KR20070063183A

KR20070063183A - 폴리에스테르의 프로파일 압출 성형방법, 이의 장치 및이로 부터 제조된 성형품

Info

Publication number: KR20070063183A
Application number: KR1020050123150A
Authority: KR
Inventors: 이명렬; 김종량
Original assignee: 에스케이케미칼주식회사
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-06-19
Also published as: KR101204169B1

Abstract

본 발명은 폴리에스테르의 프로파일 압출 성형방법 및 이를 이용하여 제조된 성형품에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 압출된 수지를 곧바로 공기와 접촉시키고, 공기와의 접촉시간을 조절함으로써 우수한 표면 거칠기 및 반투명성을 갖는 제품을 제조할 수 있는 폴리에스테르 수지의 압출 성형방법, 이의 장치 및 이로부터 제조된 성형품에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 공중합 폴리에스테르 수지를 사용하여 압출성 및 칫수 안정성뿐만 아니라, 우수한 표면 거칠기 및 반투명성을 갖는 프로스트-룩(frost-look) 제품을 얻을 수 있는 장점이 있다.

사이클로헥산디메탄올, 폴리에스테르, 에틸렌글리콜, 테레프탈산, 디메틸테레프탈레이트, 냉각터널, 프로파일 압출

Description

폴리에스테르의 프로파일 압출 성형방법, 이의 장치 및 이로 부터 제조된 성형품{Method for profile extrusion using polyester resin, apparatus thereof and articles prepared therefrom}

도 1은 종래 일반적인 프로파일 압출성형장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 종래 냉각터널이 개재된 프로파일 압출성형장치의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 프로파일 압출성형장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호에 대한 설명 ※

1 : 압출기 1a : 압출기 다이

2 : 성형기 2a : 성형기 다이

3 : 인출기 4 : 절단기 5 : 냉각터널

본 발명은 폴리에스테르의 프로파일 압출 성형방법, 이의 장치 및 이로 부터 제조된 성형품에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 압출기 다이에서 압출된 수지를 성형기 다이에 공급하기 전에 공기주입수단과 배기수단을 구비하는 1개 이상의 냉각터널을 통과시키는 단축 또는 이축 압출기를 이용한 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형방법에 있어서, 상기 압출기 다이 출구 말단에 냉각터널입구를 직접 연결시켜서, 압출된 수지를 곧바로 공기와 접촉시키고 공기와의 접촉시간을 조절함으로써, 우수한 표면 거칠기 및 반투명성을 갖는 제품을 압출 성형할 수 있는 폴리에스테르 수지의 압출 성형방법, 이의 장치 및 이로 부터 제조된 성형품에 관한 것이다.

일반적인 폴리에스테르 수지의 용융점도는 사출 및 카렌다 롤(Calender Roll)을 이용한 시트(Sheet) 성형에는 적정한 수준이나, 일정한 단면적을 가지며 카렌다 롤을 사용하지 않는 프로파일(Profile) 성형에는 상대적으로 낮다. 또한 1,4-사이클로헥산디메탄올이 공중합된 폴리에스테르 수지를 사용하는 경우 냉각 속도가 느려서 원하는 칫수의 제품을 얻는 것이 매우 어려웠다. 그리고 시트 및 병(Bottle)으로 사용되는, 에틸렌글리콜과 테레프탈산에 여러 가지 글리콜 또는 디카르복실산으로 공중합한 폴리에스테르 수지인 경우는 냉각효율이 떨어지면 결정화에 의한 백탁이 발생되므로, 성형성 및 제품의 강도가 저하되는 문제가 있었다.

이러한 이유로 압출성을 증대시키려는 여러 기술들이 개발되었으나 현재까지는 주로 중합적인 측면에서 수지를 개질하는 노력들이 대부분이다.

미국 특허 제4,983,711호는 압출 중공성형(Extrusion Blow Molding)에서 3관능기를 갖는 첨가제를 첨가해 용융점도를 높이는 방법을 사용하고 있다. 좀 더 자 세하게, 테레프탈산에 대해 에틸렌글리콜 25∼75 몰% 및 1,4-사이클로헥산디메탄올 25∼75몰%을 갖는 공중합 폴리에스테르 수지에 트리멜리틱산(trimellitic acid) 또는 무수트리멜리틱산(trimellitic anhydride)을 0.10∼0.25몰% 첨가하는 것이다. 이 경우 분자량이 브랜칭(Branching)에 의하여 상승되어 용융점도가 올라간다. 그러나 충격강도가 떨어지거나 투명성이 저하될 수 있는 가능성이 있다.

