KR101246931B1 - 발포폴리프로필렌 부자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양식장 등에서 어망 등의 설치를 위해 사용되는 부자에 관한 것으로서, 해수에 장시간 노출시에도 가수분해가 되지 않는 내부식성이 제공되면서도 재활용이 가능한 친환경소재로서 화학적 발포제를 사용하지 않고 물리적으로 발포되는 발포폴리프로필렌(Expanded Polypropylene, EPP)으로 양식장용 부자를 제조할 수 있도록 한 것이다.
즉, 본 발명은 양식장 등에서 사용하는 부자의 재질을 발포폴리프로필렌(Expanded Polypropylene, EPP)으로 선택하였으며, 원통형의 부자에 축직각방향으로 증기공급용 코어를 삽입하여 부자의 내부에 증기를 공급하는 방식으로 100mm 이상의 두꺼운 양식장용 부자의 성형이 완벽하게 이루어질 수 있도록 하며, 또한 본 발명에서는 사용 후 폐기되는 폐 발포폴리프로필렌을 적당한 크기로 절단하여 양식장용 부자를 성형할 때 20~30%투입하여 성형함으로 해서 재활용 효율성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

발포폴리프로필렌 부자 및 그 제조방법{Expanded Polypropylene a buoy and manufacturing method}

본 발명은 양식장 등에서 어망 등의 설치를 위해 사용되는 부자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해수에 장시간 노출시에도 가수분해가 되지 않는 내부식성이 제공되면서도 재활용이 가능한 친환경소재로서 화학적 발포제를 사용하지 않고 물리적으로 발포되는 발포폴리프로필렌(Expanded Polypropylene, EPP)으로 양식장용 부자를 제조할 수 있도록 한 것이다.

양식장 등에서 어망의 설치를 위해서 부자를 사용하고 있다.

일반적으로 널리 사용되고 있는 부자는 발포폴리스틸렌(foamed polyethylene(EPS);스티로폼)이 주로 사용되고 있다. 그러나 스티로폼 부자의 경우 저렴한 가격으로 제조가 가능한 이점이 있는 반면 내구성이 약하고, 해수에 장시간 노출시 가수분해가 심하여 파손되어 환경을 오염시키게 되는 문제점이 있다.

근자에는 이러한 문제점을 해결하기 위한 수단으로 다양한 구성의 부자들이 개발되고 있으며, 대표적인 예로는 대한민국 등록특허공보(B1) 10-0615435호(2006.08.29.)의 어패류 양식용 개량부자 및 등록특허공보(B1) 10-0903073호(2009.06.18.)의 합리적인 제작을 위한 개선된 구조의 밀봉식 부자가 있으며, 이의 구성은 일반적인 스티로폼 부자의 외부에 반원통형상의 부자커버를 씌워 구성한 것으로 내부의 스티로폼 부식 및 파손을 방지할 수 있도록 하고 있으나 부자커버를 별도 제작하고 조립해야 하는 등의 문제점이 있다.

다른 예로는 대한민국 등록특허공보(B1)10-0697722호(2007.03.22.)의 액화목재 폴리우레탄을 이용한 부자가 있으며, 이는 액화목재 폴리우레탄을 재료로 하여 발포 성형한 것으로, 경질의 표피와 코어와 로프고리가 일체화되어 있고, 표피와 로프고리에 끈으로 묶을 수 있는 홈을 형성하고, 내부의 코어는 수많은 밀폐공극으로 구성되게 한 것으로, 스티로폼과 기능은 유사하면서도 강도가 우수하여 파손되지 않으므로, 해양환경정화는 물론 어업생산성을 증대시켜 경제적 또는 환경적 효과를 제공하게 되나, 부자가 커짐에 따라 수압을 견디지 못하고 부자 전체가 찌그러지는 문제점이 발생하여 실제 사용되고 있지 못하고 있다.

또 다른 예로는 대한민국 등록특허공보(B1) 10-1065116호(2011.09.18.)의 양식장용 부자 및 그 제조방법이다.

이의 구성은 EVA 수지 60~80중량％와, NBR 20~40중량％가 한 번의 발포로 최종적인 부자의 형태를 가진 본체가 통째로 형성된 양식장용 부자와; EVA 수지 60~80중량％와, NBR 20~40중량％를 혼합하여 형틀에 넣어 최종적인 부자의 형태를 가진 예비 성형물을 만드는 제1단계, 형틀을 가온하여 130~170℃가 되게 하고, 20~40분 동안 발포하는 제2단계를 포함하여 구성된 양식장용 부자의 제조방법이 제공하고 있다.

