KR20160130379A - 팽창성 플라스틱 물질의 재활용 방법, 및 이러한 방법에 의해 수득가능한 팽창성 플라스틱 물질 또는 팽창된 플라스틱 물질 - Google Patents

팽창성 플라스틱 물질의 재활용 방법, 및 이러한 방법에 의해 수득가능한 팽창성 플라스틱 물질 또는 팽창된 플라스틱 물질 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압출기 유닛(10), 혼합기-열 교환기 유닛(20)을 포함하는 시스템(1)을 사용하여 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법을 개시하고 있으며, 상기 방법은, 압출기 유닛(10)에서 용융시키는 단계, 혼합기-열 교환기 유닛(20)에서 냉각시키는 단계, 및 용융물 압력을 용융물 펌프 유닛(50)에 의해 조절하는 단계, 후속해서, 과립화, 압출 또는 사출 성형하는 단계를 포함하며, 여기서, 제1 팽창제(81)는, 제1 팽창제(81)가 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)에 실질적으로 함유되거나 또는 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질(140) 또는 팽창된 플라스틱 성형 물품(150)을 형성하는 데 사용되도록, 시스템(1)에서 용융 공정 동안에 탈기되지 않는다. 본 발명은 또한, 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130), 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질(140), 및 상기 방법에 의해 수득가능한 팽창된 플라스틱 성형 물품(150)에 관한 것이다.

Description

팽창성 플라스틱 물질의 재활용 방법, 및 이러한 방법에 의해 수득가능한 팽창성 플라스틱 물질 또는 팽창된 플라스틱 물질{A PROCESS TO RECYCLE EXPANDABLE PLASTIC MATERIALS AND AN EXPANDABLE OR EXPANDED PLASTIC MATERIAL OBTAINABLE THEREBY}
본 발명은 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이러한 방법에 의해 수득가능한 재활용 및/또는 제형화된 팽창성 플라스틱 물질 또는 팽창된 플라스틱 물질에 관한 것이다.
팽창된 플라스틱은 오랫동안 알려져 왔으며, 많은 분야들에서 유용한 것으로 입증되었다. 이러한 폼(foam)은 팽창제가 함침된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 폴리스티렌 과립물을 발포(foaming)하고, 후속해서 이러한 방식으로 제조된 폼 과립물을 함께 웰딩(welding)하여, 성형물을 제공함으로써 제조될 수 있다. 팽창성 폴리스티렌은 전형적으로 EPS로 알려져 있다. EPS 및 다른 팽창성 플라스틱의 중요한 사용 분야로는 빌딩 및 건축물에서의 단열, 용기, 컵 또는 패키징, 또는 빌딩 및 건축물에서의 보강 패널 또는 방음벽 등이 있다.
그러나, 최근 팽창성 또는 팽창된 플라스틱 폐기물의 효율적인 폐기 또는 재활용에 대한 염려가 증가하고 있다. 소비자가 사용한 후의 EPS 폐기물(post-consumer EPS waste)의 재활용과 관련된 주요 문제점은 매우 낮은 부피 밀도로 인한 높은 비운송 비용(specific transport cost), 및 좋지 않은 정제 효율성 및 경제적 실행 가능성으로 인해 가치 창출성이 낮다는 것이다. 이러한 이유로, 폐기물의 주요 분획은 열적으로 재활용된다.
프리포머(prefoamer) 및 몰더(molder)뿐만 아니라 EPS 제조업체의 경우에, 오프-스펙(off-spec) 물질(예; 너무 작거나 너무 큰 함침 펠렛)의 재가공 공정을 가지거나, 또는 부가 가치 첨가제 및/또는 기능성 첨가제를 포함하도록 EPS 스탁(stock)을 쉽게 업그레이드하기 위해 현탁 방법에 의해 제조되는 EPS를 업그레이드하는 것이 유용할 것이다.
열가소성 수지가 함침된 폐기물을 재활용하는 방법으로서 현재 알려져 있거나 또는 제안된 방법들은 팽창성 플라스틱 물질 폐기물 및 이들의 구성성분들을 부분적으로 재활용할 수 있을 뿐이다. 예를 들어, US 6,310,109 B1은 현탁 중합 전에 재활용된 팽창된 PS 물질을 30%까지 스티렌 모노머에 용해시키는 것을 개시하고 있지만; 용해된 폴리스티렌 및 이의 다양한 첨가제들은 후속적인 현탁 중합을 방해할 수 있는 것으로 예상된다. 또한, 코모노머, 특히 가교된 코모노머의 존재는 스티렌 모노머 중 재활용된 EPS의 용해를 방해할 수 있다.
유사하게는, US 8,173,714 B1은 불투열성(athermanous) 입자를 함유하며 감소된 열 전도성을 가진 EPS 과립의 현탁 중합에 의한 제조 방법을 개시하고 있으며, 여기서, EPS(팽창성 마이크로펠렛 또는 팽창제를 상당량 함유하는 과립)의 오버사이즈 및 언더사이즈 분획 중 약 13%를 이의 현탁 중합 전에 스티렌에 용해시켰다. 팽창제는 용해 공정 동안에 소실되며, 용해된 폴리스티렌 및 이의 다양한 첨가제들은 후속적인 현탁 중합을 방해할 수 있는 것으로 예상된다. 따라서, 현탁 중합 단계를 수행하기 전에 소량의 팽창성 플라스틱 물질 폐기물을 이의 모노머에 용해시킴으로써 가능한 한 더 완전하고 더 효율적으로 팽창성 플라스틱 물질 폐기물을 재활용하는 방법이 요망되고 있다.
WO 03/053651 A1은 일반적으로, 주장컨대 이전의 공정들의 재활용된 생성물 또는 폐기 생성물을 30%까지 함유할 수 있는 팽창성 열가소성 폴리머 과립물의 생성을 위한 압출 공정을 개시 및 청구하고 있지만; 어떻게 해서 이것이 수행될 수 있는지 특히 팽창제 소실 없이 수행될 수 있는지에 대해서 구체적으로 개시되어 있지 않거나, 또는 이러한 공정의 실시예가 실제로 제공되어 있지는 않다.
EP1925418A1은 폴리머 용융물 및 재활용된 폴리머 용융물로부터 발포된 과립물 또는 발포성 과립물을 제조하기 위한, 열가소성 수지의 연속적인 용융물 함침 방법을 개시하고 있으며, 여기서, 재활용된 폴리머 용융물의 적어도 일부분은 재활용된, 프로펠런트(propellant)-함유 폴리머 과립물로부터 제조된다. 재활용된, 프로펠런트-함유 폴리머 과립물은 압출기에서 용융되며, 재활용된 프로펠런트-함유 폴리머 과립물 내에 함유된 프로펠런트는 탈기 장치에서 재활용된 폴리머 용융물로부터 제거된다. 하나 이상의 첨가제는 탈기 장치의 하류에서 재활용된 폴리머 용융물에 계량된 형태로 첨가된다. 폴리머 용융물은 반응기 및 탈기 장치를 포함하는 중합 플랜트에서 직접 제조되거나, 또는 용융 장치에서 폴리머 과립의 용융에 의해 제조된다. 폴리머 용융물에 유체 프로펠런트가 로딩(loading)되며, 이로써, 프로펠런트-함유 폴리머 용융물이 수득되며, 프로펠런트는 후속 혼합 장치에서 분산되고 균질화된다. 그런 다음, 프로펠런트-함유 폴리머 용융물 및 첨가제-함유 재활용된 폴리머 용융물이 후속 혼합 장치에서 혼합 및 균질화되어, 균질한 폴리머 용융물이 형성되며, 그런 다음, 이러한 용융물에 대해 과립화 단계가 수행되며, 이러한 단계는 과립화기에 의해 수행된다. EP '418A1의 용융 방법 및 플랜트가 유용하긴 해도, 종래의 "버진" 용융물이 또한 공급 스트림으로서 필요하고, 재활용된 프로펠런트-함유 폴리머 과립물의 프로펠런트가 탈기 단계에서 소실되기 때문에, 이는 단지 프로펠런트-함유 과립물을 부분적으로 재활용할 수 있을 뿐이다.
결론적으로, 팽창성 플라스틱 물질을 재활용하는 개선된 방법을 가지는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 오로지 재활용된 팽창성 플라스틱 물질만으로 본질적으로 구성된 전체 원료를 가공할 수 있는 것이 바람직할 것이다. 또한, 종래의 현탁 중합 또는 용융물 함침 방법으로부터 수득가능한 것과 같이, 팽창성 플라스틱 과립물의 원료로부터 제형화 및/또는 업그레이드된 등급의 팽창성 플라스틱 물질을 제조하기 위한 단순하고 직접적인 용융 방법을 가지는 것이 바람직할 것이다. 또한, 이러한 방법에 의해 수득가능하거나 또는 수득되는 과립화된 팽창성 플라스틱 물질, 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질, 또는 팽창된 플라스틱 성형 물품을 가지는 것이 바람직할 것이다.
이러한 당해 기술분야에서 시작하여, 본 발명의 목적은, 전술한 결점들, 특히 팽창성 플라스틱 물질의 완전하며 효율적인 활용 방법의 부재 및 팽창제의 상당한 소실의 문제를 해소하는, 팽창성 플라스틱 물질의 재활용 및/또는 제형화를 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 부가적인 목적은 비-재활용 또는 "버진(virgin)" 공급 스트림을 본질적으로 필요로 하지 않는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가적인 목적은 본 발명의 방법에 의해 수득가능하거나 수득되는 과립화된 팽창성 플라스틱 물질, 압출 및 형성된 팽창성 플라스틱 물질, 또는 팽창된 플라스틱 성형 물품을 제공하는 것을 포함한다.
본 발명에 따르면, 이들 목적은, 서로 유체 소통하는 하기 유닛들을 하기 순서대로 포함하는 시스템을 사용하여 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법에 의해 달성된다:
- 압출기 유닛
- 혼합기-열 교환기 유닛.
