KR102205252B1

KR102205252B1 - 유색 펠렛의 제조 시스템

Info

Publication number: KR102205252B1
Application number: KR1020200044083A
Authority: KR
Inventors: 소백수
Original assignee: 소백수
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2021-01-19

Abstract

본원은 유색 펠렛의 제조 장치를 이용하는 유색 펠렛의 제조 시스템에 있어서, 상기 유색 펠렛의 제조 장치는, 원료 탱크, 안료 탱크, 첨가제 탱크, 및 상기 원료 탱크로부터 공급된 원료, 상기 안료 탱크로부터 공급된 안료, 및 상기 첨가제 탱크로부터 공급된 첨가제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 탱크를 포함하는 혼합부; 상기 혼합부와 연결되고, 상기 혼합물을 용융시키는 가열관; 상기 가열관의 첨단에 형성되고, 적어도 하나 이상의 압출구를 포함하는 압출부; 상기 압출된 혼합물을 냉각시키는 냉각관; 상기 냉각된 혼합물을 절단하여 상기 유색 펠렛을 형성하는 절단부를 포함하는 수득부; 상기 유색 펠렛의 색상을 수치화하는 색상 측정부; 및 제어부;를 포함하고, 상기 유색 펠렛의 제조 시스템은 상기 제어부에 의해 제어되고, 상기 가열관은 전압 인가, 마이크로파, 및 교반에 의한 마찰을 통해 상기 혼합물을 용융시키는 것인, 유색 펠렛의 제조 시스템에 관한 것이다.

Description

유색 펠렛의 제조 시스템 {COLORED PELLET MANUFACTURING SYSTEM}

본원은 유색 펠렛의 제조 시스템에 관한 것이다.

플라스틱은 석유 산업에 의해 형성되는 유기 고분자 합성 수지 물질을 의미한다. 이러한 플라스틱은 열에 약하지만, 적절한 강도를 갖고, 절연성이 뛰어나며, 착색이 용이하고, 형태를 조절하기 용이한 등 다양한 장점을 가져 현대 사회에서 주로 사용되고 있다.

그러나 플라스틱은 소각시 환경호르몬 등의 유해 물질이 발생하고, 매립시 오랜 기간 썩지 않는 문제점이 존재한다. 이러한 문제를 막고, 자원의 재활용을 위해 플라스틱을 가공하는 수단이 연구되었다.

펠렛은 플라스틱의 재활용 수단의 일종으로서, 구체적으로 플라스틱을 분쇄하고, 용해시킨후, 압축시키는 등의 공정을 통해 얻어진 물질을 의미한다. 이러한 펠렛은 다시 녹여서 플라스틱으로 재활용하거나,몰딩용 소재, 창틀 건설 자재, 하수관거 등 다양한 용도로 사용될 수 있다. 펠렛은 쌀알과 같은 형상을 가질 수 있으나, 용도에 따라 육면체, 사면체 등 다양한 형상을 가질 수 있다.

일반적인 플라스틱은 무색 투명한 물질이나, 플라스틱의 제조 과정에 색소 또는 착색제를 사용할 경우 색깔이 있는 플라스틱을 형성할 수 있다. 펠렛을 사용하여 플라스틱을 제조할 경우, 펠렛을 제조한 후 색을 입힐 수 있으나, 이러한 공정은 펠렛의 제조 및 펠렛의 착색이 분리되어 공정의 단계가 늘어나 제조 비용이 향상될 수 있다. 또한, 펠렛의 제조 과정에서 색소, 안료, 염료, 또는 착색제를 첨가할 경우, 완성된 펠렛의 색상이 의도한 색상과 상이하게 도출될 가능성이 존재한다.

본원의 배경이 되는 기술인 한국등록특허 제10-0143187호는 착색된 성형용 열가소성 수지펠렛 및 그 제조방법에 관한 것이다. 상기 등록특허는 성형된 열가소성 수지 펠릿의 표면에 분말 착색제를 접착제로서 고정부착함으로써 착색된 펠렛을 제조하고 있으나, 펠릿의 제조 공정과 펠렛의 착색 공정이 분리되어 있다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유색 펠렛의 제조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 유색 펠렛의 제조 장치를 이용하는 유색 펠렛의 제조 시스템에 있어서, 상기 유색 펠렛의 제조 장치는, 원료 탱크, 안료 탱크, 첨가제 탱크, 및 상기 원료 탱크로부터 공급된 원료, 상기 안료 탱크로부터 공급된 안료, 및 상기 첨가제 탱크로부터 공급된 첨가제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 탱크를 포함하는 혼합부, 상기 혼합부와 연결되고, 상기 혼합물을 용융시키는 가열관, 상기 가열관의 첨단에 형성되고, 적어도 하나 이상의 압출구를 포함하는 압출부, 상기 압출된 혼합물을 냉각시키는 냉각관, 상기 냉각된 혼합물을 절단하여 상기 유색 펠렛을 형성하는 절단부를 포함하는 수득부, 상기 유색 펠렛의 색상을 수치화하는 색상 측정부, 및 제어부를 포함하고, 상기 유색 펠렛의 제조 시스템은 상기 제어부에 의해 제어되고, 상기 가열관은 전압 인가, 마이크로파, 및 교반에 의한 마찰을 통해 상기 혼합물을 용융시키는 것인, 유색 펠렛의 제조 시스템을 제공한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제는 승온 조건에서 혼합될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 승온 조건은 1℃/min 내지 10℃/min 범위에서 온도가 상승하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 냉각관의 특정 지점과 상기 압출부 사이의 거리에 따라, 상기 특정 지점의 온도가 선형적 또는 비선형적으로 감소할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 특정 지점의 온도는 상기 거리에 따라 -10℃/cm 내지 -1℃/cm 범위에서 선형적 또는 비선형적으로 감소할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 인가되는 전압은 1 V/min 내지 100 V/min 의 승전압조건에서 전압이 인가될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 마이크로파의 주파수는 1 GHz 내지 10 GHz일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 원료는 HDPE(High density poly ethylene), LDPE(Low density poly ethylene), 나일론, ABS(Acrylonitrile butadiene styrene), PET(poly ethylene terephthalate), PP(polypropylene), PC(polycarbonate), 아크릴, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 유색 펠렛의 제조 시스템은 제조 과정에서 색상을 실시간으로 확인할 수 있기 때문에, 특정한 색의 펠렛을 구현하기 위해 시행착오를 요구하지 않을 수 있다.

이와 관련하여, 상기 색상 측정부는 CIE-LAB 색공간을 사용하기 때문에, 종래의 RGB 또는 CMYK 색표현법과 달리 색상 측정부에서 확인된 색상과 실제 형성된 유색 펠렛의 색상이 동일하다.

