KR101700143B1

KR101700143B1 - 나노결정구조를 가진 합성수지의 제조방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR101700143B1
Application number: KR1020150115406A
Authority: KR
Inventors: 노대수
Original assignee: 노대수; 디아인텍 주식회사
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2017-01-26

Abstract

본 발명은 나노결정구조를 가진 합성수지의 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폴리에틸렌 등의 고분자 수지에 포함된 이물질을 제거하여 나노 및 마이크로 형태이고 규칙적인 결정구조를 가진 고분자 수지를 제조함으로써 배터리 셀 파우치 필름에 적용되는 변성 에폭시 수지와 같은 접착성 수지와의 혼합성을 향상하며, 궁극적으로는 배터리 셀 파우치 필름의 박리강도를 증대하도록 하는 열적 활성화된 나노결정구조를 가진 합성수지의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

나노결정구조를 가진 합성수지의 제조방법 및 그 장치 {MANUFACTURING METHOD OF SYNTHETIC HAVING NANO-CRYSTAL STRUCTURE AND DEVICE OF THE SAME}

일반적으로, 고분자 화합물은 단위체의 연속적인 화학결합에 의해 생성되는 분자량 1만 이상의 화학구조를 가진 중합체로서, 단백질이나 녹말, 셀룰로오스, 천연고무와 같이 천연에서 산출되는 천연 고분자 화합물과, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 나일론과 같이 화학적으로 합성되는 합성 고분자 화합물로 구분된다.

이중에서 합성 고분자 화합물은 전기전자제품이나 합성고무, 플라스틱제품, 섬유, 접착제 또는 도료 등 우리의 일상생활에서 흔히 사용되는 다양한 제품의 원료로서 이용된다.

상기 합성 고분자 화합물은 분자 구조의 차이로 인하여 열에 의해 변형되는 성질이 다른바, 이에 따라 열을 가하면 연화되었다가 시간이 지날수록 고화되어 단단해지는 열경화성 수지와, 열을 가하면 연화되어 가소성을 나타내고 냉각하면 고화되어 단단해지는 열가소성 수지로 분류된다.

이들은 대부분 비결정질이나 또는 결정질과 비결정질이 혼합된 구조를 가지며, 예컨대, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 고분자 화합물(고분자 수지)은 그 내부에 미세하게 혼합된 산소나 무기질 성분 등에 의해서도 다수의 결정성 영역이 비결정성 영역과 공존하는 상태에 있다.

이로 인해 상기 고분자 수지를 일정 온도 이상에서 가열 시 상기 불순물에 의해 수지가 타거나 변성되는 탄화 또는 황변 현상이 발생될 우려가 있으며, 또한 이러한 고분자 수지로 점착제층이 적용된 다층필름을 제조 시 상기 불순물로 인하여 층 사이가 분리되는 문제점도 있다.

한국 특허등록 제782911호의 "나노결정을 균일하게 형성하는 방법 및 나노결정을 포함하는 소자" (2007.11.30) 한국 특허등록 제536528호의 "폴리카보네이트의 결정화방법 및 이 방법을 이용한 고분자량의 폴리카보네이트 수지 제조방법" (2005.12.07) 한국 특허등록 제956578호의 "고분자 나노 입자의 제조방법 및 이로써 제조된 고분자나노 입자와 이의 용도" (2010.04.29)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 온도변화에 따라 비정형성과 정형성 결정구조를 갖는 고분자 수지가 일정 온도에서 규칙적인 결정을 유지하도록 하는 나노결정구조를 가진 합성수지의 제조방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 규칙적인 분자구조를 가진 고분자 수지를 나노결정화 함으로써 에폭시 수지와 같은 접착성 고분자와의 혼합성을 향상하도록 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노결정구조를 가진 합성수지의 제조방법은, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 중에서 선택되는 고분자 수지 원료를 공급하는 단계; 상기 공급된 고분자 수지 원료에 오존수를 공급함과 아울러 음이온을 분사 후 초음파 처리에 의해 고분자 수지 원료 내부에 함유된 불순물을 산화 처리하는 1차 처리 단계; 및 상기 1차 처리된 고분자 수지 원료에 (+)전압을 인가하여 상기 불순물을 흡착 제거하여 분자구조가 규칙적이고 나노결정화된 고분자 수지를 얻는 2차 처리 단계;를 포함함을 특징으로 한다.

