KR100333405B1

KR100333405B1 - 폴리올레핀 발포체 입자의 제조방법

Info

Publication number: KR100333405B1
Application number: KR1020000001578A
Authority: KR
Inventors: 정문조; 김낙중
Original assignee: 정문조; 하오기술 주식회사
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2002-04-25
Also published as: KR20010073312A

Abstract

본 발명은 폴리올레핀 발포체 입자의 제조방법에 관한 것으로, 적은 설비비와 운전비로 과잉 발포제를 회수하고, 적은 에너지를 투입하여 물을 재사용할 수 있는 폴리올레핀 발포체 입자의 제조방법을 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 방법은 (a)침투조에 수지입자와 물과 발포제를 넣고 교반하면서 가열하여 발포제를 수지입자의 내부로 침투시키는 발포제침투단계와; (b)침투조에 물 또는 발포제가 용해된 물을 주입하여 용기의 상부공간에 기체상태로 존재하는 발포제를 배출시켜 회수하는 기체분리단계와; (c)침투조에 고압기체를 주입하여 발포제가 용해된 물을 배출시켜 회수하는 액체분리단계와; (d)수지입자를 (c)단계에서 고압용기의 내부에 채워진 고압기체와 함께 감압팽창조로 배출시켜 발포시키는 감압발포단계로 이루어진다.

본 발명에 의하면 과잉 발포제를 회수하기 위하여 수용액 저장조가 추가되는 것 외에 냉각기, 압축기, 층분리기 등 많은 부대설비가 필요없게 되고, 고온의 물을 회수하여 재사용할 수 있어 설비비 및 운전비를 절감할 수 있다.

Description

폴리올레핀 발포체 입자의 제조방법{Process for Production of Polyolefin Foam Beads}

본 발명은 폴리올레핀 발포체 입자의 제조방법에 관한 것으로 특히, 과잉 발포제를 효과적으로 회수하고 분산매체로 사용된 물을 회수하여 재사용하는데 소요되는 에너지를 최소화하는 폴리올레핀 발포체 입자의 제조방법에 관한 것이다.

합성수지 발포체는 합성수지 내부에 작은 기포를 무수히 많이 형성시킨 것으로 유연성, 내충격성, 단열성이 좋고 가벼워서 쿠션재, 포장재, 완충재, 단열재, 내장재, 경량구조재 등으로 널리 사용된다. 제조방법으로는 합성수지와 발포제를 잘 혼합한 후, 적절한 조작으로 발포제를 분해하여 기체를 발생시켜 발포체를 제조하는 화학적 방법과 발포제를 수지 내부에 침투시킨 후, 기화시켜 발포체를 제조하는 물리적 방법이 있는데 화학적 방법은 주로 폴리우레탄과 폴리올레핀의 발포에 적용되고 물리적 방법은 주로 폴리스티렌과 폴리올레핀의 발포에 적용된다.

물리적 방법의 경우, 폴리스티렌은 발포제에 대한 투과도(permeability)가 높지 않으므로 일단 수지 내부에 발포제를 침투시키면 함유된 발포제가 장시간 보유되므로 수지입자에 발포제를 침투시키는 공정과 수지 내부에 함유된 발포제를 기화시켜 발포체를 제조하는 공정을 독립된 별개의 공정으로 수행할 수 있다.

그러나, 폴리올레핀은 발포제에 대한 투과도가 높아서 수지 내부에 함유된 발포제가 장시간 보유되지 않기 때문에 수지 내부에 발포제를 침투시키는 발포제침투공정과 수지 내부에 함유된 발포제를 기화시켜 발포체를 제조하는 감압발포공정을 연속적으로 수행하지 않으면 안된다. 다시 말하면, 수지입자를 물 및 발포제와 함께 고압용기 내에서 가열 및 교반하여 발포제를 폴리올레핀 입자 내부로 침투시킨 후, 바로 수지입자를 용기 밖으로 배출하여 감압시킴으로써 수지입자 내부에서 발포제를 기화시켜야 하는 것이다.(미합중국 특허 제4,379,859호)

그런데, 상기 연속공정에 의하면 감압발포공정시 수지입자와 함께 과잉 발포제 및 물이 모두 함께 배출되기 때문에 이들을 회수하여 재사용하는 문제가 대두된다. 왜냐하면, 과잉 발포제는 사용되는 수지 및 발포제의 물성과 발포비율에 따라 차이가 있으나 일반적으로 발포에 소요되는 양의 30-50%에 달하는데 대기로 방출되는 경우 환경에 나쁜 영향을 줄 뿐만 아니라 가연성인 경우 화재 및 폭발의 위험이 있기 때문이다. 또한, 전열 및 분산매체로 사용되는 물은 일반적으로 수지입자 체적의 3-10배가 사용되는데 감압팽창과정에서 온도가 낮아지기 때문이다.

