KR20000073060A - 열가소성 수지 쉬트 제조 방법 - Google Patents

열가소성 수지 쉬트 제조 방법 Download PDF

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KR20000073060A
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Abstract

본 발명은 열가소성 수지를 용융 압출하고 냉각롤에 접촉시켜 급냉시키는 단계를 포함하는 열가소성 수지 쉬트의 제조 방법에 관한 것으로, 우수한 투명성과 표면 광택성을 부여하고 정전인가 안정성을 가져올 수 있도록 냉각롤 위에 용융 압출 쉬트가 닿는 부분으로부터 쉬트가 진행하는 원주 방향으로 에어-나이프를 5개 이상 구비하되, 초기 첫번째 내지 다섯번째 에어-나이프의 공기 분출구에서 분출되는 공기의 중심선과 상기 냉각롤 위의 용융 압출 쉬트에 접하는 평면이 이루는 각도가 75도 이하로 되도록 하고, 나머지 에어-나이프에서의 각도는 75도 내지 90도가 되도록 함과 아울러 냉각롤에 접촉하지 않는 표면을 에어-나이프에서 분출되는 공기에 미세 물방울을 1 내지 20㎏/hr의 유량으로 분무시켜 냉각시키는 것을 특징으로 하는 열가소성 수지 쉬트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

Description

열가소성 수지 쉬트 제조 방법 {The Processing Method for Thermoplastic Resin Sheet Manufacture}
본 발명은 열가소성 수지를 용융 압출하여 쉬트상으로 제조할 때 냉각롤에 접촉시켜 급냉시키는 공정에서 냉각롤에 접하는 쉬트의 반대쪽 표면을 냉각시키는 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 각도가 조절되는 급냉장치로부터 분출되는 공기에 미세한 물방울을 분무시켜 쉬트를 냉각시키는 용융압출 쉬트의 제조방법에 대한 것이다.
열가소성 수지 쉬트를 제조하는 종래 방법에 있어서는, 중합반응에 의하여 생성된 칩을 건조한 다음 다이로부터 박막상으로 압출시킨 용융 수지를 냉각롤 상에서 밀착 고화시켜 쉬트로 성형하고, 종-횡 방향으로 이축 연신한 다음 다시 열처리하여 완제품 필름을 생산한다.
냉각롤 상에서 밀착 고화시켜 쉬트를 제조할 때 냉각롤에 접하는 열가소성 수지의 표면은 충분히 냉각되지만, 접하지 않는 쉬트 표면은 쉬트의 두께 방향으로온도 구배에 따라 냉각 속도가 다르게 된다.
그 결과 쉬트의 두께 방향으로 결정 구조가 달라지게 되어 컬링이 일어나서, 다음 공정으로의 도입이 어렵게 될 뿐만 아니라, 파단이 쉽게 일어나는 등 냉각 불균일에 기인하는 결정 구조상의 결점이 발생한다, 또한 열가소성 수지가 결정성인 경우에는 결정이 조대하게 되어 쉬트의 투명도 및 표면 광택도가 저하되는등의 문제가 발생하기도 한다.
상기와 같이 용융 압출 쉬트를 단순히 냉각롤에 의해 냉각시키는 것만으로는 우수한 투명도 및 광택도를 유지할 수 없기 때문에 이를 개선한 방법으로서, 냉각롤에 접하지 않는 쉬트의 표면에 공기를 분출하여 냉각 효과를 부여하는 에어-나이프(air-knife)로 불리우는 냉각 장치를 사용하는 방법이 공지되어 있다.
이러한 냉각 장치에 있어서는 분출되는 건조 공기에 의해 냉각하기 때문에 다량의 공기를 분출하여야 하고, 분출된 공기가 배출될 때 일부 공기가 다이 방향으로 이동하여 용융된 열가소성 수지 쉬트의 평면성에 결함을 초래함으로써 품질을 현저히 손상시키는 문제가 발생한다.
또한 열가소성 수지에서 증발한 저분자량 물질이 분출 공기에 의하여 냉각되어 다이 주변에 응축 부착되고 축적되어 있다가 부착물이 쉬트 상에 낙하됨으로써 품질을 손상시키기도 한다.
