KR20070056669A - 냉각성능을 향상시킨 다이를 이용한 미세발포체의 제조방법 - Google Patents

냉각성능을 향상시킨 다이를 이용한 미세발포체의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20070056669A
KR20070056669A KR1020050115638A KR20050115638A KR20070056669A KR 20070056669 A KR20070056669 A KR 20070056669A KR 1020050115638 A KR1020050115638 A KR 1020050115638A KR 20050115638 A KR20050115638 A KR 20050115638A KR 20070056669 A KR20070056669 A KR 20070056669A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
section
temperature
pressure drop
cooling
extrusion die
Prior art date
Application number
KR1020050115638A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100764900B1 (ko
Inventor
남경구
최기덕
박종성
손선모
이봉근
민경집
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020050115638A priority Critical patent/KR100764900B1/ko
Priority to CN201210545713.7A priority patent/CN103030832B/zh
Priority to PCT/KR2006/001957 priority patent/WO2007064065A2/en
Priority to CNA200680044731XA priority patent/CN101443395A/zh
Priority to CA2628473A priority patent/CA2628473C/en
Priority to US11/442,844 priority patent/US20070123598A1/en
Priority to TW095120661A priority patent/TWI321100B/zh
Publication of KR20070056669A publication Critical patent/KR20070056669A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100764900B1 publication Critical patent/KR100764900B1/ko
Priority to US12/851,131 priority patent/US8398904B2/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
    • B29C44/3469—Cell or pore nucleation
    • B29C44/348—Cell or pore nucleation by regulating the temperature and/or the pressure, e.g. suppression of foaming until the pressure is rapidly decreased
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/04—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent
    • C08J9/12—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a physical blowing agent
    • C08J9/122—Hydrogen, oxygen, CO2, nitrogen or noble gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/16—Making expandable particles
    • C08J9/18—Making expandable particles by impregnating polymer particles with the blowing agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L27/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L27/02—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L27/04—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing chlorine atoms
    • C08L27/06—Homopolymers or copolymers of vinyl chloride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
    • C08J2300/22—Thermoplastic resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/04—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing chlorine atoms
    • C08J2327/06—Homopolymers or copolymers of vinyl chloride

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

본 발명은 미세발포체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 a) 압출기를 이용하여 가소화된 열가소성 고분자 수지와 발포제를 혼합하는 단계, b) 상기 가소화된 혼합물을 압출다이의 압력강하구간으로 통과시켜 미세 공극을 형성하는 단계, 및 c) 상기 미세 공극이 형성된 용융혼합물을 압출다이의 냉각구간으로 통과시키며 냉각시키는 단계를 포함하며, 상기 압력강하구간의 끝지점의 온도와 상기 냉각구간의 시작지점의 온도가 30 내지 200 ℃의 온도차이를 가지는 미세발포체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 미세발포체의 제조방법은 하나의 압출다이 내에서 급격한 온도변화구간을 형성하여 미세발포체의 스킨층의 두께를 증가시키고 미세공극의 크기와 분포를 제어하여 기존의 무발포 시트와 유사한 기계적 물성을 구현하는 장점이 있다.
미세발포체, 폴리비닐클로라이드, 스킨층, 압출, 냉각구간

Description

냉각성능을 향상시킨 다이를 이용한 미세발포체의 제조방법{A METHOD FOR PREPARING A MICROCELLULAR FOAM BY USING A DIE HAVING IMPROVED COOLING PROPERTY}
도 1은 압력강하구간, 온도변화구간, 및 냉각구간을 함께 포함하는 압출다이의 일 예를 나타낸 단면도.
도 2는 압력강하구간, 온도변화구간, 및 냉각구간을 함께 포함하며 다수의 냉각수단과 가열수단을 포함하는 압출다이의 일 예를 나타낸 단면도.
도 3은 본원발명의 실시예의 미세발포체 제조를 위한 압출장치의 구성을 나타낸 구성도.
도 4는 본원발명의 비교예 1, 및 2의 미세발포체 제조를 위한 압출 다이의 구성을 나타낸 단면도.
도 5는 본원발명의 비교예 3의 미세발포체 제조를 위한 압출 다이의 구성을 나타낸 단면도.
도 6은 실시예 1에 따른 미세발포체 시트의 파단면 주사전자현미경 사진.
도 7은 비교예 3에 따른 발포체 시트의 파단면 주사전자현미경 사진.
[산업상 이용분야]
본 발명은 미세발포체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압출다이에 압력강하구간과 냉각구간을 형성하여 공극의 크기, 분포 및 발포체의 기계적 물성을 개선한 미세발포체의 제조방법에 관한 것이다.
