KR100281203B1 - 고분자수지필름제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융쉬트 형성다이, 수막형성수단, 캐스팅 드럼 및 스트리퍼 롤을 포함하는 고분자 수지 필름 제조장치에 있어서, 상기 수막형성수단이 히터, 초음파 발생기 및 수위측정센서가 구비되어 있으며 물을 가열하여 수증기를 발생시키는 가열탱크를 포함하는 수증기 발생부; 일단이 가열탱크와 연결되어 있으며 발생된 수증기를 캐스팅 드럼 표면부로 이동시키기 위한 수증기 공급관; 및 일단이 수증기 공급관과 연결되어 있고 다른 일단은 캐스팅 드럼 표면을 향하여 열려있는 수증기 분무노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 수지 필름 제조장치에 관한 것으로서, 본 발명의 제조장치를 이용하면 캐스팅 드럼의 고속 회전시에도 드럼 표면상에 도포되는 수막의 두께를 일정하게 제어할 수 있기 때문에 고품질의 고분자 수지 필름을 고속으로 생산할 수 있어 품질 향상 및 생산효율 개선에 기여할 수 있다.

Description

고분자 수지 필름 제조장치{Apparatus for manufacturing polymer film}
본 발명은 고분자 수지 필름 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캐스팅 드럼상에 형성되는 수막의 두께를 균일하게 제어함으로써 고품질의 필름을 고속으로 제조할 수 있는 고분자 수지 필름 제조장치에 관한 것이다.
사회 구조가 점점 복잡해지면서 다양한 용도에 맞는 소재의 필요성이 증가함에 따라 이를 위한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, 종이는 제조 원가의 상승과 재료의 한계에 따른 수급 불안뿐만 아니라 수분 및 박테리아의 침투로 인해 장기간 보존이 어렵다는 문제점이 있기 때문에, 종이와 같은 질감을 가지면서도 보존이 용이하고 수요에 대하여 신축적으로 공급될 수 있는 고분자 수지 필름의 개발에 대한 요구가 증대하고 있다.
고분자 수지 필름의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 적절한 원료 물질로부터 제조된 수지를 건조기를 통하여 결정화 및 건조시키고, 압출기 및 필터를 통해 용융, 계량, 여과 등을 과정을 거친 다음, 다이를 통해 평면 형태의 용융쉬트로 성형한다. 이어서, 성형된 용융쉬트를 다이 하방에 설치되어 캐스팅 드럼 상으로 공급하여 균일한 두께를 갖는 미연신 쉬트로서 압출한 다음, 고화시킨다. 얻어진 미연신 쉬트를 적절한 연신 공정을 통하여 연신한 다음, 열처리, 와인딩, 슬리팅 등의 공정을 거쳐 요구되는 고분자 수지 필름으로서 생산한다.
이러한 일반적인 고분자 수지 필름의 제조공정 중, 특히 용융 쉬트를 캐스팅 드럼에 공급하여 압출 및 고화시키는 공정에서 용융 쉬트를 캐스팅 드럼 상에 밀착시키기 어렵다는 문제점이 있다. 이로 인해, 최종 필름의 두께의 두께가 불균일해질 뿐 아니라 필름의 투명성을 확보하기도 어렵다.
따라서, 용융 쉬트를 캐스팅 드럼상에 밀착시기기 위한 여러 가지 방법이 개발되었는데, 그중 가장 보편적으로 사용되는 방법이 용융 쉬트가 캐스팅 드럼 상으로 공급될 때 용융 쉬트에 정전하를 인가하여 캐스팅 드럼과 용융 쉬트 간의 밀착성을 향상시키는 정전인가 방식이다.
그러나 용융 쉬트의 두께가 약 20㎛ 미만으로 매우 얇은 경우에는 용융 쉬트 상에 정전하가 인가되더라도 용융 쉬트와 캐스팅 드럼 사이의 밀착성이 저하되고 심지어는 캐스팅 드럼로부터 용융 쉬트가 분리되는 경우가 발생하게 된다.
이러한 문제점을 극복하기 위한 방안으로서, 캐스팅 드럼의 표면상에 수증기를 분무하여 얇은 수막을 형성함으로써 용융 쉬트와 캐스팅 드럼 사이의 밀착성을 개선하는 방법이 제안된 바 있다.
수막 형성에는 통상 수증기 발생부, 수증기 공급관 및 수증기 분무노즐을 포함하는 수막형성수단이 이용된다. 즉, 물의 가열에 의해 발생되는 수증기를 수증기 공급관을 통해 캐스팅 드럼 표면부로 이동시킨 다음, 수증기 분무노즐을 이용하여 수증기를 캐스팅 드럼상에 균일하게 도포함으로써 수막을 형성한다.
도 1은 종래의 수막 형성수단을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조해보면, 히터(120)와 수위측정센서(150)가 구비된 가열탱크(110)에 물을 넣고 건조 공기 공급 수단(130)을 통해 건조 공기를 취입하면서 히터(120)를 이용해 물을 가열하여 수증기를 발생시킨다. 발생된 수증기는 수증기 공급관(200)을 타고 이동하여 수증기 분무노즐(300)을 통해 캐스팅 드럼 상으로 분무, 도포됨으로써 수막이 형성된다. 한편, 수위측정센서(150)를 이용해 수위를 측정하여 수위가 소정의 높이 아래로 내려가게 되면 물 공급량 조절밸브(160)를 열어서 물 공급 탱크(170)로부터 물을 공급한다.