또한, 본원에 따른 유색 펠렛의 제조 시스템은 펠렛이 제조되는 과정에서 착색되기 때문에, 펠렛을 제조한 후 착색하는 종래의 기술과 달리 공정이 간단하다.

또한, 본원에 따른 유색 펠렛의 제조 시스템은 마찰을 통해 원료를 입자화 시키고, 전압 인가, 마찰열, 및 마이크로파의 조사를 통해 입자화된 원료를 용융시키기 때문에, 분쇄 및 용융 공정이 일체화되어 있고 소모되는 에너지를 줄일 수 있으며, 압출된 물질의 색이 일정하게 유지될 수 있다.

또한, 본원에 따른 유색 펠렛의 제조 시스템은 압출부로부터의 거리에 따라 냉각관의 온도가 선형적 또는 비선형적으로 감소하기 때문에, 압출된 혼합물이 취성 파괴되는 것을 방지할 수 있으며, 이는 혼합물의 수율이 증가하는 것을 의미할 수 있다.

또한, 상기 유색 펠렛의 제조 시스템은 온도를 서서히 올려가며 원료, 안료, 및 첨가제를 혼합하기 때문에, 혼합물이 고르게(homogenous) 혼합될 수 있다.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 유색 펠렛의 제조 장치에 대한 모식도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 유색 펠렛의 제조 과정을 나타낸 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.

이하, 본원의 유색 펠렛의 제조 시스템에 대하여 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 상기 유색 펠렛의 제조 장치(10)는, 원료 탱크(111), 안료 탱크 (112), 첨가제 탱크 (113), 및 상기 원료 탱크(111)로부터 공급된 원료, 상기 안료 탱크(112) 로부터 공급된 안료, 및 상기 첨가제 탱크(113)로부터 공급된 첨가제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 탱크(120)를 포함하는 혼합부(100), 상기 혼합부(100)와 연결되고, 상기 혼합물을 용융시키는 가열관(200), 상기 가열관(200)의 첨단에 형성되고, 적어도 하나 이상의 압출구를 포함하는 압출부(300), 상기 압출된 혼합물을 냉각시키는 냉각관(400), 상기 냉각된 혼합물을 절단하여 상기 유색 펠렛을 형성하는 절단부(미도시)를 포함하는 수득부(500), 상기 유색 펠렛의 색상을 수치화하는 색상 측정부(700), 및 제어부(600)를 포함하고, 상기 유색 펠렛의 제조 시스템은 상기 제어부(600)에 의해 제어되고, 상기 가열관(200)은 전압 인가, 마이크로파, 및 교반에 의한 마찰을 통해 상기 혼합물을 용융시키는 것인, 유색 펠렛의 제조 시스템을 제공한다.

도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 유색 펠렛의 제조 장치(10)에 대한 모식도이고, 도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 유색 펠렛의 제조 과정을 나타낸 순서도이다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 색상 측정부(700) 및 상기 제어부(600)는 상기 혼합부(100), 상기 가열관(200), 상기 압출부(300), 상기 냉각관(400), 상기 수득부(500), 및 이들의 조합들로 이루어진 부분에 존재함으로써, 상기 유색 펠렛의 제조 과정을 제어할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 따른 색상 측정부(700)는 상기 혼합 탱크(120)의 혼합물, 또는 상기 압출부(300), 상기 냉각관(400), 상기 수득부(500) 및 이들의 조합들로 이루어진 부분에서 제조되는 유색 펠렛의 색상을 수치화하기 위한 부분을 의미한다.

상기 제어부(600) 및 상기 색상 측정부(700)는 상기 혼합부(100), 상기 가열관(200), 상기 압출부(300), 상기 냉각관(400), 및 상기 수득부(500)와 별도로 존재할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 색상 측정부(700)는 상기 혼합물 또는 상기 유색 펠렛의 색상을 CIE-LAB 방식으로 수치화할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

색상을 표현 또는 수치화하기 위해서 일반적으로 RGB(Red, Green, Blue) 또는 CMYK(Cyan, Magenta, Yellow, and black Key)의 색상 표현법이 사용되었다. 그러나 RGB 또는 CMYK 는 디스플레이에 따라 보여지는 색상이 달라질 수 있기 때문에, 매체에 독립적으로 색상을 표현하기 위해서는 CIE-LAB 색공간법으로 표현해야 한다.

상기 CIE-LAB 는 명도(L 또는 L*), 적색과 녹색의 정도(A 또는 a*), 및 청색과 황색의 정도(B 또는 b*) 를 통해 색을 표현하는 방법을 의미하며, 상술한 RGB 또는 CMYK 에 비해 더 넓은 영역의 색을 표현할 수 있다. 예를 들어, 상기 L* 은 0 에서 흑색을, 100 에서 백색을 갖고, 상기 a* 은 - 에서 녹색을 + 에서 적색을 가지며, 상기 b* 은 - 에서 청색을, + 에서 황색을 가질 수 있다.

상기 CIE-LAB 색표현법을 통해 상기 혼합물 및 상기 유색 펠렛의 색상을 수치화시킴으로써, 제조된 유색 펠렛의 색상을 시행착오 없이 정확하게 표현할 수 있다. 구체적으로, RGB, CMYK, 또는 육안을 통해 유색 펠렛의 색상을 확인할 경우, 사람의 주관성, 디스플레이의 종류, 프로그램의 종류 등 다양한 원인에 의해 색상의 차이가 존재할 수 있다. 그러나, CIE-LAB 법은 RGB 또는 CMYK 에 비해 더 넓은 영역의 색을 정확하게 표현할 수 있기 때문에, 시행착오없이 실시간으로 색깔을 확인할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제어부(600)는 상기 혼합 탱크(120)의 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제의 비율, 상기 가열관(200)의 온도, 상기 냉각관(400)의 온도, 상기 절단부의 제어, 및 상기 수득부(500)에서 얻어지는 유색 펠렛의 양을 제어할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 따른 유색 펠렛의 제조 시스템은 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제를 고루 혼합하고 용융시킴으로써 상기 유색 펠렛을 연속적으로 형성할 수 있다. 후술하겠지만, 상기 제어부(600) 및 상기 색상 측정부(700) 없이 상기 혼합 탱크(120)에 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제를 계속해서 공급할 경우, 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제의 비율이 미세하게 달라질 수 있고, 이는 완성된 유색 펠렛의 색상 및 물성이 시간의 흐름에 따라 조금씩 상이해질 수 있다.

이러한 문제를 방지하기 위해, 상기 제어부(600)는 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제의 비율을 일정하게 유지하고, 상기 색상 측정부(700)는 후술할 혼합물의 색상이 유색 펠렛과 일치하도록 색상을 조절할 수 있다.

