KR940011143B1 - 압출성형 제품의 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

압출성형 제품의 제조방법 및 장치

제 1 도는 본 발명에서 사용한 기어펌프의 평면도.

제 2 도는 제 1 도에 나타낸 기어펌프의 측면도.

본 발명은 용융된 수지물질의 압출성형에 관련된 것이다. 특히, 본 발명은 수지물질을 압출성형하는 장치를 제공하는 부품들의 새로운 조합에 관련된 것이며, 용융된 수지물질을 압출성형시키는 일련의 단계들에 관련된 것이다. 방법 및 장치 두가지 모두는 여러가지 구체적인 실시예들을 가지며, 여기에서 서로 다른 형태, 외양 등등의 물질이 압출, 생산되고, 각 외관은 그 특성들에 따라 설명될 것이다.

여기에서 한가지 구체적인 실시예는 마스터배치(master batch)를 생산하는 방법 및 장치에 관련된 것이고, 다른 구체적인 실시예는 예를 들어 벽면재료, 주름관 등등과 같은 이형품(profile)을 생산하는 방법 및 장치에 관련된 것이다.

마스터배치를 제조하는 여러가지 방법들이 최근에 활용되었다. 원하는 특성을 얻기 위해서 마스터배치는 캐리어수지 및 첨가제를 포함하며, 예를 들어 플라스틱 필름을 생산하기 위해서는 마스터배치펠렛을 통상의 필름수지 또는 베이스필름수지로 압출 성형하여 그결과 원하는 특성을 갖는 압출성형된 필름을 얻는다. 전형적인 첨가제들에는 예를 들어 크롬산납, 이산화티탄, 산화철, 감청색안료, 자외선억제제, 안티블로킹제, 점착제, 슬립제(마찰계수), 대전방지제 등이 포함된다. 원하는 특성에 따라 상기의 첨가제들 및 다른것들의 조합이 사용될 수 있다. 마스터배치는 2~50% 또는 그 이상의 넓은 범위의 첨가제들과 수지를 포함하는 나머지부분을 포함한다.

전형적으로 마스터배치성분들은 예를 들어 벤버리혼합기(Banbury mixer)내에서 혼합되고, 그후에 그 생산물은 코란더(colander) 또는 2-롤 제분기(two-roll mill)와 물중탕을 통과하고 최종적으로 펠렛형성기를 통과한다.

이러한 선행기술의 단점은 마스터배치의 고체함량이 50% 이상의 수준에 이르지 못한다는 점이다. 높은 고체함량에 기인하여 롤상에서의 미끄러짐이 일어나기 때문에 높은 고체 함량을 달성하려하면 2-롤 제분기가 계속적으로 공급하지 못한다. 게다가, 만일 롤의 온도를 세밀하게 조절하지 아니하면, 다른 처리과정상의 불리한 점이 발생하는바, 즉 롤의 온도가 너무 높으면 생성물이 롤에 달라붙는 경향이 있게되고, 롤의 온도가 너무 낮으면 생성물이 롤에서 미끄러지게 되어 그 결과 일정치 않은 공급이 일어나게 된다. 온도를 세밀하게 조절하는 것은 상기와 같은 과정에서는 필요조건이다. 일반적으로 상기와 같은 혼합기는 매우 비싸고(많은 자본이 필요) 또한 상기와 같은 혼합기들은 에너지 소모가 많다. 벤버리 혼합기 및 통상의 압출기들은 둘 다 전기나 기름으로 가열된다. 또한 처리과정이 느리고 중합체의 정체시간이 상당히 길기 때문에 이러한 과정에서 사용되는 에너지는 성분들을 녹이고 혼합하는데 필요한 이론적인 에너지의 양보다 더 많게 된다. 마스터배치를 생산하는 다른 통상적인 선행기술은 마스터배치성분들을 고농도혼합기(high intensity mixer)내에서 혼합하고, 그 다음에 그 혼합물을 냉각시켜 2축압출기(twin-screw ectruder)에로 공급하여 여기에서 스트랜드 다이(strand die)를 통해 압출한다. 이 스트랜드들은 다이의 면에서 펠렛으로 절단되거나 또는 계속해서 펠렛으로 만든다. 이 생성물은 대개 50~60%의 고체함량을 갖는다. 이러한 시스템으로는 60% 이상의 고체함량을 갖는 마스터배치를 생산할 수 있다. 그 한가지 이유는 압출기내에서의 마스터배치 성분들의 정체시간이 길다는 것이다. 예를 들어 착색제로서 산화철을 포함하는 마스터배치를 생산할때, 이 혼합물이 압출기내에 너무 오래 머무르게 된다면 원하는 노란색이 붉은색으로 변하게 된다. 따라서 온도는 최종의 색깔에 영향을 미치게 된다. 압출기내의 온도는 변하고, 압출기의 온도를 조절하는 것은 불가능하지는 않으나 매우 어렵다.

이러한 시스템들은 대개 예를 들어 윤활제로 작용하는 저분자량 폴리에틸렌, 스테아르산염과 같은 분산제등과 같은 가공처리보조제들의 사용을 필요로 한다. 이들 가공처리보조제들은 단지 마스터배치의 생산을 용이하게 할 뿐이며, 어떠한 것도 최종사용자에게는 아무 소용이 없는 것이다. 이러한 가공처리보조제들은 분해되고 다이의 내면상에 퇴적물들을 형성하려는 경향이 있을 뿐만 아니라, 마스터배치 및 계속되는 처리과정내의 두가지 모두에게 다이 가장자리에 쌓이게 되어 조업정지 시간이 늘고 유지비가 높아지는 결과를 가져온다.

이러한 시스템들의 또 다른 제한점은 생산고이다. 일반적으로, 전형적인 2축압출기의 생산고는 압출기 자체에 의해서 또는 압출기에 공급되는 액체에 의해 제한되어 360-540kg/hr로 제한된다.

선행기술에서의 또다른 인자는 선택된 캐리어수지가 적절한 용융 지수를 가져야 한다. 그렇지 않으면, 예를 들어 높은 용융지수는 필름의 강도의 손실을 가져오는 바와 같이 마스터배치로부터 압출된 필름에서 여러가지 문제들에 직면하게 된다.

여기에 설명된 또다른 개발은 예를 들어 집의 벽면, 차량의 내장, 창문틀 또는 압출성형된 성형품들과 같은 이형품에 관련된 것이다. 벽면은 예를 들어 "폴리비닐클로라이드"벽면과 같은 압출성형된 이형품의 한가지 예이다. 현재는, 공급자에 따라 서로 다른 특성들을 갖는 원료물질들로부터 생산되고 있다. 따라서 첨가제와 함께 분말형태의 수지가 통상의 1- 및 2-축압출기 및 압출다이를 통과하게 된다. 문제점들은 압출기의 작동으로부터 나타나는 기계방향의 파동 또는 변이에 기인하여 발생한다. 이러한 변이는 압출기로부터의 생산물에 따라 차동적으로 냉각됨에 기인하여 "오일-캐닝"(oil-canning) (물결모양)을 일으켜 그 부분이 압출물의 평균보다 더 두꺼워진다. 폴리비닐클로라이드 벽면의 경우에, 이 물질이 온도에 매우 민감하기 때문에, 2도 또는 3도의 변화도 제품에 큰 차이를 가져오며, 일정한 압출온도를 제공하여, 생산자는 대개 상당히 좋은 제품을 얻기 위해서는 매우 느린 속도로 가동하여야 한다. 생산업자들은 대개 135~270kg/hr에서 운전하게 된다. 벽면, 내장 등등을 셍산하는 현재의 방법들 및 장치는 예를 들어 PVC 수지가 들어있는 기계가 정지하면 원하지 않는 부산물들이 생기고, 청소시간이 필요하게 된다. 실제에 있어서, 실제 작동조건은 최종제품의 충격강도를 결정하고, 이 충격강도는 온도 및 응력 의존적이다. 작동인자들은 매우 엄격하고, 편차들은 최종제품에서 폐물 또는 바람직하지 못한 특성들을 일으킨다. 이러한 제품들은 창문틀에서 성형품, 냉장고 및 난로 등과 같은 소비재, 여러가지 적용에서 발견되는 시이트, 수영장코팅 및 여러가지 플라스틱성형품에 걸쳐 공업적인 많은 용도에서 발견된다. 이들 제품들은 폭넓게 사용되기는 하나, 느린 생산속도 및 사용되는 현재의 장비로 인하여 값비싼 경향이 있다.

본 발명의 또다른 실시예는 필름형성스크랩 열가소성물질을 실제적으로 원물질과 같은 압출특성을 가지는 원료플라스틱 물질로 재가공하는 방법에 관련된 것이다.

열가소성물질의 처리과정은 예를 들어 필름형성과정에서와 같이 상당한 양의 스크랩물질을 만들어낸다. 통상의 취입관 성형과정에서, 취입된 관은 쓰레기봉투에서 시이트에 이르기까지에 걸쳐 여러 형태의 제품 또는 물품으로 형성된다. 예를 들어 절단, 잘못된 생산과정 등과 같은 여러단계들에서 스크랩필름 또는 압출물이 생성된다.

