KR20020072206A - 합성수지성형물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열팽창성 마이크로캡슐과 기초수지를 거의 균일하게 혼합할 수 있도록 함과 동시에, 금형내에서의 수지성형시에 열팽창성 마이크로캡슐 본래의 팽창율이 얻어지도록 한다. 즉, 열팽창성 마이크로캡슐과 기초수지를 혼합하여 금형내에서 수지성형하는 열팽창성 캡슐을 사용한 합성수지성형물의 제조방법에 있어서, 열팽창성 마이크로캡슐을 열팽창시키지 않는 온도조건하에서 소정의 바인더수지에 의하여 과립화한 다음에 기초수지와 혼합하여 수지를 성형하는 것이다.

Description

합성수지성형물의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING SYNTHETIC RESIN MOLDINGS}

본 발명은 합성수지성형물의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하면, 열팽창성 마이크로캡슐을 사용한 두꺼운 플라스틱성형품의 제조기술에 관한 것이다.

플라스틱성형품은 모든 분야의 상품에 응용되어 공업제품은 물론, 일반 소비생활제품으로서도 대량으로, 또한 저렴하게 시장에 제공되어 생활수준의 향상에 도움이 되고 있다.

이들 플라스틱성형품은, 금속재료에 비하여 저융점이고, 성상(性狀) 등의 제어도 용이하기 때문에, 각종 성형방법에 의하여 성형되고 있다. 특히 그 대부분이 사출성형이나 압출성형에 의하여 제조되고, 일반적으로는 소형·경량화, 게다가 재료비용 등의 면에서 필요 최소한의 두께가 되도록 설계되어 있다.

이에 대하여 일부의 제품에서는, 기능, 성능 또는 디자인 등의 점에서 두껍게 설계하지 않을 수 없는 제품도 있다. 일례로서, 에어컨디셔너의 실외기에 사용되는 프로펠라팬에 있어서는, 풍량의 상승이나 저소음화 등의 송풍성능을 좋게 하기 위하여 두께를 두껍게 하는 것이 도모되고 있다.

그러나 단순히 수지량을 늘려 두께를 두껍게 한 것으로는 중량이 증가하여 재료 비용이 커질 뿐만 아니라, 성형시의 냉각시간도 오래 걸리기 때문에 대부분의 경우, 발포성형기술을 채용하고 있다. 이하에 종래부터 알려져 있는 발포성형방법을 나타낸다.

(1) 화학발포법 ; 화학발포재로서, 아조디카르복실아미드 등을 수지에 혼합 내지는 개어서 성형한다.

(2) 질소가스혼합 사출성형법 ; 성형기의 용융공정(스크류실린더)의 도중에 질소가스를 봉입하여 혼련한 수지재료를 금형내로 고속 사출한다.

(3) 가스 어시스트법 ; 사출성형기의 노즐 또는 금형의 캐비티 코어로부터 질소가스를 사출충전의 도중에 주입하여 성형품의 두께가 두꺼운 부분에 중공부를 형성한다.

(4) 코어 백 프로세스법 ; 금형의 캐비티에 미리 설치한 가동코어를 사출시에 전진시켜 놓고, 수지재료가 충전된 후에 가스를 주입하면서 코어를 후퇴시킴으로써, 중공구조의 두께가 두꺼운 부분을 성형한다.

(5) 열팽창성 마이크로캡슐법 ; 열팽창성 마이크로캡슐을 수지[기초수지 (base resin)]에 혼합하여 금형내에서 발포시킨다. 이 경우 열팽창성 마이크로캡슐은 미세 분말(입자지름 0.2 내지 0.3mm 정도)로서, 수지펠릿과 함께 사출성형기에 투입하여도 수지펠릿과 분리되기 쉽기 때문에 열팽창성 마이크로캡슐을 미리 고농도로 이겨 넣은 마스터배치(masterbatch)를 제작하여 기초수지와 혼합하도록 하고 있다(마스터배치법).

그러나, 상기 (1) 내지 (5)의 성형방법에는, 이하와 같은 과제가 있다. 즉, (1) 또는 (2)의 성형방법을 사용하여 제작된 발포성형제품은 표면에 스월마크라 불리우는 소용돌이형상의 패턴이 형성되기 쉬워 제품의 외관성에 문제가 생기는 일이 많다.

