KR20180046722A

KR20180046722A - 저밀도 수지 발포체 조성물

Info

Publication number: KR20180046722A
Application number: KR1020160142253A
Authority: KR
Inventors: 왕은진; 허지수; 이용관; 임성욱; 박은영; 김옥배
Original assignee: (주)타이리젠; 한국신발피혁연구원
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-05-09
Also published as: KR101875883B1

Abstract

본발명은 저밀도 수지 발포체 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 저밀도 수지에 글래스버블(glass bubble)을 다량 적용함으로써, 저발포율에서도 낮은 밀도를 유지하여 부력성을 향상시키는 동시에 저밀도 수지의 낮은 파괴한계를 보강하여 내파열성, 내압축성 등의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한다. 즉, 본 발명은 발포율을 낮춰 내구성을 높이는 동시에 글래스버블의 적용으로 인해 저발포율에서도 발포체의 밀도를 낮춰 부력성을 극대화 할 수 있도록 하는, 저밀도 수지 발포체 조성물에 관한 것이다.

Description

저밀도 수지 발포체 조성물{FOAM COMPOSITION OF LOW DENSITY RESINS}

본 발명은 저발포율에서도 낮은 밀도를 유지하여 발포체의 내구성과 부력성을 동시에 향상시킬 수 있도록 하는, 저밀도 폴리에틸렌 발포체 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 '발포체'란 고체상태의 고분자 내에 기포가 공존하고 있는 이종상태의 물체를 말한다. 대부분의 고분자물은 발포체로 만들어질 수는 있지만 상업적으로 개발된 것은 소수에 불과하며 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리염화비닐 또는 폴리올레핀계 발포체가 주로 사용되고 있다.

아울러, 상기와 같은 발포체는 물질 속에 수많은 기포가 분산되어 있는 구조적 특징으로 인해 부력성, 내파열성, 내압축성 등을 가지며, 이러한 기능을 바탕으로 각종 스포츠 및 레져용품의 소재와 각종 부력재로 사용되고 있다.

한편, 발포체의 부력성을 극대화하기 위해서는 발포율을 높여 밀도를 낮추어야 하지만, 발포율이 높아지면 내파열성, 내압측성 등이 급격히 저하되어 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여, 특허문헌 1에서는 산업용 발포체 조성물에 있어서, 서로 다른 유리전이온도를 가지는 2종 이상의 스티렌-포화탄화수소계 열가소성 고분자 기재 또는 필요에 따라 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체, 에틸렌-올레핀 공중합체, 고무 등을 블렌드한 블렌드물을 기재로 하고 충전제, 가교제, 발포제 및 기타 첨가제를 투입하여 프레스 성형함으로서 비중이 낮고 영구압축줄음율 등의 내구성이 우수하면서 다양한 온도영역에서 우수한 충격흡수성을 갖는 것을 특징으로 하는 다양한 온도영역에서 우수한 충격흡수성을 갖는 산업용 발포체 조성물에 관한 것으로, 기존의 충격흡수 재료보다 환경적인 측면 혹은 비용적인 측면에서 유리하고 충격흡수성 특성을 갖는 산업용 발포체로서, 특히, 기존 충격흡수 소재가 상온영역에서만 충격흡수 특성이 발현되는데 비해 다양한 온도영역에서도 우수한 충격흡수성 발현되도록 기능성을 부여함으로써 기존에 사용 범위가 제한되어있던 소재의 한계를 극복하는 신규 기능 소재를 제공하여 스포츠용품, 건설용품 등의 산업에 다양한 용도에 적용이 가능하며, 또한, 기존의 충격흡수 재료인 폴리비닐클로라이드와 폴리우레탄을 대체할 수 있어 상기소재 사용으로 인하여 발생되었던 환경오염 문제를 해결할 수 있도록 하는, 산업용 발포체 조성물을 제안하였다.

하지만, 상기 특허문헌 1의 경우 영구압축줄음율 등의 내구성은 우수하지만 이는 발포율을 낮추어 밀도를 높임에 따라 구현되는 것으로, 저발포율에서 높은 밀도를 가짐에 따라 부력성이 미비하게 되는 문제점이 있었다.

