고급 점도 제어를 통한 핫멜트 접착제(HMA) 공정 최적화

내용의 표

• 1. 소개
• 2. 산업 개요
• 2.1 핫멜트 접착제 HMA
• 2.2 HMA 유형
• 2.3 핫멜트 접착제 생산 공정
• 2.4 주요 모니터링 매개변수
• 3. Rheonics 인라인 점도계
• 3.1 HMA 생산 공정을 위한 SRV 점도계 설치
• 3.2 인라인 점도 모니터링의 이점
• 4. 참조

핫멜트 접착제(HMA)는 폴리머, 수지, 왁스, 그리고 첨가제로 구성된 복합 제형으로, 고유한 특성을 지닙니다. 고객은 포장, 제본, 제품 조립 등 다양한 용도에서 접착제가 일관된 성능을 발휘하기를 기대합니다. 따라서 접착제의 성분을 실시간으로 모니터링하는 것은 품질 보증에 필수적입니다. 점도는 원료 품질부터 최종 제품 성능 및 생산 효율에 이르기까지 모든 것에 영향을 미치는 여러 가지 이유로 HMA 생산을 모니터링하는 핵심 요소입니다.

핫멜트 접착제(HMA) 또는 "핫 글루"는 실온에서 고체 상태를 유지하며 가열하면 용융된 액체 상태로 도포되는 열가소성 폴리머 접착제의 한 종류입니다. 가열은 일반적으로 열풍기 또는 이와 유사한 장치를 사용하여 수행되며, 이러한 장치는 고체 상태의 접착제를 용융 또는 액체 상태로 변환하여 냉각 및 응고를 통해 접착력을 생성합니다. 열 손실만으로 경화되는 이러한 메커니즘은 HMA의 근본적인 특성이자 주요 장점으로, 용제 기반 또는 수성 접착제 시스템에서 흔히 필요한 건조 또는 경화 단계를 생략할 수 있습니다[1].

HMA는 널리 사용되는 접착제가 될 만한 주요 특성을 가지고 있습니다.

• 빠른 설정 속도: 적용 후 몇 초 이내에 결합이 형성됩니다.
• 용매가 없는 구성: 휘발성 유기 화합물(VOC) 배출을 줄이거나 제거합니다.
• 기판 접착의 다양성: 다공성 기질(예: 종이, 목재)과 비다공성 기질(예: 플라스틱, 금속).
• 틈새 채우기에 적합: 냉각 후 수축이 최소화되거나 전혀 없음
• 긴 수명: HMA는 고체 상태에서는 특성을 유지하기 위한 최소한의 요구 사항으로 보관 및 운송이 쉽습니다.
• 다양한 프레젠테이션: 일반적으로 접착제 스틱으로 사용되지만 펠릿, 칩, 필로우형, 블록형, 슬랫형으로도 판매됩니다.

 

핫멜트 접착제(HMA)의 유형은 주로 다음과 같이 분류되고 이해됩니다. 1차 베이스 폴리머. 이는 기본 폴리머가 접착제의 "백본"을 형성하고 다음과 같은 기본 특성을 크게 결정하기 때문입니다. 강도, 유연성, 다양한 기질에 대한 접착력, 열 안정성(고온 또는 저온에서의 성능), 내화학성, 용융 점도, 비용 및 개방 시간점착제, 왁스, 가소제 및 기타 첨가제는 특정 성능 특성을 미세 조정하는 데 필수적이지만, 기본 폴리머는 HMA의 고유한 성능을 제공합니다.

