KR100850103B1 - 충전된 실리콘 조성물의 배합 방법 및 이를 위한 배합 장비 - Google Patents

충전된 실리콘 조성물의 배합 방법 및 이를 위한 배합 장비 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 높은 수준의 무기 충전제, 가공 유체 및 실리콘 중합체가 필수적인 강화 특성 및 휘발성분 수준을 갖는 균일하게 충전된 조성물로 배합되고, 탈휘발화된다. 이 방법은, 충전제, 가공 유체 및 실리콘 중합체를 제1 배합 장치에서 혼합하여 휘발성분을 함유하는 분산된 조성물을 생성시킨다. 이어서, 분산된 조성물은 50 보다 큰 길이/직경 비를 갖는 장형 압출기내에서 배합되어 분산된 조성물이 탈휘발화된다.

Description

충전된 실리콘 조성물의 배합 방법 및 이를 위한 배합 장비{METHOD OF COMPOUNDING FILLED SILICONE COMPOSITIONS AND COMPOUNDING SYSTEM USED FOR THE SAME}
도 1은 실리콘 조성물의 배합장치 및 배합 시스템의 개략도이다.
도 2는 또다른 조성물의 배합장치 및 배합 시스템의 개략도이다.
도 3은 또다른 조성물의 배합장치 및 배합 시스템의 개략도이다.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명>
10, 40, 70 배합 공정 및 시스템
16, 18, 20, 50, 52, 54, 86, 88, 90 저장 탱크
22, 24, 26, 56, 58, 60, 92, 94, 96 공급 펌프
12, 44, 76 제1 압출기
14, 46, 78 장형 압출기
30, 64, 100 배기구
32, 66, 102 장형 압출기 말단
28, 62, 98 강제 공급 단계
72 반응기
74 혼합기
80 배출수단
82 충전제 첨가 단계
본 발명은 열-가황성 실리콘 조성물의 배합 방법에 관한 것이다.
열-가황성 실리콘 조성물은 고점도 실리콘 중합체, 무기 강화 충전제 및 조성물의 가공을 보조하거나 이에 목적하는 최종 특성을 부여하는 다양한 첨가제를 포함한다. 가황제를 가하고 조성물을 열-경화시켜 가스켓, 의료용 관류 및 컴퓨터 키패드와 같은 실리콘 고무 주조물을 성형할 수 있다.
전형적으로는, 열-가황성 실리콘 조성물은 고강도 밴버리 혼합기(high intensity Banbury mixer) 또는 저강도 이중 암 도우 혼합기(low intensity double arm dough mixer)와 같은 회분식 혼련기를 사용하여 고점도 폴리디오르가노실록산, 무기 충전제 및 첨가제를 혼련함으로써 제조된다. 이 방법에 있어서, 폴리디오르가노실록산, 무기 충전제 및 처리제들은 목적하는 특성이 얻어질 때까지 회분식으로 혼합된다. 이 방법은 장기간의 체류 시간 및 다량의 에너지를 필요로 한다. 상업적 규모의 배치(batch) 전체에 대해 불균일한 전단 응력 및 신장성 응력은 제품의 특성을 열화시키는 불균일한 충전제의 크기 분포를 야기할 수 있다. 상이한 횟수로 처리되는 배치는 상이한 물리적 특성에 의해 특징지워질 수 있다. 배치 공정은 노동, 에너지 및 자본 잡약적인 공정으로, 단지 최저의 견실성을 갖는 재료만을 생산시킨다.
카사하라(Kasahara) 등의 미국 특허 제5,198,171호에서는, 고속의 강제식 전단 혼합기에 의해 폴리디오르가노실록산, 무기 충전제 및 처리제의 예비농축물을 형성한다. 생성된 예비혼합물은 동일-방향 이중 스크류 압출기중에서 추가로 배합된다. 상기 예비혼합물은 25℃에서 1×105 cP 이상의 점도를 갖는 디오르가노폴리실록산, 무기 충전제 및 처리제가 고속의 강제식 전단기 중에서 혼합되어 각 성분들이 실질적으로 균일하고, 미세하게 분산된 상태로 존재하는 유동성 미립자 혼합물이 제공되는 제1 단계에서 형성된다. 이어서, 이 유동성 미립자 혼합물은 동일한 방향으로 회전하는 두 개의 스크류 및 25 내지 50의 직경 대 길이비(L/D)를 갖는 혼련 및 압출기로 일정한 공급 속도로 공급된다.
하마다(Hamada) 등의 미국 특허 제5,409,978호에서는, 약 25 내지 50의 L/D 비를 갖는 동시 회전식 연속 이중 스크류 압출기중에서 약 200 ℃ 내지 약 300 ℃ 범위의 온도에서 폴리디오르가노실록산, 무기 충전제 및 처리제의 예비농축물이 형성된다. 이어서, 이 예비농축물이 배합되고, 역-회전 이중 스크류 압출기에서 150 ℃ 내지 300 ℃로 열처리된다. 압출기에 유용한 L/D 비는 약 5 내지 15 범위이다.
