KR102353303B1 - 흡수성 수지의 건조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 흡수성 수지의 건조 방법은 스프레딩 오실레이터를 이용하여 일방향으로 이동하는 벨트 컨베이어 위에 미건조 흡수성 수지를 적하하여 제1 더미를 형성하는 단계, 제1 더미 폭의 1/2이상 중첩하도록 상기 미건조 흡수성 수지를 2차 적하하여 제2 더미를 형성하는 단계, 제2 더미를 형성하는 단계를 반복하는 단계, 벨트 컨베이어를 이동하여 제1 더미 및 제2 더미를 건조하는 단계를 포함하고, 폭은 상기 벨트 컨베이어의 이동 방향의 길이이다.

Description

흡수성 수지의 건조 방법{DRYING METHOD OF ABSORBENT POLYMER}

본 발명은 흡수성 수지의 건조 방법에 관한 것이다.

고흡수성 수지(super absorbent polymer, SAP)는 자체 무게의 5백 내지 1천 배 정도의 수분을 흡수할 수 있는 기능을 가진 합성 고분자 물질이다.

이러한 고흡수성 수지는 생리용구로 실용화되기 시작해서 현재는 어린이용 종이 기저귀 등 위생용품 외에 원예용 토양 보수제, 토목, 건축용 지수재, 육묘용 시트, 식품 유통분야에서의 신성도 유지제, 및 찜질용 등의 재료로 널리 사용되고 있다.

고흡수성 수지를 제조하는 방법으로는 역상 현탁중합에 의한 방법 또는 수용액 중합에 의한 방법 등이 알려져 있다. 이 중 수용액 중합에 의한 방법으로는 축을 구비한 반죽기 내에서 중합겔을 파단, 냉각 하면서 중합하는 열중합 방법, 고농도 수용액을 벨트상에서 자외선 등을 조사하여 중합과 건조를 동시에 행하는 광중합 방법 등이 알려져 있다. 대한민국특허등록 제0330127호에는 가교제를 갖는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체를 벤조일기를 갖는 라디칼계 광중합개시제와 과산화물 존재하에 자외선을 조사하여 중합하는 흡수성 수지의 제조 방법을 개시하고 있다.

이러한 중합 반응을 거쳐 생성되는 함수겔 중합체는 절단, 건조, 분쇄 및 표면 처리 공정 등을 통해서 분말상의 고흡수성 수지로 제조된다.

이 중, 건조 공정은 함수겔 중합체를 벨트 컨베이어를 통해서 건조기로 전달하며, 대략 벨트 컨베이어 위에서 100mm의 두께로 적층되어 시트형 수지 덩어리로 건조가 진행된다. 이때, 수지 덩어리는 열풍으로 건조될 수 있다.

한편, 벨트 컨베이어의 너비가 넓은 경우 스프레딩 오실레이터(spreading oscillator)를 이용하여 벨트 컨베이어 위에 함수겔 중합체를 공급한다.

이때, 스프레딩 오실레이터와 벨트 컨베이어(belt conveyor)의 이동 속도를 변경하지 않고 진행할 경우, 함수겔 중합체의 중합량에 따라서 벨트 컨베이어 상에 적재되는 함수겔 중합체의 높이가 달라질 수 있다.

예를 들어, 중합량이 낮은 경우 벨트 컨베이어 위에 적재되는 함수겔 중합체의 높이가 낮아 차압이 적게 발생하고, 이로 인해서 열풍이 쉽게 통과하게 된다. 반대로, 중합량이 높은 경우 벨트 컨베이어 위에 적재되는 함수겔 중합체의 높이가 높으면 열풍 유량이 적게 전달되어 건조가 상대적으로 느리게 진행된다.

따라서, 본 발명은 중합에 따른 생산량 차이가 발생하더라도, 건조 공정을 위해서 벨트 컨베이어에 공급할 때 두께 차이를 최소화할 수 있는 흡수성 수지의 건조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 흡수성 수지의 건조 방법은 스프레딩 오실레이터를 이용하여 일방향으로 이동하는 벨트 컨베이어 위에 미건조 흡수성 수지를 적하하여 제1 더미를 형성하는 단계, 제1 더미 폭의 1/2이상 중첩하도록 상기 미건조 흡수성 수지를 2차 적하하여 제2 더미를 형성하는 단계, 제2 더미를 형성하는 단계를 반복하는 단계, 벨트 컨베이어를 이동하여 제1 더미 및 제2 더미를 건조하는 단계를 포함하고, 폭은 벨트 컨베이어의 이동 방향의 길이이다.

