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KR100801275B1 - 단열 특성이 우수한 발포성 폴리스티렌 입자의 2단계 제조방법 - Google Patents

단열 특성이 우수한 발포성 폴리스티렌 입자의 2단계 제조방법 Download PDF

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KR100801275B1
KR100801275B1 KR1020070074967A KR20070074967A KR100801275B1 KR 100801275 B1 KR100801275 B1 KR 100801275B1 KR 1020070074967 A KR1020070074967 A KR 1020070074967A KR 20070074967 A KR20070074967 A KR 20070074967A KR 100801275 B1 KR100801275 B1 KR 100801275B1
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KR
South Korea
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styrene
weight
graphite
alpha
expandable polystyrene
Prior art date
Application number
KR1020070074967A
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English (en)
Inventor
이진희
방한배
이해리
Original Assignee
금호석유화학 주식회사
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Publication date
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Priority to PCT/KR2007/004867 priority patent/WO2009014279A1/en
Priority to JP2009524567A priority patent/JP2009536687A/ja
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Abstract

본 발명은 흑연 입자를 투입하여 단열 특성이 우수한 발포성 폴리스티렌 입자의 2단계 제조 방법에 관한 것이다. 스티렌계 수지에 흑연 입자를 혼합하여 혼합 조성물을 제조하고, 상기 조성물을 압출하여 현탁 가능하고 균일한 입자의 마이크로 펠렛을 얻는 단계 및 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 물에 현탁시켜 스티렌계 단량체 및 개시제, C6~C10 방향족 탄화수소를 첨가하여 핵중합을 실시하는 동시에 발포제를 투입하여 함침하는 단계를 통해서 이루어진다.
이러한 방법에 의해서 얻어진 흑연 입자를 포함하는 발포성 폴리스티렌 입자는 일반적인 발포성 폴리스티렌 보다 상당히 낮은 열전도율을 가지고 있으며, 또한 흑연으로 인한 열전도율의 경시변화가 작아서 오랜 기간 동안 단열 특성을 지속 할 수 있는 장점이 있다.
발포, 폴리스티렌, 핵 중합, 마이크로 펠렛, 열전도율

Description

단열 특성이 우수한 발포성 폴리스티렌 입자의 2단계 제조 방법{Method for producing expandable polystyrene beads which have excellent heat insulation properties}
본 발명은 발포성 폴리스티렌 입자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압출 후 핵 중합하는 2단계로 구성된 제조방법에 관한 것이다.
폴리스티렌 입자의 제조 방법으로, 일반적으로 유화중합법, 현탁중합법, 분산중합법에 의한 제조 방법이 널리 공지되어 있다. 일본특허공개공보 평 2-14222호 에는 유화중합법에 의한 폴리스티렌 입자의 제조 방법이 소개되어 있고, 일본특허공고공보 소 46-15112호, 일본특허공개공보 평 5-317688호, 미국특허공보 5559202 호, 미국특허공보 2652392호, 영국특허 1188252 호, 대한민국 공개특허공보 10-1999-0024927 호에는 현탁중합법에 의한 발포성 폴리스티렌 입자의 제조 방법이 개시되어 있다.
그러나, 현탁중합법에 의한 발포성 폴리스티렌 입자의 제조 방법은 보통 넓 은 입자 크기 분포를 초래하고, 비인기 그레이드(Grade) 및 오지의 발생을 유발하며, 이는 정품을 수득하기 위해 선별기를 통한 단계적인 분획 작업을 필요로 한다.
