KR100195552B1 - 변형되지 않은 폴리에틸렌 발포체 구조물 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

평균 기포 크기가 0.02 내지 0.5mm인 발포된 폴리에틸렌 조성물의 다수의 합체 압출된 스트랜드 또는 프로파일을 포함하고, 큰 치수에 대한 작은 치수의 비가 1/8이하인 가교결합되지 않은 독립기포 발포체 구조물이 기술되어 있다. 발포체 구조물의 단면 구조는 사실상 발포된 폴리에틸렌 조성물이 압출되는 다이의 오리피스의 전체적 배열에 상응한다. 또한, 발포성 폴리에틸렌 조성물을 다중오리피스를 통해 압출시켜 구조물을 제조함을 특징으로 하는 상기 발포체 구조물의 제조방법도 기술되어 있다.

Description

[발명의 명칭]

변형되지 않는 폴리에틸렌 발포제 구조 및 이의 제조방법

[발명의 배경]

본 방멸은 기포 크기가 비교적 작고 단면에 있어서 큰 치수에 대한 작은 치수의 비가 비교적 작은 가교결합되지 않은 독립기포 폴리에틸렌 발포체 구조물에 관한 것이다. 압출된 구조물은 이의 목적하는 형태 또는 구조로부터의 변형, 꼬임 또는 주름을 거의 나타내지 않았다.

단면에 있어서의 큰 치수에 대한 작은 치수의 비, 직사각형의 단면의 경우에는 너비에 대한 높이의 비가 비교적 작은 고체 상태의 독립기포 폴리에틸렌 발포체 구조물은 쿠션재, 포장재, 절연재, 시이트재등과 같은 다양한 상업적 용도를 갖는다. 이러한 구조물의 절연 성능, 유연성, 흡음성 및 내마모성을 향상시키기 위해, 구조물을 구성하는 폴리에틸렌 발포체의 기포 크기를 감소시키는 것이 바람직할 것이다. 기포 크기가 비교적 작고 (예를 들어, 0.02내지 0.5mm)단면에 있어서의 치수비가 비교적 작은 (예를 들어, 1/8이하)고체 상태의 가교결합되지 않는 독립 기포 폴리에틸렌 발포체 구조물의 제조시 발생하는 한 가지 문제점을 실질적으로 생성된 구조물을 목적하는 것과는 다른 구조 또는 형태를 가질 수 있다는 점이다. 구조물이 제조되는 발포성 조성물이 다이를 빠져 나오면, 당해 발포성 조성물은 구조물이 이의 큰 치수를 따라 변형되거나, 꼬이거나 또는 주름 잡히는 것을 방지하기에 충분한 속도로 큰 치수의 다이 오리피스에 대하여 바깥쪽 방향으로 즉시 팽창할 수 없다. 구조물은 충분히 신속하게 팽창 할 수 없는데, 이는 기포 크기가 비교적 작은 발포체의 제조에는 비교적 많은 양의 핵제가 요구되며 이에 기인하여 기포 크기가 비교적 작은 발포체의 발포 속도가 비교적 높기 때문이다.

기포 크기가 비교적 작은 폴리에틸렌 발포체로 이루어진, 단면에 있어서의 큰 치수에 대한 작은 치수의 비가 비교적 작은 가교결합되지 않은 독립기포 폴리에틸렌 발포체 구조물이 바람직하다. 이러한 발포체 구조물은 목적하는 형태 또는 구조로부터의 변형 또는 일탈을 거의 나타내지 않는다.

