KR20010028546A - 합성수지 건조 시스템 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 건조 시스템에 관한 것으로 특히, 플라스틱 제품을 성형하기에 앞서 그 원료가 되는 합성수지 비드, 펠렛이나 파우더로부터 수분을 제거하는 합성수지 건조 시스템 및 이의 사용방법에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

본 발명의 목적은 플라스틱제품 성형용 합성수지로부터 수분을 빠른 시간내에 고효율로 제거하는 시스템을 제공하는 것이다.

3. 발명의 해결방법의 요지

상부에 제습시키고자 하는 합성수지를 투입하는 투입구(11)와 하부에 제습된 합성수지를 성형기로 배출하는 배출구(12)가 있고, 그 내부에 합성수지 원료를 교반하는 교반 스크루(13)가 장착된 건조호퍼(14)와; 마이크로파를 발생시켜 건조호퍼 하부와 연통된 마이크로파 유도관(15)을 통하여 건조호퍼에 충진된 합성수지에 마이크로파를 조사하는 마그네트론(16)과; 건조호퍼 상부에 연결된 합성수지 투입구(11)에 연결되어 주기적으로 건조호퍼 내에서 발생된 수증기 및 공기를 빨아내는 진공펌프(17)로 이루어지는 합성수지 건조 시스템.

Description

합성수지 건조 시스템{Drying System for Polymer Processing}

본 발명은 건조 시스템에 관한 것으로 특히, 사출성형이나 압출성형 또는 블로우 몰딩 등에 의하여 플라스틱 제품을 성형하기에 앞서 그 원료가 되는 합성수지 비드, 펠렛이나 파우더로부터 수분을 제거하는 합성수지 건조 시스템 및 이의 사용방법에 관한 것이다.

합성수지는 사출성형(transfer molding), 압출성형(injection molding), 블로우 몰딩(blow molding) 또는 칼렌더링(calendering) 등의 공정을 통하여 제품으로 성형되는데 비드(bead), 펠렛(pellet) 또는 파우더의 형태로 제조되어 사용된다. 그런데 수분이 함유되어 있는 경우 성형된 제품에 기포가 생기거나 치수불량이 유발되거나 표면 스모그 현상이 발생되는 등 불량의 원인이 된다.

그리하여, 성형하기 전에 합성수지 비드 등으로부터 수분을 제거해야 하는데 가장 손쉬운 수분제거 방법은 합성수지를 건조호퍼(drying hopper)에 채우고 단순히 가열된 공기를 불어 넣는 것이다. 그러나, 이 방법에 의하면 대기의 습도에 따라 수분 제거율이 달라지기 때문에 공정제어가 어렵고 공기가 과열되는 경우에는 합성수지가 변성되거나 열변형될 우려가 있으며 무엇보다도 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 또한, 건조호퍼 내에 열풍을 불어넣을 때 분체나 입자층 내의 공기흐름의 특성상 채널링(channeling) 현상이 일어나는 경우 균일한 건조를 기대하기 어려운 단점이 있다.

이상과 같은 단점을 극복하기 위한 방법으로는 공기를 미리 냉각기 및/또는 제습제층을 통과시켜 수분을 제거한 후 가열하여 건조호퍼에 불어넣는 방법이 제시되고 있다. 이와 같이 냉각기와 제습제층을 통하여 공기를 미리 건조시킨 후, 공기를 가열하여 건조호퍼에 불어넣는 공정은 단위 유닛트의 배열에 따라 여러 가지로 구성할 수 있는데 일실시예를 제2도에 도시하였다.

제2도는 공기를 냉각기와 제습제층을 차례로 통과시켜 제습시킨 후 가열하여 건조호퍼에 불어넣는 시스템인데 합성수지로부터 수분이 제거되는 원리를 공기의 흐름을 따라가며 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

건조호퍼(21)를 통과하면서 수분을 함유하게 된 공기는 냉각기(22)를 통과하면서 냉각되어 함유된 수분의 일부가 응축되어 제거되고 이어서 제습제 충전탑(23)을 통과하면서 나머지 수분이 제거된다. 그리하여 수분이 완전히 제거된 공기는 건조히터(25)를 통과하면서 가열된 후, 건조호퍼(21)에 투입되어 충진된 합성수지를 건조시키게 된다. 한편, 수분이 맘이 흡착되어 더 이상 제습 능력이 없어진 제습제층(24)은 별도의 재생히터(26)를 통하여 가열된 공기를 불어넣으므로써 흡착된 수분이 제거되어 재생되며, 2개의 제습제 충전탑(23,24)은 교대로 사용된다.

제2도에서 실선은 제습제 충전탑 23에서 제습이 이루어질 때의 공기의 흐름이고, 점선은 제습제 충전탑 23에서 제습이 이루어질 때의 공기의 흐름이다.

그러나, 이러한 시스템에 의하면 대기의 습도에 따라 수분 제거율이 달라지는 단점은 제거되나 냉각기와 제습제 충전탑이 추가되고 주기적으로 제습제에 흡착된 수분을 제거하는 재생공정을 거쳐야 하기 때문에 장치가 복잡해지고 비싸지는 단점이 새로이 대두된다.

