KR19980067279A - 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 아크릴계 수지 인조대리석판 중합 원료 혼합물을 연속적으로 금형에 주입한 후 1조의 엔드리스 스틸 벨트와 부대장치로 구성되는 연속경화장치에 연속적으로 주입하고 경화하여 판상의 반제품을 제조한 후 에지 트리밍 및 표면연마과정을 거쳐 아크릴계 수지 인조대리석판을 제조함에 있어서, 2개 이상의 구역으로 구분되고, 각 구역외에 송풍기, 히타, 순환 덕트, 노즐 유니트로 구성되는 공기순환 장치가 설치된 경화 챔버를 원료 혼합물이 적재된 1조의 엔드리스 스틸 벨트의 상하면에 대칭적으로 설정하여 열풍에 의해 중합성 원료의 상부 및 하부면을 동일하게 가열 및 냉각시키는 것을 특징으로 하는 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 1조의 엔드리스 스틸벨트를 사용하여도 휨의 발생 없이 아크릴계 수지 인조대리석판을 연속적으로 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 아크릴계 수지 조성물을 사용한 인조대리석판의 연속 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아크릴계 중합성수지에 다량의 무기질 충진재가 혼합된 혼합물을 1조의 엔드리스 스틸 벨트를 사용하는 연속경화장치를 이용하여 경화시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.
아크릴계 수지 인조대리석판은 아크릴계 중합성 수지에 다량의 분말형 무기질 충진재, 대리석 문양 발현용 입자(Marble Chip), 각종 첨가제, 경화개시제 및 안료등을 혼합하여 슬러리 상의 혼합물을 제조하고 이를 금형 등에 주입한 후 적절한 경화장치에서 경화하여 판상(Sheet)의 반제품을 제조한 후 에지 트리밍(Edge Trimming) 및 표면연마과정을 거쳐 최종 제품으로 제조된다. 이러한 아크릴계 수지 인조대리석판은 표면과 내부가 동일한 무공질의 소재로서 견고하며 절단, 연마, 열에 의한 굴곡, 접착제에 의한 접합 가공 등이 용이하여 주방용 씽크(Sink) 상판, 각종 카운터(Counter), 세면대, 벽재 등의 건축 내장재로 수요가 증가하고 있다.
이러한 아크릴계 수지 인조대리석은 상업적으로 대체로 주형법(Cell Casting)과 연속 제조방법의 2가지 방법에 의해 제조된다. 주형법은 유렵특허 제66951호, 유럽특허 제516299호, 유럽특허 제285046호, 일본특개소 52-36155호, 일본특개소 53-112990호 등에 개시되어 있다. 주형법은 2매의 금속판 혹은 유리판에 수지 가스켓(Gasket)을 넣고 클램프(Clamp)로 압착한 형틀에 혼합물을 주입하고 수조 혹은 공기순환오븐에서 1, 2차 경화한 후 형틀을 해체하여 최종 제품을 수득하는 방법이다.
그러나, 이러한 방법은 배치식 조작이므로 조작이 복잡하고, 제조 비용도 상승되어 생산성이 매우 낮은 단점이 있기 때문에 연속화에 의한 합리화에 요망되었다.
상술한 바와 같은 주형법을 연속화하는 인조대리석의 연속 제조방법은 특허 등에 직접적으로 공개되지는 않았지만 무기질이 포함되지 않은 아크릴판의 연속 주조(Casting) 방법 (미국특허 제4133861호 및 일본특공소 47-34815호)을 응용한 방법으로, 일본의 미쯔비시 레이온(Rayon)사에서 개발하여 생산에 적용하고 있는 것으로 알려져 있는 방법이다. 이 방법은 마주보는 면이 동일 방향, 동일 속도로 주행하는 상하로 설치된 2조의 엔드리스 스틸 벨트(Endless Steel Belt), 벨트의 폭 방향 양옆 사이에 수지 가스켓을 연속적으로 공급하는 장치, 적절한 가열 및 냉각 장치 등으로 구성되는 경화장치에 중합성 혼합물을 벨트와 가스켓에 의해 형성되는 공간에 연속적으로 주입하고 벨트의 이동에 따라 연속적으로 중합시켜 판상의 제품을 장치의 출구에서 취출하는 방법이다.
그러나, 상기 방법에 의하면 마주보는 벨트중 상부의 벨트가 자체 중량에 의해 밑으로 쳐짐으로 인하여 폭 방향으로의 제품 두께 불균일이 발생하므로, 이를 방지하기 위해 벨트 면 사이의 적정한 액압(液壓)의 유지가 필요하고 이것을 위해 혼합물 주입부에 특별한 장치가 장착되어야 한다. 또한, 마주보는 벨트의 하부 벨트 지지 롤 및 상부 벨트 압착 롤 사이에서 엔드리스 스틸 벨트가 벤딩(Bending)하므로 가스켓 실링(Sealing) 부위에서의 누액 방지가 어렵고 또한 혼합물이 경화하여 부피가 수축하는데 수반하여 점차적으로 지지 및 압착 롤 간격을 감소시켜야 하는 번거로움이 있다. 그리고 제품 두께 변경시 전체 지지 및 압착 롤의 간격을 변경하여야 하는 등 상기 방법에 의하면 제조장치가 복잡해져 투자비가 상승되며 수지 가스켓의 재사용이 곤란하므로 운전비가 많아진다. 또 공정의 조절이 어려워 기포혼입, 경화시 제품 수축에 의한 싱크 마크(Sink Mark)등 외관 결함을 갖는 불량품이 생산되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 2조의 엔드리스 스틸 벨트를 사용한 연속 제조방법의 문제점을 해결하기 위한 대안으로, 1조의 엔드리스 스틸 벨트를 연속 경화장치로 사용하는 방법이 있다. 이와 같이 1조의 엔드리스 스틸 벨트를 사용하는 경화장치를 이용하면 적절한 원료 혼합물 공급장치 및 두께 조절장치에 의해 제품 두께의 조절이 용이하고, 벨트에 고무 리테이너(Retainer)를 부착하여 주형 및 경화시 혼합물의 누액방지가 용이하며 또한 적절한 합성수지 필름을 벨트의 표면 및 혼합물의 표면에 도포함으로써 벨트에서의 제품 이형을 용이하게 하고 중합성 단량체의 휘발을 방지할 수 있다. 따라서 비교적 간단한 장치로 폭 방향으로의 두께 편차, 균열, 기포, 싱크 마크(Sink Mark)등의 외관 결함이 없는 제품을 높은 생산성으로 제조할 수 있는 이점을 수득할 수 있다.
