KR102205892B1

KR102205892B1 - Lng 저장 탱크

Info

Publication number: KR102205892B1
Application number: KR1020200122014A
Authority: KR
Inventors: 황철현
Original assignee: (주)유원플렛폼
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-01-21

Abstract

본 발명의 LNG 저장 탱크는, 탱크 본체의 외측 표면 상에 배치되는 단열 구조체를 포함하고, 상기 단열 구조체는 연질 폴리우레탄 폼층, 유리 장섬유 강황 경질 폴리우레탐 폼층, 경질 폴리우레탄 폼층 및 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층을 포함한다.

Description

LNG 저장 탱크{LNG STRORAGE TANK}

본 발명은 LNG 저장 탱크에 관한 것이다.

통상적으로, 액화 천연 가스(LNG; liquefied natural gas)는 탄화 수소 계열의 천연 가스를 운송과 편의를 위해 -163℃로 압축, 냉각, 액화시켜 그 부피를 감소시킨 극저온의 액체를 의미한다.

LNG는 청정 에너지로서, 석유 기반 에너지를 대체할 수 있는 대체 에너지로 주목 받고 있다. 이에, LNG의 수요량 및 교역량은 점진적으로 증가하는 추세이다.

이러한 추세에 맞추어, LNG 운반선에 대한 연구 및 개발이 이루어지고 있다. 특히, LNG 운반선은 극저온의 LNG를 저장 가능한 LNG 저장 탱크를 필수적으로 구비하며, 이의 성능은 LNG의 교역량에 직결되기 때문에, LNG 저장 탱크에 대한 연구 및 개발이 지속적으로 요구되고 있다.

LNG 저장 탱크는 극저온의 LNG를 저장할 수 있도록, 외측 표면이 단열재를 통해 보호된다. 이러한 단열재는 우수한 단열 성능뿐만 아니라, LNG의 하중(예를 들어, 슬로싱 하중)을 견딜 수 있도록 어느 정도의 강도가 요구된다.

종래 기술의 경우, 상술한 요구에 맞추어, LNG 저장 탱크의 단열재로, 단열 성능 및 인장 강도가 우수한 경질 폴리우레탄 폼을 채용하고 있다. 하지만, LNG 저장 탱크는, LNG의 유출입에 따라 급격한 온도 변화가 있고, 경질 폴리우레탄 폼은 이러한 환경에서 쉽게 크랙이 형성되는 치명적인 문제가 있다.

이에, 크랙 형성의 방지를 위해, 연질 폴리우레탄 폼층 및 경질 폴리우레탄 폼층을 적층 구조로 하여 병용하는 기술이 제안되었다. 하지만, 이 역시 크랙 방지 성능이 미흡한 문제가 있다.

따라서, 급격한 온도 변화 환경에서 크랙 방지 성능이 우수한, 단열 구조체 및 이를 적용한 LNG 저장 탱크의 개발이 필요하다.

