KR100906955B1 - 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체의 재생 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 열전사단열재, 방수쉬트보호재, 단열쉬트보호재 등에 폭넓게 사용될 수 있는 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체의 재생 방법에 관한 것으로, 본 발명은 100% 재생원료만을 이용하여 무가교 폴리에틸렌 발포 성형체를 재생하는 방법에 있어서, 상기 재생원료인 폴리에틸렌 발포 성형체에서 이물질을 제거하는 단계; 상기 이물질이 제거된 재생원료인 폴리에틸렌 발포 성형체에 핵제를 투입하지 않고 호퍼내에서 230℃의 온도로 용융하는 단계; 상기 재생원료를 43∼45rpm으로 회전하는 스크류로 이동하는 단계; 상기 재생원료를 스크류를 통해 각각 제1단계 158℃±0.5, 제2단계 190℃±0.5, 제3단계 185℃±0.5, 제4단계 183℃±0.5, 제5단계 140℃±0.5, 제6단계 90℃±0.5, 제7단계 77℃±0.5, 제8단계 67℃±0.5 및 제9단계 87℃±0.5로 진행되는 냉각 온도 단계를 거쳐 다이까지 이동하는 단계; 상기 스크류에서 9단계에 걸쳐 냉각된 혼합물을 다이를 통과하면서 두께와 원단 폭을 조절하는 단계 및 상기 다이에서 성형된 재생 폴리에틸렌 발포 성형체를 냉각하는 단계를 진행하는 것을 그 특징으로 한다.

무가교 폴리에틸렌 발포 성형체, 재생 방법

Description

무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체의 재생 방법{Non-crosslinked type polyethylene foam sheet of regrowth method}

본 발명은 각종 열전사단열재, 방수쉬트보호재, 단열쉬트보호재 등에 폭넓게 사용될 수 있는 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체(non-crosslinked type polyethylene foam sheet)의 재생 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 종래 합성 수지의 발포 성형체는 폴리에틸렌계 수지 또는 폴리스틸렌계 수지를 주원료로 사용하여 제조되었는 데, 폴리에틸렌계 수지 또는 폴리스틸렌계 수지를 사용하여 제조된 발포 성형체는 소각시 다이옥신 등의 유독 가스를 발생시키는 등 환경 오염을 야기시키기 때문에 그 수요가 줄어들고 있는 반면에, 재생 가능한 폴리에틸렌계 수지를 사용하여 제조된 발포 성형체가 널리 사용되는 추세이다.

한편, 폴리에틸렌계 발포 성형체는 가교형과 무가교형으로 대별된다. 가교형 폴리에틸렌계 발포 성형체는 예컨대, 폴리에틸렌계 수지(프로필렌 단일 중합체, 에 틸렌-프로필렌 랜덤 공중합체, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체, 에틸렌-프로필렌-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌-염화비닐 공중합체, 프로필렌-부텐 공중합체, 프로필렌-무수 말레산 공중합체, 또한 이들의 2 이상의 조합)와 발포제(예: 공기 등)를 혼합·교반·용융하여 판상 또는 봉상의 1차 성형체를 제조한 후, 1차 성형체를 디카프릴 프탈레이트(dicapry phthalate, DCP) 등의 가교제에 담궈서 성형체 표면에 DCP가 침투되도록 하고, 이를 수증기에 약 10시간 정도 노출시켜 DCP가 성형체의 내부로 함침(침투)되도록 한 다음, 식품 용기 등으로 2차 성형하는 방법에 의해 제조된다.

이와 같은 방법으로 제조된 폴리프로필렌계 발포 성형체는 프론류(CFC류, HCFC류 등 포함)와 같은 휘발성 물질을 발포제로 사용하기 때문에 오존층 파괴 등의 문제를 야기시키며, 2차 성형시 증기 등을 사용하여 10시간 이상 발화시켜야 하기 때문에 경제성이 떨어진다. 또한, 가교 발포시에는 가교도 미달, 수지의 조기 산화, 조기 가교 및 조기 발포, 압출 토크 및 수지 압력 상승 등으로 인하여 발포체의 외관이 불량해질 수 있다.

최근에는 우수한 내열성 및 치수 안정성, 높은 완충성 및 에너지 흡수 효과, 적절한 강도, 유연성 및 탄성, 재생 가능성, 낮은 투수성 및 열전도성, 우수한 가공 용이성 등으로 인하여 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체가 각광을 받고 있다.

특히, 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체는 우수한 재생 가능성으로 인해 폴리에틸렌 발포 성형체를 제조시 신규원료와 재생원료의 비율을 총중량%에서 70중량%: 30중량% 비율로 혼합하여 생산하고 있다.

