KR100903748B1 - 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물 및이것의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물 및 이것의 제조 방법에 대한 것으로, 특히 올레핀계 폐플라스틱 수지와, 탄소 분말과, 무기계 난연제 및 나노 단위의 층상구조를 가지는 유기화 층상실리게이트 화합물이 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물이다. 이러한 본 발명은 전기전도성 충전제가 포함된 복합 소재에 있어서, 종래와 같은 할로겐계 난연제를 사용하는 것이 아니라 친환경적인 무기계 난연제를 사용하는 것이고, 이에 따라 감소해지는 난연성능과 기계적 강도의 저하 문제를 상기 유기화 층상실리게이트 화합물에 의해 나노복합체로 구성함으로써 해결할 수 있는 효과가 있다.
폐플라스틱, 유기화 층상실리게이트 화합물, 탄소분말

Description

난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물 및 이것의 제조 방법{Nanocomposite Composition With Flame Retardancy And Antistatic Properties and Preparation Method Thereof}
본 발명은 전기전도성 충전제가 포함된 복합 소재에 관한 것으로, 특히 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물 및 이것의 제조 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 난연 특성 부여를 위한 난연제로써 무기계 난연제를 사용하고, 이에 따라 감소해지는 난연성능과 기계적 강도의 저하 문제를 해결하기 위하여 유기화 층상실리게이트 화합물에 의해 나노복합체로 구성한 것이 특징이다.
최근 전자·통신 분야의 눈부신 발전으로 인해 전기 및 전자기기의 보급량이 급속하게 증가하고 있다. 이로 인해 전자부품으로 인해 발생되는 노이즈(noise)가 주변기기에 영향을 미치는 전자파 장해, 정전기에 의한 오작동 등이 증가하는 추세이며 이를 예방하기 위한 다양한 소재적 접근이 이루어지고 있다. 특히, 금속이 주로 사용되던 전기·전자부품의 소재를 절연체인 플라스틱 소재가 대체하면서, 플 라스틱에 전기적 특성을 부여하기 위해 전기전도성 충전제를 배합한 복합소재의 개발이 활발히 진행되고 있다.
일반적으로, 전기전도성 복합소재에 포함되는 도전성 충전제로는 분말, 플레이크 또는 섬유상의 금속과 카본블랙, 탄소섬유 등이 일반적으로 사용되고 있는데, 이 중에서 금속계 충전제의 경우는 전기전도성은 우수하나 부식의 우려가 있고, 다량 충전시 기계적 강도가 현저히 저하되는 단점이 있으며, 카본블랙의 경우는 내식성이 우수하나 전기전도성을 나타내기 위한 충전함량이 많고 분산성이 떨어지는 단점이 있다.
그리고, 한국공개특허 제2007-0073767호에는, 방향족 폴리카보네이트 수지 50 내지 95질량% 및 천연물 유래의 폴리에스터 수지 및/또는 합성 락트산으로부터 얻어진 폴리락트산 50 내지 5질량%로 이루어진 수지 성분 100질량부에 대하여, 카본 나노튜브 0.1 내지 30질량부를 배합하여 이루어진 방향족 폴리카보네이트 수지 조성물이 기재되어 있다. 그러나, 이것은 층상 박리가 없고, 도전(대전방지)성, 내용제성, 난연성, 내충격성 및 성형 외관 등이 우수한 성형체를 제공하며, 유동성 또한 양호한 방향족 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공하였다는 장점이 있지만, 여기에 사용된 탄소나노튜브가 아직은 고가이기 때문에 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.
또한, 한국공개특허 제2004-0009430호에는, 금속 가공 후 나오는 다양한 크기의 폐 금속 스크랩과 다양한 종류의 고분자를 혼합하여 제조된 대전방지 및 정전기 분산 기능을 갖는 새로운 전도성 고분자 복합재 및 인터널 믹서, 압출기, 사출기와 같은 다양한 가공 기기를 이용하여 상기 복합재를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이러한 전도성 고분자 복합재는 수십 Ω 에서 109Ω 정도의 표면, 체적 저항특성을 나타내나, 금속스크랩의 고충진 함량에 따른 강도특성 저하의 문제점이 있다.
