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KR20100065334A - 건축재료 시트의 제조방법 - Google Patents

건축재료 시트의 제조방법 Download PDF

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KR20100065334A
KR20100065334A KR1020107006369A KR20107006369A KR20100065334A KR 20100065334 A KR20100065334 A KR 20100065334A KR 1020107006369 A KR1020107006369 A KR 1020107006369A KR 20107006369 A KR20107006369 A KR 20107006369A KR 20100065334 A KR20100065334 A KR 20100065334A
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KR
South Korea
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sheet
mixture
temperature
filler
weight
Prior art date
Application number
KR1020107006369A
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English (en)
Inventor
제프리 에프 벤젤
로버트 더블류 서지트
Original Assignee
쥐.알. 그린 빌딩 프로덕츠 인코포레이티드
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Filing date
Publication date
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Abstract

지붕 또는 벽 적용에 유용한, 건축 재료의 시트의 제조방법 및 이와 같은 방법으로 제조된 시트 재료. 열가소성 수지 및 미네랄 충전재의 혼합물이 제조되고, 상기 수지는 혼합물의 약 10% 내지 40중량%를 구성하고 충전재는 약 60% 내지 90중량%를 구성한다. 혼합물을 수지의 용융점보다 높은 온도에서 혼합하고 이와 같은 온도에서 시트로 성형한다. 시트를 표면 온도가 열가소성 수지의 용융범위의 중간점보다 낮은 온도, 예를 들면 폴리에틸렌의 경우 210 내지 220 ℉ (99 내지 104 ℃)로 냉각시키고, 이 점에서 이것은 캘린더링 롤러를 통과시켜 잡아당긴다. 이 공정에 의해 제조된, 미네랄 충전재를 고농도로 갖는 시트 재료는 내화성, 내구성, 연성, 적절한 중량 및 내후성이다. 이것은 비교적 덜비싼 제조설비를 사용하여 생산될 수 있다. 시트 재료는 재생 고밀도 폴리에틸렌과 같은 재생 수지를 고비율로 병합할 수 있다.

Description

건축재료 시트의 제조방법{METHOD OF MAKING A SHEET OF BUILDING MATERIAL}
본 발명은 지붕 및 벽과 같은 적용을 위한 시트 형태의 건축 재료에 관한 것이다. 더욱 특별히는, 본 발명은 열가소성 수지 및 미네랄 충전재를 포함하는 시트 재료 및 이와 같은 재료의 제조방법에 관한 것이다.
여러 유형의 천연 및 합성 지붕재료가 시판되고 있다. 좀더 유명한 천연 유형 중 몇몇은, 천연 슬레이트, 지붕널 및 벽을 포함한다. 천연 슬레이트는 매력적인 외관 및 내구성으로 인해 그리고 또한 내화 및 방수와 같은 다른 매우 바람직한 특성을 소유하기 때문에 오랫동안 지붕재료로서 인기를 누려왔다. 그러나, 이것은 매우 고가이고 그 결과 통상적으로 오직 매우 고가의 주택 그리고 증가된 비용을 정당화할 수 있는 기타 구조물의 지붕으로서 주로 사용된다. 슬레이트는 부서지기 쉬운 재료이고 너무 쉽게 깨지거나 또는 부러질 수 있다. 천연 슬레이트 타일은 상당히 오래간다; 그러나 이들을 설치하는 것은 상당한 양의 노동을 요구하고 충격에 부러질 수 있다. 이들은 본래 깨지기 쉽고 운송 및 설치 중 더 많은 파손을 경험한다. 이들은 지붕 위에 설치된 후에도 깨지기 쉽고 지붕 위를 걷는 것에 의해 손상될 수 있다. 슬레이트 타일은 극히 무겁고 지진과 태풍에 위험하고, 화재시 지붕에서 떨어질 것이다. 타일은 상당히 무겁기 때문에, 또한 이들을 운송하는 것은 비싸다. 또한, 천연 슬레이트의 중량으로 인해, 삼나무 지붕널 또는 벽 지붕 또는 아스팔트 지붕과 비교하여, 여분의 구조 지지물이 슬레이트 지붕에 대해 요구된다.
목재 지붕널 및 벽은 파손, 부패 및 탈색된다. 이들은 비교적 비용이 높고 이들을 설치하는 것은 노동집약적이다. 더욱이, 목재 지붕널 및 벽은 상당히 무겁고 가연성이며, 다공성이고 비교적 빠른 풍속을 지탱할 수 없다. 목재 지붕널 및 벽의 단점은 이들이 수분을 흡수하고 팽창한다는 것이다. 그러므로, 이들은 수분 팽창을 위한 공간을 갖도록 공간적으로-분리된 배열로 적용되어야 한다. 목재 지붕널 및 벽은 시간에 걸쳐 물을 흡수하는 성향 때문에, 이들은 구부러지는 경향이 있고 지붕에서 평평하게 유지되지 않는다.
