KR101401313B1 - 4중 구조의 폴리염화비닐관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4중 구조의 폴리염화비닐관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표피층, 외부경질층, 중심내압강화층 및 내부경질층의 4중 구조로 이루어지는 폴리염화비닐관에 탄소나노튜브 또는 탄소 그라파이트 및 산화방지제를 첨가하여 인장력과 내충격성을 더욱 강화시켜서 외부의 진동이나 지진에 의한 파손을 방지 및 변형을 방지함과 더불어 결착력을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.
그 구성은 표피층(1)은 PVC 100중량부에 대하여, 안정제 3~6중량부, 충격보강제 2~8중량부, 니트릴 합성고무 10~20중량부, 활제 1~4중량부, 이산화티타늄(TiO2)0.5~1.5중량부 및 산화방지제 1~5중량부로 형성하고, 내부(4) 및 외부경질층(2)은 PVC 100중량부에 대하여 안정제 3~6중량부, 충격보강제 7~15중량부, 가공조제 1~3중량부, 활제 1~4중량부, 충진제 5~10중량부로 형성하고, 중심내압강화층(3)은 PVC 100중량부에 대하여 ABS계수지 10~20중량부, 안정제 4~10중량부, 가공조제 1~3중량부, 활제 0.8~2.5중량부, 카본나노튜브 또는 카본그라파이트 3~5중량부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

4중 구조의 폴리염화비닐관{POLYVINYL CHLORIDE LAMINATING PIPE OF FOUR LAYERS STRUCTURE}

본 발명은 4중 구조의 폴리염화비닐관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표피층, 외부경질층, 중심내압강화층 및 내부경질층의 4중 구조로 이루어지는 폴리염화비닐관에 탄소나노튜브 또는 탄소 그라파이트 및 산화방지제를 첨가하여 인장력과 내충격성을 더욱 강화시켜서 외부의 진동이나 지진에 의한 파손 및 변형을 방지하고 접착력을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 4중 구조의 폴리염화비닐관이다.

일반적으로 수돗물 및 오폐수를 포함한 유체를 이송하는 종래의 수도관이나 하수도관은 주철관 등의 금속관을 사용하고 있으나, 장기간 사용할 경우 관 내부에 흐르는 수돗물이나 오수에 의해 내벽이 쉽게 부식되기 때문에 장기간 사용시 부식된 녹이 수돗물과 섞여 적수 또는 백수 등의 오염물을 발생시켜서 음용 할 수 없게 되고, 상기와 같은 부식으로 인해 관의 누수가 발생되거나 통수능력의 감소로 인하여 관의 수명이 현저하게 단축되는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 PVC로 제조된 합성 수지관을 사용하였으나, 합성 수지관은 외부충격에 약해 쉽게 파손되는 단점이 있어 이를 개선하기 위하여 화학적 성능이 뛰어난 열안정제와 충격보강제를 개발하였고, 상기의 첨가제들의 물리적 특성을 적용하여 2중 구조 내지는 3중 구조의 폴리염화 비닐관을 개발하여 종래의 단일관에 비하여 내충격성을 향상시킬 수 있었다.

그러나 내충격성의 향상에만 치중하다 보니 관의 외면이 너무 강하여 취급 부주의로 인한 크랙이 발생하여 통수시 관이 찢어지는 문제가 다수 발생되고, 이음관 접합시 외면의 단단함과 미끄러움 때문에 접착부위가 분리되고 조임식 금속제 이음관을 체결한 경우에도 관이 미끄러져 이음관이 이탈하는 문제가 다발적으로 발생하는 실정이었다.

상기와 같은 종래의 기술들을 살펴보면. 일본 공개특허공보 소60-255813호에는 단독 중합체의 유리 전이 온도가 -10℃ 이하인 아크릴 단량체와 다관능성 단량체로 이루어진 아크릴계 공중합체에 염화비닐을 그래프트 공중합시켜 내충격성, 내후성, 굽힘 탄성이 우수한 염화비닐계수지를 제조하는 기술이 개시되어 있다.

또 국내 등록특허 제909183호에는 폴리염화비닐수지에 탄소섬유를 혼합하여 강도를 향상시킨 보강층을 포함하는 삼중구조의 수도용 합성수지관에 관한 기술이 개시되어 있다.

그뿐만 아니라 국내 등록특허 제601004호에는 비납계 안정제와 레진(PVC원료)으로 이루어진 혼합분말을 사용하여 PVC성형관을 제조하는 방법이 개시되어 있다.

그러나 이들 기술에서는 염화비닐계 수지의 내충격성은 향상되고 있지만, 합성 수지관의 강도가 증가함에 따라 도리어 크랙이 발생하여 통수시 관이 찢어지는 경우가 다수 발생되고, 이음관 접합시 외면의 단단함과 미끄러움 때문에 접착부위가 분리되고 조임식 금속제 이음관을 체결한 경우에도 관이 미끄러져 이음관이 이탈하는 경우가 다발적으로 발생하는 문제점이 발생되었다.

