KR20110034623A - 대전방지층을 구비하는 용기 - Google Patents

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Abstract

건조 파우더, 그래뉼, 펠릿 및 기타 발화성 물질용 용기와 이를 제조하는 방법을 개시한다. 용기는 개방된 횡단면을 가지는 나선형으로 감긴 프로파일에 의해 형성되는 벽(1-3; 11-13)을 포함하며, 프로파일의 인접한 감김부들은 서로 부착된다. 본 발명에 따르면, 프로파일은 프로파일의 내면(1; 11)을 형성하는 제1 열가소성 수지층과 제1 열가소성 수지층 둘레에 배치되어 파이프의 외면을 형성하는 제2 열가소성 수지층(2; 12)을 포함하며, 상기 제2 층은 대전방지성이다. 본 발명의 용기는 양호한 기계적 강도 특성을 가지며, 용기 내부의 전하 축적을 효과적으로 피할 수 있다. 용기는 예컨대, 재료/파우더/펠릿용 건조기로서 사용될 수 있다.

Description

대전방지층을 구비하는 용기{CONTAINER WITH ANTISTATIC LAYER}
본 발명은 건조 파우더(powder), 그래뉼(granule), 펠릿(pellet) 및 기타 발화성 물질을 위한 청구항 1의 전제부에 따른 용기에 관한 것이다.
이러한 종류의 용기는 일반적으로 단부 마개들을 구비하는 원통형으로 형성된 벽을 포함하는데, 벽의 양 단부에서 상기 벽과 단부 마개들은 폐쇄된 공간을 한정한다.
본 발명은 또한 청구항 10의 전제부에 따른 용기를 제조하는 방법에 관한 것이다.
탱크와 사일로 형태의 큰 통은 건조 파우더, 그래뉼 및 펠릿과 같은 벌크 재료의 영구 저장 또는 중간 저장을 위해 흔히 사용된다. 이들은 또한 액체와 기체를 저장하기 위해서도 사용된다. 일반적으로, 탱크와 사일로의 용적은 100 내지 5000 헥토리터 또는 그 이상이다.
일부 공업적 공정에서는, 공정 장비의 저장 유닛에 정전하가 발생할 위험이 있다. 따라서, 정전하는 입자들이 용기의 벽에 부착되게 할 수 있고, 전하가 축적되면 탱크에 저장된 임의의 가연성 재료가 발화될 위험이 있다. 이러한 현상은 일반적으로 분체 폭발(dust explosion)로 불린다.
폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)과 같은 폴리올레핀, 폴리염화비닐(PVC) 및 유사한 열가소성 수지들은 많은 공업 분야에서 사용되며, 상술한 종류의 저장용 사일로와 탱크를 제조하기 위하여 사용되고 있는 저렴한 재료이다. 그렇지만, 비전도성 재료로서, 통상의 열가소성 수지들은 상술한 종류의 정전하 발생의 위험이 있는 분야에는 맞지 않다.
본 발명의 목적은 당 기술 분야의 문제점들 중 적어도 일부를 제거하고 쉽게 발화될 수 있는 재료들을 저장하기 위한 신규한 용기 구조물을 제공하는 데 있다.
본 발명은 전기 전도성인 표면층을 가지는 파이프를 나선형으로 감아 용기의 원통형 벽 영역을 형성하는 것에 의해 전도성(소산성을 포함한다) 열가소성 수지 벽을 가지는 용기를 제공하는 아이디어에 기반하고 있다. 사용되는 파이프는 비전도성이고 우수한 기계적 특성을 가지는 적어도 제1의 내부층과 전도성인 적어도 제2의 외부층을 포함하는데, 두 폴리머 재료는 공압출될 수 있다.
더 구체적으로, 본 발명에 따른 용기는 주로 청구항 1의 특징부에 기재된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법은 청구항 10의 특징부에 기재된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 많은 장점들을 가진다. 따라서, 적어도 두 개의 재료를 이용하는 것에 의해, 예를 들어 보통의 고밀도 폴리에틸렌(PE-HD)과 같은 통상의 열가소성 수지 재료로 만들어지는 코어/내부층은 피복용 외부층 재료보다 더 우수한 기계적 특성들을 가진다. 이러한 기계적 특성들은 내부 압력 저항성, 장기 고강성(long-term high modulus), 우수한 내응력 균열성(Full Notch Creep Test, FNCT) 및 양호한 인장 항복 특성들이다.