특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-0980028호 "다양한 온도영역에서 우수한 충격흡수성을 갖는 산업용 발포체 조성물"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저밀도 수지에 글래스버블(glass bubble)을 다량 적용함으로써, 저발포율에서도 낮은 밀도를 유지하여 부력성을 향상시키는 동시에 저밀도 수지의 낮은 파괴한계를 보강하여 내파열성, 내압축성 등의 내구성을 향상시킴을 과제로 한다.

즉, 본 발명은 발포율을 낮춰 내구성을 높이는 동시에 글래스버블의 적용으로 인해 저발포율에서도 발포체의 밀도를 낮춰 부력성을 극대화함을 과제로 한다.

본 발명은 저밀도 수지 발포체 조성물에 있어서, 저밀도 수지, 글래스버블, 가교제 및 발포체용 첨가제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 저밀도 수지 발포체 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.

보다 구체적으로 상기 저밀도 수지 발포체 조성물은, 선형 저밀도 폴리에틸렌 80 ~ 90 중량% 및 에틸렌비닐아세테이트 10 ~ 20 중량%로 이루어지는 저밀도 수지 100 중량부에 대하여, 글래스버블 10 ~ 30 중량부, 가교제 0.1 ~ 1.5 중량부 및 발포체용 첨가제가 포함되어 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 글래스버블은 평균입자가 0.38 ~ 0.60mm이고, 크러쉬(crush) 강도가 16,000 ~ 28,000 psi인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 가교제는, 황 가교제, 유기과산화물 가교제 또는 레진 가교제 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 저밀도 수지에 글래스버블을 적용함으로써, 저발포율에서도 낮은 밀도를 유지하여 부력성을 향상시키는 동시에 저밀도 수지의 낮은 파괴한계를 보강하여 내파열성, 내압축성 등의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. 아울러 상기와 같은 효과로 인해 각종 스포츠 및 레져용품의 재료나 벽, 방수부재 및 각종 부력재로 다양하게 활용될 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 글래스버블이 포함된 저밀도 수지 발포체의 주사전자현미경(SEM)사진(50배율)

상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 저밀도 수지 발포체 조성물체에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하, 본 발명에 따른 저밀도 수지 발포체 조성물을 도 1을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 저밀도 수지 발포체 조성물은, 저밀도 수지, 글래스버블, 가교제 및 발포체용 첨가제를 포함하여 이루어지며, 저밀도 수지는 선형 저밀도 폴리에틸렌과 에틸렌비닐아세테이트를 혼합하여 적용하는 것이 바람직하지만 여기에 한정되는 것은 아니고 발포체 조성물의 사용 용도나 사용 환경을 고려하여 이미 공지된 다양한 수지를 적용할 수 있다.

보다 구체적으로 상기 저밀도 수지 발포체 조성물은, 선형 저밀도 폴리에틸렌 80 ~ 90 중량% 및 에틸렌비닐아세테이트 10 ~ 20 중량%로 이루어지는 저밀도 수지 100 중량부에 대하여, 글래스버블 10 ~ 30 중량부, 가교제 0.1 ~ 1.5 중량부 및 발포체용 첨가제가 포함되어 이루어진다.

상기 저밀도 수지는, 부력성을 향상시키기 위해 사용되는 기재로써 상술한 바와 같이, 선형 저밀도 폴리에틸렌 80 ~ 90 중량% 및 에틸렌비닐아세테이트 10 ~ 20 중량%를 혼합하여 적용한다.

여기서, 상기 선형 저밀도 폴리에틸렌의 함량이 80 중량% 미만이거나 에틸렌비닐아세테이트의 함량이 20 중량%를 초과할 경우, 부력성이 저하될 우려가 있으며, 선형 저밀도 폴리에틸렌의 함량이 90 중량%를 초과하거나 에틸렌비닐아세테이트의 함량이 10 중량% 미만일 경우, 내구성이 저하될 우려가 있다.

상기 글래스버블은, 속이 빈 중공구조를 갖는 3차원의 미소구형의 필러(filler)의 한 종류이며, 저발포율에서도 낮은 밀도를 유지하여 부력성을 향상시키는 동시에 저밀도 수지의 낮은 파괴한계를 보강하여 내파열성, 내압축성 등의 내구성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로, 그 함량이 10 중량부 미만일 경우, 상기 효과가 미비해질 우려가 있으며, 30 중량부를 초과할 경우, 가공성이 저하될 우려가 있고 또한 사용량 대비 효과의 향상효율이 미비하여 비경제적일 우려가 있다.

