KR102540807B1

KR102540807B1 - 흑색 점적호스 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102540807B1
Application number: KR1020210115730A
Authority: KR
Inventors: 소인철
Original assignee: 소인철
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2023-06-12
Also published as: KR20230032666A

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌 수지; 및 마스터배치용 수지 30 내지 70 wt% 및 흑색 안료 30 내지 70 wt%를 포함하는 마스터배치;를 포함하는 소재로 형성되며, 상기 폴리에틸렌 수지 및 마스터배치용 수지는 HDPE 40 내지 70 wt% 및 LLDPE 30 내지 60 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 흑색 점적호스로서, 적절한 강도와 유연성을 가져 백화현상으로 인한 터짐이 감소되고 노화에 따른 외경변화율(%)이 3% 미만으로 우수한 흑색 점적호스 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

흑색 점적호스 및 이의 제조방법{Black drip hose and manufacturing method thereof}

본 발명은 작물의 재배에 필요한 물이 소량으로 점진적으로 공급될 수 있는 점적호스 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점적호스의 색상, 소재, 형태 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.

일반적으로, 점적호스는 농작물의 재배시에 농작물의 뿌리에 근접하게 지면에 설치하여 호스의 둘레면에 형성되는 추출구멍을 통하여 호스 내부의 물이 지면으로 공급되도록 하며, 점적호스는 소량의 물을 연속하여 지면에 공급할 수 있도록 통수공을 극히 미세하게 형성함으로써 물이 추출구멍을 통하여 방울방울 맺혀지며 지면에 공급하게 된다.

또한, 점적호스는 물이 공급되는 공급원 측에는 수압이 크고, 또한 공급원으로부터 멀어 질수록 수압이 낮아지게 되므로 수압이 높은 곳에서는 물의 공급량이 많아지고 수압이 낮은 곳에서는 물의 공급량이 적어지게 되며, 점적호스는 호스의 내부수압에 관계없이 동일한 양의 물이 통수공을 통하여 농작물에 공급될 수 있도록 한 것이다.

종래의 점적호스는 내부에서 발생하는 수압을 상쇄하기 위해 강도가 높게 제조하는 경우 오래 접혀 있을 때 접힌 부분의 백화현상으로 터짐 현상이 발생하는 문제가 있고, 유연성이 높게 제조하는 경우 생산 안정성이 떨어지며 늘어나거나 찢기는 현상이 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 적절한 강도와 유연성을 가져 백화현상으로 인한 터짐이 감소되고 생산 안정성이 우수한 흑색 점적호스 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 폴리에틸렌 수지; 및 마스터배치용 수지 30 내지 70 wt% 및 흑색 안료(카본블랙) 30 내지 70 wt%를 포함하는 마스터배치;를 포함하는 소재로 형성되며, 상기 폴리에틸렌 수지 및 마스터배치용 수지는 HDPE 40 내지 70 wt% 및 LLDPE 30 내지 60 wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 흑색 점적호스를 제공한다.

또한 상기 폴리에틸렌 수지는 92 내지 98 wt% 포함되고, 상기 마스터배치는 2 내지 8 wt% 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 HDPE는 용융지수(Melt Index, MI)가 0.1 내지 0.6 g/10min 이고, 상기 LLDPE는 용융지수(Melt Index, MI)가 1 내지 8 g/10min 이며, 상기 마스터배치는 용융지수(Melt Index, MI)가 1 내지 10 g/10min 이고, 상기 소재는 용융지수(Melt Index, MI)가 0.1 내지 5 g/10min 인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 점적호스는 관수가 배출되는 배출공의 내면에 관형 드립, 띠형 드립 또는 편형 드립이 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 원료 배합단계(S1), 공기 분리단계(S2), 건조단계(S3), 압출단계(S4), 진공단계(S5), 냉각단계(S6) 및 타공단계(S7)를 포함하는 흑색 점적호스의 제조방법을 제공한다.