기존의 무가교형 폴리에틸렌 성형체를 생산하는 방법은 폴리에틸렌 원료 및 핵제(nucleating agent)를 혼합하여 230℃ 내지 250℃로 가열하는 단계; 셀 안정제를 주입하는 단계; 발포제를 투입하는 단계; 스크류를 회전시켜 폴리에틸렌 원료, 핵제, 셀 안정제 및 발포제를 혼합하는 단계; 고온의 혼합물을 냉각부에서 90℃ 내지 100℃로 냉각시키면서 돌출부로 이동하는 단계 및 다이를 사용하여 두께와 원단의 폭을 만드는 단계로 진행되며, 회사의 기술 수준에 따라 신규원료와 재생원료의 비율은 다소의 차이는 있다.

그러나, 이러한 종래의 방법으로는 재생원료만을 원재료로 이용한 제품과 동일한 수준의 재생 폴리에틸렌 발포 성형체를 생산하는 것은 수지에 수분이 혼입되거나, 압출 부하가 과다하거나, 고발포인 경우에는 발포 셀이 오픈(open)되기 쉽고, 수지 밀도가 높은 경우에는 숙성 시간이 지연될 우려가 있으며, 특히 발포 배율의 조절이 용이하지 않다는 어려움이 있고, 또한 수지의 흐름(유동)을 원활하게 유지할 수가 없으며, 정상적인 기포 구조를 보유할 만큼의 점성 유지를 위한 최적의 운전 상태 및 조건을 설정하기가 매우 어려움으로 인해 실제로 불가능한 것으로 알려져 왔다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 기존의 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체를 생산하는 장치를 통해 핵제의 사용없이 100% 재생원료만으로 새로운 폴리에틸렌 발포 성형체를 생산하기 위한 냉각온도 등과 같은 최적의 조건을 얻을 수 있는 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체의 재생 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 100% 재생원료만을 이용하여 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체를 재생하는 방법에 있어서, 상기 재생원료인 폴리에틸렌 발포 성형체에서 이물질을 제거하는 단계; 상기 이물질이 제거된 재생원료인 폴리에틸렌 발포 성형체에 핵제를 투입하지 않고 호퍼내에서 230℃의 온도로 용융하는 단계; 상기 재생원료를 43∼45rpm으로 회전하는 스크류로 이동하는 단계; 상기 재생원료를 스크류를 통해 각각 제1단계 158℃±0.5, 제2단계 190℃±0.5, 제3단계 185℃±0.5, 제4단계 183℃±0.5, 제5단계 140℃±0.5, 제6단계 90℃±0.5, 제7단계 77℃±0.5, 제8단계 67℃±0.5 및 제9단계 87℃±0.5로 진행되는 냉각 온도 단계를 거쳐 다이까지 이동하는 단계; 상기 스크류에서 9단계에 걸쳐 냉각된 혼합물을 다이를 통과하면서 두께와 원단 폭을 조절하는 단계 및 상기 다이에서 성형된 재생 폴리에틸렌 발포 성형체를 냉각하는 단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체의 재생 방법이 제공된다.

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또한, 상기 냉각 온도 단계 중 4단계의 냉각 온도에서 셀 안정제인 계면활성제가 투입되고, 상기 9단계의 냉각 온도 단계 중 5단계에서 발포제인 부탄 가스 또는 프로판 가스를 투입하는 것을 그 특징으로 한다.

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또한, 상기 셀 안정제인 계면활성제는 재생원료와 계면활성제 총 100중량% 중 0.14중량% 내지 0.16중량%를 투입하는 것을 그 특징으로 한다.

그리고, 상기 부탄 가스 또는 프로판 가스는 99kg/cm² 의 압력으로 공급되며, 재생원료와 계면활성제 혼합물 총 100중량% 중 1중량% 내지 3중량%를 혼합하는 것을 그 특징으로 한다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 재생원료만으로도 신규원료로 생산된 폴리에틸렌 발포 성형체와 비교하여 발포의 밀도, 열전도율, 압축 응력 등에 있어 동일한 수준의 품질을 유지할 수 있는 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체의 생산 방법을 제공함으로써 고유가로 인한 제조 원가를 크게 절감시킬 수 있음과 아울러, 폐재료의 활용 등을 높여 국내 산업을 경쟁력을 높일 수 있는 효과가 있다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 열전사단열재, 방수쉬트보호재, 단열쉬트보호재 등에 폭넓게 사용하기 위한 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체의 재생 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 100% 재생원료만을 이용하여 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체를 재생하는 방법에 있어서, 상기 재생원료인 폴리에틸렌 발포 성형체에서 이물질을 제거하는 단계; 상기 이물질이 제거된 재생원료인 폴리에틸렌 발포 성형체에 핵제를 포함하지 않고 호퍼내에서 230℃의 온도로 용융하는 단계; 상기 재생원료를 43∼45rpm으로 회전하는 스크류로 이동하는 단계; 상기 재생원료를 스크류를 통해 9단계의 냉각 온도 단계를 거쳐 다이까지 이동하는 단계; 상기 스크류에서 9단계에 걸쳐 냉각된 혼합물이 다이를 통과하면서 두께와 원단 폭을 조절하는 단계 및 상기 다이에서 성형된 재생 폴리에틸렌 발포 성형체를 냉각하는 단계를 진행한다.