[종래기술]
방음재, 단열재, 건재, 경량구조재, 포장재, 절연재료, 쿠션재, 방진재, 신발 등에서 단열, 흡음, 부력, 탄력, 경량, 방음 등의 목적으로 플라스틱을 기계적으로 발포하거나, 발포가스나 발포제를 이용하여 발포시키는 발포체는 물리적 발포제나 화학적 발포제를 사용하여 제조될 수 있다.
물리적 발포제의 예로는 이산화탄소, 질소, 또는 하이드로플루오르카본 등이 사용되며, 화학적 발포제의 예로는 아조디카본아마이드 등과 같은 기체 생성 유기물질이 사용될 수 있다.
미합중국 특허 제6,225,365호에 의하면, 화학적 발포제는 분해 후에 잔류물이 남기 때문에 최종제품의 물성이 저하되는 반면에, 물리적 발포제는 잔류물이 전혀 없어 더 우수한 발포체를 얻을 수 있다고 기재되어 있다. 그러나 이러한 발포방법의 경우에는 생성되는 공극이 비교적 크고(약 100 ㎛ 이상) 높은 수준의 공극율(약 50 %이상)을 갖기 때문에 기계적 강도와 인성이 낮은 경향을 나타낸다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 공극밀도가 크고 공극 크기가 작은 가소성 발포체를 제조하기 위한 초미세발포방법이 개발되었으며, 이러한 방법은 미합중국 특허 제4,473,665호(1984.09.25)에 기재되어 있다.
이외에도 미세구조를 갖는 발포물질을 연속적으로 생성하기 위한 다양한 방법들이 제시되어 왔다. 미합중국 특허 제5,866,053호(1999.02.02)에서는 미세발포체를 형성하는 연속적인 방법이 개시되어 있다. 이 발명은 발포제 및 중합체의 단일상 용액의 압력을 신속히 강하시켜 공극의 핵을 생성하고 핵 생성속도를 최종 제품에서 미세발포구조를 형성하기에 충분히 높게 유지시키는 것을 특징으로 한다.
대한민국 공개특허 제2004-34975호에서는 섬유형성성 고분자를 압출기에서 용융, 혼련시에 초임계 기체를 상기 압출기 내로 도입하여 균일한 농도의 단일상 고분자 용융액-기체용액을 제조한 다음, 연속해서 급격한 압력 강하 속도가 부여되도록 하여 미세다공 토출물을 제조하고, 상기 미세다공 토출물을 토출직후에 냉각매체로 급냉하고, 방사드래프트가 2 내지 300이 되도록 10 내지 6,000 m/분의 권취속도로 권취하는 것을 특징으로 하는 미세다공질 섬유의 제조방법이 개시되어 있다.
일본 특허 제3,555,986호에서는 제1압출기와 이것에 연결되는 혼합부를 갖는 어댑터에 의하여 용융한 열가소성 수지에 발포제인 불활성 가스를 함침시키어 열가소성 수지와 불활성 가스의 완전 상용상태를 형성하는 가스용해공정과, 제2압출기에 의하여 가압상태를 유지한 채 용융 수지의 온도를 내리는 냉각공정과, 급격한 압력저하에 의하여 다수의 기포핵을 발생시키는 핵생성공정과, 기포 지름을 제어하는 발포제어공정을 포함하는 미세하고 다수의 기포를 균일하게 가지는 열가소성 수지 발포체의 제조방법이 개시되어 있다.
일본 공개특허 제2004-322341호에서는 결정성의 열가소성 수지를 포함하는 성형재료를 용융하는 용융공정, 용융된 성형재료에 불활성 유체를 혼합하는 혼합공정, 불활성 유체가 혼합된 용융상태의 성형재료를 결정화 온도에 대하여 0.5 내지 5℃ 높은 온도의 범위 내에서 압출하는 공정을 포함하는 미세셀 발포체의 압출발포 성형방법이 개시되어 있다.
일본 공개특허 제2004-338396호에서는 열가소성 수지를 포함하는 성형재료를 용융하는 용융공정, 용융된 성형재료에 불활성 유체를 혼합하는 혼합공정, 불활성 유체가 혼합된 용융상태의 성형재료를 고화온도보다 높은 온도로 그리고 압출순간에는 실질적으로 발포하지 않거나 저발포 상태가 되도록 압출하는 압출공정, 압출된 성형재료에 외력을 가하고 발포시키는 외력부여공정을 포함하는 미세셀 발포체의 압출발포 성형방법이 개시되어 있다.
