KR20120068842A - 혼입된 상 변화 물질을 함유하는 폴리우레탄 발포체 - Google Patents

혼입된 상 변화 물질을 함유하는 폴리우레탄 발포체 Download PDF

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KR20120068842A
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하이케 니데렐츠
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바이엘 머티리얼사이언스 아게
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Abstract

본 발명은, 특히 딥-드로잉된 필름 및 부품을 강화하기 위한, 혼입된 상 변화 물질을 갖는 폴리우레탄 발포체에 관한 것이다.

Description

혼입된 상 변화 물질을 함유하는 폴리우레탄 발포체{POLYURETHANE FOAMS CONTAINING INCORPORATED PHASE CHANGE MATERIAL}
본 발명은, 특히 딥-드로잉된 (deep-drawn) 시트 또는 부품의 배면(back)을 강화하기 위한, 잠열 저장 유닛(latent heat storage unit)을 갖는 폴리우레탄 발포체에 관한 것이다.
폴리우레탄 발포체는 오랫동안 알려져 왔다. 이들은 그의 가변적으로 조정가능한 특성 때문에 널리 사용된다. 따라서, 발포체는 포장재(packaging), 가구 및 매트리스에서, 방음 및 단열에서 발견되지만, 폴리우레탄은 또한 고체 성형품의제조에서, 또는 딥-드로잉된 열가소성 시트의 강화 코팅으로서 또한 사용된다.
강화된 배면을 갖는 이러한 딥-드로잉된 시트는 매우 다양한 용도로 사용될 수 있다. 한편으로는, 이들은 운송 차량에서 트림 부품(trim part)으로서 사용될 수 있다. 따라서, 건설 기계 또는 농기계의 덮개(hood) 또는 휠 하우징(wheel housing)은 이러한 폴리우레탄-강화 시트로 제조될 수 있다. 이들은 또한 레저 차량 또는 이동식 주택(caravan)의 제조에 적용된다. 외장 트림 이외에, 이들은 또한 저장 공간 마루 및 구획을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 적용 분야는 위생 분야에서이다. 따라서, 욕조 또는 세면기는 적합한 폴리우레탄으로 폼-배킹(foam-backing)에 의해 안정화될 수 있다.
그러나, 딥-드로잉된 플라스틱 시트가 폼-배킹되는 경우, 시트는 고온에 부하를 받게 된다. 폴리우레탄 형성 동안에 반응열로 인해 시트가 연질화된다. 결과적으로 시트는 그의 평활한 표면을 상실하게 되고 불균일하게 된다. 수득된 제품의 표면이 더 이상 완전하게 평활하지 않은데, 이는 특히 조명하에 명백해진다.
선행 기술로부터, 소위 잠열 저장 유닛은 공지되어 있고, 이는 물질 상태를 변화시킴으로써 (반응) 열을 저장할 수 있다. 따라서, 매우 다양한 잠열 저장 유닛의 상이한 가능한 제조가 예를 들어 문헌[참조: Zhou, X.-M., Journal of Applied Polymers Science, 113 (2009) 2041-2045]; [Zhou, J.F., et al., Journal of Applied Polymer Science, 102 (2006), 4996-5006]; [Lee, W.D. et al. Solar Energy Materials and Solar Cells, 91 (2007), 764-768], 및 [Cho, J.S. et al., Colloid and Polymer Science, 280 (2002), 260-266]에 기재되어 있다.
이들 및 기타 잠열 저장 유닛은 열 저장을 위한 중합체와 관련하여 사용될 수 있다. DE 10 2004 031 529 A1에는 잠열 저장 유닛을 갖는 폴리우레탄 발포체가 기재되어 있다. 이 문헌은 폴리이소시아네이트를 캡슐화된 잠열 저장 유닛을 함유하는 폴리올과 반응시켜 수득될 수 있는 폴리우레탄 발포체에 관한 것이고, 여기서 캡슐은 규정된 입자 크기 분포를 나타낸다. 폴리올을 잠열 저장 유닛과 혼합하여 상응하는 열성형 발포체를 수득한다. 후속적으로, 폴리올과 잠열 저장 유닛의 혼합물을 폴리이소시아네이트와 혼합한다. 이러한 폴리우레탄 발포체는 예를 들어 쿠션재 또는 매트리스로서 사용된다.
캡슐화된 잠열 저장 유닛을 갖는 이소시아누레이트 구조를 임의로 함유할 수 있는 폴리우레탄 수지 발포체는 DE 10 2004 0449 341 A1에 공지되어 있다. 이 경우 또한, 잠열 저장 유닛을 폴리우레탄 발포체의 폴리올 성분과 혼합시킨다. 이러한 폴리우레탄 경질 발포체는 예를 들어 냉각 기구, 컨테이터 또는 건물의 단열에 사용될 수 있다.