그러나, 일반적으로, 아크릴계 수지를 수지 성분으로 하는 인조대리석 혼합물의 경화시에는 수지 성분의 수축이 심하게 일어나는데, 경화시 혼합물의 양면을 금속판 혹은 유리판으로 고정하는 주형법(Cell Casting)이나 상하 2조의 엔드리스 스틸 벨트를 사용하여 압착하는 방법을 이용하지 않고, 1조의 엔드리스 스틸 벨트를 사용하여 경화시키면 경화시 휘는 현상 때문에 목재 합판과 같이 평탄한 인조대리석 제품을 수득하는 것을 매우 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 문제점을 극복하는 것으로, 1조의 엔드리스 스틸 벨트를 경화장치로 사용하여 아크릴계 수지 인조대리석판을 제조함에 있어서, 수평한 스틸 벨트 위에 주입된 혼합물을 적절한 경화장치를 사용하여 혼합물의 상하 양면에서 동일한 속도로 경화반응이 진행되도록 하여 경화물이 휘지 않도록 함으로써, 상하 2조가 아닌 1조의 엔드리스 스틸벨트를 사용하여 아크릴계 수지 인조대리석을 휨의 발생 없이 높은 생산성으로 연속적으로 제조할 수 있는 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명의 하나의 양상은 아크릴계 수지 인조대리석판 중합 원료 혼합물을 1조의 엔드리스 스틸벨트와 부대장치로 구성되는 연속경화장치에 연속적으로 주입하고 스틸벨트의 이동에 따라 연속적으로 경화하여 판상의 반제품을 제조한 후 에지 트리밍 및 표면연마과정을 거쳐 아크릴계 수지 인조대리석판을 제조함에 있어서, 2개 이상의 구역으로 구분되고, 각 구역에 송풍기, 히타, 순환 덕트, 노즐 유니트로 구성되는 공기순환 장치가 설치된 경화 챔버를 원료 혼합물이 적재된 1조의 엔드리스 스틸 벨트의 상하면에 대칭적으로 설장하여 열풍에 의해 중합성 원료의 상부 및 하부면을 동일하게 가열 및 냉각시키는 것을 특징으로 하는 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 양상의 구동 풀리 및 아이들 풀리에 의해 순환구동되고, 상부에 주형 및 경화시 원료 혼합물의 누액을 방지하기 위한 리테이너가 부착되고 반대면에는 운전시 벨트의 사행을 방지하기 위한 V-로프가 부착된 1조의 엔드리스 스틸벨트; 상기 엔드리스 스틸 벨트가 처지지 않도록 지지해주는 벨트 지지롤; 원료 혼합물을 엔드리스 스틸 벨트위에 공급하는 원료 혼합물 공급장치; 원료 혼합물 상부에 필름을 도포하기 위한 상부용 필름 공급장치; 스틸 벨트 표면에 필름을 도포하기 위한 하부용 필름 공급장치; 상부용 필름 공급장치에 연결된 원료 혼합물의 두께를 폭방향으로 균일하게 조절하는 두께 조절장치; 및 엔드리스 스틸 벨트의 상하부에 설치된 2개 이상의 구역으로 구분되어 있는 경화 챔버를 구비하는 아크릴계 인조대리석판의 연속 제조장치에 있어서, 상기 경화 챔버내의 각 구역에는 송풍기, 히터, 순환 덕트, 입구 댐퍼 및 출구 댐퍼가 장착된 노즐 유니트로 구성된 고온 공기순환장치가 설치되어 있어, 송풍기에서 나온 공기는 히터에서 가열되고 입구 댐퍼에서 풍량이 조절되어 슬릿형 공기노즐을 통해 혼합물이 적재된 벨트의 상하면을 동시에 가열 및 냉각하도록 벨트의 상부 및 하부에 분사되며 혼합물 및 벨트와 열교환된 공기는 공기 순환 흡입구, 공기 유출구 및 출구 댐퍼를 거쳐 송풍기로 회수 순환되도록 구성된 것을 특징으로 하는 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조장치이다.
도 1은 본 발명에 따른 1조의 엔드리스 스틸 벨트를 사용한 아크릴계 수지 인조 대리석판의 연속 제조장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 인조대리석판의 연속 제조장치중 원료 혼합물이 적재된 엔드리스 스틸 벨트 부분을 도시한 단면도.