본 발명의 목적은 플라스틱제품 성형용 합성수지로부터 수분을 빠른 시간내에 고효율로 제거하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 플라스틱제품 성형용 합성수지로부터 수분을 효율적으로 제거하기 위한 상기 수분제거 시스템의 사용방법을 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명의 합성수지 건조 시스템의 개요도이다

제2도는 종래의 합성수지 건조 시스템의 개념도이다

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

11: 원료 투입구 12: 원료 배출구 13: 교반 스크루

14: 건조호퍼 15: 마이크로파 유도관 16: 마그네트론

17: 진공펌프 18: 모터 21: 건조호퍼

22: 냉각기 23,24: 제습제 충전탑 25: 건조히터

26: 재생히터 27: 블로어

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은 제1도에 도시한 바와 같이 상부에 제습시키고자 하는 합성수지를 투입하는 투입구(11)와 하부에 제습된 합성수지를 성형기로 배출하는 배출구(12)가 있고, 그 내부에 합성수지 원료를 교반하는 교반 스크루(13)가 장착된 건조호퍼(14)와;

마이크로파를 발생시켜 건조호퍼 하부와 연통된 마이크로파 유도관(15)을 통하여 건조호퍼에 충진된 합성수지에 마이크로파를 조사하는 마그네트론(16)과;

건조호퍼 상부에 연결된 합성수지 투입구(11)에 연결되어 주기적으로 건조호퍼 내에서 발생된 수증기 및 공기를 빨아내는 진공펌프(17)로 이루어지며, 마그네트론에 의하여 마이크로파를 발생시켜 건조호퍼에 충전된 합성수지 원료에 조사하므로써 합성수지 원료에 함유된 수분을 증발시키고, 증발된 수증기를 진공펌프로 건조호퍼 내의 공기와 함께 외부로 배출시키므로써 합성수지 원료로부터 수분을 제거되도록 하는 것을 특징으로 한다.

여기에서 건조호퍼의 상부에 설치된 합성수지 투입구(11)는 진공펌프를 연결하여 원료투입후에는 진공라인(vacuum line)으로 사용할 수도 있고 진공라인을 별도로 설치할 수도 있다.

제습된 합성수지를 배출하는 배출구(12)는 성형기(미도시)로 직접 배출되도록 할 수도 있고 저장용기로 배출시킨 후 성형기에 공급할 수도 있다.

교반 스크루(13)는 마이크로파가 집중적으로 조사되어 국부적으로 온도가 지나치게 높아져 합성수지가 열변성되는 것을 방지하기 의하여 사용하며 주기적으로 합성수지를 교반시키므로써 합성수지 입자 또는 분말에 마이크로파가 고르게 조사되도록 한다.

마그네트론은 조리용 전자렌지의 마그네트론과 마찬가지로 물분자를 진동시켜 열을 발생시키는 마이크로파(2.54giga cycle/sec)를 발생시키며 마그네트론에 의하여 발생된 마이크로파는 난반사되는 특징이 있는데 건조호퍼와 마그네트론 사이에 연통된 마이크로파 유도관(15)을 통하여 건조호퍼에 전달된다.

마이크로파는 상기한 바와 같이 난반사되는 특징이 있는데 마그네트론에서 발생된 마이크로파가 건조호퍼에서 마그네트론으로 되반사되는 경우 마그네트론이 손상되어 수명이 단축되기 때문에 제1도에 도시된 바와 같이 마이크로파 유도관을 굴곡지게 하는 것이 바람직하다.

마이크로파는 마이크로파 유도관 및 건조호퍼의 구조상 특정 부위의 합성수지에 집중될 수 있어 고르게 수분이 제거되지 않게 될 수가 있고 또한, 마이크로파가 물분자를 진동시켜 직접 발열시키기 때문에 수분이 있는 부위의 온도가 급격히 상승한다. 따라서, 적절한 열전달이 이루어지지 않으면 국부적으로 온도가 지나치게 상승하여 합성수지의 열변성을 초래할 수 있다.

이상과 같은 위험을 회피하기 위하여 마그네트론을 작동시켜 합성수지에 마이크로파를 조사하여 수분을 증발시키는 단계(a)와 교반 스크루를 작동시켜 합성수지를 교반하는 단계(b)를 반복한 후, 진공펌프를 작동시켜 건조호퍼 내에 발생된 수증기를 제거한다. 이를테면, 마그네트론을 1∼10초간(a) 작동시키고 0.5∼5초(b)교반하는 것을 반복하여 수분을 증발시킨 후, 감압시켜 수증기를 제거한다.

진공펌프는 건조호퍼 내의 압력이 10 torr 이하, 바람직하게는 2 torr 이하가 될 때까지 작동시킨다.

한 번에 원하는 제습율이 얻어지지 않는 경우, 상기 과정을 원하는 제습율이 얻어질 때까지 수차례 반복할 수 있다.