상기 제1 더미와 상기 제2 더미의 단면은 삼각형일 수 있다.

상기 제1 더미로 형성되는 삼각형의 제1 빗변과 제2 더미로 형성되는 삼각형의 제2 빗변이 서로 교차하여 형성되는 꼭지점은 제1 더미 높이의 1/2 지점 이상의 높이에 위치할 수 있다.

상기 스프레딩 오실레이터는 벨트 컨베이어의 이동 방향에 대해서 교차하는 방향으로 스윙할 수 있다.

상기 벨트 컨베이어의 이동 속도는 제2 더미를 형성할 때까지, 제1 더미 폭의 1/2이하로 이동할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서와 같이 수지 더미를 형성하면, 두께 편차를 줄여 균일하게 수지 더미를 형성할 수 있다.

따라서, 건조 공정시 두께 편차에 따른 건조 불균일을 방지하여 균일한 함수율을 가지는 흡수성 수지를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 수지 건조기의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 흡수성 수지의 건조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 수지 더미를 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라서 형성되는 수지 더미의 높이차를 설명하기 위한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

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

이하에서는 도면을 참조하면 본 발명에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 흡수성 수지의 열풍 건조는, 벨트 컨베이어를 가지는 수지 건조기에서 진행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 수지 건조기를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 수지 건조기(100)는 이격되어 위치하는 한 쌍의 회전축(10), 회전축 사이에 걸쳐 설치되고 회전축(10)의 회전에 의해서 일정방향으로 진행가능하도록 설치된 벨트 컨베이어(belt conveyer)(20)를 포함한다.

한 쌍의 회전축은 모터 등과 같은 동력원(도시하지 않음)과 연결되며, 속도 조절을 위한 변속기(도시하지 않음)와 연결될 수 있다.

벨트 컨베이어(20)의 일측에는 중합으로 형성된 중합체, 즉 미건조 상태의 흡수성 수지를 공급하는 공급부(30)가 위치하고, 벨트 컨베이어의 타측에는 건조 상태의 흡수성 수지가 배출되는 배출구(40)가 위치한다. 따라서, 벨트 컨베이어(20)는 회전축(10)의 회전에 의해서 공급부(30)로부터 공급된 흡수성 수지를 배출구로 이동시킨다.

벨트 컨베이어(20)는 직경이 0.1mm 내지 10mm인 구멍이 일정 간격으로 복수로 형성되어 있다. 구멍은 공급되는 중합체의 입경 등을 고려하여, 상기 수치 범위 내에서 조절될 수 있으며, 구멍 사이의 간격 역시 건조 효율 및 공급되는 흡수성 수지의 입경을 고려하여 0.1mm 내지 10mm의 범위에서 임의로 선택할 수 있다. 구멍의 형상은 원형, 타원형일 수 있으며, 사각형 또는 오각형과 같은 다각형일 수 있다.

벨트 컨베이어(20)의 상부에는 벨트 컨베이어(20)의 일정 영역을 덮어 건조 공간을 형성하는 덮개(50)를 포함한다.

덮개(50)는 이동형 격벽(5)을 더 포함하며, 격벽(5)은 건조 공간을 복수의 소공간(S)으로 분할하며, 이동형 격벽(5)은 필요에 따라서 소공간(S)의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 도 2에서는 소공간(S)을 4개만 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며 더 많은 공간으로 분할될 수 있다.

격벽(5)은 건조 공간의 상부에 결합되며, 격벽(5)의 하단은 벨트 컨베이어(20)의 상면으로부터 이격되도록 설치하여 벨트 컨베이어(5) 위에 위치하는 미건조 고흡수 수지의 이동에 방해되지 않도록 한다.

한편, 건조기는 건조 공간(S)에 열풍을 공급하기 위한 열풍 공급기(60)를 더 포함할 수 있다. 열풍 공급기(60)는 벨트 컨베이어(20)의 하부 및 건조 공간의 상부에 각각 쌍으로 설치될 수 있으며, 열풍 공급기(60)는 각각의 소공간(S)과 대응하도록 설치될 수 있다. 또한, 열풍 공급기(60)는 소공간(S) 내의 위치에 따라서 온도차가 발생하지 않도록 하나의 소공간(S)에 복수의 열풍 공급기가 설치될 수 있다.