예를 들어, 상기 색상 측정부(700)가, 상기 냉각관(400)을 통해 압출된 혼합물의 색을 측정할 경우, 상기 압출된 혼합물의 색은 의도한 색과 상이하거나 또는 명도가 상이하게 측정될 수 있다. 이러한 현상이 확인될 경우, 상기 제어부(600)는 상기 혼합 탱크(120)에서 상기 안료의 비율 및/또는 상기 첨가제의 비율을 조절함으로써 상기 압출된 혼합물의 색을 실시간으로 조절할 수 있다.

이하에서는 상기 유색 펠렛의 제조 장치(10)를 통해 상기 유색 펠렛을 제조하는 시스템에 대한 것이다.

먼저, 상기 혼합 탱크(120)에서 상기 원료 탱크(111)로부터 공급된 원료, 상기 안료 탱크(112)로부터 공급된 안료, 및 상기 첨가제 탱크(113)로부터 공급된 첨가제를 혼합하여 혼합물을 형성한다 (S100).

본원에 따른 승온 조건은 온도가 시간, 거리 등의 요소에 따라 선형적 또는 비선형적으로 상승하는 조건을 의미하며, 온도가 감소할 경우는 감온 조건이라 하고, 온도가 계속해서 유지되는 경우는 정온 조건이라고 한다. 특별한 기재가 없는 한 본원의 유색 펠렛 제조 시스템에서의 온도 조건은 정온 조건을 의미한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 승온 조건은 1℃/min 내지 10℃/min 범위에서 온도가 상승하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 승온 조건은 약 1℃/min 내지 약 10℃/min, 약 2℃/min 내지 약 10℃/min, 약 3℃/min 내지 약 10℃/min, 약 4℃/min 내지 약 10℃/min, 약 5℃/min 내지 약 10℃/min, 약 6℃/min 내지 약 10℃/min, 약 7℃/min 내지 약 10℃/min, 약 8℃/min 내지 약 10℃/min, 약 9℃/min 내지 약 10℃/min, 약 1℃/min 내지 약 2℃/min, 약 1℃/min 내지 약 3℃/min, 약 1℃/min 내지 약 4℃/min, 약 1℃/min 내지 약 5℃/min, 약 1℃/min 내지 약 6℃/min, 약 1℃/min 내지 약 7℃/min, 약 1℃/min 내지 약 8℃/min, 약 1℃/min 내지 약 9℃/min, 약 2℃/min 내지 약 9℃/min, 약 3℃/min 내지 약 8℃/min, 약 4℃/min 내지 약 7℃/min, 또는 약 5℃/min 내지 약 6℃/min 의 범위에서 온도가 상승하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제를 정온 조건에서 혼합하는 경우에 비해, 승온 조건에서 혼합할 경우 더 짧은 시간에 더 높은 혼합율이 나타날 수 있다.

본원에 따른 혼합율은 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제가 고르게 분산된 정도를 표현한 것을 의미하고, 상기 혼합 탱크(120)의 임의의 지점에서 표본을 취득하고, 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제를 밀도, 용해도, 색상, 질량 등의 물성의 차이를 통해 분리한 후, 세 물질의 질량을 측정함으로써 상기 원료의 질량 : 상기 안료의 질량 : 상기 첨가제의 질량의 비를 확인하거나, 육안으로 관찰하는 등의 방법으로 확인할 수 있다. 후술하겠지만, 상기 가열관(200)에서 상기 혼합물을 용융시키는 과정에서, 상기 혼합물의 혼합율이 낮을 경우 상기 압출부에서 압출된 혼합물의 품질이 일정하지 않은 문제점이 발생한다.

본원에 따른 혼합 과정은 상기 혼합 탱크(120) 내부의 상기 혼합물을 분쇄, 진동, 및/또는 회전함으로써 수행될 수 있다. 후술하겠지만, 정온 조건에서 혼합된 혼합물의 혼합율은, 승온 조건에서의 혼합된 혼합물의 혼합율에 비해 낮게 측정되었다.

본원에 따른 "혼합물을 진동시키는 것"의 기재는, 상기 혼합 탱크(120)를 상하 방향 또는 좌우 방향으로 운동시킴으로써, 상기 혼합 탱크(120) 내부의 상기 혼합물에 진동을 가하는 것을 의미한다.

또한, 본원에 따른 혼합물의 회전은, 상기 혼합 탱크(120)의 중심을 기준으로 상기 혼합물을 10 RPM 내지 60 RPM 의 속도로 회전시키는 것을 의미한다. 상기 진동 및 회전은 상기 분쇄된 혼합물의 혼합율을 향상시키기 위한 것이다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 혼합물 100 중량부에 있어서, 상기 안료는 10 중량부 이하로서 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 혼합물 100 중량부에 있어서 상기 안료는 10 중량부 이하, 9 중량부 이하, 8 중량부 이하, 7 중량부 이하, 6 중량부 이하, 5 중량부 이하, 4 중량부 이하, 3 중량부 이하, 2 중량부 이하, 또는 1 중량부 이하로서 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 따른 안료는 상기 원료를 착색시키기 위한 것으로서, 염료와 달리 불투명한 특성이 있다. 일반적으로, 안료는 내화학성, 내광성, 내후성, 및 은폐력이 뛰어나다.

이와 관련하여, 상기 혼합물로서 안료 대신 염료를 사용할 경우, 상기 혼합물의 색이 쉽게 퇴색될 수 있고, 내후성이 떨어져 추후 완성된 유색 펠렛의 색이 벗겨질 수 있는 문제점이 존재한다.

후술할 유색 펠렛의 색에 따라, 상기 안료는 다양한 종류를 가질 수 있다. 예를 들어, 보라색의 유색 펠렛의 색을 원한다면, 상기 안료로서 청색 안료 및 적색 안료의 혼합 안료, 또는 보라색 안료를 사용할 수 있다. 그러나 청색 안료 및 적색 안료를 함께 사용할 경우 두 안료 사이의 비율에 따라 원하는 색감의 보라색이 아닌, 의도치 않은 보라색이 나올 수 있기 때문에 주의할 필요가 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 첨가제는 산화방지제, 가소제, 탈색제, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이와 관련하여, 상기 혼합물 100 중량부에 있어서, 상기 첨가제는 3 중량부 이하로서 포함될 수 있고, 상기 첨가제가 3 중량부를 초과할 경우 완성된 유색 펠렛의 물성 제어, 또는 제조 과정 중 색상의 제어가 어려울 수 있다.