[발명의 요약]

본 발명에 따르면, 단면에 있어서의 큰 치수에 대한 작읜 치수의 비가 약 1/8이하이고, 평균 기포 크기가 0.02 내지 0.05MM인 발포된 폴리에틸렌 조성물의 합체된 스트랜드(strand) 또는 포로파일(profile)을 포함하는 가교결합되지 않은 독립 기포의 발포체 구조물이 제공된다. 발포체 구조물의 단면 구조는 당해 구조물이 압출되는 다이 오리피스의 전체 배열 구조에 거의 상응한다. 발포체 구조물을 합체된 스트랜드 프로파일 형태로 압출시킴으로써 이러한 기포 크기 범위내에서의 이러한 상대적 단면 치수비(예를 들어, 직사가형 구조물의 경우 너비에 대한 높이의 비)의 구조물을 목적하거나 의도하는 형태 또는 구조로부터 변형되거나 꼬이거나 또는 주름잡히지 않은 상태로 제조할 수 있다. 고체 발포체에서와 같이 발포제가 그 자체에 대해 팽창하는 대신 스트랜드 또는 프로파일이 이들 사이의 채널내로 팽창하기 때문에 목적하거나 의도하는 형태 또는 구조가 변형되거나, 꼬이거나 또는 주름잡히는 것을 피할 수 있다.

본 발명에 따르면, 단면에 있어서의 큰 치수에 대한 작은 치수의 비가 1/8이하이고, 평균 기포 크기가 0.02내지 0.5mm인 발포된 폴리에틸렌 조성물을 포함하는 가교결합되지 않은 독립기포 발포체 구조물의 제조 방법이 제공된다. 당해 방법은 발포성 폴리에틸렌 조성물을 다수의 오리피스를 갖는 다이를 통해 압출시켜 다이 오리피스의 전체 배열 구조에 거의 상응하는 상술한 발포체 구조물을 형성하는 발포된 폴리에틸렌 조성물의 다수의 합체된 압출 스트랜드 또는 프로파일의 제조함을 특징으로 한다.

[상세한 설명]

본 발명의 발포체 구조물은 구조물을 압출시키는 다이, 오리피스의 전체 배열 형태 또는 전체 구조에 거의 상응하도록 제조된, 평균 기포 크기가 0.02 내지 0.5mm이고 큰 치수에 대한 작은 치수의 비가 1/8이하인, 합체된 가교결합되지 않은 독립 기포 폴리에틸렌 발포체 스트랜드 또는 프로파일을 형성한다. 본 발명의 발포체 구조물은 변형되거나, 꼬이거나 또는 주름잡히지 않으면서 높은 발포 속도를 제공하는 이의 능력에 기인하여 상기한 기포 크기 범위 및 상대적 치수의 선행 기술의 발포체 구조물과 관련된 문제를 극복한다.

본 발명의 발포체 구조물은 용융된 발포성의 가교결합되지 않은 폴리에틸렌 조성물을 다중 오리피스 다이를 통해 압출시킴으로써 제조한다. 발포성 조성물은 폴리에틸렌을 융용 가소화시킨 다음, 발포제 및 기타 부가제(예 : 핵제)를 혼합함으로써 제조한다.

다중오리피스 다이의 오리피스는 용융된 압출물의 인접한 스트랜드사이의 접촉이 발포 공정 동안 일어나고 접촉면이 서로에 대해 충분한 부착력으로 접촉하여 단일 발포체 구조물을 형성하도록 배열한다. 다이로부터 나오는 용융된 압출물의 스트림을 바람직하게 발포, 합체 및 상호 부착시켜 단일 구조물을 형성하는 스트랜드 또는 프로파일 형태로 만든다. 바람직하게는 폴리에틸렌 발포체의 합체된 개개의 스트랜드 또는 프로파일은 단일 구조물 속에 부착된 상태로 유지되어 발포체의 제조, 성형 및 사용시 직면하게 되는 응력하에서 스트랜드가 박리되는 것을 방지하여야 한다. 스트랜드 형태의 발포체 구조물 제조를 위한 장치 및 방법은 미합중국 특허 제 3,573,152 및 제 4,824,720호에 제시되어 있다.

