KR940011563B1

KR940011563B1 - 비압축성 및 압축성 유체를 계량 및 혼합하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR940011563B1
Application number: KR1019900015279A
Authority: KR
Inventors: 치아후에이 쿠오 알렉스; 앤드류 닐슨 케네쓰; 앤드류 콘드론 제임스; 룩 호이 케네쓰
Original assignee: 유니온 카바이드 케미칼즈 앤드 플라스틱스 캄파니 인코포레이티드; 티모시 엔. 비숍
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1994-12-21
Also published as: EP0420181A3; US5403089A; AU623282B2; US5304001A; KR910005915A; CA2026298A1; EP0420181A2; AU6316090A; JPH03207436A

Abstract

내용 없음.

Description

비압축성 및 압축성 유체를 계량 및 혼합하기 위한 방법 및 장치

제 1 도는 초임계 이산화탄소 유체 분무 피복의 상 다이어그램이다.

제 2 도는 압축성 및 비압축성 유체의 혼합물을 제조하는데 사용되는 질량 분배의 기본 부재를 나타내는 본 발명의 한가지 양태의 계통도이다.

제 3 도는 분무 제조하는데 있어서 초임계 이산화탄소와 피복 제제의 정확하게 분배된 혼합물을 제조하는 본 발명의 또다른 양태의 계통도이다.

제 4 도는 제 3 도에 도시한 장치의 보다 바람직한 양태의 계통도이다.

제 5 도는 피복 제제와 이산화탄소를 적절하게 분배시키기 위한 본 발명의 또 다른 양태의 계통도이다.

제 6 도는 상기의 양태에서 사용한 양변위 펌프를 두개의 대조 밸브 시스템으로 대체시킨 본 발명의 또다른 양태의 계통도이다.

본 발명은 보다 넓은 양태에 있어서, 압축성 및 비압축성 유체의 혼합물을 효과적으로 분배시키는 분야에 관한 것이다. 특히, 보다 바람직한 양태에 있어서, 본 발명은 점도 감소 희석제로서 사용한 적어도 하나의 초임계 유체의 실질적으로 정확한 분배량을 포함하는 피복 조성 혼합물을 형성시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이후에, 수득한 혼합시켜 적절히 분배시킨 유체 혼합물을 기질위에 분무시켜 피복시킬 수 있다.

선행기술에서, 피복물[예 : 래커, 에나멜 및 니스]의 액체 분무제품은 점도 감소 희석제와 같이 유기 용매의 사용을 통해 단독으로 사용한다. 그러나 증가되는 환경 오염 문제로 인하여, 페인팅과 마무리 가공으로부터 수득되는 오염을 감소시키기 위한 노력을 진행해 왔다. 이러한 이유로 인하여 유기 용매 증기의 방출을 줄이는 새로운 피복 기술의 개발에 상당한 중점을 두어왔다. 전부는 아니지만 대부분의 성능 및 제품의 요구조건을 충족시켜 주는 동시에 방출 요구조건 및 조절을 충족시켜 주는 몇가지 기술이 출현했다. 이러한 것들은 (a) 분말 피복, (b) 함수 분산, (c) 함수 용액, (d) 비 수성 분산 및 (e) 고 고체 피복이다. 이들 기술은 각각 특정한 제품에 사용해 왔고 특수 산업에 적합한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 현재에는, 아무것도 초기에 기대했던 성능과 제품 특성을 제공해주지 못한다.

예를 들면, 유기증기를 초 저 방출시키는 동안에, 분말 피복은 오렌지 필(orange peel), 분량한 이미지 광택 특성(DOI) 및 낮은 필름 균일성과 함께 낮은 광택 또는 양호한 광택으로 특성지어진다. 또한, 이러한 한정된 성능 특성을 수득하기 위해서도 일반적으로 지나치게 두꺼운 필름 두께 및/또는 높은 경화 온도를 필요로 한다. 분말 피복의 염색은 종종 힘들고, 중합체-안료 복합체 혼합물의 빈번한 밀링 및 압축 다음에 저온 연마를 필요로 한다. 또한, 피복 색상의 변화는 용융 장치와 가공 부위의 먼지 오염 때문에 종종 완벽한 세정을 필요로 한다.

함수 피복은 상당한 피복 결함이 없이 높은 상대 습조 조건하에서 수행하기가 매우 힘들다. 높은 상대습도 조건하에서 발생하는 이러한 결점을 높은 습도 조건하에서 물을 합체 보조물의 유기 공용매보다 서서히 증발하고 수성 분산액의 경우에 기대할 수 있는 바와 같이, 유기 공용매/합체 보조물의 손실은 막 형성을 방해한다. 불행하게도 낮은 광택, 낮은 균일성 및 핀홀이 종종 발생한다. 또한, 함수 피복은 보다 통상적인 용매 함유 피복에서와 마찬가지로 부식성 환경에 대한 내성이 없다.

고체 고함유 유기 용매들을 사용한 피복들은 분말과 수성 피복들에서 많이 존재하는 피트폴(pitfall)을 피할 수 있다. 그러나 이 시스템에서 피복이 된후 더 많은 중합과 교차 결합이 일어나도록 중합체의 분자량은 감소하고 반응성은 합쳐진다. 이런 방법의 피복은 상시 증가를 위한 규정 요건을 만족하지만 가장 정확한 피복 성능 요구 조건의 만족을 필요로 한다. 그러나 상업적 피복 방법의 성능 요구 조건을 만족하는 이러한 기법에도 한계가 있다. 현재의 고체 고함유 시스템들은 피복물이 녹아내리거나(running) 휘어짐(sagging)이 없이 수직 표면에 실시하는데는 어려움이 있다. 가끔, 피복의 크레테링과 핀홀이 생기는 경향이 있다. 만약 이 시스템이 좋은 반응성을 가진다면, 이들은 가끔 나쁜 저장 수명과 가사 시간을 가진다. 그러나 만약, 적합한 저장 안정성을 가지면, 그들은 천천히 경화되고/거나 교차결합되거나, 또는 기질위에 적합한 피복효과를 위해 높은 온도가 필요하게 된다.

분명하게, 필요한 것은 환경학상 안전하고, 점도가 매우 높은 중합체의 점도를 감소시키는데 사용되는 비오염 희석액, 및 액체 분무 용융 균일성을 위한 피복 조성물이다. 이러한 희석액은 환경상의 문제가 허용될 수 있는 정도로 감소하는 동안에는 유기 용매 함유 피복법과 성능의 가장 우수한 점을 이용할 수 있다. 이러한 피복 시스템은 산업적으로 응용된 마무리 가공 뿐만 아니라 시판- 및 현장에서 응용된 액체 분무 피복의 요구사항을 만족시킬 수 있지만 환경상의 규정은 지켜야 한다.

이러한 필요한 희석제는 현재 밝혀져 있으며, 가르쳐주는 관련 용융물 앞에서 언급한 범위에서 토의하고 다른 것들중에서 초임계 유체(예 : 초임계 이산화탄소 유체)를 고점성 유기 용매 함유 및/또는 고점성 비수성 분산 피복 조성물중의 희석제로서 사용하여 액체 분무 기술에 필요한 응용 점도로 조성물을 희석시킴을 교시하는 상기 관련 출원에서 토의되어 있다.

호이(Hoy) 등에 의한 미합중국 특허원 제133,068(1987.12.21)호에는 환경상으로 바람직하지 못한 유기 희석제의 사용을 최소화한 기질에 대한 피복물의 액체 분무 적용에 대한 방법과 장치가 기재되어 있다. 이러한 적용에 대한 가장 광범위한 양태는 다음을 포함한다 :

(1) (a) 기질 위에 피복을 형성할 수 있는 중합체성 화합물 하나 이상 ; 및 (b) (a)에 첨가할 경우 분무 적용에 적합한 지점까지 (a)와 (b)의 혼합물의 점도를 허용하기에 충분한 양 이상의 초임계 유체 하나 이상을 포함하는 액체 혼합물을 밀폐계에서 생성하고,

(2) 액체 혼합물을 기질위에 분무하여 액체 피복을 형성시킴을 특징으로 한다.

당해 적용은 또한 액체 분무 방법에 관한 것이며, 여기서, 하나 이상의 활성 유기 용매(c)는 기질에 생성되는 혼합물을 액체 분무 적용시키기에 앞서 (a) 및 (b)와 혼합된다. 바람직한 초임계 유체는 초임계 이산화탄소이다. 이 방법은 액체 분무 혼합물의 성분들의 혼합물을 적합한 기질 위에 분무시키고 혼합할 수 있는 장치를 사용한다. 이러한 장치에는 다음이 포함된다 :

(1) 연속적으로, 접착성 피복을 형성할 수 있는 하나 이상의 중합체성 화합물을 공급하기 위한 수단 ;

(2) 하나 이상의 활성 유기 용매를 공급하기 위한 수단 ;

(3) 초임계 이산화탄소 유체를 공급하기 위한 수단 ;

(4) (1)∼(3)으로부터 공급된 성분들의 액체 혼합물을 공급하기 위한 수단 ; 및

(5) 기질위에 액체 혼합물을 분무하기 위한 수단.

장치는 (6) 성분 및/또는 성분들의 액체 혼합물을 가열하기 위한 수단을 제공할 수도 있다. 미합중국 특허원 제133, 068호는 초임계 이산화탄소 유체같은 초임계 유체를 액체 분무 기술에 요구되는 적용 점도까지 조성물을 희석하기 위한 고점성 유기 용매 함유 및/또는 고점성 비수성 분산액 피복 조성물의 희석제로서 사용하고 있다. 이는 또한 모든 유기 용매 함유 피복 시스템에 일반적으로 적용가능한 방법을 기술하고 있다.

공계류중인 미합중국 특허원 제218, 910호(1988.7.14)는 초임계 이산화탄소 유체같은 초임게 유체를 사용하여 점성 피복 조성물을 적용 밀도까지 감소시킴으로써 액체 분무에 이의 적용을 허용하는 액체 피복물의 적용 방법과 장치에 관한 것이다. 가압하에 구멍을 통해 기질의 주위로 조성물을 통과시킴으로써 피복 조성물을 분무한다.

특히, 기질에 피복물의 액체 분무 적용을 위한 미합중국 특허원 제218,910호의 방법은,

(1) (a) 기질 위에 피복을 형성할 수 있는 중합체성 성분 하나 이상 ; 및 (b) (a)에 첨가할 경우 분무 적용에 적합한 지점까지 혼합물의 점도를 허용하기에 충분한 양 이상의 초임계 유체 하나 이상을 포함하는 액체 혼합물을 밀폐계에서 생성하고,

(2) 구멍을 통해 기질의 주위로 감압하에 혼합물을 통과시켜 액체 분무를 생성함으로써 액체 피복을 형성하기 위해 기질 위에 액체 혼합물을 분무함을 특징으로 한다.

미합중국 특허원 제218,895호(1988.7.14)는 액체 분무에 의해 기질을 피복하는 방법 및 장치에 관한 것이며, 여기에서

(1) 초임계 이산화탄소 유체 같은 초임계 유체를 피복 제제용 점도 감소 희석제로서 사용하고,

(2) 초임계 유체의 피복 제제의 혼합물을 감압하에 구멍을 통해 기질의 주위로 통과시켜 액체 분무를 생성하고,

(3) 액체 분무를 기질에 비해 높은 전압으로 전기적으로 충전시킨다.

특히, 기질에 피복물의 정전기적 액체 분무 적용을 위한 미합중국 특허원 제218,895호의 방법은

(1) (a) 기질 위에 피복을 형성할 수 있는 중합체성 화합물 하나 이상 ; 및 (b) (a)에 첨가할 경우 분무 적용에 적합한 지점까지 혼합물의 점도를 허용하기에 충분한 양 이상의 초임계 유체 하나 이상을 함유하는 용매 성분을 함유하는 액체 혼합물을 밀폐계에서 생성하고 ;

(2) 구멍을 통해 기질의 주위로 감압하에 혼합물을 통과시켜 액체 분무를 생성함으로써 액체 피복을 형성하기 위해 기질위에 액체 혼합물을 분무하고;

(3) 기질에 비해 높은 전압과 전류로 액체 분무를 전기적으로 충전함을 특징으로 한다.

