KR102316354B1 - 두께 방향으로 셀 사이즈가 상이한 영역들을 포함하는 폴리에스테르 수지 발포시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

두께 방향으로 셀 사이즈가 상이한 영역들을 포함하는 폴리에스테르 수지 발포시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 따른 폴리에스테르 수지 발포시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 발포시트의 폭 방향 두께 및 셀 사이즈가 상이한 영역들을 포함함으로써, 제조된 발포시트에 대한 가공성을 높이고 공정 변수를 줄일 수 있다.

Description

두께 방향으로 셀 사이즈가 상이한 영역들을 포함하는 폴리에스테르 수지 발포시트 및 이의 제조방법{POLYESTER RESIN FOAM SHEET COMPRISING REGIONS HAVING DIFFERENT CELL SIZES IN THE THICKNESS DIRECTION AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 두께 방향으로 셀 사이즈가 상이한 영역들을 포함하는 폴리에스테르 수지 발포시트 및 이의 제조방법 에 관한 것이다.
폴리에스테르 수지(polyester resin)는 기계적 특성 및 화학적 특성이 우수하여 다양한 분야, 예를 들어 음용수 용기, 의료용 기기, 식품 포장지, 식품 용기, 시트(sheet), 필름(film) 또는 자동차 성형품 등의 분야에 활용 가능하다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 결정성을 가지는 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌계 수지나 폴리프로필렌계 수지 등에 비해 기계적 특성이 우수하고 내열성 및 내화학성 등이 뛰어나다.
특히, 폴리에스테르 수지를 이용한 발포시트는 경량성과 강도가 우수하며, 열 성형 등을 통해 3차원 형상을 가지는 성형체로 성형 가공할 수 있다. 그러나, 폴리에스테르 수지 발포 시트는 높은 강성으로 인해 열 성형 등에 의해 원하는 형상을 부여하는 것이 어렵고, 잘 깨지는 단점이 있다. 더불어 폴리에스테르 발포시트는, 그 용도에 따라 열과 압력을 가하는 열 성형 과정을 거치게 된다. 상기 발포시트를 열 성형하는 과정에서, 부위별 결정화도 내지 기계적 또는 물리적 물성이 달라지게 된다. 이는 발포시트에 대한 예측하지 못한 물성 변화를 초래하고, 가공 변수로 작용하는 원인이 된다.
따라서, 열 성형성이 우수하고 성형 과정에서 물성의 변화를 최소화할 수 있는 폴리에스테르 발포시트에 대한 개발이 요구된다.
일본특허공개공보 제2015-189835호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 두께 방향으로 셀 사이즈가 상이한 영역들을 포함하는 폴리에스테르 수지 발포시트 및 이의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)인 폴리에스테르 수지 발포시트를 제공한다. 상기 발포시트는, 단면을 기준으로, 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)와 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen)는 서로 상이하다. 구체적으로는, 상기 발포시트는 발포시트의 중심쪽에서 표면쪽으로 순차적 또는 연속적으로 셀 사이즈가 커지거나 작아지는 구조이다.
구체적인 예에서, 상기 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)는 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen) 보다 크고, 하기 수식 1을 만족한다.
[수식 1]
10(%) ≤ {(Fsuf - Fcen) / Fsuf} x 100 ≤ 80(%)
상기 수식 1에서, 예를 들어, 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)는 200 내지 800 (㎛) 범위이다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)가 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen) 보다 작고, 하기 수식 2를 만족한다.
[수식 2]
10(%) ≤ {( Fcen - Fsuf) / Fcen} x 100 ≤ 80(%)
상기 수식 2에서, 예를 들어, 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)는 20 내지 200 (㎛) 범위이다.
본 발명에 따른 발포시트의 두께편차는 15% 이하이다. 또한, 상기 발포시트의 전체적인 셀 사이즈는 평균 100 ㎛ 내지 700 ㎛ 범위이다.
구체적인 예에서, 발포시트 양 표면의 평균 셀 사이즈 편차는 15% 이하이다.
또 다른 구체적인 예에서, 발포시트 양 표면의 평균 셀 사이즈 편차는 15% 초과이다.
하나의 예에서, 상기 발포시트는 0.5 중량% 내지 5 중량%의 탄산칼슘을 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 폴리에스테르 수지 발포시트의 제조방법을 제공한다.
