[해외기술동향] 초임계탄산가스를 이용한 압출성형기술 - 2 :: Today

3-2. 미소성분 제거기술
수지 중에는 휘발성 유기물질(VOC)이 포함되어있는 것이 있다. 특히 환경 기준이 높은 유럽에서는 VOC의 규제가 엄격하다. 이 규제는 전 세계적으로 사용될 것으로 보이며 제품 내의 VOC의 농도를 낮추는 것이 필요하다. VOC는 수지의 모노머 성분이 들어있는 경우가 많아 친화성이 높기 때문에 제거하기가 상당히 힘들다.
일반적으로 시행되고 있는 제거 방법은 수지를 단축 압출기 또는 2축 압출기로 용융한 후, 진공 벤트로 탈기·제거하는 것이다. 그러나 이 방법으로도 VOC의 농도가 높아 잔재할 경우, 초임계유체를 수지 안에 공급하여 잔재 VOC를 초임계유체와 함께 진공 벤트로 VOC를 탈기·제거하는 방법을 이용한다.
<그림2>는 프로세스 개요를 나타낸다. <그림2>는 초임계유체 주입 및 진공 벤트가 각각 1개의 장소에 있지만 필요에 따라 2단, 3단으로 효과를 높일 수 있다. VOC 제거 효과는 스크류 회전수, 충만율, 온도, 진공도, 압출양에 크게 의존하기 때문에 최적의 조건을 찾아야 한다. 또 친화성이 높은 재료의 경우는 주입과 벤트를 여러 번 반복해야 한다.

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3-3. 혼련기술
초임계유체는 공급양의 증가에 맞춰 용융 점도를 낮추는 움직임이 있다(가소제 효과). 이 특징을 이용한 혼련기술의 이점을 하기에 표시한다.
① 압출기의 하부가 내려간다.
② 자기 발열을 억제한다(저온성형).
③ 고점도 재료의 필러 컴파운드, 필러의 고농도 컴파운드의 적응
④ 폴리머 브랜드에 의한 도메인 입경의 미세화
⑤ 미소첨가제의 균질 분해
초임계유체를 이용한 압출성형의 일례로, 공급된 유체는 아임계 상태, 가스 상태로 사용하는 경우도 있다. 이 프로세스는 난성형 재료의 압출에 적합한 재료의 배합·성형 조건이 중요한 포인트가 되지만 응용 사례는 아직 적다. 여기서 카본나노튜브(CNT) 합성 및 스테레오 플렉스형 폴리 유산에 관하여 소개하겠다.

(1) 카본나노튜브합성기술
카본나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)는 단층 CNT와 다층 CNT로 분류된다. 카본나노튜브의 중심에는 3~10㎚의 공동이 있으며 외경에는 단층의 경우 1~2㎚, 다층의 경우 주로 5~50㎚이다. 이 CNT는 상당히 높은 도전성(導電性)을 나타낸다. 이 물성을 이용하여 도전성 수지 컴파운드의 응용이 진행되고 있다. 지금까지는 카본 블럭, 흑연, 탄소 섬유를 수지 속에 혼합하여 절연체인 플라스틱에 도전성을 부여하고 있다. CNT는 종래에 비해 소량 첨가(1/3~1/4)함으로써 도전성이 발현한다. 이는 CNT의 전도성이 우수한 것, 그리고 선경이 아주 미세하게 애스팩트비가 긴 것이 요인이 된다. 또, 이 형상이 제품 표면의 평활성 향상, CNT 탈락방지(저오염성), 깨끗한 외관, 리사이클성의 향상, 뛰어난 유동성에 이어져있다. 용도는 전자 부품의 캐리어 용기, 정전도장부품 등 체적저항율 106~1010Ω·㎝의 도전성능이 필요한 용도에 이용되고 있으며 CNT를 고충진한 EMI 실드 용도의 전개도 기대 되고 있다. 대전(帶電) 특성은 다른 전도 재료에 비해, 특히 고저항 영역의 특성이 좋다.
<사진3, 4>는 CNT의 SEM 사진이다(2). <그림3>은 초임계 이산화탄소를 이용한 CNT 컴포지트 시스템을 나타낸다.

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(2) 스테레오 플렉스형 폴리 유산(SC-PLA)
화석 재원의 대량 소비에 의한 지구온난화, 화석 재원의 고갈, 탈석유수지로의 전환 등 환경 문제는 매년 관심이 높다. 그 중 수지의 바이오플라스틱의 전환도 가속되고 있다. 특히 폴리유산의 개발은 선행되고 있지만 그에 대한 과제도 많다. 폴리 유산은 내열성에 문제가 있어 폴리머 블랜드, 필러에 의한 복합화 등 개량이 진행되고 있다. 스테레오컴플렉스는 광학 이성체인 L형폴리유산(PLLA)와 D형폴리유산(PDLA)으로부터 생성된다.
PLA단체의 융점은 175℃정도이다. 그에 비해 스테레오컴플렉스형 폴리유산은 220℃ 이상으로 상당히 높으며, 내열성 문제점을 개선할 수 있다.
<그림4>는 스테레오컴플렉스형 폴리유산의 성형 프로세스를 나타낸다. <사진5>는 이 성형에 사용한 특수 2축압출장치의 외관을 나타낸다.

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