그러나 아직도 상기 특허들에 의해 제조되는 최종 제품들이 가지는 기계적 물성은 무발포 제품에 비하여 낮다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 미세발포체의 제조공정에 있어서, 압력강하구간의 끝지점과 상기 냉각구간의 시작지점에 급격한 온도변화를 주어 스킨층의 두께를 증가시키고, 코어층의 미세 공극의 크기와 분포를 제어하는 미세발포체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, a) 압출기를 이용하여 가소화된 열 가소성 고분자 수지와 발포제를 혼합하는 단계, b) 상기 가소화된 혼합물을 압출다이의 압력강하구간으로 통과시켜 미세 공극을 형성하는 단계, 및 c) 상기 미세 공극이 형성된 용융혼합물을 압출다이의 냉각구간으로 통과시키며 냉각시키는 단계를 포함하며, 상기 압력강하구간의 끝지점의 온도와 상기 냉각구간의 시작지점의 온도가 30 내지 200 ℃의 온도차이를 가지는 미세발포체의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 미세발포체의 제조방법은 a) 압출기를 이용하여 가소화된 열가소성 고분자 수지와 발포제를 혼합하는 단계, b) 상기 가소화된 혼합물을 압출다이의 압력강하구간으로 통과시켜 미세 공극을 형성하는 단계, 및 c) 상기 미세 공극이 형성된 용융혼합물을 압출다이의 냉각구간으로 통과시키며 냉각시키는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 압력강하구간의 끝지점의 온도와 상기 냉각구간의 시작지점의 온도는 30 내지 200 ℃의 온도차이를 가지도록 하는 것이 바람직하며, 50 내지 150 ℃의 온도차이를 가지도록 하는 것이 더 바람직하다. 상기 온도차이가 30 ℃ 미만인 경우에는 압력강하구간에서 형성된 미세공극이 계속 성장하게 되고, 발포체에 충분한 두께의 스킨층이 형성되기 어려우며, 상기 온도차이가 200 ℃를 초과하게 되면, 급격한 고화로 인하여 제조공정이 진행되기 어렵다.
상기 압력강하구간, 및 냉각구간은 하나의 압출 다이(Die)에 일체형으로 포함되거나 구간별 분리된 블록형 압출다이에 각각 별도로 포함될 수 있다. 다만, 하나의 압출다이에 일체형으로 포함되는 것이 미세발포체의 미세공극 제어 및 스킨 층 형성에 바람직하며, 분리형 압출다이에 각각 별도로 포함되는 경우에는 압력강하구간의 끝지점의 압력이 냉각구간에서 유지되도록 강하게 체결하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압출 다이는 압력강하구간의 끝지점에 온도저하 방지를 위한 가열수단을 포함할 수 있다. 상기 가열수단은 상기 압출다이의 압력강하구간의 내부에 형성되거나, 또는 상기 압출다이의 압력강하구간의 내부 및 외부에 함께 형성될 수 있다.
상기 가열수단으로는 통상의 전기발열체를 사용할 수 있으며, 기타 다른 가열수단도 사용할 수 있으므로, 본 발명에서는 특별히 한정되지 않는다.
상기 압출 다이는 냉각구간의 시작지점에 온도상승 방지를 위한 냉각수단을 포함할 수도 있다. 상기 냉각수단도 상기 가열수단과 같이 압출다이의 냉각구간의 내부에 형성되는 것이 바람직하며, 상기 압출다이의 냉각구간의 내부 및 외부에 함께 형성될 수도 있다.
상기 냉각수단으로는 냉매가 흐르는 파이프라인 등의 냉각장치를 사용할 수 있으며, 기타 다른 냉각수단도 사용할 수 있으므로, 본 발명에서는 특별히 한정되지 않는다.
도 1는 압력강하구간(11), 온도변화구간(12), 및 냉각구간(13)을 함께 포함하는 압출다이(10)의 일 예를 나타낸 단면도이다. 상기 압출다이(10)의 내부에는 노즐(14)이 압출방향으로 형성되어 있으며, 실제 압력강하가 이루어지는 곳은 노즐이 끝나는 부분이다.
상기 압출다이는 압력강하구간을 일정온도로 유지하기 위한 가열수단(15), 및 상기 냉각구간의 온도를 유지하기 위한 냉각수단(17)을 포함한다. 다만, 본 발명의 제조방법에 사용되는 압출 다이의 형태가 상기 도 1의 경우로만 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 압력강하구간의 끝지점의 온도는 사용되는 열가소성 수지에 따라 바람직한 범위로 조절할 수 있으나, 150 내지 250℃인 것이 바람직하다. 상기 압력강하구간의 끝지점의 온도가 150℃미만인 경우에는 충분한 미세공극이 형성되기 어렵고, 250℃를 초과하는 경우에는 열가소성 수지의 열화 및 과발포가 일어날 염려가 있다.
또한, 상기 냉각구간의 시작지점의 온도도 사용되는 열가소성 수지에 따라 바람직한 범위로 조절될 수 있는 것으로서, 열가소성 수지의 융점 또는 연화점보다 약간 높은 수준에서 유지되는 것이 바람직하며, 40 내지 150℃인 것이 더 바람직하다. 상기 냉각구간의 시작지점의 온도가 40℃ 미만인 경우에는 급격한 고화로 인하여 제조공정이 진행되기 어렵게 되며, 150℃를 초과하는 경우에는 압력강하구간에서 형성된 미세공극이 냉각구간에서도 계속 성장하게 되어 발포체에 충분한 두께의 스킨층이 형성되기 어렵다.
