KR100578300B1 - 강화 셀룰로오스 제품 제조용 장치 및 증기 분사 방법 - Google Patents

강화 셀룰로오스 제품 제조용 장치 및 증기 분사 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서에 개시된 것은 셀룰로오스 합성 가공물 및 셀룰로오스 합성 가공물을 만드는 증기 분사 방법인데, 상기 방법은 수지 접합제를 셀룰로오스 재료와 섞어서 혼합물을 만든 후에 셀룰로오스 재료/수지 접합제 혼합물로부터 매트를 형성하고 상기 매트를 상기 프레스 장치 내에서 열, 증기, 및 압력을 가하여 강화시켜 강화된 셀룰로오스 제품을 형성하도록 한다. 증기 분사 압반은 길게 연장된 구멍을 포함하는데, 상기 구멍은 증기 분배판 근처의 상기 매트에 두루 증기가 분사되도록 한다. 상기 증기 분배판은 유체에서 상기 증기 주입 압반 구멍과 유체연결되어 있는 슬롯을 포함하고 상기 증기 분배 압반에 있는 상기 구멍 전반에 장착되어 있는데, 이는 강화 중에 상기 매트 전반이 균일하고 완전한 증기 분배에 도달하도록 하기 위해서이다. 상기 증기는 분사되고 이후에 상기 동일한 증기 분사 압반을 통해 배출되어 배향된 프레스 압반은 결 처리되거나 깊게 윤곽이 새겨져 상기 강화 셀룰로오스 제품 주 표면에 다양한 엠보싱 처리된 디자인을 제공한다.
강화 셀룰로오스 합성 가공물, 증기 분사 방법, 증기 분사 압반

Description

강화 셀룰로오스 제품 제조용 장치 및 증기 분사 방법{APPARATUS AND STEAM INJECTION METHOD FOR MAKING A CONSOLIDATED CELLULOSIC PRODUCT}
본 발명은 강화 셀룰로오스 제품의 일반적인 제작에 관한 것이고, 보다 상세하게는 증기 분사 프레스 공정(steam injection pressing operation)을 이용하여 강화 셀룰로오스 제품을 제작하는 방법에 관한 것인데, 여기서 증기가 일측의 압반(platen)을 통하여 분산되고 배출되면서 우수한 증기 분산을 제품 전체에 걸쳐 달성되도록 하여 셀룰로오스 제품을 강화시킴으로서 타측의 압반이 결 처리되거나 엠보싱 처리될 수 있도록 한다.
페놀계 수지와 같은 합성수지 접착제는 강화 셀룰로오스 제품(예를 들면, 웨이퍼보드(waferboard), 칩보드(chipboard), 배향된 스트랜드보드(oriented strandboard), 또는 화이버보드(fiberboard))과 같은 합성물 제조업에서 접합제로 널리 사용된다. 상기 합성물은 다양한 공정에 의해 형성될 수 있고 상기 합성물을 사용하는 의도된 최종 목적에 따라 다양한 소정의 형태 및 크기로 형성될 수 있다. 그러나, 일반적으로 강화 셀룰로오스 제품은 페놀-포름알데히드 수지와 같은 페놀 수지와 셀룰로오스 섬유 또는 셀룰로오스 입자와 같은 첨가재를 화합함으로써 형성된다. 다양한 공정은 미국 특허번호 제 5,367,040호 및 제 5,637,658호와 계류중인 것이며 일반적인 미국 출원번호 제 08/888,878호(1997년 7월 7일 출원)를 부여 받은 출원에 개시되어 있고, 상기 내용은 본 명세서에 참조용으로 편입되어 있다.
강화 셀룰로오스 제품을 만들기 위한 주공정은 "건조" 공정이다. 건조 공정에서, 셀룰로오스 섬유와 같은 첨가재는 기체 기류에서 또는 기계적인 수단에 의해 수지 접합제로 일반적으로 코팅된다. 예를 들면, 섬유화 장치(fiberizing apparatus)(예를 들면, 압축 정제기)로부터 공급된 섬유는 블로우라인 혼합 공정(blowline blending process)에서 페놀-포름알데히드 수지와 같은 열경화성 합성 수지로 코팅될 수 있는데, 상기 공정에서 상기 수지는 난기류의 도움으로 섬유와 혼합된다. 이후, 상기 블로우라인으로부터 수지 코팅된 섬유는 예를 들면, 관형 건조기에서 미리 프레스 건조(pre-press dry)되고 나서 지지부재(예를 들면, 형성 와이어(forming wire)) 위로 공기가 수송되어 불균일한 형상의 매트로 형성된다. 바람직하게는 약 10 중량 ％ 이하의 수분 함량을 갖게 형성된 상기 매트는 이후 한 쌍의 가열된 압반 사이에 있는 프레스에서 열과 압력을 받게 프레스되어 상기 열경화성 수지를 경화하고 상기 매트를 프레스하여 일체형 강화 구조가 되도록 한다. 상기 강화 구조는 상기 프레스 압반 중 하나에 결을 만듬으로써 상기 제품을 강화하는 동안 상기 제품의 외면에 소정의 엠보싱 처리를 할 수 있다.
습식-건조 공정에서, 블로우라인으로부터의 상기 수지 혼합 섬유는 수송 매체인 물과 섞이고 지지부재상에 습식 슬러리인 매트로 형성되는데, 여기서 상기 매트의 물은 기계적인 수단에 의해 제거되어 수분 함량이 60 ％ 또는 그 미만이 되게 된다. 이와 같이 형성된 상기 매트는 이후 기계적으로 수송되어 멀티데크 공기 건 조기(multideck air dryer)를 통과하게 되는데, 상기 멀티데크 공기 건조기에서 수분 함량은 10 ％ 또는 그 미만으로 감소된다. 그 후에 상기 매트는 상기의 "건조" 공정과 유사하게 열과 압력을 받게 프레스된다.
