KR20210063644A

KR20210063644A - 압출장치

Info

Publication number: KR20210063644A
Application number: KR1020190152013A
Authority: KR
Inventors: 이규일; 정병준; 최우선; 최영현; 염응섭
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-06-02
Also published as: EP3900909A4; JP2022518566A; WO2021107331A1; EP3900909A1; KR20230074675A; US20220126481A1; CN113423548A; JP7233799B2

Abstract

본 발명은, 수분을 함유한 고체상태의 원료를 압출시키는 압출장치에 있어서, 길이 방향을 따라 속이 빈 관 형상을 가지며, 일측에 원료가 투입되는 호퍼가 결합되고, 타측에는 탈수된 원료가 배출되는 토출구가 형성되며, 내부와 외부를 개통하는 슬롯부가 상기 토출구와 호퍼 사이의 특정 구간에 형성된 배럴; 상기 배럴 내부에 장착되어 일방향으로 축회전하는 동안 호퍼에서 투입된 원료를 토출구로 이송시키도록 봉형상을 갖고 외주면에 나사산이 형성된 스크류; 및 상기 배럴에 장착되어 원료를 가열하는 히터부;를 포함하고, 상기 호퍼를 통해 배럴 내부로 유입된 원료는 스크류를 통해 배럴 내부에서 이송되는 동안 히터부에 의해 점진적으로 가열되고, 상기 스크류에는 나사산에 의해 이송되는 원료들의 압축이 발생하는 니딩존(kneading zone)이 형성되며, 상기 배럴 내에서 원료가 용융되어 적어도 일부분이 액체상태로 상변화됨으로써, 액체상태의 원료가 상기 니딩존에서 배럴의 내부 횡단면을 차폐하는 실링막을 형성하도록 히터부의 가열온도 및 스크류의 축회전 속도가 제어되는 것을 특징으로 한다.

Description

압출장치{Extruder}

본 발명은 수분을 함유한 고체상태의 원료를 압출시키는 압출장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 원료에서 배출된 수증기가 역류하는 것을 방지하기 위해 배럴 내에서 원료가 실링막을 형성하는 구간이 마련된 압출장치에 관한 것이다.

유화 중합에 의해 제조되는 열가소성 수지의 제조공정에서는 일반적으로 제조된 열가소성 수지가 분산매와 함께 라텍스 상태로 수득되기 때문에 원료들이 다량의 수분을 함유하고 있다.

이에 따라, 열가소성 수지의 제조공정에서는 수분을 제거하는 탈수 및 건조 공정을 포함한다.

공지의 건조공정은 탈수된 원료가 이동하는 동안 또는 정지된 상태에서 열에너지를 가하여 수분을 증발시키는 방법이 일반적으로 이뤄졌다.

이 후, 필요에 따라 도 1 에 도시된 바와 같은 압출장치를 이용하여 건조된 원료를 가열가압하여 건조된 원료를 펠렛으로 수득하였다.

종래의 압출장치의 내부 모습이 투시되어 나타난 도 1 을 참조하면, 종래의 압출장치는 관 형상의 배럴(1)의 일측에 원료가 투입되는 호퍼(2)가 설치되고, 내부 스크류(5)를 통해 토출구(도면의 좌측 출구)로 배출되도록 구성된다.

상기 호퍼(2)를 통해 주입된 원료는 배럴에 내부 또는 외부에 장착된 히터(미도시)를 통해 가열되고 스크류(5)에 의해 가압된다. 이에 따라, 스크류(5)에 의해 이동되는 동안 건조된 원료 내 잔류하는 수분으로부터 발생되는 수증기의 분리가 이뤄진다. 분리된 수증기는 호퍼(2)와 거리를 두고 배치된 벤트부(6)를 통해 외부로 배출되게 된다.

하지만, 이러한 종래의 구조에서는 원료가 스크류(5)를 통과하는 동안 배럴(1) 내에서 생성된 수증기가 벤트부(6)에 도달하지 못하고 호퍼(2)로 역류할 수 있는 문제가 있었다. 이와 같은 수증기의 역류는 원활한 원료 투입에 악영향을 미쳤으며, 압출 성능을 저해하는 문제가 있었다.