또 상기 (3) 및 (4)의 성형방법은, 두께가 얇은 부분에는 발포효과가 없고, 두께가 두꺼운 구조의 부분에 집중적으로 보이드(공극)로서의 중공부가 다수 발생하는 경향에 있기 때문에 발포조건의 제어가 어렵고, 금형설계 등에 숙련을 필요로 한다. 그 뿐만 아니라, 프로펠라팬과 같은 회전체에서는 각 블레이드의 균일한 중량 균형을 취하는 것이 매우 어렵다.

이에 대하여, 상기 (5)의 열팽창성 마이크로캡슐법에 의하면, 스월마크가 거의 발생하지 않고, 또 두께가 두꺼운 구조의 부분에 보이드가 집중하는 일도 없으며, 나아가서는 기초수지에 마스터배치를 섞어 넣는 것만으로 간단하게 발포성형할 수 있다는 이점이 있으나, 여전히 해결해야 할 과제가 남겨져 있다.

즉, 열팽창성 마이크로캡슐을 마스터배치화할 때에 열이력(heat history)이 가해지기 때문에 성형전에 예비팽창(pre-expansion)을 일으켜 버려, 그 결과 제품성형시의 팽창율이 원래 얻어져야만 하는 팽창율보다도 낮은 것이 된다.

본 발명에 의하면, 열팽창성 마이크로캡슐이 가지는 원래의 팽창율을 금형내에서의 수지성형시에 충분히 발휘시킬 수 있다.

그 때문에 본 발명은 열팽창성 마이크로캡슐과 기초수지를 혼합하여 금형내에서 수지성형하는 열팽창성 캡슐을 사용한 합성수지 성형물의 제조방법에 있어서, 상기 열팽창성 마이크로캡슐을 열팽창시키지 않는 온도조건하에서 소정의 바인더수지에 의하여 과립화한 다음에 상기 기초수지와 혼합하여 수지성형하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 열팽창성 마이크로캡슐이 그 팽창온도 이상의 열이력을 받는 일없이(즉, 예비팽창하지 않고) 과립화되기 때문에 금형내에서의 수지성형시에 원래의 팽창율이 얻어지게 된다.

열팽창성 마이크로캡슐에는 예를 들면 저비점 액체탄화수소 등의 유기용제가 포함되어 있으나, 그것을 팽창시키지 않도록 하는 것과, 바인더수지의 결합작용 등을 감안하여 과립화공정은 80 내지 120℃의 온도범위에서 행하여지는 것이 바람직하다.

기초수지(지름 2 내지 3mm, 길이 3 내지 5mm 정도)와의 혼합성을 양호하게 하기위해서는, 열팽창성 마이크로캡슐의 과립화된 상태에서의 평균 입자지름이 7(입자지름, 약 2870㎛) 내지 100 메시(입자지름, 약 140㎛)인 것이 바람직하다. 또한 상기 과립화공정에서 필요에 따라 내후제(耐候劑)나 안료를 혼합할 수 있다.

또 기초수지는 저온도 성형이 가능하고, 성형시에 열팽창성 마이크로캡슐이 파괴되지 않도록 하기 위하여 멜트플로우레이트(MFR ; Melt Flow Raxe))가 30 내지 90g/10min인 올레핀계 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

수지성형할 때, 기초수지와 과립화된 열팽창성 마이크로캡슐의 혼합물을 사출성형기의 호퍼에 투입하여도 좋으나, 가능한 한 열팽창성 마이크로캡슐의 예비팽창을 방지하는 의미에서 과립화된 열팽창성 마이크로캡슐을 사출성형기의 실린더의 중간에 설치되어 있는 벤트포트로부터 투입하는 것이 바람직하다.

또 2재질 성형에 있어서는, 그 코어가 되는 재료에 과립화된 열팽창성 마이크로캡슐을 혼합한 리사이클수지를 사용하는 것이 바람직하고, 이것에 의하면, 보다 저렴한 재료로 품질이 좋은 제품이 얻어진다.

본 발명에서는 열팽창성 마이크로캡슐의 과립물을 기초수지에 혼합하여 금형내에서 수지성형을 행한다. 이 실시형태에서의 성형대상물은 에어컨디셔너 실외기용의 두께가 두꺼운 프로펠라팬이다.

기초수지로는 열가소성 수지가 사용되나, 열팽창성 마이크로캡슐이 파괴되지않도록 하기 위하여 멜트플로우레이트(MFR)가 중시된다. 바람직하게는 MFR이 30 내지 90g/10min 이고, 저온성형이 가능한 올레핀계 수지가 채용된다.

