KR101661484B1 - 폴리머 물품을 성형하기 위한 개량된 프로세스 - Google Patents
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Abstract
성형품(17)을 제조하기 위한 프로세스(2)는 균일한 입자 블렌드를 형성하기 위해 복수의 상이한 미립자화된 성분들(11)을 건식 혼합하는 단계(8), 인서트(39, 60)를 포함하는 배출 유닛(19) 내에 질량 유동을 실질적으로 형성함으로써 입자 블렌드를 재혼합하는 단계 및 성형품(17)을 형성하기 위해 부품 성형기(15) 내에서 입자 블렌드를 성형하는 단계를 포함한다.
Description
우선권 주장
본 출원은 그 내용이 본 명세서에 그대로 참조로서 포함되어 있는 미국 가출원 제 61/036,692호[와리아(Walia) 등에 의해 2008년 3월 14일 출원된 "폴리머 물품을 성형하기 위한 프로세스(PROCESS FOR SHAPING POLYMERIC ARTICLES)"]의 출원일의 이득을 청구한다.
발명의 분야
본 발명은 성형된 열가소성 물품 및 그 제조 프로세스에 관한 것이고, 일 특정 양태에서 성형 전에 프레스에서 합성되는(compound) 성형된 폴리올레핀 물품에 관한 것이다.
플라스틱 블렌드(blend)의 분야에서, 플라스틱 재료를 합성하기 위한 개량된 프로세스가 계속 요구되고 있다. 예를 들어, 조립 부품을 제조하기 위한 프로세스 단계의 수를 감소시킬 필요가 있다. 열가소성 폴리올레핀의 분야에서, 예를 들어 사전 제작 합성 단계, 특히 개시 재료에 열을 가하고, 처리를 위한 에너지 소비를 요구하고, 또는 이들 양쪽 모두를 실행하는 단계에 대한 의존성을 감소시키는 효과적인 재료 시스템을 갖는 것이 매력적으로 남아 있다. 특히, 종종 사전 제작 합성 단계에 의존하는 현재의 프로세스와 유사한 일관성 및 품질을 조립 부품에 제공하기 위한 개량된 프로세스가 매력적일 것이다. 이러한 개량된 프로세스는, 블렌드 재료의 조성을 급속하게 변경시키는 능력, 적어도 하나의 합성 단계를 제거함으로써 플라스틱의 열적 열화를 감소시키는 능력, 폐기물을 감소시키는 능력 또는 전체 처리 비용을 감소시키는 능력 중 하나 이상을 포함하는 장점을 가질 수 있다. "프레스에서의(at-press)" 합성에 대한 하나의 특히 매력적인 해법은 모든 용도에 대해 본 명세서에 명시적으로 참조로서 포함되어 있는 미국 특허 출원 제 11/736,342호 및 제 11/821,706호에 개시되어 있다. 이러한 "프레스에서의" 합성에서, 상승된 온도에서 개별 폴리머 성분을 함께 사전 합성하는(pre-compounding) 단계를 회피하고, 특히 하나 이상의 폴리올레핀을 서로 사전 합성하거나 또는 열가소성 폴리올레핀과 같은 탄성 중합 재료와 사전 합성하는 단계를 회피하는 것이 가능하다.
프레스에서의 합성을 위한 시도시에 만나게 되는 하나의 잠재적인 어려움은 입경, 밀도, 탄성도, 전기 전도도 또는 다른 특성의 차이에 기인하여 몇몇 재료들이 편석(segregation)되는 경향의 결과이다. 재료의 하나 이상은 또한 응집을 형성할 수도 있다. 다른 잠재적인 어려움의 원인은 결과적으로 예를 들어 호퍼 또는 믹서(mixer) 내로 이 재료의 공급을 제어하는 밸브와 간섭함으로써 재료의 하나 이상이 투여 메커니즘과 간섭하면 발생할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 당 기술 분야에서 최근 보여지는 진보에서, 이들 고려 사항의 하나 이상을 회피하기 위해 추가의 개량된 프로세스에 대한 요구가 계속되고 있다.
이 기술 분야의 프로세스에 접근하는 문헌으로부터의 예는, 미국 특허 제 3,797,707호, 제 4,286,883호, 제 6,111,306호, 제 5,559,099호, 제 6,951,900호 및 제 6,403,691호, 유럽 특허 제 958118 B1호, WO1997021528 A1호, 트록셀 티. 지.(Troxel T. G)의 "고도의 편석 재료를 위한 텀블 블렌더의 모델링 및 스케일업(Modeling and scale-up of tumble blenders for highly segregating materials)", AlChE 춘계 전국 모임(Spring National Meeting), 회의 회보(Conference Proceedings), 미국 플로리다주 올랜드, 2006년 4월 23일-27일, 맥글린치 디.(McGlinchey D.) 등의 "공압식 이송 라인 내의 입자 편석(Particle segregation in pneumatic conveying lines)", IMechE 회의 회보(Conference Transactions), 2000년, 및 탱 피.(Tang P.) 등의 "편석을 최소화하기 위한 방법: 개설(Methods for Minimizing Segregation: A Review)", 미립자 과학 및 기술(Particulate Science and Technology), vol. 22, No. 4, 2004년, 페이지 321-337에 포함되어 있고, 이들 모두는 모든 목적으로 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.
일 양태에서, 본 발명은 균일한 입자 블렌드를 형성하기 위해 복수의 상이한 미립자화된 성분들(예를 들어, 제 1 폴리올레핀을 포함하는 제 1 재료, 미립자화된 충전재 및 제 2 폴리올레핀의 혼합물을 포함하는 제 2 재료, 엘라스토머 등을 포함하는 제 3 재료)을 건식 혼합하는 단계; 인서트를 갖는 배출 유닛을 통해 입자 블렌드를 유동시킴으로써 입자 블렌드를 재혼합하여 실질적으로 편석을 방지하는 단계로서, 인서트 내부의 유동은 질량 유동의 특징을 나타내고 인서트 외부의 유동은 질량 유동의 특징을 나타내는 단계; 부품 성형기의 스크류 및 배럴 조립체 내로 재혼합된 입자 블렌드를 도입하는 단계; 용융 블렌드를 형성하기 위해 스크류 및 배럴 조립체 내에 미립자화된 성분들을 용융 혼합하는 단계; 및 성형품(shaped article)을 형성하기 위해 부품 성형기 내에서 용융 블렌드를 성형하는 단계;를 포함하는 성형품을 제조하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 프로세스는 건식 혼합 단계와 부품 성형기의 스크류 및 배럴 조립체 내로 재혼합된 입자 블렌드를 도입하는 단계 사이에 복수의 상이한 미립자화된 성분들을 용융 혼합하는 단계가 없다는 것이 유리하다. 성형품은 일반적으로 약 1 g 을 초과하는 질량을 갖는다.
프로세스는 이하의 특징, 즉 복수의 상이한 미립자화된 성분들이 제 1 폴리올레핀을 포함하는 재료(예를 들어, 제 1 재료)를 포함하고; 복수의 상이한 미립자화된 성분들이 미립자화된 충전재와 제 2 폴리올레핀의 혼합물을 포함하는 재료(예를 들어, 제 2 재료)를 포함하고; 복수의 상이한 미립자화된 성분들이 약 40℃ 초과의 용융 온도 또는 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 물질인 엘라스토머를 포함하는 재료(예를 들어, 제 3 재료)를 포함하고; 상기 재료들 중 적어도 하나(예를 들어, 제 1, 제 2 또는 제 3 재료들 중 적어도 하나)는 i) 실질적으로 유사 입자(like particles)의 응집을 감소시키기 위한 첨가제, ii) 블렌더의 벽에서 재료의 축적을 감소시키고, 입자의 고유 편석을 감소시키고, 또는 축적 감소 및 고유 편석 감소의 양자 모두를 위한 정전기 방지 화합물, 또는 iii) 상기 i) 및 ii)의 모두를 추가로 포함하고; 상기 재료들 중 적어도 하나(예를 들어, 제 1, 제 2 또는 제 3 재료들 중 적어도 하나)는 흡습성인 정전기 방지 화합물을 포함하고; 상기 재료들 중 적어도 하나(예를 들어, 제 1, 제 2 또는 제 3 재료들 중 적어도 하나)는 모노글리세라이드, 에톡실산화 지방산 아민 및 디에탄올아미드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 정전기 방지 화합물을 포함하고; 정전기 방지 화합물의 농도는 정전기 방지제 함유 재료의 총 중량에 기초하여 약 5% 미만이고; 프로세스는 건식 혼합 단계에 앞서 제 1 재료, 제 2 재료 및 제 3 재료들 중 최대 2개를 사전 합성하는 단계를 추가로 포함하고; 배출 유닛(예를 들어, 블렌더 배출 유닛 또는 부품 성형기 호퍼)은 수직방향에서 제 1 각도를 형성하는 내향 및 하향 경사 내부면을 갖는 외부 구조체를 포함하고, 인서트는 외부 구조체 내에 지지되고 수직방향에서 제 1 각도보다 작은 제 2 각도를 형성하는 내향 및 하향 경사 외부면을 갖는 내부 구조체를 포함하고; 외부 구조체의 내향 및 하향 경사 외부면은 입자 블렌드(예를 들어, 편석된 유사 입자를 포함하는 입자 블렌드)의 제 1 부분을 배출하기 위해 외부 구조체의 저부에 일반적으로 위치된 제 1 개구로 연장되고, 내부 구조체의 내향 및 하향 경사 외부면은 입자 블렌드(예를 들어, 편석된 유사 입자를 포함하는 입자 블렌드)의 제 2 부분을 배출하는 내부 구조체의 저부에 일반적으로 위치된 제 2 개구로 연장되고; 배출 유닛을 통과하는 수평면에서, 제 1 평균 수직 질량 플럭스(F1)는 외부 구조체의 내부면과 내부 구조체의 외부면 사이에 형성되고, 제 2 평균 수직 질량 플럭스(F2)가 내부 구조체의 내부면 사이에 형성되고, F1 및 F2의 비는 약 0.1 내지 약 10이고; 외부 구조체의 환형 내향 및 하향 경사 외부면과 수평면 사이의 제 1 각도는 약 60도를 초과하고; 인서트는 상이한 질량 플럭스를 갖는 인서트 내의 적어도 2개의 영역을 포함하는 제 2 질량 유동을 형성하기 위해 내부 구조체의 내부면에 부착된 복수의 핀을 포함하고, 질량 플럭스는 동일한 수평면 상에서 측정되고; 인서트는 그를 통한 중심 질량 유량을 허용하도록 구성된 중심 구조체를 추가로 포함하고, 중심 구조체는 