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KR102317520B1 - Thermoplastic polyurethane particles and method for preparing the same - Google Patents

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KR102317520B1
KR102317520B1 KR1020190110761A KR20190110761A KR102317520B1 KR 102317520 B1 KR102317520 B1 KR 102317520B1 KR 1020190110761 A KR1020190110761 A KR 1020190110761A KR 20190110761 A KR20190110761 A KR 20190110761A KR 102317520 B1 KR102317520 B1 KR 102317520B1
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polyurethane particles
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임재호
최준호
송재한
김예찬
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(주)엘엑스하우시스
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Abstract

본 발명은 열가소성 폴리우레탄 수지로부터 연속적인 매트릭스(matrix) 상으로 형성되고, 1㎛ 내지 100㎛의 입경을 가지는 열가소성 폴리우레탄 입자를 제공한다. 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 20 내지 50㎛의 평균 입경(D50)을 가지고, 5 내지 15㎛의 누적 부피 10% 입경(D10)을 가지며, 40 내지 80㎛의 누적 부피 90% 입경(D90)을 가진다. 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 입자의 분포를 나타내는 D 값이 5 내지 20이다.The present invention provides thermoplastic polyurethane particles formed in a continuous matrix phase from a thermoplastic polyurethane resin and having a particle diameter of 1 μm to 100 μm. The thermoplastic polyurethane particles have an average particle diameter (D 50 ) of 20 to 50 μm, a cumulative volume 10% particle diameter (D 10 ) of 5 to 15 μm, and a cumulative volume 90% particle diameter (D 90) of 40 to 80 μm ) has The thermoplastic polyurethane particles have a D value representing the particle distribution of 5 to 20.

Description

열가소성 폴리우레탄 입자 및 이의 제조방법{THERMOPLASTIC POLYURETHANE PARTICLES AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Thermoplastic polyurethane particles and manufacturing method thereof

본 발명은 열가소성 폴리우레탄 입자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to thermoplastic polyurethane particles and a method for preparing the same.

열가소성 폴리우레탄 입자는 화장품용, 도료나 코팅제의 필러, 핫멜트 접착제, 가열 성형품 및 중합 토너 등의 다양한 산업분야에 활용된다. 특히, 100㎛ 미만 소구경을 갖는 열가소성 폴리우레탄 입자는 SLS(Selective Laser Sintering) 방식으로 제조하는 3D 프린팅 제품 및 색조 화장품 등의 용도로 활용된다. 소구경의 열가소성 폴리우레탄 입자가 상기 용도로 활용되기 위해서는 기본적으로 제조된 입자의 크기 및 형상은 균일하게 제조되어야 하고, 입자의 흐름성 및 분산성이 좋을수록 제조된 제품의 품질이 높아진다.Thermoplastic polyurethane particles are used in various industrial fields such as cosmetics, fillers for paints and coatings, hot melt adhesives, heat-molded products, and polymerized toners. In particular, the thermoplastic polyurethane particles having a small diameter of less than 100 μm are used for 3D printing products manufactured by SLS (Selective Laser Sintering) method, color cosmetics, and the like. In order for the small-diameter thermoplastic polyurethane particles to be utilized for the above purpose, the size and shape of the basically manufactured particles should be uniformly prepared, and the better the flowability and dispersibility of the particles, the higher the quality of the manufactured product.

이러한 소구경의 열가소성 폴리우레탄 입자를 제조하기 위해서, 종래에는 주로 하기 3가지의 방법이 활용되었다. 구체적으로, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법으로는 동결 분쇄로 대표되는 분쇄법; 고온의 용매에 용해한 후 냉각해서 석출시키거나 용매에 용해한 후 빈용매를 첨가하여 석출시키는 용매 용해 석출법; 및 혼합기 내에 열가소성 수지 및 비상용 수지를 혼합하여 열가소성 수지를 분산상에 열가소성 수지와 비상용 수지를 연속상에 갖는 조성물을 형성시킨 후, 비상용 수지를 제거함으로써 열가소성 수지 입자를 얻을 용융 혼련법 등이 존재한다.In order to prepare such small-diameter thermoplastic polyurethane particles, the following three methods have been mainly used in the prior art. Specifically, the method for producing the thermoplastic polyurethane particles includes a pulverization method represented by freeze pulverization; a solvent dissolution precipitation method of dissolving in a high temperature solvent and then cooling to precipitate, or dissolving in a solvent and then adding a poor solvent to precipitate; and a melt-kneading method in which a thermoplastic resin is mixed with a thermoplastic resin and an incompatible resin in a mixer to form a composition having a thermoplastic resin and an incompatible resin in a continuous phase in a dispersed phase, and then the incompatible resin is removed to obtain thermoplastic resin particles.

상기 분쇄법을 통해 입자를 제조하는 경우 제조된 열가소성 폴리우레탄 입자의 크기 및 형상에 대한 균일성을 확보하기 어렵다. 또한, 분쇄법의 냉각시에 액체 질소를 사용하기 때문에 입자 수득 공정 대비 고비용이 소요되며, 열가소성 폴리우레탄 수지 원료에 대해 안료, 산화방지제 등을 첨가하는 컴파운딩 공정이 추가되는 경우에는 배치식으로 진행되기 때문에 연속적인 입자 수득 공정에 비해 생산성이 낮아진다. 상기 용매 용해 석출법 및 용융 혼련법을 통해 입자를 제조하는 경우 열가소성 수지 입자 외에 용매 등의 다른 성분이 불순물로 검출될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있는데, 소구경의 입자가 제조되는 경우 입자당 포함되는 불순물의 양이 더욱 많아질 수 있기 때문에 상기 문제점이 더 심각할 수 있다. 상술한 문제점으로 인해 종래의 방법으로 제조된 소구경의 열가소성 폴리우레탄 입자를 3D 프린팅 제품 및 색조 화장품 등에 적용하는 경우에 제품의 품질이 저하되었다.When the particles are manufactured through the pulverization method, it is difficult to ensure uniformity in the size and shape of the manufactured thermoplastic polyurethane particles. In addition, since liquid nitrogen is used for cooling of the pulverization method, higher costs are required compared to the particle obtaining process, and when a compounding process of adding pigments, antioxidants, etc. Therefore, the productivity is lowered compared to the continuous particle obtaining process. When the particles are prepared through the solvent dissolution precipitation method and the melt kneading method, there may be a problem that other components such as a solvent may be detected as impurities in addition to the thermoplastic resin particles. The problem may be more serious as the amount of impurities may be higher. Due to the above-described problems, when the small-diameter thermoplastic polyurethane particles prepared by the conventional method are applied to 3D printing products and color cosmetics, the quality of the product is deteriorated.

따라서, 해당 기술 분야에서는 3D 프린팅 제품 및 색조 화장품 등에 적용하기에 적합하도록 입자적 특성이 개선된 열가소성 폴리우레탄 입자가 요구된다.Therefore, in the technical field, there is a need for thermoplastic polyurethane particles with improved particle properties to be suitable for application to 3D printing products and color cosmetics.

일본 공개특허공보 제2001-288273호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-288273 일본 공개특허공보 제2000-007789호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2000-007789 일본 공개특허공보 제2004-269865호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2004-269865

본 발명은 3D 프린팅 제품 및 색조 화장품 등을 제조 시 우수한 물성을 갖는 열가소성 폴리우레탄 입자를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide thermoplastic polyurethane particles having excellent physical properties when manufacturing 3D printing products and color cosmetics.

본 발명의 제1 측면에 따르면,According to a first aspect of the present invention,

본 발명은 열가소성 폴리우레탄 수지로부터 연속적인 상으로 형성되고, 1 내지 100㎛의 입경을 가지는 열가소성 폴리우레탄 입자를 제공한다.The present invention provides thermoplastic polyurethane particles formed in a continuous phase from a thermoplastic polyurethane resin and having a particle diameter of 1 to 100 μm.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 20 내지 50㎛의 평균 입경(D50)을 가진다.In one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles have an average particle diameter (D 50 ) of 20 to 50㎛.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 5 내지 15㎛의 누적 부피 10% 입경(D10)을 가진다.In one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles have a cumulative volume of 10% particle diameter (D 10 ) of 5 to 15㎛.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 40 내지 80㎛의 누적 부피 90% 입경(D90)을 가진다.In one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles have a cumulative volume of 90% particle diameter (D 90 ) of 40 to 80㎛.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 하기 계산식 1에 의해 계산되는 D 값이 5 내지 20이다.In one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles have a D value of 5 to 20 calculated by Equation 1 below.

[계산식 1][Formula 1]

Figure 112019092098710-pat00001
Figure 112019092098710-pat00001

여기서, D10은 누적 부피 10% 입경이고, D50은 평균 입경이며, D90은 누적 부피 90% 입경이다.Here, D 10 is a particle diameter of 10% of the cumulative volume, D 50 is an average particle diameter, and D 90 is a particle diameter of 90% of the cumulative volume.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자의 불순물 함량은 50ppm 이하이다.In one embodiment of the present invention, the impurity content of the thermoplastic polyurethane particles is 50 ppm or less.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 시차주사열량계(DSC, Differential Scanning Calorimetry)에 의해 10℃/min의 승온 분석으로 도출된 DSC 곡선에서 유리전이온도(Tg)와 녹는점(Tm) 사이의 온도에서 냉결정화 온도(Tcc)의 피크가 나타낸다. In one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles have a glass transition temperature (T g ) and a melting point in a DSC curve derived from a temperature rise analysis of 10 ° C / min by Differential Scanning Calorimetry (DSC) The peak of the cold crystallization temperature (T cc ) is shown at a temperature between (T m ).

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 하기 계산식 2에 의해 계산된 종횡비가 1.00 이상 1.05 미만이고,In one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles have an aspect ratio calculated by the following formula 2 is 1.00 or more and less than 1.05,

하기 계산식 3에 의해 계산된 구형화도가 0.95 내지 1.00이다.The degree of sphericity calculated by Equation 3 below is 0.95 to 1.00.

[계산식 2][Formula 2]

종횡비(aspect ratio)=장축(major axis)/단축(minor axis)Aspect ratio = major axis/minor axis

[계산식 3][Formula 3]

구형화도(roundness)=4×면적(area)/(π×장축^2).Roundness=4×area/(π×long axis^2).

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 하기 계산식 4에 의해 계산된 압축도가 7 내지 15%이다.In one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles have a compressibility of 7 to 15% calculated by Equation 4 below.

[계산식 4][Formula 4]

압축도=(압축벌크밀도-이완벌크밀도)/압축벌크밀도×100.Compression degree = (compressed bulk density - relaxed bulk density) / compressed bulk density x 100.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 0.4 내지 0.45g/cm3의 압축벌크밀도를 갖는다.In one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles have a compressed bulk density of 0.4 to 0.45 g/cm 3 .

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 10 내지 20초의 유하시간을 갖는다.In one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles have a flow time of 10 to 20 seconds.

