KR20070028173A - 탱크 개구부 밀봉 시스템 및 밀봉 방법 - Google Patents

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KR20070028173A
KR20070028173A KR1020050083415A KR20050083415A KR20070028173A KR 20070028173 A KR20070028173 A KR 20070028173A KR 1020050083415 A KR1020050083415 A KR 1020050083415A KR 20050083415 A KR20050083415 A KR 20050083415A KR 20070028173 A KR20070028173 A KR 20070028173A
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오영탁
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Abstract

본 발명은 탱크 개구부 밀봉 시스템 및 밀봉 방법에 관한 것으로, 폴리올레핀 수지와 차단성 나노복합체 및 상용화제가 건조혼합된 조성물로 이루어지는 층을 포함하는 플레이트로 이루어지는 밀봉 시스템 및 밀봉 방법은 기체 및 액체에 대한 차단성이 뛰어나다.

Description

탱크 개구부 밀봉 시스템 및 밀봉 방법{System and method for closing a tank opening}
도 1은 본 발명에 따른 탱크 개구부 밀봉 시스템을 도시한 개략 단면도이다.
* 도면의 주요부에 대한 부호의 설명
1: 사이펀 2: 연료 탱크 벽
3: 림 4: 플로우트
5:통기 ROV 밸브 6: 플레이트
7: 플레이트 주변부 8: 플레이트 주변부
9: 플레이트 접합부 10: 연료탱크
11: 플레이트 주변부
본 발명은 차단성이 우수한 탱크 개구부 밀봉 시스템 및 밀봉 방법에 관한 것이다.
폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 범용 수지는 우수한 성형성과 기계적 물성 및 수분 차단성 때문에 여러 분야에 사용되고 있다. 그러나 이들은 탄화수소 차단성이 요구되는 액체 및 기체 탱크의 적용에서는 한계를 가지고 있어, 공압출(co-extrusion), 라미네이션 또는 코팅 등을 통하여 다른 수지와 다층으로 사용되어 왔다. 에틸렌-비닐알코올 공중합체 또는 폴리아미드계 수지는 우수한 가스 차단성으로 인해 차단성이 요구되는 다층 성형 플라스틱 제품에 적용되고 있다. 그러나 상기 에틸렌-비닐알코올 공중합체 또는 폴리아미드계 수지는 범용 수지에 비해 고가이므로, 이들을 적게 사용하고서도 우수한 차단성을 얻을 수 있는 수지 조성물에 대한 요구가 끊임없이 있어 왔다.
한편, 여러 종류의 광범위한 차량에 사용되는 액체 및 기체 탱크는 이들이 사용되는 용도 유형과 관련된 기밀성과 투과성에 관한 기준과, 이들이 처하는 주변의 요구조건을 일반적으로 만족시켜야 한다. 현재, 유럽에서 및 세계적으로 대기나 주변에의 오염물질 방출 제한에 대한 요건이 일반적으로 상당히 엄격하다. 따라서, 액체 및 기체 탱크의 설계는 여러 가지 사용 조건 하에서 기밀성과 안전성을 더욱 보장할 수 있는 기술을 개발하는 쪽으로 빠르게 진행되고 있다. 더욱이, 탱크와 관련된 다양한 부속품과 파이프에서 일어나는 손실을 가능한 많이 감소시키기 위하여 노력하고 있다. 한가지 수단으로 탱크 내부에 부속품과 파이프를 혼입하여 외기와의 접촉을 피하는 것이 때때로 사용된다.
한편, 솔베이의 국제특허출원 제WO01-21428호에는 탱크 벽에 다층 플라스틱 플레이트를 접합시켜 다층 탱크의 개구부를 밀봉하는 개구부 밀봉 시스템 및 밀봉 방법이 기술되어 있으며, 상기 탱크에 접합된 플레이트의 외부 플라스틱 층은 탱크 벽의 외부층과 양립할 수 있는 조성을 갖는다.
그러나, 상기 특허출원에 기술된 탱크에는 일반적으로 개구부 밀봉 플레이트의 다층 구조의 내부에 공급되는 장벽층과 탱크벽 사이에 연료투과 파이프가 잔류하며, 상기 파이프는 연료에 대한 불투과성이 최적이 아닌 HDPE와 같은 플라스틱으로 만들어진다.
상기 발명에서는 플레이트의 외부 플라스틱 층이 탱크벽의 외부층과 양립할 수 있어야 하므로 차단성을 갖는 장벽층과 외부층이 존재하는 다층 구조가 필연적이며 또한 플레이트의 외부층으로 사용될 수 있는 플라스틱 재료가 탱크를 구성하는 플라스틱 재료에 의해 제한되는 문제점이 있다. 예를 들어 탱크벽의 외부층이 HDPE로 이루어지는 경우 플레이트의 외부층도 차단성이 떨어지는 HDPE로 이루어져 이들의 접합면을 통한 연료 누출이 문제가 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 단층으로도 우수한 기체 및 액체 차단성을 나타내며, 탱크 벽의 외부층과 양립할 수 있는 차단성 나노복합체 블랜드로 제조된 플레이트 및 연료탱크를 사용하여 접착면에서의 연료 누출을 억제하는 탱크 개구부 밀봉 시스템 및 밀봉 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 탱크의 개구부 주변 위치에서 탱크벽에 접합되는 플레이트로 구성되는 탱크 개구부 밀봉 시스템에 있어서, 상기 플레이트가 (a) 폴리올레핀 수지 100중량부; (b) 에틸렌-비닐 알코올 공중합체, 폴리아미드, 이오노머 및 폴리비닐알코올로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 차단성 수지와 층상점토화합물의 차단성 나노복합체 0.5 내지 60 중량부; 및 (c) 상용화제 1 내지 30 중량부가 건조 혼합(dry-blending)된 차단성 나노복합체 조성물로 이루어지는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 폴리올레핀 수지가 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌 및 에틸렌-프로필렌 공중합체, 메탈로센 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 폴리프로필렌은 프로필렌의 호모폴리머, 코폴리머, 메탈로센 폴리프로필렌, 및 상기 호모폴리머 또는 코폴리머에 탈크, 난연제 등을 첨가하여 일반 폴리프로필렌의 물성을 강화한 복합 수지로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 층상점토화합물이 몬트모릴로나이트, 벤토나이트, 카올리나이트, 마이카, 헥토라이트, 불화헥토라이트, 사포나이트, 베이델라이트, 논트로나이트, 스티븐사이트, 버미큘라이트, 할로사이트, 볼콘스코이트, 석코나이트, 마가다이트 및 케냐라이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 폴리아미드가 1) 나일론4.6, 2) 나일론6, 3) 나일론6.6, 4) 나일론6.10, 5) 나일론 7, 6) 나일론 8, 7) 나일론 9, 8) 나일론 11, 9) 나일론 12, 10)나일론 46, 11) MXD6, 12) 무정형 폴리아미드, 13) 1)~12)의 폴리아미드중 2 이상의 성분을 갖는 공중합 폴리아미드, 또는 14) 1)~12)의 폴리아미드중 2이상의 혼합물을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 이오노머가 용융 지수 0.1 내지 10g/10분(190℃, 2,160g)의 범위일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 상용화제가 에틸렌-무수에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌-에틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-알킬아크릴레이트-아크릴산 공중합체, 무수말레산 변성(그래프트)고밀도 폴리에틸렌, 무수말레산 변성(그래프트)선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-알킬메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체, 에틸렌-부틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 무수말레산 변성(그래프트)에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면 상기 플레이트는 상기 플레이트를 관통하는 파이프를 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면 상기 플레이트는 탱크 내부의 면에 위치한 하나 이상의 부속품에 부착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면 상기 플레이트는 다층 형태일 수 있다.