인서트 내에 종방향으로 하향 연장하고 일반적으로 일정한 횡방향 단면을 갖고; 배출 유닛(예를 들어, 블렌더 배출 유닛)의 내향 및 하향 경사 내부면, 인서트의 내향 및 하향 경사 외부면 또는 양자 모두는 절두 원추형 폐쇄된 환형 구조를 갖는 원추체, 수렴하는 벽을 갖는 다면체, 또는 이들 양자 모두의 조합이고; 프로세스는 재료들 중 하나 이상(예를 들어, 제 1, 제 2 및 제 3 재료들 중 하나 이상)이 블렌더로의 공급 단계에 앞서 슬라이드 게이트(slide-gate) 내에 축적되는 것을 방지하기 위한 밸브 인서트를 갖는 슬라이드 게이트를 제어하기 위한 단계를 추가로 포함하고, 밸브 인서트는 웨지형 또는 만곡형이고; 프로세스는 블렌더로부터 부품 성형기로 균일한 입자 블렌드를 이송하는 단계를 추가로 포함하고; 블렌더는 중력 혼합기이고, 부품 성형기는 사출 성형기이고; 프로세스는 정적 혼합기를 통해 균일한 입자 블렌드를 통과시키는 단계를 추가로 포함하고; 균일한 입자 블렌드는 제 1 열가소성 물질을 포함하는 제 1 재료, 미립자화된 충전재와 제 2 열가소성 물질의 혼합물을 포함하는 제 2 재료를 포함하고; 제 1 열가소성 물질은 엘라스토머, 폴리올레핀, 또는 양자 모두를 포함하고; 제 2 열가소성 물질은 엘라스토머, 폴리올레핀, 또는 양자 모두를 포함하고; 제 1 재료는 균일한 입자 블렌드의 총 중량에 기초하여, 약 30 내지 약 90 중량부들의 농도로 존재하고; 제 2 재료는 균일한 입자 블렌드의 총 중량에 기초하여, 약 10 내지 약 50 중량부들의 농도로 존재하고; 균일한 입자 블렌드는 균일한 입자 블렌드의 총 중량에 기초하여 약 3 wt% 초과의 총 엘라스토머 농도를 포함하고; 균일한 입자 블렌드는 균일한 입자 블렌드의 총 중량에 기초하여 약 30 wt% 초과의 총 폴리올레핀(예를 들어, 폴리프로필렌) 농도를 포함하고; 프로세스는 적어도 하나의 공급 소스로부터 블렌더로 각각 i) 제 1 폴리올레핀을 포함하는 약 30 내지 약 90 중량부들의 제 1 재료, ii) 미립자화된 충전재, 제 2 폴리올레핀, 및 글리세롤 모노스테아레이트, 에톡실산화 지방산 아민, 디에탄올아미드 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 정전기 방지제의 혼합물을 포함하는 최대 약 50 중량부들의 제 2 재료, 및 iii) 엘라스토머를 포함하는 약 3 내지 약 40 중량부들의 제 3 재료를 공급하는 단계를 추가로 포함하고; 인서트는 외부 구조체에 의해 동축으로 지지되고; 블렌더는 중심화된(centralized) 블렌더이고, 프로세스는 부품 성형기로 균일한 입자 블렌드를 이송하는 단계를 포함하고; 이송 단계는 배출 유닛의 수용 영역에서 출구 개구를 갖는 일반적으로 폐쇄된 튜브를 통해 균일한 입자 블렌드를 이송하는 것을 포함하고; 혼합 단계는 블렌더 내에 균일한 입자 블렌드를 형성하기 위해 제 1, 제 2 및 제 3 재료의 복수의 입자를 혼합하는 것을 포함하고; 출구 개구에서의 입자 블렌드의 평균 유동 방향과 하향 수직 방향 사이의 각도는 약 30°미만인 단계이고; 또는 이송 단계는 배출 유닛의 수용 영역에서 분배기를 통해 균일한 입자 블렌드를 통과시키는 것을 포함하고, 분배기는 균일한 입자 블렌드의 평균 속도, 속도의 표준 편차를 변경시키는, 특징들 중 하나 또는 임의의 조합을 가질 수 있는 것으로 고려된다.
다른 양태에서, 본 발명은 제 1, 제 2 및 제 3 재료의 개별 소스와 소통하는 블렌더; 블렌더와 소통하는 배출 유닛(예를 들어, 블렌더 배출 유닛 또는 부품 성형기 호퍼)으로서, 배출 유닛은 수직방향에서 제 1 각도를 형성하는 내향 및 하향 경사 내부면을 갖는 외부 구조체를 포함하고, 배출 유닛은 외부 구조체 내에 지지되고 수직방향에서 제 1 각도보다 작은 제 2 각도를 형성하는 내향 및 하향 경사 외부면을 갖는 내부 구조체를 갖는 인서트를 포함하는 배출 유닛; 및 배출 유닛과 소통하는 부품 성형기를 포함하고; 블렌더는 제 1, 제 2 및 제 3 재료를 혼합하여 일반적으로 균일한 입자 블렌드를 형성하도록 구성되고, 인서트는 배출 유닛 내에 질량 유동을 실질적으로 형성함으로써 균일한 입자 블렌드로부터 편석된 유사 입자를 재조합(예를 들어, 재혼합)하도록 구성되는 성형품을 형성하기 위한 시스템에 관한 것이다.
시스템은 이하의 특징, 즉 i) 제 1 폴리올레핀을 포함하는 제 1 재료, ii) 미립자화된 충전재, 제 2 폴리올레핀 및 글리세롤 모노스테아레이트, 에톡실산화 지방산 아민, 디에탄올아미드 및 이들의 임의의 조합을 갖는 정전기 방지제의 혼합물을 포함하는 제 2 재료, iii) 엘라스토머를 포함하는 제 3 재료의 개별 소스와, 블렌더에 의해 수용되는 제 1, 제 2 및 제 3 재료들 중 하나 이상을 투여하도록 구성된 적어도 하나의 슬라이드 게이트 조립체를 포함하고, 적어도 하나의 슬라이드 게이트 조립체는 상기 슬라이드 게이트 조립체를 통해 유동하는 제 1, 제 2 및 제 3 재료들 중 적어도 하나의 폐색을 실질적으로 방지하도록 구성된 밸브 인서트를 갖는 밸브를 포함하고, 블렌더는 수직방향에서 제 1 각도를 형성하는 절두 원추형 폐쇄된 환형 내향 및 하향 경사 내부면을 갖는 외부 원추체를 포함하고, 블렌더는 일반적으로 균일한 입자 블렌드를 형성하기 위해 제 1, 제 2 및 제 3 재료를 혼합하도록 구성되고; 인서트는 배출 유닛 내에 질량 유동을 실질적으로 형성함으로써 균일한 입자 블렌드로부터 편석된 유사 입자를 재조합하도록 구성되고; 또는 인서트는 수평면에서 외부 구조체의 내부면과 내부 구조체의 외부면 사이에 제 1 수직 질량 플럭스 및 내부 구조체의 내부면과 핀 사이에 복수의 상이한 제 2 수직 질량 플러스를 생성하기 위해 내부 구조체의 내부에 부착된 복수의 핀을 추가로 포함하는, 특징들 중 하나 또는 임의의 조합을 가질 수 있는 것이 고려된다.
도 1a는 본 발명의 일 양태의 프로세스 단계의 예시적인 흐름도.
도 1b는 본 발명의 일 양태의 시스템의 예시적인 흐름도.
도 2a 내지 도 2b는 각각 폐쇄 위치 및 개방 위치에서의 예시적인 슬라이드 게이트 조립체의 사시도.
도 3은 종래의 실시예의 예시적인 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 양태의 예시적인 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 양태의 예시적인 단면도.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 다른 양태의 단면도.
도 7은 예시적인 분배기를 도시하는 도면.
도 8은 호퍼 내의 복수의 미립자화된 성분들을 포함하는 예시적인 호퍼를 도시하는 도면.
도 9는 호퍼 내의 복수의 미립자화된 성분들을 포함하는 예시적인 호퍼를 도시하는 도면.
도 10은 정전하를 갖는 입자를 포함하는 예시적인 호퍼를 도시하는 도면.
도 1b는 본 발명의 일 양태의 시스템의 예시적인 흐름도.
도 2a 내지 도 2b는 각각 폐쇄 위치 및 개방 위치에서의 예시적인 슬라이드 게이트 조립체의 사시도.
도 3은 종래의 실시예의 예시적인 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 양태의 예시적인 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 양태의 예시적인 단면도.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 다른 양태의 단면도.
도 7은 예시적인 분배기를 도시하는 도면.
도 8은 호퍼 내의 복수의 미립자화된 성분들을 포함하는 예시적인 호퍼를 도시하는 도면.
도 9는 호퍼 내의 복수의 미립자화된 성분들을 포함하는 예시적인 호퍼를 도시하는 도면.
도 10은 정전하를 갖는 입자를 포함하는 예시적인 호퍼를 도시하는 도면.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 특정 실시예를 참조하면, 본 발명은 성형품 및 특히 폴리머 화합물로부터 물품을 제조하기 위한 프로세스를 제공한다. 프로세스(2)는 개별 공급 단계(4)를 포함할 수 있다. 공급 단계(4)는 일반적으로 이들의 각각의 공급원(11, 11', 11")으로부터 블렌더(20) 또는 블렌더 호퍼로 폴리머 화합물의 성분을 공급하는 것을 포함한다. 본 명세서에 사용될 때, "성분"은 하나 이상의 성분 또는 재료를 의미한다. 본 명세서에 사용될 때 기준 성분의 예는, 제 1 재료, 제 2 재료 및 제 3 재료를 포함하지만, 추가의 또는 더 적은 재료의 사용이 고려되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제 1, 제 2 또는 제 3의 사용은 재료들 사이를 구별하기 위한 것이고, 본 발명의 범주를 한정하는 것으로서 의도되어서는 안 된다.
일반적으로, 본 발명의 프로세스는 폴리머 화합물이 예를 들어 폴리머 성분의 소스 및 제 2 폴리머 성분의 소스 또는 충전재 또는 보강재의 소스와 같은 적어도 2개의 공급 소스로부터의 성분을 포함하는 것을 고려한다. 하나의 특히 바람직한 해법은 예를 들어 제 1 폴리머(예를 들어, 제 2 열가소성 물질)의 소스, 제 2 폴리머(예를 들어, 제 2 열가소성 물질)의 소스 및 충전재 또는 보강재[예를 들어, 활석 마스터배치(masterbatch)]의 소스와 같은 적어도 3개의 공급 소스를 이용하는 것이다. 특히 바람직한 실시예에서, 성분은 3개의 소스, 즉 제 1 폴리올레핀을 포함하는 제 1 재료와, 미립자화된 충전재, 열가소성 물질(예를 들어, 제 2 폴리올레핀) 및 선택사양으로 정전기 방지제(글리세롤 모노스테아레이트, 에톡실산화 지방족 아민, 디에탄올아미드 또는 이들의 조합과 같은)의 혼합물을 포함하는 제 2 재료와, 엘라스토머(예를 들어, 열가소성 폴리올레핀)를 포함하는 제 3 재료의 각각에 대해 하나씩 3개의 소스로부터 공급된다.
