KR101482675B1 - 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리우레탄이미드 수지 및 경화제를 스태틱 믹서로 혼합한 후, 부채꼴형 스프레이 방식으로 분사하여 강관에 도포하여 제조된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관에 관한 것이다. 본 발명의 제조방법에 사용되는 스태틱 믹서 모듈로 혼합한 폴리우레탄이미드 코팅층을 형성하므로, 고 품질의 강관을 제조할 수 있다. 특히, 타공 시 발생하는 코팅층의 박리현상이 거의 일어나지 않을 뿐만 아니라, 내열성, 내화학성, 고강성 및 내염수성이 있는 우수한 물성을 갖는 강관을 제조할 수 있다.

Description

폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관{Steel pipe with polyurethane-imide resin coating layer}

본 발명은 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 폴리우레탄이미드 수지와 경화제의 혼합효율을 증진시킬 수 있는 스태틱 믹서 모듈을 이용하여 혼합한 후, 상기 경화제가 혼합된 폴리우레탄이미드 수지를 스프레이 방식으로 분사하여 강관의 내부 또는 외부면에 일정하게 도포하여 제조된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 조립식 구조물에는 파이프가 다양한 용도로 이용되고 있으며, 최근에는 파이프의 외주면에 금속 표면 처리한 파이프, 액체 페인트를 도포한 파이프, 또는 합성수지를 코팅 처리한 코팅 파이프가 널리 이용되고 있는 추세이다. 특히, 합성수지 코팅파이프는 그 코팅되는 합성수지의 색상에 따라 그 외경면에 다양한 색상을 처리함으로써 그 미려한 외관을 부여할 수 있다.

이러한, 파이프 중 강관은 유체에 의한 부식을 방지하기 위하여 내면 및 외면이 코팅된다. 이때, 강관의 코팅에 사용되는 코팅 재료는 액상의 수지 또는 수지 분말을 사용하게 된다. 분말을 이용한 강관의 코팅 방법은 먼저 도료가 잘 부착되도록 강관의 표면을 전처리하고 가열장치를 이용하여 200~230℃ 정도로 강관을 예열시킨다. 이후에 예열된 강관에 스프레이를 이용하여 일정한 두께로 분체도료를 분사한다. 그러면 강관의 열에 의해 분체도료가 녹으면서 경화되어 코팅 막이 형성하게 되며, 코팅 막이 액상과 금속재질의 접촉을 방지하여 부식을 방지하는 효과 및 강관의 상태를 지속시키는 기능이 있다.

하지만, 상기와 같이 분말을 이용하는 경우, 상기 분체도료를 경화시키는 경화제와 혼합효율이 비교적 높지 않아 코팅강관의 용접 또는 타공 시에 박리 되는 문제점이 있다. 또한, 강관은 상하수도, 가스 및 석유 화학 배관, 공업용수 및 기타 유체 수송 등의 배관에 주로 사용되고 있어, 내열성, 내염수성 및 내화학성이 우수한 강관의 제조 방법은 매우 절실히 요구되고 있다.

한국등록특허 제1316649호에는 나노세라믹 코팅 강관에 관한 기술이 개시되어 있으며, 한국공개특허 제2006-0020076호에는 이액형 폴리우레아 수지 도장 방법, 이를 이용한 도장 강관에 관한 기술이 개시되어 있고, 한국등록특허 제1327986호에는 토르마린을 함유하는 에폭시수지 코팅층을 갖는 강관에 관한 기술이 개시되어 있으나, 상기의 요구를 해소하기에는 여전히 미비한 실정이다.

또한, 코팅 강관의 제조 과정 중에서 유체의 혼합과정에서의 혼합률의 저하는 요구치 이하로 반응속도를 떨어뜨려 반응이 완결되기 전에 반응을 종료시킬 수 있으며, 불필요한 반응을 야기하여 코팅층의 박리가 쉽게 일어나 강관의 품질을 저하하는 주요한 이유이다. 일반적으로 혼합 장치는 기계적 교반기(agitator)로부터 운동부 없이 파이프나 덕트 내에 장착되는 스태틱 믹서에 이르기까지 다양하다.

그 중에서 스태틱 믹서(static mixer)는 식품공장, 의약품공장, 화학공장 등의 원료 이송라인에 설치되어 각종 원료를 통과시키면서 혼합하는 역할의 용도로 사용되거나, 열교환기에 설치되어 유체가 연속적으로 튜브의 내벽에 접하도록 함으로써 열교환 효율을 증대시키는 역할을 하는 용도로 사용된다.

