KR100992724B1 - 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템은 열가소성 폴리우레탄이 저장된 원료호퍼와; 액체질소에 의하여 냉각되고 상기 원료호퍼로부터 공급받은 상기 열가소성 폴리우레탄이 일정 입경을 가지도록 분쇄하는 저온분쇄기와; 일정 입경 이하의 열가소성 폴리우레탄 분체를 분리통과시키는 진동스크린과; 상기 진동스크린을 통과한 상기 열가소성 폴리우레탄 분체를 건조시키는 건조기와; 상기 건조기로부터 건조된 상기 열가소성 폴리우레탄 분체를 다시 절단하여 분리통과시키는 진동분리기;로 구성된 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 양질의 열가소성 폴리우레탄 분체를 제조하면서도 품질관리를 용이하게 할 수 있고 제조비용을 절감할 수 있다.

Description

열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템 { THERMOPLASTIC POLYURETHANE POWDERS AND PRODUCTION METHOD THEREOF }
본 발명은 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 저온에서 폴리우레탄의 분쇄를 수행하는 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템에 관한 것이다.
열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic PolyUrethane, 이하 'TPU'라 한다)은 우수한 내마모성과 유연성을 가지며, 뛰어난 인장강도와 기계적 성질 및 용이한 가공성을 가지고 있다. 이러한 장점 때문에 TPU는 엔지니어링 플라스틱의 용도 뿐만 아니라, 스포츠용품과, 생활용품 및 자동차용 내장재와 같은 산업용품 등에 광범위하게 활용된다.
특히 자동차용 내장재에 사용되는 TPU는 진공성형공법을 위한 시트 상의 소재와, PSM(Powder Slush Mould) 공법을 위한 분체 상의 소재로 대별된다. 이 중에서 PSM 공법은 진공성형공법에 비해 보다 부드러운 감촉 및 선명한 엠보싱을 제공할 수 있기 때문에 고급차종에 사용되는 내장재의 부품의 표피재로 사용된다.
여기서 PSM 공법에 사용되는 분체를 제조하는 방법으로 기계적 분쇄방법이 이용되고 있지만, 취화온도가 -70℃ 이하인 TPU의 물리적인 성질로 인해 통상적인 분쇄방법에 의해서는 분체를 제조하기 어려운 문제가 있다. 그리하여 알코올 용액이나 냉매를 사용하는 분쇄방법이 주로 이용된다.
그런데 알코올 용액을 이용하는 종래의 열가소성 수지의 분체 제조방법은 일본 공개특허 평10-174987호에 개시된 바와 같이, 분쇄기가 매체 교반형을 이용하고, 분쇄조작은 회분식을 이용하고, 분쇄방법은 습식을 각각 채용하고 있다. 이러한 구성으로 인해 분쇄작업이 번거롭고, 연속운전이 곤란하며, 세정 및 여과단계가 별도로 필요하므로 공정이 복잡한 문제가 있다. 또한 입경 50μm이하의 미세분체를 제조하기 위해서는 분쇄시간이 길어 실용성이 떨어지는 문제도 있다.
그리고 액체질소를 냉매로 사용하는 저온분쇄방법은 분진폭발 및 발화 등을 방지할 수 있는 장점이 있는 반면에, 상온화 또는 건조공정이 추가로 필요하기 때문에 비용이 상승하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 액체질소의 소모량을 최소화하면서도 시스템의 단순화 및 분쇄의 효율을 극대화할 수 있는 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 TPU의 분쇄와, 상온화와, 분급 및 선별 등을 일련의 공정으로 처리할 수 있는 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 열가소성 폴리우레탄이 저장된 원료호퍼와; 상기 원료호퍼로부터 공급된 상기 열가소성 폴리우레탄을 액체질소에 의하여 냉각시키고, 상기 열가소성 폴리우레탄이 기설정된 입경을 가지도록 분쇄하는 저온분쇄기와; 상기 기설정된 입경 이하의 열가소성 폴리우레탄 분체를 분리 및 통과시키는 진동스크린과; 상기 진동스크린을 통과한 상기 열가소성 폴리우레탄 분체를 상온으로 건조시키는 건조기와; 상기 건조기로부터 건조된 상기 열가소성 폴리우레탄 분체를 재절단하여 분리 및 통과시키는 진동분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템에 의해 달성된다.
상기 저온분쇄기는 100~577μm의 입경으로 상기 열가소성 폴리우레탄을 분쇄할 수 있다.
상기 열가소성 폴리우레탄 분체의 평균입경은 200~250μm인 것이 바람직하 다.
상기 열가소성 폴리우레탄 분체 중 기설정된 입경 미만의 분체를 통과시켜 상기 건조기에 공급하고, 상기 기설정된 입경 이상의 분체는 상기 원료호퍼에 공급하는 분급기를 더 포함할 수 있다.
