KR19980702755A

KR19980702755A - 분리장치의 벨트 구조

Info

Publication number: KR19980702755A
Application number: KR1019970706162A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 알. 휘틀록; 제임스 엘. 래시치; 필립 에스. 카나다
Original assignee: 비트너 제임스 디이; 세퍼레이션테크놀로지스,인코포레이티드
Priority date: 1995-03-03
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1998-08-05
Also published as: BR9607639A; DE69616039D1; JP3973683B2; FI973583A0; DE69616039T2; PL322051A1; US5819946A; CN1089780C; EP0813569A4; FI973583A; DK0813569T3; RU2152263C1; PL186759B1; CA2214011A1; AU5029996A; PT813569E; CA2214011C; CN1177362A; AU718860B2; JPH11501688A

Abstract

벨트 분리장치에 사용하며 호스트 폴리머와 첨가제로 구성되는 개선된 벨트에 관한 것이다. 벨트는 압출공정에 의해 형성된다. 호스트 폴리머와 첨가제는 화학적 특성 및 물리적 특성을 구비한 벨트가 되도록 선택된다.

Description

분리장치의 벨트 구조

벨트 분리장치(BSS)는 마찰전기효과(즉, 표면 접촉에 의한 입자의 대전)에 기초한 혼합물의 입자조성물의 분리에 사용된다. 대전입자는 그 각각의 대전에 기초하여 전계에서 분리된다. 벨트 분리장치의 실시예가 미국 특허 4,839,032호와 미국 특허 4,874,507호가 참고로 표시되어 있다.

BSS는 전계에 대해 가로지르는 방향에서 대전입자를 이동시키므로써 분리작업을 보조하는 이송벨트를 포함하고 있다. 이러한 과정이 진행되는 동안, 벨트는 대부분의 마찰력에 노출되고, 따라서, 벨트는 높은 내마모성이 요구된다. 또, 벨트는 사용하고 있는 동안 긴장상태를 유지해야 하므로, 굴곡성이 좋은 재료로 만들어져야 한다.

현재 BSS에서 사용되고 있는 벨트는 직물로 만들어졌다. 그런데, 이들 재료는 내마모성이 비교적 낮아, 사용수명이 짧다. 또, 직물은 비교적 제한된 범위의 재료를 사용하여 제조된다. 따라서, 이들 재료는 한정된 범위에서의 화학적 물리적 특성을 나타낸다.

화학적 특성 및 물리적 특성의 다양성을 제공하는 표준압출공정에 의해 다중 성분 재료를 생산하는 것이 알려져 있다. 그런데, 이들 재료의 대부분은 굴곡성이 떨어지기 때문에 BSS용 벨트에는 사용할 수 없었다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 극히 경제적으로 분리할 수 있도록 개선된 재료를 제공하여 BSS장치에서의 벨트로 사용할 수 있는, 압출이 가능한 다중 성분의 재료를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 일반적으로, 마찰전기계열표(triboelectric series) 내의 필요한 위치에서 내마모성이 개선된 벨트에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 벨트를 사용할 수 있는 벨트 분리 장치의 한 예를 도식적으로 표시한 도면이다.

벨트 분리 장치에 있어서, 본 발명은, 벨트의 재료로서 압출재를 사용한다. 압출재는 BSS에 사용되기 적합한 화학적 특성 및 물리적 특성을 갖도록 선택된다. 벨트는 압출재(예를 들면, 호스트 폴리머)에 분산된 첨가제를 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 호스트 폴리머라 하는 단어는 반복되는 화학단위와 결합되는 중합반응 생성물을 의미한다. 호스트 폴리머의 예로는 올레핀이나 아미드 등과 같은 모노머 단위의 동성중합체(homopolymer)와 공중합체가 포함된다. 호스트 폴리머와 첨가제는 최종 물질의 전체 특성이 필요한 값에 일치되는 것에서 선택된다. 특히, 호스트 폴리머와 첨가제는 마찰전기계열표 내의 벨트 재료의 위치와 벨트 분리 장치에 사용 가능한 분리특성과 분리범위 모두가 개선된 벨트 재료의 내마모성이 선택된다.

본 발명은 새로운 압출재를 포함한다. 압출재는 호스트 폴리머로 구성되며, 첨가제를 포함할 수 있다. 호스트 폴리머와 첨가제는 내마모특성과 재료의 마찰전기계열표의 위치가 필요한 값에 따르도록 선택된다.

본 발명은 BBS 등과 함께 재료의 구성요소의 정전형 분리에 사용하는 압출재로 구성되는 새로운 벨트를 포함한다. 벨트는 호스트 폴리머로 구성되며, 첨가제를 포함할 수 있다.

벨트 분리 장치는 입자 혼합물 성분의 분리에 마찰정전기방법을 사용한다. 그 조작은, 서로 마찰되었을 때 다른 대전을 나타내는 유사하지 않은 재료의 마찰대전특성을 이용한다. BSS장치는 분리되도록 재료의 요소에 활성적으로 접촉하며, 요소의 각각의 대전에 기초한 각각으로부터 요소(즉, 생성물과 찌꺼기)가 분리되도록 강한 대전효과를 이용한다.