증기 분사 프레스는 강화 단계로서 예를 들면 강화 셀룰로오스 합성물의 건조 및 습식-건조 생산 공정에 사용될 수 있다. 증기 분사 프레스에서, 증기는 하나 또는 양쪽 모든 프레스 압반을 통하여 분사되는데 이는, 예를 들면 압반내에 드릴 홀(drill holes)과 같은 구멍을 제공함으로써 증기는 상기 합성 수지 및 상기 첨가재를 포함하는 매트로 들어가고, 통과한 후 배출된다. 상기 증기는 상기 첨가재의 표면에 응축되어 상기 매트를 가열하게된다. 열은 압반으로부터 상기 매트로 전달될 뿐만 아니라 상기 증기에 의해 상기 매트로 전달되어 그 결과로 상기 수지를 경화시킨다. 종래의 프레스 공정과 비교할 때, 증기 분사 프레스는 예를 들면, 더 두꺼운 패널(panels)을 더 단축된 프레스 시간과 더 빠르고 만족스럽게 강화시키고, 더 일정한 물리적 특성을 갖는 제품을 제공하는 다양한 이점을 제공할 수 있다.
그러나, 종래의 페놀 수지를 포함하는 매트의 증기 분사 프레스는 때때로 불량한 접착 형성 및/또는 접착선 위축(starved glue lines)과 같은 바람직하지 않은 특성을 나타내는 최종 합성 제품을 초래한다. 양질의 접착 형성을 보증하기 위해서는 상기 매트 전체적으로 상기 페놀 수지를 일정하게 분산시키는 것이 바람직하다. 그러나, 페놀 수지가 수용성이기 때문에 수지를 포함한 매트가 증기 프레스될 때, 상기 증기는 때때로 상기 수지를 농축 및 용해한다. 용해된 상기 수지는 바람직하지 않게 상기 매트 영역으로 이동하여 수지는 더 이상 일정하게 분산되지 않고, 그 결과 상기 영역에 수지 위축 영역 및 불량한 접착 형성이 제품에 생긴다. 또한 불량한 접착 형성은 공지된 미리 경화하는 현상(즉, 상기 매트가 일체화된 강화 구조인 매트의 최종 치수로 압축되기 전에 상기 수지가 경화하는 현상) 및 수분 방해 현상(즉, 물이 상기 매트의 중심 또는 내부에 존재해서 물의 증발 온도인 100 ℃를 넘는 것을 방해하여, 상기 수지 강화를 지연하는 현상)에 기인된다고 생각된다. 상기 수지의 과량 침투로 기인된 접착선 위축은 형성된 제품의 표면 근처에 생길 수 있는데, 그 곳에서 수지는 바람직하지 않게 상기 매트 표면으로부터 씻겨져 상기 매트의 모서리 또는 중심으로 이동한다. 상기 제품의 표면 근처에서 수지가 없으므로 접착선 위축이 존재하게 되고 상기 제품의 박리(flaking of the product)가 야기된다.
셀룰로오스 제품을 강화시키는데 쓰이는 증기 분사 프레스 방법 및 장치가 직면한 또 다른 문제는 상기 셀룰로오스 재료가 일정하게 가열되도록 강화중인 셀룰로오스 재료의 전체 부피를 통한 증기의 완전한 침투를 얻는 것이 어렵다는 것이다. 하기의 특허는 프레스되고 있는 중인 상기 셀룰로오스 재료를 통해 증기가 완전히 흘러 통과하도록 하나의 프레스 압반을 통한 증기 분사 및 대향 압반을 통한 증기의 배출을 교시하고 있다: 쉔(Shen)에게 허여된 제 3,891,738호; 뵈트게르(Bottger)에게 허여된 제 4,605,467호; 흐슈(Hsu)에게 허여된 제 4,850,849호; 가우리타 등(Gawlitta, et al.)에게 허여된 제 5,195,428호 및 제 5,158,012호는 상기 압반의 길이에 대해 횡방향으로 연장되어 있는 병렬 채널을 통한 증기 분사에 대해 교시하고 있는데, 증기는 상기 압반 대향면으로부터 배출되어 증기가 완전히 흘러 관통하게 도달한다. 게이머(Geimer)에게 허여된 제 4,393,019호 및 테일러(Taylor)에게 허여된 제 4,517,147호는 프레스 중인 셀룰로오스 재료 상하 구멍이 형성된 프레스 압반을 교시하고 있다.
니버그(Nyberg)에게 허여된 제 4,162,877호; 콜빈 등(Corbin et al.)에게 허여된 제 3,280,237호 및 뭉크 등(Munk et al.)에게 허여된 제 5,078,983호에는 단지 하나의 압반으로부터의 증기 분사를 개시하고 있으며, 예를 들어 1-5 mm 직경의 원형의 작은 구멍과 같은 복수개의 증기 분배 수단을 포함한다. 상기 콜빈에게 허여된 제 3,280,237호 특허는 또한 상기 구멍 아래에 위치된 소결 금속판의 사용을 교시하는데, 상기 소결 금속판은 프레스 중인 상기 매트와 접촉하여 과열 증기의 확산을 위한 복수개의 미세한 통로를 제공하고 마감된 보드가 더 매끄러운 표면으로부터 제거되게 한다. 열 프레스 강화 중에 증기 사용을 개시한 다른 특허는 다음과 같다: 흐슈(Hsu)에게 허여된 제 5,028,286호 및 제 5,134,023호; 뫼키넨(Makinen)에게 허여된 제 3,686,383호는 상기 셀룰로오스 재료내의 수분이 있던 자리로부터 증기 형성되는 것을 개시하고 있고 증기 방출에 대한 와이어 메쉬(wire mesh)를 개시하고 있다; 헬드(Held)에게 허여된 제 4,895,508호는 압력 밴드에 형성된 원형 또는 슬롯 형태의 구멍을 개시하는데, 상기 압력 밴드는 연속적인 셀룰로오스 보드 형태로 롤러에 장착되어 있거나 반연속적인 보드로 생산된 보드 근처에 수직으로 배치된 구멍을 관통하게 장착되어 있다; 후토에게 허여된 제 3,619,450호 등이 있다.