이를 해소하기 위해 종래에는 수증기 역류의 영향을 최소화하기 위한 방지판(4) 및 원료를 배럴 내부로 강제적으로 주입하는 투입용스크류(3) 등이 호퍼(2)에 추가적으로 장착되었다.

따라서, 본 발명은 건조 단계를 거치지 않은 탈수된 원료를 직접 압출하는 것이 가능하면서도, 원료에서 분리된 수증기가 호퍼로 역류하는 것을 방지하여 압출 효율을 증대시킬 수 있는 압출장치를 제공하는 것에 주목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수분을 함유한 고체상태의 원료를 압출시키는 압출장치에 있어서, 길이 방향을 따라 속이 빈 관 형상을 가지며, 일측에 원료가 투입되는 호퍼가 결합되고, 타측에는 탈수된 원료가 배출되는 토출구가 형성되며, 내부와 외부를 개통하는 슬롯부가 상기 토출구와 호퍼 사이의 특정 구간에 형성된 배럴; 상기 배럴 내부에 장착되어 일방향으로 축회전하는 동안 호퍼에서 투입된 원료를 토출구로 이송시키도록 봉형상을 갖고 외주면에 나사산이 형성된 스크류; 및 상기 배럴에 장착되어 원료를 가열하는 히터부;를 포함하고, 상기 호퍼를 통해 배럴 내부로 유입된 원료는 스크류를 통해 배럴 내부에서 이송되는 동안 히터부에 의해 점진적으로 가열되고, 상기 스크류에는 나사산에 의해 이송되는 원료들의 압축이 발생하는 니딩존(kneading zone)이 형성되며, 상기 배럴 내에서 원료가 용융되어 적어도 일부분이 액체상태로 상변화됨으로써, 상변화된(액체 상태 또는 고체와 액체가 혼합된 상태가 된) 원료가 상기 니딩존에서 배럴의 내부 횡단면을 차폐하는 실링막을 형성하도록 히터부의 가열온도 및 스크류의 축회전 속도가 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 니딩존은 슬롯부와 호퍼 사이에 배치된다.

상기 슬롯부는 복수 개의 슬롯들(slot)이 서로 간에 간격을 두고 형성된다. 본 발명에서 상기 복수 개의 슬롯들은 배럴의 둘레를 따라 일정 간격을 두고 형성될 수 있다. 상기 슬롯들 중 어느 하나 이상은 다른 것들 보다 더 큰 폭을 가질 수 있다.

상기 니딩존과 슬롯부 사이의 거리는 배럴 직경의 3배가 되는 길이 보다 더 짧게 형성되고, 상기 니딩존과 호퍼 사이의 거리는 배럴 직경의 5배가 되는 길이 보다 더 길게 형성될 수 있다.

상기 스크류는, 축회전할 때 호퍼에서 투입된 원료가 토출구쪽으로 이송되도록 나사산이 형성된 제1포워드존; 축회전할 때 상기 제1포워드존에서 이송된 원료의 압축이 이뤄지도록 나사산이 형성된 니딩존; 축회전할 때 상기 니딩존을 통과한 원료가 토출구쪽으로 이송되도록 나사산이 형성된 제2포워드존;을 포함한다.

상기 니딩존은, 봉형상의 외주면에 상기 원료의 제자리 회전이 유도되도록 나사산이 형성된 뉴트럴존; 또는 봉형상의 외주면에 제1포워드존에 형성된 나사산과 반대방향으로 원료를 이송하도록 나사산이 형성된 리버스존;을 포함할 수 있다. 또는, 상기 니딩존은, 봉형상의 외주면에 상기 원료의 제자리 회전이 유도되도록 나사산이 형성된 뉴트럴존과 봉형상의 외주면에 제1포워드존에 형성된 나사산과 반대방향으로 원료를 이송하도록 나사산이 형성된 리버스존이 연결되어 구성되되, 상기 뉴트럴존은 제1포워드존과 연결되고, 상기 리버스존은 제2포워드존과 연결되도록 배치될 수 있다.

상기 스크류는, 축회전할 때 상기 제2포워드존에서 이송된 원료의 재압축이 이뤄지도록 나사산이 형성된 제1서브니딩존을 더 포함한다.