표면 피복물 제조용 수송 매질로서 초임계 유체의 용도는 공지되어 있다. 독일연방공화국 특허원 제28 53 066호는 용해된 형태로 고체 또는 액체 피복 물질을 함유하는 유체 매질로서 초임계 상태에서 기체의 사용을 기술하고 있다. 특히 이 특허원은 피복을 촉진하기 위해 압력 강하로 커플링된 초임계 유체중에 다공체를 침지시킴으로써 보호제 또는 반응성 또는 비반응성 장식 마무리 가공제를 갖는 다공체의 피복을 강조하고 있다. 가장 중요한 다공체는 다공성 촉매이다. 그러나 출원인은 다공체로서 직물을 특징으로 하고 있다.

미합중국 특허 제4, 582, 731호(1986.4.15, Smith) 및 제4, 734, 451호(1988.3.29)는 초임계 유체 용매와 고체 물질의 용해된 용질을 포함하는 초임계 용액을 제조하고 용액을 분무시켜 "분자 분무"를 생성하는 것을 기술하고 있다. "분자 분무"는 개별적으로 분자(원자) 또는 용질의 매우 작은 집적체의 "분무"로 정의된다. 스미스의 특허는 미세 필름과 분말의 제조에 관한 것이다. 필름을 표면 피복물로서 사용한다.

본 발명과의 관련성 때문에, 초임계 유체 현상의 간략한 논의가 정당화될 것으로 여겨진다.

초임계 유체 현상은 공지되어 있다[참조 : pages F-62-F-64 of the CRC Handbook of Chemistry and Physics, 67th Edition, 1986-1987, Published by the CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida]. 임계점 이상의 높은 압력에서, 생성된 초임계 유체, 또는 "조절한 기체"는 액체의 밀도에 접근한 밀도를 유지할 것이며, 액체의 몇가지 특성을 띨 것이다. 이러한 특성은 유체 조성물, 온도 및 압력에 의존한다. 여기에서 사용되는 것과 같이, 전이점에 있어서 "임계점"은 물질의 액체 및 기체 상태가 서로의 상태로 융합되는 점이며, 주어진 물질에 대한 임계 온도 및 임계 압력의 결합을 나타낸다. 여기에서 사용된 "임계 온도"는 기체가 압력의 증가에 의해 액화되지 않는 온도 이상의 온도로 정의된다. 여기에서 사용되는 "임계 압력"은 임계 온도에서 두개의 상이 존재하기에 충분한 압력으로 정의된다.

초임계 유체의 압축성은 작은 압력 변화가 초임계 유체의 밀도에 큰 변화를 일으키는 임계 온도 이상에서 크다. 고압에서 초임계 유체의 "액체-유사"성은 용해 능력이 "준임계(subcritical)" 화합물과 비교하여 매우 증가되게 하며, 액체와 비교하여 확산계수가 더욱 높아지고 유용 온도 범위가 확장된다. 종종, 분자량이 큰 화합물은 상대적으로 낮은 온도에서 초임계 유체내에 용해될 수 있다. 초임계 액체와 완련된 흥미있는 현상은 고분자량 용질의 용해성을 위한 "한계 압력(threshold pressure)"이 존재하는 것이다. 압력이 증가할수록, 용질의 용해성은 단지 작은 압력 변화에도 매우 큰 차수로 증가할 것이다. 그러나 초임계 유체의 용매 용량은 본 발명의 넓은 면에서 필수적은 아니다.

또한, 근-초임계(near-superficial) 액체는 초임계 유체와 유사한 용해성 및 기타 적절한 특성을 나타낸다. 용질은 더 낮은 온도에서 고체이라 해도 초임계 온도에서 액체일 수 있다. 더우기, 종종 유체 "개질제"는 상대적으로 낮은 농도에서도 초임계 유체 특성을 상당히 변화시킨다. 즉 일부 용매에 대한 용해도가 매우 증가한다. 이러한 변화는 본 발명에 사용되는 초임계 유체의 개념내에서 고려된다. 그러므로 본 발명에서 사용되는 "초임계 유체"란 이 화합물의 임계 온도 및 압력(임계점)과 같거나 그 이상 또는 그 이하의 값을 갖는 화합물을 나타낸다.

초임계 유체로서의 용도를 갖는 것으로 공지된 화합물의 예를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

초임계 용매의 예

이산화탄소는 저렴한 비용, 환경학적 허용성, 비인화성 및 낮은 임계 온도를 갖기 때문에, 초임계 이산화탄소 유체는 피복 제제와 함께 바람직하게 사용된다. 동일한 이유 때문에 이산화질소(N₂O)는 피복 제제와의 혼합물을 위한 바람직한 초임계 유체이다. 그러나 상기 언급된 초임계 유체 및 이의 혼합물은 피복 제제와의 사용에 적용될 수 있는 것으로 간주된다.

초임계 이산화탄소의 용매성은 저급 지방족 탄화수소의 용매성과 상당히 유사하며, 결과적으로 초임계 이산화탄소는 일반적 피부 제제의 탄화수소 용매에 대한 대체물로 간주된다. 탄화수소를 초임계 이산화탄소로 대체시켜 얻는 환경학적 잇점 외에도, 또한 이산화탄소가 비-연소성이기 때문에 안전성의 잇점이 있다.

피복 제제와 함께 초임계 유동의 용해력으로 인해 무공기 분무법에 의해 분무될 수 있는 단일상 액체 혼합물이 형성된다.

액체 분무를 하기 위해 피복 제제를 구멍을 통해 공기중으로 통과시킴으로써 피복 제제가 기질에 적용되고, 기질에 밀착되어 액체 피복물이 된다. 피복 산업의 경우, 3가지 형의 구멍 분무가 주로 사용된다 ; 즉, 공기 분무, 무공기 분무 및 공기 보조 무공기 분무이다.

공기 분무는 작은 물방울 안으로 액체 피복 제제를 분쇄하고 기질로 작은 물방울을 몰아 넣기 위해 압축된 공기를 사용한다. 가장 일반형의 공기 노즐의 피복 제제 및 분무를 일으키는 노즐 외부의 고점도 공기의 복합체이다. 보조 공기 스트림은 분사 형태를 수정하기 위해 사용한다. 피복 제제는 비교적 작은 압력의 물방울과 함께 분무 노즐속의 액체 구멍을 통해 흐른다. 일반적으로 18psi 미만의 압력에서 분무되는 피막 제제의 점도 미 양에 좌우되어 사이펀(siphon) 또는 압력 피드가 사용된다.

무공기 분무에는 피복 제제를 고점도로 구멍으로 통과시키기 위해 구멍 건너편의 고압력 물방울이 사용된다. 구멍에 존재하는 고점도의 액체는 작은 방울로 분해되고 공기중으로 분산되어 액체 분무를 형성한다. 분무후 충분한 운동량이 남아 있어 물방울을 기질로 운반한다. 액체 분무의 형태를 수정시키기 위해 윤곽을 그리는 스프레이 상단은 대개 원형이거나 타원형의 원뿔 또는 편평한 부채꼴이다. 교란 촉진제는 종종 분무를 돕기 위해 분무 노즐 속으로 삽입된다. 일반적으로 분무 압력은 700 내지 5000psi이다. 필요한 압력은 유동 점도와 함께 증가된다.

공기 보조 무공기 분무는 공기 분무 및 무공기 분무의 특징이 복합된 것이다. 압축성 공기 및 구멍 건너편의 고압력 물방울은 일반적으로 일반화된 자체의 각 분무 형태보다 더 온화한 조건하에서 피복 제제를 분무하고 액체 분무의 모양을 형성하기 위하여 사용한다. 일반적으로 압축된 공기압 및 공기 유동비는 공기 분무의 경우보다 낮다. 일반적으로 액체압 물방울은 무공기 분무의 경우보다 낮으나 공기 분무보다는 높다. 대표적인 액체 분무압은 200 내지 800psi이다. 필요한 압력은 유동 점도와 함께 증가한다.

공기 분무, 무공기 분무 및 공기 보조 무공기 분무는 가열된 액체 피복 제제와 함께 또는 가열된 공기와 함께 또는 둘다와 함께 사용할 수 있다. 가열은 액체 피복 제제의 점도를 감소시키고 분사를 돕는다.

특정 목적을 위해 혼합물을 제조하는 기본적인 모든 방법에 있어 혼합물의 성분들은 일반적으로 예정된 용도를 위해 효과적인 혼합물이기 위해 특정한 분배량으로 존재할 필요가 있다. 상기 관련된 특허원의 경우, 기본적인 목적은 초임계 유체를 사용하여 피복 제제중에 존재하는 유기 용매량을 감소시키는 것이다. 이해할 수 있게 이러한 목적을 생각하여 일반적으로 피복 제제의 액체 혼합물을 효과적으로 분무할 수 있는 남아 있는 초임계 유체를 가능한한 많이 사용하고 기질위에 목적하는 피복을 수득함이 바람직하다. 따라서, 예정된 분배량이 초임계 유체 및 피복 제제가 분무될 액체 피복 혼합물중에 존재함이 특히 바람직하다.

일반적으로, 초임계 유체 첨가의 바람직한 상한치는 피복 제제와 혼화가능한 것이다. 실질상의 상한치는 일반적으로 피복 제제와 초임계 유체를 함유하는 혼합물이 1개 상으로부터 2개의 유체상으로 분리될 때 인식할 수 있다.

이러한 현상을 보다 잘 이해하기 위해, 초임계 유체가 초임계 이산화탄소 유체인 제 1 도의 상 다이어그램을 참고한다. 제 1 도에서, 논의의 목적으로 혼합된 피복 제제의 순수한 성분을 나타내는 삼각형 다이어그램의 정점은 물을 함유하지 않는다. 정점 A는 유기 용매, 정점 B는 이산화탄소, 및 정점 C는 중합체성 물질을 나타낸다. 곡선(BFC)는 1개의 상과 1개의 상 사이의 경계를 나타낸다. 점 D는 초임계 이산화탄소가 가해지지 않은 피복 제제의 가능한 조성을 나타낸다. 점 E는 초임계 이산화탄소와 혼합한 후에, 혼합된 피복 제제의 가능한 조성을 나타낸다.

분무한 후에, 이산화탄소의 주요부는 증류되고, 최초의 피복 제제의 조성물은 거의 남는다. 기질과 접촉시키면, 중합체와 용매(들) 성분(들)의 잔류 액체 혼합물은 유출, 즉, 유압되어 기질상에 균일하고 매끄러운 필름을 형성한다. 형성된 필름은 제 1 도에서 선분(EE'D)(분무화 및 분해) 및 (DC)(응집 및 필름 형성)로 설명된다.

그러나 피복 제제와 혼합할 수 있는 초임계 이산화탄소와 같은 초임계 유체의 양은 일반적으로 제 1 도에 언급되어 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이 초임계 유체의 불혼화성과 피복 제제의 함수이다.

상 다이어그램, 특히 화살표(10)로부터 알 수 있는 바와 같이, 피복 제제에 보다 많은 초임계 이산화탄소를 가할 때, 혼합된 액체 피복 혼합물의 조성은 선(BFC)로 표시된 2-상 경계선으로 접근한다. 충분한 양의 초임계 이산화탄소를 가할 경우, 2-상 영역으로 접근하고 조성은 2개의 유체상으로 분리된다. 때로는 2개의 상 경계 아래에 있는 초임계 유체(이 경우에는, 초임계 이산화탄소)의 양도 혼합하는 것이 요구된다. 그러나 일반적으로 2개의 상 경계선 밖으로 지나치게 많이 가는 것은 최적의 분무 성능 및/또는 피복 제제에 있어서 바람직하지 못한다.

초임계 유체 및 피복 제제의 2-상 상태를 피하는 것 이외에, 목적하는 혼합된 점도의 형성, 목적하는 입자 크기의 형성, 목적하는 분무된 팬 모양의 형성 등과 같은 최적 분무 조건을 제공하기 위해 적합한 분배가 요구된다.