WO 2008/116763 A1로부터, 발포체 cm3당 마이크로캡슐 5 내지 70 g을 포함하는 폴리우레탄 발포체가 공지되어 있다. 마이크로캡슐은 잠열 저장 유닛을 함유한다. 상응하는 폴리우레탄 발포체를 먼저 통상적으로 제조한다. 후속적으로, 이들을 마이크로캡슐을 함유하는 용액에 침지시킴으로써 개질시킨다.
WO 2007/135069 A1로부터, 흡수성을 갖는 밑창(sole)이 공지되어 있다. 이 문헌은 폴리우레탄 발포체를 제조하는 배치식 공정을 기재하고 있으며, 여기서, (a) 폴리이소시아네이트를 (b) 2개 이상의 반응성 수소 원자를 갖는 1종 이상의 고분자량 화합물 및 (c) 임의로 저분자량 사슬 연장제 및/또는 가교결합제, (d) 임의로 물을 함유하는 발포제, (e) 촉매, (f) 흡수성 중합체, (g) 임의로 캡슐을 함유하는 잠열 저장 유닛, 및 (h) 임의로 기타 첨가제와 혼합하고, 이렇게 수득한 반응 혼합물을 반응시켜 폴리우레탄 발포체를 수득한다. 이 경우 또한, 잠열 저장 유닛을 반응물과 혼합시킨다.
다층 열 전도성 시트는 DE 10 2004 039 565 A1에 기재되어 있다. 열 전도성 시트는 열 전도성 충전제를 갖는 전기절연 및 고탄성 엘라스토머층에 의해 형성된 제1 층으로 이루어지고, 이는 그의 겔 특성의 결과로서 형상에 맞게 조정되고 전자 회로의 불균일한 표면 구조에 영구적으로 부착될 수 있다. 제1 층 보다 실질적으로 더 얇은 제2 층은 제1 층에 견고하게 접착되고, 제2 층은 제1 층에 적용된 PCM 층으로서 형성되고, 이는 히트 싱크 또는 하우징 부재가 거기에 적용될 경우 압력 및/또는 온도의 영향하에 점차 감소되어 소멸되고/되거나 물질 상태가 변하게 된다. 따라서, 잠열 저장 유닛은 캡슐의 형태로 뿐만 아니라 매트 또는 이에 필적할 만한 시트상 구조물로서 공지되어 있다.
잠열 저장 유닛은 중합체성 발포체에 뿐만 아니라 다른 물질에도 있는 것으로 공지되어 있다. 따라서, DE 10 2004 041 298 A1에는 폴리우레탄 경질 발포체로 제조된 복합 부재를 기재하고 있다. 잠열 저장 유닛은 폴리우레탄 경질 발포체를 포위하는 커버층에 함유된다.
따라서, 잠열 저장 유닛을 갖는 폴리우레탄 발포체는 종래 기술에 기재되어 있다. 그러나, 잠열 저장 유닛은 완성된 폴리우레탄 제품에만, 예를 들어 매트리스에 혼입된다. 또는, 잠열 저장 유닛은 폴리올에 혼합된다. 이는 완결품이 잠열 저장 유닛을 함유한다는 단점이 있다. 따라서, 국소 레벨에서 필수적으로 필요하지 않더라도 대량으로 필요하게 된다. 폴리올과 잠열 저장 유닛의 혼합물을 안정화시키기 위해서, 폴리올 성분은 잠열 저장 유닛이 저장 탱크 바닥에 침전되지 않도록 영구적으로 교반되어야만 한다. 게다가, 잠열 저장 유닛이 함께 군집(clump)할 위험도 있다. 이 경우, 발포체에서의 균일한 분포가 더 이상 보장되지 않는다. 또한, 잠열 저장 유닛은 폴리올 및 폴리이소시아네이트가 혼합되는 도선 또는 혼합 헤드를 폐색시킬 수 있거나, 이들을 뭔가 다른 방법으로 파손시킬 수 있다.