또한 본 발명에서는 (a) (i) 폴리올레핀 수지 100중량부; (ii) 에틸렌-비닐 알코올 공중합체, 폴리아미드, 이오노머 및 폴리비닐알코올로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 차단성 수지와 층상점토화합물의 차단성 나노복합체 0.5 내지 60 중량부; 및 (iii) 상용화제 1 내지 30 중량부를 건조 혼합하여 차단성 나노복합체 조성물을 형성하는 단계; (b) 상기 조성물로 이루어지는 층을 포함하는 플 레이트를 성형하는 단계; 및 (c) 상기 성형된 플레이트를 탱크의 개구부 주변에 접합하여 밀봉하는 단계를 포함하는 탱크 개구부 밀봉 방법이 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 상기 플레이트를 열판 접합, 진동 융착 또는 레이저 접합을 통해 탱크 개구부에 접합할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면 개구부 주변에 부속품을 수반하는 플레이트를 접합하기 전에 하나 이상의 부속품이 상기 플레이트에 접합될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면 플레이트를 부속품과 개구부 주변에 동시에 접합함으로써 탱크를 밀봉하기 전에 개구부에 인접한 탱크의 내벽에 하나 이상의 부속품을 부착시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면 상기 탱크가 차량용 연료탱크일 수 있다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본원에서 "탱크"란 용어는 일반적으로 외부에 불투과성이고 다양한 형태를 가지는 폐쇄된 챔버를 의미하며, 챔버 내부에 위치하거나 챔버 벽을 관통하는 다양한 부속품을 구비할 수 있다. 상기 탱크는 기체 탱크, 액체 탱크 또는 기체와 액체를 모두 함유하도록 설계된 탱크일 수 있다. 바람직하게는 액체 탱크 또는 기체상을 함유하는 액체용 탱크일 수 있다.
몇몇 탱크들은 하나 이상의 개구부 즉 형태가 원형이거나 다른 형태이고, 예를 들어 제조시에는 탱크에 혼입시킬 수 없는 하나 이상의 부속품을 탱크에 삽입하도록 하기 위해서와 같은 다양한 이유로 탱크 벽을 관통하는 절단부를 가진다.
액체 및 기체를 저장 및 함유하기 위한 용도로 탱크를 사용하기 위하여 부속품을 삽입한 후 가능한 탱크를 기밀 밀봉할 수 있는 밀봉 시스템을 고안하여 적용하는 것이 필요하다.
본 발명에 따른 탱크 개구부 밀봉 시스템은 (a) 폴리올레핀 수지 100중량부; (b) 에틸렌-비닐 알코올 공중합체, 폴리아미드, 이오노머 및 폴리비닐알코올로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 차단성 수지와 층상점토화합물의 차단성 나노복합체 0.5 내지 60 중량부; 및 (c) 상용화제 1 내지 30 중량부가 건조 혼합(dry-blending)된 조성물로 이루어지는 층을 포함하는 플레이트로 이루어진다.
본 발명에 따른 탱크 개구부 밀봉 시스템은 단층 또는 다층 구조의 플라스틱 탱크에 적용할 수 있다. 여기서 플라스틱이라 함은 분위기 조건하에서 고체 상태인 합성 고분자, 열가소성 또는 열경화성 물질 및 이들의 2이상의 혼합물을 포함한다. 상기 고분자는 호모폴리머 및 코폴리머를 포함한다. 상기 탱크는 차단성 수지로 이루어지는 것이 바람직하며, 다층 구조인 경우에는 하나 이상의 내부층이 차단성을 갖는 장벽층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 차단성을 갖는 장벽층을 구성하는 조성물의 비제한적인 예로는 폴리아미드 또는 코폴리아미드계 수지, 스테티스틱 에틸렌 및 비닐 알코올 공중합체 또는 p-히드록시벤조산과 6-히드록시-2-나프토산 또는 테레프탈산 및 4,4'-비페놀의 코폴리에스테르와 같은 써모트로픽 액정 고분자를 들 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 플라스틱 탱크가 본 발명에 따른 탱크 개구부 밀봉 시스템의 플레이트와 동일한 조성을 가지는 것이다. 즉 상기 탱크는 (a) 폴리올레핀 수지 100중량부; (b) 에틸렌-비닐 알코올 공중합체, 폴 리아미드, 이오노머 및 폴리비닐알코올로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 차단성 수지와 층상점토화합물의 차단성 나노복합체 0.5 내지 60 중량부; 및 (c) 상용화제 1 내지 30 중량부가 건조 혼합(dry-blending)된 조성물로 이루어지는 층을 포함하는 단층 또는 다층일 수 있다.
본원에서 "플레이트"란 용어는 표면적에 비하여 상대적으로 두께가 작은 임의의 고체 부재를 의미하며 그 강성이 탱크 벽의 것과 유사하다. 상기 플레이트는 다양한 형태를 가질 수 있는데, 통상적으로는 다양한 탱크 형태 및 이러한 탱크 표면에서 밀봉되는 개구부 위치에 좌우된다. 흔히 상기 플레이트는 예를 들어, 80mm를 초과하지 않는 직경을 갖는 원형 개구부와 같은 소형 개구부의 경우에, 평평하거나 약간 안으로 구부러진 표면을 갖는다.
본 발명에 따른 탱크 개구부 밀봉 시스템에서 상기 폴리올레핀계 수지는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, high density polyethylene), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, low density polydethylene), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE, linear low density polyethylene), 에틸렌-프로필렌 공중합체, 메탈로센 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 폴리프로필렌은 프로필렌의 호모폴리머, 코폴리머, 메탈로센 폴리프로필렌, 및 호모폴리머 또는 코폴리머에 탈크, 난연제 등을 첨가하여 일반 폴리프로필렌의 물성을 강화한 복합 수지로 이루어지는 군으로부터 1종 이상이 선택되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 탱크 개구부 밀봉 시스템에서 상기 차단성 나노복합체는 층상점토화합물(clay)을 에틸렌-비닐 알코올 공중합체(EVOH), 폴리아미드, 이오노머 (ionomer) 및 폴리비닐알코올(PVA) 중에서 선택된 1종 이상인 차단성 수지와 혼합하여 제조할 수 있다. 제조된 차단성 나노복합체는 완전박리(fully exfoliated), 부분박리(partially exfoliated), 층간삽입(intercalated), 및 부분삽입(partially intercalated) 형태로부터 선택되는 모폴로지를 취하게 되며, 성형과정 후에도 상기 모폴로지를 유지하는 것이 무엇보다 중요하다. 바람직하게는 완전박리(fully exfoliated) 형태를 가지는 것이 차단성을 향상시키는 데 유리하다.