현재에는, 스크랩을 재처리하고 이 물질을 다시 펠렛으로 만드는 특수한 회사들에 팔거나 또는 때때로 가내공업에서 동일한 물질을 다른 처리과정에서 사용한다. 재처리된 필름물질은 일단 다시 펠렛으로되어 대개, 예를 들어 폐기물필름 또는 폐기물봉투와 같이, 낮은 등급의 제품에 사용된다. 여러해 동안에, 이러한 형태의 제품들이 낮은 등급의 필름으로부터 만들어지기 때문에, 대체로 폭넓은 범위의 색을 가지는 스크랩필름, 폐기물필름 또는 봉투제조업자들은 서로 다른 발생원으로부터의 스크랩필름의 여러가지 색들을 "가리기"위하여 착색제를 가하곤 하였다. 또한, 서로 다른 발생원으로부터의 스크랩필름들이 다양한 양의 서로 다른 첨가제들을 포함하고, 따라서 좁은 범위의 특성에 의존하지 않는것으로 필름 또는 제품의 형태가 아닌 어떠한 것으로의 필름의 재처리도 어렵다.

통상의 압출기를 통한 필름 또는 스크랩물질의 재처리는 항상 원물질의 특성을 저하시킨다. 폴리에틸렌이 가열, 전단응력 및 다른 처리특성들에 2회 적용되었기 때문에, 2회 또는 그이상 압출성형된 폴리에틸렌은 원료물질 또는 원물질과 비교해서 훨씬 낮은 용융지수를 가진다. 이들 과정들에서 수지가 산화됨에 따라, 이와 같은 처리는 탈색 뿐만 아니라 "규격의"수지가 되게한다. 따라서, 재처리된 물질들은 대개 그 물질이 초기 압출성형된 목적으로는 부적절하거나 쓸모없게 된다.

용융지수와 같은 특성이 낮은 재처리된 물질은 1회-압출성형된 물질보다 높은 값을 매길 수 없으며, 몇몇 경우에 있어서, 스크랩물질등에서의 첨가제들의 분해로 인하여 몇몇 제품에서는 재처리된 물질의 사용이 금지되고 있다. 스크랩열가소성물질을 상기에서 개략한 단점들 없이 실제적으로 동일한 압출성형특성을 가지는 원료열가소성물질로 재처리하는 방법을 발견하는 것이 바람직하고, 본 출원인은 선행기술의 단점들을 극복한, 스크랩물질을 재처리하는 방법을 개발하였다.

더 나아가 본 발명은 또한 취입관성형과정의 개선점을 제공하고 있다. 잘 알려진 바와 같이, 취입관성형과정은 일반적으로 원통형압출기에서 용융된 중합체를 압출하고, 뒤이어 파괴될 버블(bubble)로 냉각되는 버블 생성다이를 중합체가 통과하는 것을 포함한다. (또한 선택적으로 관이 시이트로 갈라지거나 또는 작은 관으로 형성됨.)

이러한 목적을 위하여 원통형 압출기를 사용하였고, 이들의 생산능력은 압출될 중합체의 양, 장치의 냉각능력과 같은 여러 인자들에 의해 제한된다. 심지어 매우 큰 직경의 다이에서도, 수백 kg 이내의 범위로 시간당 압출성형할 수 있는 중합체의 양을 제한하는 바와 같이 실제적인 제한점들이 있다.

생산량을 증가시키기 위한 변형이 제안되었다. 그러나 통상의 압출기들에서는, 지연 또는 체류시간, 다이에의 공급 압력 및 공급속도 등과 같은 제한인자들이 있고, 이는 생산량을 더욱 증가시키면 얻게되는 여분의 잇점들 뒤에는 그 이상의 고유의 한계조건들을 갖는다. 취입관성형과정에서 다이에 보다 많은 양의 생산물을 공급하고, 따라서 명백한 경제적 잇점들을 실현시킬 수 있는 시스템을 개발한다면 이는 매우 바람직한 것이다.

여기에 설명된 또다른 개발은 동시-압출성형된 제품과 분리된 2개 또는 그 이상의 공급흐름을 합쳐서, 가공처리한 후 적층체를 형성하는 것을 포함하는 방법에 관련된 것이다.

동시-압출성형된 제품들을 생산하는 여러가지 기술들이 알려져 있는 바, 예를 들어 이들 기술들은 취입관성형기술 또는 압출용 플랫다이(flat die)를 포함할 수 있다. 이러한 방법들은 통상의 압출성형기들을 사용하여 열가소성 물질의 유동성의 용융액체덩어리를 공급하고, 2개 또는 그 이상의 압출성형기들로 후에 결합되는 용융된 수지물질을 하나의 원통형 또는 플랫다이에 공급하고, 그결과 2개의 층을 갖는 제품이 압출생산된다. 동시-압출성형의 선행 기술들은 비교적 느리고, 만족스럽게 처리될 수 있는 열가소성물질의 형태에 의해서 제한되고, 또한 압출성형기의 형태에 의해서도 제한된다. 통상의 원통형 또는 스크류-형 압출성형기들은 높은 작동온도로 인하여 여러가지 첨가제들과 같은 특정물질의 처리과정이 성공적으로 달성되지 못하거나 또는 단지 특성의 손실을 가져 오는 것을 포함하여 상기에서 개략한 단점들을 가진다.

서로 다른 층들안에 다른 첨가제들을 가지거나 또는 서로 다른 물질들(즉, 서로 다른 열가소성수지)로 된 통상의 동시-압출성형된 물질들은 봉투 또는 용기, 덮개용의 시이트 또는 필름, 케이블외피 등의 넓은 범위의 제품으로 적용된다. 대부분의 경우에, 상업적인 적용을 위한 필요조건은 다른 특성을 갖거나 또는 다른 물질로된 같은 형태의 물질을 이용함에 의해 획득된 다른 특성을 지니는 별개의 층들을 포함한다. 이 수지들의 혼화성에 따라 층 사이의 강력한 결합이 이루어지거나 또는 약한 결합이 이루어지는데, 이 경우에, 동시-압출 성형된 물질은 또한 "껍질 분리(peel apart)"제품에 적용할 수 있다.

동시-압출성형된 제품에 있어서, 각층이 다르게 가공처리되어서 같은 물질로 이루어졌을때 조차도 다양한 가공처리기술에 의해 다른 특성이 부가될 수 있어야 한다는 요구조건이 있다. 다른 경우에 있어서, 같은 또는 다른 수지의 공급으로 다층으로된 적층체의 하나 또는 그 이상의 층이 가교결합된 수지를 형성하거나 또다른 층이 발포제등을 포함하는 것이 바람직하다.

가교화제 및 심지어 발포제들도 대개 온도에 매우 민감하며(예를 들어, 과산화물 가교화제), 이들은 통상의 압출성형기내의 높은 온도를 견디지 못한다. 본 발명은 이와 같은 단점과 제한들을 극복하여 다른 방법으로는 얻을 수 없는 특성을 갖고서 여러가지 다른 용도로 사용될 수 있는 동시 압출성형된 제품을 제공한다.

더 나아가서 본 발명은 주름관에 있어서 상당한 개선을 이루었으며, 이와 같은 관은 농작용 배수관 및 이와 유사한 용도에 사용된다. 통상적으로 상기와 같은 주름관은 배럴압출 성형기를 사용하여 각각 밀접되고 압출성형된 후 펠렛화된 스크랩물질을 사용할 수 있다. 따라서 마스터배치는 제조된 후, 튜브를 만들기 위한 기본단계 즉, 압출성형 한후 주름을 형성하는 과정을 수행한다. 압출 성형시, 일반적으로 관은 균일한 벽두께를 갖지 않으며 정상적으로 가능한 생산량은 약 272kg/hr.이다. 본 발명에 따라 상기의 세 단계는 단일 단계로 결합될 수 있는데 여기에서 스크랩필름, 수지 및 카아본블랙은 본 발명에 따라 가공처리되어 직접적으로 주름관으로 압출성형될 수 있다. 본 발명의 방법은 결과적으로 전체적으로 균일할 뿐만 아니라 파쇄강도가 더욱 좋은 더욱 얇은 두께의 벽을 갖는 주름관을 제공한다. 본 발명에 의한 생산 속도는 1000kg/hr. 이상에 이른다.

본 명세서에 기술된 여러가지 개발에 따라 마스터배치 제조, 재가공처리, 취입관제조, 주름관, 벽 및 이와 유사한 이형품과 동시-압출 성형에 관련된 단점이 극복되었고, 제품의 질은 좋게 유지하면서도 생산 속도는 상당히 증진되었다.

간단히 요약하면, 상기 제품을 가공처리하는 각 과정에 있어서, 특수한 비-유동성 공급물질은 상기의 공급물질이 유동성이고 가공처리 가능한 형태로 전환되는 연속적인 고속의 가공처리 단계로 공급되는 각각의 단계에서 이용되는데, 그후 상기에 기술된 각 특성의 과정은 다이를 통해 적당한 형을 형성함에 의해 제품을 형성할 수 있다.

