KR20080042046A - 단열 건재용 발포 보드 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

우수한 압출 발포성을 갖고, 우수한 단열 성능을 갖고, 리사이클 가능하며, 저가로 안정적으로 연속 생산할 수 있는 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드를 제공한다.

230℃ 에서의 용융 장력이 5 ∼ 30g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물을, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제를 이용하여, 발포 배율이 10 배 이상 발포시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 단열 건재용 발포 보드.

Description

단열 건재용 발포 보드 및 그 제조 방법{CONSTRUCTIONAL HEAT-INSULATING FOAM BOARD AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

폴리올레핀계 수지 조성물의 발포체는, 그 우수한 성능과 비용의 밸런스, 나아가서는, 최근 좋은 평을 받는 수지의 리사이클성 등을 특징으로 하여, 주로 단열 건재 용도, 자동차 부재 용도, 포장 완충재 용도 등에 널리 사용되고 있다.

예를 들어, 단열 건재 용도로는 폴리프로필렌계 수지나 폴리에틸렌계 수지의 발포 보드가 건축물의 마루나 벽의 내부에 시공되고, 우수한 단열 성능을 나타내어, 시장에서 널리 이용되고 있다.

이들 폴리올레핀계 수지 조성물의 발포체는, 이와 같이 매우 유용한 소재로서 널리 세상에서 사용되고 있고, 그 제조 방법도 많이 연구, 실시되고 있다. 현재 폴리올레핀계 수지 조성물 발포체의 제조 방법은 크게 두 가지로 분류된다.

그 첫 번째 제조 방법은, 소위 비즈법이라고 불리는 것으로, 가압 밀폐 용기 중에 물 등에 분산시킨 폴리올레핀계 수지 조성물 펠릿에, 탄화수소 등의 발포제를 고온 고압 하에서 함침시킨 후에, 급격히 대기압 하로 방출시키고, 소위 예비 발포 입자를 제조하여, 그 예비 발포 입자를 형내에 충전시키고, 가열 냉각시킴으로써 형내 성형물을 얻는 방법이다.

이 비즈법으로도, 폴리올레핀계 수지 조성물의 발포 보드는 제조할 수 있는데, 통상적인 비즈법으로 제작된 발포체는 평균 셀 직경이 200 ∼ 500㎛ 정도로 커, 단열 건재 용도로서 열성능적으로 충분한 것을 얻을 수 없다. 또, 비즈법은 배치 생산 방식으로서, 펠릿 제조 공정, 예비 발포 입자 제조 공정에 이어, 추가로 증기 형내 성형할 필요가 있어, 생산 공정 수, 필요 에너지도 많아, 연속 생산이 불가능하기 때문에 제조 비용이 늘어난다는 결점이 있다.

두 번째 제조 방법은, 소위 압출법이라고 불리는 것으로, 압출기에 폴리올레핀계 수지 조성물 입자를 투입하고, 필요에 따라, 탄화수소나 화학 발포제 등을 발포제로서 이용하여, 가열·가압 하에 용융 혼련한 후에, 소정의 형상으로 설계된 다이스를 통해 발포체를 얻는 방법이다.

이 압출법에 대해서는 예를 들어, 특허 문헌 1 중에, 폴리프로필렌계 수지에 다관능 모노머와 열분해형 발포제를 첨가하고, 미리 용융 혼합하여, 전자선을 조사하여 폴리프로필렌계 수지를 가교시킨 후에, 추가로 가열하여 열분해형 발포제를 분해시켜 발포시키는 방법 등이 개시되어 있다.

또, 특허 문헌 2 에 기재되는 압출법에서는, 폴리프로필렌을 주성분으로 하여, 하기 (1) 내지 (4) 의 특성을 갖는 폴리프로필렌 수지 조성물을 성형함으로써, 외관 및 강성이 우수한 대형의 각종 성형품을 얻을 수 있는 것으로 되어 있다. 즉, (1) 230℃, 2.16㎏ 하중 하에서 측정되는 멜트 플로우 레이트 (MFR) 가 0.01 ∼ 5g/10min 이고, (2) 135℃ 데칼린 중에서 측정되는 극한 점도 [η] 8 ∼ 13dl/g 의 고분자량 폴리프로필렌의 함유량이 15 ∼ 50 중량％ 이고, (3) 젤의 개수가 3000개/450㎠ 이하이고, (4) 겔 퍼미에이션 크로마토그래피 (GPC) 로 측정되는 분자량 분포 Mw/Mn 을 6 ∼ 20, 또한 Mz/Mw 를 3.5 이상으로 함으로써, 고용융 장력이고 성형성이 우수함과 함께 강성이 우수하며, 외관이 양호하여 잘 변형되지 않는 대형의 성형품을 고속 성형하여 효율적으로 얻을 수 있는 폴리프로필렌 수지 조성물이 개시되어 있다.

