KR102390536B1 - 2축 스크류형 압출건조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물을 포함하는 아크릴계고무중합체에서 물을 효율적으로 제거하면서도 상기 아크릴계고무중합체의 물성을 유지하며 생산성을 증가시킬 수 있는 스크류형 압착 탈수 방법 및 동 스크류형 탈수기에 관한 것이다.

Description

2축 스크류형 압출건조기{Twin Screw Extrusion Dryer}

본 발명은 물을 포함하는 아크릴계고무중합체에서 물을 효율적으로 제거하면서도 상기 아크릴계고무중합체의 물성을 유지하며 생산성을 증가시킬 수 있는 스크류형 압착 탈수 방법 및 동 스크류형 탈수기에 관한 것이다.

종래의 현탁중합에 의한 고분자의 탈수는 기타방법으로는 유동 건조 등에 의한 것이 일반적이고 현재에도 대부분 동일한 방법에 의해 건조하고 있는 것이 실정이다. 이러한 기류, 유동 건조기를 이용할 경우, 건조 공정에서는 액상 성분을 원심탈수기 등으로 제거한 후, 수분을 증발시키기 위해 다량의 열에너지를 필요로 해, 또한 그 손실도 크고 동시에 수지의 열 열화가 촉진된다. 이 경우에는 분체로 얻어지므로, 에너지가 많이 들기도 하지만 분진폭발문제도 있고 또한 유동하는 분체의 블로킹이나 취급의 어려움 등의 문제점을 가진다.

이러한 문제를 개선하기 위하여 현탁 중합에 의해 얻어진 비닐계중합체의 슬러리에서 필터 또는 원심탈수기에 의해 수분의 대부분을 제거한 후, 미건조의 함수 중합체를 다수의 슬릿을 형성한 탈수부와 적어도 1 곳 벤트개구부를 마련한 배럴과 상기 배럴 내에 삽입되는 스크류로 구성되는 2축 압출기에 공급하고 내부에서 압착 탈수함과 동시에 가소화해 동 압출기의 선단 노즐에서 용융 상태에서 연속적으로 압출하는 중합체의 회수 방법이 알려져 있지만, 탈수 효과가 여전히 충분하지 않은 실정이다.

또한 여전히 탈수 효율이 좋지 않아 이 후, 혼련이나 용융단계의 Vapor발생의 원인이 되기도 하고, 에너지가 많이 들어가는 단점이 여전히 존재하고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고, 건조효율이 우수하고, 또한 건조과정에서 탄화가 발생하지 않으며 압축건조 과정에서 후단에서 과량으로 여전히 존재하는 물에 의해 내부 압력이 증가하고, 또한 압력의 증가로 최종 생산되는 펠렛 내부에 발포셀이 없으며, 펠렛화 한 후 다른 열가소성 수지와의 블랜딩 및 가공 시에 제품의 표면 균일성이 저하되는 문제가 발생되지 않는 아크릴 고무의 탈수 장치 및 탈수공정을 제공한다. 또한 탈수과정에서 압출 탈수기 내부의 내입이 상승하여 기계 운전의 안정성이 저하되는 문제를 해결한 새로운 방법을 제공하는 것이다,

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 새로운 2축 스크류를 이용한 압출건조 방법 및 건조장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 연구한 결과, 유화중합을 통해 제조한 아크릴계 고무 중합의 응집 혼합물(물과 고무 입자 및 각종 첨가제를 포함하는 중합된 슬러리 형태임)을 스크류형 압출건조기의 원료 투입부, 압착부(컴프레션 존), 1차 탈수 슬릿존, 스퀴징 존, 및 제2차 슬릿존, 니딩존, 진공배출 존 및 펠렛타이징 존의 배열을 포함하는 배럴을 가지고 상기 배럴에 삽입되는 2축 스크류를 가지는 압출 건조기를 제공함으로써 본 발명을 완성하였다.