좀더 자세히 설명하자면, 본 발명의 방법은 압출될 압출가능한 물질을 제공하고, 첫번째 단계에서 혼합과 동시에 상기 물질을 적어도 그들의 용융온도로 가열하여서 상기의 물질은 적어도 부분적으로 용융된 상태의 비교적 비유동적, 자체-유지되는 덩어리 형태로 되되, 상기 덩어리는 이 덩어리가 공급 물질을 형성하도록 유동가능화되는 것을 방지하는데 도움이 되도록 비교적 낮은 농도를 가지고, 두번째 단계에서 상기 공기가 내포된 덩어리로부터 내포된 공기를 제거하고 또한 상기 물질이 유동가능 형태가 되도록 밀집(densify), 압축 및 전환시키기 위하여 고정된 단단한 표면과 움직이는 단단한 표면사이에 상기 공급물질을 공급하고, 상기 언급한 형태의 농축 및 압출시킨 유동성 제품을 압출성형함으로써 상기에서 정의한 제품을 형성하는 것을 포함한다.

본 발명의 방법은 생산 속도를 상당히 증가시켰으며 통상적인 방법보다 적은 에너지를 사용하고 각 경우에 있어 통상적인 방법에 의해서는 얻을 수 없는 개선된 특성을 제품에 부가한다.

본 발명의 목적은 마스터배치로 제조된 취입관, 주름관, 벽 또는 이와 유사한 성형품, 스크랩의 재처리등을 위한 방법을 제공하는데 생산 단가당 생산량이 증가되고 마스터배치가 80-90%의 고체 함량을 포함할수 있는 것과 같은 개선된 제품을 제공하는 것이다.

다른 목적은 수지와 화합물을 더 넓게 적용시키기 위한 방법을 제공하는 것인데, 마스터 배치 제조에 있어서는 어떠한 운반체 수지로 사용할 수 있으며, 통상적인 가공처리 보조제를 제거할 수 있다.

또다른 본 발명의 목적은 마스터 배치 제조와 같은 상기 제품을 제조하기 위한 좀더 경제적인 방법을 제공하는 것인데, 이 방법은 종래의 방법보다 적은 노동력, 적은 공간 및 적은 지켜야 할 요구조건과 함께 실질적으로 적은 비용의 에너지와 값이 덜비싼 장치를 이용할 수 있다. 본 발명은 또한 정체시간을 감소시키고, 제품 구성분의 열 및 전단응력 내력을 감소시킨다.

압축 성형된 마스터배치 고체제품의 경우에 있어서, 그것은 연속적인 형태일 수 있고, 여기에는 압출 성형된 제품을 다이에서 절단하여 펠렛이나 또는 입자로된 마스터배치를 형성하거나, 또는 선택적으로 고체압출 성형품(바람직하게는 동일한 리본 형태로된)을 만들고 그것을 냉각된 액체의 욕조에 통과시킨후 냉각되었을 때 펠렛화 단계를 적용해서 마스터배치 펠렛을 형성하는 단계가 사용될 수 있다.

본 발명은 또한 여러가지 방법에 있어서 상기와 같은 단계를 수행하는 장치를 제공하는데, 이 장치는 혼합하고 가열하는 것이 결합된 혼합 및 가열 복합 수단, 공급수단 및 압출성형 수단으로 구성되며 여기에서 혼합 및 가열 수단은 재료를 혼합과 동시에 가열하며 적어도 그 재료의 용융점까지 그리고 물질이 부분적으로 용융된 상태인 비 유동성 형태의 자체 지속성 물질(이때 상기의 물질은 쉽게 유동성으로 되는 것을 방지하기에 충분히 낮은 온도를 갖는다)인 지점까지 가열하고 혼합하여 형성시키고, 공급수단은 위의 상태에서 상기 물질을 고정된 단단한 표면과 움직이는 단단한 표면으로 구성된 압축 수단으로 공급하는데, 여기에서 상기 물질은 밀접되고 압축되어 유동성 형태로 되고, 압출 성형 수단은 밀집되고 압축된 유동성 생성물을 제한된 입구를 통해 압출성형시킨다.

장치에 있어서, 출발재료를 고 강도의 혼합단계로 보내는 수단은 고강도 혼합기로서 "드레이즈워크(Draiswerke)"라고 해당분야에서 공지된 형태의 장치로 구성되는 것이 바람직하며, 이 장치는 물질이 밀집되고 압축된 형태로 전환시키지 않고서도 반 용융된 낮은 밀도의 점성물질 제품을 제공할 수 있다. 상기의 장치는-특수한 형태가 사용될때는 언제나-제품을 혼합시킨 후 그것이 용융될 수 있는 온도까지 충분히 가열함으로서 유동성인 액체 용융 물질의 제품을 형성하지 않는다는 것이 중요하다. 상기와 같은 혼합기는 혼합에 의해서 출발 물질과 다른 모든 첨가 화합물이 균일한 혼합물을 형성하도록 밀접히 혼합된 실질적으로 균질의 제품을 형성한다. 혼합되었을 때 제품이 자체-지속성인 유동성 물질을 형성하지 않고 특수한 공급물질은 오히려 비 유동성이 되도록 하는 상당히 낮은 밀도를 갖는 비 유동성 점성제품 형태를 형성한다는 것은 중요한 사실이다. 혼합 단계와 장치는 제품을 용융시킬 수 있는 능력이 있어야하며 그러므로써 혼합에 의하여 실질적으로 유동성 형태는 아니나 상당한 점도까지 용융된다.

본 발명에서 사용되는 장치의 두번째 구성요소는 "기어펌프"로 널리 묘사되는 특별한 형태의 것으로서 혼합기로부터 비-유동성 물질을 취한 후 그 물질을 고정된 단단한 표면과 회전하는 움직이는 표면 사이로 공급해서 밀집시키고 압축시키며 유동성 형태의 물질로 전환시킨다. 하나의 상기와 같은 구성 요소는 비 유동성 물질을 압축시켜서 물질내에 갖혀있는 거대한 양의 공기를 실질적으로 제거할 수 있을 정도로 매우 높은 압력을 가함으로써 유동성 물질로 되게한다. 결과적으로 유동성 물질이 생성되며 그후 그 물질은 다이를 압출 성형될 수 있다.

상기의 수단은 한쌍의 회전기어를 포함하는 기어펌프로 구성되는 것이 바람직한데, 이 한쌍의 회전기어는 비스듬하거나 또는 "곧게"되어 있으며 비유동성 물질의 흐름을 받아들여서 고착된 회전기어 사이로 공급하고 회전기어 사이에서 물질을 조작한 후에 같은 물질을 분배한다. 하나의 일반적인 형태의 장치는 "루와(Luwa)" 기어펌프로서 알려졌는데 이것은 대기압하에서 비유동성 재료의 물질을 받아들이기 위하여 커다란 입구를 제공하도록 변형될 수 있다. 변형된 펌프를 통해 통과함에 있어서, 종래의 장치와 비교해 볼때 산소부재하에서 종래의 장치보다 훨씬 큰 압축비를 갖는다.

본 방법에 따라 마스터배치를 생산함에 있어서 각 성분들은 적절한 비율로 혼합기내에 장입될 것이고 그러한 제품 및 출발물질들은 해당기술 분야에서 공지된 것이다. 본 발명의 장점중 하나는 요즈음은 더 많은 양 또는 더 큰 농도의 임계 성분이 가공처리를 위해 혼합기내로 장입될때 성공적으로 혼합될 수 있다는 것이다. 서로다른 형태와 양의 운반체 수지가 선행 기술과는 대조적으로 사용될 수 있는데 이것은 기본적으로 점성에 대해서는 민감하지 않다는 본 발명의 방법상의 특성에 기인하는 것으로서 결과적으로 이러한 용융지수를 갖는 수지도 사용될 수 있다.

본 발명의 또다른 장점은 전체 정체시간이 비교적 짧다는 것과 물질을 밀집시키고 압축시키는데 사용하는 장치에 산소가 없다는 것인데, 이것은 종래의 방법과 비교해 볼때 물질에 악영향을 줄 수 있는 가능성을 감소시킨다.

더 나아가서 마스터배치는, 이전에는 성공적으로 혼합될 수 없었던 것으로서 특히 이전에는 온도제한 또는 그와 유사한 것에 의해 분쇄하여 혼합할 수 있었던 단단한 여러 형태의 첨가제를 함유할 수 있다. 그와 같은 첨가제는 이미 과량 첨가될 수 있으며, 따라서 고도로 농축된 마스터배치를 얻을 수 있고 결과적으로 단위당 생산량이 종래 기술과 비교해 볼때 증가한다.

재가공처리 과정에 사용되는 "스크랩" 열가소성 물질의 형태는 생성된 압출성형물에서 바람직한 특성을 갖는 적당한 열가소성 물질일 수 있다. 따라서, 다양한 밀도의 폴리에틸렌은 그것의 거대한 부피로 인해 상업적으로 이용가능한 "스크랩"물질의 대부분을 이룬다.