상기 시스템은 상기 유닛들과 유체 소통하는 용융물 펌프 유닛을 추가로 포함하며,
용융물 펌프 유닛은 혼합기-열 교환기 유닛의 상류 및 압출기 유닛의 하류에 위치하거나, 또는 용융물 펌프 유닛은 혼합기-열 교환기 유닛의 하류에 위치한다.
상기 방법은,
- 제1 팽창제를 함유하는 팽창성 플라스틱 물질을 포함하는 공급 스트림을 압출기 유닛에서 용융시켜, 용융된 팽창성 플라스틱 물질을 형성하는 단계;
- 용융된 팽창성 플라스틱 물질을 혼합기-열 교환기 유닛에서 냉각시키는 단계;
- 용융된 팽창성 플라스틱 물질의 용융물 압력을 용융물 펌프 유닛에 의해 조절하는 단계;
및 후속적으로,
(i) 용융된 팽창성 플라스틱 물질을 과립화 유닛에 의해 과립화하여, 과립화된 팽창성 플라스틱 물질을 형성하는 단계;
(ii) 용융된 팽창성 플라스틱 물질을 다이에 의해, 조절된 감압, 바람직하게는 대기압으로 압출하여, 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질을 수득하는 단계; 또는
(ii) 용융된 팽창성 플라스틱 물질을 사출 성형 유닛에 의해 사출 성형하여, 팽창된 플라스틱 성형 물품을 형성하는 단계
를 포함하며,
팽창성 플라스틱 물질은 공급 스트림을 40 중량% 이상, 보다 바람직하게는 60 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 90 중량% 이상으로 포함하며, 가장 바람직하게는 공급 스트림을 본질적으로 모두 포함하며, 시스템은 탈기 유닛을 가지지 않으며, 제1 팽창제는, 제1 팽창제가 과립화된 팽창성 플라스틱 물질에 실질적으로 함유되거나 또는 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질 또는 팽창된 플라스틱 성형 물품을 형성하는 데 사용되도록, 시스템에서 용융 공정 동안에 탈기되지 않는다.
본 발명자들은 놀랍게도, 상기 방법이 팽창성 플라스틱 물질의 순수하게 재활용된 원료의 완전한 재활용 및/또는 기존의 팽창성 플라스틱 과립 물질의 원료의 제형 또는 업그레이드 둘 모두에 사용될 수 있음을 발견하였다. 따라서, 재활용 및/또는 제형화 방법은 선행 기술의 방법을 능가하여 상당히 개선된다. 특히, 본 발명의 방법은 팽창제를 매우 적게 소실할 뿐이며, 따라서, 많은 구현예에서, 부가적인 팽창제의 투입이 적게 필요하거나 또는 필요하지 않다. 또한, 팽창제는 본 발명에서 재활용될 수 있을 뿐만 아니라, 팽창성 플라스틱 물질 내에 함유된 임의의 첨가제도 재활용될 수 있다. 더욱이, 원료로서 사용되는 팽창성 플라스틱 물질에 적은 양의 팽창제가 투입 및 혼합되거나 팽창제가 투입 및 혼합되지 않아야 하기 때문에, 전체적으로 보다 낮은 공정 온도 프로파일 및 용융 온도가 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 난연제와 같은 온도-민감성 첨가제가, 사이드 압출기, 제2 냉각기 또는 특수 난연제 안정화제 패키지와 같은 부가적인 특수 장비를 필요로 하지 않으면서, 예를 들어 압출기 유닛에 직접 투입될 수 있다.
종래의 현탁 중합 또는 용융 함침 공정으로부터 수득가능한 것과 같은 팽창성 플라스틱 과립물의 원료를 제형화 또는 업그레이드하는 경우, 원료가 이미 팽창제를 함유하고 있기 때문에, 플랜트 및 생산 라인의 규모는 상당히 감소될 수 있다. 더욱이, 팽창성 플라스틱 과립물의 원료는 대규모의 효율적인 생산 설비에서 편리하고 중심적으로 제조될 수 있으며, 그런 다음, - 상대적으로 적은 양이라도 - 맞춤화된 또는 업그레이드된 제형 또는 등급이 이후에, 소비자가 요구하는 대로 제조될 수 있다. 그런 다음, 이러한 제형화 및 업그레이드 설비는 국소 시장 및 제품 요건을 충족시키기 위해, 지역 위치에서 지역적으로 편리하게 분포될 수 있다. 또한, 재활용 및/또는 제형화 및/또는 업그레이드 공정이 현탁 중합 단계를 필요로 하지 않기 때문에, 용매의 사용은 피해진다.
광범위한 열적 공정 및 높은 공정 온도에 대한 이러한 필요성의 결여는 팽창성 플라스틱 물질의 원료, 바람직하게는 과립물 형태의 원료를 압출기 유닛에 사용한 결과이며, 압출기 유닛에서 이것은 용융되고 추가로 가공된다. 일부 구현예에서, 비-팽창성 플라스틱 물질은 압출기에 대한 원료의 일부로서, 예를 들어 과립으로서 또는 용융물 스트림 형태로 사용될 수 있다. 그러나, 압출기에 대한 플라스틱 물질의 공급 스트림은 팽창성 플라스틱 물질 바람직하게는 40 중량% 이상, 보다 바람직하게는 60 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 90 중량% 이상, 가장 바람직하게는 본질적으로 팽창성 플라스틱 물질일 것이다. 특히 바람직한 구현예에서, 과립 형태의 팽창성 플라스틱 물질만이 압출기에 대한 공급 스트림으로서 사용된다.
본 방법의 특정한 구현예에서, 과립화 또는 압출 중 어느 하나만 수행된다. 다른 구현예에서, 과립화가 수행된 다음, 후속적인 사출 성형이 수행될 것이다. 보다 다른 구현예에서, 완충제 시스템은 혼합기-열 교환기와 사출 성형 유닛 사이의 위치에 제공되어, 전형적으로 연속적 압출 공정 또는 준-연속적 압출 공정과 전형적으로 비-연속적 사출 성형 공정 또는 회분식 사출 성형 공정 사이에서의 전이(transition)를 촉진할 것이다.
과립화된 팽창성 플라스틱 물질은 본 발명의 방법에 의해 수득가능하며, 바람직하게는 수득되며, 여기서, 과립화 유닛이 존재하며, 여기서, 과립화 유닛은 수중 과립기 또는 스트랜드 과립기이고, 여과 및 용융된 팽창성 플라스틱 물질의 과립화가 수행되어, 과립화된 팽창성 플라스틱 물질, 바람직하게는 하나 이상의 첨가제, 보다 바람직하게는 하나 이상의 난연제 화합물 및 용융물 안정화제, 상승작용제, 적외선 반사제, 적외선 흡수제, 안료, 핵화제 및 왁스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 함유하는 과립화된 팽창성 플라스틱 물질이 형성된다.
압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질의 제3의 추가적인 목적은 본 발명의 방법에 의해 수득가능하며, 바람직하게는 수득되며, 여기서, 용융된 팽창성 플라스틱 물질 또는 여과 및 용융된 팽창성 플라스틱 물질은 다이에 의해 조절된 감압, 바람직하게는 대기압으로 압출되어, 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질, 바람직하게는 하나 이상의 첨가제, 보다 바람직하게는 하나 이상의 난연제 화합물 및 적외선 반사제, 적외선 흡수제, 안료, 핵화제 및 왁스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 함유하는 과립화된 팽창성 플라스틱 물질이 형성된다. 많은 구현예에서, 본 방법의 공급 스트림 내 팽창성 플라스틱 물질은 현탁 중합 방법으로부터 수득되며, 이러한 방법이 팽창성 플라스틱 과립물의 제조에 통상적으로 가장 광범위하게 사용되기 때문에, 바람직할 것이다.
본 발명의 이들 추가적인 목적들은 본 발명의 방법에 의해 수득되는 이점들, 즉, 팽창제의 극히 매우 적은 소실과 더불어, 팽창성 플라스틱 물질의 순수하게 재활용된 원료의 완전한 재활용 및/또는 기존의 팽창성 플라스틱 과립 물질의 원료의 제형화 또는 업그레이드를 공유하며, 따라서, 전체적으로 보다 낮은 공정 온도 프로파일 및 용융물 온도를 유리하게 사용할 수 있게 한다. 소정의 특정 구현예에서, 공정 시 최대 용융물 온도는 210℃, 바람직하게는 200℃, 보다 바람직하게는 190℃, 보다 더 바람직하게는 180℃, 가장 바람직하게는 175℃이다. 본 발명에서 이러한 온화한 공정의 결과, Mw 및 Mn의 감소는 제한되며, 공정 동안 팽창성 플라스틱 물질의 Mw/Mn의 증가는 제한된다. 일부 구현예에서, Mn의 감소는 40% 미만, 바람직하게는 30% 미만이며, Mw의 감소는 20% 미만, 바람직하게는 15% 미만이고, Mw/Mn의 증가는 35% 미만, 바람직하게는 25% 미만이다.
바람직한 구현예에서, 본 발명의 용융된 팽창성 재활용된 플라스틱 물질, 여과 및 용융된 팽창성 플라스틱 물질, 과립화된 팽창성 플라스틱 물질, 또는 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질은 THF를 용매로서 사용하여 GPC에 의해 측정 시, 분자량 특성이 Mw가 150 kDa 내지 250 kDa(절대값(absolute))이고, Mw/Mn이 2.1 내지 2.5이다. 이러한 분자량 특성은 생성되는 생성물의 바람직한 공정 및/또는 기계적 특성을 부여한다.
