KR20040068255A - 발포성 플라스틱을 가교결합하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발포성 플라스틱을 처리하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 플라스틱은 보다 높은 밀도의 출발 상태로부터 기화제에 의해 발포 공정에서 보다 낮은 밀도의 발포 상태로 변환되며, 이 경우 상기 플라스틱은 발포 공정 전에는 적어도 하나의 제 1 가교제에 의해서 그리고 발포 공정 동안에는 적어도 하나의 제 2 가교제에 의해서 가교결합된다.
Description
종래의 발포성 플라스틱은 일반적으로 기본 중합체, 기화제 및 첨가제로 이루어진다. 플라스틱이 용융되면, 제공된 열에 의해서 기화제가 활성 상태로 되어 플라스틱에 거품이 형성된다. 기타의 첨가제에 대한 예로서는, 발포 플라스틱에 원하는 색을 부여하거나 또는 원하는 탄성을 제공하는 착색제 또는 연화제가 언급된다.
상기 발포성 플라스틱의 단점은, 상기 플라스틱이 발포 공정 동안 중력으로 인해 가라앉음으로써 발포 공정이 등방성으로 진행되지 않는다는 것이다. 발포 공정 전에 플라스틱에 제공된 구조 또는 형상은 일반적으로 상실되는데, 그 이유는 상기 플라스틱의 용융물이 충분히 "안정적이지" 않기 때문이다.
본 발명은 발포성 플라스틱을 처리하기 위한 방법 및 상기 방법에 따라 처리된 플라스틱에 관한 것으로, 상기 방법에서 플라스틱은 보다 높은 밀도의 출발 상태로부터 기화제에 의해 발포 공정에서 보다 낮은 밀도의 발포 상태로 변환된다.
도 1 은 플라스틱부를 방사선에 노출시키기 위한 장치의 측면도이고,
도 2 는 마스크를 통해 플라스틱부를 방사선에 노출시키기 위한 장치의 사시도이며,
도 3 은 성형부에 의해 자동차의 프레임에 배치된, 본 발명에 따른 방법에 따라 처리된 플라스틱 성형부의 사시도이다.
따라서 본 발명의 과제는 상기 문제를 피하거나 완화시키는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 발포 공정 전에는 적어도 하나의 제 1 가교제에 의해서 그리고 발포 공정 동안에는 적어도 하나의 제 2 가교제에 의해서 가교결합되는 플라스틱에 의해 해결된다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항에 기술되어 있다.
본 발명은 도면을 인용하여 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 다양한 실시예들을 참조하여 하기에서 자세히 설명된다.
본 발명에 따른 방법에 따라, 발포성 플라스틱은 발포 공정 전에는 제 1 가교제에 의해서 그리고 발포 공정 동안에는 제 2 가교제에 의해서 가교결합된다.
가교결합되지 않은 플라스틱은 발포 공정 동안, 거품을 형성하는 성형부를 갖는 자신의 형상 또는 구조를 상실한다. 이와 같은 현상은 한편으로는 발포 공정 동안의 플라스틱의 심한 구조적 변동으로부터 야기되고, 다른 한편으로는 중력으로부터 야기되는데, 중력의 영향에 의해서는 거품이 특히 발포 공정중의 또는 그 후의 냉각시에 가라앉는다. 발포 과정 동안에 형상 또는 구조를 유지하기위해서는, 플라스틱을 가교결합하는 것이 필수적이다.
가교제를 사용하면, 플라스틱 내에 있는 중합체 사슬이 영역에 따라 파괴되어 상기 플라스틱 내에 라디칼이 형성된다. 중합체 사슬의 자유 단부 및 자유 라디칼이 상호 새로운 결합을 형성함으로써, 중합체의 부분적인 가교결합이 이루어진다. 상기와 같은 방식으로 예비 처리된 플라스틱이 자신의 용융점 이상으로 가열되면, 플라스틱의 단단한 구조가 부드러워져서 용융물보다 더 높은 점성을 갖는 "안정된 재료" 가 형성된다. 상기 보다 높은 점성은 플라스틱의 부분적인 예비 가교결합에서 기인되고, 안정된 재료가 소정의 형태 안정성을 갖도록 한다. 이 때 발포 공정이 예를 들어 열에 의해 활성 상태로 될 수 있는 기화제에 의해서 개시되면, 상기 안정된 재료로부터 형성되는 거품은 실제로 기본적인 형상부의 형상 또는 구조를 갖게 된다. 발포 공정 동안에는 상기 발포 재료가 전술한 이유에서 다시 한 번, 기본이 되는 형상부의 형상 또는 구조를 약간 상실한다. 그렇기 때문에, 발포 공정 동안 작용하는 제 2 가교제에 의해 상기 형상 또는 구조를 유지시킬 필요가 있다. 제 2 가교제의 영향에 의해서는, 플라스틱의 발포 형상을 유지시키기 위해, 플라스틱 내에 있는 중합체 사슬이 더욱 가교결합된다.