도 3(a)는 본 발명의 인조대리석판의 연속 제조장치중 경화 챔버 및 공기 순환가열 및 냉각 장치의 측면도,
도 3(b)는 본 발명의 인조대리석판의 연속 제조장치중 경화 챔버 및 공기 순환 가열 및 냉각 장치의 평면도,
도 3(c)는 도 3(a)의 B-B선 단면도,
도 3(d)는 도 3(a)의 A-A선 단면도,
도 4(a)는 본 발명의 인조대리석판의 연속 제조장치중 가열 및 냉각 장치 중의 노즐 유니트 부분의 종단면도이다.
도 4(b)는 본 발명의 인조대리석판의 연속 제조장치중 가열 및 냉각 장치 중의 노즐 유니트 부분의 횡단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1:엔드리스 스틸 벨트2:아이들 풀리
2':구동 풀리3:하부용 필름 공급장치
4:상부용 필름 공급장치5:원료 혼합물 공급장치
6:두께 조절장치7~10:경화 챔버
11, 11':노즐 유니트12:구동 모터
13, 13':벨트 지지롤14:원료 혼합물
15:리테이너16:V-로프
17, 17':공기 유입구18, 18':슬릿형 노즐
19, 19':공기 순환 흡입구20, 20':공기 유출구
21:송풍기22:순환 덕트
23:히터24, 24':입구 댐퍼
25, 25':출구 댐퍼26:순환 덕트
t:슬릿의 간격L:슬릿간의 간격
W:노즐의 폭
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의해 아크릴계 수지 인조대리석판을 제조하는 경우에는 아크릴 시럽(Syrup) 100부, 무기질 충진재 110 내지 300부, 및 소량의 분산제, 가교제, 광안정제, 경화개시제 및 안료를 교반형 혼합기에서 혼합하고 진공하에서 탈기하여 아크릴계 수지 인조대리석 혼합물을 제조한다. 이어서 수득된 혼합물을 정량 펌프로 정지형 혼합기(static mixer)에 연속적으로 투입함과 동시에 경화개시제를 투입하여 혼합한 후 본 발명의 연속 경화장치에 투입한다.
완전히 혼합된 아크릴계 수지 인조대리석판 원료 혼합물은 원료 혼합물 공급장치(5)를 거쳐 표면에 하부용 합성수지 필름이 도포되어 이동하는 엔드리스 스틸 벨트(1) 위에 연속적으로 투입된다. 원료 혼합물 공급장치(5)에는 원형 노즐이 부착되어 원료 혼합물(14)을 폭방향으로 두께가 균일하도록 분산시킨다.
공급된 혼합물은 엔드리스 스틸 벨트(1)와 같이 이동되면서 표면에 합성수지 필름이 도포되고 두께 조절장치(6)에 의해 폭방향으로 두께가 일정하게 되어 도 2와 같이 된 후 경화 챔버(7, 8, 9, 10)속으로 이송된다. 여기서 엔드리스 스틸 벨트(1) 및 원료 혼합물(14)의 표면에 필름을 도포하는 목적은 경화 완료 후 장치의 출구에서 제품과 벨트(Belt) 면의 분리를 용이하게 하고 경화시 원료 혼합물중 단량체 성분의 휘발을 방지하기 위함이다. 본 발명에서 상하부 필름의 재질은 폴리에틸렌, 나일론, 폴리프로필렌, 비닐론 등이 가능하나, 바람직하기로는 이형성 및 제품 표면의 주름 생성 방지면에서 비닐론이 좋다.
본 발명의 연속 경화장치는 1조의 엔드리스 스틸 벨트와 부대 장치로 구성된다. 엔드리스 스틸 벨트(1)는 고무 리테이너(15) 및 V-로프(V-Rope:16)가 장착된 것으로, 구동 모터(12)에 의해 구동되는 구동 풀리(2') 및 아이들 풀리(2)에 의해 순환구동되고 필요한 인장력이 부여된다. 경화 챔버(7, 8, 9, 10)는 2개 이상의 구역으로 구획되어 있고 각 구역에는 엔드리스 스틸 벨트 및 원료 혼합물을 가열 및 냉각하기 위한 고온 공기순환장치가 설장되어 있다. 공기순환장치는 송풍기(21), 히터(23), 순환 덕트(22), 노즐유니트(11, 11')로 구성되고, 노즐 유니트(11, 11')는 공기 유입구, 슬릿형 공기노즐, 분사 공기 순환 흡입구, 공기 유출구로 구성되고, 혼합물이 적재된 엔드리스 스틸 벨트(1)의 상하부를 가열 및 냉각하기 위하여 벨트 면에서 일정한 간격을 두고 대칭적으로 설치되며, 출구 및 입구에 각각 풍량 조절을 위한 입구 댐퍼(24, 24') 및 출구 댐퍼(25, 25')가 취부된다. 원료 혼합물은 경화 챔버를 통과하는 동안 경화반응이 완결되고, 이후의 과정에서 변형이 일어나지 않을 정도로 냉각된 후 장치의 출구로 배출된다.
최종적으로, 경화 챔버(7~10)에서 경화 및 냉각된 인조대리석 경화물은 별도의 냉각장치에서 상온으로 냉각된 후 절단장치에 의해 필요 치수로 절단되고 에지 트리밍 및 표면연마과정을 거쳐 최종 인조대리석판 제품으로 가공된다.