종래기술(미합중국 특허 제4,379,859호)을 제2도를 사용하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

수지입자를 물, 발포제 및 분산제와 함께 고압용기인 침투조(201)에 투입하고 교반하면서 가열하면 발포제가 수지입자와 접촉하여 수지입자의 내부로 침투된다. 공급된 발포제는 수지입자 내부로 침투되는 외에 일부는 기화되어 침투조의 상부공간(201a)에 수증기와 함께 기체상태로 존재하고, 일부는 물에 용해되고, 일부는 발포제의 기액평형에 따라 물과 함께 액상으로 존재하기도 한다. 이어서 발포제를 함유한 수지입자를 연화점 이상, 용융점 이하의 온도에서 감압팽창조(203)로 배출하여 감압시키면 수지입자 내부에 함유된 발포제가 기화되어 기포가 형성됨으로써 발포체가 제조된다. 수지입자 내에서의 기포의 생성 및 성장은 발포제가 기화되고 수지가 냉각되어 유연성이 감소될 때까지 진행된다.

그런데 상기 방법에 의하면 침투조의 상부공간(201a)에 수증기와 함께 기체상태로 존재하는 과잉 발포제가 감압팽창조(203)로 배출되므로 이를 회수하기 위하여는 대용량의 냉각기(204), 압축기(205), 응축된 발포제와 물을 분리하기 위한 층분리기(206), 이송펌프(208) 등이 필요하게 되고, 미응축된 발포제가 대기로 방출되는 것을 막기 위하여는 발포제 흡착기(207)가 추가로 필요하게 된다. 따라서, 부대설비가 많이 필요하게 되고, 운전비도 높아지는 단점이 있다.

또한, 물도 감압발포과정에서 수지입자와 함께 감압팽창조(203)로 배출되는데 이 과정에서 10-40℃ 정도 냉각되고 이를 재사용하기 위하여는 다시 승온시켜야 하므로 적지 않은 에너지가 소요되는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 적은 설비비와 운전비로 과잉 발포제를 회수할 수 있을 뿐만 아니라 최소의 에너지를 투입하여 물을 재사용할 수 있는 폴리올레핀 발포체 입자의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 폴리올레핀 발포체 입자의 제조공정도이다.

도 2는 종래의 폴리올레핀 발포체 입자 제조공정도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

101, 201: 침투조 101a, 201a: 침투조 상부공간

102: 수용액 저장조 102a: 물층

102b: 액상 발포제층 102c: 수용액 저장조 상부공간

103, 203: 감압팽창조 104, 209: 진공펌프

105, 210: 고압기체 저장조 106, 211: 발포제 저장조

107: 스테인레스 스팅망 204: 냉각기

205: 압축기 206: 층분리기

207: 발포제 흡착기 208: 발포제 이송펌프

212: 물회수 저장조 213: 히터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은

(a) 고압용기에 폴리올레핀 수지입자와 물과 발포제를 넣고 교반하면서 가열하여 발포제를 수지입자의 내부로 침투시키는 발포제침투단계와;

(b) 고압용기의 내부에 물 또는 발포제가 용해된 물을 주입하여 용기의 상부공간에 기체상태로 존재하는 발포제를 배출시켜 회수하는 기체분리단계와;

(c) 고압용기의 내부에 고압기체를 주입하여 발포제가 용해된 물을 배출시켜회수하는 액체분리단계와;

(d) 수지입자를 (c)단계에서 고압용기의 내부에 채워진 고압기체와 함께 용기 외부로 배출시켜 감압시킴으로써 발포시키는 감압발포단계로 이루어진다.

본 발명의 각 단계를 본 발명의 실시에 적합한 장치의 일실시예를 도시한 제1도를 사용하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

발포제침투단계(a)는 수지입자 내부로 발포제를 침투시키는 단계이다. 이 단계는 종래의 방법과 마찬가지로 고압용기인 침투조(101)에 수지입자와 물과 발포제를 투입하고 가열하면서 교반하여 수지입자 내부로 발포제를 침투시킨다.

