WO2011122870A2 - 고분자수지의 연속 압출방법 - Google Patents

고분자수지의 연속 압출방법 Download PDF

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WO2011122870A2
WO2011122870A2 PCT/KR2011/002220 KR2011002220W WO2011122870A2 WO 2011122870 A2 WO2011122870 A2 WO 2011122870A2 KR 2011002220 W KR2011002220 W KR 2011002220W WO 2011122870 A2 WO2011122870 A2 WO 2011122870A2
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polymer
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이기윤
이용현
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충남대학교산학협력단
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    • B29C48/285—Feeding the extrusion material to the extruder
    • B29C48/29—Feeding the extrusion material to the extruder in liquid form
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    • B29K2105/0005—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing compounding ingredients

Definitions

  • the present invention relates to a continuous extrusion method of a polymer resin, a continuous extrusion to enable a continuous process while the polymer surface is coated by injecting an organic-inorganic material lubricating the surface of the polymer into the die during extrusion through a die It is about a method.
  • the conventional polymer continuous extrusion process was able to work at a resin temperature higher than the melting temperature (T m ) of the resin in the case of the crystalline polymer or higher than the transition temperature (T g ) in the case of the amorphous polymer. This is because when the resin temperature is lowered, the resin solidifies and sticks to the inner surface of the die, and continuous operation is impossible.
  • the present invention is to provide a new continuous extrusion method of a polymer resin to be easily extruded by injecting an organic-inorganic coating material lubricating the surface of the polymer in order to facilitate the extrusion of the polymer.
  • the present invention is to enable the extrusion of the polymer melt with a very high viscosity, and to enable low-temperature extrusion, by introducing an organic-inorganic coating material that acts as a lubricating coating to the die to coat the surface of the extrudate, the polymer resin is It is an object of the present invention to provide a new continuous extrusion method of a polymer resin which is easily extruded.
  • the present invention is characterized by a method of continuously extruding a polymer resin capable of significantly lowering the extrusion pressure as well as a high viscosity polymer melt near the melting temperature of the resin. More specifically, in the continuous extrusion method of the polymer resin,
  • the temperature range of the die satisfies Equation 1 below for crystalline polymers, and satisfies Equation 2 below for non-crystalline polymers.
  • P T is the temperature of the polymer resin in the die
  • T m is the melting temperature of the crystalline polymer resin
  • T g is the glass transition temperature of the amorphous polymer resin.
  • the polymer resin may be used as a crystalline polymer, an amorphous polymer or a mixture thereof.
  • crystalline polymers include polyethylene, polypropylene, polyvinyl acetate copolymers, copolymers or blends thereof, and the like.
  • amorphous polymer resin include polyvinyl chloride, polystyrene, copolymers or blends thereof, and the like.
  • additives commonly used in the art may be added.
  • the additive is usually added in the melt extrusion process, it means an additive used to improve the physical properties of the polymer resin, the type is not limited. Specifically, for example, a blowing agent, a pigment, an organic filler, an inorganic filler, a plasticizer, and the like may be used, but are not limited thereto.
  • the organic-inorganic coating agent may be specifically used, for example, water, silicone oil, ethylene glycol, canola oil, oligomer or synthetic oil.
  • Polypropylene may be used as the polymer resin as an example of the present invention, and the extrusion temperature may be a polypropylene resin having a melting temperature (Tm) of 130 to 170 ° C, a MI of 0.1 to 50, and a specific gravity of 0.8 to 1.0. It is excellent in processability and is suitable for injecting organic-inorganic substances or oligomers. A polymer other than that can also be mixed and workability can be improved.
  • Tm melting temperature
  • MI melting temperature
  • specific gravity 0.8 to 1.0
  • the resin composition is melt kneaded during continuous operation in an extruder, and in the process, additives and polypropylene resins are uniformly mixed, and in this case, the screw rotation speed is 10 to 50 rpm and the extrusion amount is 0.1 to 0.5 Kg /. h is preferred.
  • the present invention is continuously extruded from a temperature lower than the melting temperature or glass transition temperature of the polymer resin by coating the organic, inorganic or oligomer, which is a solvent having a lower viscosity than the extrudate and is insoluble in the polymer extrudate (poor solvent) It is characteristic in manufacturing.