현재 가장 널리 이용되고 있는 스태틱 믹서는 Kenics형과 Sulzer형이다. 인-라인(in-line) 구조인 스태틱 믹서는 시스템 구성요소 자체에 운동부가 없이 믹싱관 내에 고정된 일련의 혼합부재(mixing element)로 구성되며, 혼합될 유체가 관로를 통과할 때 연속적으로 유동분할, 방향전환, 재결합 등의 과정이 반복되며 혼합되는 장치로 유체의 연속 혼합 조작에 사용된다. 스태틱 믹서는 기계적 교반기와 비교하여 운동부가 없기 때문에 샤프트나 베어링과 같은 회전요소나 밀봉장치 없이 파이프라인에 설치가 가능하다. 또한, 단위 용적당 전열면적이 크며, 연속 프로세스 및 고 점도 액의 혼합에 적합하고, 혼합될 유체의 믹서 내 체류시간 분포를 균일화할 수 있으며, 공정관리의 용이, 생산원가의 절감, 에너지 절약 등의 장점을 갖는다. 따라서 스태틱 믹서는 산업현장에서 매우 다양하게 응용되고 있다.

유체의 혼합률은 스태틱 믹서의 성능을 평가할 수 있는 가장 중요한 변수이기 때문에 대부분의 연구들은 스태틱 믹서의 내부에 설치되어 유체를 혼합시키는 혼합부재에 치우쳐져 있다. 종래의 대표적인 스태틱 믹서인 Kenics형 스태틱 믹서를 도 1에 나타내었다. 도 1에 도시된 바와 같이 혼합부재(c)는 180도로 비틀린 다수의 단위 패널(d)이 전후로 연속되게 결합되어 유체의 유동분할, 방향전환, 재결합 등의 과정을 반복시켜 유로를 통과하는 유체를 연속적으로 혼합한다.

하지만, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 내부 유로를 따라 유체의 이동시 유로의 중심부위(e)에서는 혼합부재(c)에 의해 유체의 분할, 방향전환, 재결합 등의 과정이 반복되면서 난류(B)가 형성되어 유체의 혼합이 원활하게 이루어진다.

하지만, 유로의 가장자리 부위(f)에서는 유체의 혼합이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있다. 혼합부재(c)는 스태틱 믹서의 하우징(b) 내부로 삽입하여 설치되는 관계로 혼합부재(c)와 하우징(b)의 내주면 사이에는 미세한 틈새가 형성된다. 따라서 하우징(b)의 내주면과 접하는 유로의 가장자리 부위(f)에서는 하우징(b)의 내주면을 따라 층류(A)가 형성된다. 이러한 층류(A)의 흐름은 하우징(b)의 내주면을 따라 계속 이동하여 하우징의 외부로 배출되므로 전체적인 유체의 혼합효율을 저하시키는 문제점이 있다.

한국등록특허 제0862897호에 스태틱 믹서 엘러먼트 제조방법에 관한 기술이 개시되어 있고, 한국공개특허 제2013-0118456호에 정적 믹서를 이용한 오존 접촉 용해 장치에 관한 기술이 개시되어 있으며, 한국공개특허 제2002-0097299호에 정적믹서와 초음파를 이용한 이멀션유 제조방법 및 장치에 관한 기술이 개시되어 있으나, 유로의 가장자리를 따라 형성되는 층류를 감소시켜 유로 내에서 유체의 혼합효율을 증진시키는 스태틱 믹서에 관한 기술은 보고된 바 없다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관을 제공하는 것으로, 본 발명의 강관은 오존 염소 등의 화학성 물질로부터의 손상이 방지되고, 내열성이 우수하여 강관 말단부 용접부의 미도장 부위의 이격거리를 200~250mm, 심지어 100~200mm 까지도 줄일 수 있어 강관의 품질향상과 시공성을 높여준다. 또한 고밀도 공유격자 결합에 의한 코팅층 형성으로 강관을 타공 시, 발생하는 박리현상을 최소화하는 강관을 제공함으로써, 본 발명을 완성하였다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리우레탄미드 수지와 경화제의 혼합효율을 증진시킬 수 있는 스태틱 믹서 모듈을 이용하여 혼합한 후, 상기 경화제가 혼합된 폴리우레탄이미드 수지를 스프레이 방식으로 분사하여 강관의 내부 또는 외부면에 일정하게 도포하여 제조된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관을 제공한다.

본 발명은 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리우레탄이미드 수지와 경화제의 중합반응의 혼합효율을 증진시켜 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 형성하기 위한 개선된 스택 믹서 모듈을 이용하여 혼합과 동시에 스프레이 방식으로 분사하여 폴리우레탄이미드 수지 코팅층이 형성된 강관으로, 폴리우레탄이미드 수지 코팅층의 박리가 잘 일어나지 않는 고강성 효과가 있을 뿐만 아니라, 우수한 내열성, 내화학성, 내염수성, 내마모성 및 접착력이 우수한 강관이다.