상기 차단성 나노복합체중 차단성수지와 층상점토화합물의 중량비는 58.0: 42.0 내지 99.9: 0.1이며, 바람직하게는 85.0: 15.0 내지 99.0: 1.0이다. 상기 차단성수지의 중량비가 58.0 미만이면 층상점토화합물의 뭉침 현상이 발생하여 분산이 적절하게 이루어지지 못하고, 차단성수지의 중량비가 99.9를 초과하면 차단성 상승효과가 미미해서 바람직하지 못하다.
상기 층상점토화합물은 유기화제가 층상점토화합물의 층간에 개재되어 있는 유기화된 층상점토화합물인 것이 바람직하다. 상기 층상점토화합물 내의 유기화제 함량은 1 내지 45중량%인 것이 바람직하다. 유기화제 함량이 1중량% 미만이면 층상점토화합물과 차단성 수지와의 상용성이 떨어지고, 45중량%를 초과하면 차단성 수지 사슬의 층간 삽입이 용이하지 못해서 바람직하지 못하다.
상기 층상점토화합물은 몬트모릴로나이트(montmorllonite), 벤토나이트(bentonite), 카올리나이트(kalinite), 마이카(mica), 헥토라이트(hectorite), 불화헥토라이트(fluorohectorite), 사포나이트(saponite), 베이델라이트(beidelite), 논트로나이트(nontronite), 스티븐사이트(stevensite), 버미큘라이트 (vermiculite), 할로사이트(hallosite), 볼콘스코이트(volkonskoite), 석코나이트(suconite), 마가다이트(magadite), 및 케냐라이트(kenyalite)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상인 것이 바람직하며, 유기화제는 1차(primary)내지 4차 암모늄(quaternary ammonium), 포스포늄(phosphonium), 말레에이트(maleate), 석시네이트(succinate), 아크릴레이트(acrylate), 벤질릭 하이드로젠(benzyic hydrogens), 옥사졸린(oxazoline) 및 디메틸디스테아릴암모늄(Disteayldimethyl ammonium)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 작용기를 포함하는 유기물인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 에틸렌-비닐알코올 공중합체의 에틸렌 함량은 10 내지 50몰%인 것이 바람직하다. 상기 에틸렌의 함량이 10몰% 미만일 경우에는 가공성이 저하되어 용융성형이 어려우며, 50몰% 초과할 경우에는 산소 차단성 및 액체 차단성이 충분하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명에 사용되는 폴리아미드는 1) 나일론4.6, 2) 나일론6, 3) 나일론6.6, 4) 나일론6.10, 5) 나일론 7, 6) 나일론 8, 7) 나일론 9, 8) 나일론 11, 9) 나일론 12, 10)나인론 46, 11) MXD6, 12) 무정형 폴리아미드, 13) 1)~12)의 폴리아미드중 2 이상의 성분을 갖는 공중합 폴리아미드, 또는 14) 1)~12)의 폴리아미드중 2 이상의 혼합물이 선택되어 사용될 수 있다.
상기 무정형 폴리아미드는 차동 주사 열량계(DSC)로 측정하였을 때(ASTM D-3417,10oC/분) 흡열 결정질 융점 피이크가 없는, 결정성이 부족한 폴리아미드를 의 미한다.
일반적으로 폴리아미드는 디아민과 디카르복실산으로부터 제조될 수 있다. 디아민의 예로는 헥사메틸렌디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디아민, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민,
비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 2,2-비스(4-아미노시클로헥실)이소프로필리딘, 1,4-디아미노시클로헥산, 1,3-디아미노시클로헥산, 메타-크실릴렌디아민, 1,5-디아미노펜탄, 1,4-디아미노부탄, 1,3-디아미노프로판, 2-에틸디아미노부탄, 1,4-디아미노메틸시클로헥산, 메탄-크실릴렌디아민, 알킬 치환 또는 비치환 m-페닐렌디아민 및 p-페닐렌디아민 등이 있다. 디카르복실산의 예로는 알킬 치환 또는 비치환 이소프탈산, 테레프탈산, 아디프산, 세박산, 부탄디카르복실산 등이 있다.
지방족 디아민과 지방족 디카르복실산으로부터 제조되는 폴리아미드는 전통적인 반결정질 폴리아미드(결정질 나일론으로도 칭함)이고 무정형 폴리아미드가 아니다. 방향족 디아민과 방향족 디카르복실산으로부터 제조되는 폴리아미드는 통상적인 용융 가공조건 하에서는 처리하기 곤란한 점이 있다.
따라서 무정형 폴리아미드는 디아민과 디카르복실산 중 어느 한 쪽이 방향족이고 나머지 다른 한쪽이 지방족인 경우에 바람직하게 제조될 수 있다. 이 때 무정형 폴리아미드의 지방족 기들은 바람직하게는 탄소수 1 내지 15의 지방족 또는 탄소수 4 내지 8의 지환족 알킬이다. 무정형 폴리아미드의 방향족 기들은 탄소수 1 내지 6의 치환기를 갖는 모노 또는 비시클릭 방향족기인 것이 바람직하다. 그러나, 상기와 같은 무정형 폴리아미드가 본 발명에 반드시 적합한 것은 아닌데, 예를 들 면, 메타크실렌디아민 아디프아미드는 열성형 작업에 전형적인 가열 조건하에서 쉽게 결정화되며, 또한 배향시킬 때에도 결정화되므로 바람직하지 못하다.
본 발명에 적합한 무정형 폴리아미드의 구체적인 예로는 헥사메틸렌디아민 이소프탈아미드, 이소프탈산/테레프탈산의 비율이 99/1 내지 60/40인 헥사메틸렌 디아민 이소프탈아미드/테레프탈아미드 삼원 공중합체, 2,2,4- 와 2,4,4,-트리메틸헥사메틸렌디아민 테레프탈아미드의 혼합물, 이소프탈산 또는 테레프탈산, 또는 이들의 혼합물과 헥사메틸렌디아민 또는 2-메틸펜타메틸렌디아민의 공중합체를 포함한다. 테레프탈산 함량이 높은 헥사메틸렌디아민 이소프탈아미드/테레프탈아미드를 기재로 하는 폴리아미드 또한 유용할 수 있으나, 가공처리 가능한 무정형 폴리아미드를 생성하기 위해 2-메틸디아미노펜탄과 같은 제 2의 디아민이 혼합되어야 한다.
