KR19990028849A - 고분자성 발포체의 제조장치 및 프로세스 - Google Patents

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제임스 브라이언 블랙웰
제프리 벅클리
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스테판 윌리엄 블랙웰
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제임스 브라이언 블랙웰
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Abstract

반응성 발포성분들과 저비점 포말화제가 혼합되고, 상기 포말화제를 액체상태로 유지하기 위하여 충분한 압력이 가해지고, 상기 혼합물은 투과가능한 배출헤드를 통해 통과시키고 압력을 감소시킴으로써 포말이 형성되는, 고분자성 발포체의 제조장치. 상기 배출헤드는 최소한 한 개의 확산부재(80)를 포함하고, 확산부재를 통과하는 흐름의 방향에서 고려할 때 그 확산부재의 축방향 두께내에 3차원적으로 흐름의 경로가 분할, 발산 및 수렴되도록 하는 구조를 가진다. 상기 확산부재(80)는 접합된 재료, 또는 소결된 와이어와 같이, 소결된 재료나 소결된 복합재료로 만들어진다.

Description

고분자성 발포체의 제조장치 및 프로세스
종래의 고분자성 발포체의 제조는 서로 반응하여 발포된 고분자를 형성하는 다수의 성분의 혼합을 필요로 하였다. 전형적으로, 그 성분들에는 폴리올, 이소시아네이트, 한가지 또는 여러 가지 촉매, 계면활성제 및 물이 포함된다. 이러한 성분들이 정확한 비율로 혼합될 때, 물은 이소시아네이트와 반응하여 고분자의 팽창을 위한 이산화탄소를 생성한다.
상기 혼합물층을 이동하는 컨베어(이동가능한 베이스와, 조절가능한 대향하는 측면벽을 구비함)상에 배출함으로써 상기 혼합물의 성분들은 반응하고 연속적으로 고분자성 발포체를 생성한다.
더욱 최근에, 저밀도 발포체의 연속생산에서, 이소시아네이트/물의 반응으로부터 이산화탄소가 생성됨으로써 상기 혼합물이 팽창하기 전에, 상기 혼합물에 대하여 보조의 블로우잉(blowing)작용을 제공하기 위하여, 상대적으로 불활성이고 저비점인 액체를 사용하여, 압력하에서 액체상태로 다른 화학성분과 혼합하는 방법을 포함한다. 상기 혼합물은 컨베어상에 배출되고, 휘발된 저비점 액체는 반응혼합물을 팽창시키고, 이어서 그 반응혼합물로부터 이산화탄소를 화학적으로 생성하여 고분자성 발포체를 형성한다.
적절한 블로우잉/포말화제(泡沫化劑)는 다양한 클로로플루오로카본(CFCs)을 포함한다. 비록 CFC가 소망의 불활성과 상대적 저비점을 가지나, CFC가 오존층의 파괴를 가져오는 것으로 믿어지므로 환경측면을 고려하여 최근에는 그 사용이 억재되고 있다. CFC의 적절한 대체물질은 이산화탄소이나, 이산화탄소는 CFC보다 훨씬 낮은 온도에서 기화하고, 또한 액상으로 존재하려면 가압하지 않으면 안되므로 해당 장치 및 방법 전체에 걸쳐 상대적으로 높은 압력이 유지되었다.
그러나, 이산화탄소의 기화가 제어된 조건하에서 일어나지 않으면, 그 일부는 소실될 수 있고 발포체팽창의 효율이 감소되어 불균일한 셀구조와 공극 또는 "핀홀"이 있는 낮은 품질의 발포체가 제조될 수 있다.
EP-A-0645226에 개시된 장치에서 시도되는 것은, 제어된 조건하에서 반응혼합물을 긴 압력강하구역을 통해 배출함으로써 포말생성을 개시하고, 포말형성 혼합물을 포말형성 캐비티를 따라 흘려보내어 배출구를 통해 기판위로 배출하는 것이다.
WO 96/00644호 공보에서, 발포가능 반응성 혼합물을 500/초 이상의 전단속도(shear rate)로 다수의 개별흐름 속으로 팽창시키는 것이 제안되고 있다. 이것이 추구하는 바는 반응성 혼합물을 0.025mm 내지 0.3mm의 스크린사이즈를 가지는 한 개 이상의 미세망 스크린으로 통과시킴으로써 달성하고자 한다. WO 96/00644에서 구상하는 상기 "스크린"은 개구가 있는 디스크 또는 망, 즉 단순한 직접적 경로를 가지는 것을 포함한다. WO 96/00644에서 예시를 통해 제시되는 모든 다양한 실시예들은, 스크린 사이에 공간을 가지도록 개별적인 스페이서에 의해 축방향 이격상태를 유지하는 분리된 다중 미세망 스크린을 사용한다. 이것은 상기 스크린들 사이의 개별적인 압력강하로 인하여 일부의 발포화가 실제상으로는 매우 바람직하지 않은 스크린 사이의 공간에서 발생할 수 있는 단점을 가지는 것으로 보인다.
WO 96/00644에서 개시되고 청구된 기술에 사용되는 "반응성 혼합물"은, 최소한 두 개의 반응성 성분과 팽창제로서 이산화탄소를 사용하여, 최소한 한 개의 상기 반응성 성분과 이산화탄소를 가압하에서 혼합함으로써, 액화이산화탄소를 함유하는 혼합물을 만들고, 이어서 그 혼합물을 또 다른 반응성 성분과 혼합하여 발포가능 반응성 혼합물을 형성하는 것으로 얻어진다. 상기 후반의 혼합단계들은 전형적으로 각각 스태틱믹서와 로터리믹서에서 실행된다.