상기 언급된 콜빈 등에게 허여된 제 3,280,237호 특허에 개시된 바에 따르 면, 가열 프레스 강화 셀룰로오스 제품을 통한 증기 분배와 직면한 또다른 문제는 상기 셀룰로오스 제품 근처의 상기 증기 분배 구멍이 상기 프레스 공정 중 섬유를 상기 구멍으로 들어가게 하여 사포질 또는 다른 기계적으로 매끄럽게 하는 단계가 요구될 수도 있는 울퉁불퉁한(매끄럽지 않은) 표면을 만든다는 것이다. 상기 콜빈 등의 제 3,280,237호 특허에는 언급되지 않았지만, 소결 금속판이 탁월한 증기 분배 및 상기 강화 제품의 매끄러운 표면을 제공하는 반면, 소결 금속판은 매우 느린 흐름비를 제공하여 요구되는 보드 온도와 증기 포화를 달성하는데 필요한 시간이 실질적으로는 적용이 불가능하거나, 강화 중인 셀룰로오스 재료의 불완전한 증기 접촉 결과를 야기할 수도 있게 된다.
상기 증기 분배 구멍이 즉, 상기 니버그에게 허여된 특허번호 제 4,162,877호의 1-5 mm 구멍과 같이 증기 분사가 충분히 되도록 클 때 직면하는 또다른 문제는 상기 구멍 안에서 강화된 상기 셀룰로오스 재료가 상기 구멍이 난 증기 분배판으로부터 상기 제품 분리를 아주 어렵게 하는 결과를 초래한다는 것이다. 상업적으로 허용 가능한 시간 내에 상기 셀룰로오스 재료 전체에 걸쳐 충분한 증기 분배에 도달하면서 증기 분배판으로부터 쉽게 분리되도록 충분하게 매끄러운 표면을 얻는 것은 그러므로 어려운 과업이다. 상업적으로 허용 가능한 시간 내에 충분한 증기 분배에 도달하면서 증기 유입구 주위에 인접한 제품의 주요면에 매끄러운 표면을 형성하고, 대향된 제품의 주요면에 결 처리하거나 엠보싱 처리를 하는 것은 심지어 보다 더 어렵다.
상기한 관점에서, 상기한 문제들을 극복하는 셀룰로오스 제품을 만드는 방법 제공은 바람직하다. 보다 상세하게, 상기의 문제들을 극복하는 페놀 수지와 같은 상업적인 수지 접합제를 사용하는 강화 셀룰로오스 제품을 만드는 방법과 증기 분사 프레스 공정이 상기 이점들을 지니면서도 셀룰로오스 합성물를 만드는 종래 방법의 불리한 점을 극복하는 방법을 제공하는 것은 바람직하다.
본 발명의 목적은 상기한 문제들 중 하나 또는 그 이상을 극복하는 것이다.
본 발명의 중요한 관점에 따르면, 방법과 장치가 셀룰로오스 재료 포함물의 가열 프레스 강화에 제공되는데, 여기서 증기는 상기 가공물이 강화 중에 상기 셀룰로오스 재료로 분사되어 들어간다. 제품의 주요면 위에 상대적으로 매끄러운 표면이 달성되도록 상기 제품이 증기 분배판을 포함하는 제품으로부터 쉽게 분리될 수 있도록 증기가 분사된다. 상기 본 발명의 중요한 범위는 엠보싱 처리될 수 있거나 결 처리될 수 있는 가공물 포함 셀룰로오스 재료가 제공되는 동안 증기 분사 경화가 달성되도록 하고; 이후에 충분하게 매끈한 표면을 얻기 위해 거의 또는 전혀 이후의 표면 사포질 또는 다른 기계적인 공정(machining)이 요구되지 않고; 탁월한 규격화 가능성(machinability), 내수성 및 크기 안정성을 가지고; 휨에 대한 저항성을 향상시키며; 감소된 수지 접합제 요건을 가지며; 예를 들어, 약 0.60 내지 0.90의 비중을 갖는 제품에 대해 증기 분사 없이 강화하는 것에 비해 감소된 프레스 주기 동안 강화되도록 한다.
따라서, 본 발명은 셀룰로오스 합성 가공물 및 셀룰로오스 합성물을 만드는 방법을 제공한다. 일반적으로, 상기 방법은 페놀 수지와 같은 수지 접합제를 셀룰 로오스 재료와 결합하여 혼합물을 형성시키는 단계, 상기 혼합물로부터 매트를 형성하는 단계, 및 상기 가공물을 형성하도록 상기 매트를 상기 프레스 장치 내에서 열, 증기, 및 압력을 가하여 상기 매트를 강화시키는 단계를 포함한다.
그 이상의 본 발명의 목적 및 이점은 도면 및 첨부된 청구항과 관련된 다음의 상세한 설명으로부터 본 기술분야의 숙련자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 상기 증기 분사 프레스 장치의 가로 단면도인데, 여기서 도면의 좌측면은 "공동을 프레스하는" 프레스 씰(press seal)을 나타내고 우측면은 "댐(dam) 프레스(주의를 막아 프레스하는)" 프레스 씰을 나타내며;
도 2는 본 발명에 따른 상기 증기 분사 프레스 장치의 세로 단면도인데, 여기서 도면의 좌측면은 "공동 프레스" 프레스 씰(press seal)을 나타내고 우측면은 "댐(dam) 프레스(주의를 막아 프레스하는)" 프레스 씰을 나타내고;
도 3은 본 발명에 따른 증기 분사 장치의 하부 가열 프레스 압반과, 증기 분사 압반과, 증기 분배판 부분의 부분 절개 평면도이며, 증기 분사 압반 및 그 위에 놓여진 증기 분배판을 나타내는데 상기 증기 분배판은 점선으로 표시된 증기 분사 압반 표면의 상면부 내에 형성된 증기 분배 채널을 나타내고, 여기서 도면의 상부는 "공동을 프레스하는" 프레스 실(press seal)을 나타내고 하부는 "댐(dam) 프레스(주의를 막아 프레스하는)" 프레스 씰을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 강화 셀룰로오스 가공물은 셀룰로오스 섬유 또는 셀룰로 오스 입자같은 셀룰로오스 재료 및 수지 접합제를 혼합함으로써 만들어진다. 매트가 형성된 후, 상기 매트는 프레스 장치 내에서 열, 증기, 및 압력하에서 강화된다. 바람직한 침전제는 아래에 더 자세하게 개시한대로 산(an acid)인데, 바람직하게는 상기 산이 상기 매트 강화 단계 이전에 상기 수지 및/또는 셀룰로오스 재료에 선택적으로 제공될 수 있다.