또한, 일본공개특허 제1998-017690호에는, 플라스틱 필름(film)상에 열경화형 도전성 도료를 도포，건조하고，열 경화형 도전층을 형성한 제 1 공정，상기 열 경화형 도전층을 플라스틱 플레이트 위에 적층한 제 2 공정，상기 적층된 열 경화형 도전층을 가열하고 경화시키고 도전층을 형성한 제 3 공정 및 상기 플라스틱 필름을 도전층 표면보다(부터) 박리한 제 4 공정으로 이루어진 대전 방지 플라스틱 플레이트의 제조 방법에 관하여 기재하고 있는데, 이 방법은 표면 마찰 등의 환경에서는 도포된 도전층이 열화되어 전기적 성능이 저하된다는 단점이 있다.
또한, 한국공개특허 제2007-0039586호에는, 할로겐계, 인계 또는 안티몬계 난연제 등을 함유하는 난연제 및 난연 보조제가 필요 없이, L94V-2의 난연성을 갖고 외관, 착색능 및 인성 특성이 균형있게 우수하면서 대전방지 특성이 우수한 폴리에스터 수지 조성물이 기재되어 있다. 그러나, 난연성능을 나타내기 위한 멜라민화합물의 함량이 높고 여기에 대전방지제도 첨가되야 하기 때문에 전반적인 성형체의 기계적 강도 저하가 문제된다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 전기전도성 충전제가 포함된 복합 소재에 있어서, 종래와 같은 할로겐계 난연제를 사용하는 것이 아니라 친환경적인 무기계 난연제를 사용하면서도, 이에 따라 감소해지는 난연성능과 기계적 강도의 저하 문제를 해결할 수 있는 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 난연 및 대전방지 특성을 갖는 기능성 복합성형체 조성물을 제조함에 있어서, 단순하게 폐기 처리되고 있는 폐플라스틱을 기본 매트릭스 수지로 이용하고, 폐(리튬이온)전지의 재활용공정에서 얻어지는 탄소분말을 전자파차폐용 전도성 충전재로 활용함으로써, 생산 비용을 저렴하게 할 뿐만 아니라 폐기처리되고 있는 페소재를 다시 재활용하여 환경보전에도 이바지하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물은, 올레핀계 폐플라스틱 수지와, 탄소 분말과, 무기계 난연제 및 나노 단위의 층상구조를 가지는 유기화 층상실리게이트 화합물이 포함되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 올레핀계 폐플라스틱 수지는 폐폴리프로필렌과 폐폴리에틸렌이 혼합된 폐플라스틱 수지에 상용화제가 혼합된 것이 바람직하고, 상기 탄소 분말은 폐전지로부터 얻은 카본 블랙과 흑연 분말의 혼합물인 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 상기 무기계 난연제는 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄이거나 상기 수산화마그네슘이 커플링에이전트(Coupling agent)로 표면처리된 것이 가능하고, 상기 유기화 층상실리게이트 화합물은 규소와 산소로 구성된 팔면체 층이 두개의 사면체 사이에 나란히 배열된 형태의 구조를 가진 규산염 광물일 수 있다.
