KR20230027427A

KR20230027427A - 초임계 발포 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20230027427A
Application number: KR1020210109198A
Authority: KR
Inventors: 조완택; 박종범; 김현효
Original assignee: (주)일신오토클레이브
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2023-02-28

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 초임계 발포 시스템을 제공한다. 초임계 발포 시스템은 초임계 용매를 제공하는 초임계 탱크, 폴리머를 제공하는 폴리머 탱크, 상기 초임계 탱크로부터 공급된 초임계 용매를 상기 폴리머 탱크로부터 공급된 폴리머에 함침시키는 프로세스를 수행하는 복수의 탱크들 및 상기 탱크들로부터 공급된 초임계 용매가 함침된 폴리머를 저장하는 저장 탱크를 포함하고, 상기 탱크들 각각은 초임계 용매가 함침된 폴리머를 필터링하는 필터를 포함하고, 상기 필터 전단에는 상기 저장 탱크로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 공급하는 공급 라인이 제공되고, 상기 필터 후단에는 상기 탱크들 각각에서 폴리머와 반응되지 않은 용매를 회수하는 회수 라인이 제공된다.

Description

초임계 발포 시스템 및 방법{System and method for foaming Supercritical}

본 발명은 초임계 발포 공정의 효율성을 향상시키고 초임계 가스 및 물을 재활용할 수 있는 초임계 발포 시스템 및 방법에 관한 것이다.

전통적인 발포 공정은 고분자 물질에 발포제를 배합하여 일정한 온도, 압력 및 시간 하에 가스를 발생시켜 셀이 형성된 발포제를 이용하였다. 다만, 발포 플라스틱을 발포시키는데 필요한 발포제인 염화불화탄소 가스는 오존층을 파괴하며 대기 온난화의 원인으로 선진국에서 이미 사용을 금지하고 있으며, 상대적으로 환경에 무해한 물, 이산화탄소 및 질소 등이 발포제로 관심이 높아지고 있다.

초임계 유체를 이용한 고분자 발포는 연속식 발포 장치와 회분식 발포 장치에 의해 구현될 수 있다.

연속식 발포 장치에 의한 고분자 발포는 초임계 유체 및 원료를 압출기에 주입하고 초임계 유체와 원료를 혼합한 이후 혼합된 시료를 일정한 크기로 잘라 발포하는 방식으로 구현된다. 다만, 연속식 발포 장치는 압출기에 초임계 유치를 주입하는 장치를 개별적으로 설치해야 하고 압출기에 고압에 견딜 수 있어야 하므로 상대적으로 고가인 단점을 가진다.

회분식 발포 장치에 의한 고분자 발포는 많은 양의 폴리프로필렌 비드(EPP Beeds)를 시스템의 반응조에 넣고, 순간적으로 팽창시켜서 발포된 비드를 얻는 방식으로 구현된다. 원료, 물 및 첨가물을 반응조에 넣고 온도와 압력을 공정 조건에 맞춘 이후 이산화탄소를 주입하여 시료가 초임계 상태로 된다. 초임계 이산화탄소는 비드에 침투하게 되고, 일정시간 이후 고압에서 대기 중으로 짧은 시간에 방출하는 과정을 통해 시료의 발포가 발생된다. 다만, 팽창밸브의 개방으로 인한 시료의 방출을 통한 발포는 초기에는 효율이 유지되지만 밸브 개방 이후에 시간이 경과할수록 발포의 효율이 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 초임계 용매와 물을 재사용함으로써 초임계 발포 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 초임계 발포 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 초임계 용매가 함침된 폴리머를 발포되지 않은 상태로 유지하는 저장 탱크를 구비하여 발포 공정이 동시에 여러 개의 사출기에서 수행될 수 있는 초임계 발포 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

일 예에 의하여, 상기 탱크들은 제1 탱크 및 제2 탱크를 포함하고, 상기 제1 탱크에서 반응되지 않은 용매는 제1 회수 라인을 통해 상기 제2 탱크의 입구단으로 공급되고, 상기 제2 탱크에서 반응되지 않은 용매는 제2 회수 라인을 통해 제1 탱크의 입구단으로 공급된다.

일 예에 의하여, 상기 탱크들로 물을 공급하는 물 공급 탱크를 더 포함하고, 상기 제1 탱크 및 상기 제2 탱크에서 반응되지 않은 용매는 물과 초임계 용매를 포함한다.

일 예에 의하여, 상기 폴리머 탱크와 상기 제1 탱크를 연결하는 제1 폴리머 공급 라인, 상기 폴리머 탱크와 상기 제2 탱크를 연결하는 제2 폴리머 공급 라인, 상기 초임계 탱크와 상기 제1 탱크를 연결하는 제1 초임계 공급 라인, 상기 초임계 탱크와 상기 제2 탱크를 연결하는 제2 초임계 공급 라인, 상기 물 공급 탱크와 상기 제1 탱크를 연결하는 제1 물 공급 라인, 상기 물 공급 탱크와 상기 제2 탱크를 연결하는 제2 물 공급 라인 및 상기 라인들 상에 제공되는 밸브들을 제어하는 제어기를 더 포함한다.