다른 방법으로는 펠렛 형태의 폴리스티렌 입자를 발포제와 함께 투입하여, 압출 발포된 폴리스티렌 발포체 및 발포성 폴리스티렌 입자를 압출 방법에 의해 제조할 수 있다. 하지만 폴리스티렌이 발포제를 함유하는 공정에서 용융물의 분산과 발생열을 통제하여야 하고, 압출시 분자량 감소 및 첨가제의 분해 등의 품질 저하를 초래할 수 있다. 특히, 압출 발포를 통해 제조된 폴리스티렌 발포체는 20 kg/m3 이하의 낮은 밀도의 성형품을 제작할 수 없는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2005-0111820호에서는 일반 폴리스티렌 펠렛을 흑연과 함께 재압출하여 생성된 펠렛을 반응기에서 현탁시키고 발포제를 주입하여 함침을 한 후 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자를 제조하는 방법이다. 이 방법은 압출된 펠렛을 재압출하여 펠렛 그대로 현탁 함침을 실시하기 때문에 마이크로 펠렛의 압출 가공비가 많이 증가한다는 단점이 있다. 또한 고발포력, 강도, 내열성 등과 같은 고기능성을 발현하기 위해 추가적인 처방 반영을 취할 수 없다는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 열전도율을 감소시키고, 열전도율의 경시성을 보 완할 수 있는 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자의 신규한 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 일반 현탁중합에서 이룰 수 없는 원하는 크기의 입자를 고수율로 얻을 수 있는 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자의 신규한 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 현탁 중합시 흑연을 도입한 제품의 단점(발포립 내부 기포의 대립화 및 불균일성)을 개선할 수 있는 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자의 신규한 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 폴리스티렌 펠렛에 흑연을 투입하여 용융시켜 재압출하여 흑연이 포함된 마이크로 펠렛으로 제조하고, 다시 이 펠렛을 함침을 실시하여 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자를 제조하는 공정에서의 단점인 압출 가공비가 증가되는 부분을 보완함으로써 고품질 저비용의 단열재 용도로써의 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자의 신규한 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서는 상기 종래 기술들의 문제점들을 보완하기 위하여 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 이용하여 핵중합을 통해 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자를 제조하여 열전도율의 감소 및 핵중합 과정에서 첨가물의 투입 및 분자량의 조정으로 다양한 물성을 발현할 수 있도록 제조하였다.
이러한 방법에 의해서 얻어진 흑연 입자를 포함하는 발포성 폴리스티렌 입자는 일반적인 발포성 폴리스티렌 보다 상당히 낮은 열전도율을 가지고 있으며, 또한 흑연으로 인한 열전도율의 경시변화가 작아서 오랜 기간 동안 단열 특성을 지속 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 스티렌계 수지에 흑연 입자를 혼합하여 혼합 조성물을 제조하고, 상기 조성물을 압출하여 현탁 가능하고 균일한 입자의 마이크로 펠렛을 얻는 단계 및 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 물에 현탁시켜 스티렌계 단량체 및 개시제, C6-C10 방향족 탄화수소를 첨가하여 핵중합을 실시하는 동시에 발포제를 투입하여 함침하는 단계를 통해서 이루어진다.
본 발명의 실시에 있어서, 현탁 가능하고 균일한 입자의 마이크로 펠렛을 얻는 단계에 있어서, 상기 압출기는 단축 압출기 또는 이축 압출기를 이용하고, 압출 온도 200~250℃ 범위에서 수중 펠렛화기(Under Water Cutting) 또는 수냉식 다이면(Die-face) 펠렛화기의 사용에 의해 현탁 가능하고 균일한 입자의 마이크로 펠렛을 얻을 수 있는 압출기를 사용할 수 있다. 그러나 수냉식 다이면(Die-face) 펠렛화기에 의해 제작된 마이크로 펠렛의 크기는 균일성이 떨어짐으로, 바람직하게는 균일한 입자의 크기를 얻기 위하여 수중 펠렛화기상기(Under Water Cutting)를 이용하여 압출을 실시하는 것이 바람직하다. 이렇게 압출에 의해 제조된 현탁 가능하 고 균일한 입자의 마이크로 펠렛의 크기는 통상의 발포성 폴리스티렌 제조공정에 사용되는 현탁 시스템을 사용하여 현탁 가능하도록 부피가 2 mm3 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 압출공정에 의해서 제조되는 흑연이 포함된 마이크로 펠렛은 수중 펠렛화기(Under Water Cutting)를 이용하여 제조되며, 형태는 원반형 또는 타원형의 형태를 가질 수 있으며 부피가 2 mm3 이하로 제조된다.