나아가, 상기한 바와 같은 본 발명에 있어서는, 상기 올레핀계 폐플라스틱 수지가 40~50 중량%, 상기 탄소 분말은 5~15중량%, 상기 무기계 난연제는 35~45중량%, 상기 유기화 층상실리게이트 화합물은 5~9중량%로 포함되는 것이 가장 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태는 올레핀계 폐플라스틱 수지와, 탄소 분말과, 무기계 난연제 및 나노 단위의 층상구조를 가지는 유기화 층상실리게이트 화합물을 혼합시키는 단계; 상기 혼합된 혼합물을 압출하여 펠렛으로 가공하는 단계; 및 상기 가공된 가공물을 열압착 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물의 제조방법일 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 전기전도성 충전제가 포함된 복합 소재에 있어서, 종래와 같은 할로겐계 난연제를 사용하는 것이 아니라 친환경적인 무기계 난연제를 사용하면서도, 이에 따라 감소해지는 난연성능과 기계적 강도의 저하 문제를 유기화 층상실리게이트 화합물에 의해 나노복합체로 구성함으로써 해결할 수 있는 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 난연 및 대전방지 특성을 갖는 기능성 복합성형체 조성물을 제조함에 있어서, 단순하게 폐기 처리되고 있는 폐플라스틱을 기본 매트릭스 수지로 이용하고, 폐(리튬이온)전지의 재활용공정에서 얻어지는 탄소분말을 전자파차폐용 전도성 충전재로 활용함으로써, 생산 비용을 저렴하게 할 뿐만 아니라 폐기처리되고 있는 페소재를 다시 재활용하여 환경보전에도 이바지할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물 및 이것의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물은, 올레핀계 폐플라스틱 수지와, 탄소 분말과, 무기계 난연제 및 나노 단위의 층상구조를 가지는 유기화 층상실리게이트 화합물이 포함되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
먼저, 상기 올레핀계 폐플라스틱 수지는 본 발명에 따른 나노복합체 조성물에서 기본 매트릭스 수지가 되는 것으로, 가정 및 산업 용도로 사용된 다음에 버려지는 폐기 예정된 또는 폐기된 플라스틱 수지이다. 본 발명은 나노복합체 조성물의 기본 매트릭스 수지로써 이와 같이 버려지는 폐플라스틱 수지를 이용함으로써, 조성물 생산의 비용을 저렴하게 할 뿐만 아니라 폐기처리되고 있는 페소재를 다시 재활용하여 환경보전에도 이바지할 수 있는 효과가 있다. 본 발명은 그 중에서도 가장 많이 버려지는 올레핀계 폐플라스틱을 이용하였고, 이는 본 발명에 따른 나노복합체 조성물의 기본 매트릭스 수지로써 적합하였다.
특히, 상기 올레핀계 폐플라스틱 수지는 폐폴리프로필렌과 폐폴리에틸렌이 혼합된 폐플라스틱 수지가 바람직하고, 그 중에서도 상기 폐폴리프로필렌과 폐폴리에틸렌이 평균 75:25의 중량비로 혼합된 혼합 폐플라스틱 수지를 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 이와 같이 두가지 이상의 폐플라스틱이 혼합되어진 경우, 상이 다른 두 고분자의 상분리에 의한 기계적 강도의 저하를 개선하기 위하여, 상기 올레핀계 폐플라스틱 수지는 상용화제를 더 포함할 수 있다. 이러한 상용화제로써는 상기 혼합된 폐플라스틱 수지와 비슷한 구조 및 용융 특성을 갖는 블록 및 그라프트 공중합체를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 PP-g-MAH와 PE-g-MAH를 상기 폐폴리프로필렌과 폐폴리에틸렌이 혼합된(평균 75:25의 중량비로 혼합된) 폐플라스틱 수지의 중량대비 10wt(%)로 혼합하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
그리고, 상기 탄소분말은 본 발명에 따른 나노복합체 조성물에 대전방지 특성을 부여하기 위한 것으로, 이는 대전방지를 위한 충전제이거나 전기전도성 충진제일 수 있다. 본 발명에서는 특별히 상기 탄소 분말로써 폐전지로부터 얻은 카본 블랙과 흑연 분말의 혼합물을 이용할 수 있는데, 본 발명은 나노복합체 조성물의 전기전도성 충진체로써 이와 같이 버려지는 폐전지스크랩으로부터 얻은 탄소분말을 이용함으로써, 조성물 생산의 비용을 저렴하게 할 뿐만 아니라 폐기처리되고 있는 페소재를 다시 재활용하여 환경보전에도 이바지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물의 탄소분말을 폐(리튬이온)전지로부터 얻는 과정을 나타내는 흐름도이다. 여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 전도성 충전재로 사용되는 탄소분말의 회수공정은 폐리튬이온전지로부터 코발트화합물을 회수하는 습식재활용 공정중에서 산(HCl)용액에 용해되지 않고 침전되는 탄소계 분말을 여과공정을 통해 회수하고 세척 후 건조함으로써 얻는 것일 수 있다. 이와 같이 상기 탄소분말은 폐리튬이온전지의 재활용 공정에서 배출되는 폐기물로써, 폐리튬이온전지의 재활용 목적 금속인 산화코발트를 회수하는 재활용 공정 중에 양극물질에서 회수 가능한 전도성 카본블랙과, 음극물질에서 회수 가능한 흑연분말이 혼합된 형태를 가질 수 있다.
