KR20180034074A - 형내 발포 적합형 발포체 조성물을 이용한 발포체 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물 및 이를 이용한 발포체 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 합성수지 또는 합성고무 등의 기재에 통상적인 발포체용 첨가제와 발포제를 투입하여 저밀도 발포체 조성물을 제조하되, 상기 발포제로써 저온분해 발포제(유기 발포제, 캡슐형 발포제 등)를 적용함에 따라 컴파운드 제조 공정에서 밀도를 낮출 수 있도록 하고, 이로 인해 금형에 투입하기 전에 형내의 충진율을 높일 수 있도록 할 뿐만 아니라, 상기와 같은 조성물을 이용한 발포체의 제조방법에 있어서 그 효율을 더욱 향상시키기 위해 본 발명의 출원인에 의해 선등록 받은 특허문헌 2와 같은 발포체 제조방법을 적용함으로써, 발포체 조성물의 용융에 의한 흐름성, 가교 및 발포반응의 제어 및 최적화를 유도할 수 있도록 하는, 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물 및 이를 이용한 발포체 제조방법에 관한 것이다.

Description

형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물 및 이를 이용한 발포체 제조방법{LOW DENSITY FOAM COMPOSITION SUITABLE FOR IN―MOLD FOAM MOLDING AND MANUFACTURING METHOD OF FOAM USING THE SAME}

본 발명은 본 발명의 출원인에 의해 선등록 받은 특허문헌 2를 개량한 것으로, 형내 발포 시, 금형에 투입하기 전에 형내의 충진율을 높일 수 있도록 하는 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물 및 이를 이용한 발포체 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발포성형은 각종 합성수지 제품 안에 미세한 크기를 갖는 많은 기포들이 생기도록 하는 성형방법으로써, 구체적으로는 화학적 또는 물리적 발포물질을 펠릿과 함께 혼합한 후 외부에서 열을 가하여 발포 물질들이 기화되도록 함으로써 제품 내부에 기포가 형성되도록 하며, 이로 인해 제품의 기능성 및 경량성을 향상시키면서도 재료비 등의 생산단가를 낮출 수 있도록 하는 성형방법이다.

이러한 발포성형에는 크게 형내(in-mold) 발포법과 압출법 등 다양한 성형방법이 제안되고 있는데, 이 중에서도 형내 발포법은 구슬모양의 원료를 미리 가열하여 1차 발포시키고 이것을 적당한 시간 숙성시킨 후, 판모양 또는 통모양의 금형에 채우고 다시 가열하여 2차 발포에 의해 융착성형하여 제품을 만드는 방법으로, 저발포 배율부터 고발포 배율인 것까지 광범위한 발포 배율의 발포 성형체가 제조 가능하고, 단순한 형상부터 복잡한 형상의 발포 성형체까지 제조 가능하다는 점에서 다른 방법에 비해 매우 유용한 방법으로 알려져 있다.

하지만 상기와 같은 형내 발포법의 경우 폴리우레탄과 같이 가공성이 우수한 수지에는 적합하지만, 에틸렌비닐아세테이트 등의 일반 발포체 조성물에 형내 발포법을 적용할 경우 융점이상의 온도에서 점탄성이 급격히 저하되어 가공적정 영역의 온도범위가 매우 좁아지기 때문에 고밀도의 발포체에만 한정하여 생산이 가능하며 더욱이 발포 입자끼리의 융착율이 현저히 낮고 그 내구성이 불충분해지는 등의 문제점이 있었다.

한편, 특허문헌 1에서는 발포제를 포함한 용융 고분자 물질을 금형의 캐비티로 사출하여 플라스틱을 성형하는 플라스틱 발포 사출 방법에 있어서, 상기 캐비티(52)를 폐쇄하는 폐쇄 단계와; 상기 폐쇄 단계 이후에 상기 발포제가 포함된 용융 고분자 물질의 발포를 억제하기 위한 가스를 상기 캐비티(52)로 공급하는 발포 억제 단계와; 상기 가스의 공급이 완료된 이후에, 상기 캐비티(52)로 상기 발포제가 포함된 용융 고분자 물질을 사출하는 사출 단계와; 상기 사출 단계 이후에 상기 발포제가 포함된 용융 고분자 물질의 발포가 이루어지도록 상기 캐비티(52)를 확장시키면서 상기 캐비티(52) 내의 가스를 외부로 배출하는 가스 배출 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플라스틱 발포 사출 방법을 제안하였다.

