KR101542834B1

KR101542834B1 - 고분자 수지 내 수분 제거 장치 및 제거 방법

Info

Publication number: KR101542834B1
Application number: KR1020150031130A
Authority: KR
Inventors: 유태욱; 오정미; 배진성; 김태국; 신화
Original assignee: 유태욱; 유니콤스 주식회사; 주식회사 피비알케미칼; 주식회사 티케이케미칼; 배진성
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2015-08-07

Abstract

본 발명은 고분자 수지 내 수분 제거 장치 및 제거 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고분자 수지를 압출하는 과정에서 그에 포함된 수분을 효과적으로 제거할 수 있는 장치 및 방법과 이로부터 제조된 고분자 수지 압출품에 관한 것이다.
본 발명은 고분자 수지를 압출하는 과정에서 그에 포함된 수분을 대략 10중량% 이하의 함량이 되도록 제거하여, 압출 공정 시 장치 내에 포함된 샤프트 등에 가해지는 부하를 감소시킬 수 있고, 최종 제조되는 압출품의 탄성 등의 물성을 보다 향상시킬 수 있다.

Description

고분자 수지 내 수분 제거 장치 및 제거 방법{Apparatus and method for removing moisture from polymer resin}

본 발명은 고분자 수지 내 수분 제거 장치 및 제거 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고분자 수지를 압출하는 과정에서 그에 포함된 수분을 효과적으로 제거할 수 있는 장치 및 방법과 이로부터 제조된 고분자 수지 압출품에 관한 것이다.

압출가공은 예컨대 알루미늄이나 마그네슘과 같은 연질금속 또는 각종 열가소성 고분자 수지(성형원료)를 배럴의 내부에서 용융시키며 압출구 측으로 밀어냄으로써, 해당 성형원료가 압출구 구멍형상의 단면을 가지도록 하여 각종 단면의 봉이나 파이프 등을 제작하는 가공방법이다.

금속의 압출가공법과 열가소성 고분자의 압출 방법은 근본 이론부터 다르므로 여기서는 열가소성 고분자의 압출 가공 방법만 다루기로 한다.

상기 압출 가공을 위한 압출 장치에는 매우 다양한 종류가 있으며, 이를테면 성형원료를 가압 이송시키기 위해 길이방향으로 길게 연장된 원통형 배럴과, 상기 배럴의 내부에서 축회전하며 용융된 고분자 수지를 이송시키는 압출 스크류를 갖는 것이 일반적이다. 또한, 상기 압출기 내부에는 압출 스크류가 적어도 한 개 이상 구비될 수 있다.

수지를 성형원료로 사용하는 압출공정에서는 성형원료로 한 가지 열가소성 수지만 사용할 수도 있으나 대부분의 경우 여러 종류의 열가소성 수지를 함께 사용하여 각각의 수지가 갖는 물리 화학적인 특징을 최대화하게 함으로써 제품의 품질 향상을 꾀한다.

이 때, 압출 장치에 투입되는 열가소성 수지들의 비율이나 조합은 목적하는 제품의 종류나 물성에 따라 달라짐은 물론이다. 또한 수지들은 압출 장치 내에서 용융된 상태로 서로 간에 화학반응을 할 수도 있고 단지 혼합된 상태를 유지할 수도 있다.

한편, 도 1은 종래의 고분자 수지 압출 장치를 부분적으로 도시한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 고분자 수지 압출 장치(200)는, 원통형의 내부 공간(21)을 제공하며, 일측에는 호퍼(22)가 구비되고 반대측 단부에는 압출구(23)가 마련되어 있는 배럴(24)과, 상기 배럴(24)의 내부에 축회전 가능하게 설치되는 압출 스크류(25)를 구비한다. 또한 상기 배럴(24)에는 배럴(24) 내부의 고분자수지를 용융시킬 히터(26)가 구비되어 있다.

상기 압출스크류(25)는, 그 선단부가 압출구(23)측으로 연장되어 압출구(23)에 근접하고 외부 동력을 전달받아 축회전하는 샤프트(25a)와, 상기 샤프트(25a)의 외주면을 나선형으로 감아돌며 배럴(24)의 내주면으로부터 일정간극 이격되는 플라이트(25b)와, 상기 샤프트(25a)의 소정 부위에 장착되는 믹싱 엘리먼트(25c)로 이루어진다.

상기 플라이트(25b)는 샤프트(25a)의 길이방향으로 일정한 피치를 가지며 샤프트(25a)가 축회전 할 때 내부공간(22)의 고분자수지를 압출구(23)측으로 일정 속도로 이송시킨다.

