KR20040107474A - 폴리프로필렌 발포체 및 발포체 코어 구조 - Google Patents

폴리프로필렌 발포체 및 발포체 코어 구조 Download PDF

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KR20040107474A
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밤바라존디.
헐리로버트
후퍼로버트
벡위스로버트더블유.
코즈마매튜엘.
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센티넬프로덕츠코포레이션
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Abstract

압출 발포체의 하나 이상의 외면을, 중합체의 스킨을 표면 상에 공압출시킴으로써 코팅시켜 응고되는 중합체 발포체의 셀 밖으로의 발포 가스의 확산을 감소시킨다. 밀봉 효과는 압출 발포체의 일측(AB형) 또는 양측(ABA형)을 코팅하는 과정을 수반할 수 있다. 스킨은 고형이거나 또는 발포될 수 있다. 이와 달리, 환상 다이, 바람직하게는 원통형 냉각 맨드릴로부터 원통체가 형성된다. 냉각된 원통형 맨드릴 상에 발포물의 원통체를 압출 및 드로잉하여 원통체의 직경을 팽창시킴으로써, 구조의 최적 물리적 성질이 달성될 수 있다. 이는 발포체 구조가 종방향과 측방향으로 신장되기 때문이다. 바람직하게는, 발포 중합체는 "고유 용융 강도" 및 "변형 경화"를 가져, 발포체 셀은 크기와 형상이 더욱 일관되게 된다. 바람직한 중합체는 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌이다.

Description

폴리프로필렌 발포체 및 발포체 코어 구조{POLYPROPYLENE FOAM AND FOAM CORE STRUCTURE}
본 발명은 발포 또는 고형(solid) 폴리프로필렌 또는 타 열가소성 또는 열경화성 물질의 부가층을 갖는 발포된 폴리프로필렌 코어를 이용하는 폴리프로필렌 발포체 및/또는 다중층 복합 구조의 제조방법 및 그 생성물을 확인한다. 그러나, 구조는 편평 시이트, 관상 압출물, 또는 기하학적이거나 불규칙한 프로파일 형상의형태를 취할 수 있다. 비록 구조의 발포체 또는 발포 코어는 화학적 발포제, 또는탄화수소 및/또는 무기형, 또는 어느 한 유형 및/또는 양 유형 모두의 조합의 물리적 발포제로 발포시킬 수 있지만, 바람직한 발포제는 기핵제와 함께 하는 이산화탄소이다. 복합 구조의 최종 용도는 발포체 시이트 단독이나 구조 내의 층의 개수와 조성에 따른 구조에 기초할 것이다.
참고 문헌
US 특허
#6,350,828 ; #06326409 ; #06251319 ; #06174930 ; #06166096 ; #06103153 ; #06096417 ; #06103153 ; #06096417 ; #06077878 ; #06077875 ; #06051617 ; #05929129 ; #05928776 ; #05902858 ; #05747549 ; #05616627 ; #05567742 ; #05545351 ; #05527573 ; #05348795 ; #05304579 ; #05286428 ; #05281376 ; #05252269 ; #05180751 ; #05149579 ; #05116881 ; #05082869 ; #05073444 ; #04940736 ; #06326409 ; #06306960 ; #06251319 ; #06174930 ; #06166096 ; #06103153 ; #06096417 ; #06077878 ; #06077875 ; #05929129 ; #05928776 ; #05902858 ; #05747549 ; #05616627 ; #05866053 ; #05334356.
유럽 특허
#0916465 ; #0841155 ; #0470380 ; #0625168 ; #0700939 ; #0601455 ; #0480456 ; #0450342 ; #0450342 ; #0480456 ; #0450342 ; #0481306 ; #0520028 ; #0337584 ; #0263989 ; #0229461 ; #0178283 ; #0178282 ; #0291764.
폴리프로필렌은 이의 강성과 강도가 알려져 있으며, 사출 성형, 취입 성형,압출, 열성형 등과 같은 플라스틱 제조 시에 공지의 공정에 의한 부품 및 인공물의 제작을 위한 저가 중합체를 제공한다. 폴리프로필렌(PP) 역시도 폴리에틸렌 같은 타 중합체에 비해 비교적 높은 온도 성능이 알려져 있다. 마찬가지로, 다양한 등급의 폴리프로필렌이 식품 접촉용으로 이용 가능하다. 폴리프로필렌은 또한 마이크로파에 투과성이다. 이러한 성질은 폴리프로필렌으로 하여금 자동차, 공업용, 의료용, 운동 경기용 및 또는 식품 포장용과 같은 다양한 산업분야에서의 건설되는 부품 및 인공물을 위한 다수의 적용에 실용적이게 한다.
폴리프로필렌은 니트(neat) 중합체로서 및 충진 조성물로서 다양한 적용에 사용되어 왔다. 비록 약간의 폴리프로필렌 발포체가 생산되었지만, 이들은 셀의 성취 가능한 밀도와 균일성에 있어 한계가 있었다. 이러한 점은 화학 발포제로 생산된 종래의 폴리프로필렌 발포체 내에 연속성 발포체 구조 대신에 고형 매트릭스에 가스 포켓(pockets)의 출현과 존재하는 공극에 의해 나타난다. 물리적 발포제가 사용될 경우, 사용되는 발포성 폴리프로필렌이 고가이기 때문에 발포체를 저렴하게 생산할 수 없었다. 그러나, 본 발명에서 새로운 점은 이산화탄소를 단독으로 또는 질소와 함께 사용하여 폴리프로필렌의 블렌드(blend)로 30% 내지 60% 중량 감소로 미세 셀형 발포체를 생산하는 것이다. 본 발명에서는 균일한 셀 구조의 형성에 도움을 주는 흡열성 기핵제를 구비하는 것이 바람직하다.
폴리프로필렌은 LDPE, HDPE, EVA, PET 등과 같은 중합체 물질과 사용되는 다양한 공정 및 다양한 유형의 설비로 가공, 성형, 및/또는 발포될 수 있음이 업계에서 증명되어 왔다. 예를 들면, Takaoka는 고형 폴리프로필렌의 우수한 성형성에대하여 특허 # 6,350,828에서 고 용융 장력을 갖는 고 분자량 폴리프로필렌의 용도를 기재하고 있다. 발포체 적용에서 폴리프로필렌의 용도를 기재하고 있는 다수의 예가 존재한다. 하기의 추가적인 예는 폴리프로필렌이 조형 가능하거나, 성형 가능하거나, 발포 가능하거나 또는 시이트, 물품, 성형물, 또는 구조물로서 발포되는 (이에 한정되지 않음) 것으로 확인되는 US 특허들이며 이에 한정되지 않는다. 이들 예는 하기와 같이 폴리프로필렌의 용도를 나타내고 있다:
폴리프로필렌 수지 조성물의 인-몰드(in-mold) 물품 : 특허 No. 06326409
열성형성 폴리프로필렌 발포체 시이트의 형성 방법: 특허 No. 06251319
발포성 폴리프로필렌 중합체: 특허 No. 06174930
폴리프로필렌 수지의 예비 팽창 입자, 이의 제조방법 및 이로부터 인-몰드 발포물을 제조하는 방법: 특허 No. 06166096
회전 성형에 의한 발포된 저밀도 폴리프로필렌의 제조 방법: 특허 No. 06103153
폴리프로필렌 수지 성형체와 폴리프로필렌 수지 발포체를 갖는 복합재 및 이의 제조 방법: 특허 No. 06096417
개질 폴리프로필렌 수지로부터 제조된 발포체 및 이의 제조 방법: 특허 No. 06077878
성형용 폴리프로필렌 수지의 발포 및 팽창 비드(beads): 특허 No. 06077875
개질 폴리프로필렌 수지의 발포 입자 및 이의 제조 방법: 특허 No. 06051617
폴리프로필렌과 블렌딩된 실란-그래프트된 본질적으로 선형인 폴리올레핀의가교된 발포성 조성물: 특허 No. 05929129
폴리프로필렌 발포층을 갖는 복합재: 특허 No. 05928776
개질 폴리프로필렌 수지, 이로 제조된 발포체 및 이들의 제조 방법: 특허 No. 05902858
폴리프로필렌 단독중합체의 발포 입자 및 발포 입자의 성형품: 특허 No. 05747549
폴리프로필렌 수지 조성물, 폴리프로필렌 수지 발포재 및 이들의 제조 방법: 특허 No. 05616627
