KR100702580B1 - 합성수지용 첨가제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합성수지용 첨가제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄산칼슘, 고급지방산, 알륨산지방, 폴리에틸렌 왁스 및 고밀도 폴리에틸렌으로 되는 합성수지용 첨가제를 제조함으로써, 본 발명에 따른 합성수지용 첨가제가 첨가된 합성수지가 우수한 가공성을 갖는 것은 물론, 물성의 저하 없이 저렴한 비용의 첨가제를 고비용의 합성수지에 대량으로 혼합할 수 있도록 하는 것으로, 탄산칼슘 75∼86.5중량%, 고급지방산 0.5∼1.5중량%, 알륨산지방 0.5∼1.2중량%, 폴리에틸렌 왁스 0.5∼2.5중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 12∼22중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

합성수지, 탄산칼슘, 고급지방산, 알륨산지방, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌

Description

합성수지용 첨가제 및 그 제조방법{Additive for resin and method for producing thereof}

본 발명은 합성수지용 첨가제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄산칼슘, 고급지방산, 알륨산지방, 폴리에틸렌 왁스 및 고밀도 폴리에틸렌으로 되는 합성수지용 첨가제를 제조함으로써, 본 발명에 따른 합성수지용 첨가제가 첨가된 합성수지가 우수한 가공성을 갖는 것은 물론, 물성의 저하 없이 저렴한 비용의 첨가제를 고비용의 합성수지에 대량으로 혼합할 수 있도록 하는 것이다.

현재 합성수지에는 여러 첨가제들이 사용되고 있는 바, 합성수지용 첨가제란 합성수지의 가공을 용이하게 하고 최종 제품의 성능을 개량하기 위해 가공이나 중합과정에서 첨가되는 화학물질로 합성수지의 취약성을 보완하고 특성을 살리기 위해 보조재료로서 사용되고 있다.

상기 합성수지 첨가제를 사용하는 목적은 합성수지의 품질개량과 성형품의 가공성, 물리적 성능의 향상, 장기적 안정성 유지 등을 위해서이다.

그리고 상기와 같은 합성수지 첨가제의 종류로는 가소제, 열안정제, 산화방 지제, 자외선안정제, 난연제, 대전방지제, 활제, 충격보강제 등이 있으며, 합성수지 제품을 만들 때 제품의 기능, 용도에 따라 첨가되는 필수적인 성분으로 취급된다.

또한 상기 합성수지 첨가제는 그 기능에 따라 화학적 성질 개선제, 물리적 성질 개선제 그리고 가공성 개선제로 나눌 수 있는데 최근에는 이러한 첨가제가 본래의 보조재료라는 의미를 초월하여 합성수지 제품의 최종 성능에 결정적인 영양을 미칠 수 있는 특수 소재로 인식되고 있으며, 고분자 업계에서는 신제품 개발 시 첨가제의 활용기술의 중요성이 점점 증대되고 있는 실정이다.

한편, 상기 플라스틱 첨가제 중 충진제는 대량이 첨가되어 원가절감을 목적으로 하는 증량제와, 기계적, 열적, 전기적 성질이나 혹은 가공성을 개선하기 위해 첨가되는 보강제의 두가지로 대별되는 바, 충진제는 다른 첨가제에 비해 대량으로 배합되는 것이 일반적이다.

종래 일반적인 합성수지용 충진제의 종류로는 탄산칼슘, 에스베스토스(Asbestos), 클레이 등이 사용되었는 데, 상기 탄산칼슘은 넓은 파티클 사이즈로 자유자재로 사용이 가능하여 가장 많이 사용되고 있으나 단독으로 사용할 경우 플라스틱의 물성이 전혀 개선되지 않으며, 오히려 과량 첨가할 경우 물성이 저하되거나 성형성이 저하되어 그 사용이 용이하지 못한 문제점이 있는 것이며, 상기 에스베스토스는 발암물질로서 선진국에서 규제하는 물질이고, 상기 클레이는 가격 경쟁력이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있는 것이었다.