실리콘 중합체, 충전제 및 처리제의 조성물을 형성하기 위한 고도로 격렬한 제1 단계 공정은 다량의 휘발 성분을 함유하는 생성물을 생성시킨다. 유용한 생성물을 얻기 위하여 이 조성물을 제2 단계에서 탈휘발화시켜야 한다. 탈휘발화는 적어도 두 가지 이유에서 중요하다. 첫째로, 탈휘발화는 미반응 처리제를 제거하여 충전제의 실라놀기와의 추가의 반응을 "급랭"시킨다. 이렇게 하지 않으면, 추가의 반응이 열-가황성 실리콘 조성물중에서 충전제의 강화 특성을 감소시킬 수 있다. 두 번째로, 탈휘발화 공정은 실리콘 조성물의 레올로지 특성에 역효과를 미치는 잔여 액체를 제거한다. 충전된 실리콘 조성물중의 잔여 휘발 성분은 최종 배합물의 약 2 중량 % 수준을 초과해서는 안된다. 바람직하게는 충전된 실리콘 조성물중의 잔여 휘발 성분은 약 1 중량%를 초과해서는 안된다.
그러나, 탈휘발화 공정은 공지의 2-단계 공정으로는 완결되지 않는다. 충전제, 첨가제 및 중합체로부터 탈휘발화된 고점도 충전된 실리콘 중합체 조성물을 연속적이고 지속적으로 생성시키는 공정이 필요하다. 또한, 개선된 연속 배합 공정이 필요하다.
본 발명은 높은 수준의 무기 충전제, 가공 유체 및 실리콘 중합체를 목적하는 강화 특성 및 휘발 성분 수준을 갖는 균일하게 충전되고 탈휘발화된 실리콘 조성물로 배합하는 방법을 제공한다. 이 방법은 충전제, 가공 유체 및 실리콘 중합체를 제1 배합 장치내로 혼합해 넣어 휘발 성분을 함유하는 분산된 조성물을 생성시키는 단계를 포함한다. 이어서, 분산된 조성물은 50 보다 큰 L/D 비를 갖는 압출기중에서 배합되어 이 분산된 조성물을 탈휘발화시킨다.
또다른 양태에 있어서, 충전된 실리콘 조성물의 배합 방법은 제1 혼합기 중에서 충전제 및 실리콘 중합체의 예비혼합물을 형성시키는 단계를 포함한다. 이어서, 이 예비혼합물은 제1 배합 장치중에서 추가의 충전제 및 실리콘 중합체와 배합되고, 가공 유체가 가해져서 휘발 성분을 함유하는 분산된 조성물을 생성시킨다. 이 분산된 조성물은 50 보다 큰 L/D 비를 갖는 압출기중에서 탈휘발화된다.
또다른 양태에 있어서, 충전된 실리콘 조성물을 배합하기 위한 시스템이 제공된다. 이 시스템은 제1 배합 장치 및 50 보다 큰 L/D 비를 갖는 압출기를 포함한다. 압출기는 제1 배합 장치에 연결되어 휘발 성분을 함유하는 분산된 조성물을 연속적으로 수용한다.
본 발명에서는 다량의 처리된 발연 실리카 및 가공 유체와 같은 높은 수준의 성분을 고 분자량 폴리(디메틸실록산)과 같은 실리콘 중합체로 배합하는 방법 및 시스템이 제공된다. 이 방법 및 시스템은 목적하는 강화 특성 및 잔여 휘발 성분 수준을 갖는 균일한 혼합물을 생성시킨다. 이 방법은 충전제 및 실리콘 중합체가 제1 압출기중에서 혼합되고 배합되는 단계 및 장형 제2 압출기중에서 탈휘발화되는 단계와 같은 2 가지 이상의 연속적인 배합 단계를 포함한다. 장형 압출기는 약 50 이상의 직경 대 길이 비를 갖는 압출기로서 정의된다. 하나의 실시 양태에 있어서, 장형 압출기는 약 60 이상의 직경 대 길이 비를 가질 수 있다.
본 발명의 가공 유체는 충전제와 혼합되고, 배합되어 추가의 가공을 위해 충전제의 밀도를 높일 수 있는 유체이다. 또한, 가공 유체는 가공 기능을 제공할 수 있다. 이는 액상 처리제(liquid treating agent), 가소제, 유동 개선제, 가교결합제, 물 또는 불활성 블랭캐팅(blanketing) 가스일 수 있다. 7,000 보다 큰 분자량의 실리콘 중합체는 가공 유체가 아니다. 바람직하게는, 가공 유체는 실라놀-반응 처리제와 같은 액상 처리제로서, 이는 충전제의 첨가 전, 첨가와 동시에 또는 첨가 후에 가해져서 충전제를 습윤시킴으로써 처리제중의 작용기와 충전제 표면상의 실라놀을 반응시키는 총 가공 시간을 단축시킬 수 있다.