본 발명의 방법 및 시스템의 바람직한 구현예에서, 선택적인 팽창제 계량 장치는 시스템에 존재하지 않으며, 선택적인 부가적인 팽창제의 선택적인 첨가가 수행되지 않는다. 이러한 구현예는 본 발명의 시스템 및 방법을 간략화시키는 점에서 상당한 이점을 가지며, 따라서, 투자 비용 및 유지 작동을 감소시키고, 기체성 원료의 비용, 복잡성 및 잠재적인 유해성을 없앤다. 이들 이점은 본 발명의 방법에서 팽창성 플라스틱 물질을 주요 또는 심지어 단독적인 공급 스트림으로서 사용하기 때문이다.
본 발명의 방법의 일 구현예에서, 하나 이상의 선택적인 정적 혼합기 유닛(들)이 존재하며, 선택적인 정적 혼합기 유닛(들)에 의한 용융된 팽창성 플라스틱 물질의 부가적인 혼합이 수행되고, 용융물 여과 유닛이 존재하며, 여과 및 용융된 팽창성 물질을 형성하기 위해 용융물 여과 유닛에 의한 용융된 팽창성 플라스틱 물질의 여과가 후속적인 과립화, 압출 또는 사출 성형 전에 수행된다. 보다 다른 구현예에서, 추가의 부가적인 정적 혼합기 유닛이 존재할 수 있다. 정적 혼합기 유닛은, 팽창제와 같은 부가적인 구성성분들의 첨가 시, 정적 혼합기가 용융된 팽창성 물질에서 팽창제 또는 다른 구성성분의 분산을 증강시키기 때문에, 특히 유익하다. 용융물 여과 유닛은 재활용된 함침된 과립의 공급 스트림과 함께 사용하기에 특히 유익하며, 이는 미립자로 오염될 수 있으며, 필터의 사용은 수중 과립화, 및 잠재적으로는 또한, 작은 스트랜드 다이 중공 크기를 이용한 스트랜드 과립화의 사용 시, 다이의 막힘을 감소시키고, 따라서 다이의 세정 및 유지를 감소시킬 것이다.
본 발명의 방법의 또 다른 구현예에서, 선택적인 팽창제 계량 장치가 존재하며, 선택적인 팽창제 계량 장치에 의한 부가적인 팽창제의 선택적인 첨가가 수행된다. 이러한 구현예는, 용융용 압출기 유닛에 재활용 및 공급되는 팽창성 플라스틱 물질 폐기물이 오래되고, 숙성되고, 팽창제를 소실하였을 때, 유리하게 사용된다. 여러 가지 구현예에서, 첨가되는 부가적인 팽창제의 양은 총 폴리머 용융물의 질량을 기준으로, 4 중량% 미만, 보다 바람직하게는 3 중량% 미만, 보다 더 바람직하게는 2 중량% 미만, 가장 바람직하게는 1 중량% 미만일 것이다. 대안적으로, 이러한 구현예는 보다 높은 수준의 팽창제를 필요로 하는 또 다른 적용을 위해 팽창성 플라스틱 물질을 재활용, 제형화 또는 업그레이드할 때 사용될 수 있거나, 또는 팽창성 플라스틱 물질 공급물에 존재하지 않는 공동-팽창제를 첨가하는 것이 바람직할 때 사용될 수 있다.
상기 방법의 구현예의 특정한 구현예에서, 팽창제 계량 장치는 선택적인 팽창제를 압출기 유닛, 바람직하게는 이축 압출기 내로 주입하기 위해 구현된다. 정적 혼합기를 사용하지 않으면서 분산 및 혼합용 압출기 유닛 내로의 주입은 비용이 덜 들며, 정적 혼합기를 가지지 않기 때문에 잠재적으로 더 작은 풋프린트를 허용한다. 이축 압출기는 단축(single-screw) 압출기와 비교하여 이의 부가적인 분산 및 전단 혼합 때문에 바람직하다. 그러나, 선택적인 팽창제의 분산 및 혼합을 위해 정적 혼합기(들) 대신에 압출기 유닛을 사용하는 것은 종종, 공정 윈도우의 측면에서 더 작은 융통성을 가지며, 방법을 위한 축 디자인을 필요로 할 것이다. 따라서, 대안적인 구현예에서, 선택적인 정적 혼합기 유닛(들)이 존재하고, 선택적인 정적 혼합기 유닛(들)에 의한 용융된 팽창성 플라스틱 물질의 선택적인 부가적인 혼합이 수행되며, 팽창제 계량 장치는 선택적인 팽창제를 정적 혼합기 유닛(들) 내로 주입하기 위해 및/또는 주입하기 전에 구현된다. 특히 바람직한 구현예에서, 2개 이상의 정적 혼합기 유닛이 존재하며, 여기서, 제1 정적 혼합기 유닛에서, 혼합물에 강력한 혼합을 수행하는 분산 단계가 수행되며; 제2 정적 혼합기 유닛에서, 혼합물에 제1 정적 혼합기 유닛에서보다 덜 강력한 혼합(균질화)를 수행하는 유지 단계가 수행된다. 이러한 구현예는 유리하게는, 용융된 폴리머에서의 팽창제의 용해 및 혼합에 충분한 시간을 제공한다.
선택적인 팽창제가 주입되는 본 방법의 특정 구현예에 따르면, 이는 하나 이상의 팽창제, 바람직하게는 불활성 기체, 메틸올, 메틸 포르메이트, 펜탄, 부탄 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 팽창제는 환경에 덜 유해하다.
본 방법의 또 다른 구현예에서, 마스터 배치가 압출기 유닛, 바람직하게는 단축 압출기에 첨가된다. 단축 압출기는 이축 압출기의 분산 및 혼합을 가지지 않으며, 따라서, 마스터 배치는 통상적으로 단축 압출기에 의한 첨가제의 첨가 시 분산 및 혼합을 증강시키기 위해 사용될 것이다. 마스터 배치는 프로세서(processor)로 하여금, 본 발명의 공정 동안에 팽창성 플라스틱 물질을 경제적으로 제형화 또는 업그레이드할 수 있게 한다. 첨가제 마스터 배치는 베이스 팽창성 플라스틱 물질의 여러 가지 특성들, 예컨대 이의 자외선 내광성(ultraviolet light resistance), 난연성, 대전방지성, 윤활성, 미끄럼 방지성(anti-slip), 내부식성, 항균성, 산화방지성, 압출성 또는 인광 특성을 변형시킬 수 있다. 본 발명에서 바람직한 첨가제는 적외선 흡수제 또는 반사제(예, 그래파이트), 핵화제 및 난연제를 포함한다.
이전의 구현예와 유사한 이점을 가진 또 다른 구현예에서, 첨가제가 압출기 유닛, 바람직하게는 이축 압출기에 첨가된다. 이의 바람직한 분산 및 전단 혼합 특성으로 인해, 이축 압출기는 마스터 배치의 사용을 필요로 하지 않으면서 첨가제를 융통성 있게 첨가할 수 있다.
당업자는, 본 발명의 여러 가지 청구항 및 구현예들의 주제의 조합이, 이러한 조합이 기술적으로 실현가능한 범위로 본 발명을 제한하는 일 없이 가능함을 이해할 것이다. 이러한 조합에서, 임의의 하나의 청구항의 주제는 또 다른 청구항의 하나 이상의 주제와 조합될 수 있다. 주제들의 이러한 조합에서, 임의의 하나의 방법 청구항의 주제는 하나 이상의 다른 방법 청구항의 주제 또는 하나 이상의 과립화된 팽창성 재활용된 플라스틱 물질, 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질, 또는 팽창된 플라스틱 성형 물품 청구항의 주제, 또는 하나 이상의 방법 청구항과 물질 또는 물품 청구항의 혼합의 주제와 조합될 수 있다. 유사하게는, 임의의 하나의 물질 또는 물품 청구항의 주제는 하나 이상의 다른 물질 또는 물품 청구항의 주제 또는 하나 이상의 방법 청구항의 주제 또는 하나 이상의 물질 또는 물품 청구항과 방법 청구항의 혼합의 주제와 조합될 수 있다. 예로서, 임의의 하나의 청구항의 주제는 임의의 수의 또 다른 청구항의 주제와 조합될 수 있으며, 이러한 조합이 기술적으로 실현가능한 범위로 제한하지 않으면서 조합될 수 있다.
당업자는, 본 발명의 여러 가지 구현예들의 주제들의 조합이 본 발명을 제한하지 않으면서 가능함을 이해할 것이다. 예를 들어, 전술한 방법 구현예들 중 하나의 주제는 또 다른 전술한 물질 구현예들 중 하나 이상의 주제와 조합될 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있으며, 기술적으로 실현가능한 한 제한하지 않는다.
이하, 본 발명은 본 발명의 여러 가지 구현예들뿐만 아니라 도면을 참조로 보다 상세히 설명될 것이다. 도식적인 도면은 하기를 보여준다:
도 1은 과립화된 팽창성 재활용된 플라스틱 물질, 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질 또는 팽창된 플라스틱 성형 물품을 제조함으로써 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하기 위한 방법 및 시스템의 5가지 구현예들의 도식도를 보여주며, 상기 시스템은 다이와 더불어, 압출기 유닛, 혼합기-열 교환기 유닛, 용융물 펌프 유닛, 과립화 유닛, 및/또는 사출 성형 유닛을 포함한다.
도 2는 과립화된 팽창성 재활용된 플라스틱 물질을 제조함으로써 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하기 위한 방법 및 시스템의 3가지 구현예들의 도식도를 보여주며, 상기 시스템은 압출기 유닛, 혼합기-열 교환기 유닛, 용융물 펌프 유닛 및 과립화 유닛을 포함한다.
도 3은 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질을 제조함으로써 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하기 위한 방법 및 시스템의 3가지 구현예들의 도식도를 보여주며, 상기 시스템은 압출기 유닛, 혼합기-열 교환기 유닛, 용융물 펌프 유닛 및 다이를 포함한다.