그런데, 전술한 바와 같은 종래의 수막형성장치를 사용하는 경우, 공급되는 건조 공기의 온도 및 습도에 따라 형성되는 수막의 두께가 크게 달라질 수 있으며, 특히 캐스팅 드럼의 회전 속도가 빨라질수록 수막 두께의 제어가 더욱 어려워지기 때문에 필름의 품질과 생산효율이 크게 떨어진다.
한편, 수막의 두께가 균일하게 제어되지 못하면 다음과 같은 문제점들이 나타날 수 있는데, 즉 수막의 두께가 너무 두꺼울 경우 밀착성 개선 효과가 없어 용융 쉬트가 캐스팅 드럼상에서 미끄러져 필름을 안정하게 연속적으로 생산할 수 없게 될 뿐 아니라 수막이 용융 수지의 열에 의해 기화되어 필름 표면을 발포시키는 등 표면 결함을 일으킨다는 문제점이 있으며, 반대로 수막의 두께가 너무 얇으면 밀착력이 지나치게 커져서 쉬트 필름이 캐스팅 드럼으로부터 이탈하기 어렵게 되므로 필름이 파단되는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 캐스팅 드럼 표면상에 형성되는 수막의 두께가 균일하도록 제어하는 것이 매우 중요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수막의 두께를 적절하게 제어함으로써 고품질의 필름을 고속으로 생산할 수 있는 고분자 수지 필름 제조장치를 제공하기 위한 것이다.
도 1은 종래의 수막형성수단을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수막형성수단을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수막형성수단을 포함하는 고분자 수지 필름 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100... 수증기 발생부 140... 초음파 발생기
200... 수증기 공급관 300... 수증기분무노즐
400... 용융쉬트 공급 다이 500... 캐스팅 드럼
600... 스트리퍼 롤
본 발명의 기술적 과제는 용융쉬트 형성다이, 수막형성수단, 캐스팅 드럼 및 스트리퍼 롤을 포함하는 고분자 수지 필름 제조장치에 있어서, 상기 수막형성수단이 히터, 초음파 발생기 및 수위측정센서가 구비되어 있으며 물을 가열하여 수증기를 발생시키는 가열탱크를 포함하는 수증기 발생부; 일단이 가열탱크와 연결되어 있으며 발생된 수증기를 캐스팅 드럼 표면부로 이동시키기 위한 수증기 공급관; 및 일단이 수증기 공급관과 연결되어 있고 다른 일단은 캐스팅 드럼 표면을 향하여 열려있는 수증기 분무노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 수지 필름 제조장치에 의하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 수지 필름 제조장치에서 상기 수증기 발생부는 가열탱크와 연결되어 있으며 수위측정센서에 의해 작동하는 물공급량 조절 밸브의 개폐에 의해 물 공급이 조절되는 물 공급 탱크를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 고분자 수지 필름 제조장치에 따르면, 가열 탱크에 소정 높이까지 물을 채우고 히터로 가열하여 물의 온도를 일정하게, 바람직하게는 70∼90℃, 더 바람직하게는 약 80℃로 조절한다. 이때 초음파 발생기를 작동시켜 수증기 발생량을 일정하게 조절한다.
발생된 수증기는 수증기 공급관을 타고 이동하여 캐스팅 드럼의 표면을 향하여 열려있는 수증기 분무노즐을 통해 캐스팅 드럼 상으로 분무됨으로써 수막을 형성하게 된다.
캐스팅 드럼 표면 상에 수막이 형성되면 다이를 통해 용융 쉬트와 함께 유입될 수 있는 공기가 배제됨으로써 용융 쉬트와 캐스팅 드럼간의 밀착성이 더 견고해지며, 이에 따라 고품위의 필름을 고속으로 생산할 수 있다.
한편, 수증기의 방출로 인해 가열 탱크 내의 수위가 감소되면 수위측정센서에 의해 감지되고 물공급 밸브가 작동하여 소비된 양만큼의 물이 가열 탱크 내로 공급된다. 보충된 물은 기존의 물과 합해지게 되고 히터에 장착된 온도감지센서가 수온을 감지해 수온이 70∼90℃가 되지 않으면 히터를 작동시켜 물을 가열하여 수증기를 공급하게 된다.
전술한 바와 같은 기작에 의하면 수증기가 안정되게 공급될 수 있으며, 초음파 발생기의 작동에 의해 수증기 공급량이 일정하게 조절됨으로써 수막 두께가 균일하게 제어된다.
이하, 도 2 및 3을 들어 본 발명의 제조장치를 필름 제조방법과 관련하여 설명하고자 한다.
먼저, 도 2는 본 발명에 따른 수막형성수단을 나타낸 도면이다.
