KR20230081720A - 고체 발포물을 생성하기 위한 방법 및 장치, 제품 및 용도 - Google Patents

고체 발포물을 생성하기 위한 방법 및 장치, 제품 및 용도 Download PDF

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유하 코이비스토
안티 푸이스토
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보아뮈 오와이
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Abstract

본 출원은 연속적으로 고체 발포물을 생성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 균질한 현탁액이 원료로부터 형성되고, 여기서 현탁액은 고화제를 포함하며, 현탁액 내로 공기 버블들을 혼합함으로써 버블들을 포함하는 발포물 혼합물이 형성된다. 발포물 혼합물은 적어도 하나의 노즐을 통해 주입되어 발포물 패턴을 형성하고, 발포물 패턴은 이동 표면 상에 놓이며, 발포물 패턴의 발포물 혼합물은 고화되어, 발포물 혼합물의 버블들이 길이 방향을 벗어난 방향들에서 수축하여 성형된 버블들을 형성하도록 고체 발포물을 형성한다. 또한, 본 출원은 제품, 및 상기 방법의 용도에 관한 것이다.

Description

고체 발포물을 생성하기 위한 방법 및 장치, 제품 및 용도
본 출원은 고체 발포물(solid foams)을 연속적으로 생성하기 위한 청구항 1에 정의된 방법 및 청구항 11에 정의된 장치에 관한 것이다. 또한, 본 출원은 청구항 16에 정의된 제품 및 청구항 18에 정의된 방법의 용도에 관한 것이다. 생물 기반 고체 발포물과 같은 고체 발포물이 생성될 수 있고 제품들이 고체 발포물로부터 생성될 수 있다.
액체 발포물 경로에 의한 생물 기반 고체 발포물의 제조는 새로운 더 가벼운 재료를 얻기 위한 유망한 방법으로서 나타나고 있다. 현재, 이 경로를 사용하여 생산된 발포물은, 고온 환경에서 천천히 건조되기 때문에 구조상 등방성(isotropic)이며, 이는 또한 동시에 버블 형상을 완화시키는 경향이 있다. 많은 응용 분야에서, 한 방향으로 강도가 높고 다른 방향으로 우수한 열전도성을 갖는 목재와 같은 성질을 갖는 더 가벼운 재료가 유리할 것이다. 특히, 이러한 이방성 구조체(anisotropic structures)에서의 단열은 등방성 구조체에 비해 우수하다.
이방성 발포물을 생성하는 한 가지 방법은 동결 주조(freeze casting)를 사용하는 것으로, 예를 들어, 문헌 『Lavoine, N.와 Bergstrom, L. (2017), "Nanocellulose-based foams and aerogels: processing, properties, and applications", Journal of Materials Chemistry A, 5(31), 16105-16117』이며, 여기서 먼저 버블들이 고압에 의해 연신된 형상(elongated shapes)이 되도록 힘을 받은 다음, 저온 가스를 사용하여 버블이 동결된다. 동결 후 압력이 감소하여 발포물의 구조를 그대로 유지하면서 물이 발포물로부터 승화된다. 이 방법은 고압을 위해필요한 기계 및 동결을 위한 에너지 소비로 인해 다소 비용이 많이 든다.
WO2020011587A1로부터 셀룰로오스 섬유와 글루텐의 다공성 재료가 알려져 있다. 이 출원에서, 소수성 구조체로 딱딱한(stiff) 생분해성 등방성 발포물을 생성하는 방법이 설명된다.
WO2015036659A1로부터 섬유 제품을 형성하는 방법이 알려져 있다. 연속적인 롤-투-롤 공정(roll-to-roll processes)은 얇거나 부피가 큰 종이와 같은 시트를 생산한다. 여기서, 섬유 형성은 몰드 캐스팅(mould casting)에 중점을 두고 있는데, 이것은 연속 공정만큼 잘 규모확대(scale up)되기가 어렵다. 또한, 그 발포물은, 이방성도 아니고 연신된 것도 아닌, 등방성 혼합물인 것으로 주장된다. 따라서, 그 발포물은 상당한 배향 의존 강도 차이를 갖지 않는다.
US 10,357,936로부터 단열 패널이 알려져 있다. 단열 패널에서, 보호 피복층들과 단열층들이 함께 결합된다.
또한, US20110111998A1로부터 미립자 안정화 유체-유체 계면의 변형이 알려져 있으며, JP5254982b2로부터 튜브형 필름 제조 장치가 알려져 있으며, CN201810602082A로부터 스크린 인쇄용 은 나노와이어 전도성 잉크 및 이의 제조 방법이 알려져 있으며, US9789456B2로부터 친수성 연속상에 분산된 내부 상(internal phase)을 포함하는 조성물이 알려져 있으며, US7799967B2로부터 차별적으로 팽창하는 흡수 구조체가 알려져 있으며, US979034B2로부터 난연성 목재 플라스틱 복합재료가 알려져 있으며, US4104207A로부터 가스 버블들을 형성하는 매질이 캐리어에 결합되어 있는 열가소성 재료 중의 셀유형 공동(cellular cavities)의 생성 방법이 공지되어 있으며, US20190022623A1로부터 성형된 나노다공성 몸체(shaped nanoporous body)가 공지되어 있으며, EP2114645B1로부터 베이스 재료, 이의 제조 방법 및 용도가 알려져 있다.