종래 기술로 인한 한 단점은 잠열 저장 유닛이 폴리우레탄 발포체 전반에 걸쳐 분포된다는 사실이다. 그러나, 잠열 저장 유닛은 특정 영역, 예를 들어 표면 근처에서 우선적으로 필요하다. 그러나, 그들의 존재를 필요로 하는 그러한 영역에만 첨가제를 존재시키는 것이 바람직하다. 종래 기술의 방법으로는, 이는, 하나는 잠열 저장 유닛을 함유하고 다른 하나는 그렇지 않은, 2개의 폴리우레탄 발포체를 별도로 제조하는 경우에만 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 잠열 저장 유닛을 폴리우레탄 발포체에 특정한 영역(defined region)에 선택적으로 가하여, 종래 기술의 단점을 피하는 것이다. 따라서 이러한 폴리우레탄 발포체는, 예를 들어 플라스틱 시트가 폴리우레탄의 반응열로 인해 연질화되어 불균일한 표면이 생성되지 않도록 플라스틱 시트를 폼-배킹하는데 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 목적은 잠열 저장 유닛의 용도를 최적화하여 이들 잠열 저장 유닛이 그들의 존재를 필요로 하는 폴리우레탄 발포체의 그러한 영역에 압도적으로 존재하도록 하는 것이다. 이로써 필요로 하는 잠열 저장 유닛의 양이 감소된다. 게다가, 잠열 저장의 정도를 잠열 저장 유닛의 종류 및 양에 의해 선택적이고 가변적으로 조정하는 것이 가능하게 될 것이다.
제1 실시양태에서, 상기 목적은 폴리우레탄 매트릭스의 매스(mass)를 기준으로, 특정한 볼륨(volume) 영역에서의 잠열 저장 유닛의 매스 비율이 상기 특정한 볼륨 영역으로부터 멀리 떨어진 볼륨 영역에서의 이들 잠열 저장 유닛의 매스 비율 보다 큰, 잠열 저장 유닛을 갖는 폴리우레탄 발포체에 의해 달성된다.
바람직한 실시양태는 특히 쉘을 폼-배킹하기 위한, 잠열 저장 유닛을 함유하는 폴리우레탄 발포체를 포함하는 것이고, 여기서 특정한 볼륨 영역에서의 잠열 저장 유닛의 비율은 상기 특정한 볼륨 영역으로부터 멀리 떨어진 볼륨 영역에서의 이들 잠열 저장 유닛의 비율 보다 크다.
예를 들어, 특정한 볼륨 영역은 폼-배킹될 쉘과 직접 접촉하게 되는 표면 영역일 수 있다. 또한, 특정한 볼륨 영역이 폴리우레탄 발포체의 내부에 있을 수도 있다.
예를 들어, 딥-드로잉된 플라스틱 시트는 쉘로서 역할한다. 이러한 시트는 통상 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS), 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA), 아크릴로니트릴-스티렌-아크릴산 에스테르 (ASA), 폴리카르보네이트 (PC), 열가소성 폴리우레탄, 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE) 및/또는 폴리비닐 클로라이드 (PVC)를 기재로 하여 제조된다. 이는 또한 2층 시트일 수 있고, 예를 들어 제1 층은 PC를 기재로 하고 제2 층은 ABS를 기재로 한다.
외층은 또한 소위 금형내 코팅(in-mold coating) 또는 겔 코트(gel coat)를 포함할 수 있다. 금형내 코팅은 그에 의해 플라스틱 성형품의 도료 코팅이 금형내에서 사전에 수행되는 방법이다. 따라서, 고반응성인 2 성분 도료는 적합한 도료 코팅 기법에 의해 금형내로 위치된다. 후속적으로, 폴리우레탄이 개방 또는 폐쇄 금형내에 도입된다.
잠열 저장 유닛을 함유하는 폴리우레탄 발포체의 본 발명에 따른 구조는 폴리우레탄 발포체의 특정한 볼륨 영역에서, 예를 들어 쉘과 접촉하게 되는 영역에서 잠열 저장 유닛의 축적을 필요로 한다. 따라서, 잠열 저장 유닛은 그들을 필요로 하는 영역에 압도적으로 또는 배타적으로 존재한다. 이 맥락에서, "특정한 볼륨 영역에서의 잠열 저장 유닛의 비율"이란 특정한, 그러나 가변적인 볼륨에서의 잠열 저장 유닛의 매스 및/또는 볼륨 비율을 의미한다.
비강화 충전제이므로, 잠열 저장 유닛은 폴리우레탄의 기계적 특성을 저하시킨다. 결과적으로, 그의 특별한 열적 특성을 필요로 하는 영역에서 제한적인 용도로만 사용할 수 있거나, 다시 말해서, 기계적 특성의 손실을 감소시키기 위해서 다른 영역에서는 생략하여야 한다.