도 1에 BSS장치(10)의 한 예가 도식적으로 표시되어 있다. 이러한 BSS장치는 이미 알려져 있다. 벨트분리장치(10)는, 대체로 편평하고 평행하며 고정된 전극(2,4,6)으로 구성된다. 전계는 전극과 벨트 사이에 존재한다. 예를 들어서, 도 1에 표시된 바와 같이, 전극(2)과 전극(4,6) 사이에서 전계가 생성되어 전극(4,6)이 음전기로 대전되는 동안, 전극(2)은 양전기로 대전될 수 있다. 전극(2,4)과 전극(6) 사이에는 개방체눈 이송벨트(8)의 2개의 섹션(7,9)이 있다. 벨트(8)의 섹션(7,9)은 대향방향으로 이동하며, 재료를 이송하여 전극(2)을 따라 이동하는 인접한 입자의 방향에 대향하는 방향의 전극과 인접한 공급영역(16)으로 공급한다. 벨트(8)의 움직임은 전극(2,4)과 전극(6) 사이의 고전단영역에서 입자를 교란하여 높은 교란을 발생한다. 이것은 활성적인 입자 대 입자의 접촉을 생성하고, 벨트(8)와 입자 모두의 높은 정전대전을 유도한다. 전계는, 음전대전된 요소가 전극(2)을 향하여 이동하는 동안 양전대전된 요소는 전극(4,6)을 향하여 이동한다. 입자는 대체로 개방체눈 이송벨트(8) 사이로 이동할 수 있으며, 개방체눈 이송벨트(8)와의 접촉시에 입자는 그 대전에 따른 대향방향으로 이동한다. 이것은 생성물과 불량입자(즉, 대향대전의 입자)의 역전류흐름에 의한 것이다. 입자가 이송됨에 따라 연속적으로 교란되며, 입자는 접촉하여 대전된다.

혼합물에서 입자가 나타내는 대전신호는 유인하고자 하는 전극의 극성을 설정하며, 따라서, 개방체눈 이송벨트(8)가 입자를 이송하는 방향이 설정된다. 이 대전신호는 입자의 대전 친화력에 의해 설정되며, 이것은, 일 함수(표면으로부터 전자를 이동시키기 위하여 필요한 에너지)이며, 접촉하는 입자의 일 함수이다. 입자의 일 함수는 또, 페르미에너지로 알려져 있다. 2개의 입자가 접촉하면, 높은 일 함수와 함께 입자는 전자를 얻어서 음전기로 대전된다. 예를 들어서, 무기질 산화입자는 대체로 높은 일 함수를 보유하며, 석탄류는 대체로 낮은 일 함수를 보유한다. 그러므로, BSS장치(10)를 사용하여 석탄으로부터 무기질 산화입자를 분리하는 동안, 석탄은 양전대전되며, 무기질 산화입자는 음전대전된다. 그 결과, 석탄입자는 음전극(4,6)에 유인되고, 무기질 산화입자는 양전극(2)을 향하여 끌어당겨진다.

도 1을 참조하면서, 석탄으로부터 무기질 산화입자의 분리가 진행되는 동안의 BSS장치(10)의 작동의 정상모드에 대해 설명한다. 벨트는 공급영역(16)을 보유한 분리기의 측면에서 하향으로 이동한다. 인접한 전극(4,6)은 음극을 유지한다. 이러한 구성과 함께, 양전대전되는 석탄은 벨트에 의해 생성물 제거섹션(14)으로 하향이동하며, 음전대전되는 무기질 산화입자는 벨트에 의해 불량제거섹션(12)으로 상향이동한다.

이것은 또한 BSS장치가 전극(2,4,6)의 극성과 벨트(8)의 이동방향의 변화에 의해 다른 3가지 모드로 작동될 수 있다. 작동의 제2모드에 있어서, 개방체눈 이송벨트(8)는 도 1에 표시한 바와 같이 전극(2,4,6)이 대전된 상태로 남아있는 동안 시계방향으로 이동한다. 도 1에 표시된 바와 같이 벨트(8)가 반시계방향으로 이동하는 동안 작동의 제3모드는 대향극성에서 전극(2,4,6)을 보유하며, 작동의 제4모드는 벨트(8)가 시계방향으로 이동함과 함께, 도 1에 표시된 바와 같이 대향하여 대전된 전극(2,4,6)을 보유한다. 도 1에 표시된 BSS장치의 작동모드는 음의 백다운에 기인하는 것이며, 제2모드, 제3모드, 제4모드는 각각 음의 백업, 양의 백다운 및 양의 백업에 기인하는 것이다. 분리에 사용되는 입자 배열은 생성물과 불량입자의 대전되는 특성(즉, 생성물과 불량입자의 대전 신호)에 기인하는 것이다. 일반적으로, 양전대전되는 입자에 있어서, 음의 백다운모드가 실시되며, 음전대전되는 입자에 잇어서는 양의 백다운모드가 실시된다.

이송벨트(8)는 분리를 실시하는데 사용되는 입자의 역전류를 생성하는데, 이것은 입자가 자계의 영향 하에서 한 흐름으로부터 다른 흐름으로 이송하도록 해야 한다. 그러므로, 벨트(8)는 입자 궤도에 최소한으로 간섭해야 하며, 따라서, 벨트(8)는 대체로 개방영역을 보유할 필요가 있다. 이것은, 입자가 벨트영역을 통과하여 이동할 수 있어야 한다. 벨트(8)는 또한 전극(2,4,6)을 지나가서 청소해야 하며, 입자 대 입자 접촉의 접촉과 이에 의한 접촉배전을 발생하도록 기계적 에너지를 제공해야 한다. 그러므로, 긴 수명을 유지하기 위해서는, 벨트(8)를 구성하는 재료는 내마모성이 있고, 강도가 충분하며, 마찰계수가 낮아야 한다. 또, 벨트(8)는 전극(2,4,6)과 접촉하기 때문에, 전극(2)이나 전극(4)이 전극(6)과 단락되거나 전계에 역효과를 주는 것을 피할 수 있도록 비도전성 재료로 만들어야 한다. 또한, 벨트(8)는 BSS장치(10)가 사용되는 상태에 따른 내화학성이 있어야 하며, 저렴한 비용으로 쉽게 제조할 수 있는 구조이어야 한다.