이때, 상기 1차 처리 단계에서 고분자 수지 원료와 오존수는 중량기준 7 : 3의 비율로 혼합된다.

아울러, 본 발명에 따른 나노결정구조를 가진 합성수지의 제조장치는, 고분자 수지 원료를 공급하는 원료공급부; 상기 고분자 수지 원료에 오존수를 공급함과 아울러 음이온을 분사하고 여기에 초음파를 조사하여 고분자 수지 원료 내부에 포함된 불순물을 산화 제거하는 1차 처리부; 및 상기 1차 처리된 고분자 수지 원료에 (+)전압을 인가하여 정전기력에 의해 고분자 수지 원료 내부의 불순물을 흡착 제거하는 2차 처리부;를 포함함을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 오존수를 이용하여 고분자 수지 내의 불순물을 제거하되 여기에 음이온 공급 및 초음파 처리에 의해 1차 처리 후 전압 인가에 의해 2차 처리하여 나노형태이고 규칙적인 결정구조를 가진 고분자 수지를 수득함으로써 변성 에폭시 수지 등의 접착성 고분자와의 혼합성을 향상하고, 궁극적으로는 배터리 셀 파우치를 구성하는 금속필름과의 점착성을 증대할 수 있다는 장점을 가진 것이다.

도1은 본 발명에 따른 고분자 수지의 제조장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

우선, 본 발명에 따른 나노결정구조를 가진 합성수지의 제조방법은, 폴리에틸렌 등의 고분자 수지 원료를 공급하는 단계; 상기 공급된 고분자 수지 원료에 오존수를 공급함과 아울러 음이온을 분사 후 초음파 처리에 의해 고분자 수지 원료 내부에 함유된 불순물을 산화 처리하는 1차 처리 단계; 및 상기 1차 처리된 고분자 수지 원료에 (+)전압을 인가하여 상기 불순물을 흡착 제거하는 2차 처리 단계;를 포함하는 것이다.

이에 대하여 단계별로 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

[1] 원료 준비

우선, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)과 같은 고분자 수지 원료 중에서 선택하여 공정에 투입한다. 이때, 상기 고분자 수지 원료의 입자 크기는 2~5㎛인 것이 사용되며, 이러한 수지 원료 외에도 폴리스틸렌(PS)이나 폴리에스테르(PET)가 사용될 수도 있다.

또한, 상기 고분자 수지 원료를 투입하는 과정에서 진동수단에 의해 진동을 발생시킴에 따라 균일한 양을 공급하도록 하며, 이때 진동주기는 1초당 20주기로 하며 횡파의 파장을 이용한다.

[2] 1차 처리

이어서, 상기 고분자 수지 원료에 1000㎖/min(500㎖/30sec)의 오존수(H₂O₃)를 공급하여 오존수 내의 강력한 산화력을 가진 오존을 고분자 수지 내에 침투시킴으로써 그 내부에 포함된 미세산소/유기막이나 무기화합물 등과 산화반응을 일으키도록 한다.

이때, 상기 고분자 수지 원료와 오존수(산화수)는 중량기준 7 : 3의 비율로 혼합됨이 바람직하며, 상기 오존에 의한 산화반응에 의해 상기 고분자 수지가 분해되면서 저분자화를 유도하게 된다.

또한, 상기 오존수의 공급과 동시에 고분자 수지 원료에 1,800~2,000개 정도의 음이온을 미세하게 분사하며, 여기에 VDC +3.0V(3V DC 바이어스 전압) 하에서 12~20kHz의 초음파를 조사한다.