일 예에 의하여, 상기 제1 탱크 및 상기 제2 탱크 각각에는 공급되는 물의 레벨을 측정하는 레벨 게이지 및 초임계 공급 정도를 파악하는 압력 센서가 제공되고, 상기 제어기는 상기 레벨 게이지의 수치에 기초하여 상기 제1 물 공급 라인 및 상기 제2 물 공급 라인 상의 밸브들을 제어하고, 상기 제어기는 상기 압력 센서의 수치에 기초하여 상기 제1 초임계 공급 라인 및 상기 제2 초임계 공급 라인 상의 밸브들을 제어한다.

일 예에 의하여, 상기 제어기는 상기 제1 탱크에서 반응되지 않은 초임계 용매와 물을 상기 제2 탱크로 공급하기 전에 상기 제2 탱크로 폴리머를 공급하도록 상기 제2 폴리머 공급 라인 상의 밸브를 제어하고, 상기 제어기는 상기 제2 탱크에서 반응되지 않은 초임계 용매와 물을 상기 제1 탱크로 공급하기 전에 상기 제1 탱크로 폴리머를 공급하도록 상기 제1 폴리머 공급 라인 상의 밸브를 제어한다.

일 예에 의하여, 상기 저장 탱크에 저장된 초임계 용매가 함침된 폴리머를 이용하여 사출 공정을 수행하는 복수의 사출기를 더 포함하고, 상기 저장 탱크에 저장된 초임계 용매가 함침된 폴리머는 상기 사출기로 제공된 후 발포된다.

일 예에 의하여, 상기 탱크들은 공정온도 10도 내지 60도 및 공정 압력 80 bar 내지 150 bar의 공정 조건 하에서 초임계 용매를 폴리머에 함침시킨다.

일 예에 의하여, 상기 저장 탱크는 상기 탱크들의 공정온도 대비 낮은 온도로 유지되어 초임계 용매가 함침된 폴리머를 발포되지 않은 상태로 유지시킨다.

일 예에 의하여, 상기 폴리머 탱크와 상기 탱크들을 연결하는 폴리머 공급 라인 상에는 폴리머를 진공 상태 하에서 이송하는 진공 펌프가 제공된다.

일 예에 의하여, 상기 저장 탱크 내에 존재하는 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 또는 물을 폐기하기 위한 폐기 탱크 및 상기 저장 탱크와 상기 폐기 탱크를 연결하는 폐기 라인을 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 초임계 발포 방법을 제공한다. 초임계 발포 방법은 제1 탱크로 폴리머, 초임계 용매 및 물을 공급하고 제2 탱크로 폴리머를 공급하는 단계, 상기 제1 탱크 내의 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 제2 탱크로 공급하는 단계, 상기 제1 탱크 내의 초임계 용매가 함침된 폴리머를 저장 탱크로 공급하는 단계, 상기 제2 탱크로 초임계 용매 또는 물을 공급하고 상기 제1 탱크로 폴리머를 공급하는 단계, 상기 제2 탱크 내의 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 제1 탱크로 공급하는 단계 및 상기 제2 탱크 내의 초임계 용매가 함침된 폴리머를 저장 탱크로 공급하는 단계를 포함한다.

일 예에 의하여, 상기 제2 탱크로 초임계 용매 또는 물을 공급하고 상기 제1 탱크로 폴리머를 공급하는 단계는, 상기 제1 탱크로부터 상기 제2 탱크로 공급된 초임계 용매 또는 물의 공급량을 체크하는 단계 및 기설정된 초임계 용매의 양 또는 물의 양 대비 부족한 양의 초임계 용매 또는 물을 상기 제2 탱크로 공급하는 단계를 포함한다.

일 예에 의하여, 상기 제1 탱크로부터 상기 제2 탱크로 공급된 초임계 용매 또는 물의 공급량을 체크하는 단계는, 상기 제2 탱크에 제공된 레벨 게이지를 통해 물의 공급량을 체크하고 상기 제2 탱크에 제공된 압력 센서를 통해 초임계 용매의 공급량을 체크하는 단계를 포함한다.

일 예에 의하여, 상기 제2 탱크 내의 초임계 용매가 함침된 폴리머를 저장 탱크로 공급하는 단계는, 상기 제1 탱크에서 상기 저장 탱크로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 공급하는 과정이 완료된 이후 연속적으로 상기 제2 탱크에서 상기 저장 탱크로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 공급한다.

일 예에 의하여, 상기 제1 탱크 내의 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 제2 탱크로 공급하는 단계는, 상기 제1 탱크에 제공되는 필터를 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 걸려내는 단계 및 상기 제1 탱크의 출구단과 상기 제2 탱크의 입구단을 연결하는 제1 회수 라인을 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 상기 제2 탱크로 공급하는 단계를 포함한다.