한편, 상기와 같은 압출 장치나 중합 장치를 이용하여 고분자 수지를 제조하는 경우, 수분이 대략 30~50중량%로 포함된 규격 외 제품이나, 스크랩이 발생하게 된다. 따라서 이들을 재활용하기 위하여 다시 압출품을 제조하고자 이를 상기한 압출 장치에 투입하게 되는 경우, 우선, 압출기에 투입될 수 있는 크기로 절단을 할 경우, 서로 다시 엉켜붙는 문제가 발생한다. 뿐만 아니라 압출기 내에서도 수지 내에 포함된 상당량의 수분으로 인해 수지의 용융 온도를 유지하지 못하고 냉각되어 고분자의 결정화가 일어남에 따라 수지의 흐름성이 저하되고 결국 샤프트에 과도한 토크가 걸려 부러지는 문제점이 발생하여 종래기술을 활용하여 압출할 수 없게 된다.

따라서, 상기한 불량품이나 스크랩을 재활용하기 위하여, 종래에는 열가소성 수지 조성물을 대략 3~10cm 내외의 길이로 절단한 다음 오븐기나 직사광선이 조사되는 공간에서 24시간 이상 건조한 후, 단순 압출하여 저급 증량제로 사용하는 방법이 사용되었다.

그러나 이러한 방법은 전부 수작업으로 이루어져 인건비 등이 과도하게 소모되고, 수분을 제조하는 시간이 이틀 이상 소요되므로 생산성이 떨어지는 문제점이 존재하였다.

본 발명의 일 목적은 수분을 다량 함유한 고분자 수지를 압출하는 과정에서 그에 포함된 수분을 효과적으로 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 장치 및 방법에서 얻어지는 것으로 수분을 적은 함량으로 포함하여 탄성 등의 물성이 향상된 고분자 수지 압출품을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현 예에 따르면, 내부 공간을 포함하고, 그 일측에는 고분자 수지를 공급하는 호퍼가 구비되며, 타측에는 고분자 수지가 배출되는 압출구를 포함하는 배럴;

상기 호퍼의 전단에 설치되며, 고분자 수지를 파쇄하는 파쇄기;

상기 배럴을 가열하여 고분자 수지를 용융시키는 가열수단;

상기 배럴의 내부 공간에 설치되며, 회전축을 중심으로 회전하여 호퍼로부터 공급된 고분자 수지를 압출구 측으로 이동시키는 압출 스크류; 및

상기 압출구와 연결되어 용융된 고분자 수지를 압출 및 토출하는 압출 다이를 포함하며,

상기 배럴은 압출구의 전단에 니딩 존(kneading zone)을 포함하며, 상기 니딩 존의 전단에는 2개 이상의 피딩 존(feeding zone)과 1개 이상의 믹싱 존(mixing zone)이 번갈아 배치되는 것을 특징으로 하는 고분자 수지의 압출 장치를 제공한다.

상기 파쇄기는 저속 또는 중속 슈레더(shredder) 타입의 파쇄기일 수 있다.

상기 압출 스크류는 단축 또는 이축 스크류일 수 있다.

상기 이축 스크류는 엇회전(counter-rotate) 방식에 의할 수 있다.

상기 배럴의 L/D는 28 ~ 40일 수 있다.

상기 믹싱 존의 후단에 배치되는 피딩 존에는 고분자 수지로부터 방출된 수분을 배출시키는 진공 펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 니딩 존에는 고분자 수지로부터 방출된 수분을 배출시키는 진공 펌프를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 상기한 압출 장치를 이용한 고분자 수지의 압출 방법으로서,

(a) 파쇄기를 이용하여 고분자 수지를 파쇄하는 단계;

(b) 파쇄된 고분자 수지를 호퍼를 통해 배럴 내로 공급하는 단계;

(c) 상기 배럴 내로 공급된 고분자 수지를 압출 스크류를 이용하여 2회 이상의 피딩(feeding) 및 1회 이상의 믹싱(mixing)을 번갈아 한 뒤, 니딩(kneading)하는 단계; 및

(d) 니딩된 고분자 수지를 압출 다이를 통해 압출하는 단계를 포함하는, 고분자 수지의 압출 방법을 제공한다.

상기 파쇄하는 단계 시 고분자 수지에 제습제를 첨가하여 수행될 수 있다.

상기 제습제는 수분 함량이 10중량% 이하인 고분자 수지, 충진제 및 스크랩(scrap)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 충진제는 탈크(Talc), 미네랄 필러(Mineral Filler) 또는 휘스커(Whisker)일 수 있다.

상기 스크랩은 자동차 또는 전기전자제품 제조공정에서 발생하는 스푸루(sprue), 런너(runner), 사출 불량품 또는 폐기 제품일 수 있다.

상기 수분 함량이 10중량% 이하인 고분자 수지는 10~20중량%의 양으로 첨가될 수 있다.