본 발명의 제2 측면에 따르면,According to a second aspect of the present invention,

본 발명은 (1) 열가소성 폴리우레탄 수지를 압출기에 공급하여 압출하는 단계;The present invention comprises the steps of (1) extruding by supplying a thermoplastic polyurethane resin to the extruder;

(2) 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지 및 공기를 노즐에 공급하고, 열가소성 폴리우레탄 수지와 공기를 접촉시켜 열가소성 폴리우레탄 수지를 입자화한 후, 입자화된 열가소성 폴리우레탄 수지를 토출하는 단계; 및(2) supplying the extruded thermoplastic polyurethane resin and air to the nozzle, contacting the thermoplastic polyurethane resin with air to make the thermoplastic polyurethane resin particles, and then discharging the granulated thermoplastic polyurethane resin; and

(3) 토출된 열가소성 폴리우레탄 입자를 냉각기에 공급하여 열가소성 폴리우레탄 입자를 냉각한 후, 냉각된 열가소성 폴리우레탄 입자를 수득하는 단계를 포함하는 열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법을 제공한다.(3) supplying the discharged thermoplastic polyurethane particles to a cooler to cool the thermoplastic polyurethane particles, and then provides a method for producing the thermoplastic polyurethane particles comprising the step of obtaining the cooled thermoplastic polyurethane particles.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (2) 단계에서 노즐에 공급되는 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지는 0.5 내지 20Pa·s의 용융 점도를 갖는다.In one embodiment of the present invention, the extruded thermoplastic polyurethane resin supplied to the nozzle in step (2) has a melt viscosity of 0.5 to 20 Pa·s.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (2) 단계에서 노즐의 단면을 기준으로 공기는 중심부와 외곽부에 공급되고, 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지는 공기가 공급되는 중심부와 외곽부 사이에 공급된다.In one embodiment of the present invention, air is supplied to the center and the outer portion based on the cross section of the nozzle in step (2), and the extruded thermoplastic polyurethane resin is supplied between the center and the outer portion to which air is supplied. .

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (2) 단계에서 노즐의 토출부에서의 단면을 기준으로, 외곽부에 공급된 공기와 공기가 공급되는 중심부와 외곽부 사이에 공급된 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지의 단면적 비는 4:1 내지 6:1이다.In one embodiment of the present invention, based on the cross section at the discharge part of the nozzle in step (2), the air supplied to the outer portion and the extruded thermoplastic polyurethane supplied between the center and the outer portion to which the air is supplied The cross-sectional area ratio of the resin is 4:1 to 6:1.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (2) 단계에서 노즐의 내부는 250 내지 350℃로 유지된다.In one embodiment of the present invention, the inside of the nozzle in step (2) is maintained at 250 to 350 ℃.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 (2) 단계에서 노즐의 토출부는 하기의 계산식 5에 의해 계산되는 온도로 유지된다.In one embodiment of the present invention, in the step (2), the discharge portion of the nozzle is maintained at a temperature calculated by Equation 5 below.

[계산식 5][Formula 5]

토출부 온도 = 유리전이온도(Tg)+(분해온도(Td)-유리전이온도(Tg))×BDischarge part temperature = glass transition temperature (T g ) + (decomposition temperature (T d ) - glass transition temperature (T g ))×B

상기 계산식 5에서 유리전이온도 및 분해온도는 열가소성 폴리우레탄에 대한 값이고, 상기 B는 0.5 내지 1.5이다.In Equation 5, the glass transition temperature and the decomposition temperature are values for the thermoplastic polyurethane, and B is 0.5 to 1.5.

본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자는 3D 프린팅 제품 및 색조 화장품 등의 제조에 적합한 물성을 가져, 적용된 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.The thermoplastic polyurethane particles according to the present invention have physical properties suitable for the manufacture of 3D printing products and color cosmetics, and the quality of the applied products can be improved.

도 1은 본 발명의 열가소성 폴리우레탄 입자의 형상을 개략적으로 나타낸 이미지이다.
도 2은 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 3는 본 발명의 구체예에 따라 노즐에 열가소성 폴리우레탄 수지 및 공기의 공급 위치를 나타낸 노즐 토출부의 단면도이다.
1 is an image schematically showing the shape of the thermoplastic polyurethane particles of the present invention.
2 is a process flow diagram schematically showing a method for producing a thermoplastic polyurethane particle according to the present invention.
3 is a cross-sectional view of a nozzle discharge unit showing a supply position of a thermoplastic polyurethane resin and air to the nozzle according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따라 제공되는 구체예는 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다.The embodiments provided according to the present invention can all be achieved by the following description. It is to be understood that the following description is to be understood as describing preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not necessarily limited thereto.

이하 명세서에서 수치 범위에 대하여, "내지"의 표현은 범위의 상한과 하한을 모두 포함하는 의미로 사용되며, 상한 또는 하한을 포함하지 않는 경우에는 포함여부를 구체적으로 표시하기 위해 "미만", "초과", "이하" 또는 "이상"의 표현이 사용된다.In the following specification, with respect to the numerical range, the expression "to" is used to include both the upper and lower limits of the range, and when it does not include the upper or lower limits, "less than", " The expressions "more than", "less than" or "more than" are used.

본 발명은 종래의 입자 제조방법에 의해서는 수득할 수 없었던 3D 프린팅 제품 및 색조 화장품 등에 활용하기 적합한 물성을 갖는 열가소성 폴리우레탄 입자를 제공한다. 이하에서는 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자에 대해서 구체적으로 설명한다.The present invention provides thermoplastic polyurethane particles having properties suitable for use in 3D printing products and color cosmetics that could not be obtained by conventional particle manufacturing methods. Hereinafter, the thermoplastic polyurethane particles according to the present invention will be described in detail.

열가소성 폴리우레탄 입자Thermoplastic polyurethane particles

본 발명은 열가소성 폴리우레탄 수지를 압출 후 공기와 접촉시켜 미립화하여 제조된 열가소성 폴리우레탄 입자를 제공한다. 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법은 기존의 분쇄법, 용매 용해 석출법, 및 용융 혼련법에 비해 개선된 방법으로서, 구체적인 제조방법은 하기의 “열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법” 부분에서 설명한다.The present invention provides thermoplastic polyurethane particles prepared by atomizing a thermoplastic polyurethane resin by contacting it with air after extrusion. The method for producing thermoplastic polyurethane particles according to the present invention is an improved method compared to the conventional pulverization method, solvent dissolution precipitation method, and melt kneading method. Explain.

본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자는 1 내지 100㎛, 보다 구체적으로는 5 내지 80㎛의 입경을 가진다. 상기 입자가 1㎛ 미만의 입경을 갖는 경우 열가소성 폴리우레탄 입자가 지나치게 분산되어, 제품 내에서 열가소성 폴리우레탄의 입자적 특성이 구현되기 어렵고, 상기 입자가 100㎛ 초과의 입경을 갖는 경우 입자가 지나치게 커서 예를 들어 화장품 등에 적용되는 경우 발림성 등이 저하되어 적합하지 않다. 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 20 내지 50㎛, 보다 구체적으로는 25 내지 40㎛의 평균 입경(D50)(또는 누적 부피 50% 입경)을 가진다. 상기 입자가 상술한 범위의 평균 입경을 만족하는 색조 화장품 등의 제품 소재를 소재들 간에 적당한 거리를 유지하면서, 균일하게 분산시킬 수 있다. 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 5 내지 15㎛, 보다 구체적으로는 7 내지 12㎛의 누적 부피 10% 입경(D10)을 가진다. 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 40 내지 80㎛, 보다 구체적으로는 50 내지 70㎛의 누적 부피 90% 입경(D90)을 가진다. 본 명세서에서 열가소성 폴리우레탄 입자의 입도 분포는 입도분석기(Microtrac 사, S3500)를 사용하여 습식법으로 측정되었으며, 구체적인 방법에 대해서는 이하의 실시예에서 기재한다. 여기서, D10, D50, D90은 입자의 누적 부피 분포에 있어서 누적 부피 백분율이 각각 10%, 50%, 90%에 상당하는 입경을 의미한다. 열가소성 폴리우레탄 입자의 입도 분포와 관련하여, 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자는 5 내지 20, 보다 구체적으로는 10 내지 15의 D 값을 가지고, 상기 D 값은 하기의 계산식 1에 의해 계산된다.The thermoplastic polyurethane particles according to the present invention have a particle diameter of 1 to 100 μm, more specifically 5 to 80 μm. When the particles have a particle diameter of less than 1 μm, the thermoplastic polyurethane particles are excessively dispersed, so it is difficult to realize the particle properties of the thermoplastic polyurethane in the product, and when the particles have a particle diameter of more than 100 μm, the particles are too large For example, when applied to cosmetics, etc., it is not suitable because the spreadability is deteriorated. The thermoplastic polyurethane particles have an average particle diameter (D 50 ) (or 50% cumulative volume particle diameter) of 20 to 50 μm, more specifically, 25 to 40 μm. It is possible to uniformly disperse a product material, such as a color cosmetic, in which the particles satisfy the average particle diameter of the above-mentioned range while maintaining an appropriate distance between the materials. The thermoplastic polyurethane particles have a particle diameter (D 10 ) of 10% of the cumulative volume of 5 to 15 μm, more specifically 7 to 12 μm. The thermoplastic polyurethane particles have a 90% cumulative volume particle diameter (D 90 ) of 40 to 80 μm, more specifically 50 to 70 μm. In the present specification, the particle size distribution of the thermoplastic polyurethane particles was measured by a wet method using a particle size analyzer (Microtrac, S3500), and the specific method will be described in Examples below. Here, D 10 , D 50 , and D 90 mean particle diameters corresponding to 10%, 50%, and 90% of the cumulative volume percentage in the cumulative volume distribution of the particles, respectively. Regarding the particle size distribution of the thermoplastic polyurethane particles, the thermoplastic polyurethane particles according to the present invention have a D value of 5 to 20, more specifically 10 to 15, and the D value is calculated by the following formula 1.

[계산식 1][Formula 1]

Figure 112019092098710-pat00002
Figure 112019092098710-pat00002

상기 D 값은 평균 입경(D50)을 갖는 입자를 기준으로 보다 큰 누적 부피 90% 입경(D90)을 갖는 입자와 보다 작은 누적 부피 10% 입경(D10)을 갖는 입자가 어디에 위치하는지를 수치화한 값이다. 여기서, 상대적으로 큰 입경을 갖는 입자들은 평균 입경을 갖는 입자와 함께 적용 시 평균 입경을 갖는 입자들을 지지하는 역할을 하고, 상대적으로 작은 입경을 갖는 입자들은 평균 입경을 갖는 입자와 함께 적용 시 평균 입경을 갖는 입자들 사이의 공극을 메우는 역할을 한다. D 값이 작을수록 입자들의 입경은 평균 입경에 가깝게 분포되고, D 값이 클수록 입자들의 입경은 평균 입경에 멀게 분포된다. D 값이 작으면, 평균 입경에 가까운 입자들의 비율이 높아져서 입자 크기의 다양성으로 인한 효과를 얻기 어렵고, 반면에 D 값이 크면, 평균 입경에 먼 입자들의 비율이 높아져서 기준이 되는 입자 크기를 산정하여 적용하기 어렵다. 평균 입경 상기 입자가 상술한 범위의 D 값을 만족하는 경우, 평균 입경을 중심으로 큰 입자와 작은 입자들이 적당한 비율로 입자가 분포되어, 3D 프린팅 제품 및 색조 화장품 등에 적용 시 우수한 물성을 나타낼 수 있다.The D value quantifies where the particles having a larger cumulative volume of 90% particle diameter (D 90 ) and a particle having a smaller cumulative volume 10% particle diameter (D 10 ) are located based on the particles having an average particle diameter (D 50 ). is one value. Here, particles having a relatively large particle diameter serve to support particles having an average particle diameter when applied together with particles having an average particle diameter, and particles having a relatively small particle diameter when applied together with particles having an average particle diameter It serves to fill the voids between particles with As the value of D is smaller, the particle diameters are distributed closer to the average particle diameter, and as the D value is larger, the particle diameters of the particles are distributed farther from the average particle diameter. If the D value is small, the ratio of particles close to the average particle diameter increases, so it is difficult to obtain the effect due to the diversity of particle sizes. On the other hand, if the D value is large, the ratio of particles far to the average particle diameter increases, difficult to apply Average particle size When the particles satisfy the D value in the above-mentioned range, large particles and small particles are distributed in an appropriate ratio around the average particle diameter, and excellent physical properties can be exhibited when applied to 3D printing products and color cosmetics. .