상기 후자의 시스템은 미세망 스크린의 상류에서 이미 충분히 혼합된 "반응성 혼합물"에 의존한다. 그 이유는, 스크린의 개구를 통과하는 혼합물의 흐름은 필수적으로 단일방향, 즉 스크린평면에 수직인 방향이므로, 스크린의 개구 자체내에서는 별다른 혼합이 일어나지 않기 때문이다.
본 발명은 고분자성 발포체(發泡體)를 제조하기 위한 장치 및 프로세스에 관한 것으로서, 배타적이 아니면서 특히, 저밀도고분자 발포체의 연속적인 제조를 위한 장치 및 프로세스에 관한 것이다.
본 발명은 첨부되는 도면을 참조하여 이하에서, 오직 예증의 목적으로서, 더욱 설명된다.
도 1은 본 발명에 의한 고분자성 발포체를 제조하기 위한 장치 및 프로세스의 실시예를 도식적으로 예시하는 도면.
도 2는 본 발명에 의한 고분자성 발포체를 제조하는 장치의 제1 실시예를 나타내는 사시도.
도 3은 도 1에 나타낸 장치의 배출헤드의 확대된 분해 사시도.
도 4는 도 1에 나타낸 장치와 함께 사용될 수 있는 또다른 배출헤드의 사시도.
도 5는 면적조절가능한 확산노즐의 1 실시예의 도식적 횡단면도.
도 6 및 도 7은 면적조절가능한 확산노즐의 제2의 가능한 실시예의 도식적인 측면도 및 정면도.
도 8 내지 도 10은 본 발명에 의한 신속교체형 발포체제조장치의 제1 실시예의 단면에 대한 측면도, 평면도 및 말단도.
도 11 내지 도 13은 본 발명에 의한 신속교체형 발포체제조장치의 제2 실시예의 단면에 대한 측면도, 평면도 및 말단도.
도 14 및 도 15는 본 발명에 의한 자체세척형 발포체제조장치의 단면에 대한 측면도 및 평면도.
도 16은 본 발명에 의한 자체세척형 발포체제조장치의 또다른 실시예의 측면단면도.
도 17은 상이한 구조의 확산수단을 사용하는 또다른 실시예의 단면도.
도 18은 본 발명에서 사용될 수 있는 흐름의 발산 및 수렴경로를 도식적으로 나타내는 도면.
본 발명의 첫 번째 목적은 압력강하를 잘 제어하여 개선된 셀구조를 가지며 균일하게 고품질인 발포체를 제조할 수 있게 하는, 고분자성 발포체의 제조장치 및 프로세스를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 의하면, 반응성 발포성분들과 저비점 포말화제가 혼합되고, 상기 포말화제를 액체상태로 유지하기 위하여 충분한 압력이 가해지고, 상기 혼합물은 투과가능한 배출헤드를 통해 통과시키고 압력을 감소시킴으로써 포말이 형성되는, 고분자성 발포체의 제조장치로서, 상기 배출헤드는 최소한 한 개의 확산부재(diffuser element)를 포함하고, 상기 확산부재는 통과하는 흐름의 방향에서 고려할 때 그 확산부재의 축방향 두께내에 3차원적으로 흐름의 경로가 분할, 발산 및 수렴되도록 하는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
혼합물을 그러한 확산부재를 통하여 배출함으로써, 혼합물은 통과하는 동안 혼합 및/또는 전개과정을 겪게 되고, 생성되는 발포체는 본질상 매우 균일하며, 고품질이고, 공극 또는 핀홀과 같은 불규칙성이 상대적으로 배제된다는 것이 밝혀졌다.
유리하게는, 상기 확산부재는 액체 및/또는 기체의 투과가 가능한 확산재료를 포함한다.
바람직하게는, 상기 확산부재는 접합된 재료, 소결된 재료, 또는 소결된 복합재료로 만들어진다. 접합된 재료 또는 소결된 재료는 스텐레스강과 같은 금속이 바람직하나, 대안으로서 플라스틱 및 세라믹, 또는 탄소, 실리카, 알루미나 및 유리 등의 다른 특수재료와 같은 접합가능재료 또는 소결가능재료일 수도 있다. 구형입자로부터 형성된 소결된 재료가 적합하게 기능하지만, 소결된 재료의 소정등급에 대한 입자크기의 변경은 포말화제의 기화를 소망하는 방향으로 제어하기 어렵게 할 수 있다. 그러나, 소결 또는 접합된 와이어의 외형치수 및 허용편차는 소결된 구형입자에 비하여 우수하므로, 확산부재로 사용되기에는 소결된 와이어가 특히 양호하다는 것이 밝혀졌다. 소결된 와이어메쉬는 일반적으로, 메쉬의 접합점이 소결(sintering)과정중에 퓨징(fusing)되도록 2층 이상의 와이어메쉬층을 롤링 및 신터링 함으로써 시트(sheet)상으로 형성된다.
"접합된" 재료는 개별적 입자 또는 스트랜드(strand)가 퓨징, 접착 또는 다른 접합제에 의해 접촉접에서 결합되어 있는 것이다.
확산부재의 전단에서 CO2와 혼합된 반응성 혼합물의 압력은 그 혼합물의 평형압력보다 커야 한다. 예를 들면, 평형압력이 8바 내지 15바 사이에 있다면, 평균 마이크론 등급이 약 20인 소결된 재료를 사용하고, 소결재료 이전의 반응성 혼합물의 압력을 16바 내지 30바로 함으로써 균일한 포말이 생성되고 이어서 수용가능한 품질의 발포체가 형성된다는 것이 밝혀졌다.
