KR100616141B1 - 사출발포 성형 보온·보냉재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 난연성과 단열성이 우수하고, 작업공정이 단순하며, 원재료의 손실이 적은 폴리올레핀(polyolefin)계 사출발포 성형 보온·보냉재의 제조방법을 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 EVA 수지 100중량부, 분산제로 스테아릭 엑시드 1.0중량부, 난연제로 수산화알루미늄 10~100중량부, 수산화마그네슘 10~100중량부, 적인 1~10중량부, 가교제로 DCP 1.2중량부, 발포제로 Azodicarbona-mide 9.5중량부를 혼합하여 니더(kneader)에서 혼련하는 공정과, 상기 혼련된 재료를 압출기를 사용하여 압출 pelletized compound를 제조하는 공정과 보온·보냉재 성형용 몰드의 발포배율을 150~250%로 하고, 프레스 온도 150~200℃, 큐어타임 150~900sec, 냉각 40℃ × 10~30min 조건에서 가교 및 발포시켜 한번에 보온·보냉재를 제조하는 것을 특징으로 하는 바,
본 발명에서 제공하는 사출발포 성형 보온·보냉재의 제조방법은 난연성이 우수하고 기존의 제품 보다 우수한 단열성을 나타내는 보온·보냉재를 제공할 수 있다.
또한 기존 제품의 제조방법보다 재료 손실율이 현저히 낮고, 작업공정이 단순하며, 몰드의 디자인에 따라서 관형 및 Y자형 분기관 제품과 같은 원하는 모양의 보온·보냉재를 만들 수 있는 이점을 제공한다
보온·보냉재, 난연, 발포, 폴리올레핀, EVA 수지, 인젝션 프레스, 열전도율

Description

사출발포 성형 보온·보냉재의 제조방법{Method of manufacturing injection foam warming and cooling aids}
본 발명은 난연성과 단열성이 우수하고, 작업공정이 단순하며, 원재료의 손실이 적은 폴리올레핀(polyolefin)계 사출발포 성형 보온·보냉재의 제조방법을 제공코자 하는 것이다.
현재 사용되고 있는 폴리에틸렌(polyethylene) 보온·보냉재는 먼저 압출기를 이용하여 일정한 두께의 시트로 성형한 후 이를 발포 오븐(oven)기에 넣고 시트를 제조한 다음 알맞은 크기 및 두께로 절단한다. 그리고 상기 절단한 시트를 금형에 넣고 스팀 프레스를 이용하여 원하는 모양으로 만든 후 이를 다시 냉각 프레스를 이용하여 냉각하여 탈형하면 완전한 성형품이 얻어지는 방법이 주로 사용되어지고 있다.
이러한 방법으로 제조되는 폴리에틸렌 보온·보냉재는 외관이 미려하지 못하고 작업공정이 복잡하며 원하는 모양으로 절단하는 과정에서 원재료의 손실율도 매 우 높은 편이다.
또한 작업공정이 복잡하여 생산성이 떨어지기 때문에 제품의 특성상 단기간에 대량의 물량을 필요로 하는 에어컨디셔너(air conditioner), 냉장고 제품 등에는 적기에 생산 및 공급이 원활하게 수행되지 못하는 등 다수의 문제점을 가지고 있었다.
이에 본 발명에서는 상기한 바와 같은 기존 폴리에틸렌(polyethylene) 보온·보냉재 제조방법이 갖는 제반 문제점을 일소할 수 있는 새로운 보온·보냉재의 제조방법을 제공코자 하는 것으로서,
본 발명은 난연성과 단열성이 우수하고, 작업공정이 단순하며, 원재료의 손실이 적은 폴리올레핀(polyolefin)계 사출발포 성형 보온·보냉재의 제조방법을 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 환경친화적인 폴리올레핀(polyolefin)계 소재를 이용하여 기존 보온·보냉재 보다 우수한 제품을 제공하기 위해 연구해 온 결과 인젝션 가교발포 공법을 이용하여 폴리올레핀(polyolefin)계 재료를 가교 발포시킴으로써 난연성과 단열성이 우수하고 생산성이 높은 보온·보냉재의 제조방법을 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.