상기 충진제는 3~10중량%의 양으로 첨가될 수 있다.

상기 스크랩은 5~50중량%의 양으로 첨가될 수 있다.

상기 배럴 내로 공급된 고분자 수지는 가열 수단에 의해 용융될 수 있다.

상기 압출하는 단계에 앞서 니딩된 고분자 수지의 수분 함량을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

니딩된 고분자 수지의 수분 함량이 10중량%를 초과하는 경우, 그 수분 함량이 10중량% 이하가 되도록 (a) 내지 (c)의 단계를 반복하여 수행할 수 있다.

상기 니딩하는 단계 시 용융된 고분자 수지로부터 방출되는 수분을 진공 펌프를 이용하여 외부로 배출할 수 있다.

상기 고분자 수지는 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아로마틱폴리아마이드, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리페닐렌설파이드, 열방성액정고분자, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴레이트, 폴리메틸메틸아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 공중합체, 폴리테트라메틸렌옥사이드-1,4-부탄디올 공중합체, 스티렌을 포함하는 공중합체, 불소계수지, 폴리비닐클로라이드 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 상기한 압출 방법에 의해 제조된 고분자 수지 압출품을 제공한다.

상기 압출품은 자동차의 내장 또는 외장 부품으로 사용될 수 있다.

상기 내장 또는 외장 부품은 도어트림, 도어스커프, 필러트림, 범퍼가드, 휠가드 또는 머드가드일 수 있다.

본 발명은 고분자 수지를 압출하는 과정에서 그에 포함된 수분을 효과적으로 제거할 수 있어, 압출 공정 시 발생하는 수분을 다량 함유한 규격 외 제품이나 스크랩의 재활용이 가능하므로 원가 절감에 따른 경제적 효과를 거둘 수 있을 뿐만 아니라, 고분자 내 수분을 제거하는 과정에서 필요로 하지 않아 인건비를 줄이고, 연속적으로 공정을 수행할 수 있어 생산성을 높임에 따라 경제적 효과를 더욱 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 고분자 수지 내에 포함된 수분을 효과적으로 제거하여, 이를 다양한 용도의 원료로 압출 및 가공 시, 압출 장치 내에 포함된 샤프트 등에 가해지는 부하를 감소시킬 수 있고, 사출 성형공정에서 요구되는 취출성 개선 등의 물성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 고분자 수지 압출 장치를 부분적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압출 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 실시예 1에서 압출 과정 중 파쇄기로부터 얻어진 파쇄물의 사진을 도시한 것이다.
도 4는 실시예 1에서 얻어진 스트랜드 형태의 압출품 사진을 도시한 것이다.
도 5는 실시예 1에서 얻어진 스트랜드 형태의 압출품을 펠렛화한 후 사진을 도시한 것이다.
도 6은 실시예 1에서 얻어진 압출품을 이용하여 제조된 휠가드의 사진을 도시한 것이다.

본 발명은 고분자 수지를 압출하는 과정에서 그에 포함된 수분을 효과적으로 제거할 수 있는 장치 및 방법과 이로부터 제조된 고분자 수지 압출품에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 수지의 압출 장치(100)의 단면도를 개략적으로 도시한 것으로, 내부 공간(1)을 포함하고, 그 일측에는 압출 공정의 대상이 되는 고분자 수지(10)를 공급하는 호퍼(2)가 구비되며, 타측에는 고분자 수지(10)가 배출되는 압출구(3)를 포함하는 배럴(11)을 포함하며, 상기 호퍼(2)의 전단에는 고분자 수지(10)를 파쇄할 수 있는 파쇄기(12)가 포함된다.

여기서 상기 파쇄기(12)의 종류는 특별히 한정하는 것은 아니나, 저속 또는 중속 슈레더(shredder) 타입을 사용할 수 있다.

또한, 상기 배럴(11)에는 압출 원료인 고분자 수지(10)를 용융시킬 수 있는 가열 수단(13)으로 예를 들어, 히터가 구비될 수 있고, 상기 배럴(11)의 내부 공간에는 호퍼(2)로부터 공급된 고분자 수지(10)를 압출구(3) 측으로 이동시키는 압출 스크류(14)를 포함할 수 있다.

이때 상기 압출 스크류(14)는 회전축을 중심으로 회전하는 샤프트(14a)와, 상기 샤프트(14a)의 외주면에 나선형으로 구비되는 플라이트(14b)를 각각 포함하는 이축 스크류인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 엇회전(counter-rotate) 방식에 의함으로써 고분자 수지(10)를 압출구(3) 측으로 효과적으로 이송시킬 수 있고, 샤프트(14a)에 가해지는 부하 또한 감소시킬 수 있다.