본 방법, 장치, 제품 및 용도는 청구범위에 제시된 것에 의해 특징지어진다.
연속적으로 고체 발포물을 생성하기 위한 방법 및 장치에서, 원료로부터 현탁액이 형성되고, 현탁액으로부터 발포물 혼합물(foam mixture)이 형성되고, 발포물 혼합물이 주입되고 고화되어, 고체 발포물을 생성한다.
고체 발포물을 연속적으로 생성하기 위한 방법은 다음 단계들을 포함할 수 있다: 원료로부터 균질한 현탁액을 형성하는 단계로서, 현탁액은 고화제(solidifying agent)를 포함하는, 단계; 공기 버블들을 현탁액 내로 혼합함으로써, 버블들을 포함하는 발포물 혼합물을 형성하는 단계; 및 적어도 하나의 노즐에서, 예를 들어, 적어도 하나의 노즐을 통해 발포물 혼합물을 주입하여, 발포물 패턴(foam pattern)을 형성하고, 발포물 패턴을 이동 표면 상에 놓고, 발포물 패턴의 발포물 혼합물을 고화시켜, 고체 발포물을 형성하되, 발포물 혼합물의 버블들이 길이 방향을 벗어난 방향들(off-length directions)에서 수축하고 변형하여 성형된 버블들(shaped bubbles)을 형성하도록 하는 단계. 발포물 혼합물과 버블들의 수축 및 변형 과정은, 노즐과 관련하여, 발포물 혼합물을 주입하는 동안, 노즐과 이동 표면 사이 및/또는 응고하는 동안, 발생할 수 있다. 일 구현예에서, 이방성 고체 발포물이 형성된다.
이방성은 고체 발포물 재료의 우수한 단열 및 기계적 특성을 위해 활용될 수 있다. 이방성 고체 발포물은, 외부 응력이 제거된 직후 버블 형상이 등방성 형상으로 완화되는 기본적인 발포물 물리학(basic foam physics)으로 인해 제조하기 어려웠다. 젖은 상태로부터의 생물 기반 발포물 제조에서, 이는 건조 공정 중에 발생한다. 따라서, 생물 기반 이방성 발포물의 제조에서, 동결 건조와 같은 복잡하고 규모확대 불가능한 방법들이 요구된다. 본 출원은 연속적인 롤-투-롤 공정에서 이방성 발포물을 발생시키는 방법을 포함하며, 그에 따라, 대량 생산으로의 규모확대를 가능하게 한다.
고체 발포물을 연속적으로 제조하기 위한 장치는, 원료로부터 균질한 현탁액을 형성하기 위한 적어도 하나의 혼합기로서, 현탁액은 고화제를 포함하는, 적어도 하나의 혼합기, 공기 버블들을 현탁액 내로 혼합함으로써 버블들을 포함하는 발포물 혼합물을 형성하기 위한 적어도 하나의 발포기(former), 및 발포물 패턴을 형성하기 위해 발포물 혼합물을 주입하기 위한 적어도 하나의 노즐, 발포물 패턴이 놓여지는 이동 표면, 및 발포물 패턴의 발포물 혼합물을 고화시켜, 발포물 혼합물의 버블들이 길이 방향을 벗어난 방향들(off-length directions)에서 수축 및 변형되어 성형된 버블들(shaped bubbles)을 형성하도록 고체 발포물을 형성하기 위한 적어도 하나의 고화 장치를 포함할 수 있다. 발포물 혼합물과 버블들의 수축 및 변형 과정은, 노즐에서, 발포물 혼합물의 주입 동안, 노즐과 이동 표면 사이 및/또는 고화 동안 발생할 수 있다.
일 구현예에서, 발포물 혼합물의 버블들은 길이 방향을 벗어난 방향들에서 수축되어 연신된 형상의 버블들, 예를 들어, 연신된 막대 유형의 버블들을 형성할 수 있다. 일 구현예에서, 발포물 혼합물의 버블들은 길이 방향을 벗어난 방향들로 수축되어 디스크형 버블들, 예를 들어, 디스크형 또는 동전 형상 버블들을 형성할 수 있다. 버블들의 성형은, 노즐과 관련하여, 발포물 혼합물의 주입 동안, 노즐들과 이동 표면 사이에서, 응고 동안 또는 건조 동안 또는 이들의 조합 동안 이루어질 수 있다. 일 구현예에서, 노즐들을 통한 발포물 혼합물의 주입 및 이동 표면 상에 발포물 혼합물을 놓는 것은 버블들의 성형에 영향을 미친다.