도 4는 본 발명의 방법의 일 구현예에 의해 제조되는 과립화된 팽창성 플라스틱 물질로부터 제조되는, (a) 21 g/L (Mag = 20X) 및 (b) 11 g/L (Mag = 12X)의 밀도를 가진 팽창된 펄(pearl)을 보여준다.
표 1은 본 발명의 방법 전과 방법 후에, 팽창성 플라스틱 물질(EPS)의 분자량 특성을 비교하는 표이다.
정의
본 출원의 상세한 설명 및 청구항에서 사용되는 바와 같이, 하기 정의가 적용되어야 한다:
선행사로서 단수형("a", "an" 및 "the")은 문맥상 다르게 지시되지 않는 한, 단수형 또는 복수형을 지칭할 수 있다.
"팽창성 플라스틱 물질"은 팽창제를 상당량으로 함유하는 플라스틱 물질이며, 이는 헤드스페이스 기체 크로마토그래피에 의해 검출가능한 양이다. 일부 구현예에서, 팽창성 플라스틱 물질 내 팽창제의 양은 1 중량% 이상, 바람직하게는 4 중량% 내지 8 중량%이다. 따라서, 팽창성 플라스틱 물질은 EPS와 같은 팽창성 플라스틱 물질의 성형 또는 압출로부터 수득되는 팽창된 생성물 또는 이미-발포된 생성물(잔류 팽창제를 기껏해야 단지 단은 수준으로 함유함)과 구별된다.
당업자는, 종래의 현탁 중합 및 용융물 함침 공정으로부터 수득되는 팽창성 플라스틱 과립물들이 이들이 외양 및 화학적 조성에 의해 서로 쉽게 구별가능함을 이해할 것이다.
현탁 중합 공정 유래의 과립물들은 모양이 매우 거의 완벽하게 구형인 반면, 용융물 함침 공정 유래의 과립물들은 이들이 수중 과립기 또는 스트랜드 과립기를 사용하여 제조되기 때문에 모양이 덜 완벽하게 구형이다. 더욱이, 과립물은, 수중 과립화 공정 또는 스트랜드 과립화 공정(용융물 함침 공정) 유래의 과립물들이 커터 블레이드 또는 나이프와 접촉 시 이들의 표면에 절단선을 나타내는 반면, 이러한 절단선은 현탁 중합 방법에 의해 제조되는 과립물의 표면에서는 존재하지 않기 때문에, 서로 구별될 수 있다.
또한, 구형 계면활성제 시스템은 현탁 중합 방법에 의해 제조되는 팽창성 플라스틱 과립을 안정화시키는 데 사용되는 것으로 알려져 있다. 이러한 계면활성제는 또한, 현탁 안정화제, 현탁제, 안정화제 또는 보호성 콜로이드와 같은 다른 용어들로 지칭될 수 있다. 이들 계면활성제는 통상, US8173714B2의 실시예에 기술된 바와 같은 피커링 안정화제(Pickerings stabilizer)와 함께 사용된다. 대안적으로, 이들은 음이온성 계면활성제와 함께 사용되거나 또는 단독으로 사용될 수 있다. 중요하게는, 이러한 계면활성제 시스템이 팽창성 플라스틱 과립물을 제조하기 위한 용융물 함침 공정에 사용되지 않음에 주지한다.
일부 대표적인 계면활성제 시스템들 및 이들의 구성성분은 US 7,825,165B2에 개시된 '유기 현탁제, 안정화제 및 음이온성 계면활성제', WO2014/009145A1에 개시된 '안정화제 또는 현탁제', DE3331570A11에 개시된 '보호성 콜로이드' 및 US4036794A1에 개시된 '현탁 안정화제 및 보호성 콜로이드'이다.
따라서, 현탁 중합 방법에 의해 제조되며, 따라서 계면활성제들 및 이들의 잔류물을 함유하는 팽창성 플라스틱 과립물은 계면활성제들 및/또는 이들의 잔류물을 포함하지 않는 용융물 함침 방법에 의해 제조되는 것과 화학적으로 구별된다. 이들 계면활성제 및 이들의 잔류물은 "Additives in Polymers: Industrial Analysis and Applications", by Jan C. J. Bart, published by John Wiley & Sons in 2005 (ISBN: 978-0-470-85062-6)에 개시된 것들과 같은 종래의 분석 방법에 의해 검출될 수 있다.
"팽창제"는 경화, 고체화 또는 상 전이를 수행하는 플라스틱 물질에서의 발포 공정을 통해 세포 구조물을 제조할 수 있는 성분이다. 이는 통상 화학적 발포제 또는 물리적 발포제로서 알려져 있다. 본 발명에서, 팽창제는 바람직하게는 물리적 발포제일 것이다.
"제1 팽창제가 실질적으로, 과립화된 팽창성 플라스틱 물질에 함유되거나, 또는 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질 또는 팽창된 플라스틱 성형 물품을 형성하기 위해 사용된다"는 것은, 팽창제가 본 발명의 방법에서 거의 소실되지 않을 것임을 의미한다. 일 구현예에서, 팽창제의 소실은 팽창성 플라스틱 물질, 예를 들어 과립물의 중량을 기준으로 그리고 공급 스트림 내 팽창성 플라스틱 물질에 의해 본 방법으로 도입되는 제1 팽창제의 함량과 비교하여, 1 중량% 미만, 바람직하게는 0.8 중량% 미만, 보다 바람직하게는 0.6 중량% 미만, 가장 바람직하게는 0.5 중량% 미만일 것이다.
예를 들어, 몇몇 구현예에서, 공급 스트림 내 팽창성 플라스틱 물질은 팽창제의 함량이 약 4 중량% 내지 약 8 중량%, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 6 중량%일 것이며, 제조되는 과립화된 팽창성 플라스틱 물질은, 공급 스트림이 본질적으로 팽창성 플라스틱 물질로만 구성되며 부가적인 팽창제가 본 공정 동안에 첨가되지 않을 때, 팽창제 함량이 약 0.05 중량% 내지 0.8 중량% 더 낮을 것이다.
제1 팽창제의 소실 양은, 예를 들어, 공정에의 임의의 부가적인 팽창제의 첨가, 및 공급 스트림 내 임의의 비-팽창성 플라스틱 물질의 양 및 첨가되는 첨가제의 양 등을 고려하여, 제1 팽창제의 양을, 공정에 의해 제조되는 과립화된 팽창성 플라스틱 물질에 존재하는 팽창제의 총 양과 비교함으로써, 쉽게 확인될 수 있다. 생성물이 직접 압출되거나 또는 사출 성형되는 구현예의 경우, 팽창제의 양은 다이 또는 사출 성형 유닛 바로 직전에, 용융된 팽창성 플라스틱 물질 샘플을 예를 들어 샘플링 포트에 의해 취함으로써 측정될 수 있다.
일례로서, 기체 크로마토그래피 세포 기체 분석이 사용되어, 다양한 생성물 도는 중간산물 샘플 내 팽창제의 조성뿐만 아니라 변형된 분석 방법에서 이의 함량을 측정할 수 있다. 구체적으로는, 플라스틱과 같은 고체 내 휘발성 구성성분의 정량적이며, 정확하고 신속한 확인을 위해 다수의 헤드스페이스 추출 모세관 기체 크로마토그래피(MHE-CGC) 방법이 개발되어 왔다. 특히, ASTM D4526은 정적 헤드스페이스 기체 크로마토그래피에 의한 폴리머 중 휘발성 물질의 확인을 위한 표준 시행을 제공한다. 대안적으로, FTIR 또는 MS와 조합된 열적 중량 분석이 또한, 플라스틱 내 휘발성 물질의 정량 분석을 위해 사용될 수 있다. 팽창제와 같은 휘발성 화학종의 정량 분석을 위한 몇몇 종래의 방법들은 Polymers: Industrial Analysis and Applications, by J. C. J. Bart, published by John Wiley & Sons in West Sussex, UK in 2005 (ISBN 0-470-85062-0)에서 첨가제에서 개시되어 있다.
대안적으로, 팽창제의 함량은 본 발명의 방법에 의해 제조된 과립화된 팽창성 플라스틱 물질, 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질 또는 팽창된 플라스틱 성형 물품의 밀도 측정에 의해 간접적으로 측정될 수 있다. 이러한 밀도는 ISO 845 또는 ASTM D1622에 따라 측정될 것이다. 그런 다음, 이들 생성물의 밀도는, 오로지 버진 비-팽창성 플라스틱 물질이 공급 스트림으로서 사용되어 오고 알려진 양의 팽창제가 첨가되어 온 공정들에 의해 수득된 생성물의 밀도와 비교될 수 있다. 또한, 팽창제의 함량은 또한, 시스템 내 압출기 유닛 또는 다른 지점들에서 용융물 점도를 측정하고, 이들 값을, 알려진 양의 팽창제가 첨가되어 온 온도, 압력 및 시간 등의 유사한 공정 조건들 하에 유사한 버진 비-팽창성 플라스틱 물질의 용융물 점도들과 비교함으로써, 간접적으로 측정될 수 있다.
폴리머 비드의 발포제 함량의 조절을 위한 온-라인 근적외선(NIR) 방법이 알려져 있음을 주목한다. 예를 들어, EP 1752236 B1은 로스트 폼 캐스팅 공정에서 패턴을 제조하는 데 사용디는 폴리머 비드의 발포제 함량을 조절하는 이러한 방법들을 개시하고 있다. 따라서, 일 구현예에서, 온-라인 NIR 측정은 예를 들어, 공급 스트림(101) 및/또는 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110) 내 팽창제의 함량을 측정 및 조절하는 데 사용될 수 있으며, 이로써, 부가적인 팽창제(80)의 첨가는 특정한 수준이 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)에서 달성되도록 수행될 수 있거나, 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질(140) 또는 팽창된 플라스틱 성형 물품(150)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 대안적인 구현예에서, 팽창제의 함량은 온-라인 유동학적 측정에 의해 간접적으로 측정 및 조절될 수 있다.
