KR101759317B1 - 수용성 접착제 제조장치 - Google Patents

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KR101759317B1
KR101759317B1 KR1020170014851A KR20170014851A KR101759317B1 KR 101759317 B1 KR101759317 B1 KR 101759317B1 KR 1020170014851 A KR1020170014851 A KR 1020170014851A KR 20170014851 A KR20170014851 A KR 20170014851A KR 101759317 B1 KR101759317 B1 KR 101759317B1
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Abstract

본 발명은 내부에 제1 원료를 교반하는 제1 교반기가 구비되고 외부에는 열교환기가 구비되는 제1 원료탱크; 내부에 제2 원료를 교반하고 상기 제1 교반기와는 상이한 형상으로 구비되는 제2 교반기가 구비되고 외부에는 열교환기가 구비되는 제2 원료탱크; 상기 제1 및 제2 원료가 투입되어 접착제 조성물을 제조하고 열교환기가 구비되는 반응탱크; 상기 반응탱크에서 제조된 접착제 조성물을 교반하도록 내부에 스크류교반기를 구비하고 외부에는 상기 내부와 연통하는 호퍼가 구비되는 혼합탱크; 상기 혼합탱크에서 교반된 접착제 조성물을 수납하고 열교환기가 구비되며 감압펌프가 구비된 에이징탱크; 상기 에이징탱크에서 배출되는 접착제 조성물을 수납하고 냉각기가 구비되며 상기 접착제 조성물을 배출하는 노즐이 구비되는 저장탱크; 상기 저장탱크의 노즐에서 배출되는 접착제 조성물을 수납하는 수납용기를 이송하고 상기 수납용기의 중량을 측정하는 중량측정부가 구비된 컨베이어이송부; 및 상기 저장탱크의 노즐에 구비되는 밸브와 연결되어 상기 노즐을 통하여 배출되는 접착제 조성물이 제어된 양으로 배출되도록 상기 밸브의 on/off를 제어하는 제어부;를 포함하는 수용성 접착제 제조장치에 관한 것이다.

Description

수용성 접착제 제조장치 {The device for manufacture a receptivity adhesive}
본 발명은 수용성 접착제 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피접착물의 표면과의 접착성능이 향상된 수용성 접착제 조성물을 제조할 수 있는 수용성 접착제 제조장치에 관한 것이다.
접착제란 두 표면을 강하고 영구적으로 접합시킬 수 있는 물질을 의미한다. 접착제는 자동차, 선박, 가구, 신발 등 거의 모든 제조업에 광범위하게 사용되고 있으며, 나무나 금속, 고분자 등 피접착물에 따라 다양한 종류가 존재한다. 접착제로서 만족스런 결과를 얻기 위해서는 피접착물 표면과 계면장력이 낮아 잘 적셔야 하고, 접착제와 피접착물 사이의 반응 또는 강한 상호작용이 필요하다. 또한 접착제가 사용될 주위환경에서 안정적이어야 한다.
일반적으로 접착제는 동물성과 식물성 및 합성수지로 분류된다. 동물성 접착제는 우유 속 단백질인 카세인과 동물의 간장이나 근육 등에 함유되어 있는 글리코겐 등이 있으며, 식물성 접착제는 옻, 풀 등이 있다. 그리고 공업용 접착제의 주를 이루는 합성수지로 된 에폭시수지 및 페놀수지가 있다. 비수용성 접착제는 유기용매를 사용하는 접착제로서, 유기용매를 사용한 비수용성 접착제는 수용성접착제에 비해 접착력이 우수하나 포장지를 재생하여 사용할 시 접착제의 제거가 어려워 수용성접착제를 개발하려고, 많은 노력이 있어 왔다. 대한민국 공개특허공보 공개번호 특2000-0075212호에는 염화아연, 염화칼륨, 제올라이트, 소비탄트리올레이트, 수용성 셀룰로오스와 멜라민 포름알데히드수지로 조성된 수용성접착제의 제조방법이 기재되어 있으며, 대한민국 공개특허공보 공개번호 특1990-0000446호에는 폴리비닐알콜과 요소를 합성하고 알데히드류와 염기산성을 반응시켜 제조된 싸이징 용 호부 및 수용성 접착제의 제조방법이 기술되어 있고, 대한민국 공개특허공보 공개번호 특1987-0005055호에는 젤라틴, 아교, 셀룰로즈, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈으로 조성된 접착제를 도포하여 접착된 수용성 양면접착테이프가 개시되어 있다.
반면, 전술한 수용성 접착제는 수용성 접착제 중에 포함된 물의 함량을 제어하기 어려워 제품의 균일성을 확보하기 어려웠으며 방수 (Water Blocking)성 향상을 위한 초미립자 고흡수성수지 사용에 많은 지장을 초래하는 문제점이 있어 왔다.
본 발명의 목적은 신규한 구성을 갖는 수용성 접착제 제조장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 복수의 구성으로 이루어지는 각 단계별로 수용성 접착제 조성물의 물성을 소정의 범위로 용이하게 유지시킴으로써 최종 제품인 수용성 접착제 조성물의 물성이 기설정된 범위 내로 용이하게 구현할 수 있는 수용성 접착제 제조장치를 제공하기 위함이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 불순물이 억제되어 높은 순도를 갖는 접착제 조성물을 제조할 수 있는 수용성 접착제 제조장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 실시예들은 내부에 제1 원료를 교반하는 제1 교반기가 구비되고 외부에는 열교환기가 구비되는 제1 원료탱크; 내부에 제2 원료를 교반하고 상기 제1 교반기와는 상이한 형상으로 구비되는 제2 교반기가 구비되고 외부에는 열교환기가 구비되는 제2 원료탱크; 상기 제1 및 제2 원료가 투입되어 접착제 조성물을 제조하고 열교환기가 구비되는 반응탱크; 상기 반응탱크에서 제조된 접착제 조성물을 교반하도록 내부에 스크류교반기를 구비하고 외부에는 상기 내부와 연통하는 호퍼가 구비되는 혼합탱크; 상기 혼합탱크에서 교반된 접착제 조성물을 수납하고 열교환기가 구비되며 감압펌프가 구비된 에이징탱크; 상기 에이징탱크에서 배출되는 접착제 조성물을 수납하고 냉각기가 구비되며 상기 접착제 조성물을 배출하는 노즐이 구비되는 저장탱크; 상기 저장탱크의 노즐에서 배출되는 접착제 조성물을 수납하는 수납용기를 이송하고 상기 수납용기의 중량을 측정하는 중량측정부가 구비된 컨베이어이송부; 및 상기 저장탱크의 노즐에 구비되는 밸브와 연결되어 상기 노즐을 통하여 배출되는 접착제 조성물이 제어된 양으로 배출되도록 상기 밸브의 on/off를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 중량측정부는 측정된 접착제 조성물의 중량을 상기 제어부로 전달하고 상기 제어부는 측정된 접착제 조성물의 중량과 기입력된 중량을 비교하여 상기 밸브의 on/off를 제어하며, 상기 제1 원료는 물 및 폴리비닐알코올 (PVA, poly vinyl alcohol)을 포함하고, 상기 제2 원료는 비닐아세테이트 모노머 및 아크릴레이트 모노머를 포함하며, 상기 접착제 조성물은 폴리비닐아세테이트 및 물을 포함하는 수용성 접착제 제조장치를 포함한다.
상기 제1 및 제2 원료탱크는 내부에 교반기가 구비되는 공간으로 이루어지는 원료수납부와, 상기 원료수납부의 하부 일측면에는 아웃렛, 상기 아웃렛에 대해서 상부 타측면에는 제1 또는 제2 원료가 각각 유입되는 원료인렛과, 상기 원료인렛에 대한 하부측에는 물이 유입되는 보조인렛을 각각 구비할 수 있다.
상기 보조인렛에는 상기 원료수납부로 유입되는 물이 통과하는 메쉬부재가 구비되고, 상기 메쉬부재와 상기 보조인렛 사이에는 연결부재가 개재되며, 상기 보조인렛과 연결되어 물이 전달되는 노즐에는 상기 물의 온도를 제어하는 열교환기가 구비될 수 있다.
