KR20010070864A - 동방향 회전식 2축 압출기를 이용한 선목분건조 후용융수지 혼합 압출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압출기에 투입된 미건조 목분이 용융 수지 혼합부를 향해 이송되면서 건조되고, 이후 용융 수지와의 혼합 압출과정에서 목분의 탄화를 억제하여 양질의 건조 목분을 얻은 다음에 용융 수지를 효율적으로 혼련하여 목분과 수지가 균등하게 분포되어 제색깔을 띈 양질의 목분-수지 혼합 압출물을 얻을 수 있는 선목분건조 후용융 수지 혼합 압출방법을 제공하기 위한 것으로서, 제1 압출기와 동축선상에 설치된 제2 압출기로 이루어진 통상의 동방향 회전식 2축 압출기에 있어서, 상기 제1 압출기를 이용하여 미건조 목분을 건조한 건조 목분과 제2 압출기에서 용융된 수지를 혼합하여 압출하는 것을 특징으로 하는 선목분건조 후용융 수지 혼합 압출방법을 제공한다.

Description

동방향 회전식 2축 압출기를 이용한 선목분건조 후용융 수지 혼합 압출방법{Resin blend-extruding method with pre-woodpowder drying and after-fusing}

본 발명은 목분에 용융 수지를 혼련하여 건축재, 가구재를 비롯한 각종 성형물용 콤파운드로 유용한 목분-수지를 분산 혼합하여 압출하는 혼합 압출방법과 그 장치에 관한 것이며, 압출기에 투입된 목분이 용융 수지 혼합부를 향해 이송되면서 건조될 때의 효과적 탄화방지와, 건조 목분과 용융 수지와의 혼합 효율성을 높여 목분과 수지의 분포도가 균일하고 제색깔을 지닌 양질의 목분-수지 압출물을 얻기 위한 선목분건조 후용융 수지 혼합 압출방법에 관한 것이다.

압출기 중에는 2축 혼합 압출기가 있다. 이 압출기가 출현될 당시만 하더라도 콤파운드는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌에 필러나 글래스 화이버를 혼련·분산시키고, 스트랜드 컷 펠릿을 얻는 정도의 것이 일반적이었다. 그러나 플라스틱공업의 발전에 따라 제품 품질의 고도화, 원가절감이 요구되어 플라스틱재료의 다양화, 복합화가 진행되고, 이에 따라 제조공정의 개발 및 공정합리화가 활발히 추진되어 왔다.

2축 혼련압출기에서의 리사이클 기술로써, 폐아크릴수지를 동방향 회전식 2축 혼련 압출기내에서 열분해하고. 가스화시킨 모노머로 재이용하는 케미컬 리사이클도 선을 뵌 적이 있으며, 석탄재를 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등에 혼련 분산시키는 기술도 확립되어 있다.

그 후로 주목되는 기술은 목재를 가공할 때 대량 배출되는 목분을 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 범용 수지와 혼련하는 기술이다. 이것은 지금까지 주로 염화비닐수지 등이 목분과 혼련 압출할 때 환경문제 등을 유발함에 따라 그 대체필요성이 강하게 대두됨으로서 이에 대응하기 위한 노력의 일환이다.

필러 콤파운드에 있어서, 미립자상의 필러를 사용하면 충격강도, 휨탄성의 물성치가 상승한다. 목분도 마찬가지다. 그러나 미립자상의 목분은 압출기에 투입하기 곤란하고 생산능력은 저하된다. 또, 폴리머에의 목분의 균일 분산도 요구된다. 따라서 대량 토출이 가능하고 분산 배합성능이 우수한 고성능 압출기가 필요하다.

목분 콤파운드를 사용한 성형품은 50% 이상 목분이 혼입된 것은 나무로 본다. 목재 대용의 건축재, 가구재, 가전 제품 등으로 용도가 광범위하다.

이러한 목분-용융 수지 동방향 회전식 2축 혼련 압출기는 도 1에 예시한 바와 같이 제1 압출기(1)에 폴리머(3)를 투입 용융하여 이송하고 제2 압출기(2)에서 목분(4)을 투입하여 용융 수지와 혼련 압출하게 되어 있다. 이 압출기에 투입하는 목분은 함수율 3% 로 건조시킨 것이다. 이것을 선용융수지 후목분 혼련 압출방식이다.

목분은 건조기 또는 슈퍼 믹서를 사용하여 건조하는 것이 일반적이다. 건조된 목분을 사용해야 하는 이유는 함수율이 8% 이상되는 목분을 용융 수지와 혼련하여 압출성형 또는 콤파운드화할 때 벤트 업과 발포현상을 방지하기 위해서 필요하기 때문이다.

