KR0171911B1 - 초미공성발포 물질 - Google Patents

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KR1019930702996A
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더블유. 차 성
피.서 남
에프. 발드윈 다니엘
박 철비.
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존티. 프레스턴
매사츄세츠 인스티튜트 오브 테크놀러지
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Abstract

본 발명은 초마이크로셀형 발포 물질 및, 초임계 상태의 초임계 유체[예: 이산화탄소]를 열가소성 물질과 같은 발포되는 물질에 도입시켜 실질적으로 물질 전반에 걸쳐 분포된 다수의 셀을 갖는 발포 유체/물질 시스템을 형성시킴으로써 초마이크로셀형 발포 물질을 제조하는 방법에 관한 것이다. 당해 물질의 셀밀도는 물질의 입방센티미터(cm3)당 약 109내지 약 1015의 범위로 성취할 수 있고, 평균 셀 크기는 적어도 2.0μ미만, 바람직하게는 약 0.1μ내지 약 1.0μ의 범위이다.

Description

[발명의 명칭]
초미공성 발포 물질
[발명의 상세한 설명]
[서문]
본 발명은 일반적으로 발포 물질, 바람직하게는 발포된 가소성 물질, 및 이러한 물질을 제조하고 사용하는 기술, 특히 단위 용적당 비교적 광범위한 물질 밀도 및 다수의 극히 작은 기공(void)또는 기포를 성취할 수 있는 초미공성 발포 물질(supermicrocelluar foamed material)을 생성하기 위한 초임계 유체의 용도에 관한 것이다.
[발명의 배경]
발포된 가소성 중합체 물질과 같은 통상적인 발포 물질을 제조하는 기술은 수년 동안 공지되어 왔다. 이러한 목적을 위한 표준기술은 대개 화학적 또는 물리적 발포제를 사용한다.
화학적 발포제를 사용하는 방법은, 예를 들면, 라칼레이드(Lacallade)의 문헌[참조: Plastics Engineering, Vol. 32, June 1976]에 기술되어 있는데, 당해 문헌에는 각종의 화학적 발포제가 기술되어 있고, 이러한 발포제는 일반적으로 임계온도에서 분해되고 기체(들)[예: 질소, 이산화탄소 또는 일산화탄소]를 방출하는 저분자량의 유리 화합물이다. 물리적 발포제를 사용하는 기술은 중합체 충전물(polymer charge)의 성분으로서 기체를 도입하는 방법 또는 압력하에서 기체를 용융중합체로 도입하는 방법을 포함한다. 용융된 가소성 물질의 유동 스트림으로 기체를 주입시키는 기술은, 예를 들면, 1976년 3월 12일자로 그린버그(Greenberg)에게 허여된 미합중국 특허 제3,796,779호에 기술되어 있다. 이러한 초기에 사용되고 표준인 발포 방법은 비교적 크고[예: 약 100μ이상]또한 비교적 큰 범위의 기공 분획 비율[예: 모 물질의 20% 내지 90%]을 갖는 가소성 물질내의 기공 또는 기포를 생성한다. 단위 용적당 기공 수는 비교적 작고 종종 발포된 물질 전반에 걸쳐 이러한 기포가 일반적으로 비균일하게 분포된다. 이러한 물질은 기계적 강도와 인성이 비교적 낮으며 이의 유전상수를 조절할 수 없는 경향이 있다.
이러한 표준 미공성 발포 물질의 기계적 특성을 개선 시키기 위하여, 기포 밀도가 크고 기포 크기가 작은 발포된 가소성 물질을 제조하기 위한 초미공성 방법이 개발되었다.
이러한 방법은, 예를 들면, 제이. 이. 마티니-브레덴스키(J.E. Martini-Vredenski)등에게 허여된 미합중국 특허 제4,473,665호(1984. 9. 25)에 기술되어 있다. 개선된 기술은 가공되는 가소제 물질을 압력하에 균일한 농도의 기체로 예비포화시키는 방법 및 열역학적 불안정성의 급작스런 유도의 규정을 제공하여 다수의 기포를 핵화시킨다. 예를 들면, 물질은 기체를 사용하여 예비포화시키고 유리전이온도에서 압력하에 유지시킨다. 물질을 저압에 갑자기 노출시켜 기포를 핵화시킨 다음, 목적하는 최종 밀도에 좌우되어, 목적하는 크기로 기포의 성장을 촉진시킴으로써 내부에 초미공성 기공 또는 기포를 갖는 발포 물질을 생성시킨다. 이후에, 물질을 재빨리 냉각시키거나 급냉시켜 초미공성 구조를 유지시킨다.
이러한 기술은 기포 밀도, 즉 출발 물질의 단위 용적당 기포 수를 증가시키고, 표준 미공성 구조에서의 것들보다 훨씬 작은 기포 크기를 생성하는 경향이 있다. 기술된 초미공성 방법은 중합체 중에 미리 존재하는 임계 크기보다 일반적으로 더 작은 기포 크기를 제공하는 경향이 있어서 포함된 물질의 밀도와 조성을 목적하는 기포 특성을 손상시키지 않는 동시에 일부 중합체의 기계적 특성[예: 중합체의 기계적 강도 및 인성]을 향상시키면서 조절할 수 있다. 각종 열가소성 및 열경화성 가소제를 사용하여 생성된 초미공성 발포 물질은 평균 기포 크기가 10μ정도이고, 기공 분획이 총 용적의 50% 이하이며 최대 기포 밀도가 출발 물질의 체적(cm3)당 약 109인 경향이 있다.
초미공성 가소성 발포 물질을 생성하기 위한 또 다른 방법은 1988넌 8월 2일자로 하덴브룩(Hardenbrook)등에게 허여된 미합중국 특허 제4,761,256호에 기술되어 있다. 당해 문헌에 기술된 바와 같이, 가소성 물질의 웹(web)을 불활성 기체로 함침시킨 다음, 기체를 조절된 방법으로 웹에서 꺼내어 확산시킨다. 웹을 발포 상태에서 재가열시켜 발포를 유도하고, 웹이 발생되기 전에 발포 공정의 온도와 지속시간을 조절하여 목적하는 특성을 수득한다. 당해 방법은 연속적인 방법으로 발포된 가소성 웹 물질의 생성을 제공한다. 발포된 물질의 기포 크기는 직경이 2 내지 9μ범위내인 것으로 나타났다.
기포 크기가 훨씬 작고[예: 1.0μ미만] 기포 밀도가 훨씬 큰, 즉 입방센티미터(cm3)당 수조개의 기공[즉, 예를 들면, 출발 물질의 cm3당 약 105개 정도의 기공]을 제공하는 개선된 발포 물질을 수득하는 것이 바람직하다. 이러한 물질은 또한 90% 이상의 매우 높은 기공 분율(저밀도 물질)에서 20%이하의 매우 낮은 기공 분율(고밀도 물질)의 광범위한 비율의 기공 분율을 제공하는 능력을 지녀야 한다.
