발포성 폴리스티렌 비드의 제조방법 document_id A220623053276

PSF는 압출에 의해 제조된다. 이러한 경우, 폴리스티렌은 압출기에 용융된다. EA 및 기타 첨가제는 핫 멜트(hot melt)에 적재되며, 폼 제품이 압출된다. PSF 제조를 위한 이러한 압출법은 EP 0445847 A2에 공지되어 있다. 이 공지방법에 따르면, 폴리스티렌은 압출기의 용융 구역 내로 용융된다. 이어서, 별개의 조성을 갖는 프레온 그룹, C2 - C3, 이산화탄소 또는 그 혼합물의 사실 길이를 갖는 포화 탄화수소류로부터 선택된 EA가 적재된다. 중합체 용융물은 용융 구역에서 EA와 혼합된다. 이어서, 상기 혼합물은 냉각 구역에서 냉각되며, 폼 제품이 압출된다. 이 방법으로 발포된 제품이 표면 마무리는 혼합 구역과 압출기 보어의 입구 사이의 일정범위의 압력차이를 유지함으로써 조절된다. 좁은 분자량 분포 및 낮은 용융 흐름 지수(Melt Flow Index, MFI g/10 min)을 갖는 특별한 등급의 폴리스티렌만이 상기 압출법에 의한 PSF 제조에 사용될 수 있다. 폴리스티렌에 대한 이러한 엄격한 요구조건은 발포방법에 기초한 압출의 특성에 기인한다. 이것은 폼 제품의 라인을 크게 제한하고 비용을 증가시킨다. 특히, 상기 압출방법은 실질적으로 30 kg/m3 이하의 충진밀도를 갖는 경량의 폼 제품의 제조를 허용하지 않는다. 상기 압출방법에 대한 또 다른 제한은 좁은 범위의 제품이다. 예를 들어, 섹션에서 최대 50 cm의 두께를 갖는 필름, 플레이트, 패널의 형태로만 제품을 제조하는 것이 가능하다. 다른 형상을 갖는 경량의 폼 제품을 제조하려면, 다른 EPS가 사용된다. 이러한 종류의 EPS는 중합단계에서 중합체 비드 및 EA의 습윤(wetting out)을 포함하는 스티렌의 과립화 중합에 의해 제조된다. EPS 제조법에 기초한 이러한 과립화 중합은 JP(공개출원) 491141, US 5,240,967, RU 2087486 C1, FR 2725995 A1, US 5,616,413, DE 19548311 A1, DE 19642658 A1, FR 2820427 등에 폭넓게 공지되어 있다. 이 방법은 200,000 이하의 비교적 낮은 분자량 및 3 이상의 용융 흐름 지수를 갖는 중합체를 얻는다. 이 발포성 현탁 폴리스티렌은 25 kg/m3 이하의 충진밀도를 갖는 어떤 형상의 폼 제품 제조에 적합하다. 그러나 발포성 현탁 폴리스티렌을 사용한 플레이트, 또는 다른 고밀도 제품의 제조는 원료 소비(EPS) 및 공정처리에 필요한 에너지로 인한 과도한 원가상승을 가져온다. 이 방법은 압출법에 의해 제조한 PSF의 품질과 동등한 품질을 얻는 것이 불가능하기에 바람직하지 않다. 더욱이, 현탁에 기초한 방법은 처리해야하는 대량의 배출수가 발생한다. 상기 현탁에 기초한 방법은 폭넓은 입자 크기 분포를 갖는 것을 특징으로 한다. 그러나 폼 제품의 제조는 일정한 입자 크기 분포를 갖는 EPS 비드만을 사용한다. 이러한 사실은 1.5 mm 이상의 직경 및 입자 크기를 갖는 비드의 추가적인 스크리닝 사이증[참조: Chem.-Ing. techn., 1996, v68,No. 10, p. 1200] 뿐만 아니라 최종 비드 및 분말 상 잔여물의 리사이클링을 필요로 한다. 이러한 공정은 EA의 존재로 인해 방해를 받는다. 또 다른 공지방법인 US 특허 5,000,801호에는 좁은 입자크기 분포를 갖는 EPS 비드 또는 입자의 제조시 EPS와 핵제(nucleation agent)를 혼합하는 것이 개시되어 있다. EPS 비드는 현탁에 기초한 방법에 의해 제조되며, 5.9 내지 7.5중량%의 EA를 함유한다. 핵제는 구연산과 소다를 혼합하여 제공되며, 0.25 - 0.4 g/kg EPS의 함량이 사용된다. EPS 비드와 핵제를 혼합기에서 혼합한 후, 압출기로 전달된다. 중합체를 용융한다. 중합체 필라멘트를 115℃ - 125℃의 온도 및 1,800 - 2,000 psi, 및 발포를 방지할 수 있는 조건하에서 압출한다. 이러한 조건은 약 22℃(15 내지 30℃)의 물 온도를 유지하는 항온 수조(water bath)를 포함한다. 이 항온수조에서, 압출된 필라멘트는 압출 속도보다 1.8배 빠른 속도로 배출된다. 연신(延伸)된 필라멘트는 EA를 함유하는 폴리스티렌 비드로 절단된다. 이 방법의 커다란 단점은 200,000 이하의 분자량(Mw), 또는 정확하게는 90,000 내지 150,000이 분자량 및 4.5 내지 5.0의 용융 흐름 지수를 갖는 폴리스티렌을 사용한다는 것이다. 다른 단점으로는 주요 중합체가 비드 등의 응집을 막는 대전방지제, 내부 윤활제와 같은 첨가제를 함유하지 않는다는 것이다. 이러한 환경은 이 방법의 적용을 크게 제한한다. 발포성 폴리스티렌 비드의 제조방법은 EP 0668139 A1에 공지되어 있다. 이 방법에 따르면, 폴리스티렌 용융 흐름 및 EA의 흐름이 혼합 구역 내로 공급된다. EA는 제1 제1 정적 혼합기내에서 완전한 전단 혼합에 의해 중합체 용융물에 분산된다. 상기에서 제조된 혼합물은 제2 정적 혼합기에서 완전한 전단 혼합하에 유지된다. 이 혼합물을 제3 전단 혼합기에서 혼합하에 냉각시켜 중간 온도로 냉각하고 혼합물을 후-냉각하여 과립화에 필요한 온도로 냉각한다. 중합체 필라멘트는 급속 냉각(shock cooling)하에 압출 노즐을 통해 압출되며, 과립 형태로 절단된다. 이 방법에 따르면, 중합체 용융물은 압출기 및 대량 중합에 의한 폴리스티렌 제조용 장치로부터 정적 혼합기로 공급될 수 있다. 혼합물을 동시에 전단 홉합을 하면, 중합체 용융물 중의 EA의 확산 동정이 가능하다. 냉각단계 이후, 중합체 용융물을 약 120℃의 온도까지 냉각시킨다. 이 온도에서, 압력을 약 10 MPa까지 낮춘다. 압출 노즐에서, 압력을 1 MPa까지 낮춘다. 약 10℃의 온도로 유지되는 항온 수조에서 중합체 필라멘트를 압출시킨다. 균일한 EZ 및 동일한 크기를 갖는 EPS 비드가 생성되었다. 이 공지방법의 단점은 EPS를 제조하기 위해 단지 하나의 중합체(즉, 일정한 좁은 분자량 분포를 갖는 중합체)의 연속공정에 적합하다는 사실에 있다.