한편, 상기 글래스버블은, 부력성과 내구성의 동시 향상효율을 고려하여 평균입자가 0.38 ~ 0.60mm이고, 크러쉬(crush) 강도가 16,000 ~ 28,000 psi인 것을 사용하는 것이 바람직하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고 발포체 조성물의 사용 용도나 사용 환경 등에 따라 다양한 물성의 글래스버블을 사용할 수 있다.

상기 가교제는, 황 가교제, 유기과산화물 가교제 또는 레진 가교제 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하며, 유기과산화물 가교제는 사이클로헥사논퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시이소프로필카르보네이트, t-부틸퍼옥시라우릴레이트, t-부틸퍼옥시아세테이트, 디-t-부틸디퍼옥시프탈레이트, t-디브틸퍼옥시말레인산, t-부틸큐밀퍼옥사이드, t-부틸하이드로퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디벤조일퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 1,3-비스(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 디-(2,4-디클로로벤조일)퍼옥사이드, 1,1-디(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시)헥산, 디-t-부틸퍼옥사이드, 2,5-디메틸-2,5-(t-부틸퍼옥시)-3-헥신, n-부틸-4,4-비스(t-부틸퍼옥시)발러레이트 또는 α,α'-비스(t-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠 등을 적용할 수 있고, 레진 가교제는 메틸올(methylol)기를 5 ~ 20% 함유한 변성 페놀 수지를 적용할 수 있으며, 본 발명의 효과를 고려할 때 99% 이상의 유기과산화물 가교제를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 가교제의 함량이 0.1 중량부 미만일 경우, 가교점도가 낮아 정상적인 발포체 성형이 어렵고 1.5 중량부를 초과할 경우, 가교점도가 높아 가공상의 문제가 있다.

한편, 상기 발포체용 첨가제는, 발포체를 이루기 위한 통상의 첨가제로써, 발포제, 금속산화물, 스테아린산, 충전제, 촉진제 등을 적용할 수 있으며, 좀 더 구체적으로는 기재 100 중량부에 대하여, 발포제는 아조디카르본아미드(ADCA), 디니트로소펜타메틸렌테트라민(DPT) 등을 1 ~ 10 중량부, 금속산화물은 산화아연, 산화마그네슘 등을 1 ~ 5 중량부, 스테아린산은 1 ~ 5 중량부, 충전제는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 산화티타늄, 실리카 등을 0.5 ~ 10 중량부, 촉진제는 트리알릴시아누르산염(TAC), 메르캅토벤조티아졸(MBT), 디벤조티아졸디술피드(MBTS), 디펜타메틸렌티우람테프라설파이드(DPTT) 등을 0.1 ~ 0.5 중량부로 사용할 수 있으며, 발포체 성형 조건은 150 ~ 200℃, 100 ~ 150kg/cm²의 조건하에서 5 ~ 20분간 성형하여 발포체를 제조할 수 있지만, 상술한 바와 같이 여기에 한정되는 것은 아니고, 발포체 조성물의 사용 용도나 사용 환경에 대응하여 이미 공지된 다양한 종류의 발포체용 첨가제를 목적에 맞게 적용할 수 있으며, 그 함량 역시 이미 공지된 범위 내에서 제한없이 사용할 수 있다. 아울러 발포체를 제조하기 위한 조건 역시 발포체 조성물의 사용 용도나 사용 환경에 따라 가변적이므로 특정 조건에 한정하지는 않고 이미 공지된 다양한 조건 범위를 적용할 수 있다.

이하, 본 발명을 아래 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

1. 발포체 조성물의 제조

(실시예 1)

선형 저밀도 폴리에틸렌 90 중량% 및 에틸렌비닐아세테이트 10 중량%로 이루어지는 저밀도 수지 100 중량부에 대하여, 평균입자가 0.38 ~ 0.60mm이고, 크러쉬 강도가 16,000 psi인 글래스버블 30 중량부, 디큐밀퍼옥사이드 가교제 1.5 중량부, 발포체용 첨가제인 스테아린산 0.7 중량부와 산화아연 2 중량부, 트리알릴시아누르산염(TAC) 촉진제 0.1 중량부, 아조디카본아마이드 발포제 4 중량부를 투입하여 충분히 혼련시켜 혼련물 쉬트를 제조한 후, 상기 쉬트상 혼련물을 170℃, 120kg/cm²의 조건하에서 7분간 성형하여 발포체를 제조하였다.

