KR100355984B1 - 파이프의단열방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1층 이상의 폴리이소시아누레이트 플라스틱을 강재 파이프에 부착시키고, 이 폴리이소시아누레이트 층에 1층 이상의 경질의 폴리우레탄 발포체를 부착시키며, 상기 발포체를 외층으로하여 피복시키는 것으로 이루어지는 파이프의 단열 방법에 관한 것이다.

Description

파이프의 단열 방법{Process for Insulating Pipes}
경질의 폴리우레탄 발포체로 단열된 파이프는 기본적으로 가열 서비스를 제공하기 위해 사용된다. 복합 플라스틱제 재킷형 파이프 시스템은 이러한 목적으로 널리 사용된다. 이 시스템은 강재(鋼材) 전열 매체 파이프, 폴리에틸렌 재킷형 파이프, 및 단열 물질로서 경질 폴리우레탄 발포체로 이루어지는 공장 단열 파이프로이루어진다. 파이프는 샌드 베드에 시공된다. 복합 플라스틱제 재킷형 파이프 가열 라인은 상기 세 성분의 복합물로 이루어진다.
단열은 통상적으로 강재 파이프와 전열 매체 파이프 사이의 공동(空洞)에 발포체를 충전시켜 달성할 수 있다.
예비 단열된 파이프는 샌드 베드의 지면에 직접 시공하기에 적합하다. 공간 요구성도 작다. 플라스틱제 재킷형 파이프는 건설 환경에 적합하고 임의의 원하는 지점에서 함께 접합될 수 있다. 플라스틱제 재킷형 파이프의 복합 시스템으로 인하여 상당한 비용 절감을 가져올 수 있다.
슈라우드관(shrouded conduit) 시스템과 같은 다른 공범은 상당한 비용이 드는 시공 공법을 요구한다.
현재 통상적으로 사용되는 경질 폴리우레탄 발포체는 최대 140℃의 짧은 피크를 갖고 최대 130℃의 연속 공정 온도에 적합하도록 고안되었다. 이 정도면 대부분의 서구 지역의 가열 네트워크에 충분하다. 그러나, 서구의 발전소는 200℃의 온도에 달할 수 있는 실질적으로 더 높은 유동 온도를 제공한다. 현재 통상적으로 사용되는 경질 폴리우레탄 발포체는 상기 온도 범위에서는 적합하지 않다. 그 해결 방안으로서, 단열을 위한 2층 구조의 시스템이 공지되어 있다. 고온에 노출되는 내층은 무기성 광물 섬유로 이루어진다. 경질 폴리우레탄 발포체는 두번째 단열층으로 사용된다. 그러나, 이 방법은 강제 전열 매체 파이프 상의 무기 섬유의 부착성이 매우작기 때문에, 더 이상 복합 시스템을 제공하지 않는다. 이러한 "슬라이딩 시스템"은 축방향 변위력에 대한 보상 및 고정점의 설치에 상당한 비용이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 강재 재킷형 파이프와 복합 시스템을 형성하는 고온 서비스에 적합한 단열 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 실질적으로 폴리이소시아누레이트 플라스틱으로 이루어지는 하나 이상의 내층을 강재 파이프에 부착시키고, 그 위에 경질 폴리우레탄 발포체로 이루어지는 제2층을 부착시키는 것을 포함하는 파이프의 단열 방법을 제공한다.
바람직하게는 회전 성형법(독일 연방 공화국 특허 공개 제4,118,362호에 기재됨), 분무법 또는 발포 성형법에 의해 부착되는 내층은 일반적으로 200 내지 1,100 ㎏/m3, 바람직하게는 300 내지 500 kg/m3의 밀도를 갖는다. 경질의 폴리우레탄 발포체의 제2층은 통상적인 발포 성형법, 또는 바람직하게는 회전 성형법 또는 분무법을 사용하여 제조할 수 있다. 제2층은 바람직하게는 80 내지 100 ㎏/m3의 밀도를 갖는다. 내층 폴리이소시아누레이트 플라스틱은 매우 높은 열 안정성 및 강재 파이프에 대한 양호한 부착성을 보인다.
양호한 단열 특성은 경질의 폴리우레탄 발포체에 의해 제공된다. 내층은 경질의 폴리우레탄 발포체가 허용가능한 온도에 노출되도록 적어도 140℃의 온도 감소를 확보할 수 있는 두께를 가져야 한다. 최대 200℃에서의 상기 복합 시스템의 전단 시험은 발포 성형된 폴리우레탄 시스템으로 달성할 수 없은 매우 높은 값을 보인다. 회전 성형법 또는 분무법으로 인하여, 벌크 밀도가 증가된 매우 큰 열 안정성 시스템의 가공이 가능하다.