본 발명의 실시에 있어서, 스티렌계 수지는 스티렌; 알킬 스티렌, 일예로 에틸스티렌, 디메틸스티렌 및 파라-메틸스티렌; 알파-알킬스티렌, 일예로 알파-메틸스티렌, 알파-에틸스티렌, 알파-프로필스티렌 및 알파-부틸스티렌; 할로겐화 스티렌, 일예로 클로로스티렌, 및 브로모스티렌; 및 비닐 톨루엔으로 이루어진 스티렌계 단량체의 중합체 및/또는 공중합체이며, 상기 스티렌계 단량체와 공중합 가능한 단량체, 일예로 아크릴로니트릴, 부타디엔, 알킬아크릴레이트, 일예로 메틸아크릴레이트, 알킬메타아크릴레이트, 일예로 메틸메타아크릴레이트, 이소부틸렌, 염화비닐, 이소프렌 및 이들의 혼합물과의 공중합체이다.
본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 스티렌계 수지는 폴리스티렌 수지로 중량 평균 분자량이 180,000~300,000g/mol이다.
본 발명에 실시에 있어서, 상기 혼합 조성물 제조에 사용되는 흑연 입자의 크기는 0.1~20㎛이며, 스티렌계 수지 100 중량%에 대하여, 0.1~30 중량%를 사용한다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 물에 현탁시켜 스티렌계 단량체 및 개시제, C6~C10 방향족 탄화수소를 첨가하여 핵중합을 실시하는 동시에 발포제를 투입하여 함침을 하는 단계에 있어서, 현탁제 및 개시제는 통상의 발포성 폴리스티렌 중합에 사용되는 것을 이용할 수 있으며, 본 발명에 실시에 있어서는 현탁제는 무기 분산제를 사용하였으며, 핵중합은 개시온도가 다른 두 가지 종류의 개시제를 사용하였다. 또한 핵중합을 실시할 때 폴리머의 다양한 특성을 부여하는 첨가제를 투입할 수 있으며, 구체적으로 C6~C10 방향족 탄화수소, 기포 조절제, 난연제 등을 사용할 수 있다.
상기 분산제는 통상의 발포성 폴리스티렌 중합에 사용되는 모든 분산제를 사용하여 제조할 수 있으며, 일예로 무기분산제; 트리칼슘 포스페이트, 마그네슘 피로포스페이트, 유기분산제; 폴리 비닐 알코올, 메틸 셀롤로오스, 폴리 비닐 피롤리돈 등을 사용할 수 있으며, 본 발명에 있어서, 초순수 100 중량%에 대하여 트리칼슘 포스페이트 0.5~1.0 중량%를 사용하는 것이다.
상기 스티렌계 단량체는 스티렌, 알킬스티렌, 에틸스티렌, 디메틸스틸렌, 파라-메틸스티렌, 알파-알킬스티렌, 알파-메킬스티렌, 알파-프로필스티렌 및 알파-부틸스티렌을 사용할 수 있으며, 단량체의 사용량은 흑연이 포함된 발포성 스티렌 입자 100 중량%에 대하여 10~90 중량% 범위가 바람직하며, 종류와 함량에 따라 고기능성 및 물리적 특성이 다양한 제품을 제조할 수 있다.
상기 개시제는 통상 발포성 폴리스티렌 중합에서 사용되는 모든 개시제를 사용할 수 있으며, 본 발명의 실시에 있어서는 벤조일 퍼옥사이드(BPO), t-부틸 퍼옥 시 벤조에이트(TBPB)와 같은 두 종류의 개시제를 투입된 스티렌계 단량체 100 중량%에 대하여 0.1~0.5 중량%를 사용하는 것이다.
상기 기포 조절제는 폴리 에틸렌 왁스 및 에틸렌 비스 스테아르아마이드 (Ethylene Bis Stearamide), 탄산칼슘, 활석, 점토, 실리카, 규조토, 시트르산과 중탄산 나트륨을 사용할 수 있으며, 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자 100 중량%에 대하여 0.1~3.0 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 이것은 기포의 크기를 작게하여 단열성 및 성형품 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 난연제로는 헥사브로모 시클로도데칸, 테트라브로모 시클로옥탄, 테트라브로모 비닐시클로헥산, 2,2'(4-알릴옥시-3,5-디브로모페닐)프로판, 트리브로모페닐 알릴 에테르 등의 브롬계 난연제와 통상적인 염소계, 인계 난연제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 헥사브로모 시클로도데칸이다. 상기 난연제는 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자 100 중량%에 대하여 0.1~5.0 중량%를 사용하는 것이다.
