KR20110019733A - 고형물 함유 ｐｕｒ 분무 사출물의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고형물 함유 PUR 분무 사출물의 제조 방법 및 분무 부속장치에 관한 것이다. 본 발명의 방법에서는, 고형물 함유 기체 스트림을 PUR 반응 혼합물의 액상 사출물내로 도입한다.

Description

고형물 함유 ＰＵＲ 분무 사출물의 제조 방법{PRODUCTION OF A SOLIDS-CONTAINING PUR SPRAY JET}

본 발명은 고형물 함유 PUR 분무 사출물(spray jet)의 제조 방법, 및 분무 부속장치(attachment)에 관한 것이다.

종래 기술을 통해서 고형물 함유 PUR 복합 재료를 제조하기 위해 두 가지 상이한 방법이 개시된 바 있다:

가압된 기체에 의해 분무되는 폴리우레탄 분무 사출물내로 고형물을 혼입시키는데 현재 사용되는 방법은 혼합 헤드 외부에 장착된 하나 이상의 공급 장치를 통해서 입자를 측면 주입하는 것이다. 이상적인 조건하에 유속이 상호 조화를 이룰 경우에, 주입된 고형물은 폴리우레탄 분무 사출물의 중앙에서 분해되어, 고형물 입자의 충분한 습윤 및 분포를 일으킨다.

가압된 기체 및 입자 주입에 의해 분무 작업이 지원되는 두 가지 방법에서, 기체 유속은 기능상 중요한 파라미터이다. 두 가지 방법을 조합할 경우에, 기체 스트림들은 서로에 의해 영향을 받아서, 최적의 경우에만 절충이 이루어질 수 있다.

불충분한 조정 가능성이 미치는 영향으로서는, 폴리우레탄 분무 사출물내에 고형물 입자가 경계선 형태로 습윤 또는 분포됨과 동시에 부분적으로 고형물 손실이 높다는 것을 들 수 있다.

제 1 변형예에서, 사용되는 고형물을 두 가지 폴리우레탄 성분중 하나, 대개는 폴리올 성분과 혼합하고, 이와 같이 하여 얻은 고형물 성분 혼합물을 고형물 함유 PUR 복합 재료의 제조에 사용한다. 이러한 변형예의 일례로서는 DE 39 09 017 C1호 및 DE 40 10 752 A1호를 들 수 있으며, 여기에는 팽창 가능한 흑연 또는 팽창 가능한 흑연/멜라민을 함유하는 가요성 폴리우레탄 포옴의 제조 방법이 설명되어 있다.

그러나, 이와 같은 방법에는 여러 가지 단점이 연루되어 있다. 따라서, 예를 들면 고형물을 사용할 때의 일반적인 문제점은 고형물이 일반적으로 폴리올 성분에 용해될 수 없다는 사실로부터 말미암은 것이다. 이러한 문제점은, 저장 탱크내 고형물의 침강을 방지하고 복합 재료내에서 고형물의 균일한 분포를 확보하기 위해서 폴리올 성분과 고형물의 분산액을 일정하게 교반시켜야 한다는 결과를 낳는다. 또한, 예컨대 멜라민은 침강후 신속하게 케이크를 형성하는 것이 아니라 "함께 소성"되는 바람직하지 못한 성질을 가짐으로써, 고형물의 재분산이 실질적으로 더 어려워지게 된다.

또한, 매우 다른 비중(담체 액체에 대한 비중)을 갖는 고형물들, 예를 들면 목분 또는 유리 버블은 이러한 방법에 의해서 가공하기가 곤란하다. 일반적으로, 이러한 고형물은 저장 탱크내에서 위쪽으로 떠오르는 경향이 있으며, 목분의 경우에는 팽윤하는 경향도 있다.

이외에도, 액체 중합체 성분내의 고형물의 존재는 순수한 폴리올 성분에 비해서, 물리적 성질, 예컨대 점도를 변화시키는데, 이는 반응 성분들의 혼화성에 악영향을 미친다.

이와 같은 시스템의 가공은, 해당 목적을 위해 특수하게 구성된 기계상에서만 가능한데, 이 또한 제조 비용의 상승을 유발한다. 또한, 고압 혼합 헤드를 폴리우레탄 원료를 가공하는데 사용할 경우, 혼합 헤드의 노즐에서 매우 높은 전단력이 발생하며, 이러한 조건하에서 고형물 입자, 예컨대 팽창 가능한 흑연은 극심하게 영향을 받으므로, 그들의 바람직한 활성을 적어도 부분적으로 상실할 수 있다.

고형물 함유 PUR 복합 재료를 제조하는 제 2 변형예는 고형물 함유 기체 스트림을 PUR 분무 사출물내로 도입하는 주입 방법이다.

이러한 변형예에서는, 고형물이 분무 사출물에 공급된다. 고형물의 첨가는 분무 혼합 헤드상에 측면으로 장착된 하나 이상의 외부 공급 장치를 통해서 수행되며, 이 때 고형물은 분무 사출물내에 측면 방향으로, 바람직하게는 가압된 기체의 도움을 받아 도입된다. 비중이 낮은 고형물을 사용할 경우에는, 이 방법은 분포의 균일성에 관해 늘어나는 막대한 요구에 부합할 수가 없다.