다른 한편으로, 내부층에 의해 제공되는 양호한 기계적 강도를 고려하여, 외부층은 압력 등급 분류와 같은 엄격한 요건을 충족할 필요가 없다. 재료가 열가소성 수지이기 때문에, 여전히 통상적으로 접합(weld)될 수 있으며, 이는 구조화된 벽 파이프로서 코일처럼 감기는 다층 파이프로 용기를 구축(build up)하는 것을 가능하게 한다. 이러한 개념은 경쟁하는 해결책들보다 비용 면에서 더 효과적인 해결책으로서 최종 소비자에게 유용하다.
용기 내부에서 전하가 축적되는 것을 효과적으로 피할 수 있다.
다음으로, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 검토한다.
도 1은 통상의 열가소성 수지 재료로 된 내부층이 내측에 있고 대전방지성/전도성 폴리머가 외측에 있는, 폴리에틸렌으로 만들어지는 구조화된 벽 파이프(structured-wall pipe)를 도시한 사시도이다.
도 2는 원통형 벽 내부의 바닥에 원추형 단부가 있는 본 발명에 따른 사일로의 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.
"프로파일(profile)"이라는 용어는 본 명세서 내에서 "튜브"(또는 파이프)(즉, 개방된 횡단면을 가지는 가늘고 긴 물체)와 교체 사용된다. "개방된"은 임의의 기하학적 형상 또는 형상들을 나타낸다. 일반적으로 특히 바람직한 재료의 횡단면은 또는 그 횡단면의 적어도 일부는 사각형 또는 본질적으로 사각형이지만, 구형 또는 타원형일 수도 있다. 개방된 횡단면은 상술한 종류의 하나 또는 여러 개의 기하학적 형상에 의해 형성될 수 있다.
"구조화된 벽"은 나선형으로 감긴 튜브에 의해 구축되는 벽을 나타내며, 따라서 중실벽(solid wall) 보다 가볍지만 마찬가지로 강한 중공벽(non-solid wall)을 포함한다.
용기의 벽과 관련되어 사용될 때, "경량"은 구조화된 벽이 개방된 횡단면을 가지는 튜브나 프로파일로부터 형성되는 것을 지칭한다.
본 발명에 따르면, 원통형 경량 벽 구조물은 상술한 종류의 공압출되는 재료들을 포함하는 튜브를 나선형으로 감는 것에 의해 형성된다. 나선형으로 감긴 튜브에서, 제2 층의 외면 일부분은 얇은 용기의 외면을 형성하고 다른 부분은 내면을 형성한다.
다층 프로파일이 감기면, 개개의 감김부(winding)들이 서로 고정되어 탱크 벽을 형성한다.
도 1은 상술한 바와 같이 형성된 벽의 횡단면을 도시한다. 따라서, 크기가 큰 경량 열가소성 수지 튜브는 원통형 회전 드럼 둘레에 실질적으로 사각형 횡단면을 가지는 열가소성 수지 중공 프로파일(1-3)을 나선형으로 감고 접합(4)에 의해 이 중공 프로파일(1-3)의 인접한 만곡부들(rounds)을 결합하는 것에 의해 제조되며, 이에 따라 외측벽(2)과 내측벽(1) 및 상기 벽들을 연결하는 나선형으로 연장하는 칸막이벽(partition wall)(4)을 포함하는 경량 튜브가 이루어지는데, 벽들 사이에는 유사하게 나선형으로 연장하는 채널(3)이 있다.
일반적으로 열가소성 수지 프로파일은 원통형 회전 드럼 또는 상응하는 지지대 둘레로 나선형으로 감기며 튜브의 인접한 만곡부들은 예를 들어 접합에 의해 함께 결합된다.