상기 C6~C10 방향족 탄화수소는 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자 100 중량%에 대하여 0.1~5.0 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.1~1.0중량%이다. 방향족 탄화수소의 양이 적어지면, 발포성 폴리스티렌 입자의 발포성이 저하되고, 마이크로 펠렛 형태의 폴리스티렌 입자의 구형화가 어려우며, 방향족 탄화수소의 양이 너무 많을 경우 최종 성형품의 내열성이 저하된다. 상기 용제 역할을 하는 C6~C10 방향족 탄화수소에는 벤젠, 톨루엔, p-자일렌, o-자일렌, m-자일렌, 에틸벤젠, 프로필벤젠, i-프로필벤젠 등을 포함하며, 바람직하게는 톨루 엔, 에틸 벤젠을 사용하는 것이다.
상기 발포제는 일반 발포성 폴리스티렌 제조에 사용되는 발포제 C4~C6 를 사용할 수 있으며, 일예로 부탄, i-부탄, n-펜탄, i-펜탄, 네오-펜탄, 시클로펜탄 및 할로겐화 탄화수소를 사용할 수 있으며, 본 발명에 있어서 바람직한 발포제는 n-펜탄, i-펜탄, 시클로펜탄을 4~15 중량% 사용하는 것이다.
본 발명에 실시에 있어서, 상기 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 핵중합하는 동시에 함침하는 과정은 다음과 같다.
본 발명의 실시에 있어서, 보다 정확한 공정을 소개하자면, 초순수, 흑연이 포함된 마이크로 펠렛, 분산제를 반응기에 투입하여 분산을 유지시킨다. 이 과정이 완료되면, 반응기의 온도를 60℃~90℃ 사이로 상승/유지시키고, 스티렌계 단량체, 개시제, 기포 조절제, 난연제, C6~C10 방향족 탄화수소를 2~3시간 이상 유지하면서 서서히 투입한다. 이 후 반응기의 입구를 닫고 나머지 스티렌 단량체를 투입을 한다. 이 과정은 온도를 60℃~90℃ 에서 100℃~130℃까지 3~6 시간 동안 승온하면서 나머지 스티렌 단량체를 서서히 투입을 하면서 이루어진다. 이렇게 중합이 완료가 되고, 발포제를 투입하여 함침을 동시에 진행한다. 함침은 발포제를 투입한 후 100℃~130℃에서 3~6시간 동안 유지하여 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자의 신규한 핵중합을 완료하는 것이다.
본 발명에 있어서, 스티렌계 수지에 흑연 입자를 혼합하여 혼합 조성물을 제조하고, 상기 조성물을 압출하여 현탁 가능하고 균일한 입자의 마이크로 펠렛을 얻는 단계 및 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 물에 현탁시켜 스티렌계 단량체 및 개 시제, C6~C10 방향족 탄화수소를 첨가하여 핵중합을 실시하는 동시에 발포제를 투입하여 함침하는 단계를 통해서 이루어진다. 이렇게 얻어진 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자를 발포하는 단계는 통상의 발포 조건을 사용할 수 있으며, 특별한 제한은 없다. 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌은 당업자에 의해서 기포의 직경이 70 - 300 마이크론이 되도록 발포될 수 있으며, 고발포성을 비롯한 단열 성능 및 강도, 흡수율과 같은 특성이 우수하다는 장점을 가진다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예1> 흑연 입자를 포함하는 발포성 폴리스티렌 입자의 제조 실험(Under water cutting)
폴리스티렌(금호석유화학; GP 150) 100kg에 흑연(현대코마산업; HCN-905) 10kg을 투입하여 혼합하고, 이 혼합 조성물을 이축성형기에서 230 ℃로 용융시키고, 수중 펠렛화기(Under water cutting)를 이용하여 평균 부피가 2.0 mm3 이하의 입자가 균일한 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 얻었다. 100L 반응기에 초순수 40kg에 분산제(트리칼슘 포스페이트; 듀본유화) 0.2kg을 투입하여 교반하고, 상기 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 20kg을 투입하였다. 이 후 60℃까지 반응기 온도를 승온시키고, 스티렌 단량체(Styrene Monomer; SK) 5kg에 난연제(헥사브로모시클로도데칸; GLC; CD75PTM) 1kg, 저온 개시제(벤조일 퍼옥사이드; 한솔케미칼) 0.05kg, 고 온 재시제(t-부틸 퍼옥시 벤조네에트; 호성케멕스) 0.03kg을 용해시켜 2시간 동안 투입하였다. 이후 반응기 입구를 닫고 스티렌 단량체 15kg을 60℃에서 125℃까지 3.5시간 동안 승온 시키면서 천천히 투입하여 중합을 진행시켰다. 이것이 완료된 후 125℃에서 발포제(펜탄; SK) 3kg을 질소 압력으로 반응기에 투입하고 최종 반응기 압력을 13kgf/cm2 를 유지하면서 5시간 동안 함침을 실시하였다. 이후 30℃이하로 냉각시키고 제품을 반응기에 배출하였다. 이 제품을 수세, 건조시키고, 통상적인 발포성 폴리스티렌에서 사용하는 블랜딩제를 도포하여 물성 평가를 하였다.