합성 지붕 재료는 이러한 천연 재료에 비해 약간의 장점을 제공한다. 이들은 성형가능하고 중량이 가볍다. 그러나, 이들은 일반적으로 성능 면에서 완전히 허용되지 않는데, 이들은 종종 지붕 적용에 요구되는 모든 조건을 충족시키지 않기 때문이다. 예를 들면, 합성 지붕 재료는 통상적으로 제제에서 제품의 내화성에 직접 영향을 미치는 플라스틱 또는 고무 성분의 농도가 높은데, 플라스틱과 고무 재료는 내화성이 부족하기 때문이다. 몇몇 경우에, 제품의 내화성은 내연제를 높은 농도로 첨가함에 의해 강화되어 왔고, 이것은 제품을 더욱 비싸게 한다. 또한 재생 고무로 제조된 제품은 따뜻한 날에는 휘발성 성분들의 기화로 인해 강한 냄새가 날 수 있다.
합성 지붕재의 하나의 바람직한 성질은 화재에 대해 내성을 가질 수 있다는 것이다. 비록 내화성은 모든 지역에서 바람직하지만, 이것은 특히 고온 및 건조 기후를 갖는 지역에서 이상적이다. 내화성의 특히 중요한 면은, 타고 있는 잔불과 같은 열원으로부터 불이 지붕을 통해 확산되어 지붕 데크 또는 빌딩 내부가 화재에 노출되는 것을 막는 지붕재료의 능력이다.
지붕 재료의 또 다른 바람직한 성질은 설치자 및 소유자가 지붕 제품의 수명 중 언제라도 위험 발생 없이 지붕 위에서 걸을 수 있도록 하는, 장기적 연성을 갖는 것이다. 지붕 재료의 연성은 또한 나무의 큰 가지가 넘어져 발생하는 것과 같은 위험한 경우에 좀더 쉽게 수리에 착수할 수 있도록 한다.
이에 더하여, 더 적은 재료를 소비하기 위한 재생의 중요성에 관한 대중 인식의 증가와 더불어, 재생 재료를 합성 지붕 재료의 일부로서 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 재생 재료에 대한 시장을 제공하고, 재활용 사례는 이들 재료에 대한 상업적 적용이 알려져 있는 경우 촉진된다.
플라스틱 수지와 무기 충전재로 제조된 성형 제품에 의해 합성 건축재의 요구사항을 충족시키기 위한 다양한 시도가 있어왔다. 다음의 특허 문헌들은 그 예이다.
US 5,571,868 (Datta et al.)은 지붕용 시트 재료에서 사용되는 탄성 중합 조성물을 기재한다. 이 재료는 탄성 중합체와 무기 충전재를 포함할 수 있고, 혼합물을 가열, 롤 밀링 및 캘린더링하여 제조될 수 있다.
US 3,070,577 (Gessler et al.)는 무기 충전재를 함유하는 중합성 복합체를 기재한다. 이 혼합물은, 이것을 가열하고 롤러를 통과시킴에 의해, 지붕재로서 유용한 얇은 시트로 성형될 수 있다.
US 4,263,186 (Bluemel)은 폴리에틸렌과 탄산칼슘을 혼합하여 제조된 열가소성 복합체를 기재한다. 이것은 롤링 밀에서 시트로 성형될 수 있고 생성된 재료는 건축 구조물에 사용된다.
US 2005/0140041 A1 (Seth)은 재생 폴리에틸렌일 수 있는 플라스틱 수지와, 석회암일 수 있는 충전재의 혼합물을 압출하여 제조한 합성 건축재를 기재한다.
US 3,976,612 (Kaji et al.)은 무기 칼슘 화합물과 폴리에틸렌을 혼합하고, 반죽하고 혼합물을 페이스트로 가열하고 그것을 필름으로 캘린더링하여 복합체 시트를 제조하는 방법을 기재한다.
1978년 11월 29일 공개된 GB 1 534 128은 중합성 수지와 탄산칼슘을 포함하고, 이 조성물을 가열하고, 160~180 ℃의 온도에서 2~5 mm의 롤러 닙을 통해 거친 필름으로 롤링하고, 거친 필름을 160~180 ℃의 온도에서 0.1~1 mm의 롤러 닙을 통해 부드러운 필름으로 롤링하는 것에 의해 복합체 조성물을 제조하는 방법을 기재한다.