HMA 폴리머 베이스	주요 특징	일반적인 용융 점도 범위(지정된 온도에서의 cP)	일반적인 적용 온도 범위(°C/°F)	공통 응용 프로그램
EVA(에틸렌-비닐 아세테이트)	저렴하고 다재다능하며 셀룰로오스 소재에 대한 접착력이 좋고 빠르게 굳으며 일반적으로 가공이 용이합니다.	500~5,000 cP(일반적이지만 매우 다양함)	150-180 ° C / 302-356 ° F	포장, 목공, 제본, 조립
PE (폴리에틸렌)	다공성 기질(카톤)에 적합, 열 안정성 우수, 냄새 적음, 습기 차단성	1,000 - 3,000 cP 인	160-190 ° C / 320-374 ° F	포장(카톤 밀봉)
APAO(비정질 폴리알파올레핀)	높은 내열성, 점착성, 부드러움, 유연성, 우수한 열 안정성, 어려운 기질에 접착 가능	500~15,000+ cP	160-190 ° C / 320-374 ° F	위생용품, 자동차, 섬유, 제품조립(플라스틱, 폼)
mPO(메탈로센 폴리올레핀)	정밀한 특성, 줄어든 재료 사용량, 우수한 열 안정성, 낮은 냄새, 최소한의 늘어짐, 극한 온도에서도 사용 가능, 일부 등급은 재생 가능 성분을 제공합니다.	500 - 5,000 cP 인	150-180 ° C / 302-356 ° F	포장(식품, 냉동-전자레인지), 조립, 부직포
PA(폴리아미드)	고온 저항성, 고온 적용, 오일/화학 저항성, 금속 및 일부 플라스틱에 대한 접착력이 우수하지만 비쌀 수 있음	2,000 - 10,000+ cP(종종 더 높음)	185-215°C+ / 365-419°F+	자동차, 전자, 까다로운 목공, 필터
PUR(폴리우레탄 반응성)	매우 강력한 결합, 습기 경화(가교), 우수한 열/화학 저항성, 유연성, 더 비쌈	2,000~60,000+ cP	100-140 ° C / 212-284 ° F	목공, 건설, 자동차, 전자, 제본, 제품 조립
SBC(스티렌 블록 공중합체)	고무 기반, 우수한 저온 유연성, 높은 신율, 종종 압력 민감 접착제(PSA)에 사용됨	500~50,000+ cP(공익광고의 경우)	150-180 ° C / 302-356 ° F	테이프, 라벨, 위생용품, 탄성부착물

HMA 생산은 원하는 접착제 종류에 따라 달라질 수 있습니다. 그림 3은 탱크에서 접착제를 혼합한 후, 용융된 재료를 단축 압출기와 다이를 통해 펌핑하여 접착제의 최종 형태를 만드는 생산 공정의 예를 보여줍니다. HMA는 수조를 사용하여 최종적으로 냉각된 후 필요한 길이로 절단됩니다. 다음으로 주요 단계를 설명합니다.

원료 준비

핫멜트 접착제의 원하는 제형에 따라 특정 원료를 신중하게 선택하고 정밀하게 계량합니다. 다양한 폴리머, 점착제, 왁스, 첨가제(고체 상태)를 용도와 요구되는 성능 특성에 따라 선택합니다.

용융 및 혼합

그런 다음, 고체 원료를 혼합 용기 또는 재킷 용기가 있는 반응기로 옮겨 필요한 용융 온도에 도달합니다. 또는, 나중에 최종 압출을 수행하는 이축 압출기에서 혼합을 수행할 수도 있습니다.

혼합 공정에서 재료는 특정 온도(일반적으로 배합에 따라 100°C~235°C)까지 가열됩니다. 가열되면 폴리머 사슬을 서로 고정하는 분자 간 힘이 약해져 재료가 흐르게 되고, 그 결과 용융된 유동성 상태, 즉 액상 재료가 됩니다. [3] 이러한 재료 상태에서 생산 품질 보증을 위한 주요 공정 매개변수를 추출, 평가 및 특성화합니다.

압출기의 교반기 또는 스크류는 모든 성분의 철저하고 균질한 혼합을 보장합니다. 이 용융 및 혼합 단계는 최종 제품의 일관된 품질, 점도 및 기능성을 확보하는 데 매우 중요합니다.

중요: 핫멜트 접착제(HMA)는 다음과 같은 점에서 독특합니다. 100% 고체 및 물이나 용매를 운반체로 사용하지 마십시오이는 건조 또는 경화 단계를 없애고 휘발성 유기 화합물(VOC)과 관련된 환경 문제를 줄여주므로 큰 장점입니다. 이 제품은 열가소성 폴리머로, 가열하면 가소성 또는 연성이 되고 냉각하면 응고됩니다.