본 발명은, 마찰전기계열표에서 필요한 위치를 보유하는 압출벨트로 구성되며, 내마모성과 굴곡성이 모두 좋은 상태를 유지하면서 BSS장치(10)의 모든 성능과 특성이 최대이다. 마찰전기계열표에서의 물질의 위치는 마찰전기계열표에 있는 다른 물질에 대해 마찰전기가 대전되는 동안 나타내는 물질의 대전극성에 의해 설정된다. 마찰전기계열표에 있어서의 물질의 위치는 물질의 일 함수에 의한 것이다. 마찰전기계열표에 있어서의 물질의 번호와 그 상대위치는 표 1에 표시되어 있다. 이 표에 기초하여, 제1물질이 제2물질에 대해 마찰전기계열표에서 상대적으로 높다는 것을 설명할 수 있으며, 이것은 제2물질이 제1물질과 마찰될 때 음의 상태로 대전되는 경향이 있다는 것을 의미한다. 또는, 제1물질이 제2물질에 대해 마찰전기계열표에서 상대적으로 낮다는 것을 설명할 수 있으며, 이것은 제2물질이 제1물질과 마찰될 때 양의 상태로 대전되는 경향이 있다는 것을 의미한다.

물 질	극성
멜라민 시아누레이트, 에틸렌 비스-스테아르아미드	양극성음극성
아미노실란
나일론, 실란처리 활석
아라미드, 실란처리 활석
비처리 활석
폴리에틸렌
마이크로보강 PTFE, 플루오르화 중합체
폴리테트라플로로에틸렌

BSS장치에 있어서, 각각의 독립적인 입자의 표면영역은 벨트(8)의 표면영역보다 적어야 하며, 벨트(8)의 표면영역은 모든 입자의 결합된 표면영역보다 작아야 한다. 그러므로, 벨트(8)의 대전특성은 벨트(8)와의 접촉으로부터 입자의 대전효과는 비교적 작다. 그런데, 벨트(8)는 입자-벨트의 접촉을 개재하여 대전되도록 될 수 있으므로, 이 대전은 전극(2,4)과 전극(6) 사이의 전계에서의 실질적인 효과를 가질 수 있다. 예를 들어서, 석탄으로부터 무기질 산화물이 분리되는 동안 벨트(8)가 음전기로 대전되면, 석탄입자의 양전대전은, 생성물-이송영역(17)에서의 벨트(8)의 음전대전에 의해 보정된다. 이것은, 전계의 붕괴 전에 대전으이 정도가 높아지도록 하는 것이다. 반대로, 벨트(8)가 불량이송영역(14)에서 음전대전되면, 높은 음전대전은 불량입자의 코로나대전을 유도하며, 생성물을 오염시킨다. 따라서, 본 발명은, 입자 분리에서의 그 사용을 고정하도록 조정하는 전기극성의 신호를 보유할 수 있는 물질을 포함한다. 이것은, 벨트(8)의 재료의 특성이 광범위하게 변화할 수 있는 방법을 사용하여 제조할 필요가 있다.

BSS장치(10)에 사용하는 벨트(8)를 제작할 때 고려해야 할 다른 관점은, 사용하는 동안 변화하는 벨트(8)의 길이의 총량이다. BSS장치(10)가 작동되는 동안, 벨트(8)는 때때로 긴장상태로 된다. 벨트(8)가 그 본래의 길이로부터 5% 이상 신장되면, 늘어진 벨트를 긴장시키는 일과 분리의 품질 중의 어느 한가지 혹은 모두에 대해 역으로 영향을 준다. 결과적으로, 벨트(8)의 굴곡특성이 그 사용수명을 제한하게 된다. 그러므로, 진행되는 동안 실제적으로 벨트(8) 길이의 변화가 없이(즉, 벨트(8)는 굴곡에 대한 내구성이 우수해야 한다), 장기간동안 BSS장치(10)가 가동되도록 하는 재료로 벨트를 만들 필요가 있다. 본 발명은 이러한 벨트를 제공한다.

지금까지, 직물벨트는 BSS장치(10)와 같은 분별장치에 사용되어져 왔다. 직물섬유가 종종 기계적인 적용으로 구성되어지는 동안, 이 벨트는 상대적으로 낡은 옷을 착용하고 BSS적용에 저항하는 것을 나타낸다. 따라서, 그것은 비교적 단시간에 사용되어진다. 또한, 직물벨트의 제조비용은 고가이고, 그와 같은 벨트의 제조시간은 비교적 많이 걸린다. 또한, 직물벨트는 비교적 재료조성물의 범위가 한정되어 있고 벨트의 전하특성(예를 들면, 마찰전기열내의 범위)인 비교적 질이 나쁜 것으로 분별되어진다. 부가적으로, 직물벨트에 적용되는 개방지역은 압출벨트재료를 덜 사용하게 된다. 본 발명의 실시예 에서는, 벨트가 개방지역에 적어도 40%조성된다. 또, 다른 실시예 에서는 벨트가 개방지역에 적어도 70%조성된다.

본 발명은 압출성형하여 조성되어지고, 폴리머(예를 들면, 호스트폴리머)는 적어도 하나의 첨가제를 포함한다. 압출성형된 재료는 호스트폴리머로 조성되거나 혹은 첨가물없이 제조되어지는 본 발명의 또 다른 방법이 사용되고 있지만, 이 많은 재료는 회학제품에 사용되지 않고, 본 발명의 물리적인 특성에 작용을 미친다. 어떤 다중요소, 압출성형한 재료의 저저항을 나타내는 선행기술을 설명한다. 그러나, 여기서, 본 발명에 따르면, 어떤 재료는 BSS인 벨트에 사용할 필요가 있는 화학적이고 물리적인 성질로 표준적인 압출성형처리로 형성되어진다. 따라서, 본 발명의 호스트폴리머와 첨가물은 부저항, 저저항과 전하특성의 BSS장치(10)인 벨트(8)에 사용되어지는 것을 설명한다. 부가적으로, 그와 같은 벨트는 압출성형재료로조성되어지고, 비용과 함께 수반되는 노동력이 크게 감소되며, 직물벨트와 유사한 생산물질이 이루어지게 된다.

