KR101847180B1 - 발포제 마스터 뱃치 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 발포제 마스터 뱃치 - Google Patents

발포제 마스터 뱃치 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 발포제 마스터 뱃치 Download PDF

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KR101847180B1
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Abstract

본 발명에 따른 발포제 마스터 뱃치 제조방법은, 가압식 혼련부에서, 혼련조 내의 원료를 가압판에 의해 가압하면서 로터에 의해 혼합혼련시키는 단계(S100)와; 혼련압출부에서, 상기 가압식 혼련부로부터 혼련물을 공급받아 혼련압출시키는 단계(S200)와; 압출성형부에서, 상기 혼련압출부로부터의 압출물을 헤드어댑터를 통해 압출성형시키는 단계(S300)를 포함하며, 상기 혼련압출시키는 단계(S200)는, 제1 트윈코니컬스크류 피더에서, 상기 가압식 혼련부로부터의 혼련물을 압축 공급시키는 단계(S200-1)와; 트윈스크류 혼련압출기에서, 상기 제1 트윈코니컬스크류 피더로부터 공급되는 압출물을 혼련시켜서 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물을 형성하는 단계(S200-2)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

발포제 마스터 뱃치 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 발포제 마스터 뱃치{MANUFACTURING APPARATUS OF FOAM-AGENT MASTER BATCH AND FOAM-AGENT MASTER BATCH MANUFACTUR BY USING THE APPARATUS}
본 발명은 발포제 마스터 뱃치 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 발포 성형용 마스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열적 안정성이 높아 화재 가능성이 낮고 발포 셀이 균일하며 친환경 고농축인 발포제 마스터 뱃치의 제공이 가능한 발포제 마스터 뱃치 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 발포 성형용 마스터에 관한 것이다.
플라스틱 발포체는 발포체의 소재와 형성된 기포 상태에 따라 차열성, 단열 성, 차음성, 흡음성, 방진성, 경량화 등을 발현시킬 수 있는 점에서 다양한 용도에서 이용되고 있다. 이와 같은 플라스틱 발포체를 제조하는 방법으로는, 화학 발포제를 함유하는 마스터 뱃치(master bach: MB)를 가열함으로써 발포시켜 성형하는 방법을 들 수 있다. 그러나, 화학 발포제를 함유하는 마스터 뱃치는, 발포 성형기 내에서 발포제가 급격하게 분해될 우려가 있는 등의 문제가 있어 취급이 어려웠다. 또, 수지의 종류에 따라서는 충분한 발포 배율을 얻지 못하고, 성형체로서 원하는 경도를 얻기가 곤란한 경우가 있었다.
또한, 다양한 발포제가 동시에 사용되기 때문에, 발포셀의 크기나 형태, 분포, 함량 등의 조절이 어려우므로 발포체의 크기나 형태 등이 불균일한 문제가 있었다.
한편, 단열용, 완충용 등의 포장재로서 여러가지 발포제가 개발되고 있으며, 크게 기체 혼입에 의한 물리적 발포제와 열분해형 발포제가 있고, 마스터 뱃치로 사용되는 발포제는 유기계의 열분해성 화학발포제가 주류를 이룬다.
화학 발포제는 유기 발포제와 무기 발포제로 나누어지며, 미세 파우더 형태의 제품으로 판매가 되었으나, 미세 분진으로 인한 인체 유해 및 분진 폭발, 사용 편의성으로 인하여 예비-배합(pre-compounding)에 의한 균일한 발포체 제조를 위한 마스터 뱃치 형태의 제품 수요가 급속히 증가하고 있다.
발포제 마스터 뱃치 기술 개발의 특성상, 온도에 의한 발포제 분해 문제로 인하여 생산중 공정온도에 의한 불량 문제가 다량 발생하고 있다. 예를 들면, OBSH[4,4―옥시비스벤젠술포하이드라자이드(4,4-0xy Bisbenzene Sulfonyl Hydrazide)]계 발포제 마스터 뱃치는 분해온도 조절이 용이하고 독성이 없는 제품으로 친환경적인 장점이 있으나, 현재는 전량 수입에 의존하고 있으며, 특히 열적 안정성이 매우 낮아서 터지면서 발화하여 화재로까지 이어지는 사고가 빈번히 발생하고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 혼련 및 압출시 발생할 수 있는 온도를 효과적으로 제어하며 화재발생에 직접적 원인을 제공하는 잠열을 효과적으로 제거함으로써 열적 안정성이 높아서 발화 가능성이 낮고 발포 셀이 균일하며 친환경 고농축인 발포제 마스터 뱃치의 제공이 가능한 발포제 마스터 뱃치 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 발포제 마스터 뱃치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 발포제 마스터 뱃치 제조방법은, 가압식 혼련부에서, 혼련조 내의 원료를 가압판에 의해 가압하면서 로터에 의해 혼합혼련시키는 단계(S100)와; 혼련압출부에서, 상기 가압식 혼련부로부터 혼련물을 공급받아 혼련압출시키는 단계(S200)와; 압출성형부에서, 상기 혼련압출부로부터의 압출물을 헤드어댑터를 통해 압출성형시키는 단계(S300)를 포함하며, 상기 혼련압출시키는 단계(S200)는, 제1 트윈코니컬스크류 피더에서, 상기 가압식 혼련부로부터의 혼련물을 압축 공급시키는 단계(S200-1)와; 트윈스크류 혼련압출기에서, 