본 발명에서, (예, 본 발명의 방법의 완료 전, 동안 또는 후에) 팽창성 플라스틱 물질에 함유된 제1 팽창제의 함량은 헤드스페이스 기체 크로마토그래피에 의해 확인된 바와 같은 함량으로서 정의된다.
본 출원에서 "마스터 배치"는 팽창성 플라스틱 물질(첨가제 마스터 배치)에 특정한 특성을 부여하는 데 사용되는 팽창성 플라스틱 물질에 대한 고체(과립 또는 건조 블렌드) 또는 액체 첨가제로서 정의된다. 따라서, 마스터 배치는 전형적으로, 열적 공정 동안에 캐리어 수지 내로 캡슐화되는 첨가제의 농축 혼합물이며, 그런 다음, 이는 냉각 및 과립화된다. 마스터 배치는 플라스틱 물질의 제형화 및 업그레이드에 적용된다.
본 출원에서 수치는 평균값에 관한 것이다. 더욱이, 다르게 지시되지 않는 한, 수치는, 유의미한 도면의 동일한 수로 감소되었을 때 동일한 수치, 및 값을 확인하기 위해 본 출원에 기술된 유형의 종래의 측정 기술의 실험 오차보다 언급된 값과 적게 차이나는 수치를 포함함을 이해해야 한다.
팽창성 물질을 재활용하기 위한 방법 또는 시스템은, 방법 또는 시스템에 의해 제조되는 생성물이 재활용된 팽창성 물질을 적어도 일부 포함함을 의미한다. 재활용된 팽창성 물질은 제1 팽창제를 함유하며, 이는 전형적으로 오프-스펙 물질(예, 너무 작거나 또는 너무 큰 함침된 펠렛)이다. 어느 경우든지, 재활용된 팽창성 물질은 제1 팽창제를 이미 함유하고 있으며, 이는 일반적으로 과립 또는 펠렛 형태로 존재할 것이다. 제1 팽창제는 구체적으로 제한되지 않으며, 이는 일반적으로 종래의 물리적 발포제, 예컨대 CFC(예, CFC-11), HCFC(예, HCFC-22, HCFC-142b, HCFC-134a 또는 HFC-365mfc), HCC, HFC, 탄화수소(예, 이소부텐, 부탄, 펜탄, 이소펜탄 또는 사이클로펜탄), 메틸 포르메이트, 메틸올, 물, 질소, CO2 또는 이들이 조합일 것이다. 공급 스트림 내 팽창성 플라스틱 물질은 전형적으로, 물리적 발포제를 1 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 2 중량% 내지 9 중량%, 보다 바람직하게는 5 중량% 내지 8 중량%로 함유할 것이다. 따라서, 재활용된 팽창성 물질은 공정 및 시스템에 대한 공급 스트림의 일부이다.
여러 가지 구현예에서, 공정 또는 시스템에 의해 제조되는 중간산물 또는 생성물(즉, 공정의 특정 단계 및 시스템의 유닛에 따라, 용융된 팽창성 물질, 여과 및 용융된 팽창성 물질, 과립화된 팽창성 물질, 또는 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질)은 생성물을 재활용된 팽창성 물질로서 25 중량% 이상, 바람직하게는 50 중량% 이상, 보다 바람직하게는 75 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 90 중량% 이상 포함할 것이며, 가장 바람직하게는 생성물을 본질적으로 모두 포함할 것이다. 본질적으로 모두란, 생성물의 수지 구성성분의 모든 중량%가 재활용 물질로부터 유래되며, 따라서, 첨가제 및/또는 팽창제 등의 기여를 무시할 만함을 의미한다.
팽창성 플라스틱 물질을 제형화하기 위한 공정 또는 시스템은, 공정 또는 시스템에 의해 제조되는 생성물이 기존의 팽창성 물질, 예컨대 EPS를 위한 종래의 현탁 방법에 의해 제조되는 물질을 적어도 일부 포함함을 의미한다. 따라서, 일 구현예는 기존의 스탁 팽창성 물질을 부가 가치 첨가제 및/또는 기능성 첨가제를 포함하도록 업그레이드시키는 것을 지칭한다. 따라서, 기존의 팽창성 물질은 공정 및 시스템에 대한 원료이다. 임의의 경우, 기존의 팽창성 물질은 이미 팽창제를 함유하고 있으며, 이는 일반적으로 과립 또는 펠렛의 형태로 존재할 것이다. 여러 가지 구현예에서, 공정 또는 시스템에 의해 제조되는 중간산물 또는 생성물(즉, 공정의 특정 단계 및 시스템의 유닛에 따라, 용융된 팽창성 물질, 여과 및 용융된 팽창성 물질, 과립화된 팽창성 물질, 또는 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질)은 생성물을 기존의 팽창성 물질로서 50 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량% 이상, 보다 바람직하게는 75 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 90 중량% 이상 포함할 것이며, 가장 바람직하게는 생성물을 본질적으로 모두 포함할 것이다. 본질적으로 모두란, 생성물의 수지 구성성분의 모든 중량%가 기존의 팽창성 물질로부터 유래되며, 따라서, 첨가제 및/또는 팽창제 등의 기여를 무시할 만함을 의미한다.
따라서, 이미 논의한 바와 같이, 팽창제가 매우 소량으로만 소실되는, 팽창성 플라스틱 물질의 순수하게 재활용된 원료의 완전한 재활용 및/또는 기존의 팽창성 플라스틱 과립 물질의 원료의 제형화 또는 업그레이드라는 본 발명의 방법의 특징은 전체적으로 더 낮은 공정 온도 프로파일 및 용융물 온도의 유리한 사용을 가능하게 한다. 이는, 제1 팽창제(81)의 존재가 압출기 유닛(10)에서 용융된 플라스틱 물질의 점도를 감소시키는 작용을 하며, 보다 온화한 온도 프로파일 및 더 낮은 최대 용융물 온도가 가능하기 때문이다. 특정한 구현예에서, 압출기 유닛(10) 내 상대적인 용융물 점도는 표준 M18 포트와 같은 포트에 의해 압출기 유닛(10)에 직접 연결된 온-라인 유량계에 의해 편리하게 측정될 수 있다.
당업자는, 팽창성 플라스틱 물질의 재활용과 제형화 둘 다의 조합이, 재활용된 팽창성 물질 및 팽창성 물질의 기존의 원료 둘 다의 공급 스트림이 사용되는 경우 가능함을 이해할 것이다. 전술한 여러 가지 구현예들에서 상기 방법 및 시스템의 특징은, 원료의 상당한 부분 또는 실질적으로 모든 원료가 제1 팽창제(81)를 함유한다는 것이다. 따라서, 이들 구현예의 다수는 부가적인 팽창제(80)의 소량의 첨가를 필요로 하거나 또는 심지어 첨가를 필요로 하지 않을 것이다.
그렇지만, 일부 구현예에서, 부가적인 팽창제(80)는 예를 들어, 팽창제의 보다 높은 로딩을 필요로 하는 적용을 위한 원료의 업그레이드 또는 제형화에 있어서, 예를 들어, 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)에서 팽창제의 로딩을 증가시키기 위해 첨가되거나, 또는 본 발명의 방법을 시작하기 전에 보다 장기간 동안 및/또는 보다 높은 온도에서 보관됨으로 인해 일부 팽창제가 팽창성 플라스틱 물질(100)로부터 소실되기 때문에 첨가될 것이다. 이들 구현예 중 일부에서, 용융물 점도는 온-라인 모니터링될 것이며, 부가적인 팽창제(80)는 일정한 요망되는 용융물 점도를 유지하기에 충분한 양으로 첨가될 것이다. 부가적인 팽창제(80)는 구체적으로 제한되지 않으며, 바람직하게는 물리적 발포제일 것이다. 여러 가지 구현예에서, 이는 제1 팽창제(81)와 동일하거나 또는 상이할 것이다. 몇몇 구현예에서, 이는 바람직하게는, 환경적인 면을 고려하여, CFC, HCFC, HCC 또는 HFC가 아닐 것이다.
도 1은 용융된 팽창성 물질(110)을 제조한 다음, 후속해서 과립화, 압출 또는 사출 성형됨으로써 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하기 위한 방법 및 시스템(1)의 3가지 구현예들의 도식도를 보여준다. 시스템(1)의 이들 특정한 구현예는 압출기 유닛(10), 혼합기-열 교환기 유닛(20) 및 용융물 펌프 유닛(50) 및 과립화 유닛(40), 다이(90) 또는 사출 성형 유닛(95)만을 가진다. 따라서, 이들 구현예는 모두, 선택적인 팽창제 계량 장치(70)에 의한 선택적인 팽창제(80)의 선택적인 첨가를 포함하지 않는다. 또한, 도 1(b)의 구현예는 이축 압출기(12)에의 첨가제(210)를 포함하며, 도 1(c)의 구현예는 단축 압출기(14)를 포함한다.
도 1(d)의 구현예에서, 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)은 완충제 시스템(96)에 의해 사출 성형 유닛(95)에 공급된다. 도 1(e)의 구현예에서, 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)은 우선 과립화되어, 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)이 수득된 다음, 오프-라인 사출 성형 유닛(95)에 공급된다.
본 발명의 방법 및 시스템은 다르게 언급되지 않는 한, 구체적으로 제한되지 않는다. 팽창성 폴리머의 제조를 위한 방법 및 시스템뿐만 아니라 이들의 적용은 잘 알려져 있으며, 예를 들어, Handbook of Polymer Foams edited by D. Eaves and published by Rapra Press of Shawbury, UK on 1. January 2004 (ISBN 1-85957-388-6) 및 Handbook of Polymeric Foams and Foam Technology, 2nd edition by D. Klempner, V. Sendijarevic and R. M. Aseeva published by Hanser Gardner Publ. of Munich, DE in April 2004 (ISBN 1-56990-336)에 기술되어 있다. 팽창성 폴리머 과립물의 제조 방법에 대한 추가적인 개시내용은 US 4,243,717; US 5,000,891; 및 US 4,606,873에서 확인된다.