본 발명에 따르면, 폴리이소시아누레이트 플라스틱은
a1) 방향족 폴리이소시아네이트, 또는
a2) 1) 2,4- 및 2,2-이성질체와 0 내지 30중량%의 보다 고도의 관능성 올리고머가 임의 혼합된 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트와
2) OH기수 2 내지 4이고 분자량 1,000 내지 6,000의 폴리에테르의 반응에 의해 얻을 수 있는 5 내지 20중량%의 NCO 함량을 갖는 이소시아네이트 말단 초기 중합체와
b) 1) 이소시아네이트 반응성 수소 원자수 2 내지 4이고 분자량 1,000 내지 7,000의 폴리에테르,
2) 0 내지 0.5중량%의 물,
3) 가교제로서, 지방족 폴리아민, 방향족 폴리아민, 지환족 폴리아민 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 0 내지 5 중량%의 분자량 32 내지 1,000의 화합물,
4) 2내지 10중량%의 삼량체화 촉매, 및 임의로
5) 보조제 및 첨가제
를 포함하는(comprising) 폴리올 성분(여기서, 상기 성분 b)1), b)2), b)3), b)4) 및 b)5)의 중량%는 성분 b)의 총 중량을 기준으로 함)
을 반응시켜 제조하는 것이 바람직하다.
또한, 디페닐메탄 디이소시아네이트와 폴리페닐 폴리이소시아네이트의 혼합물(조원료 MDI)을 방향족 폴리이소시아네이트로서 사용하고, 성분 a1) 또는 a2)와 b)의 반응을 300 내지 2,000 바람직하게는 350 내지 900의 이소시아네이트 지수에서 수행하는 것이 바람직하다. 또한, 폴리이소시아누레이트 층을 믹스헤드 및 노즐을 사용하여 부착시키는 것이 바람직한데, 이 때 믹스헤드를 회전축에 평행한 정해진 거리에서 전진시키거나, 파이프를 고정된 믹스헤드의 하향에 축방향으로 전진시킨다.
또한, 본 발명에 따라서, 폴리우레탄 경질 발포체는
a) 방향족 폴리이소시아네이트와
b) 1) 2개 이상의 히드록시기를 갖는 분자량 300 내지 700의 폴리에헤르,
2) 발포제, 임의로
3) 사슬 연장제 또는 가교제로서, 3개 이상의 히드록시기를 갖는 분자량 62내지 299의 화합물, 및 임의로
4) 보조제 및 첨가제
를 포함하는 평균 3개 이상의 이소시아네이트 반응성 수소 원자를 갖는 폴리올 성분
을 반응시켜 제조하는 것이 바람직하다.
또한, 경질 발포체를 제조하는 데 있어서, 디페닐메탄 디이소시아네이트와 폴리페닐 폴리메틸렌 폴리이소시아네이트의 혼합물(조원료 MDI)을 방향족 폴리이소시아네이트로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 물 및(또는) 알칸을 발포제로서 사용하는 것이 바람직하다.
폴리이소시아누레이트 플라스틱의 제조 중에 사용되는 촉매는 바람직하게는 아세트산 칼륨 또는 아세트산 나트륨이고, 이는 임의로 에틸렌글리콜 또는 디에틸렌글리콜 중에 용해된다.
폴리이소시아누레이트 층 및 폴리우레탄 층을 제조하기 위해 사용전 모든 각종 성분들이 폴리우레탄 업계에 공지되어 있다.
가교제로서 사용되는 분자량 32 내지 1,000의 폴리아민은 바람직하게는,
a) 이관능성 아민 및 이민, 예를 들면, 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 부틸렌디아민, 펜타메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민 및 그의 고급 동족체, 1,4-디아미노시클로헥산, 이소포론디아민, 비스-(4-아미노시클로-헥실)메탄, 피페라진, 비스-(2-아미노에틸)피페라진, 비스-(3-아미노프로필)피페라진, 2-아미노에틸피페라진,3-아미노프로필피페라진, N,N-디메틸에틸렌디아민,
b) 보다 고 관능성인 아민 및 이민, 예를 들면, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 펜타에틸렌헥사민, 및 고급 동족체, 예를 들면 트리프로필테트라민, 테트라프로필렌펜타민 및 꿴타프로필렌헥사민이다.