따라서, 연속, 반-연속 및/또는 간헐적 또는 주기적으로 요구되는 기제에 대한 희석제로서 초임계 유체를 함유하는 액체를 분무하기 위해, 정확하게 분배된 양의 피복 제제와 초임계 유체를 혼합함으로써 액체 피복 제제를 제조하는 것이 이러한 분무에 대해 필요하다. 그러나 초임계 유체의 압축성은 액체보다 매우 크다. 따라서, 압력의 작은 변화도 초임계 유체의 밀도에는 상당히 큰 변화를 가져오게 한다.

초임계성 유체의 압축성은 이러한 물질의 유동이 도관 및/또는 펌프를 통해 진동 또는 변동되도록 한다. 결과로서, 피복물 제제와 혼합될 경우, 수득한 혼합된 피복 제제중에서 초임계성 유체의 비율은 또한, 균일하고 일정하지 않고 진동 또는 변동한다. 또한, 주위온도에서 액체 이산화탄소의 압축성은 충분히 높아서 왕복 운동 펌프를 사용하여 펌핑시키고 이산화탄소를 피복 제제와 분배하여 혼합된 피복 제제를 형성시킬 경우 발생하는 유동 진동 및 변동을 초래한다. 이것은 특히 펌프와 피복 제제의 혼합점 사이의 유동경로에서 액체 이산화탄소의 용적이 매우 클 경우에 발생한다. 진동은 왕복 운동 펌프 사이클 중에 발생하는 특정한 압력 변화에 의해 촉진되거나 강하게 될 수 있다.

상기 언급된 다수의 관련 특허원에서 언급된 양태에서, 예를 들면, 피복 제제 및 이산화탄소를 이의 초임계 상태로 함유하는 분무된 최종 화합물을 제조하기 위해 압축성 유체, 액체 이산화탄소와 함께 비압축성 유체, 즉, 피복 제제를 펌핑시키고 분배하기 위한 장치가 기술되어 있다. 이러한 양태에서, 피복 제제 스트림과 액체 이산화탄소 스트림의 용적 분배는 이의 각각의 펌핑 사이클중 펌프로부터 유체 용적을 대체하는 왕복 운동 펌프에 의해 수행된다. 특정한 왕복 운동 펌프를 사용하여 액체 이산화탄소를 펌핑시키기 위해 사용되는 또다른 왕복 운동 펌프에 중속된 피복 제제를 주입시킨다. 각 펌프에서 피스톤 막대를 중심 지주에서 상하로 선회하는 축의 반대편 말단에 부착한다. 용적비는 축을 따른 특정 펌프의 활주에 의해 변화하며, 이것은 타격 길이를 변화시킨다.

그러나 액체 이산화탄소는 주의 온도에서 비교적 압축성이며, 이 온도에서 전형적으로 가압 용기에 보관된다. 이러한 압축성은 바람직하지 않게 분무되는 혼합 피복 제제중에 존재하는 일정량의 이산화탄소가 파동 및 변동되도록 한다. 이것은 상대적으로 비압축성인 피복 조성물 및 상대적으로 압축성인 액체 이산화탄소의 비혼화성 펌핑 특성으로 인해 발생한다. 피복 제제의 경우, 이의 용적이 대체되자마자 왕복 운동 펌프내에서 즉시 압력이 발생한다. 액체 이산화탄소가 실질적으로 압축성이므로, 동일한 압력을 생성시키기 위해 상당한 용적이 대체 되어야 한다. 혼합은 피복 제제 및 액체 이산화탄소의 유동의 동일한 압력일 경우에 발생하기 때문에, 이산화탄소의 유량은 피복 제제의 유량보다 적다.

이러한 진동은 사이클중 방향을 변화시키는 공기 모터와 같이 작동 사이클중 펌프를 작동시키는 구동력이 변화할 경우에 강하게 된다. 따라서, 구동력이 감소하는 경우, 피복 제제 유동에서 압력은 압축성으로 인한 액체 이산화탄소 유동 압력보다 비압축성으로 인해 더욱 급속하게 감소한다.

따라서, 두 유동에서 발생하는 압력은 분무되는 혼합물중에서 이산화탄소의 비율이 또한 변화하는 것과 같이 펌핑 사이클중 상의 외부에 존재할 수 있다. 이러한 진동은 펌프가 채워질때 증기 형성으로 인해 이산화탄소 펌프에서 캐비테이션(cavitation)이 또한 발생하는 경우에 심지어 더욱 심각해진다.

이러한 파동 및 진동 문제중 일부는 액체 이산화탄소를 10℃ 이하, 심지어 0℃ 이하와 같은 저온으로 냉각시킴으로써 해결될 수 있지만 목적하는 혼합물을 형성하기 위해 비압축성 피복 제제와 압축성 액체 이산화탄소의 분배에서 일어날 수 있는 모든 부정확성을 실질적으로 방지하기 위한 요구가 여전히 존재한다. 실제로, 특정한 압축성 유체와 비압축성 유체를 정확하게 분배시키기 위한 방법을 제공할 필요가 있다.

본 발명에 의해, 상기 요구들은 충족될 수 있게 되었다. 비압축성 유체 및 압축성 유체로 이루어진 분배 혼합물을 연속적으로 정밀하게 제공할 수 있는 방법 및 장치가 발명되었다.

특히, 본 발명은 상기한 용적 분배 장치를 사용하기 보다는, 질량 분배 장치에 의존함으로써, 목적하는 압축성 및 비압축성 유체의 혼합물을 매우 간단하고 탁월한 방법으로 수득한다. 특히, 압축성 유체의 질량 유량을 연속적 및 순간적으로 측정할 수 있다. 유량의 크기, 예를 들어, 왕복 펌프에 의해 펌핑된 결과로 유량이 변하는지의 여부, 또는 압축성 유체의 상태와는 무관하게, 질량 유량 정보를 연속적이고 순간적인 방법으로 신호 처리 장치에 공급한담. 신호 처리장치에 의해 수집된 정보를 기준으로 하여, 측정된 압축성 유체의 양에 대하여, 비압축성 유체의 유량을 조절하는 계량기를 조절한다. 그후, 압축성 및 비압축성 유체를 연속적으로 혼합시킬 경우에 이들이 혼합된 피복 제제중에서 적합한 비율로 존재하는 방법으로, 비압축성 유체를 압축성 유체의 유량에 대해 정밀한 예정 비율로 계량한다.

본 명세서에서 사용된 용어인 "압축성 유체"는 밀도가 압력이 변함에 따라 약 2% 이상의 범위를 영향을 받는 물질을 의미한다.

특히, 본 발명의 광범위한 양태는

a) 사실상 압축성인 유체 공급 수단,

b) 사실상 압축성인 유체의 질량 유량 측정 수단,

c) 사실상 압축성인 유체의 측정된 질량 유량에 반응하는 신호 발생 수단,

d) 사실상 비압축성인 유체 공급 수단,

e) c)에서 발생한 신호에 반응하는 사실상 비압축성인 유체의 유량 조절 수단,

f) 측정된 압축성 유체와 조절된 비압축성 유체의 혼합물 형성 수단을 포함하는, 사실상 압축성인 유체와 사실상 비압축성인 유체를 예정된 비율로 연속적으로 혼합하는 장치를 포함한다.

본 발명은 또한

a) 사실상 압축성인 유체를 공급하고,

b) 사실상 압축성인 유체의 측정된 질량 유량을 측정한 다음,

c) 사실상 압축성인 유체의 측정된 질량 유량에 반응하는 신호를 발생시키고,

d) 사실상 비압축성인 유체를 공급한 다음,

e) c)에서 발생한 신호에 반응하는 사실상 비압축성인 유체의 유량을 조절하고,

f) 측정된 압축성 유체와 조절된 비압축성 유체의 혼합물을 제조함을 특징으로 하여, 사실상 압축성인 유체와 사실상 비압축성인 유체의 예정된 비율의 혼합물을 제조하는 방법을 포함한다.

사실상 압축성 유체의 질량 유량을 측정한 후 이에 반응하는 비압축성 유체의 양을 조절함으로써 압축성 유체의 압축성과 관련된 문제 및 압축성 유체의 상 변화와 관련된 문제(예 : 증기화 또는 응축)가 실제로 제거된다. 압축성 유체의 유동에 존재하는 어떤 변동 또는 진동도 순간적으로 측정하여, 목적하는 혼합물을 위해 규정된 분배를 제공하기 위해 비압축성 유체의 양을 조절함으로써 보정한다. 종래의 기술과는 반대로, 본 발명은 오직 한 유체, 즉 비압축성 유체의 계량, 즉 유량 조절이 포함된다. 압축성 유체의 유량은 조절되기보다는 측정될 뿐이며 이러한 측정으로부터 비압축성 유체의 예정량을 상응하게 조절하여 목적하는 분배를 제공한다.

이것은 시스템의 전체 유연성을 위한 것이며, 목적하는 압축성 및 비압축성 유체의 분배 혼합물을 제조하기 위한 간단하고도 효과적인 수단에 제공된다.

하기의 상세한 설명은 기질위에 분무되기에 적합한, 피복 제제 및 초임계 유체의 분배 혼합된 액체 혼합물(예 : 이산화탄소)을 제공하는데 주안점이 있으며 본 발명을 어떤 방법으로든 상기 양태로 제한하는 것이 아님을 이해해야만 한다. 상기한 설명으로부터 명백하듯이, 본 발명은 어떤 목적하는 후속 용도를 위한 혼합물을 형성하기 위해 모든 압축성 및 비압축성 유체의 분배를 포함한다.

그러므로 초임계 유체를 사용함으로써 유기 용매의 양이 감소된 피복 제제를 함유하는 첨가 혼합된 액체 혼합물의 제조 이외에도 본 발명은 또한 공정이 문헌[참조 : 미합중국 특허 제4, 348, 422호]에 기술된, 초임계 이산화탄소로 탈카페인된 수성 커피 추출물 용액의 정확한 분배 혼합물을 제조할 수도 있다. 대체 용도를 위한 압축성 및 비압축성 유체의 다른 혼합물도 또한 본 발명의 장치 및 방법으로 제조될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 "피복 제제" 또는 "피복 조성물"이란 함께 혼합된 어떤 초임계 유체도 함유하지 않는 전형적이고도 통상적인 피복 조성물을 의미한다고 이해된다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "혼합된 액체 혼합물" 또는 "혼합된 피복 제제"란 하나 이상의 초임계 유체와 피복 제제의 첨가 혼합물을 포함함을 의미한다.

제 2 도는 본 발명의 가장 기본적인 형태의 도식도를 나타내는 것으로서, 비압축성 용액과 비례적으로 혼합되어 목적하는 혼합물을 형성하는 압축성 용액이 공급원으로부터 라인(10)을 통해 도입된다. 압축성 용액은 라인(10)으로부터 펌프(100)에 의해 라인(12)을 따라 펌핑되어 압축성 용액의 유량을 측정하기 위한 수단(120)을 통과한다.

본 발명의 광범위한 양태에 있어서, 펌프(100)는 본 발명에서 별로 중요한 것은 아니다. 압축성 용액을 펌핑할 수 있는 것이라면 어떤 종류의 펌프라도 가능하며, 통상적인 수단, 예를들어, 공기 드라이브 또는 전기 장치로 구동시킬 수 있다. 예를들어, 본 분야의 전문가에게 널리 알려진 통상적인 왕복펌프가 가장 적합하다.

유량 측정 기구(120)로는 마이크로 모션 모델(Micro Motion Model) D 유량 측정기(제조원 : 미합중국 콜로라도 뷸더 소재 Micro Motion Inc.)와 같이 시판되는 유량 측정기를 사용할 수 있다. 일반적으로, 이러한 유량 측정기는 코리올리미터(coriolis meter)로서 알려져 있다. 대부분의 유량 측정기술이 유체용적을 측정하는데 반하여 측정기(120)는 유량을 측정한다. 의미있는 측정 기구의 용적에 대한 신뢰도는 압축성 용액을 처리할 때 가장 부정확하다. 압축성 용액의 용적은 용액의 온도, 압력 또는 조성의 변화에 따라, 때로는 상당히 변화할 수 있다. 외부 조건에 영향받지 않는 용액의 특성중 하나는 질량이다. 압축성 용액을 적절하게 측정하고, 비 압축성 용액의 유량을 조절하는 것이 특징적이다.