상기 배럴(11)은 기본적으로 피딩 존(feeding zone, 11a), 믹싱 존(mixing zone, 11b) 및 니딩 존(kneading zone, 11c)으로 이루어지되, 본 발명에서는 그 배치 순서로, 압출구(3)의 전단에 니딩 존(11c)을 위치시키고, 상기 니딩 존(11c)의 전단에 2개 이상의 피딩 존(11a)과 1개 이상의 믹싱 존(11b) 을 번갈아 배치시키는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 가열 수단(13)에 의해 압출 장치(100) 내의 온도가 고분자 수지(10)의 용융점까지 상승하게 되면, 고분자 수지(10)로부터 방출되는 수분으로 인해 급냉되어 샤프트(14a)에 과도한 부하가 걸리게 된다. 다만, 본 발명에서는 고분자 수지(10)가 피딩 존(11a)과 믹싱 존(11b)을 통과하면 믹싱 공정에서 수분이 방출되기 때문에 급냉으로 인한 과도한 토크를 방지하기 위하여 다시 피딩 존(11a)을 배치하는 등으로, 2개 이상의 피딩 존(11a)과 1개 이상의 믹싱 존(11b)을 번갈아 배치한 뒤, 압출구(3)의 전단에 니딩 존(11c)을 위치시킴으로써 상기한 부하를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 효과적인 수분 제거를 위해 고분자 수지로부터 수분이 방출되는 믹싱 단계 후 배치되는 피딩 존(11a)에 진공 펌프(15a)를 설치할 수 있다.

이때, 상기 니딩 존(11c)의 전단에 배치되는 2개 이상의 피딩 존과 1개 이상의 믹싱 존은, 도 2에 도시된 바와 같이 피딩 존(11a)-믹싱 존(11b)-피딩 존(11a')- 믹싱 존(11b')의 순서로 번갈아 배치될 수 있으나, 반드시 이러한 배치 순서에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 1개의 피딩 존(11a)이 배치되고, 이어서 복수 개의 믹싱 존(11b)이 연속하여 배치된 뒤, 다시 1개의 피딩 존(11a')이 배치되고, 이어서 복수 개의 믹싱 존(11b')이 연속하여 배치된 뒤, 압출구(3)의 바로 전단에만 니딩 존(11c)이 배치될 수 있고, 혹은 2개 이상의 피딩 존(11a)이 연속하여 배치되고, 이어서 1개의 믹싱 존(11b)이 배치되며, 다시 2개 이상의 피딩 존(11a')이 연속하여 배치되고, 이어서 1개의 믹싱 존(11b')이 배치된 뒤, 압출구(3)의 바로 전단에만 니딩 존(11c)이 배치될 수 있으며, 혹은 복수 개의 피딩 존(11a)이 연속하여 배치되고, 이어서 복수 개의 믹싱 존(11b)이 연속하여 배치된 뒤, 다시 복수 개의 피딩 존(11a')이 연속하여 배치되고, 이어서 복수 개의 믹싱 존(11b')이 연속하여 배치된 뒤, 압출구(3)의 바로 전단에만 니딩 존(11c)이 배치될 수 있다.

즉, 본 발명에서는 피딩 존(11a) 및 믹싱 존(11b)이 번갈아 배치된 뒤 압출구(3)의 바로 전단에만 니딩 존(11c)을 배치하면 되고, 피딩 존(11a)과 믹싱 존(11b) 각각의 갯수는 특별히 제한하지는 않으나, 피딩 존(11a)은 적어도 2개 이상 포함되는 것이, 피딩 존(11a)-믹싱 존(11b)-피딩 존(11a')과 같이 최소로 번갈아 배치될 수 있어 바람직하다.