열풍 공급기는 공급되는 열풍의 온도, 열풍의 방향 및 풍량을 조절하기 위해서 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.

이하에서는 도 1의 수지 건조기를 이용하여 미건조 흡수성 수지를 건조하는 방법에 대해서 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 흡수성 수지의 건조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 미건조 흡수성 수지의 건조 방법은 단량체로부터 생산된 흡수성 수지를 건조기의 벨트 컨베이어에 공급하는 단계(S100), 공급된 흡수성 수지에 열풍을 가하여 건조하는 단계(S200)를 포함한다.

흡수성 수지는 수용성 에틸렌계 불포화 단량체 및 중합개시제를 포함하는 단량체 조성물에 열중합 또는 광중합을 진행하여 생산할 수 있다.

수용성 에틸렌계 불포환 단량체 및 중합 개시제는 흡수성 수지의 제조에 통상 사용되는 것이므로, 구체적인 설명은 생략한다. 필요에 따라서 단량체 조성물은 내부 가교제, 증점제(thickener), 가소제, 보존 안정제, 산화방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

열 중합은 니더(kneader)와 같은 교반축을 가진 반응기에서 진행할 수 있으며, 광중합을 진행하는 경우 벨트 컨베이어를 구비한 반응기에서 진행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

광중합을 진행하는 경우, 벨트 컨베이어 위에 두께를 가지는 시트형 함수겔상 중합체가 형성될 수 있다. 이때, 함수겔상 중합체의 함수율은 약 40 내지 약 80 중량%일 수 있으므로, 이후의 건조 효율을 증가시키기 위해서 분쇄 공정을 진행할 수 있다.

분쇄 공정은 수직형 절단기(Vertical pulverizer), 터보 커터(Turbo cutter), 터보 글라인더(Turbo grinder), 회전 절단식 분쇄기(Rotary cutter mill), 절단식 분쇄기(Cutter mill), 원판 분쇄기(Disc mill), 조각 파쇄기(Shred crusher), 파쇄기(Crusher), 초퍼(chopper) 및 원판식 절단기(Disc cutter)로 이루어진 분쇄 기기 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때 분쇄 단계는 상기 중합체의 입경이 약 2 내지 약 10mm로 되도록 분쇄할 수 있다.

입경이 2mm 미만으로 분쇄하는 것은 상기 함수겔상 중합체의 높은 함수율로 인해 기술적으로 용이하지 않으며, 또한 분쇄된 입자 간에 서로 응집되는 현상이 나타날 수도 있다. 한편, 입경이 10mm초과로 분쇄하는 경우, 추후 이루어지는 건조 단계의 효율 증대 효과가 미미하다.

벨트 컨베이어(20)에 흡수성 수지를 공급하는 단계(S100)에서, 흡수성 수지는 중합 후 미건조 크럼(crumb) 상태로 벨트 컨베이어(20)의 일측에 설치된 공급부(30)로부터 벨트 컨베이어 상에 공급될 수 있다.

이때, 공급부(30)는 스프레딩 오실레이터(spreading oscillator)일 수 있으며, 벨트 컨베이어의 폭 방향으로 스윙하면서 미건조 흡수성 수지를 공급한다. 따라서, 흡수성 수지는 스프레딩 오실레이터의 스윙에 따라서 길게 형성될 수 있으며, 회전 반경에 따라서 굽어진 형태로 형성될 수 있다.

구체적으로 도면을 참조하여 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 수지 더미를 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4의 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 공급부를 통해서 벨트 컨베이어 위에 미건조 흡수성 수지를 적하하면, 흡수성 수지는 더미를 이루며 벨트 컨베이어의 폭방향으로 긴 형태의 수지 더미를 형성한다.

이후, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 공급부(30)의 스윙에 의해서 수지 더미는 반복적으로 형성될 수 있으며, 이때, 앞서 형성된 수지 더미와 일부분이 중첩(빗금 표시 참조)하도록 수지 더미를 형성한다.