본 발명의 한 방법에 따르면, 페놀 수지는 셀룰로오스 재료와 섞여 혼합물을 형성하고, 선택적으로, 뒤이어 산 화합물이 상기 혼합물에 가해진다. 상기 산 화합물은 공지의 방법에 의해 상기 페놀 수지/셀룰로오스 혼합물 위에 분무될 수도 있다. 상기 방법은 지지부재 위에 상기 셀룰로오스 재료/수지 접합제 혼합물로부터 매트를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 매트를 프레스 장치로 도입한다. 상기 매트는 상기 프레스 장치내에서 열, 증기, 및 압력하에서 강화되어 강화 슬롯로 일체화된다.
상기 창의적인 방법의 또다른 실시예에서, 셀룰로오스 재료와 최초로 결합된 산 화합물은 최초로 셀룰로오스 재료와 섞여 혼합물을 형성하고, 이어서 페놀 수지를 상기 혼합물에 제공한다. 상기 페놀 수지는 상기 셀룰로오스/산 혼합물 상에 분무될 수도 있다. 또한 상기 방법은 지지부재 위에 산 화합물을 포함한 상기 산 혼합물로부터 매트를 형성하는 부가적인 단계를 포함하며, 상기 매트를 프레스 장치로 도입한다. 상기 매트를 포함하는 산 화합물은 상기 프레스 장치내에서 열, 증기, 및 압력하에서 강화되어 강화 가공물로 일체화된다.
본 발명에 사용된 셀룰로오스 첨가재는 바람직하게는 셀룰로오스 섬유 또는 셀룰로오스 입자(예를 들면, 조각, 가닥, 단편)이다.
본 발명에 따라 사용되는 바람직한 수지는 변형된 페놀 수지를 포함한 페놀 수지를 포함한다. 상기 페놀 수지가 분말 형태와 고분자량 형태일 수도 있는 반면에, 상기 분말로 된 형태는 보통 제조에 더 고비용을 요하므로 상기 수지 수용액 형태가 바람직하다.
많은 적합한 페놀 수지는 상업적으로 구입 가능하다. 일반적으로, 페놀 수지는 페놀 성분과 알데히드의 반응 생성물인데, 상기 반응은 알칼리금속 화합물 존재하에서 일어난다. 본 발명에 따라 사용되는 상기 페놀 수지의 페놀 성분은 페놀, 크레졸, 자일렌올, 다른 치환된 페놀, 및/또는 그의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 치환된 페놀은 o-크레졸, p-크레졸, p-삼차부틸페놀, p-노닐페놀, p-도데실페놀, 및 이작용기성 자일렌올(예를 들어, 3, 5-자일렌올)을 포함한다. 크레졸, 페놀, 및 자일렌올(보통 크레실 산으로 알려짐)의 혼합물은 풍부한 양 및 상대적인 저비용으로 인해 상기 창의적인 방법의 상업적으로 유용한 규모에 따라 유용할 수도 있다.
본 발명에 따라 사용되는 상기 페놀 수지의 알데히드 성분은 알데히드 자체에만 제한되지 않고, 페놀 수지 제조와 연관하여 유용하게 사용되는 공지된 어떠한 형태의 알데히드, 포름알데히드, 및 그 유도체를 포함한다. 따라서, 본 명세서에서는 수지의 알데히드 성분과 관계된 성분으로서 알데히드, 포름알데히드, 및 그 유도체를 포함한다. 포름알데히드는 바람직한 알데히드이다. 포름알데히드 유도체는 예를 들어, 파라-포름알데히드, 헥사메틸렌테트라아민, 아세트알데히드, 글리옥살, 및 푸르푸릴알데히드를 포함한다.
상기 페놀 성분에 대한 상기 알데히드 성분의 비는 페놀 성분 몰당 약 2.0몰 알데히드 또는 그 이하의 범위가 될 수 있고, 보다 상세하게는 예를 들면, 페놀 성분 몰당 약 0.5몰 내지 1.2몰, 페놀 성분 몰당 약 0.8몰 내지 1.0몰 정도의 알데히드 범위이다. 만약 이작용기성 페놀 화합물이 사용된다면(예를 들면, 3, 5-자일렌올), 당량 몰비(즉, 상기 페놀 고리 위의 자유 위치(free position) 수에 대한 알데히드의 몰비는 상기 알데히드와의 반응에 유용함)는 약 0.4:1 내지 약 0.66:1의 범위가 될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 사용에 대한 상기 페놀 수지는 바람직하게는 알칼리금속 화합물(때때로 "부식제(caustic)"로 언급됨)의 존재하에서 형성되는데, 이것은: (a) 상기 페놀의 메틸올레이션(methylolation)을 달성하고; (b) 상기 알데히드와 페놀 화합물간의 반응을 빠르게 하는데; (c) 상기 형성된 수지를 용해시키는데 사용된다. 예를 들어, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 또는 그 혼합물인 적합한 알칼리금속 화합물이 다양하게 본 기술분야에 공지되어 있다. 부식제의 비율이 높아지더라도 사용될 수 있고 본 기술분야의 숙련자는 적합한 수준의 부식제를 선택할 수 있는데, 페놀/알데히드 혼합물에 가해진 부식제의 양은 페놀 화합물 몰당 알칼리금속 화합물이 0.05몰 내지 약 0.2몰 정도의 범위일 수 있다. 일반적으로 상기한 부식제의 양은 상기 형성된 제품의 매우 유용한 성질을 보증하면서 충분히 빠른 수지 경화가 이루어지도록 한다.