본 발명에 있어서, 입자의 형상은 하기의 종횡비(aspect ratio) 및 구형화도(roundness)에 평가되며, 종횡비 및 구형화도가 1에 가까울수록 입자의 형상은 구형에 가까운 것으로 해석된다. 상기 종횡비는 하기의 계산식 2에 의해 계산된다.In the present invention, the shape of the particle is evaluated in the following aspect ratio (aspect ratio) and roundness (roundness), the closer the aspect ratio and sphericity (roundness) to 1, the shape of the particle is interpreted as closer to a spherical shape. The aspect ratio is calculated by Equation 2 below.

[계산식 2][Formula 2]

종횡비(aspect ratio)=장축(major axis)/단축(minor axis)Aspect ratio = major axis/minor axis

또한, 상기 구형화도는 하기의 계산식 3에 의해 계산된다.In addition, the sphericity is calculated by Equation 3 below.

[계산식 3][Formula 3]

구형화도(roundness)=4×면적(area)/(π×장축^2)Roundness=4×area/(π×long axis^2)

상기 계산식에 대해서 구체적으로 설명하기 위해, 열가소성 폴리우레탄 입자를 개략적으로 도시한 도 1을 제공한다. 도 1에 따르면, 상기 계산식 2 및 3에서 “장축”은 상기 열가소성 폴리우레탄 입자의 2D 이미지(단면)의 평행한 두 접선 사이의 수직 거리(d) 중에서 가장 긴 거리를 의미하며, “단축”은 상기 열가소성 폴리우레탄 입자의 2D 이미지(단면)의 평행한 두 접선 사이의 수직 거리(d) 중에서 가장 짧은 거리를 의미한다. 또한, 상기 계산식 3에서 “면적” 상기 열가소성 폴리우레탄 입자의 장축을 포함하는 단면적을 의미한다. 도 1은 상기 열가소성 폴리우레탄 입자의 평행한 두 접평면 사이의 수직 거리(d)가 장축인 경우의 예시로서, 면적(A)를 도시한 것이다.In order to describe the above calculation formula in detail, Fig. 1 schematically shows the thermoplastic polyurethane particles is provided. According to FIG. 1, in Equations 2 and 3, the “long axis” means the longest distance among the vertical distances (d) between two parallel tangents of the 2D image (cross-section) of the thermoplastic polyurethane particles, and the “short axis” is It means the shortest distance among the vertical distances (d) between two parallel tangents of the 2D image (cross-section) of the thermoplastic polyurethane particles. In addition, in Equation 3, “area” means a cross-sectional area including the long axis of the thermoplastic polyurethane particles. 1 shows an area (A) as an example of a case in which the vertical distance (d) between two parallel tangent planes of the thermoplastic polyurethane particles is a long axis.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자는 1.00 이상 1.05 미만, 보다 구체적으로는 1.02 이상 1.05 미만의 종횡비를 가질 수 있고, 0.95 내지 1.00, 보다 구체적으로는 0.98 내지 1.00의 구형화도를 가질 수 있다. 상기 열가소성 폴리우레탄 입자의 형상이 상술한 종횡비 및 구형화도의 범위를 만족하는 경우에, 열가소성 폴리우레탄 입자의 흐름성 및 균일도가 높아져서 3D 프린팅 제품 및 색조 화장품 등에 적용함에 있어서 입자의 취급이 용이하고, 상기 입자가 적용된 3D 프린팅 제품 및 색조 화장품 등은 입자의 우수한 흐름성 및 분산성에 의해 품질이 향상될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles according to the present invention may have an aspect ratio of 1.00 or more and less than 1.05, more specifically, 1.02 or more and less than 1.05, 0.95 to 1.00, more specifically 0.98 to 1.00. It may have a sphericity. When the shape of the thermoplastic polyurethane particles satisfies the above-mentioned aspect ratio and sphericity range, the flowability and uniformity of the thermoplastic polyurethane particles increase, so that the particles are easy to handle in application to 3D printing products and color cosmetics, The 3D printing products and color cosmetics to which the particles are applied may have improved quality due to the excellent flowability and dispersibility of the particles.

상기 계산식 2 및 3에 따른 수치 값은 열가소성 폴리우레탄 입자의 이미지를 ImageJ(National Institutes of Health(NIH))를 사용하여 이미지처리 - Binary 이미지로 변환 후 개별 입자의 구형화 정도를 수치화 - 함으로써 측정이 가능하다.Numerical values according to Equations 2 and 3 can be measured by image processing the image of the thermoplastic polyurethane particles using ImageJ (National Institutes of Health (NIH)) - After converting to a binary image, quantifying the degree of spheroidization of individual particles - possible.

본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자는 열가소성 폴리우레탄 수지로부터 연속적인 매트릭스(matrix) 상으로 형성된 입자이다. 열가소성 폴리우레탄 수지로부터 연속적인 매트릭스 상으로 형성된다는 것은, 열가소성 폴리우레탄 수지를 추가 성분 없이 연속적으로 밀집된 구조를 형성하는 것을 의미한다. 열가소성 폴리우레탄 수지를 압출하고, 용융한 후 용융물을 공기로 입자화함으로써, 열가소성 폴리우레탄 입자는 밀집된 구조를 가지고 연속적으로 생성된다. 이와 달리, 종래의 제조방법에 의하면, 추가 성분을 투입하여 입자가 형성되거나 냉각·분쇄의 불연속적인 과정을 통해 입자가 형성되기 때문에, 연속적인 매트릭스 상으로 입자가 형성되지 않는다.The thermoplastic polyurethane particles according to the present invention are particles formed in a continuous matrix phase from a thermoplastic polyurethane resin. Formed from the thermoplastic polyurethane resin into a continuous matrix phase means that the thermoplastic polyurethane resin forms a continuous dense structure without additional components. By extruding the thermoplastic polyurethane resin, melting and then granulating the melt with air, the thermoplastic polyurethane particles are continuously produced with a dense structure. On the other hand, according to the conventional manufacturing method, since particles are formed by adding additional ingredients or particles are formed through a discontinuous process of cooling and grinding, particles are not formed in a continuous matrix.

열가소성 폴리우레탄 수지로부터 연속적인 매트릭스 상으로 형성된 입자는 기본적으로 입자의 제조과정에서 불순물이 혼입되지 않기 때문에, 높은 순도를 가진다. 여기서, “불순물”은 입자 제조시에 혼입될 수 있는 열가소성 폴리우레탄 이외의 성분을 의미한다. 예시적인 불순물로서, 열가소성 폴리우레탄 수지를 분산시키기 위한 용매, 분쇄 또는 그라인딩 과정에서 포함되는 중금속 성분, 및 중합 과정에서 포함되는 미반응 단량체 등이 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 본 발명의 열가소성 폴리우레탄 입자의 불순물 함량은 50ppm 이하, 바람직하게는 20ppm 이하, 보다 바람직하게는 5ppm 이하일 수 있다.The particles formed into a continuous matrix from the thermoplastic polyurethane resin have high purity because impurities are not incorporated in the process of manufacturing the particles. Here, "impurities" means components other than the thermoplastic polyurethane that may be incorporated during the manufacture of the particles. Exemplary impurities include a solvent for dispersing the thermoplastic polyurethane resin, a heavy metal component included in the grinding or grinding process, and an unreacted monomer included in the polymerization process. According to one embodiment of the present invention, the impurity content of the thermoplastic polyurethane particles of the present invention may be 50 ppm or less, preferably 20 ppm or less, more preferably 5 ppm or less.

또한, 상기 입자는 순도뿐만 아니라 다른 특성을 추가적으로 가질 수 있다. 이러한 특성 중 하나로 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 시차주사열량계(DSC, Differential Scanning Calorimetry)에 의해 10℃/min의 승온 분석으로 도출된 DSC 곡선에서 유리전이온도(Tg)와 녹는점(Tm) 사이의 온도에서 냉결정화 온도(Tcc)의 피크가 나타난다. 열가소성 폴리우레탄 입자는 상온에서 구형의 고체 입자이다. 이러한 입자를 시차주사열량계를 이용하여 승온 분석할 경우, 온도가 올라감에 따라 유동성이 점점 증가하게 된다. 이때, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 유리전이온도(Tg)와 녹는점(Tm) 사이의 온도에서 냉결정화 온도(Tcc)의 피크가 나타나게 되며, 이는 곧 상기 열가소성 폴리우레탄 입자가 용융되기 전에 발열하는 특성을 갖는 것을 의미한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 냉결정화 온도(Tcc)는 유리전이온도(Tg)와 녹는점(Tm) 사이의 30% 내지 70% 구간에서 나타난다. 상기 구간에서 0%는 유리전이온도(Tg)이고, 100%는 녹는점(Tm)이다. 또한, 상기 DSC 곡선에 따르면, 상기 열가소성 고분자 입자는 흡열량(△H1)과 발열량(△H2)의 차이(△H1-△H2) 값이 3 내지 100J/g일 수 있다. 이러한 특징에 의해 상기 열가소성 폴리우레탄 입자가 가열 공정에 활용되는 경우 동종의 열가소성 폴리우레탄 입자의 가공 온도에 비해 저온에서 가공이 가능한 이점을 얻을 수 있다.In addition, the particles may additionally have other properties as well as purity. As one of these characteristics, the thermoplastic polyurethane particles are between the glass transition temperature (T g ) and the melting point (T m ) in the DSC curve derived from the analysis of the temperature increase of 10 ° C / min by Differential Scanning Calorimetry (DSC). The peak of the cold crystallization temperature (T cc ) appears at the temperature of . Thermoplastic polyurethane particles are spherical solid particles at room temperature. When the temperature rise analysis of these particles using a differential scanning calorimeter, the fluidity gradually increases as the temperature rises. At this time, the thermoplastic polyurethane particles have a peak of the cold crystallization temperature (T cc ) at a temperature between the glass transition temperature (T g ) and the melting point (T m ), which is soon before the thermoplastic polyurethane particles are melted. It means that it has a heat-generating characteristic. According to one embodiment of the present invention, the cold crystallization temperature (T cc ) appears in the 30% to 70% section between the glass transition temperature (T g ) and the melting point (T m ). In the above section, 0% is the glass transition temperature (T g ), and 100% is the melting point (T m ). In addition, according to the DSC curve, the difference (ΔH1-ΔH2) between the endothermic amount (ΔH1) and the heating value (ΔH2) of the thermoplastic polymer particles may be 3 to 100 J/g. Due to these characteristics, when the thermoplastic polyurethane particles are used in a heating process, it is possible to obtain an advantage that can be processed at a low temperature compared to the processing temperature of the same type of thermoplastic polyurethane particles.