프로세스는 도 1a에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 슬라이드 게이트 조립체를 제어하는 단계(6)를 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 각각 폐쇄 위치와 개방 위치에서의 예시적인 슬라이드 게이트 조립체(28)를 도시한다. 일 양태에서, 슬라이드 게이트 조립체(28)는 성분 중 적어도 하나(예를 들어, 제 1, 제 2 및 제 3 재료들 중 적어도 하나)를 투여하기 위한 적어도 하나의 블렌더 공급기 아래에 위치될 수 있다. 슬라이드 게이트 조립체(28)는 슬라이드 게이트(22) 및 밸브 인서트(24)를 포함할 수 있다. 밸브 인서트(24)는 제 1, 제 2 및 제 3 재료들 중 하나 이상이 블렌더에 의해 수용되기 전에 [예를 들어, 슬라이드 게이트(28)가 폐쇄 위치(도 2a)와 개방 위치(도 2b) 사이에서 이동할 때] 슬라이드 게이트 조립체(28) 내에 축적되는 것(예를 들어, 수집되고, 정체(jamming)되고, 죄여서 고정되는 등)을 방지하기 위해 웨지형, 만곡형 또는 다르게 구성될 수 있다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 프로세스는 건식 혼합 단계(8)를 포함하는 것으로 고려되고, 이 건식 혼합 단계 중에 제 1, 제 2 및 제 3 재료의 개별 입자(예를 들어, 펠릿)는 바람직하게는 재료를 용융시키지 않고 실질적으로 균일한 입자 블렌드를 형성하기 위해 블렌더(20) 내에서 혼합된다(예를 들어, 최대 건식 혼합 온도는 제 1, 제 2 및 제 3 재료들 중 적어도 하나, 바람직하게는 모두의 유리 전이 온도 또는 최대 용융 온도 미만임). 건식 혼합 단계(8) 후에, 프로세스는 예를 들어 블렌더 배출 유닛(19)을 통해 균일한 입자 건식 블렌드(즉, 균일한 입자 블렌드)를 배출하는 단계(10)를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 균일한 입자 블렌드는 부품 성형기(15)의 스크류 및 배럴 내에서 가열될 때까지 용융 혼합되지 않는다(예를 들어, 프레스에서의 혼합). 일 실시예에서, 입자 블렌드는 3개의 재료 중 단지 2개만을 포함할 수 있는데, 하나의 재료는 폴리머를 포함할 수 있고, 다른 재료는 충전재 또는 보강재(예를 들어, 활석 마스터배치, 글래스 파이버 농축물, 또는 양자 모두)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 블렌드는 냉각제, 성형품의 연삭으로부터 이용 가능한 재생물질(regrind) 또는 본 명세서에 설명된 바와 같은 다른 물질과 같은 하나 이상의 추가의 성분을 포함할 수 있다. 혼합 단계는 뱃치식(batch) 프로세스, 연속식 프로세스, 또는 다른 프로세스 및 이들의 임의의 조합일 수 있다. 유사하게, 공급(투여) 단계는 뱃치식 프로세스, 연속식 프로세스, 또는 다른 프로세스 및 이들의 임의의 조합일 수 있다.
예로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 인서트가 없는 배출 유닛(32)[예를 들어, 블렌더 배출 유닛(19), 성형기 호퍼(5) 등]을 갖는 통상적인 블렌더(30)가 이용된다. 이론에 구속되지 않고, 도 3의 장치 및 유사한 크기, 형상, 밀도, 탄성도 등 또는 이들의 임의의 조합을 갖거나 가질 수 있는 다양한 재료(예를 들어, 거친, 거칠지 않은 등)를 이용하는 통상적인 혼합(예를 들어, 중력 혼합, 기계적 혼합 또는 다른 혼합, 또는 이들의 임의의 조합)이 복수의 내부 유량 또는 플럭스를 초래할 수 있다. 블렌더로부터의 재료 블렌드의 배출시에, 이들 내부 유량 또는 플럭스는 재료 블렌드 내의 다양한 재료의 일부 편석을 유발할 수 있다. 일 예로서, 배출 유닛(32)은 "깔때기(funnel)"형 유동으로서 특징화되는 질량 유동을 가져, 수평 단면에서의 입자의 유량 또는 수직 질량 플럭스(즉, 단위 면적당 국부 유량)가 배출 유닛의 내부면(34)으로부터 거리에 따라 변하게 된다. "깔때기"형 유동은 다양한 재료의 재조합을 방지하는 경향이 있고, 다양한 재료의 편석을 유발하는 경향이 있고, 또는 양자 모두의 경향이 있다. 따라서, 깔때기형 유동은 외부 부분(31)에 의해 도시된 바와 같이 내부면(34)을 향해 제 1 입자(예를 들어, 거친 입자)를 모이게 하여 제 1 유량을 형성하는 경향이 있고, 제 2 입자(예를 들어, 미세 입자)는 중심부(33)를 향해 모이게 하여 제 2 유량을 형성하는 경향이 있고, 제 1 유량은 일반적으로 제 2 유량보다 작다. 수평면(50)을 따라, 입자 블렌드는 외부 부분(31) 부근에서는 제 1 수직 질량 플럭스(36)로서, 중심부(33)를 향해 제 2 수직 질량 플럭스(38)로서 유동하고, 제 1 수직 질량 플럭스(36)는 일반적으로 제 2 수직 질량 플럭스(38)보다 작다. 부분(31)의 응집된 제 1 입자는 "사장(dead)" 유동 또는 비유동 영역을 포함할 수 있고, 이는 유사한 입자의 편석 등을 더 촉진할 수 있다. 최종 깔때기 유동은 통상적으로 혼합 단계로부터의 일반적인 균일한(예를 들어, 동종) 입자 블렌드로부터 유사한 입자를 분리하기 시작하여 이에 의해 불균일한(예를 들어, 이종) 입자 블렌드를 형성한다. 예를 들어, 깔때기 유동을 갖는 일 실시예에서, 일 재료(예를 들어, 미세 재료)는 일반적으로 더 빠르게 또는 먼저 배출되어, 초기에 배출되는 재료가 비교적 높은 농도의 미세 재료를 갖게 된다. 이후에, 배출물은 비교적 낮은 농도의 일 재료(예를 들어, 미세 재료) 및 비교적 높은 농도의 다른 재료(예를 들어, 거친 재료)를 갖는 혼합물이다. 따라서, 깔때기형 유동은 통상적으로 가변 조성을 갖는 입자 블렌드 및/또는 가변 조성을 갖는 부품을 초래한다.
바람직하게는, 프로세스는 균일한 입자 블렌드(예를 들어, 건식 블렌드)로부터 편석된(예를 들어, 분리된) 유사 입자를 재조합(예를 들어, 재혼합)하는 단계를 추가로 포함한다. 재조합 단계는 배출 유닛(44)(예를 들어, 블렌더 배출, 성형기 호퍼 등)에 인서트(39)를 제공함으로써 성취된다. 일 양태에서, 인서트(39)는 바람직하게는 배출 유닛(44)을 통한 적어도 하나의 질량 유동을 형성함으로써 다양한 상이한 입자의 반경방향 편석(예를 들어, 좌우로)을 실질적으로 감소시키기 위해 구성된다. "질량"형 유동에서, 통상적으로 어떠한 "사장" 유동 또는 어떠한 유동 영역도 존재하지 않는다. 이와 같이, 인서트는 배출 유닛을 통해 균일한 입자 블렌드를 실질적으로 유지하도록[즉, 편석(12)의 방지 또는 실질적인 감소], 그리고 배출 유닛 내에 질량 유동을 부여함으로써 유사 입자의 잠재적인 편석의 효율적인 재조합(예를 들어, 재혼합)을 허용하도록 구성될 수 있고, 또는 양자 모두를 위해 구성될 수 있다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 모든 목적으로 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 미국 특허 제 3,797,707호[제니크(Jenike) 등, 1974년 3월 19일 허여됨] 및 제 4,286,883호[요한슨(Johanson), 1981년 9월 1일 허여됨]에 설명된 인서트와 같은 인서트(39)를 갖는 배출 유닛(예를 들어, 블렌더 배출 유닛, 성형기 호퍼 등)이 이용된다. 이론에 구속되지 않고, 내부면(48) 및 외부면(47)은 인서트가 없는 유사한 배출 유닛에서 배출 단계(예를 들어, 블렌더 배출 단계 또는 부품 성형기 호퍼로부터 부품 성형기의 스크류 및 배럴 조립체로 배출하는 단계)에 의해 발생된 "깔때기"형 유동을 실질적으로 감소시키거나 제거한다. 또한, 인서트는 입자의 편석(예를 들어, 미세 입자로부터의 거친 입자의 편석)을 실질적으로 감소시키거나 제거한다. 인서트는 "질량"형 유동의 특징을 나타내는 균일한 펠릿 블렌드의 유동을 생성할 수 있다. 예를 들어, 인서트의 내부 및 인서트의 외부의 유동은 질량 유동의 특징을 나타낼 수 있다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같은 특정 실시예를 참조하면, 배출 유닛(44)은 수직과 제 1 각도(46)를 형성하는 내향 및 하향 경사 내부면(43)을 갖는 폐쇄된 주위(예를 들어, 환형 등)를 갖는 외부 구조체(41)를 포함할 수 있다. 인서트(39)는 외부 구조체(41) 내에 지지되고(예를 들어, 동축으로 지지됨) 내향 및 하향 경사 내부면(48) 및 수직방향에서 제 2 각도(45)를 형성하는 외부면(47)을 갖는 폐쇄된 주위(예를 들어, 환형 등)를 갖는 내부 구조체(49)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 내부 구조체의 제 2 각도는 제 1 각도보다 작다. 예를 들어, 일 실시예에서, 외부 구조체의 환형 내향 및 하향 경사 외부면과 수직 사이의 제 1 각도는 약 30도 미만일 수 있다(즉, 외부면과 수평면 사이의 각도는 약 60도 초과일 수 있음). 외부 구조체, 내부 구조체 또는 양자 모두의 경사면은 일반적으로 원추체(예를 들어, 절두 원추체), 수렴하는 다각형(예를 들어, 4면체, 피라미드 등) 또는 다른 형상을 형성할 수 있다.
더 특정한 상세에서, 일 특정 예에서 알 수 있는 바와 같이, 도 4는 인서트(39)의 제 2 개구(32)와 일반적으로 평면인 제 1 개구(35)를 갖는 배출 유닛[예를 들어, 블렌더(20)에 부착됨]을 도시한다. 이 예에서, 외부 수직 질량 플럭스(40)는 일반적으로 수평면(50)을 따라 도 4에 도시된 바와 같이 내부 수직 질량 플럭스(42)와 유사하다(예를 들어, 외부 질량 유량은 일반적으로 내부 질량 유량과 유사함). 배출 유닛의 유동(예를 들어, 인서트의 내부 및 외부 모두의)은 "질량"형 유동의 특징을 나타낸다. 다른 특정 예에서, 도 5는 제 2 개구(37)가 제 1 개구(35)의 평면 아래에 배치되도록 제 1 개구(35)와 일반적으로 비평면인 제 2 개구(37)를 갖는 배출 유닛(44')을 도시한다. 따라서, 제 2 개구(37)는 제 1 개구(35)를 통해 연장된다. 이 예에서, 개구의 크기(예를 들어, 반경) 및 인서트 및 배출 유닛의 각도(즉, 제 1 및 제 2 각도)는 도 4에서와 동일하다. 제 1 개구(35)에 대한 제 2 개구(37)의 위치 설정은 수평면(50)을 따라 도 5에 도시된 바와 같이 내부 수직 질량 플럭스(42)보다 일반적으로 작은 외부 수직 질량 플럭스(40)를 생성한다(예를 들어, 외부 질량 유량은 일반적으로 내부 질량 유량보다 작음).