상기 무정형 폴리아미드는 상기 단량체만을 기재로 하는 중합체가 카프로락탐 또는 라우릴 락탐과 같은 소량의 락탐 종들을 공단량체로서 함유할 수 있다. 중요한 것은 폴리아미드가 전체로서 무정형이어야 하는 것이다. 그러므로 소량의 상기 공단량체들은 폴리아미드에 결정성을 부여하지 않는 한 혼입될 수 있다. 또한 글리세롤, 솔비톨 또는 톨루엔술폰아미드(센티사이저(Santicizer)8몬산토)와 같은 액체 또는 고체 가소제가 약 10중량% 이하로 무정형 폴리아미드에 함께 포함될 수 있다. 대부분의 적용에 있어서 무정형 폴리아미드의 Tg(건조한 상태, 즉 약 0.12중량% 이하의 수분을 함유하는 상태에서 측정됨)는 약 70oC 내지 약 170oC, 바람직하게는 약 80oC 내지 160oC 범위 내이어야 한다. 상기와 같이 특정 블렌딩되지 않는 무정형 폴리아미드는 건조시 대략 125oC의 Tg를 갖는다. Tg의 하한은 명확하지 않으며 70OC가 대략적인 하한이다. Tg의 상한 역시 명확하지 않다. 그러나 약 170oC 이상의 폴리아미드를 사용하면 쉽게 열성형 할 수 없다. 그러므로 산 및 아민 부분 둘 다 방향족기를 갖는 폴리아미드는 Tg가 너무 높아 열성형시킬 수 없으며 따라서 본 발명의 목적에는 일반적으로 부적합하다.
상기 폴리아미드 성분은 또한 1종 이상의 반결정질 폴리아미드를 포함한다. 이 용어는 전통적인 반결정질 폴리아미드를 말하는 데, 이는 일반적으로 나일론6 또는 나일론 11과 같은 락탐 또는 아미노산으로 제조되거나, 헥사메탈렌디아민과 같은 디아민을 숙신산, 아디프산, 또는 세박산과 같은 이염기산과 축합하여 제조된다. 상기 폴리아미드의 공중합체 및 삼원공중합체, 예를 들면 헥사메틸렌디아민/아디프산과 카프로락탐(나일론 6,66)의 공중합체가 모두 포함된다. 2 이상의 결정질 폴리아미드의 혼합물도 사용될 수 있다. 반 결정질 및 무정형 폴리아미드는 모두 당업자들에게 잘 알려진 축중합에 의해 제조된다.
본 발명에 사용되는 이오노머는 아크릴산과 에틸렌의 공중합체인 것이 바람직하며, 용융지수는 0.1 내지 10 g/10min(190 ℃, 2,160 g)의 범위인 것이 바람직하다.
상기 차단성 나노복합체는 조성물 내에 0.5 내지 60 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3 내지 30 중량부로 포함되는 것이다. 차단성 나노복합체가 0.5중량부 미만이면 차단성 향상효과가 적고, 60중량부를 초과하면 가 공이 용이하지 못해서 바람직하지 못하다.
본 발명에 따른 탱크 개구부 밀봉 시스템에서 상기 상용화제는 상기 폴리올레핀계 수지와 차단성 나노복합체와의 상용성을 향상시켜 안정한 구조의 조성물을 형성시키도록 하는 작용을 한다.
상기 상용화제는 극성기를 함유하는 탄화수소계 중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 극성기를 함유하는 탄화수소계 중합체를 사용할 경우, 중합체의 베이스로 이루어지는 탄화수소 중합체 부분에 의해 상용화제와 폴리올레핀 수지, 및 상용화제와 차단성 나노복합체와의 친화성이 양호하게 되어, 결과적으로 얻어지는 성형 물품에 안정한 구조를 형성시킨다.
상기 상용화제는 에폭시 변성 폴리스티렌 공중합체, 에틸렌-무수에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌-에틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-알킬아크릴레이트-아크릴산 공중합체, 무수말레산 변성(그래프트)고밀도 폴리에틸렌, 무수말레산 변성(그래프트)선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-알킬메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체, 에틸렌-부틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 및 무수말레산 변성(그래프트)에틸렌-비닐아세테이트 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택된 화합물, 또는 이들의 변성물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 상용화제는 조성물내에 1 내지 30중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3 내지 15중량부로 포함되는 것이다. 상기 상용화제가 1중량부 미만이면 조성물의 성형시 성형물의 기계적 물성이 나쁘고, 30중량부를 초과하면 조성물의 성형가공이 용이하지 못하여 바람직하지 못하다.
상기 에폭시 변성 폴리스티렌 공중합체를 상용화제로 사용할 경우에는 스티렌 70 내지 99 중량부, 및 하기 화학식 1로 표시되는 에폭시 화합물 1 내지 30 중량부를 포함하는 주쇄와 화학식 2의 아크릴계 단량체 1 내지 80 중량부로 이루어지는 가지를 포함하는 공중합체가 바람직하다:
[화학식 1]
Figure 112005050138253-PAT00001
상기 화학식 1에서,
R 및 R'는 각각 독립적으로 분자구조의 말단에 이중결합기를 갖는 탄소수 1 내지 20의 지방족 또는 탄소수 5 내지 20의 방향족 화합물의 잔기이다.
[화학식 2]
Figure 112005050138253-PAT00002
또한, 상기 무수말레산 변성(그래프트)고밀도 폴리에틸렌, 무수말레산 변성(그래프트)선형 저밀도 폴리에틸렌, 또는 무수말레산 변성(그래프트)에틸렌-비닐아세테이트 공중합체는 각각 주쇄 100 중량부에 대하여 무수말레산 0.1 내지 10 중량부로 이루어지는 가지로 구성되는 것이 바람직하다. 무수말레산 함량이 0.1중량부 미만이면 상용화제로서 성능발휘가 어렵고 10중량부 를 초과하면 조성물을 성형할 시 냄새가 많이 나서 바람직하지 못하다.
본 발명의 조성물 제조시 건조 혼합(dry-blending)하게 되는데, 이는 펠릿 형태의 차단성 나노복합체, 상용화제 및 폴리올레핀계 화합물을 일정한 조성비로 펠릿 혼합기에 동시 투입하여 혼합하는 것을 의미한다.
상기 조성물로부터 플레이트를 이루는 층을 구성하는 방법은, 건조혼합된 조성물을 압출성형기내에서 용융 혼합한 후 성형할 수 있다. 이 때 성형방법은 중공성형, 압출성형, 압공성형 및 사출성형을 비롯하여 통상적인 성형방법을 이용할 수 있다.
상기 플레이트는 개구부 주변에서 탱크벽에 접합된다. 접합이라 함은 상기 플레이트가, 탱크의 가장자리와 병렬하고, 폐쇄 링, 원형 또는 임의의 형태로 밀봉 면을 형성하며, 플레이트의 주요 두 면중 하나의 면의 외주변으로 다소 정밀하게 성형되는, 플레이트의 주요 두 면 중 하나의 표면 일부의 분자와, 전체 주변을 따라 개구부 가장자리에 위치한 탱크의 유사 표면의 분자의 접촉 및 부분적인 상호 침투를 통해 상기 벽과 일체가 되는 것을 의미한다.