참고: 대부분의 핫멜트 접착제는 열가소성 물질즉, 뜨거우면 액체가 되고 식으면 굳어집니다. 또한 가역적이기도 합니다. 즉, 충분히 가열하면 다시 녹아서 내부 강도를 잃게 됩니다.

고온에서 접착 강도 손실을 방지하려면(가역성을 의도하지 않는 한) 접착제의 폴리머 분자가 필요합니다. 화학적으로 가교된 경화 후. 이러한 가교는 결합을 더욱 영구적으로 만들고 열에 대한 내성을 높입니다. 이는 다음을 추가하여 달성됩니다. 특정 반응성 성분 혼합하는 동안 접착제 제형에 첨가됩니다. 냉각 후 이러한 화학 반응을 거치는 핫멜트를 반응성 핫멜트 접착제. 폴리우레탄 반응성(PUR) 핫멜트는 반응성 HMA의 예입니다.

탈기

일부 경우, 특히 기포가 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 경우, 탈기 단계가 포함됩니다. 이 단계는 용기 내 용융 접착제 혼합물에 진공을 가하여 갇힌 공기나 휘발성 성분을 제거하는 것을 포함합니다.

여과기

용융된 접착제는 여과 시스템을 통과합니다. 이를 통해 불순물, 용해되지 않은 입자 또는 이물질이 제거되어 최종 제품의 순도와 품질을 보장합니다.

압출 및 냉각

용융된 접착제는 다이를 통해 펠릿, 칩, 블록, 스틱 또는 시트와 같은 원하는 형태로 압출됩니다. 성형 직후, 핫멜트 접착제는 냉각 벨트나 수조를 사용하여 빠르게 냉각됩니다. 이러한 급속 냉각으로 인해 접착제는 고체 상태로 굳어집니다.

포장

핫멜트 접착제가 모든 품질 관리 검사를 통과하면 최종 사용자의 요구에 따라 유통 및 적용에 적합한 다양한 용기에 포장됩니다. 이러한 용기에는 백, 드럼, 카트리지 또는 기타 특수 형태가 있습니다.

핫멜트 접착제의 여러 성능 특성은 원활하고 효율적인 생산 공정을 보장하고 원하는 접착 품질을 달성하는 데 매우 중요합니다. 생산 과정에서 주요 매개변수는 액상 재료 상태에서 측정되며, 다른 시험은 고형 원료와 최종 접착제를 사용하여 수행되는데, 이를 선택 기준 매개변수라고 합니다[3].

온도 :
혼합 온도는 모든 성분이 균일하게 녹고 혼합되도록 하는 데 매우 중요합니다. 용융 온도는 압출 또는 포장 직전의 용융 접착제 온도로, 최종 점도와 작업성에 영향을 미칩니다.

점도: 용융 접착제의 흐름 저항성으로 정의되는 점도는 매우 중요합니다. 점도는 접착제를 얼마나 쉽게 펌핑하고 도포할 수 있는지, 우수한 접착력을 위해 기판 표면을 적시는 능력, 그리고 비드 크기나 분사 패턴을 제어하는 능력을 결정합니다. 점도는 온도에 크게 좌우되며, 온도가 상승하면 일반적으로 점도가 감소합니다. 혼합 중이나 압출 직전의 점도가 제대로 조절되지 않거나 규격을 벗어나는 경우, 도포 불량부터 접착 불량까지 여러 생산 라인 문제의 주요 원인이 됩니다.

혼합 속도/전단: 혼합 강도는 균질성에 중요한 요소이므로, 전단 민감성 폴리머를 분해하지 않고 성분이 균일하게 분산되도록 제어해야 합니다.

압력: 원활한 흐름을 보장하고 막힘을 방지하기 위해 압출기 또는 혼합 용기 내에서 모니터링합니다. 진공이 필요한 경우 진공 압력이 중요합니다.

최종 제품의 압출 후 다음과 같은 추가 매개변수가 평가됩니다.

연화점: 이 온도는 고체 HMA가 연화되어 유동하기 시작하거나 가소성을 띠기 시작하는 온도입니다. 이 온도는 주로 베이스 폴리머의 종류와 제형 내 왁스의 양 및 종류에 따라 결정됩니다. 연화점은 최소 적용 온도를 결정하고 최종 접합된 어셈블리의 내열성에 영향을 미칩니다.

