KR0138489B1 - 목재 대체용 플라스틱 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 목재를 대체하기 위한 플라스틱 시이트 또는 보드용 조성물에 관한 것으로 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌에서 선택된 중합체 30∼90중량부, 무기물 1∼40중량부, 합성고무 1∼30중량부로 구성된다.

Description

목재 대체용 플라스틱 조성물

본 발명은 목재를 대체하기 위한 플라스틱 시이트 또는 보드용 조성물에 관한 것이다. 더 상세히는 건축, 토목용 자재 등으로 사용되는 나무, 합판 등에 대체할 수 있는 플라스틱 조성물에 관한 것이다. 또한, 그 중에서도 발포성형 과정을 거쳐 용도에 따라 여러 가지 비중 및 물성을 가진 합파대체 플라스틱 발포 보드 또는 시트로 제조될 수 있는 기초원료로서 폴리올레핀 등의 합성수지; 부틸고무, ＥＰＭ ＥＰＭＤ등의 합성고무; 및 유리섬유, 탈크, 석면등의 무기물;의 혼합물로 구성되고 그의 비중이 0.68∼0.92인 조성물에 관한 것이다.

건축 및 토목분야에서 예로부터 사용되어온 나무는 비중이 적고 가공이 용이하며, 굴곡강도 및 압축강도가 크고 비교적 가격이 저렴하다는 잇점 때문에 오랫동안 사용되어 왔고, 그의 대체물질은 고려되지 않았다. 그러나, 목재는 흡수율이 높고, 재사용의 한계, 세계적인 환경보호의 영향으로 인해 목재의 구입의 곤란성과 비용의 급격한 상승, 더 나아가 멀지 않은 장래에 자재용 목재가 고갈된다는 현안 문제가 점차 대두되고 있기 때문에, 그의 대체물질의 개발이 매우 시급한 실정이다. 그러나 목재에 대체할만한 기계적 강도를 유지하기 위해서는 범용수지가 아닌 엔지니어링 플라스틱 계통을 사용해야 하는데 이 경우에는 가격이 매우 비싸기 때문에 실질적으로는 대체할 수 없다. 또한, 일반적인 플라스틱의 비중은 나무보다 높아서 플라스틱을 사용할 경우에는 발포가공을 통해 비중을 낮추어야하는 가공상의 어려움도 대두되어, 자재용 목재의 플라스틱 대체품 개발에는 기초원료의 가격, 발포적성, 기계적 강도 및 기타물성등의 여러 가지 인자가 복합되어 현재까지 사실상 많은 한계가 있어왔다.

이러한 상황하에서 본 발명자들은 자재용 나무 대체품의 기초재질로서, 가격을 고려하여 범용수지를 사용하되 최종제품의 용도에 따라 수지 자체를 개질시키거나 합성고무 및 여러 가지 충진재를 첨가하여 기계적 물성을 향상시키고, 수지의 개질정도 및 충진재의 함량은 발포적성 및 요구되는 제품의 용도에 맞게 적절히 조절함으로서 상기의 문제점을 해결할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 사용된 범용수지는 폴리올레핀이며, 그 중에서도 폴리프로필렌, 폴리에틸렌이 바람직하며, 여기서 폴리에틸렌이란 고밀도 폴리에틸렌 및(또는) 저밀도 폴리에틸렌을 의미하며, 각각의 함량은 폴리프로필렌 30∼90중량%와 고밀도 폴리에틸렌10∼50중량% 및(또는) 저밀도 폴리에틸렌 10∼50중량%이다. 여기에서 고밀도 폴리에틸렌 및 저밀도 폴리에틸렌은 이들 중 1종만 사용하거나, 또는 2종을 조합하여 사용할 수 있다.