상기 예에 도시된 바와 같이, 소정의 수평면에서, 인서트 외부의 평균 수직 질량 플럭스 유량(즉, 외부 구조체의 내부면과 내부 구조체의 외부면 사이의)(F1)은 인서트 내부의 평균 수직 질량 플럭스 유량(즉, 내부 구조체의 내부면 사이의)(F2)과 동일하거나 상이할 수 있다. 통상적으로, F1/F2의 비는 약 0.1 내지 약 10, 더 일반적으로는 약 0.2 내지 약 5, 가장 일반적으로는 약 0.25 내지 약 4(예를 들어, 약 0.4 내지 약 2.5)이다. 그러나, 더 높거나 더 낮은 플럭스 비가 사용될 수 있다. 전술된 바와 같이, F1/F2의 비는 약 1일 수 있다(예를 들어, 약 0.8 내지 약 1.25).
제 1 개구의 단면 영역(A1)은 제 1 개구(35)에서의 내부 구조체(47)의 외부면과 외부 구조체의 내부면(43) 사이의 영역이다. 제 2 개구의 단면 영역(A2)은 제 2 개구(37)에서의 내부 구조체의 내부면(48)에 의해 형성된 영역이다. 제 1 개구를 통한 상대 유량 및 제 2 개구를 통한 상대 유량은 영역(A1, A2)에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 제 2 개구를 통한 유량에 대한 제 1 개구를 통한 유량의 비는, 비 A1/A2가 증가함에 따라 증가할 것이다. 일반적으로, A1/A2의 비는 약 0.1 내지 약 10, 더 일반적으로는 약 0.2 내지 약 5, 가장 일반적으로는 약 0.4 내지 약 2.5이다. 그러나, 더 높은거나 더 낮은 A1/A2 비가 사용될 수 있다. 비 A1/A2는 약 1일 수 있다(예를 들어, 약 0.8 내지 약 1.25).
도 6a, 도 6b 및 도 6c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예가 변형된 인서트(60)를 갖는 배출 유닛(44")(예를 들어, 블렌더 배출, 성형기 호퍼 등)을 제공함으로써 도시되어 있다. 전술된 인서트와 유사하게, 변형된 인서트(60)는 내향 및 하향 경사 내부면(63) 및 외부면(65)을 갖는 폐쇄된 주위를 포함할 수 있다. 변형된 인서트(60)는 배출 유닛(44")의 내부면(64)에 지지되거나(예를 들어, 동축으로 지지됨), 부착되거나, 다른 방법으로 할 수 있다. 도 6a는 블렌더(20') 또는 호퍼의 부분인 배출 유닛(44")을 도시한다. 변형된 인서트는 하나 이상의 핀(66), 중심 구조체(67) 또는 양자 모두의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 핀(46)은 변형된 인서트(60)의 내부면(63), 중심 구조체(67)(포함될 때), 또는 양자 모두의 조합에 부착될 수 있다. 중심 구조체(67)는 일반적으로 종방향으로(예를 들어, 수직으로) 연장하는 구조체일 수 있다. 일 양태에서, 중심 구조체(67)는 일정한 프로파일을 포함할 수 있지만, 필수적인 것은 아니다. 다른 양태에서, 중심 구조체(67)는 그를 통한 입자 유동[예를 들어, 일 특정 실시예에서 수직 질량 플럭스(52)에 의해 도 6b에 도시된 바와 같은]을 허용하기 위한 중공 구조체일 수 있지만, 필수적인 것은 아니다. 도 6b에 도시된 바와 같은 일 특정 실시예에서, 중심 구조체(67)는 핀(46)이 부착된 중공 구조체이다.
핀(66)은 바람직하게는 평활한 표면을 포함할 수 있지만, 필수적인 것은 아니다. 핀(66)은 일반적으로 편평한 표면, 일반적으로 만곡된 표면, 비틀림부 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 핀(66)은 유사하게 이격되거나 이격되지 않을 수도 있다. 핀은 유사한 길이, 폭, 반경 등을 가질 수 있고, 또는 이들은 상이할 수 있다. 이와 같이, 핀(66)은 다양한 수직 질량 플럭스 또는 국부 질량 유량[예를 들어, 일 특정 실시예에서 상이한 질량 유량 또는 수직 질량 플럭스(53, 54, 55, 56)에 의해 도 6b에 도시된 바와 같은]을 생성하도록 디자인될 수 있다. 외부 수직 질량 유량 또는 수직 질량 플럭스[예를 들어, 도 6b에 도시된 일 특정 실시예에서 질량 유량 또는 수직 질량 플럭스(51)에 의해 도시된 바와 같은]는 외부 구조체(60)의 내부면(64)과 변형된 인서트(60)의 외부면(65) 사이에 형성될 수 있다. 도 6b에 도시된 수직 질량 플럭스[예를 들어, 수직 질량 플럭스(51, 52, 53, 54, 55, 56)]는 변형된 인서트(60)를 갖는 배출 유닛(44")의 단면을 도시하는 도 6c에 추가로 도시되어 있다. 도 6c는 외부 구조체의 내부면(64)과 변형된 인서트(60)의 외부면(65) 사이, 변형된 인서트(60)의 내부면(63)과 중심 구조체(67)의 외부면(69) 사이, 및 중심 구조체(67)의 내부면(68) 사이에서 재료가 이동함에 따라 혼합된 재료의 다양한 질량 플럭스(61)를 도시한다.
일 양태에서, 변형된 인서트(60)는 본 명세서에 설명된 바와 같이 배출 유닛(44")(예를 들어, 블렌더 배출, 성형기 호퍼 등)을 통한 적어도 하나의 질량형 유동을 형성함으로써 다양한 상이한 입자의 반경방향 편석(예를 들어, 좌우로)을 실질적으로 감소시키기 위해 구성될 수 있다. 다른 양태에서, 변형된 인서트는 배출 유닛(44")을 통해 하나 이상의 수직 질량 플럭스, 하나 이상의 질량 유량 또는 양자 모두를 형성함으로써 다양한 상이한 입자의 축방향 편석(예를 들어, 상부로부터 저부로)을 실질적으로 감소시키기 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 블렌드 편석(깔때기형 유동, 정전기, 와류형 유동 등에 의해 발생될 수 있는 것과 같음)을 생성하는 프로세스에서, 조성물 내의 일시적인 편차를 감소시키기 위한 복수의 플럭스를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이는 성분의 농도의 편차가 하나 이상의 특성의 편차를 초래할 때 특히 매력적일 수 있다. 이와 같이, 도 6b 및 도 6c에 도시된 바와 같이 복수의 질량 플럭스를 제공함으로써, 입자의 재조합(예를 들어, 재혼합)이 성취될 수 있어 이에 의해 상이한 시간에 제조된 성형품의 특성의 편차 및/또는 축방향의 유사 미립자화된 성분의 특성의 편차를 감소시킨다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 프로세스는 호퍼(5)(바람직하게는, 인서트 또는 변형된 인서트를 포함함)와 같은 배출 유닛으로 그리고 부품 성형기(15) 내로(예를 들어, 입자 블렌드를 부품 성형기의 스크류 및 배럴 조립체 내에 도입함으로써) 공급하는 공급 단계(14), 성형품(17)을 형성하기 위해 성형기 내의 입자 블렌드를 성형하는 성형 단계(16)(예를 들어, 몰드, 다이 등과 같은 성형 도구를 통해), 또는 양자 모두의 조합을 추가로 포함한다.
블렌더로부터 배출하는 단계 및 부품 성형기로 공급하는 단계는 본 명세서에 설명된 바와 같이 동일한 장치 또는 단계를 통해(예를 들어, 블렌더 배출 및 부품 성형기의 호퍼는 함께 일체화되거나 동일한 구성 요소임) 또는 상이한 장치 또는 단계를 통해(예를 들어, 블렌더 배출 및 부품 성형기 호퍼는 일체화되지 않거나 상이한 구성 요소임) 성취될 수 있다. 프로세스는 본 명세서에 설명된 하나 이상의 단계 사이에 제 1 재료, 제 2 재료, 제 3 재료, 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 이송(예를 들어, 적어도 하나의 재료 공급 소스로부터 블렌더로, 블렌더 배출로부터 호퍼로 등)하는 것을 포함하는 이송 단계(18)를 포함할 수 있다.
본 발명은 상이한 재료를 포함하는 고체 폴리머 입자의 블렌드를 수용하도록 구성될 수 있는 부품 성형기(15)를 추가로 포함한다. 부품 성형기의 하나 이상의 특징의 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 열 에너지, 기계적 에너지 또는 양자 모두를 사용하여 폴리머를 용융하는 것과, 전단 에너지 등을 제공하여 상이한 재료를 혼합(예를 들어, 균질화)하는 것과, 용융된 폴리머를 성형품으로 성형하는 것 등과, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 부품 성형기의 예는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 사출 성형기, 블로우 성형기, 시트 또는 필름 압출기, 프로파일 압출기 등을 포함할 수 있다. 추가적으로, 부품 성형기는 다수의 재료를 사용하여 부품을 생성하기 위해 다른 부품 성형기(예를 들어, 공동 사출 성형, 공동 압출기 등, 또는 이들의 임의의 조합)와 결합될 수 있다.
일반적으로, 부품 성형기는 스크류 및 배럴 조립체를 포함할 수 있는 플라스틱 부품을 제작하는데 사용될 수 있다. 스크류 및 배럴 조립체는 이하의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있는데, 즉 약 15:1 초과의 길이 대 직경비, 스크류 및 배럴 조립체 내에서 제 1, 제 2 및 제 3 재료를 적용할 수 있는 적어도 약 100 psi의 배압, 스크류 및 배럴 조립체 내에 이용될 수 있는 약 25 내지 약 250 rpm의 스크류 속도, 약 180 내지 약 270℃의 온도, 또는 이들의 임의의 조합을 갖는다. 바람직한 프로세스는 균일한 펠릿 블렌드 내의 적어도 하나, 더욱 바람직하게는 전체의 폴리머 재료(예를 들어, 제 1, 제 2 및 제 3 재료)가 용융 상태에 있는 스크류 및 배럴 조립체 내의 온도를 이용한다.
본 명세서에 명시적으로 참조로서 포함되어 있는 미국 특허 출원 제 11/736,342호[존스(Jones) 등, 2007년 4월 17일 출원됨] 및 제 11/821,706호[위버스(Wevers) 등, 2007년 6월 25일 출원됨]에 설명된 바와 같이, 스크류 배럴 조립체의 스크류는 분산성 및 분배성 혼합을 제공하도록 채택될 수 있다. 예를 들어, 이는 복수의 유입 채널 및 유출 채널, 분산성 혼합을 제공하기 위한 적어도 하나의 하부 절단부를 포함하는 혼합 비행부(flight), 분배성 혼합을 제공하기 위한 적어도 하나의 바이패스 채널, 또는 분산성 혼합 및 분배성 혼합을 위한 다른 통상의 공지된 수단을 포함할 수 있다. 스크류는 분산성 및 분배성 혼합을 제공하기 위한 상기 수단의 조합을 갖고 채택될 수 있다는 것이 또한 이해된다.