본 방법 및 장치에서 임의의 적합한 원료가 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 원료는 생물 기반 재료이다. 일 구현예에서, 원료는 바이오매스, 생물 기반 잔류 재료, 목재, 목재 기반 재료, 산림 기반 재료(forest-based material), 셀룰로오스, 처리된 생물 기반 재료, 미처리된 생물 기반 재료, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 생물 기반 재료이다. 일 구현예에서, 원료는 고화제(solidifying agent)를 포함한다. 일 구현예에서, 고화제는 원료 및/또는 현탁액에 첨가된다. 일 구현예에서, 고화제는 플라스틱, 금속 및/또는 녹는점을 갖는 다른 성분을 포함한다. 일 구현예에서, 원료는 섬유를 포함한다. 일 구현예에서, 고체 섬유 재료가 원료 및/또는 현탁액에 첨가된다. 일 구현예에서, 고화제로서의 화학물질이 현탁액에 첨가된다. 일 구현예에서, 표면 장력을 낮추고 점도를 증가시키며 고화를 촉진하는 화학물질이 현탁액에 첨가된다. 일 구현예에서, 용매, 예를 들어, 물 또는 자일렌이, 현탁액을 형성하기 위해 첨가된다.
일 구현예에서, 장치는 화학물질, 고체 섬유 재료 및/또는 용매를 현탁액에 첨가하기 위한 적어도 하나의 첨가 장치를 포함한다.
일 구현예에서, 화학물질은 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC), 광폴리머 또는 이들의 조합 중 하나이다. 일 구현예에서, 화학 물질은 메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스의 유도체, 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC), 하이드록시프로필 셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 등 또는 이들의 조합 중 하나이다. 일 구현예에서, 화학물질은 메틸셀룰로오스, 이의 유도체, 나노셀룰로오스, 마이크로셀룰로오스 및 이들의 조합이다. 일 구현예에서, 화학물질은 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)이다. 일 구현예에서, 화학물질은 광폴리머이다. 선택된 화학물질은 고화제로서 사용되며, 추가적으로 화학물질은 유변학 개질제(rheomodifying agent), 계면활성제 및/또는 섬유 재료로서 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 계면활성제가 현탁액에 첨가된다.
일 구현예에서, 원료 또는 현탁액 중의 섬유들은 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 그래핀, 탄소 메쉬, 라포나이(laponite), 대마(hemp), 팽창 폴리스티렌, 폴리스티렌, 폴리머, 폴리머 스틱(polymer sticks), 실(yarn) 및 이들의 조합을 포함한다. 일 구현예에서, 원료 및/또는 현탁액에 첨가되는 고체 섬유 재료는 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 그래핀, 탄소 메쉬, 라포나이트, 대마, 팽창 폴리스티렌, 폴리스티렌, 폴리머, 폴리머 스틱, 실, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 현탁액이 섬유를 포함할 때, 원료 및/또는 고체 섬유 재료의 섬유들은 연신된 버블들과 같은, 성형된 버블들에 따라 배향될 수 있다.
일 구현예에서, 장치는 하나보다 많은 노즐, 예를 들어, 적어도 2개의 노즐들을 포함한다. 일 구현예에서, 발포물 혼합물은 발포물 패턴을 형성하기 위해 노즐을 통해 주입된다.
일 구현예에서, 발포물 혼합물은 압출기에 의해 처리되고, 발포물 혼합물은 압출기로부터 이동 표면으로 주입된다. 일 구현예에서, 발포물 혼합물은 압출기에서 형성된다. 일 구현예에서, 장치는 적어도 하나의 노즐을 포함하는 적어도 하나의 압출기를 포함한다.
발포물 패턴은 놓여짐(laying)에 의해 형성될 수 있다. 이 문맥에서 놓여짐(laying)이란 임의의 놓여짐, 사출 성형, 압출, 또는 이들과 유사한 것, 또는 이들의 조합을 의미한다. 일 구현예에서, 발포물 패턴은 압출에 의해 형성된다. 예를 들어, 압출은 버블들을 성형(shaping)하기 위한 전단(shear)에 의해 생성될 수 있다.
이동 표면은, 예를 들어, 이동 플레이트, 컨베이어, 벨트, 등 또는 이들의 조합과 같은 임의의 이동 장치일 수 있다. 일 구현예에서, 이동 표면은 선형으로 움직인다. 일 구현예에서, 이동 표면은 0.1 mm/s 내지 50 m/s의 속도로 움직인다.
일 구현예에서, 발포물 혼합물은 열, 광촉매, 가교결합, 동결 또는 이들의 조합에 의해 고화된다. 일 구현예에서, 발포물 혼합물은 복사열, 전도열 및/또는 대류열이 고화에 사용되도록 열에 의해 고화된다. 발포물 혼합물은 고화 동안 또는 고화 전 또는 후에 건조될 수 있다.
일 구현예에서, 고화 장치는 복사열, 전도열 및/또는 대류열이 사용되도록 열에 의해 발포물 혼합물을 고화시키기 위한 적어도 하나의 히터를 포함한다. 일 구현예에서, 장치는 히터로서 적어도 하나의 복사 히터를 포함한다. 일 구현예에서, 장치는 히터로서 적어도 하나의 오븐을 포함한다. 일 구현예에서, 장치는 히터로서 적어도 하나의 가열된 이동 플레이트를 포함한다. 일 구현예에서, 이동 플레이트는 핫 플레이트이고, 고화는 핫 플레이트 및 복사 히터에 의해 수행된다.
일 구현예에서, 발포물 혼합물은 1 ℃ 내지 90 ℃의 온도에서 고화된다. 일 구현예에서, 발포물 혼합물은 30 ℃ 내지 90 ℃의 온도에서 고화된다.