본 발명에 따라 사용되어지는 폴리머는 단축지향, 2축지향 또는 지향되어지지 않는 것으로 이루어진다. 이 폴리머는 호스트폴리머 또는 코폴리머중의 어느 하나로 이루어진다. 또한, 이 폴리머는 실모양, 가지모양 또는 교차결합으로 형성되어진다. 부가적으로, 이 폴리머는 엘라스토머와 플라스틱을 포함한다. 여기서 플라스틱은 폴리머를 나타내는 것으로, 대체로 스트레스에 적용되어 연장되는 것으로 변화되고, 대체로 스트레스의 감소후에 원래모양대로 복귀되지는 않는다. 여기서 엘라스토머는 폴리머를 뜻하는 것으로, 대체로 스트레스 적용의 연장을 보유하여 변형하게 되고, 대체로 열가소성조성물과 같은 스트레스의 감소후에 원래모양대로 복귀된다. 본 발명에 따른 폴리머는 또한 열경화성물질로 이루어진다.

본 발명에 따른 폴리머는 바람직하게 저비용으로 이루어진다. 이 실시예 에서는, 폴리머는 중형의 고결정도를 보유하는 플라스틱으로 이루어진다. 중형의 고결정도에 의한 폴리머의 결정도는 적어도 약 10%이다. 또 다른 실시예 에서는, 본 발명에 따른 폴리머가 형성되어진 적어도 하나의 FDA조정에 따라 동의하는 식품접촉으로, 예를 들면, 21C.F.R, 175.300, 173.320, 179.45 또는 181.28이다. 여전히 또 다른 실시예에서 폴리머는 압출성형한 처리도를 나타낸다. 압출성형한 처리도는 여기서 폴리머를 압출성형하여 처리하는데 사용하는 공통적인 장치가 적합하다. 또 하나의 실시예인 폴리머는 적어도 약10¹⁰Ω-㎝의 저항력을 의미하는 고전기저항력을 나타낸다.

폴리머 사이에는 마찰전기열의 비금속성부분, 폴리올레핀의 호스트폴리머 또는 코폴리머를 포함하고, 예를 들면, 폴리에틸렌의 고밀도(HDPE), 중형밀도 폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌, 직선의 저밀도 폴리에틸렌으로 형성된다. 또한, 이 폴리올레핀은 적어도 12000분자량을 보유한다. 또 다른 실시예 에서는, HDPE가 호스트폴리머로 조성된다. 폴리머는 본 발명의 호스트폴리머로 조성되며 더욱 바람직하게는 마찰전열의 전자양성부분은 호스트폴리머 또는 폴리아미드의 코폴리머를 포함하고, 예를 들면, 나일론6, 나일론6,6, 나일론11, 나일론12와 나일론6,12를 포함하게 된다. 또 다른 실시예 에서는, 나일론6은 호스트폴리머로 조성된다. 그러나, 몇몇 호스트폴리머는 여기에 목록되어 있는 바와 같이, 화학적이고 물리적인 성질을 요구하는 것으로 본 발명의 호스트폴리머로 조성되어 상기한 바와 같이 작성되어진다. 바람직하게, 이 폴리아미드는 분자량이 적어도 5000이다.

만약 첨가물이 호스트폴리머로 사용되면, 그것은 물리적이고 화학적인 성질을 근거로 선택되어진다. 이 하나 또는 그 이상의 첨가물은 아마도 호스트 폴리머로 호환되며, 호스트 폴리머 내의 첨가물의 산포도가 벨트재료의 요구에 적당하게 적용되어진다. 하나의 실시예 에서는, 하나 또는 그 이상의 접착제가 전하특성에 유리하게 적용되어진다. 여전히 또 다른 실시예 에서는, 하나 또는 그 이상의 접착물이 저저항력에 유리하게 적용되어진다. 이러한 물질의 온도에 의존하는 물질의 저저항력은, 열전도도를 확대시키는 것에 의해서, 하나 또는 그 이상의 접착물이 저항력에 유리하게 적용되어지고, 저저항력과 벨트물질의 전하특성에 적용되어진다. 이 접착물은 필요한 방법으로 향상되어진 벨트의 전하특성과 저저항과 같은 범용한 패션으로 벨트를 통하여 분산되어진다. 예를 들면, 본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 접착물은 벨트의 수명 이상으로 저저항력과 전하특성을 보유하여 적용하는 호스트폴리머를 통하여 균일하게 분산된다. 개별적으로, 본 발명의 또 다른 실시예 에서는, 첨가물을 벨트의 저저항력과 전하특성으로 분산되게 적용시키는 최선의 호스트폴리머의 표면에 선택적으로 분리한다. 상기한 호스트폴리머에 사용되어지는 접착물은 형광폴리머, 고분자량폴리에틸렌, 향료폴리아미드, 무기성충전물과 같은 탤크 또는 표면이 덮여진 탤크, 에틸렌 비스-스테아르아미드, 멜라민시아누레이트, 미세강화된 형광폴리머와 아미노를 포함하는 그와 같은 아미노실란을 합성한다.