본 발명에서 상기 플레이트는 상기 차단성 나노복합체 조성물로 이루어진 층을 포함하는 다층일 수 있다. 이 경우 상기와 같은 차단성 나노복합체 조성물을 플레이트 층 중 하나에 혼입하거나 차단성 나노복합체 조성물로 구성되는 특정한 부가층을 삽입할 수 있다. 바람직하게는 차단성 나노복합체 조성물로 구성되는 부가층을 구조내에 삽입하는 것이다 상기 플레이트가 다층인 경우 탱크에 접합되는 외층은 탱크의 외벽을 구성하는 층의 조성과 양립할 수 있는 조성을 가지는 것이 바람직하다. "양립성"이란 용어는 탱크에 접합되는 플레이트 층과 개구부 부근에서 탱크의 외벽의 각 조성물의 구성성분의 화학적 물리적 양립성을 의미한다. 양호한 양립성은 접합부의 각 조성물의 구성 성분의 분리 현상과 개구부가 밀봉되는 탱크의 성질에 불리한 화학적 반응과 물리적 현상을 방지한다. 일반적으로 양호한 양립성은 플레이트가 탱크에 장기간 접착되어 있도록 한다.
플레이트의 다층 구조는 탱크 자체의 벽의 다층 구조와 동일하거나 다를 수 있다. 플레이트의 구조가 탱크벽의 구조와 동일한 밀봉 시스템이 바람직하다. 가장 바람직하게는 동일한 구조내의 차단성 나노복합체 조성물이 동일하고, 동일한 고분자층을 구성하는 것이다.
" 플레이트의 외층"이란 표현은 한면은 플레이트의 다른 층에 인접해 있고, 다른 면은 이 플레이트 외부 주변과 접촉하고 있는 것을 뜻한다.
본 발명에 따른 시스템은 탱크의 단순한 개구부를 밀봉하는데 매우 적합하다. 또한, 탱크 내부에 위치하는 부속품 위의 개구부를 밀봉하는 데 적합하다.
본 발명에 따른 밀봉 시스템의 특히 바람직한 구현예에 다르면, 상기 플레이트는 탱크의 내면에 위치하는 하나 이상의 부속품과 통합되는 것이다. " 부속품"이란 용어는 일반적으로 액체 또는 기체가 통과하거나, 액체 또는 기체와 접촉하고, 두 개의 다른 부재 사이에 액체 및/또는 기체를 운반하는 기능을 포함하여 탱크가 일부를 이루는 장치에 특유한 특정 기능을 수행하는 부재를 의미한다.
이와 같은 부속품의 비제한적인 예는 다음과 같다:
. 화학적 또는 물리적 조성물을 함유하는 용기, 특히 증기 흡수 캐니스터;
. 액체 또는 기체 게이지 ;
. 액체 또는 기체 게이지에 연결된 전기 연결부;
. 액체 또는 기체 펌프;
. 특수 조건하의 탱크 밀폐 제어용 안전 밸브 예를 들어, ROV(롤 오버 밸브), 즉 역으로 선회하는 탱크의 경우에 자동적으로 밀폐되는 밸브;
. 액체를 수집하기 위한 배수용기;
. 액체 또는 기체 펌프의 모터에 전원을 공급하는 전기 연결부;
. 어떠한 장치, 특히 모터 공급장치에 연결된 액체 파이프;
. 액체/증기 분리장치, 예를 들어 ORVR(선상 연료 고체 증기 회수)밸브, 즉 탱크의 연료 교체시에 증기 회수 장치와 OBD(선상진단 장치).
두개 이상의 부속품을 조합하여 사용할 수 있는데, 동일한 부속품이 여러 번 존재할 수도 있다.
상기 구현예에 따르면 상기 부속품은 플레이트에 통합되는데, 기계적 수단에 의하여 플레이트에 체결된다. 상기 부속품은 탱크의 유형과 양립할 수 있는 기계적 수단, 이에 저장되는 액체와 기체의 성질 및 탱크의 용도와 양립할 수 있는 기계적 수단에 의해 플레이트에 부착된다. 상기 플레이트는 부속품을 파지하고 운반하는 수단을 제공할 수 있다. 예를 들면, 기계적 장착 장치에 의하여 부속품이 부착된 플레이트를 사용할 수 있다. 이러한 장치의 예를 들면, 스크류, 너트, 클립 시스템 등이 있다. 이들의 제조시에 예를 들어, 성형에 의해 부착된 부속품과 플레이트 를 사용할 수 있다. 접착제 결합 또는 접합과 같은 더 영구적 부착 수단을 사용할 수 있다. 일반적으로 부속품을 접합에 의하여 플레이트에 부착시키는 것이 바람직하다.
플레이트에 부착된 부속품은 밀봉될 때 탱크 내부의 플레이트 쪽에서 플레이트에 대해 배치된다.
이들 부속품 중 몇몇은 플레이트를 절단하는 홀을 통해 플레이트를 통과하는 하나 이상의 파이프를 포함한다. 이 경우에 파이프가 관통하는 개구부에 밀봉부를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 플레이트는 밀봉되는 개구부의 환경 및 플레이트가 부착되는 부속품의 형태 및 체적에 가능한 한 근접하게 적응되도록 형성될 수 있다. 홀을 통해 플레이트를 관통하는 증기 방출관을 포함하는 액체-증기 분리기에 부착된 플레이트가 좋은 결과를 나타낸다.
본 발명은 또한 탱크 개구부를 밀봉하는 방법을 제공하는 바, 상기 방법은 (a) (i) 폴리올레핀 수지 100중량부; (ii) 에틸렌-비닐 알코올 공중합체, 폴리아미드, 이오노머 및 폴리비닐알코올로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 차단성 수지와 층상점토화합물의 차단성 나노복합체 0.5 내지 60 중량부; 및 (iii) 상용화제 1 내지 30 중량부를 건조 혼합하여 차단성 나노복합체 조성물을 형성하는 단계; (b) 상기 조성물로 이루어지는 층을 포함하는 플레이트를 성형하는 단계; 및 (c) 상기 성형된 플레이트를 탱크의 개구부 주변에 접합하여 밀봉하는 단계를 포함한다.
상기 방법에서 사용되는 플레이트는 여러 공급원에서 나온다. 예를 들면, 탱크를 제조하는데 사용되는 것과 반드시 동일할 필요가 없는 특수한 방법으로 다른 시간에 또는 동일한 시간에 탱크 자체와 무관하게 제조될 수 있다. 예를 들면, 플레이트를 공압출한 다음 압축성형하여 얻을 수 있다. 또한 여러가지 공지방법 중 하나를 사용하여 성형하여 얻을 수 있다. 이와 같은 방법은 예를 들면 블로우 성형, 압축 성형, 사출성형과 열성형이 있다.
상기 플레이트를 탱크와 독립적으로 제조하는 경우 탱크의 치수보다 약간 작은 크기의 탱크 개구부를 만들고 상기 개구부를 플레이트의 접합에 의해 밀봉한다.
다른 방법으로, 플레이트를 탱크와 동시에 제조하고, 탱크를 제조하는데 사용된 플라스틱으로부터 절단한다. 이러한 공정은 이들의 부속품이 장착된 탱크의 제조를 동시에 할 수 있는 관점에서 특히 유리하다. 예를 들면, 탱크를 제조한 후 탱크벽 영역으로부터 또는 탱크의 일부로부터 플레이트를 직접 절단해내는 것도 가능하다. 이러한 변형방법은 탱크 다층구조의 제일 안쪽 외층이 제일 바깥쪽 층과 양립할 수 있다고 가정한다.