대한민국 등록특허공보 제10-1273433호

본 발명은 급격한 온도 변화 환경에서 크랙 방지 성능이 현저히 개선된 단열 구조체 및, 이를 적용한 LNG 저장 탱크를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명은 상술한 목적의 달성을 위한 것으로, LNG를 저장하는 탱크 본체; 상기 탱크 본체의 외측 표면 상에 배치되는 연질 폴리우레탄 폼층(A); 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 외측 표면 상에 배치되고, 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B); 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)의 외측 표면 상에 배치되는 경질 폴리우레탄 폼층(C); 및 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 외측 표면 상에 배치되고, 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D);를 포함하는 LNG 저장 탱크를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)은 신율이 100% 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)은 인장강도가 100 kPa 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)은 밀도가 10 내지 100 kg/m³일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)은 인장강도가 200 kPa 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B) 내의 유리 장섬유의 함량은 1 내지 30wt%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유리 장섬유의 직경은 10 내지 30 ㎛이고, 길이는 20 내지 80 mm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B)은 적어도 1층 이상의 보강층이 삽입된 것인, LNG 저장 탱크.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A), 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B), 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C) 및 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)의 두께의 비는 1 : 3 내지 10 : 2 내지 5 : 0.05 내지 0.5일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크는, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A) 및 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B) 사이에 배치되고, 신율이 300% 이상인 고신율 폴리우레탄 층(E1)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크는, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B) 및 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C) 사이에 배치되고, 신율이 300% 이상인 고신율 폴리우레탄 층(E2)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크는, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)의 외측 표면 상에 배치되는 자외선 변성 방지층(F)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은, LNG 저장 탱크 본체의 외측 표면 상에 연질 폴리우레탄 폼층(A)을 형성하는 단계; 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 외측 표면 상에 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계; 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)의 외측 표면 상에 경질 폴리우레탄 폼층(C)를 형성하는 단계; 및 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 외측 표면 상에 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)를 형성하는 단계;를 포함하는 LNG 저장 탱크의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크의 제조방법은, 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계는, 유리 섬유 다발을 절단하여, 유리 장섬유를 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 외측 표면 상에 배치하는 것과 동시에, 폴리우레탄 원액을 스프레이하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크의 제조방법은, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)를 형성하는 단계는, 유리 섬유 다발을 절단하여, 유리 장섬유를 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 외측 표면 상에 배치하는 것과 동시에, 폴리우레탄 원액을 스프레이하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크의 제조방법은, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)을 형성하는 단계; 및 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계;의 사이에, 신율이 300% 이상인 고신율 폴리우레탄 층(E1)을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크의 제조방법은, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계; 및 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)를 형성하는 단계;의 사이에, 신율이 300% 이상인 고신율 폴리우레탄 층(E2)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크의 제조방법은, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)의 외측 표면 상에 자외선 변성 방지층(F)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 LNG 저장 탱크는, 크랙 방지 성능이 현저히 향상된 단열 구조체가 도입됨으로써, 단열 성능이 특히 우수하다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 저장 탱크의 탱크 본체 및 단열 구조체((A), (B), (C) 및 (D))의 단면을 나타낸 것이다.

본 명세서에서 어떤 구성요소(예를 들어, 층)가 다른 구성요소 "상에 배치된다"는 의미는, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 직접 배치되거나, 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것이다.

본 발명에서의 인장강도 및 신율은 특별한 언급이 없는 한, 25℃에서, 실시예에서 기재하고 있는 측정방법에 의해 측정된 인장강도 및 신율을 의미한다.

본 명세서에서의 연질 폴리우레탄 폼(또는, 연질 폴리우레탄 폼층) 및 경질 폴리우레탄 폼(또는, 경질 폴리우레탄 폼층)은 당 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 것인 바, 본 명세서에서는 그 구체적 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.

종래 LNG 저장 탱크의 경우, 단열성 확보를 위해 LNG 저장 탱크의 외측 표면을 둘러싸는 단열재로 경질 폴리우레탄 폼을 통상적으로 채용해 왔다. 하지만, 경질 폴리우레탄 폼은 LNG 저장 탱크 내 LNG의 유출입에 따른 온도 변화에 의해, 쉽게 크랙이 형성되어 단열 성능이 급격히 감소되는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해, LNG 저장 탱크의 탱크 본체 외측 표면에 배치되는 단열 구조체로, 연질 폴리우레탄 폼층 및 경질 폴리우레탄 폼층을 적층 구조로 병용하는 기술이 제안되었다. 하지만, 이 역시 크랙 방지 성능이 미흡한 문제가 있다.

이에, 본 발명자는 상술한 문제의 해결을 위해 심도있는 연구를 지속적으로 수행하였고, 그 결과, 연질 폴리우레탄 폼층; 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층; 경질 폴리우레탄 폼층; 및 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층;을 적층한 단열 구조체의 경우, 급격한 온도 변화 환경에서도 크랙 방지 성능이 우수한 것을 발견하였다.

구체적으로, 본 발명은, LNG를 저장하는 탱크 본체; 상기 탱크 본체의 외측 표면 상에 배치되는 연질 폴리우레탄 폼층(A); 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 외측 표면 상에 배치되고, 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B); 및 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)의 외측 표면 상에 배치되는 경질 폴리우레탄 폼층(C); 및 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 외측 표면 상에 배치되고, 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D);를 포함하는 LNG 저장 탱크에 관한 것이다.

즉, 본 발명의 LNG 저장 탱크는, 상기 탱크 본체의 외측 표면 상에 배치되는 단열 구조체를 포함하고, 상기 단열 구조체는 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A); 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B); 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C); 및 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)을 포함한다.