마이크로 모션 미터와 같은 유량 측정기는 압축성 용액이 통과하는 동안 U자형 감지기가 진동함으로써 작동한다. 유동과 이로 인해 유발된 관진동의 조합은, 유니트 내의 포지션 감지기에 의해 검출되는 힘을 생성한다. 이러한 힘은 질량 유량에 직접적이고 평행하게 비례한다.

시스템 전체를 적절한 비율로 유지시키기 위해서는, 최종 혼합물내의 압축성 유체의 양이 약 2중량%이상, 바람직하게는 약 5중량% 이상인 것이 바람직하다. 이것은 압축성 유체가 최종 혼합물내에 약 2중량% 미만의 양으로 존재할때, 압축성 유체 유동에서 무의미한 진동으로 인한 비압축성 유체 유동의 변동을 피하게 해준다.

측정기(120)에 의해 측정된 유량은 점선(14)를 통해 수용기(140)에 전자적으로 전송되며, 이것은 점선(16)을 통해 전자신호를 전자비 조절기(16)에 수송된다. 이들 전자파 감지기 및 수용기는 모두 본 분야에 널리 알려진 것이며, 본 발명에는 별로 중요하지 않다.

동시에, 비압축성 유체는 라인(18)을 통해 펌프(180)에 공급된다. 펌프(180)는 양변위펌프가 바람직하며, 본 분야의 기술자에게 널리 알려진 정밀기어 펌프가 더욱 바람직하다. 이러한 펌프는 필요한 비압축성 유체의 거의 정확한 양을 운반할 수 있다.

비 조절기(160)는 장치(140)으로부터의 전지신호를 수용할 수 있도록 프로그래밍된 회로를 지니면, 이것은 점선(20)을 통해 신호를 생성하고, 펌프(180)의 작동 속도를 조절한다. 따라서, 펌프(180)에 남아있는 라인(22)에 유입되는 비압축성 유체의 양은 라인(24)로 도입되는 압축성 유체의 양에 대한 예정비를 정확하게 조절한다.

필수적인 것은 아니나, 바람직하게는 라인(22)을 통하여 펌핑장치(180)를 통과하는 비압축성 유체를 다음에 측정 기구(200)로 통과시켜 비압축성 유체의 실제적 유량을 측정한다. 측정된 유량은 용적 또는 질량 유량에 기준한 것이다. 이와같은 측정 기구는 예를들면, AW 회사[Racine, WI.]로부터 시판되는 것으로서 통상적인 정밀 기어 미터를 포괄한다. 측정 기구형태는 본 발명에 별로 중요하지 않다. 측정되는 물질이 실질적으로는 비압축성 유체이므로, 이 밀도는 시간 경과에 따라 실제적으로 변하지 않는다. 따라서, 이 측정기구로서 측정되는 것이 용적 유량이라 해도, 본 명세서에서 정확도는 정확하게 부배된 최종 혼합물을 수득하기 위해 분명히 허용되어야 한다. 또한, 필요한 경우, 측정 장치(200)는 혼합물 유량이 측정되고 피드백 신호가 조절기(160)에 전송되므로, 라인(32)에 위치시킬 수 있다. 이러한 대체적 실시양태는 감소된 점도에서 혼합물 유량을 측정하며 이것으로써 질량 유량 측정기 사용이 더욱 용이하다.

유량은 비 조절기(160)로서 점선(26)을 통하여 전기적으로 수신되는 유동 피드백신호를 생성하는 측정 기구(200)로 측정한다. 조절하는 측정 기구(200)에 의해 측정된 실제적 유량을, 미리 설정된 프로그램을 기본으로 하는 비압축성 유체 및 압축성 유체의 목적하는 비를 제공하는데 필요한 유량과 비교하며, 필요한 유량을 수득하는데 필요한 펌프(180)의 속도를 조절한다.

라인(30)을 통과하는 비압축성 유체 및 라인(24)를 통과하는 압축성 유체는 라인(32)를 경유하여 혼합 기구(210)로 들어간다. 바람직하게, 체크 밸브(나타나지 않았음)를 어떠한 역 혼합도 방지하기 위하여 라인(24 및 30) 각각에 제공한다. 물론, 각각의 유동은 단일 라인(32) 대신 두개의 분리된 라인(나타나지 않았음)에 의해 혼합 기구내에 도입될 수 있다.

혼합 기구(210)는 두개의 유체를 동일하게 혼합할 수 있는 효과적인 혼합기구를 함유한다. 바람직하게, 통상적인 정적 혼합기(static mixer)가 이용된다. 바람직한 정확하게 분배된 압축성 유체 및 비압축성 유체의 혼합물이 요구되는 추가 가공 또는 최종 사용을 위해 라인(34)를 경유하여 혼합 기구에 남는다.

앞서 기술한 바와같이, 본 발명은 비록 정확하게 분배된 초임계 유체의 양, 특히 초임계 이산화탄소와 피복 조성물의 혼합 액체 혼합물을 제조하는 것에만 제한되지는 않지만, 특히 적용 가능하다. 본원에서 사용한 것으로서, "선구물질 초임계 유체"란 이산화탄소, 이산화질소 등과 같은 유체로 이해되며, 초임계 상태는 아니나, 본 발명의 장치에서 처리된 결과로서, 이와같은 초임계 상태로 들어가고, 부가적으로 이미 초임계 상태인 물질을 포함한다.

본 발명은 분무되고 조성물의 용매 분획(본원에서 후에 기술)에서 약 30중량% 미만, 바람직하게는 약 20중량% 미만의 물을 제공할 수 있는 피복조성물 형의 종류에 별로 중요하지 않다. 즉, 필수적으로 앞서 언급한 물과 만나는 어떠한 피복 조성물은 본 발명의 방법 및 기구로서 분산 가능한 무공기 분산 기수로서 통상적으로 분산되는 필요성을 제한한다. 이와같은 피복 조성물은 전형적으로 페인팅 및 마무리 작업 및 각종 접착성 조성물 등에 일반적으로 사용된다. 이와같은 피복 조성물은 또한 비료, 제초제 등이 분배되는 농업 분야에서 전형적으로 이용된다.

일반적으로, 이러한 피복제제는 전형적으로 기질상에 피복물을 형성할 수 있는 하나의 성분을 함유하는 고체 분획을 포함하며, 이러한 성분은 접착제, 페인트, 래커, 니스, 화학제제, 윤활제, 보호오일, 비수성 세제 등이다. 전형적으로, 하나 이상의 성분은 피복 분야의 숙련가에게 공지된 중합체 성분이다.

일반적으로, 중합체와 같은, 본 발명의 고형분획에서 사용된 물질은 이들을 하나 이상의 초임계 유체와 최종적으로 혼합하는 경우 사용되는 온도 및/또는 압력을 견뎌낼 수 있어야만 한다. 이러한 사용가능한 중합체에는 열가소성 또는 열경화성 물질이 포함되거나 가교결합될 수 있는 필름 형성계일 수 있다.

특히, 중합체 성분은 비닐, 아크릴계, 스티렌계, 및 기제 비닐, 아크릴 및 스티렌 단량체의 내부 중합체 ; 폴리에스테르, 오일-유리된 알키드, 알키드 등 ; 폴리우레탄, 오일-개질된 폴리우레탄 및 열가소성 우레탄계 ; 에폭시계 ; 페놀계 ; 셀룰로즈성 에스테르(예 : 아세테이트부티레이트, 아세테이트 프로피오네이트, 및 니트로셀룰로즈) ; 아미노 수지(예 : 우레아 포름알데히드, 멜라민 포름알데히드, 및 다른 아미노플라스트중합체) 및 수지물질 ; 천연 고무 및 수지 ; 불포화된 니트릴과 디엔, 스티렌-부타디엔 고무, 열가소성 고무, 네오프렌 또는 폴리클로로프렌 고무의 공중합체인 니트릴 고무를 포함하는 고무계 접착제를 포함한다.

고형 분획중에 함유될 수 있는 중합체성분외에, 피복시 전형적으로 사용된 통상의 첨가제 또한 사용할 수 있다. 예를들어, 안료, 안료중량제, 금속성 플레이크, 충전재, 건조제, 소포제 및 스키닝(skinning) 방지제, 습윤제, 자외선 흡수제, 가교결합제, 및 이의 혼합물 모두를 피복제제에 사용하여 본 발명의 방법으로 분무할 수 있다.

상술한 각종 첨가제의 용도와 관련하여, 안료는 분무된 조성물로부터 초임계 유체를 분리하는 것을 촉진시키는 양으로 피복제제 중에 존재하여 분물을 개선시키는 것이 특히 바람직하다.

고체 분획외에, 용매 분획은 접착제 조성물 또는 페인트, 래커, 니스, 또는 농업용 스프레이와 같은 피복 조성물 중에 또한 전형적으로 사용되어 고체분획을 하나의 매질에서 다른 매질로 이동시키는 비히클로서 작용한다. 본 명세서에서 사용된 바와같이, 용매 분획은 필수적으로 활성 유기 용매 및/또는 고체 분획과 적어도 부분적으로 혼화되어 용액, 분산액, 또는 현탁액을 형성하는 비수성 희석제로 필수적으로 구성된다. 본 명세서에서 사용된 바와같이, "활성 용매"는 고체분획이 적어도 부분적으로 용해되는 용매이다. 본 분야의 숙련가에게 통상적이고 공지된 고체분획용 특정 용매 분획을 선택하여 무공기 분무용 특정 피복 제제를 형성한다. 일반적으로, 약 30중량% 이하, 바람직하게는 약 20중량% 이하의 물이 용매 분획내에 존재할 수 있으나 단 커플링 용매 또한 제제중에 존제한다. 이러한 모든 용매분획은 본 발명에서 적합하다.

커플링 용매는 고체분획중에 사용된 중합체 성분이 적어도 부분적으로 용해되는 용매이다. 그러나 가장 중요하게는 이러한 커플링 용매는 또한 적어도 부분적으로 수혼화성이다. 따라서 커플링 용매는 조성물이 최적으로 분무되어 우수한 피복이 형성되도록 단일상이 바람직하게 유지되는 정도로 고체분획, 용매분획 및 물을 혼화시킬 수 있다.

커플링 용매는 그 분야의 숙련된 사람들에게 잘 공지되어 있으며 전술한 특징, 다시 말해서, 고체 분획의 중합체성분이 적어도 부분적으로 용해성이 있고 물이 적어도 부분적으로 혼화될 수 있는 특징과 일치할 수 있는 어느 통상의 커플링 용매도 모두 본 발명에서 사용되는 것으로 적합하다.

본 발명에서 사용될 수 있는 커플링 용매는 에틸렌 글리콜 에테르 ; 프로필렌 글리콜 에테르 ; 이의 화학적 결합 및 물리적 결합물 ; 락탐 ; 사이클릭 우레아 등을 포함하지만, 이로써 제한되지는 않는다.

특히 커플링 용매(최대 효력에서 최소 효력의 순서로 기술되어 있다)는 부톡시 에탄올, 프로폭시 에탄올, 헥속시 에탄올, 이소프로폭시 2-프로판올, 부톡시 2-프로판올, 프로폭시 2-프로판올, 3급 부톡시 2-프로판올, 에톡시 에탄올, 부톡시 에톡시 에탄올, 프로폭시 에톡시 에탄올, 헥속시 에톡시 에탄올, 메톡시 에탄올, 메톡시 2-프로판올, 및 에톡시 에톡시 에탄올을 포함한다. 또한 n-메틸-2-피롤리돈과 같은 락탐, 및 디메틸 에틸렌 우레아와 같은 사이클릭 우레아를 포함한다.

