이 글의 목적은 플라스틱·고무·마스터배치 공정에서 널리 쓰이는 윤활제인 금속스테아레이트(금속 지방산염)로 인해 발생하는 대표 트러블을 원인-진단-개선 순서로 정리하여 현장에서 바로 재발 방지를 할 수 있도록 돕는 것이다.
1. 금속스테아레이트를 먼저 정확히 이해해야 한다
1-1. 금속스테아레이트의 역할 구분이 핵심이다
금속스테아레이트는 스테아린산(지방산)과 금속 이온이 결합한 염 형태의 가공조제이다.
동일한 “윤활제”로 묶이지만 실제 공정에서는 내부윤활과 외부윤활로 역할이 나뉘며 이 구분이 트러블의 출발점이 되기 쉽다.
- 내부윤활이다. 폴리머 사슬 간 마찰을 낮추어 용융점도와 전단발열을 줄이는 방향으로 작동하다.
- 외부윤활이다. 금속 표면·스크류·다이·금형과 용융수지 사이의 마찰과 부착을 줄여 이형성과 표면을 개선하다.
대부분의 트러블은 내부윤활/외부윤활 밸런스가 공정 목표와 어긋날 때 발생하다.
1-2. 금속 종류에 따라 성향이 달라진다
현장에서 흔히 쓰는 것은 칼슘·아연·마그네슘·알루미늄 계열이며 금속 종류에 따라 융점, 극성, 분산성, 열적 거동이 달라지다.
특히 Ca/Zn 스테아레이트는 안정제 시스템과 함께 쓰이는 경우가 많아 상호작용을 반드시 고려해야 하다.
주의 : 동일한 “스테아레이트”라도 제조사별 입도·표면처리·유리지방산 함량·수분·회분이 다르기 때문에 투입량만 맞추면 동일 성능이 나온다고 가정하면 재현성 문제가 발생하다.
2. 대표 트러블과 증상-원인-해결 로드맵이다
2-1. 블루밍(표면 백화·분말·유분막)이다
블루밍은 성형품 표면에 흰 분말, 뿌연 막, 미끌거림이 나타나는 현상이다.
대부분은 윤활제의 과량, 분산 불량, 수지와의 상용성 한계, 냉각 조건, 보관 중 확산에 의해 표면으로 이동하는 현상이다.
| 증상 | 현장 관찰 포인트 | 가능 원인 | 즉시 조치 | 재발 방지 |
|---|---|---|---|---|
| 표면 백화/분말 묻어남 | 포장 직후보다 24~72시간 후 심화하다 | 윤활제 과량, 입도 큼, 혼련 에너지 부족이다 | 투입량 10~30% 단계 감량, 혼련시간 증가하다 | 입도/표면처리 다른 등급 검토, 프리믹스 개선하다 |
| 유분막/미끄러움 | 표면에 기름막 같은 광택이 생기다 | 외부윤활 성향 과다, 냉각 과도, 금형온도 낮음이다 | 금형온도 소폭 상승, 냉각 조건 완화하다 | 외부윤활제 일부를 내부윤활제 계열로 치환하다 |
| 인쇄/코팅 불량 동반 | 표면 장력 저하로 번짐·박리 발생하다 | 표면 이행물 존재, 잔류 유리지방산 높음이다 | 세정/코로나 조건 상향, 건조 조건 조정하다 | 저이행 등급 적용, 후처리 공정 표준화하다 |
주의 : 블루밍을 단순히 “윤활제가 많다”로만 결론 내리면 공정 안정성이 무너질 수 있다. 목표는 감량이 아니라 “필요 최소량에서 분산과 밸런스를 맞추는 것”이다.
2-2. 금형오염(플레이트아웃·누적 때)이다
금형오염은 금형 표면과 게이트 주변에 끈적한 갈색/회색 때가 누적되는 현상이다.
윤활제 자체의 이행뿐 아니라 안정제, 안료, 충전재, 저분자 올리고머와 함께 복합적으로 석출되는 경우가 많다.
| 오염 형태 | 주로 나타나는 위치 | 원인 가설 | 진단 방법 | 개선 방향 |
|---|---|---|---|---|
| 끈적한 필름/때 | 벤트 주변, 파팅라인이다 | 윤활제 이행 + 저분자 성분 응축이다 | 금형 온도/사이클 변화에 따른 오염속도 비교하다 | 벤트 설계/배기 개선, 금형온도 상향으로 응축 억제하다 |
| 분말성 백색 침전 | 표면 전반, 코너부이다 | 블루밍성 석출, 분산 불량이다 | 혼련 조건 변화로 표면 상태 비교하다 | 혼련 에너지 증가, 입도 미세 등급 적용하다 |
| 갈변/탄화성 찌꺼기 | 게이트, 핫런너다 | 열이력 과다, 촉매성 금속 잔류, 체류시간 과다이다 | 배럴/노즐 온도 프로파일, 체류시간 계산하다 | 온도 하향·스크류 회전 조정, 퍼지 절차 표준화하다 |
주의 : 금형오염을 세정으로만 대응하면 생산성 손실이 반복하다. 오염이 “어디서 먼저 시작되는지”를 기준으로 응축(배기/온도) 문제인지 석출(이행/분산) 문제인지 분리해야 하다.
