KR20070060454A

KR20070060454A - 발포폴리스티렌 코팅제의 제조방법

Info

Publication number: KR20070060454A
Application number: KR1020050119870A
Authority: KR
Inventors: 박희왕
Original assignee: 주식회사 레오 케미칼
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-06-13

Abstract

본 발명은 글리세릴 모노스테아린산(GMS, Glycelyl monostearic acid), 글리세릴 트리스테아린산(GTS, Glycelyl-tri-stearic acid), 수소화 캐스터 오일(HCO, Hydrogenated castor oil) 및 스테아린산 아연(Zn-ST, Zinc-stearic acid)을 코팅제 원료로 사용하여 40㎛ 이하로 저온분쇄하여 발포폴리스티렌(EPS, Expanded polystyrene) 입자의 표면을 코팅하는 얇은 판상 형태의 코팅제의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 발포폴리스티렌 코팅제는 발포폴리스티렌 비드의 정전기 방지, 성형시 용이한 금형이형, 발포폴리스티렌 비드간의 접착성 부여하는 목적으로 사용되며, 상기 발포폴리스티렌 코팅제는 지방산 에스테르인 글리세릴 모노스테아린산, 글리세릴 트리스테아린산, 수소화 캐스터 오일 및 스테아린산 아연을 조합하여 40㎛ 이하로 저온분쇄하여 제조되며, 또한 상기 저온분쇄된 분쇄물을 이산화규소와 더 혼합하여 제조될 수도 있다.

코팅제, 저온분쇄, 발포폴리스티렌, 판상

Description

발포폴리스티렌 코팅제의 제조방법{Process for Preparing Coating Agent for Expanded Polystyrene}

도 1은 DANISCO사의 글리세릴 모노스테아린산를 원료로 제조된 발포폴리스티렌 코팅제(GMS-PMX)의 SEM 사진이고,

도 2는 DANISCO사의 글리세릴 트리스테아린산를 원료로 제조된 발포폴리스티렌 코팅제(GTS-THP)의 SEM 사진이고,

도 3은 본 발명에 따른 실시예 1의 SEM 사진이고,

도 4는 본 발명에 따른 실시예 2의 SEM 사진이다.

본 발명은 발포폴리스티렌(EPS, Expanded polystyrene) 입자의 표면을 코팅하는 글리세릴 모노스테아린산(GMS, Glycelyl monostearic acid), 글리세릴 트리스테아린산(GTS, Glycelyl-tri-stearic acid), 수소화 캐스터 오일(HCO, Hydrogenated castor oil) 및 스테아린산 아연(Zn-ST, Zinc-stearic acid)에서 선택되는 어느 하나이상으로 구성되는 코팅제 원료를 사용하여 저온분쇄하여 40㎛ 이하의 얇은 판상 형태의 코팅제의 제조방법에 관한 것이다.

발포폴리스티렌은 스티렌모노머를 중합하여 제조한 폴리스티렌수지 또는 그 공중합체수지에 펜탄이나 부탄과 같은 발포체를 첨가하여 제조한 발포성 폴리스티렌수지를 가열·경화시킴과 동시에 기포를 발생시켜 발포수지로 만든 것으로서, 내수성, 단열성, 흡음성, 완충성, 경량성이 뛰어나기 때문에 포장재료, 건축재료, 구명조끼, 장식품, 절연재, 식물용기나 일회용품 등의 생활용품에 이르기까지 널리 사용되고 있다.

상기의 발포폴리스티렌은 표면정전기 발생을 방지하고 가공시 성형물의 균열을 방지하기 위해 표면 코팅제 입자를 도포하여 이용하고 있다.

그러나 현재 업체에서 작업성을 높여주기 위해 사용되고 있는 코팅제는 발포폴리스티렌의 표면에 고르게 도포되지 않아 정전기가 발생되어 가공시 균열이 발생하는 경우가 있다. 이러한 원인은 기존의 코팅제의 경우는 입자의 크기가 균일하고 또한 비드형으로 형성되어 발포폴리스티렌의 표면과 접촉면적이 낮고 또한 접착강도가 낮아 코팅성이 불량하고 유동점도가 높기 때문이다. 그 예로 시판되고 있는 DANISCO사의 글리세릴 모노스테아린산 또는 글리세릴 트리스테아린산를 원료로 하여 제조된 코팅제의 SEM 사진을 도 1과 도 2에 나타냈으며, 상기 DANISCO사의 코팅제들은 도 1과 도 2에 나타낸 것처럼 비드 형태이고 균일한 입도를 가지고 있어 코팅율이 75%로 발포폴리스티렌의 표면을 완전히 코팅시키지는 못한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 새로운 형태의 코팅제 및 그 코팅제의 제조방법을 제공한다.