상기 제1 트윈코니컬스크류 피더로부터 공급되는 압출물을 혼련시켜서 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물을 형성하는 단계(S200-2)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원료는 수지성분 5 내지 15 중량부, 발포제 75 중량부 및 첨가제 10 내지 15 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물은 연속으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 혼합혼련시키는 단계(S100)는, 상기 가압식 혼련부 내의 온도센서에 의해 검출되는 온도가 미리 결정된 온도 범위를 초과하면, 상기 가압판이 자동 업되도록 제어하는 단계(S100-1)를 더 포함하여 혼련시 온도상승을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압출성형시키는 단계(S300)는, 제2 트윈코니컬스크류 피더에서, 상기 트윈스크류 혼련압출기로부터의 압출물을 압축공급시키는 단계(S300-1)와, 단축스크류 압출성형기에서, 상기 제2 트윈코니컬스크류 피더로부터 공급되는 압출물을 압출성형시켜서 발포제 마스터 뱃치를 형성하는 단계(S300-2)를 더 포함하여 구성되며, 상기 제2 트윈코니컬스크류 피더는 단축스크류 압출성형기의 측면으로부터 압축된 혼련물을 공급하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 컷팅머신에서, 상기 헤드어댑터를 통해 압출되는 압출물을 냉각시키면서 발포제 마스터 뱃치를 펠릿화하는 단계(S400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 수냉자켓식 사이클론에서, 상기 컷팅머신으로부터 펠릿화된 발포제 마스터 뱃치를 이송받아, 원심력을 이용하여 이물질을 제거하고 상기 펠릿화된 발포제 마스터 뱃치를 추가로 냉각하여 배출시키는 단계(S500)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수지성분은 스티렌-부타디엔 스티렌 터폴리머(SBS), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM) 중에서 선택된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발포제는 아조디카본아마이드(ADCA), 개질 ADCA, 4,4'옥시비스벤젠설포하이드로라지드(OBSH), N,N'디니트로스 펜실렌 테트라민(DPT), P톨루엔설포니비드라지드(PTSH), P톨루엔설포닐세미카보나이즈(PTSS)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발포제는 4,4'옥시비스벤젠설포하이드로라지드(OBSH)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 발포제 마스터 뱃치 제조방법을 이용하여 제조된 발포제 마스터 뱃치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 혼련 및 압출시 발생할 수 있는 온도를 효과적으로 제어하며 화재발생에 직접적 원인을 제공하는 잠열을 효과적으로 제거가능하므로 열적 안정성이 높아서 발화 가능성이 낮고 발포 셀이 균일한 발포제 마스터 뱃치의 제조가 가능하게 하는 탁월한 효과를 나타낸다.
즉, 본 발명에서는 1차적으로 혼련물을 압축공급시키고, 그후에 2차적으로 혼련을 수행하며, 이러한 압축혼련 공정동안 냉각도 함께 수행될 수 있으므로 압출물을 상온 온도로 냉각시킬 수 있고, 압출물을 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상으로 연속으로 공급하면서 냉각도 함께 수행하고 있기 때문에, 기존에 덩어리 형태의 혼합물을 압출성형기에 직접 투입하는 방식에 비하여, 단위 표면적의 증가로 혼합 및 혼련 등의 공정에서 압출물에 남아 있을 수 있는 잠열 제거에 효과적이다.
또한, 본 발명에 의하면, 제1 및 제2 사이클론이 컷팅 머신에 연속하여 마련되어 있어, 발포제 마스터 뱃치들로부터 이물질을 사이클론에서 제거하고, 회수하는 발포제 마스터 뱃치들을 냉각하여 잠열을 추가적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 분해온도 조절이 용이하고 독성이 없는 독성이 발포제를 채용함으로써 친환경 고농축의 발포제 마스터 뱃치의 제조가 가능하게 하는 탁월한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 발포제 마스터 뱃치 제조장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다
도 2는 도 1의 가압식 혼련부의 구성을 확대 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 혼련압출부의 구성을 확대 도시하는 도면이다.
도 4는 도 1의 압출성형부 및 컷팅머신의 구성을 확대 도시하는 도면이다.
도 5는 도 4의 "A" 부분의 확대도이다.
도 6은 본 발명에 따른 발포제 마스터 뱃치 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 발포제 마스터 뱃치 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 발포제 마스터 뱃치에 대해서 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범위는 이것들의 설명에 구속되지 않고, 이하의 예시 이외에 대해서도, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적당하게 변경, 실시할 수 있다.