하나의 예에서, 상기 발포시트의 제조방법은, 토출 방향에 대한 수직 단면이 링 형상인 토출구를 통해 폴리에스테르 수지를 압출 발포하는 단계; 압출 발포된 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 냉각 또는 가열하는 단계; 및 압출 발포된 원통상 시트를 토출 방향으로 컷팅하는 단계를 포함한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 원통상 시트의 내부 및 외부를 냉각 또는 가열하는 단계는, 압출 발포된 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 25℃ 이하의 온도로 1 내지 30 초간 냉각하는 과정을 통해 수행한다.
또 다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 원통상 시트의 내부 및 외부를 냉각 또는 가열하는 단계는, 압출 발포된 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 120℃ 이상의 온도로 0.5 내지 20 초간 가열하는 과정을 통해 수행한다.
하나의 예에서, 상기 폴리에스테르 수지를 압출 발포하는 단계는, 압출기에 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 압출기에 도입하고 압출 발포하여 발포시트를 제조하는 단계를 통해 수행하고, 상기 탄산칼슘의 함량은 0.5 중량% 내지 5 중량% 범위이다.
본 발명에 따른 폴리에스테르 수지 발포시트 및 이의 제조방법은, 발포시트의 두께 방향으로 셀 사이즈가 상이한 영역들을 포함함으로써, 제조된 발포시트에 대한 가공성을 높이고 공정 변수를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에스테르 수지의 발포 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환형 노즐의 토출 방향에 대한 수직 단면을 나타낸 모식도이다.
도 3 및 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에스테르 발포 수지의 폭 방향 단면을 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 본 발명에서, "폭 방향"은 폴리에스테르 수지 발포시트의 폭을 나타내는 방향을 총칭하며, 구체적으로는, 상기 "폭 방향"은 폴리에스테르 수지를 압출 발포하는 방향(MD; Machine Direction)에 수직하는 방향(TD; Traverse Direction)을 의미한다.
본 발명에 따른 발포시트는, 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)인 폴리에스테르 수지 발포시트이다. 상기 발포시트는, 발포시트의 폭 방향(TD) 단면을 기준으로, 상기 발포시트는, 단면을 기준으로, 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)와 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen)는 서로 상이한 구조이다. 구체적으로, 상기 발포시트는, 발포시트의 중심쪽에서 표면쪽으로 순차적 또는 연속적으로 셀 사이즈가 커지거나 작아지는 구조이다.
본 발명에서 셀 사이즈가 순차적 또는 연속적으로 커진다는 것은, 셀 사이즈가 작은 영역에서 셀 사이즈가 큰 영역 방향으로, 셀 사이즈가 역전되는 구간 없이 순차적 혹은 연속적으로 셀 사이즈가 구배를 갖는 형상을 의미한다. 또한, 본 발명에서 셀 사이즈가 순차적 또는 연속적으로 작아진다는 것은, 셀 사이즈가 큰 영역에서 셀 사이즈가 작은 영역 방향으로, 셀 사이즈가 역전되는 구간 없이 순차적 혹은 연속적으로 셀 사이즈가 구배를 갖는 형상을 의미한다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 발포시트는, 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)가 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen) 보다 큰 구조이다. 발포시트의 중심쪽 평균 셀 사이즈를 작게 형성함으로써, 해당 부위는 고밀도 및 고강도를 구현한다. 발포시트의 중심쪽은 심재의 역할을 하고, 발포시트의 표면쪽은 단열 특성을 구현하는 역할을 한다. 이 경우, 상기 발포시트는, 예를 들어, 하기 수식 1을 만족한다.
[수식 1]
10(%) ≤ {(Fsuf - Fcen) / Fsuf} x 100 ≤ 80(%)
상기 수식 1에서, 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)는 200 내지 800 (㎛) 범위이다.
상기 수식 1에 의해 도출되는 수치는, 예를 들어, 15% 내지 80%, 20% 내지 60%, 20% 내지 45%, 35% 내지 80%, 50% 내지 80%, 60% 내지 80%, 30% 내지 60% 또는 35% 내지 55% 범위이다. 상기 수식 1에 의해 도출되는 수치가 작은 경우는 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)와 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen)의 차이가 작은 것을 나타내고, 상기 수식 1에 의해 도출되는 수치가 큰 경우는 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)와 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen)의 차이가 큰 것을 나타낸다.