또한 종래 사용되는 합성수지 첨가제는 그 첨가량이 약 15중량% 미만으로 제한 되는 것으로, 그 이상 첨가할 시에는 제품의 물성이 저하되는 문제점이 있기 때문에 합성수지의 단가를 낮추는 효과가 거의 미미하였다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 종래의 합성수지용 첨가제가 갖는 합성수지 제품의 물성저하 및 제품의 단가를 낮출 수 없는 제반문제점을 해소하기 위한 것으로, 탄산칼슘, 고급지방산, 알륨산지방, 폴리에틸렌 왁스 및 고밀도 폴리에틸렌으로 되는 합성수지용 첨가제를 제조함으로써, 본 발명에 따른 합성수지용 첨가제가 첨가된 합성수지가 우수한 가공성을 갖는 것은 물론, 물성이 저하되지 않으면서도 저렴한 비용으로 생산가능한 합성수지용 첨가제를 고비용의 합성수지에 대량 혼합할 수 있게 되어 가격경쟁력이 우수한 합성수지 제품을 제공할 수 있도록 하는 합성수지용 첨가제 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 합성수지용 첨가제는 탄산칼슘 75∼86.5중량%, 고급지방산 0.5∼1.5중량%, 알륨산지방 0.5∼1.2중량%, 폴리에틸렌 왁스 0.5∼2.5중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 12∼22중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 고급지방산은 스테아린산인 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 고밀도 폴리에틸렌은 용융도가 0.6∼0.8g/min인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 합성수지용 첨가제의 제조방법은,

탄산칼슘을 고속교반하여 75∼85℃의 온도로 높이는 단계와,

상기 탄산칼슘에 고급지방산을 투입하여 1∼2분간 고속교반하는 단계와,

상기 혼합물에 알륨산지방을 투입하여 2∼4분간 고속교반하는 단계와,

상기 혼합물에 폴리에틸렌 왁스를 투입하여 4∼6분간 고속교반하는 단계와,

상기 혼합물에 고밀도 폴리에틸렌을 투입하여 5∼8분간 고속교반하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 고밀도 폴리에틸렌을 투입하여 고속교반하는 단계 후,

상기 교반된 혼합물을 냉각하여 선형으로 압출하는 단계와, 상기 압출된 압출물을 절단하는 단계와, 상기 절단된 절단물을 건조하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

먼저 본 발명의 탄산칼슘(CaCO₃)은 일반적인 무기충전제로서 사용되는 것으로, 이용이 용이하고 넓은 파트클 사이즈로 자유자재로 사용할 수 있으며, 믹싱가공장치의 마모가 적고 상대적으로 낮은 비중을 가지고 있어 볼륨코스트가 낮은 장 점이 있는 것이다.

상기 탄산칼슘이 첨가제 중 75중량% 미만이 되면 강성 보강의 효과가 미미한 것은 물론 합성수지 제품의 가격을 낮추는 효과도 미미하게 되고, 86.5중량%를 초과하면 강성 보강의 효과는 현저하게 나타나지만 내충격성의 감소 및 성형성이 저하될 문제점이 있으므로, 그 배합비를 75∼86.5중량%로 하는 것이 가장 바람직하다

또한 상기 탄산칼슘는 평균 입도가 0.5 ∼ 10 ㎛의 범위인 것을 사용하는 것이 바람직한 것으로, 그 입도가 0.5㎛ 미만이거나 10㎛를 초과하면 가루날림 현상 등에 의해 가공성이 좋지 못하거나 첨가제를 선형으로 압출하거나 펠렛형태로 가공하는 데 문제점이 나타날 수 있기 때문이다.

상기 고급지방산은 탄산칼슘 산염기 반응을 일으키고, 무기원료인 탄산칼슘 표면의 친수성을 친유성으로 바꾸는 등의 작용을 하는 것으로, 각 첨가제의 혼합을 용이하게 하는 역할을 하는 것이다.

상기 고급지방산은 첨가제 중 0.5∼1.5중량%가 포함되는 것이 바람직한 바, 고급지방산의 배합비가 0.5중량% 미만이면 그 효과가 미미하게 되어 첨가제의 혼합이 용이하지 않고, 1.5중량%를 초과하면 과량이 되어 PE제품이 쉽게 분해되는 현상이 발생되기 때문이다. 그리고 상기 고급지방산으로는 스테아린산(stearic acid) 등을 이용하는 것이 가장 바람직하나, 이를 제한하는 것은 아니다.