앞서 형성된 수지 더미를 제1 더미(101)라 하고, 이후에 형성되는 순서대로 제2 더미(102), 제3 더미라고 하면, 제2 더미(102)의 폭(W2)은 제1 더미 폭(W1)의 1/2 이상 중첩하도록 형성될 수 있다. 이때, 제1 더미 폭(W1)과 제2 더미의 폭(W2)은 벨트 컨베이어의 이동 방향의 길이이다.

수지 더미는 공급부에서 낙하하면서 쌓여서 형성되는 것으로, 수지 더미의 단면은 삼각형일 수 있다. 이때, 수미 더미는 크럼 형태의 수지가 적하되면서 개략적인 삼각형을 이루는 것으로, 발명의 의해를 돕기 위해서 도면상으로는 빗변을 직선으로 도시하였다.

제1 더미(101)로 형성되는 삼각형의 제1 빗변(PP1)과 제2 더미(102)로 형성되는 삼각형의 제2 빗변(PP2)이 교차하여 형성되는 교차점(P)은 제1 더미(101) 높이(H)의 1/2 높이 이상의 영역(A)에 위치할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에서와 같이 더미의 일부분을 중첩하기 위해서는 벨트 컨베이어의 이동 속도 또는 공급부의 스윙 속도를 조절함으로써 가능하다.

제1 더미(101)를 형성한 후, 제2 더미(102)를 형성할 때까지, 벨트 컨베이어의 이동 속도는 제1 더미(101) 폭(W1)의 1/2이하로 이동하도록 설정될 수 있으며, 예를 들어, 제1 더미(101)의 폭(W1)이 300mm일 경우 벨트 컨베이어는 150mm 이하로 이동하도록 조절될 수 있다.

이처럼, 앞서 형성된 제1 더미(101)와 중첩하도록 이후에 형성되는 제2 더미(102)를 형성하면, 벨트 컨베이어 상에 형성되는 수지 더미의 두께를 균일하게 할 수 있다.

중합 반응에 의해서 생성되는 중합체의 크기는 달라질 수 있으며, 이에 따라서 생산량에 차이가 발생할 수 있다.

상대적으로 생산량이 적을 경우 동일한 속도로 수지를 벨트 컨베이어 공급할 경우, 형성되는 수지 더미의 면적이 작아 수지 더미들 전체에서 높이차가 커진다. 이처럼, 수지 더미들에서 높이차가 발생하면 상대적으로 두꺼운 부분과 상대적으로 얇은 부분이 형성되고 이로 인해서 건조가 균일하게 이뤄지지 않을 수 있다.

이에 대해서 도 6을 참고하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 한 실시예에 따라서 형성되는 수지 더미의 높이차를 설명하기 위한 단면도이다.

도 6의 (a)와 (c)는 동일한 양으로 생산된 경우로, (b) 에 비해서 상대적으로 적게 생산된 경우이고, (b)는 (a)와 (c)에 비해서 상대적으로 많게 생산된 경우의 수지 더미를 도시한 단면도이다.

이때, 벨트 컨베이어의 이동 속도는 제2 더미(102)가 형성되기 전까지 150mm를 이동하도록 설정되어 있고, 더미로 형성되는 삼각형의 높이와 폭의 비율은 1:3이다.

도 6의 (a)의 더미(101, 102)는 높이가 50mm로, 이에 따른 폭은 150mm이고, 도 6의 (b)의 더미는 높이가 100mm로, 이에 따른 폭은 300mm가 된다.

상대적으로 생산량이 적은 도 6의 (a)의 경우, 벨트 컨베이어의 이동 속도(S1)가 150mm이므로, 제2 더미(102)는 제1 더미(101)와 중첩하지 못하고 이웃하여 형성된다.

그리고 상대적으로 생산량이 많은 도 6의 (b)의 경우, 동일한 속도(S1)일 경우 제2 더미(102)는 제1 더미(101)와 폭의 1/2만큼 중첩하여 형성된다. 즉, 벨트 컨베이어의 이동 속도(S1)는 제1 더미(101) 폭의 1/2만큼 이동하는 속도이다.

이처럼, 생산량이 다른 경우 동일한 속도로 수지 더미를 형성하면, 도 6의 (a)에서 가장 두꺼운 부분과 가장 얇은 부분의 상대적인 높이차(ΔH1)는 도 6의 (b)에서 가장 두꺼운 부분과 가장 얇은 부분의 상대적인 높이차(ΔH2) 보다 커진다.