일 실시예에서, 20℃에서 약 400-600cps(centipoises/sec)의 점도를 가지는, 반응물과 CO2의 혼합물을 분당 14kg의 유속으로 할 때, 평균 마이크론 등급이 20이고 직경이 30mm이며 두께가 1.32mm인 소결된 재료를 사용하여, 균일한 포말과 수용가능한 품질의 발포체가 제조된다.
실제상에서, 전형적인 종래의 소결된 재료의 공경(孔徑)은 넓은 범위에서 변할 수 있다. 예를 들면, 평균공경이 20 마이크론인 어느 소결된 재료에 있어서, 기술된 공경의 범위는 7.5마이크론과 85마이크론 사이이다. 공경이 클수록 발포체에 결함을 야기하고, 공경이 작을수록 소결된 요소에 막힘현상을 초래할 수 있다. 본 발명의 목적에 있어서, 소결된 재료의 구조는 대부분의 기공에 대한 공경의 변화가 바람직하게는 평균공경의 -30%와 +50%의 사이에 있도록 이루어져야 한다.
또 다른 실시예에서, 20℃에서 약 400-600cps의 점도를 가지는, 반응물과 CO2의 혼합물을 분당 14kg의 유속으로 할 때, 평균 마이크론 등급이 100이고 직경이 15mm이며 두께가 1.5mm인 소결된 재료를 사용하여 생성된 발포체는 다수의 홀을 가지므로 수용가능한 품질이 되지 못하였다.
따라서, 본 발명에 의한 바람직한 발포장치는 발포체의 성분이 통과하여 배출되는 투과가능 확산부재의 형태의 감압장치를 가지는 배출헤드를 포함한다. 상기 투과가능 확산부재는 용융되거나 접합 또는 소결된 요소들, 즉 금속, 세라믹, 플라스틱, 또는 다른 재료들의 조합을 포함하고, 또는 여러겹의 메쉬의 용융체를 포함하거나, 또는 단순히 투과가능한 지지판들 사이에 갇힌 입자성재료를 포함한다.
모든 상기한 실시예가 가지는 공통의 특징은 확산재료를 통과하는 단순히 개별적인 "직통" 경로(WO 96/00644의 스크린메쉬의 경우와 같은)는 없고, 확산부재의 두께내의 흐름경로가 분할, 발산 및 수렴하는 것이다. 그 결과, 반응성 성분 또는 혼합물은 "직통" 경로를 취할 수 없고, 여러가닥의 흐름으로 분할됨으로써, 확산부재를 통과하는 동안 구성성분들은 혼합되거나 또는 사전혼합된 경우에는 추가혼합되어 그 결과 생성되는 발포체는 공극이나 핀홀과 같은 불규칙성이 상대적으로 배제된 고품질의 셀구조를 가지게 된다.
본 발명의 확산부재의 이러한 특징을 고찰하는 또 다른 방식은, WO 96/00644에서와 같이 천공 디스크 또는 스크린메쉬를 사용하는 배열의 경우의 1차원(x)에 비하여, 흐름이 3차원적(x, y, z)으로 확산부재를 통과할 수 있다는 점을 고려하는 것이다. 이점은 종래의 스태틱킥서를 사용하여 폴리올을 CO2와 혼합하는 추가적 혼합을 감소 또는 배제할 수 있으며, 또한 발포헤드를 통해 배출하기 전에 폴리올/CO2의 블렌드가 통상적으로 다른 반응물들과 혼합되는 제2 믹서를 감소 또는 배제할 수 있다는 놀라운 결과를 제공한다.
우리가 발견한 놀라운 사실은, 확산부재가 반응물과 CO2에 대하여 기계적(회전식) 혼합요구량을 줄여주는 믹서로서의 기능과, 동시에 격렬한 폭발이 없이 액화 CO2가 기체 CO2로 상변화를 일으켜서 균질한 포말을 형성하도록 제어하는 수단으로서의 기능을 한다는 것이다.
본 발명의 발포장치는 반응성 성분과 CO2가 배출헤드의 확산부재에서 합쳐지기 전에, 소망하는 경우에는 예비혼합될 수도 있으나, 특별히 설치된 믹서에서 예비혼합될 필요성을 배제할 수 있음을 알았다. 본 시스템은 또한 반응성 성분을 CO2와 함께 확산부재에서 또는 그 상류에 간단히 모이게 한다.
모든 경우에 있어서, 확산부재의 상류측에서 일어나는 대기압조건으로의 최종적인 압력강하에 이를 때까지 프로세스 전체에 걸쳐 CO2가 액상을 유지하는 것이 필수적이며, 그렇지 않을 경우는 홀이 형성된 저품질의 발포체가 제조될 것이다.
따라서, 본 발명에 의한 확산부재를 배출헤드에 사용하는 것은, 혼합물이 확산부재를 통과하는 동안에 적어도 어느정도의 혼합 및/또는 전개(spreading)가 일어나므로, 성분들이 배출헤드로 공급되지 전에 요구되는 혼합의 필요성은 훨씬 적다는 것이 추가적인 장점이다.