하나의 실시 양태에 있어서, 가공 유체는 실라놀 종지된 폴리디메틸실록산 1.21 중량부, 비닐 종지된 디메틸-메틸비닐실록산 1.82 중량부 및 히드록시-말단 폴리디메틸-메틸비닐실록산 0.12 중량부를 혼합하여 제조한 용액이다. 실라놀 종지된 폴리디메틸실록산/비닐 종지된 디메틸-메틸비닐실록산/히드록시-말단 폴리디메틸-메틸실록산의 광범위한 중량부 범위는 0.49/0.73/0.05 내지 1.93/2.91/0.19일 수 있고, 목적하는 범위는 0.85/1.27/0.08 내지 1.57/2.37/0.16이며, 바람직한 범위는 1.09/1.64/0.11 내지 1.32/2.0/0.13이다.
또다른 실시 양태에 있어서, 가공 유체는 처리제, 바람직하게는 HMDZ와 물의 조합일 수 있다. 이 조합은 중량비가 약 0.05 내지 약 50 또는 약 0.1 내지 약 20 또는 약 1 내지 약 6인 처리제/물을 포함할 수 있다. HMDZ는 예비혼합물과 함께 압출기의 단일 위치 또는 복수 위치에 가해지거나, 배합 단계에서 배치 혼합기에 가해질 수 있다.
가공 유체는 충전제 100중량부 당 유체 약 0.1 내지 약 100 중량부, 바람직 하게는 충전제 100 중량부 당 유체 약 0.5 내지 약 75 중량부, 더 바람직하게는 충전제 100 중량부 당 유체 약 1.0 내지 약 50 중량부의 비율로 충전제와 혼합될 수 있다. 가공 유체는 충전제의 단계적 처리를 위해 단일 위치 또는 복수 위치에서 가해질 수 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 무기 충전제는 실리콘 중합체와의 블렌드에 사용되는 임의의 무기 충전제일 수 있다. 무기 충전제의 예는 발연 실리카 또는 침전 실리카와 같은 강화 실리카, 또는 오르가노폴리실록산, 오르가노알콕시실란, 오르가노클로로실란 또는 헥사오르가노디실라잔과 같은 오르가노실리콘 화합물로 표면 처리된 실리카를 포함한다. 충전제는 규조토, 미분된 석영, 산화 알루미늄, 산화 티타늄, 산화 철, 산화 세륨, 수산화 세륨, 산화 마그네슘, 산화 아연, 탄산 칼슘, 질화 지르코늄, 카본 블랙 또는 울트라마린일 수 있다. 단일 충전제 또는 충전제들의 조합을 사용하여 실리콘 중합체를 강화시킬 수 있다.
충전제의 양은 실리콘 중합체 100 중량부 당 약 5 내지 약 200 중량부, 타당하게는 약 10 내지 약 100 중량부, 바람직하게는 약 20 내지 약 60 중량부의 범위일 수 있다.
충전제 표면상의 잔여 실라놀기의 농도는 실리콘 중합체 사슬중의 실리카와 히드록실 또는 산소기 사이의 수소 결합의 강도를 결정할 수 있다. 충전제중의 고농도 잔여 실라놀은 최종 생성물의 저장시에 "조직화(structuring)" 또는 "크레이프 경화(crepe hardening)"를 일으킨다. 이 효과는 재료를 연장된 기간 동안 저장한 후 가공하는데 문제점을 가져온다. 충전제중의 실라놀 작용기의 농도가 너무 큰 경우, 처리제를 가하여 기의 농도를 필요한 정도까지 감소시킬 수 있다. 실라놀 반응물 처리제는 반응하여 유효기를 충전제 (nm)2 당 약 8 내지 약 2 개의 히드록실기, 바람직하게는 충전제 (nm)2당 약 5 내지 약 3 개의 히드록실기의 농도까지 감소시킬 수 있다. 실리콘 중합체 100 중량부 당 약 10 내지 약 100 중량부, 바람직하게는 약 20 내지 약 60 중량부의 양인 표면 처리된 실리카가 본 발명에 있어 바람직한 충전제이다.