상기 단열 구조체는 상기 (A), (B), (C) 및 (D)의 조합으로, 극저온 및 급격한 온도 변화 환경에서도 크랙 형성이 현저히 방지될 수 있다. 이에, 종래 LNG 저장 탱크의 단열재에서 나타나는 크랙 형성으로 인한 단열 성능의 급격한 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 상기 단열 구조체는 상기 (A), (B), (C) 및 (D)의 조합으로, LNG 운송 시의 LNG의 하중(예를 들어, 슬로싱 하중)을 견디기 충분한 강도를 갖는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)은 신율이 100% 이상, 보다 구체적으로 100 내지 800%, 보다 좋게는 200 내지 600%일 수 있다. 이 경우, 상술한 크랙 방지 성능이 보다 우수할 수 있다.

본 발명에서 상기 탱크 본체로는, 당 기술분야에서 이미 공지된 것이 채용될 수 있고, 이에, 본 명세서에서는 그 구체적 설명을 생략한다. 다만, 예를 들면, 상기 탱크 본체의 재질은 알루미늄, 스테인리스 강, 니켈 강, 극저온용 고망간강 등일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)은 -163℃에서 신율이 4% 이상, 보다 좋게는 8% 이상, 보다 더 좋게는 12% 이상일 수 있다. 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)은 본 발명의 단열 구조체의 구성 요소 중 LNG가 저장되어 있는 LNG 탱크 본체와 가장 인접하는 층인 바, 저온에서의 신율이 확보되는 것이 크랙 방지 성능 구현에 있어 보다 유리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)은 인장강도가 50 kPa 이상, 보다 좋게는 100 kPa 이상, 보다 더 좋게는 200 kPa 이상일 수 있다. 이 경우, 본 발명의 단열 구조체는 LNG 운송 시의 LNG 하중(예를 들어, 슬로싱 하중)을 견디기에 보다 유리하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 밀도는, 5 내지 850 kg/m³, 보다 좋게는 10 내지 500 kg/m³, 보다 더 좋게는 10 내지 100 kg/m³일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)은 인장강도가 100 kPa 이상, 보다 좋게는 200 kPa 이상일 수 있다. 이 경우, 본 발명의 단열 구조체는 LNG 운송 시의 LNG 하중(예를 들어, 슬로싱 하중)을 견디기에 보다 유리하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A) 및 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B) 사이에 보강층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 보강층은, 예를 들면, 글라스 울 매트, 미네랄 울 매트, 아이언 매쉬 매트 등에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 또한, 다른 각 층 사이에도 보강층을 더 포함할 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 보강층의 외측 표면 상에, 알루미늄 시트 등의 금속 시트를 더 포함할 수 있다. 이 경우, LNG 저장 탱크 내부에서 증발 가스가 직접적으로 외부로 방출되거나, 반대로 외부에서 LNG 저장 탱크 내부로 수증기가 유입되는 것을 차단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(C) 내의 유리 장섬유의 함량은 1 내지 30wt%, 보다 좋게는 5 내지 25wt%, 보다 더 좋게는 10 내지 20wt%일 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 유리 장섬유의 직경은 1 내지 50 ㎛, 보다 좋게는 5 내지 40 ㎛, 보다 더 좋게는 10 내지 30 ㎛일 수 있다.

또한, 일부 실시예에 있어서, 상기 유리 장섬유의 길이는 1 내지 100 mm, 보다 좋게는 10 내지 90 mm, 보다 더 좋게는, 20 내지 80 mm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B)은 적어도 1층 이상의 보강층이 삽입되어 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B)은 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층과 보강층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 예를 들면, 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층/보강층/유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층의 적층 구조일 수 있다. 이때, 상기 보강층은, 예를 들면, 글라스 울 매트, 미네랄 울 매트, 아이언 매쉬 매트 등에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A), 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B), 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C) 및 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)의 두께의 비는 1 : 3 내지 10 : 2 내지 5 : 0.05 내지 0.5일 수 있다. 이 경우, 상술한 바와 같은 두께를 갖는 상기 (A), (B), (C) 및 (D)의 조합을 통해, 보다 우수한 크랙 방지 성능을 구현할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크는, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A) 및 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B) 사이에 배치되고, 신율이 300% 이상인 고신율 폴리우레탄 층(E1)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상술한 크랙 방지 성능이 현저히 우수할 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 고신율 폴리우레탄 층(E1)은 신율이 600% 이상, 보다 좋게는 650% 이상, 보다 더 좋게는 650 내지 1000%일 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크는, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B) 및 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C) 사이에 배치되고, 신율이 300% 이상인 고신율 폴리우레탄 층(E2)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상술한 크랙 방지 성능이 보다 더 향상될 수 있다. 상기 고신율 폴리우레탄 층(E2)은 상기 고신율 폴리우레탄 층(E1)과 동일한 것일 수도 있고, 상이한 것일 수도 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크는, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)의 외측 표면 또는 LNG 저장 탱크의 최외측 표면 상에 배치되는 자외선 변성 방지층(F)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)가 자외선에 의해 변성되는 것을 방지할 수 있고, 내구성이 확보될 수 있다. 이에, 우수한 크랙 방지 성능이 보다 장기간 유지될 수 있다.