상기 혼합물의 혼합율은 상기 원료의 중량과, 상기 안료 및 상기 첨가제의 중량의 비율로서 표현될 수 있다. 본원의 일 구현예에 따르면, 상기 혼합물 100 중량부를 기준으로 상기 원료의 중량과, 상기 안료 및 상기 첨가제의 중량의 비는 87 : 13 내지 99 : 1 이거나, 또는 상기 혼합물은 상기 원료만을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 혼합물이 상기 안료를 포함하지 않을 경우, 후술할 유색 펠렛은 무색으로 제조될 수 있으며, 상기 무색 펠렛은 상기 유색 펠렛의 제조 장치(10)를 청소하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상기 혼합물이 상기 첨가제를 포함하지 않을 경우, 상기 원료의 제조 과정에서 사용된 첨가제가 상기 첨가제의 역할을 대신 수행할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 안료는 상기 CIE-LAB 군에서 선택된 색을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 검은색과 흰색을 제외한 색의 펠렛을 원할 경우, 검은색, 흰색, 적색, 녹색, 청색, 및 황색의 안료를 일정한 비율에 맞추어 혼합하거나, 원하는 색상의 안료를 직접 사용할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 유색 펠렛의 제조 장치(10)에서 특정한 색상의 펠렛을 제조한 후, 별도의 색상의 펠렛을 제조할 경우, 일정시간 안료를 첨가하지 않고 펠렛을 생산함으로써 상기 혼합 탱크(120), 및 상기 가열관(200)에 존재할 수 있는 잔여 안료를 제거할 필요가 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 원료 탱크(111)은 원료 파이프(131)을 통해, 상기 안료 탱크(112)는 안료 파이프(132)를 통해, 그리고 상기 첨가제 탱크(113)은 첨가제 파이프(133)를 통해 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제를 상기 혼합 탱크(120)으로 전달할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이어서, 상기 가열관(200)을 통해 상기 혼합물을 용융시킨다 (S200).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 가열관(200)은 전압 인가, 마이크로파, 및 교반에 의한 마찰을 통해 상기 혼합물을 용융시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 가열관(200)은 전압 인가, 마이크로파, 및 교반에 의한 마찰을 통해 상기 혼합물을 용융시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 전압 인가는 상기 혼합물에 저항열을 가해 상기 혼합물을 용융시키기 위한 것이고, 상기 마이크로파는 상기 혼합물에 진동을 가하여 상기 혼합물 내부에서 뭉쳐진 상기 원료, 상기 안료, 및/또는 상기 첨가제를 분리하기 위한 것이며, 상기 교반은 상기 혼합물에서 미처 혼합되지 않은 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제를 혼합하고, 동시에 마찰을 통해 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제의 표면을 연마하여 용융에 필요한 에너지를 절감시킬 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 가열관(200)에서 상기 혼합물을 용융시키는 온도는 100℃ 내지 300℃ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 용융 온도는 약 100℃ 내지 약 300℃, 약 125℃ 내지 약 300℃, 약 150℃ 내지 약 300℃, 약 175℃ 내지 약 300℃, 약 200℃ 내지 약 300℃, 약 225℃ 내지 약 300℃, 약 250℃ 내지 약 300℃, 약 275℃ 내지 약 300℃, 약 100℃ 내지 약 125℃, 약 100℃ 내지 약 150℃, 약 100℃ 내지 약 175℃, 약 100℃ 내지 약 200℃, 약 100℃ 내지 약 225℃, 약 100℃ 내지 약 250℃, 약 100℃ 내지 약 275℃, 약 125℃ 내지 약 275℃, 약 150℃ 내지 약 250℃, 약 175℃ 내지 약 225℃, 또는 약 200℃ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이와 관련하여, 상기 가열관(200)의 용융 온도는 1℃/min 내지 10℃/min 범위에서 온도가 상승하는 승온 조건일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 가열관(200)의 온도는 인가되는 전압, 마이크로파의 주파수, 및 교반의 속도에 의해 승온 조건 또는 정온 조건을 갖도록 상승할 수 있다. 후술하겠지만,상기 전압, 주파수 및 교반 속도 시간에 따라 상승하는 조건을 가질 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 인가되는 전압은 1 V/min 내지 100 V/min 의 승전압조건에서 전압이 인가될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 승전압 조건은 약 1 V/min 내지 약 100 V/min, 약 5 V/min 내지 약 100 V/min, 약 10 V/min 내지 약 100 V/min, 약 15 V/min 내지 약 100 V/min, 약 20 V/min 내지 약 100 V/min, 약 25 V/min 내지 약 100 V/min, 약 30 V/min 내지 약 100 V/min, 약 35 V/min 내지 약 100 V/min, 약 40 V/min 내지 약 100 V/min, 약 45 V/min 내지 약 100 V/min, 약 50 V/min 내지 약 100 V/min, 약 55 V/min 내지 약 100 V/min, 약 60 V/min 내지 약 100 V/min, 약 65 V/min 내지 약 100 V/min, 약 70 V/min 내지 약 100 V/min, 약 75 V/min 내지 약 100 V/min, 약 80 V/min 내지 약 100 V/min, 약 85 V/min 내지 약 100 V/min, 약 90 V/min 내지 약 100 V/min, 약 95 V/min 내지 약 100 V/min, 약 1 V/min 내지 약 5 V/min, 약 1 V/min 내지 약 10 V/min, 약 1 V/min 내지 약 15 V/min, 약 1 V/min 내지 약 20 V/min, 약 1 V/min 내지 약 25 V/min, 약 1 V/min 내지 약 30 V/min, 약 1 V/min 내지 약 35 V/min, 약 1 V/min 내지 약 40 V/min, 약 1 V/min 내지 약 45 V/min, 약 1 V/min 내지 약 50 V/min, 약 1 V/min 내지 약 55 V/min, 약 1 V/min 내지 약 60 V/min, 약 1 V/min 내지 약 65 V/min, 약 1 V/min 내지 약 70 V/min, 약 1 V/min 내지 약 75 V/min, 약 1 V/min 내지 약 80 V/min, 약 1 V/min 내지 약 85 V/min, 약 1 V/min 내지 약 90 V/min, 약 1 V/min 내지 약 95 V/min, 약 5 V/min 내지 약 95 V/min, 약 10 V/min 내지 약 90 V/min, 약 15 V/min 내지 약 85 V/min, 약 20 V/min 내지 약 80 V/min, 약 25 V/min 내지 약 75 V/min, 약 30 V/min 내지 약 70 V/min, 약 35 V/min 내지 약 65 V/min, 약 40 V/min 내지 약 60 V/min, 약 45 V/min 내지 약 55 V/min, 또는 약 50 V/min 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이와 관련하여, 상기 가열관(200)에 인가되는 전압은 최종적으로 약 100 V 내지 약 1,000 V 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 최종 전압은 전압을 인가하는 시간에 따라 변동될 수 있다.