선택적으로, 상당량의 디히드록시벤젠 변형제(예를 들면, 레조르시놀)가 상 기 페놀 수지에 가해질 수도 있다. 디히드록시벤젠의 예는 레조르시놀, 히드로퀴논, 및 카테콜을 포함한다. 상기 디히드로시벤젠 변형제와 페놀 수지의 혼합물을 포함하는 치환 및 비치환된 레조르시놀이 또한 사용될 수 있다. 상기 페놀 수지 및 상기 변형제간의 상기 반응은 소정의 사슬 길이가 변형된 페놀 수지를 생성할 때까지 부식제를 더 첨가하지 않고도 바람직하게 일어날 수 있다. 레조르시놀이 바람직한 변형제 화합물임에도 불구하고, 페놀-포름알데히드 수지와 반응할 수 있는 다른 변형제 화합물은 아미노페놀 및 페닐렌디아민을 포함한다. 아미노페놀의 예는 오르토-히드록시아닐린, 메타-히드록시아닐린, 및 파라-히드록시아닐린을 포함한다. 페닐렌디아민의 예는 오르토-페닐렌디아민, 메타-페닐렌디아민, 파라-페닐렌아디민을 포함한다. 변형제 화합물이 포함될 때, 상기 변형제 화합물은 바람직하게는 레조르시놀 몰당 상기 페놀 화합물이 약 1몰 내지 약 10몰 정도의 범위와 레조르시놀 몰당 상기 페놀 화합물이 약 5몰 내지 약 10몰 정도의 범위로 존재한다. 전체 페놀(즉, 상기 페놀 성분과 더해진 디히드록시벤젠 변형제)에 대한 알데히드의 상기 몰비는 더 바람직하게는 1:1이고, 보다 바람직하게는 페놀 몰당 포름알데히드가 약 1몰 내지 1.8몰의 범위이고, 가장 바람직하게는 페놀 몰당 포름알데히드가 약 1.1몰 내지 1.4몰의 범위이다.
본 발명에 따르면, 수지 접합제, 바람직하게는 페놀 수지 접합제, 및 셀룰로오스 재료를 포함하는 매트가 일단 형성되고 나면, 상기 매트는 당업계에 공지된 카울레스 로더(caulless loader)를 경유하여 바람직하게는 동시에 복수개의 제품 강화를 위한 다수의 프레스 구멍(multiple press openings)를 갖는 적합한 프레스 장치로 도입된다.
상기 각각의 구멍은 증기 분사 압반과 하부 프레스 가열 압반 위에 놓여진 슬롯이 형성된 증기 분배판을 포함하여 증기를 상기 안팎으로 이동시키는 수단을 제공하게 된다. 각각의 증기 분사 압반에 대한 증기 공급 및 배출은 회전 관절이음(swivel joint)으로 결합된 연결 파이프를 경유하여 각각의 증기 분사 압반에 연결된 매니폴드를 포함하는 증기 공급 및 배출 어셈블리를 통해 달성된다. 상기 전체의 증기 공급 및 배출 어셈블리는 상기 프레스 가열 압반을 가열하기 위해 별개의 증기 공급장치에 결합된 각각의 하부 프레스 가열 압반의 상면에 장착된다.
상기 프레스 구멍의 프레스 표면 상부는 정지-프레임(stop-frame) 또는 정지-바(stop-bar)와, 상기 프레스 열 압반 상부의 하면에 장착된 운송판에 부착되어 있는 제품 접촉면판에 설치되어 있다. 상기 제품 접촉면판은 요구되는 제품 표면에 따라 엠보싱 처리되거나 매끄러울 수도 있다.
상기 분사 증기는 상기 정지-프레임에 의하여 상기 매트에 한정될 수 있고, 상기 운송판에 부착될 수 있는데, 상기 운송판은 상기 매트를 완전히 둘러싸서 도 1 및 도2의 좌측 부분에서 도시된 바와 같이 상기 프레스 구멍(공동 프레스) 안에서 압력실(an autoclave)을 형성한다. 상기 전체 매트는 상기 분사 증기에 의해 완전한 처리될 것이다. 증기 압력 씰(seal)은 예를 들면, 고무와 같은 탄성체와 상기 정지-프레임에 장착된 씰링부(sealing members)로 달성된다. 최종 제품 두께 제어는 상기 정지-프레임 두께에 의해 얻어진다.
다른 실시형태로서, 상기 분사 증기는 바람직하게 도 1 및 도 2의 우측에 도시된 바와 같이 상기 표면판(댐 프레스) 일체형으로 형성된 승강 리브 또는 댐(elevated lib or dam)에 의해 상기 매트에 한정될 수 있다. 상기 승강 댐은 매트 주변에 첨가제가 스며들 정도로 설계된 치수를 갖고 있어서 상기 프레스가 완전히 닫혀질 때 상기 댐이 형성된 영역 내에 증기를 한정하는 밀봉부를 형성하게 된다. 상기 댐 영역 내의 상기 매트만이 상기 분사 증기로 완전히 처리된다. 상기 댐에 의해 압축된 매트의 첨가제가 스며든 주변은 씰을 형성하는데, 상기 씰은 씰을 통과하려는 분사 증기의 측류가 통과할 수 없도록 한다. 이러한 배열에서, 최종 제품의 두께는 상기 운송판의 장측(long sides)에만 부착된 정지-바의 두께에 의해서 결정된다.
상기 매트에 대해 증기를 한정하는 정지-프레임 방법은 "공동 프레스"로 인용될 수 있고 주변 댐 방법은 "댐 프레스"로서 인용될 수 있다. 각각의 방법에는 이점과 불리한 점들이 있지만, 두 방법 모두 상기 매트 내에 분사된 증기가 오염되는 것으로부터 효과적인 씰을 제공한다.