따라서 본 발명에 따른 새로운 코팅제는 발포폴리스티렌의 표면을 코팅해 줌으로서 폴리스티렌의 정전기 발생이 없어지고 스팀성형시 코팅제가 발포폴리스티렌 표면을 완전히 감싸 접착력을 높여줄 뿐만 아니라 내화, 강도 및 친화력을 향상시켜주며 균열을 감소시켜준다.

본 발명의 목적은 발포폴리스티렌의 코팅율이 우수한 새로운 형태의 코팅제를 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은 신규한 코팅제의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은 관 이동시 케이크 상 형성되지 않는 저장성이 우수한 코팅제를 제공한다.

본 발명은 발포폴리스티렌 입자와의 친화성이 크며 스팀성형하기 좋은 저온 융착성을 가지는 글리세릴 모노스테아린산, 글리세릴 트리스테아린산, 수소화 캐스터 오일 및 스테아린산 아연을 단독 또는 혼합하여 저온분쇄, 분리 , 잠열제거 등의 공정으로 판상의 발포폴리스티렌 코팅제를 제조한다.

본 발명에 따른 발포폴리스티렌 코팅제는 발포폴리스티렌 비드의 정전기 방지, 성형시 용이한 금형이형, 발포폴리스티렌 비드간의 접착성 부여하는 목적으로 사용되며, 상기 발포폴리스티렌 코팅제는 지방산 에스테르인 글리세릴 모노스테아린산와 글리세릴 트리스테아린산, 수소화 캐스터 오일 및 스테아린산 아연을 각각 또는 조합하여 40㎛ 이하로 저온분쇄하여 제조되며, 또한 상기 저온분쇄된 분쇄물과 이산화규소를 더 혼합하여 제조될 수도 있다.

이하 본 발명의 코팅제의 제조단계에 대하여 설명한다.

본 발명에서는,

1) 글리세릴 모노스테아린산, 글리세릴 트리스테아린산, 수소화 캐스터 오일 및/또는 스테아린산 아연을 -5 내지 25℃에서 40㎛ 이하로 1차 저온분쇄하는 단계;

2) 상기 분쇄물을 1 차 분리하여 거대입자를 제거하는 단계;

3) 집진기에서 거대입자가 제거된 분쇄물 중 미세입자를 포집하는 단계;

4) 상기 분쇄물을 -10 내지 0 ℃의 저장고에서 1 주일이상 저장하여 잠열을 제거하는 단계;

5) 상기 잠열이 제거된 분쇄물에서 생성되는 케이크상을 시빙(sieving)하여 분리하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 발포폴리스티렌 코팅제의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 발포폴리스티렌 코팅제의 원료로는 지방산 에스테르인 글리세릴 모노스테아린산와 글리세릴 트리스테아린산, 수소화 캐스터 오일 및 스테아린 산 아연이 있으며, 이들은 시판 중인 것으로 5mm의 크기의 비드와 판상 형태이고, 열가소성이거나 융점이 낮아 열을 가하면 쉽게 녹는 성질을 가지고 있다. 글리세릴 모노스테아린산은 발포 후 발포립 표면에 약간 수분이 존재하여 정전기를 방지하며, 블록킹이 없고, 글리세릴 트리스테아린산은 짧은 성형냉각 시간으로 인해 생산성을 높여주며, 내부 융착성이 우수하나 많은 양을 사용하였을 때는 블록킹 현상이 많이 일어나고, 수소화 캐스터 오일는 함수율은 우수한 반면에 증기를 발포립자 내부로 받아들이지 않고 방출시켜 표면에 수분이 많이 존재하게 되며 상기 수분이 건조되면서 정전기가 심하게 발생한다. 또한 스테아린산 아연는 함수율이 수소화 캐스터 오일과 비슷하여 냉각시간이 길어지는 단점이 있으나, 발포체의 방출을 억제하여 장기간 숙성이 가능하다는 장점과 많은 양으로 코팅하였을 때는 제품 표면에서 윤이 나게 된다. 상기 원료들은 다양한 특성을 가지고 있지만 발포폴리스티렌 코팅제로 제조되었을 때 품질 특성은 다소 차이가 있지만 그 경향은 유사하다.