도 1은 종래의 스태틱 믹서를 나타내는 일부 절개 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 1의 스태틱 믹서 내부에서 서로 다른 유체의 흐름을 형성하는 영역을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 믹서 모듈(M10)의 요부를 발췌한 사시도이다.
도 5는 도 4가 적용된 스태틱 믹서 모듈(M10)의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스태틱 믹서 모듈(M10)의 요부를 발췌한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스태틱 믹서 모듈(M10)의 요부를 발췌한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스태틱 믹서 모듈(M10)의 요부를 발췌한 단면도이다.
도 9는 도 8에 적용된 요부를 발췌한 사시도이다.
도 10은 도 9의 충돌부재(60)를 나타낸 정면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스태틱 믹서 모듈(M10)의 요부를 발췌한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스태틱 믹서 모듈(M10)의 요부를 발췌한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스태틱 믹서 모듈(M10)의 요부를 발췌한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 모듈(S10)을 나타낸 사시도이다. S01은 스태틱 믹서 모듈과의 연결부이고, S02는 분사제어부이며, S03은 분사 미세 토출구이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 믹서 모듈(M10)과 분사 모듈(S10)을 포함하는 코팅장치를 나타낸 단면도이다.

본 발명은 폴리우레탄이미드 수지와 경화제의 혼합효율을 증진시킬 수 있는 스태틱 믹서 모듈을 이용하여 혼합한 후, 상기 경화제가 혼합된 폴리우레탄이미드 수지를 스프레이 방식으로 분사하여 강관의 내부 또는 외부면에 일정하게 도포하여 제조된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관을 제공한다.

상기 폴리우레탄이미드 수지는 디이소시아네이트와 이무수물간의 1단계 반응으로 CO₂의 탈리에 의해 직접 이미드화 하는 방법이 바람직하지만 이에 한정하지 않고, 적당량의 디이소시아네이트, 이무수물 및 폴리올을 혼합하여 각각의 동시반응에 의해 폴리(우레탄-이미드)를 합성하는 방법 또는 과잉의 디이소시아네이트와 적당량의 폴리올을 먼저 반응시켜 -NCO(이소시아네이트기) 말단형 우레탄을 만든 후, 말단의 디이소시아네이트기와 이무수물간의 반응에 의해 폴리(우레탄-이미드)를 합성하는 방법을 이용하여도 무방하다.

본 발명에서 사용될 수 있는 바람직한 디이소시아네이트는 하기 화학식(1)로 나타낼 수 있으며,

[화학식 (1)]

(상기 화학식(1)에서, R₁은

더욱 더 바람직한 디이소시아네이트로서는, 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트, 디페닐메탄-2,4'-디이소시아네이트, 톨루엔-2,4-디이소시아네이트, 톨루엔-2,6-디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트, 3-이소시아네이트메틸-3,5,5-트리메틸시클로헥실이소시아네이트, 1,1'-메틸렌비스(4-이소시아네이트시클로헥산), 1,3-비스(이소시아네이트메틸)벤젠, 1,3-비스(이소시아네이트메틸)시클로헥산 중에서 선택된 하나 이상인 것이지만, 이에 한정하지 않는다.

또한, 본 발명에서 사용될 수 있는 바람직한 디올로는 화학식(3)으로 표시되는 화학식(2)인 방향족 디올의 에틸렌옥사이드부가물을 단독 사용하거나, 화학식(2)의 방향족 디올과 지방족 디올 또는 실리콘 디올을 혼합한 것이며, 본 발명에서 사용할 수 있는 바람직한 이무수물은 하기와 같은 화학식(4)의 방향족 유기산 이무수물인 것이다.

[화학식 (2)]

(상기 화학식(2)에서, R₂는

[화학식 (3)]

(상기 화학식(3)에서, R₂는

[화학식 (4)]

(상기 화학식(4)에서, R₃는

본 발명에서 사용될 수 있는 보다 더 바람직한 디올로서는, 평균분자량 100~10,000의 폴리올이 사용되고, 주쇄 구조로서는, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜/폴리에틸렌글리콜 공중합체, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리(에틸렌아디페이트), 폴리(디에틸렌아디페이트), 폴리(프로필렌아디페이트), 폴리(테트라메틸렌아디페이트), 폴리(헥사메틸렌아디페이트), 폴리(네오펜틸렌아디페이트), 폴리(헥사메틸렌세바케이트), 폴리-ε-카프로락톤, 폴리(헥사메틸렌카보네이트) 및 폴리(실록산) 중에서 선택된 하나 이상인 것이다.

본 발명에서 사용할 수 있는 폴리(우레탄-이미드)는 상기 단량체들을 반응시켜 얻을 수 있으며, 하기의 화학식(5)로 표시된다.