본 발명에서, 폴리이소시아누레이트 또는 폴리우레탄 발포체를 제조하기 위해 유용한 폴리이소시아네이트는 공지되어 있고, 예를 들면, 지프켄(W. Siefken)의 문헌(Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, p75-136)에 기재되어 있다. 그 예로서는 식 Q(NCO)n(여기서, n은 2 내지 4, 바람직하게는 2이고, Q는 탄소 원자수 6 내지 15, 바람직하게는 6 내지 13의 방향족 탄화수소 잔기를 나타냄)의 이소시아네이트를 들 수 있다.
구체적으로, 사용한 가능한 폴리이소시아네이트는 독일 연방 공화국 특허 공개 제2,832,253호(10 및 11 페이지)에 기재되어 있다. 시판용 폴리이소시아네이트, 예를 들면, 2,4- 및 2,6-톨릴렌 디이소시아네이트 및 이들의 이성질체의 혼합물 (TDI) 아닐린-포름알데히드 축합 및 후속되는 포스겐화에 의해 제조되는 바와 같은, 디페닐메탄 디이소시아네이트와 폴리페닐 폴리메틸렌 폴리이소시아네이트의 혼합물("조원료 MDI"); 및 카보디이미드기, 우레탄기, 알로파네이트기, 이소시아누레이트기, 우레아기, 또는 비우레트기를 함유하는 폴리이소시아네이트("변성 폴리이소시아네이트")를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
발포체 층을 제조하기 위해 사용되는 폴리올 성분은 소르비톨, 에틸렌글리콜, 트리메틸올프로판, 글리세롤, 펜타에리트리톨 및(또는) 당과 같은 출발 화합물상에 산화프로필렌 및(또는) 산화에틸렌을 첨가하여 제조한 2개 이상의 히드록시기를 갖는 분자량 300 내지 700의 폴리에테르를 (바람직하게는 50 내지 90중량%의 양으로) 함유한다. 폴리에테르는 바람직하게는 300내지 600의 OH값을 갖는다,
발포체 층을 제조하기 사용되는 폴리올 성분은, 또한 발포제, 바람직하게는 물 (일반적으로 0,5내지 10중량%의 양)을 함유한다. 공지된 바와 같이 이소시아네이트와 반응시 CO2를 유리시키는 것으로서 바람직하게 사용되는 물에 추가하여, 고려될 수 있는 발포제는 1,013 밀리바의 압력에서 -50℃ 내지 +75℃, 바람직하게는 +10℃ 내지 +25℃의 온도 범위에서 비등하는 고 휘발성 유기 물질, 예를 들면 과할로겐화 및 부분 할로겐화 탄화수소, 예를 들면 트리클로로플루오로메탄(R11),　1,1-디클로로-2,2,2-트리플루오로에탄(R123), 1,1-디클로로-1-플루오로-에탄(R141b), 디클로로플루오로메탄(R12), 1-클로로-1,1-디플루오로에탄(142b), 1,1,1,2-테트라플루오로에탄(R134a), 및 지방족 또는 지환족 C3-C6탄화수소, 예를 들면 프로판, 부탄, 펜탄, 이소펜탄, 시클로펜탄 및 시클로헥산이다.
또한, 발포체 층을 제조하기 위해 사용되는 폴리올 성분은 임의로 (0내지 30중량%의 양의) 예를 들면 트리에탄올아민, 디이소프로판올아민 또는 에틸렌디아민에 산화에틸렌 및(또는) 산화프로필렌을 첨가하여 얻은, 3급 아미노기를 갖는 분자량 200 내지 700의 폴리에테르를 함유한다. 폴리에테르는 바람직하게는 250 내지 700의 OH값을 갖는다. 또한, 폴리올 성분은 임의적으로 사슬 연장제 또는 가교제로서 작용하는 3개 이상의 히드록시기를 갖는 분자량 32내지 299의 화합물을 함유한다. 상기 화합물의 예는 독일 연방 공화국 특허 공개 제2,832,253호(19 및 20패이지)에 기재되어 있다.