상기와 같은 종래의 에어-나이프를 사용한 방법의 문제점을 개선하는 방법으로서 일본 특허 공개 공보 소 59-71828호에서는, 다이로부터 압출된 열가소성 수지 쉬트를 냉각롤상에서 급냉하는 동시에, 냉각롤에 접촉되지 않는 쉬트 표면의 평면성에 손상을 주지 않고 급냉시키는, 특수한 공기 분출구와 배기구를 구비한 냉각장치를 개시하고 있다.
이 장치에서는 공기 분출구를 적어도 3개, 바람직하게는 7개 이상 구비하고, 노즐과 배기구는 교대로 설치하고, 노즐의 형상은 쉬트의 진행 방향으로 공기가 분출되도록 하는데, 분출 공기의 중심선이 쉬트의 폭방향에 수직이고 냉각롤 면에 접하는 평면과 이루는 분출 각도가 바람직하게는 0 내지 45도이고, 노즐의 개도(開度)는 4 내지 10㎜인 것이 바람직하게 되어 있다.
상기 선행 기술에서 개시하는 에어-나이프에 의하면, 공기 분출 속도가 10㎧이하일 때는 투명성과 표면 광택도가 우수한 쉬트를 제조하는 것이 가능하다.
그러나 압출 쉬트의 두께가 2000㎛이상인 후도용(厚度用) 쉬트의 경우에는 냉각 능력의 향상을 위하여 공기의 분출 속도가 10㎧이상으로 되어야 하는데, 이러한 경우에는 공기의 전단력에 의해 쉬트의 표면이 진행방향으로 밀려나면서 고화되므로 쉬트의 표면 평탄성이 극히 불량해지는 폐단이 발생하게 된다.
즉 상기 기술은 압출 쉬트의 두께 및 공기의 분출 속도에 제한이 따른다는 문제가 있다.
이에 대해, 본 발명자는 특허 출원 제 99-3859호를 통하여, 용융 압출 쉬트의 성형 공정에 에어-나이프를 설치하되, 에어-나이프에서 분출되는 공기에 미세 물방울을 1㎏/hr이상의 유량으로 분무시켜 냉각 효과를 크게하므로써 우수한 투명성과 표면 광택성을 부여한 쉬트를 제공하였다.
그러나, 분출 각도가 수직이 되도록 공기 분출을 하기 때문에, 분출 공기가 다이 출구 방향에 위치한 정전인가선(靜電引加線)을 교란시켜 정전인가의 불량을 야기하여 필름의 종방향 두께 편차가 발생하는 폐단이 있다.
따라서 본발명에서는 상기와 같은 문제점을 고려하여, 용융 압출 쉬트의 성형 공정에 에어-나이프를 사용하는 냉각 방법에 있어서, 냉각 효과를 크게하여 쉬트에 우수한 투명성과 표면 광택성을 부여하는 동시에 정전인가선의 교란을 방지하여 정전인가의 안정을 가져올 수 있도록 하는 열가소성 수지 용융 압출 쉬트의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 부분 모식도
도 2는 에너-나이프의 공기 분출구 확대도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
A : 분무장치 B : 송풍기
E : 정전인가선
K1내지 Kn: 1번째 에어-나이프 내지 n 번째 에어-나이프
R : 냉각롤 S : 열가소성 수지
P : 접평면 C : 공기 분출 중심선
N : 공기 분출구
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열가소성 수지 압출 쉬트의 제조 방법은, 열가소성 수지를 용융 압출시켜 냉각롤 상에서 냉각시키는 동시에 냉각롤에 접촉하지 않는 표면을 분출 공기로 냉각시켜 쉬트를 제조하는 방법에 있어서, 냉각롤 위에 용융 압출 쉬트가 닿는 부분으로부터 쉬트가 진행하는 원주 방향으로 에어-나이프를 5개 이상 구비하되, 초기 첫번째 내지 다섯번째 에어-나이프의 공기 분출구에서 분출되는 공기 중심선의 각도가 상기 냉각롤 위에 용융 압출 쉬트가 접하는 평면에 대해 75도 이하가 되도록 하고, 나머지 공기 분출구에 대한 각도는 75도 내지 90도가 되도록 함과 아울러 냉각롤에 접촉하지 않는 표면을 에어-나이프에서 분출되는 공기에 미세 물방울을 1 내지 20㎏/hr의 유량으로 분무시켜 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조로 하여 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 부분 모식도로서, 다이로 부터 용융 압출된 열가소성 수지(S)가 냉각롤(R)에 의하여 냉각되어 쉬트상으로 성형되는데, 열가소성 수지 (S)와 냉각롤(R)의 접촉이 양호하게 되도록 서로 닿는 지점에 정전기를 발생시키는 정전인가선(E)이 부여 된다.