[화학식 (5)]

(상기 화학식(5) 중에서, R₁은

1종 또는 2종이 선택된다.

또한, z는 1 내지 50의 정수이며, x=0, y>>1이며, 이미드블록 타입의 폴리머가 형성되며, x>>0, y=1이면, 우레탄블록 타입의 폴리머가 형성된다.

본 발명의 강관은 내열성, 내염수성, 내화학성 및 고강성을 갖는 것을 특징으로 한다. 내열성이 우수하여 강관 말단부 용접부의 미도장 부위의 이격거리를 200~250mm, 심지어 100~200mm 까지도 줄일 수 있다.

또한, 우수한 내화학성이 있으므로, 차아염소산 등의 소독제로 인한 도막의 손상을 방지할 수 있으며, 고밀도 공유 격자 결합구조의 무기공 방식의 코팅제이므로 물리적 화학적으로 도장 모재와 결합하여 강력한 접착강도를 갖는다. 따라서 강관을 타공할 때 발생하는 코팅제의 박리가 거의 일어나지 않으며, 늘어지지 않고 부러지는 고품질의 강관인 것이 특징이다. 본 발명의 폴리우레탄이미드 수지는 접착력이 1750 내지 2000psi이고, 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compound; VOC)이 사용되지 않은 친환경 코팅제이다.

또한, 내염수성이 우수하여 해양구조물, 해양파일, 파이프라인 등으로 사용하는 것이 가능하다.

상기 폴리우레탄이미드 수지 100 중량부에 대하여 경화제는 85 내지 115 중량부로 혼합하는 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.

본 발명은 스태틱 믹서 모듈(M10)과 분사 모듈(M2)이 장착된 코팅장치를 이용하는 것이 특징이며, 이하 도면을 이용하여 본 발명의 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관의 제조방법에 사용된 코팅장치를 설명한다.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 스태틱 믹서 모듈(M10)은 크게 하우징(15), 혼합부재(5) 및 층류감소수단(20)을 포함한다(도 4 및 5 참조).

상기 하우징(15)은 내부에 원형의 유로(17)가 형성된 파이프 구조를 갖으며, 하우징(15)의 내부에 형성된 유로(17)로 유체가 통과할 수 있고, 하우징(15)의 타측에는 유체가 배출되는 출구를 포함하는 것이다.

상기 혼합부재(5)는 도 1에 도시된 종래의 기술과 동일한 것으로, 혼합부재(5)는 하우징(15)의 내부에 설치되어 유로(17)를 통과하는 적어도 둘 이상의 유체를 혼합시키는 장소로, 상기 혼합부재(5)는 180ㅀ로 비틀린 다수의 단위패널(7)을 결합시켜 유체의 유동분할, 방향전환, 재결합 등의 과정을 반복시켜 유로(17)를 통과하는 유체를 연속적으로 혼합하는 것이다. 본 발명의 혼합부재(5)는 단위패널(7)의 수를 조절하여 다양한 길이로 형성될 수 있는 것을 배제하지 않는다.

또한, 상기 혼합부재(5)는 하우징(15)의 내부에 삽입되어 유로(17)에 설치되는 것이다. 도시된 일례에서는 2개의 혼합부재(5)가 전후로 일정거리 분리되어 하우징(15) 내부에 설치된 것이지만, 이와 달리 2개의 혼합부재(5)는 연결바에 의해 상호 연결될 수 있다.

상기 층류감소수단(20)은 유로(17)의 가장자리를 따라 형성되는 층류를 감소시키기 위한 것으로, 본 발명의 층류감소수단(20)의 일례로 간섭깃(25)을 설치할 수 있다. 상기 간섭깃(25)은 하우징(15)의 내주면에서 유로(17)의 중심방향으로 돌출되게 형성되며, 간섭깃(25)은 하우징(15)의 내주면의 둘레를 따라 원형으로 형성된다. 도시된 예에서 간섭깃(25)은 하우징(15)의 일 부위에 하나가 설치되어 있으나, 이와 달리 2개 이상이 일정 간격으로 설치될 수 있다. 바람직한 간섭깃(25)은 유체의 흐름 방향으로 경사지게 형성되는 것이다. 즉, 간섭깃(25)은 하우징(15)의 입구에서 하우징(15)의 출구방향으로 진행할수록 단면적이 점진적으로 좁아지는 형상으로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 간섭깃(25)은 하우징(15)의 내주면에서 돌출되게 형성되어 하우징(15)의 내주면을 따라 형성되는 층류를 감소시킨다. 즉, 하우징(15)의 내주면에 인접하여 흐르는 유체의 흐름을 간섭깃(25)이 방해하여 유체의 흐름 방향을 전환시키고, 유체의 흐름을 난류화시켜 전체적인 유체의 혼합효율을 증대시킨다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 층류감소수단(20)은 하우징(15)의 일 부위에 형성되어 유로(17)면적을 일시적으로 확대시키는 확대경부(30)를 포함한다.