다르게 구체적으로 지시되지 않는 한, 본 발명의 방법은 종래의 그리고 당업계에 알려진 바와 같은 폴리머 및 원료의 단계 및 용도를 포함할 수 있다. 공정 단계로는, 건조, 분쇄, 혼합, 공급, 수송, 균질화 및 제형화를 포함한다. 용융된 팽창성 물질(110)의 제조를 위해 원료로서 사용되는 폴리머로는, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 예컨대 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 에틸렌 비닐 알코올, 폴리비닐 알코올, 폴리카프로락톤, 폴리락트산, 전분, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 엘라스토머, 폴리사이클로헥산 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 가공 열가소성 수지, 예컨대 폴리카르보네이트 또는 폴리페닐렌 옥사이드, 또는 이들의 혼합물 및/또는 코폴리머를 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템에 사용하기 위한 첨가제로는, 마찰 감소용 첨가제(활강제(slip agent)), 항산화제, 광 안정화제, 안티블로킹제, 대전방지제, 흐림방지제/습식방지제(anti-fogging/wetting), 분산 기술, 공정 안정화제, 적외선 흡수제, 적외선 반사제 및 나노-미립자 UV 흡수제를 포함한다. 따라서, 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110), 여과 및 용융된 팽창성 플라스틱 물질(120), 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130), 및 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질(140)은 또한, 염료, 충전제, 안정화제, 난연제, 상승작용제, 핵화제, 윤활제, 대전방지제, 안료, 카본 블랙, 그래파이트, 알루미늄, 무기 입자, 불투열성 입자 및 왁스와 같은 종래의 첨가제를 유효량으로 함유할 수 있다. 이러한 첨가제는 사이드 스트림을 통해 첨가될 수 있으며, 따라서, 액체 및 고체 첨가제뿐만 아니라 마스터 배치의 가공을 가능하게 할 수 있다. 생성물 내에서의 균일한 첨가제 분포에 필수적인 균질화는 바람직하게는, 정적 혼합기의 사용에 의해 달성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 방법의 구현예에서, 본 방법의 과정 중에 수득가능한, 바람직하게는 수득되는, 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110) 또는 여과 및 용융된 팽창성 플라스틱 물질(120)은 하나 이상의 첨가제, 보다 바람직하게는 하나 이상의 난연제 화합물 및 용융물 안정화제, 상승작용제, 적외선 반사제, 적외선 흡수제, 안료, 핵화제 및 왁스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 함유한다. 그런 다음, 이들 제형화된 팽창성 용융된 플라스틱 물질은 후속적으로, 과립화, 압출 또는 직간접적으로 사출 성형된다.
당업자는, 본 발명의 방법에 의해 수득가능한, 바람직하게는 수득되며, 바람직하게는 하나 이상의 첨가제, 보다 바람직하게는 하나 이상의 난연제 화합물, 및 용융물 안정화제, 상승작용제, 적외선 반사제, 적외선 흡수제, 안료, 핵화제 및 왁스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 함유하는 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)이 당업계에 알려진 과립화된 팽창성 플라스틱 물질과 쉽게 구별가능하며, 여기서, 공급 스트림(101) 내 팽창성 플라스틱 물질(100)은 현탁 중합 방법으로부터 수득됨을 이해할 것이다. 이는, 이러한 구현예에서 이들 과립화된 팽창성 플라스틱 물질이 두 수중 과립화 모두의 특징, 예컨대 절단선 또는 이들의 표면의 존재와 더불어 덜 완벽하게 구형인 모양과, 현탁 중합 공정의 화학적 시그너처, 예컨대 계면활성제 시스템의 검출가능한 구성성분 또는 이의 잔류물을 가질 것이기 때문이다. 따라서, 화학적 분석 방법에 의한 계면활성제 시스템의 구성성분 또는 이의 잔류물의 검출과 더불어 표면 상의 절단선의 시각적인 관찰을 사용하여, 이러한 구현예의 독특한 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)을 확인할 수 있다.
본 발명의 시스템은 펌프, 호퍼(hopper), 피더(feeder), 열 교환기, 정적 혼합기, 블렌더, 인듀서(inducer), 조절 시스템, 전기 공급기, 냉각기 및 가열 유체 공급기 및 분포기, 펌프, 밸브, 파이프, 라인, 저장고, 드럼, 탱크, 및 유량, 온도, 압력 및 레벨(level)과 같은 파라미터의 특정을 위한 센서를 비롯한, 압출 분야에서 통상적이며 알려져 있는 유닛, 서브유닛 및 보조장치를 포함할 수 있다. 본 발명의 방법 및 시스템은 편리하게는, 적절한 센서가 구비된 컴퓨터 인터페이스에 의해 조절될 수 있다. 압출 시스템 및 이들의 구성성분 및 작동 방법은 예를 들어, Extrusion: The Definitive Processing Guide and Handbook, by H.F. Giles Jr, E.M. Mount III, J.R. Wagner, Jr, published by William Andrews of Norwich, NY in 2005 (ISBN 0-8155-1473-5)로부터 알려져 있다.
압출기 유닛(10)은 구체적으로 제한되지 않으며, 이는 용융물 니더, 도 1(c)에서와 같이 단축 압출기(14) 또는 도 1(b)에서와 같이 이축 압출기(12)일 수 있다. 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 본 방법은 첨가제(210)를 압출기 유닛(10), 바람직하게는 이축 압출기(12)에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
혼합기-열 교환기 유닛(20)은 구체적으로 제한되지 않으며, 이는 쉘 앤드 튜브 열 교환기, 직접 접촉 열 교환기, 방사상 열 교환기일 수 있으며, 바람직하게는 이는 Sulzer SMR 정적 혼합기-냉각기와 같은 혼합 요소 및 플러그 플로우가 구비된 관형 열 교환기일 수 있다.
용융물 펌프 유닛(50)은 구체적으로 제한되지 않으며, 예를 들어, 이는 단일-샤프트 또는 트윈-샤프트 드라이브 기어 펌프일 수 있다. 이는, 선택적인 용융물 여과를 허용하고, 매우 낮은 에너지 투입에서 펠렛화하기 위해, 필수적인 압력 구축을 보장하는 작용을 한다. 당업자는, 용융물 펌프 유닛(50) 위치는 일반적으로, 사용되는 압출기 유형(즉, 단축 또는 이축)뿐만 아니라 시스템의 크기에 의해 정의될 것임을 이해할 것이다. 따라서, 도 1b의 바람직한 구현예는 첨가제 포트(210)가 구비된 이축 압출기(12), 혼합기 열 교환기(20), 용융물 펌프 유닛(50) 및 과립화 유닛(40) 또는 다이(90)를 포함할 것이다. 도 1c의 바람직한 구현예는 단축 압출기(14) 후에, 제2 용융물 펌프 유닛(50)을 포함할 것이다. 유사하게는, 단축 압출기(14)를 기재로 하는 다른 시스템의 바람직한 구현예(예, 도 2c 및 도 3c)는 단축 압출기(50) 후에, 제2 용융물 펌프 유닛(50)을 가질 것이다. 본 발명의 방법 및 시스템에서, 압출기 유닛(10)에서 전형적인 온도는 최소 용융물 온도가 약 110℃, 바람직하게는 120℃ 이상, 보다 바람직하게는 140℃ 이상, 가장 바람직하게는 150℃ 이상일 것이다. 혼합기-열 교환기에서 용융물 온도는 전형적으로, 약 150℃ 내지 약 200℃, 바람직하게는 약 155℃ 내지 약 190℃, 보다 바람직하게는 약 160℃ 내지 약 180℃일 것이다. 많은 구현예에서, 혼합기-열 교환기(20)에서 용융물 온도는 압출기 유닛(10)에서와 거의 동일하거나 또는 바람직하게는 그보다 낮을 것이다. 압출기 유닛(10)에서의 최대 용융물 온도와 혼합기-열 교환기 유닛(20)에서의 최대 용융물 온도의 차이는 0℃ 내지 15℃일 것이다. 용융물 온도는 편리하게는, 예를 들어 종종 압출기 배럴에 설치되지만, 드물게는 다이 어댑터에 마운팅되는, 보편적인 플러쉬 마운트 용융물 열전대에 의해 측정될 수 있음을 주지한다.
더욱이, 도 1의 구현예는 선택적으로, 용융된 팽창성 물질의 제조에서 부가적인 유닛 및 장치 및 단계(도시되지 않음)를 가질 수 있다. 이러한 선택적인 시스템 특징 및 방법 단계들은, 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)의 선택적인 부가적인 혼합을 위한 하나 이상의 선택적인 정적 혼합기 유닛(들)(60); 선택적인 팽창제(80)를 압출기 유닛(10) 내로 주입하거나 및/또는 선택적인 정적 혼합기 유닛(60) 중 하나 내로 또는 유닛(60) 전에 주입하도록 구현되는 선택적인 팽창제 계량 장치(70); 여과 및 용융된 팽창성 물질(120)을 형성하기 위한, 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)의 선택적인 여과를 위한 선택적인 용융물 여과 유닛(30)을 포함할 수 있다.
도 1의 구현예는, 팽창성 과립물을 제조하기 위한 수중 과립화기 또는 발포된 스트랜드를 제조하기 위한 스트랜드 과립기, 또는 발포된 튜브, 플레이트 또는 다른 폼을 제조하기 위한 다이(90)와 같은 과립화 유닛(40)에 대해 계속해서 하류에 위치하거나, 또는 이들은 사출 성형 시스템(95)에 직간접적으로 계속 존재할 수 있거나, 또는 통합되고 연속적이거나 또는 준연속적인 공정에서 발포된 물품을 제조하기 위해 간접적으로(오프-라인) 또는 심지어 직접적으로 계속 존재할 수 있음을 주지한다.