일 구현예에서, 장치는 발포물 혼합물 및/또는 고체 발포물의 유변학적 성질을 변화시키기 위한 적어도 하나의 유동변형기를 포함한다.
일 구현예에서, 장치는 발포물 혼합물 또는 고체 발포물을 저장 영역으로 운송하기 위한 적어도 하나의 운송기(transporter)를 포함한다.
일 구현예에서, 패턴은 스트라이프(stripe), 플레이트(plate), 미리 결정된 구조(predetermined structure), 복합 구조(complex structure) 또는 이들의 조합이다. 일 구현예에서, 발포물 패턴은 연신된 막대와 같은 버블들을 포함하는 발포물 스트라이프이다. 일 구현예에서, 발포물 패턴은 평행한 발포물 스트라이프들로부터 형성된다. 일 구현예에서, 발포물 패턴은 디스크 형상의 버블들, 예를 들어, 디스크형 또는 동전 형상 버블들을 포함하는 발포물 플레이트이다. 일 구현예에서, 발포물 패턴은 미리 결정된 구조 또는 복합 구조와 같은 발포물 형상이며, 이는 미리 결정된 형상 또는 형상들을 갖는 버블들을 포함한다. 이러한 형상은, 예를 들어, I-형, H-형, u-형, z-형, 중공 o-형 또는 이들의 조합인 2D-돌출부를 갖는 버블들을 포함한다. 일 구현예에서, 발포물 패턴은 이방성 고체 발포물이다.
일 구현예에서, 예를 들어, 연신된 버블들에 의해, 배향된 막대형 구조가 생성될 때, 압축 강도는 한 방향에서 증가하고 횡방향에서 감소한다.
일 구현예에서, 목적하는 제품은 하나 이상의 발포물 패턴들로부터 형성될 수 있다. 일 구현예에서, 제품은 벌크 제품, 필름, 막대, 플레이트, 블록 또는 이들의 조합이다. 일 구현예에서, 제품은, 발포물 스트라이프들을 함께 놓음(laying)으로써 발포물 스트라이프들로부터 형성된다. 제품은 위에 기술된 방법에 의해 얻어질 수 있고, 본 방법은 이의 구현예들 중 어느 하나에 따른 방법을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 고체 발포물은 본 방법에 의해 얻어지고 고체 발포물은 고화제 및 버블들을 포함하는 현탁액으로부터 형성된 발포물 혼합물을 포함하고, 고체 발포물 내의 버블들은 길이 방향을 벗어난 방향들에서 수축되어 성형된 버블들을 형성하고 있고, 발포물 혼합물은 주입되어 발포물 패턴을 형성하고 있으며, 발포물 패턴의 발포물 혼합물은 고체 발포물로 고화되었다. 일 구현예에서, 제품은 이방성 고체 제품이다.
일 구현예에서, 제품, 예를 들어, 상부 구조체 제품(superstructure product)은 더 많은 발포물 패턴으로부터, 적어도 2개의 발포물 패턴으로부터 형성될 수 있다. 일 구현예에서, 제품은 적층된(laminated), 층상의(layered), 또는 이와 유사한 더 큰 규모의 구조체이되, 이 구조체는 하나보다 많은 발포물 패턴들을 포함하고, 이 구조체에서 발포물 패턴들이 조합되어 제품을 형성한다. 일 구현예에서, 제품은 층상 구조체를 형성하도록 하나가 다른 것 위에 배열된 적어도 2개의 발포물 패턴들을 포함하고, 각각의 발포물 패턴은 층상 구조체 내에서 서로의 위에 목적하는 방향으로 배열된다. 일 구현예에서, 제품은 발포물 스트라이프로부터 형성된다. 일 구현예에서, 제품은, 각각의 발포물 패턴이 서로에 대해 목적하는 각도로 배열되도록, 발포물 패턴들을 하나를 다른 것의 위에 배열함으로써 형성된다. 일 구현예에서, 평평한 발포물 패턴들은 하나가 다른 것의 위에 배열된다. 일 구현예에서, 발포물 패턴은 제1 방향을 갖는 발포물 패턴이 구조체에서 제2 방향을 갖는 발포물 패턴과 교번하도록 하나가 다른 것의 위에 배열된다. 일 구현예에서, 발포물 패턴의 층이 건조되고, 발포물 패턴의 다른 층이 기존 층의 위에 배열된다. 일 구현예에서, 제품은 큐브 또는 다른 층상 구조체이다.
일 구현예에서, 본 방법은 연속 공정, 롤-투-롤 공정, 포장 산업, 건설 산업 또는 이들의 조합에서 사용된다.
이해되어야 하는 바와 같이, 위에 기술된 구현예들은 서로 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 몇몇 구현예들은 함께 조합되어 본 발명의 추가의 구현예를 형성할 수 있다.
위에 기술된 방법, 장치 및 제품은 이전에 알려진 방법, 장치 및 제품에 비해 많은 이점을 갖는다.