목분 건조용 건조기는 비용도 막대하고 폭발위험도 있다. 또, 슈퍼 믹서는임펠러의 고속회전으로 얻어지는 열에너지를 이용하여 함수율 1% 이하로 건조하는데, 건조가 더디고 제한된 용량으로 시간당 목분 처리량이 적어 능률이 낮다.

또, 상기한 선용융 수지 후목분 혼련 압출기는 목분이 용융 수지에 혼련되어 스크류에 의해 가압과 감압 및 가압과정을 거치는 동안 목분의 탄화와, 목분과 수지의 혼련이 비효율적이라는 문제점을 안고 있다.

용융 수지와 목분이 섞이기 시작한 때부터 압출될 때까지의 경로가 길어서 많은 열을 받기 때문에 탄화가 일어나고, 수지 혼련부내에서 용융 수지가 목분에 골고루 섞이지 않기 때문에 일어나는 현상이다.

탄화된 목분은 목분-수지 콤파운드의 품질저하로 이어져 이것으로 만들어지는 성형품에 염료로 색깔을 내더라도 제색깔이 나지 않고 강도도 낮다.

한편, 특허공보 제91-289호와 같이, 제2 수지를 공급하여 제1 수지와 혼합 압출하는 제2 압출기의 분해 슬리브 삽입부의 압출단을 축선에 대하여 제2 수지 주입구측에서 정반대쪽으로 구배진 경사면을 형성하고, 후단에 복수의 분배공이 방사상으로 천공된 분배 슬리브를 상기 분배 슬리브 삽입부에 삽입시킨 동방향 2축 압출기는 경사면 방향의 잘못된 선정과 분배공 사이의 거리 때문에 제1 수지에 대한 제2 수지의 공급이 원활치 않아 제1,2 수지의 혼합이 비효율적으로 이루어져 양질의 2종 수지 혼합 압출물의 품질유지가 어려웠다.

이 점도 상기 동방향 2축 압출기가 목분-수지 혼합용으로 부적합한 이유의 하나로 지적돼 온 것이다.

본 발명은 압출기에 투입된 목분이 용융 수지 혼합부를 향해 이송되면서 건조될 때 탄화를 억제하여 양질의 건조 목분을 얻은 다음에 용융 수지와 효율적으로 혼련 분산시켜 목분과 수지가 균일하게 분포돼 제색깔을 띈 양질의 목분-수지 혼합 압출물을 얻을 수 있는 선목분건조 후용융수지 혼합 압출방법을 제공하는 것이다.

위의 과제는, 제1 압출기와 동축선상에 설치된 제2 압출기로 이루어진 통상의 동방향 회전식 2축 압출기에 있어서, 상기 제1 압출기를 이용하여 미건조 목분을 건조하고, 건조된 목분을 제2 압출기에서 용융된 수지와 혼합하여 압출할 때 용융 수지의 양을 전반적으로 균일하게 공급하여 효과적으로 혼련 분산시켜 압출하는 것을 특징으로 하는 선목분건조 후용융 수지 혼합 압출방법에 의해 달성할 수 있다.

도 1은 종래의 동방향 회전식 2축 압출기의 개략적 종단면도

도 2는 본 발명에 의한 동방향 회전식 2축 압출기내의 개략적 종단면도

도 3은 건조 목분-용융 수지 혼합부의 상세도

도 4는 도 3의 A-A선 방향에서 본 건조 목분-용융 수지 혼합부의 측면도

도 5는 다른 실시예에 의한 목분-용융 수지 혼합부의 단면도

도 6은 또다른 실시에에 의한 목분-용융 수지 혼합부의 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1 압출기 11 : 스크류

12 : 목분 건조구간 12a : 1차 가압구간

12b : 감압구간 12c : 2차 가압구간

20 : 제2 압출기 21 : 수지 공급 실린더

21a: 내측면 22 : 수지 주입구

23 : 수지 공급유도홈 23a : 초입부

23b : 정반대 쪽 23c : 수지 유도면

도 2에서, 제1 압출기(10)는 미건조 목분을 투입하여 동방향 회전식 2축 이송 스크류(11)에 의해 용융 수지 혼합부로 압송하면서 함수율 3-4% 정도가 되도록 건조시키는 것이다.

이송 스크류(11)는 미건조 목분을 건조하는 목분 건조구간(12), 건조된 목분과 후에 투입되는 용융 수지를 섞어주는 목분-용융 수지 혼합구간(13), 그리고 목분과 용융 수지 혼련 압출구간(14)으로 나뉜다.