또한, 주변 온도에서나 주변온도 근처에서 초미공성 가소성 물질을 생성할 수 있기 때문에 공정 도중에 가소성 물질을 가열시킬 필요성을 제거시킴으로써 제조 공정을 단순화 하는 것이 바람직하다. 더구나, 유체가 중합체에 용해되는 속도를 증가시켜 발포 공정의 전체시간을 상당히 감소시킴으로써 발포된 물질의 생성 속도를 증가시킬 수 있도록 하는 것이 또한 바람직하다.
현재까지 사용되거나 제안된 어떠한 방법도 이와 같이 극히 작은 기포 크기, 이와 같이 극히 높은 기포 밀도 및 이와 같이 광범위한 물질 밀도를 지녀서 물질의 특성을 향상시킨 발포 물질을 제공할 수 없었다. 주변 온도 및 증가된 생성 속도에서 이러한 물질을 수득하기 위한 어떠한 방법도 제안되어 오지 않았다.
[발명의 요약]
본 발명에 따라, 발포되는 물질에 초임계 유체를 적용시킨 초임계 유체[즉, 초임계 상태의 기체]를 사용하여 초미공성 발포 물질을 형성시킨다. 출발 물질, 바람직하게는, 예를 들면, 가소성 중합체 물질 중의 발포제로서 초임계 유체를 사용한다. 비교적 저온 및 비교적 고압에서 제조된 비교적 고밀도의 초임계 유체를 사용하여 중합체의 융점에 대한 포화 가공온도를 상승시킬 필요없이 중합체를 포화시킨다.
포화시키기 위한 메카니즘은 구체적으로 완전히 이해되지는 않지만, (용질로서의)초임계 유체는 중합체 중의 초임계 유체의 농도 비율이 합리적인 수준[예: 대략 10 내지 20%]에 도달할 때까지 (용매로서의)중합체 물질에 초기에 용해되는 것으로 밝혀졌다. 이후에, 몇몇의 비율의 수준에서, 초임계 유체는 용매로서 작용하고 중합체는 용질로서 작용하는 경향이 있는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 초임계 유체 및 중합체가 공정 도중에 용매 또는 용질로서 작용하더라도, 종종 초임계 유체를 중합체로 도입시킴으로써 유체와 중합체의 효과적인 포화 용액이 생성된다. 위에서 언급한 설명이 포함된 공정 도중에 발생하는 합리적이고 이론적인 설명인 것으로 믿어지지만, 본 발명은 이러한 특수한 공정이 이와 같이 기술된 방법에서 필수적으로 발생할 필요가 있는 것으로 이해되어서는 안된다.
유체/중합체 용액이 적합하게 선택된 온도와 압력에서 내부에 충분량의 초임계 유체를 포함하는 경우, 유체/중합체 시스템의 온도 및/또는 압력은 빠르게 변화되어 열역학적 불안정성을 유도하고 발포된 중합체를 생성한다. 생성된 발포물질은 기포 밀도가 cm3당 수백조(several hundred trillon)개의 기공이고 평균 기공 또는 기포 크기가 1.0μ 미만, 몇몇의 경우에는 0.5μ미만으로 성취될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라, 이러한 물질의 발포는 몇몇의 경우에는 주변(실내)온도조건에서 성취할 수 있다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 하기 도면의 설명을 통해 보다 상세하게 기술할 수있다:
제1도 및 제1a도는 초임계 상태가 이산화탄소에 대하여 성취되는 영역을 나타내는 압력 대 비용적 관계의 그래프를 나타낸다.
제1b도는 초임계 상태가 이산화탄소에 의해 성취되는 영역을 나타내는 압력 대 온도 관계의 그래프를 나타낸다.
제2도는 각종 물질을 초임계 유체 상태에 위치시키는데 필요한 임계 온도와 임계 압력의 차트(chart)를 나타낸다.
제3도는 본 발명에 따라 초미공성 발포 물질을 형성하기 위한 예시적인 시스템의 개략도를 나타낸다.
제4도 및 제5도는 이산화탄소를 사용하는 경우의 제3도의 시스템의 이상적이고 실제적인 작동을 위한 본 발명의 예시적인 방법을 이해하는데 도움을 주는 압력 대 용적 관계의 그래프를 나타낸다.
제6도, 제7도, 제8도, 제9도, 제10도 및 제11도는 본 발명에 따르는 각종 초미공성 발포 물질에서 생성된 기포의 전형적인 횡단면도를 나타내는 현미경 사진을 나타낸다.
제12도는 실질적으로 동일한 예시 조건하에서 본 발명에 따라 형성된 각종 초미공성 발포된 가소성 물질에 대하여 생성된 평균 기포 크기의 막대 그래프를 나타낸다.
제13도는 실질적으로 동일한 예시적인 조건하에서 형성된 제12도에 나타낸 각종 초미공성 발포의 가소성 중합체 물질을 생성하는 평균 기포 밀도의 막대 그래프를 나타낸다.
제14도는 본 발명에 따라 발포된 물질의 시이트를 제공하기 위한 압출 기술을 사용하는 연속 시스템을 나타낸다.
제15도는 본 발명에 따르는 압출 기술을 사용하는 또 다른 연속 시스템을 나타낸다.
제16도는 본 발명에 따르는 압출 기술을 사용하는 추가의 또 다른 연속 시스템을 나타낸다.
제17도는 본 발명에 따라 물질의 발포 및 이로부터 성형품의 형성이 발생할 수 있는 시스템을 나타낸다.
제18도는 초임계 유체에 의한 물질의 포화에 필요한 시간이 미공성 발포에 일반적으로 필요한 것으로부터 상당히 감소되는 본 발명에 따르는 사출성형 시스템을 나타낸다.
초임계 유체는 임계온도를 초과하는 온도 및 임계압력을 초과하는 압력으로 유지시킨 물질을 초임계 유체 상태에 위치 시키는 물질로서 정의할 수 있다. 이러한 상태에서, 초임계 유체는 기체와 액체 둘 다로서 효과적으로 작용하도록 하는 특성을 지닌다. 따라서, 초임계 상태에서, 이러한 유체는 액체의 용매 특성을 지니지만, 이의 표면장력은 실질적으로 액체보다 적어도, 기체의 본질상 용질 물질 속으로 훨씬 더 빠르게 분산될 수 있다.
예를 들면, 온도가 31℃를 초과하고 압력이 1,100psi를 초과하는 경우 이산화탄소(CO2)를 초임계 상태에 위치시킬 수 있는 것은 공지되어 있다. 제1도 및 제1a도는, 예를 들면, 이산화탄소에 대한 곡선(10 및 12) 대 비용적(제1도) 및 온도대 비 엔트로피(specific entropy)(제1a도)를 나타낸다. 압력이 1,100psi 이상이고 온도가 31℃이상인 경우(곡선 10A)는 제1도의 그늘진 영역(11)로 예시하고, 온도가 약 31℃이상이고 압력이 1,100psi 이상인 경우(곡선 12A), 이산화탄소는 이의 초임계상태로 제공된다. 또 다른 방법으로 나타낸 바와 같이, 제1b도는 이러한 임계 압력(1,100psi) 및 임계 온도(31℃)를 나타내어 그늘진 영역(14)으로 초임계 상태를 정의하는 CO2에 대한 압력 대 온도 관계를 나타낸다.