하지만 상기 특허문헌 1의 경우, 통상의 가변형 금형으로써 재료 및 발포제품의 계량에만 중점을 둔 것으로, 하나의 캐비티에서 용융 및 발포가 이루어짐에 따라 각 발포 입자끼리의 융착율이 현저히 낮고 특히 기재 폴리머의 용융에 의한 흐름성, 가교 및 발포반응의 제어가 실제로 어려워 에틸렌비닐아세테이트 등의 일반 발포체 조성물에 대한 형내 발포성형이 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 특정 온도에서 분해되는 발포제(화학적 조성이 유사한 계열의 발포제)만을 1종 또는 2종 이상 병용하여 사용함에 따라 발포제 분해반응 온도영역이 매우 협소하여 발포반응의 속도제어가 어려우며 이로 인해 발포셀의 잔류응력이 증가하여 물성이 현저히 낮아지는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여, 본 발명의 출원인은 특허문헌 2와 같은 "발포 성형용 금형구조 및 이를 이용한 발포체 제조방법"을 선출원하여 등록받은 바 있다.

구체적으로 상기 특허문헌 2는 도 1에 도시된 바와 같이, 금형의 구조적인 측면에서, 금형의 캐비티(cavity)를 상부영역과 하부영역으로 구분하되 상기 상부영역에는 가스 투입부(10a)가 형성된 용융 캐비티(10)를 형성시키고 하부영역에는 가스 배출부(20a)가 형성된 발포 캐비티(20)로 구분하고, 상기와 같은 용융 캐비티(10) 및 발포 캐비티(20)의 연통 및 연계를 통해 에틸렌비닐아세테이트 등의 일반 발포체 조성물에 대한 형내 발포가 가능하도록 하며, 또한 발포체 제조방법 측면에서, 상기와 같은 구조의 금형을 이용하되 용융 캐비티(10) 측으로의 가스 투입을 통해 발포체 조성물의 가압, 가열 및 용융공정을 수행하고, 발포 캐비티(20)에서의 가스 배출을 통해 상기 용융된 발포체 조성물을 발포 캐비티(20) 측으로 혼합, 이송 및 발포시킨 후, 가스의 투입 및 배출을 정지한 상태에서 상기 발포 캐비티(20) 내의 발포된 발포체 조성물을 가교 및 성형함으로써, 발포체 조성물의 융점이 조성물 중의 성분보다 낮은 분해온도에서 용융되어 일체화가 될 수 있도록 하는 등 발포체 조성물의 용융에 의한 흐름성, 가교 및 발포반응의 제어 및 최적화를 유도할 수 있도록 한 것이다.

한편, 형내 발포를 위해서는 일반 발포와는 달리 미충진 상태에서 제품의 형상을 완성하는 발포로 기존 고밀도(비중 약 1.00) 컴파운드의 경우 저비중(비중 0.20 이하)발포체를 형성하기 위해서는 충진율이 약 20% 수준밖에 되지 않는다. 따라서 이러한 고밀도 발포체 조성물을 투입할 경우 형내에서 금형을 채우기 위한 구동력(driving force)이 약해서 형내 발포가 원활하게 이루어지기 어려운 문제점이 있다.

특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-0517596호 "플라스틱 발포 사출 방법" 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허공보 제10-1622710호 "발포 성형용 금형구조 및 이를 이용한 발포체 제조방법"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금형에 투입하기 전에 형내의 충진율을 높일 수 있도록 하는 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 제공함을 과제로 한다.

이를 위해, 합성수지 또는 합성고무 등의 기재에 통상적인 발포체용 첨가제와 발포제를 투입하여 저밀도 발포체 조성물을 제조하되, 상기 발포제로써 저온분해 발포제(유기 발포제, 캡슐형 발포제 등)를 적용함에 따라 컴파운드 제조 공정에서 밀도를 낮출 수 있도록 하고, 이로 인해 형내 충진율을 높일 수 있도록 함을 과제로 한다.