상기 반응탱크는 상부 일측 및 타측에 각각 상기 제1 및 제2 원료탱크의 아웃렛과 연결되는 제1 및 제2 반응보조부와, 상기 제1 및 제2 반응보조부의 하부측에 구비되는 메인반응부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 반응보조부와 메인반응부에는 각각 별도의 열교환기가 구비될 수 있다.
상기 제1 반응보조부와 메인반응부 사이에는 서로 연통하는 하나의 제1 노즐이 구비되고, 상기 제2 반응보조부와 메인반응부 사이에는 서로 연통하는 한쌍의 제2 노즐이 구비되며, 상기 제1 노즐의 내경은 상기 제2 노즐의 내경에 비해서 크게 구비될 수 있다.
상기 혼합탱크는 서로 대면하는 단면이 원형이 양측면과, 상기 양측면을 연결하고 내부에 공간을 구비하고 양측면을 연결하는 원통반응부와, 상기 원통반응부 상부에 구비되는 호퍼를 포함하고, 상기 원통반응부의 내부에는 제1 방향으로 진행하는 스크류교반기가 구비될 수 있다.
상기 스크류교반기는 상기 원통반응부의 양측면을 연결하도록 상기 원통반응부의 중심에 구비되어 회전하는 봉부재와, 상기 봉부재와 연결되어 접착제 조성물을 혼합하는 헬리컬블레이드로 이루어지고, 상기 봉부재의 내부에는 열선이 구비되어 상기 봉부재의 온도를 제어할 수 있다.
상기 호퍼는 상기 제1 방향에 대해서 전단부에 구비되며, 상기 호퍼를 통하여 실리케이트 나노입자 또는 알루미늄옥사이드 나노입자를 첨가할 수 있다.
상기 원통반응부의 외면 하부에는 상기 원통반응부의 내부로 열을 전달하는 열교환기가 구비되고, 상기 원통반응부의 내면 상부에는 상기 원통반응부의 내부 공간을 향하는 복수개의 리브가 구비될 수 있다.
상기 리브는 상기 원통반응부와 가역적으로 분리가능하도록 나사결합에 의하여 체결되고, 상기 리브의 내부에는 접착제 조성물의 온도를 측정하는 센서가 구비될 수 있다.
상기 제1 원료는 물 100중량부, 폴리비닐알코올 (PVA, poly vinyl alcohol) 3중량부 내지 5중량부를 포함하고, 상기 제2 원료는 물 100중량부, 비닐아세테이트 모노머 120중량부 내지 130중량부 및 아크릴레이트 모노머 20중량부 내지 40중량부를 포함하고, pH가 4 내지 7이고, 점도가 1,000cps/25˚c 내지 100,000cps/25˚c일 수 있다.
바람직하게는, pH가 4 내지 5이고, 점도가 1,000cps/25˚c 내지 3,000cps/25˚c일 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 신규한 구성을 갖는 수용성 접착제 제조장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 복수의 구성으로 이루어지는 각 단계별로 수용성 접착제 조성물의 물성을 소정의 범위로 용이하게 유지시킴으로써 최종 제품인 수용성 접착제 조성물의 물성이 기설정된 범위 내로 용이하게 구현할 수 있는 수용성 접착제 제조장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 불순물이 억제되어 높은 순도를 갖는 접착제 조성물을 제조할 수 있는 수용성 접착제 제조장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 접착제 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 원료탱크를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응탱크를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합탱크를 나타낸 도면이다.
도 5a는 도 4의 혼합탱크와 리브의 분리사시도이고, 도 5b는 도 5a의 혼합탱크에 리브가 체결된 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수용성 접착제 제조방법의 흐름도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 매체를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 접착제 제조장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 접착제 제조장치 (10) 내부에 제1 원료를 교반하는 제1 교반기 (120)가 구비되고 외부에는 열교환기 (130)가 구비되는 제1 원료탱크 (100); 내부에 제2 원료를 교반하고 상기 제1 교반기 (120)와는 상이한 형상으로 구비되는 제2 교반기 (220)가 구비되고 외부에는 열교환기 (230)가 구비되는 제2 원료탱크 (200); 상기 제1 및 제2 원료가 투입되어 접착제 조성물을 제조하고 열교환기가 구비되는 반응탱크 (300); 상기 반응탱크 (300)에서 제조된 접착제 조성물을 교반하도록 내부에 스크류교반기 (420)를 구비하고 외부에는 상기 내부와 연통하는 호퍼 (430)가 구비되는 혼합탱크 (400); 상기 혼합탱크 (400)에서 교반된 접착제 조성물을 수납하고 열교환기 (520)가 구비되며 감압펌프 (530)가 구비된 에이징탱크 (500); 상기 에이징탱크 (500)에서 배출되는 접착제 조성물을 수납하고 냉각기 (620)가 구비되며 상기 접착제 조성물을 배출하는 노즐 (630)이 구비되는 저장탱크 (600); 상기 저장탱크 (600)의 노즐 (630)에서 배출되는 접착제 조성물을 수납하는 수납용기 (700)를 이송하고 상기 수납용기 (700)의 중량을 측정하는 중량측정부 (820)가 구비된 컨베이어이송부 (800); 및 상기 저장탱크 (600)의 노즐 (630)에 구비되는 밸브 (631)와 연결되어 상기 노즐 (600)을 통하여 배출되는 접착제 조성물 (P)이 제어된 양으로 배출되도록 상기 밸브 (631)의 on/off를 제어하는 제어부 (900);를 포함하고, 상기 중량측정부 (820)는 측정된 접착제 조성물의 중량을 상기 제어부 (900)로 전달하고 상기 제어부 (900)는 측정된 접착제 조성물의 중량과 기입력된 중량을 비교하여 상기 밸브 (631)의 on/off를 제어한다. 상기 제1 원료탱크 (100) 중에 구비되는 제1 원료는 물 및 폴리비닐알코올 (PVA, poly vinyl alcohol)을 포함하고, 상기 제2 원료탱크 (200) 중에 구비되는 제2 원료는 비닐아세테이트 모노머 및 아크릴레이트 모노머를 포함하며, 상기 접착제 조성물은 폴리비닐아세테이트 및 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 접착제 제조장치 (10)는 수용성 접착제 조성물을 제조하는 장치로, 제1 및 제2 원료가 준비되는 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200), 상기 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200)에서 준비된 제1 및 제2 원료를 수납한 후 반응시켜 접착제 조성물로 제조하는 반응탱크 (300), 상기 반응탱크 (300)에서 반응이 완료된 접착제 조성물이 균일한 물성을 갖도록 혼합하고 기계적 강도 등과 같은 물성을 보다 보강하기 위하여 상기 접착제 조성물 중에 나노입자 등과 같은 보강제를 추가하여 혼합하는 혼합탱크 (400), 상기 혼합탱크 (400)를 통하여 배출된 접착제 조성물을 에이징시키는 에이징탱크 (500), 상기 에이징탱크 (500)에서 배출되는 접착제 조성물을 수납하고 저장하는 저장탱크 (600)와 함께, 상기 저장탱크 (600)에서 배출되는 접착제 조성물을 포장하도록 수납용기 (700)를 이송시키는 컨베이어이송부 (800) 및 수납용기 (700) 중에 수납되는 접착제 조성물의 중량을 소정의 범위 내로 유지시는 제어부 (900)로 이루어질 수 있다.
상기 에이징탱크 (500)는 혼합탱크 (400)에서 전달된 접착제 조성물을 수납하는 에이징부 (510)과 상기 에이징부 (510)의 외면에 구비되어 상기 에이징부 (510)로 열을 전달하는 열교환기 (520), 상기 에이징부 (510)의 내부를 감압시키는 펌프 (530)가 구비될 수 있다. 상기 에이징탱크 (500)로 전달된 접착제 조성물은 에이징부 (510) 내에서 에이징되는데, 상기 접착제 조성물 중에 포함된 미반응된 반응물들은 열교환기 (520)에 의하여 전달되는 열에 의하여 증발되고, 공기 중으로 증발된 물질은 상기 펌프 (530)에 의하여 외부로 배출될 수 있다. 상기 에이징탱크 (500)의 상부에는 증발된 물질을 배출시키도록 후드 (540)을 구비할 수 있다.
