기술강좌
 
홈으로로그인회원가입사이트맵이메일
 
HOME 기술강좌 압출성형

Since 1991

전시회 일정
국내전시일정
해외전시일정(상반기)
해외전시일정(하반기)
관련링크
관련협회
연구소
관련도서
관련 채용정보
제목 바이오 폴리머 컴파운딩에서 반드시 알아야 할 4가지
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2021/06/03 18:01

바이오 폴리머 컴파운딩에서

반드시 알아야 할 4가지

 

글로벌 바이오 플라스틱 생산능력은 제조업체들과 브랜드 기업들이 자신들의 제품 생산을 꾸준히 이 “녹색” 원료로 전환해 감에 따라 2024년까지 200만톤이 넘는 수준으로 증가할 것으로 예상된다. 이 같은 수요에 부응하는 컴파운드를 생산하고 공급하기 위해서는 알아야 할 몇 가지 가공 상의 고려사항이 있다.

 

 

PHA(polyhydroxyalkanoates) 같은 바이오 폴리머가 “녹색 원료”에 대한 수요증가를 촉발시킬 것으로 예상되며, 향후 5년 동안 관련 생산능력이 3배 이상 증가할 것으로 내다보는 이들도 있다. PHA는 생분해가 가능하고, 우수한 물리적 및 기계적 물성을 제공하는 바이오 기반 폴리에스테르다.

오스트레일리아의 Plantic Technologies는 바이오 폴리머 업계의 선구적 기업 가운데 한 곳으로 현재 특허받은 생분해성 식품포장 원료는 전 세계적으로 상업적 성공을 거두어 사용되고 있으며, 트윈 스크류 컴파운딩 장비에서 생산되고 있다. 

미국의 Danimer Scientific는 이 분야의 또 다른 리더다. Danimer는 다양한 환경친화적 제품을 가공에 사용하며 바이오 폴리머 컴파운드를 생산한다. 이 회사의 Nodax PHA 라인은 큰 성장을 보이고 있다. 예를 들어, Bacardi는 현재 그 회사가 생산하고 있는 8천만개의 PET 병용기를 대체하기 위해 이 제품을 사용하고 있다.

다수의 새로운 회사들이 새로운 원료와 여러가지 새로운 제형을 손에 들고 바이오 폴리머 업계에 모습을 드러냈다. 동회전 트윈 스크류 압출기는 바이오 폴리머를 비롯한 모든 종류의 폴리머에 우수한 원료 믹싱 기능을 제공한다. 제형에 관계 없이, 용융 및 믹싱 품질, 생산속도 및 기타 파라미터에서 원하는 수준의 목표 달성을 위해서는 장비 공급업체를 제품개발 파트너로 삼아야 한다. 장비를 공급할 업체가 원료의 제형 테스트 및 프로세스 개선에 도움이 되는 시설 및 노하우를 갖추고 있는지 확인도 해야 한다.

모든 컴파운딩 프로젝트와 마찬가지로, 새로운 바이오 폴리머 제형의 공정 개발에서는 일정 부분의 시행착오가 불가피하다. 처음부터 바로 성공을 거둘 수도 있고, 상업적 양산 구현을 위해 더 많은 노력이 필요한 경우도 있다.

바이오 폴리머 컴파운드는 그 특성에 따라 크게 세 가지 범주로 나눌 수 있다.

· 전분기반 폴리머 컴파운드

· PHA, PLA 또는 PHB 같은 바이오 수지를 함유한 바이오 수지 컴파운드

· 바이오 폴리머 컴파운딩 블렌드. 이는 두 가지 이상의 바이오 수지, 전분기반 폴리머 또는 석유기반 폴리머를 포함하는 컴파운드로 정의할 수 있다.

바이오 폴리머의 가공

다음은 바이오 수지 컴파운드 및 바이오 폴리머 컴파운딩 블렌드를 동회전 트윈 스크류 압출기로 컴파운딩 할 때 고려해야 할 가공 상의 몇 가지 주요사항이다.

 

1. 유연한 압출기 구매

 유연성 극대화를 염두에 두고 장비를 설계하고, 48:1 또는 52:1(L/D) 비율의, 여러 개의 벤트 및 피딩 위치 옵션을 갖는 긴 압출기를 구매해야 한다. 바이오 폴리머산업은 새로운 아이디어, 새롭거나 개선된 공급 원재료, 새롭거나 개선된 첨가제 덕분에 빠르게 진화하고 있는 분야다. 확보된 가능한 위치에 벤트를 만들거나 닫거나 또는 역시 미리 마련된 가능한 위치에 사이드 피더를 추가하거나 제거하는 것이 새 배럴을 구입하거나 초기 자본으로 장비를 구매한 후 압출기를 또 확장하는 것보다 훨씬 쉽다.