또한 상기 원료 배합단계(S1)는 HDPE 40 내지 70 wt% 및 LLDPE 30 내지 60 wt%를 포함하는 베이스 수지를 제조하는 단계(S11), 상기 베이스 수지 30 내지 70 wt% 및 흑색 안료 30 내지 70 wt%를 포함하는 마스터배치를 제조하는 단계(S12) 및 상기 베이스 수지 92 내지 98 wt% 및 상기 마스터배치 2 내지 8 wt%를 포함하는 원료를 제조하는 단계(S13)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 적절한 강도와 유연성을 가져 백화현상으로 인한 터짐이 감소되고 노화에 따른 외경변화율(%)이 3% 미만으로 우수한 흑색 점적호스 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관형 드립이 부착된 흑색 점적호스의 사시도, 부분확대도 및 좌측면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 띠형 드립이 부착된 흑색 점적호스의 사시도, 부분확대도 및 좌측면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 편형 드립이 부착된 흑색 점적호스의 사시도, 부분확대도 및 좌측면도를 나타낸 것이다.

본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 또한 본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 흑색 점적호스는 폴리에틸렌 수지; 및 마스터배치용 수지 30 내지 70 wt% 및 흑색 안료 30 내지 70 wt%를 포함하는 마스터배치;를 포함하는 소재로 형성되며, 이 때 상기 폴리에틸렌 수지 및 마스터배치용 수지는 HDPE 40 내지 70 wt% 및 LLDPE 30 내지 60 wt%를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

상기 폴리에틸렌 수지 및 마스터배치용 수지는 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene; HDPE) 및 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear Low Density Polyethylene; LLDPE)를 혼합하여 구성된다. HDPE 함량이 높을수록 강도가 높아지고, 압력에 강한 특성이 있지만 오래 접혀있을 경우 접힌 부분의 백화현상으로 인한 터짐 현상이 발생하므로 이를 보완하기 위하여 LLDPE를 혼합하여 사용한다.

LLDPE는 인장강도, 신장율, 인열강도, 투명도 및 열봉합성이 좋아서 농업에서 비닐하우스(그린하우스)필름용도로 사용되며, 양방향으로 분자구조가 결합되어 있어 강한 특징이 있다. 그러나 LLDPE를 많이 사용하면 압에 의해 팽창(늘어남)되어 터짐이 발생하고, 압출 시 배럴링(Barreling) 현상(단조공정이나 부피성형가공 또는 압축관련 가공 시 발생하는 현상으로 가공품의 옆구리가 볼록하게 나오는 현상)으로 인하여 생산성이 떨어진다.

그러나 HDPE를 70 wt% 초과, LLDPE를 30 wt% 미만으로 혼합하는 경우 백화현상이 여전히 발생함과 동시에 압출 생산 시 속도가 떨어지는 문제가 있으며, HDPE를 40 wt% 미만 LLDPE를 60 wt% 초과하여 혼합하는 경우 압출 생산 시 작업성이 매우 떨어지고 강도가 떨어져 압력 내구성이 현저하게 떨어지는 문제가 있다. 바람직하게는 HDPE를 55 내지 65 wt%, LLDPE를 35 내지 45 wt% 혼합하여 사용하는 것이 좋다.

상기 HDPE는 용융지수(Melt Index, MI)가 0.1 내지 0.6 g/10min 인 것을 사용하고, 상기 LLDPE는 용융지수(Melt Index, MI)가 1 내지 8 g/10min 인 것을 사용하여, 상기 마스터배치는 용융지수(Melt Index, MI)가 1 내지 10 g/10min 이고, 상기 소재는 용융지수(Melt Index, MI)가 0.1 내지 5 g/10min 인 것을 일 특징으로 한다.

더욱 구체적으로 상기 HDPE는 밀도가 0.91~0.97 g/cm³ (ASTM D1505), 용융지수(190℃, 2.16kg)가 0.09~0.14 g/10분 (ASTM D1238), 연화점이 120~125℃ (ASTM D1525), 용융점이 125~130℃ (ASTM D3418)인 수지 물성을 갖는 제품 또는 밀도가 0.948~0.959 g/cm³ (ISO 1183), 용융지수(190℃, 5kg)가 0.25~0.30 g/10분 (ISO 1133), 용융점이 128~130℃ (ASTM D3418), 인장강도(파단점)이 34~36 MPa (ISO 527), 연신율(파단점)이 700 % 이상 (ISO 527)인 수지 물성을 갖는 제품을 사용하는 것이 가장 적절한 강도와 유연성을 가져 백화현상으로 인한 터짐이 감소되고 생산 안정성이 우수하여 좋다.