  • the temperature of the die preferably satisfies Expression 1 and Expression 2 below.
  • P T is the temperature of the polymer resin in the die
  • T m is the melting temperature of the crystalline polymer resin
  • T g is the glass transition temperature of the amorphous polymer resin.
  • the organic-inorganic coating is also performed at a relatively low temperature, that is, a condition at which the viscosity of the polymer in the die is increased, that is, at a transition temperature (melting temperature T m for crystalline polymers and glass transition temperature T g for amorphous polymers).
  • a transition temperature melting temperature T m for crystalline polymers and glass transition temperature T g for amorphous polymers.
  • T m melting temperature
  • T g glass transition temperature
  • the present inventors have studied to solve the above problems, and as a result of injecting a low viscosity organic-inorganic coating material into the die, the viscosity of the polymer resin is very high or is present on the surface even at or below the melting temperature of the polymer resin.
  • Extrusion through a new method of coating the substrate or oligomer, etc. solves this problem, and surprisingly found that the polymer molded body can be extruded from a melt of high viscosity at low temperature, thereby completing the present invention.
  • the organic-inorganic coating agent may use a variety of oligomers or synthetic oils, such as silicone oil, ethylene glycol, canola oil, etc., it is preferable because water does not require post-treatment to wash.
  • Extrusion method according to the present invention can provide a new concept of extrusion process that can be extruded at a temperature near or below the transition temperature of a high viscosity polymer melt or polymer resin.
  • the continuous extrusion method according to the present invention is capable of extruding even in a state of high viscosity melt, and thus it is possible to continuously extrude from the die at or near the melting temperature of the polymer resin, and to reduce the extrusion pressure and reduce the torque.
  • the fuel cost of the energy is reduced, power consumption is reduced, manufacturing costs are reduced, and carbon dioxide emissions are reduced.
  • the present invention is a method that can work at a high viscosity of the polymer melt can significantly extend the continuous extrusion working temperature.
  • the resin temperature in the extruder should be maintained above the melting temperature, but can be adjusted to change the properties of the final extrudate.
  • the degree of freedom in die shape can be increased by reducing die swell, which is a critical parameter in the shape of the final extrudate.
  • the extruder was used for the continuous extrusion process, HAAKE Rheomex R252 (Single Screw Extruder).
  • the extruder is 19 mm in diameter, 25 L / D single screw type and has three heating zones in the extruder. Each heating zone is temperature controlled by a computer.
  • four sensor ports are provided in the barrel to directly measure the actual pressure distribution in the extruder or the temperature of the molten resin. The optimal location to be injected can be determined.
  • HAAKE's Rheomix R252 extruder can control and measure temperature through the HAAKE PolyLab OS-System (computer program), as well as measure the torque value of the motor five times per second when the screw is rotated. ) Value.
  • the pressure is also measured five times per second on a computer through a pressure sensor connected to the die and displayed as graphs and data values.
  • the pressure of the extruder or the die was measured by directly contacting the polymer resin with a pressure sensor for dynicsco's polymer resin.
  • a screw having a mixing head at a compression ratio of 3: 1 was used.
  • the die used a capillary nozzle having a diameter of 1 mm and an L / D of 20.
  • Polypropylene copolymer was used Honam Co., Ltd. SEP750 (melting point 131 °C), was used to dry the moisture content to less than 0.1%.
  • talc a resin composition raw material mixed with a resin was added to a hopper to rotate a screw. At this time, the screw rotation speed was 20 rpm and the extrusion amount was 0.2 Kg / h.
  • the extruder barrel temperature was adjusted to 70 ° C., 180 ° C. and 180 ° C., respectively, and gradually cooled in a static mixer, the temperature of the extruder head was adjusted to 160 ° C., and the silicon oil (Shin-Etsu) was extruded while maintaining cooling inside the die.
  • Product Name: KF-96-20CS, Specific Gravity: 0.95, Viscosity: 20mm 2 / s ( 0.019 Pa.s at 25 ° C) It was coated and then extruded through a die.Silicone oil was injected into the die using a pump (manufactured by Mahr), and liquid was filled in the grooves of the rotating gear when the gear engagement at the inlet of the pump was released.
  • the extrudate was obtained at a lower temperature than near the melting point and higher than the general extrusion state of 9 ° C.