 

2. 바이오 폴리머는 일반적으로 흡습성이 높다.

적어도 하나 또는 두 개의 대기로 연결된 가스 빼기 벤트 그리고 최소한 한 개 그리고 때에 따라 두 개의 진공 벤트 자리를 마련한다. 바이오 폴리머는 일반적으로 흡수성이며 가공 전 조심스러운 취급이 필요하다. 바이오 폴리머의 가수분해를 최소화하고 원료의 예비 건조 필요성을 줄이기 위해서는 압출 가공 시작 지점에 가스 빼기 벤트를 배치하는 것이 효과적이다.

최소 하나의 진공 벤트는 필수적이다. 진공 시스템을 필수적이지 않은 추가 기능으로 여기지 말아야 한다. 진공 시스템은 종종 좋은 품질의 제품을 만들 수 있는지 없는지의 차이를 만들 수 있고 또는 압출 가공의 필수 사항이다. 바이오 폴리머가 지닌 휘발성 물질의 부식 특성을 해결해주는 잘 설계된 진공 시스템은 유지보수 및 가동중지 시간을 줄이고 스루풋 속도를 증가시켜 투자만큼의 가치를 한다.

 

3. 바이오 폴리머가 전단과 압력에 민감하다는 것을 고려하라.

과도한 열 또는 전단에 노출되면 바이오 폴리머는 급격히 열화(劣化)된다. 원료의 전단 노출은 압출기의 스크류 속도에 정비례하며 압출기 스크류와 배럴 사이의 간격에 반비례한다. 압출기 토크가 너무 높아지거나(>90%), 피딩 장치 개구부 또는 벤트를 막은 컴파운드 때문에 체적 한계에 도달할 때까지 주어진 스루풋 속도에 대해 가능한 가장 낮은 스크류 속도로 압출기를 작동하라. 

에어와 습기가 빠져나갈 수 있도록 벤트를 전략적으로 배치하고, 피딩을 위한 개구부나 벤트로 들어올 수 있는 한 좁은 유형의 니딩블록 또는 리버스 스크류 엘리먼트를 배치해 체적 한계를 피할 수 있다. 너무 높은 토크는 압출기 스크류를 길고 “부드러운” 믹싱 영역과 짧고 공격적인 믹싱 영역으로 설계함으로써 피할 수 있다. 토크 변동을 최소화해 작업자가 더 높은 평균 토크에서 압출기를 가동할 수 있도록 피더를 안정화한다.

동회전하는 트윈 스크류 압출기는 효과적이고 효율적인 믹싱 장치지만, 펌프로서 효율은 8%에서 15%에 불과하며, 이는 높은 압출기 출구 압력으로 인한 큰 폭의 용융온도 증가를 의미한다. 높은 출구 압력은 압출기 출구 근처 벤트에서 벤트 유동을 일으킬 수 있다.

다이 구멍의 직경을 증가시키고, 여과 스크린의 메쉬 사이즈를 증가시킨다. 수중 펠렛타이징의 경우, 물과 다이 온도를 높여주는 것 모두 압출기의 출구 압력을 최소화하는 작업을 수행한다. 직경 하나와 동일한 피치의 수지 이송 스크류 엘리먼트는 가장 효과적인 펌핑 엘리먼트다.

또한 용융펌프는 압출기의 출구와 다이 사이에서 사용할 수 있다. 용융펌프의 펌핑 효율은 25%에서 35%다. 용융펌프를 사용하면 용융온도 상승을 최소화하고 압출기 전력을 절약해, 압출물의 보다 안정적인 흐름을 만들 수 있다. 용융펌프의 투자 비용은 압출기의 산출량 증가로 쉽게 회수할 수 있다.

 

4. 바이오 폴리머는 열화가 빨라 퍼징이 중요하다.

바이오 폴리머의 분해는 대개 석유기반 폴리머보다 더 빠른 속도로 진행된다. 압출기를 1~2시간 이상 가동하지 않고 세워 둘 경우 배럴의 열을 낮추거나 열을 아예 끄는 것이 좋다. 압출기를 실행시키지 않은 상태로 열이 장시간 남아 있었다면 바이오 수지보다 약간 높은 용융점도를 가진 저비용 열안정성 폴리머로 압출기를 퍼징한다. 퍼징 원료의 점도가 너무 높으면, 다시 생산을 시작한 후 여러 시간 동안 오염으로 나타날 수 있다. 

작성자   비밀번호
20294   범용 스크류의 귀환? 플라스틱코리아