아울러, 상기와 같은 조성물을 이용한 발포체의 제조방법에 있어서 그 효율을 더욱 향상시키기 위해 본 발명의 출원인에 의해 선등록 받은 특허문헌 2와 같은 발포체 제조방법을 적용함으로써, 발포체 조성물의 용융에 의한 흐름성, 가교 및 발포반응의 제어 및 최적화를 유도할 수 있도록 함을 다른 과제로 한다.

본 발명은 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물에 있어서, 기재에 저온분해 발포제가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 과제의 해결 수단으로 한다.

여기서, 상기 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물은, 기재 100 중량부에 대하여, 저온분해 발포제 1 ~ 20 중량부가 포함되어 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 기재는 합성수지, 천연고무 또는 합성고무를 사용하고, 상기 저온분해 발포제는 유기 발포제 또는 캡슐형 발포제를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 발포체 제조방법에 있어서, 상기 용융 캐비티(10)를 개방한 후 발포체 조성물을 투입하는 단계(S100); 상기 용융 캐비티(10)를 밀폐시킨 후 가스를 투입하면서 발포체 조성물을 가압, 가열하여 용융시키는 단계(S200); 상기 용융 캐비티(10)와 연통하는 발포 캐비티(20)의 가스를 배출시킴으로써, 상기 용융 캐비티(10)에서 용융된 발포체 조성물이 발포 캐비티(20) 측으로 혼합 및 이송된 후 발포되도록 하는 단계(S300); 및 가스의 투입 및 배출을 중지시키고, 상기 발포 캐비티(20) 내에서 발포된 발포체 조성물을 가교 및 성형시키는 단계(S400);를 포함하여 이루어지되, 상기 발포체 조성물이, 기재에 저온분해 발포제가 포함되어 이루어지는 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물인 것을 특징으로 하는, 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 이용한 발포체 제조방법을 과제의 다른 해결 수단으로 한다.

본 발명은 컴파운드 제조 공정에서 밀도를 낮출 수 있도록 하고, 이로 인해 금형에 투입하기 전에 형내의 충진율을 높일 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한 이를 이용한 발포체의 제조 시, 발포체 조성물의 용융에 의한 흐름성, 가교 및 발포반응의 제어 및 최적화를 구현하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 출원인에 의해 선등록된 특허문헌 2에 따른 발포 성형용 금형구조의 작동상태도
도 2는 본 발명에 따른 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 이용한 발포체 제조방법의 공정도

상기의 효과를 달성하기 위한 본 발명은 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물 및 이를 이용한 발포체 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 기술적 구성을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물은, 기재에 저온분해 발포제가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이로 인해, 컴파운드 제조 공정에서 밀도를 낮출 수 있도록 하며, 금형에 투입하기 전에 형내의 충진율을 높일 수 있도록 한다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물은 기재 100 중량부에 대하여, 저온분해 발포제 1 ~ 20 중량부가 포함되어 이루어지며, 상기 저온분해 발포제의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우 미발포 또는 과발포가 일어날 우려가 있다.

한편, 상기 기재는 에틸렌비닐아세테이트 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 실리콘 수지 등 합성 수지 또는, 천연고무 또는, 스티렌부타디엔 고무, 부틸 고무 등의 합성고무 등을 적용할 수 있으며, 여기에 한정되는 것은 아니고 통상의 발포체용 수지를 모두 적용할 수 있다.

아울러, 상기 기재 및 저온분해 발포제 이외에 통상적인 발포체용 첨가제(예를 들면, 가교제, 가교촉진제, 탄산칼슘, 스테아린산, 산화아연 등)를 적용할 수 있으며, 이러한 발포체용 첨가제의 종류 및 함량은 해당 조성물의 사용 목적, 용도, 환경 등에 따라 매우 가변적일 수 있고 또한 이미 널리 사용되고 있은 공지된 첨가제로써 특정 종류 및 함량에 한정하지는 않는다.