도 6을 참조하면, 하우징(15)의 일 부위에 유로면적이 넓어지는 확대경부(30)가 마련된다. 확대경부(30)는 하우징(15)의 직경이 외부로 확장되는 방향으로 형성된다. 이러한 확대경부(30)에 의해 단면적이 넓어지는 확장유로(35)가 하우징(15)의 내부에 형성된다.

확대경부(30)는 유로(17)를 통과하는 유체의 유동을 변화시켜 혼합효율을 높인다. 즉, 하우징(15)의 내주면에 인접하여 흐르는 유체의 흐름이 확대경부(30)에서 와류를 발생시킴으로써 유로(17)의 가장자리에 형성되는 층류를 감소시키는 기능을 한다. 상기 확대경부(30)는 하우징(15)에 하나 또는 일정 간격으로 다수가 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 층류감소수단(20)은 하우징(15)의 일부위에 형성되어 상기 유로(17) 면적을 일시적으로 축소시키는 축소경부(40)를 포함한다. 도 7을 참조하면, 하우징(15)의 일 부위에 유로(17)면적이 좁아지는 축소경부(40)가 마련된다. 상기 축소경부(40)는 하우징(15) 일 부위의 구께를 크게 하여 형성할 수 있다. 도시된 일례에서 하우징(15)의 내측 방향으로 돌출된 형태로 축소경부(40)가 형성된다. 이러한 축소경부(40)에 의해 단면적이 좁아지는 축소유로(45)가 하우징(15)의 내부에 형성된다.

상기 축소경부(40)는 유로(17)를 통과하는 유체의 흐름을 변화시켜 혼합효율을 높인다. 즉, 축소경부(40)에서 와류를 발생시킴으로써 유로(17)의 가장자리에 형성되는 층류를 감소시키는 기능을 하며, 상기 축소경부(40)는 하우징(15)에 하나가 형성되거나, 일정 간격으로 다수가 형성될 수 있다.

상기 층류감소수단(20)은 하우징(15)의 내부에 설치된다. 가령, 2개의 혼합부재(5)의 사이에 설치된다(도 8 내지 10 참조). 도시된 층류감소수단(20)은 하우징(15)의 내부에 설치되어 혼합부재(5)를 통과한 유체의 흐름을 좁히는 수렴부재(50)와 수렴부재(50)를 통과한 유체와 충돌하여 다수의 경로로 분산시키는 충돌부재(60)를 포함한다.

상기 수렴부재(50)는 유로(17)를 가로막도록 설치되며 전후방향으로 관통하는 수렴홀(53)이 형성된 격벽(51)과, 격벽(51)의 후면에 돌출되게 형성되며, 수렴홀(53)과 연결되는 가이드관(55)을 포함한다.

상기 격벽(51)은 원형으로 이루어져 하우징(15)의 내부에 삽입되어 유로(17)를 가로막도록 설치된다. 상기 격벽(51)의 외주면과 하우징(15)의 내주면 사이로 유체가 흐를 수 없도록 격벽(51)의 외주면은 하우징(15)의 내주면과 밀착되도록 격벽(51)이 설치된다. 상기 격벽(51)의 중심에는 원형의 수렴홀(53)이 형성되며, 상기 수렴홀(53)은 전면에서 후면방향으로 관통하여 형성된다.

상기 가이드관(55)은 격벽(51)의 후면에 돌출되게 형성되며, 격벽(51)의 수렴홀(53)을 통과한 유체의 흐름을 후술할 충돌홈(63)의 방향으로 안내하기 위함이다. 상기 가이드관(55)은 내부가 비어있는 중공구조로 이루어지고, 가이드관(55)의 내부 빈 공간은 수렴홀(53)과 연결된다. 따라서 상기 격벽(51)의 수렴홀(53)로 유입된 유체는 가이드관(55)을 통해 격벽(51)으로 후방으로 이동한다.

도시된 예에서 가이드관(55)의 외주면에는 바깥으로 돌출된 걸림부(57)가 마련된다. 이는 후술할 충돌홈(63)에 가이드관(55)의 삽입시 가이드관(55)이 일정 깊이 이상 삽입되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 충돌부재(60)는 가이드관(55)의 출구를 통해 배출되는 유체와 충돌하여 유체를 분산 및 혼합시키는 역할을 한다. 상기 충돌부재(60)는 하우징(15)의 유로(17)를 가로막도록 설치되는 몸체(61)와, 몸체(61)에 형성되며 가이드관(55)을 통과한 유체가 충돌하는 충돌홈(63)과 상기 몸체(61)에 전후 방향으로 관통되어 형성되며 상기 충돌홈(63)의 주위에 다수 배치되는 분산통로(65)를 포함한다.