또, 특허 문헌 3 에는, 열가소성 중합체 (A) 와, 극한 점도 [η] 이 10 ∼ 40dl/g 인 초고분자량 폴리올레핀 (b-1) 10 ∼ 50 중량％ 와 [η] 이 0.1 ∼ 5dl/g인 폴리올레핀 (b-2) 90 ∼ 50 중량％ [(b-1) 과 (b-2) 의 합계를 100 중량％ 로 한다] 를 함유하는 폴리올레핀 조성물 (B) 을 함유하고, (A) 와 (B) 의 중량비 [(A)/(B)] 가 95/5 ∼ 60/40 인 열가소성 중합체 조성물을 발포함으로써, 2 배 이상의 고발포 배율로 기포의 크기가 미세·균일하고, 또한 압출 안정성이 우수한 열가소성 중합체의 발포 성형체가 개시되어 있다.

또, 특허 문헌 4 에는, 압출기 내에서, 열가소성 수지 및 지방족 카르복실산의 플루오로알칸에스테르로 이루어지는 수지 조성물을 용융하고, 발포제인 초임계 상태의 불활성 가스를 첨가하여, 열가소성 수지 조성물과 불활성 가스의 완전 상용상태를 형성하는 가스 용해 공정, 압출기 내에서, 발포제인 불활성 가스의 임계 압력 이상의 압력을 유지시킨 채, 용융 수지의 온도를 낮추는 냉각 공정, 수지의 유리 전이 온도 이상으로 가열한 다이스 내에 있어서, 불활성 가스의 임계 압력 이상 의 압력으로부터, 최종적으로는 대기압으로 압력을 해방시킴으로써 셀 핵을 발생시키는 핵 생성 공정, 그리고, 발포체를 열가소성 수지의 유리 전이 온도, 또는 결정화 온도 이하로 냉각시켜 셀 직경을 제어하는 발포 제어 공정으로 이루어지는 열가소성 수지 발포체의 제조 방법이 개시되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 평07-173317호

[특허 문헌 2] WO99/07752호

[특허 문헌 3] 일본 공개특허공보 2004-217755호

[특허 문헌 4] 일본 공개특허공보 평10-175248호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, 특허 문헌 1 에 기재된 발명에서는, 성형 공정, 가교 공정, 및 발포 공정으로, 공정 수가 많기 때문에, 연속 대량 생산에는 적합하지 않다는 문제가 있었다. 또, 최근, 환경 문제 등에 의해 플라스틱 성형품의 리사이클 사용 등이 요구되는 경향이 있는데, 이러한 방법에서 사용되는 폴리올레핀계 수지 조성물을 리사이클 재생시키는 과정에서 용융 재펠릿화 등 열이력(熱履歷)을 부여하는 공정을 거침으로써, 가교체, 그래프트체의 분해 등이 비교적 용이하게 발생되기 때문에, 발포에 필요한 용융 특성을 유지할 수 없어, 리사이클성이 불충분하다는 결점이 있었다.

또, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3 에 개시된 발명에서는, 5 배 정도의 비교적 낮은 발포 배율의 발포체가 용이하게 얻어지기 때문에 발포체의 기포 (셀) 는 균일하게 분산된 발포체이지만, 아직 충분한 단열 성능은 얻어지지 않았다. 이 때문에 더욱 우수한 단열 성능을 얻기 위해, 발포 배율을 10 배 이상으로 하는 것을 생각할 수 있지만, 10 배 이상의 고발포 배율로 하면 균일 미세한 셀 구조를 갖는 발포체는 잘 얻어지지 않고, 오히려 충분한 단열 성능이 얻어지지 않는다는 문제를 갖고 있었다.

또, 특허 문헌 4 에 개시된 발명에서는, 그 실시예에는 열가소성 수지로서 주로 폴리스티렌이 이용되고 있는데, 비정성 폴리스티렌에 비해, 결정성을 갖는 폴리올레핀계 수지를 발포시키는 경우, 통상적으로는, 결정 융해에 의해 급격히 용융 점도나 용융 장력이 저하된다는 결정성 수지의 특징에 영향을 받아, 발포시의 수지 조성물에 현저한 점도 저하, 용융 장력 저하가 발생하여, 기포 (셀) 가 충분히 성장할 수 없어 파포되어 버린다는 문제가 발생한다. 즉, 셀이 충분히 성장할 수 없기 때문에, 10 배 이상의 고발포 배율로 균일 미세한 셀 구조를 갖는 발포체가 얻어지지 않는다는 문제를 갖고 있었다.

특히 상기 특허 문헌 2, 3 의 발포체를, 건재용 단열재에 이용한 경우, 10 배 이상의 높은 발포 배율을 얻을 수 없기 때문에, 실제로 건축물 등에 단열재로서 시공하는 경우에 문제가 발생한다. 즉, 그 낮은 발포 배율 때문에, 단열재의 두께를 증가시키면 단열재의 중량이 지나치게 커져, 부재로서의 단열 성능을 양호하게 하기 위해서는, 부재 총중량의 증대, 및 원재료 비용의 증대라는 문제가 발생하여, 현실적이지 않다. 또, 평균 셀 직경이 200㎛ 이하, 보다 바람직하게는 100㎛ 이하인 것이 얻어지지 않으면, 단열 성능을 악화시키는 요인 중 하나인 셀 내부 기체의 대류 영향을 무시할 수 없는 레벨까지 커지기 때문에 바람직하지 않다. 즉, 경량이고 안정적인 열성능을 나타낸다는 건축용 단열재 특유의 요구를 충분히 만족시키는 것은 아니었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 감안하여, 우수한 압출 발포성을 갖고, 우수한 단열 성능을 갖고, 리사이클 가능하며, 저가로 안정적으로 연속 생산할 수 있는 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구 개발을 진행한 결과, 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지로서, 특정 범위의 용융 장력을 갖는 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물을, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제에 의해, 바람직하게는 특정의 조건으로 용융 압출함으로써, 종래에 없는, 10 배 이상 발포 배율을 갖는 단열 건재용 발포 보드가 얻어지는 것을 발견하여, 본 발명에 도달한 것이다.