폴리올레핀 수지로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 에틸렌-프로필렌 공중합체를 사용한다. 또한, 에틸렌-프로필렌-1-부텐 공중합체, 에틸렌-프로필렌-부타티엔 공중합체 등 에틸렌과 프로필렌 이외의 올레핀계 단량체와 에틸렌 및 프로필렌의 공중합체를 사용할 수도 있고, 비닐아세테이트, 스티렌 등 비올레핀계 단량체와 올레핀계 단량체의 공중합체를 사용할 수도 있다. 상기 공중합체에는 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 그라프트 공중합체 등의 모든 형태의 공중합체가 포함된다.

수지입자의 크기는 2차 발포에 의해 성형되는 최종 제품의 형태에 따라 달라지나 직경이 1-5㎜ 정도인 것을 사용한다. 최종 제품의 형태가 단순하고 두꺼우면 큰 입자를 사용하고, 두께가 얇고 복잡하면 작은 입자를 사용하는 것이 좋다.

수지입자의 형태는 구형인 것이 바람직하나 어떠한 형태의 입자라도 사용할 수 있다.

발포제로는 수지입자의 내부에서 기화되어 기포를 형성할 수 있는 물질이면어떤 물질이든 사용이 가능하다. 특히, 트리클로로플루오로메탄(CFC-11), 디클로로디플루오로메탄(CFC-12), 프로판, 부탄, 펜탄, 또는 이들의 혼합물이 효과적이다. 그러나, CFC 물질은 오존층을 파괴하는 물질로 알려져 있어 사용이 규제되고 있으며, 프로판은 증기압이 높고 펜탄 및 기타 물질은 가격이 비싸므로 부탄을 사용하는 것이 가장 유리하다. 또한, 화재 및 폭발의 위험성이 없는 이산화탄소를 사용하는 것도 좋으나 작업압력이 높아지는 불리함이 있다.

발포제는 교반에 의해 물에 분산된 수지입자와 접촉하여 수지입자 내부로 침투되는데 수지와 발포제의 물성, 승온속도 및 최종온도에 따라 달라지나 일반적으로 발포제침투단계는 30분 내지 3시간이 소요된다.

침투조의 온도는 수지입자의 용융점보다 낮게 유지하여야 하는데 발포제가 수지입자 내부로 용이하게 침투 및 확산되도록 연화점 이상의 온도로 유지하는 것이 바람직하다.

침투조의 압력은 온도에 따라 달라진다. 용융점이 높은 수지는 연화점 역시 높으므로 침투조의 온도를 높게 유지하여야 하는데 이에 따라 용기내 발포제의 증기압도 높아져 장치의 제작비용 또한 높아지게 되므로 최고압력이 30㎏/㎠ 이하가 되도록 수지 및 발포제를 선정하는 것이 바람직하다.

기체분리단계(b)는 본 발명의 특징부의 하나이며 종래기술에는 없는 단계이다. 과잉 발포제를 회수하기 위하여 침투조의 상부공간(101a)에 존재하는 기체상태의 과잉 발포제와 수증기의 혼합물을 분리해내는 단계이다. 침투조(101)의 압력을 발포제침투단계(a)보다 낮지 않게 유지하면서 물을 침투조로 공급하여 침투조 상부공간(101a)에 기체상태로 존재하는 과잉 발포제와 수증기의 혼합물을 배출시킨다. 침투조의 압력이 발포제침투단계보다 낮아지면 입자내부에 침투된 발포제가 기화되어 침투조 내에서 발포체가 형성되는 문제가 발생된다.

공급하는 물의 온도는 침투조 내의 온도와 같게 하여 수지입자의 온도변화를 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 물과 수지입자 사이의 발포제 농도평형이 교란되지 않도록 침투조 내부의 물과 같은 농도로 발포제가 용해된 물을 공급하는 것이 바람직하다. 일반적으로 발포제가 포화된 물을 공급하면 충분하다.

구체적인 방법의 한 예를 제1도를 사용하여 설명한다.