오픈 시간: 이는 용융 접착제가 첫 번째 기판에 도포된 후 허용되는 최대 시간을 말하며, 이 시간 내에 두 번째 기판이 접촉하여 만족스러운 접합을 형성해야 합니다[4]. 오픈 타임은 조립 공정의 속도 및 기계적인 특성에 따라 신중하게 조정해야 합니다. 오픈 타임이 너무 짧으면 젖음성이 떨어지고 접합력이 약해집니다. 오픈 타임이 너무 길면 생산 속도가 저하되거나 접합이 완료되기 전에 부품이 변형될 수 있습니다.

설정 시간(설정 속도): 이는 HMA가 충분히 냉각되고 응고되어 허용 가능한 강도의 접합을 형성하여 조립된 부품을 다루거나 다음 생산 단계로 옮길 수 있도록 하는 데 필요한 시간입니다. 빠른 경화 시간은 HMA의 주요 장점 중 하나이며, 높은 생산 속도에 기여합니다.

포트 수명 안정성: 이 특성은 HMA가 도포 장비의 탱크나 저장 용기 내에서 용융 상태로 장시간 보관되었을 때 특정 특성(예: 점도, 색상, 탄화 또는 겔화 없음)을 유지하는 능력을 나타냅니다. 가사 시간이 짧으면 접착제 성능이 저하되어 노즐 막힘, 도포 품질 저하, 장비 유지보수 증가 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 일반적으로 HMA 제형에는 가사 시간 안정성을 향상시키기 위해 산화방지제가 첨가됩니다.

Rheonics SRV 광범위한 점도와 온도를 실시간으로 측정하는 인라인 공정 점도계입니다. 혼합 및 저장 탱크, 그리고 공정 유체의 연속 측정을 위한 파이프라인에 설치하기에 적합합니다. Rheonics SRV는 고속 혼합 공정에 적합하며 유체 내의 기포나 외부 진동의 영향을 받지 않습니다.

Rheonics 센서는 특허받은 BTR(Balanced Torsional Resonator) 기술을 기반으로 합니다. 이 기술을 통해 프로브는 작고 가벼우면서도 산업 환경에 적합하도록 견고하며 고온 응용 분야(최대 285°C), 진공 및 고압 응용 분야와 호환됩니다. Rheonics SRV에는 움직이는 부품이 없으며, 스테인리스 스틸 316L 습윤 소재로 제공되는 밀폐형 프로브입니다.

SRV 센서는 길이와 공정 연결 방식이 다른 다양한 프로브 버전으로 제공되어 각 용도에 맞게 쉽게 설치할 수 있습니다. 모든 SRV 프로브는 동일한 감지 소자를 사용하므로 생산 공정에서 쉽게 확장할 수 있습니다.

이전에 설명한 바와 같이 점도는 중요 매개변수 HMA의 경우 가공성, 적용 성능, 그리고 궁극적으로 최종 접합 강도에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다. Rheonics SRV 인라인 점도계는 점도와 온도를 모두 인라인으로 모니터링할 수 있으며, 특히 그림 3.t에서 볼 수 있듯이 혼합 및 압출 공정 중에 권장됩니다.

탱크에 설치

Rheonics SRV는 탱크의 바닥, 벽 또는 상단 부분에 설치할 수 있습니다. 이는 탱크의 설계(예: 크기, 외피 벽, 혼합 샤프트 간섭 등)와 사용자의 접근성, 설치 용이성 등 선호도에 따라 달라집니다.

HMA 생산 모니터링을 위한 탱크에 SRV 센서를 올바르게 설치하려면 다음 권장 사항을 따라야 합니다.

• 감지 요소가 용융된 물질과 접촉하는지 확인하십시오. 탱크 상단에서 설치하는 경우 다음을 사용해야 할 수 있습니다. 긴 삽입 SRV벽이나 바닥에 설치하는 경우, 감지 영역에 정체 구역을 유발할 수 있는 사각 지대가 생기지 않도록 주의하세요(그림 5 참조).
• SRV 프로브가 탱크 내부의 혼합 샤프트에 의해 손상되지 않도록 주의하세요.