상기 에이징탱크 (500)에서는 전술한 바와 같이 접착제 조성물 중에서 미반응된 물질이 증발되어 외부로 배출되도록 에이징부 (510)의 상부에는 후드 (540)가 구비된다. 또한, 상기 미반응된 물질이 증발되고 존재하는 순수한 접착제 조성물은 상기 에이징부 (510)의 하부에 구비된 노즐 (550)을 통하여 이어지는 저장탱크 (600)에 전달될 수 있다.
혼합탱크 (400)에서 제조가 완료된 접착제 조성물은 상기 혼합탱크 (400)에서 순차적으로 에이징탱크 (500) 및 저장탱크 (600)로 전달될 수 있다. 이때, 상기 제조가 완료된 접착제 조성물은 혼합탱크 (400)의 하부에 구비되어 평행하게 에이징탱크 (500)의 하부로 연결되는 노즐 (413)을 전달되고, 이어서 상기 에이징탱크 (500)에서도 동일하게 상기 에이징탱크 (500)의 하부에 구비되어 상기 저장탱크 (600)로 평행하게 연결된 노즐 (550)을 통하여 저장탱크 (600)로 전달될 수 있다. 상기 저장탱크 (600)의 하부에는 상기 에이징탱크 (500)에서 전달되는 노즐 (550)과 동일한 위치에 나란하게 노즐 (630)이 구비되고, 상기 노즐 (630)을 통하여 접착제 조성물 (P)이 수납용기 (700)로 배출될 수 있다.
제조가 완료된 접착제 조성물은 혼합탱크 (400), 에이징탱크 (500) 및 저장탱크 (600)로 전달되는 과정에서 하부측에서 동일한 위상으로 연결되는 노즐들 (413, 550, 630)을 통하여 전달되므로, 상부에서 하부로의 낙차 등에 의하여 발생하는 위치에너지 변화, 그에 의한 마찰열의 발생 등을 방지할 수 있어, 상기 접착제 조성물의 물성에 대한 영향을 최소화할 수 있다.
상기 저장탱크 (600)에서 배출되는 접착제 조성물 (P)은 상기 저장탱크 (600)의 하부에 구비되는 노즐 (630)을 통하여 수납용기 (700)로 배출될 수 있다. 상기 노즐 (630)에는 밸브 (631)가 구비되어 배출되는 접착제 조성물 (P)의 양을 제어할 수 있다.
상기 수납용기 (700)는 컨베이어이송부 (800)를 통하여 연속적으로 이송되면서 상기 저장탱크 (600)에서 배출되는 접착제 조성물 (P)을 수납할 수 있다.
상기 컨베이어이송부 (800)는 상기 수납용기 (700)를 이송시키는 벨트 (810)와 상기 수납용기 (700) 중에 구비되는 접착제 조성물의 중량을 측정하는 중량측정부 (820)을 포함할 수 있다.
상기 중량측정부 (820)는 벨트 (810)에 구비되어 측정된 접착제 조성물의 중량을 상기 제어부 (900)로 전달할 수 있다. 상기 제어부 (900)는 전달받은 측정된 접착제 조성물의 중량과 상기 제어부 (900)에 기입력된 중량을 비교하여, 상기 저장탱크 (600)의 노즐 (630)에 구비되는 밸브 (631)를 제어하여 상기 수납용기 (700) 중에 구비되는 접착제 조성물의 중량이 대략 일정하도록 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 원료탱크를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200)는 서로 별도로 구비되어 각각 제1 및 제2 원료를 혼합 및 저장할 수 있다. 상기 제1 원료는 접착제 조성물의 주원료로 물 및 폴리비닐알코올 (PVA, poly vinyl alcohol)을 포함하고, 제2 원료는 보조원료로 비닐아세테이트 모노머 및 아크릴레이트 모노머를 포함하며, 상기 제1 및 제2 원료에 의하여 제조되는 접착제 조성물은 폴리비닐아세테이트 및 물로 이루어지는 수용성 친환경 접착제 조성물일 수 있다. 상기 접착제 조성물은 주로 지관용, 박스용, 목공용 등으로 사용될 수 있다.
상기 제1 원료탱크 (100)는 상기 제2 원료탱크 (200)보다 큰 크기로 구비될 수 있다. 상기 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200)는 내부에 각각 제1 및 제2 교반기 (120, 220)가 구비되는 공간으로 이루어지는 원료수납부 (110, 210)와, 상기 원료수납부 (110, 210)의 하부 일측면에는 아웃렛 (140, 240), 상기 아웃렛 (140, 240)에 대해서 상부 타측면에는 제1 또는 제2 원료가 각각 유입되는 원료인렛 (150, 250)과, 상기 원료인렛 (150, 250)에 대한 하부측에는 물이 유입되는 보조인렛 (160, 260)을 각각 구비할 수 있다.
상기 제1 원료탱크 (100)의 원료수납부 (110)는 제2 원료탱크 (200)의 원료수납부 (210)보다 큰 부피를 갖도록 구비될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 원료와 물이 각각 유입되는 원료인렛 (150, 250) 및 보조인렛 (160, 260)은 각각 상기 원료수납부 (110, 210)에서 일측 상부측에 구비되고, 상기 제1 및 제2 원료와 물이 함께 유출되는 아웃렛 (140, 240)은 상기 원료인렛 (150, 250) 및 보조인렛 (160, 260)에 대해서 타측 하부측에 구비될 수 있다.
상기 원료인렛 (150, 250)은 상기 보조인렛 (160, 260)에 대해서 상부측에 구비되되 상기 보조인렛 (160, 260)에 비하여 큰 직경으로 구비될 수 있다. 상기 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200) 내로 1차적으로 상기 원료인렛 (150, 250)을 통하여 물을 포함하는 제1 및 제2 원료가 유입된다. 이후, 상기 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200)의 원료수납부 (110, 210)에서 상기 제1 및 제2 원료를 혼합하고 저장하는 과정에서 일부 물이 증발될 수 있다. 이때, 상기 보조인렛 (160, 260)을 통하여 2차적으로 물을 상기 원료수납부 (110, 210)로 보충함으로써 상기 제1 및 제2 원료 중의 물의 양을 소정의 범위 내로 유지할 수 있다.
또한, 상기 제1 원료 및 제2 원료는 각각 제1 및 제2 원료탱크 (100. 200)로 투입되고, 상기 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200)의 각각에 구비된 pH센서에 의하여 상기 제1 및 제2 원료의 pH 및 온도를 측정한 후, 상기 pH 및 온도에 따라 상기 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200)로 물을 추가할 수 있으므로, 제1 및 제2 원료의 pH 및 온도를 소정의 범위 내로 용이하게 제어할 수 있다.
상기 보조인렛 (160, 260)에는 상기 원료수납부 (110, 210)로 유입되는 물이 통과하는 메쉬부재 (170)가 구비되고, 상기 보조인렛 (160, 260)과 연결되어 물이 전달되는 노즐 (161, 261)에는 상기 물의 온도를 제어하는 열교환기 (162, 262)가 구비될 수 있다.
상기 메쉬부재 (170)는 상기 메쉬부재 (170)를 통과하는 물이 상기 원료수납부 (110, 210) 중에 스프레이되어 유입되도록 하여 상기 물과 제1 및 제2 원료의 혼합이 보다 용이하게 할 수 있다. 또한, 상기 메쉬부재 (170)는 상기 원료수납부 (110, 210)의 보조인렛 (150, 250)에 구비되는데, 상기 보조인렛 (150, 250)과 메쉬부재 (170) 사이에는 상기 보조인렛 (150, 250)과 메쉬부재 (170)를 견고하게 고정시키는 연결부재 (171)가 더 구비될 수 있다. 상기 연결부재 (170)는 메쉬부재 (170)를 용이하게 교환하게 할 수 있으며, 동시에 고압력으로 유입되는 물에 의해서도 메쉬부재 (170)가 견고하게 고정되도록 할 수 있다.