아울러, 상기 스크류는, 축회전할 때 상기 제1서브니딩존을 통과한 원료가 토출구쪽으로 이송되도록 나사산이 형성된 제3포워드존을 더 포함하고, 상기 제3포워드존이 형성된 범위 내에서 상기 배럴에는 원료에서 분리된 기체를 배출하는 서브슬롯부가 형성된될 수 있다.

또한, 상기 스크류는, 축회전할 때 상기 제3포워드존에서 이송된 원료의 재압축이 이뤄지도록 나사산이 형성된 제2서브니딩존을 더 포함한다.

그리고, 상기 스크류는, 축회전할 때 상기 제2서브니딩존을 통과한 원료가 토출구쪽으로 이송되도록 나사산이 형성된 제4포워드존을 더 포함하고, 상기 제4포워드존이 형성된 범위 내에서 상기 배럴에는 원료에 함유된 불순물을 외부로 배출하는 서브벤트부가 형성된다.

상기 배럴의 토출구에서 배출된 원료를 분쇄하는 분쇄장치를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 압출장치는 배럴 내에서 원료의 압출이 진행되는 동안 니딩존에서 실링막이 형성되어, 호퍼쪽으로 수증기의 역류를 방지 또는 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.

상기 니딩존은 뉴트럴존 또는 리버스존 중 하나를 포함하거나 둘의 조합을 포함할 수 있으므로, 원료의 상태 및 성질에 따라 선택적으로 적용할 수 있다.

아울러, 본 발명에서 스크류는 제1, 제2서브니딩존들을 더 포함할 수 있으므로, 추가적인 실링막의 형성이 가능하여 수증기의 역류를 더 효율적으로 차단할 수 있다.

도 1 은 종래의 압출장치의 내부 모습이 투시되어 나타난 투시도.
도 2 는 본 발명에 따른 압출장치의 내부 모습이 투시되어 나타난 투시도.
도 3 은 도 2 에서 니딩존이 형성된 구간을 확대하여 도시한 도면.
도 4 는 본 발명의 니딩존에 적용될 수 있는 나사산들의 실시예들(A, B, C)이 도시된 도면.
도 5 는 니딩존에서 실링막이 형성되기 전후의 횡단면 모습들이 나타난 도면.
도 6 은 본 발명의 압출장치에서 배럴의 직경(D)을 기준으로 각각의 상대적 거리를 표시한 도면.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명은 수분을 함유한 고체상태의 원료를 압출시키는 압출장치에 관한 것으로써, 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 압출장치를 더욱 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 압출장치의 내부 모습이 투시되어 나타난 도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 압출장치는 배럴(10), 상기 배럴(10) 내에 탑재되는 스크류(30), 상기 배럴(10) 내부의 수증기를 외부로 배출하는 슬롯부(40A), 배럴(10)을 가열하는 히터부(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 배럴(10) 내부에서는 용융된 원료에 의해 실링막이 형성된다.

상기 배럴(10)은 길이 방향을 따라 속이 빈 관(pipe) 형상을 가지며, 일측에 원료가 투입되는 호퍼(20)가 결합되고 타측에는 탈수된 원료가 배출되는 토출구(11)가 형성된다.

상기 배럴(10)은 원료에서 토출되는 휘발성 물질 및 수증기에 의한 부식을 방지하기 위해 내화학성이 뛰어난 금속으로 제조되거나, 내부표면은 보호물질 등으로 코팅되어 제조되는 것이 바람직하며, 내부에서 발생되는 열과 압력을 견딜 수 있도록 충분한 강성을 갖도록 제조된다.

상기 스크류(20)는 봉형상을 가지며, 외주면에 나사산(M: 31, 32, 33)이 형성된 구조를 갖는다. 그리고, 상기 배럴(10) 내부에 장착되어 일방향으로 축회전하는 동안 호퍼(20)에서 투입된 원료를 토출구(11)로 이송시킨다.

이때, 상기 스크류(30)는 외주면에 길이방향을 따라 나선형으로 나사산(M)이 형성되되, 원료를 투입구쪽으로 이동시키는 방향으로 나사산(M)이 형성된 부분은 포워드존(F1, F2, F3, F4 구간)으로 구분되고, 원료의 이동이 정지되고 회전만 이뤄지도록 나사산이 형성되거거나 원료의 역방향이동(즉, 배럴의 토출구쪽에서 호퍼쪽으로 이동)이 이뤄지도록 나사선이 형성된 부분은 니딩존(30A), 제1서브니딩존(30B), 제2서브니딩존(30C)으로 구분된다.