또한 본 발명은 유화중합을 통해 제조한 아크릴계 고무 중합의 응집 혼합물(물과 고무 입자 및 각종 첨가제를 포함하는 중합된 슬러리 형태임)을 스크류형 압출건조기의 원료 투입부, 압착부, 1차 탈수 슬릿존, 스퀴징 존, 제2차 슬릿존, 니딩존, 제 3차 슬릿존, 진공배출 존 및 펠렛타이징 존의 배열을 포함하는 배럴을 가지고 상기 배럴에 삽입되는 2축 스크류를 가지는 압출 건조기를 제공함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 일 양태는 2축 스크류형 압출건조기로서, 상기 건조기가 아크릴 슬러리를승온에 의해 응집하는 컴프레션 존, 액상의 물을 배출하는 탈수기능을 가지는 제1슬릿존, 제1슬릿존을 짜서 탈수하는 후압을 제공하는 제1스퀴징존, 증기상의 물을 배출하는 제2슬릿존, 니딩존, 감압배출존 및 펠렛타이징 하는 다이헤드부를 포함하는 아크릴고무슬러리를 건조하여 펠렛화하는 2축 스크류형 압출건조기를 제공한다.

이상, 본 발명의 각 구간별 온도 프로그램, 스퀴즈 존의 스크류엘리먼트 및 컴프레션 존의 온도 프로그램, 감압배출 부 등을 복합적으로 채택함으로써, 우수한 탈수 효과와 더불어 분말 형태가 아닌 펠렛 형태로 제조할 수 있으므로, 취급이 용이한 효과를 달성할 수 있다.

또한 종래의 2축 압출기에 간단한 개량을 통해서도 용이하게 펠렛 형태로 중합체를 얻을 수 있으며, 내부의 탈수 효과의 증가로 인하여 분말형태가 아닌 펠렛 형태로 제조하여도 함수율을 충분히 낮출 수 있는 우수한 효과를 달성한다.

따라서 취급이 원할 하고, 본 발명의 펠렛 형태의 아크릴 고무를 이용하여 다른 열가소성 수지와 혼련할 때, 혼련효과 및 분산효과도 우수하며 추가의 탈수 단계를 최소화하는 가공에서의 장점을 또한 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 압출건조기의 간략 구성도이다.
도 2는 스크류의 엘리먼트 및 스퀴징 존의 엘리먼트 모식도이다.

이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.

또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명의 일 양태는 2축 스크류형 압출건조기로서, 상기 건조기가 아크릴 슬러리를 승온에 의해 응집하는 컴프레션 존, 액상의 물을 배출하는 탈수기능을 가지는 제1슬릿존, 제1슬릿존을 짜서 탈수하는 후압을 제공하는 제1스퀴징존, 증기상의 물을 배출하는 제2슬릿존, 니딩존, 감압배출존 및 펠렛타이징 하는 다이헤드부를 포함하는 아크릴고무슬러리를 건조하여 펠렛화하는 2축 스크류형 압출건조기를 제공한다.

일 양태에서, 상기 컴프레션 존은 복수의 구획으로 나누어지며, 각 존의 온도를 60~150℃로 유지하여 슬러리의 응집을 촉진하는 아크릴고무슬러리를 건조하여 펠렛화하는 것일 수 있다.

일 양태에서, 상기 컴프레션 존의 온도를 60~150℃, 더욱 구체적으로 70~100℃에서 승온 및 냉각 하여 응집효율을 높이는 것인 아크릴고무슬러리를 건조하여 펠렛화 하는 것일 수 있다.

본 발명에 따라 반용융된 아크릴 고무는 헤드의 다이를 통하여 스트랜드로 압출되어 다이부를 통하여 펠렛으로 컷팅되어 포장된다.

또한 본 발명은 상기 각 슬릿존의 후단부의 스크류 채널의 깊이가 전단의 스크류의 채널의 깊이 보다 낮게 함으로서, 각 슬릿 존에서의 탈수 효과를 더욱 증진 시킬 수 있다.

또한 본 발명은 스퀴징 존의 스크류의 엘리먼트로 실린더 형태로서 채널이 형성되지 않은 실링(Seal Ring)형태(도 2(b)참조)를 가지도록 하여 압축효율을 증가시켜 제 1 슬릿 존에서 탈수 효과를 10 %이상, 더욱 좋게는 20 % 이상 증가시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기에서 채널은 도 2(a)에서 각 엘리먼트와 엘리먼트 사이에 형성된 저면과 엘리먼트 상부까지의 거리를 의미한다.