상기 매트가 카울레스 로더를 경유하여 각각의 프레스 구멍 내에 배치된 후에, 상기 프레스는 상기 정지-프레임 또는 정지-바 두께에 의해 결정된대로 최종 위치로 닫혀진다. 상기 매트는 증기 분사 이전에 상기 프레스를 닫음으로써, 압축되어 상기 매트의 최종 두께를 형성한다. 상기 프레스가 닫혀져 상기 매트가 압축되는 동안에, 상기 매트 공동은 대기중으로 개방되어 있어서 공기는 상기 슬롯 형성된 증기 분배판 및 증기 분사 압반, 상기 연결 파이프 및 매니폴드 장치와, 상기 증기 분사 배관에 포함되어 있는 배출 밸브를 경유하여 상기 매트와 프레스 공동으로부터 대기로 개방된다.
상기 프레스가 일단 그 최종 위치로 닫히게 되고 프레스 수압이 증가하여 프레스 폐쇄력이 충분한 안전 요소에 의해 가해진 힘과 최대로 분사된 공동 증기 압력에 의해 가해진 힘을 초과하는 수준이 되면, 상기 증기 분사가 개시된다.
바람직한 프레스 공동 증기 압력은 제품의 두께 및 최종 사용처에 따라, 포화 증기 온도가 약 335°F 내지 약 425°F 정도일 때 약 100 psig 내지 약 300 psig 범위 정도로 다양하게 될 수도 있다. 바람직한 프레스 가열 압반 증기 압력은 포화 증기 온도가 약 450°F 내지 약 475°F 정도일 때 보통 약 400 psig 내지 약 500 psig 정도의 범위이고, 항상 일정하게 유지된다.
상기 증기가 상기 매트로 분사되고 수지 강화에 대한 일정 시간이 경과한 후에, 상기 증기 분사 공급 밸브는 닫혀지고 압력은 상기 증기 배출 밸브를 이후 개방할 수 있도록 소정의 수준에 도달하도록 감압 밸브를 경유하여 천천히 감소될 수 있다. 상기 배출 밸브의 용량은 상기 감압 밸브의 용량을 많이 초과한다. 배압 조절기를 가진 상기 감압 밸브는 또한 상기 공동 내에서 최고 증기 압력을 제한하는데 사용될 수 있는데, 최고 증기 압력은 상기 가열 압반으로부터의 전도에 의한 열 전달로 인해 발생할 수도 있다.
상기 프레스가 열리기 전에, 상기 공동 증기 압력은 바람직하게는 약 5 psig 미만으로 감소되고, 보다 바람직하게는 약 3 psig 미만으로 감소된다. 일반적으로 말해서, 상기 공동의 감압은 가압에 비해 약 2배의 시간을 필요로 한다. 상기 공동 압력이 일단 허용 가능한 수준으로 감소하면, 상기 프레스는 다음 매트 또는 매트들의 적재를 위해 개방될 수도 있다.
약 0.60 내지 약 0.90 정도 범위의 특정 비중을 가진 제품으로 매트를 압축하고 약 0.50 내지 약 1.0 인치 정도 범위의 제품 두께를 얻기 위해, 약 3 분 내지 5 분 정도 범위의 상기 매트의 적재, 프레스 및 제거를 포함하는 전체 프레스 시간은 본 발명의 증기 분사 방법에 따라 달성될 수 있고, 증기 분사 없이 가열 압반을 경유해서만 열이 전달되는 건조 또는 습식 공정 제품에 의한 종래의 프레스 방법에 대한 프레스 시간과 비교할 때 상기 프레스 시간은 기대 이상이었다.
증기 분사 프레스에 대한 공정 변수 및 장치는 케이. 월터(K. Walter)의 공장 가동으로부터 얻어진 증기 프레스 경험과 향후 가능성(Steam Pressing Experience from Operating Plants and Future Possibilities)(G. Siempelkamp GmbH and Co.) 및 미국 특허번호 제 5,195,428호; 제 5,134,023호; 및 제 4,850,849호에 보다 상세히 개시되어 있으며, 상기 각각의 개시 내용은 본 명세서에 참조로 편입되게 된다.
본 발명은 매우 뜻밖에도 기대 이상으로, 셀룰로오스 재료 및 페놀 포름알데히드 수지와 같은 수지 접합제를 포함하는 매트를 증기 분사 압축함으로써 탁월한 셀룰로오스 합성물을 제공하는 것을 발견하였다.
먼저 도 1, 2를 참조하면, 본 발명의 방법 및 장치에 따른 가열된 프레스에서 셀룰로오스 재료 및 수지 접합제가 강화하는 동안의 증기 분사 등의 신규하고 진보된 프레스 장치(10)가 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 프레스 장치는 강화 셀룰로오스 제품(18)의 상부 주요 표면(17)과 접촉하는 외형이 엠보싱 처리된 판(16)을 운송시켜 상기 상부 주요 표면(17)에 엠보싱 디자인을 제공하는 운송판(14)을 포함하는 상부 프레스 가열 압반(12)과; 댐 프레스를 위한 증기 분사 압반(24)과 접촉하고 있는(또는 일체형으로 형성된) 하부 프레스 가열 압반(22)과; 한쌍의 압반 프레스 멈추개(26)(stops)(도 1의 우측에는 단지 한 개만 예시되어 있음)와; 또는 공동 프레스를 위한 상기 운송판(14) 및 증기 분사 압반(24)의 외주변 주위로 연장되어 있는 탄성재질의 씰(29)(도 1의 좌측)을 운송시켜 증기가 빠져나가지 못하도록 하는 씰을 형성하는 정지-프레임(28)을 포함하고 있다. 전체를 둘러싸고, 엠보싱 플레이트와는 일체인 리브 또는 댐(19)(도 1 및 도 2의 우측)은 그 전체 표면 주위의 상기 제품(18) 영역에 첨가제를 스며들게 하여 댐 프레스을 위한 증기가 빠져나가지 못하도록 하는 씰을 만들 것이다. 상하 프레스 가열 압반(12, 22)은 상하부 가열 압반(12, 22)를 가열하기 위해, 각각 증기 유입 채널(33, 35)과 유체 연결되어 있는 증기 채널(31, 32)을 각각 포함한다. 상기 프레스 가열 압반(12, 22)은 상기 운송판(14) 및 엠보싱 처리된 판(16)(프레스 상부)과 상기 증기 분사 압반(24) 및 증기 분배판(44)(프레스 하부)을 통해 상기 매트(18)에 열을 전도한다.