본 발명의 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 1조의 엔드리스 스틸 벨트를 사용한 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조장치를 도시한 것이다. 본 발명의 장치에서 엔드리스 스틸 벨트(1)는 일반적으로 스틸 혹은 스테인레스 스틸로 제작되며, 그 두께는 0.1 내지 3mm가 좋으나, 바람직하기로는 0.5 내지 2mm가 좋다.
도 2는 본 발명의 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조장치 중 원료 혼합물이 적재된 엔드리스 스틸 벨트 부분을 도시한 단면개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 엔드리스 스틸 벨트(1)면의 상부에는 주형 및 경화시 혼합물이 양옆으로 새는 것을 방지하기 위해 일반적으로 고무 재질은 사다리꼴인 리테이너(Retainer:15)가 부착되고, 반대면에는 운전시 벨트의 사행을 방지하기 위하여 고무 재질의 V-로프 (V-Rope; 16)가 취부된다.
1조의 엔드리스 스틸 벨트(1)는 구동 모터(12)에 의해 구동 풀리(2')를 일정한 속도로 구동함으로써 이동되고, 장력 조절장치가 설치된 아이들 풀리(2)에 의해 인장력이부여되며, 벨트 지지롤(13, 13')에 의해 처짐이 방지되어 필요한 평탄도가 확보된다. 이 때 인장력은 벨트의 평탄도 유지면에서는 높을수록 좋으나 3 내지 15kg/mm2인 것이 일반적이다.
도 3(a)~(d)는 본 발명의 아크릴계 수지 인조대리석판의 제조장치 및 경화 챔버 및 공기 순환 가열 및 냉각장치의 상세도이고, 제4도는 상기 도 3의 공기순환가열 및 냉각장치 중의 노즐 유니트의 상세도이다. 2조의 엔드리스 스틸 벨트를 사용하는 경우에는 가열장치로서 온수 분사형 가열장치를 사용하면 열전달 효과면에서 유리하나, 본 발명에서와 같이 1조의 엔드리스 스틸 벨트를 사용하는 경우에는 혼합물 상부면의 가열이 불가능하므로 이 방식은 적용이 불가능하다. 따라서, 본 발명에서는 열원공급장치로서 열풍을 이용하는 공기순환 가열 및 냉각방식을 이용한다.
본 발명의 경화 챔버(7, 8, 9, 10)는 역할에 따라 가열구간 및 냉각구간으로 구분된다. 각 구간은 1 내지 2개의 구역으로 구분되고 각 구역에는 도 3(c) 및 3(d)와 같이 송풍기(21), 순환 덕트(22, 26), 히터(23), 및 노즐 유니트(11, 11')로 구성되는 공기순환장치가 설치된다. 노즐 유니트(11, 11')는 도 3(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 공기 유입구(17, 17'), 슬릿(slit)형 공기노즐(18, 18'), 분사 공기 순환 흡입구(19, 19'), 공기 유출구(20, 20'), 풍량 조절용 입구 댐퍼(24, 24') 및 출구 댐퍼(25, 25')로 구성되며 혼합물이 적재된 벨트의 상하면을 동시에 가열 및 냉각하도록 벨트의 상하에 대칭적으로 설치된다.
엔드리스 스틸 벨트(1)와 슬릿형 공기노즐(18, 18') 사이의 간격은 30 내지 100mm 범위로 설정된다. 도 4(a)는 본 발명 장치 중의 노즐 유니트 부분의 종단면도이고, 도 4(b)는 노즐 유니트 부분의 횡단면도이다. 슬릿형 공기노즐(18, 18')의 폭(W)은 주형된 혼합물의 폭의 90% 이상이고, 슬릿의 간격(t)은 1 내지 5mm 범위이며, 슬릿 간의 간격(L)은 100 내지 300mm가 바람직하다. 송풍기(21)의 용량은 슬릿형 공기노즐(18, 18')에서 최대 분사 풍속이 5m/sec의 수준이 되도록 선정된다.
송풍기(21)에서 나온 공기는 히터(23)에서 설정 온도로 가열되고, 가열된 열풍은 입구 댐퍼(24, 24')에서 풍량이 조절되어 슬릿형 공기노즐(18, 18')을 통해 혼합물이 적재된 벨트의 상부 및 하부에 분사되며 혼합물 및 벨트와 열교환된 공기는 공기 순환 흡입구(19, 19'), 공기 유출구(20, 20'), 출구 댐퍼(25, 25')를 거쳐 송풍기(21)로 회수 순환된다.
가열구간에서 구역의 갯수는 1개로도 가능하나 온도 조절 및 휨 방지 면에서는 2개 정도가 바람직하며, 구역의 길이는 대체로 동일한 것이 바람직하다. 순환 공기의 온도는 전체 구간에서 동일하거나 구역별로 단계적으로 상승시키는 것이 좋다.
이 구간에서는 혼합물에 열이 공급되어 중합반응이 촉진되고 진행되어 전체 반응의 약 90 내지 95%가 진행된다.
본 발명의 장치에서 가열구간의 온도는 사용 경화제에 따라 다르나 60 내지 80℃ 범위가 바람직하다. 가열구간의 온도가 60℃ 미만이면 경화 촉진면에서 바람직하지 않고, 이와 반대로 80℃를 초과하는 경우에는 경화가 충분히 진행되기 전에 혼합물의 온도가 메틸메타크릴레이트(MMA)의 비점(100℃) 이상이 되어 제품 내부에 기공이 생성되거나 표면이 불량해진다.