상기 제1 원료탱크 (100) 및 제2 원료탱크 (200)의 내부에는 각각 제1 및 제2 교반기 (120, 220)가 구비될 수 있는데, 상기 제1 및 제2 교반기 (120, 220)은 서로 상이한 형상으로 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 교반기 (120)는 하나의 임팰러만을 구비하고, 상기 제2 교반기 (220)는 한쌍의 임팰러가 서로 상부 및 하부에 이격되어 구비될 수 있다.
상기 제1 원료탱크 (100) 내에 구비되는 제1 원료는 상대적으로 점도가 높은 고분자 물질로 이루어 질 수 있다. 따라서, 싱글임팰러로 이루어지고 상기 원료수납부 (110)의 하부에 구비된 제1 교반기 (120)를 이용하여 제1 원료를 교반함으로써 상기 제1 원료 중의 하부에 형성되는 와류가 상부로 전달하여 상기 제1 원료가 상하부 차이가 없도록 균일하게 교반시킬 수 있다.
반면, 상기 제2 원료탱크 (200) 내에 구비되는 제2 원료는 모너머 (monomer)로 이루어져 상대적으로 제1 원료에 비해서 낮은 점도로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 제2 원료와는 다르게 하부에서 형성된 와류가 상부로 용이하게 전달되지 않고, 따라서 임팰러가 구비된 영역만이 교반될 수 있다. 반면, 본 실시예에 따른 제2 교반기 (220)는 상하부의 한쌍의 더블임팰러로 구비되므로, 상기 제2 교반기 (220)를 이용하여 제2 원료를 교반함으로써 상기 원료수납부 (210) 내의 구비된 제2 원료를 용이하게 교반할 수 있다.
상기 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200)에서 교반되어 소정의 조건으로 준비되는 제1 및 제2 원료는 원료수납부 (110, 210)의 하부측에 구비된 노즐 (141, 241)을 통하여 반응탱크 (300)로 전달될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응탱크를 나타낸 도면이다.
도 1과 함께 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 반응탱크 (300)는 상기 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200)에서 전달되는 제1 및 제2 원료를 수납한 후, 이후 반응시킬 수 있도록 제1 및 제2 반응보조부 (310, 320) 및 메인반응부 (330)로 구성될 수 있다.
상기 반응탱크 (300)는 상부 일측 및 타측에 각각 상기 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200)의 아웃렛 (140, 240)과 연결되는 제1 및 제2 반응보조부 (310, 320)와, 상기 제1 및 제2 반응보조부 (310, 320)의 하부측에 구비되는 메인반응부 (330)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 반응보조부 (310, 320)와 메인반응부 (330)에는 각각 별도의 열교환기 (312, 322, 332)가 구비되어 각각 별도로 반응온도 등이 제어될 수 있다.
상기 제1 및 제2 반응보조부 (310, 320)는 각각 내부에 상기 제1 및 제2 원료탱크 (100, 200)에서 연결되는 노즐 (141, 241)이 연결되는 인렛 (313, 323)이 구비되고, 상기 인렛 (313, 323)을 통하여 유입되는 제1 및 제2 원료는 상기 제1 및 제2 반응보조부 (310, 320)의 공간 (311, 321)에 저장될 수 있다.
상기 제1 및 제2 반응보조부 (310, 320)는 하부에 구비되는 메인반응부 (330)와 연결되어 상기 제1 및 제2 원료를 상기 메인반응부 (330)로 전달할 수 있다. 상기 제1 및 제2 원료는 상기 메인반응부 (330)에서 반응하기 전 제1 및 제2 반응보조부 (310, 320)에 잔류하면서 노즐 (141, 241) 통한 이송과정에서 제1 및 제2 원료에서 발생되는 스트레스를 완화할 수 있으며, 또한 상기 제1 및 제2 반응보조부 (310, 320)와 메인반응부 (300) 사이에는 하나 이상의 노즐 (340)이 구비될 수 있는데, 상기 노즐 (340)을 통하여 상기 메인반응부 (330)로 전달되는 제1 및 제2 원료의 양을 용이하게 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 노즐 (340)은 상기 제1 반응보조부 (310)와 메인반응부 (330)를 연결하는 제1 노즐 (341)과, 상기 제2 반응보조부 (320)와 메인반응부 (330)를 연결하는 한쌍의 제2 노즐 (342, 343)을 포함할 수 있다.
상기 제1 반응보조부 (310)와 메인반응부 (330) 사이에는 서로 연통하는 하나의 제1 노즐 (341)이 구비되고, 상기 제2 반응보조부 (320)와 메인반응부 (330) 사이에는 서로 연통하는 한쌍의 제2 노즐 (342, 343)이 구비되며, 상기 제1 노즐 (341)의 내경은 상기 제2 노즐 (342, 343)의 내경에 비해서 크게 구비될 수 있다.
상기 제1 및 제2 노즐 (341, 342, 343)에는 각각 상기 제1 및 제2 노즐 (341, 342, 343)이 개구되는 정도를 제어하는 밸브 (341a, 342a, 343a)가 구비될 수 있으며, 상기 밸브 (341a, 342a, 343a)에 의하여 제1 및 제2 원료의 전달양을 용이하게 제어할 수 있다.
예컨대, 상기 제1 노즐 (341) 중의 밸브 (341a)를 이용하여 상기 제1 원료 중 50%를 메인반응부 (330)로 전달한 후, 이어서 상기 제2 노즐 (342, 343) 중 하나만을 이용하여 상기 제2 원료 중 50%를 메인반응부 (330)로 전달한 후 혼합할 수 있다. 이어서, 상기 제2 노즐 (341)의 밸브 (341a)를 다시 오픈하여 나머지 제1 원료의 50%를 메인반응부 (330)로 전달하고, 상기 제2 노즐 (341, 342)의 양측 모두를 오픈하여 나머지 제2 원료의 50%를 전달할 수 있다.
상기 제1 및 제2 노즐 (341, 342, 343)은 배출되는 제1 및 제2 원료의 양을 제어함과 동시에, 상기 제2 노즐 (342, 343)을 한쌍으로 구비시킴으로써 상기 제2 원료의 배출속도를 함께 제어할 수 있다.
상기 메인반응부 (330)에서는 상기 제1 및 제2 원료를 혼합하여 접착제 조성물을 제조할 수 있고, 제조된 접착제 조성물은 메인반응부 (330)에 구비된 노즐 (331)을 통하여 후속하는 혼합탱크 (400)로 전달될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합탱크를 나타낸 도면이고, 도 5a는 도 4의 혼합탱크와 리브의 분리사시도이고, 도 5b는 도 5a의 혼합탱크에 리브가 체결된 모습을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 접착제 조성물의 제조장치에서 상기 혼합탱크 (400)는 서로 대면하는 단면이 원형이 양측면 (411, 412)과, 상기 양측면 (411, 412)을 연결하고 내부에 공간을 구비하는 원통반응부 (410)와, 상기 원통반응부 (410) 상부에 구비되는 호퍼 (430)를 포함할 수 있다. 상기 원통반응부 (410)의 내부에는 제1 방향 (x)으로 진행하는 스크류교반기 (420)가 구비될 수 있다. 상기 스크류교반기 (420)는 회전에 의하여 상기 혼합탱크 (400) 중으로 투입된 접착제 조성물을 제1 방향 (x)으로 진행하면서 교반되어 균일한 물성을 갖도록 혼합될 수 있다. 상기 혼합탱크 (400)의 양측면 (411, 412)는 각각 인렛 (411a) 및 아웃렛 (412a)가 구비되고, 상기 인렛 (411a)은 측면 (411)의 일측 상부에 구비되어 반응탱크 (300)에서 전달되는 접착제 조성물이 유입되는 노즐 (331)이 연결되고, 상기 아웃렛 (412a)는 원통반응부 (410)에서 배출되는 접착제 조성물이 배출되는 노즐 (413)이 구비되어 후속하는 에이징탱크 (500)로 전달될 수 있다. 상기 원통반응부 (410)의 아웃렛 (412a)과 연결되는 노즐 (413)은 에이징탱크 (500)의 하단에 대응하도록 구비될 수 있다.
