KR100920451B1

KR100920451B1 - 기능성 내장재 성형용 합성수지 조성물 및 그 조성방법

Info

Publication number: KR100920451B1
Application number: KR1020090060515A
Authority: KR
Inventors: 서우석
Original assignee: 서우석
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2009-10-08

Abstract

본 발명은 기능성 내장재 성형용 합성수지 조성물 및 조성물의 제조방법(조성방법)에 관한 것으로 세리사이트, 화산회(스코리아), 전기석, 제오라이트를 함께 소성하여 미분화한 기능성의 광물질 미세분말, 불포화 폴리에스터수지, 침강방지제, 분산제, 결합제로서 실란커프링제로 구성되는 조성물과 상기 광물질 미세분말에 스티렌모노머의 용제함량비가 높은 불포화 폴리에스터수지용액을 감압장치수단에 의하여 깊이 침투시킨 교질물에 통상의 불포화 폴리에스터수지, 침강방지제, 분산제, 실란계 카프링제를 첨가하여 교반혼화시킨 조성물의 조성방법에 관한 것이다.

Description

기능성 내장재 성형용 합성수지 조성물 및 그 조성방법{THE SYNTHETIC RESIN COMPOSITION FOR DECORATIVE INTERIOR MATERIALS OF FUNCTION AND THE METHOD OF COMPRISING IT}

본 발명은 기능성 내장재 성형용 합성수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로 구체적으로는 기능성을 갖는 광물성 물질로서 화산회(스코리아), 전기석, 세리사이트, 제올라이트를 1차 소성하여 수분, 유기물질 및 불순물을 제거함과 동시에 광물로서의 금속 또는 금속산화물의 산화도를 높히므로서 기능성을 향상시키고 이를 미분화한 분말에 저점도의 불포화 폴리에스터수지의 회석용액을 깊이 침투시킨 혼합교질물에 고점도의 불포화 폴리에스터수지, 침강방지제, 분산제, 실란카프링제를 첨가하여 균질화시킨 기능성 내장재 성형용 합성수지 조성물과 이 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

상기 불포화 폴리에스터수지로서의 합성수지 성형폼은 주로 FRP(Fiber glass Reinforced Plastic)제품으로 금형표면에 불포화 폴리에스터수지용액에 경화제인 과산화물이 첨가된 수지용액을 금형표면에 코팅하고 그 위에 유리섬유나 기타 보강 섬유를 균일하게 분산, 접착시켜 일부 또는 반경화된 상태에서 다시 그 위에 불포화 폴리에스터수지용액을 코팅하고 코팅층위에 상기 유리섬유를 분산시켜 접착하는 작업을 되풀이하는 수작업을 통하여 욕조, 보트, 수조, 각종 산업용탱크 등 대형의 성형품에서 벽재, 바닥재, 천정재 등의 소형성형제품까지 생산하고 있다. 그러나 이상과 같은 합성수지 성형품은 근년에 와서 유리섬유 특히 단섬유가 공해물질로 규제하고 있고 또한 수요자들도 기피하고 있는 실정이며 제조공정에서 경화에 요하는 시간이 너무길고 수작업이여서 생산성이 크게 떨어진다.

또한 불포화 폴리에스터수지로만된 성형폼은 특히 내장재로 사용할 경우 합성수지 원료절약차원에서도 불리하며 내열성이 부족한 문제점이 있고 바닥재와 같은 경우는 표면경도가 낮아 내마모성이 부족하고 온도변화에 따른 응력발생으로 이를 완충흡수하는 기능이 없어 비틀림현상이 발생하고 장기간사용시 표면에 일반적으로 크랙이나 미세한 균열이 발생한다.