그러한 물질은 정상적으로 다양한 넓이와 길이를 갖고 일반적으로 불연속적인 형태인 시이트 또는 필름이다. 폴리에틸렌은 또한 봉투를 만드는 과정으로부터 내장재의 형태로 될 수 있다. 스크랩봉투, 플라즈마봉투 등의 다양한 형태의 많은 스크랩물질이 있다.

중합체필름, 시이트 또는 스크랩물질의 또다른 공지된 형태는 예를 들어 에틸렌과 프로필렌 등의 공중합체로부터 재처리된 물질이 될 수도 있다. 기본적인 중합체 물질이 계속적인 처리과정에 의해 비-압출성형성이 되도록 변형되지 않는다면 상기의 물질은 본 발명에 이용될 수 있다.

스크랩물질은 그 물질내에 포함된 이질적인 비-필름 형성물질을 포함할 수 있는데, 그것의 예로는 인쇄용 잉크, 자외선방지제, 대전방지제 및 안티블로킹제 등과 같은 첨가제들이 있다. 만약, 스크랩물질의 "내력(history)"이 알려져 있다면, 본 발명을 사용하여 동일한 물질이 실질적으로 동일한 특성을 갖도록 가공될 수 있으며 이미 압출성형된 물질만이 사용될 수 있는 적용에서 재사용 하는 것이 가능할 수도 있다.

결과적으로 상기 물질은 질이 좋은 필름 또는 기타의 최종제품에 사용될 수 있다. 따라서, 이러한 물질들은 고급의 필름 또는 다른 최종생산물로 사용될 수 있는데, 여기에서 비-필름형성 첨가제들 또는 이물질의 분해나 휘발작용은 두번째의 압출성형기를 통한 스크랩물질의 재가공 과정에서 문제를 일으킨다. 여러가지 형태의 제품에 사용된 인쇄용 잉크의 경우에 있어서, 이러한 잉크는 압출성형된 후에 피막 또는 제품위에 정상적으로 사용되는데, 오늘날 통상적인 기술은 쓰레기통 이외의 재료로 쉽게 재가공하지 못한다. 본 발명의 방법에서의 저온에 기인하여, 인쇄 잉크를 포함하는 스크랩물질이 잉크의 분해없이 만족스럽게 저가공될 수 있으며, 따라서 생성된 펠렛이 잉크에 착색될 수 있으며, 대부분의 경우에 있어서 잉크의 분해는 일어나지 않는다.

본 발명의 특별한 방법에 대한 또다른 예는 종래에는 재가공 하지 않고 버려야만 했던 플라즈마 가방과 같은 다양한 스크랩 열가소성 재료를 쉽게 정원용 호우스등과 같은 질이 좋은 재가공 플라스틱물질로 유용하게 전환시킬 수 있다는 것이다.

쉽게 유동하지 못하는 물질을 형성하기 위한 재처리 방법을 수행함에 있어서, 이질적인 비-필름 형성물질의 분해 또는 휘발온도 이상으로 온도가 올라가서는 안된다.

정상적인 조작에 있어서, 본 발명의 방법은 포함된 기본 열가소성 물질의 용융온도 또는 그 온도의 약간위에서 수행한다. 대부분의 인쇄용 잉크는 열가소성공업에서 정상적으로 적용되는 통상적인 압출성형 온도보다 낮은 분해 및 휘발온도를 갖는다. 그러나 기본 열가소성 물질의 용융점 보다는 확실히 높아서 결과적으로 본 발명의 방법을 사용할때 인쇄잉크와 같은 이물질은 단순히 기본 중합체와 혼합될 것이다.

여러가지 원료로된 스크랩물질은 또한 비휘발성 성분을 포함할 수도 있는데, 그리하여서 본 발명의 방법은 스크랩물질을 밀집시키고 압축시켜서 유동성 형태로 만든 후에 비-용융된 이물질 모두를 제거하기 위해 여과막을 통해 부분적으로 용융된 물질을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.

더욱 구체화시키면 재처리된 물질은 여러가지 형태로 압출성형시킬 수 있다. 밀집되고 압축된 유동성 물질은 어떠한 원하는 형태의 다이도 통과할 수 있는데 여기에서 주어진 형태가 압출성형될 수 있다. 따라서 재처리된 스크랩물질은 필름 또는 시이트, 취입관 등과 같이 압출성형될 수 있다. 압출성형된 물질은 또한 후속되는 사용을 위하여 다시 펠렛화 될 수도 있다. 압출성형한 후에 통상적인 냉각단계를 거칠 수 있다.

본 발명에 따른 마스터배치 제조의 또다른 형태에 있어서, 마스터배치를 제조하면서 생겨난 먼지와 같은 스크랩물질을 재순환시키는 것이 가능하다. 따라서 마스터배치를 제조하면서 생겨난 먼지와 같은 스크랩물질을 재순환시키는 것이 가능하다. 따라서 마스터배치 제조를 실행함에 있어서 수지, 색소등을 포함하는 먼지가 통상 수백 kg/일 만큼 형성된다. 본 발명의 구체적인 설명에 따르면, 블랙 마스터배치제품은 제품의 25%가 기타 마스터배치 제품가공중에 생성되는 먼지로 형성됨을 알 수 있다.

또다른 방법은 용융된 물질을 밀집화하고 압축시킨 후에, 취입관 공정을 위한 물질로 사용할 수 있는데, 이것은 그 물질만으로서 또는 단지 공급물질의 일부분으로서 사용될 수 있다. 이와 같이 밀집되고 압축된 물질은 취입관 공정을 위한 공급물질의 일부분으로 사용될때 종래의 압출성형기로 공급될 수 있다.

또한 취입관 성형다이들은 본 발명의 방법을 수행하는데 사용된 장치와 직접 연결될 수도 있다. 본 발명의 취입관 제조공정에 있어서, 전통적인 제조공정은 구성성분들로 분리된 것으로 되어 있으며, 이것은 에너지 효율이 큰 조작과정이다. 본 출원의 방법은 종래에 사용되어온 다양한 중합체를 빠른 속도로 생성시키며, 임의로 종래의 첨가제를 포함할 수도 있다. 취입필름튜브의 대부분은 기본적으로 다양한 밀도의 폴리에틸렌 또는 프로필렌 등과 같은 기타 단량체와 에틸렌의 공중합체로부터 제조된다.

본 출원에 의한 취입관 제조방법에서, 중합체는 밀집화 과정과 압축단계를 모두 거칠 수 있으며 이로써 갇혀있는 공기의 거의 대부분을 제거하고, 취입관 성형다이를 통과할 때 중합체내의 공기가 포함되는 것을 방지한다. 다른 방법으로, 밀집되고 압축된 중합체 물질을 포함되어 있는 공기를 제거하기 위하여 밀집하는 단계로 다시 공급할 수도 있다. 일반적으로 공기-거품들이 포함되면 취입관의 제조에 해가 되기 때문에, 밀집된 유동성 중합체 덩어리를 취입관 성형다이에 공급할 때에는 포함된 공기를 제거하는 것이 바람직하다. 사용된 취입관 성형다이는 해당분야에서 공지된 고 저항성 형태의 다이가 바람직하다. 그렇지 않은 경우에는 슬리팅(slitting), 튜브 형성등을 포함하는 종래의 장치가 사용될 수 있다.

튜브는 냉각될 수 있는데, 만약 냉각시키려면 고속의 냉각과정이 적용되어야만 한다. 이러한 과정은 냉각매질로서 고압증기(high steam)를 사용하는 1984년 2월 28일에 특허된 Leco의 미국특허 제4,434,129호에 기술되어 있는 것이 바람직하다. 어떤 냉각과정이 사용되든간에 매우 높은 생산량을 얻기 위해서는 압출성형시킬때 융융된 튜브로부터 열을 제거해야만 한다. 본 방법을 수행함에 있어서, 생산속도는 시간당 1000파운드 이상이며 종래의 압출성형기를 이용하는 통상적인 취입관성형 제조과정의 생산속도를 상당히 증진시켰다.

본 명세서에 규정된 단계에 의해 동시-압출성형된 제품을 위한 본 출원의 방법은 두번째 단계에서 각각의 물질을 고정된 단단한 표면과 움직이는 단단한 표면 사이로 분리하여 공급하는 동안 각 스트림을 위한 개별적인 유동통로를 제공하는 단계와, 그 후에 공통의 유동통로에서 공통의 유동방향으로 흐르도록 스트림을 결합시켜 물질의 단일층을 형성하고 단일 압출성형품으로 결합된 층을 압출성형시키는 과정으로 구성된다.

본 방법에 있어서, 각 분리된 수지물질의 스트림은 공통스트림(즉 결합된 재료의 단일 층)을 형성하도록 서로 결합되고, 스트림이 개별적으로 고정된 단단한 표면과 움직이는 단단한 표면 사이로 통과된 후에 즉, 개별적인 스트림이 밀집화된 후에 유동성 형태로 압축시키고 전환된다. 개별적인 스트림은 분명한 분리층을 갖는 동시-압출성형된 제품을 형성하기 위해 최소로 혼합하는 공통의 챔버내에서 서로 결합되는 것이 바람직하다. 그러나 재료가 서로 결합되는 챔버내에서 다른 재료의 혼합물인 두 층간의 간격을 형성하기 위해 어느정도의 혼합이 발생할 수 있다. 이것은 최종 제품과 그것의 최종 용도에 대한 원하는 규격에 따른다.