수용액 저장조(102)는 제1도에서 보는 바와 같이 상부는 침투조(101)의 상부와, 하부는 침투조의 하부와 각각 관으로 연결된 별도의 고압용기로 물과 과잉의 발포제를 넣고 침투조와 같은 온도와 압력을 유지하면서 교반하면 용기의 하부에는 침투조와 같은 온도에서 발포제로 포화된 물층(102a)이 존재하고 그 상부에는 액상의 발포제층(102b)이 존재하며 상부공간(102c)에는 수증기와 발포제 기체 혼합물이 존재하게 된다. 제1도는 수용액 저장조(102)를 침투조(101)보다 높은 곳에 설치한 경우를 도시한 것으로, 수용액 저장조와 침투조의 상부와 상부, 하부와 하부를 연결하는 2 개의 관에 설치된 밸브를 여는 것만으로도 중력에 의하여 수용액 저장조 하부의 물(102a)은 침투조 하부로, 침투조 상부공간(101a)의 기체 혼합물이 수용액 저장조의 상부로 각각 이송되어 침투조 상부공간의 기체 혼합물이 발포제 수용액으로 치환된다. 물론, 발포제 수용액의 이송은 이송펌프에 의하여도 된다.

기체 배출구에는 수지입자가 배출되지 않도록 스테인레스 스틸망(107)의 설치 등 적절한 조치를 취하여야 한다.

본 단계의 존재에 의하여 생기는 본 발명과 종래기술과의 차이점은 감압팽창 이전에 과잉 발포제를 회수함으로써 종래기술에서는 필요한 냉각기, 압축기, 층분리기 등의 많은 설비가 본 발명에서는 필요치 않게되고 운전비용도 줄일 수 있다는 것이다.

액체분리단계(c)도 기체분리단계(b)와 마찬가지로 본 발명의 특징부의 하나이며 종래기술에는 없는 단계이다. 침투조(101) 내의 발포제가 용해된 물을 수지입자와 분리하여 회수하는 단계로 침투조의 압력을 기체분리단계보다 낮지 않게 유지하면서 침투조 상부로 고압기체를 공급하여 침투조의 하부로 발포제가 용해된 물을 배출하는 것에 의하여 달성된다.

액체배출용 고압기체로는 질소, 공기, 이산화탄소 또는 이들의 혼합물을 사용한다. 다만, 공기는 발포제가 가연성인 경우 화재 및 폭발의 위험이 있다.

구체적인 방법의 한 예로서 제1도를 사용하여 설명하면, 침투조(101)와 수용액 저장조(102) 사이의 밸브를 열고 침투조 상부로 침투조의 압력보다 1-2㎏/㎠ 정도 높은 고압기체를 공급하면 발포제가 용해된 물이 침투조 하부로부터 수용액 저장조 하부로 이송되어 회수되는 것이다.

액체가 배출될 때, 수지입자가 함께 배출되지 않도록 액체 배출관에는 스테인레스 스틸망(107)을 설치하는 등 적절한 조치를 취하여야 한다.

그리고, 액체 이송후 질소가 수용액 저장조로 들어가지 않도록 액체를 완전히 배출시키지 않고 침투조 하부에 약간 남도록 운전하는 것이 바람직하며, 온도는이어지는 감압발포단계(d)에서 수지입자의 내부에서 기포가 잘 성장할 수 있도록 계속하여 수지의 연화점 이상으로 유지하여야 한다.

결론적으로, 실제 작업에서는 발포제침투단계(a), 기체분리단계(b), 액체분리단계(c) 및 후술하는 감압발포단계(d)의 온도를 같게 유지하는 것이 바람직하다.

본 단계의 존재에 의하여 생기는 본 발명과 종래기술과의 차이점은 감압팽창에 의해 물이 냉각되기 이전에 발포제가 용해된 물을 회수함으로써 재사용에 필요한 에너지를 절감할 수 있다는 것이다.

감압발포단계(d)는 발포제를 함유하는 수지입자를 감압팽창조(103)로 배출하며 감압하여 발포제를 기화시킴으로써 발포체 입자를 형성시키는 단계이다. 종래기술에서는 수지입자를 과잉 발포제 및 물과 함께 배출시키는데 반하여 본 발명에서는 과잉 발포제 및 물을 미리 분리해내고 수지입자만을 배출하는 것이 다르다.

수지입자가 배출되는 동안 고압기체를 침투조(101)로 공급하여 내부압력을 높게 유지시킴으로써 수지가 침투조 내에서 발포되는 것을 억제하여야 한다. 또한, 수지입자가 침투조에 남지 않고 원활히 배출되도록 수지입자 배출밸브는 가급적 큰 것이 좋으며, 침투조의 하부는 원뿔형이 적합하다.