(실시예 2)

선형 저밀도 폴리에틸렌 80 중량% 및 에틸렌비닐아세테이트 20 중량%로 이루어지는 저밀도 수지 100 중량부에 대하여, 평균입자가 0.38 ~ 0.60mm이고, 크러쉬 강도가 28,000 psi인 글래스버블 10 중량부, 디큐밀퍼옥사이드 가교제 0.1 중량부, 발포체용 첨가제인 스테아린산 0.7 중량부와 산화아연 2 중량부, 트리알릴시아누르산염(TAC) 촉진제 0.1 중량부, 아조디카본아마이드 발포제 4 중량부를 투입하여 충분히 혼련시켜 혼련물 쉬트를 제조한 후, 상기 쉬트상 혼련물을 170℃, 120kg/cm²의 조건하에서 7분간 성형하여 발포체를 제조하였다.

(비교예 1)

실시예 1과 동일하게 제조하되, 글래스버블을 첨가하지 않았다.

(비교예 2)

실시예 2와 동일하게 제조하되, 선형 저밀도 폴리에틸렌을 사용하지 않고 에틸렌비닐아세테이트 100 중량%를 사용하였다.

2. 발포체 조성물의 평가

(1) 비중

KS M6519에 준하여 우에시마(Ueshima)사의 자동비중 측정 장치인 모델DMA-3을 이용하여 측정하였다.

(2) 경도

KS M6784에 준하여 아스커(Asker) C형 경도계를 사용하여 측정하였다.

(3) 영구압축줄음율

발포체를 두께가 10mm가 되도록 절단한 후, 지름이 30±0.05mm인 원기둥 형태로 제조한 시험편을 KS M6660에 준하여 측정하였다. 2장의 평행금속판 사이에 시험편을 넣고, 시험편 두께의 50%에 해당하는 스페이서를 끼운 후 압축시켜 50±0.1℃로 유지되는 오픈에서 6시간 열처리한 후 압축상태를 해제하고 실온에서 30분간 방치한 후 시험편의 두께를 측정하였으며, 영구압축줄음율은 다음 수학식 1에 의하여 계산하였다.

(수학식 1)

t₀ : 시험편의 초기 두께

t_f : 열처리 후 냉각되었을 때 시험편의 두께

t_x : 스페이서의 두께

(4) 인장강도

시편을 약 3mm 두께로 만든 후 KS M6518에 따른 2호형을 커터(cutter)로 시험편을 제작하여 KS M6518에 준하여 인장강도를 측정하였다.

(5) 인열강도

KS M6518에 따라 측정을 하였다.

(6) 반발탄성

ASTM D2632에 준하여 측정하였다.

구분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
비중(Sp.Gr.)	0.32	0.36	0.45	0.38
경도(Asker C)	90	91	92	85
인장강도 (kg/cm²)	35.5	36.7	37.6	25.1
인열강도 (kg/cm)	15.9	16.1	17.0	12.9
영구압축줄음율 (C/set, %)	57	59	60	64
반발탄성(%)	28	27	25	30

상기 [표 1]에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1 및 2는 비교예 1 및 2에 비하여, 부력성과 내구성이 동시에 향상됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저밀도 수지 발포체 조성물은 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

저밀도 수지 발포체 조성물에 있어서,
저밀도 수지, 글래스버블, 가교제 및 발포체용 첨가제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 저밀도 수지 발포체 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 저밀도 수지 발포체 조성물은,
선형 저밀도 폴리에틸렌 80 ~ 90 중량% 및 에틸렌비닐아세테이트 10 ~ 20 중량%로 이루어지는 저밀도 수지 100 중량부에 대하여, 글래스버블 10 ~ 30 중량부, 가교제 0.1 ~ 1.5 중량부 및 발포체용 첨가제가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 저밀도 수지 발포체 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 글래스버블은,
평균입자가 0.38 ~ 0.60mm인 것을 특징으로 하는, 저밀도 수지 발포체 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 글래스버블은,
크러쉬(crush) 강도가 16,000 ~ 28,000 psi인 것을 특징으로 하는, 저밀도 수지 발포체 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 가교제는,
황 가교제, 유기과산화물 가교제 또는 레진 가교제 중에서 단독 또는 2종 이상 병용하여 사용하는 것을 특징으로 하는, 저밀도 수지 발포체 조성물.