본 발명의 열가소성 폴리우레탄 입자는 종래의 열가소성 폴리우레탄 입자에 비해 높은 압축도를 갖는다. 상기 압축도는 하기의 계산식 4에 의해 계산될 수 있는데, 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 7 내지 15%의 압축도를 가진다.The thermoplastic polyurethane particles of the present invention have a high degree of compression compared to conventional thermoplastic polyurethane particles. The degree of compressibility may be calculated by Equation 4 below. According to one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles have a degree of compression of 7 to 15%.

[계산식 4][Formula 4]

압축도 = (P-R)/P×100Compressibility = (P-R)/P×100

상기 계산식 4에서 P는 압축벌크밀도를 의미하고, R은 이완벌크밀도를 의미한다.In Equation 4, P denotes compressed bulk density, and R denotes relaxed bulk density.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자는 흐름성이 좋기 때문에 입자들 사이의 공극을 잘 메울 수 있고, 이에 따라 다른 제조 방법에 의해 제조된 열가소성 폴리우레탄 입자보다 압축도가 높은 수치로 유지된다. 열가소성 폴리우레탄 입자의 압축도는 입자를 통한 제품의 제조 시 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 본 발명과 같이 일정 이상의 압축도를 갖는 열가소성 폴리우레탄 입자를 사용하는 경우, 성형품의 경우에는 제품 내에 발생할 수 있는 공극을 최소화하는 효과를 가질 수 있고, 화장품과 같은 제품의 경우에는 피부와 제품 사이의 압착성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 0.4 내지 0.45g/cm3의 압축벌크밀도를 가진다. 상기 압축벌크밀도는 다른 제조방법에 의해 제조된 열가소성 폴리우레탄 입자보다 낮은 수치 값을 갖는데, 이는 높은 구형도와 균일한 입자 크기 분포를 갖는 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자가 압축 후에도 입자들 사이에 일정크기의 공극을 가질 수 있기 때문이다.As described above, since the thermoplastic polyurethane particles according to the present invention have good flowability, the voids between the particles can be well filled, and accordingly, the degree of compression is higher than that of the thermoplastic polyurethane particles produced by other manufacturing methods. maintain. The degree of compressibility of the thermoplastic polyurethane particles can affect the quality of the product in the manufacture of the product through the particles. In the case of using the thermoplastic polyurethane particles having a certain degree of compression as in the present invention, in the case of a molded article, it may have an effect of minimizing voids that may occur in the product, and in the case of products such as cosmetics, the gap between the skin and the product Compressibility can be improved. According to one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane particles have a compressed bulk density of 0.4 to 0.45 g/cm 3 . The compressed bulk density has a lower numerical value than the thermoplastic polyurethane particles produced by other manufacturing methods, which means that the thermoplastic polyurethane particles according to the present invention having a high sphericity and a uniform particle size distribution are constant between the particles even after compression. This is because it can have pores of any size.

본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자는 10 내지 20초의 유하시간을 가진다. 상기 유하시간은 분체의 유동성을 나타내는 수치의 값이다. 상기 유하시간이 짧다는 것은 입자 간의 마찰저항이 적다는 것을 의미하고, 입자 간의 마찰저항이 적으면 상기 입자를 취급하기 용이하다. 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자는 유하시간 측면에서도 적정한 수준을 유지할 수 있어, 입자를 적용함에 있어 입자의 취급이 용이하다.The thermoplastic polyurethane particles according to the present invention have a flow time of 10 to 20 seconds. The flow time is a numerical value indicating the fluidity of the powder. The short flow time means that the frictional resistance between the particles is small, and when the frictional resistance between the particles is small, it is easy to handle the particles. The thermoplastic polyurethane particles according to the present invention can maintain an appropriate level in terms of flow time, so that it is easy to handle the particles when applying the particles.

상술한 특징을 갖는 열가소성 폴리우레탄 입자는 하기의 제조방법에 의해 제조된다. 이하에서는 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법에 대해서 구체적으로 설명한다.The thermoplastic polyurethane particles having the above-described characteristics are prepared by the following manufacturing method. Hereinafter, a method for producing the thermoplastic polyurethane particles according to the present invention will be described in detail.

열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법Method for producing thermoplastic polyurethane particles

도 2는 상기 제조방법에 대한 공정 순서도를 개략적으로 나타낸다. 상기 제조방법은 열가소성 폴리우레탄 수지를 압출기에 공급하여 압출하는 단계(S100); 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지 및 공기를 노즐에 공급하고, 열가소성 폴리우레탄 수지와 공기를 접촉시켜 열가소성 폴리우레탄 수지를 입자화한 후, 입자화된 열가소성 폴리우레탄 수지를 토출하는 단계(S200); 및 토출된 열가소성 폴리우레탄 입자를 냉각기에 공급하여 열가소성 폴리우레탄 입자를 냉각한 후, 냉각된 열가소성 폴리우레탄 입자를 수득하는 단계(S300)를 포함한다. 이하에서는 상기 제조방법의 각 단계에 대해서 구체적으로 설명한다.2 schematically shows a process flow chart for the manufacturing method. The manufacturing method comprises the steps of supplying a thermoplastic polyurethane resin to an extruder and extruding (S100); supplying the extruded thermoplastic polyurethane resin and air to the nozzle, contacting the thermoplastic polyurethane resin with air to make the thermoplastic polyurethane resin particles, and then discharging the granulated thermoplastic polyurethane resin (S200); and supplying the discharged thermoplastic polyurethane particles to a cooler to cool the thermoplastic polyurethane particles, and then obtaining the cooled thermoplastic polyurethane particles (S300). Hereinafter, each step of the manufacturing method will be described in detail.

본 발명에 따라 열가소성 폴리우레탄 입자를 제조하기 위해, 먼저 원료인 열가소성 폴리우레탄 수지를 압출기에 공급하여 압출한다. 열가소성 폴리우레탄 수지를 압출함으로써, 열가소성 폴리우레탄 수지는 노즐에서의 입자 가공에 적합한 물성을 갖는다. 원료로 사용되는 열가소성 폴리우레탄 수지는 제조된 입자의 적정한 물성을 고려하여 10,000 내지 200,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 갖는 것이 바람직할 수 있다.In order to manufacture the thermoplastic polyurethane particles according to the present invention, the thermoplastic polyurethane resin as a raw material is first supplied to an extruder and extruded. By extruding the thermoplastic polyurethane resin, the thermoplastic polyurethane resin has properties suitable for particle processing in the nozzle. The thermoplastic polyurethane resin used as a raw material may preferably have a weight average molecular weight (Mw) of 10,000 to 200,000 g/mol in consideration of appropriate physical properties of the prepared particles.

상기 열가소성 폴리우레탄 수지가 공급되는 압출기는 열가소성 폴리우레탄 수지를 가열 및 가압하여 열가소성 폴리우레탄 수지의 점도 등의 물성을 조절한다. 노즐에서 입자화하기에 적합한 물성으로 조절이 가능하다면, 상기 압출기의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 압출기는 효율적인 압출을 위해 이축 스크류 압출기가 사용될 수 있다. 상기 압출기의 내부는 150 내지 300℃, 바람직하게는 170 내지 270℃, 보다 바람직하게는 200 내지 250℃로 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 압출기의 내부 온도가 150℃ 미만이면 열가소성 폴리우레탄 수지의 점도가 높아서 노즐에서의 입자화에 적합하지 않을 뿐만 아니라 압출기 내에서 열가소성 폴리우레탄 수지의 흐름성이 낮아서 압출에 효율적이지 않다. 또한, 상기 압출기의 내부 온도가 300℃ 초과이면 열가소성 폴리우레탄 수지의 흐름성이 높아서 효율적인 압출이 가능하지만, 노즐에서 열가소성 폴리우레탄 수지가 입자화될 때 미세한 물성 조절이 어렵다.The extruder to which the thermoplastic polyurethane resin is supplied controls physical properties such as viscosity of the thermoplastic polyurethane resin by heating and pressurizing the thermoplastic polyurethane resin. The type of the extruder is not particularly limited as long as it is possible to adjust the physical properties suitable for granulation in the nozzle. According to one embodiment of the present invention, the extruder may be a twin screw extruder for efficient extrusion. The inside of the extruder may be preferably maintained at 150 to 300 ℃, preferably 170 to 270 ℃, more preferably 200 to 250 ℃. If the internal temperature of the extruder is less than 150° C., the viscosity of the thermoplastic polyurethane resin is high, which is not suitable for particle formation in the nozzle, and the flowability of the thermoplastic polyurethane resin in the extruder is low, which is not efficient for extrusion. In addition, if the internal temperature of the extruder is more than 300 ℃, the flowability of the thermoplastic polyurethane resin is high, so that efficient extrusion is possible, but it is difficult to control fine physical properties when the thermoplastic polyurethane resin is granulated in the nozzle.

열가소성 폴리우레탄 수지의 압출량은 압출기의 사이즈를 고려하여 열가소성 폴리우레탄 수지의 물성 조절이 용이하게 설정될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 열가소성 폴리우레탄 수지는 1 내지 10kg/hr의 속도로 압출된다. 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지의 점도는 0.5 내지 20Pa·s, 바람직하게는 1 내지 15Pa·s, 더욱 바람직하게는 2 내지 10Pa·s일 수 있다. 열가소성 폴리우레탄 수지의 점도가 0.5Pa·s 미만이면 노즐에서 입자를 가공하기 어렵고, 열가소성 폴리우레탄 수지의 점도가 20Pa·s 초과이면 노즐에서 열가소성 폴리우레탄 수지의 흐름성이 낮아서 가공 효율이 떨어진다. 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지의 온도는 150 내지 250℃일 수 있다.The extrusion amount of the thermoplastic polyurethane resin can be easily set in consideration of the size of the extruder to control the physical properties of the thermoplastic polyurethane resin. According to one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane resin is extruded at a rate of 1 to 10 kg/hr. The viscosity of the extruded thermoplastic polyurethane resin may be 0.5 to 20 Pa·s, preferably 1 to 15 Pa·s, more preferably 2 to 10 Pa·s. If the viscosity of the thermoplastic polyurethane resin is less than 0.5 Pa·s, it is difficult to process the particles in the nozzle, and if the viscosity of the thermoplastic polyurethane resin is more than 20 Pa·s, the flowability of the thermoplastic polyurethane resin in the nozzle is low, resulting in poor processing efficiency. The temperature of the extruded thermoplastic polyurethane resin may be 150 to 250 ℃.