이에 따라 초음파는 오존의 산화반응의 촉매역할을 함과 아울러 음이온을 활성화함으로써 고분자 수지 원료 내에 포함된 미세 유기막 및 무기질의 분리를 촉진하게 된다.

[3] 2차 처리

다음으로, 상기 오존 및 초음파 처리된 고분자 수지 원료에 9.0kv의 (+)전압을 인가하여 정전기력에 의해 상기 미세 유기막이나 무기질 등의 불순물을 흡착함으로써 고분자 수지 원료로부터 이들 불순물을 분리한다.

이와 같은 처리 과정을 통해 600~1000㎛ 크기의 열활성(Thermal Activation) 폴리에틸렌 또는 650~1000㎛ 크기의 열활성 폴리프로필렌과 같이 나노형태의 균등한 결정성 구조를 가진 열가소성 합성수지가 얻어지게 된다.

여기에서, 열 활성이란 일정한 온도에서 규칙적이고 미세한 결정성 구조를 유지하는 것을 의미하며, 본 발명에서는 온도 200~240℃에서 규칙적이고 미세한 결정성 구조를 갖게 된다.

아울러, 상기와 같은 방법에 의해 얻어진 열가소성 고분자 수지는, 열활성 폴리에틸렌의 경우에는 폴리우레탄 접착제 및 아크릴/에폭시 접착제와의 혼합성을 높여주게 되고, 또한 열활성 폴리프로필렌의 경우에는 에틸렌-초산비닐계, 올레핀계, 폴리에스테르계 또는 폴리아미드계 등의 핫멜트 접착제 및 아크릴/에폭시 접착제와의 혼합성을 높여주게 되며, 이러한 구성의 접착제층은 배터리의 셀 파우치 접착을 위해 활용될 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 나노결정구조를 가진 합성수지의 제조장치에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 고분자 수지의 제조장치는, 고분자 수지 원료를 공급하는 원료공급부(10); 상기 고분자 수지 원료를 산화 처리하는 1차 처리부(20); 및 상기 1차 처리된 고분자 수지 원료를 정전기력에 의해 흡착 분리하는 2차 처리부(30);를 포함하여 구성된다.

이에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

원료공급부(10)는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 고분자 수지 원료를 투입 제공하는 것으로서, 호퍼 형상으로 형성됨이 바람직하다. 이러한 원료공급부(10)에는 에어진동기(AIR VIBRATOR)와 같은 진동수단(11)이 구비되어 하기 처리부에 균일한 원료가 공급되도록 한다.

상기 원료공급부를 통해 제공되는 고분자 수지 원료는 1차 처리부의 제1처리부로 이송된다.

1차 처리부(20)는 상기 고분자 수지 원료 내부에 포함된 무기질 등의 불순물을 산화 처리하는 것으로서, 제1처리조(21)와, 오존수 공급부(22)와, 음이온 분사노즐(23) 및 초음파 발생부(24)를 포함한다.

제1처리조(21)는 상기 원료공급부에 연통 가능하게 결합되어 상기 원료공급부로부터 공급받은 수지 원료가 산화 처리되는 것으로서 일반적인 반응탱크가 사용될 수 있다.

오존수 공급부(22)는 상기 제1처리조 내에 저장된 고분자 수지 원료를 산화 처리하여 수지 원료 내부에 포함된 불순물을 제거하도록 제1처리조에 연결되어 오존수를 공급하는 것이다.

음이온 분사노즐(23)은 상기 오존수 공급부에 인접 설치되어 상기 제1처리조 내부에 음이온을 미세하게 분사하는 것이다.

초음파 발생부(24)는 상기 음이온 분사노즐에 인접 설치되고 초음파를 발생 공급하여 오존의 산화반응을 촉진하고 음이온을 활성화하는 것이다.

상기 1차 처리부로부터 산화 처리된 고분자 수지 원료는 2차 처리부의 제2처리부로 이송된다. 이때, 상기 1차 및 2차 처리부 사이에는 컨베이어벨트와 같은 이송수단이 구비될 수 있다.