이전에 알려진 공정에서, Cellufoam 공정은 버블 필름 구조체를 조작함으로써 a) 소수성 및 b) 단단한(rigid) 발포 구조체를 생성하는 것을 목표로 한다. 본 발명에서, 버블들의 기하학적 구조는 수정될 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명의 방법은, 1) 표면 장력을 낮추고 화학물질, 예를 들어, 메틸셀룰로오스 또는 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)를 첨가하여 점도를 증가시킴으로써 버블 필름들의 유변학적 특성을 수정하는 것, 및 2) 발포물을 스트라이프 형태로 놓는 것을 기반으로 한다. 요점 1)은 버블 형상을 잃지 않고 고온에서 건조 시간을 늘릴 수 있다. 요점 2)는 버블이 길이 방향을 벗어난 방향에서 수축을 일으키는 연신된 형상으로 인해 버블들이 장력을 겪도록 만든다. 이 방법은 연속 공정에서 더 복잡한 구조체를 형성하기 위해 함께 놓일 수 있는 이방성 발포물 스트라이프를 생성할 수 있다.
이 방법은, 이전의 솔루션과 달리, 대량의 이방성 발포물을 생산하기 위한 롤-투-롤 공정을 설정하고, 포장 및 건설 산업과 같이, 발포물 수요가 높은 응용 분야에서 사용하도록 한다. 이 공정은 콜로이드 및 발포물 유변학에 대한 심층적인 이해와 조합을 필요로하며, 따라서 고도로 비자명하다.
본 발명은 연속적이고 규모확장 가능한 롤-투-롤 공정에서 이러한 복잡함없이, 다른 발포물, 예를 들어, 이방성 발포물의 제조를 가능하게 한다. 예를 들어, 동결 주조로는 연속 공정에 도달할 수 없다.
본 발명에서, 특별히 맞춤형 생물 기반 고체 발포물이 제조될 수 있다.
본 발명의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 본 발명의 일부 구현예들을 예시하고, 본 발명의 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 것을 돕는다. 도면에서:
도 1은, 8개의 서로 다른 샘플들에 대해 연신 방향(y축)의 치수가 횡단 방향(z축)의 연신의 8배임을 보여주는 버블들의 측정된 연신을 도시하며,
도 2는, 버블 벽들에서의 섬유 구조체가 배향하여 배향 방향으로 높은 강도를 생성하도록 만드는 버블 벽들에서의 연신을 도시하며,
도 3은, 횡단 방향(오른쪽)에서 보다 버블들 및 섬유들을 따라서(왼쪽) 현저하게 더 큰 압축 강도를 갖도록 상기 공정에 의해 배향 의존 구조가 생성되어 있는 구조체를 도시하며,
도 4는, 상기 공정을 수정함으로써 버블들이 서로 상호작용하는 방식을 변화시켜서 응력-변형율 응답에서 극적인 차이를 일으키는 것을 도시하고, 도 4의 (a) 및 (b)는 다양한 배향 및 제조 공정을 갖는 4가지 다양한 그룹들을 도시하며,
도 5는 FoamWood의 밀도당 강도를 다른 재료들과 비교한 것을 도시하며, 이는, 생물 기반 재료의 경우, 횡단 강도(정사각형)는 평균 발포물보다 낮지만, 버블 연신 방향에서의 강도(원)는 매우 우수함을 보여주며,
도 6은 개략도 a) 및 사진 b)을 포함하는 단일 압출 공정을 도시하는데, 상기 공정에서, 메틸셀룰로오스의 점성 전이 초과의 온도에서 장력 하에 막대들을 건조함으로써, 버블 및 그에 따라 섬유 구조체를 움직이지 못하게 하거나 정지시켜서 배향된 상태로 만들며,
도 7은 벌크 제품, 막대, 플레이트 및 블록의 예들을 도시하며,
도 8은, 하나의(또는 그보다 많은) 발포물 발생기들을 사용한 많은 평행 압출물들이 연속 공정으로 플레이트형 물체들을 발생시키는 개략도를 도시한다.
첨부 도면과 관련하여 아래에 제공되는 상세한 설명은 예들의 설명인 것으로 의도되며, 예들이 구성되거나 활용될 수 있는 유일한 형태들을 나타내려는 의도는 아니다. 그러나, 동일하거나 균등한 기능들 및 구조들이 다양한 예들에 의해 달성될 수 있다.
도 1은 8개의 서로 다른 샘플들에서의 이방성 버블들(anisotropic bubbles)의 측정을 도시한다. 연신 방향(y축)의 치수는 횡단 방향(z축)의 치수의 8배이다. 연신에 의해, 도 2의 고배율 이미지에 도시된 버블 벽들에서의 배향된 섬유 구조체들이 발생된다. 버블 벽들에서의 소규모 구조체는, 도 3에 나타난 바와 같이, 대규모 구조체들에 상속될 수 있다. 도 4는, 배향에 따라 응력-변형율(하중-변위)(stress-strain (load-displacement)) 곡선들이 뚜렷하게 다르기 때문에, 수반되는 압축 시험들에서 실질적인 이득이 드러남을 보여준다. 예를 들어, 0.1의 변형율에서, 하중 부담 용량(load carrying capacity)의 차이는, 횡단 방향과 비교하여, 버블들의 연신 축을 따라 거의 100 배이다. 도 5는 FoamWood의 강도/밀도가 다른 재료들과 어떻게 비교되는지를 보여준다.