즉, 본 발명은 재생원료인 폴리에틸렌 발포 성형체에서 이물질을 제거하는 단계를 거친 후 재생원료만을 호퍼내에서 230℃로 용융시킨다. 호퍼내에서 재생원료를 용융시킬때 본 발명에서는 핵제를 혼합하지 않는다. 핵제는 기포가 성장할 수 있도록 하는 핵의 역활을 하는 것으로, 일반적으로 기존의 재생원료를 이용하여 생산하는 폴리에틸렌 발포 성형체의 제조 방법은 재생원료와 신규원료를 일정 비율로 혼합하여 핵제(점토, 활석, 실리카 등)를 신규원료의 총 100중량%의 약 0.8중량% 내지 1.3 중량%를 첨가하는 방법을 사용하고 있는 데, 본 발명의 재생방법은 100% 재생원료만을 사용하고 핵제를 사용하지 않는 것을 그 특징으로 한다.

기존의 재생 방법에 의해 핵제를 사용하지 않고 냉각을 온도에 따라 0.8중량% 미만으로 첨가하는 경우 셀이 크고 내용물이 비치는 문제가 있고, 1.3중량%를 초과하여 첨가하는 경우에는 원단에 골이 많아지고, 가벼워지는 문제가 발생하게 되는데, 본 발명의 경우 재생원료에 포함되어 있는 핵제만을 이용하여 냉각 온도를 단계별로 조절하고 스크류의 속도 등만으로도 폴리에틸렌 발포가 가능하도록 하는 재생 방법이다.

그 다음, 상기 재생원료와 계면활성제 혼합물을 43∼45rpm으로 회전하는 스크류로 이동한다. 이 단계는 후술하는 온도에 따른 냉각 단계와 밀접한 관계에 있는 것으로서, 각 단계의 본 발명에 따른 냉각 조건에서는 43rpm 미만으로 회전하는 경우 고발포가 되고, 45rpm을 초과하는 경우에는 미발포가 되는 문제가 있었다.

상기 재생원료는 스크류를 통해 9단계의 냉각 온도 단계를 거쳐 다이까지 이동한다. 일반적으로 폴리에틸렌 발포 성형체를 생산하는 장치는 가공하는 업체의 기술적 수준에 따라 냉각 온도 및 단계를 조정하는 데, 본 발명에서는 냉각 온도에 따라 9단계에 거쳐 냉각하는 방법을 사용하였다.

상기 스크류에서 9단계에 걸쳐 냉각된 혼합물이 다이를 통과하면서 두께와 원단 폭을 조절하는 단계 및 상기 다이에서 성형된 재생 폴리에틸렌 발포 성형체를 냉각하는 단계를 거쳐 최종 재생원료만으로 생산된 폴리엔틸렌 발포 성형체를 생산할 수 있다.

본 발명에 따른 9단계의 냉각 온도는 제1단계 158℃±0.5, 제2단계 190℃±0.5, 제3단계 185℃±0.5, 제4단계 183℃±0.5, 제5단계 140℃±0.5, 제6단계 90℃±0.5, 제7단계 77℃±0.5, 제8단계 67℃±0.5 및 제9단계 87℃±0.5로 진행하게 되는데, 각 단계별로 냉각 온도에서 ±0.5℃의 차이가 발생하는 것은 이동하는 스크류의 속도관계상 실제 냉각 온도에서 차이가 발생한다. 이는 현재의 폴리에틸렌 발포 성형체를 생산하는 설비상의 기술적 한계가 있기 때문이다.

상기 용융된 재생원료는 냉각 온도가 183℃±0.5인 제4단계에서 이동함과 동시에 셀 안정제인 계면활성제를 재생원료와 계면활성제의 총 100중량% 중 0.14 내지 0.16중량%를 투입하여 혼합한다.
이때, 상기 계면활성제를 냉각 온도가 183℃±0.5인 제4단계에 투입하여 재생원료와 혼합하는 이유는 계면활성제의 경우 사용시 110℃ 고온의 탱크에서 전기 가열기를 사용하여 액상상태에서 가압펌프를 이용하여 스크류 내부로 투입하여 재생원료와 혼화하게 되는 데, 제4단계 이전에 투입하는 경우 급격한 화학적 반응에 의해 셀이 급격히 팽창하여 안정화를 시킬 수가 없으며, 제4단계 이후에 투입하는 경우 다이에서 발생하는 정전기와 작용하여 화재를 일으키는 경우가 발생할 수 있기 때문이다.