본 명세서에서, "PUR 분무 사출물"은 기체 스트림에 분산된 PUR 재료, 즉, 1종 이상의 폴리올 성분과 1종 이상의 이소시아네이트 성분의 혼합물의 미립자(액체입자)를 주성분으로 하는 사출물을 의미한다.

이와 같은 PUR 분무 사출물은 다양한 방식으로, 예를 들면 PUR 재료내로 도입된 기체 스트림에 의해서 당해 재료의 액상 사출물을 분무함으로써, 또는 해당하는 (분무기) 노즐로부터 PUR 재료의 액상 사출물을 토출함으로써 얻을 수 있다.

이와 같은 방법이 예컨대 DE 10 2005 048 874 A1호, DE 101 61 600 A1호, WO 2007/073825 A2호, US 3,107,057호 및 DE 1 202 977 B호에 개시되어 있다. 후자의 두 자료에 개시된 방법의 한가지 특징은, PUR 분무 사출물내로 고형물 함유 기체 스트림을 주입하는 작업을 PUR 분무 사출물의 토출 부위로부터 바로 하류에 위치한 별도의 챔버에서 수행한다는 사실이다. 이와 같은 추가의 중공형/혼합 챔버는 PUR 분무 사출물과 고형물 입자와의 혼합을 향상시키는 것으로 생각된다.

그러나, 전술한 바와 같은 고형물 함유 PUR 분무 사출물을 제조하기 위한 제 2의 대안을 따르는 모든 방법에서, 사용된 고형물 입자의 습윤은 여전히 요구되는 것만큼 균일하지 못하다는 점을 알아야 한다. 특히, 이러한 문제점은 고형물 입자의 크기와 질량이 변화함으로써 분무 사출물내로 주입하는 동안에 양상이 달라지는데 기인한 것이다. 부분적으로는, 사용된 고형물 입자의 매우 높은 손실이 관찰된다.

그러므로, 본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 종래 기술의 단점을 해소한 고형물 함유 PUR 분무 사출물의 제조 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 고형물 손실이 감소되거나 전혀 없도록 하는 동시에 고형물을 보다 균일하게 습윤시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 고형물 함유 기체 스트림을 PUR 반응 혼합물의 액상 사출물내로 주입하는 것을 특징으로 하는, 고형물 함유 PUR 분무 사출물의 제조 방법에 의해 달성된다.

따라서, 종래 기술, 특히 제 2 변형예와 대비되는 본 발명의 중요한 차이점은, 고형물 함유 기체 스트림을 사전에 분산된 반응 혼합물의 분무 사출물내로 주입하는 것이 아니라 혼합 챔버에서 여전히 액상인 미분산된 사출물내로 주입한다는 것이다. 여기서, 반응 혼합물의 흐름은 여전히 실질적으로 층류(laminar flow)의 속성을 갖는다.

본 발명에 의하면, "PUR 반응 혼합물의 액상 사출물"이라 함은 특히 기체 스트림에 분산된, 특히 액상의 점성 상으로 분산된 미세한 반응 혼합물 액체 입자의 형태로 아직 존재하지 않는 액상 형태의 반응 성분들을 혼합하기 위한 혼합 챔버의 범위내에서, PUR 물질의 유체 사출물을 의미한다. 따라서, 특히, "PUR 물질의 액상 사출물"이 전술한 바와 같은 PUR 분사 사출물을 의미하는 것은 아니다.

그러므로, 전술한 제 2 변형예에 의한 종래 기술의 방법이 실질적으로 PUR 반응 혼합물을 분무하기 위한 기체 스트림 또는 상응하는 노즐을 사용하고, 또 다른 고형물 함유 기체 스트림을 이와 같이 분무된 PUR 분무 사출물내로 주입하는 반면에, 본 발명의 방법은 분무-혼합 노즐내의 고형물 함유 기체 스트림을 상기 혼합 챔버로부터 PUR 반응 혼합물이 배출될 때 PUR 반응 혼합물의 액상 사출물을 분무하는데 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 방법에 의하면, 고형물이 손실없이 분무 노즐의 내부에서 PUR 반응 혼합물과 혼합되고 강제적으로 습윤되어 균일한 기체/고형물/PUR 물질 혼합물이 제공된다.

가압된 기체에 의한 분무법을 사용하는 분무 방법에서, 공정 요건에 기인하여 높은 기체 유속을 사용하는데, 이러한 높은 유속에 의하면 가압된 기체 라인이 적절한 크기로 구성될 경우에 저압 이송(dilute phase conveying)(예를 들면 10 내지 40 m/초)에 의해 고형물이 운송될 수 있다. 높은 이송 속도와 낮은 공급 비율에 기인하여, 각각의 입자 사이에는 접촉이 거의 없고, 이로써 응집체의 형성이 방지되며, 계면이 적절하게 이루어질 경우에 기체/고형물 혼합물의 분무-혼합 노즐내로의 이동이 문제없이 가능해진다. 우수한 유동성을 갖거나 응집체를 형성하는 경향이 낮은 고형물, 예를 들면 유리 버블은 저압 이송(예를 들면 3 내지 10 m/초)에 의해 현저하게 낮은 유속으로 이송할 수 있으므로, 고형물이 공급된 기체 함유 라인 및 부품의 마모가 크게 줄어든다. 고압 이송(dense phase conveying)을 사용할 경우에는 분무-혼합 노즐의 바로 상류에서만 분무 공정에 필요한 양의 가압 기체를 고형물 스트림에 공급한다.