상기 몸체(61)는 원형으로 이루어져 하우징(15)의 내부에 삽입되어 유로(17)를 가로 막도록 설치된다. 상기 몸체(61)의 외주면과 하우징(15)의 내주면 사이로 유체가 흐를 수 없도록 몸체(61)의 외주면은 하우징(15)의 내주면과 밀착되도록 몸체(61)가 설치된다.

상기 충돌홈(63)은 가이드관(55)의 단부와 대응되는 위에 형성된다. 따라서 충돌홈(63)은 몸체(61)의 중심에 형성된다. 충돌홈(63)으로 가이드관(55)의 단부가 삽입된 형태로 수렴부재(50)와 충돌부재(60)는 결합된다. 상기 충돌홈(63)은 몸체(61)의 전면에서 후면방향으로 일정 깊이 인입된 형태로 형성된다. 상기 충돌홈(63)의 직경은 가이드관(55)의 외경보다는 크고, 걸림부(57)의 외경보다는 작게 형성된다. 따라서 가이드관(55)의 단부가 충돌홈(63)에 삽입될 경우 걸림부(57)에 의해 가이드관(55)이 일정 깊이 이상 삽입되는 것을 방지한다.

상기 분산통로(65)는 충돌홈(63)의 주위에 다수가 마련된다. 분산통로(65)는 몸체(61)의 전면에서 후면방향으로 관통하여 형성된다. 분산 통로에 의해 유체는 다수의 흐름으로 분산되어 이동한다.

상기 몸체(61)의 전면에는 충돌홈(63)과 분산통로(65)를 연결하는 연결그루브(67)가 형성된다. 연결그루브(67)는 몸체(61)의 전면에서 후면방향으로 일정 깊이 인입되어 형성된다. 상기 연결그루브(67)는 충돌홈(63)보다 더 깊지 않게 형성되며, 충돌홈(63)과 분산통로(65)를 연결하는 채널역할을 한다.

상기 수렴부재(50)와 충돌부재(60)는 하우징(15)의 한곳에 설치하거나, 둘 이상의 부위에 일정 간격으로 설치할 수 있다.

상기 수렴부재(50)를 통해 유체를 수렴홀(53)로 통과 시킴으로써 유체의 흐름을 좁은 통로로 수렴시킬 수 있다. 또한, 유체를 충돌부재(60)에 충돌시킨 다음 다수의 분산통로(65)로 분산시킨다. 이와 같이 혼합부재(5)를 통과하면서 1차로 혼합된 유체를 수렴과 분산과정을 통해 다시 혼합하므로 층류를 감소시키고 혼합효율을 크게 향상시킬 수 있다.

충돌부재(60)를 통과한 유체는 다시 혼합부재(5)를 통과하면서 하우징(15)의 출구를 통해 배출된다.

한편, 도 11에 도시된 바와 같이 충돌홈(63)에 간섭부재(70)가 설치될 수 있다. 이 경우 충돌홈(63)으로 유입된 유체와 충돌하면서 간섭부재(70)는 충돌홈(63)내에서 유동한다. 유동하는 간섭부재(70)는 유체와 충돌하면서 유체의 흐름을 방해하여 유체의 혼합효율을 향상시킬 수 있다. 도시된 예에서 간섭부재(70)는 구 형상으로 이루어진다. 간섭부재(70)가 가이든관의 수렴홀(53)로 유출되는 것을 방지하기 위해 간섭부재(70)의 크기를 수렴홀(53)의 크기보다 더 크게 형성하거나 수렴홀(53)의 내부에 망을 설치할 수 있다. 또한, 간섭부재(70)를 충돌홈(63) 내에 고정된 상태로 설치할 수 있고, 유동하는 간섭부재(70)로 스프링 구조를 적용한 모습을 도 12에 나타내고 있다. 또한, 구 형상이나 스프링 형상 외에도 간섭부재(70)로 원기둥형, 다각형, 파이프형 등 다양한 형상을 적용할 수 있다.

또한, 구형의 간섭부재(70) 또는 스프링 구조의 간섭부재(70)를 충돌홈(63) 내에 고정된 상태로 설치할 수 있다.

도 13은 링 형상의 간섭부재(70)가 충돌홈(63) 내에 설치된 예를 도시하고 있다. 이 경우 간섭부재(70)는 충돌홈(63)의 입구에서부터 일정 간격으로 다수가 설치된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분사 모듈(S10)은 스태틱 믹서 모듈과의 연결부(S01); 분사 제어부(S02) 및 미세 토출구(S03)를 포함한다(도 14 참조).

