KR20200025595A - 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법 - Google Patents

마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법은 마이크로웨이브에 반응하지 않는 고분자를 마이크로웨이브로 가열되는 첨가제 조성물을 이용하는 간단한 공정만으로 마이크로웨이브로 성형할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법은 마이크로웨이브를 이용하여 가열함으로써 에너지 효율이 우수하고, 공정의 번거로움이 완화되는 효과가 있다.

Description

마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법{MICROWAVE HEAT MOLDABLE POLYMER COMPOSITION AND MOLDING METHOD OF FOAM COMPOSITION USING THE SAME}
본 발명은 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로웨이브에 반응하지 않는 고분자를 마이크로웨이브로 가열되는 첨가제 조성물을 이용하여 발포체 등으로 활용할 수 있는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법에 관한 것이다.
신발 및 이와 유사한 제품들은 경우에 따라 가열 및 경화(가교)가 필요한 고무, 발포체 등으로 제조된 소재로 구성되며, 이러한 경화 공정을 통해 다양한 소재들을 신발 및 이와 유사한 제품들을 제조하는 데 활용할 수 있다. 예를 들어, 경화 공정을 통해 2개 이상의 구성요소를 결합하기 위해 사용된 접착제를 활성화할 수 있다. 또한, 주로 신발의 밑창에 포함되는 에틸렌비닐아세테이트(EVA)와 같은 발포 재료를 성형하기 위해서도 가교공정이 필요할 수 있다.
이와 관련하여 종래에는 오븐, 열 프레스(heat press) 등을 이용하여 가열 및 가교공정을 수행하였다. 그러나 이 경우 일부 재료는 가열 온도 및/또는 지속 시간에 대해 충분히 반응하지 않는 문제점이 있다. 또한, 종래의 오븐과 열프레스를 이용한 가교공정은 전도 및/또는 복사에 의존하므로 제조 공정의 효율이 낮고, 공정 비용이 많이 발생하며, 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.
이에 최근에는 마이크로웨이브를 조사하여 발열 공정을 수행하는 기술이 주목을 받고 있다. 마이크로웨이브는 일반적으로 주파수가 300~3만 메가사이클, 파장 1m 이하의 전파를 이르며, 1m~10cm를 데시미터(decimeter)파, 1cm~1mm를 밀리미터(millimeter)파라 한다. 한편, 마이크로웨이브를 물질에 조사하면 물질 자체가 영향을 받을 수 있게 되어 이를 이용하여 가열이나 화학반응에 이용할 수 있다. 마이크로파를 이용하여 물질을 가열하는 경우, 물질 내에서 자체 발열이 이루어지므로 외부로부터 벽과 물질을 거치는 열전달에 의해 가열되는 오일이나 전기에 의한 기존의 외부 가열 방식 보다 빠르고 균일하게 가열할 수 있다. 따라서 마이크로웨이브를 이용한 가열은 열원을 이용하는 기존의 가열 방식보다 에너지 효율이 우수한 장점이 있다.
마이크로웨이브를 화학반응에 이용하는 연구는 매우 오래되었으며 고분자 소재산업에도 상업적으로 이용되고 있다. 단열재, 차음재로 쓰이는 멜라민, 폴리이미드 발포체 등이 마이크로웨이브를 이용하여 제조될 수 있다. 이러한 마이크로웨이브의 다양한 장점에도 불구하고 대부분의 고분자는 마이크로웨이브에 반응하지 않아 활용 및 적용에 한계점이 있다.
이와 관련하여 미국공개특허 2017-0073490은 마이크로웨이브를 이용하여 열가소성 폴리우레탄(TPU) 성형 발포체를 제조하는 공정을 개시하고 있다. 이를 통해 종래의 가열 또는 경화 공정을 이용하는 경우의 제조품의 가치 저하, 과도한 에너지 소비 및 공정의 번거로움을 해결할 수 있다. 그러나 여전히 열가소성 폴리우레탄을 제외한 마이크로웨이브에 반응성이 없는 고분자 재료들을 활용하기 어렵고, 제조한 발포체가 마이크로웨이브에 반응할 때 발포 가스가 빠져나가 손실되어 내려앉아 성형이 어려운 문제점이 있다.