상기 방식으로부터 형성된 거품은 실제로 기본이 되는 형상부의 형상을 갖고, 일반적으로는 응고 미립자의 형성으로 인해 더 큰 부피를 가지며, 미세한 기공을 갖는다.
가교제로서는 물리적 및 화학적 가교제가 고려된다.
물리적 가교제로서는 특히 플라스틱을 바람직하게 완전히 관통하는 고에너지광선이 사용될 수 있다. 상기 광선의 에너지는, 플라스틱 내에서의 상기 광선의 평균 자유 파장이 상기 광선의 입사 방향으로의 플라스틱의 재료 두께보다 더 크도록 선택되어야 한다. 바람직하게는, 특히 100 keV ~ 10 MeV의 에너지를 갖는 전자 광선이 사용되지만, 양자 광선도 사용될 수 있다. 에너지가 충분히 큰 경우에는 원자 광선 또는 가벼운 원자핵도 방사를 위해 사용될 수 있다. 또한 광선으로서는 감마- 또는 뢴트겐 광선도 적합하다.
화학적인 가교제로서는 과산화물, 특히 유기 과산화물이 사용될 수 있다. 상기 유기 과산화물은 예를 들어 용융물로부터 성형부를 형성하기 전의 용융 상태에서 플라스틱에 제공된다. 과산화물의 라디칼 분해에 의해 플라스틱은 부분적으로 가교결합되고, 부분적으로 가교결합된 성형부가 형성된다. 그 다음에 상기 부분적으로 가교결합된 성형부가 장치에 사용되어 거품을 형성한다. 또한, 발포 과정 동안 활성 상태로 될 수 있어 형성되는 거품을 부분적으로 가교결합시키는 화학적 가교제도 있다.
본 발명에 따른 방법의 제 1 실시예에서는 발포성 플라스틱 (1), 특히 사출 성형된 성형부로서의 플라스틱이 도 1 에서 발포 과정 전에 방사선원 (9) 으로부터 방사되는 고에너지 광선 (3) 으로 슬릿 다이아프램(slit diaphragm)을 통해 조사된다. 이와 같이 예비 처리된 플라스틱 성형부는 예를 들어 자동차 차체에 있는 공동부를 밀봉시키기 위해서 사용된다.
예를 들어 자동차의 페인팅을 건조시키기 위한 건조 오븐 내에서 성형부를 가열할 때 플라스틱의 용융점에 도달하면, 물리적인 예비 가교결합으로 인해 안정된 재료가 형성된다. 상기 온도에서는 바람직하게 열에 의해 활성 상태로 될 수 있는 기화제도 활성 상태로 됨으로써, 발포 과정이 개시된다. 발포 과정 동안에는, 플라스틱의 중합체 사슬을 더욱 가교결합시키기 위해서 제 2 화학적 가교제가 활성 상태로 된다. 상기 제 2 가교제도 마찬가지로 기화제의 활성 온도에서 활성 상태로 될 수 있거나 또는 보다 높은 온도에서 활성 상태로 될 수 있다. 보다 높은 온도의 경우에는, 열에 의해 경화될 수 있는 플라스틱이 사용되면 상기 플라스틱이 발포 과정 동안 플라스틱의 용융점보다 훨씬 더 높은 온도까지 가열된다는 장점이 있다.
안정된 재료의 특성들은 주로 플라스틱에 조사되는 투여된 에너지 양을 통해서 조절될 수 있다. 지나치게 적은 에너지 양이 사용되면, 새로운 가교결합 점들이 충분히 발생되지 않음으로써, 원하는 효과가 성취되지 않는다. 에너지 양이 지나치게 높은 경우에는 재료를 매우 강하게 안정화시킬 정도의 강력한 가교결합이 이루어짐으로써, 발포 가능성이 매우 감소된다. 그러나 상기 2가지 극치 사이의 에너지 양이 사용되면, 가열된 상태에서도 성형부의 구조를 유지시키는 동시에 재료의 만족스러운 포말 가능성을 유지시키기에 충분할 정도의 안정이 이루어진다.
실제로 필요한 에너지 양은 기본 중합체, 기화제 및 예를 들어 화학적 가교제, 안정화제, 키커(kicker) 및 반응 억제제와 같은 사용된 첨가제에 의존한다. 에틸렌-비닐아세테이트(EVA)를 기본 중합체로서 사용하고, 아조디카르본아미드를 기화제로서 사용하는 경우에는, 1 ~ 10 KGy의 에너지 양 범위에서, 특히 3 ~ 6KGy의 범위에서 원하는 효과가 나타난다.