첨가제는 그것의 화학적 물리적 및 충전 특성, 및 호스트 중합체와 분리의 화학적 물리적 성질의 고려에 기초하여 선택된다. 예를 들면 상술한 석탄으로부터 광물질 산화물 분리와 같이 더욱 전기 음성도를 가지는 광물질을 포함한 벨트를 가지는 것이 바람직하다. 그러므로, HDPE는 그것이 마찰전기계의 더 큰 전기음성도에서 나타나기 때문에 호스트 중합체로 선택된다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)같은 플루오로폴리머 또한 마찰전기계의 더 큰 전기음성도에서 발견되기 때문에 충전물로서 이용된다. 더욱이, PTFE는 훌륭한 저항 성질을 띠고 있다. 이 HDPE 벨트를 충전한 PTFE는 HDPE보다 마찰전기계에서 더 낮은 재료를 포함한다. 재료는 또한 개선된 분리를 제공하는 더 긴 영속하는 벨트에서 결과로 얻은 충전되지 않은 HDPE에 대하여 저항성질이 증가된다. 대신, 칼슘 카보네이트는 비교적 더 낮은 가공 작용을하고 따라서, BBS에서 마찰 전하를 띠고 분리되는 동안 양성 전하를 가지는 것을 알 수 있다. 그러므로, 혼합물에서 불순물로부터 칼슘 카보네이트를 분리하기 위해 전기양성 벨트를 가지는 것이 바람직하다. 나일론6의 사용으로, 그것은 호스트 중합체 및 멜라민 시아누레이트같은 마찰전기계의 더 큰 전기양성 말단에 위치하게 되고, 또한 나일론6 보다 마찰전기계에서 더 높게 위치한 재료를 포함하는 첨가제 벨트로서 마찰전기계의 더 큰 전기 양성부에서 나타난다. 칼슘 카보네이트의 상부의 분리로 얻은 이 결과는 충전되지 않은 나일론6벨트 사용과 관계가 있다. 첨가로, 멜라민 시아누레이트는 단단한 결정 재료이고 사용하는 동안 더 오랜 시간 지속시키기 위한 벨트를 제공하는 벨트의 개선된 저항 성질을 띠게 하는 전달자이다.

각 첨가제는 호스트 중합체에 존재하는 첨가제를 다양하게 함으로써 전하를 띠는 특성과 저항성질을 가지기 때문에, 벨트의 모든 저항과 전하를 띠는 성질은 벨트를 가지는 BBS장치를 이용하기 위해 분리의 다양성을 허용하는 넓은 범위를 다양하게 한다. 예를 들면 첨가제는 HDPE에 대하여 마찰전기계에서 높거나 낮든지간에, 그것에 따르는 충전되지 않은 HDPE 보다 마찰전기계에서 더 낮거나 더 높은 것에 위치하는 재료를 생성시키기 위해 HDPE내에서 분산된다. 첨가제가 마찰전기계에서 나일론6 보다 낮거나 높든지 간에, 그것에 따르는 충전되지 않은 나일론6 보다 마찰전기계에서 더 높거나 낮은 재료를 생산하기 위해 나일론6 내에서 분산된다. 더욱이, 호스트 중합체 및 첨가제가 마찰전기계의 반대에 나타났다면, 첨가제는 마지막 재료가 호스트 중합체에 대하여 마찰전기계의 반대에 나타나는 만큼의 양으로 첨가된다. 사출 성형하는 전기양성 중합체는 사출 성형하는 전기음성 중합체 보다 더 고가이므로 본 발명은 전기 양성 벨트에서 비용을 줄이는 수단을 제공한다.

호스트 중합체 및 첨가제를 포함하는 사출 성형된 재료로 이루어진 벨트를 사용하기 때문에 BBS시스템은 혼합물의 어떠한 넓은 범위에서도 조성물을 분리하는데 사용될 수 있다. 분리된 일부 혼합물은 탤크(talc), 분말. 칼슘 카보네이트, 플라이 에쉬(fly ash), 장석, 재생 플라스틱, 생화학적 거대분자 및 그것들의 결합된 불순물을 포함한다. 분리할 수 있는 성분의 상세한 설명은 Whitlock의 미국 특허 제4,839,032호 및 Whitlock의 미국 특허 제4,874,507에 나타난다. 예시로 나타낸 본 발명의 참조된 실시예를 아래에 나타낸다. 본 발명의 모든 실시예에서 벨트는 배향 또는 비배향 중의 하나이고 회전되는 것 또는 고정된 다이베이스드 내팅 공정(die-based netting process), 단축 또는 두 개의 축 배향으로 사출 성형 후 구멍을 뚫는 것, 및 벨트 재료의 배향에 따른 같은 기술로서 잘 알려진 사출 성형에 의해 형성된다. 본 발명의 벨트를 사출 성형하기 위해 사용하는 또 다른 사출 성형 기술은 Galt의 미국특허 제3,384,692호에 나타낸 것을 포함한다. 비록 일부의 사출 성형의 예가 주어졌지만 알려진 사출 성형 기술이 본 발명의 벨트를 사출 성형하는데 이용될 수 있다고 평가된다.

(실시예 1)

호스트 폴리머 : 텍사스, 달라스, Occidental Chemical의 Alathon 형태의HDPE. Alathon은 텍사스, 달라스, Occidental Chemical의 등록 상표이다.

첨가제 : 미네소타, 세인트폴, 3M의 THV500 플루오로플라스틱 펠렛 형태의 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-비닐리덴플루오라이드 터폴리머. THV는 미네소타, 세인트폴, 3M의 등록 상표이다.

혼합물로 처리되고, 융해 상태에서 냉각될 때, THV500 플루오로플라스틱 상은 HDPE로부터 분리되고, 그 결과로 호스트 폴리머가 전체에 분산되어 있어도 최종 산물은 THV의 미세 구조를 가진다. THV의 상화성, 용융성 및 전기음성도는 폴리머에 존재하는 플루오린의 상대적인 양에 의존하므로, THV의 다른 등급의 선택은, 광범위의 바람직한 내구성을 산출하는 이상 형태학에 따른다. 더불어, THV 플루오로플라스틱은 전기음성을 띠므로, 최종산물의 전체 전기음성도는 단일 HDPE의 전기음성도 보다 양적인 면에서 크다. THV는 최종산물 질량의 1%~30%를 함유하며, 바람직하게는 최종산물 질량의 2%~20%를 함유하며, 더욱 바람직하게는 최종산물 질량의 5%~15%를 함유한다. 종래의 실시예에 있어서, 사용되는 THV의 등급은 HDPE에 사용되는 사출온도에서 부분적으로 또는 전체적으로 융해되며, 결정화 전에 HDPE 융해에서 THV의 균일하게 확산한다. 이것은 한 번 냉각된 최종산물에서 THV의 조정된 미세확산을 촉진한다.