특히, 상기 압력강하구간과 냉각구간에서의 온도변화는 ±5℃ 이내로 유지되는 것이 바람직하며, ±2℃ 이내로 유지되는 것이 더 바람직하다. 상기 압력강하구간 및 냉각구간에서의 온도변화가 ±5 ℃를 초과하는 경우에는 균일한 압출물을 얻기 힘들어 기계적 물성이 낮아진다.
상기 압력강하구간과 냉각구간에서 열가소성 고분자 수지의 이송 속도는 통상적인 공정성을 확보할 수 있는 범위 안에서 특별히 한정되지 않으나, 0.5 내지 20 m/min인 것이 바람직하다.
본 발명의 미세발포체의 제조방법에 있어서 상기 압력강하구간과 냉각구간의 사이에 온도변화구간을 포함할 수 있다. 상기 온도변화구간에서는 급격한 온도변화가 일어나며, 압력강하구간과 냉각구간 사이의 열교환을 방지하는 역할을 한다. 상기 온도변화구간에서는 하기 계산식 1로 표시되는 진행방향에 따른 온도변화율이 2 ℃/mm 이상인 것이 바람직하고, 3 내지 40 ℃/mm인 것이 더 바람직하다. 상기 온도변화율은 높을수록 좋으며, 2 ℃/mm 미만인 경우에는 냉각구간에 의한 미세공극 제어의 효과가 미미하다.
[계산식 1]
TL=(Th-Tc)/L
상기 식에서, TL은 온도변화율, Th는 압력강하구간 끝지점의 온도, Tc는 냉각구간 시작지점의 온도, L은 온도변화구간의 길이이다.
상기 온도변화구간의 길이는 좁을수록 급격한 온도변화를 일으킬 수 있으므로, 좁을수록 본원발명의 제조방법에 유리하나, 1 내지 150 mm인 것이 바람직하다. 상기 온도변화구간의 길이가 150 mm를 초과하는 경우에는 압력강하구간과 냉각구간의 사이에서 완만한 온도변화가 일어나 미세발포체의 제조에 바람직하지 못하다.
이 때, 상기 압력강하구간, 온도변화구간, 및 냉각구간은 하나의 압출 다이 (Die)에 일체형으로 포함되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 압출 다이는 압력강하구간의 끝지점에 온도저하 방지를 위한 가열수단을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 냉각구간의 시작지점에 온도상승 방지를 위한 냉각수단을 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 가열수단과 냉각수단에 관한 내용은 앞서 기재한 내용과 동일하고, 상기 온도변화구간은 상기 가열수단과 냉각수단 사이의 구간으로 정의될 수 있다.
도 2는 상기 가열수단과 냉각수단의 효과를 높이기 위하여 다수의 가열수단(25, 26)과 냉각수단(27, 28)을 추가한 압출다이(20)를 나타낸다. 이 경우에도 압력강하구간(21), 온도변화구간(22), 및 냉각구간(23)이 하나의 다이에 일체형으로 포함되는 것이 바람직하나, 내부 유로의 압력만 유지할 수 있다면 구간별 분리된 블록형 압출다이를 사용하여도 가능하다. 상기 압출다이(20)의 내부에는 노즐(24)이 압출방향으로 형성되어 있다.
상기 가열수단과 냉각 수단은 필요에 따라 적절한 수로 추가하여 사용할 수 있으며, 본 발명의 제조방법에 사용되는 압출 다이의 형태가 상기 도 2의 경우로만 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 미세발포체의 제조에 사용되는 열가소성 고분자 수지는 발포체의 형성이 가능한 열가소성 수지이면 어느 것이라도 사용가능하며, 바람직하게는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는 것이 바람직하고, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 및 폴리스티렌(PS)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 제조방법에 사용되는 상기 발포제는 불활성기체를 사용하는 것이 바람직하며, 이산화탄소, 질소, 또는 이들의 혼합기체를 사용하는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 발포제는 열가소성 수지 97 내지 99.9 중량부에 대하여 3 내지 0.1 중량부로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 발포제의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우에는 압력강하구간에서 충분한 발포가 일어나지 못하여 미세공극을 형성할 수 없으며, 3 중량부를 초과하는 경우에는 수지에 더 이상 용융되지 못하여 의미가 없다.
상기 발포제는 초임계 상태로 혼합되는 것이 바람직하다. 발포제가 초임계 상태를 이루게 되면 고분자 수지에 대한 상용성이 증가하여 수지 내부에 균일한 공극을 형성할 수 있게 하며, 공극의 크기를 감소시키고 공극밀도를 증가시킬 수 있다. 상기 발포제는 이미 초임계 상태인 발포제를 사용하거나 또는 압출기에 투입된 후, 초임계 상태로 전환될 수 있다.