구체적으로는, 본 발명은 하기의 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하며, 다른 실시형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적당하게 조합시켜서 수득되는 실시형태에 대해서도, 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
도 1은 본 발명에 따른 발포제 마스터 뱃치 제조장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 도면이고, 도 2는 도 1의 가압식 혼련부의 구성을 확대 도시하는 도면이고, 도 3은 도 1의 혼련압출부의 구성을 확대 도시하는 도면이고, 도 4는 도 1의 압출성형부 및 컷팅머신의 구성을 확대 도시하는 도면이며, 도 5는 도 4의 "A" 부분의 확대도이며, 도 6은 본 발명에 따른 발포제 마스터 뱃치 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발포제 마스터 뱃치 제조장치는 크게 가압식 혼련부(100)와, 제1 이송 컨베이어(200)와, 혼련압출부(300)와, 제2 이송 컨베이어(400)와, 압출성형부(500)와, 컷팅 머신(600)과, 제1 이송관(610)과, 제1 사이클론(700)과, 제2 이송관(710)과, 제2 사이클론(800)과, 진동 스크린(900)을 포함하여 구성된다.
가압식 혼련부(100)는 가압실린더(112)에 연결된 가압판(114)을 혼련조(116)의 내부로 가압함과 동시에 혼련용기(110)의 혼련조(116) 내에 배치된 한 쌍의 로터(118)에 의해 전술한 수지성분, 발포제 및 첨가제를 포함하는 원료의 혼합과 반죽이 이루어지도록 하여 혼련물을 형성한다.
로터(118)에는 블레이드(118a)가 교대로 배치되어 있고, 한 쌍의 로터(118)는 블레이드(118a)가 서로 충돌하지 않도록 배치되어 있다. 한 쌍의 로터는 동기하여 회전하거나 독립적으로 각각 회전할 수 있다. 혼련조(116) 내의 원료는, 피스톤(112)의 하중, 가압판(114)의 하중, 및 피스톤(112)에 의해 가압판(114)을 누르는 힘(P)에 의해 가압되게 된다. 가압 하에서의 혼련은, 비가압식 혼련에 비하여 혼련 효율을 증가시키기 때문에, 혼련 시간을 단축할 수 있는 부수적인 효과를 제공한다.
특히, 가압판(114)은 업다운(UP/DOWN) 동작이 프로그램가능한 논리 제어기(Programmable Logic Controller : 이하 PLC)에 의해 제어되도록 구성하는 것이 바람직하며, 상기 PLC에는 업다운(UP/DOWN)과 관련한 온도, 시간, 가압력 등에 대한 다양한 제어 싸이클이 프로그램되어 있다.
이와 같이, 가압판(114)이 PLC 제어되는 경우, 특히 온도상승시에 가압판(114)이 자동 업되도록 제어함으로써 혼련시 온도상승을 효과적으로 차단하고 혼련부하를 경감시킬 수 있게 된다.
이를 위하여, 도 2c에 도시된 바와 같이, 혼련조(116) 하부의 바닥에는 블레이드(118a)의 축방향을 따라 적어도 3개의 온도센서(T1~T3)가 추가로 제공된다. 바람직하게, 혼련조(116) 내의 온도는 60 내지 70℃로 유지되며, 가장 바람직하게는 최대 70℃로 유지시킨다.
만약 혼련조(116)내의 온도가 상기한 온도 범위를 초과하는 경우에는 PLC 제어에 의해 가압판(114)이 자동적으로 상승하게 되어 혼련이 중지되며, 그후에 혼련조(116)내의 온도가 상기한 온도 범위 내에 있게 되면 PLC 제어에 의해 가압판(114)이 자동적으로 하강되어 혼련을 다시 수행한다.
제1 이송 컨베이어(200)는 가압식 혼련부(100)로부터 혼련물을 후속하는 혼련압출부(200)에 로딩하는 기능을 수행한다.
제1 이송 컨베이어(200)는 바람직하게 덩어리(lump) 형태의 혼련물을 로딩할 수 있는 로더(201)를 구비하고 있으며, 로더(201)가 상하로 이동하면서 덩어리 형태의 혼련물을 혼련압출부(300)에 로딩해준다.
혼련압출부(300)는 제1 이송 컨베이어(200)에 의해 가압식 혼련부(100)로부터 혼련물을 공급받아 압축/혼련시키고 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물을 연속으로 형성한다.
바람직하게, 혼련압출부(300)는 가압식 혼련부(100)로부터 공급되는 혼련물을 압축공급시키는 제1 트윈코니컬스크류 피더(310)와, 제1 트윈코니컬스크류 피더(310)로부터 공급되는 압출물을 압축/혼련시키는 트윈스크류 혼련압출기(320)를 포함하여 구성된다.
제1 트윈코니컬스크류 피더(310)는 상단에 재료투입구(311)를 형성하고 선단에 재료배출구(312)를 형성한 테이퍼통 형상의 압출부(313)를 구비하는 케이싱 내에, 테이퍼형상의 트윈코니컬스크류(314)를 배치하여 회전 가능하게 설치하고 있다.
여기서, 트윈코니컬스크류(314)의 스크류날개의 리드각 크기는 재료투입구(311) 위치와 재료배출구(312) 위치에서 다르게 구성하고 있다. 바람직하게, 재료배출구(312) 위치의 스크류날개의 리드각 크기가 재료투입구(311) 위치의 스크류날개의 리드각 크기가 보다 작게 구성된다.