물이 피복 제제에 존재하지 않는 경우, 커플링 용매가 필수적이지는 않지만, 여전히 사용될 수 있다. 다른 용매, 특히 활성 용매는 전형적인 피복 제제에 존재할 수 있고 본 발명에서 사용될 수 있으며, 케톤(예 : 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메시틸 옥사이드, 메틸 아밀 케톤, 사이클로헥사논 및 다른 지방족 케톤) ; 에스테르(예 : 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 알킬 카복실산 에스테르) ; 에테르(예 : 메틸 3급-부틸 에테르, 디부틸 에테르, 메틸 페닐 에테르 및 다른 지방족 또는 알킬 방향족 에테르) ; 글리콜 에테르(예 : 에톡시 에탄올, 부톡시 에탄올, 에톡시 2-프로판올, 프로폭시 에탄올, 부톡시 2-프로판올 및 다른 글리콜 에테르) ; 글리콜 에테르 에스테르(예 : 부톡시 에톡시 아세테이트, 에틸 3-에톡시 프로피오네이트 및 다른 글리콜 에테르 에스테르) ; 알콜(예 : 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소-프로판올, 부탄올, 이소-부탄올, 아밀 알콜 및 다른 지방족 알콜) ; 방향족 탄화수소(예 : 톨루엔, 크실렌), 및 다른 방향족 용매 또는 이들의 혼합물 ; 지방족 탄화수소(예 : VM & P 나프타 및 무기주정), 및 다른 지방족 화합물 또는 이들의 혼합물 ; 니트로알칸(예 : 2-니트로프로판)을 포함한다. 용매의 선택 또는 용매 혼합물에 중요한 구조적 관계에 대한 조사가 문헌에 기술되어 있다[참조 : Dileep et al., Ind. Eng. Che. (Product Research and Development) 24. 162, 1985 및 Francis, A. W., J. Phys. Chem 58, 1099, 1954].

물론, 활성 용매 뿐만 아니라 커플링 용매로서 작용할 수 있는 용매가 있으며 그 용매는 두가지 목적 모두를 달성하는데 사용될 수 있다. 이러한 용매에는, 예를들어, 부톡시 에탄올, 프로폭시 에탄올 및 프로폭시 2-프로판올이 포함된다. 글리콜 에테르는 특히 바람직하다.

분무 적용하기 위한 피복 제제에 있어서 통상적으로 존재하는 적합한 첨가제는 또한 본 발명에 존재할 수 있다(예 : 치료제, 가소제, 계면 활성제 등).

제 3 도에 있어서, 장치가 분무될 필수적으로 정확한 목적하는 비율로 존재하는 피복 조성물 및 초임계 이산화탄소를 포함하는 혼합된 액체 혼합물을 형성하기 위해 펌핑, 가압화, 칭량, 분배, 가열 및 피복 조성물을 이산화탄소로 혼합할 수 있음을 도시한 것이다. 상기한 바와같이 이러한 토의는 특히 이산화탄소에 촛점을 맞추는 반면 이 물질에 제한되지 않고 사실 표 1 에 상기한 바와같이 초임계 상태로 들어갈 수 있는 어떤 유체는 또한 사용될 수 있으며 이는 목적하는 특별한 적용에 적당하다.

특히, 이산화탄소는 도면에서 100으로 표시된 탱크 또는 실린더와 같은 어떤 적당한 공급원으로부터 액체로서 공급한다. 바람직하게는 액체 이산화탄소를 사용하는 공급원으로부터 연속 기재 상에 공급한다. 액체 이산화탄소를 실온에서 이의 증기압하(약 830psig) 이 양태에서 4개의 체크 밸브를 갖는 이중작용 피스톤 펌프로서 도식된 왕복 펌프(110)로 도입한다.

본 발명에서, 액체 이산화탄소를 펌핑하는데 사용한 왕복 펌프는 바람직하게는 높은 투입압력에 대해 고안된 것으로 밝혀졌다. 높은 투입 압력은 펌핑 사이클 동안 유출구 압력의 변화를 일으켜선 안된다. 액체 이산화탄소는 통상적으로 약 -18℃(0℉)에서 300psig 증기압하에 벌크로 및 실온에서 830psig 증기압하 실린더 중에 저장된다. 따라서, 투입 압력은 300 내지 830psig 또는 그 이상으로 변할 수 있다. 약간 이중작용 펌프장치(이의 사이클을 통해 방출되고 흡입 부분의 사이클 동안 펌핑을 중단하지 않는 펌프)는 일반적으로 낮은 투입 압력에 대해 고안되어 있다. 결과적으로, 높은 투입 압력은 펌프력에 영향을 주며, 펌핑 사이클일부 동안 유출구 압력을 변경시킬 수 있다.

따라서, 전형적인 3개의 복동 체크 밸브 피스톤 펌프는 바람직하게는 액체 이산화탄소를 펌핑하는데 사용해서는 안된다. 이런한 펌프는 하부에 유입구 체크 밸브, 상부에 유출구 체크 밸브 및 피스톤 헤드에 위치한 체크 밸브가 장치되어 있는 이는 피스톤이 하부로 이동할 경우 액체가 하부 분획으로부터 상부 분획으로 유동되게 한다. 하부 스트로크 상에서 유입구 체크 밸브가 닫혀지고 유체가 하부 분획으로부터 상부 분획으로 피스톤 중 체크 밸브를 통해 유동하며 피스톤이 1/2단면적을 차지하는 피스톤 로드가 펌프 실린더중으로 이동하여 이의 총용적을 감소시키기 때문에 유체가 유입구 체크 밸브외부로 유동한다. 피스톤이 상부로 이동할 경우 피스톤중 체크 밸브가 닫혀지고 유체가 상부 분획으로부터 유출구 체크 밸브 외부로 유동하며 유체는 유입구 체크 밸브에서 유동하고 하부 분획을 충전시킨다. 이러한 작동의 결과로서 이 펌프는 낮은 투입 압력, 전형적으로 100psig 이하에 대해 고안되어 상부스트로크 및 하부스트로크상 유출구 압력이 거의 동일하다. 일한 종류의 펌프가 액체 이산화탄소와 연결된 바와같은 약 830psig의 높은 투입 압력으로 작동시킬 경우 상부 스트로크상 유출구 압력을 유입부 투입 압력이 하부스트로크 상이 아닌 상부스트로크 상에서 펌핑 작용을 보조하기 때문에 하부스트로크상 유출구 압력보다 더 높은 약 1900psig일 것이다. 압력 증가는 유출구 측면상 피스톤 면적의 2배인 유입구 측면상 피스톤 표면적에 기인하여 투입압력의 2배일 것이다.

따라서, 높은 공급 압력을 수용할 수 있는 4개의 체크 밸브가 있는 복동 피스톤 펌프는 액체 이산화탄소를 가압하기 위한 본 발명에 특히 적합하다. 이러한 유형의 펌프 각각의 상부 및 하부 구획 모두에는 각각 유입 및 배출 체크 밸브가 있다. 피스톤에는 체크 밸브가 없다. 피스톤 대는 양쪽 말단을 패킹시킴에 따라 실린더의 양쪽 말단을 통하여 신장된다. 펌프 디자인과 작동은 배출구 압력이 사이클의 양쪽 부분에서 동일하도록 상부스트로크 및 하부스트로크 방향에 있어서 대칭이다. 피스톤이 상부로 운동할때 유전체는 상부 배출 체크 밸브에서 흘러나와서 동시에 하부 주입 체크 밸브로 흘러 들어간다. 이어서, 피스톤이 하부로 운동할 때, 유체는 하부 배출 체크 밸브에서 흘러 나오는 반면 유체는 상부 주입 체크 밸브로 흘러들어간다.

펌프(110)는 적절한 수단에 의해 구동될 수 있다. 각각 라인(10, 12 및 14)로부터 공기가 공급되는 에어모터(112)를 사용하여 펌프-온 수용 성능을 부여할 수 있다. 필요에 따라 순환식 냉동 시스템(나타내지 않았음)을 사용하여 캐비테이션을 피하기 위하여 펌프(110)를 냉각시킨다. 일반적으로, 전형적인 무공기 분무건적용의 경우 이산화탄소는 보통 약 1200 내지 약 2200psig(약 1070psig의 임계 입력 이상)의 압력으로 펌핑된다.

피복 조성물은 압력 포트(114)와 같은 적절한 공급원으로부터 연속 공급된다. 비록 이러한 포트중 하나만을 도면에 나타냈지만, 다수의 이러한 포트가 시리즈로 또는 평행하게 사용될 수 있는 반면 다른 것들은 목적하는 연속 유동을 제공하기 위하여 동시에 충진된다. 피복 조성물은 우선 본 양태에서 전술한 3개의 복동 체크 밸브 왕복 운동 피스톤 펌프인 펌프 수단(116)에 의해 펌핑시킬 수 있다. 각각 라인(10, 16 및 18)로부터 가압 공기가 공급된 에어모터(118)는 펌프를 구동시키는데 사용될 수 있다. 이러한 왕복운동 펌프는 매우 두껍고 점성이고/거나 마모성인 피복 조성물이 사용될 경우 보조 펌프로서 사용될 수 있다. 이와는 달리, 피복 조성물은 정밀 기어 펌프(126)에 직접 펌핑된다.

이산화탄소는 펌프(110)에 의하여 가압된 후 제 2 도에 대하여 전술한 방법으로 질량 유량을 측정하기 위하여 코리올리 질량류 미터를 통해 통과한다. 측정된 질량 유량은 전자 수용장치(122)에 의해 감지되고 이어서, 전자 신호가 전술한 바와같고 동일한 방법으로 작동하는 전자 비 조절기(124)로 보내진다.

이와 동시에, 피복 조성물은 요구에 따라 정확한 양의 피복 조성물을 수송할 수 있는 정밀 기어 펌프(126)로 공급된다.

비 조절기(124)는 장치(122)로부터 전자 신호를 수용하도록 프로그래밍시킬 수 있는 분리 회로를 함유하고 이어서 이의 속도를 조절하기 위한 펌프(126)에 대한 신호를 생성한다. 이와 상응하게, 펌프(126)에서 이동하게 되는 피복 조성물의양은 질량류 미터(120)에 의해 측정된 이산화탄소의 양에 대해 예정된 비로 거의 정확하게 조절된다. 비 조절기는 수용장치(122)로부터 질량 유량 정보를 수용하고 또한 기어 펌프(126)에 의하여 펌핑된 후 피복 조성물이 통과하는 정밀 기어 측정 장치(130)로부터 비 조절기로 정보를 보낼 수 있는 마이크로프로세서(128)와 동시에 작동한다.

측정 장치(130)에 의하여 측정된 유량은 마이크로프로세서(128)에 의하여 전자적으로 수용되는 유동 피드백 신호를 생성한다. 마이크로프로세서는 측정 장치(130)에 의해 측정되는 실제 유량과 필요한 목적 유량을 비교하여 이의 미리 설정된 프로그램을 기본으로 피복 조성물과 이산화탄소의 목적비를 제공하고 적절한 전자 지시를 조절기(124)로 보내 목적하는 유량을 수득하기 위해 필요한 펌프(126)의 속도를 조절한다.

계산능력이 있는 일반 목적의 몰리텍 데이타로서(Molytek data logger)(135)는 스트림 특성과 관련한 데이타 프린팅 및 계산에 사용될 수 있다. 추가로, 혼합된 액체 조성물과 관련될 수 있는 분무 버스트 방식에 기인하여, 버스트 방식 신호 조정 모듈(132)은 또한 바람직하게는 하나의 짧은 분무 버스트 또는 불연속의 짧은 분무 버스트 시리즈를 평가하는데 사용된다.

측정 장치(130)로 통과시킨 후, 피복 조성물을 이산화탄소와의 혼합물을 돕기 위하여 점도를 감소시키기 위해 히터(134), 바람직하게는 전기 고압 페인트 히터로 가열한다. 이후에, 가열된 피복 조성물을 바람직하게는 유체 필터(136)중에서 여과하여 체크 밸브를 통해 혼합 메니폴드(138)속으로 도입하며, 조성물은 체크 밸브를 통해 혼합 메니폴드(138)속으로 통과한 후, 이곳에서 이산화탄소와 적합한 비율로 결합된다.

혼합 메니폴드에서 피복 조성물과 이산화탄소가 함께 정확하게 분배된 후, 도면에서 일반적으로 (500)으로 표시된 순환 루프 속에서 도입한다. 순환 루프를 연속적으로 펌핑하고, 균일하게 혼합하고 피복 조성물 및 이산화탄소의 혼합물을 가열하여, 이산화탄소가 도입되어 초임계 상태로 머무르게 하고, 또한 피복 조성물과 초임계 이산화탄소의 액체 혼합물이, 요구되는 대로의 혼합물이 분무될 수 있는 분무 수단을 통해 순환할 수 있게 한다.