무기 발포제로 팽창된 치수-안정성 폴리프로필렌 발포체: 특허 No. 05567742
발포 조절을 위한 폴리프로필렌 글리콜의 스테아르산 에스테르의 용도: 특허 No. 05545351
압출된 독립 기포 폴리프로필렌 발포체: 특허 No. 05527573
유기 발포제를 사용하는 치수-안정성 연속 기포 폴리프로필렌 발포체의 제조 방법: 특허 No. 05348795
폴리프로필렌 수지의 성형 방법: 특허 No. 05304579
열성형용 폴리프로필렌 수지 발포 시이트 및 이의 제조 방법: 특허 No. 05286428
발포층으로 라이닝된 스킨 물질을 갖는 폴리프로필렌 수지품의 제조 방법: 특허 No. 05281376
폴리프로필렌 수지의 성형 방법: 특허 No.: 05252269
폴리프로필렌 발포체 시이트: 특허 No. 05180751
폴리프로필렌 발포체 시이트: 특허 No. 05149579
폴리프로필렌 발포체 시이트: 특허 No. 05116881
발포재의 제조에 적합한 가교된 폴리프로필렌 조성물: 특허 No. 05082869
성형된 폴리프로필렌 발포체 타이어 코어: 특허 No. 05073444
저밀도 폴리프로필렌 발포체의 제조 방법: 특허 No. 04940736
폴리프로필렌 수지 조성물의 인-몰드 발포품: 특허 No. 06326409
발포성 폴리프로필렌 중합체로부터의 성형품: 특허 No. 0630690
열성형성 폴리프로필렌 발포체 시이트의 형성 방법: 특허 No. 06251319
발포성 폴리프로필렌 중합체: 특허 No. 06174930
폴리프로필렌 수지의 예비-팽창 입자, 이의 제조 방법 및 이로부터 인-몰드 발포물의 제조 방법: 특허 No. 06166096
회전 성형에 의한 발포 저밀도 폴리프로필렌의 제조 방법: 특허 No. 06103153
폴리프로필렌 수지 성형체와 폴리프로필렌 수지 발포체를 갖는 복합재 및 이의 제조 방법: 특허 No. 06096417
개질 폴리프로필렌 수지로부터 제조된 발포체 및 이의 제조 방법: 특허 No. 06077878
성형용 폴리프로필렌 수지의 발포 및 팽창 비드: 특허 No. 06077875
폴리프로필렌과 블렌딩된 실란-그래프트된, 본질적으로 선형인 폴리올레핀의가교된 발포성 조성물: 특허 No. 05929129
폴리프로필렌 발포체 층을 갖는 복합재: 특허 No. 05928776
개질 폴리프로필렌 수지, 이로 제조된 발포체 및 이들의 제조 방법: 특허 No. 05902858
폴리프로필렌 단독중합체의 발포 입자 및 발포 입자의 성형품: 특허 No. 05747549
폴리프로필렌 수지 조성물, 폴리프로필렌 수지 발포재 및 이의 제조 방법: 특허 No. 05616627
또한, 폴리프로필렌의 사용을 포함할 수 있는 미세 및 초미세 발포재의 제조 방법을 나타내는 US 특허가 있다. 이러한 특허로는 하기의 것들이 포함되며 그에 한정되지 않는다:
미세 및 초미세 물질의 연속 가공을 제공하는 방법: 특허 No. 5,866,053
초미세 발포재: 특허 No. 5,334,356
공정에서 고체 또는 발포체로서 또는 완성 시이트, 발포체, 성형품 또는 구조물로서 폴리프로필렌의 사용을 나타내는 외국 특허도 존재한다. 특허 사정된 유럽 특허에서 폴리프로필렌의 사용예로는 다음의 것들이 포함되며 그에 한정되지 않는다:
성형/발포층을 갖는 복합 폴리프로필렌 물질 및 이의 제조 방법: 특허 No. 0916465
폴리프로필렌 발포체 층을 갖는 복합재: 특허 No. 0841155
폴리프로필렌 성형 조성물: 특허 No. 0470380
무기 발포제로 팽창시킨 치수-안정성 폴리프로필렌 발포체의 제조 방법: 특허 No. 0625168
팽창된 폴리프로필렌 입자: 특허 No. 0700939
캘린더 가공 시이트의 제조를 위한 폴리프로필렌 조성물: 특허 No. 0601455
발포층으로 라이닝된 스킨 물질을 갖는 폴리프로필렌 수지품의 제조 방법: 특허 No. 0480456
발포품의 제조에 적합한 가교 폴리프로필렌 조성물: 특허 No. 0450342
발포층으로 라이닝된 스킨 물질을 갖는 폴리프로필렌 수지품의 제조 방법: 특허 No. 0480456
발포품의 제조에 적합한 가교 폴리프로필렌 조성물: 특허 No. 0450342
폴리프로필렌 수지의 성형 방법: 특허 No. 0481306
폴리프로필렌 발포체 시이트: 특허 No. 0520028
폴리프로필렌 수지의 팽창 입자의 제조 방법: 특허 No. 0337584
폴리프로필렌 수지의 발포 성형품의 제조 방법: 특허 No. 0263989
폴리프로필렌을 포함하는 발포성 조성물, 및 이의 셀 생성물: 특허 No. 0229461
팽창 폴리프로필렌의 경질 재료 및 이의 제조 방법: 특허 No. 0178283
팽창 폴리프로필렌 필름 및 이의 제조 방법: 특허 No. 0178282
발포 폴리프로필렌 수지 시이트의 제조 방법: 특허 No. 0291764
그러나, 종래 기술 및 거기에 기재된 전개 내용으로부터 인정되듯이, 종래 기술을 이용해서는 본 발명과 대등한 폴리프로필렌 발포체의 특유한 특성을 생성하지 못한다.
종래 기술에서 체험되는 이러한 난점과 기타의 난점이 본 발명에 의해 새로운 방식으로 해소되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 효과적이고 내구성이 있으면서도 가격이 비싸지 않은 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌의 발포체 코어 라미네이트 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 효과적이고 내구성이 있으면서도 가격이 비싸지 않은 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌의 발포체 코어 라미네이트 구조의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 효과적이고 내구성이 있으면서도 가격이 비싸지 않은 구조물의 제조에 사용될 수 있는 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌의 발포체 코어 라미네이트 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고품질, 저비용으로 제조될 수 있고, 최소한의 유지 관리로 장기 유효 수명을 제공할 수 있는 발포체 코어 구조를 제공하는 것이다.
고려되는 이들 및 기타 목적에 따라, 당업자에게 자명해지듯이, 본 발명은 본 발명 명세서에 기재되고 이에 첨부된 특허청구범위에 의해 포섭되는 부분의 조합에 있으며, 본원에 개시된 본 발명의 정확한 실시형태에 있어서 본 발명의 취지로부터 일탈함이 없이 청구되는 범위 내에서 변경이 이루어질 수 있음이 숙지된다.
발명의 간단한 요약
응고되는 중합체 발포체의 셀로부터 발포 가스의 확산을 감소시키기 위하여, 압출 발포체의 하나 이상의 외면은 중합체의 스킨을 표면상에 공압출시킴으로써 코팅한다. 스킨(들)이 공압출 다이 내측에 적용되는 동안에, 중합체 가스 혼합물은 고압 상태로 존재하고 가스는 중합체에 용해된다. 이러한 밀봉 효과는 단순히 압출 발포체의 일측을 코팅함으로써 달성될 수 있다(AB형). 압출 발포체의 양면 모두를 중합체의 스킨과 공압출시키면 이러한 밀봉 효과는 한층 더 현저해진다(ABA형). 스킨은 고체일 수 있거나 그 자체가 발포될 수 있다. 스킨층의 밀도 감소는 주(main) 발포층의 밀도 감소보다는 작게 되는 것이 바람직하다. 스킨은 화학적 또는 물리적 발포제로 또는 이들의 조합으로 발포시킬 수 있다. 한층 더 효과적인 것은 환상 다이, 바람직하게는 원통형 냉각 맨드릴(mandrei)을 수반하는 공정이다. 원통형 공압출은 라미네이트의 엣지(edges)를 균일하게 밀봉한다. 원통체의 직경을 확대하는, 냉각된 원통형 맨드릴 상으로 발포물 원통체를 압출 및 드로잉시킴으로써, 구조의 최대 물리적 성질이 달성될 수 있다. 이러한 까닭은 발포체 구조가 종 방향과 측 방향으로 신장되기 때문이다. 바람직하게는, 발포되는 중합체는 발포 셀들이 크기와 형태가 더욱 일관되도록 "고유 용융 강도"와 "변형 경화"("strain hardening")를 지니고 나타낸다. 바람직한 중합체는 폴리프로필렌 또는 폴리스티렌이다.