일반적으로 조성물중 폴리에틸렌의 배합량이 많을수록 내열성이 감소되고 굴곡 및 압축강도, 칫수 안정성이 떨어지는 반면 발포적성 및 충격강도는 향사되며, 또한 폴리프로필레의 배합량이 많을수록 발포적성 및 충격강도, 내한성이 떨어지는 반면, 굴곡 및 압축강도, 칫수안정성이 양호해지므로 이들의 배합비를 적의 선택해야 한다. 또한 더 큰 기계적 강도가 요구되는 용도에는 개질 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌을 배합하거나, 조성물의 사용시 이들을 개질시키는 것이 바람직하며, 이러한 개질 방법은 여러 가지를 들수 있다. 본 발명의 조성물에 배합되는 수지는 호모수지 뿐만 아니라, 개질된 수지를 배합시키거나, 수지를 배합시 개질시키거나, 또는 사용시 개질시켜도 좋다. 폴리프로필렌을 개질시키는 방법으로는 기핵체를 첨가하여 수지의 결정화 속도를 빠르게 하고 결정화도를 높혀 굴곡강도 및 기계적 강성을 높이는 방법이 사용될 수 있다. 일반적으로 폴리프로필렌에 사용되는 기핵제로는 솔비톨 타입과 메탈솔트타입이 있으며 이들 중 1종만 사용하거나, 이들을 조합하여 사용할수 있다. 이들의 구체적인 예로서는 포타슘벤조에이트, 리튬벤조에이트, 소디움벤조에이트, 메틸렌비스(2,4-디-ｔ-부틸페놀)엑시드포스페이트의 소디움솔트, 알루미늄비스(ｐ－ｔｅｒｔ－부틸베조에이트)하이드록시, 1,3,2,4 - 디벤질리덴솔비톨, 비스(ｐ－에틸벤질리덴)솔비톨, 솔비톨-벤즈알데히드등을 들 수 있으며, 그의 사용량은 배합되는 폴리프로필렌의 양에 대해 0.001∼0.8중량%, 바람직하게는 0.005∼0.7중량%이다.

본 발명에 사용되는 폴리프로필렌은 ＭＩ0.5∼10ｇ/10분인 것이 바람직하고, 특히 바람직하기로는 3∼8ｇ／１０분인 것이다. ＭＩ가 너무 낮으면 압출가공이 어렵고, ＭＩ가 너무 높으면 응융점도가 너무 낮아 발포가 제대로 행해지지 않고, 시트나 보드의 가공성이 떨어진다.

본 발명에 사용되는 폴리에틸렌은 저밀도 및 고밀도 모두가 포함되며, 밀도가 낮을수록 발포효율은 향상되나 기계적 강성이 떨어지므로 적절한 밀도범위는 0.905∼0.970ｇ／㎝²， 바람직하게는 0.910∼0.965ｇ／㎝³이다. 또한 적절한 ＭＩ범위는 0.01∼5ｇ／１０분인데 ＭＩ가 높을수록 발포효율 및 충격강도가 감소되나 폴리프로필렌과의 상용성 및 작업성이 향상되므로 바람직한 범위는 0.1∼3ｇ／10분이다. 또한 이 경우에도 최종제품의 용도에 따라 호모폴리머가 사용될 수도 있고 개질폴리머가 사용될 수도 있는데 본 발명에 사용되는 개질 폴리에틸렌은 특별한 첨가제를 사용하여 분자간 가교반응을 일으켜 굴곡강도, 굴곡탄성을, 인장강도 및 내열성을 향상시킨 것이다. 폴리에틸렌을 가교시키는 방법으로는 전자선조사, 과산화물 첨가, 실란화합물 첨가, 다관능성 아크릴레이트계 화합물을 첨가하는 방법을 사용했다. 과산화물로는 벤조일페록사이드, 다큐밀페록사이드, 1,3-비스(ｔ－부틸페록시-이소프로필)벤젠들이 사용될 수 있으며, 다관능성 아크릴레이트계 화합물로는 1,4-부타디올디아크릴레이트, 애폭시 아크릴레이트, 디펜타에리트톨모노하이드록시 아크릴레이트, 트리메탄올프로판트리아크릴레이트, 펜타에리트리아크릴레이트, 트리아릴이소시아누레이트등을 들 수 있으며, 이들의 사용량은 폴리에틸렌에 대해 과산화물 0.001∼0.6중량%, 아크릴레이트계 화합물 0.0001∼1중량%인데 가교용 첨가제의 함량이 너무 많으면 기계적 강도 및 발포효율은 상승되나, 분자간의 연신성이 떨어지고 2차 가공시 폴리프로필렌과의 상분리가 심하게 나타나는 단점이 있으며 첨가제의 함량이 너무 적으면 개질효과가 떨어지므로 바람직한 함량은 과산화물 0.001∼0.5중량%, 아크릴레이트계 0.001∼0.8중량%이며 과산화물 및 아크릴레이트계화합물은 그 각각이 따로 사용될 수도 있고, 배합하여 사용할 수도 있다.

본 발명에 사용된 기초원료는 발포제가 첨가된 발포압출가공을 거쳐서 최종제품으로 성형되는데 이때 발포의 효율성을 높이기 위해 합성고무가 첨가될 수 있다. 또한 합성고무가 첨가되면 제품의 충격장도가 현저하게 상승되므로 내한성이 특별히 요구되는 제품에 적당하다. 이러한 합성고무로는 부틸고무, 이소프렌고무, 이소부틸고무, ＥＰＭ， ＥＰＤＭ등이 합당한데 너무 많이 첨가되면 제품의 기계적 강성이 저하되므로 적절한 배합량은 1∼30중량%, 바람직하게는 2∼25중량%이다.