상기 스크류교반기 (420)는 상기 원통반응부 (410)의 양측면 (411, 412)을 연결하도록 상기 원통반응부 (410)의 중심에 구비되어 회전하는 봉부재 (421)와, 상기 봉부재 (421)와 연결되어 접착제 조성물을 혼합하는 헬리컬블레이드 (422)로 이루어질 수 있다. 상기 봉부재 (421)의 내부에는 열선이 구비되어 상기 봉부재 (421)의 온도를 제어할 수 있다.
접착제 조성물은 반응탱크 (300)에서 반응이 완료되어 접착제 조성물로 제조되나 일부 미반응된 제1 및 제2 원료가 존재하고, 물성이 부분적으로 균일하지 못한 영역이 존재할 수 있다. 반면 본 실시예에 따른 혼합탱크 (400) 중에서 교반되면서 접착제 조성물이 전체적으로 균일하도록 혼합될 수 있다. 또한, 상기 스크류교반기 (420)의 봉부재 (421)는 봉형상으로 구비되어 내부에 열선을 구비하고, 상기 봉부재 (421)로 열을 전달할 수 있다. 상기 봉부재 (421)로 전달된 열은 상기 스크류교반기 (420)를 통하여 혼합되는 접착제 조성물로 전달되어 상기 접착제 조성물의 물성이 적절한 균형을 갖도록 제어할 수 있다.
상기 원통반응부 (410)의 상부 일측에는 상기 원통반응부 (410)와 연통하는 호퍼 (430)가 구비될 수 있다. 상기 호퍼 (430)는 상기 제1 방향 (x)에 대해서 전단부에 구비되며, 상기 호퍼 (430)를 통하여 실리케이트 나노입자 또는 알루미늄옥사이드 나노입자를 첨가할 수 있다.
상기 실리케이트 나노입자 또는 알루미늄옥사이드 나노입자는 나노크기의 입자를 갖는 것으로 상기 접착제 조성물 중에 필러 (filler)로 충진될 수 있다. 상기 실리케이트 나노입자 또는 알루미늄옥사이드 나노입자는 접착제 조성물의 유변학적 성질의 변화없이 높은 기계적 강도를 얻을 수 있고, 스티프니스 (stiffness)가 증가되고 열안정성과 응력집중을 분산시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혼합탱크 (400)는 제1 방향으로 접착제 조성물이 균일한 물성을 갖도록 혼합하면서, 상기 제1 방향에 대해 전단부에 상기 호퍼 (430)를 구비함으로써 상기 접착제 조성물 중에 필러를 용이하게 충진하고 상기 접착제 조성물이 로트 (lot)별로 물성의 차이가 나지 않도록 균일하게 상기 필러를 용이하게 혼합시킬 수 있다.
상기 원통반응부 (410)의 외면 하부에는 상기 원통반응부 (410)의 내부로 열을 전달하는 열교환기 (440)가 구비되고, 상기 원통반응부 (410)의 내면 상부에는 상기 원통반응부 (410)의 내부 공간을 향하는 복수개의 리브 (450)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 리브 (450)는 상기 원통반응부 (410)와 가역적으로 분리가능하도록 나사결합에 의하여 체결되고, 상기 리브 (450)의 내부에는 접착제 조성물의 온도를 측정하는 센서가 구비될 수 있다.
본 실시예에 따른 원통반응부 (410)의 외면 하부에는 열교환기 (440)가 구비될 수 있고, 상기 열교환기 (440)는 상기 원통반응부 (410)의 내부를 통과하는 접착제 조성물로 열을 전달하여 접착제 조성물의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 리브 (450)는 접착제 조성물의 온도를 측정하는 센서가 구비되는 센서부 (451)와 상기 센서부 (451)에서 연장되는 체결부 (452)로 이루어질 수 있다. 상기 센서부 (451)와 체결부 (452)는 일체로 구비될 수 있으며, 상기 센서부 (451)은 매끈한 표면으로 형성되고, 상기 체결부 (452)의 외면에는 나사산이 구비될 수 있다.
상기 원통반응부 (410)의 내부에는 상기 리브 (450)의 체결부 (452)가 삽입되고 내면에 나사산이 구비된 체결홀 (414)이 구비될 수 있고, 상기 리브 (450)의 체결부 (452)는 상기 체결홀 (414)과 나사결합으로 체결될 수 있다.
본 실시예에 따른 혼합탱크 (400)에서 원통반응부 (410)의 외부에는 상기 원통반응부 (410) 내에서 교반되고 균질화되는 접착제 조성물로 열을 전달하는 열교환기 (440)가 구비될 수 있고, 상기 원통반응부 (410)의 내부에는 상기 원통반응부 (410)의 상부에서 제1 방향 (x)으로 정렬되어 서로 이격되어 구비되는 복수개의 리브 (450)가 구비될 수 있다. 상기 리브 (450)는 상기 원통반응부 (410)의 제1 방향으로 진행되는 접착제 조성물의 온도를 측정하고, 상기 측정된 온도를 기반으로 열교환기 (440)를 통하여 상기 접착제 조성물의 온도가 일정한 범위로 유지할 수 있도록 제어할 수 있다.
본 실시예에 따른 접착제 조성물은 친환경의 수성 접착제 조성물일 수 있으며, pH가 4 내지 7이고, 점도가 1,000cps/25˚c 내지 100,000cps/25˚c일 수 있다. 상기 접착제 조성물을 구성하는 제1 원료는 물 100중량부, 폴리비닐알코올 (PVA, poly vinyl alcohol) 3중량부 내지 5중량부를 포함하고, 상기 제2 원료는 물 100중량부, 비닐아세테이트 모노머 120중량부 내지 130중량부 및 아크릴레이트 모노머 20중량부 내지 40중량부를 포함할 수 있다. 보다 구제척으로는, 상기 접착제 조성물은 중량%로 20wt% 내지 25wt%의 폴리비닐아세테이트 및 75wt% 내지 80wt%의 물을 포함하고, pH가 4 내지 5이고, 점도가 1,000 cps/25˚c 내지 3,000 cps/25˚c일 수 있다.
이하에서, 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 후술할 내용을 제외하고는, 도 1 내지 도 5b에서 설명한 실시예에 기재된 내용과 유사하므로 이에 대한 자세한 내용은 생략한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수용성 접착제 제조방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 수용성 접착제 제조방법은 전술한 수용성 접착제 제조장치 (10, 도 1 참조)를 이용할 수 있으며, 교반기가 구비된 제1 원료탱크 중에 물 100중량부, 폴리비닐알콜 (PVA, poly vinyl alcohol) 3중량부 내지 5중량부를 포함하는 제1 원료를 교반하는 제1 원료준비단계; 교반기가 구비된 제2 원료탱크 중에 물 100중량부, 비닐아세테이트 모노머 120중량부 내지 130중량부 및 아크릴레이트 모노머 20중량부 내지 40중량부를 포함하는 제2 원료를 교반하는 제2 원료준비단계; 상기 제1 원료는 상기 반응탱크 중으로 일괄하여 투입하되 상기 제2 원료는 상기 반응탱크 중으로 복수회 분할하여 투입하여 10분 내지 30분 동안 교반하면서 75℃ 내지 85℃로 온도에서 접착제 조성물을 제조하는 반응단계; 상기 접착제 조성물을 스크류교반기가 구비된 혼합탱크로 이송하고 상기 혼합탱크 내에서 상기 접착제 조성물을 교반하는 혼합단계; 상기 혼합탱크 내에서 혼합된 접착제 조성물을 에이징탱크로 이송하고, 상기 에이징탱크 내에서 온도 및 교반속도를 단계별로 변화시켜서 상기 접착제 조성물을 에이징시키는 에이징단계; 및 상기 접착제 조성물을 상기 접착제 조성물을 배출시키는 노즐이 구비된 저장탱크 중으로 이송하고 10분 내지 30분 동안 10℃ 내지 20℃에서 유지시키는 냉각단계;를 포함할 수 있다. 상기 접착제 조성물의 제조방법에 의하여 제조된 접착제 조성물은 pH가 4 내지 7이고, 점도가 1,000 cps/25˚c 내지 100,000 cps/25˚c일 수 있다.
