KR0152428B1 - 분무화로 기판상에 영구 포말 코팅 형성을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

분무화로 기판상에 영구 포말 코팅 형성을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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토마스 엘. 무어헤드
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Abstract

고형의 고점성 성분을 기판상에 분무하고 상기 성분을 포말화하는 방법은 승압 및 승온하에서 코팅 성분을 가스 발포제와 혼합하는 방법을 포함한다. 코팅 성분은 무공기식으로 분무되어 기판상에 분사된다. 가스는 코팅 성분이 기판에 충돌한 후 포말화되도록 기판상에 칩착된 후 코팅내에 용해된 채로 잔존한다. 상기 방법은 균일한 세포 분포를 갖는 영구 포말 코팅 성분을 제공한다. 상기 방법은 땅콩 버터 또는 쵸코렛 같은 음식물 및 플래스티졸 같은 폴리머 코팅을 포말화하는데 특히 적합하다.

Description

[발명의 명칭]
분무화로 기판상에 영구 포말 코팅 형성을 위한 방법 및 장치
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명을 실행하는데 사용되는 장치의 개략도이다.
[발명의 배경]
포말(foam)은 다양한 코팅 및 접착제 도포 등에 사용되어 왔다. 예를들어, 숄의 미합중국 특허 제 4,059,714 호는 열가소성 접착제에 용해된 가스를 갖는 열가소성 접착제의 도포를 기술하고 있다. 대기압중에 분산될 때 가스가 용액으로부터 방출되어 포말은 다른 기판과의 결합을 위해 기판에 공급된다. 기판은 두 기판 사이에 접착제를 분배하고 세포 조직(cellular sructure)을 파괴하도록 포말 접착제를 가압함으로써 결합된다.
포말화는 코팅 성분을 분무화(atomizing)하는데 필요한 용매의 양을 감소시키기 위한 수단으로서도 사용된다. 코팅 성분은 기판에 도포를 위해 고체의 양호한 분산을 제공하도록 용매에 용해되는 실질적인 고체의 양을 함유한다. 적합한 용해 및 분무화 없이 형성된 코팅은 얼룩 외관을 갖는다. 용매는 고체를 분해하는 데 사용되어 고체를 더욱 유동적이게 하며 점도를 낮춰 분무화를 용이하게 한다. 콥즈 2세 등의 미합중국 특허 제 4,237,581 호에는 용매의 필요성을 줄이기 위한 포말 코팅 성분을 개시하고 있다. 콥즈에 따르면, 먼저 포말 코팅 성분의 흐름을 형성한 후에 외부의 분무력에 의해 기판으로 향하는 포말을 세분화한다. 포말화 방법 및 장치에 과한 다른 특허도 다수 있다. 특수 포말 생성 노즐은 레만 등의 미합중국 특허 제 4,553,701 호에 기술되어 있고, 미합중국 특허 제 4,630,774 호는 노즐에 분사된 포말을 공기 분무화하도록 설계된 노즐을 개시하고 있다. 콥즈 등의 미합중국 특허 제 4,505,957 호도 노즐로부터 분사했을 때의 포말의 분무화를 개시하고 있다. 콥즈의 미합중국 특허 제 4,423,161 호 및 그와 관련된 미합중국 특허 제 4,301,119 호는 포말 코팅을 개시하고 있다. 콥즈의 미합중국 특허 제 4,608,398 호는 열가소성 성분의 포말 도포에 관한 것이고 콥즈의 미합중국 특허 제 4,527,712 호는 포말 성분을 분배하는 장치에 관해 개시하고 있다.
코팅 성분을 분무화하는 종래의 방법은 포말에 분무 노즐로부터 분사되어 기판에 충돌하기 전에 분쇄할 목적을 위한 수단으로서 분무화를 사용했다. 특히, 분무화를 위한 상기 콥즈의 특허에 있어서의 목적은 기판상에 핀홀 같은 어떤 불규칙한 면을 형성하지 않는 유연한 연속 코팅 성분을 형성하는 것이었다. 이런 이유로 포말은 분무기로부터 기판으로 이동하는 동안에 또는 피복 및 막 형성시에 분쇄되어야 한다.
[발명의 요약]
본 발명은 분무화된 입자를 함유하는 잔류 용해 가스를 형성하도록 가스 함유 코팅 성분의 분무화에 의해 기판상에 영구 포말 코팅을 실현하는 것이다. 이들 입자는 영구 포말을 형성하도록 팽창을 위한 용해 가스를 함유하는 연속 코팅으로서 조절된 피복을 위해 기판상에 분사된다. 상기 방법은 무공기 분무 또는 유압식 분무화에 특히 적합하다.