종래의 기술에서는, 성분들이 완전히 혼합되도록 하기 위해서 성분들을 수백 rpm 내지 수천 rpm의 속도로 작동하는 로터리믹서에서 혼합하는 것이 통상적이다. 본 발명에 의한 확산부재를 통하여 혼합물을 배출함으로써, 성분들에 대한 로터리믹서를 40rpm 이하의 속도로 작동하여 발초고분자를 제조할 수 있고, 따라서 용액으로부터 용해된 가스가 빠져나오는 잠재적인 문제와 그로 인한 제품의 결함발생을 피할 수 있다. 실제로 이제까지 설명된 바와 같이, 어떤 경우에는 원한다면 로터리믹서를 완전히 배제할 수 있다는 것이 밝혀졌다.
본 발명에 의한 확산부재는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 확산부재는 원형이다. 또다른 실시예에서 확산부재는 측면으로 긴 형상으로서 이동하는 기판 또는 운반체에 대하여 횡단방향으로 배열됨으로써, 발포체 혼합물이 기판의 폭을 가로질러 균일하게 배출된다.
확산부재는 일정위치에 고정될 수 있다. 다른 실시예에서, 기판의 폭을 가로질러 제어된 속도로 통과될 수 있도록 배설될 수 있다.
바람직하게, 포말화제는 이산화탄소를 포함한다.
본 발명의 제2 양태에 의하면, 고분자성 발포체를 제조하는 프로세스는, 반응성 발포성분들과 저비점 포말화제를 모으는 단계와, 상기 포말화제를 액상조건으로 유지하도록 압력을 가하고 상기 성분들을 투과가능한 배출헤드를 통하여 배출함으로써 포말을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 배출헤드는 최소한 한 개의 확산부재를 포함하고, 상기 확산부재는 통과하는 흐름의 방향에서 고려할 때 그 확산부재의 축방향 두께내에 흐름의 경로가 분할, 발산 및 수렴되도록 하는 구조를 가진다.
바람직하게, 상기 확산부재는 접합된 재료, 소결된 재료, 또는 소결된 복합재료로 만들어진다.
바람직하게, 상기 블로우잉제는 즉시 이용가능하고 저가이며 상대적으로 무해한 이산화탄소를 포함한다.
확산부재에 의해 형성된 감압장치를 통과하는 혼합된(CO2와의) 반응물의 통로의 크기가 작은 것은 시스템의 압력을 평형압력보다 높게 유지하는데 도움을 준다.
이러한 작은 통로에 따른 문제점중의 하나는 막힘현상이 발생할 경우에 제조되는 발포체가 열악한 품질이거나 또는 상기 막힘현상이 결국은 프로세스를 중단시킬 수 있다는 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 발포 프로세스에서의 상기한 막힘현상을 감소시키는 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 발포공정이 진행되는 동안 확산부재를 세척 및/또는 교체하는 것이 가능한 시스템, 및/또는 포말/발포체 제조를 중단함이 없이 확산부재의 역세척이 가능한 시스템을 제공하는 것이다.
상기 두 번째 목적을 달성하기 위하여, 고분자성 발포체의 제조장치로서, 확산부재의 형태내에 혼합된 반응물과 CO2의 압력을 낮추는 장치와, 포말형성을 제어하고 비가동시간 사이에 상기 감압장치의 사용수명을 더 길게 해주는 수단을 가지는 장치가 제공된다.
몇몇 실시예에서, 상기 장치는 확산부재의 역세척이 가능하게 하는 수단을 포함할 수 있다.
어느 한 실시예에서, 상기 후자의 수단은 확산부재를 선택적으로 180°까지 변위될 수 있게 함으로써 배출물 자체가 역세척을 할 수 있게 한다.
다른 실시예들은 발포공정중에 상기 배압이 선택적으로 조절될 수 있게 하는 수단을 포함한다.
상기 후자의 수단은, 예를 들면, 둘 사이의 공간이 확산재료의 압축정도를 조절하게끔 조정가능한 한 쌍의 지지판 사이에 확산재료를 배설함으로써 달성될 수 있다.
또 다른 실시예는 발포공정이 진행되는 동안 확산부재의 세척을 가능하게 하는 수단을 포함할 수 있다.
상기 후자의 수단은, 예를 들면, 최소한 두 개의 확산부재를 평행하게 배설하고, 확산부재를 향한 반응성 조성물의 흐름을 가변적인 유입 흐름경로에 의해 선택적으로 제어할 수 있게 배열함으로써 달성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 확산부재는 바람직하게 소결된 재료로 만들어지고, 또한 바람직하게는 스텐레스강과 같은 금속으로 만들어진다. 그러나 상기 확산부재는 또한 이격한 두 개의 지지판 또는 배출판 사이에 입자성 재료 또는 강면(鋼綿)과 같은 압축가능한 섬유상 재료를 배설하여 형성될 수도 있다.
첫째로, 도 1을 참조하면, 상기 장치는 폴리올 또는 폴리올블렌드를 저장하는 제1 탱크 10과, 액화이산화탄소를 저장하는 실린더 12와, TDI(이소시아네이트)를 저장하는 제2 탱크 14와, 주석촉매를 저장하는 제3 탱크 15로 이루어진다. 적하(積荷)공급되는 CO2는 바람직하게 일정한 온도에 저장되어 CO2증기압 역시 바람직하게는 예를 들면 -5℃ 내지 -15℃의 저온에서 일정하게 유지된다. 폴리올은 탱크 10으로부터 펌프 20을 거쳐 인젝터 22를 통해 분사되는 인젝터블록 21로 공급된다. 액화 이산화탄소는 압력조절기 24, 냉각유닛 26, 공급펌프 28, 비역류밸브 29 및 인젝터 22를 거쳐 공급된다. 다음에 폴리올과 CO2는 종래의 스태틱믹서(static mixer) 23, 예를 들면 나선형믹서로 공급된다. 혼합된 폴리올과 액화 이산화탄소는 압력조절밸브 32를 거쳐 로터리믹서 34로 공급되어 여기서 폴리올 및 이산화탄소가 상기 탱크 14 및 16으로부터 각각 펌프 35, 37에 의해 공급되는 이소시아네이트 및 주석촉매와 혼합된다. 종래의 기술과 대조적으로, 상기 로터리믹서 34는 상대적으로 낮은 회전속도, 예를 들면 36rpm으로 작동될 수 있다.