상기 공정에서, 고체 섬유 성분들을 함유하는 균질한 현탁액이 제조되고, 충분한 양의 메틸 셀룰로오스(MC)와 혼합된다. 그 다음, 현탁액은 모세관 내로 펌핑되며, 여기서 접합부(junction)가 발포물을 형성하기 위해 현탁액 내의 공기 버블들을 혼합하는 데 사용된다. 발포물은, 이동 표면 상에 일 세트의 발포물 스트라이프들(foam stripes)을 생성하는 일 세트의 모세관 노즐들을 사용하여, 이동 표면, 예를 들어, 와이어 표면, 고체 표면 및/또는 평평한 표면 상에 놓인다. 이러한 발포물 스트라이프들은 적외선 히터 아래를 통과하며, 그에 따라, 온도를 상승시켜 증발 속도를 증가시키고, 아래에 설명된 바와 같이 MC 효과를 유발한다.
MC는, 1) 현탁액의 표면 에너지를 낮추어 그것이 발포되도록 하는 계면활성제로서, 및 2) 현탁액의 점도를 증가시켜 버블 형상 완화 시간(bubble shape relaxation times)을 증가시키는 현탁액 중의 유변학 개질제(rheology modifier)로서, 작용한다. 게다가, MC 유변학적 거동은, MC 입자들이 온도의 함수로서 팽윤(swell)하는 경향이 있다는 점에서, 특이하다. 이로 인해, 건조 동안 발포물의 온도가 증가됨에 따라 발포물이 효과적으로 정지(arrest)되어 그 구조가 고화되고 정지되는 상황이 발생한다.
액체 발포물들의 건조는 항상, 그 구조 내의 재료(물)의 양의 감소로 인해, 그것의 수축으로 이어진다. 발포물이 와이어 상에 스트라이프 형태로 놓일 때, 길이 방향에서 수축이 불가능하기 때문에, 수축은 길이 방향을 벗어난 방향들에서 버블들 쪽으로 추가적인 응력을 유발하는 데 활용될 수 있다. 이것은 차례로 버블들의 이방성을 추가한다.
도 6은 소규모 생산에서의 상기 장치의 개략도를 보여준다. 발포물은, 제어된 공기 압력을 통해, 발포기(foamer)로부터 뜨거운 이동 플레이트 상으로 보내진다. 발포물이 압출될 때 선형 이동 플레이트가 이동하며, 그에 따라, 복사 히터에 의해 건조되는 중실 막대 형상 물체(solid rod-shaped object)를 생성한다. 상기 공정은, 목적하는 양의 막대들이 하나가 다른 하나 옆에 있도록 이동 플레이트 상에 침착될 때까지, 반복될 수 있다. 막대들은 복사 히터를 사용하여 건조된다. 또한, 막대들의 층이 완전히 건조되면, 기존 층 위에 또 다른 층이 생성될 수 있다.
상기 공정은, 도 7에 도시된 블록에 라미네이팅될 수 있는 막대 및 플레이트 유형 물체들(rod and plate like objects)을 생성한다. 도 8은 다수의 압출기들을 사용하여 발포물을 연속적으로 생성할 수 있는 대규모 기계를 보여준다.
발포기는 사용자 지정 버블 반경 및 다분산도(평균 버블 반경은 10 μm 내지 100 mm이고, 다분산도는 0.01 퍼센트 내지 100 퍼센트 또는 버블 반경임)를 갖는 발포물을 생성하기 위한 장치이다. 다분산도는 버블들의 반경들의 표준 편차이다. 원료가 압력으로(예를 들어, 공기, 액체 또는 스크류 펌프 또는 이와 유사한 방법에 의해) 연속적으로 주입되기 때문에, 발포물 생성은 연속적이다. 산출물은 스크류 펌프 또는 이와 유사한 장치를 사용하여 압출기에 연속적으로 주입된다. 산출물은, 예를 들어 품질 제어 또는 저장 유닛을 위한, 다른 장치일 수 있다. 발포기는, 원료 또는 발포물의 흐름에 영향을 미치기 위해 초음파 또는 음파로 유변학적 개질, 가열, 냉각, 또는 진탕될 수 있다.
압출기는, 버블들을 이동 표면 및/또는 운송기 상에 분산시키고 발포기로부터의 발포물을 주입하는 장치이다. 분산은 버블들을 연신하는 내부 전단(internal shear)을 생성하고, 발포하는 내부 구조체들을 생성하기 위한 패턴을 생성한다. 패턴은 평면형(flat), 막대형(rodlike), 융기형(ridged), 지크재크형(zikzak), 온오프형, 점선형(dotted), 파선형(dashed), 물결형(wavy) 또는 이들의 조합 또는 이들과 유사한 것일 수 있다. 압출기들의 개수는 병렬 작동에서 하나 이상일 수 있다. 다수의 압출기들은, 또는 병렬 압출기들의 세트는, 직렬로 작동할 수 있다. 예를 들어, 압출기들은 다음과 같은 경우로 작동할 수 있다: 서로 다른 패턴으로 독립적으로; 다른 압출기들과 동일한 패턴으로 동기화되어; 0개 이상의 압출기들이 동일하거나 다른 패턴으로 독립적으로 작동함; 및/또는 0개 이상의 압출기들이 동기화되어 작동함. 동기화는 시간적 및 공간적 동기화(예를 들어, 점선 패턴 또는 다른 패턴의 다른 위상(시작 시간), 또는 그러한 패턴의 다른 시작 위치)를 둘 다 의미한다. 압출기는, 원료 또는 발포물의 흐름에 영향을 미치기 위해 초음파 또는 음파를 이용한 유변학적 개질 진탕(rheomodified shake)을 포함할 수 있다. 0 개 내지 다수 개의 압출기들이 패턴을 만들기 위해 이동할 수 있다. 0 개 내지 다수 개의 압출기들이 패턴을 만들기 위해 정지(stationary)될 수 있다.