본 발명에서, "고형물"이라 함은 실질적으로 공정에 사용된 온도하에 물질의 고체 상태로 존재하는 화합물 및 물질, 예를 들면 비교적 밀도가 높은 고형물, 일반적으로 충전제, 섬유상 고형물, 예컨대 유리 섬유 또는 탄소 섬유, 또는 분체 형태의 재생물질 뿐만 아니라 내화성 고형물, 예컨대 팽창 가능한 흑연, 멜라민 및 황산암모늄과 같은 고형물을 의미한다. 그러나, "고형물"이라는 용어는 본 명세서의 도입 부분에서 정의한 바와 같은 밀도가 낮은, 즉, 비중이 작은 고형물도 포함한다.

그러므로, 고형물 함유 기체 스트림을 혼합 기능이 있는 분무 노즐을 통해서 PUR 반응 혼합물의 액상 사출물내로 주입하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 분무-혼합 노즐의 고형물 함유 기체 스트림을 가압된 기체 공급 라인을 통해서 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 방법이 개발됨에 따라, 종래 기술에 의한 하나 이상의 가압 공기 공급 라인을 갖는 분무-혼합 헤드를 충분히 사용할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 의한 방법은 특히 경제적인데, 그 이유는 가압 공기 분무를 이용하는 시판되는 PUR 분무 기계를 장착할 때 약간의 개조만으로도 충전제 적합성을 달성하며, 공급량이 기체 유속에 의해 제한되기 때문이다.

고형물 함유 기체 스트림은 셀 형상 휠 수문(cellular wheel sluice)의 고형물 함유 계량 셀에 기체 스트림을 통과시킴으로써 제조된다. 셀 형상의 공간을 소제함으로써, 고형물을 가압된 공기 스트림에 의해 함께 인출하고 고형물/공기 또는 고형물/기체 혼합물로서 혼합 챔버/혼합 헤드에 운반한다. 진동 현상을 피하기 위해서, 계량 수문 내부의 채널은 양의 중첩을 배제하는 직경을 갖도록 설계하여야 한다. 또한, 이러한 실시양태는 상기 셀 형상 휠 수문 계량을 중지하거나 그것의 rpm을 변화시킬 경우에도, PUR 반응 혼합물을 분무하는데 있어서 정량적으로 불변인 공기 유속을 확보하므로, 분무 작업은 가변적인 양의 충전제를 사용하거나 사용하지 않고 수행할 수 있다. 이와 같은 셀 형상 휠 수문의 특별한 장점은 제조하고자 하는 PUR 복합 재료내의 고형물 분율을 다양하게 조정할 수 있다는 점이다.

셀 형상 휠 수문을 사용하는 방법의 구체적인 실시양태에서, 기체 스트림 및 고형물 저장 탱크를 균압기(pressure equalizer)를 통해 서로 연결할 수 있다.

제조하고자 하는 PUR 복합 재료내의 고형물 분획의 특히 재현가능한 계량 방식은 전술한 바와 같은 가능성에 따라서 압력 차이 없이 기체 스트림내로 고형물을 주입함으로써 달성될 수 있다. 계량 셀을 소제하고 고형물을 공기 스트림내로 인출함으로써 재현가능하게 고형물을 공급하기 위해서, 공급 셀을 저밀도로 충전하는 것이 바람직할 것이다.

압력차 없이 고형물을 공급하면 기체 스트림을 유입할 때 고형물 충전재가 고밀도화되는 것이 방지된다.

또한, 균압 작업은 운송용 공기의 부분 스트림이 계량 집합체(계량 셀 및 간격 허용 오차)를 통해 저장 탱크내로 다시 배출되는 것을 방지한다. 특히, 연마성 고형물의 경우에는, 구성 요건에 기인하여 보다 큰 간격 치수가 불가피하다.

다른 고형물 계량 원리, 예를 들면 이송 디스크를 사용한 장치를 통한 계량 또는 분체 펌프를 통한 계량도 가능하다. 그러나, 전술한 바와 같은 셀 형상 휠 계량법은 응집체의 형성을 방지한다는 것을 특징으로 한다.

또한, 고형물 함유 기체 스트림을 PUR 반응 혼합물의 액상 사출물내로 주입할 때 기체 스트림내에 고형물이 균일하게 분포되도록 고형물 함유 기체 스트림의 생산을 제어하는 것이 바람직하다.

고압 이송 및 저압 이송에 있어서, 분무-혼합 노즐에 유입될 때 최대로 가능한 기체 대 고형물의 부피비는 20:1 내지 200:1 범위내인 것이 바람직하고, 50:1 내지 100:1 범위내인 것이 더욱 바람직하다.

이와 같은 부피비는 예컨대 고형물 공급 속도를 변화시킴으로써 달성될 수 있다.

또한, 질소, 또는 특히 공기를 기체로서 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 기체는 특히 값이 저렴하므로, 본 발명에 의한 방법에서 비용 감소에 기여하게 된다.