이상의 본 발명을 구성하는 일련의 과정은 동일한 압력용기(침투조) 내에서 수행할 수도 있고, 각 단계에 적합한 구조로 제작된 별개의 용기로 옮겨가며 수행할 수도 있다. 이를테면, 수지입자의 분산 및 열전달이 용이하도록 제작된 용기에서 발포제침투단계와 기체분리단계를 수행한 후, 발포제가 침투된 수지입자를 수지입자의 배출이 원활하도록 제작된 다른 압력용기로 이송하여 액체분리단계와 감압발포단계를 수행할 수 있다.

본 발명의 구성은 다음 비교예 및 실시예를 통하여 더욱 분명해질 것이다.

<비교예 1>

제2도에 도시된 장치를 사용하여 종래의 방법에 의하여 발포체 입자를 제조하였다. 침투조(201)의 용적은 20L이고, 감압팽창조(203)의 용적은 200L이다.

수지 및 발포제는 직경 3㎜의 폴리프로필렌(용융점 164℃) 입자 및 부탄을 사용하였는데 이는 실시예 1과 동일한 것이다.

(a) 발포제침투단계

폴리프로필렌 수지입자 1kg과 물 12kg을 침투조에 투입하고 침투조 내의 공기를 진공펌프(209)로 제거한 후, 발포제로 부탄 1.2kg을 공급하였다. 이들의 혼합물을 100rpm으로 교반하며 125℃까지 가열한 후, 125℃, 26㎏/㎠에서 30분간 유지하였다.(실시예 1과 동일한 진행임)

(b) 감압발포단계

상기 발포제침투단계가 완료된 후, 침투조 내의 내용물 전체(수지입자, 과잉 발포제 및 물)를 감압팽창조(203)로 배출하여 평균발포비 약 40배의 폴리프로필렌 발포체 입자를 제조하였다.

배출 직후의 감압팽창조의 온도 및 압력은 각각 90℃ 및 2.5㎏/㎠였으며, 감압팽창조 내부의 기체 혼합물을 냉각기에서 60℃로 냉각하여 압축한 후, 다시 30℃로 냉각하여 층분리기(206)를 통하여 부탄을 분리한 결과, 기체 혼합물의 체적, 온도 및 압력으로부터 계산한 이론적인 과잉 발포제의 양인 480g의 약 46%에 해당되는 220g이 회수되었다. 그리고, 물의 온도는 감압팽창에 의하여 125℃에서 90℃로 냉각되어 35℃ 낮아졌다.

<실시예 1>

제1도에 도시된 장치를 사용하여 본 발명의 방법에 의하여 발포체 입자를 제조하였다. 침투조(101) 및 수용액 저장조(102)의 용적은 각각 1L이고, 액체가 이송되는 배관은 보온하여 액체가 냉각되지 않도록 하였다.

수지는 직경 3㎜의 폴리프로필렌(용융점 164℃) 입자를 사용하였고, 발포제로는 부탄을 사용하였으며, 분산매체로는 물을 사용하였다.

(a) 발포제침투단계

수지입자 50g과 물 560g을 침투조에 넣고 침투조 내의 공기를 진공펌프(104)로 제거하여 진공으로 한 후, 발포제로 부탄 60g을 공급하였다. 이들의 혼합물을 100rpm으로 교반하며 125℃까지 가열한 후, 125℃, 26㎏/㎠에서 30분간 유지하여 발포제를 수지입자의 내부로 침투시켰다. 한편, 침투조보다 높은 위치에 설치된 수용액 저장조에는 물 600g과 부탄 100g을 넣고 가열 및 교반하여 부탄이 포화된 수용액을 제조한 후, 침투조와 같은 온도로 유지되도록 하였다.

(b) 기체분리단계

수용액 저장조 하부의 밸브와 침투조의 하부의 액체용 밸브를 열고, 침투조상부의 밸브와 수용액 저장조 상부의 밸브를 열어 수용액 저장조의 발포제 수용액이 중력에 의해 침투조로 이송되게 하여 침투조 상부공간(101a)에 존재하는 과잉 발포제와 수증기의 혼합물을 수용액 저장조(102)로 회수하였다. 기체분리단계가 진행되는 동안 침투조의 온도 및 압력은 계속하여 125℃ 및 26㎏/㎠으로 유지시켰다.