특히 일단 순환 루프(500)로 도입되면, 혼합물을 일반적으로 먼저 보다 균일한 블렌드를 제공하도록 돕는 정적 혼합기(140)를 사용하여 혼합한다. 이후에 혼합물을 히터(142)로 통과시켜 이산화탄소의 임계 온도(대략 31℃)이상이고 초임계 상태의 이산화탄소를 제공하는 바람직한 분무 온도를 얻는다.

이후에, 피복 조성물 및 초임계 이산화탄소로 이루어진 액체 혼합물을 필터(144)에서 한번 더 여과하고, 액체 혼합물의 상(phase)상태를 조사하기 위해 사용되는 저구슨 가시창(Jerguson sight glass)(146)으로 통과시킨다. 순환 루푸중의 순환 유동은 기어 펌프(148)을 사용함으로써 수득된다. 입력 경감밸브(150)는 바람직하게는 시스템을 과압으로부터 보호하기 위해 제공된다.

혼합된 액체 조성물은 밸브의 적합한 개폐에 의해, 무공기 분무건 또는 무공기 정전 분무 건상의 방아쇠를 잡아당김으로써 요구되는 대로 수동 조작할 수 있거나, 왕복기(나타내지 않음)상에 설치될 수 있는 분무건에 의해 자동 조작될 수 있는, 일반적으로 도면에서(600)으로 표시된 분무장치로 통과시킬 수 있다.

제 4 도에 나타낸 보다 바람직한 태양에 있어서, 도면에서 일반적으로(2)로 나타낸 냉동제 이산화탄소 도입 시스템으로부터 이산화탄소를 연속적으로 공급한다. 먼저 대략 300psig의 냉동제 이산화탄소를, 초기 가압을 위한 이산화탄소 도입 시스템(2)[Haskel Inc., Model AGD-15]에 위치하는 공기 구동된 이산화탄소 프라이머 펌프(나타내지 않음)에 도입한다. 이산화탄소 공급원(2)과 프라이머 펌프사이의 공급 라인은 바람직하게는 절연되고 또한 이산화탄소(대략 1/2lb/hr)를 공급라인 둘레를 감싸는 코일을 통해 취입시킴으로써 냉각시킨다. 공급라인 중의 함습 유동 변동을 돕기 위해 서지 탱크(surge tank)를 제공한다. 약 1000 내지 약 1400psig의 압력을 갖는 이산화탄소를 인라인 여과기(8)을 통해 여과한 후, 이산화탄소 액체 펌프(하스켈 안코포레이티드, 모델 DSF-35)를 사용하여 약 1600 내지 약 2300psig로 가압한다. 이 액체 펌프는 공동현상을 피하기 위해 요구되는 냉동 과정 없이, 가압하에서 액화된 기체를 펌핑하도록 고안된 삼-방향 순환 스푸울을 실용화한 단동 펌프이다. 필요할 경우, 단동 펌프에 의해 유발될지도 모르는 유출 변동을 감소시키는 것을 돕기 위해, 집적기(43)와 같은 집적기(제시하지는 않음) 또는 서지 탱크(9)와, 같은 서지 탱크를 펌프후에 즉각적으로 사용할 수 있다. 또한, 다르게는 필요할 경우, 4개의 체크 밸브를 갖는 복동 펄프를 사용할 수도 있다. 적합한 인라인 여과기(13)를 통과한 후, 가압된 이산화탄소를 압력 조절기(15)(서클 실 압력 조절기)를 사용하여, 통상적인 기밀된 분무건 적용시 약 1300 내지 약 2000psig(이의 임계 압력이상)의 고정된 배출 압력을 갖도록 하향 조절한다.

가압 및 조절한 후, 이산화탄소를 코리올리 미터(21)(마이크로 모션, 인코포레이티드, 모델 D6)를 통해 유출시켜 진(true) 질량 유량을 측정한다. 20에서 병렬로 연결된 모세관(1ft×1/16 in OD) 및 체크 밸브(25psig)를 코리올리 미터보다 먼저 설치하여 액체 펌프(10)를 작동시킬 때, 대규모의 이산화탄소 유출 서지가 일어나는 것을 막고, 이산화탄소 유량을 서서히 감소시킨다. 25에서 직렬로 연결된 호크(Hoke) 글로발 밸브 및 모세관(7ft×1/16 in OD)을 대조 실험에 사용하고, 초기 시동 동안 이산화탄소 유출을 제한한다. 시스템에 압력을 가한 후, 또 다른 호크 글로발 밸브(26)를 개방하여 정상 수행동안 고정된 이산화탄소 유출이 이루어지도록 한다. 압력 경감 밸브(12)(제조원 : Anderson Greenwood)를 사용하여 이산화탄소 시스템이 과압되는 것을 막는다.

피복 조성물을 제 3 도에 도시된 바와같은 피복물 공급 시스템을 통해 통상적으로 공급한다. 질소를 사용하는 직접기(14)(토볼, 모델 3AT30-2)를 임의의 압력 맥동을 상쇄시키는데 사용한다. 피복물 유량을 정밀 기어 펌프(18)(제니스, 모델 HLB-5592)를 사용하여 계량한다. 피복물 공급 시스템(3)으로부터 공급되는 점성의 피복물을 부스터 펌프(제시하지 않음)를 사용하여 통상적으로 가압하여, 공동 현상을 피하기 위한, 여과기를 통과한 충분한 유출 및 제니스 계량 펌프에 대한 공급 라인을 제공한다. 이러한 부스터 펌프는 하스켈 형 펌프(10)와 유사한 액체 펌프를 포함할 수 있으나, 상-방향 순환 스푸울은 포함하지 않는다. 제니스 펌프(18)는 재순환 루프에 피복 조성물을 공급하는데 필요한 양의 압력을 공급한다. 정밀 기어 측정장치(24)(에이더블유 캄파니, 모델 ZHM-02)를 사용하여 피복 조성물의 유량을 측정한다. 제니스 펌프의 속도 목표값은 마이크로 모션 리모트 전자 유니트(16)로부터 주입 신호를 수신하는 제니스 속도 조절 시스템(17)으로 조절한다. 피복 계량속도는 측정 장치(24)로부터 수신된 피복물 유출 피드백 신호를 사용하여 전기적으로 조절한다. 따라서, 두개의 공급물을 메니폴드(39)에서 순환 루우프의 입구에서 합할 경우, 목적하는 이산화탄소 질량비를 유지한다. 다른 양태로서, 전기적으로 조절하는 제니스 펌프 대신, 대조 시스템(17)을 펌프에 연결된 펌프 공기 드라이브 시스템에 유용한 가압시킨 공기량을 조절하는 공기 구동 대조 밸브(제시하지 않음)를 조절하는데 사용할 수도 있다.

피복 조성물은 순환 루프에 유입되기 전에 연속적으로 접속된 하나 이상의 가열기[빙크스 가열기(Binks heaters)] 및 페인트 여과기(32)[브링크스 페인트 여과기(Brinks paint filter]를 통해 흐른다. 압력 제거 밸브(29)[제조원 : Anderson Gleenwood)가 과압으로부터 피복 조성물계를 보호하는데 사용된다.

다중-채널 유동 컴퓨터 22(Aw Co., Model EMo-1005)는 순간 유량 및 누적 유량 계산/지시의 두 용도로 사용된다. 계산 능력을 갖는 몰리텍 데이타 로거(27)의 일반적 용도는 데이타 프린팅 및 두 스트림의 특성의 계산 기능이다.

피복 조성물 및 이산화탄소를 메니폴드(39)에서 배합시킨 후, 순환루프에 유입시키기전에 정적 혼합기(40)(제조원 : Binks)를 통해 통과시킨다. 체크 밸브(36 및 37)은 두 유체의 역류를 방지한다. 이어서, 배합된 혼합물을 순환 루프내의 또 다른 정적 혼합기 내(Brinks)내에서 혼합시킨다. 연속적으로 접속된 45 및 65의 두개별적 세트를 통해 순환 루프내에서 혼합물을 가열하여 약 40℃ 내지 약 70℃의 목적하는 온도가 되도록 조절한다. 일단 이러한 온도 범위로 가열이 되면, 이산화탄소는 초임계 상태가 되며, 최종적으로 분무되기 전까지의 순환되는 상태로 유지된다. 또한, 호합물은 두 여과기(47 및 66)을 통해 흐르게 되며, 기어 펌프 61(Zenith, Model HLB-5592)에 의해 루프내에서 순환된다.

축압기(43)(Tobul, Model 47A30-4)은 분무 시스템(100)이 활성화될 때 루프내에서 가압을 최소화하고 루프 용량을 증가시키는데 사용된다. 과압으로부터 루프를 보호하기 위해 압력 제거 밸브(53 및 63)(Anderson Gleenwood)을 사용한다. 루프내 혼합물을 조망하고, 그의 상을 관찰하기 위해 가시 창(50)(Jerguson)을 사용한다. 순환 루프내 유체의 밀도 및 유량을 모니터하기 위해, 질량 유량 미터 54(Micro Motion Inc., Model D12)를 사용한다. 혼합된 액체 혼합물을 분무 시스템(100)으로부터 기체상으로 분무시킨다.

본 발명의 대체적인 양태에 있어서, 도면 제5도에 예시된 바와같은 질량 유량 조절기(제류기를 가로지르는 차동 압력 조절)를 초임계 이산화탄소 및 피복 조성물이 적절한 비가 되도록 하는데 사용한다. 성분을 사용하기에 앞서 정적 혼합기를 통과시켜 혼합한다. 분무 건으로 온/오프를 작동시키기 위해 각 조절기의 밸브 하부 스트림을 분무 건 밸브와 동시에 개폐시킬 수 있다. 보조 시스템이 항온에서 모든 유체 스트림을 유지시킬 수 있다.

도면 제 3 도 및 도면 제 4 도에 기술된 양태에 있어서 피복 조성물을 순환 루프내로 펌프시키기 위해 양변의 펌프(Zenith 정밀 기어펌프)를 사용한다. 도면 제 6 도에서 예시된 대체적 양태에 있어서, 양변위 펌프는 2개의 조절 밸브로 대치된다. 전자 비 조절기가 개별적인 유동 미터로부터 이산화탄소 유량 및 피복 조성물 유량 신호를 수용한 후 목적하는 이산화탄소/피복 조성물 비가될 때까지 조절 밸브 #2를 조정한다. 이산화탄소 유량이 0에 근접하면 온/오프 밸브 #1이 자동적으로 닫힌다.

[실시예]

[실시예 1]

압축성 이산화탄소 유체와 비압축성 피복제제 유체를 연속적으로 혼합하기 위한 장치를 제 3 도에 나타낸 계통도에 따라 조립한다. 장치를 사용함으로써, 압축성 이산화탄소 및 비압축성 피복제제를 목적하는 곳에 정확하게 분배하고 펌프하여 기질위에 피복제제의 분무적용을 위한 적합한 농도의 이산화탄소가 함유된 액체 혼합물을 형성한다. 압축성 액체 이산화탄소는 실온 및 약 830psig 압력에서 배기 튜브를 통하여 린드(Linde) 크기의 K실린더(100)로부터 공급한다. 이산화탄소는 에어모터(112)[그라코(Graco) 모델 207-352]에 의해 조작되는 4개의 왕복운동하는 복동 밸브 피스톤 펌프(110)[그라코 모델 947-963]를 사용함으로써 목적하는 분무압력 1600psig로 가압할 수 있다. 펌프를 구리관의 호일로 싸서 절연시키고, 순환 냉장시스템(나타내지 않음)을 사용하여 펌프를 냉각시켜 캐비테이션을 진압한다. 펌프를 분무로 인해 펌프외부에 발생하는 압력을 약간을 떨어뜨릴 정도로 목적하는 곳에 이산화탄소를 펌프한다. 유니트를 분무하지 않으면, 펌프의 압력이 분무건 및 진열된 펌프와 같아진다. 코리올리 질량유량계(120)[마이크로 모오션(Micro Motion) 모델 D6]를 사용하여 이산화탄소의 질량 유량을 측정한다. 이산화탄소는 체크 밸브를 통하는 관모양의 t-접촉부위인 혼합 매니폴드(138)내로 유동된다. 비압축성 피복제제(하기에 기술되는)공기를 사용하여 50psig로 가압된 2-갤런 압력 포트(14)[Binks 모델 83-5504]로부터 공급된다.