예를 들자면, 이산화탄소의 경우 임계압력은 75.3 kgf/cm2, 임계온도는 31.35℃이며 질소의 경우 임계압력은 34.6 kgf/cm2, 임계온도는 -147℃이다. 통상적으로 압출기 내에서 상기 기체를 초임계 상태로 전환시키기 위한 조건은 압력 70 내지 400 kgf/cm2, 온도 100 내지 400 ℃인 것이 바람직하다.
또한 질소를 초임계상태로 전환 시키기 위한 조건은 사용되는 발포제의 종류에 따라 조절될 수 있는 것이므로, 본 발명에서는 특별한 범위로 한정되지 않는다.
상기 방법으로 제조되는 본 발명의 미세발포체는 일반적인 미세발포체에 비하여 두꺼운 스킨층과 미세공극이 형성된 코어층을 포함한다. 본 발명에서 공극율은 하기 계산식 1로 계산되며, '스킨층'은 공극율이 5 % 미만인 부분으로 정의되며, ''코어층'은 공극율이 5 % 이상인 부분으로 정의된다. 다만, 본 발명에서 코어층은 우수한 기계적 물성을 확보하기 위하여 공극율이 5 내지 90 %인 것이 더 바람직하다. [계산식 1]
공극율(%) = (ρN-ρF)/ρN × 100
상기 식에서 ρN 은 무발포체의 밀도, ρF 은 발포체의 밀도를 나타낸다.
본 발명의 미세발포체에 있어서, 상기 스킨층의 두께는 전체 미세발포체 두께의 5 내지 50 %인 것이 바람직하고, 10 내지 40 %인 것이 더 바람직하다. 상기 스킨층의 두께가 전체 미세발포체 두께의 5 % 미만인 경우에는 신율 등과 같은 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 50 %를 초과하는 경우에는 원하는 비중감소의 효과를 얻기 어렵다.
본 발명의 미세발포체의 형태는 특별히 한정되지 않으나, 일면 또는 양면에 스킨층이 형성된 시트, ㄱ자형 단면, 또는 내부에 챔버가 있는 샤시 형태인 것이 바람직하다. 상기 미세발포체는 용도에 따라 적절한 두께로 제조할 수 있으므로, 상기 미세발포체의 단면의 두께는 특별히 한정되지 않으나 0.5 내지 5 mm의 두께를 가지는 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 미세발포체에 있어서, 상기 스킨층은 각각 50 내지 500 ㎛의 평균두께를 가지는 것이 바람직하다. 상기 스킨층의 두께가 50 ㎛ 미만인 경우에는 기계적 물성의 감소를 유발하며, 500 ㎛를 초과하는 경우에는 원하는 비중감소를 얻기 힘들다.
본 발명의 미세발포체는 전체적으로 평균 5 내지 80 %의 공극율을 가지는 것이 바람직하고, 10 내지 70 %의 공극율을 가지는 것이 더 바람직하며, 15 내지 30 %의 공극율을 가지는 것이 가장 바람직하다. 미세발포체의 전체 공극율이 평균 5 % 미만인 경우에는 미세발포체로서의 특성을 가지지 못하며, 80 %를 초과하는 경우에는 과도한 공극생성으로 인하여 미세발포체의 물성이 저하될 수 있다.
특히, 상기 미세발포체는 전체의 공극율이 15 내지 30 %인 경우에, ASTM D 4226 방법에 따라 측정한 유변학적 낙하 측정(Rheometric Drop Test)에 의한 충격흡수에너지가 동등한 조건으로 제조된 무발포체에 대비하여 70 %이상인 것이 바람직하며, 90 내지 150% 인 것이 더 바람직하다. 상기 충격흡수 에너지는 높을수록 좋으나, 무발포체 대비 150% 이상의 충격흡수 에너지를 얻기는 사실상 어렵다.
상기 미세발포체의 코어층에 형성되는 공극은 0.1 내지 50 ㎛의 평균 직경을 가지는 것이 바람직하며, 1 내지 30 ㎛의 평균직경을 가지는 것이 바람직하다. 상기 공극의 크기가 작을수록 미세발포체의 물성 개선 효과가 우수하나, 0.1 ㎛미만의 미세공극을 형성하기가 어려우며, 50 ㎛를 초과하는 경우에는 기계적 물성의 저하가 커진다.
본 발명의 미세발포체는 발포체의 형성이 가능한 열가소성 수지를 포함하며, 바람직하게는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는 것이 바람직하고, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 및 폴리스티렌(PS)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는 것이 더 바람직하다.