미국공개특허 2017-0073490
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 과제는 마이크로웨이브에 반응하지 않는 고분자 또는 반응성이 낮은 고분자를 마이크로웨이브로 가열되는 첨가제 조성물을 이용하여 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두번째 과제는 상술한 고분자 조성물을 이용하여 발포체 조성물을 제조하고, 이를 성형하여 다양한 성형품을 생산할 수 있는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 마이크로웨이브에 의하여 발열반응 하지 않는 고분자; 및 마이크로웨이브에 의하여 발열반응 하는 첨가제;를 포함하며, 상기 첨가제는 하이드록시 화합물, 가소제류 화합물 및 흡수성 고분자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 하이드록시 화합물은 폴리에틸렌글리콜(PEG), 디에틸렌글리콜(DEG), 트리에틸렌글리콜(TEG), 트리프로필렌글리콜(TPG) 및 1,4-부탄디올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 흡수성 고분자는 전분계 화합물, 셀룰로스계 화합물, 아크릴산계 화합물, 비닐알콜계 화합물 및 에틸렌옥사이드계 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 흡수성 고분자는 폴리아크릴아마이드, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 젤라틴, 폴리사카라이드 및 셀룰로스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 첨가제가 하이드록시 화합물 또는 가소제류 화합물인 경우엔 상기 첨가제가 다공성 물질에 담지된 상태로 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 첨가제가 흡수성 고분자인 경우엔 상기 첨가제가 물을 흡수한 상태로 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 다공성 물질은 실리카, 알루미나, 니오비움, 탄탈륨, 지르코늄, 카본, 마그네슘, 티타늄 및 고분자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 과산화물, 발포제 및 금속산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 (1) 제1항의 고분자 조성물 및 발포제를 포함하는 비드형 발포체를 제조하는 단계; (2) 상기 비드형 발포체를 마이크로웨이브에 반응하지 않는 소재로 이루어진 몰드에 주입한 후 마이크로웨이브를 조사하여 열융착 성형하는 단계; 및 (3) 상기 열융착 성형된 비드형 발포체를 냉각시켜 성형품을 수득하는 단계;를 포함하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물을 이용한 발포체 조성물의 성형방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계에서 마이크로웨이브를 조사할 때 상기 비드형 발포체는 가스가 손실되지 않아 팽창될 수 있다.
본 발명의 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법은 마이크로웨이브에 반응하지 않는 고분자를 마이크로웨이브로 가열되는 첨가제 조성물을 이용하는 간단한 공정만으로 마이크로웨이브로 성형할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법은 마이크로웨이브를 이용하여 가열함으로써 에너지 효율이 우수하고, 공정의 번거로움이 완화되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 이를 이용한 발포체 조성물의 성형방법은 제조한 발포체가 마이크로웨이브에 반응할 때 발포 가스가 손실되지 않아 팽창된 상태로 성형이 가능하여 다양한 성형품을 생산할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물을 이용한 발포체 조성물의 성형방법의 공정흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비드형 발포체를 제조하는 과정을 도시한 기술흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 사용되는 용어에 대하여 간략히 설명한다.
용어 "발열반응 하지 않는"은 마이크로웨이브를 조사하는 경우 반응성이 없거나 낮은 것으로, 대략 5분간 조사하여도 100℃이하로 쉽게 발열이 되지 않는 상태를 의미한다.
용어 "발열반응 하는"은 마이크로웨이브를 조사하는 경우 반응성이 있어,1~3분정도 조사하면 150 ℃이상 쉽게 발열이 되는 상태를 의미한다.