즉, 도 2 에서 니딩존(30A)이 형성된 구간(K1)을 확대하여 도시한 도 3 및 니딩존(30A)에 적용될 수 있는 나사산들의 형태가 도시된 도 4 를 참조하면, 상기 니딩존(30A)에 형성된 나사산은 원료의 이송 보다는 압축이 이뤄지도록 구성된다. (도 3 의 윗쪽 그림은 나사산 외부에 케이스가 결합된 모습이고 아랫쪽 그림은 상기 케이스가 제거된 상태이므로, 아랫쪽 그림을 기준으로 설명하면), 상기 니딩존(30A)은, 봉형상의 외주면에 상기 원료의 제자리 회전이 유도되도록 중립형나사산(32)이 형성된 뉴트럴존 및/또는 봉형상의 외주면에 역방향으로 원료를 이송하도록 역방향나사산(33)이 형성된 리버스존을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명은 뉴트럴존만으로 니딩존이 마련된 구성, 리버스존만으로 니딩존이 마련된 구성 및 상기 뉴트럴존과 리버스존이 조합된 구성 각각을 실시예1,2,3으로 제공한다.

상기 뉴트럴존에 형성된 중립형나사산(32)은 도 4 의 (C) 에 도시된 바와 같이 나사산이 나선형으로 이어진 형태가 아니고, 개별적으로 분리된 형태(즉, 링 모양의 나사산이 간격을 두고 이어진 형태 등)로 형성될 수 있다. 이러한 형태의 중립형나사산(32)에 원료가 도달했을 때 상기 원료에 작용하는 힘은 운반 보다는 제자리서 회전을 발생시키는 부분이 더 크게 작용한다.

그리고, 상기 리버스존에 형성된 역방향나사산(33)은 도 3 및 도 4 의 (B) 에 도시된 바와 같이, 포워드존에 형성된 나사산과 반대 방향으로 형성된다. 이러한 형태의 역방향나사산(33)은 원료가 도달했을 때 상기 원료를 반대방향으로 이송시키도록 힘을 발생시킨다.

또는, 도 4 의 (A)에 도시된 바와 같이, 상기 뉴트럴존과 리버스존이 조합되어 구성될 수 도 있다.

상기 뉴트럴존 및/또는 리버스존이 형성된 니딩존(30A)에서 원료가 도달했을 때, 상기 원료는 포워드존을 통해 계속적으로 공급되는 뒷쪽의 원료와 뭉쳐지며 압력을 받게 된다.

한편, 본 발명에서 상기 스크류(30)는 복수 개의 포워드존들이 형성된 구간들(F1, F2, F3, F4)과 복수개의 니딩존들이 형성된 구간들(K1, K2)을 가질 수 있다. 즉, 도 2 에 나타난 바와 같이, 호퍼(20)에서 가까운쪽에서부터 제1포워드존(F1 구간), 니딩존(K1 구간), 제2포워드존(F2 구간), 제1서브니딩존(K2 구간), 제3포워드존(F3 구간), 제2서브니딩존(K3 구간), 제4포워드존(F4 구간)이 배치되는 구조를 갖는다.

상기 제1포워드존은 축회전할 때 호퍼(20)에서 투입된 원료가 토출구(11)쪽으로 이송되도록 정방향나사산(31)이 형성되고, 상기 니딩존(30A)은 스크류(30)가 축회전할 때 상기 제1포워드존에서 이송된 원료의 압축이 이뤄지도록 중립형나사산(32) 또는 역방향나사산(33)이 형성된다. 또한 상기 제1서브니딩존(30B)과 제2서브니딩존(30C)도 니딩존(30A)과 마찬가지로 중립나사산(32) 또는 역방향나사산(33)이 형성되며, 제2포워드존과 제3포워드존 및 제4포워드존은 제1포워드존과 같이 정방향나사산(31)이 형성된다.