도 2는 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)의 제조를 위한 방법 및 시스템의 3가지 실시예 구현예를 예시한 것이다. 따라서, 이들 구현예는 모두, 여과 및 용융된 팽창성 플라스틱 물질(120)로부터 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)을 제조하기 위한 과립화 유닛(40)을 가진다. 더욱이, 이들은, 선택적인 용융물 여과 유닛(30)이 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)의 선택적인 여과를 수행하여, 여과 및 용융된 팽창성 물질(120)을 형성하기 위해 존재할 수 있음을 예시한다. 구현예 (a) 내지 (c)에서, 선택적인 팽창제 계량 장치(70)에 의한 선택적인 부가적인 팽창제(80)의 첨가가 존재한다. 구현예 (a)에서, 부가적인 팽창제(80)의 첨가는 압출기 유닛(10)에의 첨가이며, 구현예 (b)에서, 첨가는 이축 압출기(12)에의 첨가이다.
도 2(c)의 구현예에서, 팽창제 계량 장치(70)는 정적 혼합기 유닛(60), 특히 제1 정적 혼합기 유닛(61) 내로 및 유닛 전에 선택적인 부가적인 팽창제(80)를 주입하기 위해 구현되며, 여기서, 제1 정적 혼합기 유닛(61)에서, 분산 단계가 수행되며, 이는 혼합물에 강력한 혼합을 수행하고; 제2 정적 혼합기 유닛(62)에서, 유지 단계가 수행되며, 이는 혼합물에 제1 정적 혼합기 유닛(61)에서보다 덜 강력한 혼합(균질화)을 수행한다. 도 2(b)는, 선택적인 정적 혼합기 유닛(들)(60)이 대안적으로 사용되어, 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)의 부가적인 혼합을 간략하게 제공할 수 있으며, 선택적인 부가적인 팽창제(80)가 그보다 먼저 첨가될 수 있음을 예시하고 있으며, 이러한 구현예에서와 같거나 심지어 결코 그렇지 않을 수 있다(도시되지 않음).
도 2의 구현예는 또한, 도 2(a)에서와 같이, 용융물 펌프 유닛(50)이 혼합기-열 교환기 유닛(20)의 상류 및 압출기 유닛(10)의 하류에 위치될 수 있거나, 또는 도 2(b) 및 도(c)에서와 같이, 용융물 펌프 유닛(50)이 혼합기-열 교환기 유닛(20)의 하류 및 과립화 유닛(40)(또는 대안적으로 다이(90) 또는 사출 성형 유닛(95))의 상류에 위치할 수 있음을 예시하고 있다.
도 3은 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질(140)을 제조하기 위한 방법 및 시스템의 3가지 예시적인 구현예를 예시하고 있다. 따라서, 이들 구현예는 모두 여과 및 용융된 팽창성 플라스틱 물질(120) 또는 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)로부터 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질(140)을 제조하기 위한 다이(90)를 가지고 있다. 다이(90)는 구체적으로 한정되지 않으며, 다이는 시트 제품용 코트 행거-유형 시트 다이, 필름 제품용 T-다이 또는 고리형 다이, 파이프 및 튜브용 고리형 다이, 개방형 또는 폐쇄형 프로파일의 압출 다이 또는 공압출 다이일 수 있다. 다이들 및 이들의 디자인은 예를 들어, "Design of Extrusion Dies" by M.M. Kostic and L.G. Reifschneider in Encyclopedia of Chemical Processing, published in 2006 by Taylor & Francis (DOI: 10.1081/E-ECHP-120039324)에 개시되어 있다.
도 2의 구현예에서와 같이, 도 3(a) 및 도 3(b)의 구현예는 팽창제 계량 장치(70)에 의한 각각 이축 압출기(12) 또는 제1 정적 혼합기(61)에의 부가적인 팽창제(80)의 첨가를 예시하고 있다. 도 3(b) 및 도 3(c)의 구현예는, 본 발명의 방법 및 시스템이 하나 초과의 용융물 펌프 유닛(50)를 가질 수 있음을 예시하고 있으며, 도 3(c)에서의 구현예는, 마스터 배치(200)가 압출기 유닛(10), 바람직하게는 단축 압출기(14)에 첨가될 수 있음을 예시하고 있다.
실시예
하기 실시예는 당업자에게, 본원에서 청구되는 방법, 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110), 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130), 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질(140), 및 팽창된 플라스틱 성형 물품(150), 및 용도를 어떻게 평가하는지에 관한 상세한 설명을 제공하고자 나타낸 것이며, 이들은 본 발명자가 본 발명으로서 간주하는 범위를 한정하려는 것이 아니다.
모든 실시예에서, 헤드스페이스 기체 크로마토그래피 방법을 다양한 공급 스트림들뿐만 아니라 제조된 과립화된 팽창성 플라스틱 물질에서 팽창제의 함량을 정량화하기 위해 사용하였다. 일부 실시예에서, 제조된 과립화된 팽창성 플라스틱 물질의 분자량 특성을 GPC 측정에 의해 특징화하였다. 공정 후, PS의 절대 분자량을 테트라하이드로푸란(THF) 내에서, 2개의 I-MBHMW 3078 극성 컬럼과 I-Guard 0748 극성 유기 가드 컬럼 및 삼중 검출기(굴절률, 광산란 및 점도계)가 구비된 Malvern GPCmax(Malvern Instruments Ltd., UK)를 사용하여 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정하였다. 용해된 샘플(4 mg/ml)을 여과한 후(ChromafilXtra PTFE 시린지 필터, 기공 크기 0.45 ㎛), 주입하였다. 안정화제를 포함하는 THF, HPLC 등급 99.9%를 Sigma Aldrich로부터 구입하였고; 이를 구입한 대로 사용하였다. Viscotek TDAmax를 우선, 좁게 분포화된 폴리스티렌(PS) 표준을 사용하여 보정하였으며, 넓게 분포화된 PS 대조군에 의해 입증하였고; PS의 M n 및 M w의 측정 오차는 5% 미만이었다.
실시예 1
중량적 투입 장비 및 펜탄 주입 포트가 구비된 이축 압출기(12), 제1 정적 혼합기 유닛(61) 및 제2 정적 혼합기 유닛(62), 혼합기-열 교환기 유닛(20)으로서 SMR-유형의 열 교환기, 2개의 용융물 펌프(50), 전환 밸브, 용융물 여과 유닛(30)으로서 폴리스 필터(police filter), 및 과립화 유닛(40)으로서 수중 과립화기 시스템을 포함하는 시스템(1)을 이 실시예에 사용하였다. 공급 스트림(101)은 팽창성 플라스틱 물질(100)로서, 펜탄 약 5.4 중량% 및 핵화제를 함유하는 EPS로 본질적으로 구성되었다. 약 0.4 중량%의 펜탄 소실이 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)에서 관찰되며, 이는 부가적인 팽창제를 첨가하지 않았을 때, 펜탄 함량이 약 5 중량%였다. 시험 중에, 펜탄의 첨가를 이축 압출기(12) 내로 주입하였을 때, 펜탄 함량이 증가될 수 있음이 확인되었다.
실시예 2
또한, 중량적 투입 장비 및 펜탄 주입 포트가 구비된 이축 압출기(12), 제1 정적 혼합기 유닛(61) 및 제2 정적 혼합기 유닛(62), 혼합기-열 교환기 유닛(20)으로서 SMR-유형의 열 교환기, 2개의 용융물 펌프(50), 전환 밸브, 용융물 여과 유닛(30)으로서 폴리스 필터, 및 과립화 유닛(40)으로서 수중 과립화기 시스템을 포함하는 또 다른 시스템(1)을 이 실시예에 사용하였다. 공급 스트림(101)은 팽창성 플라스틱 물질(100)로서, 펜탄 약 6 중량% 및 핵화제를 함유하는 EPS로 본질적으로 구성되었다. 이러한 재활용 물질을 적외선 흡수제 3.5 중량%의 첨가에 의해 추가로 제형화하였다. 총 용융물 온도를 170℃ 내지 172℃에서 조절하였다. 펜탄 약 0.8 중량% 내지 약 0.6 중량%의 펜탄 소실을 이러한 공정에서 관찰하였으며, 따라서, 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)은 펜탄 함량이 약 5.2 중량% 내지 약 5.4 중량%였다. 적외선 흡수제의 균질한 분산을 광학 현미경에 의해 확인하였으며, 평균 비드 크기가 약 1.4 mm인 마이크로펠렛을 제조하였다.
실시예 3
또한, 중량적 투입 장비가 구비된 이축 압출기(12), 혼합기-열 교환기 유닛(20)으로서 SMR-유형의 열 교환기, 1개의 용융물 펌프(50), 전환 밸브, 용융물 여과 유닛(30), 및 과립화 유닛(40)으로서 수중 과립화기 시스템을 포함하는 또 다른 시스템(1)을 이 실시예에 사용하였다. 공급 스트림(101)은 팽창성 플라스틱 물질(100)로서, 펜탄 약 5 중량%, 핵화제 및 대전방지성 코팅제를 함유하는 EPS로 본질적으로 구성되었다. 이러한 재활용 물질을 적외선 흡수제 3 중량%의 첨가에 의해 추가로 제형화하였다. 압출기에서 용융물 온도를 165℃ 내지 171℃에서 최적화하고, 전환 밸브에서 152℃ 내지 154℃로 최적화하였으며, 따라서, 최종 용융물 온도를 152℃ 내지 154℃로 달성할 수 있었다. 적외선 흡수제의 균질한 분산을 광학 현미경에 의해 확인하였다.