상기 증기 분사 압반(24)은 복수개의 내부 증기 유/출입 통로(34)를 포함하는데, 이는 길이방향 증기 분사 압반 통로(36)와 유체 연결되어 있으며, 증기 분사 압반(24)내에 내부적으로 배치되어 있어서, 증기를 복수개의 폭방향 또는 횡방향 증기 분사 채널(38)에 길이방향 또는 종방향으로 분배하는데, 상기 채널(38)은 증 기 분사 압반(24)의 상면에서 개방되어 있다. 도 3에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 상기 증기 분사 압반 통로(36)은 복수개의 평행한 유체 연결된 증기 분사 압반 채널 또는 구멍(38)으로 연장되어 상기 압반 채널과 또는 구멍과 일체형으로 형성되며 유체 연결되어 있다. 상기 증기 분사 압반 채널(38)은 상기 증기 분사 압반(24)의 폭을 가로지르게 위치되어 슬롯이 형성된 증기 분배판(44) 하부 주요면 영역과 실질적으로 같은 넓이를 가지는 영역 위에 있는 증기 분사 압반(24) 표면 상부면 전체에 걸쳐 증기 흐름을 제공한다. 길이 방향의 증기 분사 압반 통로(36)은 상기 증기 분사 채널(38)에 유체 연결되어 있는데, 상기 증기 분사 채널(38)은 일련의 연결포트(40)를 통하여 상기 증기 분사 압반(24) 표면 상면에서 폭방향으로 연장되어 상기 증기 분사 압반 통로(36)과 상기 증기 분사 압반 채널(38) 사이를 지나면서 유체 연결을 제공한다.
도 3에서 잘 도시된 바와 같이, 상기 개방된 증기 분사 압반 채널(38)을 포함하는 증기 분사 압반(24)의 상면(50)은 슬롯 형성된 증기 분배판을 수용하고 위치를 정할 수 있도록 요부(42)를 포함하도록 형성된다. 증기 분배판(44)은 상기 증기 분사 압반(24)에 형성된 요부내에 위치된 도 3에서 도시된 분배판(44)을 통과하게 완전하게 연장되어 있는 평행 이격된 슬롯(46)을 포함하도록 형성된다. 상기 증기 분배 판 슬롯(46)은 상기 슬롯이 형성된 증기 분배판(44) 상면 전체에 대해 증기 분배 되도록 상기 증기 분사 압반 채널(38)과 유체 연결되어 있다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 증기 분배판 슬롯(46)은 상기 횡방향으로 형성된 증기 분사 압반 채널(38)을 기준으로 길이방향으로 90°를 이루게 형성되지만, 상기 증기 분사 압 반 채널(38)을 기준으로 다른 각으로 형성될 수도 있다고 이해되어져야만 할 것이다. 본 발명의 모든 이점을 얻기 위해, 상기 증기 분사 압반 채널(38)은 약 5 내지 약 20 mm의 폭을 가지며, 바락직하게는 약 10mm의 폭을 갖는다.
본 발명의 중요한 특징에 따르면, 증기 분배판(44)에 형성된 상기 슬롯(46)(분배판 슬롯(46)은 증기 분사 압반 채널(38)과 나란히 놓여 있지 않는)은 각도로 상기 증기 분사 압반 채널(38)을 횡단하고, 바람직하게는 도시된 바와 같이 90°로 횡단한다. 본 발명의 모든 이점을 얻기 위해, 상기 증기 분배판(44)에 형성된 상기 슬롯(46)은 약 0.2 내지 약 1.0 mm, 바람직하게는 약 0.5 내지 0.9 mm의 폭을 가지고, 상기 증기 분사 압반 채널(38)의 길이방향의 공간 이상 또는 이하의 길이를 가져야 하며, 예를 들면, 약 90 mm의 길이를 가지며 바람직하게는 약 50 내지 약 150 mm의 길이를 가진다. 더 바람직한 실시예에서는, 도 3에서 도시된 바와 같이, 증기 분배판 슬롯(46)은 0.7 mm의 폭 및 90 mm의 길이를 갖고, 복수개의 평행한 오프셋(offset)된 열을 갖는 약 7 내지 약 15 mm의 간격으로 이격되며, 바람직하게는 약 11 mm의 간격으로 이격된다.
기대 이상으로, 상기 증기 분사 압반 채널(38)을 횡단하는 횡단 분배판 슬롯(46)은 강화 중인 상기 매트의 전체 하부면에 걸쳐 일정한 증기의 침투를 제공하고, 상기 강화 중인 매트 전체에 걸쳐 증기의 균일하고 완전한 분배를 제공하며, 상기 가열 프레스(10)로부터 최종 강화 셀룰로오스 제품을 제거하는데 있어서 문제를 발생시킬만하게 셀룰로오스 재료를 들러붙게 하지 않는다.
상기 증기 분배판(44)에 형성된 슬롯(46)은 셀룰로오스 재료 및 접합제에 충 분한 증기를 제공하도록 상기 매트의 하면에 최소한 6 % 의 열린 공간, 바람직하게는 약 8 % 내지 약 10 % 의 열린 공간을 제공해야 하는 것으로 밝혀졌다. 이와는 다른 실시예로서, 증기 분배판 슬롯(46)과 증기 분사 압반 채널(38) 사이의 횡단 크기 및 횡단 각을 다양하게 달리하면서도 본 발명의 이점에 도달할 수 있다.