본 발명의 압출 장치(100)는 배럴(11) 내의 피딩 존(11a, 11a', 믹싱 존(11b, 11b' 및 니딩 존(11c)이 상기와 같은 배치 순서를 가짐으로써, 가열 수단(13)에 의해 용융된 고분자 수지(10) 내에 포함된 수분을 효과적으로 제거하여 압출구(3) 측으로 이송시킬 때 샤프트(14a)에 가해지는 부하를 현저히 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 배럴(11)의 L/D 값은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 28~40인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 32~36일 수 있다. L/D 값이 28 미만인 경우 고분자 수지(10)의 용융이나 혼련 등이 충분히 수행되지 않아 압출 효율이 떨어질 수 있고, L/D 값이 40을 초과하는 경우 압출 스크류(14)의 샤프트(14a)에 가해지는 부하가 과다하여 샤프트(14a)가 파손되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 니딩 존(11c)에는 용융에 의해 고분자 수지(10)로부터 방출된 수분을 효과적으로 배출시키기 위하여 진공 펌프(15b)가 구비될 수 있다. 이로써 상기 압출구(3)와 연결된 압출 다이(16)에서 압출 및 토출되는 고분자 수지(10) 내의 수분 함량을 10중량% 이하로 감소시킬 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에 따르면 상기한 압출 장치를 이용한 고분자 수지의 압출 방법에 관한 것으로, (a) 파쇄기를 이용하여 고분자 수지를 파쇄하는 단계; (b) 파쇄된 고분자 수지를 호퍼를 통해 배럴 내로 공급하는 단계; (c) 상기 배럴 내로 공급된 고분자 수지를 압출 스크류를 이용하여 2회 이상의 피딩(feeding) 및 1회 이상의 믹싱(mixing)을 번갈아 한 뒤, 니딩(kneading)하는 단계; 및 (d) 니딩된 고분자 수지를 압출 다이를 통해 압출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 압출 방법은 상기한 바와 같이 본 발명에서 제공하는 압출 장치를 이용하여 수행될 수 있는 것으로, 이하에서는 상기 압출 방법의 각 단계를 도 2의 압출 장치에 도시된 구성과 함께 자세히 설명한다.

본 발명의 압출 방법은 우선 파쇄기(12)를 이용하여 고분자 수지(10)를 대략 1~5cm의 입경이 되도록 파쇄하는 단계(a)를 수행할 수 있다.

단, 본 발명에서는 상기 파쇄하는 단계(a) 시 고분자 수지(10)에 제습제를 첨가하며 수행함으로써, 상기 고분자 수지(10) 내에 포함된 수분을 일정 부분 제거하여, 고분자 수지(10)의 점착 성질로 인하여 수지(10)가 파쇄기(12) 날에 들러 붙거나, 파쇄물이 토출구를 막는 브릿지 현상을 방지할 수 있다.

여기서 상기 제습제로는 수분 함량이 10중량% 이하인 고분자 수지, 충진제 및 스크랩(scrap)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

이때 상기 수분 함량이 10중량% 이하인 고분자 수지는 10~20중량%의 양으로 첨가되는 것이 바람직하고, 그 종류로는 압출 원료가 되는 고분자 수지와 동일한 조성의 수지를 사용할 수 있고, 혹은 유사한 종류의 수지를 사용하여도 무방하며, 특별히 제한하지 않는다.

또한, 상기 충진제는 3~10중량%의 양으로 첨가되는 것이 바람직하고, 상기 충진제로는 예를 들어, 탈크(Talc), 미네랄 필러(Mineral Filler) 또는 휘스커(Whisker) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 스크랩은 5~50중량%의 양으로 첨가되는 것이 바람직하며, 그 종류로는 특별히 한정하는 것은 아니나, 예를 들어 자동차 또는 전기전자제품 제조공정에서 발생하는 스푸루(sprue), 런너(runner), 사출 불량품 또는 폐기 제품을 사용할 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 제습제와 함께 파쇄된 고분자 수지를 호퍼(2)를 통하여 배럴(11)의 내부로 공급하는 단계(b)를 수행할 수 있다.

이때 상기 배럴(11)의 내부에 공급된 고분자 수지(10)는 압출 스크류(14)에 의해 압출구(3) 측으로 이동하면서 피딩(feeding) 및 믹싱(mixing)의 공정이 수행될 수 있다.

단, 상기와 같은 피딩 및 믹싱의 공정 시, 고분자 수지(10)는 배럴(11)에 구비된 가열 수단(13)에 의해 용융될 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 용융된 고분자 수지에 대하여 2회 이상의 피딩 공정과 1회 이상의 믹싱 공정을 번갈아 가며 수행한 뒤, 니딩(kneading)하는 단계(c)를 수행할 수 있다.

구체적으로 상기 피딩 및 믹싱 공정은 본 발명의 압출 장치(100)의 배럴(11) 내 피딩 존(11a, 11a')과 믹싱 존(11b, 11b')에서 수행될 수 있으며, 도 2의 압출 장치에 의하는 경우 피딩 공정-믹싱 공정-피딩 공정-믹싱 공정의 순서로 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다만, 예를 들면 1회의 피딩 공정 후 2회 이상의 믹싱 공정을 수행한 뒤, 다시 1회의 피딩 공정 후 2회 이상의 믹싱 공정을 수행할 수 있고, 혹은 2회 이상의 피딩 공정 후 1회의 믹싱 공정을 수행하고, 다시 2회 이상의 피딩 공정 후 1회의 믹싱 공정을 수행할 수 있으며, 혹은 2회 이상의 피딩 공정 후 2회 이상의 믹싱 공정, 이어서 2회 이상의 피딩 공정 후 2회 이상의 믹싱 공정을 수행할 수도 있다.