제2도의 차트는 각종 공지된 예시적인 물질에 대한 임계 온도 및 압력을 나타내는데, 이러한 값 위에서 물질은 이들의 초임계 유체 상태로 위치된다.
제3도는 본 발명에 따르는 초임계 발포 물질을 형성시키는데 사용하기 위한 예시적인 시스템의 개략도를 나타낸다.
여기서 알 수 있는 바와 같이, 비임계 상태의 이산화탄소의 공급원은 CO2가 위에서 기술된 임계값 이하의 압력과 온도로 유지되는 가압 CO2실린더(20)로부터 제공된다. 여기서, CO2는 고압 밸브(22) 내지 고압 챔버(23)을 경유하여 도관(21)을 통해 공급된다.
챔버(chamber)의 온도는, 예를 들면, 온도 조절된 내용물(24)속에 챔버를 위치시킴으로써 조절할 수 있다. 가소성 중합체 물질과 같은 물질(25)을 챔버(23)내에 위치시킨다.
챔버의 온도를 조절하여 선택된 초기 온도 수준으로 고정시킨다.
초임계 상태의 초임계 유체[예: CO2]를 발포된 물질을 생성하기 위한 챔버(23)으로 제공하기 위한 본 발명의 방법을 이해하기 위하여, 제4도 및 제5도에 나타낸 압력-용적 관계를 고려하는 것이 도움이 되는데, 당해 도면은 CO2가 연성 폴리비닐 클로라이드 가소성 중합체와 함께 이의 초임계 유체 상태로 사용하는 경우의 이상적인 경우(제4도)와 실제 실험적인 경우(제5도) 둘다를 나타내었다.
초임계 CO2유체를 제공하기 위한 특수한 예시적 공정에 따라, 챔버(23)의 온도는 당해 분야에 공지된 바와 같은 조절 기술을 사용하여 내용물(24)의 적합한 온도 조절을 통해 25℃로 고정시킨다. CO2기체는, 예를 들면, 850psi(5.8MPa)의 압력으로 실린더(20)속에 유지시키고, 고압 밸브(22)를 개방시켜 CO2기체를 도관(21)을 통해 당해 압력으로 챔버(23)에 공급한다.
밸브(22)를 폐쇄(제4도 및 제5도의 A점)시켜 25℃의 온도 및 850psi의 압력의 초기 조건을 챔버(24)속에 생성시킨다.
이후에, 챔버(24)의 온도를 0℃로 강하시키는데, 당해 지점에서 압력은 515psi(제4도 및 제5도의 B점)로 강하시킨다.
비용적을 줄이고 고압밸브(22)를 개방(제4도 및 제5도의 B점)시켜 챔버(23)의 압력을 CO2실린더의 850psi 수준(제4도 및 제5도의 C점)으로 다시 상승시킨다. 이후에, 챔버의 온도를 다시 조절하여 0℃ 내지 고온[당해 예시적인 경우에는 43℃로 선택함]으로 증가시킨다. 압력은 850psi 내지 고압[이론적으로 이상적인 경우에는 6,000psi(제4도의 D점)]으로 상승시킨다.
실제적인 경우에는, 압력을 챔버(23)에 의해 부여된 한계를 초과하지 않도록 조절해야 한다. 실용적인 경우에는, 예를 들면, 고압 값을 3,000psi(제5도의 D점)로 증가시킨다.
D점에서, CO2는 초임계 상태로 존재하고 초임계 유체로서 작용한다. 이러한 지점에서, 가소성 중합체 물질(25)에 CO2를 공급하여 초미공성 발포 공정을 위한 충분량의 초임계 CO2를 함유하는 유체/중합체 용액을 형성시킨다.
용액을 초임계 CO2를 사용하여 효과적으로 포화시키는데, 당해포화 공정은 가소성 중합체의 두께에 좌우되어 특별한 포화 시간에 걸쳐 발생한다. 예를 들면, 물질(25)이 약1/16in의 두께인 연성 폴리비닐클로린(PVC)물질의 시이트인 경우, 이러한 작동 시간은 약 30분인데, 당해 시간은 다소간 사용된 특별한 중합체 중의 중합체의 확산거리(이의 두께)와 초임계 유체[예: CO2]의 확산 특성에 좌우된다.
목적하는 유체/중합체 물질의 형성에 따라, 챔버를 개방시키고 이로부터 물질을 제거시켜 이의 압력 및 온도를 재빨리 주변 조건[예: 25℃, 14.6psi]으로 조절한다. 이러한 온도/압력 조건의 급격한 변화는 열역학적 불안정성을 유도하여 물질내에 발포(미공성 핵화 및 기포 팽창)가 일어난다.
목적하는 초미공성 발포체 PVC 물질을 성취하기 위한 발포 시간은, 예를 들면, 약 1 또는 2분인데, 이러한 시간은 제거되기 전의 물질의 온도에 다소 좌우된다. 이러한 PVC물질은 약 2×1012기포/cc의 기포 밀도 및 약 0.8μ의 평균 기포 크기를 성취한다. 기포 밀도는 주로 유체.중합체 용액 중의 초임계 유체의 작용량이다. 이러한 물질의 예시적인 횡단면의 현미경 사진을 2,000배 확대하여 제6도에 나타내었는데, 기포 분포는 물질 전반에 걸쳐 실질적으로 균일하다.
실질적으로 동일한 기술을 사용하여 유사한 실험적 발포물질을 제조한다. 예를 들면, 글리콜 개질된 폴리에틸렌-테레프탈레이트(즉, 코폴리에스테르)중합체 물질(PETG)을 약 10시간에 걸쳐 충분한 초임계 CO2유체를 사용하여 공급하고, 실온 및 압력 조건으로 제거시키는 경우, 유체/중합체 시스템은 약 1 또는 2분내에 발포되어 실질적으로 균일한 기포 분포, 약 3×1010기포/cc의 기포 밀도 및 약 5μ의 평균 기포크기를 갖는 초미공성 발포된 PETG 물질을 생성하는 것으로 밝혀졌다. 이의 1,000배 배율의 현미경 사진을 제7도에 나타내었다.
몇몇의 경우에, 특히 반결정성 물질을 사용하는 경우, 발포 온도는 주변 실온보다 높아야 하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, 두께가 1/16in인 강성 PVC물질 시이트를 사용하는 경우, 약 15분의 시간에 걸쳐 약 1,500psi(10.2MPa)의 압력 및 43℃의 온도에서 효과적으로 포화된 유체/중합체 시스템이 발생할 수 있다. 이들이 형성됨에 따라, 물질은 주변 압력에서 주변 실온보다 훨씬 더 높은 온도[예: 160℃]에서 발포된다. 이러한 발포는 챔버(24)로부터 포화된 강성 PVC중합체를 제거시킨 다음 목적하는 160℃정도인 온도에서 액체 글리세린 욕 속에 위치시킴으로써 생성할 수 있다. 초미공성 발포는 약 10초 내에 발생하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 경우에, 평균 기포 크기가 약 1.0μ이고, 기포 밀도는 약 2×1012기포/cc로 성취되며, 이러한 기포는 물질 전반에 걸쳐 합리적으로 균일하게 분포된다. 이와 같이 발포된 강성 PVC물질을 5,000배 확대한 사진을 제8도에 나타내었다.