또한, 본 발명은 LNG 저장 탱크 본체의 외측 표면 상에 연질 폴리우레탄 폼층(A)을 형성하는 단계; 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 외측 표면 상에 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계; 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)의 외측 표면 상에 경질 폴리우레탄 폼층(C)를 형성하는 단계; 및 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 외측 표면 상에 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)를 형성하는 단계;를 포함하는 LNG 저장 탱크의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A) 및/또는 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)은 스프레이 공법에 의해 형성할 수 있다. 구체적으로, 스프레이 장비에 폴리우레탄 원액(제조 원료)를 투입하고, 이를 목표 타겟 표면 상에 직접 발포 스프레이함으로써, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A) 및/또는 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)를 형성할 수 있다.

종래, LNG 저장 탱크의 연질 폴리우레탄 폼층 및 경질 폴리우레탄 폼층은, 슬라브, 몰딩 성형 등을 통해 폴리우레탄 폼 성형체를 별도로 제조한 후, 이를 탱크 본체의 외측 표면 상에 부착하는 방법이 주로 채용되었다. 이 경우, 공정이 다소 번잡하고, 작업시간이 장시간 요구되는 문제가 있었다. 본 발명은 상술한 스프레이 공법을 채용함으로써, 간소한 공정으로 연질 폴리우레탄 폼층(A) 및 경질 폴리우레탄 폼층(B)를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계는, 유리 섬유 다발을 절단하여 유리 장섬유를 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 외측 표면 상에 배치하는 것과 동시에 폴리우레탄 원액(경질 폴리우레탄 폼 형성용 조성물)을 스프레이하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)를 형성하는 단계는, 유리 섬유 다발을 절단하여 유리 장섬유를 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 외측 표면 상에 배치하는 것과 동시에 폴리우레탄 원액을 스프레이하는 단계를 포함할 수 있다.

종래의 유리 섬유 강화 폴리우레탄 폼층은, 유리 섬유 매트를 기재층 상에 배치한 후, 폴리우레탄 원액을 상기 유리 섬유 매트에 함침시키는 일종의 슬라브 폼 공정법(함침법)이 주로 채용되었다. 하지만, 이는 공정이 번잡하고, 작업시간이 장시간 요구되며, 특히, 폴리우레탄 원액은 원활한 함침을 위해 저점도이어야 하는 제한이 있었다.

반면, 본 발명의 일 실시예의 경우, 유리 섬유 다발을 일정 길이로 절단하여 목표 타켓 표면 상에 배치함과 동시에, 폴리우레탄 원액을 목표 타겟 상에 스프레이함으로써 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B) 및/또는 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)를 형성한다. 즉, 유리 섬유 다발이 일정 길이로 절단되어 유리 장섬유가 기재층 상에 배치되고, 이와 동시에, 폴리우레탄 원액이 스프레이되어 유리 장섬유를 함침시키며 반응하여, 매트릭스가 됨으로써, 유리 장섬유가 분산된 폴리우레탄 폼층(또는, 폴리우레탄 층)이 형성될 수 있다. 이에, 공정이 간소하고, 작업 시간도 확연하게 감소될 수 있다. 특히, 폴리우레탄 원액에 대한 점도 제한이 없어, 그 선택의 폭이 넓은 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크의 제조방법은, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)을 형성하는 단계; 및 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계;의 사이에 신율이 300% 이상인 고신율 폴리우레탄 층(E1)을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크의 제조방법은, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계; 및 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)을 형성하는 단계;의 사이에, 신율이 300% 이상인 고신율 폴리우레탄 층(E2)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)은, 특별한 제한 없이, 당 기술분야에 공지된 연질 폴리우레탄 폼 제조 원료 및 제조 방법에 의해 형성될 수 있다. 다만, 형성된 연질 폴리우레탄 폼층의 신율은 100% 이상인 것이 좋으며, 이에, 제조 원료가 적절히 선택되는 것이 좋다.