가열구간에서 제품의 휨 방지를 위해 요구되는 필수적 사항은 혼합물 상하면에서 동일한 중합속도로 중합반응이 진행되어야 하고 폭 방향으로도 동일한 중합속도로 중합반응이 진행되어야 한다는 것이다. 즉, 상부면의 중합반응이 빠르면 폭방향의 가장자리에 비해 중앙부가 위로 볼록하게, 하부면이 빠르면 중앙부가 밑으로 오목하게 휨이 발생하고, 중합속도가 폭방향으로 동일하지 않아도 휨이 발생한다.
따라서, 본 발명에서는 각 구역에서 동일한 온도로 순환하는 공기의 분사 풍속을 조절하여 열전달 효율을 조절함으로써 원료 혼합물 상하면의 중합 진행도를 동일하도록 조절하며, 노즐 유니트에서 슬릿의 폭을 제품의 폭이 90% 이상이 되도록 제작 설치함으로써 폭 방향으로도 동일한 정도로 중합반응이 진행하도록 하여 휨의 발생을 방지한다.
본 발명의 아크릴계 수지 인조대리석판 연속 제조장치에서 원료 혼합물의 상부는 고온의 공기가 상부 필름을 통해 직접 혼합물을 접촉하고 하부는 엔드리스 스틸벨트를 통해 열전달이 일어나므로 벨트의 재질 및 두께에 따라 다르나, 예컨대, 1.0mm 두께의 스테인레스 스틸 벨트의 경우 하부의 유속(유량)은 0.5m/s이고, 상부의 유속(유량)은 하부의 유속의 20 내지 50% 범위로 조절된다. 하부의 유속이 0.5m/s 미만일 경우에는, 가열 및 냉각장치로서의 성능을 발휘하지 못한다.
또한, 상술한 방법과는 달리 각 구역별로 2개의 송풍기 및 히터를 사용하여 벨트의 상하에서 순환되는 공기의 온도를 다르게 하는 방법, 예컨대 하부의 온도를 5 내지 20℃ 정도 높게 하고 분사 풍속을 조절하는 방법도 가능하나 이와 같은 방법은 장치만 복잡해지고 실용적이지 못한 단점이 있다.
다음은 열처리구간(통상 냉각구간)으로 이 구간에서는 중합반응이 완결되고 냉각된다. 이와 같은 열처리구간도 1개 구역으로 가능하나 온도 조절 및 휨 방지 면에서 2개 구역이 바람직하고 각 구역의 길이는 동일한 것이 바람직하며, 특히 가열구간과 구역의 수를 같게 하는 것이 바람직하다. 또한 가열구간에서와 같은 순환 가열 장치가 설치된다. 가열구간에서 90 내지 95% 수준으로 반응이 진행된 원료 혼합물은 이 구간에서 발열최고온도에 도달하고(약 110~130℃) 출구까지 도달하는 동안 유리전이온도(105~110℃) 부근으로 서냉(Annealing)되면서 반응이 완결되고 냉각되어 이후의 별도 장치에서 상온으로의 냉각과정에서도 변형이 발생하지 않게 된다.
열처리 구간의 순환 공기 온도는 90 내지 105℃가 바람직하며 전체 구간에서 동일하게 혹은 구역별로 단계적으로 감소시킨다. 열처리 구간의 온도가 90℃ 미만이면 경화물이 발열최고온도 도달 이후에 급냉하여 휨이 발생하거나 경화반응이 완결되지 않을 수 있으며, 이와 반대로 105℃를 초과하는 경우에는 경화물의 냉각이 불충분하여 장치 출구에서 완전히 고화되지 않아 이후의 별도장치에서 상온으로의 냉각 과정에서 휨이 발생할 가능성이 높게 된다.
열처리구간에서도 경화물 상하면의 온도 조절이 적절하지 않으면 휨이 발생한다. 즉, 경화 수축에 의한 만큼 영향이 크지는 않으나 냉각 수축의 영향으로 경화물 상부면의 냉각이 빠를 경우 폭의 중앙부가 밑으로 오목하게, 하부면의 냉각이 빠를 경우 중앙부가 위로 볼록하게 휨이 발생한다. 따라서 경화물 상하부면의 냉각 속도를 동일하게 조절하여야 한다. 본 발명에서 냉각 속도의 조절은 상기한 가열 구간에서와 동일한 방법에 의해 이루어진다. 상·하 유속(유량)은 가열구간과 동일하게 조절된다. 즉, 동일한 온도로 순환, 분사되는 공기의 풍속을 혼합물 상부면 보다는 벨트 하부면에서 빠르게 설정하여 하부면의 열전달효율을 크게 하여 경화물의 상하면이 동일하게 냉각되어 휨이 방지된다.
한편, 경화물의 상하면 냉각속도를 동일하게 조절함으로써 휨을 방지하기 위한 방법으로 각 구역별로 2개의 송풍기 및 히터를 사용하여 벨트 상하에서 순환되는 공기의 온도를 다르게 하고, 예컨대 벨트 하부의 온도를 5 내지 10℃ 정도 낮게 하고 분사 풍속을 조절하는 방법도 이용가능하나, 이와 같은 방법에 의하면 장치만 복잡해지고 실용적이지 못하다.