또한 최근에는 사무실이나 주거공간을 장식하는 벽재, 바닥재, 천정재를 비롯한 합성수지벽지 또는 발포벽지, 도장재, 타일 등에 기능성물질인 원적외선 방사물질, 음이온발생물질, 항균성물질, 탈취, 보온 및 방음성의 물질을 첨가하므로서 인체에 유익하고 친환경적인 분위기를 조성하기 위한 연구가 활발히 진행됨과 동시에 이의 관련제품들이 소개되거나 출시되고 있으며 이와 같은 종래기술의 예로서 국내등록 특허공보(등록번호 제10-0601784호)에 "기능성 프라스틱 칩의 제조방법"이 소개되고 있다. 기술의 내용인즉 탈취와 흡착기능을 높이기 위하여 인조제오라이트계열의 약품을 만들기 위하여 0.1N 가성소다 10kg에 알루미늄분말 5kg을 용해 하여 반응시켜 개스를 날려보내고 규산소오다 5kg을 혼합하여 물로 pH8이 되게 한다음 여과하여 건조하고 분말화 한 다음 불화 마그네슘 10kg을 물 10kg에 용해하여 반죽하고 건조시켜 분쇄한 분말 3kg과 투어마린분말 10kg 비율에 불화산화 마그네슘 10kg을 물 10kg에 용해하여 반죽하고 건조하여 분쇄한 분말 3kg과 투어마린분말 10kg 비율에 산화마그네슘 5kg과 실리카겔을 분쇄한 분말 5kg을 혼합한 재료 0.5kg과 플라스틱원료 10kg을 혼합한 칩에 관한 것이라 할 수 있으며 결국은 합성수지에 기능성의 광물성 또는 무기성의 분말을 첨가하여 혼련 압출하여 플라스틱 칩을 얻는 방법으로 무기성 분말과 유기물질은 결합성이 약하므로서 성형된 제품의 인장강도, 충격강도를 비롯한 전반적인 물성이 떨어지게 되고 합성수지의 열화속도가 빨라지는 문제점을 갖고 있다.

다른 종래기술로서 국내등록특허공보(등록번호 제10-0758736호)에는 "천매암분말을 함유한 합성수지조성물 및 패널과 이의 제조방법"이 게시되어 있으며 기술의 구성은 합성수지 3~12 중량%, 목분 28~64 중량%, 천매암 15~50중량%, 경탄 10~46 중량%로 조성된 패널용 조성물에 관한 것이다. 이와 같은 패널용 합성수지 조성물은 목분, 천매암, 경탄 등에 비해 결합제의 양이 지나치게 적어 패널의 성형여부가 문제될 수 있고 더욱이 PVC와 같은 수지는 가소제가 첨가되지 않으면 결합력이 거의 없다고 볼 수 있다. 또한 합성수지 조성물은 기능성을 갖는 천매암과 경탄등의 광물성분말의 조성비가 지나치게 크다 할 수 있으나 더욱 탄성을 갖는 목분입자까지 다량으로 함유되어 있어 인장강도, 충격강도, 휨강도 등을 지나치게 열악하게 할 수 있다. 그 이유로는 목분은 표면에 지방이 있고 탄성이 있어 용융혼합과 정에서 목분내에 합성수지가 침투할 수 없고 파낼성형시 압축되었다가 프레스의 압을 제거하면 탄성에 의해 서서히 원상복귀하는 과정에서 성형체의 외형이 팽창에 의해서 커지고 내부에는 무수한 균열이나 간극이 발생하게 되므로서 소정의 강도를 유지할 수 없게 된다. 이는 합성수지에 첨가되는 기능성 광물질이나 이물질이 다량으로 첨가되어 강도물성이 저하되는 대표적인 예라 할 수 있다.

또 다른 종래기술의 예로서 국내공개특허공보(공개번호 제10-2008-0041942호)에는 "기능성 합성수지상의 제조방법"이 소개되어 있고 기술의 내용은 폴리에스터, 또는 폴리푸로피렌에 맥반석, 칼슘, 티타늄, 투어마린, 게르마늄, 인동 및 동 등의 기능성물질 및 살균성물질 등을 첨가 혼련하여 혼합하고 해당수지의 용융온도에서 압출방사하는 방법으로 이 또한 합성수지와 기능성물질 및 항균성물질 등의 무기물질을 결합함에 있어 결합력(접착력)이 약하고 합성수지에 첨가되는 무기물의 비율이 큼으로서 합성수지사의 인장강도, 파열강도 등이 문제될 수 있다.