일부 실시예에 있어서, 상기 연질 폴리우레탄 폼층의 제조 원료는 폴리올, 디이소시아네이트(TDI, MDI, 변성 MDI 등), 촉매, 정포제(silicone surfactant 등), 발포제(H₂O 등) 등을 포함할 수 있다. 부수적으로, 가교제(DEOA, TEOA, glycerin 등) 및 쇄연장제(1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올 등)를 더 포함할 수 있다. 기타 첨가제(예를 들어, 난연제, 셀 개방제, 셀 조절제 등)를 더 포함할 수도 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 폴리올 대신, 아민 폴리올을 사용하거나, 또는 이들을 혼합 사용할 수도 있다. 이때, 상기 폴리올의 분자량은 1000 내지 7000일 수 있고, 상기 아민 폴리올의 분자량은 1000 내지 6000일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.

일부 실시예에 있어서, 상기 폴리올은 OH value(OHV)가 20 내지 50 mgKOH/g, 보다 좋게는 30 내지 45 mgKOH/g일 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 폴리올은 EO-capped 폴리올일 수 있다. EO-capping도는 5% 이상, 보다 좋게는 10% 이상, 보다 더 좋게는 15% 이상일 수 있다. 이 경우, 보다 우수한 신율이 구현될 수 있다.

상기 폴리올로는, 예를 들면, KPX社의 FA703, KE803, FA 103; 바스프社의 L2095, L2090, L2047, GE 226 등이 사용될 수 있다.

상기 디이소시아네이트로는, 예를 들면, 바스프社의 MP102, MP105, MM-103C, KC6500/B, KC6005/174 등이 사용될 수 있다.

상기 정포제로는, 예를 들면, 모멘티브社의 L3002; 에보닉社의 B8870, O-501; 멘오버社의 S702 등이 사용될 수 있다.

상기 촉매로는, 예를 들면, 모멘티브社의 A-1, PMDETA; 에보닉社의 TEDA-33LV; 송원산업社의 DBTDL 등이 사용될 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)은 당 기술분야에 공지된 경질 폴리우레탄 폼 제조 원료 및 제조 방법에 의해 형성될 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 경질 폴리우레탄 폼층(B)의 제조 원료는 폴리올, 디이소시아네이트(polymeric MDI 등), 촉매, 정포제(silicone surfactant 등), 발포제(HCFC141b, HFCs, HFOs, pentane류 등) 등을 포함할 수 있다. 부수적으로, 가교제(DEOA, TEOA, glycerin 등) 및 쇄연장제(1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올 등)를 더 포함할 수 있다. 기타 첨가제(예를 들어, 난연제)를 더 포함할 수도 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 폴리올 대신, 아민 폴리올을 사용하거나, 또는 이들을 혼합 사용할 수도 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 디이소시아네이트는 NCO%가 20% 이상, 또는 30% 이상일 수 있다.

일부 실시예에 있어서, 상기 폴리올은, OH value(OHV)가 150 mgKOH/g 이상, 보다 좋게는 200 mgKOH/g 이상일 수 있다.

상기 폴리올로는, 예를 들면, KPX社의 HS209, KR500; 바스프社의 RP-709, TA360, L3700 등이 사용될 수 있다.

상기 디이소시아네이트로는, 예를 들면, 바스프社의 M20S 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 정포제로 에보닉社의 B8409, LK443 등이 사용될 수 있다.

상기 촉매로는, 예를 들면, 모멘티브社의 A-1; 에보닉社의 TEDA-33LV, PC-9; 송원산업社의 DBTDL 등이 사용될 수 있다. 물론, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B)의 형성에 사용되는 폴리우레탄 원액(제조 원료)은, 당 기술분야에서 채용될 수 있는 경질 폴리우레탄 폼 제조 원료가 특별한 제한 없이 채용될 수 있다. 예를 들면, 상술한 경질 폴리우레탄 폼층(C) 형성에 사용되는 경질 폴리우레탄 폼 제조 원료가 마찬가지로 채용될 수 있다.