  • Example 1 The same experiment as in Example 1 except that the temperature of the die was changed in Example 1.
  • the end of the die that is, the temperature just before the discharge, was adjusted to 125 ° C. in order to control the low temperature of the extrudate upon discharge from the die.
  • An extrudate at a low temperature of 5 ° C. below the melting point was obtained.
  • low density polyethylene Hanhwa Co., Ltd.
  • the temperature of the end of the die that is, the temperature just before the discharge, was adjusted to 100 ° C. in order to adjust the low temperature of the extrudate upon discharge from the die.
  • An extrudate at a low temperature of 14 ° C. below the melting point was obtained.
  • the other extruder used the same thing as Example 1, and used the same silicone oil.
  • Example 2 Except that the silicone oil was not injected in Example 2 was the same as in Example 1.
  • the end of the die that is, the temperature just before being discharged, was adjusted to 125 ° C. in order to control the extrudate at low temperature upon exit from the die.
  • the extrudate was cooled and solidified and was not discharged from the die, making continuous processing impossible.
  • the experiment was set to 550 bar in order to protect the extruder equipment.
  • the extruder was stopped beyond 550 bar, the pressure was over 550 bar, and the torque could not be continuously extruded to 4000 Ncm.
  • Extrusion method according to the present invention can provide a new concept of extrusion process that can be extruded at a temperature near or below the transition temperature of a high viscosity polymer melt or polymer resin.

Abstract

본 발명은 a) 고분자 수지 및 첨가제를 포함하는 수지조성물을 압출기에 투입하는 단계; b) 상기 혼합된 조성물을 용융하며 고분자 용융체를 다이로 이송하는 단계; c) 상기 다이의 내부로 고분자의 표면에 윤활 작용을 하는 유무기 코팅물질을 주입하여 상기 고분자 수지 용융체의 표면을 코팅하면서 다이로부터 압출하여 성형체를 제조하는 단계; 를 포함하는 결정성 및 무결정성 고분자수지의 연속 압출방법에 관한 것이다.

Description

고분자수지의 연속 압출방법
본 발명은 고분자수지의 연속 압출방법에 관한 것으로, 다이를 통해 압출 시 상기 다이 내부에 고분자의 표면에 윤활 작용을 하는 유무기 물질을 주입하여 고분자 표면이 코팅이 되면서 연속 공정이 가능하도록 한 연속압출방법에 관한 것이다.
종래 고분자 연속압출 공정은 결정성 고분자의 경우에는 수지의 용융온도(Tm) 보다 높은 수지 온도에서 또는 무결정성 고분자의 경우에는 전이온도(Tg)보다 높은 온도에서 작업이 가능하였다. 이는 수지온도를 낮출 경우에 다이 내부 표면에 수지가 고화되며 붙어서 연속작업이 불가능하기 때문이다.
또한, 수지의 점도가 아주 높아지거나 고화되는 어려운 작업환경에서는 연속압출이 불가능하므로 생산성이 저하되는 현상도 발생된다.
본 발명은 고분자의 압출을 용이하도록 하기 위하여 고분자의 표면에 윤활 작용을 하는 유무기코팅물질을 주입하여 코팅이 되도록 함으로써, 고분자 수지가 쉽게 압출되도록 하는 고분자 수지의 새로운 연속 압출방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 점도가 매우 높은 고분자 용융체의 압출이 가능하도록 하며, 저온 압출이 가능하도록 하기 위한 것으로, 윤활코팅 역할을 하는 유무기코팅물질을 다이에 투입하여 압출물의 표면이 코팅되도록 함으로써, 고분자 수지가 쉽게 압출되도록 하는 고분자 수지의 새로운 연속 압출방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 수지의 용융온도 부근에서의 고점도 고분자 용융체 뿐만 아니라 압출 압력을 획기적으로 낮출 수 있는 고분자 수지의 연속 압출하는 방법에 특징이 있다. 보다 구체적으로 본 발명은 고분자 수지의 연속 압출방법에 있어서,
a) 고분자 수지 및 첨가제를 포함하는 수지조성물을 압출기에 투입하는 단계;
b) 상기 혼합된 조성물을 용융하며 고분자 용융체를 다이로 이송하는 단계;
c) 상기 다이의 내부로 고분자의 표면에 윤활 작용을 하는 유무기 코팅물질을 주입하여 상기 고분자 수지 용융체의 표면을 코팅하면서 다이로부터 압출하여 성형체를 제조하는 단계;
를 포함한다.