다른 경우에는, 간격에 있어서 날카로운 경계선을 유지하는 것이 바람직한데 따라서, 본 발명의 방법을 수행할 때 스트림을 단일층으로 결합하는 단계는 경계면에서 다른 재료의 혼합물을 최소화 시키거나 증가시키기 위해서 수행될 수 있다.

본 방법에 있어서, 두개의 분리된 공급 스트림이 사용될 수 있으며, 이러한 목적을 위하여 "드레이즈워크" 고강도 혼합기 같은 두개의 분리된 혼합장치가 사용될 수 있다. 따라서 각 "드레이크워크" 고강도 혼합기는 비교적 비유동성이고 자체-지속성인 열가소성 수지재료 물질의 원료를 제공하고, 여기에서 물질은 부분적으로는 용융된 상태이고 각각의 적절한 재료의 수지성 공급물은 그후에 개별적으로 도면에서 예시된 바와 같은 형태의 기어-펌프장치로 공급되는 것이 바람직하며, 각각의 스트림은 기어펌프의 한쪽 측면으로 분리되어 공급된다.

본 발명에 의해 제공되는 동시-압출성형되거나 또는 다중층으로된 제품은 다른 열 및 전단 내력을 갖는 두가지 성분의 펠렛이다. 따라서, 예를들어 케이블외피용의 가교결합 가능한 화합물은 카아본블랙과 수지가 고도로 용융합된(높은 전단응력 및 온도) 일부분과 한편으로 높은 온도에 견디지 못하는 과산화물 첨가제와 같이 열에 민감한 가교화제등을 포함하는 다른 부분을 포함한다. 온도에 민감한 발포제 또는 동시에 수지에 포함될 수 있다.

본 발명의 방법에 따라서, 동시-압출성형된 단일층의 제조에 계속해서, 예를들어 생산된 제품을 적절한 냉각기술에 의해 냉각시키고, 그 다음에 계속해서 그 제품을 통상의 절차에 따라 펠렛화시키는 것과 같은 단계들에 물질을 계속해서 적용시킬 수 있다.

통상적으로, 동시-압출성형을 위한 각각의 수지성 공급물 스트림에 사용된 물질은 첨가제를 갖거나 갖지않은 동종중합체 또는 공중합체로서의 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 다른 특성을 갖는 동시-압출성형된 제품을 생산하기 위하여 기타의 열가소성 수지가 폴리올레핀과 개별적으로 또는 결합하여서 사용될 수도 있다. 고밀도, 저밀도 또는 중간밀도의 폴리에틸렌 또는 하나 이상의 다른 단량체와 에틸렌의 공중합체가 사용될 수 있다. 수지성 물질의 선택은 각각의 첨가제와 마찬가지로 최종 제품에 요구되는 특성에도 의존할 것이다. 따라서 수지성 물질은 벽면에서부터 포장에 사용되는 압출성형된 시이트물질까지 다양한 적용범위에 따라 다를 것이다.

원형이거나 평평한 모양의 이형다이들이 사용될 수 있다. 원형다이를 사용할 때 다양한 원통 모양을 얻을 수 있고 원형다이에 따라 또한 파이프, 관 또는 이와 유사한 것들과 같은 얇거나 두꺼운 벽으로된 원형이형품을 제조할 수 있다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 제품은 종래의 기술에 의해 제조된 비슷한 제품보다 우월한 많은 장점을 갖는다. 재-가공된 제품인 경우에는 매우 고속도에서 원래의 재료와 같은 특성을 갖는 재료를 획득할 수 있다. 주름관의 경우에 있어서, 고속도에서 균일한 제품들을 선행기술보다 상당히 개선된 것을 얻을 수 있다.

첨부된 도면은 본 발명에 일치하는 바람직한 형태의 기어펌프를 예시한 것이다.

제 1 도 및 제 2 도의 장치는 실시예에서 다음과 같이 사용될 수 있다. 본 장치는 용융된 물질의 장입물(실시예에서 기술한 바와같은)을 기어펌프 장치로 공급하기 위해 고강도의 혼합기인 "드레이즈워크"와 결합될 수 있다. 기어펌프 장치는 상당히 낮은 밀도의 수지물질을 컨베이어로 분배한 후에 기어펌프 장치의 입구로 공급시키는 "드레이즈워크" 고강도 혼합기를 갖도록 설치한다.

기어펌프 장치에 있어서, 주요 부품은 제 2 도에서 화살표 방향으로 회전하는 한쌍의 회전기어(10, 12)로 구성되는데, 이들은 각각 피동축에 의해 추진되며 번갈아가며 공통피동축을 통해 모터에 의해 추진된다. 기어(10, 12)는 서로 맞물리는 표면을 갖고 있으며 각각의 기어의 종축에 대해 각을 이루도록 설치되어 있다. 기어(10, 12)는 하우징의 측면(14)으로부터 떨어져서 위치한다. 기어(10, 12)와 측면(14) 사이에는 수렴형 입구(16)가 있다. 제 2 도에서 측면(14)은 일반적으로 기어(10, 12)쪽으로 수렴하는 챔버벽(18)을 형성하도록 아래 및 내부로 갈수록 뾰족해진다. 즉 "드레이즈워크" 고강도 혼합기로부터 분배된 용융 수지물질은 일반적으로 화살표(24)로 나타낸 영역의 기어펌프에 위치하고, 여기에서 중합체가 수렴 챔버(20)로 공급된 후에는 압축상태에서 밀집되어서 중합체 물질이 고정된 표면과 고도의 압력과 힘을 받고 있는 기어 바퀴사이에서 유동되도록 한다. 각각의 회전기어(10, 12)는 지점(26)에서 서로 맞물려서 중합체가 회전롤러와 수렴 챔버벽(18)에 의해 압축, 밀집되고 난뒤 배출구(30)를 통해, 바람직하다면 하우징의 바닥에 있는 이형다이(32)를 통해서, 챔버(28)로부터 배출되기 전에 공급되는 챔버(28)의 한 영역을 형성한다.

수렴챔버(20) 면적은 기어(10, 12)와 아래쪽의 챔버벽(18) 사이의 면적을 변화시키는 기어휠을 착설시켜 조절하거나 또는 기어(10, 12)와 챔버벽(18) 사이의 거리를 변화시키도록 장치의 아래쪽에 있는 조절가능한 압축판에 의하여 조절될 수 있다.

이형다이(32)는 이형품 형태를 압출성형시키기 위한 다이를 형성하거나, 또는 수지성 압출성형품을 그 이상의 조작단계로 공급하기 위해 요구되는 다이 장치의 일반적인 형태이다.

동시-압출성형에 대해서는 도면들에 예시된 바와같이 상당히 비-유동성인 열가소성 물질의 한가지 원료가 한쪽입구(16)로 공급되며 동시에 또하나의 원료는 반대편에 있는 입구(16)로 공급된다. 이러한 목적을 위해서는 물질의 분리된 원료의 공급은 예로서 단일원료중합체가 화살표(24)가 지시하는 영역으로 공급되는 이미 기술된 것과는 다르게 공급된다. 본 명세서에 기술된 장치를 사용하고 기어(10, 12)의 회전방향으로 원료가 공급되었을때 수지성물질의 각 원료는 각각의 고정된 표면과 각각의 회전기어바퀴 사이에서 중합체가 유동되도록 하고 밀집화시키도록 각각 압출될 것이다.

챔버(28)의 특별한 형태에 따라 및/또는 압축되고 밀집된 용융 스트림의 개별적인 동일성을 유지하기 위해서 장치에 다른 변형을 제공함에 의하여, 경계면에서의 스트림의 혼합정도는 그들의 결합에 대하여 이미 요구된 바에 따라 제한되거나 변형될 수 있다.

다이 입구를 통해 두개의 분리된 스트림이 결합되고 압출성형되는 지점에서, 제품의 형태와 성격은 사용된 다이의 형태와 요구되는 최종 제품에 따라 변화될 수 있다. 예를들어, 건축 자재로서 적당한 벽면 재료를 위한 압출성형 오리피스(orifice)를 갖는 이형틀을 제공하는 본 발명의 특별한 방법을 사용하여, 내부층은 "재가공"물질을 함유할 수도 있는 하나의 착색된 비닐 수지 형태일 수 있고, 반면에 동일한 혹은 다른 비닐물질로된 기타의 혹은 외부 층은 성능이 좋은 자외선 안정제와 함께 고광택 수지를 함유할 수 있는 다중층 또는 동시-압출성형된 수지복합물을 압출성형시키는 것이 가능하다. 따라서, 폴리비닐클로라이드 벽면에 관한 개발에 대한 본 명세서에서의 설명과 같이 상기에 기술된 2이상의 층이 사용될 수 있다. 이러한 관점에서 볼때, 물질의 형태는 다양할 수 있으며 적어도 폴리비닐클로라이드 또는 공중합체이외의 한층이 벽면을 제공하기 위한 첨가제와 함께 사용될 수 있다. 지금까지는 본 발명을 일반적으로 설명하였으나 이제 첨부된 실시예에 따라 더욱 바람직하게 구체화된 것을 예시할 것이다. 이것은 단지 예시하기 위한 것이다.