즉, 도 6의 (a)에서 높이차(ΔH1)는 전체 높이의 0.5 내지 1의 비율이나, 도 6의 (b)에서 높이차(ΔH2)는 전체 높이의 0~0.5의 비율로, 생산량이 적은 경우 높이차가 커, 전체적인 두께가 불균일하게 형성된다.

따라서, 본 발명에서와 같이 수지 더미를 중첩되도록 형성하면, 수지 더미들의 높이차를 줄여 높이차로 인한 불균일 건조를 방지할 수 있다.

즉, 도 6의 (c)에서와 같이, 상대적으로 생산량이 적은 경우에 벨트 컨베이어의 이동 속도(S2)를 줄여, 앞서 형성된 제1 더미(101) 폭의 1/2이상 중첩하도록, 이후에 형성되는 제2 더미(102)를 형성하면, 벨트 컨베이어 상에 형성되는 수지 더미의 높이차(ΔH3)가 줄어들어 전체적으로 균일한 두께의 수지 더미를 형성할 수 있다.

이상은 벨트 컨베이어의 속도에 대해서 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 스프레드 오실레이터의 스윙 속도를 조절하여 중첩 폭을 조절하는 것도 동일하게 실시할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서와 같이 반복적으로 형성되는 수지 더미의 중첩 폭을 1/2이상으로 함으로써 전체적으로 높이 편차가 줄어든 균일한 두께의 수지 더미들을 형성할 수 있다.

다시, 도 2를 참조하면, 벨트 컨베이어 상에 공급된 미건조 수지는 벨트 컨베이어를 통해서, 건조기로 이동하고, 건조기 내에서 열풍으로 건조한다(S200).

이후, 건조 단계를 거친 흡수성 수지는 분말로 분쇄할 수 있다. 흡수성 수지 분말은 입경이 약 150㎛ 내지 약 850㎛ 일 수 있다. 이와 같은 입경으로 분쇄하기 위해 사용되는 분쇄기는 구체적으로, 핀 밀(pin mill), 해어밀(hammer mill), 스크류 밀(screw mill), 롤 밀(roll mill), 디스크 밀(disc mill) 또는 조그 밀(jog mill) 등을 사용할 수 있다.

본 발명에서와 같이, 제1 더미와 일부분이 중첩하도록 제2 더미를 형성하면, 흡수성 수지의 중합 반응시 형성되는 중합체의 크기와 상관없이 균일한 두께의 수지 더미를 형성할 수 있다. 따라서 건조 공정시 두께가 따라서 공급되는 열풍의 양이 달라 건조 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 건조 후, 분쇄 시에 분말 입자의 크기 또한 균일하게 할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (5)

1. 스프레딩 오실레이터를 이용하여 일방향으로 이동하는 벨트 컨베이어 위에 미건조 흡수성 수지를 적하하여 제1 더미를 형성하는 단계,
   상기 제1 더미 폭의 1/2이상 중첩하도록 상기 미건조 흡수성 수지를 2차 적하하여 제2 더미를 형성하는 단계,
   상기 제2 더미를 형성하는 단계를 반복하는 단계,
   상기 벨트 컨베이어를 이동하여 상기 제1 더미 및 제2 더미를 건조하는 단계
   를 포함하고,
   상기 폭은 상기 벨트 컨베이어의 이동 방향의 길이이고, 상기 제1 더미와 상기 제2 더미의 단면은 삼각형인 흡수성 수지의 건조 방법.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 제1 더미로 형성되는 삼각형의 제1 빗변과 상기 제2 더미로 형성되는 삼각형의 제2 빗변이 서로 교차하여 형성되는 꼭지점은
   상기 제1 더미 높이의 1/2 지점 이상의 높이에 위치하는 흡수성 수지의 건조 방법.
4. 제1항에서,
   상기 스프레딩 오실레이터는 상기 벨트 컨베이어의 이동 방향에 대해서 교차하는 방향으로 스윙하는 흡수성 수지의 건조 방법.
5. 제1항에서,
   상기 벨트 컨베이어의 이동 속도는 상기 제2 더미를 형성할 때까지, 상기 제1 더미 폭의 1/2이하로 이동하는 흡수성 수지의 건조 방법.

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