보다 구체적으로 본 발명에서 상기 다이의 온도범위는 결정성고분자인 경우 하기 식 1을 만족하고, 무결정성 고분자인 경우 하기 식 2를 만족하는 것이 바람직하다.
[식 1]
Tm-60℃ ≤ PT ≤ Tm+300℃
[식 2]
Tg-10℃ ≤ PT ≤ Tg+350℃ 이다.
(상기 식 1 및 2에서 PT는 다이에서 고분자 수지의 온도이며, Tm은 결정성 고분자 수지의 용융온도를 의미하고, Tg는 무결정성 고분자 수지의 유리전이온도를 의미한다.)
이하 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에서 상기 고분자 수지는 고분자 수지 단독, 종류가 서로 다른 1종 이상의 고분자 블렌드 또는 고분자 수지와 첨가제의 혼합물을 사용할 수 있다. 압출 공정과 그 이외의 연속 공정에 사용되는 모든 고분자가 사용될 수 있다.
구체적으로 상기 고분자 수지는 결정성고분자, 무결정성 고분자 또는 이들을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
상기 결정성고분자의 구체적인 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 아세테이트공중합체 및 이들의 공중합체 또는 블렌드물 등을 사용할 수 있다. 상기 비결정성 고분자 수지의 구체적인 예를 들면, 폴리염화비닐, 폴리스타이렌, 및 이들의 공중합체 또는 블렌드물 등을 사용할 수 있다.
또한 필요에 따라 해당분야에서 통상적으로 사용하는 첨가제를 추가할 수 있다. 상기 첨가제는 통상적으로 용융압출 공정에서 첨가되거나, 고분자 수지의 물성을 향상시키기 위하여 사용되는 첨가제를 의미하는 것으로 그 종류는 한정되지 않는다. 구체적으로 예를 들면, 발포제, 안료, 유기충전제, 무기충전제, 가소제 등이 사용될 수 있으며, 이들에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 유·무기코팅제는 점도가 500 Pa·S(=약 505mm2/s) 이하인 유기물 또는 무기물을 사용하는 것이 바람직하다. 유·무기코팅제의 점도가 500 Pa·S를 초과하는 경우는 일반적으로 고분자 용융점도보다 높아 유·무기코팅제가 고분자 유체와 다이표면 사이를 흐르지 못하고 유체의 중심부로 이동하려는 경향이 있기 때문이다. 보다 구체적으로는 유·무기코팅제의 점도는 50 PaS 이하인 범위가 바람직하다.
상기 유·무기코팅제는 구체적으로 예를 들면, 물, 실리콘오일, 에틸렌글리콜, 카놀라유, 올리고머 또는 합성오일 등을 사용할 수 있다. 또한 증점제를 혼합하여 점도를 조절한 유·무기코팅제도 사용 가능하다.
본 발명에서의 예로써 상기 고분자 수지로는 폴리프로필렌을 사용할 수 있으며, 용융온도(Tm)는 130 ~ 170℃, MI는 0.1 ~ 50, 비중이 0.8 ~ 1.0인 폴리프로필렌계 수지를 사용하는 것이 압출가공성이 우수하고 유무기 물질 또는 올리고머 등을 주입하기에 바람직하다. 그 이외의 폴리머를 혼합하여 가공성을 향상시킬 수도 있다.
본 발명에서 상기 수지조성물을 압출기에서 연속작업 시 용융 혼련되며, 이 과정에서 첨가제와 폴리프로필렌계수지가 균일하게 혼합이 되며, 이때 압출기에서 스크류 회전 속도는 10 ~ 50rpm, 압출량은 0.1 ~ 0.5Kg/h인 것이 바람직하다.
본 발명은 압출물보다 점도가 낮고 고분자 압출물에 용해되지 않는 용매(poor solvent)인 유기물, 무기물 또는 올리고머 등을 코팅하여 고분자수지의 용융온도 또는 유리전이온도 보다 낮은 온도에서부터 높은 온도까지 연속적으로 압출 제조하는데 특징이 있다. 구체적으로, 다이의 온도는 하기 식 1 및 식 2를 만족하는 것이 바람직하다.