또한 본 발명에서는 호모폴리머, 개질폴리머외에 기계적 강성의 증가를 위해 충진재도 사용하였는데 적절한 충진재는 유리섬유, 탈크, 석면, 세라믹 파우다, 산화금속, 탄산칼슘등이다. 이러한 충진재는 재질의 굴곡탄성율 및 기계적 강도를 향상시키지만 너무 많이 첨가되면 발포효율을 저하시키고 제품의 충격강도를 떨어뜨리게 되므로 적절한 함량은 1∼60중량%, 바람직하게는 3∼50중량%이다.

충진재의 함량은 폴리머의 타입과 가공기계의 종류, 최종제품의 요구물성에 따라 신중하게 선택해야한다. 본 발명에서는 상기 사항들을 적절히 고려하여 최종제품의 요구물성 및 용도에 따라서 기초재질을 세분화시켜 첫째, 호모폴리머만의 콤파운드, 둘째, 개질폴리머만의 콤파운드, 셋째, 호모 또는 개질폴리머와 합성고무 및 충진재간의 콤파운드의 세 종류로 나누어 최종제품의 성능 및 가격, 용도에 따라 그레이드를 달리할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예에는 목재중에서도 합판대체용 플라스틱 발포 보드의 예를 든 것이며 원목의 용도에도 사용될 수 있음을 본 발명의 개싱에 의해 명백하며 본 발명의 범위가 이들 실시에 한정되는 것은 아니다.

또한 상기에서 설명된 여러 가지 기핵제, 과산화물, 다관능성 아크릴레이트계 화합물, 합성고무, 충진재의 종류중 몇가지만 예를 든 것이며, 전술한 모든 종류의 것은 균등물이므로 이에 대한 실시예는 생략한다.

[실시예 1∼3]

폴리프로필렌 파우다에 기핵제로서 비스(ｐ－에틸벤질리덴)솔비톨 0.5중량%를 첨가한 후 압출하여 기계적 물성을 향상시킨 개질 폴리프로필렌(ＭＩ 7)과 고밀도 폴리에틸렌 파우다(ＭＩ 3)에 과산화물로서 1,3-비스(ｔ－부틸페록시-이소프로필)벤젠 0.08중량%, 다관능성 아크릴레이트계 화합물로서 트리메틸올프로판트리아크릴레이트 0.5중량%를 첨가해 가교시킨 개질 폴리에틸렌(ＭＩ 0.08)을 각각 100/0 중량비, 80/20중량비, 60/40중량비로 혼합하여 2축 스크류 압출기(40, Ｌ／Ｄ28)에서 콤파운딩을 행한 후 각각의 ＭＩ(230℃) 및 사출물성을 분석했다. 또한 콤파운딩된 펠렛을 유기 발포제(동진화성, Ｄ-1500)0.9중량%와 각각 혼합한 후 1축스크류 압출기(50, Ｌ／Ｄ３０）에서 Ｔ－ＤＩＥ를 사용해 발포보드를 제조한 후 비중 및 각종 물성을 분석하여 표 1에 나타내었다. 표 1중 각종 항목은 다음의 #1에 나타낸 방법으로 분석하였다.

#1

[ 실시예 4∼8]

실시예 1∼3의 개질 폴리프로필렌 및 개질 폴리에틸렌 80/20 중량비에 탈크 10중량비, 20중량비, 30중량비 및 유리섬유 10중량비, 20중량비를 각각 첨가해서 실시예 1∼3과 동일한 방법으로 콤파운딩 및 물성분석을 표 1에 나타내었다.

[실시예9∼10]

실시예 5의 개질 폴리프로필렌, 개질 폴리에틸렌, 탈크 80/20/20 중량비에 ＥＰＭ（ＥＸＸＯＮ， ＶＩＳＴＡＬＯＮ５０３）을 각각 10중량비, 20중량비를 첨가하여 실시예 1∼3과 동일한 방법으로 콤파운딩 및 물성분석을 행하여 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

두께 12ｔ인 합판의 물성을 실시예 1∼3과 동일한 방법으로 측정하여 표 1에 나타내었다.

[표 1]

일반적으로 합판의 가장 뛰어난 특성은 굴곡강도인데, 표1에 나타난 바와 같이 ＰＰ 및 ＰＥ를 개질시키거나 충진재의 첨가등에 의한 방법으로 합판의 굴곡특성보다 더 뛰어난 제품을 얻을 수 있으며, 비중 또한 적절 조절이 가능한 양호한 결과를 나타낸다.