그러나, 지붕 및 벽 적용에 사용하기에 중요한 특성을 갖는 합성 시트 재료에 대한 요구가 건축 산업에 여전히 남아있다. 이와 같은 재료를 생산하기 위한 앞선 시도들의 단점을 극복할 수 있는 합성 재료를 갖는 것이 바람직할 것이다. 내구성이 있고, 중량이 알맞고, 비싸지 않고, 내화성이고, 단단하고 연성이고, 부분적으로 재생 재료를 사용하여 제조될 수 있고, 비교적 비싸지 않은 생산 설비를 사용하여 생산될 수 있는 합성 시트 재료가 요구된다.
본 발명자들은 고 미네랄-충전 열가소성 복합체가 제어된 온도 조건하에서 잡아당겨지면, 통상적으로 높은 충전재 비율과 연관된 단단함 및 연성의 손실을 감소시킬 수 있고, 그리고 강화된 단단함과 연성을 갖는 시트 재료를 생산할 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명은 지붕 또는 벽 적용에 유용한 건축 재료의 시트를 제조하는 방법, 및 이와 같은 방법으로 제조된 시트 재료를 제공한다.
열가소성 수지와 미네랄 충전재의 혼합물이 제조되고, 이 수지는 혼합물의 약 10 내지 40 중량%를 구성하고 충전재는 약 60 내지 90 중량%를 구성한다. 이 혼합물은 수지의 용융 범위보다 높은 온도에서 혼합되고 그와 같은 온도에서 시트로 성형된다. 시트는 그 표면이 수지의 용융 범위의 중간 이하의 온도일 때까지 냉각되고, 그 시점에서, 예를 들면 시트를 캘린더링 롤러를 통과시킴에 의해, 롤링(캘린더링)된다.
본 발명의 한 구현예에 따라, 시트의 표면은 롤링을 위해, 205 내지 225 ℉ (96 내지 107 ℃) 범위의 온도로 냉각된다. 다른 구현예에서, 수지는 폴리에틸렌이고 표면 온도 범위는 210 내지 220 ℉ (99 내지 104 ℃)이다. 또 다른 구현예에서, 수지는 폴리프로필렌이고 표면온도는 220 내지 250 ℉ (104 내지 121 ℃)이다.
이 방법으로 제조된, 고 농도의 미네랄 충전재를 갖는 시트 재료는 내화성이고 높은 비율의 수지로 제조된 제품보다 덜 비싸다. 이 시트는 내구성있고, 연성이고, 중량이 적절하고 내후성이다. 이것은 비교적 비싸지 않은 생산 설비를 사용하여 생산될 수 있다. 이 시트 재료는, 재생 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은, 높은 비율의 재생 수지를 함유할 수 있다.
폴리에틸렌과 미네랄 충전재를 포함하는 시트 재료를 제조하는 선행 기술의 공정에서, HDPE, 그리고 특히 제품에 병합될 수 있는 재생 HDPE의 양은 HDPE에 기인한 취성으로 인해 제한된다. 본 발명의 방법은 시트 재료의 취성을 감소시키고 그리고 선행 공정에서보다 높은 수준의 HDPE, 특히 재생 HDPE의 사용을 허용한다.
본 발명의 이들 및 다른 이점 그리고 특성은 아래의 바람직한 구현예의 설명에 의해 명확해질 것이다.
본 발명의 방법은, 열가소성 수지와 미네랄 충전재를 포함하는, 지붕 패널 또는 벽 패널과 같은 건축 재료의 시트를 생산한다. 본 명세서에서, 용어 "시트"는 건축 적용에 사용하기에 실용적인 두께를 갖는 조각을 포함한다. 바람직한 구현예에서, 수지는 폴리에틸렌이고 충전재는 석회암(탄산칼슘) 분말이다.
석회암은 300 내지 350 ℉ (149 내지 177℃)로 가열되고 폴리에틸렌이 펠렛, 플레이크 또는 분말형태의 석회암에 첨가된다. 아래 논의되는 유형의 첨가제가 또한 첨가된다. 혼합물의 온도는 폴리에틸렌의 용융 범위보다 높게 유지된다. 폴리에틸렌-석회암 제제의 경우, 이 온도는 바람직하기는 약 300 내지 325 ℉ (149 내지 163 ℃)로 유지된다. 이 온도는 폴리에틸렌과 석회암이 혼합되는 동안 유지된다. 혼합은 개방 대기 중에서 이중-블레이드 또는 이중-나사 블렌더에서 반죽함에 의해 행해진다. 개방 대기는 탈기, 즉 성분 중의 수분에 의해 형성된 증기의 방출을 허용하여 기체가 트랩되는 것을 최소화하고 최종 제품에서 공극의 크기와 수를 감소시킨다.