생성된 상기 혼합물은 압력을 유지한 상태에서, 도 1에 개략적으로만 도시된 배출헤드 38의 형태로 팽창시스템으로 공급된다.
상기 폴리올블렌드는 폴리올, 물 및 아민을 포함할 수 있다. 포말의 안정화를 위하여는, 상기 인젝터블록 21 이전 또는 직후에, 상기 폴리올 내부로 실리콘촉매를 주입하는 것이 유리하다고 밝혀졌다.
CO2는 폴리올 또는 폴리올블렌드 흐름과 혼합될 수 있다. 상기 폴리올블렌드 흐름은 폴리올과 물과 아민으로 이루어질 수 있다. 포말의 안정화를 위하여는, 도 1에서의 상기 인젝션블록 21 이전 또는 직후에, 상기 폴리올 또는 폴리올블렌드 흐름 내부로 실리콘촉매를 주입하는 것이 유리하다고 밝혀졌다.
또한 액화 CO2흐름은 상기 확산부재 이전에 상기 혼합물 흐름(T.D.I 포함) 속으로 주입될 수 있다고 밝혀졌다.
상기 배출헤드 38은 도 3에서 더욱 상세히 도시된 바와 같이 숫나사튜브형 헤드 42가 고정되는 공급관 40을 포함한다. 암나사튜브형 리테이닝캡 44가 상기 숫나사튜브형 헤드 42에 나사체결식으로 결합될 수 있고, 소결된 와이어와 같은 확산재료의 디스크 46을 지지하게 되어 있다. 실(seal) 48이, 사용상에, 헤드 42의 말단면과 상기 소결된 디스크 46의 배면둘레 사이에 삽입되고, 사용상 또 하나의 실 50이 상기 소결된 디스크의 전면둘레와 오링 47과 상기 캡 44의 말단부의 내주 플랜지 51과의 사이에 삽입된다. 상기 실 48 및 50의 목적은 가압 혼합물이 상기 소결된 와이어디스크의 둘레를 통과하는 것을 막고, 상기 소결된 와이어의 유통면적을 구획하는 것이다.
상기 배출헤드 38은, 하측 무한 수평컨베어 54와 두 개의 수직측벽 56 및 58을 포함하는 종래의 일반적인 발포체이송장치 52로 상기 혼합물을 배출하게 되어 있다. 각각의 측벽컨베어는 각각의 수직 저장롤(storage roll) 60으로부터 나와서 피동의 수직조임롤러(take-up rollers) 62에 의한 수직단 아이들롤러(vertical end idle roller) 63 위로 되돌아 가는 플라스틱시트를 포함한다.
상기 조임롤러 62의 운동은 컨베어벨트 54의 구동과 동기되며, 이로써 컨베어벨트 54와 두 개의 측벽컨베어 56, 58은 거의 동일한 속도로 움직인다. 컨베어 52의 한쪽 말단에는 컨베어벨트 54의 한쪽끝 바로 위로 연장하는 하측 평면 경사부 60'와, 그 하측 경사부 60'와 인접한 상측 평면 경사부 60"를 가지며, 상기 첫 번째 경사부 60' 보다 작은 각으로 경사를 이루는 고정벽 60이 형성되어 있다. 상기 배출헤드 38은 상기 혼합물을 상측 경사부 60" 상으로 배출하여, 컨베어벨트 54와 두 개의 측벽컨베어 56, 58과 고정벽 60으로 구획되는 발포체형성공간으로 들어가게 한다.
실제상으로 본 실시예에서, 액화 이산화탄소와 폴리올블렌드와 이소시아네이트와 주석촉매는 스태틱믹서 22 및 로터리믹서 34에 의하여 혼합되어, 압력하에 공급관 40을 거쳐 배출헤드 38로 공급된다. 중요한 것은 상기 혼합물이 배출헤드 38로 공급되는 동안, 이산화탄소가 다른 화학반응물과 혼합될 때 액체상태를 유지할 수 있도록 충분한 압력 즉, 필수적은 아니지만 전형적으로 10바 이상의 압력을 유지하는 것이다. 실제상으로 소결 압단에서의 압력이 14바 이상, 바람직하게는 18바 이상이 되어야 한다고 밝혀졌다. 더욱 놀라운 결과는 소결 압단의 압력이 20바에서 35바까지 사이의 압력이 셀구조에 아무 해로운 영향을 끼치지 않으며, 실제로 긍정적인 효과를 줄 수 있다는 사실이다. 다음에 상기 혼합물은 다공성 소결 와이어디스크 46를 통해 배출되고, 이산화탄소는 기화하여 혼합물에 포말을 발생시킨다. 포말형성 혼합물은 이소시아네이트와 물 사이의 반응에서 발생되는 이산화탄소에 의해 더욱 팽창하고, 컨베어 52에 의하여 연속하여 형성되는 블록형태로서 배출헤드 주위로부터 제거된다.