상술한 바와 같이 종래의 오븐, 열 프레스(heat press) 등을 이용한 가열 및 가교 공정은 일부 재료가 가열 온도 및/또는 지속 시간에 대해 충분히 반응하지 않고, 전도 및/또는 복사에 의존하므로 제조 공정의 효율이 낮고, 공정 비용이 많이 발생하며, 시간이 오래 걸리는 한계점이 있었다. 또한, 마이크로웨이브를 이용한 가열 및 경화 공정은 마이크로웨이브에 반응성이 없는 고분자 재료들을 활용하기 어렵고, 제조한 발포체가 마이크로웨이브에 반응할 때 발포 가스가 손실되어 내려앉아 성형이 어려운 한계점이 있었다.
이에 본 발명은 마이크로웨이브에 의하여 발열반응 하지 않는 고분자; 및 마이크로웨이브에 의하여 발열반응 하는 첨가제;를 포함하며, 상기 첨가제는 하이드록시 화합물, 가소제류 화합물 및 흡수성 고분자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물을 제공하여 상술한 한계점의 해결을 모색하였다.
이를 통해 마이크로웨이브에 반응하지 않는 고분자를 마이크로웨이브로 가열되는 첨가제를 이용하는 간단한 공정만으로 마이크로웨이브로 성형할 수 있다. 이와 동시에 마이크로웨이브를 이용하여 가열함으로써 에너지 효율이 우수하여 공정 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 조성물을 이용하여 제조한 발포체가 마이크로웨이브에 반응할 때 발포 가스가 손실되지 않아 팽창된 상태로 성형이 가능하므로 다양한 제품 생산에 활용될 수 있는 장점이 있다.
마이크로웨이브에 의하여 발열반응 하지 않는 고분자는 마이크로웨이브에 대한 반응성이 없거나 낮아 마이크로웨이브를 조사하더라도 충분히 발열이 되지 않는 고분자 수지로, 최종제품의 사용용도나 사용환경 등에 따라 공지된 것들을 제한없이 사용할 수 있다.
바람직하게는 에틸렌비닐아세테이트코폴리머(EVA, ethylene vinyl acetate copolymer), 폴리올레핀엘라스토머(POE, poly olefin elastomer), 폴리우레탄(PU, poly urethane), 올레핀블록코폴리머(OBC, olefin block copolymer) 및 폴리에틸렌(PE, poly ethylene)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 에틸렌비닐아세테이트코폴리머 (EVA)를 사용할 수 있다. 에틸렌비닐아세테이트코폴리머 (EVA)를 사용하는 경우, 탄성 및 저온열봉합성이 우수하고, 부드러우면서도 물성이 좋아 다양한 용도로 활용될 수 있다. 뿐만 아니라, 충격 완화 특성이 우수하여 스포츠용품, 신발류의 제조에 적합한 장점이 있다.
마이크로웨이브에 의하여 발열반응 하는 첨가제는 마이크로웨이브를 조사하는 경우 반응성이 좋아 쉽게 발열이 될 수 있다. 이에 따라 마이크로웨이브에 의하여 발열반응 하지 않는 고분자를 종류의 제한없이 다양하게 사용하여 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물을 제조할 수 있는 효과가 있다. 즉, 상기 첨가제를 이용함으로써 마이크로웨이브에 반응하는 고분자 뿐만 아니라 마이크로웨이브에 반응하지 않는 고분자들에 대해서도 마이크로웨이브 공정을 적용할 수 있는 것이다.
마이크로웨이브에 의하여 발열반응 하는 첨가제는 하이드록시 화합물, 가소제류 화합물 및 흡수성 고분자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상이다. 상기 물질들을 첨가제로 이용하는 경우에 제조하고자 하는 목적에 적합한 고분자를 제한없이 다양하게 선택할 수 있으며, 에너지 효율이 우수한 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물을 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 하이드록시 화합물은 분자량 1,000 이하의 저분자폴리올일 수 있다. 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 디에틸렌글리콜(DEG), 트리에틸렌글리콜(TEG), 트리프로필렌글리콜(TPG) 및 1,4-부탄디올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 보다 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜(PEG)일 수 있다. 이와 같은 하이드록시기(-OH)를 포함하는 극성물질들은 마이크로웨이브에 의하여 가열이 용이하므로, 마이크로웨이브를 대부분 투과시켜 가열되지 않는 고분자와 함께 사용하여 고분자 조성물에 마이크로웨이브로 성형 가능한 특성을 부가할 수 있다.