일반적으로는 폴리프로필렌의 발포 플라스틱 구조, 특히 압출 발포체 및 스킨 라미네이트를 개발하는 것이 바람직할 것이다. 폴리프로필렌으로부터 형성된 발포체는 특히 강성과 내열성면에서 폴리에틸렌과 기타 발포체에 비하여 저렴한 비용으로 향상된 성질을 지니게 될 것으로 예상된다. 그러나, 폴리프로필렌으로부터 실제로 발포체를 제조하기란 매우 어렵다. 화학적 발포제를 사용하여 폴리프로필렌 발포체를 압출시키려는 시도는 셀 형성이 매우 일관되지 않은 발포체로 귀착되었다. 물리적 발포제를 사용하는 시도도 일반적으로 성공적이지 못했는데, 이유는 폴리프로필렌의 높은 가공 온도에서 이산화탄소 또는 질소와 같은 물리적 발포제가 고압이고 고속으로 확산하기 때문이다. 폴리프로필렌의 발포는 "변형 경화"의 부족에 의해 나타나듯이 낮은 고유 용융 강도에 의해 더욱 복잡해진다. 이러한 요인으로 해서 일관되지 않고 붕괴되거나 또는 빈(open) 셀들이 생성되게 된다.
업계에는 용융 강도 문제가 베이스 중합체를 분지화 또는 가교시키는 식으로 중합체를 개질시킴으로써 처리될 수 있다고 알려져 있다. 이러한 방식으로 중합체를 개질시키면 변형 경화를 보이는 폴리프로필렌이 생성된다. 이러한 유형의 중합체는 시판되고 있다. 이러한 개질 중합체의 가격은 표준 PP에 비해 현저하게 증가된다.
고속 확산의 문제점은 대기 가스의 사용시에 가장 명백하다. 저비용 및 환경적인 문제로 해서 질소 또는 이산화탄소를 사용하는 것이 바람직하다. CO2는 중합체에서의 용해도 결핍에 기인하여 탄화수소 발포제보다 더 뻣뻣한 발포체를 생성하게 된다. 그러나, 가공 온도에서의 낮은 용해도와 고압은 이들의 사용을 복잡하게 만든다.
본 발명의 본질은 중합체가 응고되는 동안 가스들이 발포들에 잔류하고 가스들이 응고되는 중합체에 포획되도록, 용융 압출물로부터의 물리적 블로잉 가스의 확산 속도를 감소시키는 기술을 개발하는 것이다.
본 발명의 핵심 요소는 압출 발포체의 하나 이상의 외면이, 중합체의 층을 표면에 공압출시켜 코팅됨으로써, 응고되는 중합체 발포체의 셀 밖으로의 발포 가스의 확산을 감소시킨다는 사상이다. 층(들)이 다이 내측에 적용되는 동안에 중합체 가스 혼합물은 고압 상태에 있고 가스는 중합체에 용해된다. 이러한 밀봉 효과는 단순히 압출 발포체의 일측을 코팅함으로써 달성될 수 있다(AB형). 압출 발포체의 양면 모두를 중합체 층과 공압출시키면 이러한 밀봉 효과는 한층 더 현저해진다(ABA형).
층들은 고체일 수 있거나 이들 자체를 발포시킬 수 있다. 스킨층의 밀도 감소는 주 발포체 층의 밀도 감소보다 작게 되는 것이 바람직하다. 층들은 화학적 또는 물리적 발포제로 또는 이들 발포제의 조합으로 발포시킬 수 있다. 중합체의 선택 및 스킨층의 밀도 감소는 전체 구조의 품질에 중요하다.
환상 다이 및 원통형 냉각 맨드릴을 수반하는 공정이 바람직하다. 원통체의 직경을 확대하는, 냉각된 원통형 맨드릴 상으로 발포물 원통체를 압출 및 드로잉시킴으로써, 구조의 최대 물리적 성질이 달성될 수 있다. 이러한 까닭은 발포체 구조가 종 방향과 측 방향으로 신장되기 때문이다.
기술되는 공정은 폴리프로필렌에 국한되지 않는다. 타 중합체, 구체적으로는 폴리스티렌으로도 작업이 잘 이루어지는 것으로 입증되었다.
관련 출원에 대한 전후 참조
본 출원은 2002년 3월 7일자로 출원된 선행 US 가출원 No. 60/362,728과 2002년 3월 8일자로 출원된 선행 US 가출원 No. 60/362,819의 35 U.S.C. §119(e) 하의 혜택을 청구하며; 양 출원 모두 본원에서 참조로 인용된다.
연방 정부가 지원하는 연구/개발에 관한 진술서
본 발명은 연방 정부가 지원하는 연구/개발 프로그램의 후원이나 자금지원 없이 창안되었다.
발명의 분야
본 발명은 발포체 코어 중합체 라미네이트의 형성을 위한 공압출 방법 및 라미네이트를 포함한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 원리를 구현하는 스킨-코어-스킨(ABA) 라미네이트의 정면도이다.
도 2는 원통체 공압출, 원통체 팽창, 원통체 슬리팅, 생성 산물의 평탄화 및 롤러를 통한 산물의 드로잉을 위한 생산 라인의 평면도로서, 원통체는 도 3의 라인 II-II을 따라 단면으로 도시되어 있으며, 모두 본 발명의 원리를 구현한다.
도 3은 원통체 공압출, 원통체 팽창, 원통체 슬리팅, 생성 산물의 평탄화 및 롤러를 통한 산물의 드로잉을 위한, 도 2에 도시된 생산 라인의 일부에 대한 정면도로서, 모두 본 발명의 원리를 구현한다.
도 4는 도 2에 도시한 생산 라인이 원통체를 공압출하고, 냉각 맨드릴 상에서 원통체를 팽창시키며, 슬리팅 블레이드를 보여주는 방식의 개략도이며, 모두 본 발명의 원리를 구현한다.
도 5는 팽창, 및 이어서 슬리팅 및 평탄화되는 공압출 원통체의 저면도이다.
도 6은 편평한 압출물로 공압출되어, 두께 팽창하는 스킨-코어-스킨 (ABA) 라미네이트의 개략적인 입면도이다.
도 7은 원통체로서 공압출되어, 두께 팽창된 다음, 직경 팽창하는 스킨-코어-스킨 (ABA) 라미네이트의 개략적인 단면 입면도이다.
본 발명의 원리는 도면을 참고함으로써 최상으로 이해될 수 있다. 도 1은 본 발명의 원리를 구현하는 스킨-코어-스킨 (ABA) 라미네이트의 정면도이다. 일반적으로 도면 부호(10)로 표시되고 있는 라미네이트는 발포 코어(11), 및 코어(11)의 일측에 있는 적어도 하나의 스킨(12)으로 형성되어 있다. 이는 AB 구성으로 언급된다. 바람직한 양태에서, 라미네이트는 또한 제 1 스킨(12)으로부터 코어의 반대쪽을 코팅하는 제 2 스킨(13)도 지니게 된다.
도 2는 원통체 공압출, 원통체 팽창, 원통체 슬리팅, 생성 산물의 평탄화 및 롤러를 통한 산물의 드로잉을 위한 생산 라인의 평면도로서, 원통체는 도 3의 라인 II-II을 따라 단면으로 도시되어 있으며, 모두 본 발명의 원리를 구현한다. 코어 중합체(15)는 코어 중합체 저장부(16)로부터 믹서(17)로 공급되어, 여기에서 고압하에, 고압 가스원(19)으로부터의 물리적 블로잉 가스(18)와 병합된다. 고압 혼합물은 이어서 온도 제어 믹서(21)로 공급된 다음 코어 압출 헤드(22)로 공급된다. 스킨 중합체(23)는 스킨 중합체 저장부(24)로부터 가압기(25)로 공급된다. 가압기(25)에서, 스킨 중합체(23)는 가스원(19)으로부터의 블로잉 가스(18)와 같은 블로잉 가스와 임의로 혼합될 수 있다. 생성되는 산물은 이어서 공압출 헤드(22)로 공급되어, 여기에서 공압출되어 발포 코어(11) 상에 스킨을 형성하게 된다. 임의로는, 제 2 스킨 중합체(27)가 스킨 중합체 저장부(28)로부터 가압기(29)로 공급될 수 있다. 가압기(29)에서, 제 2 스킨 중합체(27)는 가스원(19)으로부터의 블로잉 가스(18)와 같은 블로잉 가스와 임의로 혼합될 수 있다. 생성되는 산물은 임의로 공압출 헤드(22)로 공급될 수 있으며, 여기에서 공압출되어 제 1 스킨으로부터 발포 코어의 반대쪽 상에 제 2 스킨을 형성하게 된다.