<실시예2> 흑연 입자를 포함하는 발포성 폴리스티렌 입자의 제조 실험(수냉식 다이면 펠렛화기)
폴리스티렌(금호석유화학; GP 150) 100Kg에 흑연(현대코마산업; HCN-905) 10Kg을 투입하여 혼합 조성물 제작하고, 이 혼합 조성물을 이축성형기에서 230℃로 용융시키고, 수냉식 다이면(Die-face) 펠렛화기를 이용하여 평균 부피가 2.0 mm3 이하의 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 얻었다. 핵중합/함침 공정은 <실시예1>과 동일하게 진행시켰다. 이렇게 나온 제품을 수세, 건조시키고, 통상적인 발포성 폴리스티렌에서 사용하는 블랜딩제를 도포하여 물성 평가를 하였다.
<실시예3> 흑연 입자를 포함하는 발포성 폴리스티렌 입자의 제조 실험(기포 조절제 도입)
<실시예1>에서와 마찬가지로 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 제조하였다. 핵중합 절차는 <실시예1>과 동일하게 진행시키되, 60℃에서 기포 조절제(에틸렌 비스 스티어아마이드; 선구케미칼) 0.05kg을 투입하여 핵중합/함침을 진행시켰다. 이렇게 나온 제품을 수세, 건조시키고, 통상적인 발포성 폴리스티렌에서 사용하는 블랜딩제를 도포하여 물성 평가를 하였다.
<실시예4> 흑연 입자를 포함하는 발포성 폴리스티렌 입자의 제조 실험(용제 도입)
<실시예1>에서와 마찬가지로 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 제조하였다. 핵중합 절차는 <실시예1>과 동일하게 진행시키되, 60℃ 공정에서 용제(Toluene; 케미테크)을 0.05kg 투입하여 핵중합/함침을 진행시켰다. 이렇게 나온 제품을 수세, 건조시키고, 통상적인 발포성 폴리스티렌에서 사용하는 블랜딩제를 도포하여 물성 평가를 하였다.
<비교예1> 흑연 입자를 포함하지 않는 발포성 폴리스티렌 입자의 제조 실험
폴리스티렌(금호석유화학; GP 150)을 이축성형기에서 230℃로 용융시키고, 수중 펠렛화기(Under water cutting)를 이용하여 평균 부피가 2.0 mm3 이하의 마이크로 펠렛을 얻었다. 핵중합은 <실시예1>과 동일하게 진행하고, 이렇게 나온 제품을 수세, 건조시키고, 통상적인 발포성 폴리스티렌에서 사용하는 블랜딩제를 도포 하여 물성평가를 하였다.