가소제류 화합물은 고분자 조성물에 함께 포함되는 고분자와 혼합이 용이하며 유연성, 가공성 및 팽창성을 증가시킬 수 있는 화합물이면 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들어 프탈레이트계, 아디페이트계, 트리멜리테이트계, 테레프탈레이트계 등을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 첨가제가 하이드록시 화합물 또는 가소제류 화합물인 경우엔 상기 첨가제가 다공성 물질에 담지된 상태로 포함될 수 있다. 이는 하이드록시 화합물은 바로 고분자에 사용하기가 어려우므로 다공성 물질에 이를 담지한 상태로 고분자 조성물에 대한 첨가제로 사용하는 것이 효과적이기 때문이다.
이 때, 상기 다공성 물질은 하이드록시 화합물 또는 가소제류 화합물을 담지하여 그 상태로 첨가제로 사용될 수 있는 것이면 공극의 크기의 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 실리카, 알루미나, 니오비움, 탄탈륨, 지르코늄, 카본, 마그네슘, 티타늄 및 고분자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 보다 바람직하게는 합성 실리카(Z-155, Z-175)일 수 있다. 이 경우 하이드록시 화합물 또는 가소제류 화합물을 효과적으로 담지한 상태로 고분자 조성물에 포함될 수 있는 장점이 있다.
하이드록시 화합물 또는 가소제류 화합물을 다공성 담체에 담지하는 방법은 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용할 수 있다. 바람직하게는 밀폐된 믹서, 예를 들어 니이더나 슈퍼믹서 등을 이용할 수 있다. 상기 밀폐된 믹서에서 하이드록시 화합물 또는 가소제류 화합물을 다공성 체의 비표면적에 따라 적절한 비율로 교반하여 다공성 담체에 담지할 수 있다. 예를 들어, 하이드록시 화합물 또는 가소제류 화합물과 다공성 실리카를 1 : 1 중량비로 교반할 수 있다.
흡수성 고분자는 그 자체로 사용하기 보다는 물을 흡수한 상태로 포함되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 흡수성 고분자는 물을 흡수한 상태로 미립자로 제조하여 첨가제로 사용할 수 있다. 이 경우 첨가제가 마이크로웨이브에 대하여 발열반응이 용이하여 본 발명의 고분자 조성물에 마이크로웨이브로 성형 가능한 특성을 부여할 수 있는 효과가 있다.
흡수성 고분자는 전분계 화합물, 셀룰로스계 화합물, 아크릴산계 화합물, 비닐알콜계 화합물 및 에틸렌옥사이드계 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 폴리아크릴아마이드, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 젤라틴, 폴리사카라이드, 셀룰로스 및 키토산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 물질들이 물을 흡수한 상태로 본 발명의 첨가제로 사용되는 경우, 마이크로웨이브에 대한 반응성이 높아지는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 첨가제는 상기 고분자 100 중량부에 대하여 5 ~ 30 중량부로 포함될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 첨가제는 상기 고분자 100 중량부에 대하여 8 ~ 25 중량부로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 고분자 조성물이 상기 범위 내로 첨가제를 포함하는 경우 고분자 조성물에 마이크로웨이브에 대한 반응성을 부여할 수 있어 마이크로웨이브를 조사하여 고분자 조성물을 성형할 수 있는 효과가 있다. 만일 상기 범위 미만으로 첨가제를 포함하는 경우에는 고분자 조성물이 마이크로웨이브에 대한 반응성을 충분히 갖지 못할 수 있으며, 상기 범위를 초과하여 첨가제를 포함하는 경우에는 고분자 조성물의 고분자에 의한 특성이 저하되어 탄성, 물성 등이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명의 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물은 과산화물, 발포제 및 금속산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
발포제는 본 발명의 마이크로웨이브에 의하여 발열반응 하지 않는 고분자와 배합되어 기포를 만들어 내는 물질로 해당 기술 분야에서 신발 및 이와 유사한 제품의 제조에 사용되는 것을 폭넓게 사용할 수 있으나, 바람직하게는 아조디카본아미드(ADCA)계, 디니트로소펜타메틸렌 테트라민(DPT)계. 톨루엔 설포닐 하이드라지드 (TSH)계, 무기계 및 캡슐형 발포제(Micropearl)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 발포제는 상기 고분자 100중량부에 대하여 0.5 ~ 10 중량부로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 ~ 7 중량부로 포함될 수 있고, 더욱 바람직하게는 2 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 고분자와 배합되어 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물을 제조하기에 적합한 기포를 만들어 낼 수 있다.