이것에 의하면, 높은 유동성과 점성에 의하여 열팽창성 마이크로캡슐의 외피를 파괴하지 않고 기초수지와 확실하게 섞을 수 있다. 적합한 기초수지의 일례로서 이데미쯔석유화학사 제품의 폴리프로필렌J-6083HP (MFR : 60g/10min)를 들 수 있다.

또 2재질성형(샌드위치성형)을 행하는 경우에 있어서는, 그 코어가 되는 재료로 리사이클된 폴리프로필렌 등을 사용함으로써 필요성상을 확보하면서 저비용으로 환경에도 배려한 성형품이 얻어진다.

열팽창성 마이크로캡슐은, 예를 들면 저비점 액체탄화수소를 아크릴계 수지로 코팅한 것으로 이루어진다. 평균 입자지름이 20 내지 35㎛, 팽창율이 외경비로 3 내지 5배, 체적팽창비로 30 내지 60배 정도, 팽창온도 180℃ 전후의 것이 바람직하게 채용되고, 이 실시형태에서는 마쯔모토유지제약사 제품의 열팽창성 마이크로캡슐 F-100D, F-110D를 채용하였다.

이 열팽창성 마이크로캡슐을, 예를 들면 쥬와화학사 제품의 MC 착색가공용 오토메이션으로 바인더수지와 혼합함으로써, 평균 입자지름이 7(약 2870㎛) 내지 100 메시(약 140㎛)정도의 과립형상으로 입자를 조절할 수 있다.

이 과립화에 사용되는 바인더수지는 폴리프로필렌분말(예를 들면, 아사히화성사 제품 M-1500) 등이 적합하다. 사용하는 바인더수지에 따라서는 상온에서 과립화할 수 있으나, 과립화할 때에 가열을 필요로 하는 경우에는 열팽창성 마이크로캡슐이 팽창을 개시하는 온도 이하인 80 내지 120℃의 온도범위로 하는 것이 바람직하다.

다음에 이 열팽창성 마이크로캡슐의 과립과 기초수지를 혼합하여 사출성형기에 투입하여 두께가 두꺼운 프로펠라팬의 성형을 행하였기 때문에, 이에 대하여 설명한다. 사출성형기로는 통상의 사출성형기를 사용하였다. 실린더온도는 통상의 수지의 용융온도보다도 약간 낮추어 열팽창 캡슐이 피크팽창을 나타내는 온도 180℃ 부근으로 설정하였다.

금형은 두께범위 5mm 이상 30mm 정도의 두께 성형품용의 것을 사용하고, 사출시의 금형온도는 20 내지 30℃ 정도의 비교적 저온도로 설정하였다. 사출은 가능한 한 고속으로 단숨에 금형내에 수지충전이 완료되도록 하고, 유지압시간은 거의 걸리지 않아 캡슐이 파괴되지 않도록 압력을 조정하여 팽창을 방해하지 않도록 하였다.

재료의 용융가소화 계량에 있어서는, 실린더의 회전을 통상과 동일한 정도이거나 약간 낮추어 설정하고, 다시 배압(背壓)을 적절하게 억제하여 실린더내에서도 팽창을 가능한 한 억제하도록 하였다.

또한 열팽창성 마이크로캡슐의 예비팽창(사전팽창)을 더욱 억제하기 위해서는, 열팽창성 마이크로캡슐의 과립을 사출성형기의 실린더의 중간에 설치된 벤트포트로부터 투입하는 것이 바람직하다. 이에 의하면, 열팽창성 마이크로캡슐에 사출성형의 직전까지 열이력을 거의 주지 않고 혼합할 수 있다.

이와 같이 하여 두께가 두꺼운 프로펠라팬을 제작한 바, 다음과 같은 효과가 얻어졌다. 즉, 열팽창성 마이크로캡슐이 기초수지내에서 균등하게 팽창함으로써, 저밀도 경량화가 도모되어, 모터에 관한 부하가 경감된다. 그 결과 소요마력을 내릴 수 있어 모터샤프트 및 베어링에 관한 부하도 저감된다.

또 통상의 발포성형에서는, 표면에 다소의 스월마크가 발현되어 외관이 손상되나, 이 팽창성형에 의하면 스킨층에는 평활성이 있어 솔리드성형품과 동등한 윤기가 있는 양호한 외표면이 얻어져 상품가치가 높아진다.