상기 분사 제어부는 분사하는 노즐의 패턴이 와류실형, 편향형, 나선형, 원형, 테이퍼 테두리 부채꼴 및 전체 부채꼴 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하지만 이에 한정하지 않으며, 바람직하게는 부채꼴형의 노즐 패턴을 사용하는 것이다. 부채꼴형의 노즐패턴을 사용하는 경우 분사입자가 크게 형성되지 않고, 분진과 같은 형태로 분사되어 비산되는 부분을 최소화할 수 있는 것이다.

상기 분사 미세 토출구를 통한 고압충돌 혼합방식으로 분사하는 것을 포함하여 분사방식에는 제한을 두지 않고 필요에 따라 온도와 압력을 조절하여 분사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분사 미세 토출구는 스위치-팁(트레드-팁)백-팁(Swich-Tip(Tread-Tip)Back-Tip) 기술을 적용하여 노즐 구멍이 막힐 경우, 반대방향으로 회전시켜 이물질을 제거하는 기능을 포함한다.

분사하여 형성되는 코팅층의 두께는 한정하지 않지만, 바람직하게는 0.1 내지 10,000㎛이며, 더욱 바람직하게는 50 내지 1,000㎛이다.

이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되지 않는다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

[ 실시예 1] 폴리우레탄이미드 수지( PU -1)의 코팅 강관의 제조

충분히 건조한 에틸렌글리콜-비스페놀A-에틸렌글리콜(비스페놀A 1몰과 에틸렌 옥사이드 2몰과의 축합물, EG-BPA-EG) 0.010몰을 용매 1-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 녹여서 넣은 다음, 디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트(1.0mol), 디페닐메탄-2,4'-디이소시아네이트(1.0mol) 및 평균분자량 1,000의 폴리테트라메틸렌글리콜(0.8mol)을 질소분위기 하에서 서서히 적가한 다음, 30℃ 온도에서 교반봉으로 서서히 교반시켜 주었다.

질소 분위기하에서 30℃의 온도로 5시간 동안 반응시킨 다음, 반응기의 온도를 약 80℃까지 올리고 이미드화 촉매인 나트륨메톡사이드 0.005몰을 소량 첨가하였다. 반응온도를 일정하게 유지시키면서 디무수화물인 벤조페논 테트라 카르복실산 이무수물을 디메틸아세트아미드(DMAc)에 녹인 다음 분액깔때기에 넣고 격력히 교반시키면서 서서히 가하였다. 이때 CO₂의 분출을 확인하고 최대의 점도에 도달하였을 때 반응을 종료하였다.

상기 반응으로 부터 획득한 용액을 진공중 90℃에서 8시간 공비시켜 용제 및 잔류 미반응 물질을 제거하고 폴리우레탄이미드수지(PU-1)를 획득하였다.

상기 획득된 폴리우레탄이미드 수지(PU-1)를 혼합효율이 증진된 스태틱 믹서 모듈(M10)과 분사 모듈(M2)이 장착된 코팅장치를 이용하여 상기 합성된 폴리우레탄이미드수지(PU-1)를 강관에 효율적으로 코팅하고자 하였다.

우선, 상기 폴리우레탄이미드 수지(PU-1)의 경화제로서 1,1-비스(t-헥실퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산 35 중량부, 폴리에테르아민(Polyether amine) 50중량부, 안료 7중량부, 사슬연장제 5 중량부, 소포제, 습윤제, 표면조절제 3중량부를 함유하는 경화제부로 구성되며, 상기 주제부와 경화제부는 각각 40 ~ 60중량%의 비율로 포함되는 것을 사용하였으며, 표 1에 나타낸 바와 같이 고형중량비로, 혼합효율이 증진된 스태틱 믹서 모듈(M10)을 이용하여 혼합하였다. 이때 혼합효율은 90% 이상으로 일정하게 혼합된 것을 확인하였다. 경화제가 혼합된 폴리우레탄이미드수지(PU-1)은 부채꼴형의 분사 모듈(M2)을 이용하여 강관에 골고루 분사하여 도포함으로써 폴리우레탄이미드 수지가 코팅된 강관을 제조하였다.

[실시예 2] 폴리우레탄이미드 수지(PU-2)의 코팅 강관의 제조

상기 평균분자량 1,000의 폴리테트라메틸렌글리콜(0.8mol) 대신에 평균분자량 2,000의 폴리(헥사메틸렌카보네이트)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 폴리우레탄이미드 수지(PU-2)를 합성하였다.

상기 획득된 폴리우레탄이미드 수지(PU-2)는 고형분 40중량%로 메틸에틸케톤에 용해시킨 후, 혼합효율이 증진된 스태틱 믹서 모듈(M10)과 분사 모듈(M2)이 장착된 코팅장치를 이용하여 상기 합성된 폴리우레탄이미드수지(PU-2)를 강관에 효율적으로 코팅하고자 하였다.