한편, 냉각롤(R)에 접촉하지 않는 쉬트 외면에 공기를 분출하여 냉각 효과를 주기위해 정전인가선(E)으로 부터 쉬트가 진행하는 원주 방향으로 90도 내지 330도 범위까지의 각도를 지니도록 쉬트 외면을 향해 공기 분출구(N)을 지니는 다수의 에어-나이프와 송풍기(B) 사이에 미세 물방울을 분무시키는 분무장치(A)가 구비된다.
도 2는 에어-나이프의 공기 분출구를 확대한 모식도로서, 공기 분출구(N)를 통해 분출되는 분출 중심선(C)이 쉬트에 접하는 평면(P)과 이루는 각도를 분출 각도(α)로 한다.
본 발명의 특징은 열가소성 수지 쉬트를 제조하는데 있어서 용융 압출 쉬트의 성형 공정에서 쉬트의 냉각을 위해 에어-나이프라고 불리우는 공기 분출기를 사용하고, 공기 분출구(N)의 분출 각도(α)를 가능한 한 수직이 되도록 함으로써, 공기의 냉각효과를 크게하여 쉬트에 투명성 및 광택성을 부여하는 동시에 공기 분출구로 부터 분출되어 쉬트면에 부딪혀서 정전 인가선의 방향으로 빠져 나가는 공기의 흐름을 차단시키기 위하여 정전인가선과 인접하여 위치하는 공기 분출구를 쉬트의 진행방향으로 경사지도록 설계함으로써, 정전 인가의 교란을 방지하여 안정을 가져올 수 있도록 하는 한편, 분출된 공기에 포함된 미세한 물방울의 증발 잠열에 의해 쉬트 표면을 급냉시키는 것이다.
즉, 냉각롤(R)위에 용융 압출 쉬트가 닿는 지점의 정전인가(E)로 부터 첫번째 내지 다섯번째까지의 에어-나이프에 있는 공기 분출기(N)는 분출 각도(α)가 75도 보다 작거나 같도록하고, 나머지 에어-나이프의 공기 분출구는 75도 내지 90도의 각도(α)를 이루도록 함으로써, 냉각 효과가 크면서 쉬트면에 부딛혀서 정전기 인가선의 방향으로 빠져나가는 공기의 흐름을 적절히 제어하여 정전인가선의 안정을 가져올 수 있게 함과 아울러, 에어-나이프와 송풍기(B) 사이에 분무장치(A)를 설치하여 미세 물방울을 1㎏/hr 내지 20㎏/hr이 유량으로 분출시켜 쉬트 표면의 급냉 효과를 증가시킨 것이다.
초기 5개 까지의 에어-나이프에 있는 공기 분출구의 분출 각도(α)가 75도를 초과하는 경우에는 공기 분출구로 부터 분출된 미세 물방울이 쉬트면에 부딪히고 정전인가선(E)를 교란시키기 때문에 정전인가가 불안정하게 되어 필름의 종방향 두께 편차가 극히 불량하게 된다.
여기서 미세 물방울의 유량이 1㎏/hr이하인 경우에는 쉬트 표면의 급냉효과가 저하되며, 유량이 증가할수록 냉각 효과는 증대되어 미세 물방울의 유량이 10 내지 20㎏/hr범위인 경우가 더욱 바람직하지만, 20㎏/hr를 초과하는 경우에는 분무 장치 및 분무된 물을 흡수하는 장치와 같이 부가적인 장치의 설치를 필요로 하기 때문에 설비가 복잡해지는 문제가 발생하게 된다.
본 발명에서의 미세 물방울은 안개 상태의 물방울을 말하는 것으로 초음파 장치 등을 통하여 용이하게 제조 될 수 있다.
본 발명의 열가소성 수지로는 호모폴리에스테르, 코폴리에스테르 또는 이들의 혼합 폴리에스테르 등이 적용될 수 있으며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈레이트, 폴리테트라메틸렌 테레프탈레이트, 폴리비닐클로라이드, 나이론, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리페닐렌설파이드 등이 바람직하게 적용될 수 있다.
이하 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 자세하게 설명하기로 하나, 하기의 실시예는 본 발명의 예시일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예로 인하여 제한 되는 것은 아니다.