즉, 본 발명에서는 피딩 및 믹싱 공정을 번갈아 수행하면 되고, 각 공정 시 수행 횟수는 특별히 제한하지는 않으나, 피딩 공정은 적어도 2회 이상 수행하는 것이, 피딩 공정-믹싱 공정-피딩 공정과 같이 번갈아 수행할 수 있어 바람직하다.

한편, 본 발명에서는 용융된 고분자 수지에 대하여 2회 이상의 피딩 및 1회 이상의 믹싱 공정을 번갈아 수행한 뒤, 이를 압출하는 공정에 앞서 바로 전 단계로 니딩하는 공정을 수행함으로써, 용융된 고분자 수지(10) 내에 포함된 수분을 효과적으로 제거하여 압출구(3) 측으로 이송시킬 때 샤프트(14a)에 가해지는 부하를 현저히 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 믹싱 공정 후 수행되는 피딩 공정 시 피딩 존(11a')에 연결된 진공 펌프(15a)나, 상기 니딩 공정 시 니딩 존(11c)에 연결된 진공 펌프(15b)를 이용하여 용융된 고분자 수지로부터 방출되는 수분을 진공 펌프를 이용하여 외부로 배출하여 고분자 수지 내 수분 함량을 효과적으로 감소시킬 수 있고, 혹은 상기 니딩 공정 시 니딩 존(11c)에 연결된 진공 펌프(15)를 이용하여 고분자 수지 내 수분 함량을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

이후, 본 발명에서는 니딩된 고분자 수지를 압출 다이(16)를 통해 압출시키는 단계(d)를 수행할 수 있다.

단, 상기 니딩된 고분자 수지를 압출시키기에 앞서 그 수분 함량을 측정하는 단계를 수행할 수 있는데, 측정된 수분 함량이 10중량%를 초과하는 경우 압출 공정(d)을 수행하지 않고, 상기 (a) 내지 (c) 공정으로, 즉 파쇄, 공급, 피딩, 믹싱 및 니딩의 연속하는 공정을 1회 이상 반복하여 수행하여 최종적으로 압출 대상이 되는 고분자 수지 내의 수분 함량을 10중량% 이하로 감소시킬 수 있다.

상기 압출 다이(16)를 통해 압출되는 고분자 수지(10) 내에 포함된 수분의 함량이 10중량%를 초과하는 경우, 스트랜드(strand) 형태로 압출이 어려워 압출품의 품질이 현저히 저하될 수 있다.

한편, 본 발명의 압출 방법에서 사용되는 고분자 수지의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술분야에서 압출의 원료로 사용될 수 있는 열가소성 수지라면 제한없이 사용될 수 있는 것이나, 보다 구체적인 예를 들면, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아로마틱폴리아마이드, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리페닐렌설파이드, 열방성액정고분자, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴레이트, 폴리메틸메틸아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 공중합체, 폴리테트라메틸렌옥사이드-1,4-부탄디올 공중합체, 스티렌을 포함하는 공중합체, 불소계수지, 폴리비닐클로라이드 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 기타 목적에 따라 충진제 등을 부가하여 사용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 상기와 같이 본 발명에서 제공하는 압출 장치 또는 압출 방법에 의해 제조되는 고분자 수지 압출품을 제공한다.

본 발명에서 제공하는 고분자 수지의 압출품은 본 발명에서 제공하는 압출 장치 또는 이를 이용한 압출 방법에 의해 제조됨으로써 탄성 등의 물성이 매우 우수하여 자동차 내장 또는 외장 부품으로, 예를 들어, 도어트림, 도어스커프, 필러트림, 범퍼가드, 휠가드 또는 머드가드 등의 용도로 다양하게 사용될 수 있다.

실시예

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

고분자 수지로써 폴리프로필렌 공중합체를 도 2에 도시된 압출 장치를 이용하여 압출하였다. 보다 상세하게는 수분 함량이 38중량%인 폴리프로필렌-부틸렌 고분자 수지를 열가소성 폴리프로필렌 탄성체 수지 스크랩과 혼합한 뒤, 슈레더 타입의 파쇄기로 입경이 1~5cm가 되도록 파쇄한 뒤, 호퍼를 통해 배럴 내부에 공급하였다. 이후 배럴 내부에 공급된 고분자 수지는 히터에 의해 175℃의 온도 조건에서 용융되어 피딩존-믹싱존-믹싱존-피딩존-믹싱존-믹싱존으로 배치한 스크류 배열을 통과한 뒤, 니딩 존에서 진공 펌프에 의해 수분이 최종적으로 제거된 뒤 압출 다이를 통해 압출 스트랜드 형태로 압출되었다.