배출헤드의 대체 구조는 도 4에 예시된 바와 같이 헤드 64가 측방으로 긴 형태이며 사용상에서 컨베어 52의 운동방향에 대하여 횡단하는 위치에 있다. 상기 배출헤드 64는 직사각형의 단면을 가지며, 앞에서 설명된 소결와이어와 같은 확산재료로 만들어진 직사각형 스트립 68이 그 배출헤드의 측벽의 일부를 형성한다. 이와 같이, 혼합물은 소결재료를 통과하여 컨베어 52의 폭 전체에 걸쳐 더욱 균일하게 배출될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예의 상세사항에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 확산부재를 가로지르는 압력차는 그 요소의 치수, 형상, 기공의 크기 및 두께 및/또는 확산재료를 통과하는 혼합물의 속도 증의 일부 또는 전부를 조절함으로써 제어될 수 있다.
경우에 따라서는, 확산재료를 견고하게 지지하기 위한 지지구조를 포함할 필요가 있을 수 있다.
일반적인 경우에, 확산재료의 두께는 특히 확산재료의 기공크기에 따라 1-3mm의 범위에 있다. 다른 형태의 발포체, 예를 들면 필러(filler) 또는 점성물질을 함유하는 발포체는 확산재료의 더 큰 기공크기와 증가된 두께를 필요로 할 수 있다. 실제상에서, 사용되는 기공크기와 확산재료의 상류에서 발달되는 배압(back pressure)은 제조되는 발포체의 최종 셀구조에 영향을 미친다.
화학적으로 형성되거나 시스템 내로 부주의하게 들어오게된 외부로부터의 입자인 큰 입자들이 확산재료에 도달하여 기공을 막지 못하게 하기 위하여, 시스템 내부에 확산재료의 상류의 어느 곳엔가에 여과매체를 배설하는 것이 바람직할 수 있다.
어떤 실시예에서는 종래의 조절롤러(doctor roller)와 저절가능한 압력판을 배출헤드의 하류에 조합하여 발포제품의 상면을 제어하는 것이 유리할 수 있다.
상기한 시스템은 저밀도 발포체의 형성에 관하여 설명되었으나, 표준밀도 및 고밀도 발포체의 제조에도 역시 적용될 수 있다.
도 5, 도 6 및 도 7에서, 본 발명에서 사용되는 확산부재노즐로서, 조절가능한 영역을 가지는 두 가지 실시예를 나타낸다. 그와 같은 장치는 수동식 또는 동력식으로 구동될 수 있고, 소망할 경우에 하나 이상의 동작특성 또는 파라미터에 감응하여 자동감지장치에 의하여 제어될 수 있다.
우선 도 5를 참조하면, 예시된 실시예는 이후에 설명되는 소결와이어와 같은 확산재료로 만들어지는 원통형 확산부재 80을 포함한다.
상기 원통형 확산부재 80은 볼트 84에 의해 상기 요소 80의 축방향 말단에 고정되는 두 개의 지지판 82a, 82b 사이에 지지된다. 반응혼합물은, 횡단공 90을 거쳐 원통형 확산부재 80의 내부와 연통하는 중앙공 88을 가지는 긴 공급관 86을 경유하여 공급된다. 상기 공급관은 원통형 확산부재내에 슬라이드 삽입되는 플랜지형 말단부 92를 가지고, 그 내부에서 환상 오링 94에 의해 밀봉된다. 상기 실 94에 의해 혼합물은 도 5에 나타낸 플랜지형 헤드 92의 오른쪽으로 확산부재내의 영역에 갇힌다. 이로써 공급관 및 원통형 확산부재 80의 축방향 상대적 변위에 의해, 확산부재의 유효 동작면적은 그에 대응하여 증가되거나 감소될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 가변면적 확산부재의 제2 실시예는 고정된 하우징 108 내의 두 개의 압축개스킷 104, 106 사이에 장착되는, 소결와이어와 같은 확산재료의 원형디스크 102를 포함한다. 제1 개스킷 104의 직경은 디스크 102의 직경과 동일하나, 하우징 108 내에 형성된 프러스토-코니컬(frusto-conical) 주입통로 112와 정렬되는 편심원형 개구 110을 구비한다. 제2 개스킷 106은 환상(環狀)이며, 리테이닝링 114 및 나사 116에 의해 디스크 102의 외주에 압착된다. 제2 하우징부 118은 하우징 108에 대하여 중심축 X 주위로 회전할 수 있도록 장착된다. 이것은 하우징부 118을 고정나사 120과 하우징부 118의 플랜지 124에 대향하여 테플론(Teflon: 등록상표)코팅 126을 가지는 결합면들 중 최소한 하나와 결합되는 제2의 스프링장착형 리테이닝링 122에 의해 하우징 108에 커플링함으로써 성취된다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 회전가능한 하우징부 118은 다른 쪽의 편심공 132와 연통하는 축방향 배출공(outlet bore) 130을 가진다. 확산디스크 102와 대면하는 하우징부 118의 표면은 테플론코팅 134를 가짐으로써 상기 하우징부 118이 핸들 128에 의해 하우징 108에 대하여 상대적으로 회전할 때 확산디스크 102 위로 미끄러질 수 있게 한다.