상기 진동분리기에 의해 분리된 배출물을 포집하는 집진기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템에 의하면, 액체질소의 소모량을 최소화하면서도 시스템의 단순화 및 분쇄의 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템에 의하면, TPU의 분쇄와, 상온화와, 분급 및 선별 등을 일련의 공정으로 처리할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템(100)은 원료호퍼(10)와, 저온분쇄기(20)와, 진동스크린(30)과, 건조기(40)와, 진동분리기(50)를 포함한다.
원료호퍼(10)는 TPU를 저장하고, 저장된 TPU를 저온분쇄기(20)에 정량으로 공급한다. 본 발명에 따른 원료호퍼(10)는 인버터(미도시)에 의해 20.6~60.0kg/hrs 범위로 TPU를 공급하는 것을 일예로 한다. 공급량이 20.6kg/hrs 이하이면 분체의 농도가 낮아 과잉분쇄의 우려가 있으며, 공급량이 60.0kg/hrs 이상이면 농도가 높아 분쇄작용력이 TPU에 제대로 전달되지 못하기 때문이다.
저온분쇄기(20)는 액체질소에 의하여 냉각되고 원료호퍼(10)로부터 공급된 TPU가 기설정된 입경을 가지도록 분쇄한다. 본 발명에 따른 저온분쇄기(20)는 분쇄온도를 저온상태로 유지하기 위한 액체질소 주입기(미도시)를 더 포함한다.
여기서 분쇄온도는 액체질소의 주입량에 따라 조절되는데 통상 -70℃ 이하인 TPU의 취화온도를 감안하여 본 발명은 분쇄온도가 -100±10℃가 되도록 액체질소를 주입하는 것을 일예로 한다.
그리고 저온분쇄기(20)에 포함된 해머의 회전수는 2,000~7,000rpm 범위이다. 회전수가 2,000rpm 이하인 경우 분쇄작용력이 약해 분쇄진행이 느린 문제가 있으며, 회전수가 7,000rpm 이상인 경우 과잉분쇄의 우려가 있다.
한편 저온분쇄기(20) 내에서 피분쇄물의 체류시간 조절을 위해 저온분쇄기(20)의 출구의 개구율은 10~50%인 것을 일예로 한다. 개구율이 10% 이하인 경우 저온분쇄기(20) 내의 피분쇄물의 체류시간이 길어져tjj 과잉분쇄가 되는 문제가 있으며, 개구율이 50% 이상인 경우 체류시간이 짧아 피분쇄물이 제대로 분쇄되지 않은 채로 배출되는 문제가 있다.
진동스크린(30)은 기설정된 입경 이하의 열가소성 폴리우레탄 분체를 분리통과시킨다. 본 발명에 따른 진동스크린(30)은 저온분쇄기(20)에 의해 분쇄된 TPU 분체를 상한 577μm으로 절단하여 577μm 체 잔유분과 통과분을 분리시킬 수 있다.
건조기(40)는 진동스크린(30)을 통과한 TPU 분체를 상온으로 건조시키며, 진동분리기(50)는 건조기(40)로부터 건조된 TPU 분체를 재절단하여 분리 및 통과시킨다. 본 발명에 따른 진동분리기(50)는 건조된 TPU 분체를 하한 100μm로 절단하여, 100μm 체 잔유분은 제품화화고 통과분은 배출시킨다. 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 분체 제조시스템(100)에 의해 제조된 TPU 분체는 자동차 내장재로 사용되는 표피재의 성형재료로서 이용이 가능하다.
한편, 도 2는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄 분체 제조시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄 분체 제조시스템(200)은 분급기(60)와, 집진기(70)를 더 포함한다. 그 밖의 구성은 도 1에 도시된 제조시스템(100)과 동일하다.
분급기(60)는 건조기(40)에 의해 건조되어 상온화된 TPU 분체 중 기설정된 입경 이하의 분체를 통과시켜 분급한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 분급기(60)는 TPU 분체 중 입경 577μm 미만의 분체를 통과시켜 건조기(40)에 공급하고, 입경 577μm 이상의 분체는 원료호퍼(10)에 다시 공급한다. 분급기(60)는 건조기(40)의 상부 또는 진동분리기(50)의 상부에 배치 가능하다.
본 발명에 따른 분급기(60)는 기계적으로 선별이 불가능한 30μm 이하의 TPU 분체에도 불구하고 주입공기량 및 내통길이 등을 조절함으로써 Dp50=230μm (표적입경 220μm의 ±10% 범위 이내)까지의 분포를 얻을 수 있었다.
그리고 본 발명에 따른 집진기(70)는 진동분리기(50)에 의해 분리된 배출물 을 포집한다.
[실시예 1]
본 발명의 제1실시예에 따르면 저온분쇄기(20)에 의해 저온분쇄된 TPU 분체를 진동스크린(30)으로 공급하여 577μm 체 통과분을 건조기(40)로 공급하고, 건조공기에 의해 상온화한 후 분급 및 선별하는 과정을 거쳐 100μm 체 잔유분을 제품으로 회수하였다. 이러한 일련의 조작은 컨트롤 패널(미도시)에 의해 이루어지며 분쇄조건은 아래와 같다.