가열 탱크(110)에는 히터(120) 및 수온측정센서(150)와 함께 초음파 발생기(140)가 구비되어 있으며, 초음파 발생기(140)의 작동하에 히터(120)를 이용하여 물을 소정 온도로 가열한다. 이때 발생하는 수증기는 일측이 가열탱크와 연결되어 있으며 다른측은 수증기 분무노즐과 연결되어 있는 수증기 공급관(200)을 통해 캐스팅 드럼 표면부로 이동하게 되는데, 초음파 발생기(140)의 작동에 의해 수증기 발생량이 균일하게 제어된다.
수증기 공급관(200)을 타고 캐스팅 드럼 표면부로 이동한 수증기는 일측이 수증기 공급관(200)과 연결되어 있고 다른측은 캐스팅 드럼의 표면부를 향하여 열려있는 수증기 분무노즐을 통해 캐스팅 드럼 상으로 분무, 도포되어 균일한 두께를 갖는 얇은 수막을 형성한다.
수증기 발생부에는 수위측정센서(150)가 구비되어 있어서 수위가 소정 높이 아래로 내려가면 물 공급량 조절 밸브(160)을 열어 물 공급 탱크(170)로부터 제공되는 물을 가열탱크로 공급한다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조장치는 수증기 발생부(100), 수증기 공급관(200) 및 수증기 분무노즐(300)을 포함하는 수막형성장치, 용융쉬트 공급다이(400), 캐스팅 드럼(500) 및 스트리퍼 롤(600)을 포함한다.
수막형성장치는 수증기 발생부(100)에서 발생하는 수증기를 수증기 공급관(200)을 통해 공급받아 수증기 분무노즐(300)을 통해 캐스팅 드럼(500) 표면 상으로 수증기를 방출, 도포하여 수막(310)을 형성한다. 수막이 형성된 캐스팅 드럼 상으로 다이(400)로부터 용융 쉬트(410)가 공급된다. 공급된 용융 쉬트는 캐스팅 공정을 거쳐 압출, 고화되면서 스트리퍼 롤(600)을 거쳐 캐스팅 드럼으로부터 박리되어 미연신 쉬트로서 얻어진다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명할 것이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 7
도 3에 개시된 본 발명의 제조장치를 이용하며 캐스팅 드럼의 속도(단위: m/min)를 각각 15(실시예 1), 30(실시예 2), 45(실시예 3), 60(실시예 4), 75(실시예 5), 90(실시예 6) 및 100(실시예 7)으로 하여 필름을 제조한 다음, 필름 표면을 육안으로 관찰한 결과, 모든 필름이 양호한 상태인 것으로 나타났다.
비교예 1 내지 7
도 1에 개시된 수막형성장치를 포함하는 종래의 제조장치를 이용하는 것을 제외하고는 실시예 1 내지 7에서와 상응하도록 각기 다른 캐스팅 속도하에서 비교예 1 내지 7을 실시하여 필름을 제조하였다. 필름 표면을 육안으로 관찰한 결과, 캐스팅 드럼의 속도(단위: m/min)가 15(비교예 1), 30(비교예 2), 45(비교예 3), 60(비교예 4), 75(비교예 5)로서 비교적 저속일 때는 필름 표면이 양호한 것으로 나타났으나, 90(비교예 6) 및 100(비교예 7)으로 고속일 때는 필름 표면에 결함이 생기거나 (비교예 6), 또는 필름의 미끄러지거나 표면 결함이 발생 (비교예 7)하는 것으로 나타났다. 이는 캐스팅 드럼의 회전 속도가 빨라질수록 수증기 발생이 불균일짐에 따라 일정한 수막 두께를 얻을 수 없게 되어 나타나는 현상이다.
초음파 발생기가 구비된 수막 형성 장치를 포함하는 본 발명의 제조장치를 이용하면 캐스팅 드럼의 고속 회전시에도 드럼 표면상에 도포되는 수막의 두께를 일정하게 제어할 수 있기 때문에 고품질의 고분자 수지 필름을 고속으로 생산할 수 있어 품질 향상 및 생산효율 개선에 기여할 수 있다.

Claims (2)

  1. 용융쉬트 형성다이, 캐스팅 드럼, 상기 용융쉬트 형성다이와 상기 캐스팅 드럼과의 밀착성을 향상시키는 수막형성 수단 및 스트리퍼 롤을 포함하는 고분자 수지 필름 제조장치에 있어서, 상기 수막형성수단이
    히터, 초음파 발생기 및 수위측정센서를 구비하고 있으며 물을 가열하여 수증기를 발생시키는 가열탱크를 포함하는 수증기 발생부;
    일단이 가열탱크와 연결되어 있으며 발생된 수증기를 캐스팅 드럼 표면부로 이동시키는 수증기 공급관; 및
    일단이 수증기 공급관과 연결되어 있고 다른 일단은 캐스팅 드럼 표면을 향하여 열려있는 수증기 분무노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 수지 필름 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수증기 발생부가 가열탱크와 연결되어 있으며 수위측정센서에 의해 작동하는 물공급량 조절 밸브의 개폐에 의해 물 공급이 조절되는 물 공급 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 수지 필름 제조장치.
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