또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 발포시트는, 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)가 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen) 보다 작은 구조이다. 발포시트의 표면쪽 평균 셀 사이즈를 작게 형성함으로써, 해당 부위는 고밀도 및 고밀봉 특성을 구현한다. 발포시트의 표면쪽은 외부의 수분 또는 가스의 침투를 차단하고, 발포시트의 중심쪽은 단열 특성을 구현하는 역할을 한다. 이 경우, 상기 발포시트는, 예를 들어, 하기 수식 2를 만족한다.
[수식 2]
10(%) ≤ {( Fcen - Fsuf) / Fcen} x 100 ≤ 80(%)
상기 수식 2에서, 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)는 20 내지 200 (㎛) 범위이다.
상기 수식 2에 의해 도출되는 수치는, 예를 들어, 15% 내지 80%, 20% 내지 60%, 20% 내지 45%, 35% 내지 80%, 50% 내지 80%, 60% 내지 80%, 30% 내지 60% 또는 35% 내지 55% 범위이다. 상기 수식 2에 의해 도출되는 수치가 작은 경우는 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)와 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen)의 차이가 작은 것을 나타내고, 상기 수식 2에 의해 도출되는 수치가 큰 경우는 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)와 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen)의 차이가 큰 것을 나타낸다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 발포시트의 두께편차는 15% 이하이다. 구체적으로, 상기 발포시트의 두께편차는 0.01% 내지 15%, 0.05% 내지 10%, 0.1% 내지 5%, 0.1% 내지 3% 또는 1% 내지 15% 범위이다. 본 발명에 따른 발포시트는, 압출 발포된 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 냉각 또는 가열하는 단계를 거침으로써, 발포시트의 표면을 균일하게 형성하는 것이 가능하다.
하나의 실시예에서, 발포시트의 셀 사이즈는 평균 100 ㎛ 내지 700 ㎛ 범위이다. 구체적으로, 상기 발포시트의 셀 사이즈는 평균 100 ㎛ 내지 600 ㎛, 100 ㎛ 내지 500 ㎛, 100 ㎛ 내지 400 ㎛ 또는 350 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으며, 보다 구체적으로 발포시트의 셀 사이즈는 평균 200 ㎛ 내지 350 ㎛ 또는 350 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있다. 본 발명의 발포시트는 위에서 언급한 범위의 평균 셀 사이즈를 가지며, 동시에 표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)와 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen)는 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
구체적인 실시예에서, 본 발명에 따른 발포시트 양 표면의 평균 셀 사이즈 편차는 15% 이하이다. 예를 들어, 발포시트 양 표면의 평균 셀 사이즈 편차는 0.01% 내지 15%, 0.05% 내지 10%, 0.1% 내지 5%, 0.1% 내지 3% 또는 1% 내지 15% 범위이다. 본 발명에 따른 발포시트는, 압출 발포된 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 냉각 또는 가열하는 단계에서, 양 표면의 냉각 또는 가열 조건을 동등 내지 유사 수준으로 제어함으로써 양 표면의 셀 사이즈를 균일하게 형성하는 것이 가능하다.
또 다른 구체적인 실시예에서, 본 발명에 따른 발포시트 양 표면의 평균 셀 사이즈 편차는 15% 초과이다. 예를 들어, 발포시트 양 표면의 평균 셀 사이즈 편차는 15% 초과 500% 이하 범위, 20% 내지 450%, 20% 내지 300%, 20% 내지 100%, 100% 내지 500%, 200% 내지 500% 또는 50% 내지 300% 범위이다. 본 발명에 따른 발포시트는, 압출 발포된 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 냉각 또는 가열하는 단계에서, 양 표면의 냉각 또는 가열 조건을 서로 상이하게 제어함으로써 양 표면의 셀 사이즈를 제어하는 것이 가능하다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지 발포시트는 적정 범위의 탄산칼슘을 포함한다. 상기 발포시트는 탄산칼슘을 폴리에스테르 수지에 균일하게 혼합 및 발포함으로써 시트의 표면 균일성 및 성형성을 높일 수 있다.