또한 본 발명은 컴프레션 존에서 온도프로그램을 실시하여 승온과 냉각을 번갈아 함으로써, 피딩되어 들어오는 응집물의 응집크기를 더욱 증가시켜 스퀴징 존에서 탈수 효과를 더욱 증가시키는 것을 또한 특징으로 한다. 온도를 냉각 및 히팅 존으로 복수로 구분되는 컴프레션 존을 채택함으로써, 탈수 효과를 더욱 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명은 컴프레션 존에는 60~150℃ 내에서 프로그램하거나 또는 60~150℃로 유지하고, 제 1슬릿 존, 제 1스퀴징 존 및 제 2스퀴징 존의 온도를 100~250℃로 승온하여 탈수 하고, 이어서 니딩존에서 상기 제 2스퀴징 존의 온도 보다 10~50℃로 낮게 설정함으로써, 용융에 의한 융착을 방지하면서, 니딩에 의해 분쇄하여 분말 또는 작은 덩어리로 으깨어 주어 제2슬릿 존 또는 벤틸레이션 존에서 베이퍼상으로 탈수를 촉진하도록 할 수 있다. 상기 온도를 낮추지 않을 경우, 부분 용융으로 융착되어 제 3슬릿 존이나 벤틸레이션 존에서 물이 증기상으로 증발하여 제거되는 효율을 떨어뜨리므로 좋지 않다.

이하 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 살핀다.

본 발명에서는 컴프레싱 존은 복수의 온도 설정 존으로 형성되며, 아크릴고무 슬러리를 투입하여 온도를 60 내지 150℃로 승온함으로서, 응집된 투입 슬러리의 응집체의 크기를 증가시키는데, 더욱 좋게는 컴프레션 존에서 온도프로그램을 실시하여 승온과 냉각을 번갈아 함으로써, 피딩 되어 들어오는 응집물의 응집크기를 더욱 증가시켜 스퀴징 존에서 탈수 효과를 더욱 증가시키는 경우 더욱 우수한 탈수 효과를 가지므로 더욱 선호한다. 즉, 온도를 냉각 및 히팅 존으로 복수로 구분되는 컴프레션 존을 채택함으로써, 탈수 효과를 더욱 증가시킬 수 있다. 온도 프로그램을 설정하지 않을 경우에는 60~150℃로 각 존을 유지함으로써 응집크기의 증가를 꽤할 수 있지만, 온도프로그램으로 냉각 승온을 반복하는 것이 현저한 탈수 효과의 증진을 가져오므로 더욱 선호한다.

컴프레션 존에서는 이러한 응집크기를 증가시킨 후, 2축 스크류에 의해 다음단계로 이송되는 단계이다.

다음 컴프레션 존을 통과하여 고온에서 충분히 응집된 아크릴고무 혼합물은 제 1차 슬릿존에서 물의 30%이상, 좋게는 50%이상의 물을 제거한다. 상기 1차 슬릿존은 컴프레션 존에서 유입되는 슬러리응집체를 1차 슬릿존의 후단에 존재하는 스퀴징존의 배럴의 높이를 증가시켜 이송속도를 지연함으로써, 1차 슬릿존의 응집체를 짜면서 회전하게 되어 물이 슬릿존에 형성된 슬릿을 통과하면서 탈수가 진행된다.

따라서 본 발명의 또 다른 특징은 스퀴징존의 배럴의 높이를 조절하여 전진속도를 보다 감속시킴으로써, 탈수 효율을 더욱 증가시킨 것을 하나의 특징으로 한다. 1차 슬릿 존에서 탈수율을 50 wt%이상, 좋게는 60 wt%이상, 더욱 좋게는 70 wt%이상 달성할 수 있으며, 통상 스퀴징존의 배럴의 높이를 높게 하지 않은 경우에는 30 wt% 정도의 탈수율을 가지지만 본 발명에서는 현저히 높은 탈수율을 가지므로, 후단에서의 증기발생이나, 최종 건조된 펠렛의 함유율이 낮아서 추가의 건조단계를 가질 필요가 없어서 좋다.

또한 상기 1차 스퀴징 존에서는 컴프레션 존보다 온도를 승온하여, 100~250℃까지 승온 함으로써, 1차 스퀴징되는 고무응집체를 부분 용융하여, 스퀴즈 존의 압축을 더욱 향상시켜, 탈수 효율을 증가시키는 것 또한 본 발명의 특징이다. 통상적으로 컴프레션 존의 온도가 100℃일 경우, 1차 스퀴징 존의 온도는 160~180℃로 유지하는 경우 탈수효율도 증가시키면서, 1차 슬릿으로 탈수와 더불어 증기로 배출하여 탈수 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.