반죽된 페이스트는 원하는 폭과 길이의 시트로 성형된다. 두께는 약 ¼ 인치(6.4 mm)이고, 이것은 통상의 지붕 및 벽 적용에 적합하다. 시트의 표면은 그리고 나서 210-220 ℉ (99-104 ℃) 범위의 온도로 냉각되고, 이 점에서 시트는 시트의 길이 방향으로 약 1% 내지 10%의 잡아당김을 야기하는 압력-제어 캐린더링 롤러를 통과한다. 캘린더링 롤러는 동시에 시트를 잡아당기고 냉각시켜, 원하는 물리적 성질을 갖는 마감처리된 시트를 생산한다. 원하는 정도의 잡아당김을 수행하는데 사용된 캘린더링 힘은 최대 약 15,000 파운드이다. 캘린더링 롤러는 혼합물에 사용된 폴리머의 고상(solidus) 온도 이하의 온도, 예를 들면, 실온 내지 150℃에서 유지된다. 롤러는 이 범위에서 유지되기 위해 수-냉각될 수 있다.
¼ 인치 두께의 시트의 표면 온도가 210 내지 220 ℉ (99-104 ℃)의 범위인 경우, 시트 중간의 온도는 225-245 ℉ (107-118 ℃)이다. 실제 공정을 제어하는데 표면 온도가 측정하기에 더 용이하다.
캘린더링 롤러는 잡아당김 단계 동안 동시에 시트 위에 표면 질감 또는 특성을 양각하기 위해 패턴화될 수 있다. 이와 같은 표면 특성은 예를 들면, 천연 슬레이트, 삼나무 슁글(cedar shingles), 삼나무 벽, 목재 그레인 또는 다른 인조 질감 또는 패턴을 닮은 것을 포함할 수 있다.
잡아당김 단계 동안 캘린더링 롤러에 의해 적용된 힘을 바꿈으로써, 최종 제품의 색조(colour tone)를 슬레이트와 삼나무와 같은 천연 제품에서 발견되는 색조의 변화를 더욱 닮도록 변화시킬 수 있다. 힘의 변화는 캘린더링 힘을 유지하는 작동장치에 전달되는 압력을 임의로 바꿈에 의해 생성할 수 있다. 작동장치는 작은 압력 변화라도 캘린더링 힘에 비례하는 변화를 가져오도록 마찰이 없거나 거의 없는 유형이다.
바라탄(Varathane: 제품명) 폴리우레탄 또는 다른 중합성 코팅과 같은 보호 코팅이 생산된 시트 재료의 표면에 적용될 수 있다. 이것은 시트 재료의 표면 마모에 대한 감수성을 상당히 감소시킨다.
수지-충전재 혼합물에서, 수지는 혼합물 중량의 약 10~40 %, 바람직하기는 10~35 %, 그리고 더욱 바람직하기는 약 20%를 포함하고; 미네랄 충전재는 약60~90 %, 바람직하기는 65~90 %, 그리고 더욱 바람직하기는 약 80%를 포함한다.
수지는 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 폴리에틸렌은 고밀도 폴리에틸렌과 선형 저밀도 폴리에틸렌의 혼합물을 포함할 수 있다. HDPE 대 LLDPE의 비율은 중량으로 약 3 : 1 일 것이다. 수지 중 어느 것 또는 모두는 재생 재료를 포함할 수 있고 이것은 바람직하기는 재생 재료를 적어도 반 포함한다. 고밀도 폴리에틸렌은 재생 우유병을 포함할 수 있다. 선택적으로, 수지는 폴리프로필렌 및/또는 재생 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
미네랄 충전재는 바람직하기는 석회암이다. 본 발명에 사용될 수 있는 다른 재료의 예는 백운석, 탈크, 실리카 및 플라이애쉬를 포함한다. 미네랄 충전재의 입자 크기는 약 100 매쉬이다. 선택적으로 시트 재료의 표면 마모에 대한 감수성을 약간 감소시키기 위해, 100 매쉬와 200 매쉬의 혼합물, 예를 들면 100 매쉬 약 90% 및 200 매쉬 약 10%이 사용될 수 있다. 더 큰 입자 크기, 예를 들면, 30 내지 40 매쉬 이상의 석회암은 시트 재료를 깨지기 쉽게 하는 경향이 있다는 것을 발견하였다.