하기에서 더 상세히 논의될 폴리우레탄 발포체의 제조 방법으로 인해 잠열 저장 유닛이 그의 표면을 향해 연속적으로 또는 불연속적으로 증가하는 것과 같은 방식으로 발포체를 설계하는 것이 가능하다. 예를 들어, "표면"은 쉘에 직접 인접한 층을 의미한다. "불연속 증가"는 돌연 증가하는 방식을 의미하고, 여기서 잠열 저장 유닛의 상이한 비율을 함유하는 영역이 구별될 수 있지만; 이들 영역 자체가 불연속적으로 생성될 필요는 없었다. 정반대로, 잠열 저장 유닛의 비율의 연속적 증가의 경우, 상이한 영역 또는 층을 불연속적으로, 하지만, 그들 사이에 변별적(예를 들어, 시각적) 한계 설정 없이, 또한 생성시킬 수 있다.
본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체가 적어도 잠열 저장 유닛의 비율이 상이한 동일하거나 상이한 발포체 조성물의 2개 이상의 전체 영역(full-area) 또는 부분 영역 층을 포함하는 것이 추가로 바람직하다.
이러한 구배(gradient) 구조는 실제적인 문제에 더 잘 적응하는데 유용하다는 것을 쉽게 알 수 있다.
추가로, 폴리우레탄 발포체는 잠열 저장 유닛을 함유하는 적어도 하나 이상의 표면 층, 및 잠열 저장 유닛이 없는 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
폴리우레탄 발포체 내에 잠열 저장 유닛이 제공된 층은 바람직하게는 0.1　mm 이상, 특히 0.5　mm의 두께를 갖는다. 이러한 최소 층 두께는 충분한 양의 잠열 저장 유닛이 폴리우레탄의 반응열을 흡수하는데 사용가능하고 따라서 또한 딥-드로잉된 시트의 평활한 표면을 수득하는데 필수적이다. 최대 층 두께는 폴리우레탄 발포체의 전체 층 두께 및 잠열 저장 유닛을 포함하는 층의 소요 열용량에 따라 달라지고, 특히 전체 층 두께의 최대 4/5, 바람직하게는 전체 층 두께의 최대 1/3이다.
추가의 층을 적용할 경우, 이에 따라 잠열 저장 유닛에 의해 더 많은 반응열이 흡수되어야 하고, 따라서 더 큰 비율이 필요하게 된다.
추가로, 본 발명에 따라서, 전체 표면 영역이 잠열 저장 유닛을 포함하지 않는 것이 가능하다. 오히려, 본 발명에 따라서, 표면의 특정한 영역만, 즉 시트가 나중에 사용자에게 가시적일 영역이 이러한 장치로 장착되는 것이 바람직하다. 이로써 소요 잠열 저장 유닛을 추가로 절약할 수 있다.
실온에서 고체 상태의 물질을 갖는 물질이 잠열 저장 유닛으로서 적합하다. 따라서, 폴리우레탄의 반응열에 의해 생성된 온도에서, 상응하는 물질은 그의 물질 상태를 변화시키고, 예를 들어 액체 상태로 전이되어야 한다. 적합한 잠열 저장 물질은 통상 0 내지 150℃, 특히 20 내지 90℃의 온도 범위에서 고체/액체 상 전이를 갖는 친유성 물질을 포함한다. 더 바람직한 온도 범위는 21 내지 70℃이다.
적합한 물질의 예로서 다음을 언급할 수 있다:
- 지방족 탄화수소 화합물, 예컨대 분지되거나 바람직하게는 선형인 포화 또는 불포화 C10 내지 C50 탄화수소, 예를 들어 n-헥사데칸, n-옥타데칸, n-에이코산, 뿐만 아니라 사이클릭 탄화수소, 예를 들어 시클로데칸;
- 방향족 탄화수소 화합물, 예컨대 벤젠, 나프탈렌, C1- 내지 C40- 알킬 치환된 방향족 탄화수소, 예컨대 도데실벤젠, 테트라데실벤젠, 또는 데실나프탈렌;
- 포화 또는 불포화 C6 내지 C30 지방산, 예컨대 라우르산, 스테아르산, 올레산 또는 베헨산, 바람직하게는 데칸산의, 예를 들어 미리스트산, 팔미트산 또는 라우르산과의 공융 혼합물;
- 지방 알콜, 예컨대 라우릴, 스테아릴, 올레일, 미리스틸, 세틸 알콜;
- C6 내지 C30 지방 아민, 예컨대 데실아민, 도데실아민, 테트라데실아민 또는 헥사데실아민;
- 에스테르, 예컨대 지방산의 C1 내지 C10 알킬 에스테르, 예컨대 프로필 팔미테이트, 메틸 스테아레이트 또는 메틸 팔미테이트, 및 바람직하게는 그의 공융 혼합물;
- 천연 및 합성 왁스, 예컨대 몬탄산 왁스, 몬탄산 에스테르 왁스, 카나우바 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 산화 왁스, 폴리비닐 에테르 왁스, 에틸렌/비닐 아세테이트 왁스 또는 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch)법으로 수득된 경질 왁스;
- 할로겐화 탄화수소, 예컨대 클로로파라핀, 브로모옥타데칸, 브로모펜타데칸, 브로모노나데칸, 브로모에이코산, 브로모도코산;
- 상기 언급한 산들의 저융점 염.