스트랜드 또는 프로파일은 다이 내의 오리피스의 형태 또는 구조에 따라 단면의 형태 또는 구조가 달라진다. 스트랜드 또는 프로파일은 이들이 합체되어 형성하는 발포체 구조물과 동일하거나 상이한 형태 또는 구조를 가질 것이다. 오리피스는 원형이거나 원형이 아닐 수 있으나, 원형인 것이 바람직하다. 적합한 원형이 아닌 것에는 X형, 십자형 또는 별형, 또는 다각형이 포함된다. 다이 속의 다양한 오리피스를 사인파, 벌집형, 정방형 톱니 또는 삼각형 톱니파 패턴과 같이 목족하는 배열 또는 정렬로 특정적으로 배열시킬 수 있다.

바람직하게는 개개의 스트랜드 단면에 있어서의 큰 치수(원형 스트랜드의 경우에는 직경)는 0.5내지 10mm, 가장 바람직하게는 1.0 내지 5.0mm이다.

다이 속의 오리피스는 임의의 형태 또는 구조일 수 있으며, 다이오리피스로부터 나오는 용융된 압출물의 스트림들 사이에 충분한 채널용적 또는 공간을 제공하여, 스트림들이 발포되어 오리피스의 전체 배열의 구조에 대해 생성되는 단일 발포체 구조물이 거의 변형되거나, 꼬이거나 또는 주름잡히지 않게 하는 스트랜드 또는 프로파일을 형성하도록 공간적으로 배열시킨다. 용융된 압출물의 스트림들은 스트랜드들 또는 프로파일들의 사이의 개방된 용적을 부분적으로 또는 완전히 충전시키도록 발포될 수 있다.

생성된 발포체 구조물의 구조 또는 형태는 실질적으로 다이로리피스의 전체 배열 또는 구조에 상응한다. 예를 들어, 직사각형 패턴으로 배열된 다수의 원형 오리피스는 직사각형 발포체 구조물을 제공한다. 원형 패턴으로 배열된 다수의 원형 오리피스는 실린더형 또는 원형발포체 구조물을 제공한다. 본 발명의 발포체 구조물의 구조 또는 형태는 당해 발포체 구조물이 거의 변형되거나 꼬이거나 또는 주름잡히지 않고 압출되는 다이 내의 오리피스들의 전체 배열 또는 전체 구조에 상응한다.

통상적으로 발포체 구조물은 용융된 압출물의 발포에 기인하여, 당해 발포체 구조물이 압출되는 다이의 다이 오리피스의 전체 배열 또는 전체 구조에 의해 한정된 치수보다 큰 단면 치수를 가지나, 발포체 구조물의 상대적 단면 치수는 다이 오리피스의 전체 배열 또는 전체 구조의 상대적 치수에 실질적으로 상응한다. 예를 들어, 직사각형으로 배열된 원형 다이 오리피스의 경우, 생성된 발포체 구조물은 다이 오리피스의 전체 배열 또는 전체 구조의 단면 치수를 초과하는 직사각형 단면 치수를 가지지만, 상대적 단면 치수는 거의 동일하다.

적합한 발포성 폴리에틸렌 조성물을 제공하기 위해, 본 발명의 방법에서 다양한 성분들을 당해 기술 분야의 공지된 기술에 따라 혼합한다. 적합하게는, 혼합기, 압출기 또는 기타의 적합한 혼합장치를 사용하여 균질한 용융물을 수득한다. 또한, 압출기 또는 기타 적합한 혼합 장치를 사용하여 발포제를 혼입시킨다. 또한, 필요에 따라, 핵제, 압출 조제, 산화 방지제, 착색제, 안료 등을 혼입시킬 수 있다.

적합한 발포성 폴리에틸렌 조성물에는 폴리에틸렌이 포함된다. 에틸렌 및 이와 공중합가능한 모노에틸렌계 불포화 극성 단량체, 특히 카복실-함유 공단량체의 공중합체가 바람직하다. 예로는 에틸렌과 아크릴산 또는 메타크릴산 및 C_1-4알킬 에스테르 또는 이의 이오노머성 유도체와의 공중합체; 에틸렌 비닐-아세테이트 공중합체; 에틸렌/일산화탄소 공중합체; 디엔과 중합성 그룹과의 무수물 함유 올레핀 공중합체; 에틸렌과 분자량이 극히 낮은(즉, 밀도가 0.92g/cm3 이하임) α-올레핀과의 공중합체; 전술한 모든 수지의 혼합물; 이와 폴리에틸렌(고밀도, 중간밀도 또는 저밀도)과의 혼합물 등이 있다. 특히 바람직한 조성물은 공중합된 아크릴산 약 30중량% 이하를 함유하는, 에틸렌과 아크릴산과의 공중합체(EAA 공중합체); 상술한 에틸렌과 비닐 아세테이트와의 공중합체의 이오노머성 유도체, 밀도가 극히 낮은 폴리에틸렌; 전술한 것들 서로의 혼합물 및 전술한 것과 저밀도 폴리에틸렌과의 혼합물이다.