이렇게 하여, 본 발명은 하기를 특징으로 하는 요지를 갖는 것이다.

(1) 230℃ 에서의 용융 장력이 5 ∼ 30g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물을, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제를 이용하여, 발포 배율을 10 배 이상 발포시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 단열 건재용 발포 보드.

(2) 평균 셀 직경이 200㎛ 이하이고, 또한 셀 직경 분포 계수가 30％ 이하인 균일 셀 직경 분포를 갖는 상기 (1) 에 기재된 단열 건재용 발포 보드.

(3) 230℃ 에서의 용융 장력이 5 ∼ 30g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지가, 상기 폴리올레핀계 수지 조성물 중에 50 질량％ 이상 함유되는 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 단열 건재용 발포 보드.

(4) JIS-A1412 에 준거하여 측정되는 열전도율이 20 ∼ 40mW/mK 인, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 단열 건재용 발포 보드.

(5) JIS-A1412 에 준거하여 측정되는 열전도율이 20 ∼ 37mW/mK 인 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 단열 건재용 발포 보드.

(6) 압출기와, 선단에 장착된 다이스를 갖는 발포 장치를 이용하여, 230℃ 에서의 용융 장력이 5 ∼ 30g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물과, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제를, 160 ∼ 250℃ 의 온도 조건으로 용융 압출하여, 다이스 개구부 바로 근처 수지 압력을 6 ∼ 20MPa 로 대기 하로 방출시켜 압출 발포하는 것을 특징으로 하는 단열 건재용 발포 보드의 제조 방법.

(7) 다이스 개구부 바로 근처 수지 압력을 7 ∼ 15MPa 로 대기 하로 방출하여 압출 발포하는 상기 (6) 에 기재된 단열 건재용 발포 보드의 제조 방법.

(8) 압출기가 압출 토출량이 1 ∼ 1000㎏/hr 인 탠덤형 압출기인 상기 (6) 또는 (7) 에 기재된 단열 건재용 발포 보드의 제조 방법.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 우수한 압출 발포성을 갖고, 우수한 단열 성능을 갖고, 리사이클 가능하며, 안정적으로 저가로 생산할 수 있는 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드가 제공된다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명에서의 폴리올레핀계 수지 조성물에 있어서의 폴리올레핀 수지는, 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 것으로서, 상기 폴리프로필렌계 수지는 230℃ 에서의 용융 장력 (MT) 이 5 ∼ 30g 을 필수로 한다. 여기서 용융 장력이란, 캐피로 그래프를 이용하여, 측정 온도 230℃, 압출 속도 10㎜/min, 인취 속도 3.1m/분에 의해 구할 수 있다. 용융 장력이 5g 미만이면 발포시에 셀의 파포가 발생되기 쉽고, 반대로 30g 을 초과하면 용융 장력이 지나치게 높아, 셀 막의 신장이 억제되어, 발포시에 충분한 셀의 성장이 실시되지 않기 때문에 10 배 이상의 충분한 발포 배율을 갖는 발포체를 얻는 것이 어려워져 바람직하지 않다. 용융 장력은 바람직하게는 6.5 ∼ 20g 이고, 보다 바람직하게는 7.5 ∼ 10g 이다.

또한, 상기 폴리프로필렌계 수지는 상기 230℃ 에서의 용융 장력과, 230℃ 에서의 멜트 플로우 레이트 (MFR) 의 관계가, 하기 식 (I) 을 만족하는 것이 바람직하다.

Log (MT) > -1.33log (MFR) + 1.2 (I)

본 발명에서 폴리올레핀계 수지 조성물에 함유되는, 폴리프로필렌계 수지의 용융 장력과 MFR 이 상기 식 (1) 을 만족하는 경우에는, 용융 장력의 증대에 대하여, 수지의 용융 유동성이 동시에 증대되어, 발포할 때의 압출시에 있어서의 수지 압력이 적정하게 유지되고, 또, 발포시에 셀 막의 충분한 신장이 얻어져, 고배율의 발포체가 용이하게 얻어지기 때문에 매우 바람직하다.