이로써, 제1 이송 컨베이어(200)로부터 혼련물이 공급될 때, 압출부(313)에서 혼련물을 압출하기 위해 요하는 압력을 발생시키며, 또한 재료의 역류를 억제하여 처리량을 확보하는 기능을 발휘하도록 할 수 있다.
트윈스크류 혼련압출기(320)는 종래의 트윈스크류 혼련압출기와 마찬가지로 재료투입구(321)를 통해 공급되는 재료를 트윈스크류(322)에 의해 혼련되어 토출되는 구조를 가지고 있다.
본 실시예에 있어서, 트윈스크류 혼련압출기(320)에서는 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물을 연속하여 토출하는 구조를 가지며, 이를 후속하는 압출성형부(300)로 연속공급해준다.
특히, 제1 트윈코니컬스크류 피더(310)와 트윈스크류 혼련압출기(320)는 그 외주면에 압출되는 압출물을 냉각시키도록 일측에 다수 구비된 냉각수 유입구(도시안됨)에 의해 유입된 냉각수를 일시저장하는 수냉자켓(316; 323)을 포함하고 있다.
이러한 수냉자켓(316; 323)은 제1 트윈코니컬스크류 피더(310)와 트윈스크류 혼련압출기(320)에서 혼련 압출되는 공정동안 재료에 발생할 수 있는 열을 효과적으로 감소시키는 역할을 한다.
제2 이송 컨베이어(400)는 혼련압출부(200)로부터 연속 공급되는 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물을 후속하는 압출성형부(300)로 공급하는 기능을 수행한다.
바람직하게, 제2 이송 컨베이어(400)는 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물이 이동하면서 냉각될 수 있도록 그 상부에 복수개의 냉각팬(410)들을 구비하고 있다.
따라서, 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물이 제2 이송 컨베이어(400)를 통과할 때 냉각팬(410)으로부터 방출되는 에어에 의해 압출물을 추가적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
압출성형부(500)는 제2 이송 컨베이어(400)에 혼련압출부(300)로부터 연속 공급되는 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물을 헤드어댑터(A)를 통해 압출시켜 발포제 마스터 뱃치를 형성하도록 한다.
바람직하게, 압출성형부(500)는 트윈스크류 혼련압출기(320)로부터 공급되는 혼련물을 압축공급시키는 제2 트윈코니컬스크류 피더(510)와, 제2 트윈코니컬스크류 피더(510)로부터 공급되는 압출물을 압축성형시키는 단축스크류 압출성형기(520)를 포함하여 구성된다. 여기서, 제2 트윈코니컬스크류 피더(510)는 단축스크류 압출성형기(520)의 측면으로부터 압축된 혼련물을 공급하도록 배치되고 있다.
제2 트윈코니컬스크류 피더(510)는 상단에 재료투입구(511)를 형성하고 선단에 재료배출구(612)를 형성한 테이퍼통 형상의 압출부(513)를 구비하는 케이싱 내에, 테이퍼형상의 트윈코니컬스크류(514)를 배치하여 회전 가능하게 설치하고 있다.
여기서, 트윈코니컬스크류(514)의 스크류날개의 리드각 크기는 재료투입구(511) 위치와 재료배출구(512) 위치에서 다르게 구성하고 있다. 바람직하게, 재료배출구(512) 위치의 스크류날개의 리드각 크기가 재료투입구(511) 위치의 스크류날개의 리드각 크기가 보다 작게 구성된다.
이로써, 제2 이송 컨베이어(400)로부터 혼련물이 공급될 때, 압출부(513)에서 혼련물을 압출하기 위해 요하는 압력을 발생시키며, 또한 재료의 역류를 억제하여 처리량을 확보하는 기능을 발휘하도록 할 수 있다.
단축스크류 압출성형기(520)는 종래의 단축스크류 압출성형기와 마찬가지로 재료투입구(521)를 통해 공급되는 재료를 배럴의 내부에 설치된 단축스크류(522)에 의해 혼련하여 헤드어댑터를 통해 토출되도록 하는 구조를 가지고 있다.
압출성형기에 있어서, 본 발명에 있어서는 단축의 압출 방식이 사용되고 있지만, 2축, 다축 등의 각종 압출 방식이 적용가능하다.
만약 2축의 압출 방식이 사용되는 경우, 2축의 트윈스크류는, 각각 동일한 방향 또는 다른 방향으로 회전되도록 구성될 수 있으며(이에 한정되지 않고 어느 방식이라도 채용가능함), 원하는 성형물의 압출 정도에 따라 실린더와 스크류 사이의 간격을 적절히 조정하여 사용할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
단축스크류 압출성형기(520)의 전방의 헤드어댑터(A)에는 압출물에 포함된 이물질을 걸러주는 스크린 메시(524)와, 이의 스크린 메시(524)를 밀착지지하도록 브레이커 플레이트(525)와, 압출물의 원활한 흐름을 제공하는 토피도(torpedo)(526)가 설치된다.
스크린 메시(524)는 트윈스크류의 선단에 배치되며, 170메시(90㎛)∼230메시(63㎛)의 메시 사이즈로 구성될 수 있다. 더 바람직하게는, 200메시(75㎛)의 메시 사이즈인 것이 순도 향상에 유리하다.