일 예에 의하여, 상기 제2 탱크 내의 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 제1 탱크로 공급하는 단계는, 상기 제2 탱크에 제공되는 필터를 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 걸려내는 단계 및 상기 제2 탱크의 출구단과 상기 제1 탱크의 입구단을 연결하는 제2 회수 라인을 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 상기 제1 탱크로 공급하는 단계를 포함한다.

일 예에 의하여, 상기 저장 탱크는 상기 제1 탱크 및 상기 제2 탱크보다 낮은 온도로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 저장한다.

일 예에 의하여, 상기 저장 탱크에 저장된 초임계 용매가 함침된 폴리머를 복수의 사출기들로 제공하고, 상기 사출기들을 통해 사출 공정이 수행되는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 최초에 제1 탱크로 초임계 용매 및 물을 제공한 이후에는 초임계 용매와 물을 새롭게 공급하는 일이 없거나 새롭게 공급하는 초임계 용매 및 물의 양이 적을 수 있다. 따라서, 초임계 용매 및 물이 지속적으로 재사용됨으로써 초임계 발포 공정의 효율이 상승될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 초임계 용매가 함침된 폴리머를 낮은 온도로 유지하는 저장 탱크가 추가적으로 구비되고, 1개의 저장 탱크에서 복수의 사출기들로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 동시에 공급함에 따라 발포 공정의 효율이 상승될 수 있다. 또한, 고압을 견딜 수 있는 저장 탱크가 추가적으로 구비되는바, 고압을 견딜 수 있는 사출기가 요구되지 않을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초임계 발포 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초임계 발포 시스템의 저장 탱크 및 사출기를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어기의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초임계 발포 방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

또한, 본 명세서에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초임계 발포 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 초임계 발포 시스템은 초임계 탱크(100), 폴리머 탱크(200), 물 공급 탱크(300), 제1 탱크(400), 제2 탱크(500) 및 저장 탱크(700)를 포함할 수 있다.

초임계 탱크(100)는 초임계 용매를 저장하고, 저장된 초임계 용매를 제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 초임계 용매는 이산화탄소 또는 질소일 수 있다. 초임계 탱크(100)와 탱크들(400, 500)은 초임계 공급 라인(10)을 통해 연결될 수 있다. 초임계 공급 라인(10)은 초임계 탱크(100)와 제1 탱크(400)를 연결하는 제1 초임계 공급 라인(11) 및 초임계 탱크(100)와 제2 탱크(500)를 연결하는 제2 초임계 공급 라인(12)을 포함할 수 있다. 제1 초임계 공급 라인(11) 상에는 제1 밸브(V1)가 제공될 수 있고, 제2 초임계 공급 라인(12) 상에는 제2 밸브(V2)가 제공될 수 있다.

초임계 공급 라인(10) 상에는 고압 펌프(150)가 제공될 수 있다. 고압 펌프(150)는 초임계 용매의 압력을 상승시킬 수 있고, 압력이 상승된 초임계 용매를 탱크들(400, 500)로 유동시킬 수 있다.

폴리머 탱크(200)는 제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500)로 폴리머를 제공할 수 있다. 폴리머 탱크(200)와 탱크들(400, 500)은 폴리머 공급 라인(20)을 통해 연결될 수 있다. 폴리머 공급 라인(20)은 폴리머 탱크(200)와 제1 탱크(400)를 연결하는 제1 폴리머 공급 라인(21) 및 폴리머 탱크(200)와 제2 탱크(500)를 연결하는 제2 폴리머 공급 라인(22)을 포함할 수 있다. 제1 폴리머 공급 라인(21) 상에는 제3 밸브(V3)가 제공될 수 있고, 제2 폴리머 공급 라인(22) 상에는 제4 밸브(V4)가 제공될 수 있다.

폴리머 공급 라인(20) 상에는 진공 펌프(250)가 제공될 수 있다. 진공 펌프(250)는 폴리머를 진공 상태 하에서 탱크들(400, 500)로 이송시킬 수 있다.

물 공급 탱크(300)는 제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500)로 물을 제공할 수 있다. 제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500)로 공급되는 물은 초임계 용매가 폴리머가 용이하게 함침되도록 돕는 역할을 수행할 수 있다. 물 공급 탱크(300)와 탱크들(400, 500)은 물 공급 라인(30)을 통해 연결될 수 있다. 물 공급 라인(30)은 물 공급 탱크(300)와 제1 탱크(400)를 연결하는 제1 물 공급 라인(31) 및 물 공급 탱크(300)와 제2 탱크(500)를 연결하는 제2 물 공급 라인(32)을 포함할 수 있다. 제1 물 공급 라인(31) 상에는 제5 밸브(V5)가 제공될 수 있고, 제2 물 공급 라인(32) 상에는 제6 밸브(V6)가 제공될 수 있다.