상기 발포폴리스티렌 코팅제 원료인 글리세릴 모노스테아린산, 글리세릴 트리스테아린산, 수소화 캐스터 오일 및 스테아린산 아연은 단독 또는 서로 혼합되어 사용될 수 있으며, 혼합은 패들믹서, 리본 믹서 및 에어믹싱 방법으로 이루어진다.

코팅재 원료를 혼합하기 위해 패들믹서 또는 리본믹서로 20 내지 40 rpm의 속도로 교반 시키거나, 코팅재 원료가 들어있는 기계 내부에 압축된 공기를 투입하여 상기 코팅재 원료와 고압공기가 혼합한다.

이하는 각 단계에 대하여 구체적으로 설명한다.

상기 1)단계에서 저온분쇄는 혼합된 발포폴리스티렌 코팅제 원료인 글리세릴 모노스테아린산, 글리세릴 트리스테아린산, 수소화 캐스터 오일 및 스테아린산 아연의 단독 또는 혼합물은 케이크 상의 형성을 방지하기 위하여 -10 내지 0℃의 저온창고에서 4 내지 8일간 보관한 후 5mm정도 크기의 상기 원료를 저온분쇄기에서 -5 내지 25 ℃를 유지하고 40㎛ 이하의 입자크기로 1차 저온분쇄한다.

상기의 1차 저온 분쇄는 분쇄기 외부에 수냉 자켓이 설치된 저온분쇄기를 단독으로 사용하여 저온분쇄하거나 상기 저온분쇄기 내에 고압공기를 주입시켜 저온분쇄기에 따른 분쇄와 더불어 공기분쇄를 병행하는 것으로, 공기의 힘을 이용한 분쇄시 공기에 의한 냉각 효과로 인하여 분쇄공정 중 열에 의해 발생된 케이크 상의 형성이 억제되는 부가적인 효과를 갖는다.

다음 2) 단계의 분리는 상기 1)단계에서 저온분쇄된 분쇄물을 20 내지 27 ℃를 유지하면서 325번체(No. 325 sieve, U.S. Sieve Series)에 통과시켜 거대 입자(>40㎛)를 1차 분리한다.

상기에서 325번체(No. 325 sieve, U.S. Sieve Series)에 걸러진 거대입자(>40㎛)는 재사용하기 위해 회수할 수 있고, 회수된 거대입자(>40㎛)는 열을 가하여 용융시킨 후에 냉각시켜 -10 내지 0℃의 저온창고에 보관한 후 상기와 같이 40㎛ 이하의 입자크기로의 저온분쇄과정과 거대입자의 분리과정을 반복한다.

다음 3) 단계의 미세입자의 제거는 상기 2)단계에서 거대입자(>40㎛)가 분리 된 분쇄물을 20 내지 27 ℃로 유지하면서 집진기를 이용하여 미세먼지를 제거한다. 상기 미세먼지가 제거된 40㎛이하의 분쇄물이 90%의 수율로 얻어진다. 집진기를 통해 제거된 미세먼지는 상기와 같이 용융·저온분쇄·분리과정을 거쳐 재사용되어진다.

다음 4) 단계의 잠열의 제거는 -10 내지 0 ℃로 유지되는 저온창고에 상기 3 단계의 미세먼지가 제거된 분쇄물을 1 주일 이상 저장시켜 케이크 상을 형성시키는 잠열을 제거한다. 잠열을 제거하지 않으면 분쇄물이 용융되어 케이크 상을 형성하여 코팅제로서 발포폴리스티렌 표면을 매끄럽게 코팅시키는 효과가 떨어지게 되며 특히 발포폴리스티렌의 코팅과정에서 코팅제는 관으로 이송하는 중에 충돌에 의해 발생되는 열에 의해 관의 내부에 케이크 상으로 붙게 되어 작업성을 감소시키게 되는데 본 발명의 잠열 제거 단계를 거침으로서 발포폴리스티렌 코팅 작업이 매우 안정적으로 장기간 작업을 수행 할 수 있다.

다음 5) 단계의 시빙(sieving)은 상기 4) 단계에서 잠열을 제거시킨 분쇄물에서 생성된 케이크 상을 다시 한 번 제거하기 위해 325번체(No. 325 sieve, U.S. Sieve Series)로 시빙(sieving)한다.