상기 가열관(200)에 전압을 일정하게 인가하되, 일정하게 인가된 전압이 100 V 미만이라면 상기 혼합물의 내부에 열이 전도되지 않을 수 있고, 상기 일정하게 인가된 전압이 1,000 V 초과면 상기 혼합물의 내부에 열이 전도되기 전 상기 혼합물의 표면이 탄화되어 상기 교반에 의한 회전에 더 많은 에너지가 필요한 문제점이 발생할 수 있으며, 상기 일정하게 인가되는 전압이 약 100 V 내지 약 1,000 V 사이의 전압이어도 상기 혼합물의 용융이 일정하지 않게 진행되어 후술할 압출 과정에서 상기 혼합물의 압출이 원활하게 진행되지 않는 문제점이 확인되었다. 이에, 상기 제어부(600)는 상기 가열관(200)에 전압을 승전압 조건에 따라 인가하되, 최종 전압이 약 100 V 내지 약 1,000 V 가 되도록 전압을 제어함으로써, 상기 혼합물의 교반을 방해하지 않으면서 상기 혼합물을 용융시킬 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 가열관(200)에 인가되는 마이크로파의 주파수는 0.1 GHz/min 내지 1 GHz/min 의 속도로 상승할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 마이크로파는 상기 혼합물 내부에 존재할 수 있는, 응집된 원료, 응집된 첨가제, 및/또는 응집된 안료를 분쇄하기 위한 것이고, 동시에 상기 전압과 함께 상기 혼합물을 가열하기 위한 것이다. 이와 관련하여, 상기 혼합물에 조사되는 상기 마이크로파의 주파수가 낮은 상태에서 일정할 경우, 상기 응집된 원료, 상기 응집된 안료, 및/또는 상기 응집된 첨가제를 분쇄하기에 오랜 시간이 소요될 수 있고, 높은 상태에서 일정할 경우 후술할 압출 과정에서 상기 혼합물의 혼합율이 변동될 수 있다.

예를 들어, 상기 응집된 원료, 상기 응집된 안료, 및 상기 응집된 첨가제를 분쇄하기 위해서는 일정 수준 이상의 주파수를 갖는 마이크로파가 필요할 수 있다. 이와 관련하여 상기 마이크로파의 주파수는 1 GHz 경우, 상기 응집된 원료, 상기 응집된 안료, 또는 상기 응집된 첨가제를 분쇄하기 위해 상기 마이크로파를 조사하는 시간이 오래 소요될 수 있다. 10 GHz 의 주파수를 갖는 마이크로파를 조사할 경우, 상기 응집된 원료, 상기 응집된 안료, 또는 상기 응집된 첨가제는 단시간에 분쇄될 수 있으나, 많은 에너지가 소요되고, 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제가 분리되어 후술할 압출 과정에서 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제의 혼합율이 변동될 수 있는 단점이 존재한다.

본원에서는 마이크로파의 주파수를 시간에 따라 서서히 상승시킴으로써, 상기 응집된 물질을 에너지의 낭비 없이 분쇄하면서, 동시에 상기 혼합율을 일정하게 유지할 수 있다.

본원에 따른 교반은, 상기 가열관(200)의 중심을 기준으로 상기 혼합물을 회전시키는 것을 의미하며, 상기 혼합물들이 회전하는 과정에서 마찰이 발생할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 교반은 상기 30 RPM 내지 90 RPM 의 속도로 상기 혼합물을 혼합할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 교반 속도는 분당 1 RPM 내지 20 RPM 씩 상승할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 교반 속도는 분당 약 1 RPM 내지 분당 약 20 RPM, 분당 약 2 RPM 내지 분당 약 20 RPM, 분당 약 3 RPM 내지 분당 약 20 RPM, 분당 약 4 RPM 내지 분당 약 20 RPM, 분당 약 5 RPM 내지 분당 약 20 RPM, 분당 약 7.5 RPM 내지 분당 약 20 RPM, 분당 약 10 RPM 내지 분당 약 20 RPM, 분당 약 12.5 RPM 내지 분당 약 20 RPM, 분당 약 15 RPM 내지 분당 약 20 RPM, 분당 약 17.5 RPM 내지 분당 약 20 RPM, 분당 약 1 RPM 내지 분당 약 2 RPM, 분당 약 1 RPM 내지 분당 약 3 RPM, 분당 약 1 RPM 내지 분당 약 4 RPM, 분당 약 1 RPM 내지 분당 약 5 RPM, 분당 약 1 RPM 내지 분당 약 7.5 RPM, 분당 약 1 RPM 내지 분당 약 10 RPM, 분당 약 1 RPM 내지 분당 약 12.5 RPM, 분당 약 1 RPM 내지 분당 약 15 RPM, 분당 약 1 RPM 내지 분당 약 17.5 RPM, 분당 약 2 RPM 내지 분당 약 17.5 RPM, 분당 약 3 RPM 내지 분당 약 15 RPM, 분당 약 4 RPM 내지 분당 약 12.5 RPM, 분당 약 5 RPM 내지 분당 약 10 RPM, 또는 분당 약 7.5 RPM 씩 상승할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제는 각각의 형상이 일정하지 않을 수 있기 때문에, 상기 교반을 통해 상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제 사이에 마찰을 발생시킴으로써 상기 형상을 다듬을 수 있고, 상기 마찰에 의해 발생하는 열을 통해 상기 용융시키는 시간을 단축시킬 수 있다.

상기 가열관(200)에서 상기 혼합물을 용융시키는 과정에서, 상기 용융된 혼합물은 밀도 또는 무게에 의해 상기 혼합 탱크(120)의 혼합물과 다른 혼합율을 가질 수 있다. 따라서, 상기 가열관(200)은 상기 교반을 통해, 상기 혼합물의 혼합율을 일정하게 유지할 필요가 있다.

이어서, 상기 용융된 혼합물을 상기 압출부(300)에서 압출한다 (S300).

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 압출부(300)는 원형, 다각형, 선형, 곡선형, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 형상을 갖는 압출구(미도시)를 적어도 하나 이상 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 혼합물은, 단면이 상기 압출구의 모양을 갖는 끈의 형태로 압출될 수 있다. 후술하겠지만, 상기 압출된 혼합물은 냉각 및 절단에 의해 펠렛화될 수 있다.

이와 관련하여, 상기 압출부(300)가 상기 용융된 혼합물의 질량에 의해 발생한 압력 및 온도에 의해 변형될 경우, 상기 압출구의 형상이 변화되어 유색 펠렛의 품질이 일정하지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 압출부(300)는 상기 용융된 혼합물에 10 MPa 내지 100 MPa 의 압력을 인가할 압력인가부(미도시)를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이어서, 상기 압출된 혼합물을 상기 냉각관(400)에서 냉각시킨다 (S400).