2-3. 점착·블로킹(필름/시트 달라붙음)이다
필름, 시트, 압출 코팅 공정에서는 권취 후 달라붙음이 문제다.
금속스테아레이트가 표면으로 이행하면서 표면 에너지와 마찰계수를 변화시키고, 온도·압력·시간 조건이 겹치면 블로킹이 발생하다.
- 권취 온도가 높으면 이행과 변형이 동시에 커지다.
- 권취 장력이 높으면 접촉 압력이 증가하다.
- 냉각이 불충분하면 표면이 안정화되기 전에 권취되다.
2-4. 토출 불안정·슬립(압출 미끄러짐, 서징)이다
윤활제 과다 또는 외부윤활 성향 과다에서는 스크류가 수지를 “잡아끄는 힘”이 줄어 토출이 불안정해지다.
특히 고충전 조성이나 저점도 조성에서는 작은 변화에도 서징이 커지다.
| 증상 | 압출 데이터 | 가능 원인 | 개선 포인트 |
|---|---|---|---|
| 서징/두께 요동 | 압력 변동 폭 증가, 모터 토크 감소하다 | 외부윤활 과다, 투입 순서 불량이다 | 윤활제 감량, 투입 위치 변경, 혼련 요소 강화하다 |
| 토크 급감 후 불안정 | 설정 rpm 동일하지만 토크가 떨어지다 | 용융층이 스크류에서 미끄러지다 | 배럴 온도 프로파일 재조정, 내부윤활 비중 상향하다 |
2-5. 표면 결함(은줄·흐림·용접선 약화)이다
윤활제 자체가 직접 원인인 경우도 있으나, 실제로는 수분, 휘발, 가스 배출, 분산 불량이 겹쳐 은줄이나 흐림이 나타나기 쉽다.
금속스테아레이트가 흡습성 성분 또는 미세 기공을 통해 수분을 끌고 들어오는 경우가 있어 원료 관리가 중요하다.
3. 원인 진단을 빠르게 만드는 체크리스트이다
3-1. “투입량”보다 먼저 확인해야 할 항목이다
| 구분 | 체크 항목 | 현장 기준 | 문제 징후 |
|---|---|---|---|
| 원료 | 윤활제 입도/응집, 수분, 보관기간이다 | 로트 변경 시 외관·유동성 확인하다 | 덩어리, 흐름 불량, 저장 중 경화가 보이다 |
| 혼합 | 프리믹스 순서와 혼합 시간이다 | 분말은 먼저 분산, 저융점 성분은 후투입 고려하다 | 부분 뭉침, 색상 얼룩, 표면 점이 발생하다 |
| 혼련 | SME(비에너지), 스크류 구성, 체류시간이다 | 기준 레시피 대비 토크·압력 추세 관리하다 | 토크 급락, 압력 요동, 오염 누적이 빨라지다 |
| 성형 | 금형온도, 냉각, 배기, 권취 조건이다 | 온도·압력·시간의 3요소를 동시에 본다 | 블로킹, 백화가 시간 지연으로 심화하다 |
3-2. 현장에서 바로 쓰는 “원인 분리” 실험 설계이다
트러블 원인을 빠르게 분리하려면 한 번에 하나의 축만 바꾸는 소규모 DOE가 유리하다.
아래는 블루밍/금형오염에서 재현성이 높은 최소 실험 세트이다.
# 현장 최소 DOE 예시(한 번에 하나의 축만 변경하다) # 기준 조건: 현재 레시피/온도/속도/냉각을 Baseline으로 고정하다 Run1: Baseline (윤활제 100%) Run2: 윤활제 80% (그 외 동일) Run3: 윤활제 120% (그 외 동일) Run4: 혼련 에너지 +10% (스크류 rpm 또는 혼련존 강화, 윤활제 100%) Run5: 금형온도 +5~10°C (윤활제 100%) Run6: 냉각 완화 또는 권취온도 -5°C (필름/시트인 경우) # 관찰: 0h/24h/72h 표면, 금형 오염 누적 속도, 압력/토크 트렌드 기록하다주의 : DOE를 할 때 세정 상태가 통제되지 않으면 결론이 흔들리다. 동일 세정 절차와 동일 생산 길이를 고정해야 비교가 성립하다.
4. 해결 전략은 “감량”이 아니라 “시스템 최적화”이다
4-1. 투입량 최적화 로직이다
윤활제는 많을수록 가공이 좋아진다는 직관이 흔히 깨지다.
일반적으로 필요 최소량을 찾고, 그 지점에서 분산과 공정 조건을 맞추는 방식이 품질과 생산성을 동시에 개선하다.
- 1단계는 10~20% 감량 스크리닝이다.
- 2단계는 혼련 에너지 조정으로 동일 표면을 만들 수 있는지 확인하다.
- 3단계는 금형온도·냉각·배기 조건으로 “이행/응축” 비중을 줄이다.