이상과 같이 기능성을 얻기 위하여 합성수지에 원적외선 방사물질, 음이온 발생물질 또는 항균성, 탈취성, 보온성, 방음성의 광물성물질이나 무기물첨가시 합성수지와의 접착에 의한 결합력 등을 고려하지 않고 기능성에만 치중한 나머지 합성수지 내장재를 비롯한 각종성형제품, 도료, 합성수지재의 바닥재 등의 인장강도, 충격강도, 휨강도를 비롯한 본래의 물성이 약화되는 경향이 있다.

본 발명은 종래기능성을 갖는 내장재 성형용 합성수지 조성물 및 그 제조방법을 개량보완한 발명에 관한 것으로 합성수지제품에 기능성을 얻기 위해 합성수지에 다량으로 첨가되는 광물성물질 및 무기물질의 기능성물질과 합성수지간에 발생하는 문제점으로 무기물과 유기물간의 결합접착력의 약화로 내장재조직의 치밀성부족 그리고 인장강도, 충격강도, 휨강도 등의 취약에 따른 물성을 향상시키므로서 내장재가 갖는 본래의 물성수준을 유지함과 동시에 다양한 기능성을 제공함으로서 사무실이나 주거공간을 인체에 유익하고 친환경적인 쾌적한 분위기를 지속적으로 유지할 수 있도록 하는 기능성 내장재 성형용 합성수지조성물 및 그 제조방법을 제공함에 있다 하겠다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서는 합성수지에 첨가되는 광물성 물질의 분말 또는 무기질분말의 조직속에 합성수지용액을 깊이 침투시키는 수단이 선행되어야하며 이와 같은 수단은 광물성물질의 분말 또는 무기물분말을 밀폐된 용기에 충진하고 용기내의 공기를 흡인하여 진공에 가깝도록 감압시킨 상태에서 합성수지의 희석용액을 침투시키므로서 수지용액이 분말입자속으로 깊숙이 침투하게 되어 조직을 치밀하게 할 수 있는 조성물을 얻을 수 있으며 또한 기능성 물질로서 광물질분말과 같은 무기물질과 합성수지와 같은 유기물질을 강력하게 접착시킬 수 있는 실란계 카프링제를 결합제로 사용하므로서 조성물의 구성물질간에 강력한 접착력을 갖게 함으로서 치밀한 조직을 갖게하고 우수한 인장강도, 충격강도, 휨강도의 물성을 부여할 수 있는 기능성 내장재 성형용 합성수지조성물과 그 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 합성수지 조성물로 성형된 벽재, 바닥재, 천정재 등의 내장재는 통상의 기능성분말이 첨가된 내장재에 비해 인장강도, 충격강도, 휨강도 등이 우수하며 특히 바닥재로 사용할 경우 내마모성이 뛰어나며 또한 원적외선 방사물질, 음이온 발생물질, 항균, 탈취, 보온, 방음기능이 있는 물질이 첨가되므로서 사무실이나 주거공간을 인체유익하고 친환경적인 분위기를 조성할 수 있는 기능성 내장재 성형용 합성수지조성물 및 그 조성방법이라 할 수 있다.

본 발명에 의한 기능성 내장재 성형용 합성수지 조성물 및 그 조성방법에 관한 것으로 조성방법을 통하여 조성물 및 조성비를 분명하게 할 수 있으므로 먼저 조성물제조방법을 구체적으로 단계별로 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예로서,

화산회(scoria) 32중량부, 전기석(tourmaline) 6중량부, 세리사이트(sericite) 57중량부의 입자를 함께 900~1,200℃범위에서 1~2시간 소성 시키는 1단계 공정,

제오라이트 5중량부를 별도로 온도 500~550℃범위에서 1시간 소성시키는 2단계 공정,

1단계 및 2단계 공정에서 소성된 광물질 입자를 미분화시키는 3단계 공정,

3단계 고정의 광물질 미세분말 100kg을 밀폐용기에 충진시키고 밀폐용기의 압을 10~30Torr범위로 감압시킨 상태에서 밸브를 통해 용제함량비가 높은 불포화 폴리에스터수지용액(A) 50kg을 주입, 상기 혼합분말 내에 침투시키는 4단계 공정,

4단계 공정에서 밀폐용기를 개방시킨 다음 혼합교질액에 용제함량비가 적은 불포화 폴리에스터수지용액(B) 350kg, 침강방지제 8kg, 분산제 5kg, 실란카프링제 7kg을 첨가하여 교반 균질화시키는 5단계 공정을 포함하는 기능성 내장재 성형용 합성수지 조성물의 조성방법이라 할 수 있다.