적합한 형태로서, 기판에 대해 용해 가스를 함유한 코팅 성분의 분무 입자의 팬 분무에 의해 분사시킴으로써 영구 포말 코팅으로 기판이 피복될 수 있다. 기판과의 충돌시, 연속 코팅 또는 층이 형성되고 기판상의 포말 코팅 성분으로 인한 용액으로부터 잔류 가스가 방출된다. 영구 포말 코팅은 부드러운 외면 또는 외막과 균일 세포질의 내부 조직을 갖도록 형성될 수 있다.
놀랍게도, 팬 분무 형태는 무공기 분무 노즐에 의해서도 적용될 수 있으며 또한 기판에 영구 포말의 형태를 제공한다. 게다가 상기 방법은 포말 본체를 통하여 포말 조직의 균일한 분포를 제공한다.
본 발명은 본 발명의 다른 장점 뿐만 아니라 하기의 상세한 설명 및 도면으로 더욱 명백하게 될 것이다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 열가소성이나 열경화성 성분으로 실행될 수 있다. 그러므로, 코팅 산업에 사용되는 용매를 함유한 또는 함유하지 않은 일반적인 수지는 메타아크릴, 아크릴 및 그의 공중합체, 알키드 수지, 폴리에스터 수지, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트, 공중합체, 폴리염화비닐, 다양한 고무 합성물 등을 포함하는 것이 접합하다. 열가소성 물질의 특정 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리스티렌, 폴리(알파메틸스틸렌), 폴리염화비닐, 폴리비닐아세테이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴 등이 에틸렌 불포화단량체인 폴리머와 에틸렌 및 프로필렌, 에틸렌 및 스티렌 및 폴리비닐아세테이트 같은 혼성 중합체 같은 불포화 단량체인 혼성 폴리머와 스티렌 및 메틸메타크릴레이트와, 스티렌 및 에틸아크릴레이트와, 스티렌 및 아크릴로니트릴과, 메틸메타아크릴레이트 및 에틸아크릴레이트 등을 포함한다. 다른 수지로는 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 스티렌 부타디엔 고무, 에필렌-프로필렌 디엔 고무, 아크릴로니트릴 스티렌 부타디엔 고무 등의 복합 디엔의 폴리머 및 혼성 폴리머와, 포화 및 불포화 폴리에스터 폴리아미드 및 폴리우레탄을 포함한다.
본 발명은 액체 캐리어내의 미소 입자의 분산 및 현탁액인 코팅 성분에 특히 적합하다. 이들 성분의 부류중 하나는 액체 가소제내에 폴리머 물질의 미소 입자가 분산한 플래스티졸(plastisol)이다. 플래스티졸은 안정제, 첨가제, 안료 등을 함유하더라도 휘발성 희석제는 함유하지는 않는다. 이들 성분중의 다른 부류는 유성(oleagenous) 캐리어내에 단백질 및 탄소화물이 분산한 초코렛, 땅콩 버터 등의 식용 성분이다.
본 발명을 실행하는 데는 발포제도 필요로 한다. 발포제는 공기, 질소, 산소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 부탄, 프로판, 헬륨, 아르곤, 네온, 디클로로플루오로에탄,모노클로로트리플루오로메탄 또는 다른 가스나 액체 또는 이들의 혼합물 같은 탄화풀루오로를 포함하는 가스 또는 액체 발포제이다. 상기 발포제는 포말화된 성분의 형태에 따라 또다시 분류될 수 있다. 실용 목적으로 본 발명은 이산화탄소, 질소, 공기 등과 같이 실온에서 가스화하는 불활성 성분을 사용하는 것이 적합하다.