미국특허 제5,399,595호에는 고 IV(고유점도, intrinsic viscosity)의 공중합 폴리에스테르를 이용하는 경우가 있다. 좀 더 상세하게로는 0.5∼5.0몰%의 디카르복실산 설폰단량체를 첨가하여 0.70∼1.20dl/g의 고 IV을 갖도록 중합하는 방법이다. 그러나 이 경우에도 압출은 가능할 수 있지만 결정화에 의한 백탁은 방지하기가 어렵다.

한편, 한국등록특허 제503440호에는 설비 적인 측면에서 투명한 제품을 제조할 수 있도록 압출기 다이와 성형기 다이 사이에 공기주입수단과 배기수단을 구비하는 1개 이상이 냉각터널이 개재된 단축 또는 이축 압출기와 성형기를 구비하는 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 장치가 개시되어 있다. 그러나, 상기 장치는 투명성이 우수한 압출제품의 제조에는 적합하나, 압출기 다이와 냉각터널 사이가 떨어져 있어, 수지가 이미 어느정도 굳어서 버린 후 냉각터널을 통과하기 때문에, 불투명성 제품의 제조에는 적합하지 않은 단점이 있었다.

이에 본 발명에서는 설비적인 측면에서 폴리에스테르 수지를 사용하여 우수한 표면 거칠기 및 불투명성을 갖는 제품을 제조하기 위한 연구를 수행한 결과, 압 출된 수지를 곧바로 냉각터널에 주입되도록 압출기 다이 출구 말단에 냉각터널 입구를 직접 연결시키고 냉각터널을 통과하는 시간 및 주입되는 공기 온도를 조절하면 우수한 표면 거칠기 및 불투명성을 갖는 제품을 제조할 수 있음을 발견하였고, 본 발명은 이를 기초로 완성되었다.

따라서, 본 발명은 목적은 우수한 불투명성을 갖는 제품을 제조하기 위한 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 우수한 불투명성을 갖는 제품을 제조하기 위한 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 우수한 불투명성을 갖는 압출 성형품을 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형방법은 압출기 다이에서 압출된 수지를 성형기 다이에 공급하기 전에 공기주입수단과 배기수단을 구비하는 1개 이상의 냉각터널을 통과시키는 단축 또는 이축 압출기를 이용한 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형방법에 있어서, 상기 압출된 수지를 압출기 다이의 출구 말단과 직접 연결된 냉각터널의 입구 말단으로 부터 냉각터널의 출구 말단까지 40 내지 70℃의 공기 존재 하에서 2∼30㎝/초의 속도로 통과시키는 것으로 구성된다.

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출성형장치는 상기 압출기 다이에서 압출된 수지를 성형기 다이에 공급하기 전에 공기주입수단과 배기수단을 구비하는 1개 이상의 냉각터널이 개재되는 단축 또는 이축 압출기를 구비한 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형장치에 있어서, 상기 압출기 다이의 출구 말단에 냉각터널의 입구가 연결되며, 상기 냉각터널의 길이는 압출된 수지가 2∼30㎝/초의 속도로 통과되도록 정해지고, 제품의 외경을 기준으로 직경에 대한 길이의 비율(L/D)이 3보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 우수한 표면 거칠기 및 불투명성을 갖는 압출 성형품은 상기 프로파일 압출 성형방법 및 장치를 통해서 제조된다.

이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 공중합 폴리에스테르 수지를 압출기 다이에서 압출한 후 성형기 다이에 공급하기 전에 공기주입수단과 배기수단을 구비하는 1개 이상의 냉각터널을 통과하도록 한다. 이때, 상기 압출기 다이의 출구 말단에 냉각터널 입구가 직접 연결되어, 압출된 수지가 40℃ 이상, 바람직하게는 40∼70℃의 공기가 주입되는 냉각 터널로 곧바로 들어가고 2∼30㎝/초의 속도로 냉각터널을 통과하게 된다.