본 발명 방법의 실시예 적용되는 아크릴계 수지 인조대리석 혼합물은 다음과 같은 조성으로 구성된다. 아크릴 수지는 메틸메타크릴레이트(MMA) 단독, 혹은 이와 공중합이 가능한 아크릴산 알킬(C1~C8)에스터, 메타크릴산 알킬(C2~C8)에스터, 스티렌, 스티렌의 할로겐 혹은 알킬(C1~C2) 유도체 등이 최대 30중량% 까지 혼합된 것이다. 이러한 아크릴 수지 성분은 공정 적합성을 위해 연속식 혹은 회분식 반응기에서 부분 중합하거나 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 메틸메타크릴레이트(MMA)에 용해하여 폴리머의 함량이 10 내지 35중량% 범위내인 아크릴 시럽(Syrup) 형태로 제조하여 사용한다.
원료 혼합물의 충진재의 예들은 탄산칼슘, 알루미나, 유리섬유, 수산화알루미늄, 실리카, 탈크, 수산화마그네슘, 수산화칼슘 등의 무기 충전재와 인조석을 파쇄하여 제조한 입자형 마블 칩(Marble Chip)등을 포함하고, 아크릴계 수지 성분 100 중량부에 대하여 110 내지 300 중량부 사용한다. 이러한 무기질 충진재의 양이 아크릴계 수지 성분 100 중량부에 대하여 110 중량부 미만이면 싱크마크, 기포 등이 발생하고 휨의 발생이 커지며, 이와 반대로 300 중량부를 초과하는 경우에는 인조 대리석으로서의 투명감, 기계적 물성이 저하되어 인조대리석으로서 적합하지 않게 된다.
본 발명 방법의 실시예 사용되는 아크릴계 수지 인조대리석 혼합물에는 공정조제 및 물성 향상을 위한 첨가제로 경화 속도를 크게 저해하지 않는 범위내에서 필요에 따라 계면활성제, 이형제, 광안정제, 가교제 등이 소량 첨가될 수 있다.
본 발명에서 경화제로는 가열분해형 라디칼 개시제 혹은 촉진제를 사용하는 레독스(Redox)형 개시제가 모두 사용될 수 있으나, 바람직하기로는 10시간 반감기 온도가 70℃ 이하인 것을 단독 사용하거나 10시간 반감기 온도가 70℃ 이하인 것과 이상인 것을 조합하여 복수 개를 사용한다.
이하에서 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 이하의 실시예들은 설명의 목적만을 위한 것으로, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다. 별도의 명기가 없는 한 조성은 중량 기준이다.
[실시예 1]
중량평균분자량이 10만인 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지 25부를 메틸메타크릴레이트(MMA) 75부에 용해하여 제조한 아크릴 시럽 100부에 평균입경 30 미크론의 수산화알루미늄 200부, 분산제(BYK사 W960) 1부, 가교제(에틸렌글리콜디메타아크릴레이트) 1부, 광안정제(Cyanamid사 Cyasorb UV-2098) 0.5부, 경화개시제(라우로일 퍼옥사이드) 0.5부 및 안료를 교반형 혼합기에서 혼합하고 진공하에서 탈기하여 제조한 점도 약 5,000 Cps의 혼합물을 정량 펌프로 정지형 혼합기에 6.0kg/분으로 연속적으로 투입하고 동시에 경화개시제(t-부틸퍼옥시네오데카노에이트)를 10g/분으로 투입하여 혼합한 후 도 1의 연속경화 장치에 투입하였다.
본 실시예에서 이용된 1조의 엔드리스 스틸 벨트와 부대 장치로 구성된 연속 경화 장치에서, 엔드리스 스틸 벨트(1)는 스테인레스 스틸 재질로 폭이 1.0m이고 두께 0.8mm이며 고무 리테이너(15) 및 V- 로프(16)가 부착되고 구동 풀리(2') 및 아이들 풀리(2)에 의해 구동되고 필요한 인장력이 부여되도록 제작되었다. 이 때 풀리 중심간의 거리는 15m이며 경화 챔버의 총 길이는 12m로서 각 3m길이로 보온구조재에 의해 구분된 가열구간 2개 구역 및 냉각구간 2개의 4개 구역으로 구성하였다. 각 구역에는 송풍기(21)(80m3/분), 전기히터(23)(15Kw), 순환 덕트(22, 26), 노즐 유니트(11, 11')로 구성된 동일한 규격의 고온 공기순환장치를 설치하였다. 노즐 유니트(11, 11')는 폭 800mm, 높이 600mm, 길이 2.8m로 직육면체형이고 슬릿형 노즐간의 거리(L)은 200mm이고 슬릿의 간격(t)은 2mm이었으며, 출구 및 입구에 풍량 조절용 출구 댐퍼(25, 25') 및 입구 댐퍼(24, 24')가 설치된 것으로, 혼합물이 적재된 엔드리스 스틸 벨트(1)의 상하부를 가열 및 냉각하기 위하여 벨트 면에서 60mm 간격을 두고 대칭적으로 설치하였다.
상기 연속 제조장치의 가동 조건으로 벨트의 선속도는 0.3m/분이고, 각 구역의 히터 출구 공기 온도는 70℃, 85℃, 100℃, 95℃이며, 각 구역에서 벨트 상부 및 하부에 설치된 노즐 유니트에 공급되는 온도는 동일하였다. 각 구역의 슬릿 노즐에서의 분사풍속은 실시예 별로 하기 표 1과 같이 다르게 설정하여 실시하였다.