본 발명의 폴리올레핀계 수지 조성물 중에는, 상기 특정의 특성을 갖는 폴리프로필렌계 수지 이외에, 그 밖의 수지를 함유할 수 있다. 그러나, 그 밖의 수지를 함유하는 경우에도, 상기 특정의 용융 장력, 및 바람직하게는, 특정의 MFR 을 갖는 폴리프로필렌계 수지는, 본 발명의 폴리올레핀계 수지 조성물 중에, 바람직하게는 50 질량％ 이상, 특히는 80 질량％ 이상 함유하는 것이, 본 발명의 목적을 양호하게 달성하기 때문에 바람직하다. 상기 혼합 수지 중에 있어서의 폴리프로필렌계 수지의 함유량이 50 질량％ 미만이면, 얻어지는 발포체의 기계적 강도나 내열성이 불충분해지는 경우가 있다.

본 발명의 폴리올레핀계 수지 조성물 중에 함유되는, 상기 이외의 수지로는 예를 들어, 폴리에틸렌 수지, 프로필렌의 단독 중합체, 프로필렌과 그 프로필렌과 공중합 가능한 프로필렌 이외의 α-올레핀의 공중합체를 들 수 있다. α-올레핀으로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 에틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐 등을 들 수 있다. 이들 이외의 수지로는, 단독으로 이용해도 되고, 2 종류 이를 병용하여 이용해도 된다. 상기 이외의 수지로는, 그 중에서도, 압출 발포성이나, 얻어지는 발포체의 성능이 우수한 점에서, 비교적 분자량이 큰 프로필렌 단독 중합체, 프로필렌을 주체로 하는, 프로필렌과 에틸렌의 공중합체, 폴리프로필렌계 수지와 폴리에틸렌계 수지의 혼합 수지가 바람직하게 이용된다.

본 발명의 폴리올레핀계 수지 조성물에 함유되는, 상기 특정의 특성을 갖는 폴리프로필렌계 수지, 및 그 폴리프로필렌계 수지와 함께 사용되는 그 이외의 수지는 모두 실질적으로 직사슬형인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 직사슬형이란, 폴리프로필렌계 수지를 구성하고 있는 프로필렌계 폴리머 (프로필렌계 중합체) 의 분자사슬 하나 하나가, 프로필렌계 폴리머 (프로필렌계 중합체) 의 구성 단위인 프로필렌 단량체 및 그것과 공중합 가능한 α-올레핀 단량체가 실질적으로, 서로 1 개의 끈 형상으로 중합된 것의 집합체인 것을 말한다. 이로써, 화학 가교나, 전자선 가교 등의 방법을 이용한 가교 구조나, 긴사슬 분기 등의 그래프트 구조를 실질적으로 갖지 않기 때문에, 제조나 품질의 관리가 비교적 용이하여, 리사이클시에 실시되는 재펠릿화 등의 공정에서 받는 재(再) 3 의 열이력에 대해서도, 그 분자 구조의 열화가 잘 발생되지 않기 때문에 바람직하게 사용된다.

본 발명에 있어서의 건재용 발포 보드는, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제를 이용하여 발포된다. 이러한 발포는 폴리올레핀계 수지 조성물 100 질량부에 대하여, 초임계 상태의 이산화탄소를 함유하는 발포제를 바람직하게는 4 ∼ 20 질량부, 특히 바람직하게는 5 ∼ 15 질량부 사용하는 것이 바람직하다. 이산화탄소의 사용량이 4 질량부 미만이면 발포 배율의 저하가 발생되기 쉽고, 또, 20 질량부를 초과하면 과잉된 이산화탄소에 의한 큰 공극 (보이드) 이 발포체 중에 발생되기 쉬워 바람직하지 않다.

본 발명에서 이용되는 폴리올레핀계 수지 조성물은, 상기한 특정의 물성을 갖는 폴리프로필렌계 수지를 함유하고 있는데, 그 폴리올레핀계 수지 조성물에는, 본 발명의 과제 달성을 저해하지 않는 범위에서, 필요에 따라, 페놀계, 인계, 아민계, 황계 등의 산화 방지제 (노화 방지제), 열 안정제, 광 안정제, 자외선 흡수제, 인계, 질소계, 할로겐계, 안티몬계 등의 난연제, 윤활제, 금속해 방지제, 대전 방지제, 충전제, 착색제, 셀 조핵제, 결정 핵제 등의 각종 첨가제의 1 종 또는 2 종 이상이 첨가되어도 된다.

상기 셀 조핵제로는, 특별히 한정되지 않지만, 탤크, 탄산칼슘, 클레이, 카올린, 운모, 산화마그네슘, 산화아연, 카본블랙, 유리, 석영, 실리카, 알루미나, 노바큐라이트(novaculite), 수화알루미나, 철, 산화철, 이산화규소, 산화티탄 등을 들 수 있다.

또, 상기 결정 핵제로는 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로, 로진계 결정 핵제나, 소르비톨계 결정 핵제, 인산에스테르염계 결정 핵제를 들 수 있다. 로진계 결정 핵제로는, 로진계 수지이면 되고, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 신닛폰 리카 (주) 제조 디벤질리덴소르비톨 (DBS) 등을 들 수 있다. 인산에스테르염계 결정 핵제도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 아사히 전화 공업 (주) 제조 NA-11 등을 들 수 있다. 이들 결정 핵제는 단독 또는 복수를 병용하여 이용해도 된다.