또한, 유화제 및 발포 안정제와 같은, 보조제 및 첨가제는 임의로. 사용될 수 있다. 바람직한 유화제는 알콕시화 지방산 및 비교적 고분자량의 알코올을 기재로한 유화제이다. 고려될 수 있는 발포 안정제는 원칙적으로 폴리에테르 실록산, 특히 비수용성계이다. 이들 화합물은 일반적으로 산화에틸렌 및 산화프로필렌의 공중합체가 폴리디메틸-실록산 잔기에 결합된 구조를 갖는다. 수용성 발포안정제는 예를 들면, 미합중국 특허 제2,834,748호, 동 제2,917,480호, 및 동 제3,629,308호에 기재되어 있다.
또한, 발포체 층을 제조하기 위해 사용되는 폴리올 성분은 반응 억제제, 예를 들면, 염산 또는 유기산 할로겐화물과 같은 산성으로 반응하는 물질: 파라핀 또는 지방족 알코을 또는 디메틸폴리실록산과 칼은 기포 조절제; 안료 및 염료, 노화 방지제 및 내후제; 가소제; 항진균제 및 살균제; 및 황산바륨, 실리카, 카본블랙 또는 가공된 초오크와 같은 충전제를 함유할 수 있다.
임의로 사용되는 계면 활성 첨가제, 발포 안정제, 기포 안정제, 반응 억제제, 난연제, 가소제, 염료, 충전제 및 항진균제 및 살균제의 추가적인 예와 이들 첨가제의 사용에 관한 상세한 내용 및 작용 방식은 피베크(Vieweg) 및 호이히틀렌 ()의 편저(kunstatoff Handbuch, vol VⅡ, Carl-Hanser Verlag, Munich, 1966, p103-113)에 기재되어 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 발포체를 제조하기 위해 사용되는 폴리올 성분은 폴리우레탄 화학 분야에서 공지된 촉매, 예를 들면 3급 아민 및(또는) 유기 금속 화합물을 함유할 수 있다.
본 발명의 방법을 수행하는 데 있어서, 파이프는 그의 직경에 적당한 장치에 소정의 회전 속도로 회전되도록 고정된다. 다양한 층의 요구되는 두께에 따라, 반응 혼합물은 믹스헤드의 소정의 전진 속도로 슬롯 노즐을 통하여 부착된다. 상이한 노즐 기하학적 형태, 바람직하게는 슬롯 노즐이 일반적으로 상이한 토출량을 위해 사용된다. 회전하는 파이프가 그의 종축 방향으로 이동하는 경우, 믹스헤드는 소정의 거리의 고정된 위치에 있어야 한다.
실시예
(pbw=중량부, 분자량=MW)
파이프 직경: 63 mm
파이프의 회전 속도: 95 rpm
고온 단열을 위한 토출량: 1,500 g/분
믹스헤드 전진 속도: 100 cm/분
발포체의 단열 두께: 20 mm
폴리이소시아누레이트 플라스틱 배합:
100 pbw 트리메틸올프로판을 출발물질로 하여, 산화프로필렌을 첨가하여
얻어진 폴리에테르, OH값 56 및 MW 3,000
0.2 pbw 물
1.0 pbw 발포 안정제 B 8421 (Goldschmidt사 제품)
4.0 pbw 아세트산 칼륨 (에틸렌글리콜 중의 25%)
200 pbw조원료 MDI (NCO 함량: 31.8중량%)
지수900
폴리이소시아누레이트 층의 밀도는 500 ㎏/m3이었다.
경질 PUR 발포체 배합
50 pbw 당을 출발물질로 하고, 산화프로필렌을 첨가하여 얻어진 폴리에테르, OH값 450 및 MW 350
50 pbw 소르비톨/글리세롤을 출발물질로 하고, 산화프로필렌을 첨가하여 얻어진 폴리에테르, OH값 450 및 MW 570
5 pbw 물
1 pbw 발포 안정제 B 8423 (Goldschmidt사 제품)
1.5 pbw 디메틸시클로헥실아민
185 pbw조원료 MDl (NCO함량: 31.8중량%)
지수 = 110
경질 발포체는 폴리이소시아누레이트 플라스틱으로 코팅된 강재 파이프와 폴리에틸렌 재킷형 파이프(직경 200 mm) 사이의 공동을 충전시키는 통상의 발포 성형 방법을 사용하여 제조하였다. 발포체의 밀도는 90 kg/m3이었다.
본 발명의 고온 복합 파이프의 특성을 통상의 플라스틱제 재킷형 파이프와비교하였다:
양 파이프는 동일한 강재 파이프 및 재킷형 파이프의 직경(각각 60.3 및 200 mm)을 가졌다. 본 발명의 고온 복합 파이프는 상기한 바와 같은 2층 구조를 갖는다. 또한, 플라스틱제 재킷형 파이프는 단지 상기한 바와 같이 경질 PUR 발포체로부터 제조된 단층 구조를 갖는다.