인젝션 프레스 발포에 의한 보온·보냉재의 제조방법은 EVA 수지 단독 또는 그 블렌드로 이루어진 재료를 몰드 내부로 사출하여 해당 재료가 가교 및 발포가 될 수 있는 일정한 온도에서 일정시간을 가압한 후에 몰드를 개방할 때 포집된 발포 가스가 확산되면서 한번에 보온·보냉재가 만들어지도록 한다.
인젝션 프레스 발포는 균일하게 온도 및 압력을 제어할 수 있으므로, 몰드 개방 시 발포가스가 균일하게 확산되며 완전한 형태의 보온·보냉재가 한번에 얻어질 수 있는 것이다.
본 발명의 인젝션 프레스 발포 방식으로 제조하는 보온·보냉재는 EVA 수지, 발포제, 가교제, 난연제, 기타첨가제로 이루어진 조성물을 콤파운딩하여 가교 및 발포가 일어나지 않는 120℃이하의 온도에서 콤파운드를 녹이면서 발포배율 150~250% 정도로 제조된 몰드 내부로 사출시켜 가교 및 발포반응이 일어날 수 있는 150~190℃의 온도에서 150~900sec 정도로 일정시간 가온, 가압시켜 프레스를 개방시키면서 보온·보냉재가 얻어지는 것이다.
이와 같은 본 발명의 인젝션 프레스 발포에 의해 보온·보냉재를 제조하는 방법은 아래와 같이 몰드 디자인, 재료 콤파운딩, 인젝션 워킹과 같은 3단계를 거쳐 제조된다.
(1) 몰드 디자인
재료가 발포 되었을 때 실제 보온·보냉재와 동일한 모양 및 사이즈를 가질 수 있도록 먼저 일정한 크기로 축소시킨 몰드를 디자인 한다.
즉, 보온·보냉재에서 요구되는 열전도성, 난연성, 강도, 그리고 작업성 등을 고려하여 제품의 발포배율이 결정되어야 한다.
발포배율이 너무 낮을 경우 보온·보냉재의 열전도율이 높아져서 제품의 단열성이 나빠지고, 발포시간이 많이 걸려 생산성이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.
역으로 발포배율이 너무 높을 경우 보온·보냉재의 강도가 약해지고 성형 시 제품 손상이 발생할 수 있다.
이러한 점을 고려할 때 보온·보냉재의 발포배율은 150~250% 범위에서 제조될 수 있으며, 바람직하기로는 160~250%가 제품의 물성, 몰드제조, 생산성의 측면에서 적당하다.
본 발명의 보온·보냉재 몰드 디자인은 생산성을 높이고 원활한 탈형을 고려하여 제품의 크기에 따라 몰드 하나에 2개 또는 4개의 성형품이 나올 수 있도록 설계 하였다.
몰드의 디자인에 따라서 관형 및 Y자형 분기관 제품과 같은 원하는 형태의 보온·보냉재를 만들 수 있다.
(2) 재료 콤파운딩(material compounding)
본 발명에서 사용되는 재료의 베이스 폴리머(base polymer)는 EVA 수지 및 그 유도체를 기본으로 하고 여기에 폴리올레핀 레진(polyolefin resin), 또는 엘라스토머(elastomer), 폴리스티레닉 엘라스토머(polystyrenic elastomer), 네츄럴 러 버(natural rubber), 그리고 SBR, BR, NBR, IR 등과 같은 합성고무 등을 블렌드 하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 조성물은 베이스 폴리머 외에 발포제, 가교제, 분산제, 난연제가 첨가되어진다.
발포제는 아조디카보나마이드(azodicarbonamide)계가 일반적으로 사용되며, 이외에 설포닐 하이드라지드(sulfonyl hydrazide)계 및 우레아(urea)계 발포제도 사용될 수 있다.