상기 3)단계에서 집진기로부터 배출된 미세먼지가 제거된 40㎛이하의 분쇄물을 325번체(No. 325 sieve, U.S. Sieve Series)로 걸러 남아있는 거대입자를 분리 하는 단계를 더 추가 할 수 있다.

상기 2), 3) 과 5) 단계에서 분리된 거대입자 또는 미세먼지는 재사용하기 위해 회수하여 열을 가해 용융시킨 후 냉각시켜 -10 내지 0 ℃의 저온창고에 보관한 후 상기 1) 내지 5) 단계를 반복하여 40㎛ 이하의 입자크기의 EPS 코팅제를 제조할 수 있다.

상기 1) 내지 4) 단계에서 선택되는 어느 한 단계의 분쇄물에 이산화규소(SiO₂)를 혼합하는 단계를 더 추가할 수 있으며, 이산화규소의 첨가로 인하여 제조된 코팅제 간의 정전기 발생을 억제시킬 수 있고, 서로 엉겨붙는 현상도 감소시킬 수 있다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 설명하나 이로 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

평균 입경이 5mm인 글리세릴 모노스테아린산(HENKEL사)을 -5℃의 저온창고에서 7일간 보관하였다. 상기 저온창고에서 7일간 보관된 글리세릴 모노스테아린산 혼합물을 -5℃에서 저온분쇄기(자콘슨 미국 펄버라이저, JAP-300)를 이용하여 1차 저온분쇄를 실시한 후 25℃에서 325번체(No. 325 sieve, U.S. Sieve Series)로 분쇄물을 트위스트 시빙하여 거대 입자(>40㎛)를 1차 분리하였다. 25℃에서 집진기를 사용하여 상기 거대 입자(>40㎛)기 제거된 분쇄물에 포함되어 있는 미세먼지를 제 거하여 90%의 수율로 글리세릴 모노스테아린산 분쇄물을 얻은 후 상기 얻어진 분쇄물을 다시 325번체(No. 325 sieve, U.S. Sieve Series)로 걸러 나머지 거대입자를 2차 분리하여 제거하였다. 상기 2차 분리된 분쇄물의 잠열을 제거하기 위해 0 ℃의 저온창고에서 10일동안 보관한 후 다시 한번 325번체(No. 325 sieve, U.S. Sieve Series)에 걸러 통과분을 얻었다. 상기 얻어진 통과분은 40㎛ 이하의 다양한 크기의 얇은 판상 형태를 띠며, 발포폴리스티렌 표면 코팅제로 사용하였다. 상기 글리세릴 모노스테아린산을 원료로 하여 제조된 발포폴리스티렌의 코팅제의 SEM 사진을 도 3에 나타냈다. 상기에서 제조한 최종 코팅제의 입도유지 안정성을 평가하기 위해 부피가 30ℓ의 용량을 가지는 패들믹서에 10Kg을 투입하여 35rpm으로 10시간 교반한 후에 믹서기의 표면이나 교반기의 블레이드에 전혀 케이크 상이 형성되지 않아 입자가 안정하게 유지되는 것을 알 수 있었으며 또한 생성된 코팅제 입자를 실온에서 30일 동안 보관해도 케이크가 형성되지 않았다. 또한 관 이송시 관 내부표면에 케이크 현상이 일어나지 않았으며, 코팅제가 분말 형태로 이송되는 것을 관찰하였다.

또한 발포폴리스티렌 수지 100g을 상기 제조된 판상 형태의 코팅재 3g으로 코팅한 후 코팅 전후의 무게를 측정한 후 관 이송시킨 후 무게를 측정한 결과 발포폴리스티렌에 대하여 코팅율이 95%로 나타났다.

[실시예 2]

글리세릴 모노스테아린산 대신에 글리세릴 트리스테아린산을 첨가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 발포폴리스티렌 표면 코팅제를 제조하였다. 상기 글리세릴 트리스테아린산을 원료로 하여 제조된 발포폴리스티렌의 코팅제의 SEM 사진을 도 4에 나타냈다. 상기에서 제조한 최종 코팅제 입자는 실시예 1과 동일한 방법으로 평가한 결과 입자안정성 등이 실시예 1과 동일한 결과를 나타내었다. 또한 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 발포폴리스티렌에 대하여 코팅율이 95%로 나타났다.