<실시예 1>
고유 점도가 0.64㎗/g인 폴리에틸렌 테레프탈레이트 칩을 290℃에서 용융압출시켜서, 도 1에 나타난 바와 같이 직경이 0.8m이고 냉각수의 온도가 20℃로 유지되는 냉각롤상에서 정전인가선(E)으로 부터 원주 방향으로 160도 까지 에어-나이프에 의해 강제 냉각을 실시하는데, 10㎏/hr의 유량으로 분무장치(A)로 부터 분무 공급되는 미세 물방울이 혼합된 공기를 첫번째 에어-나이프(K1)의 공기 분출구에서 분출되는 공기의 분출 각도(α)가 50도를 이루도록 하고, 두번째 에어-나이프(K2) 내지 20번째 에어-나이프(K20)에 있는 공기 분출구의 분출 각도(α)가 90도가 되도록 하며, 분출속도가 10㎧인 에어-나이프를 사용하여 10m/분의 성형 속도로 두께 6000㎛의 쉬트를 형성한다.
다음에 냉각 성형된 쉬트를 통상의 방법으로 100 내지 120℃의 온도 범위에서 종-횡 연신한 후 220℃에서 10초간 열고정하여 두께 350㎛의 쉬트를 제조하여 얻고, 헤이즈(탁도), 광투과율, 광택도, 종방향 두께 편차를 측정하여 표1로써 나타내었다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 첫번째 에어-나이프(K1) 내지 세번째 에어-나이프(K3)에 있는 공기 분출기의 공기 분출 각도(α)가 50도를 이루도록 하여 쉬트를 제조하여 얻고, 헤이즈(탁도), 광투과율, 광택도, 종방향 두께 편차를 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 첫번째 에어 나이프(K1) 내지 다섯번째 에어 나이프(K5)에 있는 공기 분출구의 공기 분출 각도(α)가 50도를 이루도록 하여 쉬트를 제조하여 얻고, 헤이즈(탁도), 광투과율, 광택도, 종방향 두께 편차를 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.
<실시예 4>
실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 20㎏/hr의 유량으로 분무장치(A)로 부터 미세 물방울이 분무 공급되도록 하여 쉬트를 제조하여 얻고, 헤이즈(탁도), 광투과율, 광택도, 종방향 두께 편차를 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.
<비교실시예 1>
실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 첫번째 에어-나이프 (K1) 내지 열번째 에어-나이프(K10)에 있는 공기 분출구의 공기 분출 각도(α)가 50도를 이루도록 하여 쉬트를 제조하여 얻고, 헤이즈(탁도), 광투과율, 광택도, 종방향 두께 편차를 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.
<비교실시예 2>
실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 첫번째 에어-나이프(K1) 내지 스무번째 에어-나이프(K20)에 있는 공기 분출구의 공기 분출 각도(α)가 50도를 이루도록 하여 쉬트를 제조하여 얻고, 헤이즈(탁도), 광투과율, 광택도, 종방향 두께 편차를 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.
<비교실시예 3>
실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 첫번째 에어-나이프(K1) 내지 스무번째 에어-나이프(K20)에 있는 공기 분출구의 공기 분출 각도(α)가 90도를 이루도록 하여 쉬트를 제조하여 얻고, 헤이즈(탁도), 광투과율, 광택도, 종방향 두께 편차를 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.
<비교실시예 4>
실시예 1과 동일한 장치와 방법을 이용하되, 분무장치(A)로 부터 미세 물방울이 분무 공급되지 않도록 하여 쉬트를 제조하여 얻고, 헤이즈(탁도), 광투과율, 광택도, 종방향 두께 편차를 측정하여 실시예 1과 함께 하기의 표1로써 나타내었다.
구분 헤이즈(%) 광투과율(%) 광택도 종방향 두께 편차(㎛)
실시예 1 0.50 93.0 172.1 7.5
실시예 2 0.51 92.8 171.1 7.2
실시예 3 0.53 92.5 170.4 7.0
실시예 4 0.52 92.6 170.5 7.0
비교예 1 0.65 90.4 166.3 9.2
비교예 2 측정 불가 측정 불가 측정 불가 측정 불가
비교예 3 0.51 93.5 171.2 14.7
비교예 4 0.80 91.5 168.2 7.9
<평가 방법>
- 헤이즈
탁도 측정기(미국 패시픽 사이어티픽(Pacific Scientific)사 제품)를 사용하여 ASTM D1003의 조건으로 쉬트의 헤이즈(탁도)를 측정하였다.