고화 장치(solidifying device)와 같은 고화기(solidifier)는, 발포물의 유변학적 특성을 그것의 액체 유사 상태(liquid-like stage)로부터 고체 유사 상태(solid-like stage)로 변화시키는 장치이다. 고체 유사 상태는 겔 상태, 또는 고체 상태, 또는 점도가 100 Pa·s(파스칼·초)를 넘는 고점성 상태일 수 있다. 고화 방법은, 열(섭씨 0 내지 5000 도), 냉(섭씨 -273 내지 0 도), 레이저를 포함하는 빛, LED, 열, 가스 방전, 초음파, 음파, 자기, 대전(예를 들어, 염에 의한 전하 제거 스크리닝), 화학적 및/또는 압력 또는 이와 유사한 것일 수 있다. 고화 방법은 재료에 따라 다르며, 재료 의존적 파라미터이다. 예를 들어, 메틸셀룰로오스는 열로 고화된다. 메틸셀룰로오스는, 치환도(degree of substitution)에 따라, 30 ℃ 내지 80 ℃의 고온에서 고화된다. 열은 적외선(복사열), 전도열, 또는 캐리어 가스를 통한 대류열일 수 있다. 물은 0 도 아래의 저온에서 고화된다. 알코올은 -4 도 아래의 저온에서 고화된다. 광폴리머는 자외선에서 고화된다. 전단 농화 재료(shear thickening materials)(예를 들어, 옥수수 전분)는 음파 및 초음파 진동으로 고화된다. 전단 담화 재료(shear thinning materials)는 음파 또는 초음파 진동이 중단되면 고화된다. 철 분말은 자기장에서 고화된다. 모래 또는 과립형 물질은 압력 또는 하중 하에서 고화된다. 대전된 입자는 전하 스크리닝이 제거될 때 고화된다(예를 들어, 염이 첨가될 때의 대전된 안정화된 셀룰로오스). 화학적 고화는, 예를 들어 에폭시 수지와 유사하게 두 성분들을 혼합함으로써, 가교결합에 의해 이루어질 수 있다.
운송기는, 발포물을 압출기로부터 저장 영역까지 운송할 수 있는 장치 또는 작업자(예를 들어, 인간 또는 로봇)이다. 운송기의 예로는 컨베이어 벨트, 이동 플레이트, 등이 있다.
유동변형 장치(rheomodifying device)와 같은 유동변형기(rheomodifier)는, 제조 동안 재료 및/또는 발포물의 유변학적(하중-변위) 특성을 변화시키는 장치이다. 유동변형은 고화기와 동일한 방법들을 사용하되, 재료들의 주입으로부터 시작하여 발포물 저장까지의 상기 공정 동안 이루어진다. 고화기는 유동변형기로서 작용할 수 있다.
본 방법 및 장치는 다양한 산업 공정들에서 사용하기 위한 다양한 구현예들에 적합하다. 본 방법 및 장치는 다양한 원료로부터 다양한 발포물 제품을 효과적으로 생성하기 위한 다양한 구현예들에 적합하다.
본 발명은 위에서 언급된 구현예들 및 예들에만 한정되지 않는다; 대신에, 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 아이디어의 범위 내에서 많은 변형들이 가능하다.