일반적인 프로파일 압출성형장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 압출기(1), 압출기 다이(1a), 성형기 다이(forming die :2a), 성형기(2), 인출기(take-off equipment: 3) 및 절단기(4)를 구비한다. 압출기(1)는 보통 단축 또는 이축압출기가 이용되며, 이러한 압출기는 폴리올레핀 및 폴리염화비닐, 폴리에스터, 폴리아마이드 등의 수지를 압출하는 데 이용되는 것으로 당 분야에서 알려져 있으며, 또한, 프로파일 압출에 사용되는 성형기(2) 및 인출기(3)도 당 분야에서 잘 알려져 있다.

한편, 도 2에 나타낸 한국등록특허 제503440호의 프로파일 압출 성형 장치는 압출기 다이(1a)와 성형기 다이(2a) 사이에 공기주입수단(5a)과 배기수단(5a)과 배기수단(5b)을 구비하는 1개 이상의 냉각터널(5)이 개재된다. 이러한 냉각터널(5)은 냉각효율을 높이기 위한 것으로, 냉각터널의 냉각유체는 공기가 이용되는데, 냉각터널(5)의 공기주입수단(5a)에 밸브를 설치하여 공기의 유량을 조절할 수 있어, 냉각터널을 통과하는 폴리에스테르 수지 압출물의 단면적 형상에 따라 냉각공기의 유량을 효과적으로 제어할 수 있다. 그러나, 도 2의 압출 성형 장치의 경우, 압출기 다이(1a)와 냉각터널(5) 사이가 이격되어 있어 이미 수지가 어느정도 굳어서 표면경도가 상승한 채로 냉각터널을 통과하기 때문에, 투명한 성형품을 제조하기에는 적합하나, 불투명성 제품을 얻을 수는 없었다.

따라서, 본 발명에 따른 프로파일 압출 성형 장치는 도 3에 나타낸 바와 같이, 압출기 다이(1a)의 출구 말단에 냉각터널(5) 입구가 직접 연결된다. 즉, 압출된 수지가 곧바로 냉각터널(5)로 들어가서 공기와 직접 접촉하게 됨으로써, 표면 거칠기를 갖는 난반사로 인한 불투명성 프로스트-룩(frost-look) 제품을 제조할 수 있다.

본 발명에 따르면, 우수한 표면 거칠기 및 불투명성을 갖는 제품을 얻기 위해서는 압출된 수지를 2∼30㎝/초로 냉각터널을 통과시키는 것이 바람직하며, 따라서, 상기 냉각터널의 길이는 압출된 수지의 터널 통과 속도가 2∼30㎝/초가 되도록 정해지는 것이 바람직하다. 좀 더 구체적으로 상기 냉각터널의 치수는 압출된 수지 의 외경을 기준으로 길이 대 직경 비율(L/D)이 3 이상, 보다 바람직하게는 3 내지 4이며, 3 미만이면 냉각터널을 통과하는 시간이 짧아져 적절한 제품 표면 거칠기 및 불투명성을 얻는데 한계가 있다.

또한, 상기 냉각터널로 주입되는 공기의 온도는 40℃ 이상, 바람직하게는 40 내지 70℃이며, 40℃ 미만일 경우 급냉으로 인해 적절한 표면 거칠기 및 불투명성을 얻을 수 없다.

본 발명에 따르면, 모든 종류의 폴리에스테르 수지에 적용할 수 있으나, 특히 바람직한 것은 디올성분과 디카르복실산 성분 각 1개 이상으로 이루어진 고유점도(IV)가 0.5dl/g 이상, 보다 바람직하게 0.50∼1.30dl/g인 공중합 폴리에스테르 수지이다. 특히, 사이클로헥산디메탄올이 테레프탈산 대비 1∼100몰%, 보다 바람직하게 1∼60몰%, 에틸렌글리콜이 테레프탈산 대비 0∼99몰%, 보다 바람직하게 40∼99몰% 공중합된 폴리에스테르 수지 또는 이소프탈산이 전체산성분의 1∼20몰%가 공중합된 폴리에스테르 수지에 효과적으로 적용할 수 있다.