본 발명의 미세발포체는 ASTM D638법에 따라 측정한 신율이 동등한 조건으로 제조된 무발포체의 신율에 대하여 70% 이상인 것이 바람직하며, 90 내지 150 %인 것이 더 바람직하다. 상기 발포체의 신율은 높을수록 좋으나, 무발포체 대비 150% 초과의 신율을 얻기는 사실상 어려우며, 발포체의 신율이 무발포체의 신율에 대하여 70% 미만인 경우에는 제품으로서의 적용이 어려워진다.
또한 본 발명의 미세발포체는 ASTM D638법에 따라 측정한 인장강도가 동등한 조건으로 제조된 무발포체의 인장강도에 대하여 70% 이상인 것이 바람직하며, 90 내지 150 %인 것이 더 바람직하다. 상기 미세발포체의 인장강도는 높을수록 좋으나, 무발포체 대비 150% 초과의 인장강도를 얻기는 사실상 어려우며, 무발포체의 인장강도에 대하여 70% 미만인 경우 물성저하에 따른 제품으로서의 적용이 어려워진다.
본 발명의 미세발포체는 필요에 따라 건축용 내외장재, 또는 디스플레이 장치의 광학적 반사판 등의 용도로 사용될 수 있으며, 그 중에서도 건축용 내외장재 로 사용되기에 적합하며, 특히 방음재, 단열재, 건재, 경량구조재, 포장재, 절연재료, 쿠션재, 또는 방진재 등의 건축용 내외장재로 사용되기에 적합하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
도 3과 같이, 온도조절이 가능한 압력강하구간(31), 온도변화구간(32), 및 냉각구간(33)이 일체형으로 형성된 압출다이(34)와 어댑터(35)를 이축 압출기(Gㆆttfert Extrusiometer 350)(36)에 장착하여 미세발포체 제조를 위한 압출장치(30)를 준비하였다. 이 때, 상기 압출다이의 압력강하구간(31)의 길이는 125mm, 온도변화구간(32)의 길이는 27mm, 냉각구간(33)의 길이는 40mm가 되도록 하였다.
창호 및 건축 내외장재로 사용되는 경질 폴리비닐클로라이드(PVC) 컴파운드 (LG 화학 제조) 98 중량부를 상기 압출기에 투입하여 상기 PVC를 완전히 가소화시킨 후, 고압펌프를 이용하여 2 중량부의 질소를 압출기의 도 3의 배럴 4 에 주입하여 단일상의 혼합물을 제조하고, 이를 발포 성형하여 두께 2mm, 폭 100mm인 미세발포체 시트를 제조하였다.
상기 압출기의 조건은 배럴1의 온도가 190 ℃, 배럴 2~4의 온도가 180 ℃, 배럴 5의 온도가 175℃가 되도록 하였으며, 어댑터의 온도는 135 ℃를 유지하도록 하였다.
또한, 상기 압출 다이의 압력강하구간, 온도변화구간, 및 냉각구간의 조건은 하기 표 1에 정리하였다.
실시예 2 내지 3
상기 압출기의 배럴 조건과 압출 다이의 압력강하구간, 온도변화구간, 및 냉각구간의 조건을 하기 표 1과 같이 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 미세발포체 시트를 제조하였다.
실시예 4
상기 압출기의 배럴 조건과 압출 다이의 압력강하구간, 온도변화구간, 및 냉각구간의 조건을 하기 표 1과 같이 변화시키며 또한 두께 1mm의 시트가 제조되는 다이를 사용한 것을 제외하고 나머지 조건을 실시예1과 동일한 방법으로 미세발포체 시트를 제조하였다.
비교예 1
발포제를 사용하지 않고, 도 4와 같이 온도변화구간 및 냉각구간을 가지지 않고, 압력강하구간에 노즐(44)과 가열수단(45, 46)만이 형성된 압출다이(40)를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 무발포체 시트를 제조하였다.
비교예 2
도 4와 같이 온도변화구간 및 냉각구간을 가지지 않고, 압력강하구간에 노즐(44)과 가열수단(45, 46)만이 형성된 압출다이(40)를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체 시트를 제조하였다.
비교예 3
도 5와 같이 압력강하구간(51), 온도변화구간(52), 및 냉각구간(53) 을 포함하며, 압력강하구간의 내부에 노즐(54)이 형성되고, 상기 압력강하구간의 외부에 가열수단(55)이 구비되며, 상기 냉각구간의 내부에 냉각수단(57, 58)이 구비된 압출다이(50)를 이용하여 하기 표 1의 조건을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발포체 시트를 제조하였다.
[표 1]
온도(℃) 압력강하구간 온도변화구간 냉각구간
위 치 시작점 끝지점 시작점 끝지점 시작점 끝지점
실시예 1 165 165 165 52 52 50
실시예 2 175 175 175 45 45 43
실시예 3 160 160 160 50 50 50
실시예 4 177 177 177 77 77 74
비교예 1 180 180 - - - -
비교예 2 180 180 - - - -
비교예 3 170 155 145 100 91 75
[시험예]
상기 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 시트에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 정리하였다.