상기 냉각관(400)은 냉각수, 냉각용 기름(oil), 냉각용 기체 등의 냉매를 포함하는 것으로서, 상기 압출된 혼합물은 상기 압출구로부터 후술할 절단부까지 이어지되, 상기 냉각관(400) 내부에 함침됨으로써 냉각될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 냉각관(400)의 특정 지점과 상기 압출부 사이의 거리에 따라, 상기 특정 지점의 온도가 선형적 또는 비선형적으로 감소할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 특정 지점의 온도는 상기 거리에 따라 -10℃/cm 내지 -1℃/cm 범위에서 선형적 또는 비선형적으로 감소할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 냉각관(400)의 특정 지점의 온도는 상기 거리에 따라 약 -10℃/cm 내지 약 -1℃/cm, 약 -9℃/cm 내지 약 -1℃/cm, 약 -8℃/cm 내지 약 -1℃/cm, 약 -7℃/cm 내지 약 -1℃/cm, 약 -6℃/cm 내지 약 -1℃/cm, 약 -5℃/cm 내지 약 -1℃/cm, 약 -4℃/cm 내지 약 -1℃/cm, 약 -3℃/cm 내지 약 -1℃/cm, 약 -2℃/cm 내지 약 -1℃/cm, 약 -10℃/cm 내지 약 -2℃/cm, 약 -10℃/cm 내지 약 -3℃/cm, 약 -10℃/cm 내지 약 -4℃/cm, 약 -10℃/cm 내지 약 -5℃/cm, 약 -10℃/cm 내지 약 -6℃/cm, 약 -10℃/cm 내지 약 -7℃/cm, 약 -10℃/cm 내지 약 -8℃/cm, 약 -10℃/cm 내지 약 -9℃/cm, 약 -9℃/cm 내지 약 -2℃/cm, 약 -8℃/cm 내지 약 -3℃/cm, 약 -7℃/cm 내지 약 -4℃/cm, 또는 약 -6℃/cm 내지 약 -5℃/cm 의 범위에서 선형적 또는 비선형적으로 감소할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 냉각관(400)의 특정 지점이 상기 압출부(300)와 가까울수록, 상기 지점의 온도는 상기 압출부와(300) 동일할 수 있고, 상기 압출부(300)와 멀어져 상기 특정 지점이 후술할 절단부(미도시) 또는 수득부(500)에 가까워질수록 상기 지점의 온도는 낮아질 수 있다.

상기 냉각관(400)의 온도가 선형적 또는 비선형적으로 감소하지 않을 경우, 상기 압출된 혼합물이 온도 차이에 의해 취성 파괴될 수 있다. 구체적으로, 상기 압출된 혼합물이 상기 압출부에서 압출되어 상기 냉각관(400)을 통해 상기 절단부까지 이동하는 과정에서, 상기 압출된 혼합물은 진동, 유동 등의 외부의 자극을 계속해서 받을 수 있다. 이 때, 상기 압출된 혼합물은 냉각하면 취성을 가질 수 있으며, 상기 압출된 혼합물을 급냉시킬 경우, 즉 냉각관(400)의 온도가 선형적 또는 비선형적으로 감소하지 않을 경우 상기 압출된 혼합물 내부의 온도와 표면의 온도 차이가 발생할 수 있고, 이는 상기 압출된 혼합물의 내부의 강도 및 표면의 강도가 상이해짐을 의미한다.

결과적으로, 상기 압출된 혼합물을 급냉시킬 경우, 상기 냉각관(400)에서 지속적으로 상기 압출된 혼합물의 표면이 취성 파괴되어 상기 냉각간 내부의 냉매의 하단에 함침 또는 상단에 부유하게 되고, 이는 후술할 수득부(500)에서 유색 펠렛의 수득이 감소함을 의미한다.

그러나, 상기 냉각관(400)의 온도가 선형적 또는 비선형적으로 감소할 경우, 상기 압출된 혼합물이 내부에서부터 냉각되기 때문에, 상기 압출된 혼합물의 표면 및 내부의 강도가 동일하게 형성될 수 있어 상기 냉각관(400)의 내부에서 상기 압출된 혼합물이 취성 파괴되지 않을 수 있다.

이어서, 상기 절단부에서 상기 냉각된 혼합물을 절단함으로써, 상기 수득부(500)에서 유색 펠렛을 수득한다 (S500).

상기 유색 펠렛은 상기 냉각된 혼합물을 절단한 후, 크기에 따라 선별한 것을 의미할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 수득부(500)는 상기 절단부 및 선별부(미도시)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원에 따른 절단부는 용도에 맞추어 상기 냉각된 혼합물의 크기 또는 형상을 조절하며 절단하기 위한 것이고, 본원에 따른 선별부는 상기 절단된 혼합물을 크기, 질량, 색상, 밀도, 품질 등 다양한 요소로 선별하기 위한 것이다.

상기 냉각된 혼합물을 절단하기에 앞서, 상기 냉각된 혼합물의 표면 상에 존재하는, 상기 냉매를 제거하는 단계를 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 절단부는 상기 냉각된 혼합물을 기계적 수단 및 광학적 수단으로서 절단할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

구체적으로, 절단날 등을 사용하여 상기 냉각된 혼합물을 기계적으로 절단할 경우, 상기 절단된 혼합물의 첨단이 매끄럽게 절단되지 않을 수 있고, 상기 첨단이 날카롭거나 불규칙한 요철이 존재할 경우, 사용자가 상기 유색 펠렛을 취급할 때 손을 다칠 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 냉각된 혼합물을 레이저로 절단할 경우, 상기 냉각된 혼합물의 두께에 비례하여 소요 시간이 증가하는 단점이 존재할 수 있다. 따라서, 본원에서는 상기 냉각된 혼합물을 절단날로서 절단한 후, 상기 절단된 혼합물의 첨단을 레이저로서 표면 처리함으로써, 사용자의 안전을 도모할 수 있다.

상기 유색 펠렛을 절단하는 단계에서, 상기 절단날은 일정한 각속도로 회전하거나 일정한 속도로 상하운동을 반복하기 때문에, 상기 유색 펠렛의 크기는 상기 냉각된 혼합물이 상기 절단부를 통과한 후 상기 절단날에 의해 절단되기까지의 시간에 의해 좌우될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 절단날이 상기 유색 펠렛을 절단하면, 상기 절단날의 표면에 상기 유색 펠렛의 잔여물이 부착될 수 있으며, 이는 상기 절단날의 회전 속도 또는 상하 운동 속도를 감속시키는 원인이 될 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 상기 절단날은 상기 잔여물을 제거하기 위한 잔여물 제거부(미도시)를 통과하며 상기 유색 펠렛을 절단할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유색 펠렛은 밀도, 색상, 크기, 질량, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물성에 의해 선별될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유색 펠렛의 제조 장치(10)는 상기 유색 펠렛을 샘플로 형성하는 샘플 형성부(미도시)를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 샘플은 상기 펠렛이 의도한 색상과 동일한 색상을 갖는지 확인하고, 또한 상기 펠렛이 의도한 색상을 가지면서 제품화될 수 있는지 확인하기 위한 것을 의미한다.