구체적으로, 팽창가능한 흑연을 본 발명에 의한 방법에서 고형물로서 사용한다. 이런 식으로, 팽창가능한 흑연으로 개질된 PUR 복합 재료를 얻을 수 있으며, 이러한 복합 재료는 특히 그 난연 특성에 기인하여 현재 크게 주목을 받고 있다. 다른 사용가능한 고형물의 예로서는 황산바륨, 황산칼슘, 쵸크, 멜라민 또는 목분 또는 분체 PUR 스크랩(scrap)을 들 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시양태는,

a) PUR 원료의 사출물이 유동하는 분무 채널; 및

b) 기체 스트림이 유동하며, 유입구를 통해서 상기 분무 채널내로 연결되는 하나 이상의 기체 채널을 포함하는, 기체 스트림을 액상 PUR 원료의 사출물내로 주입하기 위한 분무 부속장치에 있어서,

상기 분무 채널에 유입될 때 상기 기체 스트림의 유동 방향이 상기 분무 채널의 중심 외측으로 전개되는 것을 특징으로 하는 분무 부속장치이다.

PUR 혼합 헤드로부터 배출된 후에, 액상 PUR 원료의 사출물은 상기 분무 부속장치의 분무 채널에 계속 유지된다. 따라서, 상기 분무 채널은 PUR 혼합 헤드내의 혼합 챔버와 동일한 직경을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 분무 채널은 다소 크거나 작은 직경을 가질 수도 있다. 상기 분무 채널은 튜브형 디자인을 갖는 것이 바람직하고, 그것의 종축은 PUR 혼합 헤드의 혼합 챔버의 종축과 동일한 직선상에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 분무 채널로 유입되는 기체 스트림에 대한 유입구는 상기 PUR 혼합 헤드로부터 상기 분무 부속장치로 이동하는 쪽에 가깝게, 즉, 분무 채널의 시작 부분에(흐름 방향에서 볼 때) 제공되는 것이 바람직하다.

이하에서 논의하는 "기체 스트림의 유동 방향" 및 "PUR 원료의 유동 방향"은 둘다 벡터 개념으로 이해하여야 하며, 여기서 각각의 벡터의 길이는 각각의 유속에 비례하고, 그 방향은 각각 기체 스트림 또는 PUR 원료의 유동 방향과 평행하다. 직선 또는 점이 아닌 유입구 또는 분무 채널의 디자인에 기인하여, 이러한 벡터들의 공간내의 정확한 위치는 기체 스트림의 유동 방향이 상기 유입구 또는 분무 채널의 중심을 관통하지 않도록 정해진다.

전술한 바와 같이 분무 채널로 유입될 때 기체 스트림의 유동 방향의 배향은 기체 스트림의 유동 방향이 분무 채널의 중심을 정확히 관통하는 경우를 제외한 모든 가능한 분무 채널내로의 유입구의 배열을 포함한다.

분무 채널로 유입될 때 기체 스트림의 유동 방향은 분무 채널의 중심으로부터 0.8·r≤y≤r (여기서 r은 분무 채널의 반경을 나타냄)의 거리 y에서 분무 채널을 관통하는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 분무 채널에 유입될 때 기체 스트림의 유동 방향은 분무 채널 주변의 가장자리에 대하여 전반적으로 접선 방향으로 배열된다. 이러한 맥락에서, 분무 채널에 유입될 때 분무 채널의 주변 가장자리에 대하여 기체 스트림의 유동 방향이 100% 접선 방향으로 배열되는 것은 실현 불가능함이 분명한데, 그 이유는 유입구의 디자인이 점 형상이 아니기 때문이다; 그럼에도 불구하고, 여기서 "전반적으로 접선 방향"이라 하는 표현이 무엇을 의미하는지는 명확하다. 이는 도 1 내지 도 4를 설명하면서 더욱 자명하게 드러날 것이다.

전반적으로 접선 방향인 배열에 의하면, 축방향 유동 성분, 즉, 회전 성분(스핀)을 갖는 PUR 재료의 유동 방향이 제공된다. 이러한 배열은 고형물/액체-기체 혼합물과 PUR 재료의 액상 사출물의 최적의 분포 및 혼합을 제공한다.

또한, 본 발명에 의한 장치는 여러 개의 기체 채널, 특히 짝수개의 기체 채널을 가지며, 이러한 기체 채널의 기체 스트림은 서로 독립적으로 변화될 수 있다. 본 발명에서 "서로 독립적으로 변화될 수 있다"는 표현은 분무 채널로 유입될 때 기체 스트림의 유동 방향, 또는 기체 스트림의 유속, 또는 기체 스트림의 실제 조성, 예를 들면 기체 스트림에 함유된 고형물 또는 액체에 대한 조성의 변화를 언급한 것일 수 있다. 짝수의 기체 채널이 바람직한데, 그 이유는 분무 부속장치의 소재에 대하여 특히 적당한 공정의 변형예를 짝수개의 기체 채널에 의해 실시할 수 있기 때문이다.

기체 스트림을 서로 독립적으로 변화시킬 수 있다는 사실에 기인하여, "저압 이송"(>20 m/초)의 형태로 입자의 운송을 확보할 수 있다. 낮은 공급 비율하의(공식적인 저압 이송의 정의: 예를 들면 ≤ 15 kg/kg) 높은 이송 속도에 기인하여, 각각의 입자들 사이에서는 접촉이 거의 없으므로, 응집체의 형성이 방지된다.

2개의 기체 채널을 사용한 경우, 그 채널들의 유입구들은 직선상에 위치하는 것이 바람직하고, 2개를 넘는 기체 채널을 사용할 경우에는, 그 유입구들이 평면에 위치하며, 분무 채널내의 PUR 재료의 유동 방향에 대하여 각각 수직으로 배열된다.