바람직한 실시예에서, 라미네이트는 원통체(32) 형태로 공압출 헤드(22)의 공압출 배출구(31)를 떠나게 되며, 원통체 진입 벽(11)은 코어 중합체(15)로 형성되고, 제 1 스킨 물질(12)은 원통체의 외측면을 코팅하며 제 2 스킨 물질(23)은 원통체의 내측면을 코팅한다. 일단, 압출물이 압출 배출구(31)의 코어를 떠나 대기압에 노출되면, 블로잉 가스는 기포나 셀들을 형성하여 셀을 팽창시키기 시작한다. 스킨층에 가스가 존재할 경우, 거기에서도 같은 현상이 일어나게 된다. 스킨층이 존재하지 않으면, 바람직하게는 폴리프로필렌인 코어 중합체(15)의 온도와 확산율은 블로잉 가스가 셀 밖으로 확산되도록 허용하여, 이들은 완전히 팽창되지 않거나 매우 이상하고 예측 가능하지 않은 방식으로 팽창되게 된다. 그러나, 스킨이 존재하면, 특히 모든 코어의 내외측 양면 모두에 존재할 경우에, 표면을 밀봉하여 발포물로부터 블로잉 가스의 누출을 방지하고 셀로 하여금 비교적 크고 비교적 일관된 형상의 소정 크기의 기포를 형성하게 한다.
바람직한 실시예에서, 공압출물이 형성되고 여전히 가소성 상태로 있는 동안, 이 공압출물은 공기를 원통체의 내부로 취입하여 원통체를 외향 팽창시켜 그의 직경을 증가시키는 냉각된 맨드릴(41) 위에서 롤러(49)에 의해 드로잉된다. 이러한 과정은 도면의 단면부에서 볼 수 있다. 일단 원통체가 완전히 직경 팽창되면, 하부에서 종방향으로 분할되고, 평탄화된 다음, 라미네이트를 평탄화시켜 드로잉하는 평탄화 롤(49)로 공급된다.
도 3은 원통체 공압출, 원통체 팽창, 원통체 슬리팅, 생성 산물의 평탄화 및롤러를 통한 산물의 드로잉을 위한, 도 2에 도시된 생산 라인의 일부에 대한 정면도로서, 모두 본 발명의 원리에 대한 신모델을 구현한다. 원통체(42)는 압출 헤드(22)의 압출 배출구(31)에서 배출되어 직경 팽창된다. 일단 원통체(42)가 팽창되면, 원통체(42)는 슬리팅 블레이드(45)에 의해 종방향으로 슬리팅된다. 원통체(42)는 이어서 평탄화된 다음 평탄화/드로잉 롤(49)로 공급된다.
도 4는 도 2에 도시한 생산 라인이 원통체를 공압출하고, 냉각 맨드릴 상에서 원통체를 팽창시키며, 슬리팅 블레이드를 보여주는 방식의 개략도이며, 모두 본 발명의 원리를 구현한다. 원통체(42)는 압출 헤드(22)의 압출 배출구(31)에서 배출되어 맨드릴(41)에 의해 직경 팽창된다. 일단 원통체(42)가 팽창되면, 원통체(42)는 슬리팅 블레이드(45)에 의해 종방향으로 슬리팅된다.
도 5는 팽창된 다음 슬리팅되고 평탄화된 공압출 원통체의 저면도이다. 원통체(42)는 압출 헤드(22)의 압출 배출구(31)에서 배출되어 직경 팽창된다. 일단 원통체(42)가 팽창되면, 원통체(42)는 슬리팅 블레이드(45)에 의해 종방향으로 슬리팅된다. 이어서 원통체(42)는 평탄화되고 평탄화/드로잉 롤(49)로 공급된다.
도 6은 편평한 압출물로서 공압출되어, 두께 팽창하는 스킨-코어-스킨 (ABA) 라미네이트의 개략적인 입면도이다. 공압출 배출구(61)는 세장형(elongated) 마우스(mouth)(62)를 구비하고 있으며 마우스(62)의 상부에는 상부 스킨 중합체(12)가, 마우스(62)의 하부에는 하부 스킨 중합체(13)가, 그리고 마우스(62)의 중앙에는 코어 중합체(11)가 있게 된다. 공압출물(64)은 압출기의 고압 영역을 떠나 압출기 마우스(62)에서 대기압으로 배출된다. 이 시점에서, 코어 중합체(11) 내부의 블로잉 가스(18)는 팽창하여 소형 기포 또는 셀(65)을 형성한다. 이리하여 공압출물(64)은 두 스킨층(12,13) 사이의 두께로 성장하게 된다. 통상적으로, 폴리우레탄 또는 폴리스티렌 같은 중합체를 압출하는 데 필요한 고온에서, 이산화탄소 또는 질소와 같은 대기 가스가 물리적 발포제로서 사용되면, 중합체의 확산율은 가스가 대기 중으로 빠져나가게 하여 비효과적인 발포, 보통 크기보다 작은 기포, 및 기포 형성 및 크기의 비균일성 및 비예측성을 초래하게 된다. 그러나, 공압출물(64)의 일측 또는 양측에 스킨(12,13)이 존재하기 때문에, 코어 중합체(11)가 용융되면서 가스는 코어 중합체(11) 내로 밀봉되어, 크기, 균일성, 및 형상에 있어서 지극히 바람직한 셀 형성이 성취된다. 바람직한 실시예에서, 코어 중합체(15)는 고도의 변형 경화를 갖도록 선택되어, 기포(66)가 이의 최적 크기로 성장함에 따라, 변형 경화는 기포 벽이, 최적 크기 이상으로 기포가 추가 팽창되는 것이 제한되거나 정지되는 정도로 감소된 신장능력을 갖게 한다. 따라서, 코어 중합체(15)와 효과적인 블로잉 가스를 신중히 선택함으로써, 예측 가능한 크기의 매우 균일한 셀이 성취될 수 있다. 라미네이트(10) 자체는 라미네이트의 두께를 조절하고, 스킨 표면의 두께를 조절하며 층을 신장 및 중합체 연신에 투입함으로써 라미네이트의 성질에 영향을 주기 위하여 다양한 정도의 장력에 투입될 수 있다.
도 7은 원통체로서 공압출되어, 두께 팽창된 다음, 직경 팽창되는 스킨-코어-스킨 (ABA) 라미네이트의 개략적인 단면 입면도이다. 공압출 배출구(41)는 원형 마우스(72)를 구비하고 있으며 마우스(72)의 외측 엣지(73) 상에는 상부 스킨 중합체(12)가, 마우스(72)의 내측 엣지(74)에는 하부 스킨 중합체(13)가, 그리고 스킨층(12,13) 사이의 고리부에는 코어 중합체(11)가 있게 된다. 공압출물(75)은 압출기의 고압 영역을 떠나 압출기 마우스(72)에서 대기압으로 배출된다. 이 시점에서, 코어 중합체(11) 내부의 블로잉 가스(18)는 팽창하여 소형 기포 또는 셀(76)을 형성한다. 이리하여 공압출물(75)은 두 스킨층(12,13) 사이의 두께로 성장하게 된다. 통상적으로, 폴리우레탄 또는 폴리스티렌 같은 중합체를 압출하는 데 필요한 고온에서, 이산화탄소 또는 질소와 같은 대기 가스가 물리적 발포제로서 사용되면, 중합체의 확산율은 가스가 대기 중으로 빠져나가게 하여 비효과적인 발포, 보통 크기보다 작은 기포, 및 기포 형성 및 크기의 비균일성 및 비예측성을 초래하게 된다. 그러나, 원통형 공압출물(75)의 내측면 및/또는 외측면에 스킨(12,13)이 존재하기 때문에, 그리고 개방된 측방 엣지가 존재하지 않기 때문에, 코어 중합체(11)가 용융되면서 가스는 코어 중합체(11) 내로 밀봉되어, 크기, 균일성, 및 형상에 있어서 지극히 바람직한 셀 형성이 성취된다. 바람직한 실시예에서, 코어 중합체(15)는 고도의 변형 경화를 갖도록 선택되어, 기포(77)가 이의 최적 크기로 성장함에 따라, 변형 경화는 기포 벽이, 최적 크기 이상으로 기포가 추가 팽창되는 것이 제한되거나 정지되는 정도로 감소된 신장능력을 갖게 한다. 따라서, 코어 중합체(15)와 효과적인 블로잉 가스를 신중히 선택함으로써, 예측 가능한 크기의 매우 균일한 셀이 성취될 수 있다. 원통형 공압출물(75)에 장력을 걸고 화살표로 표시된 드로잉 롤(78,79)에 의해 드로잉시킨다. 원통형 공압출물(75)을 모두 직경 팽창되도록 유발하는 확대된 맨드릴(41) 위로 드로잉시킨다. 맨드릴(41)은 화살표로 표시된 투입구(81,82)에 의해 공압출물(75)의 내부로 냉각 가스를 공급한다. 냉각가스는 맨드릴(41)의 외측 엣지 주변으로 배출되어, 원통형 압출물(75)의 내측과 맨드릴(41)을 분리시키는 쿠션층을 형성하며, 화살표로 표시된 배기구(85,86)에 의해 제거된다.