(실시예 2)

첨가제 : 텍사스, 휴스톤, Hoechst(Celanese) Hostalen GUR의 울트라 고분자질량 폴리에틸렌(UHMWPE) 분말.

UHMWPE는 전기음성 물질이며, 따라서 HDPE에 가해졌을 때, 최종 산물은 미충전된 HDPE와 유사한 전기음성도를 가진다. UHMWPE는 플러피 분말 또는 비드 형상으로 HDPE에 첨가된다. 플러피 분말의 형태로 UHMWPE가 HDPE에 첨가될 때, 최종산물은 전 HDPE에 분산된 UHMWPE의 상용성 다성분 재료를 함유한다. 비드의 형태로 UHMWPE가 HDPE에 첨가될 때, 최종산물은 전 HDPE에 분산된 UHMWPE의 비드를 함유한다. 이러한 UHMWPE의 비드는, 고온에서 UHMWPE가 액체와 섞이지 않는 고표면장력 액체 매트릭스에 UHMWPE분말을 넣음으로써 만들어진다. 이러한 조건 하에서, UHMWPE/액체 계면의 계면장력은 UHMWPE 비드를 형성시킨다. 첨가제로서 계속하여 사용될 때 이러한 UHMWPE의 비드는, 전 HDPE에 확산되었지만 마찰전기 시리즈의 전기음성 부분에 위치한 내구성을 지닌 최종산물을 생산한다. 양 형태에 있어서, UHMWPE는 최종산물 질량의 1%~30%를 함유하며, 바람직하게는 최종산물 질량의 5%~25%를 함유하며, 더욱 바람직하게는 최종산물 질량의 10%~20%를 함유한다.

(실시예 3)

첨가제 : 델라웨어, 윌밍톤, du Pont Chemical의 1.5㎜ Kevlar flock의 형태인 방향성 폴리아라미드. Kevlar는 델라웨어, 윌밍톤, du Pont Chemical의 등록 상표이다.

폴리아미드인 이래로, Kevlar는 마찰전기 시리즈의 전기양성 단에 나타난다. 따라서, HDPE에 Kevlar를 첨가함으로써, 미충전된 HDPE보다 마찰 시리즈에 있어서 크게 위치하는 충전 특성을 가진다. 더불어, Kevlar는 고온에서 최종산물의 화학적 비활성, 강도 및 크리이프 저항을 크게 증가시킨다. 또한, 최종산물에 매우 우수한 내구성을 부여한다. Kevlar는 최종산물 질량의 1%~25%를 함유하며, 바람직하게는 최종산물 질량의 5%~25%를 함유하며, 더욱 바람직하게는 최종산물 질량의 10%~20%를 함유한다.

(실시예 4)

첨가제 : 뉴욕, 뉴욕의 Specialty Minerals의 Microtuff F 형태의 표면 처리된 활석. Microtuff F는 뉴욕, 뉴욕의 Specialty Minerals의 등록상표이다.

Microtuff F는, 경질이며, 미끈거리고, 불안정하며, 높은 표면 대 부피비를 가지며, 사출성형된 물질로 디자인된다. 따라서, 이 첨가제는 최종산물의 강도, 세기 및 전체 내구성을 증가시킨다. 더불어, Microtuff F는 촤종산물의 크리이프 저항성을 향상시킨다. 또한, Microtuff F는 무기 충전제이므로, Microtuff F는 최종산물 질량의 1%~50%를 함유하며, 바람직하게는 최종산물 질량의 10%~40%를 함유하며, 더욱 바람직하게는 최종산물 질량의 15%~35%를 함유한다.

(실시예 5)

첨가제 : 델라웨어, 윌밍톤, du Pont Chemical의 등급 MP 1600 Teflon 분말 형태의 PTFE. Teflon은 델라웨어, 윌밍톤, du Pont Chemical의 등록 상표이다.

HDPE 및 Teflon은 마찰전기 시리즈의 음성단에 모두 위치하며, HDPE에서 첨가제로서 Teflon의 사용은 미충전된 HDPE로서 마찰전기 시리즈에 유사하게 위치된 물질을 생산한다. 더불어, 대부분의 폴리머와는 달리, Teflon은 작은 응집력을 나타내고, 슬라이딩 도포처리 중 매팅 표면을 코팅하여, 낮은 마찰계수를 나타낸다. 따라서, 최종 산물의 내구성은 충전제로서 Teflon을 사용함으로써 증가된다. Teflon은 최종산물 질량의 1%~30%를 함유하며, 바람직하게는 최종산물 질량의 5%~20%를 함유하며, 더욱 바람직하게는 최종산물 질량의 10%~20%를 함유한다.

(실시예 6)

첨가제 : 뉴저지, 페어론, Lonza의 Acrawax C형태의 에틸렌 비스-스테아르아미드. Acrawax C는 뉴저지, 페어론, Lonza의 등록상표이다.

아미드로서, Acrawax는 마찰전기 시리즈의 전기양성단에 위치하며, 충분한 양으로 HDPE에 첨가제로 사용될 때, 최종산물은 미충전된 HDPE 보다 높은 마찰전기 시리즈를 나타낸다. 더불어, Acrawax C는 저렴하고, 무색이며, 저독성, 저흡수성이며, 올레핀에서는, 통상 사용되는 아미드 타입 정전기 방지 및 내부 윤활제 보다, 비교적 낮은 이동성 또는 느린 이동을 보인다. Acrawax C는 HDPE에 확산되어 있다하여도, 첨가제의 표면 블루밍을 최소화하고, 연장 사용 기간 동안 표면 충전성을 유지하기 위해 처리된다. Acrawax C는 최종산물 질량의 0.05%~10%를 함유하며, 바람직하게는 최종산물 질량의 0.08%~8%를 함유하며, 더욱 바람직하게는 최종산물 질량의 0.1%~3%를 함유한다.