연속경화장치에서 투입된 혼합물은 하부용 필름 공급장치(3)에 의해 표면에 비닐론 필름이 도포되어 이동하는 벨트 위에 원료 혼합물 공급장치(5)에 의해 폭 방향으로 두께가 균일하게 주행되며, 이어서 원료 혼합물 상부면에도 상부용 필름 공급장치(4)에 의해 비닐론 필름이 도포되고 두께 조절장치(6)에 의해 폭방향으로 균일하게 두께가 조정된 후 경화 챔버(7~10)로 이송되어 경화 및 냉각되었다.
이 과정에서 발열 최고 온도는 냉각구간의 첫째 구역의 중간 부근에서 나타났으며 123~127℃이었고, 경화챔버의 출구에서 경화물의 온도는 103~107℃이었다. 이어서 연속 경화장치 이후에 별도의 냉각장치에서 상온으로 냉각하여 폭 800mm, 두께 15mm인 아크릴계 수지 인조대리석 경화물을 수득하였다.
수득된 인조대리석 경화물의 표면경도 (Rockwell M Scale)는 93, 굴곡강도는 650kg/cm2(ASTM 790) 수준이었고, 끓는물에 1시간 침적하여도 백화 현상이 없어 인조대리석의 요구 물성 수준을 충족하였다.
또한 크랙, 기포, 싱크 마크(Sink Mark)등의 외관 결함도 없었으며, 휨도 발생하지 않아 이후의 에지트리밍 및 표면연마가공에 적합하였다.
[실시예 2]
중량평균분자량이 10만인 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지 25부를 메틸메타크릴레이트(MMA) 75부에 용해하여 제조한 시럽 90부에 에틸아크릴레이트 10부를 혼합한 아크릴 시럽 100부에 평균입경 30 미크론의 수산화알루미늄 150부, 분산제(BYK사 W960) 1.0부, 가교제(에틸렌글리콜디메타크릴레이트) 1.0부, 광안정제(Cyanamid사 Cyasorb UV-2098) 0.5부 및 안료를 교반형 혼합기에서 혼합하고 진공하에서 탈기하여 제조한 점도 약 4,500Cps의 혼합물을 정량 펌프로 정지형 경화제 혼합기에 8.0kg/분으로 연속적으로 투입하고 동시에 경화개시제(비스 (4-t-부틸시클로헥실)퍼옥시디카보네이트 25% 톨루엔 용액)를 10g/분으로 투입하여 혼합한 후 실시예 1의 연속 경화장치에 투입하였다.
연속 경화장치의 가동 조건은 벨트 선속도 0.4m/분이고, 각 구역의 히터 출구 공기 온도는 60℃, 75℃, 100℃, 97℃로 하고, 각 구역의 슬릿형 노즐에서 분사풍속을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건 및 방법에 의해 폭 800mm, 두께 15mm의 인조대리석 경화물을 제조하고 그 물성을 측정하였다.
경화 및 냉각 과정에서 발열 최고 온도는 냉각구간의 첫째 구역의 중간 부근에서 나타났으며 (118~122℃ 전후), 장치 출구에서 경화물의 온도는 103~107℃이었다. 수득된 경화물의 표면강도 (Rockwell M Scale)는 92, 굴곡강도 (ASTM 790)는 640kg/cm2이었고, 끓는물에 1시간 침적하여도 백화 현상이 나타나지 않아 인조대리석으로서의 요구 물성 수준을 충족하였다.
또한, 크랙, 기포, 싱크 마크 등의 외관 결함도 없었으며 휨도 발생하지 않아 이후 에지트리밍 및 표면 연마가공에 적합하였다.
[비교예 1~2]
실시예 1의 아크릴 시럽 100부에 동일한 수산화알루미늄 100부, 분산제(BYK사 W960) 0.7부, 가교제 (에틸렌글리콜디메타크릴레이트) 1.2부, 광안정제(Cyanamid사 Cyasorb UV-2098) 0.5부, 고온 개시제(라우로일 퍼옥사이드) 0.5부 및 안료를 교반형 혼합기에서 혼합하고 진공하에서 탈기하여 제조한 점도 약 3,000 Cps의 혼합물을 정량 펌프로 정지형 경화제 혼합기에 6.0kg/분으로 연속적으로 투입하고 동시에 저온 개시제(t-부틸퍼옥시네오데카노에이트)를 10g/분으로 투입하여 혼합한 후 실시예 1의 연속 경화장치에 투입하여 각 구역별 분사풍속을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 달리 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 인조대리석 경화물을 제조하고 그 물성을 측정하였다.
상기 실시예 1, 2에 비해서 싱크 마크가 발생하고, 휨이 심하게 발생하여 제품화가 곤란하였다.
상기 실시예 및 비교예의 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
[표 1]
[물성 측정 방법]
(1) 휨 정도:경화물을 정반 위에 올려 놓고 폭 방향으로 휨 정도를 버니어캘리퍼스로 측정하여, 가장 자리에 비해 중앙부가 볼록한 정도를 (+), 중앙부가 오목한 정도를 (-)로 표기하였다. 휨 정도가 (±) 1mm 이하이면 가공하여 평탄한 최종 제품을 수득하기에 적합하다.
(2) 크랙, 기포, 싱크마크: 외관을 육안으로 관찰하여 평가하였다.
이상에서 설명한 본 발명의 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조방법 및 그 장치는 공기를 순환시켜 사용하므로 물을 사용하는 경우에 비해 수증기의 발생이 없고 벨트에 묻은 물을 제거하는 등 번거로움이 없으며, 슬릿형 노즐의 폭을 제품과 동일 혹은 근사하게 함으로써 폭 방향으로 동일한 정도로 중합반응 및 냉각이 진행되도록 하여 휨의 발생을 방지할 수 있는 이점을 갖는다.