에틸렌과 극성 공단량체의 중합체는 공지된 부가 중합기술에 의해, 또는 반응성 공단량체와 예비형성된 에틸렌 중합체와의 그라프트 반응에 의해 제조할 수 있다. 필요에 따라, 폴리이소부틸렌, 폴리부타디엔, 에틸렌/프로필렌 공중합체 및 에틸렌/프로필렌 디엔인터폴리머와 같은 추가의 탄성중합체성 성분을 혼합물에 포함시킬 수 있다.

가장 바람직한 수지 조성물은 에틸렌 85 내지 98중량%를 함유하는 에틸렌과 아크릴산과의 공중합체 또는 에틸렌과 비닐 아세테이트와의 공중합체를 포함한다. 가장 바람직한 폴리에틸렌 조성물은 에틸렌과 아크릴산의 균질한 랜덤 공중합체를 포함한다. 에틸렌과 아크릴산과의 공중합체 또는 에틸렌과 비닐 아세테이트와의 공중합체는 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)가 시판하고 있다. 또한, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체는 엘박스(Elvax)라는 상표명(제조회사:E. I duPont deNemours Company)으로 시판되고 있다. 무수물 개질된 공중합체 또는 에틸렌은 플렉사르(Plexar)라는 상표명(제조회사:Norchem, Inc.)으로 시판되고 있다. 이오노머성 공중합체는 수를린(Surlyn)이라는 상표명[제조회사:E. I. duPont dePont deNemours Company)으로 시판되고 있다.

폴리에틸렌 조성물은 발포체 구조물의 중량을 기준으로 하여, 폴리에틸렌을 50중량% 이상, 바람직하게는 80중량% 이상, 보다 바람직하게는 95중량% 이상을 포함한다.

본 발명의 발포체 구조물을 당해 기술 분야에 공지된 임의의 발포제 하나 이상과 함께 압출시킨다. 적함한 발포제에는 할로카본(예:플루오로카본 및 클로로플루오로카본), 하이드로할로카본(예:하이드로플루오로카본 및 하이드로클로로플루오로 카본), 알킬하라이드(예: 메틸 클로라이드 및 에틸 클로라이드), 탄화수소(예: 탄소수 2 내지 9의 알칸 또는 알켄), 통상적인 가즈(예:공기, 이산화탄소, 질소, 이르곤), 물 또는 상술한 것 중의 임의의 혼합물이 포함된다.

바람직한 발포제는 알칸, 예를 들어, 부탄, 이소부탄, 펜탄, 이소펜탄, 헥산, 이소핵산, 헵탄 등이다. 가장 바람직한 발포제는 이소부탄이다. 알칸과 같은 탄화수소가 이의 비교적 낮은 오존 고갈 가능성으로 인해 바람직하다. 또한, 적합한 발포제에는 암모늄 및 아조형 화합물과 같은 화학적 발포제가 포함된다. 이러한 화합물에는 탄산암모늄, 중탄산암모늄, 중탄산칼륨, 디아조아니노벤젬, 디아조아니노톨루엔, 아조디카본아미드, 디아조이소부티로니트릴 등이 포함된다.

용어 가교결합되지 않은 발포체 구조물은 발포체 구조물을 형성하는 스트랜드를 구성하는 발포체 조성물이 거의 가교결합되지 않음을 나타낸다. 그러나, 용어 가교결합하지 않은에는 가교결합제를 사용하지 않고서 미미한 정도의 가교결합을 자발적으로 일으킬 수 있음이 포함된다.