또한 상기 LLDPE는 밀도가 0.89~0.95 g/cm² (ASTM D1505), 용융지수(190℃, 2.16kg)가 0.8~1.2 g/10분 (ASTM D1238), 연화점이 100~105℃ (ASTM D1525), 용융점이 120~125℃ (ASTM D2117), 인장강도(파단점)이 215~225 kg/cm2 (ASTM D638), 연신율(파단점)이 890~910 % (ASTM D638)인 수지 물성을 갖는 제품을 사용하는 것이 가장 적절한 강도와 유연성을 가져 백화현상으로 인한 터짐이 감소되고 생산 안정성이 우수하여 좋다.

바람직하게는 상기 폴리에틸렌수지 및 마스터배치용 수지는 HDPE 45 내지 55 wt% 및 LLDPE 45 내지 55 wt%를 포함하는 것이 좋고, 상기 마스터배치는 마스터배치용 수지 60 내지 70 wt% 및 흑색 안료 30 내지 40 wt%를 포함하는 것이 좋다.

상기 흑색 점적호스는 상기 폴리에틸렌 수지를 92 내지 98 wt% 포함하고, 상기 마스터배치를 2 내지 8 wt% 포함하여 형성된다. 마스터배치는 폴리에틸렌 수지에 안료를 혼합하는 공정에서 안료를 미리 일정 비율로 섞어 혼합한 것으로 폴리에틸렌 수지에 혼입되어 안료의 계량을 정확하게 할 수 있고, 분산을 좋게 하며, 작업 중의 흩날림도 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 흑색 점적호스는 호스에 소정 간격으로 배출공이 형성되고, 그 배출공이 형성된 내면에 관형 드립, 띠형 드립 또는 편형 드립이 부착되어 관수를 농작물에 적정한 양으로 공급하는 것을 일 특징으로 한다. 도 1 내지 3에 관형 드립, 띠형 드립 및 편형 드립이 부착된 흑색 점적호스 이미지를 나타내었다. 관형 드립 또는 띠형 드립이 부착된 경우 상기 소재의 용융지수(Melt Index, MI)는 0.1 내지 1.1 g/10min 인 것이 좋고, 관형 드립이 부착된 경우 상기 소재의 용융지수(Melt Index, MI)는 0.1 내지 5 g/10min 인 것이 좋다.

본 발명에 따른 흑색 점적호스는 원료 배합단계(S1), 공기 분리단계(S2), 건조단계(S3), 압출단계(S4), 진공단계(S5), 냉각단계(S6) 및 타공단계(S7)를 포함하여 제조된다.

상기 원료 배합단계(S1)는 베이스 수지를 제조하는 단계(S11), 마스터배치를 제조하는 단계(S12) 및 베이스 수지와 마스터 배치를 배합하여 원료를 제조하는 단계(S13)를 포함하여 이루어진다. 상기 베이스 수지는 상기 HDPE를 40 내지 70 wt%, 상기 LLDPE를 30 내지 60 wt%를 혼합하여 제조되고, 상기 마스터배치는 상기 제조된 베이스 수지를 30 내지 70 wt%, 상기 흑색 안료를 30 내지 70 wt% 혼합하여 제조되고, 상기 원료는 상기 베이스 수지를 92 내지 98 wt%, 상기 마스터배치를 2 내지 8 wt% 혼합하여 제조된다. 이 때 배합기를 이용하여 스크류에 의한 배합이 이루어지고, 배합은 15 내지 25분 동안 수행된다.

상기 공기 분리단계(S2)는 호퍼 로우더(hopper loader)를 이용하여 원료를 공기와 함께 흡입시켜서 원료와 공기를 분리하여 추출한 원료만이 후술할 호퍼 드라이어에 이송되도록 한다.

