KR102620840B1 - 재활용 ｐｅｔ 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법 및 그 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 물리적 특성에 해당하는 단열재용 고분자 조성물의 제조 수율, 파단강도, 인장강도, 압축강도, 불량률 등을 포함하여 향상시킬 뿐만 아니라, 물리적 특성에 대한 모니터링이 효과적으로 수행될 수 있도록 하기 위한 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 물리적 특성에 해당하는 단열재용 고분자 조성물의 제조 수율, 파단강도, 인장강도, 압축강도, 불량률 등을 포함하여 향상시킬 뿐만 아니라, 물리적 특성에 대한 모니터링이 효과적으로 수행될 수 있도록 하기 위한 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
단열재용 고분자 조성물와 관련된 종래의 기술에 대해서 살펴보면, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-1995-0021293(1995.07.20)호 "무기섬유단열재용바인더조성물(BINDER COMPOSITION FOR CERAMIC HEAT INSULATING FIBERS)"은 종래에는 황산염(Na₂SO₄)과 같은 수용성 염을 함유하는 레졸형의 수용성 페놀수지가 자동차 흡음단열재의 바인더로 사용이 되어 단열재의 내부로 수분이 침투되는 경우 수용성 성분이 수분에 의하여 침출 또는 용출되어 건조 후 백화 현상을 일으키며, 자동차의 고운부위의 계속적인 열충격으로 쉽게 물성이 저하디는 문제점을 해결하기 위해 중합촉매로 2, 3족 중에서 선택된 알카리 촉매와 자기소화성이 우수한 중화제를 사용하여 수불용성 염을 함유한 페놀수지를 제조함으로써, 내화성이 향상되고 내수성이 우수한 자동차 흡음단열재용 무기섬유 단열재의 바인더 조성물에 관한 것이다.
또한, 대한민국 특허출원 출원번호 제10-201-80139510(2018.11.14)호 "불연 단열재용 조성물(COMPOSITION FOR NONFLAMMABLE HEAT INSULATOR)"은 무정형 실리카 입자, 유리섬유, 플라이애쉬 및 다면체 실세스퀴옥산(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane, POSS)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 불연 단열재용 조성물에 관한 것으로서, 불연 성능 및 단열 성능이 우수하며, 경량화된 단열재 보드를 제조하기에 적합하여 건축물의 내외부에 범용으로 적용할 수 있는 불연 단열재용 조성물에 관한 것이다.
그러나 상술한 종래의 기술들은 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방식에 있어서 물리적 특성에 해당하는 단열재용 고분자 조성물의 제조 수율, 파단강도, 인장강도, 압축강도, 불량률 등을 포함하여 향상시킬 뿐만 아니라, 물리적 특성에 대한 모니터링이 효과적으로 수행될 수 있도록 하는 본 발명의 기술적 구성요소를 제공하지 못하는 한계점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 물리적 특성에 해당하는 단열재용 고분자 조성물의 제조 수율, 파단강도, 인장강도, 압축강도, 불량률 등을 포함하여 향상시킬 뿐만 아니라, 물리적 특성에 대한 모니터링이 효과적으로 수행될 수 있도록 하기 위한 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법 및 그 시스템을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법은, 폴리에스테르 폴리올과 변성 이소시아네이트를 중합시켜 형성된 단열재용 고분자 조성물에 추가 조성물 및 발포타입 나노 셀룰로오스를 배합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법을 제공한다.
이때, 추가 조성물을 혼합하여 제공시, 추가 조성물 중 충진제(filler)로서 탄산칼슘, 탈크, 클레이, 실리카, 산성백토를 포함하는 그룹에서 선택되는 하나 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법을 제공한다.
또한, 추가 조성물을 혼합하여 제공시, 추가 조성물로 탄소 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법을 제공한다.
또한, 추가 조성물을 혼합하여 제공시, 추가 조성물로 난연제를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법을 제공한다.
또한, 추가 조성물을 혼합하여 제공시, 추가 조성물로 자외선 차단제를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법 및 그 시스템은, 물리적 특성에 해당하는 단열재용 고분자 조성물의 제조 수율, 파단강도, 인장강도, 압축강도, 불량률 등을 포함하여 향상시킬 뿐만 아니라, 물리적 특성에 대한 모니터링이 효과적으로 수행될 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 시스템(1)을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 시스템(1)을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물은 재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 제조된 폴리에스테르 폴리올과 변성 이소시아네이트를 중합시켜 형성된 단열재용 고분자 조성물에 추가 조성물을 혼합하여 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에서 폴리에스테르 폴리올의 제조의 실시예에 대해서 추가적으로 살펴보면, 재활용 PET 30 내지 35 중량부를 기준으로 산 화합물 12 내지 15 중량부, 재활용 식물성 기름 3 내지 7 중량부, 알코올 30 내지 35 중량부를 정확히 계량하여 넣고 서서히 승온하였다. 산 화합물로서 무수프탈산, 테레프탈산 및 아디프산 중에서 선택되는 1 종 이상을 사용하였다. 질소 분위기에서 고체상의 원료들이 반응을 하며 서서히 액상 화합물로 변하였다. 이후 온도를 서서히 상승시키면서 일부 반응 중 생성된 수분을 분별 증류관을 통하여 배출하되, 온도 범위 약 180 ℃ 내지 200 ℃에서 약 10 시간 이상 반응시켜 더 이상 수분이 발생하지 않을 때 진공 펌프를 사용하여 잔류 수분을 완전히 제거하고 생성물을 여과하여 폴리에스테르 폴리올을 수득할 수 있다.
그리고 본 발명에서 사용되는 변성 이소시아네이트는 이소시아네이트 일부를 미리 폴리올과 반응시켜 NCO%를 낮추어진 상태로 제조되며, 발포타입 나노 셀룰로오스에 대한 배합을 이용한 발포 작용에서 발포 거동이 완만하게 진행되므로 상기 기공 형성 등 불량 요인을 감소시킬 수 있고, 고가인 폴리에테르 폴리올이 아닌 폴리에스테르 폴리올을 사용하여 제조하는 것이므로, 저가이면서도 보다 접착력이 우수한 단열재용 고분자 조성물을 제공할 수 있다.
본원의 일 실시예에 있어서, 변성 이소시아네이트는 이소시아네이트 50 내지 80 중량부와 폴리에스테르 폴리올 10 내지 30 중량부를 반응시켜 제조된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 단열재용 고분자 조성물은, 재활용 페트병 또는 재활용 페트 필름으로부터 수득된 재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 단열재용 고분자 조성물를 제공하므로, 버려진 페트병 또는 페트 필름과 같은 플라스틱으로 인한 환경 오염을 줄일 수 있으며, 단열재의 생산 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 단열재용 고분자 조성물로부터 제조되는 단열재는, 종래 석유계 원료로부터 제조되는 단열재에 비해 발포 밀도가 낮고 압축 강도가 높으며, 피착재와의 접착력이 향상된 효과 및 한국 난연 규격 기준으로 열방출 시험 및 가스 유해성 검사에서 난연성이 향상된 효과가 있다.
한편, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법에 대해서 설명하되, 본 발명의 요지가 될 수 있는 사항을 중심으로 이하 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물은 재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 제조된 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시켜 형성된 단열재용 고분자 조성물에 추가 조성물을 혼합하여 제공시, 추가 조성물 중 충진제(filler)로서 탄산칼슘, 탈크, 클레이, 실리카, 산성백토를 포함하는 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예로, 탈크를 이용시 단열재용 고분자 조성물의 성형성과 내가수분해성능을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 단열재용 고분자 조성물을 구성하는 원재료인 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합한 화합물 100 중량부에 대하여 충진제 70 내지 80 중량부를 사용할 수 있다
보다 구체적인 실시예로 충진제로서 탈크가 70 중량부 미만일 경우 단열재용 고분자 조성물의 용해시 치수안정성 개선효과가 떨어지며, 80 중량부를 초과하였을 경우 단열재용 고분자 조성물의 경화시 내구 및 내열성이 현저하게 저하되는 우려가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물은 재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 제조된 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시킨 화합물에 탄소 섬유를 추가로 포함하며, 탄소 섬유에 대해서 살펴보면, 탄소 섬유는 전도성의 필요에 따라 용량이 조절될 수 있으며, 단열재용 고분자 조성물은 탄소 섬유를 첨가 혼합하여 탄소 섬유 강화형(CFR, Garbon Fiber Reinforced Plastic)에 해당하는 레진을 수득하게 되는데, 탄소 섬유 강화 단열재용 고분자 조성물에 포함되는 탄소 섬유는 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며 가공성이 우수하다는 장점을 제공할 수 있다.
여기서, 단열재용 고분자 조성물을 구성하는 원재료인 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시킨 화합물 100 중량부에 대하여 탄소 섬유 5 내지 4 중량부를 사용할 수 있다
즉, 단열재용 고분자 조성물 경화 시 파단강도가 우수한 탄소 섬유를 첨가 혼합하여 단열재용 고분자 조성물로서 요구되는 파단강도를 갖추게 되고, 단열재용 고분자 조성물에 난연성을 부가하여 접착 대상에서 발생할 수 있는 화재 등에 난연성을 갖추게 함으로써, 가격 경쟁력이 높으면서도 난연성 등과 같은 기능성을 발휘할 수 있다.
또한, 단열재용 고분자 조성물을 구성하는 원재료인 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시킨 화합물 100 중량부에 대하여 난연제 1.5 내지 2 중량부를 사용할 수 있다.
여기서 사용되는 난연제에 대해서 살펴보면, 난연제는 몰리브덴산 안티몬, 산화몰리브덴, 수산화마그네슘, 수산화알미늄 중 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용한다. 특히 수산화알미늄(Al(OH)3)은 경화된 단열재용 고분자 조성물에 열이 가해져서 100℃ 이상이 되면 미세 다공질이 무수히 많은 활성알루미나로 변화되어 흡착 성능을 가지게 되므로 연소 시 발생하는 다이옥신, 염화수소가스(HCl) 등 유해 물질을 흡착하며 열 분해시 흡열 반응을 하여 냉각 효과도 있고 불연성으로서 내수, 내산성이 우수하다. 또한 상기 난연제들을 병용 사용하여 난연 효과의 향상을 기대할 수 있다.
또한, 단열재용 고분자 조성물을 구성하는 원재료인 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시킨 화합물 100 중량부에 대하여 자외선 차단제 0.7 내지 1.3 중량부를 사용할 수 있다.
여기서 자외선차단제는 폴리에틸렌 수지 또는 수성아크릴계 합성수지 100 중량부에 대해서 산화아연(ZnO2) 25 내지 27 중량부와, 10 내지 100㎚의 분체의 평균 입도를 갖는 이산화티탄(TiO2) 23 내지 24 중량부를 혼합한 뒤, 혼합물에 감마아미노에틸렌아미노프로필트리메톡시실란의 실란계 화합물 12 내지 13 중량부를 혼합하여 점착성을 부여하고, 혼합 용액에 계면활성제 1 내지 2 중량부, pH 5 내지 7의 실리콘 오일 2 내지 3 중량부를 혼입하여 10℃ 내지 12℃에서 30분 내지 35분간 교반하여 표면을 개질하여 자외선차단제를 생성할 수 있다.
이때, 이산화티탄(TiO2)의 평입도가 100㎚ 이하면 UV-B(290-320nm)의 영역이 효과적으로 차단되며, 이산화티탄(TiO2)의 평입도가 10 nm 이상이면 UV-B(290-320nm)의 영역이 효과적으로 차단될 수 있다. 또한, 실리콘 오일이 pH 5 이하의 산성인 경우에는 자외선 차단제의 점착성이 떨어지는 문제가 발생하므로, 실리콘 오일 및 계면활성제는 광촉매의 활성 저해를 방지하고, 접착제 도포에 발생하기 쉬운 기포의 생성을 막아주며, 계면활성제는 폴리옥시에틸렌노닐 페놀에테르와 같이 일반적으로 사용되는 계면활성제인 것이 바람직하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시킨 화합물 100 중량부를 구성에 있어서 폴리에스테르 폴리올과 변성 이소시아네이트의 중량비는 100 : 130 내지 100 : 180인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 한편, 폴리올의 함량이 너무 높으면 단열재용 고분자 조성물의 경화시 압축 강도가 떨어지고 난연성에 있어서 불리하고, 변성 이소시아네이트의 중량비가 너무 높으면 제품 성형 중 흐름성이 나쁘고 기공(Void)이 발생하여 제품 불량 발생의 요인이 되며 표면 깨짐성(friability) 문제로 피착재와의 접착력이 약화되는 문제가 있다.
이와 같은 상술한 단열재용 고분자 조성물의 원료에 대해서 본 발명의 일 실시예로 발포제와 함께 스크류 방식에 의한 발포타입 나노 셀룰로오스에 대한 배합을 수행할 수 있다. 여기서, 상술한 조성을 갖는 단열재용 고분자 조성물의 원료의 인장강도 향상을 위해 나노 셀룰로오스의 중량평균 분자량은 100,000g/mol 이상, 용융지수는 0.2 내지 0.7g/5분(190℃)인 것이 바람직하며, 발포타입 나노 셀룰로오스는 용융지수 외에 분자량분포(PI)가 2.3이고, 용융강도가 350 mN 이상인 나노 셀룰로오스 100 중량부에 대해서 발포제 2 내지 2.5 중량부를 배합한다.
발포타입 나노 셀룰로오스를 제조하기 위해 사용되는 발포제의 함량이 2 중량부 미만이면 비중, 발포성, 성형성, 충격특성이 저하되며, 2.5 중량부를 초과하면 강성과 내열성, 표면 경도가 현저히 저하되어 절연제의 응용에 부적합하므로 바람직하지 않다. 이때 주로 사용되는 화학 발포제는 Sodium bicarbonate(NaHCO3)가 주로 사용되는 것이 바람직하다.
이러한 발포타입 나노 셀룰로오스를 이용함으로써, 발포타입 나노 셀룰로오스의 비중에 대해서 발포제로 인한 배합으로, 비중을 낮출 뿐만 아니라, 절연성을 높일 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
상술한 단열재용 고분자 조성물을 구성하는 재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 제조된 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시켜 형성된 단열재용 고분자 조성물에 추가 조성물을 혼합하고, 다시 혼합물 100 중량부에 대해서 발포타입 나노 셀룰로오스 1 내지 3 중량부와 함께 압출장치를 이용해 압출하여 압출 용융물을 형성하는데, 여기서 압출 용융물의 표면 온도가 190 내지 200 ℃의 온도로 가열함으로써 용해시키는 것이 바람직하다.
이후, 용융상태의 압출 용융물에 대해서 압출 용융물의 표면 온도가 90 내지 100 ℃의 온도로 냉각을 1차로 수행함으로써, 단열재용 고분자 조성물 가공을 위한 준비 과정인 1차 공정을 완료할 수 있다.
이후, 2차 공정으로 압출 용융물의 표면 온도가 220 내지 230 ℃의 온도로 N2 purge 2차 가열시키는 것이 바람직하다.
즉, N2 가스 히터(Gas Heater)를 사용하되 N2 가스 히터는 진공장비 내부에 이물질을 주기적으로 제거하기위해 불활성 기체인 N2를 외부에서 내부로 불어주며, 이때 원하는 효과를 극대화하기 위해 Purge되는 N2를 Heating 시키는 원리로 가열을 수행하되, 시트 형태로 최종적인 단열재용 고분자 시트를 형성하고 생성된 시트에 대해서 여러겹으로 겹치는 라미네이팅(Laminating) 수행 방법으로 압출코팅(extrusion coating, (T-die 방식)이나 건식 라미네이팅(Dry laminating) 방법을 사용할 수 있다.
이후, 최종적인 라미네이팅된 단열재용 고분자 조성물 시트를 냉각시키되 냉각시 대상물의 표면 온도가 150 내지 170℃의 온도로 냉각을 시키고, 부가적으로 Vaccum distilation(~200℃)을 수행하는 등의 과정을 거치며 최종적으로 단열재용 고분자 조성물 시트를 형성하며, 냉각시 단열재용 고분자 조성물 시트에 대한 냉각을 수행한 뒤, 냉각을 위해 가이드 롤러로 전달한다. 여기서 사용되는 냉각장치는 펠티어 소자와 온도 센서, 그리고 아두이노 기판을 활용하여 미리 설정된 온도 범위로 최종적인 라미네이팅된 단열재용 고분자 조성물 시트에 대한 온도를 제어할 수 있다. 온도 설정 범위는 실온 상태에 해당하는 가이드 롤러에 의한 냉각과 압출 용융물에 대한 다이에 의한 T-die 방식을 이용해 최종적인 라미네이팅된 단열재용 고분자 조성물 시트 생성 직후의 온도 차를 고려하여 대상물의 표면 온도가 150 내지 170℃ 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 이후, 가이드 롤러에 의해 냉각된 최종적인 라미네이팅된 단열재용 고분자 조성물 시트를 연신장치로 안내하며, 가이드 롤러에 의해 최종적인 라미네이팅된 단열재용 고분자 조성물 시트에 대한 연신 장치로의 이송을 수행하면서, 가이드 롤러의 전체 길이 설정에 따른 실온 상태에서 열안정화 과정을 제공할 수 있다.
연신장치는 가이드 롤러를 통과한 최종적인 라미네이팅된 단열재용 고분자 조성물 시트가 단열재의 폼이 되도록 눌러 잡아당기는 연신을 수행한다. 보다 구체적으로, 연신시 최종적인 라미네이팅된 단열재용 고분자 조성물 시트에 대한 가열, 가압 상태에서 넓이 방향의 연신을 수행함으로써, 최종 생산물인 최종적인 라미네이팅된 단열재용 고분자 조성물 시트에 대한 연신 전후의 면적 비율이 1 : 1.1 내지 1.3 배가 증가하도록 한다. 여기서, 연신시 가열 온도는 90 내지 100 ℃, 가압 상태는 120 내지 130mbar 상태일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 시스템(1)을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 시스템(1)은 복수의 공정장치(100)로 이루어진 공정장치(100), 제어서버(200) 및 빅데이터 서버(300)룰 포함할 수 있다.
여기서 공정장치(100)는 상술한 1차 및 2차 공정을 수행하는 장치이며, 네트워크를 통해 제어서버(200)로 액세스(access)하여 공정데이터를 제공하고 제어신호 및 제어데이터를 제어서버(200)로부터 제공받을 수 있다.
여기서 네트워크는 대용량, 장거리 음성 및 데이터 서비스가 가능한 대형 통신망의 고속 기간 망인 통신망이며, 인터넷(Internet) 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 차세대 유선 및 무선 망일 수 있다. 네트워크가 이동통신망일 경우 동기식 이동 통신망일 수도 있고, 비동기식 이동 통신망일 수도 있다. 비동기식 이동 통신망의 일 실시 예로서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 방식의 통신망을 들 수 있다. 이 경우 도면에 도시되진 않았지만, 네트워크는 RNC(Radio Network Controller)을 포함할 수 있다. 한편, WCDMA망을 일 예로 들었지만, 3G LTE망, 4G망 그 밖의 5G 등 차세대 통신망, 그 밖의 IP를 기반으로 한 IP망일 수 있다. 네트워크는 공정장치(100), 제어서버(200) 및 빅데이터 서버(300), 그 밖의 시스템 상호 간의 신호 및 데이터를 상호 전달하는 역할을 한다.
제어서버(200)는 공정장치(100)에 구비된 입력 단말 또는 센싱모듈로부터 제공된 폴리에스테르 폴리올, 변성 이소시아네이트, 추가 조성물의 각 구성요소, 발포타입 나노 셀룰로오스의 발포제와 나노 셀루로오스의 각 구성요소의 배합비율을 제공받을 뿐만 아니라, 후술하는 특징 정보(단열재용 고분자 조성물의 제조 수율, 파단강도, 인장강도, 압축강도, 불량률 등 포함)에 대한 인증정보를 제공받은 입력 공정데이터에 대해서 빅데이터 서버(300)로 액세스(access)를 수행하여 제공한 뒤, 빅데이터 서버(200)의 분산 파일 프로그램에 의해 DCS DB(100-1)에 빅데이터 기반으로 분산 저장이 수행되도록 할 뿐만 아니라, 저장된 수집 데이터를 미리 설정된 알고리즘 또는 머신러닝 알고리즘을 통해 분석하고 상태 관리 명령을 내릴 수 있다.
보다 구체적으로, 제어서버(200)에서 사용되는 머신러닝 알고리즘은 결정 트리(DT, Decision Tree) 분류 알고리즘, 랜덤 포레스트 분류 알고리즘, SVM(Support Vector Machine) 분류 알고리즘 중 하나일 수 있다.
제어서버(200)는 분산 파일 프로그램에 의해 DCS DB에 분산 저장된 수집 데이터에 해당하는 입력 공정데이터의 각 구성요소의 배합비율에 해당하는 각 파라미터를 분석하여 분석한 결과로 단열재용 고분자 조성물의 제조 수율, 파단강도, 인장강도, 압축강도, 불량률에 해당하는 특징 정보를 추출하고, 추출된 특징 정보와 각 배합비율에 따른 조절에 따른 인자를 추출하는 알고리즘을 수행할 수 있다.
또한, 제어서버(200)는 분산 파일 프로그램에 의해 DCS DB에 분산 저장된 수집 데이터에 해당하는 입력 공정데이터의 각 구성요소의 배합비율에 해당하는 각 파라미터를 분석시 복수의 머신러닝 알고리즘 중 적어도 하나 이상을 이용하여 학습하여 학습한 결과로 인자 추출을 수행할 수 있다.
한편, 제어서버(200)는 인자 추출 결과의 정확도 향상을 위해 다수의 상호 보완적인 머신러닝 알고리즘들로 구성된 앙상블 구조를 적용할 수 있다.
결정 트리 분류 알고리즘은 트리 구조로 학습하여 결과를 도출하는 방식으로 결과 해석 및 이해가 용이하고, 데이터 처리 속도가 빠르며 탐색 트리 기반으로 룰 도출이 가능할 수 있다. DT의 낮은 분류 정확도를 개선하기 위한 방안으로 RF를 적용할 수 있다. 랜덤 포레스트 분류 알고리즘은 다수의 DT를 앙상블로 학습한 결과를 도축하는 방식으로, DT보다 결과 이해가 어려우나 DT보다 결과 정확도가 높을 수 있다. DT 또는 RF 학습을 통해 발생 가능한 과적합의 개선 방안으로 SVM을 적용할 수 있다. SVM 분류 알고리즘은 서로 다른 분류에 속한 데이터를 평면 기반으로 분류하는 방식으로, 일반적으로 높은 정확도를 갖고, 구조적으로 과적합(overfitting)에 낮은 민감도를 가질 수 있다.
제어서버(200)는 각 추출된 인자에 따른 각 공정장치(100)에 구비된 출력 다단말로 공정장치(100) 관리자가 요청하는 인자 변동을 위한 정보를 네트워크를 통해 제공함으로써, 공정의 관리가 빅데이터 기반으로 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1 : 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 시스템
100 : 공정장치
200 : 제어서버
300 : 빅데이터 서버
100 : 공정장치
200 : 제어서버
300 : 빅데이터 서버
Claims (5)
- 복수의 공정장치(100)로 이루어진 공정장치(100), 제어서버(200) 및 빅데이터 서버(300)를 포함하며, 공정장치(100)는 1차 및 2차 공정을 수행하는 장치이며, 네트워크를 통해 제어서버(200)로 액세스(access)하여 공정데이터를 제공하고 제어신호 및 제어데이터를 제어서버(200)로부터 제공받으며, 제어서버(200)는 공정장치(100)에 구비된 입력 단말 또는 센싱모듈로부터 제공된 폴리에스테르 폴리올, 변성 이소시아네이트, 추가 조성물의 각 구성요소, 발포타입 나노 셀룰로오스의 발포제와 나노 셀루로오스의 각 구성요소의 배합비율을 제공받을 뿐만 아니라, 특징 정보(단열재용 고분자 조성물의 제조 수율, 파단강도, 인장강도, 압축강도, 불량률 포함)에 대한 인증정보를 제공받은 입력 공정데이터에 대해서 빅데이터 서버(300)로 액세스(access)를 수행하여 제공한 뒤, 빅데이터 서버(200)의 분산 파일 프로그램에 의해 DB에 빅데이터 기반으로 분산 저장이 수행되도록 할 뿐만 아니라, 저장된 수집 데이터를 미리 설정된 알고리즘을 통해 분석하고 상태 관리 명령을 내리며, 제어서버(200)는 분산 파일 프로그램에 의해 DB에 분산 저장된 수집 데이터에 해당하는 입력 공정데이터의 각 구성요소의 배합비율에 해당하는 각 파라미터를 분석하여 분석한 결과로 단열재용 고분자 조성물의 제조 수율, 파단강도, 인장강도, 압축강도, 불량률에 해당하는 특징 정보를 추출하고, 추출된 특징 정보와 각 배합비율에 따른 조절에 따른 인자를 추출하는 알고리즘을 수행하는 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 시스템 상에서 수행되는 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법에 있어서,
단열재용 고분자 조성물을 구성하는 재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 제조된 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시켜 형성된 단열재용 고분자 조성물에 추가 조성물(충진제,탄소 섬유, 난연제, 자외선 차단제 중 적어도 하나 이상)을 혼합하고, 다시 혼합물 100 중량부에 대해서 발포타입 나노 셀룰로오스 1 내지 3 중량부와 함께 압출장치를 이용해 압출하여 압출 용융물을 형성하는데, 압출 용융물의 표면 온도가 190 내지 200 ℃의 온도로 가열함으로써 용해시키며, 용융상태의 압출 용융물에 대해서 압출 용융물의 표면 온도가 90 내지 100 ℃의 온도로 냉각을 1차로 수행하여, 단열재용 고분자 조성물 가공을 위한 준비 과정인 1차 공정을 완료하며,
2차 공정으로 압출 용융물의 표면 온도가 220 내지 230 ℃의 온도로 N2 purge 2차 가열시키며, N2 가스 히터(Gas Heater)를 사용하되 N2 가스 히터는 진공장비 내부에 이물질을 주기적으로 제거하기 위해 불활성 기체인 N2를 외부에서 내부로 불어주며, Purge되는 N2를 Heating 시키는 원리로 가열을 수행하되, 시트 형태로 단열재용 고분자 시트를 형성하고 생성된 시트에 대해서 복수겸 라미네이팅(Laminating) 수행 방법으로 압출코팅(extrusion coating, (T-die 방식)이나 건식 라미네이팅(Dry laminating) 방법을 사용하며,
라미네이팅된 단열재용 고분자 조성물 시트를 냉각시키되 냉각시 대상물의 표면 온도가 150 내지 170℃의 온도로 냉각을 시키고, 부가적으로 Vaccum distilation을 수행하는 과정을 거쳐서 단열재용 고분자 조성물 시트를 형성하며, 냉각시 단열재용 고분자 조성물 시트에 대한 냉각을 수행한 뒤, 냉각을 위해 가이드 롤러로 전달하며, 사용되는 냉각장치는 펠티어 소자와 온도 센서, 그리고 아두이노 기판을 활용하여 미리 설정된 온도 범위로 라미네이팅된 단열재용 고분자 조성물 시트에 대한 온도를 제어하며,
1차 공정에 있어서,
폴리에스테르 폴리올과 변성 이소시아네이트를 중합시켜 형성된 단열재용 고분자 조성물에 추가 조성물을 혼합하되,
폴리에스테르 폴리올의 제조시, 재활용 PET 30 내지 35 중량부를 기준으로 산 화합물 12 내지 15 중량부(산 화합물로서 무수프탈산, 테레프탈산 및 아디프산 중에서 선택되는 1 종 이상을 사용), 재활용 식물성 기름 3 내지 7 중량부, 알코올 30 내지 35 중량부를 계량하여 넣고, 질소 분위기에서 고체상의 원료들이 반응을 하며 액상 화합물로 변한 뒤, 온도를 미리 설정된 온도 범위로 상승시키면서 반응 중 생성된 수분을 분별 증류관을 통하여 배출하되, 반응시켜 더 이상 수분이 발생하지 않으면 진공 펌프를 사용하여 잔류 수분을 완전히 제거하고 생성물을 여과하여 폴리에스테르 폴리올을 수득하며,
변성 이소시아네이트는 이소시아네이트 50 내지 80 중량부와 폴리에스테르 폴리올 10 내지 30 중량부를 반응시켜 제조된 것이며,
재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 제조된 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시켜 형성된 단열재용 고분자 조성물에 추가 조성물을 혼합하여 제공시, 추가 조성물 중 충진제(filler)로서 탄산칼슘, 탈크, 클레이, 실리카, 산성백토를 포함하는 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것을 이용하며,
탈크를 이용시 단열재용 고분자 조성물의 성형성과 내가수분해성능을 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 단열재용 고분자 조성물을 구성하는 원재료인 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합한 화합물 100 중량부에 대하여 충진제 70 내지 80 중량부를 사용하며,