상기 조성물 조성방법에서 1단계 공정의 소성처리는 먼저 기능성물질인 광물질에서 수분, 유기물질, 불순물을 제거하고 금속 또는 금속산화물의 산화도를 높이므로서 원적외선의 방사기능을 향상시킴에 있다. 물론 이상의 광물질들은 모두 원적외선 방사기능을 갖고 있지만 원적외선 방사율에서 차이가 있으며 세리사이트는 원적외선 방사율이 높고 전기석은 주기능이 음이온발생에 있고 제오라이트나 세리사이트는 항균, 탈취, 흡착, 습도조절기능을 갖고 있는 물질로 알려져 있다.

또한 2단계 공정에서 제오라이트는 온도 600℃이상에서 제오라이트가 갖는 기능의 대부분을 상실하게 되는 것으로 알려져 있어 저온에서 열처리하여 수분, 유기물, 불순물을 제거하게 된다.

그리고 4단계 공정에서 사용되는 불포화 폴리에스터수지용액(A)은 불포화 2염기산인 무수말레인산과 다가알코올인 에치렌글리콜을 중축합시킨 쇄상 불포화 폴리에스터에 용제로서 비닐계 모노머인 스티렌, α메틸스티렌, 초산비닐, 메타크릴산에스터, 디아릴 프타레이트 모노머를 첨가하여된 수지용액으로 여기에서는 폴리글리콜 말레이트에 스티렌모노머를 첨가해서된 불포화 폴리에스터수지용액이다. 이 수지용액의 점도를 낮게 하여 광물질분말에 침투를 용이하게 하기 위하여 액상의 스티렌모노머의 첨가비율이 65~70wt%에 해당하는 점도가 낮은 불포화 폴리에스터용액이며 5단계 공정에서 사용된 불포화 폴리에스터수지용액(B)은 용제인 스티렌모노머 첨가량이 40~45wt%에 해당하는 점도가 높은 불포화 폴리에스터수지용액이다. 특히 4단계 공정에서 밀폐용기를 감압시키면 광물질 분말입자 내에 있는 공기가 빠져나와 있는 상태에서 저점도 불포화에스터수지용액을 주입하면 점도가 낮은 불포화 폴리에스터수지용액이 분말입자 내로 깊이 침투하게 되므로서 수지함유분말입자가 되므로서 수지조직이 연결되므로서 성형체인 내장재의 인장강도, 충격강도, 휨강도 등의 물성이 놀랄 정도로 향상된다.

더욱이 결합제로 사용되는 실란 카프링제는 에폭시기, 2중결합 등의 관능기를 갖인 실란카프링제는 합성수지와 같은 유기재료와 금속, 유리, 모래, 광물질입자와 같은 무기질재료를 결합시키며 수지 자체에 첨가해도 강도가 개선되는 기능을 가지고 있어 1차 광물질입자에 수지침투와 함께 강도향상에 상승효과를 갖게 된다. 그밖에 분산제로는 계면활성제, 아민류를 사용하고 침강 방지제로서는 왁스류를 사용한다.

이상 방법으로 제조된 합성수지 조성물과 조성비는 중량비로 세리사이트 57 중량부, 화산회 32중량부, 전기석 6중량부, 제오라이트 5중량부의 비율로된 광물질분말 100kg, 저점도 불포화 폴리에스터수지용액(A) 50kg, 고점도 불포화 폴리에스터수지용액(B) 350kg, 침강방지제 8kg, 분산제 5kg, 실란카프링제 7kg으로된 합성수지조성물의 조성비는 표(1)과 같다.

표(1) 기능성 내장재 성형용 합성수지 조성물 및 조성비.