가교제로는 페록시드 타입(peroxide type)이 일반적으로 사용되며, 분산제로는 스테아릭 엑시드(stearic acid)와 왁스(wax)류가 사용된다. 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 적인 등이 사용된다.
본 발명은 조성물 중에 여러 가지 안료를 첨가하여 다양한 색상의 제품을 만드는 것도 가능하다.
조성물은 kneader, banbury mixer, 또는 single or twin screw 압출기를 사용하여 균일하게 분산되며, 인젝션 머시인에서 사용될 수 있도록 palletized chip 형태로 만들어 진다. 또한 발포제와 가교제의 마스터 뱃지(master batch)를 제조하여 EVA 수지와 마스터 뱃지(master batch)를 인젝터 호퍼 내에서 일정 비율로 섞으면서 사출하는 방법도 가능하다.
(3) 인젝션 워킹(injection working)
본 발명의 보온·보냉재 제조에 사용되는 인젝션 프레스 발포 머시인은 인젝 트 파트와 프레스 파트로 구성되며, 인젝터는 하나 또는 2개로 구성되어 있고, 프레스 파트는 제품의 경화시간에 따라서 3 station, 6 station, 또는 10 station으로 나뉘어 인젝터가 이동하면서 각 스테이션에 사출하는 구조로 이루어져 있다.
그러므로 PLC 프로그램 제어에 의하여 각 스테이션 이송 시 정확한 인젝터의 위치 선정과 몰드 오프닝, 재료의 계량, 사출이 이루어진다.
적정 발포배율로 제조된 몰드를 인젝션 프레스 발포 머시인에 장착시키고, 프레스 온도, 인젝터 온도, 큐어타임, 사출량을 설정한다. 재료를 인젝터 실린더에 이송하여 사출작업을 실시한다.
설정된 프레스 조건에서 일정시간 가교 된 후에 몰드가 개방되면서 한번에 보온·보냉재가 얻어진다. 이때 제조된 보온·보냉재는 발포가스의 확장만큼 커지지만 열이 남아 있으므로 냉각시키면서 수축되고 완전히 식으면서 제품의 사이즈가 정해진다.
발포된 보온·보냉재의 균일한 냉각이 균일한 보온·보냉재를 얻을 수 있으므로 쿨링 챔버를 설치하여 작업하는 것이 바람직하다. 또한 지그 등과 같은 장치를 이용하여 발포되어 나온 보온·보냉재를 고정시켜 냉각시키면 정확한 형태의 보온·보냉재를 얻는데 도움이 된다.
사출작업 조건은 재료의 성질에 따라서 달라질 수 있지만, 일반적인 조건은 다음과 같다.
-인젝터 온도 : 80~100℃
-프레스 플레이트 온도 : 150~190℃
-큐어타임 : 150~900sec
-냉각 : 40℃ × 10~30min
이상에서 인젝션 프레스 발포에 의한 보온·보냉재 제조방법을 구체적으로 서술하였지만, 본 발명에 의한 보온·보냉재의 제조방법은 인젝션 머시인을 이용한 프레스 발포에만 국한되는 것은 아니며, 본 발명에서 주장하는 재료를 사용하여 일반 스팀 프레스 머시인으로도 제조가 가능한 것이다.
스팀 프레스 머시인에 의한 보온·보냉재의 제조는 인젝션 프레스 발포 방식에 비하여 정밀성이나 균일성이 떨어지지만 기기 설치비용이 적은 이점은 있다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
EVA 수지를 베이스 레진으로 하는 표 1의 조성물을 니더(kneader)에서 혼련한 다음, 압출기를 사용하여 압출 pelletized compound를 제조한다. 몰드는 발포배율이 240%가 되도록 설계하며, 하기 조건으로 인젝션 프레스 머시인으로 발포시켜 일체형의 보온·보냉재를 얻을 수 있었다.
-프레스 플레이트 온도 : 180℃
-큐어타임 : 300sec
-냉각 : 40℃ × 20min
실시예 1에 의해 제조된 보온·보냉재는 기존 폴리에틸렌 보온·보냉재에 비하여 난연성 및 단열성이 우수 하였고, 강도도 매우 우수 하였다.