[식 1]
Tm-60℃ ≤ PT ≤ Tm+300℃
[식 2]
Tg-10℃ ≤ PT ≤ Tg+350℃ 이다.
(상기 식 1 및 2에서 PT는 다이에서 고분자 수지의 온도이며, Tm은 결정성 고분자 수지의 용융온도를 의미하고, Tg는 무결정성 고분자 수지의 유리전이온도를 의미한다.)
보다 구체적으로 상기 다이에서의 고분자의 점도가 상승되는 조건인 상대적으로 낮은 온도 즉 전이온도(결정성 고분자의 경우는 용융온도 Tm, 무정형 고분자의 경우는 유리전이온도 Tg) 근처에서도 유무기코팅물질의 주입 및 코팅에 의해 고분자 용융체를 연속작업으로 압출 생산할 수 있게 된다. 따라서 본 발명은 고분자 용융체의 높은 점도가 예상되는 온도 Tm-60℃ 로부터 Tm+300℃까지의 범위 및 Tg-10℃에서 Tg+350℃까지의 범위에서도 연속압출이 가능하다.
기존의 일반적인 압출 공정에서 수지의 용융온도보다 50℃ 이상의 온도에서 작업을 하는 것에 비해 연속 압출 공정 조건의 범위를 확장하였다는 것도 발명의 의미가 있다. 기존의 방식으로는 압출기내의 수지내부의 온도를 용융온도 이상으로 유지해야 하므로 고분자 물성 상 압출물의 물성특성에 한계가 있을 수밖에 없다.
본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과, 저 점도의 유무기 코팅물질을 다이에 주입하여 줌으로써 고분자 수지의 점도가 매우 높거나 고분자 수지의 용융온도 이하 또는 부근의 온도에서도 표면에 유무기물 또는 올리고머 등이 코팅되는 새로운 방법을 통하여 압출함으로써 이러한 문제점을 해소하고, 놀랍게도 저온에서 고점도의 용융체로 부터 고분자 성형체를 압출 제조할 수 있음을 발견하게 되어 본 발명을 완성하였다.
본 발명에서 상기 유무기코팅제 또는 올리고머 등은 압출 가공 시 고분자수지에 비하여 점도가 적은 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 압출 작업 시 폴리프로필렌의 경우 100 s-1 전단속도에서 점도가 약 300 Pa·s 이므로, 그 이하가 되는 유무기물질 또는 올리고머라면 제한되지 않다. 보다 바람직하게는 물을 포함하여 poor solvent 이면 제한되지 않는다. 보다 바람직하게는 500 Pa·S(=약 505mm2/s) 이하의 점도인 유무기코팅제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유무기코팅제는 실리콘오일, 에틸렌글리콜, 카놀라유 등 각종 올리고머 또는 합성오일 등을 사용할 수 있으며, 물을 사용하는 경우 세척하는 후처리가 필요 없으므로 바람직하다.
본 발명에 따른 압출방법은 고점도의 고분자 용융체 또는 고분자수지의 전이온도 부근 또는 그 이하의 온도에서 압출이 가능한 새로운 개념의 압출공정을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연속압출방법은 고점도 용융체인 상태에서도 압출 작업이 가능해지며, 따라서 고분자수지의 용융온도 부근의 또는 그 이하의 온도에서 다이로부터 연속압출이 가능하고, 압출압력의 감소, 토크의 감소로 에너지 연료비용이 절감되므로 전력 소모를 저감하고, 제조단가를 낮추고, 이산화탄소 발생을 저감하는 효과가 있다.
본 발명은 고분자 용융체의 높은 점도에서 작업이 가능하여 연속압출 작업온도를 획기적으로 확장시킬 수 있는 방법이다.
기존의 방식으로는 압출기내의 수지 온도를 용융온도 이상으로 유지해야하나 이를 조정할 수 있어 최종 압출물의 물성특성에 변화를 기할 수 있다.
또한, 최종 압출물의 형태에 결정적 변수인 다이 스웰을 감소시켜 다이 형상에 자유도를 높일 수 있다.