전술한 실시예에 사용된 플라스틱의 기본 중합체는 에틸렌-비닐아세테이트이며, 이 경우 비닐아세테이트의 함량은 EVA-함량의 5 내지 25 중량%를 차지한다. 기화제로서는, 용융물 내에서 열에 의해 활성 상태로 되는 아조디카르본아미드가 사용된다. 한 바람직한 실시예에서는 기화제가 조사 전에 플라스틱 내에 제공되지만, 상기 기화제는 조사 후에도 제공될 수 있다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 플라스틱의 섹션들은 마스크 (7) 에 의해서 광선 (3) 에 대해 차폐된다. 마스크에 의해 차폐되지 않은 플라스틱 (1) 의 영역들이 본 발명에 따른 평균 에너지 양을 수용하도록 에너지의 양이 선택되면, 플라스틱의 조사된 영역은 실제로 등방성으로 발포되는 반면, 조사되지 않은 플라스틱 영역의 발포 과정은 중력에 의해서 영향을 받는다. 이와 같은 방식에 의해, 성형부의 발포 과정은 원하는 방식으로 영향을 받거나 조절될 수 있다.
한 변형예에서는 마스크가 광선에 대해 부분적인 투과성을 갖는다. 이 때 성형부가 높은 에너지 양으로 조사되면, 높은 에너지 양에 노출된 플라스틱의 영역에서는 강력한 가교결합이 이루어진다. 마스크에 의해서 광선에 대해 부분적으로 보호된 플라스틱 영역에서는 단지 평균 범위의 에너지 양만이 수용되었다. 발포 과정 동안에는 평균 에너지 양을 수용한 영역들이 등방성으로 발포되는 반면, 높은 에너지 양을 수용한 영역에서는 발포 과정이 다소 강하게 저지된다. 후자의 영역은 특히 플라스틱 성형부의 지지 부재로서 장치에 사용될 수 있는데, 그 이유는 가열된 상태에서도 상기 영역이 여전히 소정의 안정성을 갖고 있기 때문이다.
한 변형예에서는, 하나의 지지 부재가 동일한 플라스틱으로 이루어지거나 또는 조사된 플라스틱부와 다른 재료로 이루어진 별도의 부재로서 제공되어 상기 플라스틱부에 고정됨으로써, 상기 플라스틱부는 상기 지지 부재에 의해 특히 자동차 차체에서 예를 들어 발포될 플라스틱에 의해 밀봉될 공동부 내에 지지된다.
조사된 플라스틱이 예를 들어 원료품, 분말 또는 과립과 같은 예비 단계로부터 제조되면, 완성된 부분이 조사되는 대신에 하나의 부분 또는 성형부를 제조하기 위해 사용되는 예비 단계도 조사될 수 있다.
플라스틱 결합부를 형성하기 위해, 플라스틱으로 이루어진 하나의 성형부가 특히 플라스틱으로 이루어진 다른 성형부와 견고하게 결합되면, 상기 성형부는 전체적으로 광선에 노출되거나 또는 단지 부분적으로만 광선에 노출될 수도 있다.
또한, 하나 이상의 플라스틱(성형)부가 다른 성분과 결합되어 플라스틱 결합부를 형성하기 전에, 상기 하나 이상의 플라스틱(성형)부를 조사할 수도 있다.
본 발명에 따른 방법의 제 2 실시예에서는 발포성 플라스틱의 용융물에 유기 과산화물이 혼합됨으로써, 상기 용융물이 부분적으로 가교결합된다. 그러나 이와 같은 부분적 가교결합은 적은 범위에서 이루어지기 때문에, 후속적으로 용융물로부터 사출 성형된 성형부는 발포 과정 전에 고에너지 광선으로 충분히 가교결합된다. 이와 같은 방식에 의해, 후속적으로 결합된 성형부는 가열시 충분히 안정된 재료를 형성하게 된다.
화학적 및 물리적 가교결합으로 인해 성형부의 가열 동안에는 우선 안정된재료가 형성된다. 상기 온도에서는 바람직하게 상기 안정된 재료를 발포시키기 위해 기화제가 활성 상태로 된다. 발포 과정 동안에는 상기 화학적 가교제가 재차 활성 상태로 되며, 그럼으로써 거품은 부분적으로 응고될 때까지 계속해서 가교결합된다.