바람직하게는, 잠열 저장 유닛은 캡슐화된 형태로 존재한다. 캡슐은 일반적으로 중합체, 특히 열경화성 물질, 예를 들어 포름알데히드 수지, 폴리우레아 및 폴리우레탄 뿐만 아니라 고도로 가교결합된 메타크릴산 에스테르 중합체를 함유한다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명의 목적은, 잠열 저장 유닛을 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분의 반응 혼합물에 혼입하고, 그렇게 형성된 혼합물을 특히 딥-드로잉된 플라스틱 시트를 폼-배킹하는데 사용하는 방법으로서, 혼입된 잠열 저장 유닛의 양의 반응 혼합물의 양에 대한 비 R이 혼입하는 특정한 기간 내에서 일정하지만 반응 혼합물을 혼입하는 후속되는 제2 기간 중의 상기 비와는 상이함을 특징으로 하는, 상기에서 정의한 바와 같은 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법에 의해 달성된다.
이와 관련하여 또한, 용어 "양"은 매스 또는 볼륨에 의해 정의된 양을 나타낼 수 있다.
비교의 근거가 되는 폴리우레탄 발포체 중의 잠열 저장 유닛의 구배를 형성하는 두 기간은 동일 길이를 갖는다. 그에 반해서, 두 (동일 길이) 기간의 길이는 본 발명에서 제한되지 않고, 즉 자의적으로 선택될 수 있다.
"비교 또는 두 기간"이 비교용으로 사용된 기간이 반드시 발포체를 형성 (예를 들어, PUR 원료를 적용)하는 동일한 방법 내에 있어야 하는 것을 의미하는 것은 아니다. 당해 용어는 또한 상이한 적용 방법 (예를 들어, 폴리우레탄 발포체 성형품의 한쪽 면에 잠열 저장 유닛을 함유하는 PUR 제트를 적용한 후, 다른 한쪽 면에 잠열 저장 유닛이 없는 PUR 제트를 적용)에서 (동일 길이) 기간을 나타낼 수 있다.
혼입된 잠열 저장 유닛의 양의 발포체 원료의 양에 대한 비 R이 자유자재로 (가능하게는 특정한 한계내에서) 선택될 수 있기 때문에, 폴리우레탄 발포체내에 매우 상이한 분포의 잠열 저장 유닛을 갖는 폴리우레탄 발포체가 실현될 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 사용하여, 거의 모든 형상이 실현될 수 있고, 즉 잠열 저장 유닛이 훨씬 더 효율적으로 사용될 수 있다.
추가로, 제조는 웨트 온 웨트(wet on wet)로 수행할 수 있다. 이는 수 개의 층을 적용할 경우, 사전층(previous layer)에 적용된 PUR 물질이 완전히 경화될 때까지 기다리거나 또는 기다릴 필요가 없음을 의미하는 것이다. 완성된 내부 코어를 제조하는데 추가의 공정을 필요로 하지 않고, 따라서 상응하는 기술을 사용할 경우 PUR 형성이 하나의 공정으로 처리될 수 있다
따라서, 잠열 저장 유닛을 덜 함유하거나 전혀 함유하지 않는 폴리우레탄의 하나 이상의 층을, 예를 들어 시트에 인접한, 잠열 저장 유닛을 함유하는 제1 층에 적용할 수 있다. 제1 층을 건조시키거나 가교결합시킬 필요가 없다. 층 두께 및 거기에 함유된 잠열 저장 유닛의 비율을 변형하는 것 이외에도, 폴리우레탄의 조성을 또한 변화시킬 수 있다.
추가로, 통상의 첨가제, 예컨대 난연제, 또는 섬유를 폴리우레탄에 그의 제조 동안에 공급할 수 있다. 추가로, 폴리올과 이소시아네이트의 혼합비도 또한 변화시킬 수 있다.
폴리우레탄 발포체의 제조를 위한 성분으로서, 종래 기술에 주지된 폴리올 및 이소시아네이트를 사용한다.