이러한 폴리에스테르 수지를 본 발명의 방법으로 프로파일 압출할 경우 압출성 및 칫수 안정성뿐만 아니라, 헤이즈미터로 측정한 값이 10이상, 바람직하게는 10 내지 13 이상인, 불투명한 프로스트-룩(frost-look) 압출 성형품을 얻을 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하나, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

1,4-사이클로헥산디메탄올이 테레프탈산 대비 31 몰%, 에틸렌글리콜이 테레프탈산 대비 69몰% 공중합된 폴리에스테르 수지를 L/D 30 및 80㎜인 단축 압출기를 이용하여 압출하였다. 이때 수지의 IV는 0.78dl/g로 IV의 하락을 방지하기 위하여 65℃에서 6시간 동안 제습건조기를 이용하여 건조하였다. 압출기 실린더의 온도는 230℃, 다이의 온도는 210℃이며 rpm은 30이었다. 제품은 사각 모양의 튜브 형태로 튜브의 두께는 0.5㎜이다. 압출된 수지를 L/D = 3인 50℃의 공기가 주입되는 냉각 터널을 10㎝/초의 생산속도로 통과시켜 냉각시키면서 프로파일 제품을 얻었으며, 일본 덴소쿠(Nippon Denshoku)사의 헤이즈 미터를 사용하여 투명도를 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

30℃의 공기를 냉각터널에 주입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.

비교예 2

냉각터널과 압출기 다이사이의 거리를 5㎝로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교예 3

냉각 터널의 길이를 제품 외경 기준으로 L/D = 1이 되도록 설치한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

비교예 4

냉각터널이 없는 일반적인 압출성형장치를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일하게 수행하였다.

	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예4
헤이즈	15.8	8.5	5.3	3.2	1.8
압출성	O	O	O	O	X
칫수 안정성	O	O	O	X	X

(○: 우수, ×: 불량)

상기 실시예 및 비교예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 1,4-사이클로헥산디메탄올이 공중합된 폴리에스테르 수지 및 에틸렌글리콜과 테레프탈산에 여러 가지 글리콜 또는 디카르복실산으로 공중합한 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출가공에 있어서, 중합단계의 개량이 아닌 설비를 이용하여 압출성 및 칫수 안정성 뿐만 아니라, 우수한 반투명성을 갖는 제품을 얻을 수 있는 장점이 있다.

Claims

압출기 다이에서 압출된 수지를 성형기 다이에 공급하기 전에 공기주입수단과 배기수단을 구비하는 1개 이상의 냉각터널을 통과시키는 단축 또는 이축 압출기를 이용한 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형방법에 있어서,

상기 압출된 수지를 압출기 다이의 출구 말단과 직접 연결된 냉각터널의 입구 말단으로 부터 냉각터널의 출구 말단까지 40∼70℃의 공기 존재 하에서 2∼30㎝/초의 속도로 통과시키는 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형방법.
제1항에 있어서, 상기 냉각 터널은 제품의 외경 기준으로 길이 대 직경 비율(L/D)이 3보다 큰 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지는 고유점도(IV)가 0.50dl/g보다 큰 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출성형방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지는 테레프탈산 대비 1∼60몰%의 1,4-사이클로헥산디메탄올, 및 40∼99몰%의 에틸렌글리콜이 공중합된 폴리에스테르 수지인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형방 법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지는 전체산 성분의 1∼20몰%로 이소프탈산이 공중합된 폴리에스테르 수지인 것을 특징으로 하는 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형방법.
상기 압출기 다이에서 압출된 수지를 성형기 다이에 공급하기 전에 공기주입수단과 배기수단을 구비하는 1개 이상의 냉각터널이 개재되는 단축 또는 이축 압출기를 구비한 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출 성형장치에 있어서,

상기 압출기 다이의 출구 말단에 냉각터널의 입구가 연결되며, 상기 냉각터널의 길이는 압출된 수지가 2∼30㎝/초의 속도로 통과되도록 정해지고, 상기 수지의 외경을 기준으로 길이 대 직경의 비율(L/D)이 3보다 큰 것을 특징으로 하는 공중합 폴리에스테르 수지의 프로파일 압출성형장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 10 이상의 헤이즈 값을 갖는 것을 특징으로 하는 압출 성형품.