브레이커 플레이트(525)는 이미 잘 알려진 바와 같이 복수의 통공(525a)이 촘촘하게 형성되어 있어, 스크린 메시(524)를 통과한 혼련물이 출구 측으로 용이하게 흐를 수 있도록 한다.
또한, 토피도(526)는 D자형의 형상을 갖도록 구성함으로써 압출성형기에서 발생할 수 있는 흐름부하를 경감시키도록 한다. 참고로, 종래에는 토피도가 삼각형 또는 원추형의 형상으로 구성되었기 때문에, 압출물이 통과하는 유로가 급격히 축소되어, 배압 및 열이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 토피도의 형상을 변형시킨 것이다.
특히, 제2 트윈코니컬스크류 피더(510)와 단축스크류 압출성형기(520)는 그 외주면에 압출되는 압출물을 냉각시키도록 일측에 다수 구비된 냉각수 유입구(도시안됨)에 의해 유입된 냉각수를 일시저장하는 수냉자켓(516; 523)을 포함하고 있다.
이러한 수냉자켓(516; 523)은 제2 트윈코니컬스크류 피더(510)와 단축스크류 압출성형기(320)에서 혼련 압출되는 공정동안 재료에 발생할 수 있는 열을 효과적으로 감소시키는 역할을 한다.
컷팅 머신(600)은 단축스크류 압출성형기(520)의 헤드다이(521)를 통해 압출되는 압출물을 냉각시키면서 절단하여 알갱이 형태의 발포제 마스터 뱃치들을 형성한다.
제1 이송관(610)은 컷팅머신(600)의 하부에 위치되어 절단된 발포제 마스터 뱃치들을 수용시키며 이송시키게 된다.
블로워(620)는 이송관(610)에 에어를 공급하여 발포제 마스터 뱃치들을 이송관(610)의 타단측으로 배출시키게 된다.
제1 사이클론(700)은 상기 이송관(610)의 타단에 연결되며 원심력을 이용하여 이물질을 제거하고 발포제 마스터 뱃치들을 냉각하여 배출시키게 된다.
제2 이송관(710)은 상기 제1 사이클론(700)의 하부에 위치되어 1차 이물질 제거 및 냉각된 발포제 마스터 뱃치들을 수용시키며 이송시키게 된다.
블로워(720)는 상기 제2 이송관(710)에 에어를 공급하여 발포제 마스터 뱃치들을 이송관(710)의 타단측으로 배출시킨다.
제2 사이클론(800)은 상기 제2 이송관(710)의 타단에 연결되며 원심력을 이용하여 이물질을 추가 제거하고 발포제 마스터 뱃치들을 추가 냉각하여 배출시키게 된다.
제2 사이클론(800)의 적용은 제2 사이클론(800)을 다시 한번 통과시킴으로써 발포제 마스터 뱃치들의 추가적인 냉각을 위한 것이다.
제1 및 제2 사이클론(700; 800)은 컷팅 머신(600)에 연속하여 마련되어 있어, 발포제 마스터 뱃치들로부터 이물질을 사이클론에서 제거하고, 회수하는 발포제 마스터 뱃치들을 냉각하여 잠열을 추가적으로 제거할 수 있다. 그리고, 특히, 본 실시형태에서는, 제1 및 제2 사이클론(700; 800)을 수냉재킷식 사이클론(공개특허 제10-2011-0105701호 참조)으로 하고 있다. 이와 같이 수냉재킷식의 사이클론(700; 800)을 적용함으로써, 이물질의 제거 및 발포제 마스터 뱃치들의 냉각을 동시에 수행할 수 있게 된다.
진동 선별기(900)는 제2 사이클론(800)의 타단에 연결되며, 외부공기를 불어넣어 냉각시키면서 스크린 상에서 발포제 마스터 뱃치들을 입도별로 분리 선별한다.
진동 선별기(900)는 상하 다단으로 설치된 진동스크린을 구비할 수도 있다.
이상과 같이, 본 발명에서는 냉각 기능을 갖는 제1 트윈코니컬스크류 피더(310) 및 트윈스크류 혼련압출기(320)를 이용하여 압출물을 상온 온도로 냉각시키면서 혼련압출을 수행하고 있을 뿐만 아니라 압출물을 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상으로 연속으로 공급하면서 냉각도 함께 수행하고 있기 때문에, 기존에 덩어리 형태의 혼합물을 압출성형기에 직접 투입하는 방식에 비하여, 단위 표면적의 증가로 혼합 및 혼련 등의 공정에서 압출물에 남아 있을 수 있는 잠열 제거에 효과적이다.
또한, 본 발명에서는 사이클론(700; 800)이 컷팅 머신(600)에 연속하여 마련되어 있어, 발포제 마스터 뱃치들로부터 이물질을 사이클론에서 제거하고, 회수하는 발포제 마스터 뱃치들을 냉각하여 잠열을 추가적으로 제거할 수 있게 된다.
이하에서는 전술한 바와 같은 발포제 마스터 뱃치 제조장치를 이용하여 발포제 마스터 뱃치를 제조하는 과정을 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 발포제 마스터 뱃치 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 가압식 혼련부(100)에서, 혼련조(116) 내의 원료를 가압판(114)에 의해 가압하면서 로터(118)에 의해 혼합혼련시킨다(S100).