이 방법에서, 잠열 저장 유닛을 함유하는 제트를 발포체 원료의 반응 제트로 도입하는 것, 또는 발포체 원료의 반응 제트를 잠열 저장 유닛을 함유하는 제트로 도입하는 것이 바람직하다. 또는, 잠열 저장 유닛의 제트를 분사 제트와 접촉시키는 것도 물론 가능하다. 상호 물질의 상호 혼입으로 상기 기재한 이점을 갖는 고체의 최적의 가교 결합에 이르게 된다. 또한, 잠열 저장 유닛의 액체 발포체 원료로의 혼합 단계는 없어도 된다. 이로써 상기 기재한 단점을 회피하는데, 특히 원료 물질을 지속적으로 혼합할 필요가 없다. 또한, 온도 설정, 발포체 원료의 점도 등에는 영향이 미치지 않는다.
고체를 함유하는 기체류 또는 기체류들을 반응 혼합물의 사전에 분산된 분사 제트로 계량공급하는 것이 아니라, 혼합 헤드의 혼합 챔버 내에서 여전히 액체인 비-분산 제트로 주입하는 방법이 특히 바람직하다.
본 발명에 따라서, "PUR 반응 혼합물의 액체 제트"는, 특히 액체 형태의 반응 성분을 혼합하기 위한 혼합 챔버 영역에서, PUR 물질의 이러한 유체 제트를 의미하는데, 이는 아직 기체류 중에 분산된 반응 혼합물의 미세 액적의 형태는 아니고, 즉 특히 액체 점성상이다.
종래 기술의 방법은 PUR 반응 혼합물을 분무하기 위해 본질적으로 기체류 또는 상응하는 노즐을 이용하고 고체-함유 기체류를 이러한 분무된 PUR 분사 제트로 계량공급한다. 임의의 분사 제트용으로, 및 또한 이 경우, 이는 분사 노즐로부터의 거리가 증가함에 따라 분사 제트의 주(main) 분사 방향에 직교하는 인접한 분사 입자 사이의 거리가 증가하도록 유지한다. 고체 입자가 폴리우레탄 액적 또는 이미 습윤화된 충전제 입자와 충돌하고 이로 인해 습윤화되는 개연성은 불가피하게 신속하게 감소된다. 충전제와 폴리우레탄의 혼합이 본 발명의 방법에 따라 수행될 경우 상황은 변한다.
장치는 고체가 이동 기체류에 의해 혼합 챔버로 도입되고, 거기서 이들이 PUR 반응 혼합물의 액체 제트를 타격함을 특징으로 한다. 고체와 함께 기체류는 2개 이상의 지점을 통해서 이들을 혼합 챔버내로 도입시킴으로써 혼합 챔버에서 충돌이 가능하게 된다. 인접한 분사 제트는 서로 큰 각을 형성하고 실리더형 혼합 챔버의 원형 원주선에 직각을 이룰 수 있다. 따라서, 이들은 혼합 챔버의 가상(imaginary) 중심축에서 충돌한다. 그러나, 이들은 또한 접선 방향으로 주입되어 혼합 챔버에서의 유동의 주 방향에 직교하는 원을 한정하는 와류를 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 따라서, 입자는 서로 벗어날 수 없거나 서로 멀리 떨어져 이동할 수 없는데, 이는 혼합 챔버의 벽이 이를 방지하기 때문이다. 따라서, 고체는 본 발명에 따른 방법에서 혼합 챔버의 내부에서 어떠한 손실도 없이 PUR 반응 혼합물과 함께 강제적으로 습윤화되고 따라서 균질한 기체/고체/PUR 물질 혼합물의 부분이 된다.
바람직하게, 생성된 기체/고체/PUR 물질 혼합물의 혼합 챔버 중에서의 혼합 품질은 추가의 공기 와류에 의해 다시 향상된다. 공기 와류는 접선 방향의 공기 노즐로부터 공기에 의해 생성된다. 이들에 의해 포위된 원형 부분은 혼합 챔버에서의 유동의 주 방향의 축에 대해 직각을 형성한다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 이점은 저장 용기내 교반과 관련하여 비용이 전혀 들지 않고 캡슐화된 제품의 특수 펌핑 기술이 전혀 필요하지 않다는 사실에 있다. 후자는 혼합 챔버내로 완만하게 계량공급될 수 있다. 데이 탱크(day tank)에서 잠열 저장 유닛의 군집, 응집 및 부유 또는 침전이 일어날 수 없다. 또한, 잠열 저장 유닛의 반응 제트로의 후반 계량공급으로 인해 잠열 저장 유닛의 펌프, 혼합 헤드 및 노즐에 대한 손상의 위험이 방지된다.