이와 함께, 본 발명에 따른 나노복합체 조성물은 대전방지 특성보다 더 높은 전기 전도성이 요구되는 전자파 차폐특성을 가지기 위하여, 금속계의 전기전도성 충전제를 더 포함하는 것도 가능하다.
계속해서, 상기 무기계 난연제는 본 발명에 따른 나노복합체 조성물에 난연 특성을 부여하기 위한 것으로, 본 발명은 종래와 같이 할로겐계 난연제를 사용하는 것이 아니라 친환경적인 무기계 난연제를 사용하는 것이 특징이다. 종래의 일반적인 나노복합 성형체에서 난연제로 사용되는 할로겐화합물은 열분해시 유해한 화합물을 발생시키는 문제점이 있지만, 본 발명에 따른 무기계 난연제는 이러한 유해 화합물을 발생시키지 않아 친환경적이다. 이러한 무기계 난연제로는 유기질 성분을 가지지 않으면서 난연 특성을 가지는 모든 난연제가 사용될 수 있고, 예를 들면 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 무기계 난연제로써 커플링에이전트(Coupling agent)에 의해 표면처리된 수산화마그네슘을 사용하는 것도 가능한데, 이와 같이 무기계 난연제를 타이타네이트(Titanate)계의 커플링에이전트(Coupling agent)로 표면처리하는 경우, 유기물질인 혼합 폐플라스틱 매트릭스 수지와의 계면접착력을 향상시킴으로써 난연 특성을 향상시킬 수 있다.
마지막으로, 상기 유기화 층상실리케이트 화합물은 본 발명에 따른 나노복합체 조성물에 있어서, 상기한 바와 같이 무기계 난연제를 사용하는 경우 발생할 수 있는 난연성능의 감소와 기계적 강도의 저하 문제를 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명은 전기전도성 충전제가 포함된 복합 소재에 있어서, 종래와 같은 할로겐계 난연제를 사용하는 것이 아니라 친환경적인 무기계 난연제를 사용하는 것이고, 이에 따라 난연성능 감소와 기계적 강도의 저하 문제가 발생할 수 있는데, 본 발명은 이것을 유기화 층상실리게이트 화합물에 의해 나노복합체로 구성함으로써 해결할 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물의 유기화 층상실리게이트 화합물을 나타내는 SEM 사진이고, 여기에 도시된 바와 같이 상기 유기화 층상실리게이트 화합물은 나노단위의 층상구조를 가지는 것이 가능하며, 규소와 산소로 구성된 팔면체 층이 두개의 사면체 사이에 나란히 배열된 형태의 구조를 가진 규산염 광물일 수 있다. 상기 유기화 층상실리게이트 화합물의 예로는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 헥토리아트(hectorite), 사포나이트(saponite) 등이 있다. 특히, 상기 유기화 층상실리게이트 화합물은 다른 고분자 수지와의 친화성을 높이기 위하여 그 층 내부가 알킬암모늄(alkylammonium) 또는 알킬포스포늄(alkylphosphonium) 계통의 유기화제로 치환되어 있다. 상기 유기화 층상실리케이트 화합물의 상용화 제품으로는 유기화제로 4급 암모늄염이 사용된 서던클레이프로덕츠 컴퍼니(Southern Clay Products Company)의 클로이사이트(Cloisite) 20A이 있다.