라미네이트의 두께를 조절하고, 스킨 표면의 두께를 조절하며, 층을 맨드릴(41)에 의해 유발된 측방 신장과 중합체 연신, 및 드로잉 롤러에 의해 유발된 종방향 신장과 중합체 연신에 투입함으로써 라미네이트의 성질에 영향을 주기 위하여, 원통형 코어 압출물(75)을 다운스트림 드로잉 롤러에 의해 유발된 다양한 정도의 장력, 및 모든 맨드릴(41)에 의한 팽창 효과에 투입한다. 맨드릴(41)이 공압출물(75)을 냉각하고, 공압출물(75)의 직경을 팽창하며, 공압출물(75)내 중합체를 측방 연신하는 자체 기능을 수행한 후, 원통형 공압출물은 전술한 바와 같이 슬리팅 및 평탄화될 수 있다.
추가 세부사항
본 발명은 증진된 성질을 지닌 폴리프로필렌 발포체 코어 공압출 구조의 제조 방법 및 그의 산물을 확인한다. 본 특허는 발포 또는 고형 폴리프로필렌 또는 기타 열가소성 또는 열경화성 물질의 추가층을 갖는 발포 폴리프로필렌 코어를 이용하는 다중층 복합 구조를 확인한다. 이러한 구조는 편평하게 배치되도록 슬리팅되는 튜브를 형성하는 고리 모양의 원형 다이를 이용하여 압출 공정에 의해 생산된 편평 시이트의 형태이다. 비록 생성되는 구조의 발포체 또는 발포 코어는 화학적 발포제, 또는 탄화수소 및/또는 무기형, 또는 어느 한 유형 및/또는 양 유형의 조합의 물리적 발포제로 발포될 수 있지만, 바람직한 발포제는 기핵제와 함께 하는이산화탄소이다. 복합 구조의 최종 용도는 발포 시이트 단독이나 구조 중의 층의 개수와 조성에 따른 구조에 기초할 것이다.
본 발명은 스킨이 코어의 일측 또는 양측 상에 동시에 압출된 발포 폴리프로필렌 코어로 구성되는 폴리프로필렌 발포물을 제공한다.
본 발명은 고형 중합체보다 단단하고 좀더 경량이며, 셀 구조의 구부러짐과 분쇄를 방지하는 데 도움을 주어 복합 구조에 좀더 큰 강성을 제공하는 스킨으로 보강된 셀 구조를 갖는 폴리프로필렌 발포 코어를 구축한다.
스킨(들)은 이들에 의해 부여되는 강성 외에도, 바람직한 미감, 장벽성, 물리적 성질의 증진, 및 최종 구성에 대한 중량 및/또는 비용 절감과 같은 특징을 제공할 수 있으며 이에 한정되지 않는다. 전술한 속성 외에도, 코어의 일측 또는 양측 상에 스킨을 동시 압출시킨 발포 폴리프로필렌 코어로 이루어지는 당해 폴리프로필렌 발포물은 가공 시간의 향상 및/또는 열성형성 제작으로서 후속 열성형 작업에서의 비용 절감을 제공할 수 있다. 특정 장벽 또는 다른 물리적 성질을 위한 폴리프로필렌 및/또는 대체 중합체 층의 스킨(들)이 고형 또는 더욱 바람직하게는 발포된 조성물을 갖는 구조상에 공압출된다. 얇은 스킨 또는 단일 또는 다중 박층은 바람직하게는 고형 조성물이지만 발포될 수 있다. 스킨 또는 스킨의 단일 또는 다중층의 발포는 물리적 또는 화학적 발포제 또는 양자의 조합에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 코어 발포체의 붕괴를 방지하기 위한 두께가 0.002 인치 보다 큰 스킨을 위해서는 발포 스킨이 바람직하다.
폴리프로필렌 발포체 공압출물의 스킨은 동일하거나 상이한 폴리프로필렌으로 또는 폴리프로필렌이나 중합체의 블렌드 또는 특정의 목적하는 특성을 위해 폴리프로필렌 이외의 중합체의 블렌드로 이루어질 수 있다. 목적하는 특성에 따라, 스킨은 단일층 또는 다중층 구성일 수 있다. 다중층 구성의 예는 결합을 위한 보조 연결(tie)층에 의해 발포체 코어 또는 타 층에 장벽막을 접합시킬 필요가 있을 수 있는 수정 공기 포장(Modified Atmosphere Packaging:MAP)에 사용하기 위한 경우이다. 마찬가지로, 또 다른 층이 식품 접촉 수용성을 제공하기 위하여 표면에 부가할 필요가 있을 수도 있다.
표면 스킨(들)의 부가를 위한 공압출 공정의 이용은 다중층 스킨 발포 조성물의 라미네이트 구성에 비해 개선점을 제공한다. 원료의 재고량 감소, 최종 산물의 생산을 위한 공정 또는 단계수의 감소, 및 노동력 절감 등의 이점이 있다.
본 발명은 이축 압출기, 직렬 단축 압출기, 더욱 바람직하게는 단일 냉각 압출기와 함께 공회전하는(co-rotating) 이축 압출기와 같은 플라스틱 압출기의 사용을 요하며, 가소성 상태로 용융하여 폴리프로필렌 중합체 조성물을 혼합하고, 물리적 발포제 및/또는 물리적 발포제와 화학적 발포제를 적당한 기핵제 및/또는 첨가제와 혼입하여 환상 다이를 통해 압출기에서 배출될 때 성형 가능한 매스(mass)를 생성한다. 환상 다이는 본 발명에서 발포체 코어의 셀 구조의 형성 및 팽창의 좀더 나은 균일성을 제공하기 위하여 사용된다. 본 발명은 또한 환상 압출물의 외면 및/또는 내면 상에 스킨(들)의 동시 압출을 허용하기 위한 공압출 환상 다이의 사용을 요한다.
본 발명은 또한 관상 공압출물의 시이트 구조로의 바람직한 슬리팅을 확인한다. 본 발명은 변형된 적용을 위한 바람직한 물질로서 스킨(들)을 갖는 공압출 폴리프로필렌 발포체 코어의 우선적인 사용을 확인한다. 이러한 적용으로는 저 중량 포장 구성을 갖는 포장재를 위한 강화된 강성, MAP (Modified Atmosphere Packaging)에서의 활용, 셀프 서브(self serve) 마이크로파 가열 용기, 내수성 비-판지(non-cardboard) 포장 구성 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
그러나, 본 발명은 튜브로서 남도록 및 그 뒤에 후속 제작을 위해 사용되도록 하기 위한 관상 구조물의 사용을 막지는 않는다.
특징 및 세부 사항
폴리프로필렌 발포체 공압출물 및 압출기와 환상 다이를 이용한 이의 제조 방법.
장벽성, 슬립 또는 비-슬립성, 물성 증진, 최종 구성에 대한 중량 및/또는 비용 절감(이에 한정되지 않음)을 포함한 증진된 특성을 제공할 수 있는, 스킨이 코어의 일측 또는 양측에 동시적으로 압출된 발포 폴리프로필렌 코어로 구성되는 폴리프로필렌 발포물.
특성의 증진, 중량, 가공 시간, 및/또는 열성형성 제작에 대한 비용 절감을 제공할 수 있는, 스킨이 코어의 일측 또는 양측 상에 동시 압출된 발포 폴리프로필렌 코어로 구성되는 폴리프로필렌 발포물.
고형 또는 더욱 바람직하게는 발포 조성물을 갖는 폴리프로필렌 공압출 구조의 스킨(들).
압출 시이트의 일측 또는 양측 적용에 따라 1 내지 7개 층인 다중층 구성인폴리프로필렌 공압출 구조의 스킨.
1.5 PCF 내지 40 PCF 범위의 밀도를 갖는 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 발포체 코어.
20 PCF 내지 대략 60 PCF 범위의 밀도를 갖는 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 스킨(들), 고형 물질.
니트(neat) 폴리프로필렌 또는 이의 블렌드(blend)로 제조된 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 발포체 코어.
폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌 및/또는 시레인(silein) 개질 폴리에틸렌(들)의 블렌드의 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 발포체 코어.