유사한 발포 온도인 160℃를 저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌(LDPE 및 HDPE)중합체 둘 다에 사용한다.
두께가 1/16in인 저밀도 PE 시이트의 경우에, 적합한 유체/중합체 시스템은 10시간에 걸쳐 3,000psi의 압력 및 43℃의 온도에서 형성되는 반면, 초미공성 발포는 약 20초 내에 주변 온도에서 160℃수준에서 발생한다. 이러한 작동 결과 평균 기포 크기가 약 0.1μ으로 매우 작게 생성되고 기포 밀도는 약 5×1014기포/cc로 생성된다. 두께가 1/16in인 고밀도 PE 시이트인 경우, 목적하는 유체/중합체 시스템은 또한 10시간에 걸쳐 3,000psi 및 43℃에서 형성되는 반면, 발포는 약 20초 내에 160℃ 및 주변 압력에서 발생한다. 이러한 작동 결과, 약 0.2μ의 매우 작은 평균 기포 크기 및 약 6×1013기포/cc의 기포 밀도가 생성된다. 예시적인 발포 LDPE 중합체 및 발포 HDPE 중합체의 현미경 사진을 각각 5,000배의 배율(제9도) 및 약 2,000배의 배율(제10도)로 제9도 및 제10도에 나타내었다.
추가의 예시적인 경우에, 두께가 1/16in인 폴리카보네이트 중합체의 시이트를 초임계 CO2를 사용하여 공급하여 15시간에 걸쳐 1,500psi(10.2MPa) 및 43℃에서 적합한 유체/중합체 시스템을 형성시키는 반면, 발포는 약 10초 내에 160℃ 및 주변 압력에서 발생하여 약 2μ의 평균 기포 크기 및 약 2×1011기포/cc의 기포 두께를 생성시킨다. 이의 예시적인 횡단면의 현미경 사진을 2,000배 확대하여 제11도에 나타내었다.
제12도 및 제13도에 나타낸 막대 그래프는 위에서 기술한 예시적인 발포 물질의 평균 기포 크기와 기포 밀도 사이의 상관 관계를 나타낸다. 당해 도면에서, 각각의 물질과 관련된 막대는 각각의 경우에 대하여 나타내었고, 알 수 있는 바와 같이, 일반적으로 수득된 기포 크기가 더 작아질수록 성취될 수 있는 기포 밀도가 더 커진다.
본 발명의 방법에 사용하기 위한 초임계 유체를 생성하는 공정은 43℃의 온도 및 1,500psi또는 3,000psi의 압력에서 상기한 특별한 실시예에서 수행되지만, 이러한 온도는 약 35℃내지 약 45℃이상의 범위이며, 이러한 압력은 약 1,400psi내지 약 6,000psi 이상의 범위일 수 있다. 초임계 유체는 비교적 고밀도를 지녀야하는데, 예를 들면, 초임계 CO2유체의 경우에는 약 0.16mol/cm3내지 약 0.022mol/cm3의 밀도를 사용할 수 있다.
제3도를 참고로 한 위에서 기술한 기술이 효과적인 뱃치식 공정 기술이지만, 발포된 물질은 또한 가소성 중합체 펠릿 또는 시이트를 사용하는 연속식 공정을 사용하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 제14도는 중합체 시이트를 초임계 유체를 사용하여 중합체를 발포시키기 위한 챔버(38)로 공급하기 위한 당해 분야에 공지된 형태의 동시 회전하는 이축 스크류 압출기를 사용하는 하나의 연속적 기술을 나타낸다.
제14도의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 다수의 배럴 가열기(31)를 갖는 압출기 배럴(30)은 호퍼(32)를 통해 공급된, 예를 들면, 중합체 펠릿 형태의 중합체 물질을 지닌다. 압출기 배럴(30)은 가소성 중합체 물질을 시이트 다이(34)로 압출시키기 위한 동시 회전하는 메슁 이축 스크류 어셈블리(meshing twin screw assembly)를 포함한다. 이에 의해 중합체 물질의 연속 시이트는 거의 일정한 온도로 유지된 롤러의 배열부(36)로 공급된다. 모터(37)를 사용하여 롤러(35)의 위치를 조절하여 챔버(38)속에 잔류하는 시이트의 길이를 조절함으로써 챔버(38) 속의 중합체 시이트의 잔류시간을 다시 조절할 수 있도록 한다.
롤러 시스템(36)은 이의 공급원(39)으로부터의 초임계 유체가 공급된 챔버(38)내에 위치시킨다. 예를 들면, 기체 형태의 CO2공급원(39)은 CO2기체를 압축기(40)로 공급하여 기체의 온도와 압축기와 압력을 조절하여 챔버(38)로 공급되는 경우에 CO2를 초임계 상태로 위치시킨다.
가소성 중합체의 시이트가 선택된 속도[예: 약 1.0in/sec의 선형 공간 속도]에서 롤러 시스템(36)을 통해 이동함에 따라, 초임계 유체와 중합체는 유체/중합체 시스템을 형성하고, 충분한 유체가 공급되어 챔버(38)를 빠져나옴에 따라 시이트가 유체에 의해 효과적으로 포화되도록 한다. 중합체의 포화된 시이트는 챔버(38)로부터 빠져나와 적합한 역학적 압력 밀봉부(42)를 경유하여 한쌍의 냉각 롤러(43)를 통해 발포 챔버(41)로 이동된다. 유체/중합체 시이트가 역학적 밀봉부(42)를 통해 냉각 롤러(43)로 빠져나옴에 따라, 챔버(38)의 압력으로부터 챔버(41)의 압력[예: 주변 압력]에서 발생하는 압력 강하는 미공성 핵화가 냉각 롤러(43)에서 유지되는 유체/중합체 물질내의 기포의 핵화를 일으킨다. 이후에, 유체/중합체 시이트물질은 시이트를 발포 가열기(44)부근으로 통과시킴으로써 가열시키고, 이를 통과하는 잔류시간은 모터(45)를 사용하는 가열기(44)에 인접한 챔버(41)속에 잔류하는 시이트의 길이를 변화시킴으로써 조절한다. 유체/중합체 물질의 온도를 증가시키면 핵화된 기포를 팽창시켜 발포 가열기(44)의 영역을 빠져나옴에 따라 중합체 물질이 대략 형성되도록 한다.
추가의 임의 단계에서, 발포 물질은, 경우에 따라, 발포된 시이트 물질을 열처리된 가열기(46)에 적용시켜 열처리할 수 있으며, 이와 같은 열처리 공정을 위한 시간은 모터(47)를 사용하는 가열기(46)부근에 잔류하는 시이트의 길이를 변화시킴으로써 조절된다. 다음에, 발포되고 열처리된 물질은 발포 챔버(41)로부터 저장용의 권취 롤러 장치(48)로 공급할 수 있다.