상기 제1 및 제2 원료준비단계에서는 상기 제1 및 제2 원료탱크 내부에 각각 구비된 센서에 의하여 상기 제1 및 제2 원료의 점도, 온도 및 pH를 측정하고, 상기 제1 및 제2 원료의 점도, 온도 및 pH에 따라 상기 제1 및 제2 원료탱크로 물을 추가하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 원료준비단계에서 상기 제1 및 제2 원료의 점도, 온도 및 pH를 소정의 범위 내로 일정하기 유지시킴으로써 제조된 접착제 조성물이 설계 사양 내의 물성을 갖도록 할 수 있다.
상기 반응단계는 반응탱크에서 수행되는데, 상기 반응탱크에서는 제1 및 제2 원료를 일단 수납한 후 반응시키는 양을 제어하면서 접착제 조성물로 제조할 수 있다. 상기 혼합탱크는 상기 반응탱크에서 반응이 완료된 접착제 조성물이 균일한 물성을 갖도록 혼합하고 기계적 강도 등과 같은 물성을 보다 보강하기 위하여 상기 접착제 조성물 중에 나노입자 등과 같은 보강제를 추가하여 혼합할 수 있다. 상기 에이징단계는 에이징탱크에서 수행될 수 있으며, 상기 혼합탱크에서 배출되는 접착제 조성물이 에이징될 수 있도록 다양한 온도범위로 제어할 수 있다.
상기 에이징탱크 내에 구비된 접착제 조성물은 다양한 온도범위로 다단계로 교반되는 에이징단계를 통하여 에이징될 수 있다. 상기 에이징단계에서는 막 제조된 접착제 조성물이 전체적으로 균일한 물성이 지속적으로 유지될 수 있도록 할 수 있다. 상기 에이징단계는 75℃ 내지 85℃의 온도에서 10분 내지 30분 동안 교반하는 제1 단계; 50℃ 내지 60℃의 온도에는 10분 내지 30분 동안 교반하는 제2 단계; 30℃ 내지 40℃의 온도에서 10분 내지 30분 동안 교반하는 제3 단계; 및 상온에서 10분 내지 30분 동안 감압하여 유지하는 제4 단계;를 포함할 수 있다.
상기 에이징단계를 수행하기 전 상기 접착제 조성물은 고온, 예컨대 75℃ 내지 85℃로 온도에서 제조되고 유지될 수 있다. 상기 접착제 조성물의 온도가 급변하는 경우 상기 접착제 조성물의 물성의 균일성이 저하되고, 상기 접착제 조성물의 외부의 급격한 온도변화에 의하여 상기 접착제 조성물의 외부와 내부의 물성차이가 발생할 수 있다.
반면, 본 실시예에 따른 에이징단계에서는 제1 단계 내지 제4 단계로 수행될 수 있고, 상기 제1 단계 내지 제4 단계를 수행하는 과정에서 온도를 단계별로 변화시킴으로써 상기 접착제 조성물의 에이징이 서서히 진행되도록 하여 물성변화를 완화시킬 수 있다. 또한, 상기 에이징탱크에 구비되는 펌프를 통하여 상기 에이징탱크 내부를 감압시킬 수 있으며, 접착제 조성물에서 증발되는 물질은 후드를 통하여 외부로 배출되므로 상기 접착제 조성물 중에 포함된 불순물을 저감하여 순도를 높일 수 있다.
구체적으로는, 상기 에이징단계는, 75℃의 온도에서 10분 동안 교반하는 제1 단계; 55℃의 온도에는 10분 동안 교반하는 제2 단계; 35℃의 온도에서 10분 동안 교반하는 제3 단계; 및 상온에서 10분 동안 감압하여 유지하는 제4 단계;를 포함할 수 있다. 각 단계별 온도차이를 20℃으로 동일하게 유지하고, 동일한 시간으로 유지하여 작업자의 작업효율을 향상시킬 수 있으며, 로트 (lot)별 물성차이가 발생하는 것을 방지하여 공정의 균일성을 유지할 수 있다.
제조가 완료된 접착제 조성물은 혼합탱크, 에이징탱크 및 저장탱크로 전달되는 과정에서 하부측에서 동일한 위상으로 연결되는 노즐들을 통하여 전달되므로, 상부에서 하부로의 낙차 등에 의하여 발생하는 위치에너지 변화, 그에 의한 마찰열의 발생 등을 방지할 수 있어, 상기 접착제 조성물의 물성에 대한 영향을 최소화할 수 있다.
상기 에이징단계를 거친 접착제 조성물은 저장탱크 내에 저장되어 냉각단계가 수행될 수 있는데, 상기 냉각단계가 수행되기 전 상기 저장탱크 내에서 상기 접착제 조성물은 알코올을 이용하여 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각단계에서는 상기 알코올은 상기 접착제 조성물의 부피에 대해서 2배 내지 3배의 부피의 IPA 또는 NMP를 포함할 수 있다. 상기 알코올은 상기 접착제 조성물의 부피에 대해서 2배 내지 3배의 부피로 이용하는데, 2배 미만인 경우에는 접착제 조성물의 미세척된 부분이 존재하고, 3배의 부피면 접착제 조성무를 충분히 세척하므로 3배를 초과하는 경우 불필요한 생산비를 증가시킬 수 있다.
상기 냉각단계는 상기 에이징탱크에서 배출되는 접착제 조성물을 수납하고 저장하는 저장탱크에서 수행될 수 있다. 상기 에이징이 완료되어 물성이 균일화된 접착제 조성물은 저장탱크 내에서 세척되고 냉각되는 냉각단계가 수행될 수 있다. 상기 저장탱크를 통하여 배출되는 접착제 조성물은 컨베이어이송부를 통하여 이송되는 수납용기 중에 개별적으로 포장될 수 있다. 상기 컨베이어이송부에는 상기 수납용기의 중량을 측정하여 측정된 접착제 조성물의 중량을 제어부로 이를 전달하고, 상기 제어부는 전달받은 측정된 접착제 조성물의 중량과 상기 제어부에 기설정된 중량범위를 비교하여 상기 수납용기 중에 수납되는 접착제 조성물의 중량을 제어할 수 있다.
상기 저장탱크 내에서 냉각단계 중 포함되는 상기 세척하는 단계는 상기 알코올이 구비된 저장탱크 중에 상기 접착제 조성물을 투입한 후 30분 내지 60분 동안 유지하는 제1 단계; 상기 제1 세척단계의 알코올을 필터링하여 상기 저장탱크에서 제거하고 상기 알코올을 접착제 조성물이 구비된 저장탱크 중에 투입하는 제2 단계; 상기 접착제 조성물과 알코올이 구비된 저장탱크를 30분 동안 40도로 가열하는 제3 단계; 상기 저장탱크를 상온에서 냉각시킨 후 상기 알코올을 필터링하여 제거하는 제4 단계; 및 상기 알코올이 제거된 접착제 조성물 중에 상기 접착제 조성물에 대해서 10중량부의 물을 투입하는 제5 단계;로 이루어질 수 있다.
상기 저장탱크에서 세척하는 단계가 수행된 접착제 조성물은 상기 저장탱크 내에서 10분 내지 30분 동안 10℃ 내지 20℃에서 유지시키는 냉각단계가 수행될 수 있다. 상기 냉각단계에서는 상기 에이징단계에서 온도가 서서히 감소된 접착제 조성물을 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각단계에서 냉각된 접착제 조성물은 포장 후 이송, 저장되는 과정에서 물성이 변질되지 않고 일정하게 유지될 수 있다.