수지와 미네랄의 혼합물은 또한 특정 적용에 유용한 첨가제를 포함할 수 있다. 시트가 지붕 패널에 사용될 때, 최종 생성물을 자외선광 및 태양광의 탈중합 효과에 대해 안정화시키기 위해 카본 블랙과 같은 안정화제가 (수지에 대해 약 1~2 중량%로) 혼합물에 첨가될 수 있다. Ciba Specialty Chemicals사의 Tinuvin 783 및 Tinuvin 328 (상품명) 및 Clariant 사의 Hostavin N321 및 Hostavin ARO 8 (상품명)과 같은 UV 억제제가 포함될 수 있다. 크로미늄 옥사이드 그린, 생(raw) 티타늄, 티타늄 화이트, 및 생 시에나토 및 구운 시에나토와 같은 산화철과 같은 무기 안료가 포함될 수 있다. Clariant 사의 왁스인 Licocene (상품명)이 연성의 강화를 위해 포함될 수 있다.
혼합물은 운모를 포함할 수 있는데, 이것은 시트 재료의 연성을 강화하는 효과 및 안료 효과를 갖는다. 혼합물은 약 0.1 내지 1 중량%의 운모를 포함할 수 있다.
본 발명의 시트 재료는 비교적 내화성이고 불연성이다. 내화성의 증가가 요구된다면, 내화성 첨가제가 수지-충전재 혼합물에 포함될 수 있다. 예로서 고염화 나프탈렌, 인산염, 유기 플루오르화물, 실록산 및 실리케이트를 포함한다.
혼합물은 또한 가공 안정화제 또는 금속성 스테아레이트, 탄화수소, 지방산, 에스테르, 아미드, 플루오로중합체, 실리콘 또는 질화붕소와 같은 광택제를 포함할 수 있다.
실시예 1
100 매쉬 석회암 약 80 중량%, 폴리에틸렌 18 중량%(재생 HDPE 플레이트 13.5 중량% 및 버진 LLDPE 4.5 중량%) 및 광택제(스테아르산 아연 또는 스테아르산) 2 중량%를 포함하는 조성물을 제조하였다. 혼합물을 만들고, 반죽하고 약 300~325 ℉(149~163 ℃)의 온도에서 시트를 성형하였다. 이 제제의 샘플 #1을 표면 온도가 약 210~220 ℉(99~104 ℃)되도록 냉각시키고, 그 온도에서 캘린더링 롤러로 잡아당겼다. 이 제제의 샘플 #2를 약 70 ℉ (21 ℃)의 주변 온도로 냉각시키고 이 온도에서 캘린더링 롤러로 잡아당겼다. 이 제제의 샘플 #3을 단순히 주변 온도로 냉각시키고 잡아당기지 않았다.
샘플들을 다음과 같이 취성 및 연성에 대해 시험하였다. 길이가 약 4.5 인치 (11.4 cm), 폭이 1 인치 (2.54 cm) 및 두께가 0.25 인치 (6.4 mm)인 샘플을, 말단 지지체들이 4 인치(10.2 cm) 떨어져 있는 3-점 굴곡시험장치에 장전하였고 지지체들 사이의 중간점에 하중을 적용하였다. 하중을 적용하고 생성된 변위를 측정하였고, 그 결과를 그래프 I에 요약하였다.
그래프 I
Figure pct00001
샘플 3은 3-점 굴곡시험장치에서 시험했을 때 취성 행동 및 취성 파괴를 나타내었다. 취성 행동은 지붕 적용에 바람직하지 않은데, 적용 후 취성 지붕 재료 위에서의 단순한 걷기가 파괴 및 영구적 손상을 가져올 수 있기 때문이다. 이에 더하여, 지붕 재료를 못으로 위치에 고정할 때 취성 행동은 바람직하지 않고 연성 행동이 바람직하다. 못으로 고정할 때 연성은 못 구멍의 바로 옆에서 지붕 쪼개짐 또는 과량의 내부 응력의 발생 가능성을 감소시킨다.
샘플 1 및 2는 샘플 3보다 낮은 강도, 그러나 상당히 증가한 연성을 나타낸다. 샘플 1 및 2의 연성은 이들 샘플을 냉각시키고 그리고 나서 샘플을 잡아당기고 냉각시킴에 의해 기인한 물리적 성질의 변화에 직접 관련된다. 샘플 1은 샘플 2와 비교하여 증가된 강도를 나타낸다; 따라서 샘플 1은 그것의 연성 및 적절한 강도로 인해 지붕 적용을 위해 3개의 샘플 중 가장 바람직하다고 간주된다.
실시예 2
폴리에틸렌과 석회암의 혼합물로 제조된 시트 재료에서 석회암 수준의 증가에 대한 효과를 연구하였다. 다음의 조성을 갖는 샘플 A 내지 D를 제조하였다:
샘플 A: 석회암 52%, 폴리에틸렌 46% (¾는 재생 HDPE이고 ¼는 버진 LLDPE 이다).
샘플 B: 석회암 60%, 폴리에틸렌 38% (¾는 재생 HDPE이고 ¼는 버진 LLDPE이다).