본 발명에서, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)의 형성에 사용되는 폴리우레탄 원액(제조 원료)은 당 기술분야에서 이미 공지된 다양한 폴리우레탄 제조 원료를 채용할 수 있다. 예를 들면, 상술한 연질 폴리우레탄 폼층 또는 경질 폴리우레탄 폼층 형성에 사용될 수 있는 제조 원료가 채용될 수 있다. 다만, 후술하는 고신율 폴리우레탄 층(E1) 또는 (E2)의 형성에 사용되는 제조 원료가 채용되는 것이 크랙 방지 성능 발현에 보다 좋을 수 있다. 또한, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)은 발포제를 포함하지 않는 제조 원료로부터 형성되어, 발포층이 아닌, 무발포층일 수 있다.

본 발명에서, 상기 고신율 폴리우레탄 층(E1) 및/또는 고신율 폴리우레탄 층(E2)은, 예를 들면, 폴리우레탄 엘라스토머를 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A) 또는 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B)의 외측 표면 상에 도포, 건조함으로써 형성할 수 있다.

이때, 상기 고신율 폴리우레탄 층(E1) 및 상기 고신율 폴리우레탄 층(E2)을 형성시키기 위해 사용되는 폴리우레탄 엘라스토머는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 다만, 300% 이상의 신율을 갖는 것이어야 한다.

상기 폴리우레탄 엘라스토머로는, 300% 이상의 신율을 갖는 것이라면 특별한 제한 없이, 당 기술 분야에서 공지된 것들이 채용될 수 있으며, 예를 들면, 시판 중인 국도화학社의 POLYDOKP 300A/B, 유원플렛폼社의 UE 9001A/B 등이 채용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고신율 폴리우레탄 층(E1) 및/또는 상기 고신율 폴리우레탄 층(E2)의 형성은 RIM(reaction injection molding) 공법에 의해 실시될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 LNG 저장 탱크의 제조방법은, 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)의 외측 표면 상에 자외선 변성 방지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 자외선 변성 방지층은, 예를 들면, 시판 중인 TOTALBOAT社의 겔코트, Fibreglast社의 682, 애경화학社의 겔코트 등을 상기 고신율 폴리우레탄 층(D1)의 외측 표면 상에 도포, 건조함으로써 형성할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다.

25℃에서의 신율은 DIN 53 504에 의거하여, 폴리우레탄 폼의 셀 방향에 대해 수직으로 측정하였다.

또한, -163℃에서의 신율은 액화 질소 챔버 안에서 DIN 54 504에 의거하여, 폴리우레탄 폼의 셀 방향에 대해 수직으로 측정하였다.

인장강도 또한, DIN 53 504에 의거하여 측정하였다.

밀도는 DIN 53 479에 의거하여 측정하였다.

[실시예 1]

다음과 같이, 고망간강 용기의 표면 상에 연질 폴리우레탄 폼층(A), 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B), 경질 폴리우레탄 폼층(C) 및 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)를 순서대로 형성하였다.

(1) 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 형성

고망간강 용기의 표면 상에 연질 폴리우레탄 폼층(두께: 약 50 mm)을 스프레이 공법에 의해 형성하였다.

상기 연질 폴리우레탄폼층의 형성에 사용된 원료는 다음과 같다.

KPX社의 FA703 80중량부 및 바스프社의 L2095 20중량부를 혼합한 폴리올 100중량부에 대해, 실리콘계 정포제 1중량부(모멘티브社, L3002), 촉매(모멘티브社, A-1) 4중량부, 난연제로 트리스(1-클로로-2-프로필) 포스페이트 10중량부 및 발포제로 물 3.2중량부를 혼합한 후, 다음으로, 변성 MDI 경화제(바스프社의 KC6005/174; NCO 18.4%)를 상기 폴리올과의 NCO/OH 당량이 1.20가 되도록 투입하여 사용하였다.

시편을 제조하여, 물성을 측정한 결과, 인장 강도는 225 kPa, 신율은 245%, 극저온(-163℃) 신율은 4.5%, 밀도는 57 kg/m³으로 측정되었다.

(2) 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)의 형성

유리 섬유 다발(2200 내지 4400 tex, 개별 직경: 17 내지 24 ㎛)을 일정 길이(약 30 mm)로 절단하여, 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 외측 표면 상의 일부분에 배치하는 것과 동시에 동일 부분에 대해 폴리우레탄 원액을 스프레이 하였다. 이러한 공정을 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 외측 표면 전부분에 대해 실시한 후, 건조함으로써, 약 200 mm 두께의 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하였다.