종래의 기술에서는 펠렛을 제조하고,착색한 후 샘플화한 다음에서야 의도한 색상과 비교하였기 때문에, 공정의 수가 늘거나 시간이 장시간 소요될 수 있는 문제가 존재하였다.

그러나, 본원의 유색 펠렛의 제조 시스템은, 펠렛을 제조하는 과정에서 착색 공정이 수행되어 시행착오 없이 단시간에 유색 펠렛을 제조할 수 있고, 동시에 제조 과정에서 실시간으로 색상을 측정함으로써 색상이 이상한 현상이 발견되면 현상의 원인을 특정할 수 있어 종래의 기술에 비해 높은 효율성을 가질 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

먼저, 원료 탱크로부터 HDPE 94 kg 을, 안료 탱크로부터 적색 안료 5 kg 을, 그리고 첨가제 탱크로부터 산화 방지제 및 가소제를 포함하는 첨가제 1 kg 을 혼합 탱크에 운송하고, 최종온도가 50℃ 가 되도록, 3℃/min 의 승온 조건에서 HDPE, 안료, 및 첨가제를 분쇄하고, 분쇄된 물질을 상하로 운동시키면서 동시에 30 RPM 의 회전을 가하며 약 10 분간 혼합하고, 색상 및 혼합율을 측정하였다 (혼합 공정).

이어서, 상기 혼합 탱크에서 혼합된 혼합물을 가열관으로 운송하고, 상기 가열관에 전압을 인가하고, 마이크로파를 인가하며, 교반함으로써 상기 혼합물을 용융시킨 후 색상을 측정하였다. 이 때, 상기 가열관은, 최종 온도가 250℃ 가 되도록 5℃/min 의 승온 조건에서 상기 혼합물을 용융시킬 수 있다 (용융 공정).

상기 승온 조건은 승전압 조건, 마이크로파의 주파수 증가, 및 회전 속도의 증가에 의해 얻어질 수 있다. 구체적으로, 상기 가열관에 인가된 전압은 최종 전압이 1,000 V 가 되도록 20 V/min 의 승전압조건에서 인가된 것이고, 상기 가열관에 조사된 마이크로파는 최종 주파수가 5 GHz 가 되도록 0.5 GHz/min 의 조건에서 조사된 것일 수 있으며, 상기 가열관 내부의 혼합물은 분당 10 RPM 이 상승하여 최종적으로 60 RPM 의 속도로 교반될 수 있다.

이어서, 상기 용융된 혼합물을 지름이 5 mm 인 원형 압출구 3 개를 포함하는 압출부에서 압출한다 (냉각 공정).

이어서, 상기 압출된 혼합물을 냉각관이 포함하는 냉각수로서 냉각한 후 색상을 측정하였다. 구체적으로, 상기 냉각관은 300 cm 의 길이를 가질 수 있고, 상기 압출부로부터 거리가 x cm 이격된 지점의 온도는 (250-x)℃ 일 수 있으며, 상기 냉각관은 250℃ 내지 20℃ 의 온도 범위를 가질 수 있다.

이어서, 상기 냉각된 혼합물을 상하운동을 하는 절단날에 통과시킨 후 절단하였다. 이 때, 상기 절단날은 30 W 의 CO₂ 레이저에 의해 조사됨으로써 표면의 유색 펠렛이 제거될 수 있다.

이어서, 상기 절단된 혼합물을 30 W 의 CO₂ 레이저로 표면처리하여 유색 펠렛을 수득하였다 (절단 공정). 수득된 유색 펠렛의 색상을 측정한 다음, 크기에 따라 분류하였다.

[비교예 1]

[비교예 1-1]

실시예 1 과 동일하되, 혼합 과정에서 분쇄된 물질을 혼합할 때, 상기 혼합 탱크를 상하 방향으로 운동시키지 않았다.

[비교예 1-2]

실시예 1 과 동일하되, 혼합 과정에서 분쇄된 물질을 혼합할 때, 상기 혼합 탱크를 회전키시지 않았다.

[비교예 1-3]

실시예 1 과 동일하되, 혼합 과정에서 분쇄된 물질을 혼합할 때, 50℃ 의 정온 조건에서 수행하였다.

[비교예 1-4]

실시예 1 과 동일하되, 50℃의 정온 조건에서, 상기 혼합 탱크를 상하 운동 및 회전시키지 않아 혼합 과정을 생략하였다.

[비교예 2]

[비교예 2-1]

실시예 1 과 동일하되, 상기 가열관에 1,000 V 의 전압을 인가하였다.

[비교예 2-2]

실시예 1 과 동일하되, 상기 혼합물에 5 GHz 의 주파수를 조사하였다.

[비교예 2-3]

실시예 1 과 동일하되, 상기 혼합물을 60 RPM 의 속도로 회전시켰다.

[비교예 2-4]

실시예 1 과 동일하되, 상기 가열관에 1,000 V 의 전압을 인가하고, 상기 혼합물에 5 GHz 의 주파수를 조사하고, 동시에 상기 혼합물을 60 RPM 의 속도로 회전시킴으로써, 상기 혼합물을 250℃의 정온 조건에서 용융시켰다.

[비교예 3]

실시예 1 과 동일하되, 상기 냉각관이 모든 지점에서 20℃가 되도록 조정하였다.

[비교예 4]

[비교예 4-1]

실시예 1 과 동일하되, 상기 냉각된 혼합물을 레이저를 사용하여 절단하였다.

[비교예 4-2]

실시예 1 과 동일하되, 상기 절단된 혼합물을 표면처리하는 공정을 생략하였다.

[실험예 1]

실시예 1 또는 비교예 1 의 공정을 수행하면서, 혼합 탱크의 혼합율을 분석하였다. 구체적으로, 상기 혼합 탱크에서 무작위로 5 개의 혼합물을 채취한 후, 상기 혼합물을 HDPE 와 안료 및 첨가제로 분리하였고, 혼합율은 (원료의 중량) : (안료의 중량+첨가제의 중량)으로 표현하였다.

이와 관련하여, 상기 혼합율은 94:6 일수록 이상적이고, 상기 원료의 중량과 94 와의 차이, 또는 상기 안료의 중량 및 상기 첨가제의 중량의 합과 6 과의 차이가 커질수록, 상기 혼합물은 혼합된 정도가 낮다고 할 수 있다.