도 3a와 3b는 각각 본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물에 유기화 층상실리케이트 화합물이 포함되지 않은 경우(도 3a)와 포함된 경우(도 3b)의 SEM 사진이다. 여기에 도시된 바와 같이, 본 발명은 올레핀계 폐플라스틱 수지와, 탄소 분말과, 무기계 난연제로 이루어진 혼합물에 나노 단위의 층상구조를 가지는 유기화 층상실리게이트 화합물을 더 포함시킴으로써, 상기 혼합물의 구성을 더욱 밀집하게 하여 난연성능 감소와 기계적 강도의 저하 문제를 해결할 수 있는 것이다.
기타, 본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물은, 상기한 성분 이외에 필요에 따라 산화방지제, 자외선 차단제, 가공조제 등의 첨가물을 더 포함하는 것도 가능하다.
나아가, 본 발명자들은 상술한 바와 같은 본 발명에 있어서, 상기 올레핀계 폐플라스틱 수지는 40~50 중량%, 상기 탄소 분말은 5~15중량%, 상기 무기계 난연제는 35~45중량%, 상기 유기화 층상실리게이트 화합물은 5~9중량%로 포함되는 나노복합체 조성물의 경우, 난연 및 대전방지 특성에서 상용화가 가능할 정도로 우수한 효과를 가지고, UL94 수직연소시험에서도 1등급의 우수한 난연등급을 가지며, 대전방지에 충분한 표면저항 효과를 가지고 있음을 확인하였다.
도 4는 본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물의 제조과정을 흐름을 나타내는 공정도이다. 여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 나노복합체 조성물의 제조방법은, 먼저 올레핀계 폐플라스틱 수지와, 탄소 분말과, 무기계 난연제 및 나노 단위의 층상구조를 가지는 유기화 층상실리게이트 화합물을 혼합시키고(S100), 이렇게 혼합된 혼합물을 압출하여 펠렛으로 가공한 다음에(S200), 상기 가공된 가공물을 열압착 성형하는 것이다(S300).
이와 같이, 본 발명은 단순처리나 저가의 성형제품에 단순 활용되고 있는 혼합형태의 올레핀계 폐플라스틱 수지에 폐리튬이온전지의 재활용공정에서 폐기되는 탄소 분말을 가공처리 하여 전자파차폐용 전도성 충전재로 제조하고, 이를 친환경적인 무기계 난연제와 혼합하여 충전하고 유기화 층상실리케이트 화합물을 이용해 용융블렌드 방법으로 나노복합화함으로써, 경제성이 우수한 기능성 재활용 복합소재를 제조할 수 있다.
다른 방법으로는, 75:25의 평균 중량비율로 폐폴리프로필렌과 폐폴리에틸렌이 혼합된 매트릭스 수지에 2종간 고분자의 상용성을 향상시키기 위한 상용화제로써 PP-g-MAH와 PE-g-MAH를 첨가하여 혼합하고, 여기에 유기화 층상실리게이트 화합물인 Cloisite 20A를 첨가하여 혼합기(mixer)에서 혼합한 후, 단축 또는 이축 압출성형기에서 용융 압출하여 펠렛 형태를 가공하고, 이렇게 가공된 펠렛과 전도성 충전재로서 폐리튬이온전지에서 회수한 탄소분말과 무기계 난연제를 혼합하여 2차 용융 압출 후 펠렛을 가공할 수 있다. 그런 다음, 상기 펠렛을 열압착 성형기를 이용해 성형체를 성형하는 것도 가능하다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1: 유기화 층상실리게이트 화합물을 5중량% 포함하는 조성물 제조
폐폴리프로필렌과 폐폴리에틸렌 및 상용화제로 구성된 상용화 블렌드 45 중량%, 유기화 층상실리케이트 화합물 5 중량%, 무기계 난연제로써 수산화마그네슘 40 중량%, 폐탄소분말 10 중량%을 건조 후 믹서에 넣고 혼합시키었다. 상기 혼합물을 가공하기에 알맞은 175 내지 210℃ 온도로 히팅구간에 따라 셋팅된 압출기에서 60 내지 100 rpm의 속도로 압출하면서 펠렛 가공하였고, 그 후 이것을 200×200mm 크기의 금형내에 장입하여 205±10℃의 온도로 200 내지 250kgf/cm2의 압력에서 열압착 성형하였다.