<비교예2> 흑연 입자를 포함하는 발포성 폴리스티렌 입자의 제조 실험(핵중합이 아닌 마이크로펠렛의 단순 함침)
폴리스티렌(금호석유화학; GP 150) 100kg에 흑연(현대코마산업; HCN-905) 5kg, 난연제(Albemarle HBCD HT ) 1kg을 투입하여 혼합하고, 이 혼합 조성물을 이축성형기에서 230℃로 용융시키고, 수중 펠렛화기(Under water cutting)를 이용하여 평균 부피가 2.0 mm3 이하의 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 얻었다. 100L 반응기에 초순수 40kg에 분산제(트리칼슘 포스페이트; 듀본유화) 0.2kg을 투입하여 교반하고, 상기 흑연이 포함된 마이크로 펠렛 40kg을 투입하였다. 이후 반응기 입구를 닫고 110℃까지 승온시켰다. 이 후 질소 압력을 이용하여 발포제(펜탄, SK)를 3kg 투입하고 반응기 압력을 13kgf/cm2 을 유지하면서 5시간 동안 함침을 실시하였다. 이후 30℃이하로 냉각시키고 제품을 반응기에 배출하였다. 이 제품을 수세, 건조시키고, 통상적인 발포성 폴리스티렌에서 사용하는 블랜딩제를 도포하여 물성 평가를 하였다.
하기 표 1/표 2에 평가를 위한 폴리스티렌 발포체 시편의 밀도는 공히 30 kg/m3 이고, 물성평가는 구체적으로 다음과 같이 수행하였다.
1) 5분 발포성 : 0.3K의 스팀압으로 5분간 발포했을 때 발포 배수(배)
2) Sphericalness: 발포성 폴리스티렌 입자의 가로/세로 비율 (1≥)
3) 중심입도 수율: 표준체을 기준으로 14 Mesh Pass~18 Mesh On 상의 중량%
4) 기포 크기: 기포 벽과 기포 사이의 평균직경(mm; 현미경으로 측정)
5) 흡수율: 한국공업규격 KS M 3808에 규정된 발포 폴리스티렌 보온재의 흡수량 측정 방법에 준하여 흡수된 물의 양을 표면적으로 나눈 수치임(g/100cm2)
6) 압축강도: 한국공업규격 KS M 3808에 규정된 발포 폴리스티렌 보온재의 압축강도 측정 방법에 준함(kgf/cm2)
7) 굴곡강도: 한국공업규격 KS M 3808에 규정된 발포 폴리스티렌 보온재의 굴곡강도 측정 방법에 준함(kgf/cm2)
8) 자소성: 한국공업규격 KS M 3808에 규정된 발포 폴리스티렌 보온재의 연소성 시험 방업에 준함(sec)
9) 열전도율: Netzsch사의 열전도율 기기를 이용하여 측정 (HFM 436/3/1)
- 시편 크기 : 30㎝ ⅹ 30㎝ ⅹ 5㎝
[표 1] 물성표
- 비드법 발포 폴리스티렌 보온판 1호 기준 (밀도 : 30 kg/m3 이상)]
　 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2
5분 발포성 (배) 75 76 75 74 76 65
Sphericalness (1≥ ) 0.89 0.9 0.88 0.99 0.89 0.87
중심입도 수율 (%) 95 80 96.1 94.8 95.5 97
기포크기 (mm) 80~120 80~120 80~100 80~120 80~120 80~120
흡수율 (g/100cm2) 0.8 0.76 0.75 0.76 0.74 0.8
압축강도 (kgf/cm2) 1.88 1.84 1.95 1.85 1.9 1.87
굴곡강도 (kgf/cm2) 3.91 3.88 3.94 3.85 3.93 3.89
자소성 (sec) 0.94 0.95 0.93 1.1 0.88 3.7
[표 2] 열전도율 (단위:W/mk)
- 비드법 발포 폴리스티렌 보온판 1호 기준 (밀도 : 30 kg/m3 이상)
　 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2
초기 열전도율 0.0279 0.0280 0.0278 0.0278 0.034 0.0280
3개월 후 열전도율 0.0311 0.0311 0.0310 0.0312 0.0365 0.0312
상기 표1/표 2의 결과로부터, 신규한 핵중합 공정으로부터 얻어진 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자는 일반 발포성 폴리스티렌이 원하는 기계적인 물성을 모두 만족시키고, 열전도율은 흑연이 투입되지 않은 것에 비해서 초기 열전도율 및 3개월 후 열전도율 값이 월등히 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 또한 신규한 핵중합 공정에 있어 <실시예4>에서 볼 수 있듯이 용제의 투입으로 인해서 마이크로 펠렛을 구형화 시키는 것을 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 또한 <실시예2>에 있어서 압출 방식의 차이에 의하여 최종 물성에는 <실시예1>과 별다른 차이는 없지만, 압출 형태의 차이로 인해 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 균일한 입자 형태로 얻기가 힘들기 때문에 최종 제품의 입도는 넓게 분포한다는 것을 확인하였다. 그리고 <실시예3>에 있어서 기포 조절제의 투입에 따른 기포의 크기가 작고 균일하게 이루어지는 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 <비교예2>에서 볼 수 있듯이 난연제를 압출시 투입하면 높은 온도에서 난연제 분해가 많이 발생하여, 최종 제품의 난연성이 떨어지는 것을 <표1>에서 확인할 수 있다.