상기 건조단계(S3)는 공기와 분리된 원료 내의 수분을 제거하여 건조시키는 단계로서 30분 이상 건조 된 원료를 보관하며 계속원료를 투입할 수 있도록 준비하는 단계로 호퍼 드라이어(hopper dryer)를 통해 수행된다. 이때 건조 온도는 50 내지 80℃이고, 함수율은 0% 이다.

상기 압출단계(S4)는 상기 건조된 원료를 이용하여 호스 형태로 용융 압출하는 단계로서 압출기를 이용한다. 이 때 압출기의 온도는 150 내지 240℃ 이며, 원료의 온도는 140 내지 200℃로 압출된다.

상기 진공단계(S5)는 일정한 압력을 유지하여 제품의 형태를 일정하게 결정하는 단계로서, 진공조를 이용한다. 이 때 진공조의 압력은 0.8 내지 4kg/cm² 이다.

상기 냉각단계(S6)는 공랭식 칠러(chiller)를 사용하여 20 내지 35℃로 냉각하는 단계이다.

상기 타공단계(S7)는 타공기를 이용하여 배출공을 소정 간격으로 타공하는 단계이다. 또한 편형 드립 및 띠형 드립은 다이스에 의해 호스가 형성되고 호스와 다이스 그 빈공간으로 드립이 삽입되어 압출 후 진공조안에서 융착 장치에 의해 예열을 통해 융착되고, 관형 드립은 융착 장치가 별도로 없으며 드립이 다이스와 호스 그 빈공간으로 삽입되어 호스 수축력에 의해 융착된다.

이후, 인취기를 이용하여 30~300 M/분 속도로 인취하는 인취단계(S8) 및 권취기(와인더)를 이용하여 40~400 M/분 속도로 권취하는 권취단계(S9)를 더 포함하여 최종 제품을 얻는다.

실시예

하기 표 1에 따른 함량 조건으로 흑색 점적호스를 제조하였다. 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에서 사용한 HDPE 및 LLDPE의 물성은 하기 표 2와 같고, 제조된 마스터배치 및 원료의 용융지수(190℃, 2.16kg)(ASTM D1238)를 하기 표 3에 나타내었다.

(단위: g)		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
BR	HDPE	391	585	691	288	792
BR	LLDPE	585	390	295	672	198
MB	BR	56	25	6	10	40
MB	P(CB)	24	25	14	40	10
RM	BR	920	950	980	950	950
RM	MB	80	50	20	50	50
* BR: Base Resin(베이스 수지, 폴리에틸렌 혼합수지) * MB: Master Batch(마스터 배치) * P(CB): Pigment Carbon Black(흑색 안료) * RM: Raw Material(원료)

			HDPE	LLDPE
밀도	g/cm³	ASTM D1505	0.91~0.97	0.89~0.95
용융지수 (190℃, 2.16kg)	g/10분	ASTM D1238	0.09~0.14	0.8~1.2
연화점	℃	ASTM D1525	120~125	100~105
용융점	℃	ASTM D3418	125~130	120~125

용융지수 (g/10분)	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
MB	7.1	5.5	3.4	11.4	0.6
RM	2.0	1.2	0.1	7.05	0.11

실험예 - 노화 및 백화 평가

상기 제조된 흑색 점적호스를 1m 절취하여 2회 권취한 샘플을 취한 후, 에틸렌글리콜 50 % 수용액에 넣은 후 봉입하여 ① 40℃ 에서 48 시간 동안 방치(초기노화)한 후, ② 70℃ 에서 48 시간 동안 방치(열노화)하였으며, 이를 다시 ③ 상온에서 48 시간 동안 방치시킨 후 ④ -40℃에서 24 시간 동안 방치(냉노화)시킨 후에 상기 ① 내지 ④ 과정이 1 싸이클이며, 이를 총 3 싸이클을 행한 후, 초기노화, 열노화 및 냉노화에 따른 외경변화율(%)을 측정하였고, 백화현상 발생 여부를 육안으로 평가하여 하기 표 4에 나타내었다.