적합한 발포체 구조물의 총 밀도(이는 스트랜드를 또는 프로파일들 사이의 틈간 채널 또는 공극을 포함하는 독립기포 발포체의 벌크 밀도 또는 밀도이다)는 바람직하게는 3.2 내지 48kg/㎥에서 변화된다. 가장 바람직한 발포체 구조물의 밀도는 8.0 내지 45kg/㎥이다. 저 중량의 큐션재용으로 특정하게 사용하기 위해, 바람직한 또 다른 양태는 밀도가 32kg/㎥ 미만인 부분을 포함한다. 발포체 구조물을 구성하는 발포체의 개개의 스트랜드의 국부 밀도 또는 스트랜드 밀도는 바람직하게는 8.0 내지 96kg/㎥, 가장 바람직하게는 16 내지 48kg/㎥이다.

본 발명의 발포체 구조물은 평균 기포 크기가 0.02 내지 0.5mm인 발포체 스트랜드를 포함한다. 특히 바람직한 발포체 구조물은 평균 기포 크기가 0.1 내지 0.3mm인 발포체 스트랜드를 포함한다.

본 발명의 독립기포 발포체 구조물에 있어서, ASTM D-2856에 따르면, 바람직하게는, 70% 이상의 독립기포가, 발포체 구조물을 구성하는 발포체 스트랜드들 사이의 틈간 채널 또는 공극을 포함하지 않는다.

본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위해 본 발명의 비제한적인 실시예를 하기에 제시한다.

실시예

본 발명의 폴리에틸렌 발포체 구조물은 중량비가 90/10인 폴리에틸렌/수를린 8660 이오노머, 중량비가 80/20인 CFC-114/CFC-12 100당 26부 및 100당 0.8부로 구성된는 조성물을 직사각형으로 배열된 1,500개의 원형 오리피스를 함유하는 다중오리피스를 통해 136kg/h의 속도로 압출시켜 제조한다. 생성된 구조물의 단면 치수는 3.8㎝ × 62.2cm이고 평균 기포 크기는 0.3mm이다. 당해 구조물은 이의 의도하는 직사각형으로부터 거의 변형되거나, 꼬이거나 주름잡히지 않았다.

본 발명의 방법 및 발포체의 양태를 특정 기술내용과 관련하여 나타냈지만, 제조방법 및 제조업자의 의도에 따라, 본 발명을 본원에 제시된 신규한 기술 및 원리의 범위내에서 적절하게 다양한 변화에 의해 변형시킬 수 있음이 명백할 것이다.

Claims (5)

1. 평균 기포 크기가 0.02 내지 0.5mm 인 발포된 폴리에틸렌 조성물을 형성할 수 있는 발포성 폴리에틸렌 조성물을 제조하는 단계(a), 당해 발포성 조성물을 단면에 있어서의 큰 치수에 대한 작은 치수의 비가1/8 이하인 전체 배열을 갖는 다수의 오리피스를 갖는 다이를 통해 압출시켜 다수의 발포성 스트랜드를 제조하는 단계(b) 및 당해 발포성 스트랜드를 팽창 및 합체시켜 발포체 구조물을 제조하는 단계(c)를 포함하여, 단면에 있어서의 큰 치수에 대한 작은 치수의 비가 약 1/8이하이고 평균 기포 크기가 0.02 내지 0.5mm인 발포된 포리에틸렌 조성물을 포함하는 가교결합되지 않고 변형되지 않은 압출된 독립 기포 발포체 구조물을 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 발포체 구조물의 단면이 직사각형인 방법.
3. 제1항에 있어서, 폴리에틸렌 조성물이 에틸렌 공중합체인 방법.
4. 제1항에 있어서, 발포된 폴리에틸렌 조성물의 평균 기포 크기가 0.1 내지 0.3mm인 방법.
5. 제1항의 방법에 따라 제조된 발포체 구조물.