또한, 기체 채널의 직경은 기체 스트림의 유동 방향을 따라, 특히 기체 스트림이 분무 채널로 유입되기 직전에 감소한다.

이러한 조치에 의하면, 유속이 증가하고, 기체-고형물/액체 혼합물이 기체 채널내로 역유동하는 것이 방지되며, 분무 채널내의 회전 효과의 강도가 증가된다. 기체 유속은 각각의 기체 채널에서 대등한 유속이 나타나도록 조화를 이루어야 한다. 이러한 방법에서, 분무 부속장치의 일반적인 공급량은 기체 1.5 내지 5 d㎥/초이다.

이러한 맥락에서, 유입구의 횡단면적 대 기체 채널의 횡단면적의 비율은 그것의 가장 넓은 부분에서(즉, 기체 채널의 횡단면적은 배출구(유입구)를 향해 점점 가늘어짐) 1:8 내지 1:40 범위내에 있어야 한다.

유입구(들)은 1 내지 4 mm² 범위의 횡단면적을 갖는 것이 바람직하다. 유입구의 횡단면적 값은 일반적으로 실험에 의해 측정되는데, 그 이유는 입자 크기외에도 표면 구조 및 입자의 기하학적 형태가 이송 특성에 영향을 미치기 때문이다. 기준치로서, 3.3 X 상당 직경의 직경을 취할 수 있다.

기체 스트림의 유동 방향 및 PUR 재료의 유동 방향(즉, 앞에서 말한 상응하는 벡터)은 110° 내지 115°의 각도를 이루는 것이 바람직하다.

기체 스트림의 유동 방향은 기체 스트림이 분무 채널내로 유입되기 전에, 특히 분무 채널내로 유입되기 직전에, PUR 재료의 유동 방향을 향하여 5° 내지 10°, 바람직하게는 7.5°의 각도만큼 편향을 거치는 것이 더욱 바람직하다. 실험 결과, 팽창가능한 흑연판은 이러한 조치(들)에 의해서 액상 PUR 재료의 사출물내로의 유입 양상이 현저하게 우수한 것으로 나타났다. 원심력은 입자 사출물의 편향 및 응축을 일으킨다. 유속의 동시 증가 및 유선형의 입자 배향에 의해서, 직경이 보다 큰 고형물도 이런 식으로 폐색 현상없이 유동 방향을 따라 점차 가늘어지는 기체 배출구를 통해서 이송될 수 있다.

다른 실시양태에서, 본 발명에 의한 분무 부속장치는 고압 혼합기 또는 저압 혼합기와 결합되는 것을 특징으로 한다.

임의로 고형물이 공급된 기체 스트림과 접촉하게 되는 분무 부속장치의 부품들은 내인열성 소재, 특히 산화알루미늄, 탄화텅스텐, 탄화규소 및/또는 탄화붕소로 제조되는 것이 바람직하다.

또한, 기체 채널은 2부분 삽입물, 특히 내인열성 재료로 제조된 삽입물에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 기체 채널 및 분무 채널에서의 재료 마모는 이러한 조치를 통해서 분명하게 감소된다.

다른 방법으로서, 상기 2부분 삽입물은 내인열성이 적은 소재로 제조될 수 있으며; 이 경우에는 하부 부품과 상부 부품 사이에 세라믹 디스크, 특히 상부에서 기체 채널을 커버함으로써 입자가 공급된 기체 스트림에 대한 실제의 편향 부품으로서 작용하는 내인열성 소재로 제조된 세라믹 디스크가 존재하는 것이 바람직하다.

다음과 같은 용도를 예시할 수 있다:

- 절연체, 케이블 도관 및 바닥 시일링(sealing)용으로 사용되는 PUR 시스템. 여기서, 고형물은 예컨대 보다 좋은 난연성, 보다 좋은 이형성, 보다 좋은 전기 절연성을 위해, 또는 개선된 기계적 특성을 위해 사용될 수 있다.

- 고온 캐스팅 시스템, 즉, 예를 들면 지게차의 바퀴 또는 댐퍼에 사용되는 고형 및 발포 엘라스토머. 전술한 바와 같은 방법에 의한 가공을 사용할 경우, 고형물은 예컨대 보다 좋은 난연성, 보다 좋은 이형성, 감소된 마모성, 보다 좋은 전기 전도성, 스프링 특성의 변화, 또는 개선된 기계적 성질을 위해 사용될 수 있다.

- 간단히 모방 절삭된(profiled) 금속 부재, 예를 들면 사일로(silo), 대형 용기, 이송용 통 또는 튜브상에 마모 억제층을 제조하거나, 도시 공학에서 불투수성 층, 예컨대 지붕과 교량 시일링을 제조하거나, 탄성 금형을 제조하는데 사용되거나,

예를 들면 용기에 사용되는 방화층 또는 성형된 부품, 예컨대 시트 포옴 및 흡음 부재로서의 신택틱(syntactic) 포옴으로 튜브를 절연하는데 사용되는 탄성 및 강성 분무 스킨(skin). 여기서, 고형물은 예컨대 보다 좋은 난연성, 보다 좋은 전기 전도성, 보다 좋은 이형성, 향상된 기계적 특성, 보다 낮은 선형 열팽창 계수, 보다 높은 밀도 또는 보다 낮은 연마를 목적으로 사용될 수 있다.