이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 일례를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
이하 실시예 및 비교예에서 연속 압출 성형공정을 위해 압출기는 HAAKE사의 Rheomex R252(Single Screw Extruder)를 사용하였다. 압출기는 지름이 19㎜이고 길이가 25 L/D 단축 스크류 방식이며, 압출기 내에 3개의 가열 영역(heating zone)을 가진다. 각각의 가열 영역(heating zone)은 컴퓨터를 통해 온도가 제어되며, 특히 배럴에 4개의 센서 포트(sensor port)가 있어 압출기내의 실제 압력분포나, 용융 수지의 온도를 직접 측정할 수 있어 물리 발포제가 주입되는 최적 위치를 결정할 수 있다.
압출기제원은 아래 표1과 같다.
[표 1]
Figure PCTKR2011002220-appb-I000001
스크류는 압축비 3:1에 믹싱 헤드를 가진 것을 사용하였다. 다이는 지름 1㎜에 L/D가 20인 캐필러리(capillary) 노즐을 사용하였다.
물성을 하기 방법으로 측정하였다.
HAAKE사의 Rheomix R252 압출기는 HAAKE PolyLab OS-System(컴퓨터 프로그램)을 통하여 온도를 제어하고 측정할 수 있을 뿐만 아니라 스크류 회전 시 모터에 걸리는 토크 값을 1초에 5번 측정하여 컴퓨터에서 그래프 및 데이터(data) 값으로 보여준다. 압력 또한 다이에 연결된 압력 센서를 통해서 컴퓨터에 1초에 5번 측정되어 그래프 및 데이터(data) 값으로 보여준다.
1) 압출기의 압력
압출기 또는 다이의 압력 측정은 다이니스코사 고분자 수지용 압력 센서로 고분자 레진을 직접 접촉하여 압력을 측정하였다.
2) 압출기의 토크
HAAKE사의 Rheomix R252 압출기의 토크 측정은 본 압출기에 장치된 토크 측정기로(로드셀 기기를 이용한 측정 방법) 측정하였다.
[실시 예 1]
연속 압출 성형공정을 위해 압출기는 HAAKE사의 Rheomex R252(Single Screw Extruder)를 사용하였다. 압출기는 지름이 19㎜이고 길이가 25 L/D 단축 스크류 방식이며, 압출기 내에 3개의 가열 영역(heating zone)을 가진다. 각각의 가열 영역(heating zone)은 컴퓨터를 통해 온도가 제어되며, 특히 배럴에 4개의 센서 포트(sensor port)가 있어 압출기내의 실제 압력분포나, 용융 수지의 온도를 직접 측정할 수 있어 물리 발포제가 주입되는 최적 위치를 결정할 수 있다.
스크류는 압축비 3:1에 믹싱 헤드를 가진 것을 사용하였다. 다이는 지름 1㎜에 L/D가 20인 캐필러리(capillary) 노즐을 사용하였다.
폴리프로필렌 공중합체는 호남(주)의 SEP750를 사용(융점 131℃)하였으며, 수분 함량이 0.1% 미만이 되도록 건조하여 사용하였다.
연속공정으로 압출기 배럴에 2개의 압력센서, 다이에 1개의 압력센서, 그리고 폴리프로필렌 공중합체의 온도를 적절히 조절하기 위해 스태틱 믹서(static mixer)를 장착하고 설정온도로 20분간 예열(pre-heating)하였다.
폴리프로필렌 공중합체 100 중량부에 대하여, 첨가제로 탈크를 2 중량부 사용하였으며, 수지와 첨가제가 섞인 수지조성물 원료를 호퍼에 넣고 스크류를 회전시켰다. 이때의 스크류 회전 속도는 20rpm이었고 압출량은 0.2Kg/h이었다.