부품 성형기에 의해 제조된 성형품은 임의의 크기 또는 형상일 수 있다. 바람직하게는, 성형품은 1 g 초과, 바람직하게는 3 g 초과, 가장 바람직하게는 10 g 초과의 질량을 갖는다. 성형품은 바람직하게는 추가의 스크류 및 배럴 조립체 내에서 용융 처리되도록 의도된 펠릿 또는 다른 펠릿은 아니다.
재료 공급 소스로부터 블렌더로, 블렌더로부터 부품 성형기 또는 존재시에 다른 것으로 입자 블렌드를 이송하는 단계(13)는 적합한 이송 거리에 걸쳐 발생할 것이다. 더욱이, 이송 거리는 일반적으로 약 100 미터 미만이지만, 가능하게는 그 이상이고, 더 일반적으로는 약 50 미터 미만, 가장 일반적으로는 약 10 미터 미만일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 이송 거리는 바람직하게는 8 미터 미만, 더 바람직하게는 5 미터 미만, 가장 바람직하게는 3 미터 미만이어야 한다.
블렌더로부터 부품 성형기로 입자 블렌드를 이송하는 단계(13)는 다수의 부품 성형기로 입자 블렌드를 전달하는(예를 들어, 공급) 단계를 수반할 수 있다. 즉, 단일 시스템이 건식 혼합된 성분을 복수의 부품 성형기에 공급한다.
이송 단계는 입자 컨베이어(13)를 사용하여 균일한 입자 블렌드를 이송하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이송 단계는 외부 개구를 갖는 이송 튜브를 통해 블렌더 또는 호퍼(예를 들어, 인서트 또는 변형된 인서트를 갖는 배출 유닛을 포함하는 블렌더 또는 호퍼) 내로 입자 블렌드(즉, 균일한 입자 블렌드)를 운반하는 단계를 포함할 수 있어, 입자 블렌드는 블렌더 또는 호퍼의 수용 영역 내로 유입되게 한다. 튜브를 나올 때의(즉, 튜브의 출구 개구에서) 입자 블렌드의 평균 유동 방향은 바람직하게는 일반적으로 하향 방향이다. 예를 들어, 평균 유동 방향과 하향 수직 방향 사이의 각도는 약 30°미만, 바람직하게는 약 10°미만, 더 바람직하게는 약 5°미만, 가장 바람직하게는 약 2°미만일 수 있다. 이송 튜브를 나오는 입자 블렌드의 유동은 실질적으로 접선 유동이 없을 수 있어, 본질적으로 어떠한 와류도 생성되지 않는다. 예를 들어, 이송 튜브는 바람직하게는 덮개의 중심에서 또는 그 부근에서 호퍼의 덮개(예를 들어, 덮개의 상부에)에 연결될 수 있다.
이송은, 중력 유동, 공압 이송 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 적합한 수단에 의한 것일 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 이송 조건은 호퍼 내의 재료의 상부층이 실질적으로 도약(saltation)이 없도록 이루어진다. 예를 들어, 이송 조건은 비교적 낮은 유량, 비교적 낮은 진공, 또는 양자 모두를 포함할 수 있다.
블렌더 또는 호퍼의 수용 영역에 진입할 때, 펠릿 블렌드는 입자의 유동을 더 균일하게 일반적으로 분배하기 위해 분배기 또는 다른 디바이스를 통해 통과될 수 있다. 분배기는 균일한 입자 블렌드의 평균 속도, 속도의 표준 편차, 또는 양자 모두를 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 분배기는 평균 속도(예를 들어, 속도의 하향 성분)를 감소시키고 그리고/또는 반경방향 외향 속도가 증가될 수 있게 한다. 분배기는 호퍼 내에서 펠릿 블렌드의 상부면을 일반적으로 수평(예를 들어, 20°미만, 바람직하게는 약 12°미만, 더 바람직하게는 약 8°미만, 가장 바람직하게는 약 4°미만의 각도를 가짐)으로 만들 수 있다. 분배기는 호퍼, 호퍼의 덮개 또는 이송 튜브에 부착될 수 있다. 일반적으로, 분배기는 이송 튜브 내에, 이송 튜브의 단부에 또는 이송 튜브의 출구 개구 아래에 위치될 것이다. 적합한 분배기는 편평한 일반적으로 수평 플레이트 또는 디스크와 같은 중실면을 갖는 분배기 또는 상향 지향 원추 또는 피라미드와 같은 일반적으로 상향 및 내향 경사면을 갖는 것들 등을 포함한다. 다른 적합한 분배기는 입자의 35% 미만(바람직하게는, 28% 미만, 더 바람직하게는 15% 미만)이 임의의 단일 개구를 통과하도록 복수의 개구(예를 들어, 메시)를 갖는 것들을 포함한다. 도 7을 참조하면, 분배기(74)는 호퍼 덮개(70)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 분배기는 호퍼 덮개(72)의 저부에 있는 것과 같이 호퍼로의 중심 입구(76)에 연결될 수 있다. 도 7에 도시된 분배기는 4개의 개구(78)를 갖지만, 더 많거나 적은 개구가 사용될 수 있다(전술된 바와 같이, 분배기는 입구 아래에 배치된 편평한 수평 플레이트 또는 디스크와 같이 개구를 갖지 않을 수 있음). 개구를 갖는 분배기는 바람직하게는 적어도 3개의 개구, 더 바람직하게는 적어도 4개의 개구를 포함한다. 분배기 개구(78)는 일반적으로 도 7에 도시된 것과 유사한 크기 및 형상일 수 있거나, 이들은 크기 및 형상이 다양할 수 있다.
이송 튜브는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 이송 튜브는 전기 전도성 재료(예를 들어, 전도성 금속)로 제조되고, 또는 전기 전도 수단(예를 들어, 바람직하게는 이송 튜브 내부에 금속 와이어 또는 메시를 사용하여)을 포함한다.
본 발명의 일 양태에서, 제 1 재료, 제 2 재료 및 제 3 재료의 투여량이 낮은 가변성을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 투여량의 가변성의 일 척도는 투여 속도의 평균으로 투여 속도의 표준 편차를 나눔으로써 얻어진 몫으로서 정의되는 변동 계수(coefficient of variation)이고, 여기서 표준 편차 및 평균은 투여 속도를 샘플링함으로써 얻어진다. 일 특정 예에서, 블렌더 내로의 하나 이상의 재료의 투여 속도의 변동 계수는 5% 미만, 바람직하게는 3% 미만이어야 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 입자 블렌드는 블렌더로부터 부품 성형기 내로 직접 공급되는 것을 또한 생각한다. 바람직하게는, 이 입자 블렌드를 부품 성형기 내로 직접 공급하는 단계는 이송 단계의 사용 없이 성취될 수 있다.
본 명세서의 바람직한 프로세스는 부품 성형기의 수용점(예를 들어, 호퍼의 수용점) 내로 입자 블렌드를 공급하기 전에 복수의 성분(예를 들어, 제 1, 제 2 및 제 3 재료)을 함께 사전 합성(즉, 용융 혼합)하기 위한 단계가 없다는 것을 특징으로 할 수 있다. 그러나, 프로세스는 전체가 아닌 몇몇 성분(예를 들어, 제 1 재료, 제 2 재료 및 제 3 재료들 중 최대 2개)을 사전 합성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 하나 이상의 첨가제를 부품 성형기(15) 내로 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 첨가제는 제 1 재료, 제 2 재료 및 제 3 재료들 중 적어도 하나 또는 하나 이상의 첨가제 재료로서 포함될 수 있다. 한정적인 것은 아니지만, 첨가제는 복수의 상이한 미립자화된 성분 중 적어도 하나의 응집, 편석 또는 응집 및 편석의 모두를 감소시키거나 심지어 실질적으로 제거할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 바람직한 실시예에서, 재료 중 하나, 바람직하게는 제 2 재료, 즉 미립자 충전재 및 제 2 폴리올레핀의 혼합물은 추가로 적어도 하나의 정전기 방지 화학물을 포함할 수 있다. 정전기 방지 성분은 바람직하게는 내부 정전기 방지제이고, 이온성(예를 들어, 양이온성 또는 음이온성), 비이온성 또는 이온성 및 비이온성 정전기 방지 화합물의 혼합물일 수 있다. 일 바람직한 실시예에서, 정전기 방지 화학물은 비이온성이다. 일 바람직한 실시예에서, 유효한 비이온성 정전기 방지 화학물은 흡습성이고, 표면에 이주할 수 있도록 충분히 작거나, 이들 양자의 조합일 수 있다. 표면으로 이주한 후에, 정전기 방지 화학물의 친수성 섹션은 분위기 수분에 결합된 수소일 수 있어, 이에 의해 가능하게는 표면 상에 얇은 물의 코팅을 형성한다. 이 물의 코팅은 일반적으로 정전기 방지 특성을 제공하는 것으로 고려된다.
폴리올레핀에 통상적으로 사용되는 비이온성 정전기 방지 화학물의 예는, 모노글리세라이드, 에톡실산화 지방산 아민, 디에탄올아미드 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 모노글리세라이드는 글리세롤과 지방산의 반응에 의해 일반적으로 형성될 수 있는 모노에스테르이다.
예시적인 모노글리세라이드의 일반 조성식은:
이고, 여기서, R은 알킬 또는 아릴기이다. 일반적으로, R은 적어도 약 10개의 탄소 원자를 포함하고, 바람직하게는 R은 약 12 내지 약 22개 탄소 원자를 포함한다. 일 특정 예에서, 모노글리세라이드는 글리세롤 모노스테아레이트이고, 여기서 R은 주로 CH3(CH2)16이다. 예시적인 디에탄올아미드는 디에탄올 라우라마이드이다.
일 예시적인 에톡실산화 지방산 아민의 구조는
에 의해 제공되고, 여기서 R은 알킬 또는 아릴기이다. 일반적으로, R은 적어도 약 10개의 탄소 원자를 포함하고, 바람직하게는 R은 약 12 내지 약 22개의 탄소 원자를 포함한다.
일 예시적인 디에탄올아미드의 구조는
에 의해 제공되고, 여기서 R은 알킬 또는 아릴기이다. 일반적으로, R은 적어도 약 10개의 탄소 원자를 포함하고, 바람직하게는 R은 약 12 내지 약 22개의 탄소 원자를 포함한다.
정전기 방지제의 사용은 폴리머의 분야에서 잘 알려져 있지만, 이들은 주로 완성된 제품에 특정 정전기 방지 특성을 부여하는데 사용된다. 이런 경우에, 정전기 방지제는 부품을 제작, 예를 들어 사출 성형하기 전에 입자의 편석을 감소시키는데 사용된다.