제1도에 개략적으로 도시한 바와 같이, 본 발명을 실행하는데 사용하는 장치는 주로 공기 같은 발포제 공급원을 갖는 가압 혼합 용기(11)이다. 도시한 바와 같이, 가스 발포제는 라인(13)을 경유해 혼합 용기(11)에 연결되어 있는 탱크(12)내에 함유되어 있다. 밸브(14)는 탱크내의 압력을 제어한다. 상기 혼합 용기는 가압 혼합 용기(11) 내부로 연장되는 샤프트(17)를 갖는 모터(17)와 가열 재킷(15)을 포함한다. 샤프트(17)에 부착된 것은 용기(11)를 길이 방향을 따라서 일련의 격실로 분할하는 역할을 하는 복수개의 혼합 블레이드 또는 디스크(18)이다. 미합중국 특허 제 4,778,631 호의 제5도 내지 제7도에 도시된 혼합기는 본 발명에 참조한 적합한 장치의 세부 상세도이며, 세부 상세도에 도시한 바와같이 펌프는 코팅 물질을 용액 내부로 공급하는데 사용된다. 용기(11)의 바닥(21)으로부터 용액을 공급하는 출구측 라인(19)은 라인을 경유해 무공기 분무 장치(23)로 연장된다. 분무 장치(23)는 기판(27)에 대항하여 분무화 팬 형태로 분사하도록 되어 있는 팬 또는 분무화 분사 노즐(25)을 포함한다. 분사 노즐(25)은 기판(27) 위에 분무 코팅(29)을 분사하는 무공기 분무화 분사 노즐이 적합하다. 분무 장치(23), 노즐(25) 및 오리피스의 크기는 분무화할 재료에 따라 변한다. 플래스티즐 및 다른 점성 성분과 함께 보통 0.025㎝ 내지 0.152㎝ (0.010 내지 0.060) 크기의 오리피스를 갖는 노즐이 사용된다. 크로스컷(cross cut) 및 돔형 노즐 팁이 사용될 수 있다.
장치의 사용에 있어서, 코팅 재료가 가압 용기(11)에 부가된다. 그후 용기가 밀봉되고 질소 같은 발포제가 부가되면서 코팅이 재킷(15)에 의해 가열되고 디스크(18)에 의해 혼합된다. 블레이드(18)의 회전으로 코팅 성분내의 발포제를 용해시키기 위해 가스상 발포제를 코팅 성분내에 혼합한다. 코팅 성분과 발포제의 혼합 압력의 유지로 압력이 해제될 때까지 코팅 성분내에 발포제가 분해 또는 분산되도록 유지된다.
본 명세서 및 청구범위에 걸쳐 용액이란 용어는 고압력하에서 분배 장치에 공급되는 용해 가스를 함유하는 액체 폴리머를 의미하는 것이며 이는 대기압하에서 분산될 때 포말 폴리머 구조를 생성한다. 용액과 용해란 용어는 가스 분자가 폴리머 분자중에 용해 여부에 관계없이 가스 및 용융 또는 액체 폴리머의 균일 혼합물의 보다 일반적인 용액 또는 용해를 규정하는 의미로서 명세서 및 청구범위에 사용되었다.
발포제를 가지는 코팅 성분은 가스압에 의해 분무 장치(23)로 공급되어 기판(27)상에 분무된다. 내부 유압과 결합으로 인한 노즐(25)로 인해 액체가 기판으로 이동할 때 왜향으로 분사시켜 분무하게 된다. 코팅 성분의 분무 입자는 기판에 충돌한다. 코팅 성분이 노즐(25)을 통과할 때 기판상에 영구 포말 코팅을 형성하도록 상기 분무 입자는 기판을 향해 분사되고 잔류 용해 발포제가 방출된다.
특히, 코팅 재료를 분무하기 위해 플래스티즐 같은 고점성 재료로 과송풍(overblowing)을 하는 것이 요구된다. 과송풍은 분무화를 유도하기 위해 무공기 노즐내에 핵 형성이 발생되도록 과잉의 발포제가 사용되는 상태이다. 과송풍을 얻기 위해서는 충분한 발포제를 필요로 한다. 발포제대 코팅 성분의 체적비는 3:1 내지 10:1 범위라야 한다. 핵형성가스 기포는 상부로 진행하는 고체와 베이스(base) 액체와의 분무화를 차례로 허용하는 액체 플래스티졸 또는 다른 코팅 재료를 분리하는 작용을 한다. 매우 중요한 것은 1.5:1 내지 2:1 정도의 포말화비로 기판상에 피복될 때 발포제가 코팅 분무화 입자내에 유지된다는 것이다. 그결과로 인해 기판상에 균일한 세포 분포를 갖는 포말 코팅이 된다.
물론, 혼합 용기(11)내의 압력은 코팅 성분에 부가되는 발포제의 양에 따라 광범위하게 결정될 것이다. 일반적으로 혼합 용기내의 내부 압력은 약 7~211㎏/㎠ (약 100 내지 3000psi) 범위이지만 포말화할 재료에 따라 약 수백 psi 압력이 적합할 수도 있다. 혼합 용기(11) 내부의 코팅 성분의 바람직한 온도는 사용할 성분에 따라 변할 수 있으며, 그 온도는 실온으로부터 316℃(600°F) 이상의 범위일 수 있다. 노즐로부터 기판까지의 거리는 분무화 형태나 폭에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 그러나, 이 거리는 기판에 충돌하기 전 입자내에 발포제를 함유할 수 있도록 제어해야 한다. 일반적으로, 이 거리는 7.6㎝(3inch) 내지 61㎝(2ft) 범위이다.