사용원료(조성물)		사용량(kg)		조성비(wt%)
불포화 폴리에스터수지용액		400 kg		77 wt%
광물질 분말	세리사이트	57 kg	100 kg	11 wt%	19.2 wt%
	화산회	32 kg		6 wt%
	전기석	6 kg		1.2 wt%
	제오라이트	5 kg		1 wt%
침강방지제		8 kg		1.5 wt%
분산제		5 kg		1 wt%
실란카프링제		7 kg		1.3 wt%
계		520 kg		100 wt%

상기 조성물은 밀폐된 포장용기내에 포장하고 사용시에는 상기 조성물에 대하여 0.5~1.5wt%의 벤조일 퍼옥사이드(경화제)를 첨가하여 사용하게 된다.

표(1)에서 광물질 분말로서 세리사이트(sericite)는 견운모의 일종으로 원적외선 방사기능이 0.9~0.94로서 여기에서 사용하는 다른 광물질 분말보다 원적외선 방사율이 높고 또한 성형가공시 경도(2~2.5)가 낮은 편이여서 성형기의 마모율을 줄일 수 있고 비교적 비중이(2.78~2.88) 크지 않은 편이여서 교반 또는 혼련작업시 상의 분리가 심하지 않으며 특히 원적외선 방사기능의 효율을 높이기 위하여 가장 많은량을 사용하고 있으며 전기석은 현재까지 알려진 음이온 발생물질로서 광물의 성분에 따라 약간의 차이는 있겠지만 5,000~6,000Ion/cc범위의 음이온을 발생하는 모나즈석(monazite) 다음으로 많은량의 음이온을 발생하는 물질로서 음이온 발생량 이 800~1,000Ion/cc범위에 이른다.

모나즈석은 현재까지 음이온 발생물질로 가장 우수한 광물임이 알려져 있으나 분명치는 않으나 최근에 알려진 바에 의하면 방사선을 발생시키는 것으로 알려져 있어 사용할 수 없다.

여기에서 전기석은 음이온 발생물질로 우수하나 모아경도 7~7.5이고 비중이 3.2로서 경도가 높아 혼련작업이나 압출작업시 스크류나 금형의 마모율이 심해 많은량을 사용할 수 없다. 본 발명에서는 광물질 분말을 함께 분쇄하고 있으나 마모율을 줄이기 위해서는 분리하여 별도로 분쇄시켜 다른 광물질 분말보다 미분화시키면 어느 정도 기계 마모율을 줄일 수 있다.

또한 화산회(scoria)의 성분은 SiO₂, Al₂O₃가 주성분을 이루고 적은량의 CaO, Fe₂O₃, MgO이 함유되어있고 산지에 따라서는 미량의 Na₂O, K₂O 성분이 함유되어 있으며 변질하여 제올라이트화한 응회암이 되므로서 본 발명에서 사용하는 방비석, 능비석 또는 소다비석과 같은 제오라이트와 화산회는 실질적으로 성분이 유사하고 또한 화산회와 본 발명에서 사용되는 제오라이트는 양쪽공히 다공성이고 원적외선 방사물질이기도 하나 단지 화산회는 탈취성, 흡착성, 보온 및 방음성이 제오라이트에 비해 약간 떨어진다고 할 수 있다.

그 밖에 불포화 폴리에스터수지와 광물질분말의 조성비에 있어서 광물질 분말량을 늘리면 고가의 수지 절약 측면에서는 유리하다 할 수 있으나 광물질 분말의 조성비 이상으로 사용하면 인장강도, 충격강도 및 휨강도가 점차적으로 약화되는 경향을 보이고 장기간 사용시 성형체내에 발생하는 응력에 의해서 발생되는 비틀림 현상은 광물질분말 첨가량이 많을수록 비틀림현상의 방지 효과가 크다 할 것이나 소정의 조성비로도 비틀림현상에 대한 문제점은 없다. 그리고 결합제인 실란카프링제의 조성비는 표(1)에서의 조성비까지는 결합 접착력과 전체의 물성이 급격하게 증가하는 추세이나 조성비 이상에서는 증가하긴 하나 극히 완만하게 증가하므로서 고가의 실란카프링제의 더 많은 첨가는 효율적이 되지 못하며 또한 침강방지제 및 분산제의 비율은 통상적인 첨가비율 내에서 첨가한 것이나 성형제품을 절단하여 현미경으로 조사한 결과 성형체 조직내에 균일하게 분산된 것으로 나타났다.

이상의 방법으로 제조된 합성수지조성물의 효과를 알아보기 위하여 아래와 같이 구체적인 실시예(1)를 들었다.