본 발명의 단열 건재용 발포 보드는, 압출기와 선단에 장착된 다이스를 갖는 발포 장치를 이용하여, 상기 특정의 물성을 갖는 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물과, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제를 혼합시켜, 온도 160 ∼ 250℃ 에서 용융 압출하여 제조된다. 용융 압출 온도가 160℃ 미만이면 초임계 이산화탄소의 수지 중에 대한 용해 및 확산이 떨어지고, 반대로, 250℃ 를 초과하면 폴리프로필렌계 수지의 열에 의한 분자사슬 절단 등의 열화가 발생되기 시작하기 때문에 바람직하지 않다. 또, 압출기에 있어서의, 다이스 개구부 바로 근처 수지 압력 (압력 손실) 은, 바람직하게는 6 ∼ 20MPa 로 대기 하로 방출시켜 압출하여 발포시키는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 상기 압력 손실은 7 ∼ 15MPa 인 것이 보다 바람직하고, 9 ∼ 15MPa 인 것이 가장 바람직하다. 그 압력 손실이 6MPa 미만이면 폴리올레핀계 수지 조성물 중에 용해되어 있는 초임계 상태의 이산화탄소가 압출기 내부, 및 다이스 내부에서 기화되기 쉬워져, 발포가 장치 내부에서 발생되어, 셀의 합포, 과잉된 성장, 발포 배율의 저하, 현저한 외관성의 저하가 발생되어 바람직하지 않다. 한편, 압력 손실이 20MPa 를 초과하면, 발포에 있어서의 셀 형성시에, 큰 전단이 셀에 쉽게 가해지게 되어, 셀의 파포, 셀 구조의 불균일화가 발생되어 바람직하지 않다. 이와 같은 셀 구조의 불완전함은, 단열 건재용 발포 보드로서의, 충분한 열성능을 나타내기 위해서는 큰 장해가 된다.

압출기에 있어서의 압출 토출량은 1 ∼ 1000kg/hr 이 바람직하다. 그 중에서도, 압출 토출량은 압출기의 사양에 따라서도 다르지만, 스크루 직경이 비교적 작은 타입에 있어서는, 대체로 1 ∼ 50㎏/hr 이 바람직하고, 또, 스크루 직경이 비교적 큰 타입에 있어서는, 대체로 20 ∼ 1000㎏/hr 이 바람직하다. 토출량이 지나치게 크거나, 지나치게 작거나 하면, 다이스 부위에 있어서 발포에 적합한 압력 손실을 유지하는 것이 어려워져, 충분한 배율의 발포체를 얻을 수 없거나, 셀이 파포되어 버리거나 한다.

사용하는 압출기에 대해서는, 스크루 직경 (D) 이 바람직하게는 40 ∼ 80㎜, 스크루의 길이를 (L) 로 했을 때의 (L/D) 가 바람직하게는 15 ∼ 40 인 2 개의 스크루를 직렬로 조합하는 것을 기본으로 하여 구성되는 탠덤형 압출기가 바람직하다. 탠덤형 압출기를 사용함으로써, 발포에 적합한 다이스 부위의 수지 압력 손실 조건과 토출량을 독립적으로, 각 스크루의 회전수로 제어할 수 있어, 상기한 본 발명의 폴리올레핀계 수지 조성물의 특성이 충분히 발휘되어, 우수한 특성의 발포체 보드를 제조할 수 있다.

압출기에 있어서 사용되는 다이스에 대해서는 그 형상은 관계 없지만, 1 개당 개구부의 압력 손실이 상기한 6 ∼ 20MPa 가 되도록 개구부의 수, 형상, 두께가 설계된 것인 것이 바람직하고, 예를 들어, 슬릿 다이스, 또는 다(多)홀 다이스 등을 들 수 있다. 이러한 조건을 만족하는 다이스를 선택함으로써, 충분한 열성능을 나타내는 단열 건재용 발포 보드를 얻을 수 있다.

또, 발포 후의 성형체의 외관성, 형상 정돈의 용이성의 관점에서, 압출기에 있어서의 다이스 개구부는 원형인 것이 바람직하고, 개구부의 직경은 0.1 ∼ 2.0㎜가 바람직하며, 0.3 ∼ 0.7㎜ 가 보다 바람직하다. 다이스의 깊이는 0.1 ∼ 10㎜ 가 바람직하고, 개구부는 다이스 전면 상에 복수 개 구비되어 있는 것이 바람직하다.

상기 직경이 0.1㎜ 미만이면 발포체 구성의 스트랜드 직경이 지나치게 작아, 인취시에 끊어지기 쉬워 바람직하지 않고, 2.0㎜ 를 초과하면 스트랜드의 직경이 지나치게 커 평활성을 나타내기 위한 보드 형상의 후성형이 곤란해져 바람직하지 않다. 또, 폭 0.1 ∼ 2.0㎜, 길이 0.1 ∼ 1000㎜ 의 슬릿 형상의 다이스 등도 이용할 수 있다.