1. 비중 : ASTM D 792 방법에 따라 전체시트의 비중을 측정하였다.
2. 공극율, 공극의 크기, 및 스킨층의 두께 : 시트에 파단면을 낸 후, 주사 전자현미경(SEM)을 이용하여 측정하였다.
도 6은 실시예 1에 따른 미세발포체 시트의 파단면 주사전자현미경 사진이며, 도 7은 비교예 3에 따른 발포체 시트의 파단면 주사전자현미경 사진이다.
3. 인장강도, 및 신율 : ASTM D 638 방법에 따라 시트의 인장강도 및 신율을 측정하였다.
4. 충격저항강도 : 유변학적 낙하 측정(Rheometric Drop Test, RDT) 장치를 이용하여 ASTM D 4226 방법에 의하여 의한 충격흡수에너지를 측정하였다.
[표 2]
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3
비중 1.2 1.14 1.2 1.15 1.4 1.0 1.0
스킨층 두께(㎛) 300 300 200 150 없음 50 미만 50 미만
평균공극크기(㎛) 30 20 25 30 없음 126 60
신율(%) 136 150 136 112 130 24 42
인장강도(N/mm2) 40 43 41 44 44 23.9 36
충격흡수에너지(J) 12 13 11 8 15.2 1.2 3.3
상기 표 2에서 보는 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 미세발포체는 도 6과 같이 공극의 크기가 미세하고, 균일한 분포를 가지며, 스킨층이 두꺼워 낮은 비중에서도 무발포 시트와 동등한 수준의 물성을 나타내는 반면에, 냉각구간을 형성하지 않거나, 완만한 냉각처리를 거친 비교예의 발포체 시트는 도 7과 같이 공극의 크기가 크고, 스킨층의 두께도 얇아 물성이 좋지 못한 것을 알 수 있다.
본 발명의 미세발포체의 제조방법은 하나의 압출다이 내에서 급격한 온도변화구간을 형성하여 스킨층의 두께를 증가시키고 미세공극의 크기와 분포를 제어하여 기존의 무발포체와 유사한 기계적 물성을 구현하는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. a) 압출기를 이용하여 가소화된 열가소성 고분자 수지와 발포제를 혼합하는 단계;
    b) 상기 가소화된 혼합물을 압출다이의 압력강하구간으로 통과시켜 미세 공극을 형성하는 단계; 및
    c) 상기 미세 공극이 형성된 용융혼합물을 압출다이의 냉각구간으로 통과시키며 냉각시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 압력강하구간의 끝지점의 온도와 상기 냉각구간의 시작지점의 온도가 30 내지 200 ℃의 온도차이를 가지는 미세발포체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압출 다이는 압력강하구간의 끝지점에 온도저하 방지를 위한 가열수단을 포함하는 것인 미세발포체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압출 다이는 냉각구간의 시작지점에 온도상승 방지를 위한 냉각수단을 포함하는 것인 미세발포체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압력강하구간의 끝지점의 온도는 150 내지 250℃인 미세발포체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 냉각구간의 시작지점의 온도는 40 내지 150℃인 미세발포체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 압력강하구간과 냉각구간에서의 온도변화는 ±5℃ 이내로 유지되는 것인 미세발포체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 고분자 수지의 이송 속도는 0.5 내지 20 m/min 인 미세발포체의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 압력강하구간과 냉각구간의 사이에 온도변화구간을 포함하며, 하기 계산식 1로 표시되는 상기 온도변화구간에서의 진행방향에 따른 온도변화율이 2 내지 40 ℃/mm인 미세발포체의 제조방법:
    [계산식 1]
    TL=(Th-Tc)/L
    상기 식에서, TL은 온도변화율, Th는 압력강하구간 끝지점의 온도, Tc는 냉각구간 시작지점의 온도, L은 온도변화구간의 길이임.
  9. 제8항에 있어서, 상기 온도변화구간의 길이는 1 내지 150 mm인 미세발포체의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 고분자 수지는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 고분자를 포함하는 것인 미세발포체의 제조방법.