실시예(1)

세리사이트(sericite) 57kg, 화산회 32kg, 전기석 6kg 분쇄입자를 혼합하여 1,200℃의 온도 30분간 소성하고 별도로 지오라이트 분쇄입자 5kg을 530℃에서 1시간 소성시킨 다음 소성된 각각의 광물질입자를 혼합하여 미분화시키고 미분화된 분말(400~600메쉬) 100kg을 밀폐된 용기에 충진시키고 용기내의 압을 30Torr까지 감압시킨 상태에서 스치렌모노머 65wt%로 용해시킨 불포화 폴리에스터수지용액을 50kg을 주입하여 30분간 경과 후 밀폐용기를 개방시킨 다음 스티렌모노머 40wt%를 첨가시킨 불포화 폴리에스터수지용액 350kg, 왁스 8kg, 계면활성제 5kg, 실란카프링제 7kg을 첨가하여 교반 균질화시켜 합성수지 조성물을 얻고 즉시 상기 조성물에 대하여 6kg의 벤조일퍼옥사이드를 첨가 균질화시킨 교질물(C)을 얻었다.

비교 실시예(2)

상기 실시예(1)과 같은 조성으로된 미분화된 광물질 혼합물 100kg에 용제로서 스티렌모노머 45wt%가 첨가된 통상의 불포화폴리에스터수지 400kg, 침강방지제(왁스) 8kg, 분산제(계면 활성제) 5kg을 첨가 교반하여 균질화시킨 합성수지 조성물을 얻고 이 조성물에 6kg의 벤조일퍼옥사이드 경화제를 첨가 균질화시킨 교질물(D)을 얻었다.

상기 교질물(C)과 교질물(D)로 각각 프레스성형으로 가로 30cm×세로 1m×두께 1cm의 판재(E및F)를 성형한 후 완전히 경화시켰다. 실시예(1)의 판재(E)의 중량은 5.2kg이고 비교실시예(2)의 판재(F)는 4.8kg으로 판재(A)의 조직이 치밀함을 알 수 있었다. 이와 같은 판재의 물성시험을 한 결과 아래와 같은 표(1)을 얻었다.

표(1) 시험결과 물성표.

항목 ＼ 구분	실시예(1)의 판재	비교실시예(2)의 판재	시험방법
비중	1.73	1.6	-
인장강도(kg/mm²)	9.6	6.2	KSM 3305
굴곡강도(kg/mm²)	19.8	17.6	KSM 3305
충격강도(kg/mm²)	40.2	28.7	KSM 3015
압축강도(kg/mm²)	11.3	10.1	KSM 3305
흡수율(%)	0.06	0.09	KSM 3015

Claims

화산회(scoria) 32중량부, 전기석 6중량부, 세리사이트 57중량부의 입자를 함께 900~1,200℃범위에서 1~2시간 소성시키는 1단계 공정,

별도로 제오라이트 5중량부를 온도 500~550℃범위에서 1시간 소성시키는 2단계 공정,

1단계 및 2단계 공정에서 소성된 광물질 입자를 미분화시키는 3단계 공정,

3단계 공정에서 얻은 미세분말 100kg을 밀폐용기에 충진시키고 밀폐용기의 내부압을 10~30Torr범위로 감압시킨 상태에서 밸브를 통해 스티렌모노머 65~70wt%로 용해시킨 불포화 폴리에스터수지용액 50kg을 주입하여 광물질 미세분말 내에 침투시키는 4단계 공정,

4단계 공정을 거친 혼합교질액에 스티렌모노머 40~45wt%로 용해시킨 불포화 폴리에스터수지용액 350kg, 침강방지제 8kg, 분산제 5kg, 실란카프링제 7kg을 첨가하여 교반균질화시키는 5단계 공정을 포함하는 기능성 내장재 성형용 합성수지 조성물의 조성방법.
불포화 폴리에스터수지용액 77중량%, 세리사이트 11중량%, 화산회 6중량%, 전기석 1.2중량%, 제오라이트 1중량%, 침강방지제 1.5중량%, 분산제 1중량%, 실린카프링제 1.3중량%으로 조성된 기능성 내장재 성형용 합성수지 조성물.