제 2 재료에 이용되면, 정전기 방지 화학물의 농도는 제 2 재료의 총 중량에 기초하여 약 5 중량 % 미만일 수 있다. 예를 들어, 정전기 방지 화학물의 농도는 성분(예를 들어, 제 1 재료, 제 2 재료 또는 제 3 재료)의 총 중량에 기초하여 약 0.1% 내지 약 2.5%, 바람직하게는 약 0.5% 내지 약 2.0%의 범위일 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 합성된 열가소성 폴리올레핀(TOP)에 대응할 수 있는 혼합, 일관성 또는 양자 모두의 레벨을 성취하는 능력에 관련된다. 예를 들어, TPO는 a) 제 1 폴리올레핀(예를 들어, 폴리프로필렌 등) 및 b) 제 2 폴리올레핀(예를 들어, 엘라스토머 등)의 블렌드이다. TPO는 충전재(예를 들어, 활석 등), 몰드 이형제, 산화방지제, UV 안정제, 열 안정제, 프로세스 보조제 등, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이들 성분의 모두는 부품 성형기 내에서의 수용에 앞서 건식 혼합(즉, 고체 상태로 혼합됨)될 수 있다. 종래 기술에서, 제 1, 제 2 및 제 3 재료는 부품 성형기 내로 첨가에 앞서 용융 상태로 모두 합성되거나, 대안적으로 이들은 불균질하게 될 수 있는 입자의 혼합물로서 부품 성형기 내로 첨가된다.
제 1 폴리올레핀은 폴리프로필렌 등을 포함할 수 있다. 제 2 폴리올레핀은 제 1 폴리올레핀, 하나 이상의 다른 폴리올레핀, 또는 양자의 조합을 포함할 수 있다. 일 바람직한 실시예에서, 제 2 재료는 폴리프로필렌(예를 들어, 제 1 재료의 폴리프로필렌), 엘라스토머(예를 들어, 제 3 재료의 엘라스토머) 또는 이들의 조합을 포함한다.
예시적인 TPO 조성물은 모두 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 미국 특허 출원 제 11/736,342호 및 제 11/821,706호 및 미국 특허 제 5,576,374호에 개시되어 있다.
제 1 폴리올레핀은 일반적으로 비교적 강성이다. 이와 같이, 제 1 폴리올레핀은 약 200 MPa 초과, 바람직하게는 약 400 MPa 초과, 더 바람직하게는 약 600 MPa 초과, 가장 바람직하게는 약 700 MPa 초과의 굴곡 탄성률(ASTM D-790에 따라 시험된 2% 시컨트 계수에 의해 측정된 바와 같이)을 갖는 열가소성 물질을 포함하거나 본질적으로(예를 들어, 제 1 폴리올레핀의 총 중량에 기초하여 적어도 70 wt%, 더 바람직하게는 적어도 90 wt%, 가장 바람직하게는 적어도 95 wt%) 이루어진다. 제 1 폴리올레핀은 약 1800 MPa 미만, 바람직하게는 약 1400 MPa 미만의 굴곡 탄성률을 갖는 열가소성 물질을 포함하거나 본질적으로 이루어질 수 있다. 제 1 폴리올레핀은 폴리프로필렌 호모폴리머(예를 들어, 아이소택틱 폴리프로필렌), 폴리프로필렌 공중합체(예를 들어, 랜덤 폴리프로필렌 공중합체, 폴리프로필렌 충격 공중합체) 또는 임의의 조합을 포함할 수 있다. 제 1 재료는 일반적으로 총 블렌드 중량의 20 wt% 초과, 더 구체적으로는 40 wt% 초과, 더 구체적으로는 약 45 내지 약 90 wt%(심지어 더 구체적으로는, 약 45 내지 약 80 wt%)일 것이다.
다음에 제 2 재료를 참조하면, 이는 일반적으로 미립자화된 충전재 및 제 2 열가소성 폴리머(예를 들어, 제 2 폴리올레핀)의 혼합물을 포함할 것이다. 임의의 수의 당 기술 분야에 개시된 충전재가 이용될 수 있지만(예를 들어, 운모, 칼슘, 탄산염, 점토, 실리카, 이산화티타늄, 목재), 바람직한 충전재는 활석(예를 들어, 본질적으로 3MgO·4SiO2·H2O)이다. 충전재는 예를 들어 약 0.01 내지 10 미크론의 임의의 적합한 중간 입경을 가질 수 있다. 충전재는 일반적으로 제 2 재료의 총 중량의 85 wt% 미만, 더 구체적으로는 약 75 wt% 미만일 것이다. 더욱이, 충전재는 일반적으로 총 블렌드 중량의 약 2 내지 약 30 wt%, 더 구체적으로는 약 5 내지 약 20 wt%를 표현할 것이다.
제 3 재료의 엘라스토머는 폴리프로필렌에 향상된 충격 저항을 제공하기 위해 당 기술 분야에 공지된 다수의 엘라스토머 중 하나 이상의 임의의 엘라스토머를 포함할 수 있다. 엘라스토머의 예는, 에틸렌-프로필렌 고무, EPDM 고무, 에틸렌-알파 올레핀 공중합체[예를 들어, ENGAGE(ENGAGE)
폴리올레핀 엘라스토머], 선형 에틸렌 공중합체 또는 인터폴리머(또한 "LEP"라 알려짐) 및 실질적으로 선형 에틸렌 공중합체 또는 인터폴리머(또한 "SLEP"라 알려짐)를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 제 3 재료의 엘라스토머는 바람직하게는 약 40℃ 초과, 바람직하게는 약 50℃ 초과(약 10℃/min의 속도에서 용융물로부터 냉각의 열 이력 후에 약 10℃/min의 가열 속도에서 시차 주사 열량계(differential scanning calorimetry)에 의해 측정된 바와 같이)의 용융 온도 또는 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 물질이다. 제 3 재료의 용융 지수는 2.16 kg의 하중으로 190℃에서 ASTM D1238에 따라 시험될 때 약 0.5 내지 약 500 dg/min일 수 있고, 제 3 재료의 엘라스토머는 일반적으로 제 1 폴리올레핀의 굴곡 탄성률보다 작은 굴곡 탄성률(ASTM D790에 따라 시험됨, 2% 시컨트 계수)을 가질 것이다. 바람직하게는, 제 3 재료의 엘라스토머는 약 150 MPa 미만, 더 바람직하게는 약 100 MPa 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 60 MPa 미만, 가장 바람직하게는 약 30 MPa 미만의 굴곡 탄성률을 갖는다. 제 3 재료의 엘라스토머는 약 1 MPa 초과, 바람직하게는 약 2 MPa 초과, 더 바람직하게는 약 4 MPa 초과, 가장 바람직하게는 약 8 MPa 초과의 굴곡 탄성률을 가질 수 있다.
엘라스토머는 일반적으로 총 입자 블렌드 중량의 약 80 wt% 미만을 표현하지만 가능하게는 그 이상일 수 있다. 더 구체적으로, 엘라스토머는 일반적으로 총 블렌드 중량의 약 50 wt% 미만, 가장 구체적으로는 약 40 wt% 미만을 표현할 것이다. 예를 들어, 엘라스토머는 총 블렌드 중량의 약 10 내지 약 30 wt%의 범위로 제공될 수 있다. 입자 블렌드 내의 폴리올레핀 및 엘라스토머의 총 농도는 입자 블렌드의 총 중량에 기초하여 약 55 wt% 초과, 바람직하게는 65 wt% 초과, 더 바람직하게는 약 70 wt%, 가장 바람직하게는 약 80 wt% 초과(예를 들어, 약 90 wt% 초과)일 수 있다.
하나 이상의 추가의 재료가 또한 제 1, 제 2 및 제 3 재료들 중 하나 이상과 혼합될 수 있다. 추가의 재료의 예는, 추가의 폴리올레핀, 추가의 엘라스토머, 착색제, 재생물질 재료, 첨가제, 첨가 마스터배치 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 1b를 재차 참조하면, 본 발명은 성형된 입자를 제조하기 위한 다양한 시스템(9)을 추가로 제공할 수 있다. 일 시스템은 제 1 폴리올레핀을 포함하는 제 1 재료, 미립자화된 충전재와 제 2 폴리올레핀의 혼합물을 포함하는 제 2 재료 및 엘라스토머를 포함하는 제 3 재료의 개별 소스(11, 11', 11")를 포함한다. 시스템은 수직방향에서 제 1 각도를 형성하는 내향 및 하향 경사 내부면을 갖는 폐쇄된 주위를 갖는 외부 구조체(예를 들어, 절두 원추와 같은 원추, 피라미드, 4면체 등과 같은 수렴하는 다각형)를 이용하는 블렌더(20) 및 블렌더 배출부를 추가로 포함한다. 블렌더는 일반적으로 패들, 핀 또는 일반적으로 균일한 블렌드를 형성하기 위해 제 1, 제 2 및 제 3 재료의 복수의 입자를 혼합하기 위한 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 공지된 다른 수단과 같은 혼합 수단을 포함한다. 시스템은 블렌더 배출 유닛(19) 내에, 성형기로의 공급기[예를 들어, 호퍼(5)] 내에 또는 양자의 조합 내에 위치된 인서트를 추가로 포함할 수 있다. 인서트는 외부 구조체 내에 동축으로 지지되고 수직방향에서 제 2 각도를 형성하는 내향 및 하향 경사 외부면을 포함하는 폐쇄된 주위를 갖는 내부 구조체를 포함한다. 외부 구조체의 제 1 각도는 내부 구조체의 제 2 각도보다 클 수 있지만, 필수적인 것은 아니다. 인서트는 균일한 입자 블렌드 사후혼합 단계(예를 들어, 배출 유닛을 통해)를 실질적으로 유지하도록 구성될 수 있다. 선택사양으로, 또는 대안으로서, 인서트는 배출 유닛 내에 질량 유동을 부여함으로써 유사 입자의 잠재적인 편석의 효과적인 재조합(예를 들어, 재혼합)을 허용하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 균일한 입자 혼합 단계, 재조합 단계를 실질적으로 유지하는 것 또는 양자 모두는 배출 유닛을 통한 반경방향 편석, 축방향 편석 또는 유사 입자의 반경방향 및 축방향 편석 모두를 감소시키거나 실질적으로 제거하기 위해 하나 이상의 질량 유량에 의해 성취될 수 있다. 시스템은 또한 균일한 입자 블렌드를 성형품(17)으로 성형하도록 구성된 부품 성형기(15)를 포함할 수 있고, 부품 성형기는 블렌더 배출 유닛(19), 성형기의 호퍼 또는 양자의 조합을 통해 블렌더와 소통할 수 있다. 시스템은 개별 재료, 혼합된 재료 또는 양자의 조합을 시스템의 각각의 구성 요소에 대해 이송하는 수단(13)을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 제 2 재료는 미립자화된 충전재, 제 2 폴리올레핀 및 글리세롤 모노스테아레이트, 에톡실산화 지방족 아민, 디에탄올아미드 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 정전기 방지제의 혼합물을 포함할 수 있다.
시스템은 상이한 미립자화된 성분의 하나 이상을 투여하기 위한 적어도 하나의 슬라이드 게이트 조립체를 포함할 수 있다. 일 양태에서, 일정량의 재료가 블렌더로 공급된다. 포함될 때, 슬라이드 게이트 조립체는 하나 이상의 입자의 응집을 실질적으로 방지하도록 구성된 밸브 인서트(예를 들어, 웨지형, 만곡형 등)를 갖는 밸브를 포함할 수 있다. 입자의 응집은 슬라이드 게이트의 재밍을 초래하여 슬라이드 게이트가 개방 위치를 유지하도록 만들고, 이에 의해 슬라이드 게이트 조립체를 통한 제 1, 제 2 및 제 3 재료들 중 하나 이상의 오공급을 유발한다.