- 예를 들면, 시트 또는 사적인 공간과 공공의 공간에서, 그리고 승객의 교통 용도에 사용되는 시트 또는 성형된 포옴, 예컨대 버스, 기차, 배, 항공기, 자동차, 극장, 시네마, 가구 및 (병원) 침대용 시트에 사용되는 것과 같이 분무에 의해 도포되는 가요성 (성형된) 포옴. 여기서, 고형물은 예컨대 보다 좋은 난연성, 보다 좋은 전기 전도성, 보다 좋은 이형성, 증가 또는 감소된 수분 흡수성, 향상된 기계적 특성, 보다 좋은 흡음성 또는 감소된 마모를 목적으로 사용될 수 있다.

- 예를 들면 자동차 산업에서 시일링 및 여과용 포옴 등으로서 사용되는 것과 같은 분무에 의해 도포되는 가요성 (성형된) 포옴. 여기서, 고형물은 예를 들면 보다 좋은 난연성, 보다 좋은 전기 전도성, 보다 좋은 이형성, 개선된 기계적 특성, 또는 감소된 마모를 목적으로 사용될 수 있다.

- 예를 들면 튜브의 절연, 금속 복합체 패널, 냉장고, 탱크, 반응기 또는 고온수 저장 탱크에서 사용되는 것과 같은 분무에 의해 도포되는 강성 포옴. 여기서, 고형물은 예를 들면 보다 좋은 난연성, 보다 좋은 기재에의 결합성, 보다 좋은 전기 전도성, 보다 좋은 내열성 및 절연성, 및 개선된 기계적 특성을 목적으로 사용될 수 있다.

- 예를 들면 기기 패널, 문 내부 마감 또는 지붕 라이너에 사용되는 것과 같은 분무에 의해 도포되는 반강성 포옴. 여기서, 고형물은 예컨대 보다 좋은 난연성, 보다 좋은 기재에의 결합성, 보다 좋은 전기 전도성, 개선된 기계적 특성, 증가 또는 감소된 수분 흡수성, 개선된 음향 특성 또는 개선된 열적 특성을 목적으로 사용될 수 있다.

- 한랭한 상점, 건물, 탱커 트럭, 탱크 마차, 액상 기체 탱크, 배, 해상 컨테이너, 중간 대형 용기 및 항공기의 절연에 사용되는 것과 같은 분무 포옴. 여기서, 고형물은, 예컨대 보다 좋은 난연성, 보다 좋은 기재에의 결합성, 보다 좋은 전기 전도성, 보다 좋은 내열성 및 절연성, 및 개선된 기계적 특성을 목적으로 사용될 수 있다.

- 보호장비, 팔걸이, 머리받침대, 가구, 전기 기기의 하우징, 스키 코어, 장식 요소 또는 차량의 마감 부재에 사용되는 것과 같은 분무에 의해 도포되는 가요성 및 강성 일체형 포옴. 여기서, 고형물은, 예컨대 보다 좋은 난연성, 보다 좋은 전기 전도성, 증가 또는 감소된 수분 흡수성, 개선된 기계적 특성, 보다 좋은 이형성, 보다 낮은 선형 열패창 계수, 또는 보다 낮은 마모성을 목적으로 사용될 수 있다.

- 예를 들면 구성 부품의 공동(cavity) 시일링 또는 강화에 사용되는 것과 같은 분무에 의해 도포되는 충전제 포옴. 여기서, 고형물은 예컨대 감소된 수분 흡수성, 보다 좋은 기재에의 결합성 또는 개선된 기계적 특성을 목적으로 사용될 수 있다.

- 전술한 바와 같은 방법에 의해 기본 페인트에 난연제 또는 착색 안료를 직접 공급할 수 있는, 분무에 의해 도포되는 내화성 페인트 또는 착색 페인트.

- 기계적 특성과 요변성 양상을 각각 선택적으로, 그리고 국소적으로 고형물을 공급함으로써 조정할 수 있는, 일액형 및 이액형 접착제.

- 예를 들면, SMC, BMC 및 RTM 기법에 의해 제조된 적층체인 수동 적층체의 표면 평탄화에 사용되는 것과 같은 분무에 의해 도포되는 충전제. 여기서, 고형물은 예컨대 보다 좋은 난연성, 보다 좋은 전기 전도성, 개선된 페인트 접착력, 개선된 연마성, 개선된 기계적 특성, 보다 낮은 선형 열팽창 계수, 보다 높은 밀도, 또는 보다 낮은 마모성을 목적으로 사용될 수 있다.

- 방사선 스크리닝 층, 예를 들면 방사능 액체를 재수용하기 위한 바닥 시일링의 이음매 없는 제조에 사용되는 탄성 및 강성 분무 스킨.

혼입시키고자 하는 고형물 입자의 크기가 어느 정도는 중요하다. 특히 입자의 크기가 1 mm 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 방법은 고형물 함유 PUR 분무 사출물을 전술한 바와 같이 개방된 금형내로 또는 기재 지지체상으로 분무함으로써 수행하는 것이 바람직하다.