구체적으로, 상기 발포시트는 0.5 중량% 내지 5 중량%의 탄산칼슘을 포함한다. 상기 탄산칼슘의 함량은, 0.5 중량% 내지 5 중량%, 1 중량% 내지 5 중량%, 1.5 중량% 내지 4.5 중량% 또는 2 중량% 내지 3.5 중량% 범위이다. 보다 구체적으로, 상기 탄산칼슘은 1.0 중량% 내지 3.0 중량% 또는 3.0 중량% 내지 4.5 중량%으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘(CaCO3)은 부정형의 형상일 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘은 마스터배치 형태로 압출기에 투입할 수 있다. 상기와 같이 탄산칼슘을 첨가함으로써, 시트표면이 균일하고 우수한 열 성형성을 나타내는 발포시트를 제조할 수 있다. 또한, 폴리에스테르 수지 내에 탄산칼슘이 균일하게 분포하여 상기 수지를 압출 발포한 발포시트는 열 전도율이 높아져 발포시트 성형시에 발포시트가 찢어지는 문제를 해결할 수 있다.
상기 탄산칼슘의 열전도율은 1.0 kcal/mh℃ 내지 3.0 kcal/mh℃일 수 있다. 구체적으로, 탄산칼슘의 열전도율은 1.2 kcal/mh℃ 내지 2.5 kcal/mh℃, 1.5 kcal/mh℃ 내지 2.2 kcal/mh℃ 또는 1.8 kcal/mh℃ 내지 2.0 kcal/mh℃일 수 있다. 보다 구체적으로, 탄산칼슘의 열전도율은 1.5 kcal/mh℃ 내지 2.5 kcal/mh℃ 또는 1.8 kcal/mh℃ 내지 2.3 kcal/mh℃일 수 있다. 상기와 같이 탄산칼슘을 포함하는 발포시트는 우수한 열전도율을 나타냄으로써 균일한 표면을 가지고, 우수한 열 성형성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 폴리에스테르 수지는 디카복실산 성분과 글리콜 성분 또는 히드록시카복실산으로부터 합성된 방향족 및 지방족 폴리에스테르 수지로부터 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지는 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT), 폴리락트산(Poly Lactic acid, PLA), 폴리글리코르산(Polyglycolic acid, PGA), 폴리에틸렌 아디파트(Polyehtylene adipate, PEA), 폴리하이드로시알카노에이트(Polyhydroxyalkanoate, PHA), 폴리트리메틸렌테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate, PTT) 및 폴리에틸렌나프탈렌(Polyethylene naphthalate, PEN)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 폴리에스테르 수지 발포체의 제조방법을 제공한다. 하나의 예에서, 상기 제조방법은, 토출 방향에 대한 수직 단면이 링 형상인 토출구를 통해 폴리에스테르 수지를 압출 발포하는 단계; 압출 발포된 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 냉각 또는 가열하는 단계; 및 압출 발포된 원통상 시트를 토출 방향으로 컷팅하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 압출 발포된 원통형의 발포시트를 컷팅하기 전에, 토출된 발포시트의 내부 표면 및 외부 표면을 냉각 또는 가열하게 된다. 발포시트의 표면을 냉각함으로써, 해당 부위는 발포 배율이 낮아지고, 밀도 및 강도는 증가한다. 반대로 발포시트의 표면을 가열함으로써, 해당 부위는 발포 배율이 높아지고, 밀도 및 강도는 감소한다. 본 발명은 압출 발포된 발포시트의 양 표면을 모두 냉각하거나 모두 가열하는 과정을 거치게 된다.
본 발명에서, 상기 원통상 시트의 내부 및 외부를 냉각 또는 가열하는 단계는, 발포시트 표면을 짧은 시간 동안 냉각 또는 가열하게 된다. 이를 통해, 표면쪽에 위치하는 셀 사이즈를 선택적으로 제어하는 것이 가능하다.
하나의 실시예에서, 상기 원통상 시트의 내부 및 외부를 냉각 또는 가열하는 단계는, 압출 발포된 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 25℃ 이하의 온도로 1 내지 30 초간 냉각하는 과정을 통해 수행한다. 상기 냉각하는 과정에서, 내부 표면 및 외부 표면의 온도는 -10℃ 내지 25℃, 0℃ 내지 25℃, 0℃ 내지 20℃, 0℃ 내지 15℃ 또는 10℃ 내지 20℃ 범위에서 제어 가능하다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 원통상 시트의 내부 및 외부를 냉각 또는 가열하는 단계는, 압출 발포된 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 120℃ 이상의 온도로 0.5 내지 20 초간 가열하는 과정을 통해 수행한다. 상기 가열하는 과정에서, 내부 표면 및 외부 표면의 온도는 120℃ 내지 250℃, 180℃ 내지 250℃, 120℃ 내지 180℃ 또는 150℃ 내지 200℃ 범위에서 제어 가능하다.