본 발명이 상기 실시예에 있어서, 상세하게 설명되었다 할지라도, 상기 실시예는 본 발명의 범위를 한정하기 위해서 기술된 것이 아니며, 단지 예시적인 목적으로 기술된 것이다.
당업자는 본원 발명의 범위와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 발명의 변형이 가능하다는 것을 인식할 것이며, 본원 발명의 범위는 하기 특허 청구범위에 의해서 결정된다.
본 발명에 의해서, 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자의 신규한 제조 방법이 제공되었다. 본 발명의 제조 방법은 기존 현탁 중합시 흑연을 투입하여 제조한 흑연을 포함한 발포성 폴리스티렌이 가지는 단점인 기포의 대립화 및 불균일성의 물성을 보완하고 입자 크기의 균일성을 확보할 수 있었고, 압출 함침으로 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자을 제작하는 것보다 1 반응 배치당 마이크로 펠렛의 양을 줄이고 핵중합을 실시함으로써 원가절감을 이룰 수 있다는 장점을 가지 고 있다. 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 발포성 폴리스티렌 입자는 단열 특성이 우수하여, 건축용, 포장용을 비롯한 각종 단열재로 유용하다.

Claims (7)

  1. 스티렌계 수지에 흑연 입자를 혼합하여 혼합 조성물을 제조하고, 상기 조성물을 압출하여 현탁 가능하고 균일한 입자의 마이크로 펠렛을 얻는 단계; 및 흑연이 포함된 마이크로 펠렛을 물에 현탁시켜 스티렌계 단량체 및 C6~C10 방향족 탄화수소를 첨가하여 핵중합을 실시하고 발포제를 투입하여 함침하는 단계를 포함하는 단열특성이 우수한 발포성 폴리스티렌 입자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스티렌계 수지는 스티렌, 에틸스티렌, 디메틸스티렌, 파라-메틸스티렌, 알파-메틸스티렌, 알파-에틸스티렌, 알파-프로필스티렌, 알파-부틸스티렌, 클로로스티렌, 및 브로모스티렌으로 구성된 그룹으로부터 선택된 단량체의 중합체, 또는 이 단량체와 비닐 톨루엔, 아크릴로니트릴, 부타디엔, 메틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 이소부틸렌, 염화비닐 및 이소포렌으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 단량체와의 공중합체이며, 중량 평균 분자량이 180,000~300,000g/mol 인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 사용되는 흑연은 입자 크기가 0.1~20㎛이며, 스티렌계 수지 100 중량%에 대하여 0.1~30 중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 흑연이 포함된 마이크로 펠렛과 스티렌계 단량체의 중량비 10~90: 90~10인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스티렌계 단량체는 스티렌, 알킬스티렌, 에틸스티렌, 디메틸스틸렌, 파라-메틸스티렌, 알파-알킬스티렌, 알파-메킬스티렌, 알파-프로필스티렌 및 알파-부틸스티렌으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 단량체인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 C6~C10 방향족 탄화수소는 벤젠, 톨루엔, p-자일렌, o-자일렌, m-자일렌, 에틸벤젠, 프로필벤젠, i-프로필벤젠으로 이루어진 그룹이며, 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자 100 중량%에 대하여 0.1 중량 내지 5 중량% 를 사용하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 함침은 발포제를 투입하여 이루어지며, 발포제의 양은 흑연이 포함된 발포성 폴리스티렌 입자 100 중량%에 대하여 4~15 중량%를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
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