(c) 액체분리단계

상기 기체분리단계가 완료된 후, 수용액 저장조 상부의 밸브를 잠그고 고압가스 저장조(105)로부터 압력 31㎏/㎠의 질소가스를 침투조 상부로 공급하여 침투조 내의 액체를 수용액 저장조로 이송하여 회수하였다. 액체분리단계가 진행되는 동안 침투조의 온도 및 압력은 125℃ 및 30㎏/㎠으로 유지시켰다.

(d) 감압발포단계

상기 액체분리단계가 완료된 후, 침투조 하부의 액체이송 밸브를 잠그고 수지배출 밸브를 열어 수지입자를 감압팽창조(103)로 배출하며 감압하여 평균발포비 약 40배의 폴리프로필렌 발포체 입자를 제조하였다.

이상과 같은 방법으로 과잉 발포제를 감압발포 이전에 전량 회수할 수 있었고, 감압팽창에 의한 냉각없이 125℃의 액체 혼합물을 회수할 수 있었다.

이를 비교예 1과 비교하면(엄밀한 의미에서, 침투조의 용량이 달라 비교하기 어렵지만) 비교예 1의 경우에는 과잉 발포제를 감압발포단계 이후에 냉각→압축→냉각 과정을 거쳐 액상으로 회수하기 때문에 회수율이 약 50%에 그치고, 물도 감압발포단계 이후에 회수하기 때문에(감압발포단계에서는 온도강하가 필연적임) 침투조의 온도보다 35℃ 내려간 90℃의 물이 회수되는데 반하여, 실시예 1의 경우에는 과잉 발포제는 감압발포 이전에 수증기와의 혼합물 상태로 회수함으로써 회수율이 100%이고, 물도 보온하여 회수함으로써 침투조의 온도와 실제로 거의 동일한 온도의 물을 회수할 수 있음을 알 수 있다.

<실시예 2>

실시예 1과 동일한 장치를 사용하여 감압발포단계 이전에 과잉 발포제와 발포제가 용해된 물을 회수하며 발포체 입자를 제조하였다.

수지로는 직경 2㎜의 폴리에틸렌 입자(융점 136℃) 50g을 사용하였고, 발포제로는 프로판 40g를 사용하였으며 분산매체로는 물 560g을 사용하였다.

발포제침투단계, 기체분리단계 및 액체분리단계의 온도는 모두 100℃를 유지하였으며, 발포제침투단계와 기체분리단계의 압력은 45㎏/㎠, 액체분리단계의 압력은 47㎏/㎠으로 유지하였다.

제조된 발포체 입자의 평균발포비는 약 30배였다.

<실시예 3>

수지는 직경 2㎜의 에틸렌-프로필렌 공중합체 입자(융점 147℃) 50g을 사용하였고, 발포제로는 펜탄 60g를 사용하였으며 분산매체로는 물 560g을 사용하였다.

발포제침투단계, 기체분리단계 및 액체분리단계의 온도는 모두 115℃를 유지하였으며, 발포제침투단계와 기체분리단계의 압력은 10㎏/㎠, 액체분리단계의 압력은 12㎏/㎠으로 유지하였다.

제조된 발포체 입자의 평균발포비는 약 30배였다.

<실시예 4>

수지는 직경 1.5㎜의 에틸렌-프로필렌-부타디엔 공중합체(융점 125℃) 50g을 사용하였고, 발포제로는 CFC-12 60g를 사용하였으며 분산매체로는 물 560g을 사용하였다.

발포제침투단계, 기체분리단계 및 액체분리단계의 온도는 모두 100℃를 유지하였으며, 발포제침투단계와 기체분리단계의 압력은 35㎏/㎠, 액체분리단계의 압력은 38㎏/㎠으로 유지하였다.

제조된 발포체 입자의 평균발포비는 약 36배였다.

<실시예 5>

수지는 직경 2㎜의 에틸렌-프로필렌-1-부텐의 공중합체(융점 135℃) 50g을사용하였고, 발포제로는 CFC-11 60g를 사용하였으며 분산매체로는 물 560g을 사용하였다.

발포제침투단계, 기체분리단계 및 액체분리단계의 온도는 모두 110℃를 유지하였으며, 발포제침투단계와 기체분리단계의 압력은 12㎏/㎠, 액체분리단계의 압력은 14㎏/㎠으로 유지하였다.

제조된 발포체 입자의 평균발포비는 약 30배였다.