또 다른 실시예에서, 앞서 언급한 발포시트의 제조방법에서, 폴리에스테르 수지를 압출 발포하는 단계는, 압출기에 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 압출기에 도입하고 압출 발포하여 발포시트를 제조하는 단계를 통해 수행하고, 상기 탄산칼슘의 함량은 0.5 내지 5 중량% 범위이다. 본 발명에서는 압출 발포 과정에서, 소량의 탄산칼슘을 적절히 배합할 경우, 발포시트의 셀 균일도가 향상되고, 발포시트 표면이 균일하게 제조됨을 확인하였다. 상기 탄산칼슘의 함량은 0.5 중량% 내지 5 중량% 범위이며, 구체적으로는, 0.5 중량% 내지 5 중량%, 1 중량% 내지 5 중량%, 1.5 중량% 내지 4.5 중량% 또는 2 중량% 내지 3.5 중량% 범위이다. 보다 구체적으로, 상기 탄산칼슘은 1.0 중량% 내지 3.0 중량% 또는 3.0 중량% 내지 4.5 중량%으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘(CaCO3)은 부정형의 형상일 수 있다. 예를 들어, 탄산칼슘은 마스터배치 형태로 압출기에 투입할 수 있다. 상기와 같이 탄산칼슘을 첨가함으로써, 시트표면이 균일하고 우수한 열 성형성을 나타내는 발포시트를 제조할 수 있다. 또한, 폴리에스테르 수지 내에 탄산칼슘이 균일하게 분포하여 상기 수지를 압출 발포한 발포시트는 열 전도율이 높아져 발포시트 성형시에 발포시트가 찢어지는 문제를 해결할 수 있다.
하나의 예시에서, 탄산칼슘의 크기는 평균 1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 탄산칼슘의 크기는 평균 1.5 ㎛ 내지 4 ㎛, 1.5 ㎛ 내지 2.5 ㎛ 또는 3.5 ㎛ 내지 4.5 ㎛일 수 있다. 보다 구체적으로, 탄산칼슘의 크기는 평균 1.5 ㎛ 내지 3.5 ㎛ 또는 2 ㎛ 내지 3 ㎛일 수 있다.
하나의 예시에서, 폴리에스테르 수지를 압출기에 도입하는 단계는 폴리에스테르 수지는 펠렛(pellet), 그래뉼(granule), 비드(bead), 칩(chip) 등의 형태를 가질 수 있으며, 경우에 따라서는 분말(powder) 형태로 압출기에 도입될 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지는 디카복실산 성분과 글리콜 성분 또는 히드록시카복실산으로부터 합성된 방향족 및 지방족 폴리에스테르 수지로부터 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 폴리에스테르 수지의 예는 앞서 설명한 바와 같다.
본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 압출기에 도입된 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 압출기에 투입하고 용융하여 압출 발포하여 발포시트를 제조할 수 있다. 구체적으로, 폴리에스테르 수지칩 및 탄산칼슘을 혼합한 혼합물을 용융하여 압출 발포할 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 용융하는 과정은 260℃ 내지 300℃의 온도에서 수행될 수 있다.
하나의 예시에서, 수지를 압출 발포하는 단계, 다양한 형태의 압출기를 이용하여 수행 가능하다. 압출 발포는, 수지 용융물을 연속적으로 압출 및 발포시킴으로써, 공정 단계를 단순화할 수 있으며, 대량 생산이 가능하다.