[분쇄조건]
TPU 원료 공급량 : 42.0kg/hrs
분쇄기 해머의 회전수 : 5,000rpm
분쇄기 출구 개구율 : 30%
분쇄기 온도 : -110±10℃
건조기 온도 : 50℃
[분쇄결과]
TPU 분체의 수분함유량 : 0.76%
TPU 분체의 평균입경 : 217μm
[실시예 2]
본 발명의 제2실시예에 따라 변경된 분쇄조건에 의해 나타난 결과는 아래와 같다. 나머지 분쇄조건은 제1실시예와 동일하다.
[분쇄조건]
TPU 원료 공급량 : 33.6kg/hrs
분쇄기 해머의 회전수 : 4,000rpm
분쇄기 출구 개구율 : 40%
분쇄기 온도 : -110±10℃
건조기 온도 : 50℃
[분쇄결과]
TPU 분체의 수분함유량 : 0.73%
TPU 분체의 평균입경 : 238μm
[실시예 3]
본 발명의 제3실시예에 따라 변경된 분쇄조건에 의해 나타난 결과는 아래와 같다. 나머지 분쇄조건은 제1실시예와 동일하다.
[분쇄조건]
TPU 원료 공급량 : 42.0kg/hrs
분쇄기 해머의 회전수 : 6,000rpm
분쇄기 출구 개구율 : 30%
분쇄기 온도 : -110±10℃
건조기 온도 : 50℃
[분쇄결과]
TPU 분체의 수분함유량 : 0.75%
TPU 분체의 평균입경 : 191μm
[실시예 4]
본 발명의 제4실시예에 따라 변경된 분쇄조건에 의해 나타난 결과는 아래와 같다. 나머지 분쇄조건은 제1실시예와 동일하다.
[분쇄조건]
TPU 원료 공급량 : 20.6~60.0kg/hrs
분쇄기 해머의 회전수 : 5,000rpm
분쇄기 출구 개구율 : 30%
분쇄기 온도 : -110±10℃
건조기 온도 : 50℃
[분쇄결과]
TPU 원료 공급량(kg/hrs) 20.6 33.6 42.0 50.4 60.0
평균입경(μm) 187 202 217 235 254
수분함유량(%) 0.75 0.74 0.76 0.73 0.74
[실시예 5]
본 발명의 제5실시예에 따라 변경된 분쇄조건에 의해 나타난 결과는 아래와 같다. 나머지 분쇄조건은 제1실시예와 동일하다.
[분쇄조건]
TPU 원료 공급량 : 42.0kg/hrs
분쇄기 해머의 회전수 : 2,000~7,000rpm
분쇄기 출구 개구율 : 30%
분쇄기 온도 : -110±10℃
건조기 온도 : 50℃
[분쇄결과]
분쇄기 해머 회전수(rpm) 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000
평균입경(μm) 267 256 235 217 191 176
수분함유량(%) 0.74 0.74 0.73 0.76 0.75 0.77
[실시예 6]
본 발명의 제6실시예에 따라 변경된 분쇄조건에 의해 나타난 결과는 아래와 같다. 나머지 분쇄조건은 제1실시예와 동일하다.
[분쇄조건]
TPU 원료 공급량 : 42.0kg/hrs
분쇄기 해머의 회전수 : 5,000rpm
분쇄기 출구 개구율 : 10~50%
분쇄기 온도 : -110±10℃
건조기 온도 : 50℃
[분쇄결과]
분쇄기 개구율(%) 10 20 30 40 50
평균입경(μm) 176 198 217 242 265
수분함유량(%) 0.63 0.72 0.76 0.74 0.78
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템의 구성을 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템의 구성을 도시한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 원료호퍼 20 : 저온분쇄기
30 : 진동스크린 40 : 건조기
50 : 진동분리기 60 : 분급기
70 : 집진기

Claims (5)

  1. 열가소성 폴리우레탄이 저장된 원료호퍼와;
    상기 원료호퍼로부터 공급된 상기 열가소성 폴리우레탄을 액체질소에 의하여 냉각시키고, 상기 열가소성 폴리우레탄이 기설정된 입경을 가지도록 분쇄하는 저온분쇄기와;
    상기 기설정된 입경 이하의 열가소성 폴리우레탄 분체를 분리 및 통과시키는 진동스크린과;
    상기 진동스크린을 통과한 상기 열가소성 폴리우레탄 분체를 상온으로 건조시키는 건조기와;
    상기 건조기로부터 건조된 상기 열가소성 폴리우레탄 분체를 재절단하여 분리 및 통과시키는 진동분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저온분쇄기는 100~577μm의 입경으로 상기 열가소성 폴리우레탄을 분쇄하는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열가소성 폴리우레탄 분체의 평균입경은 200~250μm인 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 폴리우레탄 분체 중 기설정된 입경 미만의 분체를 통과시켜 상기 건조기에 공급하고, 상기 기설정된 입경 이상의 분체는 상기 원료호퍼에 공급하는 분급기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 진동분리기에 의해 분리된 배출물을 포집하는 집진기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 분체의 제조시스템.
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