피복제제는 에어 모터(118)[그라코 모델 207-352)로 작동되는 3개의 왕복운동을 하는 복동 밸브 피스톤 펌프(116)(그라코 모델 207-865)로 사용하여 약 1200psig로 압축한다. 피복제제를 보다 바람직한 유속에서 정밀 기어 펌프(126)[제니스 모델(Zenith model) HMB-5740, 5.5-cc/회전수]로 계량하면 측정된 이산화 탄소의 유량에 대해 액체 혼합물중의 28중량%의 이산화탄소를 생성한다. 피복제제를 기어 펌프로 가압하여 1600psig의 분무압력이 되게 한다. 질량 유량계(120)는 이산화탄소 유속을 측정하고 신호를 질량 유량계(122)[마이크로 모오션(Micro motion) 전자 모듈러스]의 전자 변환기로부터 정밀 기어 펌프(126)의 작동 속도를 조절하는 전자비 조절기(124)[제니스 메터링(Zenith Metering)/컨트롤 시스템(Control System) QM 1726E]로 보낸다. 정밀한 기어 펌프(126)를 펌프하면, 피스톤 펌프가 그의 외부에서 압력의 감소에 의해 활동적이 된다. 기어 펌프를 펌프하지 않으면, 기어 펌프 내부의 압력 및 피스톤 펌프 외부에 압력이 같아지고 피스톤 펌프가 고정된다. 기어 펌프(126)에 의해 생성되는 피복제제 유량을 정밀한 기어 유량계(130)[에이 더블유 캄파니(AW company) 모델 ZHM-02]로 측정하여 이동되는 유량을 모니터하지만, 이는 피드백 조절용으로 사용되지는 못한다. 피복제제는 체크 밸브를 통하여 혼합매니폴드(138)내로 유동하기 전에 전기 고압 페인트 가열기(134)(빙크스 모델 42-6401)내에서 가열하고 고압 페인트 여과기(136)(빙크스 모델 107-1065)내에서 여과한다. 합한 이산화탄소 및 피복제제를 혼합 매니폴드(138)으로부터 순환 루프(500)내로 유동시킨다.

순환루프에는 정적 혼합기(140)[케닉스(Kenics)], 고압 페인트 가열기(142)(빙크스 모델 42-6401), 고압 페인트 여과기(144)(빙크스 모델 107-1065), 고압 가시창(146)[저구슨(Jerguson) 모델 15-T-32], 진공 분무건[순환하는 노드슨(Nordson) 모델 474], 및 순환 기어 펌프(제니스 모델 HLB-5592, 30-cc/회전수)가 포함되어 있다. 혼합된 액체 혼합물을 높은 유량으로 루프 둘레를 순환시키고 약 60℃의 온도로 가열한다. 분무건은 분무자동 분무기위에 고정시킨다.

혼합된 액체 혼합물을 분무하고 다수의 금속 판을 피복제제로 피복한다. 장치는 계속해서 혼합된 액체 혼합물중의 28% 이산화탄소의 바람직한 농도에서 압축성 이산화탄소 및 비압축성 피복제제를 분해시키고 1600psig의 목적하는 분무 압력을 유지시킨다. 혼합된 액체 혼합물 온도는 분무건에서 60℃의 목적하는 분무 온도를 유지시킨다. 이산화탄소 유동은 분무건을 분무함으로써 목적하는 곳에서 개시하고 피복제제 유동은 질량 유량계에 의해 측정된 이산화탄소 유동과 관련하여 정확하게 측정한다. 이산화탄소 유동은 분무건이 분무를 멈추면 정지시키고 피복제제 유동은 이산화탄소가 유동을 멈추면 정지시킨다.

비압축성 피복제제는 25% 메틸 아민 케톤 용매중에 용해된 75% 비휘발성 아크릴산 중합체를 함유하는, 롬 앤드 하스 아크릴로이드(Rohm & Hass Acryloid) AT-400 및 20% 이소부탄올 용매중에 용해된 80% 비휘발성 멜라민 중합체를 함유하는 가교결합제인, 아메리칸 시안아미드 사이멜(American Cyanamid Cymel) 323수지를 하기와 같은 비율로 용매 n-부탄올 및 메틸 아민 케톤과 혼합시킴으로써 제조된다 :

아크릴로이드 AT 400 8, 694.0g

사이멜 323 2, 718.0g

n-부탄올 626.0g

메틸 아민 케톤 1, 336.0g

총 13, 374.0g

65.01% 고체 분획 및 34.99% 용매 분획을 함유하는 피복제제는 하기와 같은 성분 조성을 갖는다 :

AT-400중합체 6, 502.5g 48.75%

사이멜 323중합체 2, 174.4g 16.26%

이소부탄올 543.6g 4.07%

n-부탄올 626.0g 4.68%

메틸 아밀 케톤 3,509.5g 26.24%

총 13,374.0g 100.00%

피복제제는 하기와 같은 특성을 갖는다 :

용매 함량 350g/ℓ

점도 940센티포이즈

액체 밀도 999g/ℓ

혼합된 액체 혼합물의 점도는 분무 온도 및 압력에서 약 30센트포이즈이다.

[실시예 2]

제4도에 도시한 반응도식에 따라, 압축성 이산화탄소 유체를 비압축성 피복조성물 유체와 연속적으로 혼합하기 위한 장치를 조립한다. 이 장치를 사용하여, 압축성 이산화탄소 및 비압축성 피복조성물을 기질에 분무도포하기에 적합한 농도의 이산화탄소를 함유하는 혼합된 액체 혼합물을 형성시킨다. 피복조성물 및 분무조건은 실시예 1에서와 동일하다. 약 830psig의 압력하 실온에서 린드(Linde) 크기 K 실린더(2)로부터 배출튜브를 통해 압축성 액체 이산화탄소를 인출시킨다. 압력하에서 액화기체를 펌핑하려가 고안한 3가지 순환 스풀을 구비하며 공기모터로 인출되는 왕복 단동 피스톤 펌프(10) (Haskel 모델 DSF-35)를 사용하여, 이산화탄소를, 바람직한 분무압인 1600psig 보다 약 400psig 큰 약 2000psig까지 가압한다. 캐비테이션을 방지하기 위하여, 순환 스풀을 공기 구동시켜 펌프가 단지 압력 스트로크에 대해서만 동력을 나타내도록 한다. 복귀스트로크(흡입)는 유입압을 이용하여 펌프로 인출시킨다. 펌프를 냉각시키기 위하여 어떠한 냉장고도 사용하지 않는다. 분무때문에 펌프 배출구에서 발생한 압력이 약간 하강함에 따라서 필요에 따라 이산화탄소를 펌프로 펌핑시킨다. 이어서, 압력조절기(15)(Scott 고압조절기 모델 51-08-CS)를 사용하여, 이산화탄소 압력을 목적하는 1600psig의 분무압까지 하강하도록 조절한다. 압력 조절기는, 분무 때문에 조절기 배출구에서 발생한 압력이 약간 하감함에 따라서 이산화탄소가 유동하도록 한다. 유니트를 분무하지 않는 경우, 조절기 배출구에서의 압력이 분무건에서의 압력으로 평형화되어서, 어떠한 이산화탄소도 조절기로부터 유동하지 않는다. 유사하게는, 펌프(10)에서의 압력은 조절기 유입구에서의 압력까지 평형화되고 펌프는 저지된다. 이산화탄소는 체크 밸브를 통해, t-연결관인 혼합매니폴그(39)로 유동된다.

공기에 의해 50psig까지 가압된 2갤런 들이 압력포트(3)(Binks 모델 83-5504)로부터 비압축성 피복 조성물을 인취시킨다. 피복 조성물을 약 1600psig까지 가압하고 적합한 유량으로 정밀 기어 펌프(18)(Zenith 모델 HMB-5470, 5.5cc/회전)를 사용하여 측정하고, 측정한 이산화탄소 유량에 따라, 혼합된 액체 혼합물 중에서 28중량%의 이산화탄소를 수득한다. 질량유량계(21)로 이산화탄소 유량을 측정하고 질량유량계(Micro Motion 전자단위)의 전자변환기(16)로부터, 정밀 기어 펌프(18)의 작동속도를 제어하는 전자비 조절기(17)(Zenith Metering/Control System 모델 QM1726E)로 신호를 보낸다. 기어 펌프(18)가 제공한 피복 조성물 유량은 정밀 기어 유동계(24)(AW Company 모델 ZHM-02)로 측정하여 전송시킨 유량을 모니터하지만, 피드백을 제어하기 위하여 사용하지는 않는다. 피복조성물을 전기 고압 페인트 가열기(31)(Binks 모델 42-6401)에서 가열하고, 고압 페인트 여과기(32)(Binks 모델 107-1065)에서 여과한 후, 체크 밸브를 통해 혼합용 매니폴드(39)로 유동시킨다. 혼합된 이산화탄소 및 피복 조성물을 혼합용 매니폴드(39)로부터 정적 혼합기(40)(Kenics)를 통해 순환루프로 유동시킨다.

순환루프는 정적 혼합기(41)(Kenics), 축전지(43)(Tobul 모델 4.7A30-4), 고압 페인트 가열기(42)(Binks 모델 42-6401), 고압 페인트 여과기(47)(Binks 모델 107-1065), 고압 가시창(50)(Jerguson 모델 HLB-5592, 30cc/회전)를 구비한다. 혼합된 액체 혼합물은 루프주위에서 높은 유량으로 순환시키고 약 60℃까지 가열한다. 분무건을 스프레이메이션(Spraymation) 자동 분무기상에 장착시킨다. 혼합된 액체 혼합물을 분무하고 피복조성물로 대다수의 금속 판넬을 피복시킨다. 이 장치는 연속적으로 압축성 이산화수소 및 비압축성 피복 조성물을 목적하는 농도인 28%의 이산화탄소로 분해시키고 목적하는 1600psig의 분무압을 유지시킨다. 혼합된 액체 혼합물 온도는 분무건에서 목적하는 분무온도인 60℃에서 유지시킨다. 분무건을 분무시켜 필요에 따라서 이산화탄소를 유동시키고, 질량유량계로 측정한 이산화탄소 유동에 따라서 피복조성물 유동을 정확히 계량한다. 분무건이 분무를 중단하면 이산화탄소 유동이 중단되고 이산화탄소가 유동을 중단하면 피복조성물 유동이 중단된다. 분무압은 실시예 1에서 보다 훨씬 덜 변동한다.