또한 상기 알륨산지방(Aluminate Coupling Agent)은 무기질과 유기물이 잘 융합되기 위한 것으로, 그 배합비가 0.5중량% 미만이되면 알륨산지방이 무기물을 잘 감싸주지 못하여 원료가 습기를 잘 흡수할 뿐만 아니라, 비닐 생산시시 PE와 융합 불량이 발생되고, 1.2중량%를 초과하면 PE제품이 쉽게 분해되는 현상이 발생되므로, 0.5∼1.2중량%를 배합하는 것이 바람직하다.

그리고 폴리에틸렌 왁스는 합성수지의 용융흐름성을 개선하기 위한 것으로, 폴리에틸렌 왁스가 0.5중량% 미만이면 용융흐름성이 좋지 못해 작업성이 떨어지고, 2.5중량%를 초과하면 용융흐름성은 개선되나 강도 및 성형성이 저하되는 문제점이 발생되므로, 0.5∼2.5중량%를 배합하는 것이 바람직하다.

또한 고밀도 폴리에틸렌은 합성수지의 물리적 성능을 개선하기 위한 것으로, 고밀도 폴리에틸렌이 12중량% 미만이 되면 첨가제의 첨가시 합성수지의 물리적 성능이 저하될 우려가 있고 22중량%를 초과하면 과량이 되어 물리적 성능의 개선정도가 미미하고 제조비용이 높아질 우려가 있으므로, 그 배합비를 12∼22중량%로 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 고밀도 폴리에틸렌은 그 용융도가 0.6∼0.8g/min인 것을 이용하는 것이 가장 바람직한 것으로, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 용융도가 0.6g/min 미만이 되면, 융점이 높아져 비닐제품 생산시 온도를 보통 때보다 높여야 하는 문제점이 발생되고, 0.8g/min을 초과하면 융점이 낮아져 비닐 제품의 강도가 낮아지는 문 제가 발생되므로, 그 용융도를 0.6∼0.8g/min으로 하는 것이 가장 바람직하다.

다음으로 본 발명에 따른 합성수지용 첨가제의 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다. 하기 첨가되는 각 조성의 첨가량은 상기에서 설명된 합성수지용 첨가제의 배합비에 따르는 것이므로 그에 대한 상세한 설명은 한다.

먼저 탄산칼슘을 고속교반하여 75∼85℃의 온도로 높여 후에 투입되는 각 조성물의 혼합을 용이하게 한다. 상기 탄산칼슘의 온도를 75∼85℃로 하는 이유는 초기온도가 75℃ 미만이 되면 후공정인 고급지방산, 알륨산지방, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌 등의 혼합이 용이하지 못하고 85℃를 초과하면 과도한 에너지가 소모되어 경제적이지 못하기 때문이다.

탄산칼슘을 고속교반한 후, 상기 탄산칼슘에 고급지방산을 투입하여 1∼2분간 고속교반하고, 고급지방산이 혼합되면 상기 혼합물에 알륨산지방을 투입하여 2∼4분간 다시 고속교반한다.

그리고 알륨산지방이 혼합되면 다시 폴리에틸렌 왁스와 고밀도 폴리에틸렌을 차례로 투입하여 4∼6분간 및 5∼8분간 고속교반하는 것이다.

상기 교반시간을 점차적을 늘리는 것은 혼합물의 량과 종류가 많아질수록 균일한 혼합을 하기 어렵기 때문으로, 상기 교반시간을 반드시 제한하는 것은 아니다.

그리고 상기 고밀도 폴리에틸렌을 투입하여 고속교반함으로써 혼합물이 완성 되면, 상기 교반된 혼합물을 냉각하고 이를 선형으로 압출하는 단계와, 상기 압출된 압출물을 절단하는 단계와, 상기 절단된 절단물을 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있는 것이다.

즉, 교반된 혼합물의 형태는 취급이 용이하지 않으므로 이를 선형으로 압출하거나 펠릿화함으로써, 첨가제의 취급 및 보관을 용이하게 하는 것이다.