나선형으로 감긴 중공 영역들 또는 프로파일들에 의해 형성되는 플라스틱 튜브들과 파이프들, 이러한 튜브들과 파이프들을 제조하는 방법 및 이들을 결합하는 방법들은 미국 특허 제5,127,442호, 제5,411,619호, 제5,431,762호, 제5,591,292호, 제6,322,653호 및 제6,939,424호에 기재되어 있다. 경량 구조의 용기 단부 벽들을 제조하는 방법은 미국 특허 제6,666,945호 및 제7,347,910호에 개시되어 있다. 인용된 특허의 내용들을 본 명세서에 원용하여 포함한다.
열가소성 수지 프로파일(도 1의 참조 부호 1-3)은 다수의 층들, 일반적으로는 2 내지 5 개의 층들을 가지며, 상술한 바와 같이 그 중 하나는 프로파일의 내부층을 다른 하나는 외부층을 형성한다. 프로파일의 내부층은 폴리에틸렌, 특히 HD-PE나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀, 폴리아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트 또는 다른 열가소성 수지 재료로 만들어질 수 있다.
코어층을 감싸는 외부층은 대전방지성이다. 이 외부층은 영구 전도성으로 만들어진 열가소성 수지로 이루어진다. 열가소성 수지는 제1 층의 것과 동일하거나 다를 수 있다. 따라서 외부층은 폴리에틸렌(예컨대, HD-PE)이나 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀, 폴리(아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌), 폴리아미드, 폴리카보네이트 또는 다른 열가소성 수지 재료로 만들어질 수 있다. 당연히, 두 층에 대해 동일하거나 유사한 열가소성 수지 재료를 선택하는 것에 의해, 두 층 간의 양호한 화합성(compatibility)을 획득할 수 있다.
전기 전도성의 특성들은 폴리머 재료를 카본 블랙이나 금속 입자들을 포함하는 충전재, 전도성 섬유 또는 전도성 카본 나노튜브를 포함하는 나노 복합재료와 같은 전도성 입자들과 혼합하는 것에 의해 달성될 수 있다. 층은 또한, 선택적으로 그리고 바람직하게, 상술한 전도성 입자들 또는 섬유들과 결합하여 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리아닐린 또는 폴리피롤과 같이 원래 전도성인 폴리머들(ICPs) 또는 알칼리 및/또는 알칼리토류 금속 이온을 포함하는 이오노머들(ionomers) 또는 그 혼합물을 함유한다. 바람직하게는, 재료는 전도성 범위 내의 표면 저항률을 가지는데, 특히 표면 저항률은 1 내지 106 옴/스퀘어(ASTM- D-257), 특히 1 내지 105 옴/스퀘어이다.
제1 층과 제2 층 간의 두께비는 일반적으로 1:50 내지 50 대 1, 예를 들어 약 1:20 내지 20:1, 특히 1:15 내지 15:1의 범위이다. 바람직한 실시예에서, 내부층은 적어도 외부층 만큼 두껍거나 최대한으로는 외부층의 약 10배 정도 두껍다.
선택적으로, 하나 이상의 점착층이 층들 사이에 포함될 수 있다. 코어/내부층과 대전방지성/전도성 층 사이에, 액체나 기체에 대한 방어성(barrier)을 개선하는 적어도 하나의 방어층(barrier layer)을 소수성 또는 친수성 재료에 부가하는 것도 가능하다. 일 실시예에 따르면, 방어층은 에틸렌비닐알코올 폴리머(EVOH)를 포함하거나 그것으로 이루어진다. 이러한 종류의 방어층은 고휘발성 탄화수소의 확산을 방지하기 위하여 사용된다.
폴리에틸렌 또는 상술한 종류의 다른 임의의 열가소성 수지들은 용기가 양호한 기계적 특성들을 가지게 한다. 표면 재료(즉, 튜브의 외부층)가 기계적 특성들, 특히 일정 수준일 것이 필요한 내환경응력균열성(ESCR) 값을 가지게 하는 것이 바람직하다. 이러한 이유 때문에, 특히 바람직한 실시예에 따르면, 외부층은 내부층과 동일하거나 유사한 종류의 열가소성 수지로 제조되고, 외부층은 영구 대전방지성/전도성 첨가제를 첨가하는 것에 의해 전도성으로 만들어진다.