상기 폴리우레탄 원액으로는 KPX社의 HS 209 30중량부, 바스프社의 RP-709 40중량부 및 TA360 30중량부를 혼합한 폴리올 100중량부에 대해, 트리에탄올아민 10중량부, 실리콘계 정포제(에보닉社, B8409) 1.5중량부, 촉매로 모멘티브社의 A-1 1중량부 및 에보닉社의 TEDA-33LV 3.5중량부, 난연제로 트리스(1-클로로-2-프로필) 포스페이트 40중량부, 발포제로 물 1.5중량부 및 HFCs(honeywell社의 HFC245fa및 솔베이社의 HFC365 mfc 7:3 중량비로 혼합) 35중량부를 혼합한 후, 다음으로, 폴리머릭 MDI 경화제(바스프社의 M20S)를 상기 폴리올과의 NCO/OH 당량이 1.25가 되도록 투입하여 사용하였다.

(3) 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 형성

상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)의 외측 표면 상에 경질 폴리우레탄 폼층(두께: 약 150 mm)을 스프레이 공법에 의해 형성하였다.

상기 경질 폴리우레탄 폼층의 형성에 사용된 원료는 다음과 같다.

KPX社의 HS 209 30중량부, 바스프社의 RP-709 40중량부 및 TA360 30중량부를 혼합한 폴리올 100중량부에 대해, 트리에탄올아민 10중량부, 실리콘계 정포제(에보닉社, B8409) 1.5중량부, 촉매로 모멘티브社의 A-1 1중량부 및 에보닉社의 TEDA-33LV 3.5중량부, 난연제로 트리스(1-클로로-2-프로필) 포스페이트 40중량부, 발포제로 물 1.5중량부 및 HFCs(honeywell社의 HFC245fa및 솔베이社의 HFC365 mfc 7:3 중량비로 혼합) 35중량부를 혼합한 후, 다음으로, 폴리머릭 MDI 경화제(바스프社의 M20S)를 상기 폴리올과의 NCO/OH 당량이 1.25가 되도록 투입하여 사용하였다.

(4) 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)의 형성

유리 섬유 다발(2200 내지 4400 tex 및 개별 직경: 17 내지 24 ㎛)을 일정 길이(약 30 mm)로 절단하여, 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 외측 표면 상의 일부분에 배치하는 것과 동시에, 동일 부분에 대해 폴리우레탄 원액을 스프레이 하였다. 이러한 공정을 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 외측 표면 전부분에 대해 실시한 후, 건조함으로써, 약 5 mm 두께의 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)을 형성하였다.

상기 폴리우레탄 원액으로는 폴리아민(헌츠만社 jeffamine D2000) 72중량부, 경화제(헌츠만社 SUPRASEC 2054) 100중량부 및 가교제(에틸코퍼레이션社, DETDA) 28중량부을 혼합 사용하였다.

시편을 제조하여, 물성을 측정한 결과, 신율은 349%로 측정되었다.

[실시예 2]

고망간강 용기의 표면 상에 연질 폴리우레탄 폼층(A), 고신율 폴리우레탄 층(E1), 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B), 경질 폴리우레탄 폼층(C) 및 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)를 순서대로 형성하였다.

상기 고신율 폴리우레탄 층(E1)은 RIM 공법에 의해 약 5 mm 두께를 가지도록 형성하였다.

상기 고신율 폴리우레탄 층(E1)의 형성을 위한 원료로는 폴리아민(헌츠만社 jeffamine D2000) 72중량부, 경화제(헌츠만社 SUPRASEC 2054) 100중량부 및 가교제(에틸코퍼레이션社, DETDA) 28중량부을 혼합 사용하였다.

[실시예 3]

고망간강 용기의 표면 상에 연질 폴리우레탄 폼층(A), 고신율 폴리우레탄 층(E1), 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B), 고신율 폴리우레탄 층(E2), 경질 폴리우레탄 폼층(C) 및 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)를 순서대로 형성하였다.

고신율 폴리우레탄 층(E2)는 약 5 mm의 두께로 형성하였으며, 실시예 2의 고신율 폴리우레탄 층(E1)과 동일한 원료 및 방법을 통해 형성시켰다.