잠열 저장 유닛과 발포체 원료 사이의 훨씬 더 우수한 상호 접속을 위해서, 잠열 저장 유닛과 발포체 원료를 사용하여 딥-드로잉된 시트를 폼-배킹하는 것이 특히 바람직하다.
추가의 바람직한 방법 변형은 상응하는 시트를 성형용 다이, 특히 금형내에 위치시키고, 잠열 저장 유닛을 함유하는 폴리우레탄 발포체를 거기에 적용함을 특징으로 한다. 이어서, 여기에 잠열 저장 유닛을 전혀 함유하지 않거나 잠열 저장 유닛을 저비율로 갖는 또 다른 발포체 물질을 적용한다. 이와 같이 상이한 잠열 저장 유닛을 갖는 상이한 층을 불연속적으로 적용함으로써 공정이 크게 단순화된다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명의 목적은 운송 차량의 트림 부품으로서 본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체로 폼-배킹된 시트의 사용에 의해 달성된다. 본 발명에 따라서, 이러한 건설 부품은 레저 차량 또는 이동식 주택을 패널링(paneling) 또는 분리하는데 또한 사용될 수 있다. 추가로, 상응하는 폴리우레탄 발포체는 또한 위생 물체, 예컨대 욕조를 강화하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 특정 실시양태는, 예를 들어 층의 특정한 배열로 이루어진다:
PUR/PIR + 잠열 저장 유닛/PUR
이러한 실시양태는 특히, 예를 들어 캡슐화되지 않은 왁스를 사용할 경우, 유리하고, 이는 외부 PUR 층에 의해 표면으로 이동하는 것이 방지된다.
본 발명은 또한 단열 분사 발포체를 제조하는데 유리하다. 예를 들어, 발포체를 룸(room)의 내부에 삽입하고 왁스-PUR 층이 표면에 근접할 경우, 이는 과도한 열을 신속히 흡수할 수 있다. 열 에너지가 먼저 단열 PUR 발포체를 침투할 필요가 없다. 반대로, 실온이 표적 온도 아래로 강하할 경우, 잠열 저장 유닛을 갖는 PUR 층은 룸 방향으로 향하고 저장된 열 에너지를 신속히 제공할 수 있다. 또한, 잠열 장치를 갖는 PUR 층은 그 자체로 배면상에 "비충전된" PUR에 의해 단열되어, 열이 "원하지 않는 방향"으로 거의 흐르지 않게 된다
이는 가요성 성형 발포체와 유사하다. 왁스가 외부층에만 있을 경우, 발포체의 기계적 특성은 거의 영향받지 않는다. 동시에, 열원 (즉, 사람)의 근접성은 목적하는 온도 버퍼링이 신속하게 제공되는 것을 보장한다.
실시예 :
실험 1 내지 11에서, 폴리우레탄을 기준으로, 5 내지 10 중량%의 양으로 상이한 잠열 저장 유닛을 폴리올 성분 및 이소시아네이트와 비이커내에서 혼합하고, 10초 동안 교반하였다. 표 1은 각각의 조성을 나타낸다. 온도 센서를 그의 측정점이 PE 판의 표면에 접촉하도록 배치하였다. 액체 반응 혼합물을 온도 센서의 측정점 상으로 부었다. 액체 반응 혼합물을 층 두께 2　mm로 확산시켰다. 센서의 온도는 혼합 시간으로부터 측정한 30초 내지 180초 시기에 결정하였다. 측정 결과는 표 2에 나타내었다.
Figure pct00001
출발 물질의 설명:
폴리올 1: OH가가 630인 시판되는 아민-개시된 사관능성 PO 폴리에테르.
폴리올 2: OH가가 255인 시판되는 삼관능성 EO 폴리에테르.
이소시아네이트: 2-환 MDI 및 그의 고급 동족체를 기재로 하는 NCO 함량이 약 32 중량%인 이소시아네이트.
잠열 저장 유닛 1: 몬탄산의 에스테르 C24-C34, 예컨대 클라리언트(Clariant)로부터의 리코왁스(Licowax) KST
잠열 저장 유닛 2: 왁스산의 혼합물 C24-C34, 예컨대 클라리언트로부터의 리코왁스 NC FL
잠열 저장 유닛 3: 몬탄산의 에스테르 C24-C34, 예컨대 클라리언트로부터의 리코왁스 EP
잠열 저장 유닛 4: 몬탄산의 에스테르 C24-C34, 예컨대 클라리언트로부터의 리코왁스 E FL
Figure pct00002
실험 1은 비교예이다. 본 발명에 따른 실험 2 내지 10은 반응 혼합물의 달성된 피크 온도는 가변적이고 사용된 왁스의 유형 및 왁스의 양에 따라, 표준에 비해 상당히 감소할 수 있음을 보여준다.