상기 전단 시험이 입증하는 바와 같이, 증가된 온도(180℃, 200℃)에서, 복합 파이프로서 사용하기에 필요한 전단 강도를 보이는 것은 단지 고온 복합 파이프이다. 통상의 경질 폴리우레탄 발포체에서는, 분해 반응 및 연화 온도의 도달에 의해 전단 강도가 불충분해진다.
본 발명은 예시의 목적으로 상기한 바와 같이 상술하였지만, 이러한 내용은 단지 예시만을 위한 것이며, 특허 청구의 범위에 의해 제한되는 것을 제외하고는 당업자에 의해 본 발명의 정신 및 범주를 이탈함이 없이 변경 태양이 만들어 질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (10)

1층 이상의 폴리이소시아누레이트 플라스틱을 강제 파이프에 부착시키고, 이 폴리이소시아누레이트 층에 1층 이상의 경질의 폴리우레탄 발포체를 부착시키며, 상기 발포체를 외층으로하여 피복시키는 것을 포함하는 파이프의 단열 방법
제1항에 있어서, 상기 폴리이소시아누레이트 플라스틱이
a1) 방향족 폴리이소시아네이트, 또는
a2) 1) 2,4- 및 2,2-이성질체와 0 내지 30중량%의 보다 고도의 관능성 올리고머가 임의 혼합된 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트와
2) OH기수 2내지 4이고 분자량 1,000 내지 6,000의 폴리에테르의 반응에 의해 제조된 5 내지 20중량%의 NCO 함량을 갖는 이소시아네이트 말단 초기 중합체와
b) 1) 이소시아네이트 반응성 수소 원자수 2 내지 4이고 분자량 1,000 내지 7,000의 폴리에테르,
2) 0내지 0.5중량%의 물,
3) 가교제로서, 지방족 폴리아민, 방향족 폴리아민, 지환족 폴리아민 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 0 내지 5 중량%의 분자량 32 내지 1,000의 화합물, 및
4) 2내지 10중량%의 삼량체화 촉매
를 포함하는 폴리올 성분(여기서, 상기 성분 b)1), b)2), b)3) 및 b)4)의 중량%는 성분 b)의 총 중량을 기준으로 함)
을 반응시켜 제조되는 폴리이소시아누레이트 플라스틱인, 파이프의 단열 방법.
제2항에 있어서 , 상기 방향족 폴리이소시아네이트로서 디페닐메탄 디이소시아네이트와 폴리페닐 폴리메틸렌 폴리이소시아네이트의 혼합물이 사용되는, 파이프의 단열 방법.
제2항에 있어서, 상기 성분 a1) 또는 a2)와 b)의 반응을 300 내지 2,000의 이소시아네이트 지수로 수행하는, 파이프의 단열 방법.
제1항에 있어서, 상기 경질 발포체가
a) 방향족 폴리이소시아네이트와
b) 1) 2개 이상의 히드록시기를 갖는 분자량 300내지 700의 폴리에테르,
2) 발포제, 및 임의로
3) 사슬 연장제 또는 가교제로서, 3개 이상의 히드록시기를 갖는 분자량 62 내지 299의 화합물
을 포함하는 평균 3개 이상의 이소시아네이트 반응성 수소 원자를 갖는 폴리올 성분을 반응시켜 제조되는 경질 발포체인, 파이프의 단열 방법.
제5항에 있어서, 상기 방향족 폴리이소시아네이트로서 디페닐메탄 디이소시아네이트와 폴리페닐 폴리메틸렌 폴리이소시아네이트의 혼합물이 사용되는, 파이프의 단열 방법.
제5항에 있어서, 물을 발포제로서 사용하는, 파이프의 단열 방법.
제5항에 있어서, 1종 이상의 알칸을 발포제로서 사용하는, 파이프의 단열 방법.
제1항에 있어서, 폴리이소시아누레이트 층 및(또는) 경질 폴리우레탄 발포체 층을 회전 성형법에 의해 부착하는, 파이프의 단열 방법.
제1항에 있어서, 폴리이소시아누레이트 층 및(또는) 경질 폴리우레탄 발포체 층을 분무법에 의해 부착하는, 파이프의 단열 방법.
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