상기와 같이 제조된 첨가제는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)과 같은 합성수지에 혼합하여 사용하는 것인 바, 그 배합비는 합성수지 60∼95중량%에 첨가제 5∼40중량%를 혼합하는 것이 가장 바람직한 것으로, 상기 혼합되는 첨가제의 량이 5중량% 미만이면 첨가제로서의 역할이 미미하고 40중량%를 초과하면 합성수지의 물성이 저하될 우려가 있으므로, 그 배합비를 적절하게 조절하여 사용하도록 한다.

이하 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하도록 한다.

하기 각 실시예 및 비교예의 필름을 성형할 시, 그 외관 두께, 중량 등은 모두 동일한 조건을 갖도록 실시하였다.

(실시예1)

탄산칼슘 76중량%, 1무게% 농도의 알륨산지방 1중량%, 폴리에틸렌 왁스 1중량% 용융지수가 6g/10min 인 고밀도 폴리에틸렌 21중량%를 준비하고, 탄산칼슘을 고속교반하여 75℃까지 온도를 상승시킨 후 순서에 따라 고급지방산, 알륨산지방, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌을 차례로 투입하여 각각 1분, 2분, 5분, 5분 간 교반하였다.

교반이 완료되면 이를 펠릿화하고 이를 폴리에틸렌 수지에 33중량% 혼합하고 압출기로 비닐제품을 생산하여 표준검측방법으로 성능을 검측하여 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.

(실시예2)

탄산칼슘 78중량%, 1.5무게% 농도의 알륨산지방 0.5중량%, 폴리에틸렌 왁스 1중량% 용융지수가 6.5g/10min 인 고밀도 폴리에틸렌 19중량%를 준비하고, 탄산칼슘을 고속교반하여 80℃까지 온도를 상승시킨 후 순서에 따라 고급지방산, 알륨산지방, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌을 차례로 투입하여 각각 2분, 3분, 4분, 5분간 교반하였다.

교반이 완료되면 이를 펠릿화하고 이를 폴리에틸렌 수지에 33중량% 혼합하고 압출기로 비닐제품을 생산하여 표준검측방법으로 성능을 검측하여 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.

(실시예3)

탄산칼슘 80중량%, 0.8무게% 농도의 알륨산지방 0.7중량%, 폴리에틸렌 왁스 1.5중량% 용융지수가 7g/10min 인 고밀도 폴리에틸렌 17중량%를 준비하고, 탄산칼슘을 고속교반하여 80℃까지 온도를 상승시킨 후 순서에 따라 고급지방산, 알륨산지방, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌을 차례로 투입하여 각각 1분, 3분, 5분, 7분간 교반하였다.

교반이 완료되면 이를 펠릿화하고 이를 폴리에틸렌 수지에 33중량% 혼합하고 압출기로 비닐제품을 생산하여 표준검측방법으로 성능을 검측하여 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.

(실시예4)

탄산칼슘 82중량%, 0.5무게% 농도의 알륨산지방 0.1중량%, 폴리에틸렌 왁스 2.5중량% 용융지수가 8g/10min 인 고밀도 폴리에틸렌 14중량%를 준비하고, 탄산칼슘을 고속교반하여 80℃까지 온도를 상승시킨 후 순서에 따라 고급지방산, 알륨산지방, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌을 차례로 투입하여 각각 1분, 2분, 5분, 6분간 교반하였다.

교반이 완료되면 이를 펠릿화하고 이를 폴리에틸렌 수지에 33중량% 혼합하고 압출기로 비닐제품을 생산하여 표준검측방법으로 성능을 검측하여 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.

(실시예5)

탄산칼슘 84중량%, 1.2무게% 농도의 알륨산지방 0.8중량%, 폴리에틸렌 왁스 2중량% 용융지수가 7.5g/10min 인 고밀도 폴리에틸렌 12중량%를 준비하고, 탄산칼슘을 고속교반하여 85℃까지 온도를 상승시킨 후 순서에 따라 고급지방산, 알륨산지방, 폴리에틸렌 왁스, 고밀도 폴리에틸렌을 차례로 투입하여 각각 3분, 2분, 5분, 8분간 교반하였다.

교반이 완료되면 이를 펠릿화하고 이를 폴리에틸렌 수지에 30중량% 혼합하고 압출기로 비닐제품을 생산하여 표준검측방법으로 성능을 검측하여 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.