이와 같은 EVA 수지와, NBR를 혼합 구성한 제품의 경우 상기에서와 같은 가수분해의 문제점을 해결하는데 큰 효과가 있으나, 재활용에 많은 어려움이 있고 또한 제품을 생산성이 저하되는 등의 문제점이 있고 그로 인해 경제성이 저하되는 등의 이유로 실제 사용이 어렵다.

한편 재활용이 가능한 친환경소재인 발포폴리프로필렌(Expanded Polypropylene, EPP)의 경우 자동차 산업 등에서 완충내장재 등으로 널리 사용되고 있다. 그러나 발포폴리프로필렌의 경우 우수한 부력성과 활용성에 비해 100mm 이상에서의 성형성이 떨어져 대부분 100mm 이하의 얇은 판재나 단품에 적용되고 있는 실정이었다.

KR 100615435 B1 2006.08.29. KR 100903073 B1 2009.06.18. KR 100697722 B1 2007.03.22. KR 1001065116 B1 2011.09.18.

이에 본 발명자는 상기한 종래 양식장용 부자가 갖는 제반 문제점을 해결코자 본 발명을 연구 개발한 것으로서, 본 발명에서는 해수에 장시간 노출시에도 가수분해가 되지 않는 내부식성이 제공되면서도 재활용이 가능한 친환경소재인 발포폴리프로필렌으로 양식장용 부자를 제조할 수 있도록 함에 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

과제 해결수단으로 본 발명에서는 양식장 등에서 사용하는 부자의 재질을 발포폴리프로필렌(Expanded Polypropylene, EPP)으로 선택하였으며, 원통형의 부자에 축직각방향으로 증기공급용 코어를 삽입하여 부자의 내부에 증기를 공급하는 방식으로 100mm 이상의 두꺼운 양식장용 부자의 성형이 완벽하게 이루어질 수 있도록 하였다.

또한 본 발명에서는 사용 후 폐기되는 폐 발포폴리프로필렌을 적당한 크기로 절단하여 양식장용 부자를 성형할 때 20~30%투입하여 성형함으로 해서 재활용 효율성을 향상시킬 수 있도록 하였다.

본 발명에서 제공하는 발포폴리프로필렌 부자 및 그 제조방법에 의하면 해수에 장시간 노출시에도 가수분해가 되지 않는 내부식성이 제공되므로 부자의 사용수명을 장구히 할 수 있다.

증기 가압식으로 부자가 제조되므로 수거한 폐 부자를 적당한 크기로 파쇄 후 부자를 만들 때 바로 사용이 가능하므로 재활용성이 우수하며, 부자 제조비용을 절감할 수 있다.

친환경소재인 발포폴리프로필렌을 사용하므로 환경오염을 최소화 할 수 있다.

도 1은 본 발명 발포폴리프로필렌 부자를 제조하는 공정 블록도
도 2는 본 발명에서 제공하는 발포폴리프로필렌 부자의 바람직한 일 실시예를 보인 사시도
도 3은 본 발명에서 제공하는 발포폴리프로필렌 부자의 단면도
도 4는 본 발명 발포폴리프로필렌 부자를 제조하는 예를 보인 단면도
도 5는 본 발명의 발포폴리프로필렌 부자에 폐자재(발포폴리프로필렌)를 사용한 예를 보인 단면도

본 발명에서 제공하는 발포폴리프로필렌(Expanded Polypropylene, EPP) 부자 및 그 제조방법은 종래 발포제를 가하여 압출 가공하는 발포폴리스틸렌(foamed polyethylene, EPS)의 환경문제 등을 개선하기 위해 개발한 것이다.

즉, 본 발명에서는 해수에 장시간 노출시에도 가수분해가 되지 않는 내부식성이 제공되면서도 재활용이 가능한 친환경소재로서 화학적 발포제를 사용하지 않고 물리적으로 발포되는 발포폴리프로필렌(Expanded Polypropylene, EPP)으로 양식장용 부자를 제조한 것이다.

이하에서 본 발명에서 제공하는 발포폴리프로필렌 부자 및 그 제조방법을 첨부 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명 발포폴리프로필렌 부자를 제조하는 공정 블록도를 도시한 것이다.

본 발명 발포폴리프로필렌 부자는 발포폴리프로필렌으로 100mm 이상의 두꺼운 제품 성형이 불가능하다는 일반적인 기술을 극복하여 지름이 200mm~3000mm 제품을 제조토록 한 것으로 물리적 발포, 재료 투입, 성형 및 냉각, 취출, 건조의 공정에 의해 이루어지는 것으로 이하에서 각 공정을 구체적으로 설명한다.