샘플 C: 석회암 71%, 폴리에틸렌 27% (¾는 재생 HDPE이고 ¼는 버진 LLDPE 이다).
샘플 D: 석회암 80%, 폴리에틸렌 18% (¾는 재생 HDPE이고 ¼는 버진 LLDPE 이다).
각각의 샘플 조성물을 약 300~325 ℉ (149~163 ℃)에서 반죽하고 시트로 성형하였다. 캘린더링에 의해, 시트를 잡아당기지 않았다. (실시예 1과 동일한 치수를 갖는) 샘플 시트들을 실시예 1에 기재된 바와 같은 3-점 굴곡시험장치를 사용하여 취성과 연성에 대해 시험하였다.
그래프 II
Figure pct00002
샘플 C 및 D는 낮은 그리고 온순한 변형에서 균열된 반면, 샘플 A 및 B는 시험 범위에서 균열되지 않았다. 샘플 A 및 B는 구조물 산업에 유용한 연성 행동을 보여주었다. 그러나, 샘플 A 및 B는 높은 열가소성 수지 및 낮은 미네랄 충전재 함량으로 인해 생산하기에 비교적 고가이다.
실시예 3
다양한 수준의 석회암으로 제조된 시트들의 220 ℉ (104 ℃)에서의 잡아당김 효과를 연구하였다. 실시예 2와 동일한 조성을 갖는 샘플 A 내지 D를 제조하였다. 이들을 제조하고 약 300~325 ℉ (149~163 ℃)에서 반죽하고 시트를 성형하였다. 이들을 표면 온도가 약 220 ℉ (104 ℃) 되도록 냉각시키고 이들을 캘린더링 롤러를 통과시킴으로써 잡아당겼다. 4개의 샘플을 실시예 1에 기재된 방법에 따라 취성 및 연성에 대해 시험하였다. 그 결과를 그래프 III에 요약하였다.
그래프 III
Figure pct00003
결과는 모든 샘플이 미네랄 충전재의 수준과 관계없이 연성 행동을 나타낸다는 것을 보였다.
실시예 4
잡아당김 온도의 효과를 연구하였다. 실시예 1에 기재된 조성물을 갖는 샘플들을 제조하였다. 이들을 반죽하고 약 300~325 ℉ (149~163 ℃)에서 시트로 성형하였다. 이들을 각각 표면 온도가 195 ℉ (91 ℃), 200 ℉ (93 ℃), 210 ℉ (99 ℃), 220 ℉ (104 ℃), 240 ℉ (116 ℃), 250 ℉ (121 ℃) 및 260 ℉ (127 ℃)로 냉각시키고 이들 온도에서 캘린더링 롤러로 잡아당겼다.
샘플들을 실시예 1에 기재된 바와 같이 3-점 굴곡시험장치를 사용하여 취성 및 연성에 대해 시험하였다. 결과를 그래프 IV에 요약하였다.
그래프 IV
Figure pct00004
결과는 210 및 220 ℉의 표면온도에서 잡아당긴 샘플이 가장 높은 연성 수준을 나타내고, 더 낮거나 또는 높은 표면온도에서 잡아당긴 샘플은 다양한 수준의 취성 행동을 나타낸다는 것을 보인다.
이 샘플에서 증명된 행동에 대해 어느 특정의 과학적 이론에 결부됨을 바람없이, 복합재 재료가 240, 250 또는 260 ℉의 표면온도에서 잡아당겨진 샘플에서, 폴리에틸렌의 고체화의 대부분은 잡아당김, 상당히 큰 내부 응력의 발생의 허용, 그리고 취성 행동 후 발생한다고 믿어진다. 복합재 재료가 190 또는 200 ℉의 표면온도에서 잡아당겨진 샘플에서, 폴리에틸렌의 고체화의 대부분은 잡아당김 전에 발생하였고, 잡아당김에 의한 내부응력을 완화하기 위해 석회암과 폴리에틸렌의 복합재 매트릭스 내의 충분한 운동을 허용하기 위한 용융 형태의 폴리에틸렌이 불충분하다. 결과적으로, 이들 샘플은 또한 취성 행동을 나타낸다. 본 발명의 ¼ 인치 두께의 시트의 표면 온도가 대략 220 ℉ (104 ℃)인 경우, 시트 내부의 온도는 대략 225~245 ℉이다.