즉, 가압식 혼련부(100)에 투입된 원료는 가압실린더(112)에 연결된 가압판(114)을 혼련조(116)의 내부로 가압함과 동시에 혼련용기(110)의 혼련조(116) 내에 배치된 한 쌍의 로터(118)에 의해 혼합과 반죽이 이루어지며, 혼련물이 형성된다.
이때, 혼련조(116) 하부의 바닥에는 블레이드(118a)의 축방향을 따라 적어도 3개의 온도센서(T1~T3)가 추가로 제공됨으로써, 만약 혼련조(116)내의 온도가 상기한 온도 범위를 초과하는 경우에는 PLC 제어에 의해 가압판(114)이 자동적으로 상승하게 되어 혼련이 중지되며, 그후에 혼련조(116)내의 온도가 상기한 온도 범위 내에 있게 되면 PLC 제어에 의해 가압판(114)이 자동적으로 하강되어 혼련을 다시 수행한다.
본 발명에 있어서, 발포제 마스터 뱃치의 제조를 위해서 가압식 혼련부(100)에 공급되는 원료로서는, 수지성분, 발포제 및 첨가제를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 수지성분 5 내지 15 중량부, 발포제 75 중량부 및 첨가제 10 내지 15 중량부를 포함하여 이루어진다.
특히, 본 발명에서 사용하는 수지성분의 종류에는 스티렌-부타디엔 스티렌 터폴리머(SBS), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM) 등이 사용될 수 있고, 발포제의 종류로서는 아조디카본아마이드(ADCA), 개질 ADCA, 4,4'옥시비스벤젠설포하이드로라지드(OBSH), N,N'디니트로스 펜실렌 테트라민(DPT), 톨루엔설포니비드라지드(TSH), P톨루엔설포닐세미카보나이즈(PTSS)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이 좋다. 보다 바람직하게는 배율적으로 유리하고, 가지 소화성, 안정적 구조를 가지며, 분해온도 조절이 용이하고 독성이 없으며, 안정적 구조를 갖는 4,4'옥시비스벤젠설포하이드로라지드(OBSH)를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서와 같이, 하이드로라지드계 발포제를 이용하여 수지를 발포시키면, 유해 성분의 발생이 적을 뿐만 아니라, 우수한 발포 배율 및 구조의 발포체를 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 발포제는, 발열 분해되는 하이드로라지드계 발포제, 특히 OBS를 포함하므로, 발포 공정에서 열적 안정성을 확보하여, 우수한 발포 성능을 나타낸다. 본 발명의 발포제 조성물에 사용될 수 있는 4,4'옥시비스벤젠설포하이드로라지드(OBSH)의 분해열은 375.9 kJ/mol (1048.8 J/g)이다.
또한, 제조하고자 하는 발포 성형용 마스터 배치의 특성에 맞게 첨가제를 가감하여 투입할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 사용하는 첨가제의 종류로서는 발포 조절제, 안정제, 색상 안료 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 발포 조절제는 유기계 및 유기금속계 화합물 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 그 혼합량은 분해온도와 속도를 조절하여 사용 공정 조건에 맞도록 조절할 수 있어 생산성과 에너지 효율을 증대할 수 있을 정도로 결정되며, 만일 너무 많이 혼합할 경우에는 제품의 유연성, 가공의 작업성 또는 팽창성에 문제가 되거나 기타 배합물과 화학반응을 일으켜 변색을 주거나 발포조건에 영향을 줄 수 있다.
특히, 본 발명에서 사용하는 발포제는 분해온도 160±3℃, 가스량 95±5㎖/g인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 안정제는 복합안정제로서, 유기산금속염, 아인산에스테르, 산화방지제, 석유계지방족, 방향족 글리콜 용제, 내·외부활제, Epoxy, 자외선흡수제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
다음에, 혼련압출부(300)에서, 상기 가압식 혼련부(100)로부터 혼련물을 공급받아 혼련압출시킨다(S200).
이러한 혼련압출 단계(S200)는, 제1 트윈코니컬스크류 피더(310)에서, 상기 가압식 혼련부(100)로부터의 혼련물을 압축 공급시키는 단계(S200-1)와; 트윈스크류 혼련압출기(320)에서, 상기 제1 트윈코니컬스크류 피더(310)로부터 공급되는 압출물을 혼련시켜서 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물을 형성하는 단계(S200-2)를 포함한다.
구체적으로, 가압식 혼련부(100)로부터 혼련물은 제1 이송 컨베이어(200)를 통해 후속하는 혼련압출부(200)에 로딩된다.
혼련압출부(300)에서는 제1 이송 컨베이어(200)에 의해 가압식 혼련부(100)로부터 혼련물을 공급받아 압축/혼련시키고 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물을 연속으로 형성한다.
바람직하게, 혼련압출부(300)는 가압식 혼련부(100)로부터 공급되는 혼련물을 압축공급시키는 제1 트윈코니컬스크류 피더(310)와, 트윈코니컬스크류 피더(310)로부터 공급되는 압출물을 혼련시키는 트윈스크류 혼련압출기(320)를 포함하여 구성된다.