		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
1 cycle	초기노화	0.0	0.2	0.0	0.4	0.6
	열노화	0.1	0.4	0.2	1.6	1.4
	냉노화	0.3	0.6	0.4	1.8	2.1
	백화	없음	없음	없음	없음	없음
2 cycle	초기노화	0.5	1.0	0.8	2.9	3.3
	열노화	0.7	1.5	1.2	4.7	5.2
	냉노화	0.9	1.6	1.5	7.5	6.4
	백화	없음	없음	없음	다소 발생	다소 발생
3 cycle	초기노화	1.3	1.8	1.7	8.6	8.3
	열노화	1.5	2.1	2.4	10.2	12.8
	냉노화	1.8	2.4	2.5	13.6	15.1
	백화	없음	없음	없음	다량 발생	다량 발생

상기 표 4에 나타난 것과 같이 비교예에 따른 흑색 점적호스는 노화테스트 2 사이클만에 백화가 발생하고 외경변화율이 5%를 초과하였으나, 실시예에 따른 흑색 점적호스는 3 사이클 후에도 백화가 발생하지 않으며 외경변화율이 3% 미만이었다. 특히 마스터배치로 베이스 수지 60 내지 70 wt% 및 흑색 안료 30 내지 40 wt%를 포함하는 실시예 1에 따른 흑색 점적호스의 노화사이클에 따른 외경변화율 2% 미만으로 가장 낮은 것을 확인할 수 있다.

전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

폴리에틸렌 수지 92 wt%; 및
마스터배치용 수지 70 wt% 및 흑색 안료 30 wt%로 구성되는 마스터배치 8 wt%;로 구성되는 소재로 형성되며,
상기 폴리에틸렌 수지 및 마스터배치용 수지는 HDPE 40 wt% 및 LLDPE 60 wt%로 구성되고,
상기 HDPE는 밀도(ASTM D1505)가 0.91~0.97g/cm³, 용융지수(Melt Index, MI; ASTM D1238)가 0.09 내지 0.14 g/10min, 연화점(ASTM D1525)이 120~125℃, 용융점(ASTM D3418)이 125~130℃ 이고,
상기 LLDPE는 밀도(ASTM D1505)가 0.89~0.95g/cm³, 용융지수(Melt Index, MI)가 0.8 내지 1.2 g/10min, 연화점(ASTM D1525)이 100~105℃, 용융점(ASTM D3418)이 120~125℃ 이며,
상기 마스터배치는 용융지수(Melt Index, MI)가 7.1 g/10min 이고,
상기 소재는 용융지수(Melt Index, MI)가 2.0 g/10min 인 것을 특징으로 하는 흑색 점적호스.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 점적호스는 관수가 배출되는 배출공의 내면에 관형 드립, 띠형 드립 또는 편형 드립이 부착되는 것을 특징으로 하는 흑색 점적호스.
원료 배합단계(S1), 공기 분리단계(S2), 건조단계(S3), 압출단계(S4), 진공단계(S5), 냉각단계(S6) 및 타공단계(S7)를 포함하며,
상기 원료 배합단계(S1)는 HDPE 40 wt% 및 LLDPE 60 wt%로 구성되는 베이스 수지를 제조하는 단계(S11), 상기 베이스 수지 70 wt% 및 흑색 안료 30 wt%로 구성되는 마스터배치를 제조하는 단계(S12) 및 상기 베이스 수지 92 wt% 및 상기 마스터배치 8 wt%로 구성되는 원료를 제조하는 단계(S13)를 포함하고,
상기 HDPE는 밀도(ASTM D1505)가 0.91~0.97g/cm³, 용융지수(Melt Index, MI; ASTM D1238)가 0.09 내지 0.14 g/10min, 연화점(ASTM D1525)이 120~125℃, 용융점(ASTM D3418)이 125~130℃ 인 것을 사용하고,
상기 LLDPE는 밀도(ASTM D1505)가 0.89~0.95g/cm³, 용융지수(Melt Index, MI)가 0.8 내지 1.2 g/10min, 연화점(ASTM D1525)이 100~105℃, 용융점(ASTM D3418)이 120~125℃ 인 것을 사용하며,
상기 제조된 마스터배치는 용융지수(Melt Index, MI)가 7.1 g/10min 이고,
상기 제조된 원료는 용융지수(Melt Index, MI)가 2.0 g/10min 인 것을 특징으로 하는 흑색 점적호스의 제조방법.