상기한 공정 중 파쇄기로부터 얻어진 파쇄물의 사진은 도 3에, 최종 얻어진 스트랜드 형태의 압출품은 도 4에 사진으로 도시하였고, 이를 펠렛화한 것은 도 5에 사진으로 도시하였으며, 얻어진 압출품을 이용해 제조된 휠가드(H사, 상용차 휠가드)는 도 6에 사진으로 도시하였다.

단, 본 발명의 압출 장치의 수분 제거 효과를 평가하기 위하여 압출 다이 직전의 고분자 수지를 일정량 취하여 그에 포함된 수분 함량을 측정해 그 결과를 하기 표 1에 종래의 방법(비교예 1)과 비교해서 나타내었고, 본 발명에서 제공하는 압출품의 품질을 평가하기 위하여 자동차용 휠가드용 조성물을 기반으로 물성이 개선된 조성물을 얻어 표 2에 함께 나타내었다.

[비교예 1]

고분자 수지로써 폴리프로필렌 공중합체를 도 1에 도시된 종래의 압출 장치를 이용하여 압출하였다. 보다 상세하게는 수분 함량이 38중량%인 폴리프로필렌-부틸렌 고분자 수지를 호퍼를 통해 배럴 내부에 공급하였다. 이후 배럴 내부에 공급된 고분자 수지는 히터에 의해 용융되어 압출구 측으로 이송된 뒤 압출 다이를 통해 압출 스트랜드 형태로 압출되지 못해 용융 덩어리 형태로 공기중에서 냉각하였다.

이때, 상기 압출 다이 직전의 고분자 수지를 일정량 취하여 그에 포함된 수분 함량을 측정해 그 결과를 하기 표 1에 나타내었고, 최종 얻어진 압출품의 수분을 평가해 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다.

수분제거율 비교

구분	실시예 1	비교예 1
실시예 1	9.7%	25%

상용차 휠가드용 조성물의 물성 개선 사례

구분		실시예 1 적용	기존 조성물
조 성	범퍼스크랩	50	55
	폴리프로필렌 공중합체	25	35
	실시예 1 (수분제거품)	15	0
	탈크	5	5
	기타	5	5
물 성	비중	0.98	1.01
	인장강도(MPa)	12	12
	신율(%)	90	55
	굴곡탄성율(MPa)	687	800
	충격강도(J/m)	370	320
	열변형온도(℃)	85	85

㈜ H사, 재료규격 기준(MS220-90)에 의거하여 평가한 결과

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 압출 장치를 이용한 경우(실시예 1), 압출 다이에서 압출되는 고분자 수지 내의 수분 함량이 9.7중량%이나, 종래 압출 장치를 이용한 경우(비교예 1), 수분 함량이 25중량%로 15중량%를 초과한 것을 볼 수 있다. 따라서 비교예 1의 압출품은 고분자수지로 가공이 불가능하다.

그 결과, 표 2에 본 발명에 따른 압출품(실시예 1)을 적용한 실제 고분자 수지 조성물에 적용한 경우, 굴곡탄성율이 687Mpa, 신율 90%, 충격강도 370J/m 수준으로 자동차의 외장 부품에 적합한 것을 볼 수 있다. 특히 종래의 조성물은 굴곡탄성율이 높아 사출품의 조립시, 잘 구부려지지 않아 조립 작업에 어려움이 있고 동절기 운행시, 돌 등 이물질의 충격에 깨지기 쉬우나 실시예 1을 적용한 부품은 비중이 낮아 경량화 효과가 있고 또한 굴곡탄성율이 낮아, 작업성이 상대적으로 개선되는 등 유용한 고분자 수지 조성물로 활용이 가능하다.

더욱이, 도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따라 제습제를 추가함으로써 작은 입경을 갖는 고분자 수지 파쇄물이 얻어진 것을 볼 수 있고, 도 4 및 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 압출품은 불량 없이 제조된 것을 볼 수 있으며, 특히나 도 6에서 보는 바와 같이 휠가드 등의 자동차 부품으로도 적용이 가능한 것을 볼 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1, 21: 내부 공간
2, 22: 호퍼
3, 23: 압출구
10: 고분자 수지
11, 24: 배럴
11a, 11a': 피딩존
11b, 11b': 믹싱존
11c: 니딩존
12: 파쇄기
14, 25: 압출 스크류
14a, 25a: 샤프트
14b, 25b: 플라이트
15a, 15b: 진공 펌프
16: 압출 다이
25c: 믹싱 엘리먼트
100: 본 발명의 압출 장치
200: 종래 압출 장치