실시예 5
복합재 재료의 연성에 대한 소량 농도의 운모의 효과를 연구하였다. 석회암 78%, 폴리에틸렌 18% (재생 HDPE 13.5 중량% 및 버진 LLDE 4.5 중량%) 및 광택제(스테아르산 아연 또는 스테아르산) 2 중량%를 함유하는 조성물을 제조하였다. 조성물을 실시예 1에 기재된 방법으로 시트로 성형하였고, 210 ℉ (99 ℃)에서 롤링에 의해 잡아당기거나 또는 잡아당기지 않았다. 샘플 B는 운모를 갖지 않았고 잡아당겼다. 샘플 C는 운모를 갖고 잡아당기지 않았다. 샘플 D는 운모를 가졌고 잡아당겼다. 4개의 샘플을 실시예 1에 기재된 방법에 따라 취성 및 연성에 대해 시험하였다. 그 결과를 그래프 V에 요약하였다.
그래프 V
Figure pct00005
샘플 A는 취성 행동을 나타냈고 샘플 C는 다소 연성 행동을 나타냈다. 운모의 도입이 210 ℉에서 롤링 되지 않은 복합재의 연성을 개선하는 것으로 보이지만, 연성에서의 이 개선은 건축 적용에 충분하다고 간주 되지 않는다. 특히, 이 연성의 개선은 제한된 연성에 기인한 높은 쪼개짐 가능성 없이 복합재에 못박음을 허용하기에는 불충분하다. 예를 들면, 샘플 A 및 C가 가장자리로부터 대략 ½ 인치에서 못박음 될 때, 샘플들은 쪼개졌다.
샘플 B 및 D는 복합재가 210 ℉에서 롤링 된 후, 복합재의 연성 특성을 나타낸다. 샘플 B 및 D가 동일한 그래프 상에 보이는 동안, 샘플들은 휨 시험 후 손으로 앞뒤로 반복적으로 구부렸을 때, 샘플 B(운모 없음)는 샘플 D(운모 있음)보다 휠씬 더 쉽게 부러지거나 실패하였고, 이것은 샘플 D의 강화된 연성을 나타낸다. 이러한 개선된 연성은 강화된 단단함이 요구되는 적용에 중요하다.
실시예 6
잡아당긴 그리고 잡아당기지 않은 샘플의 압축 및 인장 성질을 연구하였다. 시트 재료들을 실시예 1에 기재된 바와 같이 제조하였고, 이들 중 하나의 샘플은 210 ℉에서 잡아당겼고 (샘플 A) 이들 중 하나는 잡아당기지 않았다 (샘플 B). 샘플들의 압축 및 인장 성질을 시험하였다. 그 결과를 그래프 VI에 요약하였다.
압축 성질을 측정하기 위해, 대략 ¼ 인치 곱하기 ¼ 인치로 측정된 샘플 A 및 샘플 B의 시편들을 시험하였다. 샘플 A 시편의 경우, ½ 인치 치수는 당김의 방향으로 세로였다. 시편들을 ½ 인치 치수를 따라 대략 100 파운드의 압축력으로 장전하고 하중 및 변위를 측정하고 기록하였다. 100 파운드 하중에서, 샘플 A는, 그래프 VI의 좌측 하부 사분면(quadrant)에 나타난 음변위로 증거되는 바와 같이, 샘플 B보다 대략 4배 이상의 압축 변위를 나타냈다.
인장 성질을 측정하기 위해, 시편의 중간 부분이 대략 ¼ 인치 곱하기 ¼ 인치이고 길이 2 인치인 4½ 인치 길이 개 뼈 모양의 시편을 시험하였다. 샘플 A 시편의 경우, 2 인치 치수는 잡아당김의 방향에 대해 세로였다. 시편들을 2 인치 치수에 따라 인장 하중을 적용하여 시험하고 변위를 측정하고 기록하였다. 그래프 IV의 우측 상부 사분면에 나타난 결과로 증거되는 바와 같이, 샘플 A는 연성 행동을 나타냈고 샘플 B는 취성 행동을 나타내었다.
시험 결과는 연성이 복합물을 대략 210 ℉에서 잡아당김에 의해 증가된다는 추가의 증거를 제공한다.
그래프 VI
Figure pct00006
실시예 7
수지가 폴리에틸렌을 포함하는 시트 재료에서 잡아당김 온도의 효과를 연구하였다. 100 매쉬 석회암 약 80 중량%, 폴리프로필렌 18 중량% 및 광택제(스테아르산 아연 또는 스테아르산) 2 중량%를 포함하는 조성물을 갖는 샘플들을 제조하였다. 이들을 반죽하고 약 300~325 ℉ (149~163 ℃)에서 시트를 성형하였다. 이들을 각각의 표면 온도가 210 ℉ (99 ℃), 220 ℉ (104 ℃), 230 ℉ (110 ℃), 240 ℉ (116 ℃) 및 250 ℉ (121 ℃)이도록 냉각하고, 그리고 이들 온도에서 캘린더링 롤러를 통하여 잡아당겼다. 샘플 하나는 단순히 실온으로 냉각시키고 잡아당기지 않았다. 샘플들을 실시예 1에 기재된 바와 같이 3-점 굴곡시험장치를 사용하여 취성 및 연성에 대해 시험하였다. 그 결과를 그래프 VII에 요약하였다.