본 발명에 따른 발포시트의 제조방법은 발포시트의 평균 셀 사이즈를 80 ㎛ 내지 600 ㎛의 크기로 형성할 수 있다. 구체적으로 상기 발포시트의 셀 사이즈는 평균 100 ㎛ 내지 500 ㎛, 100 ㎛ 내지 400 ㎛ 또는 350 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으며, 보다 구체적으로 발포시트의 셀 사이즈는 평균 200 ㎛ 내지 350 ㎛ 또는 350 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있다. 상기와 같은 평균 셀 사이즈는 탄산칼슘이 폴리에스테르 수지에 균일하게 혼합되어 발포되었기 때문에 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 발포시트는 가공성과 내충격성을 높일 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 발포시트를 제조하는 단계는, 다양한 형태의 첨가제가 투입될 수 있다. 상기 첨가제는 필요에 따라, 유체 연결 라인 중에 투입되거나, 혹은 발포 공정 중에 투입될 수 있다. 첨가제의 예로는, 배리어(Barrier) 성능, 친수화 기능 또는 방수 기능을 가질 수 있으며, 증점제, 계면활성제, 친수화제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 기핵제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 기능성 첨가제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 발포시트 제조방법은 증점제, 기핵제, 열안정제 및 발포제 중 1종 이상을 투입할 수 있으며, 앞서 열거된 기능성 첨가제들 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 발포시트를 제조하는 단계는 증점제, 친수화제, 열안정제, 방수제, 셀 크기 확대제, 적외선 감쇠제, 가소제, 방화 화학 약품, 안료, 탄성폴리머, 압출 보조제, 산화방지제, 공전 방지제 및 UV 흡수제로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 유체 연결 라인 중에 투입할 수 있다. 발포시트 제조시 필요한 첨가제 중에서, 유체 연결 라인 중에 투입되지 않은 첨가제는, 압출 공정 중에 투입 가능하다.
상기 증점제는 특별히 한정하지 않으나, 본 발명에서는 예를 들면 피로멜리트산 이무수물(PMDA)가 사용될 수 있다.
상기 열안정제는, 유기 또는 무기 인 화합물일 수 있다. 상기 유기 또는 무기 인 화합물은, 예를 들어, 인산 및 그 유기 에스테르, 아인산 및 그 유기 에스테르일 수 있다. 예를 들어, 상기 열안정제는 상업적으로 입수 가능한 물질로서, 인산, 알킬 포스페이트 또는 아릴 포스페이트일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 열안정제는 트리페닐 포스페이트일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 수지 발포시트의 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 것이라면, 통상적인 범위 내에서 제한 없이 사용 가능하다.
상기 발포제의 예로는, N2, CO2, 프레온, 부탄, 펜탄, 네오펜탄, 헥산, 이소헥산, 헵탄, 이소헵탄 또는 메틸클로라이드 등의 물리적 발포제를 사용할 수 있으며, 구체적으로 본 발명에서는 부탄이 사용될 수 있다.
또한, 방수제는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 실리콘 계열, 에폭시 계열, 시아노아크릴산 계열, 폴리비닐아크릴레이트 계열, 에틸렌비닐아세테이트 계열, 아크릴레이트 계열, 폴르클로로프렌 계열, 폴리우레탄 수지와 폴리에스터 수지의 혼합체 계열, 폴리올과 폴리 우레텐 수지의 혼합체 계열, 아크릴릭 폴리머와 폴리우레탄 수지의 혼합체 계열, 폴리이미드 계열 및 시아노아크릴레이트와 우레탄의 혼합체 계열 등의 혼합물을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 100중량부를 기준으로, 피로멜리틱 디언하이드리드 0.5중량부 및 Irganox (IRG 1010) 0.1 중량부를 혼합하고, 280℃로 가열하여 수지 용융물을 제조하였다. 그런 다음, 제1 압출기에 발포제로서 부탄을 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 100 중량부를 기준으로 1 중량부 투입하고 압출 발포를 실시하였다.
도 1는 본 실시예에 따른 제조방법으로 발포시트가 토출되는 모습을 도시한 것이다. 토출구 단면이 링 형상인 환형 노즐을 통해 수지가 압출 발포되고, 발포과정에서 직경이 증가된 원기둥 형상의 발포시트가 형성된다. 본 실시예에서는 토출된 원기둥 형상의 발포시트 외주면과 내주면에 각각 냉각 부재를 위치하였다. 상기 냉각 부재를 이용하여, 발포시트의 표면을 10℃ 온도로 15초간 냉각하였다. 이를 통해 발포시트의 양 표면이 냉각되고, 해당 부위는 발포 배율이 낮아지고 셀 사이즈가 작아지게 된다.
상기 환형 노즐의 압출 발포 방향의 하류에는 컷팅 칼날이 위치하며, 원기둥 형상의 발포시트의 아래쪽을 압출 발포 방향(MD; Machine Direction)으로 절단하게 된다. 원기둥 형상의 발포시트의 아래쪽이 절단되면서, 상기 발포시트는 판상형으로 펼쳐진다.