압출기 배럴 온도는 각각 70℃, 180℃, 180℃로 조절하였으며, 스태틱 믹서에서 서서히 냉각하여, 압출기 헤드의 온도는 160 ℃로 조절하였고, 다이의 내부에서 냉각을 지속시키면서 압출되기 전에 실리콘오일(신에츠사, 제품명 : KF-96-20CS, 비중: 0.95, 점도 : 20mm2/s(= 0.019 Pa·s, 25℃에서)을 0.03kg/h으로 주입시켜 다이를 통과하면서 압출물의 표면을 실리콘 오일이 코팅되도록 하고 이를 다이를 통하여 압출되게 하였다. 실리콘오일은 펌프(Mahr사 제품)를 이용하여 다이에 주입하였으며, 펌프의 흡입구에서 기어(gear) 맞물림이 풀어질 때 회전 gear의 홈에 액체가 채워진다. 이 때 기어 캐스팅(gear casing) 및 플레이트(plate)에 의해 생긴 공간에 액체가 채워지면 casing 내부원주를 따라 토출 쪽으로 이동하고 토출구에서 액체는 gear 맞물림에 의해 흘러간다. 흘러간 액체는 토출구에 연결된 스테인레스(stainless) 재질의 관을 따라서 다이에 뚫린 홈을 통해 다이 안으로 들어가게 하였다. 이 때 펌프의 주입속도는 50rpm이었으며, 펌프에서 주입되는 실리콘 오일의 온도는 140℃이었다.
이때에 다이의 끝, 즉, 다이에서 배출되기 직전의 수지온도는 140℃(= Tm + 9℃)로 조절하였다.
그 결과, 융점근처이며 9℃ 높은 일반 압출상태 보다 저온 상태에서의 압출물을 얻을 수 있었다.
이때 압출기 배럴 내 스크류의 압력과 토크를 측정해본 결과, 압력은 19~20bar 이었으며 토크는 700~900Ncm 정도이었으며 한 시간 동안 연속적으로 작업을 해본 결과 연속적으로 안정하게 수지가 압출되는 것을 볼 수 있었다.
[실시 예 2]
상기 실시 예 1에서 다이의 온도를 변화시킨 것을 제외하고는 실시 예 1과 동일하게 실험하였다.
즉, 다이에서 배출시 압출물의 낮은 온도로 조절하기 위하여 다이의 끝, 즉, 배출되기 직전의 온도는 125℃로 조절하였다. 융점보다 5℃ 낮은 저온 상태에서의 압출물을 얻을 수 있었다.
이때 압출기 배럴 내 스크류의 압력과 토크를 측정해본 결과, 압력은 30~33bar 이었으며 토크는 1200~1500Ncm 이었다. 한 시간 동안 연속적으로 실험해본 결과 연속적으로 안정하게 수지가 압출되는 것을 볼 수 있었다.
[실시 예 3]
상기 실시 예 1에서 폴리올레핀계 수지로 저밀도폴리에틸렌(한화(주) LDPE 960(MI=3) 융점 114℃)을 사용하여 수지의 종류를 변화시킨 것을 제외하고는 실시 예 1과 동일하게 실험하였다.
즉, 다이에서 배출시 압출물의 낮은 온도로 조절하기 위하여 다이의 끝, 즉, 배출되기 직전의 온도는 100℃로 조절하였다. 융점보다 14℃ 낮은 저온 상태에서의 압출물을 얻을 수 있었다.
이때 압출기 배럴 내 스크류의 압력과 토크를 측정해본 결과, 압력이 26~28bar 이었고 토크는 1000~1300Ncm 이었다. 한 시간 동안 연속적으로 실험해본 결과 연속적으로 안정하게 수지가 압출되는 것을 볼 수 있었다.
[실시예 4]
상기 실시 예 1에서 폴리올레핀계 수지로 저밀도폴리에틸렌(한화(주) LDPE 960(MI=3) 융점 114℃)을 사용하고, 압출기 다이에서의 온도를 하기 표 2와 같이 변화시키면서 실험한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 압출물을 제조하였다. 압출기의 배럴에 부착된 밴드히터의 온도는 C1, C2, C3로 나타내었다. 상기 압출물 제조 시, 압출기 배럴 내 스크류의 토크와 다이에서의 압력을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure PCTKR2011002220-appb-I000002
상기 표 2에서 보이는 바와 같은 조건에서 실험하였으며, 수지의 융점 이상의 온도범위에서도 실리콘오일을 투입했을 때, 압력이 떨어지고 토크도 감소되어 안정적으로 압출이 되는 현상을 볼 수 있었다.
[실시예 5]
PVC(중량평균분자량 1300, Tg=70℃) 100 중량부(phr)에 TOTM(Trioctyl Trimellitate) 30 중량부(phr)를 포함하여 컴파운드로 제조된 태성전장의 VCX-01을 사용하였다. 이를 호퍼에 넣고 압출기 스크류를 회전시키며 작업하였다. 이때의 스크류 회전 속도는 20rpm이었고 압출량은 0.21Kg/h이었다.