또 다른 연속적인 발포 공정은 방식이 일부 상이한 제14도의 시스템을 사용하여 제15도에 나타낸다. 이로서 알 수 있는 바와 같이, 초임계 유체는 가소성 중합체 물질에 적용되는 반면 후자의 물질은 압출기 배럴(30)로부터 압출되고, 초임계 유체 즉, CO2는 앞서와 같이 CO2가스 공급부(50) 및 압축기(51)로부터 수득된다. 초임계 유체는 용융된 중합체 물질내로 유체를 도입하도록 적절하게 선택된 위치에서 가열된 압출기 배럴(30)의 내부로 공급된다. 충분한 초임계 CO2를 공급하여 중합체가 초임계 유체로 효율적으로 포화된 용융된 유체/중합체 물질을 형성하도록 한다. 용융된 유체/중합체 물질은 압출기 배럴(30)로부터 빠져나와 시이트 다이(34)에 공급된다. 시이트 다이(34)는 이와 같은 유체/중합체 물질의 시이트를 형성하며, 다음 포화된 시이트는 발포 챔버(52)내의 냉각된 롤러의 배열부(53)에 공급된다. 챔버(52)내 압력은 압출기 배럴 배출부에서 보다 낮은 수준으로 유지시키며 유체/중합체 물질이 챔버(52)내로 도입되면 압력이 강하되어, 기포 핵화가 물질내에 일어나게 된다. 냉각된 롤러는 기포 핵화 조건을 유지시킨 다음, 유체/중합체 물질은 기포 팽창 및 이로 인하여 발포 공정이 완료되는 발포 가열기(44)에 적용된다. 제14도의 시스템에서와 같이, 발포된 중합체 물질은, 경우에 따라, 열처리 가열기(46)(임의공정)로서 발포된 중합체의 결정화를 위해서 열처리할 수 있으며 열처리되어 발포된 중합체의 결정화를 위해서 열처리할 수 있으며 열처리되어 발포된 중합체 물질은 냉각된 롤러(54)를 경유하여 권취 장치(48)에 공급하기 위한 팽창 챔버로 빠져나올 수 있다.
상기한 바와 같이, 모터(37,45 및 47)를 사용하여, 챔버(52)의 상응하는 영역에서 시이트의 잔류 시간을 조절한다.
제14도 및 제15도에서 나타낸 연속식 공정의 추가의 다른 양태를 제16도에 도시하며, 여기서는, 초임계 상태의 초임계 유체, 즉 CO2를, 제15도에서 도시한 바와 같이, 이곳으로부터 압출된 유체/중합체 물질을 포화시키기 위하여 압출기 바렐(30)에 공급한다. 이어서, 압출된 물질은 유체/중합체 물질의 시이트 내부로 발포시켜 가압된 챔버(55)에 공급하고, 이 부분의 압력은 압력 조절기(59)로 적절하게 조절한다. 시이트 물질은 일정한 온도의 롤러의 배열부(56)로 공급한 다음 역학적 압력 밀봉부(57)를 경유하여 챔버(55)에 존재하도록 한다.
챔버(55)내의 압력이 압축기(51)에 의해 공급된 초임계 유체의 포화압과 실질적으로 동일한 압력에서 유지되는 경우, 기포 핵화 및 기포 팽창 모두는, 유체/중합체 시이트가 챔버(55)내의 압력으로부터 열처리 챔버(58)내의 더욱 낮은 압력으로 강하되는 압력에 기인하여 역학적 밀봉부(57)를 경유하여 배출됨으로써 일어난다. 발포된 중합체 물질은 이의 발포 조건을 유지시키기 위해 냉각된 롤러(60)를 따라 이동하여 앞서와 같이, 열처리 가열기(46) 및 권취 장치(48)에 적용된다. 챔버(55 및 58)내 체류 시간은 앞서와 같이 각각의 모터(37 및 47)에 의해 조절된다.
챔버(55)내의 압력이 압축기(51)에 의해 공급된 초임계 유체의 포화압보다 낮은 수준으로 조절되는 경우, 기포의 핵화는 시이트 물질이 시이트 다이(34)에서 저압 챔버(55)내로 존재하기 시작할 때 일어난다. 냉각된 롤러(56)는 핵화된 기포를 유지시킨다. 다음 기포 팽창은 중합체 물질이, 예를 들면, 주변 압력보다 훨씬 저압으로 역학 밀봉부(57)에서 배출되어 당해 지점에서 완전 발포된 중합체 물질이 수득됨에 따라 발생한다.
냉각된 롤러(60)는 기포 팽창을 유지시킨다. 제16도에 도시한 바와 같은 공정에서, 발포(즉, 기포 핵화 및 기포 팽창)는 유일하게도 시스템내 존재하는 압력차에 기인하여 일어난다.
이와 같은 공정은 제14도의 내용으로 압출시킬 수 있는데, 예를 들어, 이 공정에서 기포 핵화는 역학 밀봉부(42)에서의 압력차에 기인하여 일어나고 기포 팽창은 발포 가열기(44)에서의 온도차에 기인하여 일어난다. 이와 같은 공정은 또한 제15도의 내용으로 압축할 수 있는데, 예를 들어, 이 공정에서 기포 핵화는 시이트 다이(34)의 배출구에서의 압력차에 기인하여 일어나고 기포 팽창은 발포 가열기(44)에서의 온도차에 기인하여 일어난다.
제1도 내지 제16도를 참조로 기술한 양태에서는 발포를 초임계 유체를 사용하여, 다양한 온도, 즉 실온(주위온도)또는 고온에서 발생시킬 수 있음을 교시하고 있다. 제17도는 발포 공정 및 이로부터 성형품의 형성이동시에 전체 공정내, 주위온도 또는 실온에서 완료될 수 있는 시스템의 예를 도시하고 있다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 주형 동공(62)을 지닌 하부 주형체(61) 및 주형 동공(62)에 일치하도록 형성된 상부 주형체(63)를 포함하는 주형은, 주형체(61)가 챔버(64)내에 고정적으로 욜려지고 주형체(63)가 동적으로 올려져서, 적합한 동력압 밀봉부(65)를 통하여, 화살표(72)로 나타낸 바와 같이 적절하게 외부방향으로 적용된 수압 잭 또는 피스톤 력을 사용하여 동공(62)의 내부 및 외부로 가역적으로 움직일 수 있게 하는 방식으로 배열된다.
가소성 중합체 물질의 유연한 시이트(66)는 2개의 적절하게 성형된 지지체(67)사이에 주형체(61)의 동공(62)상부로 올려짐으로써, 주형체(63)가 동공(62)내의 하부 방향으로 움직일 경우, 가소성 중합체 물질의 컵 형태의 성형품이 이들 사이에 형성될 수 있다. 성형품이 형성되기 전에, 이의 원료(68)로부터 자체 초임계 상태인 초임계 유체 즉, CO2가 적절한 밸브(69)를 통하여 챔버(64)에 공급되며, 초임계 유체는 일반적으로 주위온도보다 높은 온도로 적용된다. 챔버(64)는 상대적인 고압 즉, 3,000p.s.i.(PMa)로 가압되나, 챔버(64)내의 온도는 초임계 유체의 임계 온도 이상의 적합한 온도에서 유지된다.
