단계를 거쳐서 셀 균일도와 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치를 제조함에 있어서,
    상기 실리콘오일은, 프로필트리메톡시실란이나, 옥타메틸시클로테트라실란 중 어느 하나로 함을 특징으로 하는 셀 균일도와 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치 제조방법.
  2. 폴리올레핀 수지 100중량부, 난연제 60~100중량부, 보조난연제 1~25중량부, 활제 0.1~1.0중량부, 산화방지제 0.1~1.0중량부, 핵제 0.1~1.5중량부, 실리콘오일 1~10중량부로 구성되는 셀 균일도 및 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치에 있어서, 상기 실리콘오일을 프로필트리메톡시실란이나, 옥타메틸시클로테트라실란 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 셀 균일도 및 난연성이 향상된 발포폴리스틸렌의 난연 마스터배치.
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