제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500) 내에서 초임계 용매가 폴리머에 함침될 수 있다. 제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500)로 공급된 초임계 용매, 물 및 폴리머는 제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500) 내에서 반응될 수 있다. 구체적으로, 초임계 용매는 폴리머에 형성된 기공에 함침될 수 있다. 이 때, 물은 초임계 용매가 폴리머에 함침되는 효율을 향상시킬 수 있다. 탱크들(400, 500)은 공정온도 10도 내지 60도 및 공정 압력 80 bar 내지 150 bar의 공정 조건 하에서 초임계 용매를 폴리머에 함침시킬 수 있다.

제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500)의 입구단은 초임계 공급 라인(10), 폴리머 공급 라인(20) 및 물 공급 라인(30)과 연결될 수 있다. 제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500)의 출구단은 저장 탱크(600)와 연결될 수 있다. 제1 탱크(400)와 제2 탱크(500)는 회수 라인들(40, 50)을 통해 연결될 수 있다. 제1 탱크(400)의 출구단은 제2 탱크(500)의 입구단과 제1 회수 라인(40)을 통해 연결될 수 있고, 제2 탱크(500)의 출구단은 제1 탱크(400)의 입구단과 제2 회수 라인(50)을 통해 연결될 수 있다. 제1 회수 라인(40) 상에는 제7 밸브(V7)가 제공될 수 있고, 제2 회수 라인(50) 상에는 제8 밸브(V8)가 제공될 수 있다. 제1 탱크(400)에서 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 함침 과정에서 사용된 물은 제1 회수 라인(40)을 통해 제2 탱크(500)의 입구단으로 공급될 수 있다. 제2 탱크(500)에서 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 함침 과정에서 사용된 물은 제2 회수 라인(50)을 통해 제2 탱크(500)의 입구단으로 공급될 수 있다. 이 때, 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 함침 과정에서 사용된 물은 탱크들(400, 500) 각각에서 반응되지 않은 용매로 정의될 수 있다.

제1 탱크(400)의 출구단에는 제1 필터(410)가 제공될 수 있고, 제2 탱크(500)의 출구단에는 제2 필터(510)가 제공될 수 있다. 제1 필터(410) 및 제2 필터(510)는 탱크들(400, 500) 각각에서 반응된 초임계 용매가 함침된 폴리머를 필터링할 수 있다. 필터링을 통해, 폴리머 이외의 반응되지 않은 초임계 및 물이 걸러질 수 있다. 제1 필터(410) 및 제2 필터(510)의 전단에는 초임계 용매가 함침된 폴리머를 저장 탱크(600)로 공급하는 공급 라인들(60, 70)이 제공될 수 있다. 즉, 제1 필터(410) 및 제2 필터(510)를 통과하지 않은 초임계 용매가 함침된 폴리머가 저장 탱크(600)로 공급될 수 있다. 제1 필터(410) 및 제2 필터(510)의 후단에는 탱크들(400, 500) 각각에서 폴리머와 반응되지 않은 용매를 회수하는 회수 라인들(40, 50)이 제공될 수 있다. 즉, 제1 필터(410)를 통과한 초임계 용매와 물은 제2 탱크(500)로 공급될 수 있고, 제2 필터(510)를 통과한 초임계 용매와 물은 제1 탱크(400)로 공급될 수 있다. 공급 라인들(60, 70)은 제1 탱크(400)와 저장 탱크(600)를 연결하는 제1 공급 라인(60) 및 제2 탱크(500)와 저장 탱크(600)를 연결하는 제2 공급 라인(70)을 포함할 수 있다. 제1 공급 라인(60) 상에는 제9 밸브(V9)가 제공될 수 있고, 제2 공급 라인(70) 상에는 제10 밸브(V10)가 제공될 수 있다.

저장 탱크(600)는 제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500)로부터 공급된 초임계 용매가 함침된 폴리머를 발포되지 않은 상태로 유지시킬 수 있다. 저장 탱크(600)는 제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500)보다 낮은 압력 및 낮은 온도로 폴리머를 저장할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 탱크(400)에서 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물은 제1 회수 라인(40)을 통해 제2 탱크(500)로 공급될 수 있다. 따라서, 제2 탱크(500)로 초임계 용매 및 물을 새롭게 공급하지 않더라도 제2 탱크(500)로 공급된 폴리머에 초임계 용매가 함침될 수 있다. 만약, 제1 회수 라인(40)을 통해 제2 탱크(500)로 공급된 초임계 용매 및 물의 양이 부족할 경우, 제2 탱크(500)로 추가적인 초임계 용매 및 물이 제공될 수 있다. 반대로, 제2 탱크(500)에서 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물은 제2 회수 라인(50)을 통해 제1 탱크(400)로 공급될 수 있다. 따라서, 제1 탱크(400)로 초임계 용매 및 물을 새롭게 공급하지 않더라도 제1 탱크(400)로 공급된 폴리머에 초임계 용매가 함침될 수 있다. 결론적으로, 최초에 제1 탱크(400)로 초임계 용매 및 물을 제공한 이후에는 초임계 용매와 물을 새롭게 공급하는 일이 없거나 새롭게 공급하는 초임계 용매 및 물의 양이 적을 수 있다. 따라서, 초임계 용매 및 물이 지속적으로 재사용됨으로써 초임계 발포 공정의 효율이 상승될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초임계 발포 시스템의 저장 탱크 및 사출기를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 저장 탱크(600)로 공급된 초임계 용매가 함침된 폴리머는 복수의 사출기들(700)로 공급될 수 있다. 사출기들(700)로 공급된 폴리머는 상대적으로 높은 온도와 높은 압력으로 인해 발포될 수 있고, 사출기들(700)은 폴리머의 발포를 이용한 사출 공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 사출기들(700)은 기존의 화학적 발포에 사용되는 사출기일 수 있다.