초임계 유체는 포함한 중합체 물질에 의존한 시간 경과후에 중합체 시이트(66)를 포화시킨다. 챔버(64)내부의 온도는 실온(주위온도)으로 감소되며, 중합체 시이트가 초임계 유체에 의해 포화되는 경우, 주형체(63)는 동공(62)내에 아랫방향으로 움직이며, 바람직하게, 챔버내의 압력은 가압 안전 밸브(70)의 작동을 통하여 감소된다. 압력의 강하는 기포 핵화 및 성형품의 성형이 일어날 때 중합체 물질내 기포 팽창을 일으키며, 이렇게 하여 중합체 물질의 발포 및 발포된 물질로부터 성형품을 형성시켜, 성형품이 초미공성 구조를 지니도록 한다. 따라서, 성형품은 전체 공정시 실온(주위온도)에서 모두 발포되어 형성된다.
상술한 양태에서, 중합체 물질은 초임계 유체에 의해 포화되기에 필요한 한정된 시간, 즉 중합체내로 도입될 충분한 양의 초임계 유체가 유체/중합체 시스템을 형성하고 이것이 적절하게 발포되어 바람직한 초미공성 발포 물질을 제공할 수 있는 시간이 존재한다. 일부 경우, 즉 1/16인치의 두께를 지닌 연질 PVC물질을 사용할 경우 이러한 시간은 10분 정도로 적을 수 있으며, 다른 경우에는 목적한 두께에 의존하며 더욱 장시간이 요구될 수 있다. 이러한 양태가 많은 적용시 유용할 수 있다해도, 다른 적용시에는 각 목적에 요구되는 시간으로 감소시킴이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 초미공성 형성된 물질을 수득하기 위해 상대적으로 높은 생산율을 달성하기 위한 일부 적용시 본 발명의 기술을 사용하기 위한 능력을 증진시키기 위해서는, 종종 더욱 짧은 포화시간을 사용함이 바람직하다.
이를 수행하는 1가지 기술은 제18도에 도시한 시스템에 나타나 있으며, 여기서 초임계 유체는 예를 들면, 포화된 물질을 주형내로 사출시키기 위하여 압출 배럴(70)내로 초임계 유체를 도입시킨다.
제18도의 그래프에서 알 수 있듯이, 압출 배럴(70)은 당해 분야의 숙련자에게 잘 공지된 바와 같은 불규칙적인 블레이드를 지닌 유형의 혼합 스크류(71)를 이용하며, 중합체 물질의 가소성 펠릿은 호퍼 어셈블리(72)를 경유하여 이곳으로 도입된다. 압출 배럴은 가열되어 펠릿이 가소화되고 이들이 제14도 내지 제16도를 참조로 기술된 것과 유사한 방식으로써, 배럴(70)을 따라 혼합 스크류에 의해 이동될 때 용융상태로 된다. CO2가스의 원료(82)는 선택된 위치에서 혼합 스크류(71)을 따라 적합한 유동 제어 밸브(73)의 작동을 통하여 압출 배럴 내로 도입되며, 이 지점에서 압출 배럴의 온도 및 압력은 CO2가스가 초임계 상태에서 CO2로 전환되기 위한 임계온도 및 임계압력의 그 이상이 되도록 조절된다. CO2가스는, 경우에 따라서, 고온의 배럴에서 배럴내 압력이 갑자기 증가하는 것을 방지하기 위해 삽입전에 예비가열시킬 수 있다. 한편, CO2가스는 압출 배럴에 대해서 외부적으로 이의 초임계 상태로 전환되어 초임계적 CO2유체로서 혼합 스크류에 적응될 수 있다.
초임계 CO2유체는 혼합 스크류에 의해 용융 중합체 물질과 혼합되며 이러한 혼합은 중합체 내로의 연속적인 확산 및 중합체내 초임계적 CO2유체의 효과적인 포화를 증진시키는데 이는 혼합될 2개의 물질의 접촉면적이 혼합 공정에 의해 증가되며 이로 인하여 확산에 요구되는 깊이가 감소하기 때문이다.
따라서, 초임계 CO2유체는 혼합 스크류의 작동에 의해 용융된 중합체와 혼합된다. 혼합 스크류가 회전함에 따라, 혼합된 CO2/중합체 시스템내에 이차원적 전단 영역이 생성된다.
중합체 용융물내 초임계적 CO2유체의 거품은 전단 영역의 전단 방향을 따라 신장된다. 다음 신장된 거품을 혼합 스크류에 의해 생성된 라미나 유체의 교란에 의해서 소 구형 형태인 거품으로 파괴된다. 혼합 스크류에 사용된 불규칙적인 면은 스트림라인(streamline)에 대해 상대적인 CO2/중합체 접촉면의 배향을 변화시키며, 이 변화는 이곳에서 발생하는 라미나 혼합의 효율을 증가시킨다.
CO2/중합체 혼합물은 스트림라인에 대해 상대적인 CO2/중합체 접촉면의 배향을 계속 변화시킴으로써 또한 혼합 공정을 증진시키는 정적 혼합기(74)에 적용된다. 압출 배럴에서 사용하기 위한 정적 혼합은 당해 분야에 공지되어 있으며 상업적으로 제조되어 시판된다. 정적 혼합기(74)의 직경은 작아야하며 정적 혼합기는 후술하는 바와 같이 선택된 수의 혼합 부재(75)를 포함할 수 있다.
정적 혼합기 부재의 직경이 너무 클 경우, 이를 통과하는 CO2/중합체 혼합물의 유량은 작으며, 결과적으로 정적 혼합기 부재에 의해 생성된 전단 영역은 작아진다. 따라서, 거품의 초임계 형태는 표면 장력이 우세할 수 있으므로 유지될 수 있으며, 결과적으로 표면 장력은 상대적으로 작은 전단 영역의 효과를 극복한다. 유동 속도가 너무 작을 경우, 정적 혼합기는 우세한 표면 장력으로 인하여 CO2/중합체 시스템을 혼합시키는데 있어 효과적이지 않다. 따라서, 정적 혼합기의 직경을 상대적으로 작게 하는 것이 바람직하다.
정적 혼합기(74)에서 발생하는 정적 혼합의 특징적 길이, 즉 혼합된 CO2/중합체 층의 압흔 두께(striation thickeness)는 대략 d/2n[여기서, d는 정적 혼합기 부재의 직경이고 n은 혼합부재(75)의 수이다]이다. 더욱 우수한 혼합은 작은 반경의 혼합기 부재가 사용될 때 일어나는데 이것은 직경이 감소하는 것외에 상대적으로 다수의 혼합 성분이 사용되는 경우, 혼합의 이러한 특징적 길이가 감소하기 때문이다. 혼합 부재의 수 및 이의 직경은 만족스럽고 적절한 정적 혼합 작동이 일어나도록 선택될 수 있다.