하나의 실시 양태에 있어서, 처리제는 가공 유체를 따라 충전제로 혼합되거나, 가공 유체로서 혼합되어 충전제의 실라놀기를 감소시키고, 충전제의 분산성을 개선시키고(시키거나) 실리콘 고무를 숙성시키는데 필요한 시간을 단축시키고, 크레이프 경화를 방지하고(하거나) 가소성을 조절한다. 처리제는 실라놀-반응 작용제 또는 또다른 충전 처리제일 수 있다. 충전제가 실리카이거나 다른 실라놀 함유 충전제일 때 처리제는 바람직하게는 실라놀 반응물 처리제이다. 처리제는 탄소수 1 내지 6의 실라놀기 및(또는) 알콕시기를 갖는 오르가노실란, 저-점도 폴리실록산 또는 실리콘 수지일 수 있다. 이들의 예는 디페닐-실란디올, 디메틸실란디올, 메틸트리에톡시실란 및 페닐트리메톡시실란을 포함한다. 저-점도 폴리실록산은 메틸기, 페닐기, 비닐기 및 3,3,3-트리플루오로프로필기로부터 선택되는 한 종류 이상의 유기기를 함유할 수 있다. 25℃에서 측정된 폴리실록산의 점도는 약 1 내지 약 300 cP, 바람직하게는 약 5 내지 약 100 cP의 범위이다. 바람직한 실라놀-반응물 처리제는 실라놀 종지된 폴리디메틸실록산, 옥타메틸시클로테트라실록산(D4) 및 헥사메틸디실라잔(HMDZ)을 포함한다.
본 발명의 조성물에 사용되는 실리콘 중합체는 하기 화학식 1로 나타내진다:
Figure 112000027489510-pat00001
상기 식에서,
R1은 각각의 경우 독립적으로 C1-4 알킬 또는 C2-4 알킬렌을 나타내고,
R2는 각각의 경우 독립적으로 C1-4 알킬, C1-4 할로알킬 또는 C2-4 알킬렌을 나타내며,
R3는 각각의 경우 독립적으로 H, C1-10 알킬, C2-4 알킬렌, C4-6 시클로알킬, OH 또는 C1-4 할로알킬을 나타내고,
n은 1,000 내지 20,000의 정수를 나타낸다.
추가로 바람직한 조성물은 R1이 각각의 경우 독립적으로 CH3 또는 CH=CH2를 나타내고, R2가 각각의 경우 독립적으로 CH3, CH=CH2 또는 CH2CH2CF3을 나타내며, R3가 각각의 경우 독립적으로 CH3, CH=CH3, OH 또는 CH3CH3CF3을 나타내고, n이 약 4,000 내지 약 10,000의 정수를 나타내는 실리콘 중합체를 포함한다.
또다른 실시 양태는 실리콘 중합체 중 비닐 함량이 실리콘 중합체의 약 0.05 중량% 내지 약 0.5 중량% 범위인 조성물을 제공한다.
또한, 실리콘 조성물은 내열성 개질제, 예를 들어, 금속의 산화물, 수산화물 및 지방산 염, 가황 역전 억제제; 난연제, 예를 들어 백금 화합물; 변색방지제; 가소제, 예를 들어 실리콘 오일; 내부 이형제, 예를 들어 금속 비누; 안료 및 염료와 같은 다른 첨가제를 포함할 수 있다.
가공 동안, 불활성 블랭캐팅 가스를 배합 환경에 가하여 HMDZ와 같은 가연성 가공 유체와 공기의 산화 반응을 억제할 수 있다. 불활성 가스는 충전제 100 중량부 당 약 20 내지 약 800 중량부, 바람직하게는 약 50 내지 약 600 중량부, 바람직하게는 약 100 내지 약 400 중량부의 양으로 포함될 수 있다.
본 발명의 실시 양태에 있어서, 실리콘 중합체를 가하기 전의 최초 위치에서 발연 실리카 충전제를 HMDZ 및 물을 포함하는 가공 유체와 혼합한다. HMDZ는 발연 실리카 100 중량부 당 약 0.1 내지 약 100 중량부, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 50 중량부, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 20 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 물은 발연 실리카 100 중량부 당 약 0.1 내지 약 100 중량부, 바람직하게는 약 0.5 중량부 내지 약 20 중량부, 더 바람직하게는 약 1 내지 약 10 중량부의 양으로 포함될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 제1 압출기는 동시 회전식 인터메슁(co-rotating intermeshing)형 이중 스크류 압출기일 수 있다. 또는, 이 압출기는 역회전식(counter-rotating) 비인터메슁 이중 스크류 압출기 또는 왕복식 또는 비왕복식 단일 압출기일 수도 있다. 동시 회전식 인터메슁 이중 스크류 압출기가 실리콘 중합체와 배합하기 위한 충전제를 제조하는데 필요한 조건을 생성시킬 수 있기 때문에 본 발명의 방법에 특히 적절하다. 즉, 이 압출기는 격렬한 배합 및 혼합 에너지를 제공할 수 있다. 압출기는 배합된 실리콘의 성분들을 온-스트림(on-stream) 첨가하기 위한 복수의 첨가 부분을 가질 수 있다.