- 광투과율
광투과율 측정기(일본국 닛폰 세니츠 코탁(Nippon Senitsu Kodak)를 사용하여 ASTM D1003의 조건으로 쉬트의 광투과율을 측정하였다.
- 광택도
광택도 측정기 (일본국 닛폰 덴쇼쿠 고기 (Nippon Denshoku Kogy)사 제품)을 사용하여 ASTM D523의 조건으로, 분출된 공기에 의해 냉각된 쉬트면의 광택도를 측정하였다.
- 종방향 두께 편차
두께 측정기 (미국 윈젠(Winzen)사 제품)을 사용하여 쉬트의 종방향으로 1m의 간격으로 두께를 측정하여 최대값과 최소값의 차이를 두께 편차로 하였다.
실시예 1 내지 실지예 4및 비교실시예 1 내지 비교실시예 4와 같은 방법으로 제조한 반응 조건 및 상기의 시험 방법에 의하여 측정한 결과는 표1의 내용과 같으며, 본 발명의 방법에 의하여 용융 압출 쉬트가 닿는 지점의 정전인가선(E)으로부터 1 내지 5번째 까지의 에어-나이프에 있는 공기 분출구에서 분출되는 공기 중심선과 쉬트에 접하는 평면이 이루는 각도(α)가 15도 내지 75도 범위에 있도록 함과 아울러 에어-나이프의 공기 분출구에서 분출되는 공기에 미세 물방울을 1 내지 20㎏/hr이상의 유량으로 분무시켜 냉각시키는 실시예 1 내지 실시예 4인 경우, 비교 실시예 1 내지 비교 실시예 4의 결과에 비하여 헤이즈(탁도), 광투과율, 광택도 및 종방향 두께 편차가 우수하다.
이에 반해, 초기 10개 까지의 에어-나이프에 있는 공기 분출구의 분출 각도를 50도로 구성한 비교 실시예1의 경우에는 냉각 효과가 충분하지 않아 전반적인 물성이 떨어지며, 모든 공기 분출구를 직각되게 설치한 비교 실시예 2의 경우에는 냉각 효과가 떨어질 뿐만 아니라, 전반적으로 쉬트 진행 방향으로 경사진 분출 공기의 흐름으로 인하여 미고화된 표면이 쉬트 진행 방향으로 밀려나면서 고화되기 때문에, 후공정이 불가능하게 된다.
또한, 초기 5개의 에어-나이프에 있는 공기 분출구의 분출 각도가 75도를 초과하는 비교 실시예 3의 경우에는 필름의 냉각 효과가 충분하지만 초기 공기 분출구에서 분출된 공기가 쉬트면에 부딪히고 정전인가선(E)를 교란시키기 때문에 정전인가가 불안정하게 되어 필름의 종방향 두께 편차가 극히 불량하고, 미세 물방울이 분출 공기에 포함되지 않은 비교 실시예 4의 경우에는 냉각 능력이 저하되어 투명성이 떨어지는 것을 알수 있다.
따라서, 본 발명의 제조 방법은 냉각 효과가 충분히 크게 되면서 정전인가 공정의 안정이 유지되어 헤이즈, 광투과율, 광택도 및 종방향 두께 편차가 양호한 열가소성 수지 쉬트의 제조에 특히 적합한 방법인 것이다.

Claims (1)

  1. 용융 압출된 열가소성 수지를 에어-나이프에서 분출되는 공기로 냉각시켜 쉬트를 제조하는 열가소성 쉬트 제조 방법에 있어서, 냉각롤 위에 용융 압출 쉬트가 닿는 정전인가선(E)으로 부터 쉬트가 진행하는 원주 방향으로 쉬트 외면을 향하도록 5개 이상의 에어-나이프를 설치하되, 첫번째 에어-나이프 (K1)내지 다섯번째 에어-나이프(K5)의 공기 분출구(N)에서 분출되는 공기의 중심선과 상기 냉각롤 위의 용융 압출 쉬트에 접하는 평면이 이루는 각도(α)가 75도 이하로 되도록 하고, 나머지 에어-나이프에서의 각도(α)는 75도 내지 90도가 되도록 함과 아울러 냉각롤에 접촉하지 않는 표면을 에어-나이프에서 분출되는 공기에 미세 물방울을 1㎏/hr 내지 20㎏/hr의 유량으로 분무시켜 냉각시키는 것을 특징으로 하는 열가소성 쉬트 제조방법
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