(실시예 7)

호스트 폴리머 : 뉴저지, 파시패니, BASF의 울트라아미드 형태의 나일론 6. 울트라아미드는 뉴저지, 파시패니, BASF의 등록상표이다.

첨가제 : 델라웨어, 윌밍톤, du Pont Chemical의 등급 MP 1600 Teflon 형태의 PTFE. Teflon은 델라웨어, 윌밍톤, du Pont Chemical의 등록 상표이다.

나일론 6은 마찰전기 시리즈의 전기양성 부분에 위치되며, 반면 Teflon은 마찰전기 시리즈의 전기음성 부에서 나타난다. 따라서, 나일론 6에 대한 첨가제로서 Teflon을 사용하면, 미충전된 나일론 6 보다 낮은 마찰전기 시리즈를 나타내는 물질을 생산한다. Teflon은 최종산물 질량의 1%~30%를 함유하며, 바람직하게는 최종산물 질량의 5%~20%를 함유하며, 더욱 바람직하게는 최종산물 질량의 10%~20%를 함유한다.

(실시예 8)

호스트폴리머 : 뉴저지 파시패니의 BASF사제 Ultramid상표의 나일론6.

첨가제 : 델라웨어 윌밍턴의 듀폰화학사제 Kevlar상표 1.5mm.

상기한 Kevlar는 상승된 온도에서 최종물질의 화학적 비활성, 강도 및 크리프(creep)저항을 크게 증가시킨다. 이것을 이용하여 채워지지않은 나일론6에서보다 더 높게 나타나는 마찰전기부에서 높게 위치하는 최종물질을 생산한다. 바람직하게 Kevlar는 최종물질 무게의 약 1~25%, 더욱 바람직하게는 최종물질 무게의 약 5~25%, 가장 바람직하게는 최종물질 무게의 약 10~20%이다.

(실시예 9)

첨가제 : 뉴저지 페어론의 론자사제 Acrawax상표의 에틸렌비스스테아르아미드(EBS).

상기한 Acrawax는 마찰전기부의 양전기부분에서 나타나고, 나일론6내에서 첨가물로서 사용되며, 채워지지않은 나일론6에서보다 더 높게 나타나는 마찰전기부에서 높게 위치하는 최종물질을 생산한다. 더욱, Acrawax는 값이 싸고, 무색이며, 독성이 낮고, 폴리아미드내에서 낮은 흡수성 및 비이동성을 갖거나 또는 낮은 이동성을 갖는다. Acrawax는 심지어 주물질을 통하여 분산된 형태를 취할 수 있고, EBS가 매끄러운 물질이기 때문에 최종 물질의 마모저항 특성이 증가한다. 바람직하게 Acrawax는 최종물질 무게의 약 0.05~10%, 더욱 바람직하게는 최종물질 무게의 약 0.08~8%, 가장 바람직하게는 최종물질 무게의 약 0.1~3%이다.

(실시예 10)

첨가제 : 뉴저지 리지필드파크의 케미린즈사제 멜라민 시아누레이트.

상기한 멜라민 시아누레이트는 고열에 강하고, 혼합하기에 알맞은 미세한 분말로서 상업적으로 유용하며, 다른 멜라민 유도체에 비해 독성이 약한 아미노가 풍부한 조성물이다. 이것은 다른 아미노 기능의 멜라민 조성물에 비해 흡습성 및 가용성이 낮다. 또한, 이것은 단단한 결정체이므로 나일론6내에서 첨가제로 사용될 때 최종물질의 마모저항 특성이 증가된다. 멜라민 시아누레이트는 마찰전기부의 양전기부분에서 나타나기 때문에, 나일론 플라스틱 또는 엘라스토머의 첨가제로서 사용될 때 최종물질은 채워지지않은 나일론6에서보다 더 높게 나타나는 마찰전기부에서 위치한다. 바람직하게 멜라민 시아누레이트는 최종물질 무게의 약 1~30%, 더욱 바람직하게는 최종물질 무게의 약 5~25%, 가장 바람직하게는 최종물질 무게의 약 10~25%이다.

(실시예 11)

호스트폴리머 : 택사스 달라스의 옥시덴탈 케미칼사제 Alaton상표의 HDPE.

첨가제 : 델라웨어 윌밍턴의 듀폰사제 등급 MP1600 테프론파우더를 사용하는 오하이오 톨레도의 OCF(Owens Corning Fiberglass)사의 크기 B, 등급 E의 유리섬유 형태의 미량강화된 PTFE.

상기한 미량강화된 PTFE는 HDPE내에서 균일하게 분산된 첨가제를 산출하도록 HDPE내에서 마모감소 첨가제로서 사용된다. 분산된 마모감소 첨가제의 기계적인 강화는 호스트폴리머내에서 첨가제의 수명을 증가시키는 것에 의해 최종 물질의 마모저항을 증가시킨다. 하나의 바람직한 실시예에서, 미량강화된 PTFE는 크기 B, 등급 E의 유리섬유와 혼합되는 듀폰사제 등급 MP1600 테프론파우더를 포함한다. 바람직하게 미량강화된 테프론은 최종물질 무게의 약 1~30%, 더욱 바람직하게는 최종물질 무게의 약 10~25%, 가장 바람직하게는 최종물질 무게의 약 10~20%이다.