과산화물은 본 발명에서 가교반응으로 고분자조성물의 점도를 상승시켜 발포가스 손실을 방해하거나 막아주며, 해당 기술 분야에서 사용되는 것을 폭넓게 사용할 수 있고, 바람직하게는 과산화벤조일(BPO, benzoyl peroxide) 또는 과산화디큐밀(DCP, dicumyl peroxide) 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 과산화물은 상기 고분자 100중량부에 대하여 0.05 ~ 1 중량부로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 0.5 중량부로 포함될 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.25 ~ 0.35 중량부로 포함될 수 있다.
금속산화물은 일반적인 기능인 가교속도 조절과 발포제 분해를 촉진시키기 위하여 가교활성제 및 보강제로 첨가될 수 있지만, 마이크로웨이브 를 이용하는 본 기술에서는 단순 첨가제로 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물에는 상술한 물질 외에 가교조제, 스테아린산, 충전제 등을 본 발명이 얻고자 하는 물성을 해하지 않는 범위 내에서 더 포함할 수 있다.
스테아린산은 내부이형제로 저장안정성 및 가공성을 개선하기 위하여 첨가될 수 있으며, 상기 열가소성 폴리머 혼합물 100중량부에 대하여 0.5~1중량부 포함되는 것이 바람직하다. 만일 상기 스테아린산의 함량이 상기 범위를 만족하지 못하는 경우엔 저장안정성이 저하되거나 가공성을 조절하기 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 에틸렌비닐아세테이트 공중합체는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 100중량부에 대하여 바람직하게는 2~20중량부, 보다 바람직하게는 5~15 중량부 포함될 수 있다. 만일 조기 발포 방지 첨가제의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 점도 조절이 효과가 저하되어 조기 발포가 발생하는 문제점일 발생할 수 있으며, 만일 조기 발포 방지 첨가제의 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 전체 조성물에 영향을 미치게 되어 기계적 물성 및 내열성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물은 다양한 제품군의 제조에 폭넓게 활용될 수 있으나, 바람직하게는 신발류 제조용으로 활용될 수 있다.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, (1) 본 발명의 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 발포제를 포함하는 비드형 발포체를 제조하는 단계(S1), (2) 상기 비드형 발포체를 마이크로웨이브에 반응하지 않는 소재로 이루어진 몰드에 주입한 후 마이크로웨이브를 조사하여 열융착 성형하는 단계(S2) 및 (3) 상기 열융착 성형된 비드형 발포체를 냉각시켜 성형품을 수득하는 단계(S3)를 포함하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물을 이용한 발포체 조성물의 성형방법을 제공한다.
이를 통해 마이크로웨이브에 반응하지 않는 고분자를 마이크로웨이브로 가열되는 첨가제를 이용하는 간단한 공정만으로 마이크로웨이브로 성형할 수 있다. 이와 동시에 마이크로웨이브를 이용하여 가열함으로써 에너지 효율이 우수하여 공정 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 조성물을 이용하여 제조한 발포체가 마이크로웨이브에 반응할 때 발포 가스가 손실되지 않아 팽창된 상태로 성형이 가능하므로 다양한 제품 생산에 활용될 수 있는 장점이 있다.
이하, 상술한 내용과 중복되는 내용을 제외하고 상세히 설명한다.
먼저, (1) 본 발명의 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 발포제를 포함하는 비드형 발포체를 제조하는 단계(S1)에 대해 설명한다.