저장 탱크(600)에는 제3 필터(610)가 제공될 수 있다. 제3 필터(610)는 저장 탱크(600)의 출구단에 배치될 수 있다. 제3 필터(610)의 전단에는 제3 공급 라인(90)이 제공될 수 있다. 즉, 제3 필터(610)를 거치지 않은 폴리머가 제3 공급 라인(90)을 통해 사출기들(700)로 이송될 수 있다. 제3 필터(610)의 후단에는 폐기 라인(80)이 제공될 수 있다. 제3 필터(610)를 통해 폴리머가 걸러진 초임계 용매 또는 물이 폐기 라인(80)을 통해 폐기 탱크(800)로 회수될 수 있다. 저장 탱크(600) 내에 존재하는 물이 사출기(700)로 공급되는 경우 사출 공정의 신뢰성이 하락될 수 있으므로 물은 폐기 라인(80)을 통해 폐기 탱크(800)로 회수될 수 있다. 폐기 라인(80) 상에는 제11 밸브(V11)가 제공될 수 있고, 제3 공급 라인(90) 상에는 제12 밸브(V12)가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 필터(410) 및 제2 필터(510)를 통해 걸러지지 않은 초임계 용매 또는 물은 저장 탱크(600)로 공급될 수 있으나, 제3 필터(610)를 통해 초임계 용매 및 물이 다시 한번 걸러질 수 있다. 걸러진 초임계 용매 또는 물은 사출 공정의 신뢰성을 위해 폐기될 수 있다.

기존의 화화적 발포 공정에서는 초임계 용매가 폴리머가 함침된 상태가 유지되지 않아 폴리머의 발포 효율이 낮아지는 문제점이 있었다. 본 발명의 실시예에 따르면, 초임계 용매가 함침된 폴리머를 낮은 온도로 유지하는 저장 탱크(600)가 추가적으로 구비되고, 1개의 저장 탱크(600)에서 복수의 사출기들(700)로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 동시에 공급함에 따라 발포 공정의 효율이 상승될 수 있다. 또한, 고압을 견딜 수 있는 저장 탱크(600)가 추가적으로 구비되는바, 고압을 견딜 수 있는 사출기(700)가 요구되지 않을 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어기의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500) 각각에는 공급되는 물의 레벨을 측정하는 제1 및 제2 레벨 게이지(450, 550) 및 초임계 공급 정도를 파악하는 제1 및 제2 압력 센서(470, 570)가 제공될 수 있다. 초임계 시스템에 적용되는 제어기(1000)는 제1 레벨 게이지(450), 제2 레벨 게이지(550), 제1 압력 센서(470) 및 제2 압력 센서(570)로부터 정보를 수신할 수 있고, 밸브들(V1 내지 V12)을 제어할 수 있다.

일 예로, 제어기(1000)는 제1 탱크(400)로 초임계 용매를 공급하기 위해 제1 밸브(V1)를 제어할 수 있고, 제2 탱크(500)로 초임계 용매를 공급하기 위해 제2 밸브(V2)를 제어할 수 있다.

일 예로, 제어기(1000)는 제1 탱크(400)로 폴리머를 공급하기 위해 제3 밸브(V3)를 제어할 수 있고, 제2 탱크(500)로 폴리머를 공급하기 위해 제4 밸브(V4)를 제어할 수 있다.

일 예로, 제어기(1000)는 제1 탱크(400)로 물을 공급하기 위해 제5 밸브(V5)를 제어할 수 있고, 제2 탱크(500)로 물을 공급하기 위해 제6 밸브(V6)를 제어할 수 있다.

일 예로, 제어기(1000)는 제1 탱크(400) 내에서 폴리머에 초임계 용매가 함침된 후에 남은 초임계 용매와 물을 제2 탱크(500)로 공급하기 위해 제7 밸브(V7)를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(1000)는 제2 탱크(500) 내에서 폴리머에 초임계 용매가 함침된 후에 남은 초임계 용매와 물을 제1 탱크(400)로 공급하기 위해 제8 밸브(V8)를 제어할 수 있다.