압출기에서 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지는 노즐에 공급된다. 상기 열가소성 폴리우레탄 수지와 함께, 공기도 노즐에 공급된다. 상기 공기는 노즐 내에서 열가소성 폴리우레탄 수지와 접촉하여 열가소성 폴리우레탄 수지를 입자화한다. 열가소성 폴리우레탄 수지의 물성을 적절하게 유지할 수 있도록 노즐에는 고온의 공기가 공급된다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 공기의 온도는 250 내지 450℃, 바람직하게는 260 내지 400℃, 더욱 바람직하게는 270 내지 350℃일 수 있다. 상기 공기의 온도가 250℃ 미만이거나 450℃ 초과이면 열가소성 폴리우레탄 수지에서 열가소성 폴리우레탄 입자가 제조될 때 공기와 접촉된 표면의 물성을 바람직하지 못한 방향으로 변화시킬 수 있어 문제가 된다. 특히, 공기의 온도가 450℃를 초과하면 공기와의 접촉면에 과도한 열이 공급되어 입자의 표면에서 열가소성 폴리우레탄의 분해 현상이 발생할 수 있다.The extruded thermoplastic polyurethane resin in the extruder is fed to the nozzle. Along with the thermoplastic polyurethane resin, air is also supplied to the nozzle. The air contacts the thermoplastic polyurethane resin in the nozzle to granulate the thermoplastic polyurethane resin. In order to properly maintain the properties of the thermoplastic polyurethane resin, high-temperature air is supplied to the nozzle. According to one embodiment of the present invention, the temperature of the air may be 250 to 450 ℃, preferably 260 to 400 ℃, more preferably 270 to 350 ℃. When the temperature of the air is less than 250 ° C. or more than 450 ° C., when the thermoplastic polyurethane particles are produced from the thermoplastic polyurethane resin, the physical properties of the surface in contact with the air may be changed in an undesirable direction, which is a problem. In particular, when the temperature of the air exceeds 450 °C, excessive heat is supplied to the contact surface with the air, which may cause the decomposition of the thermoplastic polyurethane on the surface of the particles.

노즐에 공급되는 열가소성 폴리우레탄 수지 및 공기는 열가소성 폴리우레탄 입자가 적절한 크기 및 형상을 가질 수 있고, 형성된 입자가 고르게 분산될 수 있도록 공급 위치가 설정된다. 도 3는 노즐 토출부의 단면도를 나타내고, 본 발명의 일 구체예에 따른 열가소성 폴리우레탄 수지 및 공기의 공급 위치는 도 3를 통해 구체적으로 설명된다. 본 명세서에서 구체적인 설명을 위해, 노즐의 위치를 “주입부”, “토출부”, 및 “말단부” 등으로 표현한다. 노즐의 “주입부”는 노즐이 시작되는 위치를 의미하고, 노즐의 “토출부”는 노즐이 끝나는 위치를 의미한다. 또한, 노즐의 “말단부”는 노즐의 3분의 2 지점으로부터 토출부까지의 위치를 의미한다. 여기서, 노즐의 0 지점은 노즐의 주입부이고, 노즐의 1 지점은 노즐의 토출부이다.The thermoplastic polyurethane resin and air supplied to the nozzle are set so that the thermoplastic polyurethane particles can have an appropriate size and shape, and the formed particles can be evenly dispersed. 3 is a cross-sectional view of the nozzle discharge part, and the supply position of the thermoplastic polyurethane resin and air according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. For a detailed description herein, the position of the nozzle is expressed as “injection part”, “discharge part”, and “end part”. The “injection part” of the nozzle means the position where the nozzle starts, and the “discharge part” of the nozzle means the position where the nozzle ends. In addition, the "distal end" of the nozzle means the position from the two-thirds point of the nozzle to the discharge portion. Here, point 0 of the nozzle is the injection part of the nozzle, and point 1 of the nozzle is the discharge part of the nozzle.

도 3에서 도시된 바와 같이, 열가소성 폴리우레탄 수지 및 공기의 흐름 방향과 수직인 단면은 원형이다. 상기 공기는 상기 원형의 중심으로 공급되는 제1 공기 흐름(40)과 상기 원형의 외곽부로 공급되는 제2 공기 흐름(20)을 통해 공급되고, 상기 열가소성 폴리우레탄 수지는 제1 공기 흐름(40)과 제2 공기 흐름(20)의 사이에 공급된다. 열가소성 폴리우레탄 수지 및 공기가 노즐의 주입부에 공급될 때부터 노즐의 토출부 직전까지 각 공급 흐름(열가소성 폴리우레탄 수지 흐름(30), 제1 공기 흐름(40) 및 제2 공기 흐름(20))은 노즐 내부의 구조에 의해 분리된다. 노즐의 토출부 직전에서 열가소성 폴리우레탄 수지 흐름과 제2 공기 흐름이 합쳐져 열가소성 폴리우레탄 수지와 공기가 접촉하고, 이에 의해 열가소성 폴리우레탄 수지는 입자화된다. 이와 달리, 제1 공기 흐름은 열가소성 폴리우레탄 수지 및 공기가 노즐로부터 토출될 때까지 열가소성 폴리우레탄 수지 흐름 및 제2 공기 흐름과는 노즐 내부 구조에 의해 분리된다. 제1 공기 흐름은 제2 공기 흐름에 의해 입자화된 열가소성 폴리우레탄 수지의 입자가 노즐의 토출부에서 점착되는 것을 방지하고, 노즐에서 토출 후 냉각기에 공급되기 전에 토출된 입자를 고르게 분산시키는 역할은 한다.As shown in FIG. 3 , a cross section perpendicular to the flow direction of the thermoplastic polyurethane resin and air is circular. The air is supplied through a first air stream 40 supplied to the center of the circle and a second air stream 20 supplied to the outer part of the circle, and the thermoplastic polyurethane resin is a first air stream 40 and the second air stream 20 is supplied. Each supply stream (thermoplastic polyurethane resin stream 30, first air stream 40 and second air stream 20) from the time the thermoplastic polyurethane resin and air are supplied to the inlet part of the nozzle to just before the outlet part of the nozzle ) are separated by the structure inside the nozzle. Immediately before the discharge portion of the nozzle, the thermoplastic polyurethane resin stream and the second air stream are combined to bring the thermoplastic polyurethane resin into contact with the air, whereby the thermoplastic polyurethane resin is granulated. In contrast, the first air stream is separated from the thermoplastic polyurethane resin stream and the second air stream by the nozzle internal structure until the thermoplastic polyurethane resin and air are discharged from the nozzle. The first air flow prevents the particles of the thermoplastic polyurethane resin granulated by the second air flow from sticking at the discharge part of the nozzle, and the role of evenly dispersing the discharged particles before being supplied to the cooler after discharge from the nozzle is do.

압출기에서 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지는 모두 노즐의 상술한 위치에 공급되고, 노즐에 공급되는 공기의 유량은 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지의 유량에 따라 조절될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 공기는 1 내지 300m3/hr, 바람직하게는 30 내지 240m3/hr, 더욱 바람직하게는 60 내지 180m3/hr의 유량으로 노즐에 공급된다. 상기 공기의 유량 범위 내에서 공기는 제1 공기 흐름과 제2 공기 흐름으로 분리되어 공급된다. 상술한 바와 같이, 열가소성 폴리우레탄 수지는 제2 공기 흐름에 의해 입자화 되는데, 제2 공기 흐름의 온도뿐만 아니라 열가소성 폴리우레탄 수지와 제2 공기 흐름의 비율이 입자의 물성을 결정할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 노즐의 토출부 단면을 기준으로 열가소성 폴리우레탄 수지와 제2 공기 흐름의 단면적 비는 4:1 내지 6:1, 바람직하게는 4.3:1 내지 5:1일 수 있다. 상기 범위 내로 열가소성 폴리우레탄 수지와 제2 공기 흐름의 비율이 조절되는 경우에 3D 프린팅 제품 및 색조 화장품 등에 활용성이 높은 적정 크기 및 형태의 열가소성 폴리우레탄 입자를 제조할 수 있다.All of the thermoplastic polyurethane resin extruded from the extruder is supplied to the above-described position of the nozzle, and the flow rate of air supplied to the nozzle may be adjusted according to the flow rate of the extruded thermoplastic polyurethane resin. According to one embodiment of the present invention, the air is supplied to the nozzle at a flow rate of 1 to 300 m 3 /hr, preferably 30 to 240 m 3 /hr, more preferably 60 to 180 m 3 /hr. Within the flow rate range of the air, air is supplied separately into a first air stream and a second air stream. As described above, the thermoplastic polyurethane resin is granulated by the second air stream, and the ratio of the thermoplastic polyurethane resin and the second air stream as well as the temperature of the second air stream may determine the physical properties of the particles. According to one embodiment of the present invention, the cross-sectional area ratio of the thermoplastic polyurethane resin and the second air flow based on the cross-section of the discharge part of the nozzle may be 4:1 to 6:1, preferably 4.3:1 to 5:1. have. When the ratio of the thermoplastic polyurethane resin and the second air flow is adjusted within the above range, it is possible to manufacture thermoplastic polyurethane particles of an appropriate size and shape with high utility in 3D printing products and color cosmetics.

노즐에서 열가소성 폴리우레탄 수지는 입자화가 되기 때문에, 노즐의 내부는 열가소성 폴리우레탄 수지가 입자화되기에 적합한 온도로 조절된다. 급격한 온도의 상승은 열가소성 폴리우레탄의 구조를 변화시킬 수 있기 때문에, 압출기에서 노즐의 토출부까지의 온도는 단계적으로 상승될 수 있다. 따라서, 노즐의 내부 온도는 평균적으로 압출기의 내부 온도보다 높은 범위에서 설정된다. 노즐의 말단부에 대한 온도는 이하에서 별도로 정의하고 있기 때문에, 본 명세서에서 노즐의 내부 온도는 특별한 언급이 없다면, 노즐의 말단부를 제외한 노즐의 나머지 부분의 평균 온도를 의미한다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 노즐의 내부는 250 내지 350℃로 유지될 수 있다. 노즐의 내부 온도가 250℃ 미만이면 열가소성 폴리우레탄 수지에 입자화 시 물성을 만족시키기 위한 충분한 열이 전달되지 못하고, 노즐의 내부 온도가 350℃ 초과이면 열가소성 폴리우레탄 수지에 과도한 열이 공급되어 열가소성 폴리우레탄의 구조를 변화시킬 수 있다.Since the thermoplastic polyurethane resin is granulated in the nozzle, the inside of the nozzle is adjusted to a temperature suitable for the thermoplastic polyurethane resin to be granulated. Since the rapid increase in temperature may change the structure of the thermoplastic polyurethane, the temperature from the extruder to the discharge portion of the nozzle may be increased in stages. Therefore, the internal temperature of the nozzle is set in a range higher than the internal temperature of the extruder on average. Since the temperature for the distal end of the nozzle is separately defined below, the internal temperature of the nozzle in this specification means the average temperature of the rest of the nozzle except for the distal end of the nozzle, unless otherwise specified. According to one embodiment of the present invention, the inside of the nozzle may be maintained at 250 to 350 ℃. If the internal temperature of the nozzle is less than 250 ℃, sufficient heat to satisfy the physical properties when granulating the thermoplastic polyurethane resin is not transmitted, and if the internal temperature of the nozzle is more than 350 ℃, excessive heat is supplied to the thermoplastic polyurethane resin, The structure of urethane can be changed.