따라서 우수한 내충격성을 가지면서도 관의 표면이 부드러워 크랙의 발생을 줄이고 관 이음이 수월한 합성 수지관의 제조에 관한 기술 개발이 활발히 진행되고 있고, 특히, 외부충격은 물론 지구환경변화로 인하여 자주 발생하는 지진에 대하여도 변형되거나 파손되지 않는 폴리염화비닐관의 제조가 요망되고 있다.

[선행기술문헌]

1. 일본 공개특허공보 소60-255813호

2. 국내 등록특허 제909183호

3. 국내 등록특허 제601004호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 종래에 사용하는 폴리염화비닐관보다 인장력과 강도를 더욱 높여서 열변형을 적게 하고, 지진에 의한 충격에도 강할 뿐만 아니라 내화학성, 내부식성, 작업성이 우수하며, 수압 및 외압에 의한 변형을 최소화할 수 있는 표면이 부드러운 합성수지관을 제공함을 목적으로 한다.

즉, 표피층, 외부경질층, 중심내압강화층 및 내부경질층으로 이루어진 합성수지관은 중심내압강화층에 탄소나노튜브 또는 그라파이트를 첨가하여 내충격성의 향상은 물론 인장력을 더욱 높여서 특히 외부의 진동이나 지진에 의해 파손되는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 표피층에는 이산화티타늄 및 산화방지제가 함유되어 있어 야외 노출시 변형이나 노화현상을 방지하여 관이 수명을 증가시킴을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 표피층에 나노화된 조핵제와 흡착제를 첨가하여 폴리염화비닐관의 변색을 방지하고 투명도를 증가시키는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 PVC 수지의 중합도와 첨가제들의 종류를 선정하여 물성과 가공성이 최적인 첨가제 함량을 선택하는 점에 있다.

그리고 본 발명은 중심내압강화층(3)에는 각각 탄소나노튜브 또는 탄소그라파이트를 6 - 8 : 2 -4의 비율로 혼합하여 인장력을 강화시킴과 동시에 내충격성에 강한 강도를 더욱 강화시켜서 외부의 진동이나 지진에 의해 파손되는 것을 방지하도록 함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 표피층(1)에 산화방지제를 혼합하여 외부노출시 변형이나 산화되어 노화하는 것을 미연에 방지함을 목적으로 한다.

그뿐만 아니라 본 발명은 표피층(1)에 나노화된 조핵제와 흡착제를 첨가하여 폴리염화비닐관의 변색을 방지하고 투명도를 증가하도록 함에 특징이 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명은 종래의 4중관 보다 강도와 인장력을 더욱 향상시킴으로써 외부충격에 의한 파손이나 특히, 지진 등에도 훼손되지 않고, 관의 변색을 방지하고 투명도를 높이는데 효과가 있다.

또한, 외부에 보관 중일 때 공기 중의 산소와 반응으로 인한 노화 현상을 방지함과 동시에 야외 적재시 적외선의 차단이 용이하기 때문에 성형물의 상하의 온도차에 따라 수축, 팽창에 의한 쉽게 변형이 생기는 것을 방지할 수 있어 수명을 연장하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 4중 구조의 폴리염화비닐관의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 4중 구조의 폴리염화비닐관의 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 4중 구조의 폴리염화비닐관에 대한 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면들을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명의 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 4중 구조의 폴리염화비닐경질관용 수지관은 표피층(1), 외부경질층(2), 중심내압강화층(30), 내부경질층(4)으로 구성된다.

상기 각층의 구성 및 조성물에 대하여 본 출원인이 이미 국내 특허 제 10-0937735로 개시하였으므로, 이에 대한 구체적인 실시 예에 대하여는 생략한다.

다만, 상기 개시된 기술구성에 대하여 여러 가지 문제점이 발견되어 이를 보강하기 위한 기술구성의 특징에 대하여만 하기와 같이 상세하게 기술한다.

본 발명에 따른 표피층(1)은 PVC 100중량부에 대하여, 안정제 3~6중량부, 충격보강제 2~8중량부, 합성고무 10~20중량부, 활제 1~4중량부, 이산화티타늄(TiO₂) 0.5~1.5중량부, 산화방지제 1~5중량부로 조성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기의 표피층 조성물에 나노화된 조핵제와 흡착제를 더 첨가하여 성형시 균일하게 성형함과 동시에 결정화속도를 빠르게 함으로써 생산량의 증대는 물론 변색을 방지하고 관의 투명도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 내·외부경질층(2)(4)은 PVC 100중량부에 대하여 안정제 3~6중량부, 충격보강제 7~15중량부, 가공조제 1~3중량부, 활제 1~4중량부, 충진제 5~10중량부로 구성한다.

상기 내, 외부경질층(2)(4)에도 필요에 따라서 전술한 나노화된 조핵제와 흡착제를 첨가할 수 있다.

그리고 중심내압강화층(30)은 PVC 100중량부에 대하여 ABS계수지 10~20중량부, 무독안정제 4~10중량부, 가공조제 1~3중량부, 활제 0.8~2.5중량부, 카본나노튜브 또는 카본그라파이트 3~5중량부로 구성하여 인장력과 강도를 증진시켜 지진에 대해서도 파손되는 것을 방지시킨다.