일 예로, 제어기(1000)는 제2 탱크(500)에 공급된 물의 양을 제2 레벨 게이지(550)를 통해 확인할 수 있고, 초임계 용매의 양을 제2 압력 센서(570)를 통해 확인할 수 있다. 제어기(1000)는 현재 제2 탱크(500) 내의 초임계 용매의 양 또는 물의 양이 기설정된 초임계 용매의 양 또는 기설정된 물의 양보다 작은 경우 부족한 양만큼을 채우도록 제2 밸브(V2) 및 제6 밸브(V6)를 제어할 수 있다. 제1 탱크(400)에서 반응되지 않은 용매는 제2 탱크(500)로 공급될 수 있으나, 제2 탱크(500) 내로 공급된 폴리머와 반응하기에 양이 부족할 수 있다. 따라서, 제어기(1000)는 부족한 초임계 용매 또는 물을 추가적으로 제2 탱크(500)로 공급하도록 밸브들을 제어할 수 있다.

일 예로, 제어기(1000)는 제1 탱크(400)에 공급된 물의 양을 제1 레벨 게이지(450)를 통해 확인할 수 있고, 초임계 용매의 양을 제1 압력 센서(470)를 통해 확인할 수 있다. 제어기(1000)는 현재 제1 탱크(500) 내의 초임계 용매의 양 또는 물의 양이 기설정된 초임계 용매의 양 또는 기설정된 물의 양보다 작은 경우 부족한 양만큼을 채우도록 제1 밸브(V1) 및 제5 밸브(V5)를 제어할 수 있다. 제2 탱크(500)에서 반응되지 않은 용매는 제1 탱크(400)로 공급될 수 있으나, 제1 탱크(400) 내로 공급된 폴리머와 반응하기에 양이 부족할 수 있다. 따라서, 제어기(1000)는 부족한 초임계 용매 또는 물을 추가적으로 제1 탱크(400)로 공급하도록 밸브들을 제어할 수 있다.

일 예로, 제어기(1000)는 제1 탱크(400) 및 제2 탱크(500) 내에서 초임계 용매가 폴리머에 함침된 시료를 저장 탱크(600)로 공급하기 위해 제9 밸브(V9) 및 제10 밸브(V10)를 제어할 수 있다.

일 예로, 제어기(1000)는 저장 탱크(600)로 유입된 초임계 용매 또는 물을 폐기 탱크(800)로 회수하기 위해 제11 밸브(V11)를 제어할 수 있다. 제어기(1000)는 저장 탱크(600)에 저장된 폴리머를 사출기들(700)로 공급하기 위해 제12 밸브(V12)를 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초임계 발포 방법을 나타내는 순서도이다.

도 4를 참조하면, 제1 탱크로 폴리머, 초임계 용매 및 물이 공급될 수 있다. 제1 탱크 내에서 폴리머에 초임계 용매가 함침될 수 있다. 이 때, 제2 탱크로도 폴리머가 공급될 수 있다(S100).

폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물은 제2 탱크로 공급될 수 있다. 제1 탱크에 제공되는 필터를 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 걸려낸 이후, 제1 탱크의 출구단과 제2 탱크의 입구단을 연결하는 제1 회수 라인을 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물이 제2 탱크로 공급될 수 있다. 제2 탱크로 공급된 초임계 용매 및 물은 제2 탱크로 공급된 폴리머와 반응할 수 있다. 즉, 폴리머에 초임계 용매가 함침되는 반응을 위해 제1 탱크에서 사용되었던 초임계 용매와 물이 제2 탱크로 공급되어 재사용될 수 있다(S200).

제1 탱크 내의 초임계 용매가 함침된 폴리머는 저장 탱크로 공급될 수 있다. 저장 탱크는 폴리머를 제1 탱크보다 저온 상태로 유지시킬 수 있다(S300).

제어기는 제2 탱크 내의 초임계 용매 또는 물의 양을 체크할 수 있다. 제어기는 제2 탱크 내의 초임계 용매 또는 물의 양이 기설정된 초임계 용매의 양 또는 기설정된 물의 양보다 작은지를 판단할 수 있다. 제2 탱크 내의 초임계 용매와 물은 제1 탱크로부터 공급된 것일 수 있다(S400).

제2 탱크 내의 초임계 용매 또는 물의 양이 기설정된 초임계 용매의 양 또는 기설정된 물의 양보다 작은 경우, 제어기는 제2 밸브 및 제6 밸브를 제어하여 제2 탱크로 부족한 양의 초임계 용매 또는 물이 공급될 수 있다. 다만, 물은 초임계 용매가 폴리머에 함침되는 것을 도와주는 역할을 하는 것이지 폴리머와 직접 반응하는 용매가 아니다. 따라서, 제1 탱크로 공급된 물은 고스란히 제2 탱크로 회수될 수 있다. 이상적으로, 최초에 제1 탱크로 물을 공급하면 초임계 발포 공정 시에 추가적으로 물을 공급할 필요가 없을 수 있다(S450).