[비교예 1]

고망간강 용기 표면 상에 약 400 mm 두께의 경질 폴리우레탄 폼층(C)만 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[비교예 2]

고망간강 용기 표면 상에 약 200 mm 두께의 연질 폴리우레탄 폼층(A) 및 약 200 mm 두께의 경질 폴리우레탄 폼층(C)만 형성시킨 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

[평가] 크랙 방지 성능 평가

실시예 및 비교예의 고망간강 용기에 액화 질소를 넣고, 상온에서 1주일간 방치하였다. 이후, 액화 질소를 제거한 후, 상온에서 다시 1주일간 방치하였다. 이를 1회로 하여 반복적으로 실시하며, 실시예 및 비교예의 최외층 표면 상에 크랙이 발생하는지 여부를 확인하였다.

크랙이 최초로 발생한 때의 실시 횟수를 확인하여, 표 1에 기재하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
횟수	11	15	17	3	5

상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예의 경우, 비교예에 비해 크랙 방지 성능이 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.

Claims

LNG를 저장하는 탱크 본체;
상기 탱크 본체의 외측 표면 상에 배치되는 연질 폴리우레탄 폼층(A);
상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 외측 표면 상에 배치되고, 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B);
상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)의 외측 표면 상에 배치되는 경질 폴리우레탄 폼층(C); 및
상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 외측 표면 상에 배치되고, 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D);를 포함하는 LNG 저장 탱크에 있어서,
상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)와 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B) 사이, 및 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B)과 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C) 사이에서 선택되는 어느 하나 또는 이 둘 모두에 신율이 300% 이상인 고신율 폴리우레탄 층이 배치되는 것인, LNG 저장 탱크.
제 1항에 있어서,
상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)은 신율이 100% 이상인, LNG 저장 탱크.
제 1항에 있어서,
상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)은 인장강도가 100 kPa 이상인, LNG 저장 탱크.
제 1항에 있어서,
상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)은 밀도가 10 내지 100 kg/m³인, LNG 저장 탱크.
제 1항에 있어서,
상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)은 인장강도가 200 kPa 이상인, LNG 저장 탱크.
제 1항에 있어서,
상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B) 내의 유리 장섬유의 함량은 1 내지 30wt%인, LNG 저장탱크.
제 6항에 있어서,
상기 유리 장섬유의 직경은 10 내지 30 ㎛이고, 길이는 20 내지 80 mm인, LNG 저장 탱크.
제 1항에 있어서,
상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B)은 적어도 1층 이상의 보강층이 삽입된 것인, LNG 저장 탱크.
제 1항에 있어서,
상기 연질 폴리우레탄 폼층(A), 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B), 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C) 및 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)의 두께의 비는 1 : 3 내지 10 : 2 내지 5 : 0.05 내지 0.5인, LNG 저장 탱크.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)의 외측 표면 상에 배치되는 자외선 변성 방지층(F)를 더 포함하는, LNG 저장 탱크.
LNG 저장 탱크 본체의 외측 표면 상에 연질 폴리우레탄 폼층(A)을 형성하는 단계;
상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 외측 표면 상에 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계;
상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)의 외측 표면 상에 경질 폴리우레탄 폼층(C)를 형성하는 단계; 및
상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 외측 표면 상에 유리 장섬유를 포함하는 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)를 형성하는 단계;를 포함하는 LNG 저장 탱크의 제조방법으로서,
상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)을 형성하는 단계;와 상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계;의 사이, 및 상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계;와 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)을 형성하는 단계;의 사이에서 선택되는 어느 하나 또는 이 둘 모두에 신율이 300% 이상인 고신율 폴리우레탄 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, LNG 저장 탱크의 제조방법.
제 13항에 있어서,
상기 유리 장섬유 강화 경질 폴리우레탄 폼층(B)을 형성하는 단계는,
유리 섬유 다발을 절단하여, 유리 장섬유를 상기 연질 폴리우레탄 폼층(A)의 외측 표면 상에 배치하는 것과 동시에, 폴리우레탄 원액을 스프레이하는 단계를 포함하는, LNG 저장 탱크의 제조방법.
제 13항에 있어서,
상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)를 형성하는 단계는,
유리 섬유 다발을 절단하여, 유리 장섬유를 상기 경질 폴리우레탄 폼층(C)의 외측 표면 상에 배치하는 것과 동시에, 폴리우레탄 원액을 스프레이하는 단계를 포함하는, LNG 저장 탱크의 제조방법.
삭제
삭제
제 13항에 있어서,
상기 유리 장섬유 강화 폴리우레탄 층(D)의 외측 표면 상에 자외선 변성 방지층(F)를 형성하는 단계를 더 포함하는, LNG 저장 탱크의 제조방법.