본 발명에 따른 것이 아닌 실험 11은, 제2 PUR 층을 제1 층에 30초 이내에 적용할 경우, PE 표면상의 온도의 추이를 보여준다. 물질은 실험 1에 비해 더 높은 피크 온도에 도달한다. 본 발명에 따른 실험 10은 하부층에만 잠열 저장 유닛을 사용하는 것으로도 실험 11에 비해 온도의 추이를 충분히 감소시킴을 보여준다. 이러한 실험은 잠열 저장 유닛에 의해 열적으로 민감한 물질을 갖는 접촉 표면만을 보호하는 것이 충분하다는 사실을 예시하고 있다. 열 관련 영역으로부터 더 멀리 떨어진 영역은 잠열 저장 유닛을 덜 함유하거나 전혀 함유하지 않을 수 있다.

Claims (14)

  1. 폴리우레탄 매트릭스의 매스 비율을 기준으로, 특정한 볼륨 영역에서의 잠열 저장 유닛의 매스 비율이 상기 특정한 볼륨 영역으로부터 멀리 떨어진 볼륨 영역에서의 이들 잠열 저장 유닛의 매스 비율보다 큰, 잠열 저장 유닛을 갖는 폴리우레탄 발포체.
  2. 제1항에 있어서, 잠열 저장 유닛의 비율이 내부 영역의 한 지점에서부터 하나 이상의 방향으로 본체(body)의 표면을 향해 연속적으로 또는 불연속적으로 증가함을 특징으로 하는 폴리우레탄 발포체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 잠열 저장 유닛의 매스 비율이 상이한 동일하거나 상이한 발포체 조성물의 2개 이상의 전체 영역 또는 부분 영역 층을 포함함을 특징으로 하는 폴리우레탄 발포체.
  4. 제3항에 있어서, 잠열 저장 유닛을 함유하는 하나 이상의 표면 영역, 및 잠열 저장 유닛이 없는 하나 이상의 층을 포함함을 특징으로 하는 폴리우레탄 발포체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 잠열 저장 유닛이 풍부한 상기 볼륨 영역이 0.1　mm 이상의 층 두께를 가짐을 특징으로 하는 폴리우레탄 발포체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잠열 저장 물질이 통상 0 내지 150℃, 특히 20 내지 90℃의 온도 범위에서, 매우 특히 21 내지 70℃의 온도 범위에서 고체/액체 상 전이를 가짐을 특징으로 하는 폴리우레탄 발포체.
  7. 제6항에 있어서, 잠열 저장 물질이 천연 및/또는 합성 왁스를 포함함을 특징으로 하는 폴리우레탄 발포체.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 잠열 저장 물질이 캡슐, 바람직하게는 열경화성 캡슐내에 존재함을 특징으로 하는 폴리우레탄 발포체.
  9. 잠열 저장 유닛, 특히 캡슐화된 잠열 저장 유닛을 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분의 반응 혼합물에 혼입하고, 그렇게 형성된 혼합물을 특히 딥-드로잉된 플라스틱 시트를 폼-배킹(foam-backing)하는데 사용하며, 혼입된 잠열 저장 유닛의 양의 반응 혼합물의 양에 대한 비 R이 특정한 기간 내에서 일정하지만 후속되는 제2 기간 중의 상기 비와는 상이함을 특징으로 하는, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 폴리우레탄 발포체의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 잠열 저장 유닛을 함유하는 제트를 발포체 원료의 반응 제트로 도입하거나, 발포체 원료의 반응 제트를 잠열 저장 유닛을 함유하는 제트로 도입하는 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 잠열 저장 유닛 및 상기 발포체 원료를 개방 금형내로 분사시킴을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 잠열 저장 유닛을 함유하는 발포체 층을 먼저 금형내에 위치시키고, 잠열 저장 유닛을 덜 함유하거나 전혀 함유하지 않는 발포체 원료를 거기에 적용함을 특징으로 하는 방법.
  13. 플라스틱 시트의 폼-배킹을 위한, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 폴리우레탄 발포체의 용도.
  14. 운송 차량의 트림 부품으로서의, 제13항에 따른 딥-드로잉된 플라스틱 시트의 용도.
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