상기 설명은 단지 이해를 분명히 하고자 기재되었으므로, 본 발명의 범위 내에서 변형예가 본 기술 분야의 숙련자에게 명백할 수 있는 바, 상기 설명으로부터 불필요한 제한이 없도록 이해되어져야 한다.
상기 내용에 포함되어 있음.

Claims (13)

  1. 셀룰로오스 합성 가공물 제조 방법에서:
    (a) 혼합물을 형성하도록 수지 접합제와 셀룰로오스 재료를 혼합하는 단계;
    (b) 단계 (a)의 혼합물로부터 매트(a mat)를 형성하는 단계;
    (c) 증기가 통과하는 통로 역할을 하는 복수개의 구멍을 갖는 증기 분사 압반을 포함하는 한 쌍의 가열 압반을 구비하는 프레스 장치안에서 매트에 증기를 제공하고 압력을 가하여 상기 매트를 강화하는 단계;
    (d) 상기 증기 분사 압반에 인접하고 상기 혼합물과 접촉하며, 상기 증기 분사 압반의 구멍을 횡단하는 슬롯을 갖고, 상기 슬롯은 상기 합성 가공물의 주된 인접 표면을 최소한 6 % 포함하는 증기 분사 개방 영역을 제공하는, 슬롯이 형성된 증기 분배판을 제공하는 단계;
    (e) 상기 증기 분사 압반의 구멍과 상기 증기 분배판에 형성된 슬롯을 통해서 증기를 분사하여 상기 혼합물과 상기 증기를 완전히 접촉하도록 하여 상기 혼합물을 구조적으로 일체형인 셀룰로오스물로 강화시키고 상기 수지 접합제를 경화하도록 하는 단계; 및
    (f) 상기 프레스 장치의 증기 분사측으로부터 상기 증기를 방출하는 단계를 구비한 셀룰로오스 합성 가공물 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수지 접합제는 페놀 수지를 포함하는 셀룰로오스 합성 가공물 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 페놀 수지는 페놀 화합물 및 알데히드 반응 제품을 포함하는데, 상기 페놀 화합물은 페놀, 크레졸, 치환된 페놀, 및 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 알데히드는 포름알데히드, 파라-포름알데히드, 아세트알데히드, 푸프푸릴알데히드, 및 글리옥살로 이루어진 군으로부터 선택되는 셀룰로오스 합성 가공물 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 페놀 수지는 페놀-포름알데히드를 포함하는 셀룰로오스 합성 가공물 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 증기 분배판에 형성된 상기 슬롯은 0.2 내지 1.0 mm 폭 및 최소한 50 mm 길이를 갖는 셀룰로오스 합성 가공물 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 증기 분배판에 형성된 상기 슬롯의 폭은 약 0.5 내지 약 0.9 mm인 셀룰 로오스 합성 가공물 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 증기 분배판에 형성된 슬롯은 약 0.7 mm 폭 및 최소한 50 mm 길이이고, 약 7 내지 약 15 mm로 이격된 셀룰로오스 합성 가공물 제조 방법.
  8. 셀룰로오스 합성 가공물 제조 방법에서:
    (a) 혼합물을 형성하도록 페놀 수지와 셀룰로오스 재료를 혼합하는 단계;
    (b) 단계 (a)의 혼합물로부터 매트를 형성하는 단계;
    (c) 상기 매트를 상기 프레스 장치 내에서 열, 증기, 및 압력을 가하여 강화하여 상기 가공물을 형성하는 단계; 및
    (d) 매트를 강화하는 동안 매트에 열 및 압력을 가하면서, 인접 증기 분배판에 형성된 횡단 슬롯 및 증기 분사 압반에 형성된 구멍을 통해 매트에 증기를 분배하는 단계를 포함하고,
    상기 슬롯은 1 mm 미만의 폭을 갖고, 상기 증기 분배판에 인접한 매트의 주표면 면적을 기준으로 최소한 6 %의 개방 영역을 제공하는 셀룰로오스 합성 가공물 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 셀룰로오스 재료 및 상기 셀룰로오스 재료용 수지 접합제를 포함하는 매트에 증기를 분사하는 장치로서:
    (a) 내부에 복수개의 증기 수용 통로를 포함하는 증기 분사 압반을 갖는 대향하는 가열 압반을 포함하고, 상기 증기 분사 압반은 하나 이상의 상기 증기 수용 통로를 통하여 유체 연결되어 증기가 흐르도록 하기 위해 상부면에 복수개의 구멍을 구비하는 프레스; 및
    (b) 상기 증기 분사 압반에 형성된 구멍 위에 배치되는 증기 분배판을 포함하고,
    상기 증기 분배판은 그 두께 방향으로 완전히 연장되어 형성되어 있는 복수개의 슬롯을 포함하고, 상기 증기 분배판의 상기 슬롯은 상기 증기 분사 압반에 형성된 상기 구멍을 횡단하도록 배치되어 상기 증기 분사 압반으로부터의 증기를 수용하여 상기 증기가 상기 증기 분배판을 통과하여 상기 매트의 주요 표면으로 흐르도록 하고, 상기 증기 분배판의 상기 슬롯은 상기 매트에 인접한 최소한 6 %의 개방 영역을 제공하는 강화 셀룰로오스 제품 제조용 증기 분사 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 슬롯이 형성된 판에서 상기 슬롯은 0.2 내지 1.0 mm 폭 및 최소 50 mm 길이를 갖는 강화 셀룰로오스 제품 제조용 증기 분사 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 증기 분배판에 형성된 상기 슬롯의 폭은 약 0.5 내지 약 0.9 mm인 강화 셀룰로오스 제품 제조용 증기 분사 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 증기 분배판에 형성된 슬롯은 약 0.7 mm 폭과, 최소 50 mm 길이와, 약 7 내지 약 15 mm로 이격된 강화 셀룰로오스 제품 제조용 증기 분사 장치.
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