제2 탱크 내에서 초임계 용매가 폴리머에 함침될 수 있다. 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물은 제1 탱크로 공급될 수 있다. 제2 탱크에 제공되는 필터를 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 걸려낸 이후, 제2 탱크의 출구단과 제1 탱크의 입구단을 연결하는 제2 회수 라인을 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물이 제1 탱크로 공급될 수 있다. 이후에, 제어기는 제1 탱크 내로 유입된 초임계 용매의 양과 물의 양을 체크할 수 있고, 기설정된 초임계 용매의 양과 기설정된 물의 양 대비 부족한 양의 초임계 용매와 물을 제1 탱크로 공급하도록 제1 밸브 및 제5 밸브를 제어할 수 있다(S500).

제2 탱크 내의 초임계 용매가 함침된 폴리머는 저장 탱크로 공급될 수 있다. 제1 탱크에서 저장 탱크로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 공급하는 과정이 완료된 이후 연속적으로 제2 탱크에서 저장 탱크로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 공급하는 과정이 수행될 수 있다(S600).

제1 탱크 및 제2 탱크에서 저장 탱크로 공급된 폴리머는 복수의 사출기들로 공급될 수 있다. 저장 탱크로 유입된 초임계 용매 또는 물은 폐기 라인을 통해 폐기 탱크로 회수될 수 있다. 즉, 저장 탱크 내에 존재하는 초임계 용매가 함침된 폴리머 만이 사출기로 공급될 수 있다(S700).

사출기로 공급된 폴리머는 발포될 수 있고, 사출기는 폴리머의 발포를 이용하여 사출 공정을 수행할 수 있다(S800).