우선, 상기 폴리우레탄이미드 수지(PU-2)의 경화제로서 1,1-비스(t-헥실퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산을 사용하였으며, 표 1에 나타낸 바와 같이 고형중량비로, 혼합효율이 증진된 스태틱 믹서 모듈(M10)을 이용하여 혼합하였다. 이때 혼합효율은 90% 이상으로 일정하게 혼합된 것을 확인하였다. 경화제가 혼합된 폴리우레탄이미드수지(PU-2)은 부채꼴형의 분사 모듈(M2)을 이용하여 강관에 골고루 분사하여 도포함으로써 폴리우레탄이미드 수지가 코팅된 강관을 제조하였다.

[실시예 3] 폴리우레탄이미드 수지(PU-3)의 코팅 강관의 제조

상기 평균분자량 1,000의 폴리테트라메틸렌글리콜(0.8mol) 대신에 폴리테트라메틸렌글리콜(0.4mol) 및 평균분자량 2,000의 폴리(헥사메틸렌카보네이트)(0.4mol)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 합성하여 폴리우레탄이미드 수지(PU-3)를 획득하였다.

상기 획득된 폴리우레탄이미드 수지(PU-3)는 고형분 40중량%로 메틸에틸케톤에 용해시킨 후, 혼합효율이 증진된 스태틱 믹서 모듈(M10)과 분사 모듈(M2)이 장착된 코팅장치를 이용하여 상기 합성된 폴리우레탄이미드수지(PU-3)를 강관에 효율적으로 코팅하고자 하였다.

우선, 상기 폴리우레탄이미드 수지(PU-3)의 경화제로서 1,1-비스(t-헥실퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산을 사용하였으며, 표 1에 나타낸 바와 같이 고형중량비로, 혼합효율이 증진된 스태틱 믹서 모듈(M10)을 이용하여 혼합하였다. 이때 혼합효율은 90% 이상으로 일정하게 혼합된 것을 확인하였다. 경화제가 혼합된 폴리우레탄이미드수지(PU-3)은 부채꼴형의 분사 모듈(M2)을 이용하여 강관에 일정하게 분사하여 도포함으로써 폴리우레탄이미드 수지가 코팅된 강관을 제조하였다.

[실시예 4] 폴리우레탄이미드 수지가 코팅된 강관의 접착강도 평가

상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 폴리우레탄이미드 수지가 코팅된 강관을 60℃의 오븐에 36시간 동안 건조하였으며, 이후, JIS-Z0237에 준해서 90도 박리법으로 접착강도를 측정하고, 평가하였다. 결과는 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 접착강도(psi)가 1800, 1750, 1770로 나타나, 본 발명의 강관이 우수한 접착강도를 갖는다는 것을 확인하였다.

표 1. 폴리우레탄이미드 수지 및 경화제의 중량비 및 접착강도

M10: 스태틱 믹서 모듈 S10: 분사 모듈
15: 하우징 S01: 스태틱 믹서 모듈과의 연결부
17: 유로 S02: 분사 제어부
20: 층류감소수단 S03: 분사 미세 토출구
25: 간섭깃
30: 확대경부
40: 축소경부
50: 수렴부재
60: 충돌부재

Claims (6)

1. 폴리우레탄이미드 수지와 경화제의 혼합효율을 증진시킬 수 있는 스태틱 믹서 모듈을 이용하여 혼합한 후, 상기 경화제가 혼합된 폴리우레탄이미드 수지를 스프레이 방식으로 분사하여 강관의 내부 또는 외부면에 일정하게 도포하여 제조된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관으로서,
   상기 폴리우레탄이미드 수지는 하기의 화학식(5)로 표시되는 폴리우레탄이미드 수지인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 이미드 수지 코팅층을 갖는 강관:
   [화학식 (5)]
   

   

   
   (상기 화학식(5) 중에서, R₁은
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   1종 또는 2종이 선택되고, z는 1 내지 50의 정수이며, x=0, y>>1이며, 이미드블록 타입의 폴리머가 형성되며, x>>0, y=1이면, 우레탄블록 타입의 폴리머가 형성된다.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 강관은 내열성, 내염수성, 내화학성 및 고강성을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관.
4. 제1항에 있어서, 상기 스태틱 믹서 모듈은 유로의 가장자리를 따라 형성되는 층류를 감소시켜 유로 내에서 유체의 혼합효율을 증진시키는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관.
5. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄이미드 수지 100 중량부에 대하여 경화제는 85 내지 115 중량부로 혼합하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관.
6. 제1항에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 0.1 내지 10,000㎛인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄이미드 수지 코팅층을 갖는 강관.

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