(비교예)

비교예로서 통상의 폴리에틸렌 첨가제 (북경정대비닐유한공사의 1250형)를 구입하여 폴리에틸렌 수지에 14중량% 첨가하여 사용하였다.

상기 각 실시예에 따른 성능 검사 결과.

구분	비교예	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5
첨가제 첨가량(중량%)	14	33	33	33	33	30
인장강도(Mpa)	22.33	24.5	23.5	25.4	23	22.7
완구강도(Mpa)	32.0	32.3	32.2	31.38	33.0	30.8
완구모량(Mpa)	888.4	942	948	1140	927	902
충격강도(J/m)	880.7	927.5	977	887	896	889
유체유동속도(g/10min)	0.90	1.02	0.96	0.97	1.0	0.98
제품압력실험(N)	610	690	670	620	630	680

상기 표 1에서 분명히 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 첨가제를 첨가한 각 실시예들은 모두 제품의 강도나 물성이 저하되지 않으면서도, 첨가제의 첨가량을 대량으로(33중량% 이상) 할 수 있음을 확인하였다.

즉 본 발명의 첨가제를 사용하면 제품의 생산단가를 낮출 수 있게 되어 고부가가치의 경쟁력 있는 합성수지 제품을 생산할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 본 발명은 상기한 실시예에 한하여 설명하였지만 이를 반드시 제한하는 것은 아닌 것으로, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다.

상기한 설명에서 분명히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 합성수지용 첨가제 및 그 제조방법에 따르면, 탄산칼슘, 고급지방산, 알륨산지방, 폴리에틸렌 왁스 및 고밀도 폴리에틸렌으로 되는 합성수지용 첨가제를 제조함으로써, 고급지방산의 작용으로 인해 합성수지 내에 첨가제의 혼합이 균일하게 이루어지도록 하고, 고밀도 폴리에틸렌 등의 사용으로 합성수지 제품의 물리적 성능을 더욱 우수하게 할 뿐만 아니라, 저렴한 비용의 첨가제를 고비용의 합성수지에 대량으로 혼합할 수 있게 되어 합성수지 제품의 원가를 절감할 수 있게 됨으로써, 가격경쟁력을 갖는 합성수지 제품을 생산할 수 있게 되는 등의 유용한 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 합성수지용 첨가제에 있어서,

   탄산칼슘 75∼86.5중량%, 고급지방산 0.5∼1.5중량%, 알륨산지방 0.5∼1.2중량%, 폴리에틸렌 왁스 0.5∼2.5중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 12∼22중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 합성수지용 첨가제.
2. 제1항에 있어서,

   상기 고급지방산은 스테아린산인 것을 특징으로 하는 합성수지용 첨가제.
3. 제1항에 있어서,

   상기 고밀도 폴리에틸렌은 용융도가 0.6∼0.8g/min인 것을 특징으로 하는 합성수지용 첨가제.
4. 탄산칼슘을 고속교반하여 75∼85℃의 온도로 높이는 단계와,

   상기 탄산칼슘에 고급지방산을 투입하여 1∼2분간 고속교반하는 단계와,

   상기 혼합물에 알륨산지방을 투입하여 2∼4분간 고속교반하는 단계와,

   상기 혼합물에 폴리에틸렌 왁스를 투입하여 4∼6분간 고속교반하는 단계와,

   상기 혼합물에 고밀도 폴리에틸렌을 투입하여 5∼8분간 고속교반하는 단계를 포함하여 이루어지되,

   상기 각 투입되는 조성물은 탄산칼슘 75∼86.5중량%, 고급지방산 0.5∼1.5중량%, 알륨산지방 0.5∼1.2중량%, 폴리에틸렌 왁스 0.5∼2.5중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 12∼22중량%로 되는 것을 특징으로 하는 합성수지용 첨가제의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 고밀도 폴리에틸렌을 투입하여 고속교반하는 단계 후,

   상기 교반된 혼합물을 냉각하여 선형으로 압출하는 단계와, 상기 압출된 압출물을 절단하는 단계와, 상기 절단된 절단물을 건조하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 합성수지용 첨가제의 제조방법.