아울러, 원료가 상기 호퍼(20)에서부터 니딩존(30A)을 통과한 후에 증기(및 분리된 가스 등)가 배출되도록 슬롯부(40A)가 배럴(10)에 형성된다. 상기 슬롯부(40A)는 복수 개의 슬롯(slot)이 서로 간에 간격을 두고 형성된다. 상기 슬롯은 길쭉한 홀(hole) 형상으로 형성되되, 배럴(10)의 길이방향과 나란하도록 배치되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 슬롯들은 배럴(10)의 둘레를 따라 일정 간격을 두고 형성될 수 있다. 즉, 원통형 관 형태의 배럴(10)인 경우, 슬롯부(40A)는 배럴(10)의 둘레 전체를 따라 슬롯들이 링 형태의 배치구조를 이루도록 형성될 수 있다. 다만, 배럴(10) 내부의 수증기 배출 방향을 조절할 수 있도록 상기 슬롯은 배럴(10)의 특정 부분에만 형성되도록 구성될 수도 있다.

즉, 배럴(10)의 하부에도 슬릇이 형성되는 경우, 중력에 의해 습기는 물론 원료의 일부까지 배출될 수 있으므로, 배럴(10)의 하부면에는 슬롯이 미형성될 수 있다. 아울러, 위와 같은 이유로 특정 부분의 슬롯은 다른 슬롯보다 더 큰 폭이나 넓이를 가질 수 있다. 가령, 배럴(10) 하부면에 형성된 슬롯은 원료의 낙하를 방지하기 위해 좁고 작게 형성되고, 상부면에 형성된 슬롯은 수증기의 배출을 원활히 하기 위해 더 넓고 크게 형성될 수도 있다.

아울러, 상기 슬롯부(40A)는 단순히 홀이 타공된 형태로 제공될 수도 있으나, 개폐가능한 밸브, 수증기를 강재 배기시키기 위한 배기장치, 일정압력 이상일때만 개방되는 안전변(Safety vent)이 추가적으로 결합될 수 있다.

또한, 상기 배럴(10)의 외부표면(또는 내부)에는 열을 발생시키는 히터부(60)가 결합된다. 상기 히터부(60)는 전기에너지를 열에너지로 변환하는 장치이거나 외부로부터 열원을 공급받아 배럴을 가열시키는 장치일 수도 있다.

상기 히터부(60)는 배럴(10)의 전체에 걸쳐 복수 개가 장착되되, 각각의 히터부(60)는 개별적으로 온도조절이 가능하게 구성된다. 이에 따라, 상기 배럴(10)은 각 구간들(포워딩존, 니딩존) 별로 온도조절이 가능하게 구성된다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 압출장치는 호퍼(20)에 저장된 원료가 배럴(10) 내부로 공급되면, 원료는 스크류(30)를 통해 배럴(10) 내부에서 이송이 이뤄지며, 상기 히터부(60)에 의해 목표 온도까지 가열(및 냉각)이 이뤄진다.

이때, 제1포워드존을 지나 니딩존(30A)에 원료가 도달하게 되면 상기 원료는 가열된 상태에서 계속적으로 공급되는 뒷쪽 원료들과 스크류(30)의 회전력에 의해 압력을 받게 된다.

이에 따라, 가열가압된 원료는 니딩존(30A)에서(또는 니딩존에 도달하기 전에) 용융이 이뤄지고 적어도 일부분 또는 대부분이 액체상태로 상변화가 이뤄지게 된다.

즉, 니딩존(30A)에서 가열가압된 원료는 고체 상태에서 점성이 높은 액체상태로 상변화가 이뤄지는 동안 니딩존(30A)에서 발생하는 원심력에 의해 방사형으로 퍼지도록 힘이 작용하게 된다.

이에 따라, 니딩존(30A)에서 실링막이 형성되기 전후의 횡단면 모습들이 나타난 도 5 에 도시된 바와 같이, 니딩존(30A)의 앞쪽(호퍼에 가까운쪽)은 고체상태의 원료와 원료에서 분리된 수증기 등은 스크류(30)와 배럴(10) 사이의 공간으로 퍼지게 되고, 계속적으로 열과 압력이 작용하게됨에 따라 니딩존(30A)의 뒷쪽(토출구에 가까운 쪽)은 고체상태 연료의 대부분이 액체상태로 용융된다. 이때, 용융된 원료는 원심력에 의해 배럴(10)의 횡단면을 차폐시키는 실링막을 형성한다.