본 발명의 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물 및 발포제를 혼합하여 발포체 조성물을 제조한다. 상기 발포제는 고분자 조성물에 포함된 고분자 100중량부에 대하여 0.5 ~ 10 중량부로 포함될 수 있다.
이 때, 상기 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물을 제조하는 방법은 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용할 수 있다. 바람직하게는 밀폐된 믹서, 예를 들어 니이더나 슈퍼믹서 등을 이용하여 교반하여 제조할 수 있다. 이 때 온도는 소재의 용융점에 따라 변동될 수 있으며, 바람직하게는 사용되는 가교제의 1분 반감기 온도보다 40℃ 이상 낮은 온도 조건일 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 비드형 발포체를 제조하는 과정을 도시한 기술흐름도이다. 도 2를 참조하면, 상기 발포체는 (1) 고분자 조성물 및 발포제를 교반하여 혼합 조성물을 제조하는 단계(S1-1), (2) 상기 혼합 조성물을 분산 및 압출하여 펠렛을 제조하는 단계(S1-2) 및 (3) 상기 펠렛을 가교발포하여 비드형 발포체를 수득하는 단계(S1-3)를 통해 제조될 수 있다.
(1) 고분자 조성물 및 발포제를 교반하여 혼합 조성물을 제조하는 단계(S1-1)는 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 밀폐된 믹서, 예를 들어 니이더나 슈퍼믹서 등을 이용하여 교반할 수 있다.
(2) 상기 혼합 조성물을 분산 및 압출하여 펠렛을 제조하는 단계(S1-2)는 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 상기 혼합 조성물을 오픈롤밀에 분산시켜 압출기 또는 펠렛타이저로 펠렛을 제조할 수 있다.
(3) 상기 펠렛을 가교발포하여 비드형 발포체를 수득하는 단계(S1-3)는 상기 펠렛을 마이크로웨이브 공정을 통해 가교발포하여 수행될 수도 있고, 열풍기 또는 열풍오븐으로 가교발표하여 수행될 수도 있다. 가교발포하는 경우 발포체의 외관은 비드형태(입자형태)로 제조된다.
다음으로, (2) 상기 비드형 발포체를 마이크로웨이브에 반응하지 않는 소재로 이루어진 몰드에 주입한 후 마이크로웨이브를 조사하여 열융착 성형하는 단계(S2)에 대해 설명한다.
상기 (1) 단계를 통해 제조한 비드형 발포체를 몰드에 주입하여 마이크로웨이브를 조사함으로써 열융착을 통해 성형한다. 이 때, 상기 몰드는 마이크로웨이브에 반응하지 않는 소재여야 한다.
마이크로웨이브는 소정의 시간 간격(interval time)을 두고 3분 이하로 조사하며, 바람직하게는 2 분 이하로 조사할 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 마이크로웨이브는 1 ~ 20 kw의 출력으로 조사할 수 있고, 보다 바람직하게는 3 ~ 12 kw의 출력으로 조사할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 4 ~ 8kw의 출력으로 조사할 수 있고, 가장 바람직하게는 6 kw의 출력으로 조사할 수 있다.
상기 시간, 시간 간격 및 출력으로 마이크로웨이브를 조사하는 경우에는 본 발명의 비드형 발포체의 발열반응이 용이하게 일어날 수 있어, 효과적으로 열융착 성형할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 (2) 단계에서 마이크로웨이브를 조사할 때 상기 비드형 발포체는 가스가 손실되지 않아 팽창될 수 있다. 즉, 종래에는 마이크로웨이브에 반응하는 고분자를 이용하여 발포체를 제조한 후 마이크로웨이브를 조사하여 성형하더라도 발포 가스가 손실되어 발포체가 내려앉는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명은 마이크로웨이브를 조사하더라도 발포 가스가 손실되지 않고 팽창되어 용이하게 열융착 성형을 수행할 수 있는 효과가 있다.
다음으로, (3) 상기 열융착 성형된 비드형 발포체를 냉각시켜 성형품을 수득하는 단계(S3)를 설명한다.