Claims (18)

  1. 연속적으로 고체 발포물(solid foam)을 생성하기 위한 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 방법:
    - 원료로부터 균질한 현탁액을 형성하는 단계로서, 상기 현탁액은 고화제(solidifying agent)를 포함하는, 단계;
    - 공기 버블들을 상기 현탁액 내로 혼합함으로써, 버블들을 포함하는 발포물 혼합물(foam mixture)을 형성하는 단계; 및
    - 적어도 하나의 노즐을 통해 상기 발포물 혼합물을 주입하여 발포물 패턴(foam pattern)을 형성하고, 상기 발포물 패턴을 이동 표면 상에 놓고, 상기 발포물 패턴의 상기 발포물 혼합물을 고화시켜, 고체 발포물을 형성하되, 상기 발포물 혼합물의 상기 버블들이 길이 방향을 벗어난 방향들(off-length directions)에서 수축하여 성형된 버블들(shaped bubbles)을 형성하도록 하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, 표면 장력을 낮추는, 점도를 증가시키는, 및/또는 고화를 촉진시키는 화학물질이 상기 현탁액에 첨가되는, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 화학물질은, 메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스의 유도체, 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 또는 이들의 조합인, 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 화학물질은 광폴리머인, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 고체 섬유 재료가 상기 원료 및/또는 상기 현탁액에 첨가되고, 상기 고체 섬유 재료는, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 그래핀, 탄소 메쉬, 라포나이트(laponite), 대마(hemp), 팽창 폴리스티렌, 폴리스티렌, 폴리머, 폴리머 스틱(polymer sticks), 실(yarn), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원료는, 바이오매스, 생물 기반 잔류 재료, 목재, 목재 기반 재료, 산림 기반 재료(forest-based material), 셀룰로오스, 처리된 생물 기반 재료, 미처리된 생물 기반 재료, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 생물 기반 재료인, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포물 혼합물은, 열, 광촉매, 가교결합(crosslinking), 동결, 또는 이들의 조합에 의해 고화되는, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포물 혼합물은 1 내지 90 ℃의 온도에서 고화되는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포물 패턴은 스트라이프(stripe), 플레이트(plate), 미리 결정된 구조(predetermined structure), 복합 구조(complex structure), 또는 이들의 조합인, 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 제품(product)이 하나 이상의 발포물 패턴들로부터 형성되는, 방법.
  11. 연속적으로 고체 발포물을 생성하기 위한 장치로서, 다음을 포함하는 장치:
    - 원료로부터 균질한 현탁액을 형성하기 위한 적어도 하나의 혼합기로서, 상기 현탁액은 고화제를 포함하는, 적어도 하나의 혼합기;
    - 공기 버블들을 상기 현탁액 내로 혼합함으로써 버블들을 포함하는 발포물 혼합물을 형성하기 위한 적어도 하나의 발포기(foamer); 및
    - 발포물 패턴을 형성하기 위해 상기 발포물 혼합물을 주입하기 위한 적어도 하나의 노즐, 상기 발포물 패턴이 놓여지는 이동 표면, 및 상기 발포물 패턴의 상기 발포물 혼합물을 고화시켜, 상기 발포물 혼합물의 상기 버블들이 길이 방향을 벗어난 방향들에서 수축하여 성형된 버블들(shaped bubbles)을 형성하도록 고체 발포물을 형성하기 위한 적어도 하나의 고화 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 장치는 적어도 하나의 노즐을 포함하는 적어도 하나의 압출기를 포함하는, 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 고화 장치는, 복사열, 전도열 및/또는 대류열이 사용되도록 열에 의해 상기 발포물 혼합물을 고화시키기 위한 적어도 하나의 히터를 포함하는, 장치.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 유변학적 특성을 변화시키기 위한 적어도 하나의 유동변형기(rheomodifier)를 포함하는, 장치.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 발포물 혼합물 또는 상기 고체 발포물을 저장 영역으로 운송하기 위한 적어도 하나의 운송기(transporter)를 포함하는, 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어진 고체 발포물 제품으로서, 상기 고체 발포물은 고화제 및 버블들을 포함하는 현탁액으로부터 형성된 발포물 혼합물을 포함하고, 상기 발포물 혼합물은 주입되어 발포물 패턴을 형성하고 있고, 상기 발포물 패턴의 상기 발포물 혼합물은 상기 고체 발포물로 고화되어 있으며, 상기 고체 발포물 내의 상기 버블들은 길이 방향을 벗어난 방향들에서 수축되어 성형된 버블들을 형성하고 있는, 고체 발포물 제품.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 고체 발포물 제품은 층상 구조체를 형성하도록 하나가 다른 것 위에 배열된 적어도 2개의 발포물 패턴들을 포함하고, 각각의 상기 발포물 패턴은 상기 층상 구조체 내에서 서로의 위에 목적하는 방향으로 배열된, 고체 발포물 제품.
  18. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 용도로서, 상기 방법은 연속 공정, 롤-투-롤 공정(roll-to-roll process), 포장 산업, 건설 산업, 또는 이들의 조합에서 사용되는, 용도.
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US6261679B1 (en) * 1998-05-22 2001-07-17 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Fibrous absorbent material and methods of making the same
WO2002000412A2 (en) * 2000-06-23 2002-01-03 3M Innovative Properties Company Foam and method of making
JP4075705B2 (ja) * 2003-06-26 2008-04-16 豊田合成株式会社 ウエザストリップ及びその製造方法
JP2005169919A (ja) * 2003-12-12 2005-06-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 弾性帯状材とその製造方法並びに装置
US7799967B2 (en) 2004-04-08 2010-09-21 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Differentially expanding absorbent structure
DE102007019416A1 (de) 2006-07-19 2008-01-24 Pfleiderer Holzwerkstoffe Gmbh & Co. Kg Grundwerkstoff, dessen Herstellungsverfahren sowie Verwendung
GB0620246D0 (en) 2006-10-12 2006-11-22 Univ Cambridge Tech Extruded materials having capillary channels
JP2011516414A (ja) 2008-03-14 2011-05-26 ユニリーバー・ナームローゼ・ベンノートシヤープ 微粒子で安定化された流体−流体界面の修飾
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GB201512468D0 (en) 2015-07-16 2015-08-19 C Tex Ltd And University Of Brighton Shaped nanoporous bodies
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