도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 하우징부 118은 배출공 132가 주입통로 112에 완전히 정렬되는 위치(도 7에서 점선 링 A로 표시됨)와, 배출공 132가 소정의 최소 오버랩에 상응하여 유입통로 112와의 정렬을 벗어나는 위치(도 7에서 점선 링 B로 표시됨)와의 사이에서 선택적으로 이동될 수 있다. 이와 같은 방법으로, 주입통로와 배출통로의 중첩정도는 확산의 유효면적이 최대값과 최소값의 사이에서 변동되도록 선택될 수 있다.
다음으로 도 8 내지 도 17을 참조한다. 여기에서 각 도면상의 동일하거나 유사한 부분에 대하여는 동일한 참고번호가 주어져 있다.
도 8 내지 도 11은 다중 압력감소장치(확산부재)(C1및 C2)를 구비한 장치를 나타낸다. 본 실시예에서의 목적은 하나의 확산부재가 막히게 되면 프로세스를 중단함이 없이 또하나의 확산부재로 교체할 수 있게 하는 것이다.
유통이 막히게된 확산부재는 세척을 위해 제거되거나, 적절한 매체를 사용한 역세척에 의하여 원래위치에서 세척될 수 있다. 세척된 확산부재는 현재 사용중인 발포장치가 막히게 될 때 제조 프로세스내로 추가교체할 수 있도록 대기시킨다. 이렇게 함으로써, 발포프로세스의 지속성이 감압장치(확산부재)의 수명에 의해 제한되지 않는다.
반응성 화합물은 연결부 (A)에서 상기 장치로 들어가고, 중공피스톤 110을 따라 통과하여, 예를 들면 도 3에 나타낸 바와 같은 형태를 가지며 노즐 13에 장착된 발포장치 130을 포함하는 제1 감압장치(C1)를 향한다. 상기 피스톤 110은 밸브 114의 보디 112에 미끄럼이 가능하게 장착되고, 동력식 선형액추에이터(linear actuator) 116에 의하여 밸브보디 112에 커플링된다. 상기 밸브 114는 바람직하게, 피스톤 110의 연장부에 고정된 브라켓(도시되지 않음)에 의하여 발포장치에 부착된다. 이것은 밸브 114의 보디 112가 피스톤 110에 대하여 축방향으로 운동하여, 제2 감압장치(확산부재)(C2)를 발포장치에 대하여 원래의 장치(C1)와 정확히 동일한 위치에 오도록 하는 장점이 있다.
상기 장치를 세척을 위하여 감압장치들(C1및 C2)의 제거가 가능하게 구성하고자 한다면, 감압장치들을 나사 124에 의해 노즐클램프 122 내의 위치에 지지하는 제거가능 블록 120 내에 배치할 수 있다.
도 11 내지 도 13은 도 8 내지 도 10에 예시된 장치의 원리에 대한 변형을 나타낸다. 도 11 내지 도 13의 장치에서, 화합물은 3방 전환 볼밸브 132 내로 들어가고, 두 개의 교호식 감압장치(확산부재)(C1및 C2)는 밸브의 출구에 부착된다. 화합물을 장치의 연결부(A)로 들어가서 밸브 132의 볼 134 내부로 유입된다. 두 개의 감압장치(C1및 C2)가 장착되고 개별적으로 탈착가능한 블록(F) 136a, 136b는 나사 140에 의해 밸브 132의 보디 138에 고정된다. 상기 밸브볼 134의 장착방향에 따라, 상기 장치(C1또는 C2) 중 하나는 제조에 사용되고 다른 하나는 세척을 위해 제거될 수 잇다. 상기 밸브의 볼 134은 로터리액추에이터 142에 의한 90°회전을 통해 작동된다.
도 14 및 도 15는 특수한 고압 볼밸브의 볼 150의 통로 내에 장착된 단일 감압장치(확산부재)(C)를 구비한 장치를 나타낸다. 이 장치의 목적은 가동중에 감압장치(C)를 180°회전하여 화합물의 흐름을 반대로 함으로써, 제조상의 화합물을 사용하여 역세척에 의한 자체세척효과를 성취하는 것이다.
이 장치는 한 개의 감압장치(C)만을 사용하여 발포체를 연속제조할 수 있게 함과 아울러 연속세척수단을 제공한다. 화합물들은 장치의 연결부(A)로 들어가서 볼 150과 감압장치(C)를 거쳐 출구로 통과한다. 상기 볼은 밸브보디 166 내에서 로터리액추에이터 152에 의해 180°의 각도로 작동되어 앞 단계에서의 배출측이 유입측으로 바뀌게 된다.
참고번호 154는 클램핑너트를 가리키고, 156은 볼시트(ball seats)를, 그리고 158은 밸브 캐비티필러(valve cavity fillers)를 가리킨다.
도 16은 도 14 및 도 15의 원리에 대한 또 다른 실시예를 나타내는 것으로서, 여기서는 감압장치(C)의 장착을 위해 볼밸브 대신에 테이퍼형 또는 원통형 플러그형 밸브 162가 사용된다. 도 16의 장치에 대한 설명은 볼 대신에 플러그 160로 교체한 점을 제외하고 도 7 및 도 8의 장치와 유사하다.
도 17은 적용될 수 있는 또 다른 장치를 예시한다. 이것은 감압홀더 176의 말단에 끼워지는 노즐홀더캡 174 내에 장착되는 두 개의 지지판 또는 배출판 170, 172로 구성된다. 상기 두 개의 지지판 170, 172 사이의 공간은 압축가능한 섬유 또는 강면 178로 채워진다. 상기 판 170, 172은 반응물의 흐름이 과도한 압력강하를 일으키지 않고 통과할 수 있게 하는 통로를 가진다. 배압은 상기 섬유 178의 압축에 의해 유지된다. 이러한 구성에서, 부분적인 막힘현상에 의해 배압이 증가하면, 감압홀더의 나사를 약간 이완시킴으로써 배압을 줄일 수 있다.