실시예 2: 유기화 층상실리게이트 화합물을 3중량% 포함하는 조성물 제조
실시예 1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 유기화 층상실리케이트 화합물 3 중량%, 수산화마그네슘 42 중량%이며 다른 원료의 조성은 실시예 1과 같 다.
실시예 3: 유기화 층상실리게이트 화합물을 7중량% 포함하는 조성물 제조
실시예 1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 유기화 층상실리케이트 화합물 7 중량%, 수산화마그네슘 38 중량%이며 다른 원료의 조성은 실시예 1과 같다.
실시예 4: 유기화 층상실리게이트 화합물을 9중량% 포함하는 조성물 제조
실시예 1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 유기화 층상실리케이트 화합물 9 중량%, 수산화마그네슘 36 중량%이며 다른 원료의 조성은 실시예 1과 같다.
실시예 5: 전처리된 난연제를 포함하는 조성물 제조
실시예 1과 같은 방법으로 성형하며, 조성물에 있어 유기화 층상실리케이트 화합물 5 중량%, 전처리된 수산화마그네슘 40 중량%이고, 다른 원료의 조성은 실시예 1과 같다. 상기 전처리된 수산화마그네슘은 폐플라스틱 matrix와의 계면접착력 향상을 위해 커플링 에이전트(Coupling agent)인 LICA 38(KEN-REACT, USA)로 수산화마그네슘을 표면처리 한 것이다.
비교예 1, 2, 3, 4: 유기화 층상실리게이트 , 탄소분말 또는 수산화마그네슘 을 포함하지 않는 조성물 제조
실시예 1과 같은 방법으로 폐폴리프로필렌 및 폐폴리에틸렌, 상용화제로 구성된 상용화 블렌드 50 중량%, 수산화마그네슘 40 중량%, 폐탄소분말 10 중량%의 비교예 1과 폐폴리프로필렌 및 폐폴리에틸렌, 상용화제로 구성된 상용화블렌드 60 중량%, 수산화마그네슘 40 중량%의 비교예 2와 폐폴리프로필렌 및 폐폴리에틸렌, 상용화제로 구성된 상용화 블렌드 100 중량%의 비교예 3과 상기 상용화블렌드 95 중량%에 유기화 층상실리케이트 5 중량% 첨가한 비교예 4에 따른 각각의 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 1~5 및 비교예 1~4에 따른 조성물의 구성성분 및 함량을 정리하면 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
[표 1: 실시예 1~5 및 비교예 1~4에 따른 조성물의 구성성분 및 함량]
Figure 112007064265127-pat00001
실험예 1: 조성물의 특성 테스트
상기 실시예 1~5 및 비교예 1~4에 따른 조성물의 평가방법으로 인장강도는 ASTM D638에 의해 측정하였으며, 충격강도는 ASTM D256의 시험방법으로 측정하였고, 제조된 성형체 조성물을 UL94 수직연소시험에 의해 난연성을 시험하였으며, ASTM D2863 기준에 의해 한계산소지수(LOI)를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타난 바와 같다.
[표 2: 실시예 1~5 및 비교예 1~4에 따른 조성물의 특성 결과]
Figure 112007064265127-pat00002
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1과 비교예 1, 2, 3, 4를 비교해보면 올레핀계 폐플라스틱(상용화 혼합 폐플라스틱) 수지에 기능성 충전재가 전혀 첨가되지 않은 비교예 3의 경우 난연성 및 전기전도성이 나타나지 않았다. 그리고, 유기화 층상실리케이트에 의해 나노복합화되지 않은 것을 제외하면 실시예 1과 같은 조성의 기능성 충전재가 첨가된 비교예 1의 경우 최소한의 대전방지특성 및 난연특성을 나타내었다. 그러나, 성형체를 제품화하기 위한 필수요소인 기계적 강도 측면에서 보면 비교예 1은 인장강도 및 충격강도 특성이 충전재의 고충진에 따라 현저히 저하되는 것을 알 수 있다.