본 발명의 단열 건재용 발포 보드 제조 방법의 구체적예로는, 상기 폴리올레핀계 수지 조성물을, 예를 들어, 실린더 배럴 도중에 초임계 이산화탄소 공급기로부터의 이산화탄소 공급 라인이 구비된 압출 성형기를 이용하여, 상기 발포성 폴리올레핀계 수지 조성물을 소정 온도로 가열하여 균일하게 용융 혼련한 후, 소정량의 초임계 상태의 이산화탄소를 공급 라인으로부터 공급하여, 보드 형상으로 압출 성형함으로써, 발포체 보드가 제조된다.

또한, 필요하면, 단열 건재용 발포 보드의 상품 형태를 정돈하기 위해, 형상의 조정, 사이즈의 조정을, 재단기나 삽입 컨베이어 등을 이용하여 실시해도 된다.

또, 필요하면, 발포 보드의 편면, 또는 양면에, 예를 들어, 알루미늄제 시트나 부직포, 피혁 등 시트 형상인 것을 면재로서 부착하여, 강도나, 내열성, 난연성 등, 여러가지 성능을 부여해도 된다.

이와 같이 하여, 본 발명의 단열 건재용 발포 보드는, 발포 배율 10 배 이상으로 해도 후술하는 셀 직경, 셀 분포 계수를 가질 수 있고, 또한, 15 배 이상, 특히는, 20 배 이상의 발포 배율이어도, 상기 셀 직경, 셀 분포 계수를 갖는 데다가, 충분한 부재 열 성능을 갖기 때문에 바람직하다. 또, 고발포 배율로 하는 것은, 발포체의 비중을 작게 하고, 또한 사용하는 원재료의 비용도 작게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 한편, 발포 배율은 과도하게 지나치게 높은 경우에는, 발포체의 기계적 강도가 저하되어, 예를 들어, 건재 용도 등으로서 이용하는 경우에 시공시에 있어서의 외적 부가 등에 의해 발포체가 손상되기 쉬워져 바람직하지 않다. 따라서, 발포 배율은 바람직하게는 100 배 이하, 특히는 50 배 이하인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 단열 건재용 발포 보드는 평균 셀 직경이 200㎛ 이하이고, 150㎛ 이하인 것이 바람직하고, 나아가서는 50 ∼ 100㎛ 로 하는 것이 가능해지며, 또, 셀 직경 분포 계수가 30％ 이하, 보다 바람직하게는 25％ 이하이고, 특히는 20％ 이하로 하는 것을 가능하게 한다. 상기 평균 셀 직경이 200㎛ 이하, 및 상기 셀 직경 분포 계수를 30％ 이하로 함으로써, 건재로서 이용한 경우에 특히 단열 성능이 우수한 것이 되어 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 평균 셀 직경이란, 발포체를 시험 소편(小片)으로 재단하여, 그 단면적을 전자 현미경 (SEM) 으로 50 배의 배율로 하여 관찰되는 화상으로부터, 무작위로 실질 2㎜ 의 길이에 해당하는 직선을 10 개 긋고, 그 직선 상의 셀 개수를 셈으로써, 하기 식에 의해 평균 셀 직경을 산출함으로써 구할 수 있다.

(평균 셀 직경 ㎛) = (2000×10) / (10 개의 직선 상에 있는 셀 개수)

또, 본 발명에 있어서, 셀 직경 분포 계수는 발포체를 시험 소편으로 재단하여, 그 단면적을 전자 현미경 (SEM) 으로 50 배의 배율로 하여 관찰되는 화상으로부터, 10 내지 20 개 셀의 셀 직경의 평균값, 및 셀 직경의 표준 편차를 산출하여, 그들 값을 기초로, 하기 식에 의해 셀 직경 분포 계수를 구할 수 있다.

(셀계 분포 계수％) = (셀 직경의 표준 편차) / (셀 직경의 평균값) × 100

또한, 본 발명의 단열 건재용 발포 보드는, JIS-A1412 에 준거하여 측정되는 열전도율이, 20 ∼ 40mW/mK 가 되어, 바람직한 단열성을 갖는 단열 건재용 발포 보드를 얻을 수 있다. 또한, 열전도율은 20 ∼ 37mW/mK 인 것이 보다 바람직하다. 상기 열전도율이 40mW/mK 를 초과하면, 단열 성능이 떨어질뿐만 아니라, 단열 건재 보드로서 바람직한 열성능의 평가 기준인 열저항값 0.9 이상을 얻기 위해서 단열 건재 보드의 두께를 36㎜ 이상으로 해야 하기 때문에, 이것을, 예를 들어 상용 단열재로서 이용하는 경우, 마루의 나무 틀의 치수 이상이 되어, 시공시에 문제를 발생시키는 경우가 있어 바람직하지 않다.

본 발명을 더욱 자세하게 설명하기 위해, 이하에 실시예를 드는데, 본 발명은 이들 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

230℃ 에서의 MFR 이 3.3 (g/10 분) 이며, 230℃ 에서의 용융 장력이 7.6g 인 폴리프로필렌계 수지 A 를, 1 단째에 초임계 이산화탄소 공급기 ((주) 가와타 제조 CO2-3) 로부터의 이산화탄소 공급 라인이 장착되고, 2 단째 선단에 다이스 (1) (개구부의 직경이 0.5㎜ 인 8 × 48 열의 다홀 다이스) 이 장착된 탠덤형 단축 압출기 ((주) 카와타 제조 KGT-50-65) 에 공급하고, 이산화탄소 공급량을 1.2㎏/시간으로 설정하여, 폴리프로필렌계 수지 100 질량부에 대하여 6 질량부 함유하도록 압출량을 1 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하고, 다이스 (1) 부위의 수지 압 력이 8.7MPa 가 되도록 2 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하여, 압출 발포함으로써 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드 (1) 를 얻었다.