본 발명은 가스를 액체내에 용해하는 콥즈의 미합중국 특허 제 4,778,631 호의 제5도 내지 제7도에 도시한 단일 축혼합기를 사용하여 실행될 수 있다. 이 장치는 상기 도면에 도면 부호 15로 나타냈다. 분무화에 사용될 수 있는 공기 보조 노즐을 갖는 무공기 도는 유압식 분무 장치는 미합중국 특허 제 4,386,739 호에 기술되어 있고, 그 제23도 및 제25도에 도시되어 있다. 상기 특허의 설명은 참조에 의해 본원에 합체되었다. 그러나, 분무 입자내의 잔류 가스 용액에 대한 분무화 조건은 그 장점을 취득하기 위해 본 발명의 원리에 따라서 성취될 수 있다.
본 발명은 하기 실시예에 비추어 더욱 상세히 설명된다.
[실시예 1-비닐 플래스티졸]
미합중국 특허 제 4,778,631 호에 개시된 제5도 내지 제7도의 장치가 본 실시예에 사용된다. 이 혼합기는 유체압이 42 내지 49㎏/㎠(600 내지 700psig)로 유지되며 분당 100 회전 속도로 작동된다. 가스 공급 압력은 77㎏/㎠(1100psig) 이고 가스(질소) 대 플래스티졸 비는 표준 온도 및 압력에서 체적으로 5:1 까지 제어된다.
비닐 플래스티졸은 노드슨노즐 #012-524 를 통해 42 내지 49㎏/㎠(600 내지 700psig)의 압력에서 분무화된다. 기판에 충돌한 후에 포말화 및 팽창을 위해 코팅이 계속된다. 응고후, 핀 홀이 상당히 제거된 면을 갖는 균일한 포말 코팅이 얻어진다. 최종 밀도 감소율은 약 33% 이다. 밀도 감소율은 다음 공식에 의해 계산된다.
상기 포말화 비는 포말 재료의 규정 체적과 비포말 재료의 규정 체적의 중량을 측정하고 비포말 재료 중량을 포말 재료 중량으로 나눔으로써 결정된다.
[실시예 2-비닐 플래스티졸]
본 발명을 달리 실험하기 위해, 가열된 30.5×30.5㎝(12×12) 금속 패널상에 비닐 플래스티졸이 분무된다. 분무는 49㎏/㎠(700psi) 질소로 가압되고 150rpms 에서 15 분 동안 혼합되는 배치 혼합기(batch mixer)로 행해진다. 이 실험에서는 두 개의 노즐 즉, 둘다 중령 공동 돔 형태 노즐인 노드슨 024015 호 노즐 및 노드슨 006820 노즐이 선택된다. 상기 노드슨 006820 노즐을 통과하는 유속(g/분)은 42㎏/㎠(600psi)에서 노즐로부터 25.4㎝(10inch) 이격하여 20.3㎝(8inch)의 패턴 폭을 생성하는 2,338 이다. 노드슨 024015 노즐은 42㎏/㎠(600psi)에서 노즐로부터 25.4㎝(10inch) 이격하여 38.1㎝(15inch) 의 패턴 폭을 갖는 분당 4906 그램의 유속을 가진다.
실험 패널은 140 내지 149℃(275 내지 300°F)로 예열되어 지정된 노즐을 지닌 권총(handgun)으로 분무화가 성취된다. 노드슨 024015 노즐로부터 패널에 가해지는 포말의 중량은 9.6 그램에서 46.2 그램까지 변화될 수 있다. 노드슨 006820 노즐을 사용했을 때는 19.5 그램에서 113.3 그램까지 적용시킬 수 있다. 그결과로 0.04 내지 0.05㎝(3/32 내지 1/8)의 코팅 두께를 얻는다. 이 실험에서 평균밀도 감축은 55% 이다. 고온 플래스티졸 코팅은 열가소성 분말 코팅으로 오버코팅(over coating)될 수 있다.
[실시예 3-피터 팬 상표의 크림 피넛 버터]
피넛 버터(peanut butter)를 가압 혼합 용기에 첨가하여 20 분 동안 50 내지 100rpm회전 속도를 갖는 혼합기로 26.7 내지 32.2℃(80 내지 90°F)의 온도로 유지한다. 그후, 피넛 버터가 노드슨 고용융 231004 노즐을 통해 분무된다. 45 내지 48% 의 밀도 감소율을 갖는 포말 피넛 버터가 분무된다.