재료의 총 벽두께는 약 1 내지 20 mm, 특히 약 1 내지 10 mm이다.
프로파일들은 외부층 재료를 접합 재료(4)로서 이용하여 접합된다. 따라서, 접속부들은 누출 염려가 없으며, 탱크 면적의 100%가 주위와 동일한 재료에 의해 커버될 것이다. 구조화된 벽 파이프와 강성 단부 캡들의 구성으로 인하여, 탱크는 매립 설치에 있어 중요한 양호한 대 외부 압력 저항성을 가진다.
파이프의 인접한 감김부들이 서로 적절하게 부착되면, 그것들은 적어도 본질적으로 그래뉼이나 파우더에 대해 불투과성인, 바람직하게는 파우더, 기체 및 액체에 대해 불투과성인 벽뿐만 아니라 용기의 내측 및 외측 모두에 균질한 전도성 표면을 형성한다. 또한, 용기의 내면과 외면 사이의 전도성 브리지(conductive bridge)가 인접한 감김부들 내의 재료에 의해 형성된다.
도 2는 본 발명에 따른 용기의 일 실시예를 도시한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 건조 재료, 기체 또는 액체 재료를 저장하기 위한 본 발명에 따른 종류의 용기(10)는 다층 튜브에 의해 형성되는 원통형 벽(12)을 포함한다. 프로파일은 통상의 압출 공정, 특 다층 프로파일의 공압출에 의해 제조된다. 그 결과, 프로파일은 제1 열가소성 재료로 된 내부 튜브층과 제2의 전도성 열가소성 재료로 된 외부 튜브층을 구비하는 다층 튜브형 구조를 포함한다. 두 개의 열가소성 재료는 중공 내부 영역(11)을 한정한다.
용기(10)는 원통형 벽의 일단부 또는 바람직하게는 양 단부에 단부 마개들(14, 15)을 가진다. 완전히 작동하는 시스템을 달성하도록, 이러한 단부 캡들은 또한 영구 대전방지성/전도성인 적어도 하나의 내재층(integral layer)을 가진다.
단부 캡들은 적당한 전도성 성분을 재료에 첨가하는 것에 의해 상술한 바와 같이 대전방지성 또는 전도성으로 만들어진 중실 열가소성 수지로 만들어진다.
일 실시예에 따르면, 용기의 적어도 한 단부 캡은 다층 열가소성 수지 재료로 형성되고, 적어도 하나의 대전 방지층 또는 도전층을 포함한다. 이러한 종류의 바람직한 실시예에 따르면, 캡은 상술한 종류의 중공 튜브들을 함께 접합하는 것에 의해 만들어지는 구조화된 벽에 의해 형성된다.
단부 캡은 평평하거나, 오목하거나(14) 볼록하거나 또는 하기와 같이 심지어 원추형(15)일수도 있다. 캡들은 구조화된 벽이 구축될 때와 동일한 방식으로 접합에 의해 벽에 고정될 수 있다. 강성 단부 캡을 가지는 것이 바람직하다.
특히, 용기의 원통형 부분이 적어도 본질적으로 수직이면, 하단부 마개는 원추형(15)으로 형성될 수 있고, 출구(17)를 통한 용기에 저장된 재료의 배출을 조절하기 위한 밸브(16)를 구비할 수 있다.
설치되면, 시스템은 접지되어야 한다. 이를 위해, 시스템이 원통형 벽의 적어도 일 단부의 외부층에 삽입되는 전기 배선을 가지는 것이 바람직하다.
이 탱크/사일로는 땅위에 독립적으로 수평하게 또는 수직으로 설치될 수 있거나, 또는 일부 설비에서는, 지면 아래에 설치될 수 있다. 탱크가 땅에 매립되면, 양호한 원강성비(ring-stiffness ratio) 대 중량이라는 추가적인 장점을 가질 것이고, 매우 유연한 재료 특성들 때문에 지반 운동에 더 잘 대처할 수 있을 것이다.