실시예 2

이산화탄소 공급량을 1.5㎏/시간으로 설정하고, 폴리프로필렌계 수지 A 100 질량부에 대하여 7.5 질량부 함유하도록 압출량을 1 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하고, 또한, 다이스 (1) 부위의 수지 압력이 8.9MPa 가 되도록 2 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하여, 압출 발포한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 실시함으로써 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드 (2) 를 얻었다.

실시예 3

이산화탄소 공급량을 1.8㎏/시간으로 설정하고, 폴리프로필렌계 수지 A 100 질량부에 대하여 9 질량부 함유하도록 압출량을 1 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하고, 또한, 다이스 (1) 부위의 수지 압력이 9.2MPa 가 되도록 2 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하여, 압출 발포한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 실시함으로써 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드 (3) 를 얻었다.

실시예 4

이산화탄소 공급량을 1.9㎏/시간으로 설정하고, 폴리프로필렌계 수지 A 100 질량부에 대하여 6 질량부 함유하도록 압출량을 1 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하고, 또한, 다이스 (1) 부위의 수지 압력이 8.8MPa 가 되도록 2 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하여, 압출 발포한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 실시함으로써 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드 (4) 를 얻었다.

실시예 5

이산화탄소 공급량을 1.2㎏/시간으로 설정하고, 230℃ 에서의 용융 장력이 8.5g 인 폴리프로필렌계 수지 B 100 질량부에 대하여 6 질량부 함유하도록 압출량을 1 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하고, 또한, 다이스 A 부위의 수지 압력이 8.8MPa 가 되도록 2 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하여, 압출 발포한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 실시함으로써 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드 (5) 를 얻었다.

실시예 6

다이스 (1) 부위의 수지 압력을 6.5MPa 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드 (6) 를 얻었다.

실시예 7

폴리올레핀 수지 조성물로서, 폴리프로필렌계 수지 A 를 45 질량부, 230℃ 에서의 MFR 이 6g/10분이며, 230℃ 에서의 용융 장력이 1.8g 인 폴리프로필렌계 수지 C (호모 폴리프로필렌계 수지) 55 질량부로 하고, 다이스 (1) 부위의 수지 압력을 8.65MPa 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드 (7) 를 얻었다.

실시예 8

다이스 (1) 부위의 수지 압력을 16.1MPa 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 폴리올레핀계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드 (8) 를 얻었다.

비교예 1

230℃ 에서의 MFR 이 6g/10 분이며, 230℃ 에서의 용융 장력이 1.8g 인 폴리프로필렌계 수지 C (호모 폴리프로필렌계 수지) 를, 실시예 1 에서 사용한 것과 동일한 탠덤형 단축 압출기에 공급하고, 이산화탄소 공급량을 1.2㎏/시간으로 설정하여, 폴리프로필렌계 수지 100 질량부에 대하여 6 질량부 함유하도록 압출량을 1 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하고, 다이스 (1) 부위의 수지 압력이 4.5MPa 가 되도록 2 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하여, 압출 발포함으로써 폴리프로필렌계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드 (6) 를 얻었다.

비교예 2

230℃ 에서의 MFR 이 3.3g/10분이며, 230℃ 에서의 용융 장력이, 7.6g 인 폴리프로필렌계 수지 A 를, 실시예 1 에서 사용한 것과 동일한 탠덤형 단축 압출기에 공급하고, 이산화탄소 공급량을 1.2㎏/시간으로 하여, 폴리프로필렌계 수지 100 질량부에 대하여 6 질량부 함유하도록 압출량을, 1 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하고, 다이스 2 (개구부의 직경이 0.8㎜ 인 8 × 48 열의 다홀 다이스) 부위의 수지 압력이 5.1MPa 가 되도록 2 단째 압출기의 스크루 회전수로 조정하여, 압출 발포함으로써 폴리프로필렌계 수지 조성물의 단열 건재용 발포 보드 (7) 를 얻었다.

비교예 3

발포 배율이 90 배인 비즈법에 의해 제조된 시판되는 폴리에틸렌 발포 보드 에 대하여, 성능을 평가하였다.

상기 실시예 1 ∼ 실시예 5, 그리고, 비교예 1 및 비교예 2 에서 얻어진 폴 리올레핀 (폴리프로필렌) 계 수지 발포체와, 비교예 3 에 폴리에틸렌계 발포 보드에 대한 성능 ((a) 밀도, (b) 압축 강도, (c) 평균 셀 직경, (d) 열전도율, (e) 셀 직경 분포 계수) 을 이하의 방법으로 평가하였다.