상술한 바와 같이 마이크로웨이브 공정을 통해 가열되어 팽창 및 열융착 성형된 비드형 발포체를 냉각시켜 성형품(제품 또는 부품)을 수득한다. 이 때 냉각 온도 및 냉각 방법은 해당 기술 분야에서 통상적으로 이용되는 방법으로 수행할 수 있다.
결국, 본 발명은 마이크로웨이브에 반응하지 않는 대부분의 고분자를 마이크로웨이브로 가열되는 첨가제 조성물을 이용하는 간단한 공정만으로 마이크로웨이브로 성형할 수 있도록 할 수 있다. 마이크로웨이브 공정은 에너지 효율이 우수하여 공정 효율을 현저히 우수한 장점이 있다. 따라서, 본 발명은 공정 효율이 우수한 마이크로웨이브 공정을 마이크로웨이브에 반응성이 있는 일부 고분자에 제한적으로 적용하는 것이 아니라, 마이크로웨이브에 반응성이 없는 대부분의 고분자에 적용할 수 있어 기술적용범위가 현저히 확대된 효과가 있다.
또한, 본 발명을 통해 제조한 발포체가 마이크로웨이브에 반응할 때 발포 가스가 손실되지 않아 팽창된 상태로 성형이 가능하므로 최종 제품의 품을 향상시킬 수 있어, 신발류 및 이와 유사한 다양한 제품군에 활용될 수 있는 장점이 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 자세히 설명한다.
실시예 1
다공성 실리카(Z-155)와 폴리에틸렌글리콜(PEG 300)을 1 : 1의 중량비로 니이더에서 교반하여 제조하였다. 다공성 실리카에 담지된 폴리에틸렌글리콜(PEG) 및 에틸렌비닐아세테이트코폴리머(EVA) 수지(EVA 1317)를 니이더에서 85~100℃로 교반하여 고분자 조성물을 제조하였다. 이 때, 다공성 실리카 : 폴리에틸렌 글리콜의 혼합비율이 1 : 1의 중량비인 첨가제는 에틸렌비닐아세테이트코폴리머(EVA) 100 중량부에 대하여 20 중량부로 첨가하였다. 또한, 상기 고분자 조성물을 오픈롤밀에서 분산시켜 펠렛타이저를 이용하여 펠렛을 제조하였다. 상기 펠렛에 마이크로웨이브를 5분간 동안 1kw출력으로 조사하여 온도변화를 체크하였다.
실시예 2
다공성 실리카(Z-155)에 담지된 폴리에틸렌글리콜(PEG) 대신 다공성 실리카(Z-155)에 담지된 가소제(GL500-LG화학)를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예 3
고분자 조성물 제조 시 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 100 중량부에 대하여 0.25 중량부의 과산화물(BPO) 및 2.0 중량부의 발포제(ADCA)를 더 첨가한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 상기 펠렛에 마이크로웨이브를 5분 동안 1kw출력으로 조사하여 온도변화를 체크하였다.
또한, 상기 펠렛을 2축 압출기를 통해 선가교시킨 펠렛을 제조한 다음, 200℃ 오븐 속에 발포비드를 제조하였다. 상기 비드형 발포체를 몰드에 투입한 후, 마이크로웨이브를 60초동안 6kw 출력으로 조사하여 열융착으로 성형하였다. 그 후 40℃이하로 냉각하여 제품을 제조하였다.
실시예 4
고분자 조성물 제조 시 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 100 중량부에 대하여 0.25 중량부의 과산화물, 2.0 중량부의 발포제 및 10 중량부의 이산화티타늄(TiO2)을 더 첨가한 것 외에는 실시예 3과 동일하게 실시하였다.
실시예 5
다공성 실리카(Z-155)에 담지된 폴리에틸렌글리콜(PEG) 대신 다공성 실리카(Z-155)에 담지된 물을 사용하고, 고분자 조성물 제조 시 고분자 조성물 제조 시 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 100 중량부에 대하여 0.25 중량부의 과산화물, 2.0 중량부의 발포제, 10 중량부의 이산화티타늄(TiO2) 및 20 중량부의 탄산마그네슘(MgCO3)을 더 첨가한 것 외에는 실시예 3과 동일하게 실시하였다.