상기 홀더캡 174는 바닥에 있는 배출판 170에 끼워진다. 배출판 170의 상면에는 감압재료 178이 배설된다. 상부배출판 172은 감압재료 178의 위에 배설된다. 홀더캡 174는 반응물 공급관 176 상에 나사조임된다. 상기 감압재료의 양과 홀더캡 174를 반응물 공급관 176에 나사조임으로 이루어지는 압축의 정도에 따라 흐름에 대한 배압이 결정된다.
상기 지지판 170, 172 사이의 공간을 채우기 위해 분체(粉體)가 사용될 수도 있다. 도 17의 감압유닛은 또한 도 8 내지 도 16에 예시된 장치에도 적용될 수 있다.
마지막으로 도 18을 참조하여, 확산부재 200의 재료인 각각의 입자 또는 섬유 202의 주위에서 유입경로 A로 들어오는 반응혼합물 흐름이 발산되고 수렴되는 과정을 극히 도식적으로 나타낸다. 도시된 바와 같이, 여기서의 확산부재는 단지 세 개의 층 L1, L2및 L3을 가진다. 도 18에서는 이것들이 분리되어 있는 것으로 보이지만, 실제로는 각각의 입자 또는 섬유 202가 접합점에서 예를 들면 퓨징(fusing)에 의해 합쳐져 있음은 물론이다. 또한 강조되어야 할 것은, 도 18에서 유체의 경로의 발산 및 수렴이 단지 평면상, 즉 2차원적으로 나타나 있다. 실제상으로는 그 이상의 발산 및 수렴이 도 18의 평면 상하, 즉 3차원적으로 일어난다.

Claims (15)

  1. 반응성 발포성분들과 저비점 포말화제가 혼합되고, 상기 포말화제를 액체상태로 유지하기 위하여 충분한 압력이 가해지고, 상기 혼합물은 투과가능한 배출헤드를 통해 통과시키고 압력을 감소시킴으로써 포말이 형성되는, 고분자성 발포체의 제조장치로서,
    상기 배출헤드는 최소한 한 개의 확산부재(46)를 포함하고, 상기 확산부재는 통과하는 흐름의 방향에서 고려할 때 그 확산부재의 축방향 두께내에 3차원적으로 흐름의 경로가 분할, 발산 및 수렴되도록 하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 확산부재(46)의 적어도 하나는 접합된 재료, 또는 소결된 재료 또는 소결된 복합재료로 만들어지는 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 확산부재(46)의 적어도 하나는 소결된 와이어로 만들어지는 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 확산부재(46)의 적어도 하나는, 투과가능한 지지판들 사이에 담겨지는 재료로서, 고정되지 않은 입자성 재료 또는 압축가능한 재료를 포함하는 장치.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 확산부재의 역세척을 가능하게 하는 수단을 더 포함하는 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 역세척을 가능하게 하는 수단은 상기 확산부재의 적어도 하나가 선택적으로 180°에 걸쳐 변위되어 배출물질이 자체적으로 역세적을 할 수 있게 하도록 되어 있는 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 확산부재는 로터리밸브의 회전부재(150)내에 지지되고, 상기 회전부재(150)는 로터리액추에이터(152)에 의해 선택적으로 회전가능하여 밸브를 통과하는 흐름경로에 대하여 상기 확산부재의 방향을 반대로 할 수 있는 장치.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 서비스를 위한 비가동시간 사이에 확산부재의 사용수명이 더 연장되도록 포말형성을 제어하는 포말제어수단을 포함하는 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 포말제어수단은 발포형성중에 확산부재의 배압이 선택적으로 조절될 수 있게 되어 있는 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 배압조절설비는, 둘 사이의 공간이 확산재료의 압축정도를 조절하게끔 조정가능한 한 쌍의 지지판(170, 172) 사이에 확산부재재료(178)를 배설함으로써 달성될 수 있는 장치.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 발포가 진행되는 동안에 확산부재의 세척을 가능하게 하는 수단을 더 포함하는 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 발포가 진행되는 동안에 상기 세척을 가능하게 하기 위하여 최소한 두 개의 상기 확산부재(C1, C2)가 평행하게 배설되어, 상기 확산부재를 향한 반응성 조성물의 흐름을 가변적인 유입 흐름경로에 의해 선택적으로 제어할 수 있는 장치.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산부재는 가변크기의 유효면적을 가지는 장치.
  14. 고분자성 발포체를 제조하는 프로세스로서,
    반응성 발포성분들과 저비점 포말화제를 모으는 단계와, 상기 포말화제를 액상조건으로 유지하도록 압력을 가하고 상기 성분들을 투과가능한 배출헤드를 통하여 배출함으로써 포말을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 배출헤드는 최소한 한 개의 확산부재를 포함하고, 상기 확산부재는 통과하는 흐름의 방향에서 고려할 때 그 확산부재의 축방향 두께내에 흐름의 경로가 분할, 발산 및 수렴되도록 하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 프로세스.
  15. 선행 청구항중 어느 하나의 장치 또는 프로세스에 의하여 제조되는 고분자성 발포체.
KR1019980700150A 1995-07-11 1996-07-08 고분자성 발포체의 제조장치 및 프로세스 KR19990028849A (ko)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9514097.6 1995-07-11
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