(a) 밀도 … 얻어진 발포체를 20 × 20 × 2.5 (㎝) 의 시험 소편으로 재단하고, 그 중량과 각 변의 길이를 계측하여, 이하의 계산식에 따라 발포체 밀도를 구하였다.

(발포체 밀도 G / L) = (발포체 중량 G) / (발포체 체적 L)

(b) 압축 강도 … JISK-6767 (폴리에틸렌 폼 시험 방법) 에 준거하여, 발포체의 25％ 압축 경도 (kPa) 를 측정하였다.

(c) 평균 셀 직경 … 발포체를 시험 소편으로 재단하고, 그 단면적을, (주) 시마즈 제작소 제조 SEM 슈퍼 스캔 220 을 이용하여 전자 현미경 (SEM) 으로 50 배의 배율로 하여 관찰되는 화상으로부터, 무작위로 실질 2㎜ 의 길이에 해당하는 직선을 10 개 긋고, 그 직선 상의 셀 개수를 셈으로써 평균 셀 직경을 다음 식에 의해 산출하여 구하였다.

(평균 셀 직경 ㎛) = (2000 × 10) / (10 개의 직선 상에 있는 셀 개수)

(d) 열전도율 … JISA-1412 에 준거하여, 얻어진 발포체를 20 × 20 × 2 (㎝) 의 시험 소편으로 재단하고, 에이코 정기사 제조의 열전도율 측정 장치 HC-074 를 이용하여 열전도율을 측정하였다.

(e) 셀 직경 분포 계수 … 얻어진 발포체를 시험 소편으로 재단하고, 그 단면적을 (주) 시마즈 제작소 SEM 슈퍼 스캔 220 을 이용하여 50 배의 배율로 관찰하 여, 약 10 내지 20 개의 셀의 셀 직경 평균값, 및 셀 직경의 표준 편차를 산출하였다. 그들 값을 기초로, 다음 계산식에 의해 셀 직경 분포 계수를 구하였다.

(셀 직경 분포 계수) = (셀 직경의 표준 편차) / (셀 직경의 평균값)

(f) 용융 장력 … 캐피로 그래프 1C (토요 정기사 제조) 를 이용하여, 측정 온도 230℃, 압출 속도 10㎜/min, 인취 속도 3.1m/분에 의해 구하였다. 또한, 측정에는 길이가 8㎜, 직경이 2.095㎜ 인 오리피스를 사용하였다.

(g) 발포체 배율 … 수지의 비중과 (a) 에 의해 얻어진 밀도의 측정 결과로부터 하기 식에 따라 구하였다.

(발포체 배율) = (수지의 비중) / (발포체의 밀도)

표 1 에, 본 발명에서 이용한 배합 조성, 압출 조건, 및 얻어진 발포체의 물 성을 정리하여 나타낸다.

본 발명의 폴리올레핀계 수지 조성물의 발포체는, 그 우수한 성능과 비용의 밸런스, 나아가서는, 우수한 리사이클성 등을 활용하여, 주로, 단열 건재 용도, 자동차 부재 용도, 포장 완충재 용도 등에 널리 사용할 수 있다.

또한, 2005 년 6 월 30 일에 출원된 일본 특허출원 2005-192375호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입한다.

Claims (8)

1. 230℃ 에서의 용융 장력이 5 ∼ 30g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물을, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제를 이용하여, 발포 배율을 10 배 이상 발포시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 단열 건재용 발포 보드.
2. 제 1 항에 있어서,

   평균 셀 직경이 200㎛ 이하이고, 또한 셀 직경 분포 계수가 30％ 이하인 균일 셀 직경 분포를 갖는 단열 건재용 발포 보드.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   230℃ 에서의 용융 장력이 5 ∼ 30g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지가, 상기 폴리올레핀계 수지 조성물 중에 50 질량％ 이상 함유되는 단열 건재용 발포 보드.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   JIS-A1412 에 준거하여 측정되는 열전도율이 20 ∼ 40mW/mK 인 단열 건재용 발포 보드.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   JIS-A1412 에 준거하여 측정되는 열전도율이 20 ∼ 37mW/mK 인 단열 건재용 발포 보드.
6. 압출기와, 선단에 장착된 다이스를 갖는 발포 장치를 이용하여, 230℃ 에서의 용융 장력이 5 ∼ 30g 인 직사슬형의 폴리프로필렌계 수지를 함유하는 폴리올레핀계 수지 조성물과, 초임계 상태의 이산화탄소를 적어도 함유하는 발포제를, 160 ∼ 250℃ 의 온도 조건으로 용융 압출하여, 다이스 개구부 바로 근처 수지 압력을 6 ∼ 20MPa 로 대기 하로 방출시켜 압출 발포하는 것을 특징으로 하는 단열 건재용 발포 보드의 제조 방법
7. 제 6 항에 있어서,

   다이스 개구부 바로 근처 수지 압력을 7 ∼ 15MPa 로 대기 하로 방출하여 압출 발포하는 것을 특징으로 하는 단열 건재용 발포 보드의 제조 방법.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   압출기가 압출 토출량이 1 ∼ 1000㎏/hr 인 탠덤형 압출기인 단열 건재용 발포 보드의 제조 방법.