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

초임계 용매를 제공하는 초임계 탱크;
폴리머를 제공하는 폴리머 탱크;
상기 초임계 탱크로부터 공급된 초임계 용매를 상기 폴리머 탱크로부터 공급된 폴리머에 함침시키는 프로세스를 수행하는 복수의 탱크들; 및
상기 탱크들로부터 공급된 초임계 용매가 함침된 폴리머를 저장하는 저장 탱크를 포함하고,
상기 탱크들 각각은 초임계 용매가 함침된 폴리머를 필터링하는 필터를 포함하고,
상기 필터 전단에는 상기 저장 탱크로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 공급하는 공급 라인이 제공되고, 상기 필터 후단에는 상기 탱크들 각각에서 폴리머와 반응되지 않은 용매를 회수하는 회수 라인이 제공되는,
초임계 발포 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 탱크들은 제1 탱크 및 제2 탱크를 포함하고,
상기 제1 탱크에서 반응되지 않은 용매는 제1 회수 라인을 통해 상기 제2 탱크의 입구단으로 공급되고,
상기 제2 탱크에서 반응되지 않은 용매는 제2 회수 라인을 통해 제1 탱크의 입구단으로 공급되는,
초임계 발포 시스템.
제2 항에 있어서,
상기 탱크들로 물을 공급하는 물 공급 탱크를 더 포함하고,
상기 제1 탱크 및 상기 제2 탱크에서 반응되지 않은 용매는 물과 초임계 용매를 포함하는,
초임계 발포 시스템.
제3 항에 있어서,
상기 폴리머 탱크와 상기 제1 탱크를 연결하는 제1 폴리머 공급 라인;
상기 폴리머 탱크와 상기 제2 탱크를 연결하는 제2 폴리머 공급 라인;
상기 초임계 탱크와 상기 제1 탱크를 연결하는 제1 초임계 공급 라인;
상기 초임계 탱크와 상기 제2 탱크를 연결하는 제2 초임계 공급 라인;
상기 물 공급 탱크와 상기 제1 탱크를 연결하는 제1 물 공급 라인;
상기 물 공급 탱크와 상기 제2 탱크를 연결하는 제2 물 공급 라인; 및
상기 라인들 상에 제공되는 밸브들을 제어하는 제어기를 더 포함하는,
초임계 발포 시스템.
제4 항에 있어서,
상기 제1 탱크 및 상기 제2 탱크 각각에는 공급되는 물의 레벨을 측정하는 레벨 게이지 및 초임계 공급 정도를 파악하는 압력 센서가 제공되고,
상기 제어기는 상기 레벨 게이지의 수치에 기초하여 상기 제1 물 공급 라인 및 상기 제2 물 공급 라인 상의 밸브들을 제어하고,
상기 제어기는 상기 압력 센서의 수치에 기초하여 상기 제1 초임계 공급 라인 및 상기 제2 초임계 공급 라인 상의 밸브들을 제어하는,
초임계 발포 시스템.
제5 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1 탱크에서 반응되지 않은 초임계 용매와 물을 상기 제2 탱크로 공급하기 전에 상기 제2 탱크로 폴리머를 공급하도록 상기 제2 폴리머 공급 라인 상의 밸브를 제어하고,
상기 제어기는 상기 제2 탱크에서 반응되지 않은 초임계 용매와 물을 상기 제1 탱크로 공급하기 전에 상기 제1 탱크로 폴리머를 공급하도록 상기 제1 폴리머 공급 라인 상의 밸브를 제어하는,
초임계 발포 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 저장 탱크에 저장된 초임계 용매가 함침된 폴리머를 이용하여 사출 공정을 수행하는 복수의 사출기를 더 포함하고,
상기 저장 탱크에 저장된 초임계 용매가 함침된 폴리머는 상기 사출기로 제공된 후 발포되는,
초임계 발포 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 탱크들은 공정온도 10도 내지 60도 및 공정 압력 80 bar 내지 150 bar의 공정 조건 하에서 초임계 용매를 폴리머에 함침시키는,
초임계 발포 시스템.
제8 항에 있어서,
상기 저장 탱크는 상기 탱크들의 공정온도 대비 낮은 온도로 유지되어 초임계 용매가 함침된 폴리머를 발포되지 않은 상태로 유지시키는,
초임계 발포 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 폴리머 탱크와 상기 탱크들을 연결하는 폴리머 공급 라인 상에는 폴리머를 진공 상태 하에서 이송하는 진공 펌프가 제공되는,
초임계 발포 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 저장 탱크 내에 존재하는 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 또는 물을 폐기하기 위한 폐기 탱크 및 상기 저장 탱크와 상기 폐기 탱크를 연결하는 폐기 라인을 더 포함하는,
초임계 발포 시스템.
제1 탱크로 폴리머, 초임계 용매 및 물을 공급하고 제2 탱크로 폴리머를 공급하는 단계;
상기 제1 탱크 내의 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 제2 탱크로 공급하는 단계;
상기 제1 탱크 내의 초임계 용매가 함침된 폴리머를 저장 탱크로 공급하는 단계;
상기 제2 탱크로 초임계 용매 또는 물을 공급하고 상기 제1 탱크로 폴리머를 공급하는 단계;
상기 제2 탱크 내의 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 제1 탱크로 공급하는 단계; 및
상기 제2 탱크 내의 초임계 용매가 함침된 폴리머를 저장 탱크로 공급하는 단계를 포함하는,
초임계 발포 방법.
제12 항에 있어서,
상기 제2 탱크로 초임계 용매 또는 물을 공급하고 상기 제1 탱크로 폴리머를 공급하는 단계는,
상기 제1 탱크로부터 상기 제2 탱크로 공급된 초임계 용매 또는 물의 공급량을 체크하는 단계; 및
기설정된 초임계 용매의 양 또는 물의 양 대비 부족한 양의 초임계 용매 또는 물을 상기 제2 탱크로 공급하는 단계를 포함하는,
초임계 발포 방법.
제13 항에 있어서,
상기 제1 탱크로부터 상기 제2 탱크로 공급된 초임계 용매 또는 물의 공급량을 체크하는 단계는, 상기 제2 탱크에 제공된 레벨 게이지를 통해 물의 공급량을 체크하고 상기 제2 탱크에 제공된 압력 센서를 통해 초임계 용매의 공급량을 체크하는 단계를 포함하는,
초임계 발포 방법.
제12 항에 있어서,
상기 제2 탱크 내의 초임계 용매가 함침된 폴리머를 저장 탱크로 공급하는 단계는,
상기 제1 탱크에서 상기 저장 탱크로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 공급하는 과정이 완료된 이후 연속적으로 상기 제2 탱크에서 상기 저장 탱크로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 공급하는,
초임계 발포 방법.
제12 항에 있어서,
상기 제1 탱크 내의 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 제2 탱크로 공급하는 단계는,
상기 제1 탱크에 제공되는 필터를 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 걸려내는 단계; 및
상기 제1 탱크의 출구단과 상기 제2 탱크의 입구단을 연결하는 제1 회수 라인을 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 상기 제2 탱크로 공급하는 단계를 포함하는,
초임계 발포 방법.
제12 항에 있어서,
상기 제2 탱크 내의 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 제1 탱크로 공급하는 단계는,
상기 제2 탱크에 제공되는 필터를 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 걸려내는 단계; 및
상기 제2 탱크의 출구단과 상기 제1 탱크의 입구단을 연결하는 제2 회수 라인을 통해 폴리머에 함침되지 않은 초임계 용매 및 물을 상기 제1 탱크로 공급하는 단계를 포함하는,
초임계 발포 방법.
제12 항에 있어서,
상기 저장 탱크는 상기 제1 탱크 및 상기 제2 탱크보다 낮은 온도로 초임계 용매가 함침된 폴리머를 저장하는,
초임계 발포 방법.
제12 항에 있어서,
상기 저장 탱크에 저장된 초임계 용매가 함침된 폴리머를 복수의 사출기들로 제공하고, 상기 사출기들을 통해 사출 공정이 수행되는 단계를 더 포함하는,
초임계 발포 방법.