1)물리적 발포

물리적 발포는 밀폐된 발포조에 폴리프로필렌 입자를 투입한 후 40~60℃의 온도로 12시간 가열하여 입자를 소망하는 상태로 발포시킨다.

40℃ 이하에서는 발포가 되지 않으며, 60℃ 이상에서는 발포 가능하나 열손실이 많아 경제성이 떨어진다.

2)재료 투입

개방형 금형에 물리적 발포가 이루어진 입자를 투입한다.

본 발명에서 사용하는 금형은 지름이 200mm~3000mm 제품을 생산하기 위한 것으로 캐비티의 중심 근처까지 돌출되도록 형성된 증기공급관이 형성되어 있으며, 증기공급관에는 캐비티의 내면과 같이 미세한 증기공급공이 형성된다.

이러한 증기공급관은 캐비티의 중심 부근까지 증기압을 제공하기 위한 것이다.

3)성형 및 냉각

개방형 금형에 물리적 발포가 이루어진 입자를 투입한 상태에서 캐비티에 형성되어 있는 증기공급급공을 통해서 증기를 공급함과 동시에 개방된 상태의 금형이 합형되도록 가압한다.

이때 캐비티 내로는 180~190℃의 증기가 공급되고 금형은 6~9kgf/㎠의 압력으로 400~500초 동안 가압되는 데, 이 과정에서 물리적 발포가 이루어진 입자들의 표면이 녹아 이웃하는 입자들과 결합이 이루어지게 된다. 본 발명에 의하면 증기공급공을 통해서 부자의 축중심 부근까지 증기압이 제공되어 캐비티 내부에 충진되는 발포폴리프로필렌 입자 전체에 고르게 증기압을 제공하게 되는 것이다.

상기와 같이 성형 후 수냉으로 성형된 부자를 냉각한다.

4)취출

금형을 개방하여 완성된 부자를 취출한다.

5)건조

본 발명에서 제공하는 발포폴리프로필렌 부자는 증기압을 이용하여 제품을 성형하는 구성이므로 내부에 상당량의 수분을 포함하고 있다.

이와 같은 수분 함유 상태는 향후 제품의 중량 증가 및 부력성 감소 등의 원인이 되는 바, 이를 반드시 제거해야 한다.

통상의 발포폴리프로필렌 제품들은 100mm 이하 제품들로 별도의 건조 공정 없이 자연적으로 수분이 증발되지만 본 발명에서 제공하는 부자의 경우 지름이 200mm 이상의 제품들로 인공적인 건조 없이는 내부의 수분을 증발시킬 수 없다.

이에 본 발명에서는 성형된 부자를 80℃의 건조한 상태를 유지하는 건조실에 투입하여 40시간 건조토록 한다.

이러한 건조과정을 행할 경우 발포폴리프로필렌 입자들 사이의 미세한 기공을 통해서 부자 내부 깊숙이 잔존하고 있는 수분이 서서히 외부로 배출되게 되는 것이다.

도 2는 본 발명에서 제공하는 발포폴리프로필렌으로 부자의 바람직한 일 실시예를 보인 단면도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에서 제공하는 발포폴리프로필렌으로 부자의 단면도를 도시한 것이다.

도시된 바에 의하면 본 발명에서 제공하는 발포폴리프로필렌 부자(1)는 원통형으로 양측에 결속홈(3)이 함몰되게 형성된 몸체(2)를 구성한 것으로 일반적인 발포폴리에틸렌 부자와 동일한 외형을 갖는다.

본 발명은 이러한 외형을 갖는 부자(1)를 물리적 발포가 이루어진 상태의 입자(알갱이)를 개방형 금형(10)에 내입한 상태에서 가압력과 동시에 금형의 캐비티(11) 내면에 일정간격으로 형성되어 있는 증기공급공(미도시)을 통해서 공급되는 증기압을 제공하여 입자들의 표면을 녹여 붙여 구성한 것이다.

또한 부자(1)의 몸체(2)에는 축직각방향으로 복수의 구멍(4)이 중심에 근접하도록 형성되어 있다.

상기 구멍(4)은 캐비티(11)에 돌출되게 형성된 증기공급관(12)에 의해 형성되는 것으로, 증기공급관(12)에 형성된 증기공급공(12a)을 통해서 부자(1)의 몸체(2) 내부에 증기를 공급하여 부자(1)의 내부에 위치하는 발포폴리프로필렌 입자들이 증기압에 의해 잘 녹아 붙을 수 있도록 한다.