2차 처리부(30)는 상기 1차 처리부에서 산화 처리된 고분자 수지 원료에 전압을 인가하여 정전기력에 의해 불순물을 흡착 분리하는 것으로서, 제2처리조(31)와, 전압인가부(32) 및 전원공급부(33)를 포함한다.

제2처리조(31)는 상기 이송수단에 연결되어 상기 1차 처리부로부터 이송된 수지 원료가 흡착 제거되는 것으로서, 일반적인 반응탱크가 별도로 구비되거나 또는 이송수단의 일부가 제2처리조로서 사용될 수 있다.

전압인가부(32)는 음전하를 띤 고분자 수지 원료에 (+)전압을 인가하는 것으로서, 이러한 전압인가부에 의해 정전기적인 힘이 발생하면서 고분자 수지 원료 내부에 포함된 무기질 등의 불순물이 흡착 분리되는 것이다.

전원공급부(33)는 상기 전압인가부(32)에 접속되어 전원을 공급하는 것이다.

이러한 구성으로 된 2차 처리부(30)에는 배출수단(미도시)이 구비되어 불순물이 제거되어 균일한 결정성 구조를 가짐과 아울러 저분자화된 고분자 수지가 배출 저장되도록 한다.

10 : 원료공급부 11 : 진동수단
20 : 1차 처리부 21 : 제1처리조
22 : 오존수 공급부 23 : 음이온 분사노즐
24 : 초음파 발생부 30 : 제2차 처리부
31 : 제2처리조 32 : 전압인가부
33 : 전원공급부

Claims

배터리 셀 파우치를 구성하는 접착제층에 적용되는 것으로서,
폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 중에서 선택되는 고분자 수지 원료를 공급하는 단계;
오존에 의한 산화반응에 의해 고분자 수지가 분해되면서 저분자화를 유도하도록 상기 고분자 수지 원료에 오존수를 중량기준 7:3의 비율로 혼합함과 아울러 음이온을 분사 후 초음파 처리에 의해 고분자 수지 원료 내부에 함유된 불순물을 산화 처리하는 1차 처리 단계; 및
상기 1차 처리된 고분자 수지 원료에 (+)전압을 인가하여 상기 불순물을 흡착 제거하여 온도 200~240℃에서 분자구조가 규칙적이고 나노결정화된 고분자 수지를 얻는 2차 처리 단계;를 포함함을 특징으로 하는 나노결정구조를 가진 합성수지의 제조방법.
삭제
고분자 수지 원료를 공급하되, 원료가 균일하게 공급되도록 진동수단(11)이 구비된 원료공급부(10);
상기 원료공급부에 연통 가능하게 결합되어 상기 원료공급부로부터 공급받은 수지 원료가 산화 처리되는 제1처리조(21), 상기 제1처리조 내에 저장된 고분자 수지 원료를 산화 처리하여 수지 원료 내부에 포함된 불순물을 제거하도록 제1처리조에 연결되어 오존수를 공급하는 오존수 공급부(22), 상기 오존수 공급부에 인접 설치되어 상기 제1처리조 내부에 음이온을 미세하게 분사하는 음이온 분사노즐(23) 및 상기 음이온 분사노즐에 인접 설치되고 초음파를 발생 공급하여 오존의 산화반응을 촉진하고 음이온을 활성화하는 초음파 발생부(24)로 이루어진 1차 처리부(20); 및
상기 1차 처리부로부터 이송된 수지 원료가 흡착 제거되는 제2처리조(31), 상기 제2처리조 내에 저장된 음전하를 띤 고분자 수지 원료에 (+)전압을 인가하여 고분자 수지 원료 내부에 포함된 불순물을 흡착 분리하는 전압인가부(32), 상기 전압인가부(32)에 접속되어 전원을 공급하는 전원공급부(33)로 이루어진 2차 처리부(30);를 포함함을 특징으로 하는 나노결정구조를 가진 합성수지의 제조장치.