장형 압출기는 역회전식 비인터메슁 이중 스크류 압출기, 동시 회전식 인터메슁 이중 스크류 압출기 또는 단일 스크류 왕복식 또는 비왕복식 압출기일 수 있다. 장형 압출기는 중합체-증기 계면을 통한 휘발 성분의 확산을 용이하게 하는데 필요한 고속 계면 영역 생성률을 제공한다. 이어서, 휘발 성분은 압출기의 증기 영역로 확산되고, 배기구를 통해 제거된다. 본 발명의 일 실시 양태에 있어서, 장형 압출기는 L/D가 40 보다 큰 단일 스크류 왕복식 또는 비왕복식 압출기이다.
압출기에 배합물의 개개의 성분을 가하는 단계, 충전제를 치밀화시키는 단계, 충전제와 처리제를 화학 반응시키는 단계, 실리콘 중합체에 충전제를 분산시켜 균일한 혼합물을 제조하는 단계 및 균일화된 물질을 탈휘발화시키는 단계가 연속적으로 또는 동시에 수행되는 단위 조작이다. 본 발명에 따르면, 압출기내의 조건을 조절하여 상기의 조작들을 수행하면서, 생성물을 완전히 탈휘발화시킬 수 있다. 따라서, 또다른 실시 양태에 있어서, 본 발명은 다량의 충전제, 특히 발연 실리카 및 가공 유체, 처리제 및 실리콘 중합체를 배합하는데 사용되는 배합 및 탈휘발화 를 포함하는 압출 조건에 관한 것이다.
작업 처리량 및 스크류 속도는 압출기내에서 조절되어 효과적인 배합 및 탈휘발화를 허용할 수 있다. 낮은 작업 처리량이 제조 장치의 용량을 이용하고 있다. 반면에, 작업 처리량은 발연 실리카를 압출기에 가할 수 있는 속도에 의해 제한된다. 고속 스크류 속도가 실리콘 메트릭스내로 충전제의 첨가 및 분산, 및 첨가제의 분산에 필요하고, 탈휘발화를 위한 표면적의 생성에 필요하다. 그러나, 온도는 점도 소실 및 스크류 속도에 따라 증가한다. 빠른 스크류 속도의 이용은 실리콘 중합체의 열 분해를 가져올 수 있다. 본 발명에 있어서, 균형잡힌 혼합 강도를 갖는 계량가능 작업 처리량은 재료 점도 및 압출기 스크류 속도에 기인한 적절한 공정 탈휘발화로 실리콘 조성물 성분의 효과적인 배합 및 반응을 제공한다.
혼합과 마찰 열 생성 사이의 적절한 균형을 제공하기 위하여 제1 압출기 또는 장형 압출기의 압출기 스크류 속도는 약 30 내지 약 1,000 rpm일 수 있다. 타당하게는, 스크류 속도는 약 100 rpm 내지 약 800 rpm, 바람직하게는 약 300 rpm 내지 약 500 rpm이다. 제1 압출기 또는 장형 압출기의 작업 처리량 대 스크류 속도의 비는 약 0.01 내지 약 500 lb/hour/rpm, 바람직하게는 0.05 내지 약 200 lb/hour/rpm, 바람직하게는 1.0 내지 100 lb/hour/rpm이다.
외부 제1 압출기 배럴의 온도는 약 20 내지 약 200 ℃, 바람직하게는 약 30 내지 약 150 ℃, 더 바람직하게는 약 40 내지 약 100 ℃일 수 있다. 가열 및 냉각에서 시간에 비례하는 출력을 내는 자동 전환 및 프로그램가능 온도 조절기를 대역 온도 조절을 위해 사용할 수 있고, 플러그 말단을 갖는 열전대를 배럴 온도 측정에 사용할 수 있다. 탈휘발화를 위해, 장형 압출기 배럴 온도는 약 150 내지 약 200 ℃, 바람직하게는 약 160 내지 약 190 ℃, 보다 바람직하게는 약 170 내지 약 180 ℃로 할 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 조성물은 열-가황성 실리콘 조성물을 위한 물리적 특성 표준을 만족시킨다. 예를 들어, 이 조성물은 100 보다 큰 윌리암스 가소성(Williams Plasticity), 20 보다 큰 쇼어 A 경도, 750 psi 보다 큰 인장 강도, 100 % 이상의 파단 신도, 10 ppi 이상의 인열도(Tear) B, 1.05 이상의 비중 및 1 중량% 이하의 잔여 휘발성분 함량을 특징으로 할 수 있다.
제한 없는 예로써 본 발명의 실시 양태를 기술하는 하기의 도면 및 상세한 설명으로부터 이들 및 다른 특징들이 자명해 질 것이다.
도면에 있어, 도 1 내지 3은 본 발명의 실시 양태를 수행하기 위한 실리콘 배합 공정 및 시스템의 개략도이다. 도 1에서, 충전된 실리콘 조성물을 배합하기 위한 전체 공정 및 시스템은 (10)으로 지시되어 있다. 이 시스템은 제1 압출기 (12) 및 장형 압출기 (14)를 포함한다.