상기 구멍(4)은 부자(1)의 크기에 따라 개수가 가감되며, 본 발명에서는 4개의 구멍(4)이 형성된 것을 도시하였다.

이러한 구성은 지름이 200mm~3000mm 범위로 이루어지는 부자(1)의 성형이 가능하도록 하는 매우 중요한 기술이다.

즉, 상기와 같이 구성할 경우 도 4에 도시된 바와 같이 증기공급관(12)에 형성되어 있는 증기공급공(12a)을 통해서 부자의 축중심 부근까지 증기압을 제공되고, 캐비티(11) 내면에 형성되어 있는 증기공급공에 의해 부자(1)의 표면에 증기압이 제공되므로 캐비티(11) 내부에 충진되는 발포폴리프로필렌 입자 전체에 고르게 증기압이 제공되면서 성형이 이루어지므로 부자(1)의 내부와 외부의 조직이 균일한 조건으로 성형되어 파손의 염려 없는 내구성이 우수한 발포폴리프로필렌 부자(1)를 제조 보급할 수 있는 것이다.

이와 같이 제조 및 구성되는 발포폴리프로필렌 부자(1)의 경우 해수에 장시간 노출시에도 가수분해가 되지 않는 내부식성이 제공되며 독립기포 구조로서 뛰어난 충격흡수 및 복원력을 제공할 수 있어 오래도록 사용할 수 있다.

또한 화학적 발포제를 사용하지 않고 물리적으로 발포시킨 친환경소재로서 회수 후 전량 재활용이 가능하고 높은 기계적 강도와 탄성률 및 유연성을 유지하면서 스티로폼과 같이 가벼워 부구의 기능성을 높일 수 있는 것이다.

본 발명에서 제공하는 발포폴리프로필렌 부자(1)의 재활용 방법으로는 주먹크기로 분쇄한 폐자재(5)를 도 5에 도시된 바와 같이 개방형 금형에 내입한 일정량 내입한 상태에서 물리적 발포가 이루어진 상태의 입자(알갱이)를 내입 후 가압력과 동시에 금형(10)의 캐비티(11) 내면에 일정간격으로 형성되어 있는 증기공급공을 통해서 공급되는 증기압을 제공하여 입자들의 표면을 녹여 붙여 구성한 것이다.

이때 폐자재(5)의 경우 부자 전체 중량의 20~30%를 내입하는 것이 바람직하다.

한편 발포폴리프로필렌 부자(1)에 형성된 구멍(4)에는 도시되지는 않았지만 별도 제작한 심재를 끼워 고정할 수도 있다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하고 있으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 보호 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1:(발포폴리프로필렌) 부자 2:몸체
3:결속홈 4:구멍
5:폐자재 10:금형
11:캐비티 12:증기공급관
12a:증기공급공

Claims (3)

1. 폴리프로필렌 입자를 물리적 발포한 후 개방형 금형에 투입한 상태에서 가압력과 동시에 금형의 캐비티 내면에 일정간격으로 형성되어 있는 증기공급공을 통해서 공급되는 증기압을 제공하여 입자들의 표면을 녹여 붙여 폴리프로필렌 부자를 제조함에 있어서,
   상기 금형의 캐비티에 돌출되게 형성되며 일정간격으로 증기공급공이 형성되어 있는 증기공급관을 통해서 부자의 축중심 부근까지 증기압을 제공하여 부자의 중심 입자들의 표면을 함께 녹여 붙일 수 있도록 하고,
   금형에서 취출 후 80도의 건조한 조건의 건조실에서 48시간 건조하여 제조하는 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌 부자 제조방법.
   
2. 원통형으로 양측에 결속홈이 함몰되게 형성된 부자를 구성함에 있어서,
   상기 부자는 물리적 발포가 이루어진 상태의 발포폴리프로필렌 입자(알갱이)를 개방형 금형에 내입한 상태에서 가압력과 동시에 금형의 캐비티 내면에 일정간격으로 형성되어 있는 증기공급공을 통해서 공급되는 증기압을 제공하여 입자들의 표면을 녹여 붙여 구성하되,
   상기 부자의 몸체에는 축직각방향으로 증기를 공급하는 복수의 구멍을 중심에 근접하도록 형성하여 부자의 중심 입자들의 표면을 함께 녹여 붙여 구성한 것을 특징으로 하는 발포폴리프로필렌 부자.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 부자는 폐 발포폴리프로필렌이 부자 전체 중량의 20~30%로 구성된 것을 특징으로 하는 발포폴리프로필렌 부자.

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