상기 냉각단계는 10분 내지 30분 동안 10℃ 내지 20℃에서 유지시키는 것이 바람직한데, 온도가 10℃ 미만인 경우 일부 접착제 조성물이 응고되어 상기 저장탱크 중에 구비된 노즐을 통하여 상기 접착제 조성물을 이동시키기가 어렵고, 20℃ 초과인 경우에는 냉각에 의한 장기간 물성유지의 효과를 확보하기 어렵다. 또한, 시간은 10분 내지 30분 동안 수행해야 냉각단계에 의한 효과를 구현할 수 있다. 구체적으로는, 상기 냉각단계는 10분 동안 10℃에서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 접착제 조성물의 제조방법은 상기 냉각단계 이후에 상기 저장탱크의 노즐에서 배출되는 접착제 조성물을 수납하는 수납용기로 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 수납용기에 수납된 접착제 조성물의 중량을 측정하여 제어부로 전달하고, 측정된 접착제의 조성물의 중량과 상기 제어부에 기입력된 중량을 비교하여 상기 저장탱크의 노즐에 구비된 밸브의 on/off를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수납용기는 컨베이어이송부를 통하여 연속적으로 이송되면서 상기 저장탱크에서 배출되는 접착제 조성물을 수납할 수 있다. 상기 컨베이어이송부는 상기 수납용기를 이송시키는 벨트와 상기 수납용기 중에 구비되는 접착제 조성물의 중량을 측정하는 중량측정부을 포함할 수 있다.
상기 중량측정부는 벨트에 구비되어 측정된 접착제 조성물의 중량을 상기 제어부로 전달할 수 있다. 상기 제어부는 전달받은 측정된 접착제 조성물의 중량과 상기 제어부에 기입력된 중량을 비교하여, 상기 저장탱크의 노즐에 구비되는 밸브를 제어하여 상기 수납용기 중에 구비되는 접착제 조성물의 중량이 대략 일정하도록 제어할 수 있다.
상기 제어부에 의하여 상기 수납용기 중에 수납되는 접착제 조성물의 중량이 상기 제어부에 기입력된 범위 내로 용이하게 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 제조된 접착제 조성물은 중량%로 20wt% 내지 25wt%의 폴리비닐아세테이트 및 75wt% 내지 80wt%의 물을 포함하는 수용성 접착제 조성물일 수 있고, pH가 4 내지 5이고, 점도가 1,000 cps/25˚c 내지 3,000 cps/25˚c일 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.
제1 및 제2 원료의 준비
물 100중량부, 폴리비닐알콜 (PVA, poly vinyl alcohol) 3중량부 (시그마알드리치 구매)를 반응기 중에 투입하고 교반기를 이용하여 30분 동안 교반하여 제1 원료를 준비하고, 물 100중량부, 비닐아세테이트 모노머 (시그마알드리치 구매) 120중량부 및 아크릴레이트 모노머 (시그마알드리치 구매) 20중량부, 비이온 유화제 1중량부, 음이온 유화제 1중량부 및 촉매 1중량부를 제1 원료가 구비된 반응기와는 다른 반응기 중에 투입하여 교반기를 이용하여 30분 동안 상온에서 교반하여 제2 원료를 준비하였다. 이어서 교반되어 균일해진 제1 및 제2 원료를 30분 동안 75℃로 온도가 상승하도록 가열하여 유지하였다.
접착제 조성물의 제조
실시예 1
제1 원료의 전체 중량의 50%를 반응탱크에 넣고 75℃로 10분 동안 교반한 후, 제2 원료의 전체 중량의 50%를 반응탱크에 넣고 75℃로 10분 동안 교반한 후, 상기 제1 원료의 나머지 50%를 반응탱크에 넣고 75℃로 10분 동안 교반한 후, 이어서 나머지 제2 원료의 50%를 반응탱크에 넣고 75℃로 10분 동안 교반하여 접착제 조성물을 제조하였다.
제조된 접착제 조성물은 스크류교반기가 구비된 혼합탱크 내에서 75℃로 유지하면 10분간 교반하는 혼합단계를 수행하고, 이어서 에이징탱크로 이송하여 하기 표 1과 같이 에이징단계을 수행하였다.
실시예 2
제1 원료의 전체 중량의 50%를 반응탱크에 넣고 85℃로 10분 동안 교반한 후, 제2 원료의 전체 중량의 50%를 반응탱크에 넣고 85℃로 10분 동안 교반한 후, 상기 제1 원료의 나머지 50%를 반응탱크에 넣고 75℃로 10분 동안 교반한 후, 이어서 나머지 제2 원료의 50%를 반응탱크에 넣고 75℃로 10분 동안 교반하여 접착제 조성물을 제조하였다.
제조된 접착제 조성물은 하기 표 1과 같이 혼합단계 및 에이징단계를 수행하는 것 이외에는 실시예 1과 같이 접착제 조성물 제조를 완료하였다.
비교예 1
제1 원료의 전체 중량 100%와 제2 원료의 전체 중량 100%를 일체로 반응탱크에 넣고 75℃로 40분간 교반하여 접착제 조성물을 제조하였다.
제조된 접착제 조성물은 하기 표 1과 같이 혼합단계 및 에이징단계를 수행하는 것 이외에는 실시예 1과 같이 접착제 조성물 제조를 완료하였다.
비교예 2
제1 원료의 전체 중량 100%와 제2 원료의 전체 중량 100%를 일체로 반응탱크에 넣고 85℃로 40분간 교반하여 접착제 조성물을 제조하였다.
제조된 접착제 조성물은 하기 표 1과 같이 혼합단계 및 에이징단계를 수행하는 것 이외에는 실시예 1과 같이 접착제 조성물 제조를 완료하였다.
비교예 3
실시예 1과 같이 제1 및 제2 원료를 이용하여 접착제 조성물을 제조한 후, 제조된 접착제 조성물은 하기 표 1과 같이 혼합단계 및 에이징단계를 수행하여 접착제 조성물 제조를 완료하였다.
비교예 4
실시예 1과 같이 제1 및 제2 원료를 이용하여 접착제 조성물을 제조한 후, 제조된 접착제 조성물은 하기 표 1과 같이 혼합단계 및 에이징단계를 수행하여 접착제 조성물 제조를 완료하였다.
비교예 5
실시예 1과 같이 제1 및 제2 원료를 이용하여 접착제 조성물을 제조한 후, 제조된 접착제 조성물은 하기 표 1과 같이 혼합단계 및 에이징단계를 수행하여 접착제 조성물 제조를 완료하였다.
구분 혼합단계 에이징단계
제1 단계 제2 단계 제3 단계 제4 단계
실시예 1 75℃/10분 교반 75℃/10분 교반 55℃/10분 교반 35℃/10분 교반 상온/10분 교반
실시예 2 75℃/10분 교반 75℃/10분 교반 55℃/10분 교반 35℃/10분 교반 상온/10분 교반
비교예 1 75℃/10분 교반 75℃/10분 교반 55℃/10분 교반 35℃/10분 교반 상온/10분 교반
비교예 2 75℃/10분 교반 75℃/10분 교반 55℃/10분 교반 35℃/10분 교반 상온/10분 교반
비교예 3 생략 75℃/10분 교반 55℃/10분 교반 35℃/10분 교반 상온/10분 교반
비교예 4 75℃/10분 교반 상온/10분 교반 상온/10분 교반 상온/10분 교반 상온/10분 교반
비교예 5 생략 생략 생략 생략 생략
제조된 접착제 조성물의 물성평가
1. 내수성 측정 : KS M 3730에 의거 측정
2. 내수인장강도 측정 : KS K 0533 에 의거 측정
3. 휘발성유기화합물 측정:
헤드스패이스 메소드(Headspace Method) (100℃ 1Hr), ISO 11890-2:2006 에 의거 측정
4. 포름알데히드 : KS K 7305 에 의거 측정
내수접착력 및 상태접착력 측정 : One-step 공정을 통하여 실시예 1 및 실시예 2에 따른 접착제 조성물과, 비교예 1 내지 비교예 5에 따른 접착제 조성물을 각각 면섬유에 도포하여 130℃에서 30분간 함침한 후의 내수접착력과 각각의 접착제 조성물 90㎛를 면섬유에 도포하여 130℃에서 60분간 함침한 후의 상태접착력을 측정
구분 내수성(분) 내수인장강도
(N)		 내수접착력
(kgf/㎠)		 상태접착력
(kgf/㎠)		 휘발성유기화합물 포름알데히드
실시예 1 40 1.5 36 70.5 불검출 불검출
실시예 2 38 1.2 34.2 65.7 불검출 불검출
비교예 1 20 0.5 15.3 50.2 불검출 불검출
비교예 2 18 0.6 17.2 48 불검출 불검출
비교예 3 21 0.5 18 52.1 불검출 불검출
비교예 4 15 0.7 16.2 45 불검출 불검출
비교예 5 13 0.6 15 44 검출 검출
표 2에 기재된 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2는 비교예 1 내지 비교예 5에 비하여 KS M 3730 에 의거 측정한 결과 평균 17.4분에서 39분으로 내수성이 대략 2배 정도 향상된 접착제 조성물임을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 및 실시예 2는 내수접착력이 비교예 1 내지 비교예 5에 대해서 대략 2배정도 높은 수치를 나타내었으며, 상태접착력은 1.4배정도 높은 수치를 나타냈었다. 즉, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 접착제 조성물은 내수성 및 내소접착력, 상태접착력이 모두 우수함을 확인할 수 있었다.