또한, 상기한 단계에서는 상기 핵제와 마찬가지로 재생원료에 포함되어 있는 계면활성제를 고려하여 기존의 계면활성제의 양인 약 0.8중량% 내지 1.2중량%보다 낮은 재생원료와 계면활성제 총 100중량% 중 0.14중량% 내지 0.16중량%를 투입하여 혼합한다.

본 발명에 따라 총중량% 중 계면활성제가 0.14중량% 미만인 경우 발포물이 오므라들고 화재의 위험성이 높은 문제가 있으며, 0.16중량%를 초과로 첨가하는 경우 표면에 액상이 묻어나고 미끄러운 문제가 발생하였다.

이후, 상기 용융된 재생원료는 냉각 온도가 140℃±0.5인 제5단계로 이동함과 동시에 발포제인 부탄 가스 또는 프로판 가스를 투입한다. 발포제인 부탄 가스 또는 프로판 가스는 99kg/cm² 의 압력으로 공급되고, 재생원료와 계면활성제 혼합물 총 100중량% 중 1중량% 내지 3중량%를 혼합한다. 발포제는 부탄 가스 또는 프로판 가스를 이용하며 재생원료와 계면활성제의 혼합물을 대략 40배 이상으로 발포시키는 역활을 한다.

본 발명의 경우 재생원료에 이미 포함되어 있는 발포제의 양을 고려하여 일반적으로 사용되는 원료와 계면활성제의 총 100중량%에서 9중량% 내지 12중량%와 비교하여 차이가 있는 상당히 적은 양만을 투입하여도 발포가 가능하다.

본 발명에 따른 조건에서 부탄 가스 또는 프로판 가스의 중량%가 1중량% 미만인 경우에는 원단에 기형이 발생하고, 3중량%를 초과하는 경우에는 과발포가 되어 부분적으로 터지는 경우가 발생하였다.

그리고, 본 발명 따라 냉각 온도를 9단계에 걸쳐 냉각시키는 것만으로 100% 재생원료만을 사용하여 폴리에틸렌 발포 성형체를 생산할 수 있으나, 바람직하게는 상기 다이의 온도를 108℃±0.5 유지하면서 압출하는 경우 더욱 조밀한 셀을 가진 폴리에틸렌 발포 성형체를 생산할 수 있다.

Claims (6)

100% 재생원료만을 이용하여 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체를 재생하는 방법에 있어서,

상기 재생원료인 폴리에틸렌 발포 성형체에서 이물질을 제거하는 단계;

상기 이물질이 제거된 재생원료인 폴리에틸렌 발포 성형체에 핵제를 투입하지 않고 호퍼내에서 230℃의 온도로 용융하는 단계;

상기 재생원료를 43∼45rpm으로 회전하는 스크류로 이동하는 단계;

상기 재생원료를 스크류를 통해 각각 제1단계 158℃±0.5, 제2단계 190℃±0.5, 제3단계 185℃±0.5, 제4단계 183℃±0.5, 제5단계 140℃±0.5, 제6단계 90℃±0.5, 제7단계 77℃±0.5, 제8단계 67℃±0.5 및 제9단계 87℃±0.5로 진행되는 냉각 온도 단계를 거쳐 다이까지 이동하는 단계;

상기 스크류에서 9단계에 걸쳐 냉각된 혼합물을 다이를 통과하면서 두께와 원단 폭을 조절하는 단계 및

상기 다이에서 성형된 재생 폴리에틸렌 발포 성형체를 냉각하는 단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체의 재생 방법.

제1항에 있어서,

상기 9단계의 냉각 온도 단계 중 4단계의 냉각 온도에서 셀 안정제인 계면활성제가 투입되고, 상기 9단계의 냉각 온도 단계 중 5단계에서 발포제인 부탄 가스 또는 프로판 가스를 투입하는 것을 특징으로 하는 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체의 재생 방법.

제2항에 있어서,

상기 계면활성제는 재생원료와 계면활성제 총 100중량% 중 0.14중량% 내지 0.16중량%를 투입하는 것을 특징으로 하는 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체의 재생 방법.

제2항에 있어서,

상기 부탄 가스 또는 프로판 가스는 99kg/cm² 의 압력으로 공급되며, 재생원료와 계면활성제 혼합물 총 100중량% 중 1중량% 내지 3중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하는 무가교형 폴리에틸렌 발포 성형체의 재생 방법.

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