이에 반해 유기화 층상실리케이트 5 중량%가 첨가되어 나노복합화한 실시예 1의 경우 굴곡강도의 증가폭은 크지 않았으나 인장강도는 약 30%, 충격강도는 약 70% 향상 특성을 나타내었다. 실시예 1의 경우 난연 및 대전방지 특성에서도 상용화가 가능한 특성을 나타내었는데 UL94 수직연소시험에서 1등급의 난연등급을 나타내었고 대전방지에 충분한 표면저항 특성을 나타내었다. 이는 비중이 낮아 체적 충진비가 높은 난연제의 함량을 낮추고 나노복합화에 따른 충전재가 고충진된 플라스틱 성형체가 갖는 공통적인 매트릭스의 불안정화를 감소시키며, 유기화 층상실리케이트 화합물이 혼합폐플라스틱의 상용성(compatibilization) 향상에도 기여한 결과로 판단된다. 이와 같이 본 발명에 의하는 경우, 경제성 있는 난연 및 대전방지특성을 갖는 기능성 성형체의 제조가 가능하며, 최근 문제시 되고 있는 유기 및 무기성 폐기물의 동시 재활용이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 올레핀계 폐플라스틱 수지는 40~50 중량%, 상기 탄소 분말은 5~15중량%, 상기 무기계 난연제는 35~45중량%, 상기 유기화 층상실리게이트 화합물은 5~9중량%로 포함되는 나노복합체 조성물의 경우, 난연 및 대전방지 특성에서 상용화가 가능할 정도로 우수한 효과를 가지고, UL94 수직연소시험에서도 1등급의 우수한 난연등급을 가지며, 대전방지에 충분한 표면저항 효과를 가지고 있음을 확인할 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진에게 명백한 것이다.
본 발명은 단순처리나 저가의 성형제품에 단순 활용되고 있는 혼합형태의 올레핀계 폐플라스틱에 폐리튬이온전지의 재활용공정에서 폐기되는 탄소계 분말을 가 공처리 하여 전자파차폐용 전도성 충전재로 제조하고, 이를 친환경적인 무기계 난연제와 혼합하여 충전하고 유기화 층상실리케이트 화합물을 이용해 용융블렌드 방법으로 나노복합화함으로써, 경제성이 우수한 기능성 재활용 복합소재를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물의 탄소분말을 폐(리튬이온)전지로부터 얻는 과정을 나타내는 흐름도이고,
도 2는 본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물의 유기화 층상실리게이트 화합물을 나타내는 SEM 사진이고,
도 3a와 3b는 각각 본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물에 유기화 층상실리케이트 화합물이 포함되지 않은 경우(도 3a)와 포함된 경우(도 3b)의 SEM 사진이고,
도 4는 본 발명에 따른 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물의 제조과정을 흐름을 나타내는 공정도이다.

Claims (7)

  1. 올레핀계 폐플라스틱 수지 40~50 중량%, 탄소 분말 5~15중량%, 무기계 난연제 35~45중량% 및 나노 단위의 층상구조를 가지는 유기화 층상실리게이트 화합물 5~9중량%로 이루어지고,
    상기 무기계 난연제는 수산화마그네슘이 커플링에이전트(Coupling agent)로 표면처리된 것을 특징으로 하는 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 올레핀계 폐플라스틱 수지는 폐폴리프로필렌과 폐폴리에틸렌이 혼합된 폐플라스틱 수지에 상용화제가 혼합된 것임을 특징으로 하는 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄소 분말은 폐전지로부터 얻은 카본 블랙과 흑연 분말의 혼합물인 것을 특징으로 하는 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 올레핀계 폐플라스틱 수지 40~50 중량%, 탄소 분말 5~15중량%, 수산화마그네슘이 커플링에이전트(Coupling agent)로 표면처리된 무기계 난연제 35~45중량% 및 나노 단위의 층상구조를 가지는 유기화 층상실리게이트 화합물 5~9중량%을 혼합시키는 단계;
    상기 혼합된 혼합물을 압출하여 펠렛으로 가공하는 단계; 및
    상기 가공된 가공물을 열압착 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연 및 대전방지 특성을 갖는 나노복합체 조성물의 제조방법.
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