[실시예 1]

이산화티타늄 47%, 탄산칼슘 20% 및 폴리에틸렌 35%로 구성된 백색 마스터배치 혼합물 12파운드를 40리터의 드레이즈워크 혼합장치에다 채웠다. 이산화티타늄과 탄산칼슘 성분은 미세하게 분쇄된 입자 형태인 반면 폴리에틸렌은 미세한 입자 수지형태의 저밀도 폴리에틸렌이다. 장입시키기 전에 세개의 성분을 충분히 혼합시켜 균질한 혼합물을 얻는다. 이 혼합물은 145°까지의 온도로 올리면서 12초동안 혼합기내에서 유동시켰다. 배출된 제품은 비유동성이고, 큰 덩어리이며 부분적으로 용융된 상태에서 자체 지속성인 형태의 물질이다. 그후에, 이 물질은 도면에 제시된 형태의 기어펌프에 통과시킨다. 기어펌프는 32rpm의 속도로 작동시키며 적절한 수단에 의해 205℃의 온도를 유지시켰다. 기어펌프를 통과한 제품은 다이를 통해서 리본 모양으로 만들어지며 그후에 물로 냉각시켜서 백색 마스터배치의 펠렛을 형성하도록 펠렛화한다. 기어펌프로 부터 생성되는 제품은 부피밀도가 66ιb/ft³이고 1542kg/hr의 속도로 제조된다. 본 실시예는 조성물내에 50% 이상의 무기고체가 함유되어 있는 제품이 본 발명의 방법을 통해서 가공처리될 수 있음을 나타낸다. 고체가 충분히 분산되었으며, 이 마스터배치를 필름을 만들때 사용하면, 그 결과의 필름은 마스터배치로부터의 결이나 응집물이 제거된 것이 된다. 대조적으로, 밀(mill)을 사용해서는 동일 제품이 제조될 수 없다. 게다가 제품을 생산하는 속도가 크게 증가되었다.

[실시예 2-12]

다음의 실시예에서는, 표 1과 1a에 지적된 배합열을 사용하여 특수화된 조건하에서 실시예 1의 과정을 반복하였다.

[표 1]

[표 1a]

[표 2]

실시예 2부터 12까지의 생성물은 필름을 제조하기 위한 다양한 조성물로 사용되었고, 각 경우에 마스터배치 첨가제가 포함된 생성물은 매우 좋은 겉모양을 갖는 필름을 제공하였으며 또 몇몇 경우에는 종래의 장치에 의해서는 제조될 수 없는 생성물을 제공하였다. 필름과 같은 최종 생성물은 실질적으로 겔 또는 응집물이 제거되었으며 잘 분산됨을 발견하였다.

또한 실시예 12는 색소는 거의 혹은 전혀 포함하지 않고 유기첨가제를 포함하는 생성물이 제조될 수 있는 반면에 종래의 밀에 의해서는 상기와 같은 생성물이 붕괴되고 입방체를 형성하기 위한 좁은 시이트 형태로 제조할 수 없다.

[실시예 13]

54%의 카본블랙(Cabot 762)을 2%의 스테아르산 및 나머지 양의 용융지수 12의 선형 저밀도 폴리에틸렌(5103)과 함께 웰렉스(Welex) 혼합기내에서 30초동안 혼합하였다. 균일하게 혼합된 혼합물인 생성물을 "드레이즈워크" 고강도 혼합기에 장입시키고 유동시키며 그후에 생성된 자체-지속성 물질은 기어펌프와 다이를 통해 가공되어 리본을 형성하고 물로 냉각시킨 후에 펠렛화 하였다.

상기의 검은색 마스터배치 생성물을 사용하여 제조한 취입성형 필름은 겉모양이 좋고, 작은 입자는 종래의 어떤 방법에 의해 획득한 것보다도 우수한 것이다.

[실시예 14]

50%의 카본블랙(Cabot 762)을 2%의 스테아르산 및 나머지 양의 용융지수 12의 선형 저밀도 폴리에틸렌(5101)과 함께 원추형 혼합기내에서 20분동안 혼합시켰다. 그리고나서 실시예 13의 방법을 실시하여 검은색 마스터배치 생성물을 사용하여 제조한 취입성형필름은 불규칙성이 없는 좋은 겉모양을 지녔다.

[실시예 15]

실시예 14의 절차를 반복하여 50%의 카본블랙(Cabot 762)을 용융지수 12의 선형 저밀도 폴리에틸렌(5102) 50%와 혼합시켰다.

합성된 검은색 마스터배치 생성물을 사용하여 제조한 블로운피막은 불규칙성이 없는 좋은 겉모양을 지녔으며 이와 같은 현상은 분산제로서 스테아르산염을 사용하지 않고서도 본 발명의 방법에 따라 잘 분산된 50% 마스터배치를 획득할 수 있다는 것을 나타내준다.

[실시예 16]

본 실시예는 본 발명의 사용을 통해서 가공 처리하기 전후에 있어서의 수지 특성의 비교적 변화가 없음을 나타내 준다.

명목상의 용융지수 1을 갖는 유니폴(Unipol)수지가 사용되었다. 수행된 시험은 표준 용융지수(2160gm 부하) 시험과 더 높은 전단유동속도시험(18,300mg)이었다. 가공처리하기 전에 순수한 수지를 시험하였고 백색 마스터배치(이산화티타늄을 제외하고)를 제조하기 위한 정상적인 조건하에서 가공처리한 후에도 시험하였다. 그 결과는 다음과 같다.

[실시예 17]

수지 80%, 운모 12%, EPB 아조비스디카본아미드 0.3%, 산화방지제 0.35% 및 탄산칼슘 7%로 이루어진 기포조성물을 충분히 혼합한 후에 "드레이즈워크" 혼합기로 장입시켰다. 장입물은 2.7-4.08kg 범위의 혼합물로 변화시키고, 14-18초 동안 유동시켰다. 방출 온도는 155℃였다. 그리고나서, 생성물은 기어펌프와 형성된 다이를 통해서 가공처리한 후 냉각시키고 입방체형으로 자른다.

혼합물의 방출온도를 조절함에 의하여 발포제는 활성화되지 않으며 그리하여 최종 사용제품에서의 기포의 작용을 허용함을 발견하였다.

[실시예 18]

고밀도 폴리에틸렌 장입물 2.7-3.6kg을 "드레이즈워크" 혼합기에 장입시켰다. 유동시간은 온도를 161-170℃로 올리면서 12-14초로 변화시켰다. 생성된 물질은 190-220℃의 온도 범위에서 기어펌프를 통해 가공처리하였다. 기어펌프 다이로부터 나온 생성물은 다이 온도 260℃에서 형성시키고 냉각시킨후 펠렛화 시켰다. 펠렛의 겉모양은 양호하였다.

[실시예 19]

80% LPX-21(용융지수 6의 폴리에틸렌)과 20%의 페트로핀(Petrofin) 100(폴리부텐)을 충분히 혼합시킨 성분들 2.5kg을 "드레이즈워크" 혼합기에 장입시키고, 10초동안 처리하였다. 생성물은 기어펌프, 다이 및 다이서(dicer)를 통해 가공처리 시켰다. 낮은 용융지수의 운반체수지를 가지고 가공처리하는 동안에 또는 그후에 어떠한 문제점도 발견하지 못했다. 혼합기는 잘 작동되며 기어펌프와 다이서를 통한 공정 과정은 매우 쉽고 무난하였다. 저분자량 폴리부텐은 폴리에틸렌에 잘 분산되었다.

[실시예 20]

RFC-6 TiO₂70%와 5101 폴리에틸렌 30%로 된 마스터배치 배합물 3.6kg을 "드레이즈워크" 혼합기에 장입시켰다. 그리고 15-20초 동안 가공처리 하였다. 그후 생성된 물질은 기어펌프를 통해 압축시키고 밀집시켰으며 다이를 통해 모양을 형성한 후 냉각시키고 입방체로 절단하였다.

펌프를 통해 통과시키기에 있어서 정상적인 물질보다는 다소 어렵다 하더라도, 본 발명의 방법과 장치에 의해 고체함량이 높은 마스터배치를 얻을 수 있다는 것은 명백하였다. 펠렛이 수지와 혼합되었고 필름으로 형성되었을때 분산은 양호하였고 실질적으로 겔성 또는 응집물이 제거되었다.

[실시예 21]

484C 고충격 폴리스티렌 50%, LS-8 울트라마린(청색안료) 0.8% 및 2073 이산화티타늄 49.2%를 충분히 혼합한 후 5-10파운드이 범위내에서 "드레이즈워크" 혼합기로 장입시킨다. 유동시간은 10-20초까지 변화시켰다. 배출 온도는 199℃로 조절되었다. 기어펌프를 통과시킨 후 다이를 통해 형성시킨 물질은 취성이었다. 이 문제는 혼합물에 5-10%의 크라톤(kraton) (고무와 혼화될 수 있는 스티렌)을 첨가함으로서 해결되었다.