또한 팽창율의 제어가 용이하기 때문에 수지의 냉각수축에 따르는 수축캐비티 (싱크마크)의 발생이 없어 프로펠라팬의 3차원 곡면형상을 정확하게 표현할 수 있다.

사용하는 수지중량이 적어도 되기 때문에, 금형내에서 냉각하는 열용량이 적어도 되고, 또 팽창한 재료가 금형의 캐비티면에 강하게 가압되기 때문에, 금형에 대한 전열이 양호하여 냉각이 더욱 가속된다. 이에 의하여 냉각시간의 단축과, 사이클타임을 짧게 할 수 있다.

열팽창성 마이크로캡슐을 마스터배치화하는 것과 비교하여 열팽창성 마이크로캡슐이 열이력에 의해 예비팽창을 받고 있지 않기 때문에 기초수지에 대한 첨가량이 적어도 된다.

덧붙여 말하면, 마스터배치제법에서는 연질의 엘라스토머를 이용하여 열팽창성 마이크로캡슐을 펠릿화하기 때문에, 적어도 120℃ 이상의 가열이 필요하고, 이에 의하여 얼마간의 사전팽창이 일어난다. 또 엘라스토머를 포함하기 때문에, 기초수지의 물성을 손상시킬 염려도 있으나, 본 발명에 의하면 이와 같은 문제는 생기지 않는다.

또한 본 발명은 상기한 두께가 두꺼운 프로펠라팬뿐만 아니라, 예를 들면 의자 등의 팔걸이, 자동차의 도어핸들, 냉장고 등의 손잡이나 두꺼운 구두창 등의 제조에도 적용 가능하다.

이상, 본 발명을 구체적인 형태에 의하여 상세하게 설명하였으나, 특허청구범위에 기재한 본 발명의 범위에는 상기 내용을 이해한 당업자가 용이하게 이룰 수 있는 변경, 개변 및 균등기술이 포함되어 있어야만 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 열팽창성 마이크로캡슐과 기초수지를 혼합하여 금형내에서 수지성형하는 열팽창성 캡슐을 사용한 합성수지성형물의 제조방법에 있어서, 열팽창성 마이크로캡슐을 열팽창시키지 않는 온도조건하에서 소정의 바인더수지에 의해 과립화한 다음에 기초수지와 혼합하여 수지성형하도록 함으로써, 열팽창성 마이크로캡슐과 기초수지를 거의 균일하게 혼합할 수 있고, 또 열팽창성 마이크로캡슐이 열이력을 받지 않고 과립화되기 때문에 금형내에서의 수지성형시에 원래의 팽창율이 얻어지게 된다.

Claims (8)

1. 열팽창성 마이크로캡슐과 기초수지를 혼합하여 금형내에서 수지성형하는 열팽창성 캡슐을 사용한 합성수지성형물의 제조방법에 있어서,

   상기 열팽창성 마이크로캡슐을 열팽창시키지 않는 온도조건하에서 소정의 바인더수지에 의하여 과립화한 다음에, 상기 기초수지와 혼합하여 수지성형하는 것을 특징으로 하는 합성수지성형물의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 온도조건이 80 내지 120℃의 온도범위인 것을 특징으로 하는 합성수지성형물의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 열팽창성 마이크로캡슐의 과립화상태에서의 평균 입자지름이 7 내지 100 메시인 것을 특징으로 하는 합성수지성형물의 제조방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 열팽창성 마이크로캡슐은 소정의 내후제와 함께 과립화되는 것을 특징으로 하는 합성수지성형물의 제조방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 열팽창성 마이크로캡슐은 소정의 안료와 함께 과립화되는 것을 특징으로 하는 합성수지성형물의 제조방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기초수지로서, 멜트플로우레이트(MFR)가 30 내지 90g/10min인 올레핀계 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 합성수지성형물의 제조방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기초수지를 사출성형기로 금형내로 사출함에 있어서, 상기 과립화된 열팽창성 마이크로캡슐을 상기 사출성형기의 실린더의 중간에 설치되는 벤트포트로부터 투입하는 것을 특징으로 하는 합성수지성형물의 제조방법.
8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   2재질성형에 있어서, 그 코어가 되는 재료로 상기 과립화된 열팽창성 마이크로캡슐이 혼합된 리사이클수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 합성수지성형물의 제조방법.