그리고 상기 저온분해 발포제는 80 ~ 120℃이하의 저온에서 분해되는 발포제로써, 유기 발포제 또는 캡슐형 발포제를 사용하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로 상기 유기 발포제는 디니트로소펜타메틸렌테트라민(DPT) 등의 니트로소계 발포제, 벤젠술포닐히드라지드, p-톨루엔술포닐히드라지드, p,p'-옥시비스(벤젠술포닐히드라지드)(OBSH), 3,3'-디술폰히드라지드디페닐술폰, 톨루엔디술포닐히드라지드, p-톨루엔술포닐히드라존, p,p'-티오비스(벤젠술포닐히드라존), p-톨루엔술포닐아지드 또는 p-톨루엔술포닐 세미카르바지드 등의 술포히드라지드계 발포제, 및 아조비스이소부티로니트릴, 아조디카르본아미드(ADCA), 아조디카르복실산바륨 또는 디에틸아조디카르복시레이트 등의 아조계 발포제 등을 사용할 수 있으며, 마이크로캡슐형 발포제로는 마쓰모토 마이크로스피어(Matsumoto Microsphere) F 시리즈 (마쓰모토 유시 세이야꾸사 제조), 셀파우더(CELLPOWDER; 에이와 가세이사 제조) 등을 사용할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 이용한 발포체 제조방법은 본 발명의 출원인에 의해 선출원되어 등록받은 특허문헌 2에 따른 금형구조 및 제조방법을 활용하되, 발포체 조성물로써 저온분해 발포제가 포함되어 이루어지는 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 사용하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 금형구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 금형에서 상부영역에는 용융 캐비티(10)가 형성되고, 하부영역에는 발포 캐비티(20)가 형성되며, 상기 용융 캐비티(10) 및 발포 캐비티(20)는 상호 연통한다. 그리고 상기 용융 캐비티(10)는 발포체 조성물이 가압, 가열 및 용융되는 공간부로써, 덮개(10b)에 의해 상기 공간부가 개방 또는 밀폐되며, 상기 덮개(10b)를 관통하여 연장되는 가스 투입부(10a)가 상기 용융 캐비티(10)로 연결된다. 또한 상기 발포 캐비티(20)는 상기 용융 캐비티(10)의 하측에 형성되어 상기 용융된 발포체 조성물의 혼합, 이송 및 발포되는 공간부로써, 그 일단에 가스 배출부(20a)가 형성된다. 이렇게 구성된 상기 용융 캐비티(10)와 발포 캐비티(20)는 용융 캐비티(10)의 하측에 형성된 연통홀(10c)을 통해 상호 연계 및 연통하게 된다.

그리고, 본 발명에 따른 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 이용한 발포체 제조방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 용융 캐비티(10)에서 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 가압, 가열 및 용융하고 이를 발포 캐비티(20)로 혼합, 이송 및 발포하고 성형하여 발포체를 제조한다.

구체적으로 S100 단계로써, 덮개(10b)를 열어 상기 용융 캐비티(10)를 개방한 후 펠릿형태의 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 투입한다.

그리고 S200 단계로써, 덮개(10b)를 덮어 상기 용융 캐비티(10)를 밀폐시킨 후 가스 투입부(10a)를 통해 가스를 투입하면서 상기 발포체 조성물을 가압, 가열하여 용융시킨다.

그리고 S300 단계로써, 용융이 완료되면 상기 용융 캐비티(10)와 연통하는 발포 캐비티(20)의 가스를 가스 배출부(20a)를 통해 배출시킴으로써, 상기 용융 캐비티(10)에서 용융된 발포체 조성물이 상호 혼합되면서 연통홀(10c)을 통해 발포 캐비티(20) 측으로 이송된 후 발포된다.

아울러, S400 단계로써, 발포가 완료되면 가스의 투입 및 배출을 중지시키고, 상기 발포 캐비티(20) 내에서 발포된 발포체 조성물을 가교 및 성형시킨다. 여기서, 상기 사용되는 가스는 질소 등 다양한 가스를 적용할 수 있으며, 각 공정별 가스 투입량, 배출속도, 압력, 온도 및 시간 등의 해당 조성물의 사용 목적, 용도, 환경, 기재의 종류나 첨가제의 종류 등에 따라 매우 가변적일 수 있으므로 특정 조건에 한정하지는 않는다.