Claims

내부 공간을 포함하고, 그 일측에는 고분자 수지를 공급하는 호퍼가 구비되며, 타측에는 고분자 수지가 배출되는 압출구를 포함하는 배럴;
상기 호퍼의 전단에 설치되며, 고분자 수지를 파쇄하는 파쇄기;
상기 배럴을 가열하여 고분자 수지를 용융시키는 가열수단;
상기 배럴의 내부 공간에 설치되며, 회전축을 중심으로 회전하여 호퍼로부터 공급된 고분자 수지를 압출구 측으로 이동시키는 압출 스크류; 및
상기 압출구와 연결되어 용융된 고분자 수지를 압출 및 토출하는 압출 다이를 포함하며,
상기 배럴은 압출구의 전단에 니딩 존(kneading zone)을 포함하며, 상기 니딩 존의 전단에는 2개 이상의 피딩 존(feeding zone)과 1개 이상의 믹싱 존(mixing zone)이 번갈아 배치되는 것을 특징으로 하는, 고분자 수지 내 수분 제거 장치.
제1항에 있어서,
상기 파쇄기는 저속 또는 중속 슈레더(shredder) 타입의 파쇄기인, 고분자 수지 내 수분 제거 장치.
제1항에 있어서,
상기 압출 스크류는 단축 또는 이축 스크류인, 고분자 수지 내 수분 제거 장치.
제3항에 있어서,
상기 이축 스크류는 엇회전(counter-rotate) 방식에 의하는, 고분자 수지 내 수분 제거 장치.
제1항에 있어서,
상기 배럴의 L/D는 28 ~ 40인, 고분자 수지 내 수분 제거 장치.
제1항에 있어서,
상기 믹싱 존의 후단에 배치되는 피딩 존에는 고분자 수지로부터 방출된 수분을 배출시키는 진공 펌프를 더 포함하는, 고분자 수지 내 수분 제거 장치.
제1항에 있어서,
상기 니딩 존에는 고분자 수지로부터 방출된 수분을 배출시키는 진공 펌프를 더 포함하는, 고분자 수지 내 수분 제거 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 고분자 수지 내 수분 제거 장치를 이용한 고분자 수지 내 수분 제거 방법으로서,
(a) 파쇄기를 이용하여 고분자 수지를 파쇄하는 단계;
(b) 파쇄된 고분자 수지를 호퍼를 통해 배럴 내로 공급하는 단계;
(c) 상기 배럴 내로 공급된 고분자 수지를 압출 스크류를 이용하여 2회 이상의 피딩(feeding) 및 1회 이상의 믹싱(mixing)을 번갈아 한 뒤, 니딩(kneading)하는 단계; 및
(d) 니딩된 고분자 수지를 압출 다이를 통해 압출하는 단계를 포함하는, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제8항에 있어서,
상기 파쇄하는 단계 시 고분자 수지에 제습제를 첨가하여 수행되는, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제9항에 있어서,
상기 제습제는 수분 함량이 10중량% 이하인 고분자 수지, 충진제 및 스크랩(scrap)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제10항에 있어서,
상기 충진제는 탈크(Talc), 미네랄 필러(Mineral Filler) 또는 휘스커(Whisker)인, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제10항에 있어서,
상기 스크랩은 자동차 또는 전기전자제품 제조공정에서 발생하는 스푸루(sprue), 런너(runner), 사출 불량품 또는 폐기 제품인, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제10항에 있어서,
상기 수분 함량이 10중량% 이하인 고분자 수지는 10~20중량%의 양으로 첨가되는, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제10항에 있어서,
상기 충진제는 3~10중량%의 양으로 첨가되는, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제10항에 있어서,
상기 스크랩은 5~50중량%의 양으로 첨가되는, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제8항에 있어서,
상기 배럴 내로 공급된 고분자 수지는 가열 수단에 의해 용융되는, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제8항에 있어서,
상기 압출하는 단계에 앞서 니딩된 고분자 수지의 수분 함량을 측정하는 단계를 더 포함하는, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제17항에 있어서,
니딩된 고분자 수지의 수분 함량이 10중량%를 초과하는 경우, 그 수분 함량이 10중량% 이하가 되도록 (a) 내지 (c)의 단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제8항에 있어서,
상기 니딩하는 단계 시 용융된 고분자 수지로부터 방출되는 수분을 진공 펌프를 이용하여 외부로 배출하는, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
제8항에 있어서,
상기 고분자 수지는 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아로마틱폴리아마이드, 폴리아마이드, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌, 폴리페닐렌설파이드, 열방성액정고분자, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴레이트, 폴리메틸메틸아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 공중합체, 폴리테트라메틸렌옥사이드-1,4-부탄디올 공중합체, 스티렌을 포함하는 공중합체, 불소계수지, 폴리비닐클로라이드 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인, 고분자 수지 내 수분 제거 방법.
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