KR1020050115638A 2005-11-30 2005-11-30 냉각성능을 향상시킨 다이를 이용한 미세발포체의 제조방법 KR100764900B1 (ko)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050115638A KR100764900B1 (ko) 2005-11-30 2005-11-30 냉각성능을 향상시킨 다이를 이용한 미세발포체의 제조방법
CN201210545713.7A CN103030832B (zh) 2005-11-30 2006-05-24 用具有改善的冷却性模具制备热塑性树脂微孔泡沫的方法
PCT/KR2006/001957 WO2007064065A2 (en) 2005-11-30 2006-05-24 Microcellular foam of thermoplastic resin prepared with die having improved cooling property and method for preparing the same
CNA200680044731XA CN101443395A (zh) 2005-11-30 2006-05-24 用具有改善的冷却性的模具制备的热塑性树脂微孔泡沫及其制备方法
CA2628473A CA2628473C (en) 2005-11-30 2006-05-24 Microcellular foam of thermoplastic resin prepared with die having improved cooling property and method for preparing the same
US11/442,844 US20070123598A1 (en) 2005-11-30 2006-05-30 Microcellular foam of thermoplastic resin prepared with die having improved cooling property and method for preparing the same
TW095120661A TWI321100B (en) 2005-11-30 2006-06-09 Microcellular foam of thermoplastic resin prepared with die having improved cooling property and method for preparing the same
US12/851,131 US8398904B2 (en) 2005-11-30 2010-08-05 Microcellular foam of thermoplastic resin prepared with die having improved cooling property and method for preparing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050115638A KR100764900B1 (ko) 2005-11-30 2005-11-30 냉각성능을 향상시킨 다이를 이용한 미세발포체의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070056669A true KR20070056669A (ko) 2007-06-04
KR100764900B1 KR100764900B1 (ko) 2007-10-09

Family

ID=38354402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050115638A KR100764900B1 (ko) 2005-11-30 2005-11-30 냉각성능을 향상시킨 다이를 이용한 미세발포체의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR100764900B1 (ko)
CN (1) CN101443395A (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108752783A (zh) * 2018-05-19 2018-11-06 陈新霞 一种保温隔音pvc壁板及其制备方法
US20200171786A1 (en) * 2018-11-01 2020-06-04 Mucell Extrusion, Llc Foamed sheet comprising tpe and the products resulting therefrom and the process of making the same
CN110077076B (zh) * 2019-04-29 2021-07-13 浙江巨化新材料研究院有限公司 一种可整体回收的聚酯泡沫夹芯复合板及其闭环生产工艺

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5158986A (en) * 1991-04-05 1992-10-27 Massachusetts Institute Of Technology Microcellular thermoplastic foamed with supercritical fluid
JP2000167903A (ja) * 1998-09-30 2000-06-20 Mitsubishi Chem Mkv Co 熱可塑性樹脂発泡成形体の製造方法
JP2003231148A (ja) * 2002-02-06 2003-08-19 Hitachi Maxell Ltd 熱可塑性樹脂発泡体の成形方法
JP2003313351A (ja) * 2002-04-23 2003-11-06 Ube Ind Ltd 熱可塑性樹脂微細発泡体及びその製造方法
JP4049700B2 (ja) * 2003-04-22 2008-02-20 株式会社カワタ 微細セル発泡体の押出発泡成形方法、押出発泡成形装置および微細セル発泡体

Also Published As

Publication number Publication date
KR100764900B1 (ko) 2007-10-09
CN101443395A (zh) 2009-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102421832B (zh) 泡沫聚偏二氟乙烯结构
Altan Thermoplastic foams: Processing, manufacturing, and characterization
CA2486159A1 (en) To enhance the thermal insulation of polymeric foam by reducing cell anisotropic ratio and the method for production thereof
CN109705465B (zh) 一种中空聚烯烃发泡材料及其制备方法
EP2754544B1 (en) Method for producing polypropylene micro-porous foamed thick board
US8398904B2 (en) Microcellular foam of thermoplastic resin prepared with die having improved cooling property and method for preparing the same
EP1198333A1 (en) Method for forming an article comprising closed-cell microfoam from thermoplastic
CN103270094B (zh) 高强度挤塑型热塑性聚合物泡沫
KR100890159B1 (ko) 균일한 발포율의 미세 발포체를 제조하는 방법 및 이를위한 압출 발포 시스템
KR100764900B1 (ko) 냉각성능을 향상시킨 다이를 이용한 미세발포체의 제조방법
CA2399239C (en) Extruded foam product with reduced surface defects
KR100792233B1 (ko) 냉각성능을 향상시킨 다이를 이용하여 제조된 열가소성수지의 미세발포체
JP5675055B2 (ja) ポリカーボネート系樹脂発泡体およびその製造方法
AU2004245248B2 (en) Continuous method for producing solid, hollow or open profiles
KR101269050B1 (ko) 난연성 경량 플라스틱 및 이의 제조방법
JP2004122717A (ja) ポリプロピレン系樹脂押出発泡シート、その製造方法、およびその成形体
KR101150291B1 (ko) 합성목재 미세발포체의 제조방법
US9920177B2 (en) Continuous method for producing solid, hollow or open profiles
KR101183959B1 (ko) 경량 나무플라스틱 및 이의 제조방법
AU771136B2 (en) Method for forming an article comprising closed-cell microfoam from thermoplastic
JPH07252724A (ja) 発泡ポリエステル繊維の製造方法
JP2001316507A (ja) ポリプロピレン系樹脂組成物からなる発泡シート、およびその成形体
JPS6292824A (ja) 大断面ポリエ−テルイミド発泡体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110920

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120927

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee