KR20230095085A - 발포 필름 제조를 위한 발포 패널의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표준 ASTM D 3576 에 따라 측정된 평균 셀 직경이 20 ㎛ 내지 250 ㎛ 이고, 260 ㎛ 초과의 직경을 갖는 셀이 m2 당 20 개 미만 존재하고, 발포체의 파단 연신율이 ASTM D 638 에 따라 측정된 4% 내지 13% 인 것을 특징으로 하는, 적어도 100℃ 의 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 중합체로 이루어진 발포 필름 제조를 위한 발포 패널의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 표준 ASTM D 3576 에 따라 측정된 평균 셀 직경이 20 ㎛ 내지 250 ㎛ 이고, 260 ㎛ 초과의 직경을 갖는 셀이 m2 당 20 개 미만 존재하고, 발포체의 파단 연신율이 ASTM D 638 에 따라 측정된 4% 내지 13% 인 것을 특징으로 하는, 적어도 100℃ 의 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 중합체로 이루어진 발포 필름 제조를 위한 발포 패널의 제조 방법에 관한 것이다.
경질 발포체, 예를 들어, 제품명 Rohacell® 하에 시판되는 폴리메타크릴이미드는 다른 발포체와 유사하게 상이한 공정에 의해 절단될 수 있다. Rohacell® 의 경우에 이것을 행하는 표준 방식은 톱질에 의한 것이다. 이는 밴드 톱을 사용하여 두꺼운 발포 블록의 수평 분할하여, 따라서 상당한 양의 톱밥을 생성하는 것을 포함한다. 게다가, 경질 발포체로부터 얇은 또는 매우 얇은 시트 또는 필름을 얻는 것은 이러한 공정에 의해 거의 가능하지 않다. 톱날의 두께 및 톱질 과정에서 절단될 경질 발포체의 영역에 대한 비교적 높은 기계적 응력 때문에, 매우 얇은 필름이 달성될 수 없다. 3 내지 10 mm 의 두께를 갖는 얇은 시트는 결국 큰 재료 손실 및 관련 먼지 형성이 있는 경우에만 가능한데, 이는 톱질에 사용되는 톱날이 적어도 2 mm 의 관련 두께를 가지며, 따라서 대응하는 재료 손실을 초래하기 때문이다. 이어서 톱날이 특히 얇다면, 상기 날은 처지고 절단 제품에서의 높은 두께 변화를 초래할 것이고 및/또는 필름의 절단을 사실상 불가능하게 할 것이다. 두께가 10 mm 를 초과하는 더 두꺼운 시트가 분할될 경우, 톱날의 두께에 의해 야기되는 절단될 영역의 구부러짐이 분할 동안 그의 파단을 초래할 것이기 때문에, 톱질 과정에서 마찬가지로 문제가 발생한다. 이는 특히 매우 경질이어서, 어느 정도 부서지기 쉬운 발포체의 경우에 발생하는 문제이다.
가요성 발포체, 예를 들어 가요성 폴리우레탄 발포체는 또한 밴드 나이프의 사용에 의해 절단될 수 있어서, 폐기물 제품으로서 톱밥을 제공하지 않는다.
많은 발포체 (경질 및 가요성 발포체) 는 부가적으로 가열된 인장 와이어에 의해 절단될 수 있다. 그러나, 여기에서 열선의 결과로 재료에 열적 손상이 가해질 가능성이 있다. 더욱이, 와이어의 유한한 두께의 결과로서, 또한 재료 손실 또는 얇은 시트의 파단의 문제가 있다.
필름 또는 얇은 시트를 수득하기에 적합한 경질 발포체의 평면 분할을 위한 공정이 US 10,556,357 에 기재되어 있다. 이 공정은 경질 발포체가 먼저 유연화된 후 칼로 절단되는 것을 특징으로 한다. 이 IP 권리에 기재된 발포 필름은 다수의 핀홀로 인해 불충분한 파단 연신율을 나타낸다.
따라서 상기 논의된 종래 기술의 배경에 반하여, 본 발명에 의해 해결되는 과제는 작은 셀 직경 및 적은 핀홀을 갖는 적어도 100℃ 의 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 중합체로 제조된 얇은 발포 필름을 제공하는 것이 가능한 발포 패널의 제조 방법을 제공하는 것이었다.
발포 패널의 제조 공정은 특히 3 mm 미만의 두께로 이들 발포 패널로부터 발포 필름을 제조하는데 적합할 것이다. 발포 패널의 분할은 칩 형성 없이 이루어진다.
여기서 명시적으로 논의되지 않은 다른 문제점은 종래 기술, 명세서, 청구항 또는 예시적인 구현예로부터 도출될 수 있다.
상기 과제는 20 ㎛ 내지 250 ㎛ 의 표준 ASTM D 3576 에 따라 측정된 평균 셀 직경 및 m2 당 260 ㎛ 초과의 직경을 갖는 셀 20 개 미만 및 ASTM D 638 에 따라 측정된 4% 내지 13% 의 발포 패널의 파단 연신율을 갖는, 적어도 100℃ 의 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 중합체로 이루어진 발포 필름 제조를 위한 발포 패널의 제조 방법으로서:
A) 발포 블록의 발포 스킨이 제거되는 단계 및
B) 발포 블록의 나머지 부분이 10 내지 135 mm 의 두께를 갖는 발포 패널로 절단되는 단계
를 특징으로 하는 제조 방법을 제공함으로써 해결되었다.
본 발명에 따른 발포 패널은 DIN EN ISO 11357-2 에 따라 측정된, 적어도 100℃, 바람직하게는 적어도 140℃ 의 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 중합체로부터 제조된다. 플라스틱에 대한 표준 DIN EN ISO 11357-2 (07-2014 일자) 는 시차 주사 열량계 (DSC) - 파트 2: 유리 전이 온도 및 유리 전이 활성화 에너지의 결정 - 을 기술한다.
중합체는 폴리에테르 설폰, 폴리페닐 설폰, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리(메트)아크릴이미드, 폴리메틸 (메트)아크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 이들의 혼합물 및 또한 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된다.
용어 폴리(메트)아크릴이미드 (P(M)I) 는 이하에서 폴리메타크릴이미드 (PMI), 폴리아크릴이미드 (PI) 또는 이들의 혼합물을 의미하는 것으로 이해된다. 유사한 것이 예를 들어 폴리메틸 (메트)아크릴레이트에 적용된다. 따라서, 용어 폴리메틸 (메트)아크릴레이트는 폴리메틸 메타크릴레이트뿐만 아니라 폴리메틸 아크릴레이트 및 이들의 혼합물을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
발포 코어의 물질은 바람직하게는 P(M)I, 특히 바람직하게는 PMI 이다. 이러한 P(M)I 발포체는 또한 경질 발포체로 지칭되고 특정 강도를 나타낸다. P(M)I 발포체의 제조는 예를 들어 EP 3221101 에 기재되어 있다. P(M)I 발포체는 일반적으로 2 단계 공정: a) 주조 중합체의 제조 및 b) 이 주조 중합체의 발포으로 제조된다.
주 성분으로서, (메트)아크릴산 및 (메트)아크릴로니트릴을 바람직하게는 2:3 내지 3:2 의 몰비로 포함하는 단량체 혼합물을 먼저 제조함으로써 주조 중합체를 제조한다. 또한, 추가의 공단량체, 예컨대 아크릴산 또는 메타크릴산의 에스테르, 스티렌, 말레산 또는 이타콘산 또는 이들의 무수물 또는 비닐피롤리돈을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 공단량체의 비율은 30 중량% 이하여야 한다. 소량의 가교 단량체, 예를 들어 알릴 아크릴레이트를 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 그 양은 바람직하게는 최대 0.05 내지 2.0 중량% 이어야 한다.
공중합용 혼합물은 약 150℃ 내지 약 250℃ 의 온도에서 분해 또는 증발되어 기체상을 형성하는 발포제를 더 포함한다. 중합은 이 온도 미만에서 발생하며, 따라서 주조 중합체는 잠재성 발포제를 함유한다. 중합은 유리하게는 2 개의 유리 플레이트 사이에서 블록 형태로 일어난다. 발포 시트의 제조를 위해, 이는 이어서 적절한 온도에서의 제 2 단계에서의 주조 중합체의 발포가 선행 기술에 따라 이어진다. 이들 P(M)I 발포체의 제조는 원칙적으로 당업자에게 공지되어 있고, 예를 들어 EP 1 444 293, EP 1 678 244 또는 WO 2011/138060 에서 찾을 수 있다. PMI 발포체의 예는 특히 Evonik Industries AG, Germany 로부터의 ROHACELL® 라인을 포함한다. 아크릴이미드 발포체는 생산 및 가공 측면에서 PMI 발포체와 유사한 것으로 간주될 수 있다. 그러나, 독성학적 이유로, 이들은 다른 발포 재료에 비해 실질적으로 덜 바람직하다.
경질 발포체 재료의 밀도는 비교적 자유롭게 선택될 수 있다. P(M)I 발포체는 예를 들어 20 내지 320 kg/m3, 바람직하게는 25 내지 250 kg/m3 의 밀도 범위로 사용될 수 있다. 30 내지 200 kg/m3 의 밀도를 갖는 PMI 발포체를 이용하는 것이 특히 바람직하다.
본원에 기재된 발포체는 발포 블록으로 제조된다. 이들 발포 블록은 사용된 중합체 및 달성된 밀도에 따라 상이한 두께를 갖는다.
발포 블록의 특정 영역으로부터의 발포체 만을 사용하는 것이 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 발포 블록의 발포 스킨/표면을 제거하는 것은 뛰어난 기계적 특성을 갖는 발포 패널을 초래하는 것으로 밝혀졌다.
발포 블록의 표면/발포 스킨의 3 mm, 특히 바람직하게는 5 mm, 매우 특히 바람직하게는 10 mm, 특히 바람직하게는 15 mm 가 제거되는 것이 바람직하다. 남은 물질은 보다 우수한 셀 크기 균질성 및 파단 연신율을 갖고 따라서 발포 패널로의 가공에 대한 적합성을 갖는다.
발포 블록의 나머지 부분은 10 내지 135 mm, 바람직하게는 60 내지 125 mm, 특히 바람직하게는 75 mm 의 두께를 갖는 발포 패널로 절단된다.
발포 블록으로부터 발포 패널을 절단하기 위한 다양한 방법이 공지되어 있다. 절단은 바람직하게는 레이저, 밴드 나이프 또는 밴드 톱을 사용하여 수행된다.
본 발명에 따라 제조된 발포 패널은 발포 필름을 제조하는데 특히 적합하다.
발포 패널은 특히 낮은 두께의 발포 필름을 제조하는 데 사용될 수 있다. 0.05 내지 3 mm 의 두께를 갖는 얇은 발포 필름이 생산가능하다. 0.15 내지 1 mm 의 발포 필름 두께를 얻는 것이 바람직하다.
발포 필름의 제조에 있어서 특별한 문제는 핀홀이다. 이러한 맥락에서, 핀홀이라는 용어는 필름의 표면에서 발생하고 강도의 감소를 초래하는 비교적 큰 셀을 지칭한다. 극단적인 경우에, 셀 크기는 필름의 두께보다 더 크며, 따라서 필름에 구멍을 초래한다.
본 발명에 따르면, 발포 필름은 표준 ASTM D 3576 에 따라 측정된, 20 ㎛ 내지 250 ㎛, 바람직하게는 50 ㎛ 내지 220 ㎛, 특히 바람직하게는 80 내지 200 ㎛ 의 발포체의 평균 셀 직경을 갖는다. 표준 ASTM D 3576 (2015 판) 을 사용하여 경질 발포체의 셀 크기를 측정한다.
원하는 기계적 특성, 특히 파단 연신율을 얻기 위해, m2 당 260 ㎛ 초과의 직경을 갖는 셀이 20 개 미만 만이 존재한다. m2 당 260 ㎛ 초과의 셀 직경을 갖는 셀이 15 개 미만 만 존재하는 경우 바람직하다.
ASTM D 638 (2014 판) 에 따라 측정된, 4% 내지 30%, 특히 바람직하게는 5% 내지 10% 의 파단 연신율을 갖는 발포 필름이 바람직하다. ASTM D 638 은 ISO 527-1 에 대응하며 플라스틱의 인장 특성을 측정하기 위한 표준 시험 방법이다.
특히, 높은 강성 및 취성을 갖는 경질 발포체, 예를 들어 경질 P(M)I 발포체는, 특히 블레이드의 웨지형 단면의 결과로서, 절단 과정에서 슬래브가 파손되는 문제를 겪을 수 있다.
높은 파단 연신율 및 셀 구조 등의 특정 특성을 갖는 발포체가 박층으로 분할하기에 적합하다. 경질 발포체의 분할은 예를 들어 스마트폰용 라우드스피커에 사용되는 박층을 제조하기 위한 매우 효율적인 공정이다. 분할 공정 (절단기 바에서의 절단 필름의 편향) 의 기계적 요건으로 인해, 발포체의 높은 파단 연신율은 공정 안정성 및 달성가능한 층 두께에 유리하다. 절단된 발포 필름은 비교적 조악하고 불균일한 셀이 명백해질 수 있는 매우 얇은 알루미늄 호일 층에 접착식으로 결합되기 때문에, 가장 미세하고 가장 균질한 가능한 셀 구조가 요구된다.
공정의 한 변형에서, 여전히 가열된 경질 발포체의 분할은 오븐 또는 가열 프레스에서 발포 작업 직후에 수행된다.
나이프의 배열에 대해서도, 다양한 구현예가 있다.
바람직한 구현예에서, 강성 발포 슬래브는 나이프의 절단 표면에 대해 직각으로 이동되는 반면, 나이프는 강성 발포 슬래브의 이송 방향에 대해서만 직각으로 이동한다. 대안적으로, 덜 바람직하기는 하지만, 절단 작업에서 나이프는 고정된 강성 발포체를 따라 이동된다. 또한, 나이프 및 경질 발포체가 반대 이동 방향을 갖는 것이 가능하며, 이 경우, 두 후자의 변형에서의 나이프는 절단 작업의 지지에 더하여 경질 발포체에 대해 직각으로 효과적으로 이동될 수 있다.
나이프가 직각으로 움직이는 경우, 다시 두 가지 변형이 있다. 첫째, 나이프를 앞뒤로 움직일 수 있다. 그러나, 밴드 나이프를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 밴드 나이프는 절단 방향에 대해 직각으로 한 방향으로 순회 이동되고, 일반적으로 적어도 2 개의 편향 롤러에 의해 안내되고 구동된다. 밴드 나이프 시스템은 상업적으로 입수가능하다.
특정 구현예에서, 예를 들어 필름 또는 얇은 시트의 형태인 여러 조각이 연속적으로 배열된 복수의 나이프에 의해 한 번의 움직임으로 강성 발포체로부터 절단된다. 이들은 특히 직렬로 배열된 여러 개의 밴드 나이프일 수 있다. 이에 의해, 매우 효율적인 방식으로 한 번의 작업으로 하나의 블록으로부터 다수의 피가공물을 절단할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 필름은 후속적으로 적어도 하나의 외부층으로 피복될 수 있다. 이들 외부층은 예를 들어 복합 재료, 금속 또는 목재일 수 있다. 이것은 예를 들어 경량 구조물에 사용되는 샌드위치 재료를 실현할 수 있게 한다. 대안적으로, 외부층은 단순히 다시 제거될 수 있는 보호 필름 또는 장식층일 수 있다. 특히 매우 얇은 알루미늄 호일의 적용이 중요하다.
본 발명의 큰 장점은 경질 발포체의 절단 중에 톱밥 형태의 폐기물이 사실상 회피되고 경질 발포체 표면의 열 손상이 배제된다는 것이다. 이것은 재료의 손실을 제한할 수 있게 하고 이 방법은 전적으로 종래 기술의 공정보다 더 경제적이다.
얇은 발포 필름은 원칙적으로 매우 넓은 적용 분야를 갖는다. 발포 필름은 예를 들어, 특히 라우드스피커, 모바일 뮤직 플레이어 또는 헤드폰에서 멤브레인으로 사용될 수 있다. 장식 목적을 위한, 예를 들어 물품의 표면 마감처리를 위한 그의 용도가 또한 고려될 수 있다.
Claims (8)
- 20 ㎛ 내지 250 ㎛ 의 표준 ASTM D 3576 에 따라 측정된 평균 셀 직경 및 m2 당 260 ㎛ 초과의 직경을 갖는 셀 20 개 미만 및 ASTM D 638 에 따라 측정된 4% 내지 13% 의 발포 패널의 파단 연신율을 갖는, 적어도 100℃ 의 유리 전이 온도 Tg 를 갖는 중합체로 이루어진 발포 필름 제조를 위한 발포 패널의 제조 방법으로서:
A) 발포 블록의 발포 스킨이 제거되는 단계 및
B) 발포 블록의 나머지 부분이 60 내지 135 mm 의 두께를 갖는 발포 패널로 절단되는 단계
를 특징으로 하는 제조 방법. - 제 1 항에 있어서, 중합체가 적어도 140℃ 의 유리 전이 온도를 갖는 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 중합체가 폴리에테르 설폰, 폴리페닐 설폰, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리(메트)아크릴이미드, 폴리메틸 (메트)아크릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 이들의 혼합물 및 또한 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포 패널의 평균 셀 직경이 50 ㎛ 내지 220 ㎛, 바람직하게는 80 ㎛ 내지 200 ㎛ 인 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포 패널의 m2 당 260 ㎛ 초과의 셀 직경을 갖는 셀이 15 개 미만 존재하는 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 발포 패널의 파단 연신율이 ASTM D 638 에 따라 측정된 5% 내지 10% 인 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 A) 에서의 발포 블록의 발포 스킨이 3 mm 의 두께를 갖는 제조 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 B) 에서의 발포 패널을 밴드 나이프 또는 밴드 톱을 사용하여 절단하는 제조 방법.
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