  

   

라인 설치

핫멜트 접착제를 혼합 탱크에서 압출기로 이송하는 라인은 일정한 유체 특성을 보장하기 위해 고온과 고압을 유지해야 합니다. 이를 위해 파이프에 재킷을 사용하고 기어 펌프나 피스톤 펌프와 같은 용적식 펌프를 사용합니다. 기어 펌프는 부드럽고 연속적인 흐름을 보장하는 데 선호되는 반면, 피스톤 펌프는 라인 내 고압을 가능하게 하지만 약간의 맥동 흐름을 생성합니다.

Rheonics SRV는 고온 고압에서도 인라인 설치에 적합합니다. SRV는 정유체 및 유동 유체에서 작동하며, 맥동 흐름에 대한 작동 문제가 없습니다. HMA용 파이프라인에서 권장되는 SRV 설치는 프로브가 유체 흐름 방향과 반대되는 엘보(elbow) 형태입니다.

소형 또는 바이패스 라인에 설치

핫멜트 접착제 생산에서는 주요 라인에 연결된 소형 라인이나 바이패스 라인을 사용하여 샘플을 채취하고 유체의 유변학적 특성을 연구하는 것이 일반적입니다. 이러한 라인에서는 유체의 특정 압력과 온도를 유지하는 것이 중요합니다.

이 시나리오에서, Rheonics 다음과 같은 액세서리를 제공합니다.

1. 유동 셀: 모든 SRV 인라인 유동 셀 보기.
2. 가열실: Rheonics STCM-IFP는 온도 조절과 우수한 온도 분리를 가능하게 하는 인라인 챔버로, 유체의 온도를 그대로 유지합니다.

   

• 실시간 피드백 및 제어:

  지연된 결과를 제공하는 오프라인 실험실 테스트와 달리 Rheonics 인라인 SRV 점도계는 다음을 제공합니다. 즉각적이고 지속적인 데이터이를 통해 작업자는 원료가 추가되고 혼합될 때 점도가 어떻게 변하는지 정확하게 볼 수 있습니다. 이를 통해 즉각적인 조정 온도, 혼합 속도, 심지어 원료 공급 속도와 같은 매개변수를 처리합니다.

• 간편한 데이터 통합:

  Rheonics SRV는 강력한 전자 장치를 사용합니다. SME이 장치는 센서 프로브에서 측정값을 받아 점도와 온도를 출력합니다. 또한 Modbus, Profinet, Ethernet/IP 등 다양한 산업용 통신 프로토콜을 기본적으로 지원합니다. HART로컬 모니터링 및 제어 시스템과 통합하기 위한 등.

• 향상된 제품 일관성 및 품질:

  생산 중 점도에 대한 엄격한 제어를 유지함으로써 제조업체는 크게 배치 간 변동을 줄입니다이를 통해 제품 품질이 더욱 일관되고, 불량 배치가 줄어들며, 궁극적으로 고객 만족도가 높아집니다.

• 최적화된 생산 효율성:

  편차를 일찍 감지하면 전체 배치가 망가지기 전에 문제를 수정할 수 있습니다. 낭비 감소 값비싼 원자재와 에너지.

  에너지 최적화: 정확한 점도를 알면 혼합 에너지 입력과 가열을 최적화하여 잠재적으로 에너지를 절약할 수 있습니다.

• 프로세스 이해 및 문제 해결:

  Rheonics SRV는 다음을 제공합니다. 포괄적인 역사적 기록 HMA 점도 및 온도. 이 데이터는 공정 최적화, 추세 파악, 그리고 발생 가능한 생산 문제의 근본 원인을 신속하게 진단하는 데 매우 중요합니다.

• 수동 개입 감소 및 안전성:

  자동 인라인 측정은 용융된 HMA의 고온으로 인해 위험할 수 있는 수동 샘플링의 필요성을 줄여줍니다. 또한, 다른 작업에 투입할 수 있는 인력을 확보할 수 있습니다.

[1] :핫멜트 접착제의 특성, 유형 및 응용 분야

[2] :핫멜트 접착제

[3] : https://www.klebstoffe.com/wp-content/uploads/2020/04/TKH_4_englisch.pdf

[4] : 핫멜트 접착제(HMA)란 무엇인가요?