특히, 제1 트윈코니컬스크류 피더(310)와 트윈스크류 혼련압출기(320)는 그 외주면에 압출되는 압출물을 냉각시키도록 일측에 다수 구비된 냉각수 유입구(도시안됨)에 의해 유입된 냉각수를 일시저장하는 수냉자켓(316; 323)을 포함하고 있다.
이러한 수냉자켓(316; 323)은 제1 트윈코니컬스크류 피더(310)와 트윈스크류 혼련압출기(320)에서 혼련 압출되는 공정동안 재료에 발생할 수 있는 열을 효과적으로 감소시키는 역할을 한다.
따라서, 혼련압출부(300)에서는 1차적으로 혼련물을 압축공급시키고, 그후에 2차적으로 압출을 수행하며, 이러한 혼련 압출되는 공정동안 냉각도 함께 수행될 수 있으므로, 결과적으로 재료에 발생할 수 있는 열을 효과적으로 감소시킬 수 있게 된다.
다음에, 압출성형부(300)에서, 상기 혼련압출부(200)로부터의 압출물을 헤드어댑터(A)를 통해 압출성형시킨다(S300).
이러한 압출성형 단계(S300)는, 제2 트윈코니컬스크류 피더에서, 상기 트윈스크류 혼련압출기로부터의 압출물을 압축공급시키는 단계(S300-1)와, 단축스크류 압출성형기에서, 상기 제2 트윈코니컬스크류 피더로부터 공급되는 압출물을 압출성형시켜서 발포제 마스터 뱃치를 형성하는 단계(S300-2)를 더 포함하여 구성되며, 상기 제2 트윈코니컬스크류 피더는 단축스크류 압출성형기의 측면으로부터 압축된 혼련물을 공급하도록 배치된다.
구체적으로, 혼련압출부(200)로부터 연속 공급되는 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물은 제2 이송 컨베이어(400)를 통해 후속하는 압출성형부(300)로 공급된다.
이때, 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물은 이동하는 동안 제2 이송 컨베이어(400)의 상부에 구비된 복수개의 냉각팬(410)들에 의해 냉각될 수 있다.
따라서, 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물이 제2 이송 컨베이어(400)를 통과할 때 냉각팬(410)으로부터 방출되는 에어에 의해 압출물을 추가적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
압출성형부(500)는 제2 이송 컨베이어(400)에 혼련압출부(300)로부터 연속 공급되는 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물을 헤드어댑터(A)를 통해 압출시켜 발포제 마스터 뱃치를 형성하도록 한다.
압출성형부(500)는 트윈스크류 혼련압출기(320)로부터 공급되는 혼련물을 압축공급시키는 제2 트윈코니컬스크류 피더(510)와, 제2 트윈코니컬스크류 피더(510)로부터 공급되는 압출물을 압축성형시키는 단축스크류 압출성형기(520)를 포함하여 구성된다.
특히, 제2 트윈코니컬스크류 피더(510)와 단축스크류 압출성형기(520)는 그 외주면에 압출되는 압출물을 냉각시키도록 일측에 다수 구비된 냉각수 유입구(도시안됨)에 의해 유입된 냉각수를 일시저장하는 수냉자켓(516; 523)을 포함하고 있다.
따라서, 압출성형부(500)에서는 1차적으로 혼련물을 압축공급시키고, 그후에 2차적으로 압출성형을 수행하며, 이러한 압축/압출성형 공정동안 냉각도 함께 수행될 수 있으므로, 결과적으로 재료에 발생할 수 있는 열을 효과적으로 감소시킬 수 있게 된다.
다음에, 컷팅머신(600)에서, 상기 헤드어댑터(A)를 통해 압출되는 압출물을 냉각시키면서 절단하여 발포제 마스터 뱃치를 펠릿화시킨다(S400).
구체적으로, 컷팅 머신(600)에서는 단축스크류 압출성형기(520)의 헤드어댑터(A)를 통해 압출되는 압출물을 냉각시키면서 절단하여 발포제 마스터 뱃치를 펠릿화시킨다. 즉, 발포제 마스터 뱃치를 알갱이 형태로 형성한다.
다음에, 수냉자켓식 사이클론(700, 800)에서, 상기 컷팅머신(600)으로부터 펠릿화된 발포제 마스터 뱃치를 이송받아, 원심력을 이용하여 이물질을 제거하고 상기 펠릿화된 발포제 마스터 뱃치를 추가로 냉각하여 배출시킨다(S500).
구체적으로 살펴보면, 컷팅머신(600)에 의해 펠릿화된 발포제 마스터 뱃치는 블로워(620)에 의해 제1 이송관(610)을 통해 제1 사이클론(700)에 배출된다.
제1 사이클론(700)에서는 원심력을 이용하여 이물질을 제거하고 펠릿화된 발포제 마스터 뱃치를 냉각하여 배출시키게 된다.
제1 사이클론(700)에서 냉각하여 배출된 발포제 마스터 뱃치들은 블로워(720)에 의해 제2 이송관(710)를 통해 제2 사이클론(800)에 배출된다.