본 발명은 또한 중심화된 혼합 환경에서 이용될 수 있는 것이 또한 고려된다. 이 환경은 인서트를 갖는 배출 유닛을 갖는 하나 이상의 블렌더(예를 들어, 대형 블렌더 등)로 공급된 2개 이상의 공급물(예를 들어, 성분)을 포함할 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 인서트는 배출 유닛, 바람직하게는 블렌더의 배출 유닛 내의 질량 유량을 실질적으로 규정함으로써 균일한 입자 블렌드(블렌더에 의해)로부터 편석된 유사 입자를 재조합하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 더 소형 블렌더가 본 명세서에 설명된 바와 같이 성형기의 공급기(예를 들어, 호퍼)에 이용될 수 있다. 다수의 부품 성형기를 이용하는 용례에서, 각각의 부품 성형기와 소형 블렌더의 합체는 특히 다수의 부품 성형기가 유사한 성분을 갖는 조성물을 사용하여 물품을 성형하는데 채용될 때 비용 효율적이지 않을 수 있다. 중심화된 혼합 프로세스를 이용함으로써, 다수의 용례에 공통적일 수 있는 성분의 마스터배치는 인서트를 갖는 배출 유닛을 포함하는 대형 블렌더를 사용하여 혼합될 수 있다. 이와 같이 함으로써, 중심화된 혼합은 긴 이송 거리에 걸쳐 균일한 입자 혼합물의 편석을 감소시킬 수 있다. 선택적으로, 본 명세서에 설명된 양호한 수용 시스템(예를 들어, 공급기 또는 호퍼) 및 삽입 기술에 의하여, 수용점에서 재혼합이 이용될 수 있다.
TPO의 주요한 성능 특성의 일부는 인장 계수, 충격 강도, 열 왜곡 온도, 밀도 및 수축을 포함한다. 인장 계수 측정은 ASTM D 638에 따르고, 노치 형성된 아이조드(Izod) 충격 강도 측정은 ISO 180/5A에 따르고, 인스트루먼트 다트 충격(IDI) 에너지 측정은 ASTM D 3763-86에 따르고, 열 왜곡 온도 측정은 ASTM D 648에 따르고, 밀도 측정은 ASTM D792에 따르고, 수축 측정은 ASTM D 955에 따른다. 프로세스의 일관성의 개량은 상기 특성들 중 임의의 특성의 표준 편차의 감소에 의해 설명될 수 있다.
완성품 내의 블렌드의 일관성을 평가하기 위한 추가의 시험 방법이 재(ash) 레벨 결정 및 부품 중량 측정을 포함한다. 재 레벨은 완성품으로부터 제거된 2 내지 4 그램 샘플을 가열하고 650℃로 가열함으로써 측정되며, 이에 의해 유기 화합물을 연소하고, 무기 잔류물을 남겨둔다. 재 레벨은 남아 있는 재료의 중량 퍼센트로서 정의된다. 부품 중량은 단지 스케일 상에서 부품의 질량만을 측정함으로써 얻어진다. 프로세스의 일관성의 개량이 또한 재 레벨의 표준 편차의 감소 및/또는 부품 중량의 표준 편차의 감소에 의해 설명될 수 있다.
예
폴리프로필렌, ENGAGE
DA10 폴리올레핀 엘라스토머(0.87의 밀도를 갖는 에틸렌-옥텐 공중합체), 활석 마스터배치 및 착색제가 중량 측정 블렌더 내에서 혼합된다. 활석 마스터배치는 60.0% 활석, 5% 미만 첨가제 및 나머지 폴리프로필렌을 포함한다. 입자 블렌드 내의 ENGAGE
DA10의 농도는 16%이고, 착색제의 농도는 2%이다. 67% 내지 71%의 다양한 점에 고정된 폴리프로필렌 농도 및 11% 내지 15%의 다양한 점에 고정된 활석 마스터배치로 실험이 실행된다. 입자 블렌드는 사출 성형기의 호퍼에 전달되고, 이어서 범퍼 띠로 성형된다.
예 1 - 제 1 예에서, 입자 혼합 프로세스는 활석 마스터배치에 1.5 wt% 글리세롤 모노스테아레이트를 첨가함으로써 개량된다. 사출 성형된 범퍼 띠의 재 레벨이 0.50%로부터 0.37%로 감소된다.
예 2 - 제 2 예에서, 사출 성형기의 호퍼 내의 블렌드 편석은 사출 성형기의 수용점에서 BINSERT
의 첨가에 의해 감소된다. 예 1로부터의 개량이 또한 사용된다. 재 레벨의 표준 편차는 0.37%로부터 0.19%로 더 감소된다.
예 3 - 제 3 예에서, 사출 성형기의 블렌더와 호퍼 사이의 거리는 약 3.7 m로 감소된다. 재료는 파이프 또는 튜브를 통해 고체 상태로 재료를 이동시키기 위해 유동 가스(통상, 공기)를 사용하여 공압 이송에 의해 블렌더로부터 사출 성형기로 이송된다. 긴 이송 거리가 플랜트 레이아웃에 기초하여 요구되면(예를 들어, 하나의 블렌더가 다수의 사출 성형기로 재료를 공급하면), 다수의 질량 유량을 제공하고 재료를 효과적으로 재혼합하는 호퍼 인서트[예를 들어, COMBIFLOW
또는 핀으로 변형된 BINSERT
]를 사출 성형기 호퍼 내에 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 인서트는 투여 편차에 기인하여 부품의 편차(예를 들어, 재 레벨, 부품 중량 및 충격 강도의 변동 계수)를 또한 감소시킬 수 있다.
예 4 - 제 4 예에서, 엘라스토머를 투여하기 위해 밸브 내에 사용된 슬라이드 게이트(ENGAGE DA10)는 엘라스토머가 이동 게이트와 밸브의 고정 벽 사이에 죄여 고정될 때 완전히 개방되지 않는다. 웨지형 인서트가 밸브의 벽 상에 배치되어 있으므로, 슬라이드 게이트가 개방될 때 엘라스토머 입자(예를 들어, 펠릿)가 끼어들어 가는 것이 방지된다. 이 인서트는 블렌드 내의 엘라스토머 농도의 변동 계수를 상당히 감소시킬 수 있다.
예 5 - 예 1의 입자 블렌드는 입자 블렌드가 접선방향으로 진입하도록 호퍼 덮개의 측면에 연결된 컨베이어 튜브를 사용하여 투명한 호퍼에 이송된다. 컨베이어 튜브는 열가소성 엘라스토머로 형성되고, 정전기를 제어하기 위한 구리 와이어를 갖는다. 비교적 높은 진공(약 5600 ft/min의 공기 유량을 생성함)은 입자 블렌드를 이송하기 위해 사용된다. 와류가 호퍼 내에 형성된다. 호퍼가 약 75% 충전될 때, 진공이 차단된다. 호퍼(5)의 수용 영역(80) 내의 입자 블렌드가 도 8에 도시된다. 호퍼 내의 입자(84)의 상부층은 약 30°의 각도(수평면에서)이고, 입자의 편석이 시각적으로 관찰되어, 제 1 영역(86)이 비교적 낮은 농도의 마스터배치 입자(흑색 입자)를 갖고, 제 2 영역(88)은 비교적 높은 농도의 마스터배치 입자를 갖는다. 정전하에 의해서와 같이 호퍼(82)의 내부 수직벽에 실질적으로 어떠한 입자도 부착되지 않는다.
예 6 - 예 1의 입자 블렌드는 입자 블렌드가 하향 수직 방향으로 진입하도록 호퍼 덮개의 상부 중심에 연결된 컨베이어 튜브를 사용하여 투명한 호퍼에 이송된다. 컨베이어 튜브는 열가소성 엘라스토머로 형성되고 정전기를 제어하기 위한 구리 와이어를 갖는다. 분배기가 컨베이어 튜브의 출구 개구 아래에 배치된다. 비교적 낮은 진공(약 4500 ft/min의 공기 유량을 생성함)은 입자 블렌드를 이송하기 위해 사용된다. 어떠한 와류도 입자 블렌드를 이송할 때 형성되지 않는다. 호퍼가 약 75% 충전될 때, 진공이 차단된다. 호퍼(5)의 수용 영역(80) 내의 입자 블렌드는 도 9에 도시된다. 호퍼 내의 입자(84')의 상부층은 거의 편평하다(즉, 수평임). 입자의 어떠한 편석도 시각적으로 관찰되지 않고, 마스터배치 입자의 농도는 본질적으로 다양한 영역[예를 들어, 영역(90, 90')] 내에서 일정하다. 정전하에 의해서와 같이 호퍼(82)의 내부 수직벽에 실질적으로 어떠한 입자도 부착되지 않는다.
예 7 - 예 6의 조건은 전기 절연 열가소성 물질로 제조되고 구리 와이어 또는 다른 전기 전도 수단을 포함하지 않는 이송 튜브를 사용하여 반복된다. 단지 정전기 방지제를 포함하지 않는 폴리프로필렌 입자만이 호퍼 내로 이송되어 공급된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 폴리프로필렌 입자는 호퍼(5)의 벽(82) 내부에 고착된다. 폴리프로필렌의 높이는 중심 구역(92) 부근에서보다 내부벽(94) 부근에서 더 높다.
예 8 - 예 7의 조건은 정전기 방지제를 포함하는 제 1 재료와 정전기 방지제를 포함하지 않는 제 2 재료의 블렌드를 사용하는 것을 제외하고는 반복된다. 제 2 재료의 농도는 호퍼의 벽(82) 부근에서 비교적 높고 중심 영역(90) 부근에서 비교적 낮은 것으로 예측된다.
본 명세서에 언급된 임의의 수치값은 임의의 더 낮은 값과 임의의 더 높은 값 사이에 적어도 2 단위가 분리되어 있으면 더 낮은 값으로부터 하나의 단위가 증가한 더 높은 값까지 모든 값을 포함한다. 예로서, 예를 들어 온도, 압력, 시간 등과 같은 프로세스 변수의 값 또는 구성 요소의 양이 예를 들어 1 내지 90, 바람직하게는 20 내지 80, 더 바람직하게는 30 내지 70인 것으로 언급되면, 15 내지 85, 22 내지 68, 43 내지 51, 30 내지 32 등과 같은 값이 본 명세서에 명백하게 열거된 것으로 의도된다. 1 미만인 값에 대해, 하나의 단위는 적절하게 0.0001, 0.001, 0.01 또는 0.1인 것으로 고려된다. 이들은 구체적으로 의도된 것의 예일 뿐이고, 열거된 최저값과 최고값 사이의 모든 가능한 수치값의 조합은 유사한 방식으로 본 출원에 명시적으로 언급되도록 고려된다. 알 수 있는 바와 같이, 본 명세서에서 "중량부"로서 표현된 양은 또한 중량 퍼센트의 관점에서 표현된 동일한 범위를 고려한다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에서 "최종 폴리머 블렌드 조성물의 'x' 중량부"에 관한 범위의 표현은 또한 "최종 폴리머 블렌드 조성물의 'x' 중량 퍼센트"와 동일한 양의 범위를 가리킨다.