[표 1]

상기 표 1 을 참조하면, 상기 실시예 1 과 달리, 상기 비교예 1-1 내지 비교예 1-4 의 혼합물들은 혼합율이 고르지 못하게 혼합된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 혼합 공정에서 승온 조건에서 수행하지 않거나, 상기 혼합 탱크를 상하 운동 또는 회전 운동하여 상기 혼합물을 혼합하지 않을 경우, 상기 혼합물의 혼합율이 이상적(94:6)이지 않기 때문에, 상기 혼합 공정에서 승온 조건, 상하 운동, 및 회전 운동은 필수적이다.

[실험예 2]

실시예 1 또는 비교예 2 의 공정을 수행하면서, 상기 가열관에서 완전히 용융되는데 까지 소요되는 시간, 및 상기 압출부에서 압출된 혼합물에서 무작위 5 개의 지점의 색상을 (L*, a*, b*) 로서 수치화한 후 비교하였다.

이와 관련하여, 가열관에서 용융하는 것은 실시예 1 및 비교예 2-1 내지 비교예 2-4 의 공정마다 5 회씩 실시하였다.

[표 2]

[표 3]

상기 표 2 및 표 3 을 참조하면, 상기 비교예 2-1 내지 2-4 의 공정은 혼합물을 완전히 용융시키는데 평균적으로 약 53.6 분 내지 60.6 분의 시간이 소요되고, 압출된 혼합물의 적색이 일정하지 않으나, 상기 실시예 1 의 공정은 상기 혼합물을 완전히 용융시키는데 평균적으로 약 49 분이 소요되고, 압출된 혼합물의 색상의 (L*,a*.b*)가 일정하게 유지될 수 있다.

[실험예 3]

상기 실시예 1 또는 비교예 3 의 공정을 수행하면서, 상기 냉각관에서 상기 압출된 혼합물이 냉각되는 형태를 분석하였다.

상기 실시예 1 의 압출된 혼합물은, 상기 압출부로부터 상기 절단부까지 일정한 속도로 압출되며, 상기 압출구 및 상기 절단부에서 발생하는 마찰에 의해 약 1% 의 혼합물이 상기 냉각관의 냉각수 상에 부유하거나 침전된 것을 확인할 수 있었다.

그러나, 상기 비교예 3 의 경우, 상기 압출된 혼합물은 상기 압출부로부터 상기 절단부까지 압출되는 과정에서 발생하는 진동 및 상기 냉각관에서 냉각되는 과정에서 일부 표면이 바스러지거나, 심한 경우 압출된 혼합물이 절단되는 것을 확인할 수 있었다.

[실험예 4]

상기 실시예 1 또는 비교예 4 의 공정을 수행하면서, 절단 공정을 분석하였다.

상기 비교예 4-1 은, 레이저에 의한 절단 공정은 절단날에 의한 절단 공정에 비해 오랜 시간이 소요되거나, 또는 고출력의 에너지를 요구하는 문제가 존재하였고, 상기 비교예 4-2 는 절단된 혼합물의 첨단이 날카롭게 되어 유색 펠렛을 포장하는 과정에서 포대가 훼손되거나, 상기 비교예 4-2 의 유색 펠렛을 장갑으로 쥐면 장갑이 훼손되는 안전 문제가 발생하였다.

그러나, 상기 실시예 1 의 공정은 절단날에 의한 공정 및 레이저에 의한 표면 처리를 동시에 포함하기 때문에, 상기 비교예 4 에서 발생하는 문제가 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.

[실험예 5]

상기 실시예 1 에서 각 단계별 색상 및 최종 수득된 유색 펠렛의 색상이 의도한 색상과 일치하는지 여부를 확인하였다.

결과적으로, 각 단계별 색상 및 최종 수득된 유색 펠렛의 색상은 일정하게 유지되었고, 이는 의도한 색상과 일치함을 확인할 수 있었다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 유색 펠렛의 제조 장치
100 : 혼합부
111 : 원료 탱크
112 : 안료 탱크
113 : 첨가제 탱크
120 : 혼합 탱크
131 : 원료 파이프
132 : 안료 파이프
133 : 첨가제 파이프
200 : 가열관
300 : 압출부
400 : 냉각관
500 : 수득부
600 : 제어부
700 : 색상 측정부

Claims

유색 펠렛의 제조 장치를 이용하는 유색 펠렛의 제조 시스템에 있어서,
상기 유색 펠렛의 제조 장치는,
원료 탱크, 안료 탱크, 첨가제 탱크, 및 상기 원료 탱크로부터 공급된 원료, 상기 안료 탱크로부터 공급된 안료, 및 상기 첨가제 탱크로부터 공급된 첨가제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합 탱크를 포함하는 혼합부;
상기 혼합부와 연결되고, 상기 혼합물을 용융시키는 가열관;
상기 가열관의 첨단에 형성되고, 적어도 하나 이상의 압출구를 포함하는 압출부;
상기 압출된 혼합물을 냉각시키는 냉각관;
상기 냉각된 혼합물을 절단하여 상기 유색 펠렛을 형성하는 절단부를 포함하는 수득부;
색상 측정부; 및
제어부;
를 포함하고,
상기 유색 펠렛의 제조 시스템은 상기 제어부에 의해 제어되고,
상기 원료, 상기 안료, 및 상기 첨가제는 분당 3℃ 씩 온도가 상승하는 승온 조건에서 혼합되되, 상기 혼합은 상기 혼합물을 분쇄, 진동, 및 회전시킴으로써 수행되고,
상기 가열관은 전압 인가, 마이크로파, 및 교반에 의한 마찰을 통해 상기 혼합물을 용융시키되, 상기 인가되는 전압은 최종 전압이 1,000 V 가 되도록 20 V/min 의 승전압조건에서 전압이 인가되고, 상기 마이크로파의 주파수는 0.5 GHz/min 의 속도로 증가하여 최종 주파수가 5 GHz 가 되고, 상기 교반은 분당 10 RPM 씩 증가하여 최종적으로 60 RPM 의 속도로 교반되고,
상기 냉각관의 특정 지점과 상기 압출부 사이의 거리에 따라, 상기 특정 지점의 온도는 상기 거리에 따라 -10℃/cm 내지 -1℃/cm 범위에서 선형적 또는 비선형적으로 감소하고,
상기 절단부는 상기 냉각된 혼합물을 기계적 수단 및 레이저로서 절단하는 것이고,
상기 색상 측정부는 상기 혼합 탱크의 혼합물, 또는 상기 압출부, 상기 냉각관, 및 상기 수득부에서 제조된 상기 유색 펠렛의 색상을 CIE-LAB 방법에 의해 수치화되고,
상기 원료는 HDPE(High density poly ethylene)를 포함하고,
상기 유색 펠렛은 상기 레이저에 의해 표면 처리되는 것인,
유색 펠렛의 제조 시스템.
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