이상과 같이 마이크로파를 조사하여 수분을 증발시키는 단계(a)와 교반 스크루를 작동시켜 합성수지를 교반하는 단계(b)를 반복하므로써 건조호퍼 내의 특정 위치에 있는 합성수지에 계속하여 마이크로파가 집중적으로 조사되는 것을 피힐 수 있고, 국부적으로 발생된 열이 주위로 전달되는 시간을 확보할 수 있다.

본 발명의 구성 및 효과는 다음 실시예 및 비교예로부터 명확해 질 것이다.

(실시예)

가. 시료 및 구성부분의 규격

제1도에 도시된 시스템을 이용하여 합성수지 내의 수분을 제거하였으며, 폴리우레탄 비드를 시료로 사용하였으며 건조호퍼의 규격은 42m ×43cm ×47cm인 것을, 마그네트론은 출력이 0.7kW인 것을 사용하였다.

나. 건조 과정 및 제습율

마그네트론 작동시간(a)을 3초, 교반시간(b)을 1.5초로 하여 10회 반복하여 수분을 증발시킨 후, 진공펌프로 2 torr까지 감압시켜 수증기를 제거하는 과정을 2회 반복하였다.

이상과 같은 과정을 통하여 150℃ 오븐에서 3시간 방치하여 제거할 수 있는 수분의 99.995%가 제거되었다.

(비교예)

규격이 42m ×43cm ×47m인 건조호퍼에 실시예에서 사용한 것과 동일한 폴리우레탄 비드를 채우고 서서히 교반하면서 150℃의 공기를 불어넣는 방법으로 건조시켰다.

이상과 같은 과정을 통하여 건조시키면서 30분 간격으로 제습율을 측정한 결과, 각각 30분후에는 l50℃ 오븐에서 3시간 방치하여 제거할 수 있는 수분의 99.0%가, 60분후에는 99.5%가, 180분후에는 99.99%가 제거되었다.

이 때 대기의 온도 및 상대습도는 각각 25℃ 및 70%였다.

이상의 실시예와 비교예를 비교하면 본 발명의 시스템에 의하면 진공펌프 작동시간을 감안하더라도 현격하게 짧은 시간에 높은 제습율을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 마이크로파에 의한 가열이 물분자만 가열시키고, 낮은 압력에서는 물이 낮은 온도에서 기화되기 때문인 것으로 파악된다.

본 발명에 의하면 감압공정시 원료인 합성수지에 흡착된 공기도 함께 제거되므로 성형품 내에 기포가 생기는 확률이 더욱 낮아져 성형품의 불량율이 현저하게 감소되며 종래의 시스템에 비하여 고품질을 요구하는 정밀제품의 성형에 적용할 수 있다.

또한, 마이크로파는 수분만 가열시키기 때문에 상당한 온도로 다량의 공기가 배출되는 종래의 시스템의 에너지 사용량(최소 15kW)에 비하여 전력 사용량(최대 2kW)로 그 사용량이 현격하게 절감되며, 무엇보다도 짧은 시간 내에 수분을 높은 효율로 제거할 수 있으며, 종래 시스템에 비해 소형으로 설치면적이 줄어들고, 유지 보수가 용이해 진다.

Claims (4)

1. 상부에 합성수지 투입구와 하부에 제습된 합성수지 원료를 성형기로 배출하는 배출구가 있고, 그 내부에 합성수지 원료를 교반하는 교반 스크루가 장착된 건조호퍼와;

   마이크로파를 발생시켜 건조호퍼 하부와 연통된 마이크로파 유도관을 통하여 건조호퍼에 충진된 합성수지 원료에 마이크로파를 조사하는 마그네트론과;

   건조호퍼 상부에 연결된 합성수지 투입구에 연결되어 주기적으로 건조호퍼 내에서 발생된 수증기 및 공기를 빨아내는 진공펌프

   로 이루어지며, 마그네트론에 의하여 마이크로파를 발생시켜 건조호퍼에 충전된 합성수지 원료에 조사하므로써 합성수지 원료에 함유된 수분을 증발시키고,

   증발된 수증기를 건조호퍼 내의 공기와 함께 진공펌프로 외부로 배출시키므로써 합성수지 원료로부터 수분을 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는 합성수지 원료 제습 시스템.
2. 제1항에 있어서, 마그네트론에 의하여 발생된 마이크로파를 합성수지 원료에 조사되도록 건조호퍼와 마그네트론 사이에 연통된 마이크로파 유도관이 건조호퍼 내에 조사된 마이크로파가 되반사되어 마그네트론을 손상시키지 않도록 굴곡지게 한 것을 특징으로 하는 합성수지 원료 제습 시스템.
3. 마그네트론을 작동시켜 합성수지에 마이크로파를 조사하여 수분을 증발시키는 단계(a)와 교반 스크루를 작동시켜 합성수지를 교반하는 단계(b)를 반복만 후, 진공펌프를 작동시켜 건조호퍼 내에 발생된 수증기를 제거하는 것을 특징으로 하는 합성수지로부터 수분을 제거하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 마그네트론 작동시간을 1∼10초, 교반시간을 0.5∼5초로 하여 5∼100회 반복하여 작동시킨 후, 진공펌프를 작동시켜 수증기를 제거하는 것을 특징으로 하는 합성수지로부터 수분을 제거하는 방법.