다른 변형방법은 적당한 다층구조를 가진다면 탱크 제조 스크랩에서 플레이트를 절단 하는 것이다.
또한 이러한 목적으로 특히 설계되고 탱크와 동시에 제조된 탱크의 연장부분으로부터 플레이트를 절단할 수 있다. 또한 탱크벽과 동일한 2개의 구조를 압축하여 탱크벽의 구조와 동일한 2개의 완전한 구조를 포함하는 플레이트를 제조할 수 있다. 이 경우에 예를 들면, 탱크를 제조하는데 사용되는 패리손의 특정 부분을 압 착할 수 있다. 이를 위해서는 탱크를 제조하기 위한 몰드에 대해 플레이트의 2개의 동일한 구조물을 압축하는 것이 특히 가장 유리하다.
플레이트를 탱크에 접합하는 조작은 일반적으로 그 자체 공지된 방법으로 행할 수 있다. 예를 들면, 열판 접합(Hot-plate welding), 진동 접합(vibration welding)또는 레이저 접합(laser welding)을 사용할 수 있으며, 열판 접합방법이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 특정 구현예에 따르면, 하나 이상의 부속품이 탱크 내부 면에서 플레이트에 부착되는 것이다. 일반적으로 탱크, 이에 함유되는 액체와 기체의 성질 및 이의 사용 조건과 양립할 수 있는 부착방법이 적합하다.
그러나, 이러한 부착조작을 행하는 접합방법을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서 " 부착"과 "탱크의 내부 면"이란 표현은 밀봉 시스템의 경우에서 이미 설명한 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 발명에 따른 방법의 특정 구현예에서, 제1 변형은 부속품에 부착된 플레이트를 탱크 개구부 주변에 접합시켜서 밀봉하기 전에 하나 이상의 부속품을 플레이트에 접합시키는 것이다.
이 방법에서 상기 플레이트는 부속품용 지지체로서 작용하고 탱크내에 쉽게 주입되도록 한다.
제2 변형은 대조적으로 제1 단계에서 개구부에 인접한 탱크의 내벽에 하나 이상의 부속품을 부착시키고, 다음 제2 단계에서 플레이트를 부속품과 개구부의 주변에 동시에 접합시켜서 탱크를 밀봉하는 것이다.
어느 방법의 구현예가 사용되든 예를 들면 접합하는 동안 탱크 표면에 수직으로 발생하는 힘의 결과로 또는 탱크 자신의 무게로 인하여 개구부 주변에서 탱크벽이 가용성 변형을 겪게 될 때, 플레이트를 탱크벽에 접합하는 공정동안 문제가 발생할 수 있다. 이러한 상황은 탱크가 제조공정으로부터 바로 나와 탱크벽의 온도가 여전히 비교적 높을 때 실제로 일어날 수 있다. 다른 이유는 개구의 직경이 비교적 커서 개구부의 가장 자리 부근의 플라스틱 재료가 작은 개구부의 경우에서와 같이 효과적으로 지지되지 못하기 때문일 수 있다. 이러한 변형 문제를 해결하기 위해서는 플레이트를 접합하는 동안 개구부 주변에서 상기 벽에 성형되는 러그로 탱크벽을 지지하는 것이다. 상기 러그는 개구부 주변부 부근에서 탱크의 외벽에 성형될 수 있다. 상기 탱크벽은 상기 러그를 클램핑하는 클램프에 의해 이 위치에서 지지될 수 있다. 탱크의 변형을 방지하기 위해 탱크벽으로부터 플레이트를 절단하면서 상기한 것과 유사한 러그를 사용할 수 있다. 접합하기 전에 탱크 표면에서 발생할 수 있는 불균일함을 보정하기 위해 사용될 수도 있다. 또한 탱크의 외부 표면의 형상을 플레이트의 형상과 완전히 동일해지도록 하는데 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 연료탱크 특히 자동차용 연료탱크의 개구부를 밀봉하는 데 사용될 수 있다.
"자동차"란 화물자동차, 승용차와 모터사이클과 같은 내연기관에 의하여 작동되는 차량을 뜻한다.
이하 도면을 참고로 하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 탱크 개구부 밀봉 시스템으로 밀봉된 탱크의 단면도 이다.
상기 탱크(10)는 2개의 부속품을 수반하는 플레이트(6)로 개구부가 밀봉되고, 차단성 나노복합체 조성물로 이루어진 단층 구조이다. 탱크벽의 단층 구조는 사이펀(1)이 탱크(10) 벽(2)의 림(3)에 스냅-부착된다. 플로우트(4)를 갖는 통기 ROV 밸브(5)는 폴리아세탈 스커트(5)에 공급될 때 다시 스냅-부착에 의하여 사이펀(1)에 고정된다.
차단성 나노복합체 조성물로 이루어진 단층 구조의 플레이트(6)는 주변부(7), (8), (11) 주위에서 얇은 재질의 윤곽을 얻도록 열성형으로 성형한다. 상기 플레이트(1)는 열판 접합에 의하여 탱크의 외부표면에 접합된다
변형으로는 플레이트의 다층구조가 두개의 다른 장벽층으로 이루어지는 것이다. 이러한 변형에 따른 바람직한 예를 들면, 서로의 상부에 적층되고 탱크벽의 구조물과 동일한 두개의 완전한 구조물을 포함하고 탱그벽과 동일한 두개의 구조물의 압축으로 제조되는 플레이트일 때이다. 다른 변형은 특히 장벽층 이외의 층 두께가 감소되는 엠보싱을 플레이트의 가장자리 부근에 만드는 것이다. 이것은 플레이트가 탱크에 접합되는 지점에서 방출에 의해 손실되는 위험을 줄여준다.
본 발명에 따른 방법을 실시하는데 바람직한 방법에 따라서 레이저 광선 또는 적외선에 불투명한 조성물을 탱크의 외부표면과 접촉하는 얇은 재질 부분의 플라스틱 층에 혼합한다. 유리하기로는 이러한 실시방법으로 시트의 얇은 재질 주변 부분을 레이저 또는 적외선으로 접합하여 더 좋은 질을 갖는 탱크를 제조하는 것이다. " 레이저 또는 적외선에 불투명한 조성물"이란 표현은 레이저 또는 적외선 에너지를 흡수하거나 반사하는 조성물을 뜻한다. 좋은 결과를 나타내는 이러한 조성물의 예를 들면, 카본블랙 충전제가 있다. 이러한 조성물은 탱크벽과 접촉하여 직접 층의 중합체 물질 전체에 균일하게 분포되는 것이 유리하다.
이하 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명할 것이나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.