제 3 실시예에서는 제 1 가교제뿐만 아니라 제 2 가교제도 화학적 가교제이다. 제 1 가교제는 제 2 가교제가 활성 상태로 되는 온도보다 낮은 온도에서 활성 상태로 된다. 2 가지 가교제가 하나의 플라스틱 용융물에 제공되면, 적합한 온도 제어에 의해 다만 제 1 가교제만이 활성 상태로 되어 용융물이 후속적으로 부분 가교결합된다. 후속 단계에서는 상기 용융물로부터 도 3 에 도시된 성형부 (11) 가 사출 성형되며, 상기 성형부는 특히 보다 단단한 플라스틱으로 이루어진 추가 성형부에 고정된다. 이와 같은 방식으로 형성된 플라스틱 결합부는 예를 들어 자동차 프레임 (15) 의 한 섹션에 사용된다. 그 다음에 건조 오븐 내에서 상기 성형부 (11) 를 형성하는 발포성 플라스틱이 용융됨으로써, 기화제가 활성 상태로 된다. 건조 오븐의 온도는, 제 2 화학적 가교제가 또한 활성 상태로 되어 그 때 형성되는 거품을 부분적으로 가교결합시킬 수 있을 정도로 높다. 용융물이 프레임 섹션 (15) 의 측벽으로 흘러가는 현상은 가교결합에 의해서 저지되고, 거품은 상기 프레임 섹션의 횡단면을 완전히 폐쇄시킨다. 이와 같은 방식에 의해 거품 및 프레임 섹션 (15) 의 강으로 구성된 결합 바디가 형성되며, 상기 결합 바디는 프레임의 상기 영역에서 안정성을 추가로 보증해주고, 공동부를 확실하게 밀봉시킨다.
플라스틱 및/또는 추가의 첨가제를 위한 기화제는 본 발명에 따른 방법의 각 실시예에서 제 1 가교결합 전에, 동안에 뿐만 아니라 또는 제 1 가교결합 후에도 플라스틱에 제공될 수 있다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
3: 광선 5: 슬릿 다이아프램
7: 마스크 9: 방사선원
11: 발포성 플라스틱으로 이루어진 성형부
13: 성형부 15: 자동차의 프레임 섹션
Claims (20)
- 플라스틱이 보다 높은 밀도의 출발 상태로부터 기화제에 의해 발포 공정에서 보다 낮은 밀도의 발포 상태로 변환되는, 발포성 플라스틱의 처리 방법으로서,상기 플라스틱 (1) 이 발포 과정 전에는 제 1 가교제에 의해서 가교결합되고, 발포 과정 동안에는 제 2 가교제에 의해서 가교결합되는 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가교제가 물리적 가교제인 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 가교제가 물리적 가교제인 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가교제가 화학적 가교제인 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 가교제가 화학적 가교제인 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 고에너지 광선 (3) 이 물리적 가교제로서 사용되는 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 6 항에 있어서, 전자-, β-, 양자- 또는 원자 광선 또는 가벼운 원자핵이 고에너지 광선 (3) 으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 6 항에 있어서, 뢴트겐- 또는 감마 광선이 고에너지 광선 (3) 으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스틱 (1) 내에서의 평균 자유 파장이 광선의 입사 방향으로의 플라스틱의 재료 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 물리적 가교결합이 적어도 2 가지 방향으로부터 실행되는 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 광선 (3) 에 의해 상기 플라스틱 (1) 에 1 - 10 kGy, 특히 3 - 6 kGy의 에너지 양이 제공되는 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 플라스틱, 플라스틱부 또는 플라스틱 결합부의 공간 영역이 상이한 에너지 양으로 조사되는 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 6 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 (1), 플라스틱부 또는 플라스틱 결합부의 선택된 부분 영역(들)을 조사하기 위해 마스크 (7) 가 사용되는 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 과산화물, 특히 유기 과산화물이 화학적 가교제로서 사용되는 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱이 분말, 과립, 용융물, 플라스틱부, 플라스틱 성형부 또는 플라스틱 결합부의 형태로 상기 제 1 가교제에 의해 가교결합되는 것을 특징으로 하는 발포성 플라스틱의 처리 방법.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조된 플라스틱 또는 플라스틱부로서,상기 플라스틱 (1) 의 기본 중합체가 에틸렌-비닐아세테이트(EVA), 특히 비닐아세테이트의 질량 함량이 에틸렌-비닐아세테이트의 5 - 25 중량%를 차지하는 EVA인 것을 특징으로 하는 플라스틱.
- 제 16 항에 있어서, 상기 플라스틱 (1) 이 열에 의해 활성 상태로 될 수 있는 기화제를 함유하는 것을 특징으로 하는 플라스틱.
- 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 기화제가 아조디카르본아미드인 것을 특징으로 하는 플라스틱.
- 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 (1) 이 적어도 하나의 지지 부재를 포함하고, 상기 지지 부재에 의해서 플라스틱 (1) 이 발포 과정 전에 장치 내에 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱.
- 제 19 항에 있어서, 적어도 하나의 지지 부재가 (각각) 재료의 강한 안정화를 얻기 위해 높은 에너지 양으로 조사되는 플라스틱부의 한 영역에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 플라스틱.
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