도 1 내지 4는 본 발명에 의한 분무 부속장치 및 결합되는 혼합 헤드와 함께 사용되는 이것의 용도를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2는 두 부분, 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 부품 (2) 및 (6)으로 이루어진 분무 부속장치를 도시한 것이다. 도 1은 분무 부속장치의 하부(2)를 도시한 것이다. 기체 채널에는 유입구(1)을 통해서 기체 또는 고형물 혼합물이 공급될 수 있으며; 기체 채널들은 구성 부품을 통해서 도 1에서 볼 수 있는 그 부품의 표면까지 연장한다. 기체 채널은 당해 부품 내부에서 기울어져 형성되기 때문에, 이들은 부품(2)의 표면에서는 타원형으로 나타난다. 상기 기체 채널(3)에서부터 시작하여, 직경이 더 작은 통로(4)가 분무 채널(5)로 연결된다. (1)에서 유입되고 (3)에서 배출되는 기체 스트림은 채널(3) 및 통로(4)가 예를 들어서 세라믹 커버 디스크로 덮여 있을 경우에는 그 커버를 타격할 때 편향(5° 내지 10°의 각도만큼 편향되는 것이 바람직함)을 거치게 된다. 단부가 가늘어지는 기체 통로(4) 내부에서, 공급된 기체 스트림은 유속의 증가를 경험한다.

도 2는 분무 부속장치(2)의 하부에 사용되는 상부 커버 부품(6)을 도시한 것이다(장착이 완료된 후에, 상기 부품(6)은 분무 부속장치(2)의 하부와 혼합 헤드 사이에 위치한다).

도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 분무 부속장치를 도시한 것이며, 이 경우도 마찬가지로 PUR 고압 혼합 헤드(10)과 연결된 2개의 부품(2)와 (6)으로 이루어진다.

도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 기체 채널(3)과 기체 통로(4)가 세라믹 커버 디스크(8)에 의해 덮여서 기체 채널(3)을 통과하는 기체 스트림(9)이 세라믹 디스크(8)을 타격할 때 상기 기체 스트림이 5° 내지 10°의 각도만큼 편향을 거치는 양태를 보여준다. 도시된 실시양태에서, 분무 채널 유입구의 직경 대 혼합 헤드 배출구의 내경의 비율은 1:1이다. 또한, 혼합 헤드 채널을 청소하는 역할을 하는 램(ram)(7)도 도시되어 있다.

도 4에 도시된 실시양태는, 세라믹 커버 디스크(8)이 없다는 점을 제외하고는, 실질적으로 도 3에 도시된 실시양태에 대응한다. 이 경우에, 삽입물(2)와 (6)은 내마모성 소재로 제조되는 것이 바람직하다.

도 5는 셀 형상 휠 수문을 측면도로 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 셀 형상 휠 수문의 셀 형상 휠 내부의 채널의 직경은, 기체를 셀 형상 휠 수문으로 인도하는 채널의 직경보다 작다.

도 6은 도 5에 도시된 셀 형상 휠 수문을 측면도로 도시한 것이다. 고형물 저장 탱크 및 고형물 저장 탱크로 이동하는 기체 스트림을 연결하는 균압기가 도시되어 있다.

실시예

이하의 실시예는 팽창가능한 흑연을 PUR 분무 사출물내로 혼입하여 내화성 PUR 층을 제조하는 것을 예시하는 것이다. 고형물의 사용량은 PUR 배출량을 기준으로 하여 약 20 중량%이다.

반응 혼합물의 배출: 50 g/초(혼합물의 밀도 1.088 g/c㎥)

고형물의 배출: 팽창가능한 흑연 10 g/초(밀도 1.5 g/c㎥)

고형물의 평균 입자 크기: 600 ㎛

혼합 원리: 시판되는 PUR 분무 시스템에서 역류 주입에 의한 고압 혼합

분무 공기의 양: 2.5 d㎥/초

분무 노즐의 직경: 5 mm

출발 물질에 대한 설명:

다음과 같은 폴리올(순수한 형태 또는 상이한 혼합물의 형태), 및 안정화제, 활성화제 및 폴리이소시아네이트 성분을 사용하였다.

폴리올 1: 1급 OH기가 80-85%이고 OH가가 28인 시판되는 3작용기 PO/EO 폴리에테르

폴리올 2: OH가가 28인 시판되는 3작용기 PO/EO 충전제 함유 폴리에테르(충전제: 폴리우레아 분산액, 약 20%).

폴리올 3: 1급 OH기가 83%이고 OH가가 37인 시판되는 3작용기 PO/EO 폴리에테르.

안정화제: 테고스탭(Tegostab^®) B8629, 에보닉 골드슈미트 게엠베하에서 시판하는 폴리에테르 폴리실록산 공중합체.

활성화제 1: 디프로필렌 글리콜에 용해된 비스(2-디메틸아미노에틸)에테르, 예를 들면 에어 프로덕츠사에서 시판하는 니악스(Niax) A 1.

활성화제 2: 테트라메틸이미노비스(프로필아민), 예를 들면 헌츠맨사에서 시판하는 제프캣(Jeffcat^®) Z 130.

폴리이소시아네이트: 2환형 MDI 및 이것의 고급 동족체와 OH가가 28.5이고 작용기수가 6인 폴리에테르를 주성분으로 하여 제조한 NCO 함량이 약 30%인 프리폴리머.