[비교예 1]

DANISCO사의 글리세릴 트리스테아린산(도 2의 SEM 사진의 제품, GTS-THP)을 원료로 제조된 발포폴리스티렌 코팅제는 균일한 입도를 가지는 구형의 형태를 나타내고 있고, 이를 이용하여 상기 실시예 1과 같이 입자의 안정성을 평가하여 보았다. 그 결과 교반할 경우 또는 실온에서 30일 동안 정치할 경우 케이크가 형성되어 입자의 안정성이 불량함을 알 수 이었으며, 이로써 장기간의 저장안정성이 좋지 않아 발포폴리스티렌의 코팅작업을 불완전하게 수행하였다. 또한 관 이송하였을 경우에는 관 내부 표면에 분말의 코팅제가 덩어리로 굳어 케이크를 형성하여 부착되어 있는 것을 관찰하였다. 또한 발포폴리스티렌 수지에 1차 구형의 상기 DANISCO사의 상기의 코팅제를 사용하여 코팅한 후 관 이송시킨 후 제품포장을 하기 전에 코팅된 발포폴리스티렌 수지의 무게를 측정하여 코팅성을 측정한 결과, 발포폴리스티렌에 대하여 코팅율이 70%로 나타났다.

실시예 1 및 실시예2로부터 본 발명의 코팅제는 최종단계에서 잠열을 충분히 제거해줌으로서 보관 또는 관 이송시 케이크 상의 형성시키지 않았고 향상된 파우더의 유동성을 나타내었다. 또한 상기 실시예 1 및 실시예 2의 코팅재는 얇은 판상 형태를 나타내므로 상기 비교예 1의 구형의 코팅재보다 발포폴리스티렌에 더욱 효율적으로 코팅되어 발포폴리스티렌의 정전기 방지 효과와 균열을 더욱 감소시키는 효과가 있음을 알 수 있었다.

본 발명은 발포폴리스티렌 코팅제의 제조방법에 관한 것으로, 발포폴리스티렌 입자와의 친화성이 크며 스팀성형하기 좋은 저온 융착성을 가지는 글리세릴 모노스테아린산, 글리세릴 트리스테아린산, 수소화 캐스터 오일 및 스테아린산 아연을 단독 또는 혼합하여 저온분쇄기 및 고압공기로 저온분쇄하여 제조된 발포폴리스티렌 코팅제는 최종형상이 판상으로 40㎛ 이하의 다양한 크기를 가지고 있다. 코팅제의 판상형으로 인하여 발포폴리스티렌 비드의 표면에 대한 코팅성이 95%로 우수하게 나타났다 또한 본 발명의 제조과정 중 잠열을 제거하는 단계를 거침으로서 관 이동시 케이크상을 형성시키지 않아 저장안정성이 우수하며, 발포폴리스티렌 비드간의 정전기를 방지함과 동시에 접착성을 부여시키는 등 발포폴리스티렌의 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims

1) 글리세릴 모노스테아린산, 글리세릴 트리스테아린산, 수소화 캐스터 오일 및 스테아린산 아연을 -5 내지 25 ℃에서 40㎛ 이하로 1차 저온분쇄하는 단계;

2) 상기 분쇄물을 1 차 분리하여 거대입자를 제거하는 단계;

4) 상기 분쇄물을 -10 내지 0 ℃의 저장고에서 1 주일이상 저장하여 잡열을 제거하는 단계;

로 이루어지는 발포폴리스티렌 코팅제의 제조방법.

제 1항에 있어서,

상기 1)단계의 저온분쇄가 저온분쇄기 및 고압공기에 의해 분쇄되는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 코팅제의 제조방법.

제 1항에 있어서,

상기 집진기로부터 배출된 분쇄물을 2차 분리하여 거대입자를 추가적으로 더 제거하는 단계를 가지는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 코팅제의 제조방법.

제 1항에 있어서,

상기 2) - 3)단계가 20 내지 27 ℃ 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 코팅제의 제조방법.

제 1항 내지 제 4항에서 선택되는 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 발포폴리스티렌 코팅제는 글리세릴 모노스테아린산, 글리세릴 트리스테아린산, 수소화 캐스터 오일 및 스테아린산 아연을 서로 혼합하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 혼합코팅제의 제조방법.

제 5항에 있어서,

상기 코팅제의 혼합은 패들믹서, 리본믹서 및 에어믹싱 방법으로 혼합하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 혼합코팅제의 제조방법.

제 1항 내지 제 4항에서 선택되는 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조되는 분쇄물과 이산화규소(SiO₂)와 혼합하는 단계를 더 가지는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 혼합코팅제의 제조방법.