이 탱크/사일로는 또한 재료/파우더/팰릿용 건조기로도 작동할 수 있다. 구조화된 벽을 사용하면, 중실벽보다 내부 진공을 더 잘 처리할 수 있다. 이 진공은 열과 함께 탱크/사일로에 가해져 대규모의 기능성 진공 건조기를 형성할 수 있다.
탱크/사일로의 용적은 일반적으로 2 내지 100 입방미터 범위이다. 구조화된 파이프는 외경이 315 mm 내지 3000 mm로 제조될 수 있다.

Claims (13)

  1. 파우더, 그래뉼, 펠릿, 기체 및 기타 발화성 물질용 용기(10)로서,
    개방된 횡단면을 가지는 나선형으로 감긴 프로파일에 의해 형성되는 벽(1-3; 11-13)으로서, 프로파일의 인접한 감김부들이 서로 부착되도록 구성된 벽을 포함하는 용기에 있어서,
    프로파일이 프로파일의 내면(1; 11)을 형성하는 제1 열가소성 수지층과 제1 열가소성 수지층 둘레에 배치되어 파이프의 외면을 형성하는 제2 열가소성 수지층(2; 12)을 포함하며, 상기 제2 층은 대전방지성인 것을 특징으로 하는 용기.
  2. 제1항에 있어서, 제1 열가소성 수지층(1; 11)은 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리염화비닐 및 폴리아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌의 그룹으로부터 선택된 폴리머 재료인 것을 특징으로 하는 용기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 열가소성 수지층(2; 12)은 전기 전도성이며, 전도성 범위 내의 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 용기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 열가소성 수지층(2; 12)은 전기 전도성이거나 전기 소산성인 입자, 섬유, 튜브, 폴리머 또는 그 혼합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 용기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 열가소성 수지층(2; 12)은 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리염화비닐 및 폴리아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌의 그룹으로부터 선택되는 폴리머 재료인 것을 특징으로 하는 용기.
  6. 제4항에 있어서, 제2 열가소성 수지층(2; 12)은 전도성 입자, 전도성 섬유, 전도성 나노복합재료, 전도성 폴리머 또는 그 혼합물과 혼합하는 것에 의해 영구 전도성으로 만들어지는 폴리머 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기.
  7. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 내부층과 외부층 사이에 놓이는 1 내지 3 개의 중간층이 있으며, 상기 층들은 점착층과 방어층으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 용기.
  8. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 프로파일의 인접한 감김부들은 서로 접합(4)되는 것을 특징으로 하는 용기.
  9. 제8항에 있어서, 프로파일 감김부들은 용기 벽의 내측 및 외면 사이에 전도성 브리지가 인접한 감김부에 의해 형성된 상태로, 벽의 내측 및 외측 모두에 본질적으로 균질한 전도성 표면을 형성하도록 함께 접합(4)되는 것을 특징으로 하는 용기.
  10. 건조 파우더, 그래뉼, 펠릿, 기체 및 기타 발화성 물질을 저장하기 위한 용기를 제조하는 방법으로서,
    개방된 횡단면을 가지는 경량 프로파일(1-3; 11-13)을 제공하는 단계;
    원통형 벽을 형성하도록 프로파일을 코일처럼 감는 단계; 및
    인접한 프로파일 감김부를 서로 접합하는 단계를 포함하는 용기 제조 방법에 있어서,
    프로파일 제공 단계는 프로파일의 내면을 형성하는 제1 열가소성 수지층(1; 11)과 프로파일의 외면을 형성하며 대전방지성인 제2 열가소성 수지층(2; 12)을 공압출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용기 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 제2 열가소성 수지층(2; 12)은 전도성 입자, 전도성 섬유, 전도성 나노복합재료, 전도성 폴리머 또는 그 혼합물과 혼합하는 것에 의해 영구 전도성으로 만들어지는 폴리머 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용기 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 파이프 감김부들은 용기 벽의 내측 및 외면 사이에 전도성 브리지(4)가 인접한 감김부에 의해 형성된 상태로, 벽의 내측 및 외측 모두에 본질적으로 균질한 전도성 표면을 형성하도록 함께 접합되는 것을 특징으로 하는 용기 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 용기를 재료/파우더/펠릿용 건조기로 사용하는 용도.
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