한편, 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물은 기재에 저온분해 발포제가 포함되어 이루어지는 것으로 이 조성물에 대해서는 이미 상술하였으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

즉, 본 발명은 합성수지 또는 합성고무 등의 기재에 통상적인 발포체용 첨가제와 발포제를 투입하여 저밀도 발포체 조성물을 제조하되, 상기 발포제로써 저온분해 발포제(유기 발포제, 캡슐형 발포제 등)를 적용함에 따라 컴파운드 제조 공정에서 밀도를 낮출 수 있도록 하고, 이로 인해 금형에 투입하기 전에 형내의 충진율을 높일 수 있도록 하며, 아울러, 상기와 같은 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 이용한 발포체 제조방법에 있어서, 용융 캐비티(10) 측으로의 가스 투입을 통해 상기 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물의 가압, 가열 및 용융공정을 수행하고, 발포 캐비티(20)에서의 가스 배출을 통해 상기 용융된 발포체 조성물을 발포 캐비티(20) 측으로 혼합, 이송 및 발포시킨 후, 가스의 투입 및 배출을 정지한 상태에서 상기 발포 캐비티(20) 내의 발포된 발포체 조성물을 가교 및 성형함으로써, 발포체 조성물의 융점이 조성물 중의 성분보다 낮은 분해온도에서 용융되어 일체화가 될 수 있도록 하는 등 발포체 조성물의 용융에 의한 흐름성, 가교 및 발포반응의 제어 및 최적화를 유도할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 조성물 및 제조방법을 통해 가교 및 발포 정도를 제어하여, 압력 제거 후 라이징(rising)이 일어날 수 있는 구동력을 확보할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물 및 이를 이용한 발포체 제조방법은 상기의 바람직한 실시 예를 통해 설명하고, 그 우수성을 확인하였지만 해당 기술 분야의 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물에 있어서,
   기재에 저온분해 발포제가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물은,
   기재 100 중량부에 대하여, 저온분해 발포제 1 ~ 20 중량부가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 기재는,
   합성수지, 천연고무 또는 합성고무인 것을 특징으로 하는, 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 저온분해 발포제는,
   유기 발포제 또는 캡슐형 발포제인 것을 특징으로 하는, 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물.
   
5. 발포체 조성물이 가압, 가열 및 용융되는 공간부로써, 가스 투입부(10a)가 형성되는 용융 캐비티(10); 및 상기 용융 캐비티(10)의 하측에 형성되어 상기 용융된 발포체 조성물의 혼합, 이송 및 발포되는 공간부로써, 가스 배출부(20a)가 형성되는 발포 캐비티(20);를 포함하여 구성되되, 상기 용융 캐비티(10) 및 발포 캐비티(20)가 상호 연통하여 구성되는 발포 성형용 금형구조를 이용한 발포체 제조방법에 있어서,
   상기 용융 캐비티(10)를 개방한 후 발포체 조성물을 투입하는 단계(S100);
   상기 용융 캐비티(10)를 밀폐시킨 후 가스를 투입하면서 발포체 조성물을 가압, 가열하여 용융시키는 단계(S200);
   상기 용융 캐비티(10)와 연통하는 발포 캐비티(20)의 가스를 배출시킴으로써, 상기 용융 캐비티(10)에서 용융된 발포체 조성물이 발포 캐비티(20) 측으로 혼합 및 이송된 후 발포되도록 하는 단계(S300); 및
   가스의 투입 및 배출을 중지시키고, 상기 발포 캐비티(20) 내에서 발포된 발포체 조성물을 가교 및 성형시키는 단계(S400);를 포함하여 이루어지되,
   상기 발포체 조성물이, 기재에 저온분해 발포제가 포함되어 이루어지는 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물인 것을 특징으로 하는, 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 이용한 발포체 제조방법.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물은,
   기재 100 중량부에 대하여, 저온분해 발포제 1 ~ 20 중량부를 포함하여 이루어지되,
   상기 기재는 합성수지, 천연고무 또는 합성고무이며,
   상기 저온분해 발포제는 유기 발포제 또는 캡슐형 발포제인 것을 특징으로 하는, 형내 발포 적합형 저밀도 발포체 조성물을 이용한 발포체 제조방법.

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