4-2. 금속스테아레이트 “등급 변경”이 필요한 상황이다
투입량과 공정 조건을 조정해도 트러블이 지속되면 등급 자체의 변수 점검이 필요하다.
| 변수 | 왜 중요한지 | 트러블과의 연결 | 대응 |
|---|---|---|---|
| 입도/분포 | 응집이 분산 불량을 유발하다 | 백화 점, 표면 거칠음, 플레이트아웃이 증가하다 | 미세 입도 등급, 응집 억제 포장/보관 개선하다 |
| 유리지방산 | 이행성과 표면장력을 크게 바꾸다 | 인쇄/코팅 불량, 점착, 냄새 이슈가 생기다 | 저유리지방산 등급, 원료 규격 관리하다 |
| 수분/휘발 | 가스 결함과 은줄을 키우다 | 은줄, 기포, 표면 흐림이 나타나다 | 건조/밀봉, 라인 퍼지와 배기 개선하다 |
| 표면처리 | 분산성과 상용성을 좌우하다 | 블루밍 속도, 금형오염 패턴이 달라지다 | 동일 금속이라도 표면처리 다른 grade로 비교하다 |
4-3. 조성 전체의 상호작용을 점검해야 한다
금속스테아레이트는 단독으로 쓰이기보다 안정제, 산 흡수제, 왁스, 슬립제, 안티블로킹제, 충전재와 함께 쓰이는 경우가 많다.
이때 상호작용으로 “석출 임계점”이 낮아져 트러블이 갑자기 발생하다.
- 충전재(예: 탄산칼슘, 실리카)가 많으면 표면 이동 경로가 늘어나 블루밍이 빨라질 수 있다.
- 왁스류와 조합되면 외부윤활이 과해져 서징·슬립이 커질 수 있다.
- 안티블로킹제가 거칠기를 올리지만 동시에 석출물이 잘 붙는 표면을 만들 수 있다.
주의 : 트러블이 특정 로트에서만 발생하면 “윤활제 로트”만 보지 말고, 동시에 바뀐 안정제/안료/충전재/재생원료 로트까지 묶어서 원인 분리를 해야 하다.
5. 현장 표준서로 바로 옮기는 운영 팁이다
5-1. 로트 변경 관리 항목이다
금속스테아레이트는 미세한 물성 차이가 표면 트러블로 확대되기 쉬워 로트 변경 절차가 중요하다.
- 로트 변경 시 기준 샘플을 보관하고 72시간 표면 변화를 확인하다.
- 프리믹스 조건(혼합기, 시간, 투입 순서)을 기록하고 고정하다.
- 생산 초반 30~60분 데이터(토크, 압력, 제품 외관)를 템플릿으로 저장하다.
5-2. 금형오염을 줄이는 세정·퍼지 표준이다
오염은 완전 제거보다 누적 속도를 줄이는 관리가 핵심이다.
- 퍼지 수지와 세정제를 고정하고 사용량을 표준화하다.
- 가열 상태에서의 잔사 제거와 냉각 후 닦임을 분리해 절차화하다.
- 벤트·파팅라인 등 “시작점”을 중점 관리하다.
FAQ
금속스테아레이트를 줄이면 토크가 올라가는데 정상인가?
윤활제는 용융 마찰을 낮추므로 감량 시 토크 상승이 나타날 수 있다.
다만 토크 상승이 곧 불량을 의미하지는 않으며, 목표 토크 범위 내에서 압력 안정성과 외관이 개선되면 정상 최적화 과정이다.
토크가 급격히 상승하거나 압력이 동반 상승하면 혼련 과부하 또는 온도 프로파일 미스매치일 수 있어 단계적으로 조정해야 하다.
블루밍이 시간이 지나서만 나타나는데 생산 중에는 어떻게 예측하나?
블루밍은 확산 기반 현상이라 시간 지연이 흔하다.
생산 중 예측을 위해서는 0시간 샘플뿐 아니라 24시간, 72시간 보관 샘플을 정기적으로 확보하고 표면 상태와 인쇄/접착 테스트를 루틴화해야 하다.
또한 금형 표면 오염 속도와 상관이 있는 경우가 많아 오염 누적을 함께 기록하면 조기 경보 지표가 되다.
금형오염이 심할 때 온도를 올리면 더 타지 않나?
“응축성 오염”이 주원인인 경우에는 금형온도 상향이 오히려 오염을 줄이는 방향으로 작동하다.
반대로 체류시간 과다나 국부 과열이 원인인 경우에는 온도 상향이 갈변을 악화할 수 있다.
따라서 오염 시작 위치, 압출 압력/토크 추세, 게이트 주변 갈변 여부로 유형을 나눈 뒤 온도 조정 여부를 결정해야 하다.
금속스테아레이트가 인쇄/코팅 불량을 만든다면 대안은 무엇인가?
표면 이행이 문제라면 우선 저이행 등급으로 변경하거나 투입량을 최소화하는 것이 우선이다.
동시에 표면처리(코로나, 플라즈마) 조건과 건조·숙성 조건을 표준화해야 하다.
공정 목표에 따라 외부윤활 성향이 낮은 조합으로 재설계하는 것이 재발 방지에 유리하다.