제1 압출기 (12)는 동시 회전식 또는 역회전식 인터메슁형 이중 스크류 압출기, 역회전식 비인터메슁형 이중 스크류 압출기, 단일 스크류의 왕복식 또는 비왕복식 압출기일 수 있다. 다중 압출기 단을 제1 압출기로 사용하여 충전제, 처리제 및 실리콘 중합체를 배합할 수 있다. 균일한 재료를 장형 압출기에 공급할 수 있다. 압출기의 스크류의 회전에 의해 내부에 생성된 압력을 이용하여, 배합된 재료를 제1 압출기로부터 장형 압출기로 강제 공급할 수 있다.
장형 압출기 (14)는 L/D가 50 보다 큰 역회전식 비인터메슁 이중 스크류 압 출기, 동시 회전식 인터메슁 이중 스크류 압출기 또는 단일 스크류의 왕복식 또는 비왕복식 압출기일 수 있다. 장형 압출기 (14)는 고온에서 조작되고 탈휘발화에 필수적인 개방 표면 영역을 제공하도록 되어있다. 장형 압출기 (14)는 배합된 생성물을 최종 압출기 (14) 밖으로 펌핑해내는데 필수적인 높은 가압 상태를 제공한다.
도 1의 공정에 있어서, 충전제, 이 실시 양태에서 처리제 및 실리콘 중합체를 포함하는 가공 유체는 각 공급 펌프 (22), (24) 및 (26)에 의하여 각 저장 탱크 (16), (18) 및 (20)으로부터 연속적으로 공급된다. 압출기 (12)에서, 충전제, 가공 유체 및 실리콘 중합체는 연속적으로 배합되고 압출물로서 배출되며, 이는 L/D 비가 50 보다 큰 장형 압출기 (14)로 강제 공급된다(28). 장형 압출기 (14)에는 압출물을 탈휘발화시키기 위한 배기구 (30)이 제공된다. 효과적인 탈휘발화를 위해 하나 이상의 배기구를 필요로 하는 용도에서는 배기구 (30)이 다수의 배기구들을 나타낼 수도 있다. 배기 후, 배합되고 탈휘발화된 충전된 실리콘 조성물은 장형 압출기 말단 (32)를 통해 배출된다.
도 2에 있어서, 시스템 (40)은 혼합기 (42), 제1 압출기 (44) 및 장형 압출기 (46)을 포함한다. 도 2의 공정에 있어서, 충전제 및 실리콘 중합체는 혼합기 (42)에서 합해지고 혼합되어 예비혼합물을 형성하고, 이는 제1 압출기 (44)로 공급된다(48). 추가의 충전제, 가공 유체 및 추가의 실리콘 중합체는 각 공급 펌프 (56), (58) 및 (60)에 의해 각 저장 탱크 (50), (52) 및 (54)로부터 연속적으로 제 1 압출기 (44)로 공급되고, 여기서, 이들은 연속적으로 배합되어 압출물로서 배출되며, 50 보다 큰 L/D 비를 갖는 장형 압출기 (46)으로 강제 공급된다(62). 장형 압출기 (46)에는 압출물을 탈휘발화시키기 위해 배기구 (64)가 제공된다. 배기 후, 배합되고 탈휘발화된 충전된 실리콘 조성물은 장형 압출기 말단 (66)를 통해 배출된다.
도 3에 있어서, 시스템 (70)은 반응기 (72), 혼합기 (74), 제1 압출기 (76) 및 장형 압출기 (78)을 포함한다. 원료 충전제 및 처리제는 반응기 (72)중에서 반응하여 예비처리된 충전제를 형성하고, 이는 혼합기(74)로 배출된다(80). 실리콘 중합체는 예비처리된 충전제에 가해지고(82), 혼합기 (74)중에서 혼합되어 예비혼합물을 형성한다. 상기 예비혼합물은 제 1 압출물(76) 내로 공급된다(84). Z추가의 충전제, 가공 유체 및 실리콘 중합체는 각 공급 펌프 (92), (94) 및 (96)을 의해 각 저장 탱크 (86), (88) 및 (90)으로부터 제1 압출기(76)로 연속적으로 공급되고, 여기서, 이들은 연속적으로 배합되고 압출물로서 50 보다 큰 L/D 비를 갖는 장형 압출기 (78)로 강제 공급된다(98). 장형 압출기 (78)에는 압출물을 탈휘발화시키기 위해 배기구 (100)가 제공된다. 배기 후, 배합되고 탈휘발화된 충전된 실리콘 조성물은 장형 압출기 말단 (102)를 통해 배출된다.