[비교예 2∼4]

폴리프로필렌(대한유화 4107, ＭＩ 7)과 고밀도 폴리에틸렌(대한유화 Ｅ３０８ ＭＩ０．８５， Ｄｅｎｓｉｔｙ ０．９５７）을 각각 100/0중량비, 80/20중량비, 60/40 중량비로 혼합하여 실시예 1∼3과 동일한 방버으로 콤파운딩 및 물성분석을 행하여 표 2에 나타내었다.

[비교예 5∼6]

고밀도 폴리에틸렌 대신 저밀도 폴리에틸렌(한양화학 5302, ＭＩ０．３， Ｄｅｎｓｉｔｙ ０．９２１）을 사용한 외에는 비교예 2∼4와 동일하다.

[비교예 7∼9]

비교예 2의 폴리프로필렌 및 고밀도 폴리에틸렌 80/20 중량비에 탈크를 각각 10중량비, 20중량비, 30중량비로 혼합하여 실시예 1∼3과 동일한 방법으로 콤파운딩 및 물성분석을 행하여 표 2에 나타내었다.

[표 2]

표 2에 나타난 바와 같이 호모 폴리머만 사용할 경우에는 기초원료 및 발포보드의 물성이 크게 떨어지지만 충진재를 첨가하면 그 물성은 크게 향상된다. 이 경우 그렇게 큰 기계적 강도가 요구되지 않는 저급 합판의 대체품으로서는 사용 가능하다.

[실시예 11∼13]

비교예 2, 실시예 2, 실시예 5의 기초 원료를 실시예 1∼3과 동일한 방법으로 두께 17ｔ의 보드를 제조하여, 그 굴곡하중을 두께 12ｔ의 보드와 비교하여 표 3에 나타내었다.

[표 3]

표 3에 나타난 바와 같이 보드의 두께가 약간만 두꺼워져도 굴곡하중이 크게 증가하므로 약간의 칫수 보완이나 또는 기초 원료의 개질 정도를 크게 함으로써 최종제품의 용도가 합판 이상의 매우 큰 기계적 강도를 요구하는곳(예 : 원목)에도 충분히 적용될 수 있다.

[실시예 14∼15]

실시예 12의 발포 보드(12ｔ)의 비교예 1의 합판(12ｔ)을 증류수내에 24시간 침적시킨 후 물이 흡수된 샘플을 완전 건조시켜 실시예 1∼3과 동일한 방법으로 굴곡강도를 측정하여 표 4에 나타내었다.

[표 4] 흡수후(흡수전)

표 4에 나타난 바와 같이 합판의 물이 흡수된 후의 굴곡강도는 원래 제품보다 약 28%정도 떨어짐으로 제품의 연속 사용시(사용하면 할수록 비난 눈, 공기중의 수분등으로 물이 흡수됨) 발포 보드는 합판보다 매우 뛰어난 굴곡특성을 나타낼 수 있다.

Claims (11)

1. 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌에서 선택된 중합체 30∼90중량부, 무기물 1∼40중량부, 합성고무 1∼30중량부로 이루어지고, 그의 비중이 0.68∼0.92인 목재 대체용 플라스틱 시이트 또는 보드용 조성물.
2. 제1항에 있어서, 중합체가 호모 폴리프로필렌 또는 개질 폴리프로필렌, 호모 폴리에틸렌 또는 개질 폴리에틸렌으로 구성된 군에서 선택된 1종이상인 조성물.
3. 제2항에 있어서, 폴리에틸렌이 고밀도 또는 저밀도 폴리에틸렌인 조성물.
4. 제1항에 있어서, 무기물이 탈크, 유리섬유, 석면, 세라믹 파우다로 구성된 군에서 선택된 조성물.
5. 제1항에 있어서, 합성고무가 ＥＰＲ， ＥＰＤＭ， 부틸 고무, 이소프렌, 이소부틸 고무로부터 선택된 1종이상인 것이 특징인 조성물.
6. 제2항에 있어서, 개질 폴리프로필렌이 기핵제를 첨가시켜 개질시킨 것이 특징인 조성물.
7. 제2항에 있어서, 개질 폴리에틸렌이 가교반응을 시켜 개질시킨 것이 특징인 조성물.
8. 제6항에 있어서, 기핵체가 솔비톨 또는 메탈솔트 형태의 것에서 선택된 것이 특징인 조성물.
9. 제2항에 있어서, 호모폴리프로필렌이 프로필렌-알파올레킨 랜덤 또는 블록 공중합체인 조성물.
10. 제1항의 목재 대체용 플라스틱 조성물로 제조된 비중이 0.68∼0.92인 단층 발포보드 또는 다층발포 보드
11. 제5항에 있어서, 무기물이 분말, 얀, 스트랜드, 클로스, 포빙, 펠렛, 메트의 형태인 조성물.