목분 건조구간(12)은 다시 나선익의 피치가 작아 투입된 목분을 1차 로 압축시키는 가압구간(12a), 가압구간(12a) 직후에서 압축된 목분을 감압시켜 압송 밀도를 낮춰주는 감압구간(12b), 감압구간(12b) 직후에 위치한 제2 가압구간(12c)으로 세분되어 있다.

이와 같이 목분 건조구간(12)을 1차 가압과 감압 및 2차 가압구간으로 세분화한 것은 목분에 함유되어 있는 수분이 고온분위기하에서 진공압 30∼75barr로 유지되는 감압구간(12b)을 통과하면서 1차 가압구간(12a)에서 압축된 목분을 감압시켜 목분의 수분이 증기로 변하도록 유도한 후 감압구간(12b)의 제1 실린더(10)상에 천공된 진공 배출부(17)를 통해 신속히 배출하여 효율적 건조와 함께 건조과정에서의 목분의 탄화를 효과적으로 방지하고, 그런 후에 수지 공급부에서 공급되는 용융 수지와 압밀 혼합이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

목분 건조구간(12)의 초입에는 미건조 목분을 투입하기 위한 목분 투입구(15)가 천공되어 있으며, 이곳을 통하여 별도의 목분 공급장치(16)로 함수율이 높은 미건조 목분을 일정하게 공급하게 된다. 미건조 목분은 함수율 8% 이상의 것을 말한다. 실린더(10) 내에서 이같이 함수율이 높은 습목분을 건조하려면 실린더(10)와 이송 스크류(11)의 장척화가 불가피하므로 제조원가가 상승하고 설치장소도 많이 차지하는 등 여러 모로 비합리적이다.

제1 압출기(10)의 중단에 제2 압출기(20)를 설치한다. 제2 압출기(20)는 폴리머를 투입하여 용융시킨 수지를 수지 공급 실린더(21)에 강제 주입하여 건조돼 온 목분에 혼합하는 것으로, 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이, 수지 공급 실린더(21)의 내측면(21a)에는 수지 공급 실린더(21)의 내공 윤곽을 따라 폐쇄형 수지 공급유도홈(23)이 형성되어 있다.

상기 수지 공급유도홈(23)의 구조적 특징은 그 수지 유도면(23c)을 수지 주입구(22)에 연결된 초입부(23a)는 용적이 작고 수지 주입구(22)의 정반대 쪽(23b)은 용적이 넓게 형성된 점이다. 이와 같이 수지 유도홈(23)의 수지 유도면(23c) 용적을 초입부(23a)와 정반대 쪽(23b)으로 차등화한 것은 수지 주입구(22)를 거쳐 실린더(24) 내부로 유입되는 용융 수지가 건조 목분과 혼합되기에 앞서 유입초기에는 용융 수지의 밀도가 일시적으로 높아졌다가 용적이 점차 넓은 쪽으로 퍼지는 과정에서 일종의 감압분위기를 조장, 용융 수지의 흐름을 원활히 함으로서 일정한 압력에 의해 용융 수지의 분산성을 높여 정반대 쪽(23b)에도 충분한 양의 용융 수지가 일정하게 공급되어 목분과 용융 수지가 전반적으로 균일하게 혼합되도록 유도하는 데 절대적으로 기여하기 위함이다.

상기의 목적을 달성하는 데는 여러 가지 수단을 강구할 수 있다. 그 첫 번째 수단은, 수지 공급유도홈(23)의 초입부(23a)에서 정반대 쪽(23b)으로 용적이 늘어나게 역구배를 주는 것이다. 두 번째 수단은 수지 공급유도홈(23)의 정반대 쪽(23b)의 용적을 길이 또는 폭 확장으로 동일한 목적을 달성하는 것이다. 이 방법에는 두 가지가 있다. 도 5와 같이 수지 공급유도홈(23)의 정반대 쪽(23b)의 길이를 늘려 용융 수지의 공급용적을 확장하는 방법이 그 하나이고, 도 6과 같이 수지 공급유도홈(23)의 수지 공급유도홈(23)의 정반대 쪽(23b)의 폭을 확장하여 용융 수지의 공급용적을 늘리는 것이다.

어느 방법을 택하든 수지 유도홈(23)을 거쳐 공급되는 용융 수지는 앞 공정에서 건조돼 온 목분을 에워싸듯이 실린더 내부(24)로 균일하게 공급되어 목분과의혼합이 고효율 고능률적으로 이루어지게 되는 것이다.

다시 도 2에서, 실린더에 외장품으로 장치된 전기히터를 가동한 가운데 제1 압출기(10)의 목분 투입구(15)로 미건조 목분을 투입하면 이미 가동중이던 동방향 회전식 2축 스크류(11)에 의하여 제2 압출기(20)의 수지주입구(22)를 향해 압송된다.