실시예
이들 실시예에서는, 2-인치 직경의 동시 회전식 인터메슁 이중 스크류 제1 압출기 중에서 배합을 수행하였다. 이 압출기는 약 8의 직경 대 길이 비를 가졌다. 이 압출기의 배럴은 가열하거나 냉각할 수는 있으나, 배출 성능을 갖지는 않았다. 제1 압출기 스크류를 50 내지 400 rpm으로 조작하였다. 제1 압출기는 충전제 및 실리콘 중합체 조성물을 균일한 충전된 실리콘 조성물로 배합할 수 있었다.
30 mm 직경의 역회전식 비인터메슁 이중 스크류 장형 압출기중에서 탈휘발화를 수행하였다. 장형 압출기는 60의 길이 대 직경 비를 가졌다. 장형 압출기는 탈휘발화를 위한 배기물을 배기시키기 위해 3 개의 진공 배기구(상부스트림, 하부스트림 및 중간스트림으로 지칭됨)를 가졌다. 배기구들은 수 mm Hg만큼 낮은 절대 압력에서 조작될 수 있었다. 장형 압출기는 재순환 가열 오일을 이용하여 정온으로 유지할 수 있는 분획된 배럴을 가졌다. 장형 압출기는 상부스트림 배기구 전에 두 개의 1.05 인치의 외부 직경(OD)의 원통형 스크류 요소, 상부스트림과 중간스트림 배기구 사이에 두 개의 0.95 인치의 OD 원통형 스크류 요소, 중간스트림과 하부스트림 배기구 사이에 두 개의 0.9 인치 OD 원통형 스크류 요소 및 펌핑에 사용될 수 있는 최종적인 0.915 인치 단일 전방 비행 스크류 요소를 포함하였다. 스크류는 300 내지 500 rpm으로 회전할 수 있었다.
실시예에서 기술한 공정에 있어서, 조성물의 모든 성분들은 공정의 상부스트림 부분에 있는 동시 회전식 인터메슁 제1 압출기로 가해진다. D4 처리된 발연 실리카 및 고분자량 실리카 중합체의 미립자 농축액을 헨쉘(Hebschel) 배치 혼합기에서 제조하고, 아크리슨(Acrison) 공급기를 이용하여 제1 압출기 공급 입구에 가하였다. 액상 첨가제의 혼합물을 제1 상부스트림 주입부에 가하고, 실리콘 중합체를 능동 변위 기어 펌프를 이용하여 측면 공급부에 가하였다.
표 1은 각 작업 1001 내지 1004에 대한 제1 동시 회전식 인터메슁 압출기에서의 조작 조건 및 공급 속도를 포함한다.
1001 1002 1003 1004
스크류속도(rpm) 100 100 250 250
충전제/중합체 예비혼합물(lb/hr) 39.985 31.984 32.051 39.936
실리콘 중합체(lb/hr) 18.17 26.09 26.09 18.17
비닐 실라잔 첨가제(lb/hr) 0.024 0.024 0.066 0.066
비닐 종지된 실리콘 첨가제(lb/hr) 0.547 1.251 0.547 1.251
실라놀 종지된 실리콘 첨가제(lb/hr) 0.541 1.260 0.541 1.260

표 2는 장형 압출기중의 탈휘발화 조건을 포함한다.
1001 1002 1003 1004
스크류속도(rpm) 400 375 375 450
펌프 진공도(in Hg) 29 29 29 29
배출 압력(mm Hg) 2 2 3.5 3.7
배기구의 수 2 2 2 2
표 3은 표 1 및 2의 실시예에 대한 생성물 특성을 나타낸다.
1001 1002 1003 1004
쇼어A 경도 51.3 41.8 38.0 51.1
인장 강도(ppi) 1206 876 1077 1063
신도(%) 404 456 516 420
인열도 B(ppi) 93 68 72 147
휘발성분 잔사 (중량%) 0.61 0.72 0.65 0.77
비중 1.132 1.094 1.097 1.129

상기의 실시예들은 배합물 및 공정 조건의 범위로 수행된 본 발명을 예시한 다. 표 3의 결과는 본 발명의 방법이 열-가황성 실리콘 조성물을 위한 물리적 특성 표준내에 있는 물질을 제공할 수 있다는 사실을 나타낸다.
본 발명에서 높은 수준의 무기 충전제, 가공 유체 및 실리콘 중합체가 필수적인 강화 특성 및 휘발성분 수준을 갖는 균일하게 충전된 조성물로 배합되고, 탈휘발화된다. 이 방법은, 충전제, 가공 유체 및 실리콘 중합체를 제1 배합 장치에서 혼합하여 휘발성분을 함유하는 분산된 조성물을 생성시킨다. 이어서, 분산된 조성물은 50 보다 큰 L/D 비를 갖는 장형 압출기내에서 배합되어 분산된 조성물이 탈휘발화된다.