그래프 VII
Figure pct00007
비록 본 발명이 다양한 구현예로서 기재되었지만, 본 발명을 이들 구현예로 제한하려는 의도는 아니다. 본 발명의 범위 내의 다양한 변형은 본 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해 한정된다.

Claims (33)

  1. 지붕 또는 벽 적용을 위한 건축 재료 시트의 제조방법으로, 상기 방법은:
    (a) 열가소성 수지 및 미네랄 충전제를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계 (상기 수지는 상기 혼합물의 약 10% 내지 40 중량%를 구성하고 상기 충전재는 상기 혼합물의 약 60% 내지 90 중량%를 구성한다);
    (b) 상기 혼합물을 상기 수지의 용융 범위보다 높은 온도에서 혼합하는 단계;
    (c) 상기 혼합물을 시트로 성형하고, 상기 성형 단계는 상기 단계 (b)의 온도에서 수행되는 것인 단계;
    (d) 상기 시트의 표면을 상기 열가소성 수지의 용융 범위의 중간점보다 낮은 온도로 냉각시키는 단계; 및
    (e) 상기 시트를 상기 표면 온도가 단계 (d)의 온도 범위일 때 잡아당기는 단계를 포함하는 것인 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 (d)의 온도는 205 내지 225 ℉ (96 내지 107 ℃)의 범위인 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌을 포함하는 것인 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 고밀도 폴리에틸렌과 선형 저밀도 폴리에틸렌의 혼합물인 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 고밀도 폴리에틸렌 대 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌의 중량비는 약 3:1인 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (d)의 온도는 210 내지 220 ℉ (99 내지 104 ℃)의 범위인 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리프로필렌을 포함하는 것인 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 단계 (d)의 온도는 220 내지 250 ℉ (104 내지 121 ℃)의 범위인 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잡아당김 단계 동안 상기 표면 온도를 낮추는 것을 더욱 포함하는 것인 제조방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 수지의 반 이상은 재생 수지인 제조방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 펠렛, 플레이크 또는 분말 형태인 제조방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전재는 석회암인 제조방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전재는 백운석, 탈크, 실리카 및 플라이애쉬 중 하나인 제조방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 석회암은 입자 크기가 약 100 매쉬인 제조방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 상기 혼합물의 10 중량% 내지 35 중량%를 구성하는 것인 제조방법.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 상기 혼합물의 약 20 중량%를 구성하는 것인 제조방법.
  17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전재는 상기 혼합물의 65 중량% 내지 90 중량%를 구성하는 것인 제조방법.
  18. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전재는 상기 혼합물의 약 80 중량%를 구성하는 것인 제조방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물은 운모를 더욱 포함하는 것인 제조방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 운모는 상기 혼합물의 0.1 중량% 내지 1.0 중량%를 구성하는 것인 제조방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물은 카본 블랙, UV 안정화제, 연성 강화제 및 내화재 성분 중 하나 이상을 더욱 포함하는 것인 제조방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물의 제조단계는 상기 충전재를 가열하고 그리고 상기 수지를 상기 충전재에 첨가하는 것을 포함하는 것인 제조방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 충전재는 약 350 ℉ (177 ℃)의 온도인 제조방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (b)의 온도는 300 내지 325 ℉ (149 내지 163 ℃)의 범위인 제조방법.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합 단계는 반죽함에 의해 실시되는 것인 제조방법.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합 단계는 개방 대기 중에서 실시되는 것인 제조방법.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잡아당김 단계는 상기 시트를 캘린더링 롤러 사이로 통과시키는 것을 포함하는 것인 제조방법.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잡아당김 단계는 상기 시트의 길이를 1% 내지 10%까지 증가시키는 것인 제조방법.
  29. 제27항에 있어서, 상기 롤러는 상기 시트 상에 돋을새김 패턴을 적용하는 것인 제조방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기 캘린더링 롤러에 의해 적용되는 캘린더링 힘은 상기 시트의 색조에 변화를 일으키기 위해 잡아당김 단계 중 변화되는 것인 제조방법.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 성형된 시트는 두께가 약 사분의 일 인치 (6.4 mm)인 제조방법.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (e) 후에, 상기 시트의 표면에 보호 코팅을 적용하는 단계를 더욱 포함하는 제조방법.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 건축 재료 시트.
KR1020107006369A 2007-10-01 2007-10-01 건축재료 시트의 제조방법 KR20100065334A (ko)

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