폴리프로필렌 또는 폴리프로필렌과 메탈로센(metallocene)계 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌의 블렌드의 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 발포체 코어.
니트 폴리프로필렌 또는 이의 블렌드로 제조된 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 스킨.
폴리프로필렌과 메탈로센 폴리프로필렌 또는 메탈로센 폴리에틸렌(들)의 블렌드로 제조된 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 스킨.
폴리프로필렌과 실란 개질 메탈로센 폴리에틸렌(들)의 블렌드로 제조된 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 스킨.
특정의 목적하는 특성을 위한 폴리프로필렌 이외의 중합체 또는 중합체 블렌드로 제조된 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 스킨.
물리적 발포제(들)에 의해 발포된 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 발포체 코어.
화학적 발포제(들)에 의해 발포된 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 발포체 코어.
물리적 발포제(들)와 화학적 발포제(들)에 의해 발포된 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 발포체 코어.
유기, 무기, 입상, 분상, 결정상 또는 섬유상 종을 포함한(이에 한정되지 않음) 첨가제 물질을 갖는 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 발포체 코어.
발포용 기핵제, 발포 또는 최종 성질을 위한 보강제, 항산화제, 자외선 억제제, 전도성 증진, 슬립성 또는 슬립 방지성을 포함한(이에 한정되지 않음) 이러한 기능으로 작용할 첨가제 물질을 갖는 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 발포체 코어.
유기, 무기, 입상, 분상, 결정상 또는 섬유상 종을 포함한(이에 한정되지 않음) 첨가제 물질을 갖는 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 스킨.
발포용 기핵제, 발포 또는 최종 성질을 위한 보강제, 항산화제, 자외선 억제제, 식품 및/또는 약품 적용 요건, 전도성 증진, 슬립성 또는 슬립 방지성을 포함한(이에 한정되지 않음) 이러한 기능으로 작용할 첨가제 물질을 갖는 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 스킨.
물리적 발포제(들)에 의해 발포된 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 스킨.
화학적 발포제(들)에 의해 발포된 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 스킨.
물리적 발포제(들)와 화학적 발포제(들)에 의해 발포된 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 스킨.
두께가 바람직하게는 0.020 내지 0.500 인치, 더욱 바람직하게는 0.120 인치인 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 발포체 코어.
두께가 바람직하게는 0.0002 내지 0.020 인치, 더욱 바람직하게는 0.001 인치인 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 스킨.
비록 필수적인 것은 아니고 두께가 불균등할 수 있지만 바람직하게는 동등한 두께인 폴리프로필렌 발포체 공압출물의 폴리프로필렌 스킨.
첨가제 및 발포제를 용융, 혼합 및 혼입하기 위한 단일 또는 다중 플라스틱 압출기, 압출 다이에 일관된 유동 및 압력을 제공하기 위한 가압 장치 및 프로필렌 발포체 코어 공압출물을 생성하기 위한 바람직한 압출 다이로 구성되는 (이에 한정되지 않음) 플라스틱 압출 시스템의 사용.
폴리프로필렌 발포체 코어 공압출된 관상 구조를 생성하기 위한 환상, 즉 원형 압출 다이 구성의 사용.
폴리프로필렌 발포체 코어 공압출 관상 구조를 편평한 시이트로 슬리팅 및 가공.
저렴한 폴리프로필렌 발포체를 생산하기 위한 본 발명에서 확인된 방법에 사용되는 물질은 본원에 특유한 것이다. 본 발명은 바람직한 물질에서 CO2또는 CO2와 무기 또는 유기 발포제의 조합에 의한 폴리프로필렌의 직접 발포를 확인한다. 발포를 허용하는 다양한 가스가 단독으로 또는 병용하여 사용될 수 있지만, 본 발명은 CO2단독 사용을 선호한다. CO2단독 사용의 선호는 또한 환경 친화적인 적용과 식품 접촉 사용을 제공한다. CO2외에도, 기핵제, 바람직하게는 시트르산(citric acid)/중탄산나트륨(sodium bicarbonate) 조성물, 예를 들면 CF-40 또는 CF-20의 사용이 바람직하다. 발포체용의 바람직한 중합체는 Chisso, Basell 및 Borealis같은 회사로부터 입수될 수 있는 고 용융 강도 폴리프로필렌, HMS-PP이다. HMS-PP는 물리적 발포제에 의한 발포를 개선하는 안정한 셀 성장을 제공하는 증가된 용융 신장성을 위해 특이적으로 디자인된다. 비록 발포체는 HMS-PP만으로도 생성될 수 있지만, 본 발명은 Borealis Daploy WB130HMS, 또는 또다른 폴리프로필렌과의 블렌딩에 의해 개질된 등가물의 사용을 선호한다. 발포체용의 바람직한 중합체, 및/또는 구조가 바람직한 경우에 코어는 Borealis Daploy WB130HMS, 또는 등가물과 같은 고 용융 강도 폴리프로필렌 HMS-PP이다. WB130HMS의 전형적인 성질은 2.5 (g/10)분의 용융 유량; 40 Mpa의 항복 인장 강도(tensile); 6%의 항복 신율(elongation); 1900 Mpa의 굴곡 탄성율(flexural modulus); 및 57.4℃에서 0.45 Mpa 및 105℃에서 1.80 Mpa의 열 편향 온도를 포함한다. 그러나, 비록 100% HMS-PP가 발포체 또는 코어용으로 사용될 수 있지만, 발포체 또는 코어용의 더욱 바람직한 조성물은 발포물의 개선된 성질을 위하여 HMS-PP와 공중합체 및/또는 단독중합체 PP의 블렌드이다. 바람직한 블렌드는 20% 내지 60%의 HMS-PP와 80% 내지 40%의 공중합체 및/또는 단독중합체를 포함할 것이다. 더욱 바람직한 블렌드는 40% 내지 50%의 HMS-PP와 60% 내지 50%의 공중합체 및/또는 단독중합체를 포함할 것이다. 산물 개선을 위해 HMS-PP와 블렌딩하기 위한 바람직한 수지의 예는 고 충격 공중합체 폴리프로필렌인 Dow Chemical의 7c50 또는 이의 등가물이다. 7c50의 전형적인 성질은 용융 유량 (230℃) 8.0 g/10분; 항복 인장강도 3330 PSI [23Mpa]; 항복 신율 7%; 및 85℃에서 열 편향 0.45 MPA 이다. 대체 공중합체 및/또는 단독중합체 폴리프로필렌이 HMS 함량에 대해 증가할 때, 선택되는 수지는 저 용융 유동 수지이다. 블렌드에 의한 발포의 개선 외에도, 최종 발포체 성질이 개선된다. 이러한 것들에는 식품 포장 및 자동차 요구조건에 필요되는 충격 및 저온 균열 성능 특성이 포함되며 이에 한정되지 않는다. 이러한 성능 기준은 고 용융 강도 폴리프로필렌 단독으로서 블렌딩 조성물의 바람직성이 -30℃ 저온 충격 성능에 대한 자동차 요구조건을 충족하지 못함을 입증한다. 발포체는 또한 특히 자동차 적용을 위한 사출 성형 또는 취입 성형 부품을 대치하는 열성형 부품에 대한 60 내지 70% 중량 감소를 허용한다. 성능 특징의 개선 외에도, 대안의 저가 폴리프로필렌을 더 고가인 고 용융 강도 물질에 첨가함으로써 비용 절감이 실현된다.
업계에는 특허권자를 포함하여, 발포시에 보조제로서 용융 강도 촉진에 도움을 주기 위하여, 퍼옥사이드(Peroxides), 시이렌(silanes), MAH 개질 중합체 같은 각종 물질로 가교 결합하는 것을 당업계에서 인정하는 사람들이 존재한다. 본 발명에서는, 비록 가교 결합도 무방하지만, HMS-PP와 공중합체 및/또는 단독중합체의블렌드의 사용으로 사용된 발포 공정하에서 목적하는 발포체를 생성하기에 충분한 용융 강도를 제공함에 따라, 재료 조성물의 부가적인 가교를 제공하는 것이 필수적인 것은 아니다. 업계에는 편평 다이로부터 연속성 시이트로서 또는 다양한 유형의 압출기를 가지고 물리적 발포제를 사용하여 환상 다이로부터 관 형태로 중합체 발포체를 제조하는 것이 공지되어 있다. 이러한 압출기로는 단축(single), 역회전 이축(twin), 공회전 이축(twin), 유성 기어 및 탠덤(tandem) 압출기가 포함되며 이에 한정되지 않는다. 또한, 스크루 설계, L/D비, 혼합능, 공급능, 및 압출 공정의 허용 가능한 발포체 생성능에 영향을 주는 기타 요인에 있어 대안이 존재한다. 비록 다른 압출기의 사용도 가능하지만, 본 발명에서는 L/D비가 40:1인 공회전(co-rotating) 압출기의 사용이 바람직하다. 또한, 본 발명은 폴리프로필렌 블렌드 물질의 균일한 온도, 압력, 혼합, 분산, 및 발포를 제공하기 위하여 스크린 변환기를 구비한 스크린, 기어 펌프 및 압출기와 다이 사이의 고정 믹서의 사용을 선호한다. 본 발명은 또한 다이의 배출구에서 압출물의 균일한 가열 및 발포 촉진에 도움을 주기 위하여 조절되고 통제되는 온도 다이 및 다이 립(lip)의 사용을 선호한다. 또한, 본 발명은 US 특허 No. 5,866,053과 같은 다른 특허된 방법에서 보이는 바와 같은 매우 높은 압력에서 발포하기 위한 장치나 설비 및 공정을 요하지 않는다. 본 발명은 또한 저렴한 제조 방법을 조장한다.