CO2/중합체 시스템의 정적 혼합 동안에, 거품내 CO2분자는 또한 각 거품을 둘러싸는 중합체 용융 물질내로 일부확산되는 경향이 있다. 그러나, 1차 확산 공정은 이 상 혼합물이 도입되는 확산 챔버(76)내에서 일어난다. 다음 이 혼합물은 이곳에서 CO2가 중합체내로 확산됨에 따라 확산 챔버내에 완전한 단일상 용액이 된다. 이렇게 생성된 단일상 CO2/중합체 용액내 CO2농도는 용액 전체에서 실질적으로 균일하며 용액은 효과적으로 균질해진다. 초임계 CO2유체가 중합체내로 확산되지 않고 중합체를 균일하게 및 균질하게 포화시키지 않을 경우, 기포 형태는 용액중에 국소적인 기체농도에 의존하기 때문에 궁극적으로 형성된 발포 구조는 균일하지 않게 된다.
이어서, 확산 챔버(76)내의 균질하고 균일한 유액/중합체 용액을 이곳의 가열부(77)내에서 가열시키며 이곳에서 용액은 급속히 가열(통상의 경우의 예로, 온도는 약 190℃ 내지 약 245℃로 상승할 수 있다)되어, 고온에서 유체/중합체 용액의 감소된 용해도에 기인하기 때문에 생성되는 열역학적 불안정성에 기인하여 포화용액중에 핵화된 기포를 형성하게 된다. 용해도의 감소가 더욱 크게 일어날수록 기포 핵화 속도가 커진다.
핵화된 기포를 압출 배럴(30)에서의 성장으로부터 방지하기 위해서는 배럴 고 압력을 유지시킨다. 이어서, 핵화된 기포를 지닌 용액을 주형(79)의 주형 동공내로 주입시키고, 주형 동공내 압력은 반대 압력을 제공함으로써 조절하여 주형 충전 공정동안 기포 성장을 방지한다. 반대압은 개폐 밸브(81)를 통하여 이의 원료(80)로부터 압력하에 공기를 삽입시킴으로써 제공한다.
최종적으로, 기포 성장은 주형 동공이 연장되고 내부 압력이 급속하게 감소할 때 주형 동공내부에서 일어나며, 이렇게 하여 생성되는 압력 불안정성은 기포 성장을 증진시킨다.
따라서, 주형의 팽창은 바람직한 작은 기포 크기 및 높은 기포 밀도를 지닌 성형되고 발포된 성형품을 제공한다. 혼합물질의 라미나 유체를 생성하는 전단 영역을 제공하기 위해서는 혼합 스크류의 사용에 이어서 작은 직경의 혼합 부재 및 이와 같은 혼합 부재의 선택된 수를 지닌 정적 혼합기 및 확산 챔버 모두를 사용함으로써, 초임계 CO2유체를 지닌 중합체 물질의 포화가 일어난다. 이와 같이 포화시키는데 필요한 시간은 전술한 본 발명의 양태에서 요구하는 것보다 감소시킬 수 있으며 따라서 보다 긴 포화시간이 필요한 경우에 불가능했던 상대적으로 높은 생성율로의 연속 공정을 달성시키는 것이 가능하다.
본 발명의 상기 양태를 참조로 하여 기술한 바와 같이, 발포 공정을 제공하기 위해 초임계 유체를 사용하는 경우 달성되는 것으로서, 발포된 중합체 물질내에 극도로 작은 기포 크기 및 이의 고밀도의 제공은, 수득된 발포 물질, 특히 선행의 표준 기포 또는 미공성 발포 물질과 비교시 실질적으로 증진된 특성을 부여한다. 즉, 이의 기계적 강도 및 인성은 물질의 중량(즉, 물질 밀도)이 크게 감소하는 경우에도 실질적으로 더 커진다. 더욱이, 공정에서 더욱 적은 중합체 물질이 사용되므로 전환되는 물질 및 이의 비용이 감소한다.
상술한 본 발명의 양태를 이의 바람직한 양태로 나타냈다해도, 이의 변형 및 또 다른 양태가 본 발명의 취지 및 영역내에서 당해 분야의 숙련가들에게는 일어날 수 있다. 즉 본 발명은 청구된 청구범위에 규정된 것외에 상술한 특수한 양태에만 한정되는 것으로 추정되어지지는 않는다.

Claims (29)

  1. 발포된 물질과, 발포될 물질에 도입되어 발포될 물질 거의 전반에 걸쳐 분포된 다수의 기포를 갖는 초임계 유체 물질 시스템을 형성하는 초임계 유체를 포함하는 발포 물질.
  2. 제1항에 있어서, 발포될 물질이 가소성 중합체 물질인 발포 물질.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 초임계 유체가 초임계 상태의 이산화탄소 유체인 발포 물질.
  4. 제2항에 있어서, 가소성 중합체 물질이 무정형 중합체, 반결정성 중합체, 액정 중합체, 열가소성 중합체 및 탄성중합체성 중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 발포물질.
  5. 제1항에 있어서, 초임계 유체가 1차로 선택된 압력과 1차로 선택된 온도에서 발포될 물질로 도입됨으로써, 초임계 유체/물질 시스템을 갖는 발포될 물질이 열역학적으로 불안정해지는 경우에 기포가 형성되는 발포 물질.
  6. 발포 물질 중의 기포의 기포 밀도가 발포 물질 cm3당 약 109내지 약 1015기포의 범위이고, 기포의 평균 크기가 2μ미만이며, 발포 물질에 형성된 기포의 총 용적이 약 20 내지 약 90분율%의 범위 내에 존재하는 발포 물질의 총 용적의 분율%를 구성하는, 내부에 거의 균일하게 분포된 다수의 기포를 갖는 발포 물질.
  7. 제6항에 있어서, 밀도가 발포 물질 cm3당 약 1012내지 약 1015기포의 범위이고, 기포의 평균 크기가 약 1.0μ미만인 발포 물질.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 분율%가 50분율%미만인 발포 물질.
  9. 발포될 물질을 제공하는 단계, 초임계 유체를 제1온도 및 제1압력에서 발포될 물질에 도입시키는 단계 및 제1온도와 제1압력으로부터의 온도와 압력을 상이하게 선택된 제2온도와 제2압력으로 변화시켜 발포 물질 거의 전반에 걸쳐 분포된 다수의 기포 또는 기공을 포함하는 초임계 발포 물질을 생성시키는 단계를 포함하는, 발포 물질의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 유체를 유체가 이의 초임계 상태로 존재하는 임계온도 및 임계압력 이하의 온도와 압력에서 발포될 물질의 존재하에 공급하는 단계 및 유체의 온도와 압력을 임계온도와 임계압력 이상인 제1온도와 제1압력으로 상승시켜, 유체가 이의 초임계 유체 상태로 되도록 함으로써 이의 초임계 유체 상태의 유체를 발포될 물질에 도입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 초임계 유체의 도입공정이, 발포될 물질이 초임계 유체에 의해 효과적으로 포화되도록 하기에 충분한 시간에 걸쳐 수행되는 방법.