상기와 같은 본 발명에 따른 4중 구조의 폴리염화비닐관을 성형하기 위하여는 3중의 공압출 다이가 필요하고, 공압출다이는 압출기에서 용융, 혼련된 수지를 4중 원형구조로 성형할 수 있는 것이어야 하며, 또한 각 층간의 두께조절을 위해 터피도(torpedo)는 끝(tip) 부분의 교체가 자유로우며 멘드릴(mandrel)은 상하좌우 방향으로 이동 가능한 것이어야 한다.

본 발명에 따르면, 폴리염화비닐은 수지 중합도가 증가할수록 기계적 물성은 증가하지만, 수지의 용융성과 용융흐름성이 저하되어 압출가공성이 떨어진다. 따라서, 압출가공에 적절한 수지 중합도와 가공성 개선을 위하여 활제의 첨가가 필수적이다.

본 발명에 따른 표피층(1)의 합성고무는 부타디엔과 아크릴로니트릴의 공중합체인 니트릴고무를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 안정제로 스테아린산 아연, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 마그네슘을 단독 또는 혼합한 것을 사용한다. 그리고 활제는 스테아린산(Stearic acid)이나 폴리에틸렌왁스(Polyethylene wax)를 각각 단독 또는 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하며, 이산화티타늄의 밀도는 1.2 g/mℓ미만의 것을 사용하여야 한다. 산화티타늄의 밀도가 1.2 g/mℓ 이상일 경우 차폐력이 떨어지는 문제점이 있다. 산화방지제로는 알킬페닐류, 아민류, 퀴논류 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 또한, 상기의 조핵제는 방향족 카르본산의 Na, Zn, Al의 금속염이 바람직하며, 본 발명에서는 실리카 겔(Siliuca Gell)이나 활성알루미나 겔(Activated Alumina Gell)을 흡착제로 사용하고 있다.

그리고 내·외부 경질층(2)(4)에 사용하는 충격 보강제는 MBS계(Methylmetacylate Butadiene Styene), 아크릴계, 부타디엔계 등의 충격보강제를 사용하는 것이 바람직하고 특히 MBS계 충격보강제를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 충진제로는 나노입자의 비결정형 이산화 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다. 중심내압 강화층(3)에는 ABS계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 강도보강을 위해 카본나노튜브 또는 카본그라파이트를 혼합하여 지진 등의 외부충격에 견딜수 있도록 구성한다. 상기의 카본나노튜브는 고형체(펠릿) 형태 또는 물, 알코올, 유기용제에 희석시킨 액상 분산액 중 어느 하나로 혼합하는 것이 바람직하다. 즉, 카본나노튜브는 아주 미세한 분말로 이루어져 있어 휘산되므로 펠릿이나 분산제를 사용하여 휘산되는 것을 방지한다.

상기 본 발명의 카본 나노튜브나 카본그라파이트는 인장강도와 굴곡강도가 우수한 특징이 있는 반면, 상대적으로 충격강도가 떨어지는 탄소섬유의 특성을 보강한 것이다.

따라서 카본나노튜브나 카본그라파이트의 경우, 혼합량이 너무 적으면 지진으로 인한 충격에 견딜 수 없고, 혼합량이 너무 많으면 원자재 비용을 상승시키는 요인이 되는 문제가 있으므로, 본 발명에서는 중심내압 강화층에 대하여 3~5중량부를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명이 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다

1 : 표피층 2 : 외부 경질층
3 : 중심내압강화층 4 : 내부 경질층

Claims (5)

1. 표피층(1)은 PVC 100중량부에 대하여, 안정제 3~6중량부, 충격보강제 2~8중량부, 나노화된 조핵제 0.3~3중량부, 흡착제 2~5중량부 및 니트릴 합성고무 10~20중량부, 활제 1~4중량부, 밀도가 1.2 g/mℓ 미만인 이산화티타늄(TiO₂)0.5~1.5중량부 및 산화방지제 1~5중량부로 이루어져 있고,
   내부(4) 및 외부경질층(2)은 PVC 100중량부에 대하여 안정제 3~6중량부, 충격보강제 7~15중량부, 가공조제 1~3중량부, 활제 1~4중량부, 충진제 5~10중량부로 이루어져 있으며,
   중심내압강화층(3)은 PVC 100중량부에 대하여 ABS계수지 10~20중량부, 안정제 4~10중량부, 가공조제 1~3중량부, 활제 0.8~2.5중량부, 카본나노튜브 또는 카본그라파이트 3~5중량부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 4중 구조의 폴리염화비닐관.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 산화방지제는 알킬페놀류, 아민류, 퀴논류 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 4중 구조의 폴리염화비닐관.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 카본나노튜브는 고형체(펠릿) 형태 또는 물, 알코올, 유기용제에 희석시킨 액상 분산액 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 4중 구조의 폴리염화비닐관.

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