Claims (24)

  1. 동시 회전식 인터메슁(co-rotating intermeshing) 이중 스크류 압출기, 역회전식(counter-rotating) 비인터메슁 이중 스크류 압출기, 단일 스크류 왕복식 압출기 및 단일 스크류 비왕복식 압출기로 구성된 군에서 선택되는 제1 배합 장치에서, 충전제, 가공 유체 및 실리콘 중합체를 배합하여 휘발 성분을 함유하는 분산된 조성물을 제조하는 단계; 및
    50 보다 큰 L/D 비를 갖는 장형 압출기(long extruder)에서 상기 분산된 조성물을 탈휘발화시키는 단계를 포함하되,
    상기 가공 유체가 액체 실라놀-반응 처리제(liquid silanol-reacting treating agent), 가소제, 유동 개선제, 가교결합제, 물 및 불활성 블랭캐팅(blanketing) 가스로 구성된 군에서 선택되는,
    충전된 실리콘 조성물의 배합 방법
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전제가 미가공 미처리 실리카인 배합 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전제가 실라놀-반응 처리제로 예비처리된 충전제인 배합 방법,
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 배합 장치가 동시 회전식 인터메슁 이중 스크류 압출기를 포함하고, 상기 장형 압출기가 역회전식 비인터메슁 이중 스크류 압출기를 포함하는 배합 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배합 장치가 역회전식 비인터메슁 이중 스크류 압출기를 포함하고, 상기 장형 압출기가 동시 회전식 인터메슁 이중 스크류 압출기를 포함하는 배합 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배합 장치가 단일 스크류 왕복식 압출기 또는 단일 스크류 비왕복식 압출기를 포함하고, 상기 장형 압출기가 동시 회전식 인터메슁 이중 스크류 압출기 또는 역회전식 비인터메슁 이중 스크류 압출기를 포함하는 배합 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 배합 장치가 동시 회전식 인터메슁 이중 스크류 압출기를 포함하고, 상기 장형 압출기가 단일 스크류 왕복식 압출기 또는 단일 스크류 비왕복식 압출기를 포함하는 배합 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 충전제가 실라놀기를 함유하고, 상기 가공 유체가 실라놀 종지된 폴리디메틸실록산, 옥타메틸시클로테트라실록산 또는 헥사메틸디실라잔(HMDZ)을 포함하는 처리제인 배합 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가공 유체가 실라놀 종지된 폴리디메틸실록산, 비닐 종지된 디메틸-메틸비닐실록산 및 하이드록시-말단 폴리디메틸-메틸비닐실록산으로 구성되는 군으로부터 선택되는 배합 방법.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 배합 장치내의 총 처리량 대 스크류 속도의 비가 0.01 내지 500 lb/hour/rpm이 되도록 상기 배합 단계를 조절하고, 상기 압출기 내의 총 처리량 대 스크류 속도의 비가 0.01 내지 500 lb/hour/rpm이 되도록 상기 탈휘발화 단계를 조절하는 것을 포함하는 배합 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1 혼합기중에서 충전제 및 실리콘 중합체의 예비혼합물을 형성하는 단계;
    제1 배합 장치중에서 상기 예비혼합물에 추가의 충전제 및 실리콘 중합체를 배합하고, 가공 유체를 가하여 휘발 성분을 함유하는 분산된 조성물을 제조하는 단계; 및
    L/D 비가 50 보다 큰 장형 압출기중에서 상기 분산된 조성물을 탈휘발화시키는 단계를 포함하되,
    상기 가공 유체가 액체 실라놀-반응 처리제, 가소제, 유동 개선제, 가교결합제, 물 및 불활성 블랭캐팅 가스로 구성된 군에서 선택되는,
    충전된 실리콘 조성물의 배합 방법.
  17. 동시 회전식 인터메슁 이중 스크류 압출기, 역회전식 비인터메슁 이중 스크류 압출기, 단일 스크류 왕복식 압출기 및 단일 스크류 비왕복식 압출기로 구성된 군에서 선택되는 제1 배합 장치; 및
    상기 제1 배합 장치에 연결되어, 이로부터 휘발 성분을 함유하는 분산된 조성물을 연속적으로 수용하는, L/D 비가 50 보다 큰 장형 압출기를 포함하는,
    충전된 실리콘 조성물의 배합 장비.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 혼합 장치;
    동시 회전식 인터메슁 이중 스크류 압출기, 역회전식 비인터메슁 이중 스크류 압출기, 단일 스크류 왕복식 압출기 및 단일 스크류 비왕복식 압출기로 구성된 군에서 선택되는 제1 배합 장치; 및
    상기 제1 배합 장치에 연결되어, 이로부터 휘발 성분을 함유하는 분산된 조성물을 연속적으로 수용하는, L/D 비가 50 보다 큰 장형 압출기를 포함하는,
    충전된 실리콘 조성물의 배합 장비.
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