이때, 상기 스크류(30)의 회전속도, 히터부(60)의 가열온도, 니딩존(30A) 내의 형성된 나사산의 구성에 따라 실링막의 두께나 형성되는 위치는 달라질 수 있되, 상기 실링막은 배럴(10) 내부에서 고정된 상태가 아니라 유동적인 상태로 형성된다.

즉, 상기 실링막은 액체상태의 막으로 형성된 것으로써, 원료가 지속적으로 공급됨에 따라서, 먼저 실링막을 형성하던 원료는 니딩존(30A)을 지나 제2포워드존으로 배출되고, 나중에 공급되는 원료는 액체상태가 되어 먼저 배출된 원료를 보충하며 실링막을 유지시킨다.

상기 실링막이 지속적으로 유지될 수 있도록 투입되는 원료의 상태와 양에 따라서 히터부(60)의 가열온도 및 스크류의 축회전 속도가 제어된다.

상기 니딩존(30A)을 통과한 액체상태의 원료와 기체상태의 수증기는 제2포워딩존 영역(F2)으로 이송되되, 이때 액체상태의 원료는 계속적으로 스크류(30)를 따라 이송되는 반면에 기체상태의 수증기(및 상변화시 발생하는 가스 등)은 슬롯부(40A)를 통해 외부로 배출된다. 이때, 상기 수증기는 니딩존(30A)에서 형성된 실링막에의해 호퍼(20)로의 역류는 차단된다.

그리고, 제1서브니딩존(30B)에 도달한 원료는 상기 제1서브니딩존(30B) 내의 영역(K2)에서 다시 실링막을 형성하고, 제3포워드존을 통해 토출구(11) 쪽으로 이송된다. 상기 제3포워드존을 통해 이송되는 동안 원료에 함유된 가스 및 잉여 수증기 등은 서브슬롯부(40B)를 통해 외부로 배출된다. 상기 서브슬롯부(40B)의 구성의 위에 설명한 슬롯부(40A)와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다.

아울러, 상기 제1서브니딩존(30B)을 통과한 원료는 제3포워딩존 영역(F3)으로 이송되어 제2서브니딩존(30C)에 도달한다. 상기 원료는 제2서브니딩존(30C) 내의 영역(K3)에서 다시 실링막을 형성하고, 제4포워드존을 통해 토출구(11)로 배출된다.

상기 제4포워드존을 통해 이송되는 동안 원료에 함유된 불순물(잔류 단량체 등), 상변화시 발생한 가스 및 잉여 수증기 등은 서브벤트부(50)를 통해 외부로 배출된다. 상기 서브벤트부(50)는 원료에 함유된 불순물(잔류 단량체 등)을 마지막으로 배출할 수 있도록 상기 슬롯부(40A) 및 서브슬롯부(40B) 보다 더 큰 개구면적을 가질 수 있게 관 형태로 제공될 수 있다.

그리고, 상기 배럴(10)의 토출구(11)로 배출되는 원료는 수증기와 가스 등이 분리되고 냉각 이뤄져서 고체 덩어리 형태로 배출된다.

고체 덩어리 형태로 배출된 원료는 탈수(건조)된 원료를 분쇄하는 분쇄장치(70)에 의해 일정 크기의 펠릿(pellet) 형태로 절단이 이뤄지게 된다.

한편, 본 발명의 압출장치는 건조 및 탈수 성능을 높일 수 있도록 각 구성요소들 간의 거리가 한정되는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 압출장치에서 배럴의 직경(D)을 기준으로 각각의 상대적 거리를 표시한 도 6 에 도시된 바와 같이(단, 도 6 에서는 도면의 크기가 제한되어 비율에 맞게 도시되지는 않았다), 상기 배럴(10)의 직경(D)을 기준으로, 호퍼(20)에서부터 니딩존(30A)까지의 거리는 5D 내지 10D 로 정해지는 것이 바림직하다.

그리고, 니딩존(30A)과 슬롯부(40A) 사이의 거리는 3D 이하로 정해지는 것이 바람직하며, 슬롯부(40A)와 제1서브니딩존(30B) 사이의 거리는 3D 이상으로 정해지는 것이 바람직하고, 제1서브니딩존(30B)과 서브슬롯부(40B) 사이의 거리 및 서브벤트부(50)와 제2서브니딩존(30C) 사이의 거리는 3D 이내로 정해지는 것이 바람직하다.