  12. 발포될 물질을 포함하는 온도 조절된 챔버, 초임계 유체를 생성시키는 수단, 초임계 유체를 챔버에 공급하여 초임계 유체를 발포될 물질에 도입시키는 수단, 초임계 유체가 발포될 물질로 도입되는 챔버 속의 온도와 압력을 조절하여 발포될 물질이 초임계 유체에 의해 효과적으로 포화되도록 하는 수단 및 챔버 속의 온도와 압력을 변화시켜 발포될 물질에 열역학적 불안정성을 유도함으로써 발포될 물질 거의 전반에 걸쳐 분포된 다수의 기포를 갖는 발포 물질을 생성시키는 수단을 포함하는, 발포 물질 제조 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 온도 및 압력 조절수단이 초임계 유체를 챔버에 공급하여, 발포될 물질을 대기압에 비하여 고압 및 실온 이상의 온도에서 도입하고, 온도 및 압력 조절수단이, 온도를 거의 실온인 온도로 저하시키고 압력을 실질적으로 대기압인 압력으로 강하시켜 발포물질을 생성시키는 시스템.
  14. 압출수단, 발포될 물질을 압출수단에 공급하는 수단, 시이트 다이 수단, 압출된 물질을 시이트 다이 수단에 제공하는 압출수단, 압출수단이, 시이트 다이 수단이 가열된 압출 물질의 연속 시이트를 생성하도록 하는 실온 이상의 온도에서 압출된 물질을 제공하도록 하는 압출수단을 가열하는 수단, 가열된 물질의 연속 시이트를 챔버를 통해 이동시키는 수단, 초임계 유체를 용적으로 공급하여 초임계 유체를 대기압에 비하여 고압으로 가열된 시이트 물질로 도입하는 수단, 초임계 유체가 가열된 시이트 물질을 효과적으로 포화시키기에 충분한 시간 동안 물질을 챔버 속에서 유지시키는 수단, 초임계 유체에 의해 포화된 가열된 시이트 물질을 감압하에 챔버로부터 제거하는 수단 및 챔버로부터 제거된 물질을 가열하여 발포된 물질의 시이트 거의 전반에 걸쳐 분포된 다수의 기포를 갖는 발포된 물질의 연속 시이트를 생성하도록 하는 발포 가열수단을 포함하는 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 이동수단이, 물질의 시이트를 챔버를 통해 이동시키는, 거의 일정한 온도로 유지된 다수의 롤러를 포함하고, 유지수단이 하나 이상의 롤러의 위치를 조절하는 수단을 포함하여 챔버를 통해 이동됨에 따라 물질의 시이트의 체류시간을 조절하는 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 제거수단이 시이트 물질을 챔버로부터 제거하는 역학적 압력 밀봉부를 포함하고, 챔버로 부터 제거된 시이트 물질을 강하된 온도에서 이동시키는 냉각 롤러 수단을 추가로 포함하는 시스템.
  17. 제14항에 있어서, 발포체 가열수단이 하나 이상의 가열기와 제거된 시이트 물질을 가열기에 인접한 경로를 따라 이동시키는 가열기 이동수단을 포함하는 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 가열기 이동수단이, 하나 이상의 롤러 및 하나 이상의 롤러 중의 하나 이상의 위치를 조절하여 시이트가 가열기에 인접한 경로를 따라 이동하는 시간을 조절하는 수단을 포함하는 시스템.
  19. 제14항에 있어서, 발포된 물질의 연속 시이트를 열처리하는 수단을 추가로 포함하는 시스템.
  20. 압출수단, 시이트 다이수단, 발포된 물질을 압출수단에 공급하는 수단, 압출수단을 가열하여 물질을 압출수단 속에서 압출시키는 도중에 용융 상태가 되도록 하는 수단, 초임계 유체를 대기압에 비하여 고압으로 압출수단에 공급하여 초임계 유체를 용융된 물질 속에 도입시킴으로써 용융된 물질이 초임계 유체에 의해 효과적으로 포화되고, 초임계 유체에 의해 포화된 물질을 압출수단으로부터 시이트 다이 수단으로 공급하여 초임계 유체에 의해 포화된 물질의 연속 시이트를 생성하는 수단, 연속 시이트 물질을 압력이 위에서 언급한 고압보다 낮은 챔버를 통해 이동시키고, 시이트 물질이 저압에서 챔버를 통해 이동됨에 따라 시이트 물질의 온도를 선택된 온도로 유지시키는 수단 및 시이트 물질이 챔버를 빠져나옴에 따라 시이트 물질을 가열하여 시이트 물질 거의 전반에 걸쳐 분포된 다수의 기포를 갖는 물질의 연속 시이트를 생성시키는 가열기를 함유하는 발포가열수단을 포함하는, 발포 물질을 제공하는 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 이동수단과 온도 유지수단이 다수의 냉각 롤러를 포함하는 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 롤러 중의 하나 이상의 위치를 조절하여 시이트 물질이 챔버를 통해 이동됨에 따라 시이트 물질의 체류시간을 조절하는 수단을 추가로 포함하는 시스템.
  23. 제20항에 있어서, 발포체 가열수단이, 시이트 물질을 가열기에 인접한 경로를 따라 이동시키는 하나 이상의 롤러 및 롤러 중의 하나 이상의 위치를 조절하여 시이트 물질이 가열기에 인접한 경로를 따라 이동하는 시간을 조절하는 수단을 포함하는 시스템.
  24. 제20항에 있어서, 발포된 물질의 연속 시이트를 열처리하는 수단을 추가로 포함하는 시스템.
  25. 압출수단, 시이트 다이 수단, 초임계 유체를 대기압에 비해 고압으로 압출수단에 공급하여 초임계 유체를 용융 물질 속에 도입시킴으로써 용융 물질이 초임계 유체에 의해 효과적으로 포화되고, 초임계 유체에 의해 포화된 물질을 압출수단으로부터 시이트 다이 수단으로 공급하여 이의 연속 시이트를 생성하는 수단, 연속 시이트 물질을 압력이 위에서 언급한 고압과 거의 동일한 챔버를 통해 이동시키고, 시이트 물질이 고압에서 챔버를 통해 이동됨에 따라 시이트 물질의 온도를 선택된 온도로 유지시키는 수단 및 시이트 물질이 챔버로부터 빠져나옴에 따라 시이트 물질 거의 전반에 걸쳐 분포된 다수의 기포를 갖는 발포된 물질의 시이트를 생성할 수 있도록 시이트 물질의 압력과 온도를 감소시키는 수단을 포함하는, 발포된 물질을 생성하는 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 이동수단과 온도 유지수단이 다수의 롤러를 포함하는 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 롤러 중의 하나 이상의 위치를 조절하여 시이트 물질이 챔버를 통해 이동함에 따라 시이트 물질의 체류시간을 조절하는 수단을 추가로 포함하는 시스템.
  28. 제25항에 있어서, 발포된 물질의 시이트가 통과하여 이의 발포된 상태를 유지시키는 하나 이상의 냉각 롤러를 추가로 포함하는 시스템.
  29. 제25항에 있어서, 발포된 물질의 시이트를 열처리 하는 수단을 추가로 포함하는 시스템.
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