압출 발포시 노즐의 구체적인 단면은 도 2에 도시한 바와 같다. 도 2를 참조하면, 환형 노즐(100)의 단면을 기준으로, 환형 외부 바디(110)와 환형 중심 바디(120) 사이의 공간이 수지가 토출되는 환형 슬롯(130)을 형성한다. 환형 외부 바디(110)는 중공형의 원기둥 형상이고, 상기 환형 외부 바디(110)의 중공 영역 내부에는 환형 중심 바디(120)가 위치한다. 상기 환형 외부 바디(110)와 환형 중심 바디(120)의 각 중심은 환형 노즐 중심(C)을 공유하는 형태이다. 상기 환형 외부 바디(110)와 환형 중공 바디(120) 사이의 간격이 발포시트의 두께를 결정하는 주요 인자로 작용하게 된다.
도 3에는 본 실시예에 따라 제조된 발포시트의 폭 방향(TD; Traverse Direction) 단면을 나타내었다. 도 3을 참조하면, 제조된 발포시트의 평균 두께는 3 mm이다. 또한, 발포시트의 양 표면쪽은 셀 사이즈가 작고 중심쪽은 셀 사이즈가 큰 형태이다.
실시예 2
토출된 원기둥 형상의 발포시트 양 표면에 가열 부재를 위치하였다는 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 발포시트를 제조하였다. 또한, 상기 가열 부재를 이용하여, 발포시트의 표면을 150℃ 온도로 10초간 가열하였다.
도 4에는 본 실시예에 따라 제조된 발포시트의 폭 방향(TD; Traverse Direction) 단면을 나타내었다. 도 4를 참조하면, 제조된 발포시트의 평균 두께는 3.5 mm이다. 또한, 발포시트의 양 표면쪽은 셀 사이즈가 크고 중심쪽은 셀 사이즈가 작은 형태이다.
실시예 3
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지에 탄산칼슘 1 중량%를 혼합하였다는 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 발포시트를 제조하였다.
실시예 3에 따라 제조된 발포시트는 실시예 1에 따른 발포시트와 비교하여 단면 형상은 유사하며, 표면 균일도가 향상됨을 관측하였다. 상기 표면 균일도가 향상된다는 것은 표면 조도가 감소됨을 의미한다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 환형 노즐
110: 환형 외부 바디
120: 환형 중심 바디
130: 환형 슬롯
200, 300: 발포시트 단면
C: 환형 노즐 중심

Claims (12)

  1. 90% 이상의 셀이 폐쇄 셀(DIN ISO4590)인 폴리에스테르 수지 발포시트로서,
    상기 발포시트는, 단면을 기준으로,
    표면쪽 평균 셀 사이즈(Fsuf)와 중심쪽 평균 셀 사이즈(Fcen)는 서로 상이하며,
    발포시트의 중심쪽에서 표면쪽으로 순차적 또는 연속적으로 셀 사이즈가 커지는 구조인 폴리에스테르 수지 발포시트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    발포시트의 두께편차는 15% 이하이고,
    발포시트의 셀 사이즈는 평균 100 ㎛ 내지 700 ㎛인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지 발포시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    발포시트 양 표면의 평균 셀 사이즈 편차는 15% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지 발포시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    발포시트 양 표면의 평균 셀 사이즈 편차는 15% 초과인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지 발포시트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 발포시트는 0.5 중량% 내지 5 중량%의 탄산칼슘을 포함하는 폴리에스테르 수지 발포시트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지 발포시트.
  9. 토출 방향에 대한 수직 단면이 링 형상인 토출구를 통해 폴리에스테르 수지를 압출 발포하는 단계;
    압출 발포된 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 가열하는 단계; 및
    압출 발포된 원통상 시트를 토출 방향으로 컷팅하는 단계를 포함하고,
    상기 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 가열하는 단계는,
    압출 발포된 원통상 시트의 내부 표면 및 외부 표면을 120℃ 이상의 온도로 0.5 내지 20 초간 가열하는 과정을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 폴리에스테르 수지 발포시트의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    폴리에스테르 수지를 압출 발포하는 단계는,
    압출기에 폴리에스테르 수지 및 탄산칼슘을 압출기에 도입하고 압출 발포하여 발포시트를 제조하는 단계를 통해 수행하고,
    상기 탄산칼슘의 함량은 0.5 중량% 내지 5 중량% 범위인 폴리에스테르 수지 발포시트의 제조방법.
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