노즐의 말단부는 생성된 입자의 외적 및 내적 물성을 향상시키기 위해 노즐 내부의 평균 온도보다 높은 온도로 유지될 수 있다. 노즐의 말단부의 온도는 열가소성 폴리우레탄의 유리전이온도(Tg)와 열분해온도(Td) 사이에서 결정될 수 있는데, 구체적으로는 하기 계산식 5에 따라 결정될 수 있다.The distal end of the nozzle may be maintained at a temperature higher than the average temperature inside the nozzle in order to improve the external and internal properties of the generated particles. The temperature of the distal end of the nozzle may be determined between the glass transition temperature (T g ) and the thermal decomposition temperature (T d ) of the thermoplastic polyurethane, specifically, it may be determined according to Equation 5 below.

[계산식 5][Formula 5]

말단부 온도 = 유리전이온도(Tg)+(열분해온도(Td)-유리전이온도(Tg))×BEnd temperature = glass transition temperature (T g ) + (thermal decomposition temperature (T d ) - glass transition temperature (T g ))×B

여기서, 상기 B는 0.5 내지 1.5, 바람직하게는 0.65 내지 1.35, 보다 바람직하게는 0.8 내지 1.2일 수 있다. 상기 B가 0.5 미만이면 노즐의 말단부의 온도 상승에 따른 입자의 외적 및 내적 물성의 향상을 기대하기 어렵고, 상기 B가 1.5 초과이면 노즐의 말단부에서 열가소성 폴리우레탄에 실질적으로 전달되는 열이 과도하게 증가하여 열가소성 폴리우레탄의 구조가 변형될 수 있다. 상기 유리전이온도 및 열분해온도는 고분자의 종류, 중합도, 구조 등에 의해서 달라질 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 본 발명의 열가소성 폴리우레탄은 -40 내지 -20℃의 유리전이온도를 갖고, 250 내지 350℃의 열분해온도를 갖는 열가소성 폴리우레탄이 사용될 수 있다. 노즐의 말단부는 노즐의 평균 온도보다 높게 유지되기 때문에, 경우에 따라 노즐의 말단부에는 추가적인 가열 수단이 구비될 수 있다.Here, B may be 0.5 to 1.5, preferably 0.65 to 1.35, more preferably 0.8 to 1.2. When B is less than 0.5, it is difficult to expect improvement of the external and internal physical properties of the particles according to the temperature rise of the distal end of the nozzle. Thus, the structure of the thermoplastic polyurethane may be deformed. The glass transition temperature and thermal decomposition temperature may vary depending on the type of polymer, polymerization degree, structure, and the like. According to one embodiment of the present invention, the thermoplastic polyurethane of the present invention has a glass transition temperature of -40 to -20 ℃, a thermoplastic polyurethane having a thermal decomposition temperature of 250 to 350 ℃ may be used. Since the distal end of the nozzle is maintained above the average temperature of the nozzle, the distal end of the nozzle may optionally be provided with additional heating means.

노즐에서 토출된 열가소성 폴리우레탄 입자는 냉각기에 공급된다. 노즐과 냉각기는 이격하여 위치시킬 수 있고, 이 경우 토출된 열가소성 폴리우레탄 입자가 냉각기에 공급되기 전에 주변 공기에 의해 1차적으로 냉각된다. 노즐에서는 열가소성 폴리우레탄 입자뿐만 아니라 고온의 공기도 함께 배출되는데, 노즐과 냉각기를 이격시킴으로써, 고온의 공기를 냉각기가 아닌 외부로 배출할 수 있기 때문에, 냉각기에서 냉각 효율을 높일 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 냉각기는 노즐과 100 내지 500mm, 바람직하게는 150 내지 400mm, 더욱 바람직하게는 200 내지 300mm 이격하여 위치한다. 상기 거리보다 이격 거리가 짧은 경우에는 냉각 챔버 내에 다량의 고온의 공기가 주입되어 냉각 효율이 낮으며, 상기 거리보다 이격 거리가 긴 경우에는 주변 공기에 의해 냉각되는 양이 커져서 냉각 챔버에 의한 급속 냉각이 이루어지지 못한다. 또한, 노즐에서 열가소성 폴리우레탄 입자를 토출할 때 분사각은 10 내지 60°일 수 있는데, 해당 각도로 열가소성 폴리우레탄 입자를 토출하는 경우 노즐과 냉각기의 이격에 따른 효과를 배가할 수 있다.The thermoplastic polyurethane particles discharged from the nozzle are supplied to the cooler. The nozzle and the cooler may be spaced apart, and in this case, the discharged thermoplastic polyurethane particles are primarily cooled by ambient air before being supplied to the cooler. In the nozzle, not only the thermoplastic polyurethane particles but also high-temperature air are discharged. By separating the nozzle and the cooler, the high-temperature air can be discharged to the outside instead of the cooler, so that the cooling efficiency in the cooler can be increased. According to one embodiment of the present invention, the cooler is positioned 100 to 500 mm, preferably 150 to 400 mm, more preferably 200 to 300 mm spaced apart from the nozzle. When the separation distance is shorter than the distance, a large amount of high-temperature air is injected into the cooling chamber and the cooling efficiency is low. This cannot be done. In addition, the injection angle when discharging the thermoplastic polyurethane particles from the nozzle may be 10 to 60 °, when discharging the thermoplastic polyurethane particles at the corresponding angle, the effect due to the separation of the nozzle and the cooler can be doubled.

냉각기는 냉각기 내부에 저온의 공기를 공급하여 상기 공기와 열가소성 폴리우레탄 입자를 접촉시킴으로써, 열가소성 폴리우레탄 입자를 냉각할 수 있다. 상기 저온의 공기는 냉각기 내에서 회전 기류를 형성하는데, 상기 회전 기류에 의해 냉각기 내에서 열가소성 폴리우레탄 입자의 체류시간을 충분하게 확보할 수 있다. 냉각기에 공급되는 공기의 유량은 열가소성 폴리우레탄 입자의 공급량에 따라 조절될 수 있고, 본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 공기는 1 내지 10m3/min의 유량으로 냉각기에 공급될 수 있다. 상기 공기는 -30 내지 -20℃의 온도를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 냉각기에 공급되는 열가소성 폴리우레탄 입자와 대비하여 극저온의 공기를 냉각기 내에 공급함으로써, 열가소성 폴리우레탄 입자가 급속 냉각되어 토출시 고온의 열가소성 폴리우레탄 입자의 내부 구조를 적당하게 유지할 수 있다. 열가소성 폴리우레탄 입자는 제품의 제조를 위해 실제로 적용할 때, 다시 재가열되는데 이 때 재가열된 열가소성 폴리우레탄은 가공에 유리한 물성을 갖는다. 저온의 공기에 의해 냉각된 열가소성 폴리우레탄 입자는 40℃ 이하로 냉각되어 배출되며, 배출된 입자는 싸이클론 또는 백필터를 통해서 포집한다.The cooler may cool the thermoplastic polyurethane particles by supplying low-temperature air into the cooler and bringing the air into contact with the thermoplastic polyurethane particles. The low-temperature air forms a rotating airflow in the cooler, and the residence time of the thermoplastic polyurethane particles in the cooler can be sufficiently secured by the rotating airflow. The flow rate of the air supplied to the cooler may be adjusted according to the supply amount of the thermoplastic polyurethane particles, and according to one embodiment of the present invention, the air may be supplied to the cooler at a flow rate of 1 to 10 m 3 /min. The air may preferably have a temperature of -30 to -20 °C. By supplying cryogenic air into the cooler compared to the thermoplastic polyurethane particles supplied to the cooler, the thermoplastic polyurethane particles are rapidly cooled and the internal structure of the high-temperature thermoplastic polyurethane particles can be properly maintained when discharged. When the thermoplastic polyurethane particles are actually applied for the production of products, they are reheated again. At this time, the reheated thermoplastic polyurethane has properties advantageous for processing. The thermoplastic polyurethane particles cooled by low-temperature air are cooled to 40° C. or less and discharged, and the discharged particles are collected through a cyclone or a bag filter.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to help the understanding of the present invention, but the following examples are only provided for easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

실시예Example

실시예Example 1 One

열가소성 폴리우레탄 수지(Lubrizol, PearlthaneTM D91M80, Mw: 약 160,000g/mol, 유리전이온도(Tg): 약 -37℃, 열분해온도(Td): 약 290℃) 100 중량%를 이축 스크류 압출기(직경(D)=32mm, 길이/직경(L/D)=40)에 공급하였다. 상기 이축 스크류 압출기는 약 220℃의 온도 조건 및 약 5kg/hr의 압출량 조건으로 설정하여 압출을 진행하였다. 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지는 약 5Pa·s의 점도를 가지며, 상기 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지를 약 300℃의 내부 온도 및 약 300℃의 말단부 온도(계산식 5에 따른 B값은 약 1.03임)로 설정된 노즐에 공급하였다. 또한, 약 350℃의 공기를 약 1m3/min의 유량으로 노즐에 공급하였다. 상기 공기는 노즐 단면의 중심부와 외곽부에 공급되고, 상기 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지는 공기가 공급되는 노즐의 중심부와 외곽부 사이에 공급되었다. 외곽부에 공급된 공기와 공기가 공급된 중심부와 외곽부 사이에 공급된 압출된 열가소성 폴리우레탄의 단면적 비는 약 4.5:1이었다. 노즐에 공급된 열가소성 폴리우레탄 수지는 고온의 공기와 접촉하여 미립화되었고, 미립화된 입자가 노즐로부터 분사되었다. 노즐로부터의 분사각은 약 45°이고, 분사된 입자는 노즐로부터 약 200mm 이격된 냉각 챔버(직경(D)=1,100mm, 길이(L)=3,500mm)에 공급되었다. 또한, 상기 냉각 챔버는 분사된 입자가 공급되기 전부터 -25℃의 공기를 약 6m3/min의 유량으로 주입하여 회전 기류를 형성하도록 조절하였다. 냉각 챔버 내에서 40℃ 이하로 충분히 냉각된 입자는 싸이클론 또는 백필터를 통해 포집되었다. 100% by weight of a thermoplastic polyurethane resin (Lubrizol, Pearlthane TM D91M80, Mw: about 160,000 g /mol, glass transition temperature (T g ): about -37°C, pyrolysis temperature (T d ): about 290°C) was mixed with a twin-screw extruder (Diameter (D) = 32 mm, length/diameter (L/D) = 40). The twin screw extruder was set at a temperature of about 220° C. and an extrusion amount of about 5 kg/hr to perform extrusion. The extruded thermoplastic polyurethane resin has a viscosity of about 5 Pa·s, and the extruded thermoplastic polyurethane resin is heated to an internal temperature of about 300°C and an end temperature of about 300°C (the B value according to Equation 5 is about 1.03). It was supplied to the set nozzle. In addition, air at about 350° C. was supplied to the nozzle at a flow rate of about 1 m 3 /min. The air was supplied to the center and the outer portion of the cross section of the nozzle, and the extruded thermoplastic polyurethane resin was supplied between the center and the outer portion of the nozzle to which air is supplied. The cross-sectional area ratio of the air supplied to the outer portion and the extruded thermoplastic polyurethane supplied between the air-supplied central portion and the outer portion was about 4.5:1. The thermoplastic polyurethane resin supplied to the nozzle was atomized by contact with hot air, and the atomized particles were sprayed from the nozzle. The injection angle from the nozzle was about 45°, and the injected particles were supplied to a cooling chamber (diameter (D) = 1,100 mm, length (L) = 3,500 mm) spaced about 200 mm from the nozzle. In addition, the cooling chamber was adjusted to form a rotational airflow by injecting air at -25°C at a flow rate of about 6m 3 /min before the injected particles were supplied. Particles sufficiently cooled to 40° C. or less in the cooling chamber were collected through a cyclone or a bag filter.