본 발명을 실행함으로써, 플래스티졸 같은 고점성 코팅 성분의 포말과 피넛 버터 및 초코렛 같은 식품을 얻을 수 있다. 상기 재료는 핀홀 등이 없는 연속적인 외피층을 얻도록 기판에 추가의 포말화를 제공하기에 충분한 발포제와 함께 기판에 대해 분사될 수 있다. 기판상의 포말화에 의해 일치된 포말 코팅을 얻는다. 본 발명은 소음 방지 및 기밀성을 제공하기 위한 자동차 부품의 포말 분사 코팅에 특히 유용하다.
상술한 설명을 고려하면 본 발명의 다른 실시예도 다수 있을 수 있다. 본 발명의 장점을 실현하는 다수의 변형예는 상술한 설명을 고려하여 당업자에게 이해될 수 있다.

Claims (9)

  1. 잔류 용해 가스 발포제를 함유하는 분무 입자를 형성하도록 가스 발포제를 함유하는 코팅 성분을 분무하는 단계와, 용해 가스를 함유하는 연속 코팅을 피복하도록 가스를 함유하는 분무 입자를 기판상에 분사하는 단계 및, 가스 발포제가 확산되어 상기 기판상에 영구 포말 코팅을 형성하도록 분무 입자의 피복을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 영구 포말 코팅 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코팅 성분은 승압하에서 가스를 내부에 용해시키고 코팅 성분을 유압식으로 분무시키므로서 형성되는 것을 특징으로 하는 기판상의 영구 포말 코팅 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발포제는 질소, 헬륨, 이산화탄소 및 공기로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판상의 영구 포말 코팅 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 코팅 성분은 캐리어 액체내에 있는 단백질 및 탄수화물의 그룹으로부터 선택된 식용 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상의 영구 포말 코팅 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 코팅 성분은 플래스티졸, 실리콘, 폴리우레탄 및 에폭시 폴리머의 폴리머 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판상의 영구 포말 코팅 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 공기 보조 분무 노즐을 갖는 무공기 분무 장치에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 기판상의 영구 포말 코팅 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 노즐은 분무 입자를 기판상에 분사시킬 때 분무입자를 형상화하는 것을 특징으로 하는 기판상의 영구 포말 코팅 형성 방법.
  8. 포말화 코팅을 형성하도록 승압 및 승온하에서 가스 발포제를 플래스티졸내에 용해하는 단계와, 잔류 용해 가스 발표제를 함유하는 분무 입자를 형성하도록 포말화 코팅의 팬분무를 분사 및 분무하는 단계 및, 영구 포말 코팅을 기판상에 형성하도록 분무 입자를 기판상에 피복시키고 입자의 피복을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영구 포말 프레스티졸 코팅을 기판상에 적용하는 방법.
  9. 축선에 수직하고 그 축선 주위를 회전하는 일련의 이격 디스크를 가지는 하나 이상의 회전 가능한 샤프트와, 상기 축과 디스크를 에워싸는 하우징과, 하우징의 한 단부에 있는 액체 코팅 재료 입구 수단과, 하우징의 타단부에 있는 액체 코팅 재료 및 가스 용액 출구 수단과, 가스를 상기 하우징내부로 도입하는 수단과, 상기 코팅 재료 및 가스 용액 출구 수단의 상류에 상기 코팅 재료 및 가스 용액을 형성하기 위해서 상기 디스크를 회전시켜 하우징 내부의 코팅 재료와 가스를 혼합하는 회전가능한 샤프트를 구동시키는 수단과, 상기 하우징내의 코팅 재료와 함께 용액내에 가스를 유지하는 수단 및, 영구 포말 코팅으로서 기판상에 분사를 위해 분무 입자를 형성하도록 상기 코팅 재료 및 가스 용액을 대기압으로 분무하는 수단을 포함하며, 상기 디스크는 길이 방향을 따라서 하우징을 일련의 격실로 분할하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 영구 포말 코팅을 기판상에 적용하는 장치.
KR1019920700212A 1989-08-04 1990-08-03 분무화로 기판상에 영구 포말 코팅 형성을 위한 방법 및 장치 KR0152428B1 (ko)

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US389,671 1982-06-18
US07/389,671 US4983424A (en) 1989-08-04 1989-08-04 Method for forming a permanent foam coating by atomization onto a substrate
US389671 1989-08-04
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