실시예 4
또한, 중량적 투입 장비가 구비된 이축 압출기(12), 혼합기-열 교환기 유닛(20)으로서 SMR-유형의 열 교환기, 1개의 용융물 펌프(50), 전환 밸브, 용융물 여과 유닛(30), 및 과립화 유닛(40)으로서 수중 과립화기 시스템을 포함하는 또 다른 시스템(1)을 이 실시예에 사용하였다. 공급 스트림(101)은 팽창성 플라스틱 물질(100)로서, 팽창제 약 5 중량% 내지 8 중량% 및 난연제 2 중량% 내지 4 중량%를 함유하는 EPS로 본질적으로 구성되었다. 이러한 재활용 물질을 핵화제 0.2 중량% 및 적외선 흡수제 4 중량%의 첨가에 의해 추가로 제형화하였다. 본 공정은 약 12시간 동안 지속되는 시험에 걸쳐 안정하였으며, 총 용융물 온도를 약 150℃ 내지 약 155℃로 조절하였다. 약 0.2 중량% 내지 0.5 중량%의 팽창제 소실이 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)에서 관찰된다. 적외선 흡수제의 균질한 분산을 광학 현미경에 의해 확인하였으며, 평균 비드 크기가 약 1.35 mm 내지 약 1.6 mm인 마이크로펠렛을 제조하였다.
그런 다음, 이들 마이크로펠렛을 종래의 상업적인 프리포밍(prefoaming) 장비를 사용하여 21 g/L 및 11 g/L의 밀도로 팽창시켰다(도 4). 따라서, 이러한 실시예는, 재활용 EPS가 본 발명의 방법을 사용하여 공급 스트림(110)으로서 성공적으로 재공정되어, 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)이 수득될 수 있으며, 이러한 물질은 종래의 상업적인 방비 및 공정 조건을 사용하여 성공적으로 팽창 및 성형되어, "버진" EPS로부터 수득되는 것들과 실질적으로 동일한 팽창 및 성형된 생성물을 제공할 수 있음을 나타내고 있다.
표 1은 본 발명의 공정 전과 공정 후의, 일부 팽창성 플라스틱 물질(EPS)의 분자량 특성을 비교한 개괄적인 표를 제공한다. EPS를 재활용하는 공정 시, 팽창성 플라스틱 물질의 분해는 최소이며, 폴리머의 분자량 감소 및 다분산 지수 광역화 정도가 사용되는 공정 조건에 따라 다름을 알 수 있다. 온도 및 전단율과 같은 공정 조건들은 물질의 분해, 특히 난연제의 존재 하에 물질의 분해를 제한하도록 조절될 수 있으며, 한편으로는 핵화제, 또는 적외선 흡수제/반사제와 같은 첨가제의 우수한 분산을 허용할 수 있다. 개시된 시스템(1)은 바람직하게는, 재활용된 팽창성 플라스틱 물질 원료에 존재하는 난연제 및/또는 첨가제로서 투입되는 난연제의 분해를 피하도록 작동될 수 있다.
여러 가지 구현예들이 예시를 목적으로 나타나 있긴 하지만, 상기 상세한 설명은 본원의 범위를 한정하려는 것이 아니어야 한다. 이에, 여러 가지 변형들, 적응들 및 대안들은 본원의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 이루어질 수 있다.
참조 번호
1 시스템
10 압출기 유닛
12 이축 압출기
14 단축 압출기
20 혼합기-열 교환기 유닛
25 탈기 유닛
30 선택적인 용융물 여과 유닛
40 과립화 유닛
50 용융물 펌프 유닛
60 선택적인 정적 혼합기 유닛
61 제1 정적 혼합기 유닛
62 제2 정적 혼합기 유닛
70 팽창제 계량 장치
80 부가적인 팽창제
81 제1 팽창제
90 다이
95 사출 성형 유닛
96 완충제 시스템
100 팽창성 플라스틱 물질
101 공급 스트림
110 용융된 팽창성 플라스틱 물질
120 여과 및 용융된 팽창성 플라스틱 물질
130 과립화된 팽창성 플라스틱 물질
140 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질
150 팽창된 플라스틱 성형 물품
200 마스터 배치
210 첨가제
Figure pct00001

Claims (13)

  1. 서로 유체 소통하는 하기 유닛들을 하기 순서대로 포함하는 시스템(1)을 사용하여 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법으로서,
    - 압출기 유닛(10)
    - 혼합기-열 교환기 유닛(20),
    상기 시스템(1)은 상기 유닛들(10, 20)과 유체 소통하는 용융물 펌프 유닛(50)을 추가로 포함하며,
    상기 용융물 펌프 유닛(50)은 상기 혼합기-열 교환기 유닛(20)의 상류 및 상기 압출기 유닛(10)의 하류에 위치하거나, 또는 상기 용융물 펌프 유닛(50)은 상기 혼합기-열 교환기 유닛(20)의 하류에 위치하며,
    상기 방법은,
    - 제1 팽창제(81)를 함유하는 팽창성 플라스틱 물질(100)을 포함하는 공급 스트림(101)을 상기 압출기 유닛(10)에서 용융시켜, 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)을 형성하는 단계;
    - 상기 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)을 상기 혼합기-열 교환기 유닛(20)에서 냉각시키는 단계;
    - 상기 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)의 용융물 압력을 상기 용융물 펌프 유닛(50)에 의해 조절하는 단계;
    및 후속적으로,
    (i) 상기 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)을 과립화 유닛(40)에 의해 과립화하여, 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)을 형성하는 단계;
    (ii) 상기 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)을 다이(90)에 의해, 조절된 감압, 바람직하게는 대기압으로 압출하여, 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질(140)을 수득하는 단계; 또는
    (ii) 상기 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)을 사출 성형 유닛(95)에 의해 사출 성형하여, 팽창된 플라스틱 성형 물품(150)을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 팽창성 플라스틱 물질(100)은 상기 공급 스트림(101)을 40 중량% 이상, 보다 바람직하게는 60 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 90 중량% 이상으로 포함하며, 가장 바람직하게는 상기 공급 스트림(101)을 본질적으로 모두 포함하며, 상기 시스템(1)은 탈기 유닛(25)을 가지지 않으며, 상기 제1 팽창제(81)는, 상기 제1 팽창제(81)가 상기 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)에 실질적으로 함유되거나 또는 상기 압출, 형성 및 팽창된 플라스틱 물질(140) 또는 상기 팽창된 플라스틱 성형 물품(150)을 형성하는 데 사용되도록, 상기 시스템(1)에서 용융 공정 동안에 탈기되지 않는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    팽창제 계량 장치(70)가 상기 시스템(1)에 존재하지 않으며,
    부가적인 팽창제(80)가 첨가되지 않는 것을 특징으로 하는, 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시스템(1)이 하나 이상의 정적 혼합기 유닛(들)(60)을 추가로 포함하고,
    상기 정적 혼합기 유닛(들)(60)에 의한 상기 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)의 부가적인 혼합이 수행되며,
    용융물 여과 유닛(30)이 존재하며,
    상기 용융물 여과 유닛(30)에 의한 상기 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)의 여과가 과립화, 압출 또는 사출 성형 전에 수행되어, 여과 및 용융된 팽창성 물질(120)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    팽창제 계량 장치(70)가 존재하며,
    상기 팽창제 계량 장치(70)에 의한 부가적인 팽창제(80)의 첨가가 수행되는 것을 특징으로 하는, 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 팽창제 계량 장치(70)가, 상기 부가적인 팽창제(80)를 상기 압출기 유닛(10) 내로 주입하기 위해 구현되는 것을 특징으로 하는, 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    정적 혼합기 유닛(들)(60)이 존재하고,
    상기 정적 혼합기 유닛(들)(60)에 의한 상기 용융된 팽창성 플라스틱 물질(110)의 부가적인 혼합이 수행되며,
    상기 팽창제 계량 장치(70)가, 상기 부가적인 팽창제(80)를 상기 정적 혼합기 유닛(들)(60) 내로 주입하기 위해 및/또는 주입하기 전에 구현되는 것을 특징으로 하는, 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    2개 이상의 정적 혼합기 유닛(60)이 존재하며,
    제1 정적 혼합기 유닛(61)에서, 혼합물에 강력한 혼합을 수행하는 분산 단계가 수행되고,
    제2 정적 혼합기 유닛(62)에서, 혼합물을 상기 제1 정적 혼합기 유닛(61)에서보다 덜 강력한 혼합을 수행하는 유지 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는, 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부가적인 팽창제(80)가 주입되며, 불활성 기체, 메틸올, 메틸 포르메이트, 펜탄, 부탄 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    마스터 배치(200)가 압출기 유닛(10), 바람직하게는 단축(single-screw) 압출기(14)에 첨가되는 것을 특징으로 하는, 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    첨가제(210)가 상기 압출기 유닛(10)에 첨가되는 것을 특징으로 하는, 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 과립화 유닛(40)이 수중 과립기 또는 스트랜드 과립기인 것을 특징으로 하는, 팽창성 플라스틱 물질을 재활용 및/또는 제형화하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 수득가능한, 바람직하게는 수득되는 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130)로서,
    바람직하게는 하나 이상의 첨가제, 보다 바람직하게는 하나 이상의 난연제 화합물, 및 용융물 안정화제, 상승작용제, 적외선 반사제, 적외선 흡수제, 안료, 핵화제(nucleating agent) 및 왁스로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 함유하며,
    공급 스트림(101) 내 팽창성 플라스틱 물질(100)이 현탁 중합 방법으로부터 수득되는, 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130).
  13. 제12항에 있어서,
    Mw가 150 kDa(킬로달톤) 내지 250 kDa(킬로달톤) 절대값(absolute)이며, Mw/Mn이 2.1 내지 2.5인 분자량 특성을 가지는 것을 특징으로 하는, 과립화된 팽창성 플라스틱 물질(130).
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