비교예comparative example 1 One

말단부의 온도를 124℃(계산식 5에 따른 B값은 약 0.49임)로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열가소성 폴리우레탄 입자를 제조하였다.Thermoplastic polyurethane particles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the distal end was adjusted to 124° C. (the B value according to Equation 5 was about 0.49).

비교예comparative example 2 2

말단부의 온도를 470℃(계산식 5에 따른 B값은 약 1.55임)로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열가소성 폴리우레탄 입자를 제조하였다.Thermoplastic polyurethane particles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the distal end was adjusted to 470° C. (the B value according to Equation 5 was about 1.55).

비교예comparative example 3 3

실시예 1과 동일한 열가소성 폴리우레탄 수지를 호퍼를 통해 스크류 공급기로 공급하였다. 스크류를 통해 원료를 이동시키면서 수분을 제거한 다음 -130℃의 액체 질소가 공급되는 분쇄기로 원료를 투입하였다. 상기 분쇄기는 핀 크러셔(Pin Crusher) 타입의 분쇄기가 사용되었다. 입자 크기는 분쇄 사이즈 결정핀을 통해 조절되었다. 분쇄기를 통해 미립화된 입자는 싸이클론을 통하여 포집되었다.The same thermoplastic polyurethane resin as in Example 1 was supplied to a screw feeder through a hopper. Moisture was removed while moving the raw material through the screw, and then the raw material was introduced into a pulverizer supplied with liquid nitrogen at -130°C. As the crusher, a pin crusher type crusher was used. The particle size was controlled through a grinding size pin. Particles atomized through the grinder were collected through a cyclone.

비교예comparative example 4 4

외곽부에 공급된 공기와 공기가 공급된 중심부와 외곽부 사이에 공급된 압출된 열가소성 폴리우레탄의 단면적 비가 3.5:1인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열가소성 폴리우레탄 입자를 제조하였다.Thermoplastic polyurethane particles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the cross-sectional area ratio of the air supplied to the outer portion and the extruded thermoplastic polyurethane supplied between the central portion and the outer portion supplied with air was 3.5:1.

비교예comparative example 5 5

외곽부에 공급된 공기와 공기가 공급된 중심부와 외곽부 사이에 공급된 압출된 열가소성 폴리우레탄의 단면적 비가 6.5:1인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열가소성 폴리우레탄 입자를 제조하였다.Thermoplastic polyurethane particles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the cross-sectional area ratio of the air supplied to the outer portion and the extruded thermoplastic polyurethane supplied between the central portion and the outer portion supplied with air was 6.5:1.

실험예Experimental example 1 One

실시예 1과 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 열가소성 폴리우레탄 입자의 입도 분포 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 구체적으로 입도 분포는 하기 2 단계에 의해 측정되었다.The particle size distribution of the thermoplastic polyurethane particles prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 5 was measured and shown in Table 1 below. Specifically, the particle size distribution was measured by the following two steps.

1) 샘플 전처리: 에탄올에 파우더 샘플을 0.003wt%정도 넣고 50Watt/30kHz의 초음파 분산기를 이용하여 최대 진폭의 30%로 설정, 약 120초 동안 초음파를 가진하여 파우더 샘플을 에탄올 상에 분산시킨다.1) Sample pretreatment: Put about 0.003wt% of a powder sample in ethanol, set it to 30% of the maximum amplitude using a 50Watt/30kHz ultrasonic disperser, and disperse the powder sample in the ethanol by excitation for about 120 seconds.

2) 입도분포 측정: ISO 13320 규격에 따라 입도 분포를 측정한다.2) Measurement of particle size distribution: Measure particle size distribution according to ISO 13320 standard.

입도 분포particle size distribution D10(㎛)D 10 (μm) D50(㎛)D 50 (μm) D90(㎛)D 90 (μm) DD 실시예 1Example 1 1010 2828 6060 12.4212.42 비교예 1Comparative Example 1 550550 800800 11501150 4.174.17 비교예 2Comparative Example 2 1.21.2 88 16.516.5 48.7348.73 비교예 3Comparative Example 3 88 4545 6868 33.9233.92 비교예 4Comparative Example 4 195195 232232 325325 3.383.38 비교예 5Comparative Example 5 2.52.5 1515 30.530.5 40.1340.13

상기 표 1에 따르면, 실시예 1에 따라 제조된 입자의 입경은 비교예 2, 3 및 5에 따라 제조된 입자의 입경과는 달리 평균 입경을 기준으로 크거나 작은 방향으로 치우치지 않고, D50/D10과 D90/D50의 비율이 비슷하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1에 따라 제조된 입자의 입경은 비교예 1 및 4에 따라 제조된 입자의 입경과 달리 지나치게 크지도 않고, D50/D10과 D90/D50의 비율이 일정 수준 이상(약 2 내지 3)으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.According to Table 1, the particle diameter of the particles prepared according to Example 1 is not biased in a larger or smaller direction based on the average particle diameter, unlike the particle diameters of the particles prepared according to Comparative Examples 2, 3 and 5, D 50 It can be seen that the ratio of /D 10 and D 90 /D 50 remains similar. In addition, the particle diameter of the particles prepared according to Example 1 is not too large unlike the particle diameters of the particles prepared according to Comparative Examples 1 and 4, and the ratio of D 50 /D 10 and D 90 /D 50 is at least a certain level ( It can be confirmed that it is maintained at about 2 to 3).

입자들이 실시예 1에 따라 제조된 입자와 같은 입경 분포를 갖는 경우, 제품에 적용 시 평균 입경만을 갖는 경우에 갖는 단점을 효율적으로 보완할 수 있다.When the particles have the same particle size distribution as the particles prepared according to Example 1, it is possible to effectively compensate for the disadvantages of having only an average particle size when applied to a product.

실험예Experimental example 2 2

상기 실시예 1 와 비교예 3에 따라 제조된 입자의 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.The physical properties of the particles prepared according to Example 1 and Comparative Example 3 were measured and shown in Table 2 below.

평균 입경1 )(㎛)Average particle size 1 ) (㎛) 종횡비2 ) aspect ratio 2 ) 구형화도3 ) Sphericity 3 ) 이완벌크밀도4 )(g/cm3)Relaxed bulk density 4 ) (g/cm 3 ) 압축벌크밀도5 )(g/cm3)Compressed Bulk Density 5 ) (g/cm 3 ) 압축도6 )(%)Compression degree 6 ) (%) 유하시간7 )(s)Falling time 7 ) (s) 실시예 1Example 1 2828 1.02±0.021.02±0.02 0.98±0.020.98±0.02 0.4010.401 0.4350.435 7.87.8 1818 비교예 3Comparative Example 3 4545 1.44±0.351.44±0.35 0.71±0.250.71±0.25 0.450.45 0.460.46 2.22.2 2121

1) 평균 입경: 실험예 1의 방법으로 D50 값 측정함.2), 3) 종횡비 및 구형화도: 동일 장치를 사용하여 이미지처리 - Binary 이미지로 변환 후 개별 입자의 구형화 정도를 수치화 -함으로써 입자의 형성을 분석하였고, 계산식 2 및 3에 의해 종횡비 및 구형화도를 도출함.1) Average particle diameter: D 50 value was measured by the method of Experimental Example 1. 2), 3) Aspect ratio and sphericity: Image processing using the same device - After converting to a binary image, quantifying the degree of spheronization of individual particles - By The formation of particles was analyzed, and the aspect ratio and sphericity were derived by Equations 2 and 3.

4) 이완벌크밀도: 100ml의 실린더에 입자를 조용히 충전시켰을 때 질량을 측정하여 단위부피당 질량을 계산함(5회 반복 측정한 평균값).4) Relaxed Bulk Density: Calculate the mass per unit volume by measuring the mass when the particles are quietly filled in a 100ml cylinder (average of 5 repeated measurements).

5) 압축벌크밀도: 상기 1)에 의해 입자가 충전된 실린더를 일정한 힘으로 10번 두드려 임의로 압축시킨 후 질량을 측정하여 단위부피당 질량을 계산함(5회 반복 측정한 평균값).5) Compressed bulk density: The cylinder filled with particles according to 1) is arbitrarily compressed by tapping 10 times with a constant force, and then the mass is measured to calculate the mass per unit volume (average value measured repeatedly 5 times).

6) 압축도(%)=(P-R)/P×100, P: 입자 압축벌크밀도, R: 입자 이완벌크밀도.6) Compressibility (%)=(P-R)/P×100, P: particle compressed bulk density, R: particle relaxed bulk density.

7) 유하시간: 100ml의 실린더에 입자를 충전시킨 후 KS M 3002의 겉보기 비중 측정 장치 깔때기에 부은 후 출구를 열어 시료가 완전히 빠져 나오는데 걸리는 시간을 측정함(5회 반복 측정한 평균값).7) Flow time: After filling a 100ml cylinder with particles, pour it into the KS M 3002 apparent specific gravity measuring device funnel, open the outlet, and measure the time it takes for the sample to come out completely (average value measured 5 times).

상기 표 2에 따르면, 실시예 1의 입자는 비교예 3의 입자와 대비하여 소구경이면서 균일한 입자 분포를 갖는다. 또한, 실시예 1의 입자는 비교예 3의 입자와 대비하여 높은 구형화도를 가지며, 이에 의해 압축시 일정한 공간을 확보할 수 있어 낮은 압축벌크밀도를 갖는다. 실시예 1의 입자는 낮은 압축벌크밀도를 가지면서도 압축도가 높아 성형품에 사용하는 경우 제품 내에 발생할 수 있는 공극을 최소화하는 효과를 가질 수 있고, 화장품과 같은 제품에 사용하는 경우 피부와 제품 사이의 압착성을 향상시킬 수 있다.According to Table 2, the particles of Example 1 have a smaller diameter and uniform particle distribution compared to the particles of Comparative Example 3. In addition, the particles of Example 1 have a high degree of sphericity compared to the particles of Comparative Example 3, thereby securing a certain space during compression, and thus have a low compressed bulk density. The particles of Example 1 have a low compressive bulk density and a high degree of compression, so that when used in a molded article, it can have the effect of minimizing voids that may occur in a product, and when used in products such as cosmetics, it can Compressibility can be improved.

실험예Experimental example 3 3

상기 실시예 1과 비교예 3에 따라 제조된 입자를 DSC 분석하여 하기 표 3에 나타내었다. 구체적으로, 시차주사열량계(DSC, Perkin-Elmer, DSC8000)를 이용하여 10℃/min의 승온 속도 하에서 0℃에서 200℃까지 승온하여 DSC 곡선을 얻었다. 각각의 DSC 곡선으로부터 유리전이온도(Tg), 녹는점(Tm), 냉결정화 온도 (Tcc) 및 흡열량(△H1)과 발열량(△H2)의 차이를 도출하였다.DSC analysis of the particles prepared according to Example 1 and Comparative Example 3 is shown in Table 3 below. Specifically, using a differential scanning calorimeter (DSC, Perkin-Elmer, DSC8000), the temperature was raised from 0 °C to 200 °C under a temperature increase rate of 10 °C/min to obtain a DSC curve. Glass transition temperature (T g ), melting point (T m ), cold crystallization temperature (T cc ), and the difference between endothermic value (ΔH1) and calorific value (ΔH2) were derived from each DSC curve.