실시예
이하 실시예에서 사용한 재료는 다음과 같다:
EVOH: Kuraray사(Japan) 제품 E105B 사용
나일론 6: KP 케미칼즈 제품 EN 300 사용
이오노머: Dupont(USA) SURLYN 8527
HDPE-g-MAH: 상용화제. 크램프튼(CRAMPTON) 제품 PB3009 사용
HMWPE : 고분자량 폴리에틸렌 수지: (PB150, LG대산유화)
클레이: SCP 제품 Closite 20A 사용
열안정제: 송원산업의 제품 IR 1098 사용
접착제 : AB130 , LG화학
제조예 1(EVOH-층상점토화합물 나노복합체 제조)
에틸렌-비닐알코올 공중합체(EVOH, E-105B(에틸렌 함유율 44 몰%), 일본 Kuraray사, 용융지수: 5.5 g/10min, 밀도: 1.14 g/㎤)) 97 중량% 를 이축압출기(SM 플라텍 동방향 회전 이축 압출기, Φ40)의 주호퍼에 투입하고, 층상점토화합물로 유기화된 몬트모릴로나이트(Southern 층상점토화합물 Products, 미국 Closite 20A) 3 중량% 및 상기 에틸렌-비닐알코올 공중합체와 유기화된 몬트모릴로나이트를 합한 양 100중량부에 대하여 열안정제 IR 1098 0.1중량부를 사이드 피더에 분리투입한 후, 에틸렌-비닐알코올 공중합체/층상점토화합물 나노복합체를 펠릿 형태로 제조하였다. 이때 압출 온도는 180-190-200-200-200-200-200℃이고, 스크류 속도는 300 rpm이고, 토출조건은 30 ㎏/hr였다.
제조예 2(나일론 6-층상점토화합물 나노복합체 제조)
폴리아미드(나일론 6, EN300) 97 중량%를 이축압출기(SM 플라텍 동방향 회전 이축 압출기, Φ40)의 주호퍼에 투입하고, 층상 점토화합물로 유기화된 몬트모릴로나이트 3 중량% 및 상기 폴리아미드와 유기화된 몬트모릴로나이트를 합한 양 100중량부에 대하여 열안정제 IR 1098 0.1중량부를 사이드 피더에 분리투입한 후, 폴리아미드/층상점토화합물 나노복합체를 펠릿 형태로 제조하였다. 이때 압출 온도는 220-225-245-245-245-245-245℃이고, 스크류 속도는 300 rpm이고, 토출조건은 40 ㎏/hr였다.
제조예 3(이오노머-층상점토화합물 나노복합체 제조)
이오노머 97 중량%를 이축압출기(SM 플라텍 동방향 회전 이축 압출기, Φ40)의 주호퍼에 투입하고, 층상 점토화합물로 유기화된 몬트모릴로나이트 3 중량% 및 상기 이오노머와 유기화된 몬트모릴로나이트를 합한 양 100중량부에 대하여 열안정제 IR 1098 0.1중량부를 사이드 피더에 분리투입한 후, 이오노머/층상점토화합물 나노복합체를 펠릿 형태로 제조하였다. 이때 압출 온도는 220-225-245-245-245- 245-245 ℃이고, 스크류 속도는 300 rpm이고, 토출조건은 40 ㎏/hr였다.
실시예 1
상기 제조예 1에서 제조한 EVOH 나노복합체 25중량부, 상용화제 5중량부, 및 고밀도 폴리에틸렌 70중량부를 건조 혼합기(명우분체 시스템 Double cone mixer, MYDCM-100) 내에 투입하여 30분간 건조 혼합한 다음, 중공성형기의 주호퍼에 투입하여 185-195-195-195℃의 압출가공온도에서 중공성형하여 70리터 (6kg)의 연료탱크를 성형하였다. 플레이트는 탱크 제조 스크랩에서 얻었으며 연료탱크를 성형함과 동시에 제조된 탱크의 연장부분으로부터 플레이트를 절단하였다. 따라서 플레이트와 연료탱크는 동일한 조성을 갖는다.
실시예 2
상기 제조예 2에서 제조한 나일론 6 나노복합체 25중량부, 상용화제 5중량부 및 고밀도 폴리에틸렌 70중량부를 텀블 믹서를 사용하여 건조 혼합기(명우분체 시스템 Double cone mixer, MYDCM-100) 내에 투입하여 30분간 혼합한 다음 중공성형기의 주호퍼에 투입하여 195-210-220-220℃의 압출가공온도에서 중공성형하여 70리터 (6kg)의 연료탱크를 성형하였다. 플레이트는 탱크 제조 스크랩에서 얻었으며 연료탱크를 성형함과 동시에 제조된 탱크의 연장부분으로부터 플레이트를 절단하였다. 따라서 플레이트와 연료탱크는 동일한 조성을 갖는다.
실시예 3
상기 제조예 2에서 제조한 나일론 6 나노복합체 5중량부, 상용화제 2중량부 및 고밀도 폴리에틸렌 93중량부를 건조 혼합기(명우분체 시스템 Double cone mixer, MYDCM-100) 내에 투입하여 30분간 혼합한 다음 중공성형기의 주호퍼에 투입하여 195-210-220-220℃의 압출가공온도에서 중공성형하여 70리터 (6kg)의 연료탱크를 성형하였다. 플레이트는 탱크 제조 스크랩에서 얻었으며 연료탱크를 성형함과 동시에 제조된 탱크의 연장부분으로부터 플레이트를 절단하였다. 따라서 플레이트와 연료탱크는 동일한 조성을 갖는다.
실시예 4
상기 제조예 2에서 제조한 나일론 6 나노복합체 40중량부, 상용화제 20중량부 및 고밀도 폴리에틸렌 40중량부를 건조 혼합기(명우분체 시스템 Double cone mixer, MYDCM-100) 내에 투입하여 30분간 혼합한 다음 중공성형기의 주호퍼에 투입하여 195-210-220-220℃의 압출가공온도에서 중공성형하여 70리터 (6kg)의 연료탱크를 성형하였다. 플레이트는 탱크 제조 스크랩에서 얻었으며 연료탱크를 성형함과 동시에 제조된 탱크의 연장부분으로부터 플레이트를 절단하였다. 따라서 플레이트와 연료탱크는 동일한 조성을 갖는다.
실시예 5
상기 제조예 3에서 제조한 이오노머 나노복합체 25중량부, 상용화제 5중량부 및 고밀도 폴리에틸렌 70중량부를 건조 혼합기(명우분체 시스템 Double cone mixer, MYDCM-100) 내에 투입하여 30분간 건조 혼합한 다음, 중공성형기의 주호퍼에 투입하여 240-265-265-265℃의 가공온도에서 중공성형하여 중공성형하여 70리터 (6kg)의 연료탱크를 성형하였다. 플레이트는 탱크 제조 스크랩에서 얻었으며 연료탱크를 성형함과 동시에 제조된 탱크의 연장부분으로부터 플레이트를 절단하였 다. 따라서 플레이트와 연료탱크는 동일한 조성을 갖는다.
비교예 1
5개의 압출기를 갖춘 중공성형기에 HMWPE, 접착제, EVOH, 접착제, HMWPE순으로 투입한 후 중공성형하여 HMWPE/접착제/EVOH/접착제/HMWPE 구조의 70리터 (6kg)의 연료탱크를 성형하였다. 플레이트는 탱크 제조 스크랩에서 얻었으며 연료탱크를 성형함과 동시에 제조된 탱크의 연장부분으로부터 플레이트를 절단하였다. 따라서 플레이트와 연료탱크는 동일한 조성을 갖고 있다.