달리 언급되지 않으면, 모든 범위는 종점들뿐만 아니라 종점들 사이의 모든 숫자를 포함한다. 범위와 연계하여 "약" 또는 "대략"의 사용은 범위의 종점의 모두에 적용된다. 따라서, "약 20 내지 30"은 적어도 지정된 종점을 포함하여 "약 20 내지 약 30"을 커버하는 것으로 의도된다.
특허 출원 및 공보를 포함하는 모든 문헌 및 참조 문헌의 개시 내용은 모든 목적으로 참조로서 포함되어 있다. 조합을 설명하기 위한 용어 "~으로 본질적으로 이루어진"은 식별된 요소, 성분, 구성 요소 또는 단계, 및 조합의 기본 및 신규한 특징에 실질적으로 영향을 주지 않는 다른 요소, 성분, 구성 요소 또는 단계를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 요소, 성분, 구성 요소 또는 단계의 조합을 설명하기 위한 용어 "포함하는" 또는 "구비하는"은 본질적으로 요소, 성분, 구성 요소 또는 단계로 이루어진 실시예를 고려한다.
복수의 요소, 성분, 구성 요소 또는 단계가 단일의 일체화된 요소, 성분, 구성 요소 또는 단계에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 단일의 일체화된 요소, 성분, 구성 요소 또는 단계는 개별의 복수의 요소, 성분, 구성 요소 또는 단계로 분할될 수도 있다. 요소, 성분, 구성 요소 또는 단계를 서술하기 위한 단수 표현의 개시는 추가의 요소, 성분, 구성 요소 또는 단계를 제외하도록 의도되는 것은 아니다. 특정 그룹에 속하는 요소 또는 금속의 본 명세서에서의 모든 참조는 1989년 CRC 출판사에 의해 출판되어 저작권이 있는 원소의 주기율표를 참조한다. 그룹 또는 그룹들의 임의의 참조는 그룹에 번호를 매기기 위한 IUPAC 시스템을 사용하여 이 원소의 주기율표에 반영된 것으로서 그룹 또는 그룹들에 이루어질 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "폴리머" 및 "중합"은 일반적인 것이고, "호모- 및 "공중합체" 및 "호모- 및 공중합" 각각의 더 특정한 경우 중 하나 또는 양자 모두를 포함할 수 있다.
상기 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된 것이 이해된다. 제공된 예 이외의 다수의 실시예 뿐만 아니라 다수의 용례가 상기 설명의 숙독시에 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 상기 설명을 참조하여 결정되는 것이 아니라, 대신에 첨부된 청구범위와 함께 이러한 청구범위가 권리를 부여한 등가물의 전체 범위에 대해 결정되어야 한다. 특허 출원 및 공보를 포함하는 모든 문헌 및 참조 문헌의 개시 내용은 모든 목적으로 참조에 의해 포함되어 있다. 본 명세서에 개시된 요지의 임의의 양태의 이하의 청구범위에서의 생략은 이러한 요지의 포기가 아닐 뿐만 아니라, 본 발명이 개시된 본 발명의 요지의 부분이 되는 이러한 요지를 고려하지 않는 것으로 간주되어서는 안된다.
15: 부품 성형기 19: 블렌더 배출 유닛
20: 블렌더 20': 블렌더
22: 슬라이드 게이트 24: 밸브 인서트
28: 슬라이드 게이트 조립체 30: 블렌더
31: 외부 부분 32: 배출 유닛
33: 중심부 34: 내부면
35: 제 1 개구 36: 제 1 수직 질량 플럭스
37: 제 2 개구 38: 제 2 수직 질량 플럭스
39: 인서트 40: 외부 수직 질량 플럭스
42: 내부 수직 질량 플럭스 44: 배출 유닛
44': 배출 유닛 44": 배출 유닛
46: 핀 47: 외부면
48: 내부면 50: 수평면
60: 변형된 인서트 63: 내부면
64: 내부면 66: 핀
67: 중심 구조체
20: 블렌더 20': 블렌더
22: 슬라이드 게이트 24: 밸브 인서트
28: 슬라이드 게이트 조립체 30: 블렌더
31: 외부 부분 32: 배출 유닛
33: 중심부 34: 내부면
35: 제 1 개구 36: 제 1 수직 질량 플럭스
37: 제 2 개구 38: 제 2 수직 질량 플럭스
39: 인서트 40: 외부 수직 질량 플럭스
42: 내부 수직 질량 플럭스 44: 배출 유닛
44': 배출 유닛 44": 배출 유닛
46: 핀 47: 외부면
48: 내부면 50: 수평면
60: 변형된 인서트 63: 내부면
64: 내부면 66: 핀
67: 중심 구조체
Claims (23)
- 성형품을 제조하기 위한 프로세스로서,
a) 균일한 입자 블렌드를 형성하기 위해 복수의 상이한 미립자화된 성분들을 건식 혼합하는 단계,
b) 인서트를 갖는 배출 유닛을 통해 상기 블렌드를 유동시킴으로써 상기 입자 블렌드를 재혼합하여 실질적으로 편석(segregation)을 방지하는 단계로서, 상기 인서트는 인서트 내부에서 균일한 펠릿 블렌드의 유동을 초래하며 그리고 인서트 외부에서 균일한 펠릿 블렌드의 유동을 초래하고, 상기 인서트 내부의 균일한 펠릿 블렌드의 유동은 질량 유동의 특징을 나타내고 상기 인서트 외부의 균일한 펠릿 블렌드의 유동은 질량 유동의 특징을 나타내는 단계,
c) 부품 성형기의 스크류 및 배럴 조립체 내로 재혼합된 입자 블렌드를 도입하는 단계,
d) 용융 블렌드를 형성하기 위해 상기 스크류 및 배럴 조립체 내에 상기 미립자화된 성분들을 용융 혼합하는 단계, 및
e) 상기 성형품을 형성하기 위해 상기 부품 성형기 내에서 상기 용융 블렌드를 성형하는 단계를 포함하고,
상기 프로세스는 상기 건식 혼합 단계와 상기 스크류 및 배럴 조립체 내로 상기 재혼합된 입자 블렌드를 도입하는 단계 사이에 복수의 상이한 상기 미립자화된 성분들을 용융 혼합하는 단계가 없고, 상기 성형품은 1 g을 초과하는 질량을 갖는, 프로세스. - 제1항에 있어서, 복수의 상이한 상기 미립자화된 성분들이,
제 1 폴리올레핀을 포함하는 제 1 재료;
미립자화된 충전재와 제 2 폴리올레핀의 혼합물을 포함하는 제 2 재료; 및
40℃를 초과하는 용융 온도 또는 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 물질인 엘라스토머를 함유한 제 3 재료를 포함하는, 프로세스. - 제1항에 있어서, 상기 배출 유닛이 수직방향에서 제 1 각도를 형성하는 내향 및 하향 경사 내부면을 갖는 외부 구조체를 포함하고, 상기 인서트가 상기 외부 구조체 내에 지지되고 수직방향에서 상기 제 1 각도보다 작은 제 2 각도를 형성하는 내향 및 하향 경사 외부면을 갖는 내부 구조체를 포함하고, 상기 외부 구조체의 환형 내향 및 하향 경사 외부면과 수평면 사이의 상기 제 1 각도는 60도보다 큰, 프로세스.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세스가 균일한 입자 블렌드를 블렌더로부터 배출 유닛이 입구 쪽에 장착된 상기 부품 성형기로 이송하는 단계를 포함하는, 프로세스.
- 제4항에 있어서, 상기 이송 단계가
i) 상기 배출 유닛의 수용 영역에 출구 개구를 갖는 폐쇄된 튜브를 통해 상기 균일한 입자 블렌드를 이송하는 단계로서, 상기 출구 개구에서의 입자 블렌드의 평균 유동 방향과 하향 수직 방향 사이의 각도가 30°미만인 단계,
ii) 상기 배출 유닛의 수용 영역에서 분배기를 통해 상기 균일한 입자 블렌드를 통과시키는 단계로서, 상기 분배기가 상기 균일한 입자 블렌드의 평균 속도, 속도의 표준 편차 또는 양자 모두를 변경시키는 단계, 또는
iii) 상기 i) 및 ii)의 모두를 포함하는, 프로세스. - 제1항에 있어서, 상기 프로세스가
a) 적어도 하나의 공급 소스 각각으로부터 블렌더로
i) 제 1 폴리올레핀을 포함하는 제 1 재료 30 내지 90 중량부;
ii) 미립자화된 충전재, 제 2 폴리올레핀, 및 글리세롤 모노스테아레이트, 에톡실산화 지방산 아민, 디에탄올아미드 또는 이들의 임의의 조합을 갖는 정전기 방지제의 혼합물을 포함하는 제 2 재료 최대 50 중량부; 및
iii) 엘라스토머를 포함하는 제 3 재료 3 내지 40 중량부를 개별적으로 공급하는 단계와,
b) 상기 블렌더에 의해 수용되기 전에, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 재료들 중 하나 이상이 적어도 하나의 슬라이드 게이트 내에 축적되는 것을 방지하도록 구성된 웨지형 밸브 인서트를 갖는 적어도 하나의 슬라이드 게이트를 제어하는 단계와,
c) 상기 블렌더로부터 상기 부품 성형기로 상기 균일한 입자 블렌드를 이송하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 혼합 단계는 상기 블렌더 내에 균일한 입자 블렌드를 형성하기 위해 상기 제 1, 제 2 및 제 3 재료의 복수의 입자들을 혼합하는 것을 포함하고,
상기 배출 유닛은 수직방향에서 제 1 각도를 형성하는 절두 원추형 (frustoconical) 폐쇄된 환형 내향 및 하향 경사 내부면을 갖는 외부 원추체를 포함하고, 상기 인서트는 상기 외부 원추체 내에 동축으로 지지되고 수직방향에서 상기 제 1 각도보다 작은 제 2 각도를 형성하는 폐쇄된 환형 내향 및 하향 경사 외부면을 갖는 내부 원추체를 포함하고,
상기 외부 원추체의 내향 및 하향 경사 외부면은 상기 제 1, 제 2 및 제 3 재료들을 배출하기 위해 상기 외부 원추체의 저부에 위치된 제 1 개구로 연장되고, 상기 내부 원추체의 내향 및 하향 경사 외부면은 상기 제 1, 제 2 및 제 3 재료들을 배출하는 상기 내부 원추체의 저부에 위치된 제 2 개구로 연장되고, 상기 제 1 및 제 2 개구들은 서로에 대해 실질적으로 공통되거나 비공통된 위치에 있는, 프로세스. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 a) 건식 혼합 단계는 블렌더에서 복수의 상이한 미립자화된 성분을 건식 혼합하는 것을 포함하고;
상기 프로세스는,
a1) 상기 균일한 입자 블렌드를 상기 블렌더로부터 배출 유닛을 갖는 부품 성형기로 이송하는 단계를 포함하고,
이때, 상기 배출 유닛은 외부 구조체를 갖는, 프로세스. - 삭제
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