다만, 이러한 상대 거리들은 위의 범위로 한정되는 것은 아니며, 스크류(30)의 길이, 축회전 속도, 원료의 상태, 히터부(60)의 출력 등에 따라서 달라질 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 압출장치는 배럴(10) 내에서 원료의 탈수가 진행되는 동안 니딩존(30A)에서 실링막이 형성되어, 호퍼(20)쪽으로 수증기의 역류를 방지 또는 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.

상기 니딩존(30A)은 뉴트럴존 또는 리버스존 중 하나를 포함하거나 둘의 조합을 포함할 수 있으므로, 원료의 상태 및 성질에 따라 선택적으로 적용할 수 있다.

아울러, 본 발명에서 스크류(30)는 제1서브니딩존(30B) 및 제2서브니딩존(30C)을 더 포함할 수 있으므로, 추가적인 실링막의 형성이 가능하여 수증기의 역류를 더 효율적으로 차단하면서, 슬롯부(40A)와 서브슬롯부(40B)로부터 수증기를 최대한 배출하는 것이 가능할 수 있다.

또한, 본 발명의 압출장치는 원료 내 함유된 수분이 압출과 동시에 슬롯부(40A)와 서브슬롯부(40B)로 배출되므로, 서브벤트부(50)에서 원료에 함유된 불순물(잔류 단량체 등)을 최대한 배출하는 것이 가능할 수 있다.

한편, 본 발명의 압출장치는 열가소성 수지를 압출하기 위한 장치일 수 있다. 상기 열가소성 수지는 압출장치를 통해 펠렛화가 가능한 열가소성 수지일 수 있고, 구체적인 예로, 디엔계 그라프트 공중합체일 수 있다. 더욱 구체적인 예로, 상기 디엔계 그라프트 공중합체는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 그라프트 공중합체일 수 있다.

디엔계 그라프트 공중합체는 일반적으로 유화 중합 방법에 의해 제조되고, 중합이 완료된 디엔계 그라프트 공중합체의 미립자가 콜리이드 상태로 분산매인물에 분산된 라텍스 상태, 즉 수분을 함유한 고체상태로 수득된다. 이후, 상기 라텍스 상태로 수득된 디엔계 그라프트 공중합체는 응집, 탈수 및 건조 단계를 거쳐 건조 분말(dry powder)로 수득된다. 하지만, 상기 건조 분말 형태로 수득된 디엔계 그라프트 공중합체는 장기 보관 시 건조 분말 간이 응집 및 응고로 인하여 케이킹 현상이 발생하는 문제가 있다.

그러나, 본 발명의 압출장치는 압출과 동시에, 수분을 함유한 고체상태의 원료에서 수분을 효과적으로 제거하는 것이 가능하므로, 본 발명의 압출장치를 이용하여 디엔계 그라프트 공중합체를 압출하는 경우, 라텍스 상태로 수득된 디엔계 그라프트 공중합체에 대한 건조 과정이 필요 없고, 탈수된 디엔계 그라프트 공중합체를 바로 압출하는 것이 가능할 수 있다.

또한, 본 발명의 압출장치를 이용하여 압출된 디엔계 그라프트 공중합체는 건조 분말에 비해 벌크 밀도가 높아 장기 보관 시 케이킹 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이와 같이, 본 발명의 압출장치는 열가소성 수지, 구체적인 예로 디엔계 그라프트 공중합체, 더욱 구체적인 예로 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌계 그라프트 공중합체를 수득하는데 있어서 더욱 효과적일 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.