1차 스퀴징 존에 의해 1차 슬릿 존에서 탈수 된 수지는 니딩 존으로 투입되는데, 이 때, 니딩 존에서는 상기 1차 스퀴징 존에서 부분 멜트된 상태보다 낮은 온도로 설정하여 파우더 상으로 분쇄하고, 이를 다시 2차 슬릿 존으로 이송하고 2차 슬릿 존 후단부에 존재하는 2차 스퀴징 존에서 배럴의 높이를 스퀴징 존의 배럴의 높이보다 높게 조정하여 2차 스퀴징 존에서 압착하여 추가 탈수 하고, 2차 스퀴징 존을 통과한 수지 내에 포함된 물 등은 감압 탈수 벤틸레이션 장치를 통하여 추가 탈수되어 95wt% 이상, 좋게는 98wt% 이상의 물이나 미반응단량체를 제거하게 된다.

이 후, 탈수된 수지 분말은 다이헤드에서 커팅되어 펠렛으로 제조된다.

또한 본 발명은 상기와 같이, 컴프레션부, 스퀴징부, 니딩부, 헤드다이부의 온도를 조절하는 온도제어 수단을 구비하며, 상기 복수의 스퀴징부의 배럴의 스크류가 원판형 스크류로서, 높이가 타 부분의 전방 전진 스크류의 높이보다 높게 설정되어 전진을 방해하고 압축을 증가시켜 슬릿에서의 탈수 효율을 더욱 증가한 것을 또한 특징으로 한다.

또한 본 발명은 필요 시 니딩존 이후에 3차 슬릿존을 더 구비하여 탈수단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일예를 들어 설명하면, 도 1과 같이 설명될 수 있다. 도 1의 간략 건조기의 도면을 이용하여 설명하면, 40~70wt%의 물을 포함하는 아크릴고무 슬러지를 바렐의 원료투입구에 투입하면, 예를 들면 30~40％의 물을 포함한 ABS 그라프트 중합체를 배럴의 원료 투입구에 투입하면, 2축 스크류의 회전으로 전방으로 보내진다. 컴프레션존에서는 복수의 구간으로 구성되며, 각 구간에 상이한 온도로 프로그램될 수도 있고 동일한 온도로 프로그램될 수도 있다. 각 구간의 온도는 60~150℃의 범위에서 설정되고, 온도의 편차를 크게 할수록 응집효과가 우수하므로 더욱 좋다, 예를 들면, 100℃, 70℃, 100℃, 70℃와 같이 온도를 반복하는 경우, 슬러리의 응집효과가 더욱 우수하여 후단의 슬릿존이나 스퀴징존에서이 탈수 효과가 더욱 증대될 수 있어서 더욱 좋다, 상기 켐프레션 존에서 온도를 히팅 및 냉각은, 냉각 및 히팅 수단을 통해서 온도를 조절 할 수 있다. 그러나 온도 프로그램의 경우 에너지 소모가 클 수 있으므로, 일정한 온도로 유지하는 것도 좋은데, 이 때 온도를 높일수록 응집효과가 우수하므로 선호된다, 예를 들면 각 컴프레션 존의 온도를 모두 100℃로 설정하는 것을 예로 들 수 있다.

상기 컴프레션 존에서 응집을 촉진 시킨 후, 1차 슬릿 존 후단에 위치하는 1차 스퀴징 존의 스크류의 형상을 다른 바렐 존의 스크류엘리먼트인 예를 들면 RFV엘리먼트(도 2(a)) 등의 형상과 상이한 실링(seal ring)(도 2(b)참조)의 형태를 가지는 스크류를 채택함으로써, 1차 슬릿 존의 탈수 효율을 현저히 증가시킨다. 상기와 같이 스퀴징 존의 스크류엘리먼트의 변화를 부여함으로써, 본 발명의 스퀴징존이외에 채택한 동일한 형태 또는 유사한 형태의 RFV엘리먼트와 같은 엘리먼트의 채널의 깊이를 얇게 하여 스퀴징을 부여하는 것에 비하여, 현저한 탈수효과 예를 들면, 10%이상, 좋게는 20%이상의 탈수 효과의 증대를 가져올 수 있다. 이러한 탈수 효과의 증대로, 후단에 위치한 스퀴징존이나 니딩존의 실린더의 온도를 150℃이상 좋게는 예를 들면 160~230℃로 승온하고, 제 1차 슬릿 존의 후단에 위치하는 2차 또는 3차 슬릿존에서 물로서 배출되기 보다는 증기로서 배출되도록 할 수 있는 효과를 가질 수 있다, 1차 슬릿 존에서 충분한 탈수 효과를 가질 수 없다면 2차 및 3차 슬릿 존에서 여전히 물과 같은 액체 형태로 탈수해야 하므로, 탈수 공정이 길어지거나 또는 증기로 탈수하는 공정을 더 부가하는 등의 문제점이 나타날 수 있다.