그 밖의 압출기는 실시예 1과 동일한 것을 사용하였으며 실리콘 오일도 동일한 것을 사용하였다.
표 3에서는 압출기 다이에서의 온도를 변화시키면서 실험하였다. 압출기의 밴드히터의 온도는 C1, C2, C3로 나타내었다.
[표 3]
Figure PCTKR2011002220-appb-I000003
다이의 온도가 상승하면 오일을 투입하기 점차 용이해지고 오일이 투입되면 압력이 최저로 떨어지고 토크도 감소하고 작업이 안정적이 되는 것을 볼 수 있었다.
[비교 예 1]
상기 실시 예 2에서 실리콘오일을 주입시키지 않은 것을 제외하고는 실시 예 1과 동일하게 실험하였다.
즉, 다이에서 배출시 압출물을 낮은 온도로 조절하기 위하여 다이의 끝, 즉, 배출되기 직전의 온도는 125℃로 조절하였다. 압출물이 냉각 고화되고 다이에서 배출되지 않아 연속공정이 불가능하였다.
이때 압출기 배럴 내 스크류의 압력과 토크를 측정한 결과, 압출기 장비 보호 차원에서 550bar로 설정하여 실험을 하였는데 550bar를 넘어 압출기가 정지되어 압력이 550bar 이상이었고, 토크는 4000Ncm 으로 연속적으로 압출이 불가능하였다.
본 발명에 따른 압출방법은 고점도의 고분자 용융체 또는 고분자수지의 전이온도 부근 또는 그 이하의 온도에서 압출이 가능한 새로운 개념의 압출공정을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연속압출방법은 고점도 용융체인 상태에서도 압출 작업이 가능해지며, 따라서 고분자수지의 용융온도 부근의 또는 그 이하의 온도에서 다이로부터 연속압출이 가능하고, 압출압력의 감소, 토크의 감소로 에너지 연료비용이 절감되므로 전력 소모를 저감하고, 제조단가를 낮추고, 이산화탄소 발생을 저감하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. a) 고분자 수지 및 첨가제를 포함하는 수지조성물을 압출기에 투입하는 단계;
    b) 상기 혼합된 조성물을 용융하며 고분자 용융체를 다이로 이송하는 단계;
    c) 상기 다이의 내부로 고분자의 표면에 윤활 작용을 하는 유무기 코팅물질을 주입하여 상기 고분자 수지 용융체의 표면을 코팅하면서 다이로부터 압출하여 성형체를 제조하는 단계;
    를 포함하는 고분자 수지의 연속 압출방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다이의 온도범위는 결정성고분자인 경우 하기 식 1을 만족하고, 무결정성 고분자인 경우 하기 식 2를 만족하는 고분자 수지의 연속 압출방법.
    [식 1]
    Tm-60℃ ≤ PT ≤ Tm+300℃
    [식 2]
    Tg-10℃ ≤ PT ≤ Tg+350℃ 이다.
    (상기 식 1 및 식 2에서 PT는 다이에서 고분자 수지의 온도이며, Tm은 결정성 고분자 수지의 용융온도를 의미하고, Tg는 무결정성 고분자 수지의 유리전이온도를 의미한다.)
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유·무기코팅제는 점도가 500 PaS 이하인 유기물 또는 무기물을 사용하는 고분자수지의 연속 압출방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유·무기코팅제는 물, 실리콘오일, 에틸렌글리콜, 카놀라유, 올리고머 또는 합성오일인 고분자수지의 연속 압출방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 압출공정이 가능한 고분자 수지 단독 또는 2종 이상의 블렌드물인 고분자수지의 연속 압출방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 고분자수지는 결정성 고분자 수지, 무결정성 고분자 수지 또는 이들의 혼합물인 고분자수지의 연속 압출방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 결정성 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 아세테이트공중합체 및 이들의 공중합체 또는 블렌드물이고, 무결정성 고분자 수지는 폴리염화비닐, 폴리스타이렌, 및 이들의 공중합체 또는 블렌드물인 고분자수지의 연속 압출방법.
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