비록 적용에 따라 발포체 시이트만이 제조될 수도 있지만, 바람직하게는 발포체 시이트의 상부 및/또는 하부에 부가적인 스킨층 또는 다중층을 구비하는 것이 바람직할 수도 있다. 스킨 또는 스킨층으로 사용되는 물질은 최종 용도 요건에 좌우될 것이다. 예를 들면, 충격 및 저온 가요성 향상에 도움을 주기 위하여 공합체 폴리프로필렌 막이 발포체 시이트 [코어]에 배치될 수 있다. 가스 침투율 변형, 내유성, 낮은 악취 전달, UV 저항성 등을 포함한(이에 한정되지 않는다) 다른 목적하는 속성을 위한 대안의 물질 및/또는 부가적인 층. 본 발명은 HMS-PP 발포체 시이트 상에 스킨의 공압출을 선호한다. 공압출물의 최종 표면은 최종 용도 적용에 좌우될 것이다. 본 발명은 발포체 [코어] 시이트 상에의 스킨 또는 스킨층으로서 막 또는 시이트의 적층을 배제하지 않는다. 본 발명은 공압출 시이트 조성물 상에의 임의 물질의 후속 적층도 배제하지 않는다. 예를 들면, 구성은 코어 상의 일측에 공중합체 막이 공압출된 발포체 코어를 포함할 수 있다. 발포체의 다른 표면은 MAH 개질 PP 또는 EVA와 같은 대안의 중합체의 결합층의 공압출 시이트를 구비할 수 있다. 공중합체 막은 향상된 물성과 저온 내충격성을 부여하는 데 도움을 줄 것이며, 반면에 MAH-PP는 열가소성 수지, 금속, 우레탄, 및 다양한 밀도의 우레탄 발포체를 포함하여(이에 한정되지 않음) 타 물질과 발포체 복합 구조의 결합에 후속적으로 도움을 줄 것이다. 또 다른 예로는 발포체 코어 상에 다중층 스킨을 포함할 수 있다. EVOH 층이 다중 공압출물의 하나일 수 있다.
특정 적용의 경우, 발포체 구조의 제작은 특정 기준을 만족하도록 맞추어 제작될 것이다. 예를 들면, 식품 용도로는, 열성형 공정에서 강도를 부여하되, 전자레인지로 요리 가능한 냉동 식품 적용을 위한 저온 내충격성 및 고 내온성을 부여하면서, 발포를 허용하도록 수지의 선택 및 블렌드가 만들어질 것이다. 수분이나 가스 투과에 대한 저항성, 취기 보유 또는 제거 등을 제공하기 위한 이러한 유형의 부가층이 포함될 수 있다.
본 발명은 다수의 다양한 산업에 적용될 수 있다. 자동차 및 기타 산업에서도, 본 발명의 장점은 경제적인 면에서 개선이 관찰된다. 이러한 점은 사출 성형 또는 취입 성형 대신에 열성형에 의해, 및/또는 고형 플라스틱 구조를 성능 특징을 충족하는 발포체 또는 발포체 코어 조성물로 대체함으로써 70% 정도까지의 개별 부품의 중량 감소에 의해 부품 조립시에 증명된다. 고가 HMS 폴리프로필렌 수지를 대체하는 저가 공중합체 및/또는 단독중합체 폴리프로필렌 수지의 사용으로 달성되는 비용 절감 효과가 있으므로 경제적인 측면에서도 한층 개선된다. 화학적 발포 폴리프로필렌 발포체에 의해 성취되어 왔던 것보다 저비용으로 더욱 균일한 셀 구조를 부여하는 물리적 발포제의 사용에 의해 제조상의 경제적인 측면도 한층 개선된다.
이와 마찬가지로, 최종 용도에 따라, 발포체 코어 구조는 향상된 각 스킨층을 위한 물질(들)의 선택에 의해 더욱 향상된 성질을 지닐 수 있다. 공압출은 부가적인 성능 특징을 위해 A-B, 또는 A-B-A, 또는 A-B-C 조성물로 달성될 수 있는 발포체 코어 구조를 생산하는 데 사용될 수 있다. 여기에서, B는 블렌딩된 PP 발포체 코어이고 A 및/또는 C는 특정 적용을 위해 선택되는 물질이다. 구조의 A 및/또는 C 단편은 또한 목적하는 최종 용도에 따라 복합 스킨으로서 물질의 단일층 또는 다중층일 수 있다. 예를 들면, 중량은 감소하면서 I-빔 구조에 의해 성취되는 강도를 모방하는 A-B-A 조합에 스킨을 부가함으로써 부품에 부가적인 강도가 부여될 수 있다. 대안적인 예는 C가 타 물질의 층과 함께 A 조성물의 층의 하나의 단편을 갖는 2개 또는 3개 층 구성일 수 있는 A-B-C 구성일 수 있다. 그러한 예로는 저온 충격 강도를 개선하기 위한 폴리프로필렌 공중합체의 하나의 스킨 표면과 저온 충격 강도와 아울러 장벽 특성을 향상시키기 위한 타 물질과 폴리프로필렌의 층 조성물의 다른 스킨 표면을 구비할 수 있는 식품 포장 적용이 포함될 것이다. 또한, 코어 구성의 스킨 중 하나 또는 양자 모두는 고형 또는 발포 또는 병합된 발포 및 고체 조성물일 수 있다. 스킨 중 하나 또는 양자 모두를 발포하기를 원하면, 화학적 발포제를 사용하는 것이 바람직하다.
공지의 종래 기술 어디에도 중합체 발포체 코어 라미네이트의 형성 분야에서 지금까지 인식되지 않았던 방식으로 이러한 별도의 기능을 달성하는 본 발명의 신규하고 창의적인 원리를 교시하거나 제안하고 있지 않다.
변형
공압출 층(들) [단일층 또는 다중층]은 특히 전기, 컴퓨터, 및/또는 자동차 장비 또는 포장에 사용하기 위해, 도전성, 대전 방지성, 및/또는 정적 소모성을 지닐 수 있다.
발포체 코어와 마찬가지로, 공압출 층(들)도 EVA(에틸렌 비닐 아세테이트: ethylene vinyl acetate) 고형층 또는 발포체 층일 수 있으며, 일 층 또는 양 층에 도전층을 갖는 다중층 구성을 가질 수 있으며, 따라서 부드러운 촉감을 부여하면서 또한 정적 소모능도 지닌다.
라미네이트는 분리기, 하물 등으로서 사용하기 위하여, 그리고 다이 절단하거나 열성형하여 특정 형상이나 부품을 생산할 수 있는, A급 자동차 표면 또는 화인 차이나(fine china)와 같은 물품용으로 사용하기 위하여 훼손 또는 긁힘을 방지하기 위한 발포체 EVA만이 상부 및/또는 하부에 있는 발포체 코어를 구비할 수 있다.
마찬가지로, 항미생물제, 흡취제, 착색제 등과 같은 첨가제도 공압출층 중 하나에 또는 둘 모두에 첨가될 수 있으며, 조성물과 구조에 다중 혜택을 제공하기 위하여 다중층이 존재할 수 있다.
발포체 프로파일링 에어 링
다이와 맨드릴 사이에 발포성 기포를 형성하기 위한 공기 급원을 구비한 성형 맨드릴을 사용하여 후속 공정에서 슬리팅되고 절개하여 편평 시이트를 생성하게 되는 관상 구조를 제조하는 것이 당업계에 공지되어 있다. 발포체 압출의 산물과 공정을 개선하기 위한 발포체 프로파일링 에어 링(Foam Profiling Air Ring)의 사용은 당업자에게 자명하지 않다.