차단성 시험
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 연료탱크에 내용물로 fuel .C (toluele 50%+ iso-octane 50%)를 각각 30KG씩 충진한다음 동일한 실시예 및 비교예에서 제조된 플레이트로 연료탱크의 모든 개구부를 열판 접합 (hot-plate welding)에 의하여 밀봉한 다음 대형 oven에 넣고 40oC 조건에서 30일간 방치한 후 초기 무게(Wo)를 측정하고 200일 후에 꺼낸 후 무게(W1)을 측정하여 충진한 내용물의 손실량(Wo-W1)을 측정하였다.
표. 연료 차단성 시험 결과
구분 내용물 손실량
실시예 1 10.3
실시예 2 15.3
실시예 3 14.9
실시예 4 12.3
실시예 5 17.1
비교예 1 19.2
상기 표 에서 볼 수 있듯이, 실시예 1 내지 5의 밀봉 시스템은 비교예 1 연료기밀성이 우수한 것으로 나타났다.
본 발명에 따른 탱크 개구부 밀봉 시스템은 공지의 밀봉 시스템과 비교하여 액체와 기체의 손실을 더 감소시키고 장래에 유럽과 미국에서 실시하기 위하여 계획되고 있는 새로운 환경기준을 맞추는데 충분히 낮은 액체와 기체 손실 수준을 성취할 수 있다. 즉 탱크 자체를 차단성이 우수한 나노복합체 조성물로 제조함과 동시에 차단성 나노복합체 조성물로 이루어진 플레이트로 밀봉함으로써 장기간 사용에도 내용물의 침투 및 투과 억제기능을 유지할 수 있으며, 기계적 강도가 우수하고, 산소차단성, 유기용매차단성 및 습기차단성이 우수하며, 성형 후에도 나노복합체가 박리 형태의 모폴로지를 유지하고, 고분자 매트릭스에 특정 형태로 분산되어 있다.

Claims (18)

  1. 탱크 개구부 주변 위치에서 탱크벽에 접합되는 플레이트로 이루어지는 탱크 개구부 밀봉 시스템에 있어서, 상기 플레이트가
    (a) 폴리올레핀 수지 100중량부;
    (b) 에틸렌-비닐 알코올 공중합체, 폴리아미드, 이오노머 및 폴리비닐알코올로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 차단성수지와 층상점토화합물의 차단성 나노복합체 0.5 내지 60중량부; 및
    (c) 상용화제 1 내지 30중량부가 건조 혼합(dry-blending)된 차단성 나노복합체 조성물로 이루어지는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차단성 나노복합체중 차단성수지와 층상점토화합물의 중량비는 58.0: 42.0 내지 99.9: 0.1인 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 층상점토화합물이 몬트모릴로나이트, 벤토나이트, 카올린나이트, 마이카, 헥토라이트, 불화헥토라이트, 사포나이트, 베이델라이트,논트로나이트, 스티븐사이트, 버미큘라이트, 할로사이트, 볼콘스코이트, 석코나이트, 마가다이트 및 케냐라이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징 으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 차단성 나노복합체중 층상점토화합물이 층상점토화합물내에 1 내지 45중량%의 유기화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 유기화제가 1내지 4차 암모늄, 포스포늄, 말레에이트, 석시네이트, 아크릴레이트, 벤질릭 하이드로젠, 옥사졸린 및 디메틸디스테아릴암모늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 작용기를 포함하는 유기물인 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 에틸렌-비닐알코올 공중합체중 에틸렌 함량이 10 내지 50몰%인 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 폴리아미드가 1) 나일론4.6, 2) 나일론6, 3) 나일론6.6, 4) 나일론6.10, 5) 나일론 7, 6) 나일론 8, 7) 나일론 9, 8) 나일론 11, 9) 나일론 12, 10)나일론 46, 11) MXD6, 12) 무정형 폴리아미드 13) 1)~12)의 폴리아미드중 2 이상의 성분을 갖는 공중합 폴리아미드, 또는 14) 1)~12)의 폴리아미드중 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 무정형 폴리아미드의 유리전이 온도가 약 80oC 내지 130oC인 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 무정형 폴리아미드가 헥사메틸렌디아민 이소프탈아미드, 이소프탈산/테레프탈산의 비율이 99/1 내지 60/40인 헥사 메틸렌디아민 이소프탈아미드/테레프탈아미드 삼원 공중합체, 2,2,4- 및 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디아민 테레프탈아미드의 혼합물, 및 이소프탈산 또는 테레프탈산, 또는 이의 혼합물과 헥사메틸렌디아민 또는 2-메틸펜타메틸렌디아민의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 무정형 폴리아미드의 이소프탈산/테레프탈산 비율이 약 70/30인 헥사메틸렌디아민 이소프탈아미드/테레프탈아미드 삼원공중합체인 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 이오노머가 용융 지수 0.1 내지 10g/10분(190℃, 2,160g)의 범위인 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 상용화제가 에틸렌-무수에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌-에틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-알킬아크릴레이트-아크릴산 공중합체, 무수말레산 변성(그래프트)고밀도 폴리에틸렌, 무수말레산 변성(그래프트)선형 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-알킬메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체, 에틸렌-부틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 및 무수말레산 변성(그래프트)에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 플레이트가 탱크 내부에 위치하는 하나 이상의 부속품에 부착되는 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트가 단층 또는 다층인 것을 특징으로 하는 탱크 개구부 밀봉 시스템.
  15. (a) (i) 폴리올레핀 수지 100중량부; (ii) 에틸렌-비닐 알코올 공중합체, 폴리아미드, 이오노머 및 폴리비닐알코올 중에서 선택된 1종 이상의 차단성수지와 층상점토화합물의 차단성 나노복합체 0.5 내지 60중량부; 및 (iii) 상용화제 1 내지 30중량부를 건조 혼합하여 차단성 나노복합체 조성물을 형성하는 단계;
    (b) 상기 조성물로 이루어진 층을 포함하는 플레이트를 성형하는 단계; 및
    (c) 상기 성형된 플레이트를 탱크의 개구부 주변에 접합시켜 밀봉하는 단계를 포함하는 탱크 개구부를 밀봉하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 성형 단계가 중공성형, 압출 성형, 압공 성형 또는 사출 성형으로 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 탱크가 (i) 폴리올레핀 수지 100중량부; (ii) 에틸렌-비닐 알코올 공중합체, 폴리아미드, 이오노머 및 폴리비닐알코올 중에서 선택된 1종 이상의 차단성수지와 층상점토화합물의 차단성 나노복합체 0.5 내지 60 중량부; 및 (iii) 상용화제 1 내지 30중량부를 건조 혼합하여 이루어진 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제15항에 있어서 상기 플레이트를 열판 접합(Hot-plate welding), 진동 접합(vibration welding) 또는 레이저 접합(laser welding)을 통해 탱크 개구부 주변에 접합시키는 것을 특징으로 하는 방법.
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