또한, 노즐 유니트에 공급되는 풍량(풍속)을 조절함으로써 엔드리스 스틸 벨트에 적재된 혼합물의 상하면에서 동일한 속도로 경화반응이 진행되게 하고 또한 발열최고온도 도달 이후의 서냉 과정에서 경화물 상하면의 온도가 동일하게 냉각되게 하여, 1조의 엔드리스 스틸 벨트를 사용하여도 휨의 발생이 없이 인조대리석판을 연속적으로 생산할 수 있는 이점이 있다.
따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조에 있어서 2조의 엔드리스 스틸 벨트 경화 장치를 이용하는 방법에 비해 장치 구성이 간단할 뿐만 아니라 합성수지 가스켓 등 소모품이 적게 들면서 용이하게 휨, 크랙, 기포, 싱크 마크 등의 외관 결함이 없는 고품질의 아크릴계 수지 인조대리석판을 제조할 수 있다.
Claims (5)
- 아크릴계 수지 인조대리석판 중합 원료 혼합물을 1조의 엔드리스 스틸 벨트와 부대장치로 구성되는 연속 경화장치에 연속적으로 주입하고 스틸 벨트의 이동에 따라 연속적으로 경화시켜 판상의 반제품을 제조한 후 에지 트리밍 및 표면연마과정을 거쳐 아크릴계 수지 인조대리석판을 제조함에 있어서, 2개 이상의 구역으로 구분되고, 각 구역에 송풍기, 히타, 순환 덕트, 노즐 유니트로 구성되는 공기순환 장치가 설치된 경화 챔버를 원료 혼합물이 적재된 1조의 엔드리스 스틸 벨트의 상하면에 대칭적으로 설장하여 열풍에 의해 중합성 원료의 상부 및 하부면을 동일하게 가열 및 냉각시키는 것을 특징으로 하는 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조방법.
- 제1항에 있어서, 아크릴계 수지 인조대리석판 중합 원료 혼합물을 아크릴계 수지와 충진재의 혼합물로, 여기서 상기 아크릴계 수지는 메틸메타아크릴레이트 수지 단독 혹은 이와 공중합가능한 아크릴산 알킬(C1~C8)에스터, 메타크릴산 알킬(C2~C8)에스터 스티렌, 스티렌의 할로겐 혹은 알킬(C1~C2) 유도체가 최대 30중량% 까지 혼합된 것이고, 원료 혼합물의 충진재는 탄산칼슘, 알루미나, 유리섬유, 수산화 알루미늄, 실리카 탈크, 수산화마그네슘, 수산화칼슘 등의 무기 충진재와 인조석을 파쇄하여 제조한 입자형 마블칩을 포함하여 아크릴계 수지 성분 100 중량부에 대해 110 내지 300 중량부 첨가되는 것을 특징으로 하는 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조방법.
- 구동 풀리 및 아이들 풀리에 의해 순환구동되는 1조의 엔드리스 스틸 벨트;상기 엔드리스 스틸 벨트가 처지지 않도록 지지해주는 벨트 지지롤;원료 혼합물을 스틸 벨트위에 공급해주는 원료 혼합물 공급장치;원료 혼합물 상부에 필름을 도포하기 위한 상부용 필름 공급장치;스틸 벨트 표면에 필름을 도포하기 위한 하부용 필름 공급장치;상부용 필름 공급장치에 연결된 원료 혼합물의 두께를 폭방향으로 균일하게 조절하는 두께 조절장치; 및엔드리스 스틸 벨트의 상하부에 설치된 2개 이상의 구역으로 구분된 경화 챔버를 구비하는 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속제조 장치에 있어서,상기 경화 챔버내의 각 구역에는 송풍기, 히터, 순환 덕트, 입구 댐퍼 및 출구 댐퍼가 장착된 노즐 유니트로 구성된 고온 공기순환장치가 취부되어, 송풍기에서 나온 공기는 히터에서 가열된 후 입구 댐퍼에서 풍량이 조절되어 슬릿형 공기노즐을 통해 혼합물이 적재된 벨트의 상하면을 동시에 가열 및 냉각하도록 벨트의 상부 및 하부에 분사되며 혼합물 및 벨트와 열교환된 공기는 노즐 유니트의 공기 순환 흡입구, 공기 유출구 및 출구 댐퍼를 거쳐 송풍기로 회수 순환되도록 구성되어 열풍에 의해 원료 혼합물을 가열냉각하도록 한 것을 특징으로 하는 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조장치.
- 제3항에 있어서, 상기 1조의 엔드리스 스틸 벨트의 상부에는 주형 및 경화시 원료 혼합물의 누액을 방지하기 위한 리테이너가 부착되고, 반대면에는 운전시 벨트의 사행을 방지하기 위한 V-로프가 부착된 것을 특징으로 하는 아크릴계 수지 인조 대리석판의 연속 제조장치.
- 제3항에 있어서, 상기 엔드리스 스틸 벨트와 슬릿형 노즐 사이의 간격이 30~100mm이고, 노즐 유니트의 슬릿의 간격(t)은 1~5mm이며, 슬릿의 폭(w)은 주형된 혼합물의 폭의 90% 이상이고, 상기 슬릿간의 간격(L)이 100mm 내지 300mm인 것을 특징으로 하는 아크릴계 수지 인조대리석판의 연속 제조장치.
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