Tg(℃)T g (℃) Tm(℃)T m (℃) Tcc(℃)T cc (℃) △H1-△H2(J/g)ΔH1-ΔH2 (J/g) 실시예 1Example 1 -37-37 136136 3636 66 비교예 3Comparative Example 3 -34-34 140140 -- --

상기 실시예 1의 열가소성 폴리우레탄 입자는 36℃에서 냉결정화 온도 피크가 나타나는 반면에, 상기 비교예 3의 열가소성 폴리우레탄 입자는 이러한 냉결정화 온도 피크가 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 나아가, 실시예 1의 경우에는 흡열량(△H1)과 발열량(△H2)의 차이가 약 6J/g로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.It was confirmed that the thermoplastic polyurethane particles of Example 1 showed a cold crystallization temperature peak at 36° C., whereas the thermoplastic polyurethane particles of Comparative Example 3 did not exhibit such a cold crystallization temperature peak. Furthermore, in the case of Example 1, it was confirmed that the difference between the endothermic amount (ΔH1) and the calorific value (ΔH2) was about 6 J/g.

실시예 1과 같이 열가소성 폴리우레탄 입자가 냉결정화 온도 피크를 갖는 경우, 이러한 입자를 이용하여 가열 가공하는 경우 비교예 3의 열가소성 폴리우레탄 입자의 가공 온도에 비해 저온에서 가공이 가능한 이점을 가질 수 있다.When the thermoplastic polyurethane particles have a cold crystallization temperature peak as in Example 1, when heat-processing using these particles, it can have an advantage that it can be processed at a low temperature compared to the processing temperature of the thermoplastic polyurethane particles of Comparative Example 3 .

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것이며, 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications and variations of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will become apparent from the appended claims.

d: 평행한 두 접평면의 수직 거리
A: 면적
10: 노즐
20: 제2 공기 흐름
30: 열가소성 폴리우레탄 수지 흐름
40: 제1 공기 흐름
d: perpendicular distance between two parallel tangent planes
A: area
10: nozzle
20: second air flow
30: thermoplastic polyurethane resin flow
40: first air flow

Claims (17)

열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법으로서,
상기 제조방법은,
(1) 열가소성 폴리우레탄 수지를 압출기에 공급하여 압출하는 단계;
(2) 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지 및 공기를 노즐에 공급하고, 열가소성 폴리우레탄 수지와 공기를 접촉시켜 열가소성 폴리우레탄 수지를 입자화한 후, 입자화된 열가소성 폴리우레탄 수지를 토출하는 단계; 및
(3) 토출된 열가소성 폴리우레탄 입자를 냉각기에 공급하여 열가소성 폴리우레탄 입자를 냉각한 후, 냉각된 열가소성 폴리우레탄 입자를 수득하는 단계를 포함하고,
상기 (2) 단계에서 노즐의 말단부는 하기의 계산식 5에 의해 계산되는 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법:

[계산식 5]
말단부 온도 = 유리전이온도(Tg)+(분해온도(Td)-유리전이온도(Tg))×B

상기 계산식 5에서 유리전이온도 및 분해온도는 열가소성 폴리우레탄에 대한 값이고, 상기 B는 0.5 내지 1.5이다.
A method for producing thermoplastic polyurethane particles, comprising:
The manufacturing method is
(1) supplying a thermoplastic polyurethane resin to the extruder and extruding;
(2) supplying the extruded thermoplastic polyurethane resin and air to the nozzle, contacting the thermoplastic polyurethane resin with air to make the thermoplastic polyurethane resin particles, and then discharging the granulated thermoplastic polyurethane resin; and
(3) supplying the discharged thermoplastic polyurethane particles to a cooler to cool the thermoplastic polyurethane particles, and then obtaining cooled thermoplastic polyurethane particles,
Method for producing thermoplastic polyurethane particles, characterized in that the distal end of the nozzle in step (2) is maintained at a temperature calculated by the following formula 5:

[Formula 5]
End temperature = glass transition temperature (T g ) + (decomposition temperature (T d ) - glass transition temperature (T g ))×B

In Equation 5, the glass transition temperature and the decomposition temperature are values for the thermoplastic polyurethane, and B is 0.5 to 1.5.
청구항 1에 있어서,
상기 (2) 단계에서 노즐에 공급되는 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지는 0.5 내지 20Pa·s의 용융 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method for producing thermoplastic polyurethane particles, characterized in that the extruded thermoplastic polyurethane resin supplied to the nozzle in step (2) has a melt viscosity of 0.5 to 20 Pa·s.
청구항 1에 있어서,
상기 (2) 단계에서 노즐의 단면을 기준으로 공기는 중심부와 외곽부에 공급되고, 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지는 공기가 공급되는 중심부와 외곽부 사이에 공급되는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법.
The method according to claim 1,
In step (2), based on the cross section of the nozzle, air is supplied to the central part and the outer part, and the extruded thermoplastic polyurethane resin is supplied between the central part and the outer part to which air is supplied. manufacturing method.
청구항 3에 있어서,
상기 (2) 단계에서 노즐의 토출부에서의 단면을 기준으로, 외곽부에 공급된 공기와 공기가 공급되는 중심부와 외곽부 사이에 공급된 압출된 열가소성 폴리우레탄 수지의 단면적 비는 4:1 내지 6:1인 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법.
4. The method according to claim 3,
Based on the cross-section at the discharge part of the nozzle in step (2), the cross-sectional area ratio of the air supplied to the outer part and the extruded thermoplastic polyurethane resin supplied between the central part and the outer part to which the air is supplied is 4:1 to Method for producing thermoplastic polyurethane particles, characterized in that 6:1.
청구항 1에 있어서,
상기 (2) 단계에서 노즐의 내부는 250 내지 350℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method for producing thermoplastic polyurethane particles, characterized in that the inside of the nozzle in step (2) is maintained at 250 to 350 ℃.
청구항 1에 따른 제조방법에 의해 제조된 열가소성 폴리우레탄 입자로서,
열가소성 폴리우레탄 수지로부터 연속적인 매트릭스(matrix) 상으로 형성되고,
1 내지 100㎛의 입경을 가지는 열가소성 폴리우레탄 입자.
As a thermoplastic polyurethane particle prepared by the manufacturing method according to claim 1,
Formed in a continuous matrix phase from a thermoplastic polyurethane resin,
Thermoplastic polyurethane particles having a particle diameter of 1 to 100 μm.
청구항 6에 있어서,
상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 20 내지 50㎛의 평균 입경(D50)을 가지는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자.
7. The method of claim 6,
The thermoplastic polyurethane particles are thermoplastic polyurethane particles, characterized in that having an average particle diameter (D 50 ) of 20 to 50㎛.
청구항 6에 있어서,
상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 5 내지 15㎛의 누적 부피 10% 입경(D10)을 가지는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자.
7. The method of claim 6,
The thermoplastic polyurethane particle is a thermoplastic polyurethane particle, characterized in that it has a cumulative volume of 10% particle diameter (D 10 ) of 5 to 15㎛.
청구항 6에 있어서,
상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 40 내지 80㎛의 누적 부피 90% 입경(D90)을 가지는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자.
7. The method of claim 6,
The thermoplastic polyurethane particles are thermoplastic polyurethane particles, characterized in that it has a cumulative volume of 90% particle diameter (D 90 ) of 40 to 80㎛.
청구항 6에 있어서,
상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 하기 계산식 1에 의해 계산되는 D 값이 5 내지 20인 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자:

[계산식 1]
Figure 112021040017560-pat00007


여기서, D10은 누적 부피 10% 입경이고, D50은 평균 입경이며, D90은 누적 부피 90% 입경이다.
7. The method of claim 6,
The thermoplastic polyurethane particles are thermoplastic polyurethane particles, characterized in that the D value calculated by the following formula 1 is 5 to 20:

[Formula 1]
Figure 112021040017560-pat00007


Here, D 10 is a particle diameter of 10% of the cumulative volume, D 50 is an average particle diameter, and D 90 is a particle diameter of 90% of the cumulative volume.
청구항 6에 있어서,
상기 열가소성 폴리우레탄 입자의 불순물 함량은 50ppm 이하인 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자.
7. The method of claim 6,
The thermoplastic polyurethane particles, characterized in that the impurity content of the thermoplastic polyurethane particles is 50ppm or less.
청구항 6에 있어서,
상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 시차주사열량계(DSC, Differential Scanning Calorimetry)에 의해 10℃/min의 승온 분석으로 도출된 DSC 곡선에서 유리전이온도(Tg)와 녹는점(Tm) 사이의 온도에서 냉결정화 온도(Tcc)의 피크가 나타나는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자.
7. The method of claim 6,
The thermoplastic polyurethane particles are cooled at a temperature between the glass transition temperature (T g ) and the melting point (T m ) in the DSC curve derived from the analysis of the temperature increase of 10 ° C / min by Differential Scanning Calorimetry (DSC) Thermoplastic polyurethane particles, characterized in that the peak of the crystallization temperature (T cc ) appears.
청구항 6에 있어서,
상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 하기 계산식 2에 의해 계산된 종횡비가 1.00 이상 1.05 미만이고,
하기 계산식 3에 의해 계산된 구형화도가 0.95 내지 1.00인 열가소성 폴리우레탄 입자:

[계산식 2]
종횡비(aspect ratio)=장축(major axis)/단축(minor axis)

[계산식 3]
구형화도(roundness)=4×면적(area)/(π×장축^2).
7. The method of claim 6,
The thermoplastic polyurethane particles have an aspect ratio of 1.00 or more and less than 1.05 calculated by the following formula 2,
Thermoplastic polyurethane particles having a sphericity of 0.95 to 1.00 calculated by the following formula 3:

[Formula 2]
Aspect ratio = major axis/minor axis

[Formula 3]
Roundness=4×area/(π×long axis^2).
청구항 6에 있어서,
상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 하기 계산식 4에 의해 계산된 압축도가 7 내지 15%인 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자:

[계산식 4]
압축도=(압축벌크밀도-이완벌크밀도)/압축벌크밀도×100.
7. The method of claim 6,
The thermoplastic polyurethane particles are thermoplastic polyurethane particles, characterized in that the degree of compression calculated by the following formula 4 is 7 to 15%:

[Formula 4]
Compression degree = (compressed bulk density - relaxed bulk density) / compressed bulk density x 100.
청구항 14에 있어서,
상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 0.4 내지 0.45g/cm3의 압축벌크밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자.
15. The method of claim 14,
The thermoplastic polyurethane particles are thermoplastic polyurethane particles, characterized in that having a compressed bulk density of 0.4 to 0.45 g / cm 3 .
청구항 6에 있어서,
상기 열가소성 폴리우레탄 입자는 10 내지 20초의 유하시간을 갖는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 입자.
7. The method of claim 6,
The thermoplastic polyurethane particles are thermoplastic polyurethane particles, characterized in that having a flow time of 10 to 20 seconds.
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