실시예 6
다공성 실리카(Z-155)에 담지된 폴리에틸렌글리콜(PEG) 대신 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 100 중량부에 대하여 10 중량부의 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실시예 7
다공성 실리카(Z-155)에 담지된 폴리에틸렌글리콜(PEG) 대신 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 100 중량부에 대하여 10 중량부의 가소제를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 1
다공성 실리카에 담지된 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 사용하지 않은 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
실험예 1. 반응 온도 측정
각 실시예 및 비교예에 대하여, 마이크로웨이브(1kw)에 종이컵 50g을 투입하여 시간대로 온도변화를 체크하고, 하기 표 1에 나타내었다. 이때 온도 체크에는 5 ~ 7 초의 시간이 소요되는 바, 약 10℃ 전후의 온도 편차가 발생할 수 있다.
실험예 2. 제조 용이성 측정
각 실시예 및 비교예에서의 고분자 조성물을 이용한 펠렛 제조 시 컴파운딩 과정의 용이성을 측정하였다. 컴파운딩 과정에 15분 이하의 시간이 소요되는 경우에는 ◎, 40분 이상이 소요되는 경우에는 △, 60분 이상 소요되거나 작업이 불가능한 경우는 X로 구분하여 하기 표 1에 나타내었다.
표 1
Figure pat00001
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1은 비교예 1에 비하여 높은 온도 범위가 측정된다. 실시예 1 ~ 5는 모두 높은 온도 범위가 측정되어 본 발명의 고분자 성물이 마이크로웨이브에 대한 반응성이 우수하게 나타남을 알 수 있다.
또한, 실시예 6 및 실시예 7은 컴파운딩 과정에서 각각 작업이 불가능하거나 50분 이상의 긴 시간이 소요된다. 이를 통해 가소제 화합물 및 하이드록시 화합물은 다공성 담체에 담지된 상태로 사용되는 경우에, 본 발명의 우수한 효과를 달성할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 마이크로웨이브에 의하여 발열반응 하지 않는 고분자;및
    마이크로웨이브에 의하여 발열반응 하는 첨가제;를 포함하며,
    상기 첨가제는 하이드록시 화합물, 가소제류 화합물 및 흡수성 고분자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하이드록시 화합물은 폴리에틸렌글리콜(PEG), 디에틸렌글리콜(DEG), 트리에틸렌글리콜(TEG), 트리프로필렌글리콜(TPG) 및 1,4-부탄디올로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡수성 고분자는 전분계 화합물, 셀룰로스계 화합물, 아크릴산계 화합물, 비닐알콜계 화합물 및 에틸렌옥사이드계 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡수성 고분자는 폴리아크릴아마이드, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 젤라틴, 폴리사카라이드 및 셀룰로스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제가 하이드록시 화합물 또는 가소제류 화합물인 경우엔 상기 첨가제가 다공성 물질에 담지된 상태로 포함되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제가 흡수성 고분자인 경우엔 상기 첨가제가 물을 흡수한 상태로 포함되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 다공성 물질은 실리카, 알루미나, 니오비움, 탄탈륨, 지르코늄, 카본, 마그네슘, 티타늄 및 고분자로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    과산화물, 발포제 및 금속산화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물.
  9. (1) 제1항의 고분자 조성물 및 발포제를 포함하는 비드형 발포체를 제조하는 단계;
    (2) 상기 비드형 발포체를 마이크로웨이브에 반응하지 않는 소재로 이루어진 몰드에 주입한 후 마이크로웨이브를 조사하여 열융착 성형하는 단계;및
    (3) 상기 열융착 성형된 비드형 발포체를 냉각시켜 성형품을 수득하는 단계;를 포함하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물을 이용한 발포체 조성물의 성형방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (2) 단계에서 마이크로웨이브를 조사할 때 상기 비드형 발포체는 가스가 손실되지 않아 팽창되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브로 성형 가능한 고분자 조성물을 이용한 발포체 조성물의 성형방법.
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