실시예 1 및 실시예 2에 따른 내수성, 내수인장강도, 내수접착력 및 상태접착력을 비교하면, 실시예 1이 실시예 2에 비하여 상대적으로 우수함을 확인할 수 있었다. 이는 실시예 1은 제1 및 제2 원료를 반응하는 과정에서 온도를 75℃로 일정하게 유지시킨 반면, 실시예 2는 온도를 85℃에서 75℃로 변화시킨 것이 원인으로 판단된다.
실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 양측 모두 혼합단계 및 에이징단계를 동일하게 수행하였음에도 실시예 1이 비교예 1에 비해서 우수함을 확인할 수 있었다. 이는 제1 및 제2 원료를 혼합하여 반응시키는 단계에서 접착제 조성물의 내수성 등과 같은 물성에 영향을 미치는 것이 원인임을 확인할 수 있었다.
비교예 3과 비교예 5를 비교했을 때, 비교예 5에서만 휘발성유기화합물 및 포름알데히드가 검출된 것으로 미루어 보아 에이징단계가 휘발성유기화합물 및 포름알데히드를 제거하는 데 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 접착제 조성물의 제조장치
100 : 제1 원료탱크
200 : 제2 원료탱크
300 : 반응탱크
400 : 혼합탱크
500 : 에이징탱크
600 : 저장탱크

Claims (13)

  1. 내부에 제1 원료를 교반하는 제1 교반기가 구비되고 외부에는 열교환기가 구비되는 제1 원료탱크;
    내부에 제2 원료를 교반하고 상기 제1 교반기와는 상이한 형상으로 구비되는 제2 교반기가 구비되고 외부에는 열교환기가 구비되는 제2 원료탱크;
    상기 제1 및 제2 원료가 투입되어 접착제 조성물을 제조하고 열교환기가 구비되는 반응탱크;
    상기 반응탱크에서 제조된 접착제 조성물을 교반하도록 내부에 스크류교반기를 구비하고 외부에는 상기 내부와 연통하는 호퍼가 구비되는 혼합탱크;
    상기 혼합탱크에서 교반된 접착제 조성물을 수납하고 열교환기가 구비되며 감압펌프가 구비된 에이징탱크;
    상기 에이징탱크에서 배출되는 접착제 조성물을 수납하고 냉각기가 구비되며 상기 접착제 조성물을 배출하는 노즐이 구비되는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 노즐에서 배출되는 접착제 조성물을 수납하는 수납용기를 이송하고 상기 수납용기의 중량을 측정하는 중량측정부가 구비된 컨베이어이송부; 및
    상기 저장탱크의 노즐에 구비되는 밸브와 연결되어 상기 노즐을 통하여 배출되는 접착제 조성물이 제어된 양으로 배출되도록 상기 밸브의 on/off를 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 중량측정부는 측정된 접착제 조성물의 중량을 상기 제어부로 전달하고 상기 제어부는 측정된 접착제 조성물의 중량과 기입력된 중량을 비교하여 상기 밸브의 on/off를 제어하며,
    상기 제1 원료는 물 및 폴리비닐알코올 (PVA, poly vinyl alcohol)을 포함하고, 상기 제2 원료는 비닐아세테이트 모노머 및 아크릴레이트 모노머를 포함하며, 상기 접착제 조성물은 폴리비닐아세테이트 및 물을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 원료탱크는 내부에 교반기가 구비되는 공간으로 이루어지는 원료수납부와,
    상기 원료수납부의 하부 일측면에는 아웃렛, 상기 아웃렛에 대해서 상부 타측면에는 제1 또는 제2 원료가 각각 유입되는 원료인렛과, 상기 원료인렛에 대한 하부측에는 물이 유입되는 보조인렛을 각각 구비하는 수용성 접착제 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조인렛에는 상기 원료수납부로 유입되는 물이 통과하는 메쉬부재가 구비되고,
    상기 메쉬부재와 상기 보조인렛 사이에는 연결부재가 개재되며,
    상기 보조인렛과 연결되어 물이 전달되는 노즐에는 상기 물의 온도를 제어하는 열교환기가 구비되는 수용성 접착제 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응탱크는 상부 일측 및 타측에 각각 상기 제1 및 제2 원료탱크의 아웃렛과 연결되는 제1 및 제2 반응보조부와,
    상기 제1 및 제2 반응보조부의 하부측에 구비되는 메인반응부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 반응보조부와 메인반응부에는 각각 별도의 열교환기가 구비되는 수용성 접착제 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 반응보조부와 메인반응부 사이에는 서로 연통하는 하나의 제1 노즐이 구비되고, 상기 제2 반응보조부와 메인반응부 사이에는 서로 연통하는 한쌍의 제2 노즐이 구비되며,
    상기 제1 노즐의 내경은 상기 제2 노즐의 내경에 비해서 크게 구비되는 수용성 접착제 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼합탱크는 서로 대면하는 단면이 원형이 양측면과, 상기 양측면을 연결하고 내부에 공간을 구비하고 양측면을 연결하는 원통반응부와,
    상기 원통반응부 상부에 구비되는 호퍼를 포함하고,
    상기 원통반응부의 내부에는 제1 방향으로 진행하는 스크류교반기가 구비되는 수용성 접착제 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스크류교반기는 상기 원통반응부의 양측면을 연결하도록 상기 원통반응부의 중심에 구비되어 회전하는 봉부재와, 상기 봉부재와 연결되어 접착제 조성물을 혼합하는 헬리컬블레이드로 이루어지고,
    상기 봉부재의 내부에는 열선이 구비되어 상기 봉부재의 온도를 제어하는 수용성 접착제 제조장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 호퍼는 상기 제1 방향에 대해서 전단부에 구비되며,
    상기 호퍼를 통하여 실리케이트 나노입자 또는 알루미늄옥사이드 나노입자를 첨가하는 수용성 접착제 제조장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 원통반응부의 외면 하부에는 상기 원통반응부의 내부로 열을 전달하는 열교환기가 구비되고,
    상기 원통반응부의 내면 상부에는 상기 원통반응부의 내부 공간을 향하는 복수개의 리브가 구비되는 수용성 접착제 제조장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리브는 상기 원통반응부와 가역적으로 분리가능하도록 나사결합에 의하여 체결되고, 상기 리브의 내부에는 접착제 조성물의 온도를 측정하는 센서가 구비되는 수용성 접착제 제조장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 원료는 물 100중량부, 폴리비닐알코올 (PVA, poly vinyl alcohol) 3중량부 내지 5중량부를 포함하고,
    상기 제2 원료는 물 100중량부, 비닐아세테이트 모노머 120중량부 내지 130중량부 및 아크릴레이트 모노머 20중량부 내지 40중량부를 포함하고,
    pH가 4 내지 7이고, 점도가 1,000cps/25˚c 내지 100,000cps/25˚c인 수용성 접착제 제조장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 접착제 조성물은 중량%로 20wt% 내지 25wt%의 폴리비닐아세테이트 및 75wt% 내지 80wt%의 물을 포함하고, pH가 4 내지 5이고, 점도가 1,000 cps/25˚c 내지 3,000 cps/25˚c인 수용성 접착제 제조장치.













  13. 삭제
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