[실시예 21A]

이산화 티타늄 50%와 입자형태의 폴리스티렌 50%의 혼합물인 마스터배치 3.6kg을 사용한 것을 제외하고는 실시예 21의 방법을 반복 실시하였다. 혼합과 가열은 온도를 205℃까지 올리면서 20초 동안 수행하였고, 방출된 생성물은 비유동성이고 자체-지속성이며 부분적으로 용융된 물질이었다.

205℃의 온도에서 25rpm으로 작동되는 기어펌프를 통과시켜 680kg/hr(종래의 방법보다 상당히 큰값)으로 리본 생성물(부피밀도 561ℓb/ft³)을 제조하고, 냉각시키고, 펠렛화 시켰다. 본 생성물의 사용은 매우 좋은 분산성을 나타내었다.

[실시예 22]

3.5%의 이산화티타늄을 함유하는 선형 저밀도 폴리에틸렌의 식료품 봉투로부터 잘라낸 것들을 포함하는 스크랩물질 6.8kg을 40ℓ의 "드레이즈워크" 혼합기에 장입시켰다.

혼합물을 10초 동안 혼합기내에서 유동시켰고, 128℃의 온도에서 배출시켰다. 드레이즈워크 혼합기로부터 방출될 때 혼합물은 비유동성이고 거대 부피이며 부분적으로 용융된 상태인 자체-지속성 물질로 구성되어 있었다.

이 생성물을 149℃의 온도에서 32rpm 속력으로 작동되는 기어펌프로 장입시켰다. 기어펌프로부터 배출될때 그 생성물을 다이에 통과시키고 물로 냉각시킨 후, 펠렛화 시켰다. 기어펌프에서 배출될 때 생성물은 밀도가 0.927g/cc이며, 약 1360kg/hr의 속도로 배출되었다. 이 생성물의 물리적 특성은 많이 변화되지 않았으며 식료품 봉투를 제조하기 위하여 사용될 수도 있다는 것이 밝혀졌다.

상기와 같은 과정을 수회 반복하였다. 그러나 모든 경우에서 물리적 특성의 심각한 변화는 일어나지 않았다.

[실시예 23-30]

상기에 제시된 일반적인 방법을 사용할때, 폴리프로필렌을 이용하여 다음과 같은 마스터배치 생성물이 제조되었다.

상기 마스터배치 생성물은 폴리프로필렌으로 구성된 사출성형 제품에 있어서 펠렛화된 형태로 사용되었다. 이와같은 폴리프로필렌 마스터배치 생성물은 폴리프로필렌으로 구성된 성형 제품을 위해 폴리에틸렌 운반체를 갖는 마스터배치를 사용했을때 보다 제품에 있어서 더 좋은 분산 특성을 갖는다는 것이 발견되었다.

[실시예 31]

고밀도 폴리프로필렌 필름 스크랩 50%, 고밀도 폴리프로필렌 수지 47.5% 및 카본블랙 2.5% 로 구성된 것 6.8kg을 40ℓ의 "드레이즈워크" 혼합장치에 장입시켰다.

혼합기내에서 이 혼합물의 회전시간은 9초였고, 143℃의 온도에서 비유동성이고 거대부피를 갖으며 부분적으로 용융된 상태인 자체 지속성 물질로 배출되었다. 혼합기로 부터의 배출은 160℃의 온도에서 3000rpm으로 작동하는 기어펌프를 통해서 진행되었다. 기어펌프로부터의 배출량은 약 1134kg/hr이었다. 기어펌프로부터 방출된 후에 적당한 다이(즉, 바닥 공급 나선형 튜브 형성다이)는 약 6인치까지 확장된 다이로부터 출구에서 약 5인치의 직경을 갖는 튜브를 생성시킨다. 그 튜브는 물-냉각 주름제조기에서 실온까지 냉각시키고, 따라서 실질적으로 약 0.076cm의 균일한 벽두께를 갖는 주름관을 생산한다.

상기 실시예는 단지 바람직한 구체적인 예를 기술한 것이다.

이것은 본 발명의 보다 넓은 영역에서 이해될 것이며, 새로운 방법이 본 발명의 영역 및 목적과 분리되지 않으면서 다양한 구체적인 예로서 적용될 수 있다. 본 발명은 사출성형 기술, 전선 피복, 파이프압출성형, 시이트압출성형, 편평한 다이압출성형 등에서 사용될 수 있다. 장치는 플라스틱 기술분야에서 공지되었으며, 그러므로 연속적인 가공처리를 위해 공급되는 용융된 물질은 장치에 유동성인 용융된 물질을 공급하는 본 발명의 방법 및 장치를 사용함에 의하여 본 발명으로 도입될 수 있다.

본 발명의 방법 및 장치는 종래의 방법 및 장치의 단점을 극복한 방법으로 여러가지 다양한 조작에 대해 많은 양의 유동성 수지 공급물질을 제공하는 간단하고 경제적인 방법을 제공한다. 부가적으로 본 발명의 생성물은 선행 기술분야 생성물을 능가하는 개선점을 제공하는데 예를들자면 수지성 물질에 있어서 이전에 가능했던 것보다 더 높은 하중을 제공하고, 또한 원료 또는 천연물질과 같은 기준으로 사용될 수 있는 수지성 물질을 제공하며, 해로운 영향을 주는 온도를 초과하지 않고 지금까지는 가능하지 않았던 다양한 중합체와 성분을 합성함에 의하여 상기의 몇몇 실시예에서 나타내었다.

본 발명의 방법을 실시함에 있어서, 많은 형태의 수지성 물질이 사용될 수 있는데 어떤 주어진 적용에서 사용되는 재료의 형태에 의해서 일차적으로 선택된 것이다. 사용될 수 있는 전형적인 재료는 동종중합체 및 공중합체, 삼원공중합체(terpolymer) 및 기타의 중합체를 포함하는 잘 알려진 폴리올레핀 수지를 포함한다. 물질은 폴리에틸렌 중합체와 같은 단순한 폴리올레핀으로부터 좀더 복잡한 공중합체까지 변화될 수 있으며, 어떤 특별한 수지 물질의 선택은 해당분야에 숙련된 기술자들내에서 가능할 것이다.

본 발명의 목적 및 영역과 분리되지 않으면서, 다양한 변형이 상기에 기술된 구체적인 설명에서 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (29)