이 후 1차 탈수된 수지는 니딩존으로 투입되며, 니딩 존에서는 온도를 1차 스퀴징 존보다 낮은 온도로 유지하여 높은 전단력을 부여함으로써, 부분 용융 및 분쇄하며, 수지 열화 방지 및 die face cutting 시 커팅 후 pellet이 고온에서 뭉치는 것을 방지할 수 있으며, 또한 용융에 의한 융착을 방지하여 다음 단계의 감압벤틸레이션에서 더욱 탈수를 촉진할 수 있다. 니딩단계에서 얻어진 분말 또는 플레이크 상의 아크릴고무 중합체를 얻을 수 있는데, 통상 전단의 스퀴징 존의 온도보다 10 내지 30℃정도 낮게 유지하여 니딩하여 분말 상으로 분쇄하게 된다.

또한 니딩존과 상기 전단 스퀴징 존의 사이에는 제 2슬릿 존이 형성되어 있어서, 니딩에 의한 백프레셔(back pressure)에 의해 제 2 슬릿 존에서는 증기상으로 탈수 된다. 증기상으로 탈수 되는 이유는, 스퀴징 존과 니딩존의 온도를 충분히 상승하고 또한 제 1 슬릿 존에서 탈수효율을 증가시킬 수 있기 때문이다.

제 2 슬릿 존에서 증기로 탈수된 수지가 니딩된 후, 감압배출존에서 진공 또는 감압 상태에서 벤틸레이션 한 후, 다이 헤드를 통하여 펠렛화한다. 감압존의 온도는 상기 니딩존의 온도와 동일하게 설정하고, 감압하여 남아있는 물이나 또는 미반응단량체를 회수하여 분리한다.

또한 본 발명에서는 상기 니딩존과 감압배출존 사이에 제 3슬릿존을 추가로 도입하여 증기상태로 추가적으로 물을 증기상으로 배출하는 단계를 더 구비할 수 있다. 이 때는 제 3 슬릿 존 이후의 스퀴징 존을 추가로 설치하지 않아도 남아 있는 미량의 수분이 증기로 충분히 배출할 수 있으므로 특별한 장치를 필요로 하지 않을 수도 있다.

본 발명의 감압배출 존을 통과한 수지 분말은 헤드다이에서 압축되고 부분 용융되어 스트랜드로 배출하면서 컷팅하여 펠렛화 된다.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

C1 : 원료 투입부, C1 ~ C5 : 컴프레션 존
C6 : 제1차 슬릿 존 C7 ~ C8 제 1 스퀴징 존
C9 : 제2차 슬릿 존 C10 : 니딩 존
C11 : 제3차 슬릿 존 C12 ~ C14 감압배출 존
C15 : 다이헤드
C10 ~ C14 : 제 2 스퀴징존

Claims (3)

1. 2축 스크류형 압출건조기로서, 상기 압출건조기가 아크릴 슬러리를 승온에 의해 응집하는 컴프레션 존, 액상의 물을 배출하는 탈수기능을 가지는 제1슬릿존, 제1슬릿존을 짜서 탈수하는 후압을 제공하는 제1스퀴징존, 증기상의 물을 배출하는 제2슬릿존, 니딩존, 감압배출존 및 펠렛타이징 하는 다이헤드부를 포함하는 아크릴고무슬러리를 건조하여 펠렛화하는 2축 스크류형 압출건조기이되,
   상기 컴프레션 존은 복수의 구획으로 나누어지며, 각 컴프레션 존의 온도를 60~150℃에서 승온 및 냉각을 번갈아하여 응집효율을 높이는 것인 아크릴고무슬러리를 건조하여 펠렛화하는 2축 스크류형 압출건조기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1스퀴징존의 온도를 100~250℃로 승온하여 탈수하는 아크릴고무슬러리를 건조하여 펠렛화하는 2축 스크류형 압출건조기.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 니딩존의 온도가 제1스퀴징존의 온도보다 10~30℃ 낮게 설정된 아크릴고무슬러리를 건조하여 펠렛화하는 2축 스크류형 압출건조기.

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