발포 압출 라인을 위한 성형 맨드릴(41)과 관련하여, 발포체 프로파일링 에어 링의 사용을 위한 3가지 기본 목적이 있다:
1. 주름이 없는 편평 시이트를 달성하는 데 도움을 주기 위하여 특정 형상에 부합하도록 발포 기포를 프로파일링함.
2. 균일한 계측 및 가공의 용이를 위해 발포성의 취약한 용융 압출물을 지탱하는 데 도움을 줌.
3. 발포되든지 스킨 또는 ABA 또는 다중층 구성의 일부이든지 간에 압출물의 내측면 상에서의 냉각을 증진하기 위함.
발포체 프로파일링 에어 링은 맨드릴(41)의 상단에 위치한 장비의 다중-립(multi-lipped) 링 피스(piece)이다. 이러한 에어 링은 투입구(81,82)를 통해 압출 공정에서 발포 기포의 내측에 냉각 공기를 제공하며, 아울러 또한 배기구(85,86)를 통해, 기포 내측으로부터 공기 배출을 허용하기 위한 진공능도 갖는다. 공기의 투입 및 제거의 이러한 이중 기능은 임의의 특정 물질을 위한 공정에 의해 요구되는 규정 온도 및/또는 압력의 유지능을 제공한다.
다중 립(multi-lipped) 설계는 에어 링과 맨드릴 상에서 연속적인 에어 베어링을 전파하고 유지하게 될 에어 링 상에서 물질의 유동을 따라 다중 충돌점에 냉각 공기를 제공한다.
이러한 장치의 진공능은 기포 내측으로부터 가열된 공기의 제거를 허용하며 다중 립 구성으로부터 냉각 공기 투입과 함게 작동하도록 설계되어 기포 안정성을 유지하면서 내부 기포의 규정 온도 및/또는 압력을 유지한다.
발포제
물리적 발포제 비교에 대한 개요
CO 2
천연 대기 가스
환경 친화성
저가
비-연소성
고속 에이징(aging)/평형 시간
N2보다 가용성
N2보다 큰 셀 생성
N 2
천연 대기 가스
환경 친화성
저가
비-연소성
미세한 셀 생성
CO2보다 많은 주름 생성 경향
탄화수소
증기압이 낮을수록 용해도 큼
용액 중에 더 장기간 머무르게 하여 주름이 더 적도록 하는 데 도움을 줌
발포 공정에 있어서 좀더 통제된 발포를 제공
가소성 용융물의 점도를 감소시켜 스크루에 대한 더 적은 전단 및 더 적은 작업 손실과 함께 더 낮은 온도에서 더 높은 생산량의 제공
인화성
잠재적인 폭발성
비-환경 친화성
내부 및 외부 가스의 평형을 위한 에이징 시간을 요함
추가적인 허용 및 방출 제어를 요함
목적하는 이득, 즉 비-연소성, 미세 셀, 저렴한 비용 등에 따라 임의의 특정 가스가 사용될 수 있다. 상기 가스의 블렌드를 사용하여 이러한 이득을 최대화하고 발포를 위한 임의의 단일 가스를 사용하여 생기는 손실을 최소화한다.
본 발명의 형태와 구성에 있어서 이의 본질적인 취지로부터 일탈함이 없이 약간의 변형이 가해질 수 있음이 자명하다. 그러나, 본 발명을 본원에 예시되고 기재된 정확한 형태에 한정시키고자 하지 않으며, 특허청구범위 내에 적절히 들어오는 그러한 모든 것을 포함시키고자 한다.
본 발명은 바람직한 실시예의 특정예를 참조로 하여 기술되었지만, 하기 특허청구범위 내에 있는 모든 변형과 등가물을 포함시키고자 한다. 따라서, 본 발명을 규정하는 하기 특허청구범위는 당해 분야에 본 발명이 기여하는 취지와 범위내에서 자유로운 해석이 주어져야 한다.
이와 같이 기재된 본 발명에서, 가출원에 의해 확보하고자 하는 새로운 점과 희망하는 바를 하기 특허청구범위에 청구한다.

Claims (25)

  1. 공중합체 및/또는 단독중합체 폴리프로필렌과 블렌딩된 고 용융 강도 폴리프로필렌을 사용하며, 여기에서 바람직한 블렌드는 20% 내지 60%의 고 용융 강도 폴리프로필렌과 80% 내지 40%의 공중합체 및/또는 단독중합체를 포함하는 중합체 발포체.
  2. 제 1 항에 있어서, 더욱 바람직한 블렌드는 40% 내지 50%의 HMS PP와 60 내지 50%의 공중합체 및/또는 단독중합체를 포함하는 발포체.
  3. 제 1 항에 있어서, 물리적 발포제는 이산화탄소인 발포체.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 폴리프로필렌 발포체로 제조된 발포체 코어 조성물 구조.
  5. 제 1 항 기재의 발포체 또는 제 4 항 기재의 발포체 코어를 제조하기 위한폴리프로필렌의 공중합체 또는 단독중합체의 블렌드에서 고 용융 강도 폴리프로필렌의 용도.
  6. 폴리프로필렌 발포체의 제조에 물리적 발포제(들) 또는 화학적 발포제(들), 또는 양자 모두 또는 이들의 조합 또는 그 중 하나의 사용을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 폴리프로필렌 발포체의 둘 이상의 층상 조성물을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 고형 표면으로 사용되지 않을 때, 제 4 항의 스킨(들)의 발포에 물리적 발포제(들) 또는 화학적 발포제(들), 또는 양자 모두 또는 이들의 조합 또는 그 중 하나의 사용을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 코어와 스킨 표면(들) 모두에 대해 바람직하게는 상이하지만, 동일한 폴리프로필렌의 사용을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 발포체 또는 발포체/고형 라미네이트 구성의 제조를 위해 둘, 또는 셋, 또는 그 이상의 층 압출 공정의 사용을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  11. 제 6 항에 있어서, 발포체 라미네이트 구성의 제조를 위한 캘린더(calendar) 공정의 사용을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  12. 제 6 항에 있어서, 발포체 또는 발포체/고형 라미네이트 구성의 제조를 위한 둘, 셋, 넷 또는 그 이상의 층 압출 공정의 사용을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  13. 제 6 항에 있어서, 발포체 또는 발포체/고형 라미네이트 구성의 제조를 위한 둘, 셋, 넷 또는 그 이상의 층 압출 공정 및 후속 캘린더 공정의 사용을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  14. 제 6 항에 있어서, 목적하는 형상의 최종 산물의 제조를 위한 열성형 공정의 사용을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  15. 제 6 항에 있어서, 식품 포장 및 서빙(serving) 적용에 CO2블로잉 폴리프로필렌 발포체의 사용을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  16. 제 6 항에 있어서, 표면층이 존재하거나 부재하는 발포체 및/또는 발포체 코어의 제조를 위한 편평 또는 환상 다이의 사용을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  17. 제 6 항에 있어서, 발포체 코어에 재활용 또는 조각 물질의 사용을 포함하는 폴리프로필렌 발포체의 형성 방법.
  18. 제 4 항 및/또는 제 17 항의 발포체 코어의 상부 및/또는 하부에 식품 승인된 접촉 스킨의 사용.
  19. (a) 제 1 중합체를 고압하에 물리적 발포제와 혼합하여 예비-발포 화합물을 형성하는 단계, 및
    (b) 예비-발포 화합물을 제 2 중합체와 공압출하여, 제 2 중합체가 공압출물 상에 스킨을 형성하는 단계를 포함하는, 발포 중합체 구조의 형성 방법.
  20. (a) 폴리프로필렌과 폴리스티렌으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 중합체의 층이고 상기 층은 제 1 및 제 2 측면과 셀을 가지며, 상기 셀은 질소와 이산화탄소로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 가스로 충진되는 발포 코어 층, 및
    (b) 코어 층의 제 1 측면을 코팅하는 제 1 스킨층을 포함하는 중합체 구조.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 구조는 제 2 스킨층을 포함하고 제 2 스킨층은 코어 층의 제 2 측면을 코팅하는 중합체 구조.
  22. 제 20 항에 있어서, 적어도 하나의 스킨층은 또한 발포 중합체인 중합체 구조.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 구조는 원통형인 중합체 구조.
  24. 제 20 항에 있어서, 상기 코어는 높은 고유 용융 강도를 지닌 중합체로 형성되는 중합체 구조.
  25. 제 20 항에 있어서, 상기 코어는 고 변형 경화를 지닌 중합체로 형성되는 중합체 구조.
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