1. 압출된 물질을 공급하고, 첫번째 단계에서 상기 물질을 혼합과 동시에 적어도 그들의 용융온도로 가열하여서 상기 물질이 부분적으로 용융된 상태의 비교적 비유동성, 자체유지성 덩어리 형태로 되되 상기 덩어리는 비교적 낮은 밀도를 가지며 유동성 덩어리가 되는 것을 방지하는데 도움이 되도록 내부에 내포공기를 가지며, 별도의 두번째 단계에서 상기 부분용융상태의 저밀도, 비유동성, 자체유지성 덩어리를 기어펌프의 고정된 단단한 표면과 움직이는 단단한 표면 사이로 공급하여서 상기 덩어리가 유용 가능형태가 되도록 덩어리로부터 내포공기를 제거하며 덩어리를 밀집(densify), 압축 및 전환시키고, 상기 밀집 및 압축된 유동성 물질을 압출성형하는 것으로 구성시킨 압출성형제품의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 첫번째 단계는 수지원료를 고강도로 혼합시키는 단계 및 유동체가 되도록 할만큼 충분히 높지는 않으나 적어도 수지의 용융온도까지는 가열된 거대부피의 수지덩어리를 형성시키는 단계를 포함하되 상기 혼합은 상기 물질이 비유동성 덩어리 형태에 있을 때까지 수행되며, 두번째 단계는 상기의 거대부피 수지덩어리를 고정된 단단한 표면과 움직이는 단단한 표면사이를 통과시켜서 용융된 유동성 덩어리로 밀집시키는 단계를 포함하고, 압출성형은 압출성형물을 만들기 위한 다이를 통해 직접 수행되는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 수지원료가 원료물질과 적어도 하나의 마스터배치 첨가제를 포함하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 물질이 다이를 통해 압출되되, 압출된 물질은 그후 냉각 및 펠렛화되는 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 물질은 공중합체 또는 동종중합체 형태의 폴리올레핀으로 구성되고, 마스터배치 첨가제는 상기 물질의 혼합 및 가열단계 이전에 상기 물질과 혼합시키되, 이 단계가 압출된 물질을 펠렛화시키는 단계를 또한 포함하여서 향상된 특성의 마스터배치 펠렛을 형성시키는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 물질은 마스터배치를 형성하기 위해 착색제, 발포제 및 산화방지제, 안티블로킹제, 자외선 방지제 및 이들의 혼합물로부터 선택된 첨가제를 포함하는 방법.
7. 압출된 물질이 부분적으로 용융된 상태의 비유동성, 자체유지성 덩어리 형태로 되되, 이 덩어리는 낮은 밀도를 가지며, 유동성 덩어리가 되는 것을 방지하는데 도움을 주기 위해 내부에 내포공기를 갖도록 압출될 물질을 혼합과 동시에 적어도 그들의 용융온도로 가열하는 혼합 및 가열수단, 상기 상태의 덩어리를 별도의 압축수단으로 공급하는 수단, 고정된 단단한 표면과 움직이는 단단한 표면으로 구성되어서 상기 덩어리를 밀집 및 압축하여 유동성형태로 만드는 기어펌프의 압축수단 및 수렴형 입구를 통해 밀집 및 압축된 유동성 형체를 압출하는 수단으로 구성된 압출성형제품의 제조장치.
8. 제 7 항에 있어서, 기어펌프가 한쌍의 맞물리는 회전기어를 포함하는 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 기어는 기어와 평평한 표면 사이의 장입물질을 압축하여서 밀집 및 압축된 덩어리를 유동성 형태로 만들도록 개조시킨 앵글기어(angled gear)이며, 상기 장치에 기어와 평평한 표면사이를 통과한 유동성 덩어리를 배출하는 배출수단을 포함시킨 장치.
10. 제 8 항에 있어서, 압출이형품을 제조하기 위해 수렴형 입구에 연결시킨 다이를 포함하는 장치.
11. 제 7 항에 있어서, 혼합 및 가열수단이 "드레이즈워크" 형태의 고밀도 혼합기를 포함하는 장치.
12. 제 2 항에 있어서, 다이는 벽면(siding)형상을 가지며, 이 다이를 통해 벽면을 연속체로 압출하고, 압출된 벽면을 냉각시켜서 벽면형상의 압출이형물을 제조하는 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 수지는 공중합체 또는 동종중합체 형태의 폴리비닐 클로라이드 수지를 포함하는 방법.
14. 스크랩의 필름형성 열가소성 물질을 스크랩물질로 되기전의 물질과 실질적으로동일한 압출성형특성을 갖는 열가소성 원료물질로 재가공하는 방법에 있어서, 폐기된 스크랩물질을 혼합단계로 공급하고, 상기물질을 혼합과 동시에 적어도 그들의 용융온도로 가열하여서 상기 물질이 부분적으로 용융된 상태의 비교적 비유동성, 자체유지성 덩어리 형태로 되되 상기 덩어리는 비교적 낮은 밀도를 가지며 유동성 덩어리가 되는 것을 방지하는데 도움이 되도록 내부에 내포 공기를 가지며, 별도의 두번째 단계에서 상기 부분용융상태의 저밀도, 비유동성, 자체유지성 덩어리를 기어펌프의 고정된 단단한 표면과 움직이는 단단한 표면으로 공급하여서 상기 덩어리가 유동가능 형태가 되도록 덩어리로부터 내포공기를 제거하고 이 덩어리를 밀집 압축 및 전환시키고, 상기 부분용융상태의 덩어리 온도를 스크랩물질의 비필름형성 외부물질의 기화 또는 분해온도 이하로 유지하면서 상기 밀집 및 압축된 유동성 물질을 압출성형시키는 것으로 구성시킨 압출성형제품의 제조방법.
15. 제 14 항에 있어서, 스크랩물질은 외부물질의 대부분이 휘발성 잉크성분인 필름형성 열가소성 물질로 구성되는 방법.
16. 제 14 항에 있어서, 부분용융상태의 덩어리가 비용융 외부물질을 거르기 위해 필터를 통과하는 방법.
17. 제 14 항에 있어서, 필름형성 열가소성 물질이 폴리올레핀 또는 폴리올레핀들의 혼합물인 방법.
18. 제 17 항에 있어서, 폴리올레핀은 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 공중합체인 방법.
19. 제 14 항에 있어서, 상기 덩어리를 밀집시킨후 압출될 물질을 펠렛화하는 또다른 단계를 포함하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서, 펠렛화된 물질이 취입관 제조공정에 공급되어서 취입관 제조공정의 공급물질의 적어도 일부분으로 사용되는 방법.
21. 제 1 항에 있어서, 상기 유동성 물질이 취입관 제조용 다이를 통해 압출되며, 취입관 형성을 위해 압출 및 절첩(collapsing)후 관을 냉각시키는 또다른 단계를 포함하는 방법.
22. 제 21 항에 있어서, 용융상태의 압축된 덩어리가 취입관 제조공정에 직접 공급되어서 이 공정의 원료중 합체로 사용되는 방법.
23. 동시-압출성형제품(co-extruded product)을 제조하는 방법에 있어서, 수지물질이 부분적으로 용융된 상태의 비교적 비유동성, 자체유지성 덩어리 형태로 되되 상기 덩어리는 비교적 낮은 밀도를 가지며 유동성 덩어리가 되는 것을 방지하는데 도움이 되는 내포공기를 갖도록 열가소성 수지물질의 각 공급 스트림을 별도로 혼합 및 적어도 그들의 용융온도까지 가열하여서 적어도 두개의 열가소성 수지물질의 별도 공급 스트림을 형성시키는 단계, 각 스트림을 위한 별도의 유동통로를 형성시키되, 상기 덩어리로부터 내포공기를 제거하고, 각 열가소성 수지물질 덩어리가 유동가능한 형태가 되게 상기 덩어리를 밀집, 압축 및 전환시키도록 부분용융상태의 저밀도, 비유동성, 자체유지성 덩어리를 기어펌프의 고정된 단단한 표면과 움직이는 단단한 표면사이로 각각 공급하는 단계, 단일층의 유동성 물질이 되도록 가 유동통로의 스트림을 하나의 공통 유동통로로 결합시키는 단계 및 상기 결합층을 단일 압출성형제품으로 압출시키는 단계로 구성시킨 압출성형제품의 제조방법.
24. 제 23 항에 있어서, 압출성형품이 펠렛을 형성하기 위한 펠렛화 단계를 거치는 방법.
25. 제 23 항에 있어서, 각 공급스트림이 적어도 하나의 상대적으로 다른 특성을 갖는 열가소성 수지물질을 포함하여서 적어도 하나의 상대적으로 다른 특성을 갖는 열가소성 수지물질의 동시-압출성형품을 형성하는 방법.
26. 제 23 항에 있어서, 공급스트림의 적어도 하나는 가교제, 착색제 또는 기포제를 포함하는 방법.
27. 주름관을 형성하기 위한 방법에 있어서, 수지원료를 고강도로 혼합시키고 유동체가 되도록 할만큼 충분히 높지는 않으나 적어도 수지의 용융온도까지는 가열하여 거대부피의 수지덩어리를 형성시키되 혼합은 그 내부에 내포공기를 가지며 부분적으로 용융된 상태의 비교적 저밀도, 비유동성, 자체유지성 덩어리 형태에 있을때까지 진행되고, 별도의 두번째 단계에서 상기 부분용융상태의 비교적 저밀도, 비유동성, 자체유지성 거대부피의 수지덩어리가 용융상태의 유동성 수지덩어리로 되도록 기어펌프의 고정된 단단한 표면과 움직이는 단단한 표면 사이로 상기 덩어리를 통과시킴으로서 밀집시키고, 압출튜브형상을 형성하도록 튜브형상의 다이를 통해 직접 압출시키고, 상기 튜브를 냉각시키고 주름을 잡는 것으로 구성시킨 성형압출제품의 제조방법.
28. 취입관을 형성하기 위한 방법에 있어서, 수지원료를 고강도로 혼합시키고 유동체가 되도록 할만큼 충분히 높지는 않으나 적어도 수지의 용융온도까지는 가열하여 거대부피의 수지덩어리를 형성시키되 혼합은 그 내부에 내포공기를 가지며 부분적으로 용융된 상태의 비교적 저밀도, 비유동성, 자체유지성 덩어리 형태에 있을때까지 진행되고, 별도의 두번째 단계에서 상기 부분용융상태의 비교적 저밀도, 비유동성, 자체유지성 거대부피의 수지덩어리가 용융상태의 유동성 수지덩어리로 되도록 기어펌프의 고정된 단단한 표면과 움직이는 단단한 표면 사이로 상기 덩어리를 통과시킴으로써 밀집시키고, 압출튜브를 형성하도록 취입관형상의 다이를 통해 직접 압출시키고, 상기 튜브를 팽창시키고 뒤이어 냉각시키는 것으로 구성시킨 성형압출제품의 제조방법.
29. 압출가능한 수지물질을 혼합, 가열 및 압출다이로 공급하여 성형압출제품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 혼합 및 가열 단계에서 상기 수지물질은 부분적으로 용융된 상태의 비교적 비유동성, 자체유지성 덩어리 형태로 되되 상기 덩어리는 유동성 덩어리가 되는 것을 방지하기 위해 내포공기를 갖는 비교적 저밀도 덩어리이고, 별도의 두번째 단계에서 부분적으로 용융된 상태의 비교적 비유동성, 자체유지성 덩어리를 기어펌프의 고정된 단단한 표면과 이동하는 단단한 표면 사이로 공급하여서 상기 내포공기의 상당부분을 제거시킨 유동성 덩어리로 만드는 방법.

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