재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 제조된 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시킨 화합물에 탄소 섬유를 추가로 포함하되, 단열재용 고분자 조성물을 구성하는 원재료인 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시킨 화합물 100 중량부에 대하여 탄소 섬유 5 내지 4 중량부를 사용하며,
단열재용 고분자 조성물을 구성하는 원재료인 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시킨 화합물 100 중량부에 대하여 난연제 1.5 내지 2 중량부를 사용하며,
난연제는 몰리브덴산 안티몬, 산화몰리브덴, 수산화마그네슘, 수산화알미늄 중 어느 하나 또는 2종 이상 혼합한 것을 사용하며,
단열재용 고분자 조성물을 구성하는 원재료인 폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시킨 화합물 100 중량부에 대하여 자외선 차단제 0.7 내지 1.3 중량부를 사용하며,
자외선차단제는 폴리에틸렌 수지 또는 수성아크릴계 합성수지 100 중량부에 대해서 산화아연(ZnO2) 25 내지 27 중량부와, 10 내지 100㎚의 분체의 평균 입도를 갖는 이산화티탄(TiO2) 23 내지 24 중량부를 혼합한 뒤, 혼합물에 감마아미노에틸렌아미노프로필트리메톡시실란의 실란계 화합물 12 내지 13 중량부를 혼합하여 점착성을 부여하고, 혼합 용액에 계면활성제 1 내지 2 중량부, pH 5 내지 7의 실리콘 오일 2 내지 3 중량부를 혼입하여 10℃ 내지 12℃에서 30분 내지 35분간 교반하여 표면을 개질하여 생성된 자외선차단제를 사용하며,
폴리에스테르 폴리올과 이소시아네이트를 중합시킨 화합물 100 중량부를 구성에 있어서 폴리에스테르 폴리올과 변성 이소시아네이트의 중량비는 100 : 130 내지 100 : 180이며,
단열재용 고분자 조성물의 원료에 대해서 발포제와 함께 스크류 방식에 의한 발포타입 나노 셀룰로오스에 대한 배합을 수행하되, 나노 셀룰로오스 100 중량부에 대해서 발포제 2 내지 2.5 중량부를 배합하는 것을 특징으로 하는 재활용 PET 및 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물의 제조 방법.
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| KR20150063392A (ko) * | 2012-09-24 | 2015-06-09 | 알케마 인코포레이티드 | 할로겐화 올레핀 발포제를 함유한 폴리우레탄 폴리올 배합물의 안정성 개선 |
| CN109135303A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-04 | 广西大学 | 一种纳米纤维素增强大豆油基泡沫塑料的制备方法 |
| KR102048077B1 (ko) * | 2018-11-02 | 2019-11-22 | 주식회사 누리켐 | 변성 이소시아네이트를 사용한 단열재용 고분자 조성물 |
| KR102048074B1 (ko) * | 2018-11-02 | 2019-11-22 | 주식회사 누리켐 | 재활용 pet를 사용한 단열재용 고분자 조성물 |
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Non-Patent Citations (3)
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|---|
| 대한민국 특허출원 출원번호 제10-1995-0021293(1995.07.20)호 "무기섬유단열재용바인더조성물(BINDER COMPOSITION FOR CERAMIC HEAT INSULATING FIBERS)" |
| 대한민국 특허출원 출원번호 제10-201-80139510(2018.11.14)호 "불연 단열재용 조성물(COMPOSITION FOR NONFLAMMABLE HEAT INSULATOR)" |
| 중국특허공개공보 CN109135303호(2019.01.04.) 1부.* |
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