작용 원리:

분무 부속장치의 작용 원리는 압축 공기 분무에 근거한다. 분무 공기는 혼합 헤드에 위치한 혼합 챔버의 하류에서 부속장치를 통해 4개의 접선방향 홈을 통해서 주입하였다. 상기 홈들에는 주변의 환형 홈을 통해서 분무 공기를 공급하였으며, 상기 환형 홈에는 압축 공기 네트워크를 통해 분무 공기를 공급하였다. 배출되는 반응 혼합물은 첨가된 공기에 의해서 분무 부속장치의 배출구 부분에서 가속되었으며, 추가로 접선방향의 홈들에 의해 생성된 회전 효과에 의해 분무 사출물에 분무된다(도 1).

변형예:

원심력에 기인하여, 주변의 환형 홈을 통한 기체/고형물 혼합물의 주입은 고형물의 분리를 유발하고, 이는 명백하게 더 작은 접선방향 홈의 페색 또는 불규칙한 고형물 주입을 일으킨다.

주변의 환형 홈들을 통해서 편향없이 접선방향 홈들에 개별적으로 공급함으로써, 균일한 분포로 기체/고형물 혼합물의 주입을 달성할 수 있었다(도 2).

전술한 실시예에서, 기체/고형물 혼합물을 주입하기 위해 4개의 접선방향 홈들중 하나만을 사용하였으며, 이 때 그 횡단면적은 필요한 직경인 2 mm로 연장되었다. 남아있는 홈들은 그대로 순수한 분무 공기를 주입하는데 사용할 수 있었다. 필요에 따라서, 고형물의 공급은 수 개의 계량 장치 또는 상이한 홈들을 통해서 수행할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 보다 높은 배출량 또는 필요에 따라서 변화 가능한 상이한 고형물들을 가공할 수 있는 가능성이 제공된다.

모든 홈의 공기 유속은 일정한 유속을 고려하여 조정하였다.

Claims (19)

1. 고형물 함유 기체 스트림을 PUR 반응 혼합물의 액상 사출물내로 주입하는 것을 특징으로 하는, 고형물 함유 PUR 분무 사출물의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 주입을 분무-혼합 노즐에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 고형물 함유 기체 스트림을 기체 공급 라인을 통해서 상기 분무-혼합 노즐에 공급하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고형물 함유 기체 스트림을, 고형물 계량 시스템에 의해서 상기 기체 스트림내로 입자를 혼입시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 고형물 함량을 가변적으로 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고형물 함유 기체 스트림을 상기 PUR 반응 혼합물의 액상 사출물내로 주입할 때 상기 고형물이 상기 기체 스트림에 균일하게 분포되도록, 상기 고형물 함유 기체 스트림의 제조를 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 질소 또는 특히 공기를 기체로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창가능한 흑연을 고형물로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 고형물 함유 PUR 분무 사출물을 개방된 금형내로 또는 기재 지지체상에 분무하는 것을 특징으로 하는, PUR 성형 부품의 제조 방법.
10. a) PUR 원료의 사출물이 유동하는 분무 채널; 및
    b) 기체 스트림이 유동하며, 유입구를 통해서 상기 분무 채널내로 연결되는 하나 이상의 기체 채널
    을 포함하며, 상기 분무 채널에 유입될 때 상기 기체 스트림의 유동 방향이 상기 분무 채널의 중심 외측으로 전개되는 것을 특징으로 하는,
    기체 스트림을 액상 PUR 원료의 사출물내로 주입하기 위한 분무 부속장치.
11. 제 10 항에 있어서, 분무 채널로 유입될 때 상기 기체 스트림의 유동 방향이 분무 채널의 중심으로부터 거리 0.8·r≤y≤r (여기서 r은 분무 채널의 반경을 나타내고, y는 분무 채널의 중심으로부터 기체 스트림의 유동 방향의 거리를 나타냄)에서 분무 채널을 관통하는 것을 특징으로 하는 분무 부속장치.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 수 개의 기체 채널, 특히 짝수개의 기체 채널을 포함하며, 상기 채널들의 기체 스트림이 서로 독립적으로 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 분무 부속장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 기체 채널의 유입구가 직선상에, 또는 상기 분무 채널내의 PUR 재료의 유동 방향에 대해 수직으로 배열된 평면내에 위치하는 것을 특징으로 하는 분무 부속장치.
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 채널의 직경이 기체 스트림의 유동 방향을 따라, 특히 분무 채널로 유입되기 직전에 감소하는 것을 특징으로 하는 분무 부속장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 유입구의 횡단면적 대 상기 기체 채널의 횡단면적의 비율이 그 가장 넓은 부분에서 1:8 내지 1:40 범위내인 것을 특징으로 하는 분무 부속장치.
16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유입구가 1 내지 4 ㎜² 범위내의 횡단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 분무 부속장치.
17. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 스트림의 유동 방향과 상기 PUR 원료의 유동 방향이 110° 내지 115°의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 분무 부속장치.
18. 제 10 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체 스트림의 유동 방향이, 상기 기체 스트림이 분무 채널로 유입되기 전에, 특히 분무 채널로 유입되기 직전에, 상기 PUR 재료의 유동 방향을 향하여 5° 내지 10°, 바람직하게는 7.5°의 각도만큼 편향을 거치는 것을 특징으로 하는 분무 부속장치.
19. 제 10 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 고압 혼합기 또는 저압 혼합기와 결합되는 것을 특징으로 하는 분무 부속장치.
    

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