10 : 배럴
20 : 호퍼
30 : 스크류
40A : 슬롯부
40B : 서브슬롯부
50 : 서브벤트부
60 : 히터부

Claims

수분을 함유한 고체상태의 원료를 압출시키는 압출장치에 있어서,
길이 방향을 따라 속이 빈 관 형상을 가지며, 일측에 원료가 투입되는 호퍼가 결합되고, 타측에는 탈수된 원료가 배출되는 토출구가 형성되며, 내부와 외부를 개통하는 슬롯부가 상기 토출구와 호퍼 사이의 특정 구간에 형성된 배럴;
상기 배럴 내부에 장착되어 일방향으로 축회전하는 동안 호퍼에서 투입된 원료를 토출구로 이송시키도록 봉형상을 갖고 외주면에 나사산이 형성된 스크류; 및
상기 배럴에 장착되어 원료를 가열하는 히터부;를 포함하고,
상기 호퍼를 통해 배럴 내부로 유입된 원료는 스크류를 통해 배럴 내부에서 이송되는 동안 히터부에 의해 점진적으로 가열되고,
상기 스크류에는 나사산에 의해 이송되는 원료들의 압축이 발생하는 니딩존(kneading zone)이 형성되며,
상기 배럴 내에서 원료가 용융되어 적어도 일부분이 액체상태로 상변화됨으로써, 상변화된 원료가 상기 니딩존에서 배럴의 내부 횡단면을 차폐하는 실링막을 형성하도록 히터부의 가열온도 및 스크류의 축회전 속도가 제어되는 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 1 항에 있어서,
상기 니딩존은 슬롯부와 호퍼 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 1 항에 있어서,
상기 슬롯부는 복수 개의 슬롯들(slot)이 서로 간에 간격을 두고 형성된 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 3 항에 있어서,
상기 복수 개의 슬롯들은 배럴의 둘레를 따라 일정 간격을 두고 형성된 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 4 항에 있어서,
상기 슬롯들 중 어느 하나 이상은 다른 것들 보다 더 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 2 항에 있어서,
상기 니딩존과 슬롯부 사이의 거리는 배럴 직경의 3배가 되는 길이 보다 더 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 2 항에 있어서,
상기 니딩존과 호퍼 사이의 거리는 배럴 직경의 5배가 되는 길이 보다 더 길게 형성된 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 2 항에 있어서,
상기 스크류는,
축회전할 때 호퍼에서 투입된 원료가 토출구쪽으로 이송되도록 나사산이 형성된 제1포워드존;
축회전할 때 상기 제1포워드존에서 이송된 원료의 압축이 이뤄지도록 나사산이 형성된 니딩존;
축회전할 때 상기 니딩존을 통과한 원료가 토출구쪽으로 이송되도록 나사산이 형성된 제2포워드존;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 8 항에 있어서,
상기 니딩존은,
봉형상의 외주면에 상기 원료의 제자리 회전이 유도되도록 나사산이 형성된 뉴트럴존;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 8 항에 있어서,
상기 니딩존은,
봉형상의 외주면에 제1포워드존에 형성된 나사산과 반대방향으로 원료를 이송하도록 나사산이 형성된 리버스존;을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 8 항에 있어서,
상기 니딩존은,
봉형상의 외주면에 상기 원료의 제자리 회전이 유도되도록 나사산이 형성된 뉴트럴존과 봉형상의 외주면에 제1포워드존에 형성된 나사산과 반대방향으로 원료를 이송하도록 나사산이 형성된 리버스존이 연결되어 구성되되,
상기 뉴트럴존은 제1포워드존과 연결되고, 상기 리버스존은 제2포워드존과 연결되도록 배치된 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 8 항에 있어서,
상기 스크류는, 축회전할 때 상기 제2포워드존에서 이송된 원료의 재압축이 이뤄지도록 나사산이 형성된 제1서브니딩존을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 12 항에 있어서,
상기 스크류는, 축회전할 때 상기 제1서브니딩존을 통과한 원료가 토출구쪽으로 이송되도록 나사산이 형성된 제3포워드존을 더 포함하고,
상기 제3포워드존이 형성된 범위 내에서 상기 배럴에는 원료에서 분리된 기체를 배출하는 서브슬롯부가 형성된 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 13 항에 있어서,
상기 스크류는, 축회전할 때 상기 제3포워드존에서 이송된 원료의 재압축이 이뤄지도록 나사산이 형성된 제2서브니딩존을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 14 항에 있어서,
상기 스크류는, 축회전할 때 상기 제2서브니딩존을 통과한 원료가 토출구쪽으로 이송되도록 나사산이 형성된 제4포워드존을 더 포함하고,
상기 제4포워드존이 형성된 범위 내에서 상기 배럴에는 원료에 함유된 불순물을 외부로 배출하는 서브벤트부가 형성된 것을 특징으로 하는 압출장치.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배럴의 토출구에서 배출된 원료를 분쇄하는 분쇄장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압출장치.