(실시예 12)

상기한 미량강화된 PTFE는 나일론6내에서 균일하게 분산된 첨가제를 산출하도록 나일론6내에서 마모감소 첨가제로서 사용된다. 분산된 마모감소 첨가제의 기계적인 강화는 호스트폴리머내에서 최종 물질의 마모저항을 증가시킨다. 하나의 바람직한 실시예에서, 미량강화된 PTFE는 크기 B, 등급 E의 유리섬유와 혼합되는 듀폰사제 등급 MP1600 테프론파우더를 포함한다. 바람직하게 미량강화된 PTFE는 최종물질 무게의 약 1~30%, 더욱 바람직하게는 최종물질 무게의 약 10~25%, 가장 바람직하게는 최종물질 무게의 약 10~20%이다.

(실시예 13)

첨가제 : 미시간 미드랜드의 다우사제 Z-6020상표의 아미노 실란 커플링제.

상기한 첨가제는 벨트의 분리특성이 나타나지 않도록 하는 낮은 표면블루밍을 갖는 낮은 분자량의 아미노함유 첨가제이다. Z-6020은 마찰전기부의 양전기부분에서 나타나기 때문에, HDPE의 첨가제로서 사용될 때 마찰전기부내의 최종물질의 위치는 채워지지않은 HDPE보다 더 높게 나타난다. 바람직하게 첨가제는 최종물질 무게의 약 0.05~10%, 더욱 바람직하게는 최종물질 무게의 약 0.08~2%, 가장 바람직하게는 최종물질 무게의 약 0.1~0.5%이다.

(실시예 14)

상기한 HDPE는 마찰전기부상에 위치하는 상대적으로 음전기를 띤 물질이다.

HDPE는 0.4보다 작은 마찰계수, 100,000과 1,000,000p.s.i 사이의 장력모듈, 적어도 2,500p.s.i의 인장강도 및 적어도 1,000p.s.i.ft/min의 한계PV마모저항값을 갖도록 하는 본 발명의 제1실시예에서 사용되도록 선택된다. 더욱, HDPE는 실온에서 1,000p.s.i에서 10시간 후 기껏해야 5%에 의해 크리프되고, 기껏해야 10, 바람직하게 0.1~5의 용융율을 갖는다. HDPE는 산, 용제 및 방염제이며, 또한 습기를 타지 않는다. 또한 HDPE는 마모방염제이고, 낮은 마모계수를 갖고, 빠르게 그물로 확장된다. 이것은 윤활성이 있고, 매끄럽고 단단하다. HDPE는 확장된 그물 또는 방향을 갖거나 갖지 않은 구멍이 뚫린판으로 형성될 수 있다.

(실시예 15)

상기한 나일론6은 마찰전기부상에 위치하는 원래 양전기를 띤 물질이다.

나일론6은 기껏해야 0.5의 마찰계수, 100,000과 1,000,000p.s.i 사이의 장력모듈, 적어도 2,500p.s.i의 인장강도 및 적어도 1,000p.s.i.ft/min의 한계PV마모저항값을 갖도록 하는 본 발명의 제1실시예에서 사용되도록 선택된다. 더욱, 나일론6은 실온에서 1,000p.s.i에서 10시간 후 기껏해야 5%이상 크리프되지 않는 용제 방염제이다. 이것은 고온에서도 높은 강도를 갖는다.

본 발명에 따른 여러 가지 바람직한 실시예를 가지고 다양한 변경과 변형 및 개량은 상기한 기술에서 명확해질 것이다. 이러한 변경과 변형 및 개량은 명세서의 일부분이 되도록 의도되고, 본 발명의 정신과 범위 내에서 의도되는 것이다. 따라서, 상기 기술한 것은 실시예에만 한정되는 것이 아니다. 본 발명은 단지 이하의 청구범위 및 그와 동등한 것에서 규정되므로써 한정된다.

Claims

마찰전기계열표에서의 미리 설정된 위치를 보유하는 벨트가,

마찰전기계열표에서의 제1위치를 보유하는 호스트 폴리머와,

마찰전기계열표에서의 제2위치를 보유하며, 벨트(8)가 마찰전기계열표에서 미리 설정된 위치를 보유하도록 호스트 폴리머 내에 분산되어 벨트가 압출될 수 있도록 하는 첨가제로 구성되는 벨트.
제1항에 있어서, 마찰전기계열표에서의 벨트의 미리 설정된 위치가 마찰전기계열표에서의 호스트 폴리머의 제1위치보다 낮도록 첨가제가 호스트 폴리머 내에 분산되어 있는 벨트.
제1항에 있어서, 마찰전기계열표에서의 벨트의 미리 설정된 위치가 마찰전기계열표에서의 호스트 폴리머의 제1위치보다 높도록 첨가제가 호스트 폴리머 내에 분산되어 있는 벨트.
제1항에 있어서, 호스트 폴리머가 하나 이상의 올레핀 모노머의 중합반응 생성물로 구성되는 벨트.
제1항에 있어서, 호스트 폴리머가 하나 이상의 아미드결합을 보유하는 중합반응 생성물로 구성되는 벨트.
제1항에 있어서, 첨가제가 플루오르폴리머 초고분자량 폴리에틸렌, 마이크로강화 플루오르폴리머 및 그 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 벨트.
제1항에 있어서, 첨가제가 멜라민 시아누레이트, 아미노를 포함하는 화합물 및 그 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 벨트.
제1항에 있어서, 호스트 폴리머가 HDPE로 구성되며, 첨가제가 벨트의 1중량% 내지 30중량%의 PTFE로 구성되는 벨트.
제1항에 있어서, 호스트 폴리머가 HDPE로 구성되며, 첨가제가 벨트의 1중량% 내지 30중량%의 UHMWPE로 구성되는 벨트.
제1항에 있어서, 호스트 폴리머가 나일론6으로 구성되며, 첨가제가 벨트의 1중량% 내지 30중량%의 멜라민 시아누레이트로 구성되는 벨트.