(실시예 2)
EVA 수지에 폴리올레핀계 엘라스토머를 블렌드 하여 실시예 1과 동일한 방법으로 보온·보냉재를 제조하였다.
실시예 2에 의해 제조된 보온·보냉재는 실시예 1과 동일한 사이즈를 지녔으며, 무게가 10g 정도 가벼운 것을 제외 하고는 실시예 1과 동일한 특성을 나타내었다.
Chemicals 실시예 1 실시예 2 비교예
EVA(VA21%) 삼성토탈 EVA210 100 60 폴리에틸렌 보온·보냉재
Ethylene-Octene copolymer Dow polymer Engage8003 - 40
Stearic acid 1.0 -
Polyethylene wax - 1.0
수산화알루미늄 50 100
수산화마그네슘 100 50
DCP 1.2 1.0
Azodicarbonamide 동진 DX-74H 9.5 9.7
물성 및 제품특성
열전도율(kcal/mhr℃) 0.022 0.022 0.035
난연성 UL94HF-1,탄화거리(mm) 19 20 40
내후성 ISO 105 B02 (400시간) 4급 4급 3급
인장강도(kg/cm2) 10 11 8
이상에서 상세히 살펴 본 바와 같이 본 발명에서 제공하는 사출발포 성형 보온·보냉재의 제조방법은 기존 폴리에틸렌 보온·보냉재보다 난연성과 단열성이 우수하고, 작업공정이 단순하며, 원재료의 손실이 적은 폴리올레핀(polyolefin)계 사출발포 성형 보온·보냉재의 제조방법을 제공할 수 있으며, 생산성이 높기 때문에 단기간에 대량의 물량을 필요로 하는 에어컨디셔너(air conditioner), 냉장고 제품 등에 적기에 생산 및 공급을 원활하게 수행할 수 있는 등 그 기대되는 효과가 다대한 발명이다.

Claims (2)

  1. 사출발포 성형 보온·보냉재를 제조함에 있어서 ;
    EVA 수지 100중량부, 분산제로 스테아릭 엑시드 1.0중량부, 난연제로 수산화알루미늄 10~100중량부, 수산화마그네슘 10~100중량부, 적인 1~10중량부, 가교제로 DCP 1.2중량부, 발포제로 Azodicarbonamide 9.5중량부를 혼합하여 니더에서 혼련하는 공정과,
    상기 혼련된 재료를 압출기를 사용하여 압출 pelletized compound를 제조하는 공정과,
    보온·보냉재 성형용 몰드의 발포배율을 150~250%로 하고, 프레스 온도 150~190℃, 큐어타임 150~900sec, 냉각 40℃ × 10~30min 조건에서 보온·보냉재를 가교 및 발포시켜 한번에 보온·보냉재를 제조하는 것을 특징으로 하는 사출발포 성형 보온·보냉재의 제조방법.
  2. 사출발포 성형 보온·보냉재를 제조함에 있어서 ;
    EVA 수지 60중량부, 폴리올레핀계 엘라스토마 40중량부, 분산제로 폴리에틸렌 왁스 1.0중량부, 난연제로 수산화알루미늄 10~100중량부, 수산화마그네슘 10~100중량부, 적인 1~10중량부, 가교제로 DCP 1.0중량부, 발포제로 Azodicarbonamide 9.7중량부를 혼합하여 니더에서 혼련하는 공정과,
    상기 혼련된 재료를 압출기를 사용하여 압출 pelletized compound를 제조하는 공정과,
    보온·보냉재 성형용 몰드의 발포배율을 150~250%로 하고, 프레스 온도 150~190℃, 큐어타임 150~900sec, 냉각 40℃ × 10~30min 조건에서 보온·보냉재를 가교 및 발포시켜 한번에 보온·보냉재를 제조하는 것을 특징으로 하는 사출발포 성형 보온·보냉재의 제조방법.
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KR20050122602A (ko) * 2004-06-25 2005-12-29 한만수 넌유브이용 이브이에이 발포체 조성물

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