이 과정에서 목분이 가압구간(12a)을 통과할 때 압축되고, 그 후 고온 진공분위기로 유지되는 감압구간(12b)을 거치는 동안 분산되면서 진공 배출부(17)를 통하여 증기가 제거됨에 따라 건조된다. 감압구간(12b)이 비진공상태이면 진공 배출부(17)측에서 작용하는 진공압에 목분이 빨려나가는 바람직스럽지 못한 사태가 발생한다. 이런 일이 일어나지 않게 하려면 목분 건조구간(12)은 반드시 진공 분위기로 유지되어야 한다.

이 과정을 거쳐 건조된 목분은 제2 가압구간(12c)에서 다시 압축되어 용융 수지 공급 실린더(21)로 압송된다. 건조된 목분의 밀도가 낮으면 용융 수지와의 혼합이 제대로 이루어지지 않는다. 함수율 8% 이상의 미건조 목분이 건조구간(12)을 통과하면 그 함수율은 3% 이하로 크게 낮아진다. 건조 목분의 함수율이 3%로 유지되어야 하는 까닭은 용융 수지와 혼련 분산되는 과정에서 목분의 탄화를 방지하는데 반드시 필요하기 때문이다.

이후 적어도 1곳 이상의 진공 벤트부(19a,b)에서 목분에 남아있는 미량의 수분이 제거된다. 도면부호 (18)은 자연벤트부이다.

제2 압출기(20)는 투입된 폴리머를 용융시켜 수지 공급 실린더(21)로 공급해건조 목분과 혼련 분산시키는 공정이 이루어진다. 용융 수지는 수지 주입구(22)를 거쳐 수지 유도홈(23)으로 진입한다.

그 후 용융 수지는 폭이 점차 넓어지는 수지 유도홈(23)을 따라 퍼지면서 띠상 용융 수지로 유입되고 정반대 쪽(23b)에 까지 꽉 들어차면 관상 용융 수지화한다. 이러면서 건조돼 온 목분에 이것을 에워싸듯이 섞인다.

용융 수지의 온도는 건조된 목분의 온도 보다도 높다. 이 둘의 온도는 용융 수지와 혼합되면서 중간 온도를 띈다. 이것을 종전의 용융 수지-미건조 목분 동시 투입 후 건조 압출하던 방법과 비교하면 목분의 온도가 낮아서 목분의 탄화가 방지되는 중요한 또 하나의 단서다.

목분과 용융 수지가 섞인 후 목분-수지 혼합구간(13)에서 균일하게 혼합되고, 혼련 압출구간(14)을 거치면서 혼련 분산되다가 압출된다.

이상 설명한대로 본 발명은 동방향 회전식 2축 압출기의 제1 압출기에 의한 선목분건조와 제2 압출기에 의한 후용융수지 혼합방식은 미건조 목분을 자체 건조하면서 목분의 탄화를 방지하여 신속하고도 고효율 고능률적으로 양질의 혼합 압출물을 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 제1 압출기와 동축선상에 설치된 제2 압출기로 이루어진 통상의 동방향 회전식 2축 압출기에 있어서, 상기 제1 압출기를 이용하여 미건조 목분을 선건조하고, 선건조된 목분과 제2 압출기의 수지 공급유도홈을 통하여 공급되는 용융된 수지와 균일하게 혼련 분산시켜 목분에 잔류하는 미량의 수분을 진공벤트부에서 탈휘하여 압출하는 것을 특징으로 하는 동방향 회전식 2축 압출기를 이용한 선목분건조 후용융 수지 혼합 압출방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 수지 공급유도홈은 수지 주입구의 초입부보다도 정반대 쪽의 용융 수지의 공급량을 늘려 건조 목분과 용융 수지가 균일하게 혼련되도록 한 동방향 회전식 2축 압출기를 이용한 선목분건조 후용융 수지 혼합 압출방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 정반대 쪽의 용융 수지의 공급량을 늘리는 수단으로서 수지 공급유도면을, 수지 공급유도홈의 초입부에서 정반대 쪽으로 점차 넓어지게 구배지게 하는 동방향 회전식 2축 압출기를 이용한 선목분건조 후용융 수지 혼합 압출방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 정반대 쪽의 용융 수지의 공급량을 늘리는 수단으로서 수지 유도면을, 수지 공급유도홈의 초입부에서 정반대 쪽에 위치하는 부분의 용적만을 확장한 동방향 회전식 2축 압출기를 이용한 선목분건조 후용융 수지 혼합 압출방법.