<실시예 6>

수지는 직경 2㎜의 에틸렌-프로필렌-1-부텐의 공중합체(융점 135℃) 50g을 사용하였고, 발포제로는 CFC-11 30g과 부탄 30g의 혼합물을 사용하였으며 분산매체로는 물 560g을 사용하였다.

발포제침투단계, 기체분리단계 및 액체분리단계의 온도는 모두 120℃를 유지하였으며, 발포제침투단계와 기체분리단계의 압력은 20㎏/㎠, 액체분리단계의 압력은 22㎏/㎠으로 유지하였다.

제조된 발포체 입자의 평균발포비는 약 35배였다.

<실시예 7>

수지는 직경 2㎜의 에틸렌-프로필렌-1-부텐의 공중합체(융점 145℃) 50g을 사용하였고, 발포제로는 이산화탄소를 사용하였는데 발포제침투단계에서 침투조 내의 이산화탄소 압력을 40㎏/㎠으로 유지하는 방법으로 사용하였으며, 분산매체로는 물 560g을 사용하였다.

발포제침투단계, 기체분리단계 및 액체분리단계의 온도는 모두 142℃를 유지하였으며, 발포제침투단계와 기체분리단계의 압력은 40㎏/㎠, 액체분리단계의 압력은 42㎏/㎠으로 유지하였다.

제조된 발포체 입자의 평균발포비는 약 20배였다.

<실시예 8>

실시예 1과 동일한 원료 및 장치를 사용하여 동일한 방법과 조건으로 발포제침투단계와 기체분리단계를 수행한 후, 수지입자를 용이하게 배출하며 감압할 수 있도록 제작된 발포조(미도시)로 수지입자를 이송하였다. 발포조는 내경 53㎜, 용적 500mL의 원통형 고압용기로 하부에는 유로직경 40㎜의 수지배출용 볼밸브가 설치되어 있고 하단 측면에는 액체 배출용 밸브가 설치되어 있다.

공급되는 질소의 압력은 31㎏/㎠으로 유지하였으며 액체가 이송되는 배관은 보온하여 액체의 냉각을 억제하였다.

제조된 발포체 입자의 평균발포비는 약 40배였다.

이상의 실시예 2-7로부터 종래의 방법이 적용되는 수지 및 발포제에 대하여 본 발명의 방법도 적용될 수 있음을 알 수 있다.

또한, 실시예 8로부터 발포제가 침투된 수지입자를 용기를 옮겨가며 각 단계를 수행하여도 동일한 결과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.

본 발명에 의하면 과잉 발포제를 회수하기 위하여 침투조와 유사한 체적의 수용액 저장조가 추가되는 것 외에는 냉각기, 압축기, 층분리기, 이송펌프 등 많은 부대설비가 필요없게 되고, 회수율에 있어서도 감압발포에 의한 감압팽창 이전에 수용액 저장조로 회수함으로써 과잉 발포제의 100%를 회수할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 감압발포 이전에 고온의 물을 그대로 회수함으로써 재사용에 드는 에너지를 절약할 수 있다.

따라서, 설비비용 및 운전비용을 줄일 수 있어 폴리올레핀발포체 입자의 제조원가를 대폭 절감할 수 있다.

Claims

(a) 고압용기에 폴리올레핀 수지입자와 물과 발포제를 넣고 교반하면서 가열하여 발포제를 수지입자의 내부로 침투시키는 발포제침투단계와;

(b) 고압용기의 내부에 물 또는 발포제가 용해된 물을 주입하여 용기의 상부공간에 기체상태로 존재하는 발포제를 배출시켜 회수하는 기체분리단계와;

(c) 고압용기의 내부에 고압기체를 주입하여 발포제가 용해된 물을 배출시켜 회수하는 액체분리단계와;

(d) 수지입자를 (c)단계에서 고압용기의 내부에 채워진 고압기체와 함께 용기 외부로 배출시켜 감압시킴으로써 발포시키는 감압발포단계로 이루어지는 폴리올레핀 발포체 입자의 제조방법.
제1항에 있어서, 폴리올레핀 수지가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-1-부텐 공중합체 또는 에틸렌-프로필렌-부타디엔 공중합체에서 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 발포체 입자의 제조방법.
제1항에 있어서, 발포제가 트리클로로플루오로메탄, 디클로로디플루오로메탄, 부탄, 펜탄, 이산화탄소 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는폴리올레핀 발포체 입자의 제조방법.
제1항에 있어서 고압기체가 질소, 공기, 이산화탄소 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀 발포체 입자의 제조방법.