제2 사이클론(800)에서도 원심력을 이용하여 이물질을 제거하고 발포제 마스터 뱃치들을 추가적으로 냉각하여 배출시키게 된다.
즉, 제2 사이클론(800)의 적용을 통해, 발포제 마스터 뱃치들의 추가적인 냉각을 위한 것이다.
이와 같이, 제1 및 제2 사이클론(700; 800)은 컷팅 머신(600)에 연속하여 마련되어 있어, 발포제 마스터 뱃치들로부터 이물질을 사이클론에서 제거하고, 회수하는 발포제 마스터 뱃치들을 냉각하여 잠열을 추가적으로 제거할 수 있다.
이는 제1 및 제2 사이클론(700; 800)이 수냉자켓식 사이클론이기 때문에 가능하다.
마지막으로, 진동 선별기(900)에서는 외부공기를 불어넣어 냉각 시키면서 스크린 상에서 발포제 마스터 뱃치들을 입도별로 분리 선별하게 된다.
이상에서 실시 예를 토대로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능하다. 따라서 위의 기재 내용에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 아니한다.
또한, 본 발명의 상세한 설명과 특허청구범위에 기재된 도면부호는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서 참고로 부기한 것으로, 본 발명은 도면상의 형태로 한정되지 아니한다.
100 : 가압식 혼련부 200 : 제1 이송 컨베이어
300 : 혼련압출부 400 : 제2 이송 컨베이어
500 : 압출성형부 600 : 컷팅 머신
610 : 제1 이송관 700 : 제1 사이클론
710 : 제2 이송관 800 : 제2 사이클론
900 : 진동 스크린

Claims (11)

  1. 발포제 마스터 뱃치 제조방법으로서,
    가압식 혼련부에서, 혼련조 내의 원료를 가압판에 의해 가압하면서 로터에 의해 혼합혼련시키는 단계(S100)와;
    혼련압출부에서, 상기 가압식 혼련부로부터 혼련물을 공급받아 혼련압출시키는 단계(S200)와;
    압출성형부에서, 상기 혼련압출부로부터의 압출물을 헤드어댑터를 통해 압출성형시키는 단계(S300)를 포함하며,
    상기 혼련압출시키는 단계(S200)는,
    제1 트윈코니컬스크류 피더에서, 상기 가압식 혼련부로부터의 혼련물을 압축 공급시키는 단계(S200-1)와;
    트윈스크류 혼련압출기에서, 상기 제1 트윈코니컬스크류 피더로부터 공급되는 압출물을 혼련시켜서 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물을 형성하는 단계(S200-2)를 더 포함하고,
    상기 압출성형시키는 단계(S300)는,
    제2 트윈코니컬스크류 피더에서, 상기 트윈스크류 혼련압출기로부터의 압출물을 압축공급시키는 단계(S300-1)와,
    단축스크류 압출성형기에서, 상기 제2 트윈코니컬스크류 피더로부터 공급되는 압출물을 압출성형시켜서 발포제 마스터 뱃치를 형성하는 단계(S300-2)를 더 포함하여 구성되며,
    상기 제2 트윈코니컬스크류 피더는 단축스크류 압출성형기의 측면으로부터 압축된 혼련물을 공급하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발포제 마스터 뱃치 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료는 수지성분 5 내지 15 중량부, 발포제 75 중량부 및 첨가제 10 내지 15 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포제 마스터 뱃치 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시트나 바바나 크기의 길죽한 덩어리 형상의 압출물은 연속으로 공급되는 것을 특징으로 하는 발포제 마스터 뱃치 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혼합혼련시키는 단계(S100)는, 상기 가압식 혼련부 내의 온도센서에 의해 검출되는 온도가 미리 결정된 온도 범위를 초과하면, 상기 가압판이 자동 업되도록 제어하는 단계(S100-1)를 더 포함하여 혼련시 온도상승을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 발포제 마스터 뱃치 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    컷팅머신에서, 상기 헤드어댑터를 통해 압출되는 압출물을 냉각시키면서 발포제 마스터 뱃치를 펠릿화하는 단계(S400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포제 마스터 뱃치 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    수냉자켓식 사이클론에서, 상기 컷팅머신으로부터 펠릿화된 발포제 마스터 뱃치를 이송받아, 원심력을 이용하여 이물질을 제거하고 상기 펠릿화된 발포제 마스터 뱃치를 추가로 냉각하여 배출시키는 단계(S500)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포제 마스터 뱃치 제조방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 수지성분은 스티렌-부타디엔 스티렌 터폴리머(SBS), 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM) 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 발포제 마스터 뱃치 제조방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 발포제는 아조디카본아마이드(ADCA), 개질 ADCA, 4,4'옥시비스벤젠설포하이드로라지드(OBSH), N,N'디니트로스 펜실렌 테트라민(DPT), P톨루엔설포니비드라지드(PTSH), P톨루엔설포닐세미카보나이즈(PTSS)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발포제 마스터 뱃치 제조방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 발포제는 4,4'옥시비스벤젠설포하이드로라지드(OBSH)인 것을 특징으로 하는 발포제 마스터 뱃치 제조방법.
  11. 삭제
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