[실시예 3]

장치, 작동조건 및 수행방법은 실시예 2와 동일하되, 단 정밀 기어미터(24)에 의해 측정된 피복제제의 유속은 유동 컴퓨터(22)(AW Company, 모델, EMO-1005)를 통해 피드백 로프를 형성함으로써 속도 조절 시스템(17)를 통해 정밀 기어 계량펌프(18)의 속도 조절을 전기적으로 조절하기 위해 사용된다. 이러한 방법에 있어서, 계량 펌프(18)의 속도는 속도 및 압력을 펌핑시켜 펌핑 효율에 있어서의 변환을 보완하기 위해 작동적으로 조절된다. 실시예 2에서, 피드백 제어없이, 평균 펌핑 효율은 정확한 펌프 속도를 계산하는데 사용되어야만 한다. 피드백 제어는 또한 특히 마모성 피복제제를 펌핑시킬 경우의 마모로 인해 시간이 경과함에 따라 발생되는 계량펌프효율에 있어서의 변화에 대해 자동적으로 보완된다. 하기의 계량펌프효율은 펌핑 압력 및 속도의 함수로서 측정된다 :

유량(CC/분)

비압축성 피복제제는 롬 앤드 하스 아크릴로이드 AT-400 수지, 롬 앤드 하스 아크릴로이드 AT-954 수지(20% 메틸 아민 케톤 용매중에 용해된 80%의 비휘발성 아크릴 중합체를 함유한다), 및 사이멜 323 수지로부터 상기 수지들을 용매인 n-부탄올, 에틸 3-에톡시프로피오네이트(EEP), 메틸 아밀 케톤, 및 크실렌과 하기의 비율로 혼합시킴으로써 제조한 투명한 아크릴성 피복제제이다 :

아크릴로이드 AT-400 6,520.5g

아크릴로이드 AT-954 1,917.8g

사이멜 323 2,718.0g

n-부탄올 626.0g

EEP 889.0g

메틸 아밀 케톤 320.0g

크실렌 39.0g

총 13,030.3g

피복제제는 66.73%의 고체 분획 및 32.97%의 용매 분획을 하기의 성분조성으로 함유한다 :

AT-400 중합체 4,890.4g 37.53%

AT-954 중합체 1,630.1g 12.51%

사이멜 323중합체 2,174.4g 16.69%

이소부탄올 543.6g 4.17%

크실렌 39.0g 0.30%

n-부탄올 626.0g 4.80%

메틸 아밀 케톤 2,237.8g 17.18%

EEP 889.0g 6.82%

총 13,030.0g 100.00%

피복제제는 하기의 특성을 갖는다 :

용매 함량 336g/ℓ

점도 670센티포이즈

액체 밀도 1013g/ℓ

[실시예 4]

본 실시예에서, 장치, 작동 조건, 방법 및 피복제제는 실시예 3과 동일하되, 단 다음과 같이 변화시킨다. 약 300psig의 압력에서 약 380파운드의 이산화탄소를 유지하는 Airco 극저온성 실린더로부터 이산화탄소를 공급한다. 이덕터 튜브를 통해 실린더로부터 액체 이산화탄소를 배출시킨다. 하스켈(Haskel) 단동 가스 가압 펌프 모델 AG-15를 극저온성 실린더에 설치하고, 이산화탄소 펌프(10)에 약 1100psig로 이산화탄소 공급을 가압시키기 위해 사용하는데, 이때 실온에서의 증기압을 넘는다(약 830psig). 극저온성 실린더에서 가스 가압 펌프로의 튜빙(tubing)은 절연되었으며, 시간당 약 1/2파운드의 액체 이산화탄소가 증기화되어 공급 라인을 차갑게 유지하기 위해 배출되고, 특히 이산화탄소가 유동하지 않을 경우 가압 펌프의 캐비테이션을 감소시키는 말단부에 느린-개발 밸브를 갖는 가는 모세관 튜브로 확인된다. 배출 이산화탄소는 극저온성 실린더의 출구 밸브에 설치된 t-연결부로 부터 배출된다. 작은 고압 서지 탱크(a)(Hoke 실린더 모델 4HDM300, 300cc 용량)는 이산화탄소 펌프(100)앞에 설치되어 단동 가압 펌프에 의해 유발되는 유동 및 압력 변동을 완화시킨다. 허용되는 가스 가압 펌프를 사용하여 이산화탄소 액체 펌프(10)가 캐비테이션을 일으킴이 없이 사용되도록 극저온성 이산화탄소를 공급한다. 보다 큰 용량을 갖는 정밀 기어 펌프(18)(Zenith 모델 HLB-5592, 회전당 10cc)를 설치하여 펌프가 동일한 유속에서 보다 느린 속도로 작동하여 펌프의 마모율을 감소시키도록 한다.

[실시예 5]

장치, 작동조건, 방법 및 피복제제는 실시예 4와 동일하되, 단, 극저온성 이산화탄소 실린더로부터 가스가압 펌프로의 공급라인은 모세관 튜브를 통해 방출되는 이산화탄소에 의해 절연시키거나 냉각시키지 않는다. 이로인해 가스 가압 펌프는 실질적으로 더욱더 캐비테이션을 일으켜 동일한 질량유량의 이산화탄소를 수송하기 위해 훨씬 빠른 속도로 작동하게 한다. 이는 보다 큰 압축 작용으로 인해 가스 가압 펌프가 이산화탄소를 가열시키도록 한다. 가스 가압 펌프는 31℃(내지 약 40℃)의 임계 온도이상으로 이산화탄소를 가열시키고, 이를 1070psig(내지 약 1300psig)의 임계 압력 이상으로 가압시켜, 이산화탄소를 초임계 유체로 만든다. 이산화탄소 펌프(10)는 초임계 이산화탄소를 2000psig로 가압시킨다. 초임계 이산화탄소는 액체 이산화탄소보다 훨씬 더 압축 가능하기 때문에, 압축 작용은 또한 이산화탄소펌프(10)에서 더욱 크며, 따라서 이산화탄소는 압력 조절기(15) 및 질량 유량계(21)를 통해 통과될 경우와 같이 유지, 가열되며 초임계적이고, 혼합매니폴드(39)에서 피복제제와 혼합된다. 이산화탄소는 필요시 유동하며 계량되거나 유동되지 않기 때문에, 압축성에 의해 유발되는 이산화탄소 공급라인에서의 유동 및 압력 변동은 일어나지 않는다. 압축성 액체 이산화탄소가 압축성 초임계 이산화탄소 대신에 공급 시스템내에 존재할 경우 장치는 작동된다. 후속 공정에서, 공급 시스템중의 이산화탄소의 상 상태는 액체에서 기체상으로 광범위하게 변하여 액체 및 기체 유동을 함께 결합시키며, 장치는 상이하고 다양한 상태에도 불구하고 계속해서 잘 조화되어 펌프질하게 된다.

[실시예 6]

장치, 작동 조건, 방법 및 피복제제는 실시예 4와 동일하되, 단동 가스 부스터 펌프를 4개의 체크 밸브를 갖는 복동 가스 부스터 펌프(Haskel model AGD-15)로 대체시킨 것만 예외이다. 이는 이산화탄소 펌프로의 공급라인(10)중 압력변동을 더 감소시킨다.

[실시예 7]

장치, 작동조건, 방법 및 피복제형은 실시예 4와 동일하되, 모세관(1ft×1/16inch OD) 및 25-psi 개방압력을 갖는 스프링-부하 체크 밸브를 압력 조절기(15)와 코리올리 질량 유동계(21) 사이의 이산화탄소 공급 라인중에 평행으로 설치하는 점이 예외이다. 이는 이산화탄소 유동이 갑작스럽게 공급되기 시작할때 대량의 갑작스런 이산화탄소 유동서지를 피하는데 도움을 준다. 이산화탄소 유동은 이미 모세관을 통해 시작된 후, 이산화탄소가 더욱 대량으로 유동할 수 있도록 체크 밸브를 끝으로 개방하여, 입력저하가 25psi를 초과할 때까지 모세관으로 제한한다. 그러므로 정밀 기어 미터가 이산화탄소 유속에서의 단계-변화 또는 급속 펄스에 대해 즉시 반응할 필요가 없어, 더욱 매끄럽고 정확한 분배 조절이 수득된다.

[실시예 8]

실시예 2의 장치를 사용하여 가교결합 또는 베이킹을 필요로 하지 않는 깨끗한 아크릴계 피복물을 제공하는 비-압축성 피복제제로 압축성 이산화탄소의 균형을 잡는다. 상기 피복 제형은 롬 앤드 하스 아크릴로이드(Rohm & Haas Acryloid) B-66 수지로부터 상기 수지를 메틸 아밀 케톤 용매에 용해시켜 제조한다. 상기 피복 제형은 중합체 분획 35.00%와 용매 분획 65.00%를 함유하며 다음 특성을 갖는다 :

용매 함량 584g/ℓ

점도 316센티포이즈

액체밀도 898g/ℓ

분자량 45,290중량평균

상기 혼합된 액체 혼합물은 42중량%의 높은 이산화탄소 함량을 가지며 깨끗한 단일상 용액을 제공하는 1600psig 60℃ 내지 70℃에서 분무한다. 분무 점도는 약 20센티포이즈이다. 스프레이메이션 자동 분무기를 사용하여 수많은 패널에 분무시켜 상기 피복제제로 피복시킨다.

[실시예 9]

실시예 8에서와 동일한 장치 및 피복 물질을 사용하는데, 피복제제중 중합체 농도가 더 높다는 것, 즉, 메틸 아밀 케톤 용매중에 용해된 아크릴로이드 B-66이 44%이므로, 매우 높은 점도를 갖는 점이 다르다. 상기 피복제제는 다음 특성을 갖는다 :

용매 함량 516g/ℓ

점도 1060센티포이즈

액체 밀도 922g/ℓ

분자량 45,290중량평균

상기 혼합된 액체 혼합물은 42%의 높은 이산화탄소 함량을 가지며, 깨끗한 단일상 용액을 제공하지만, 용해도 한계점 근처인, 1600psig에 60℃ 내지 70℃에서 분무시킨다. 스프레이메이션 자동 분무기를 사용하여 수많은 패널을 분무하여 피복시킨다.

[실시예 10]

실시예 2에서와 동일한 장치를 사용한다. 깨끗한 아크릴성 피복을 제공하는 피복 제제는 아크릴로이드 AT-400 수지, 아크릴로이드 AT-954수지, 및 사이멜 323 수지로부터, 이들 수지를 용매 n-부탄올, 에틸 3-에톡시 프로피오네이트(EEP), 메틸 아밀 케톤, 메틸 에틸 케톤 및 크실렌과 크실렌에 용해된 유니온 카바이드 실리콘 계면활성제 L5310을 다음 비로 혼합하여 제조한다 :

아크릴로이드 AT-954 1,197.9g

아크릴로이드 AT-400 4,072.9g

사이멜 323 1,697.8g

n-부탄올 391.0g

EEP 555.3g

메틸 아밀 케톤 199.9g

메틸 에틸 케톤 2,860.8g

크실렌 24.4g

크실렌중 50% L5310 32.9g

총 11,032.9g

상기 피복 조성물은 고체 분획 49.23%와 용매 분획 50.77%를 함유한다. 상기 혼합된 액체 혼합물을 낮은 농도의 이산화탄소에서 안정하고 정확하게 분배됨이 입증된, 이산화 탄소 농도 14중량%, 20중량%, 및 25중량%로 60℃, 1600psig에서 분무한다.

[실시예 11]

실시예 2의 장치와 실시예 3의 피복 제제를 사용하여, 압축성 이산화탄소와 비압축성 피복 제제를 공급에 대해 연속적으로 균형을 맞춰 1350, 1600, 및 1950psig의 분무압 및 55℃ 내지 60℃에서 함량이 29.5중량%의 이산화탄소와 혼합된 액체 혼합물을 생산한다. 각 조건에서 수많은 패널을 분무시켜 피복시킨다. 이는 압력 범위상에서 안정하고 정확한 균형을 입증한다.

[실시예 12]

실시예 2의 장치를 사용하여 깨끗한 폴리에스테르 피복을 제공하는 비압축성 피복 제제와 압축성 이산화탄소를 분배시킨다. 피복 제제는 스펜서 겔로그 아로폴라즈(Spencer Kellog Aroplaz) 6025-A6-80 수지[이는 메틸 프로파졸(PROPASOL) 아세테이트(MPA) 용매 20%중에 용해된 비휘발성 폴리에스테르 중합체 80%를 함유한다], 및 사이멜 323 수지로부터, 상기 수지를 용매 n-부탄올 및 부닐 셀로솔브 아세테이트(BCA) 및 계면활성제와 다음 비로 혼합하여 제조한다 :

아로플라즈 6025-A6-80 11,000.0g

사이멜 323 3,666.7g

n-부탄올 450.0g

BCA 2,250.0g

크실렌중 50% L5310 75.0g

총 17,441.7g

피복 제제는 다음 성분 조성을 가지며, 고체 분획이 67.27%이고 용매 분획이 32.73%이다 :

아로플라즈 중합체 8,800.0g 50.45%

사이멜 323 중합체 2,933.4g 16.82%

이소부탄올 733.3g 4.20%

크실렌 37.5g 0.22%

n-부탄올 450.0g 2.58%

MPA 2,200.0g 12.61%

BCA 2,250.0g 12.90%

L5310 37.5g 0.22%

총 17,441.7g 100.00%

피복 제제는 다음 특성을 갖는다 :

용매 함량 360g/ℓ

점도 990 센티포이즈

액체 밀도 1111g/ℓ

함량이 25.5%인 이산화탄소와 혼합된 액체 혼합물을 깨끗한 단일-상 용액을 제공하는 70℃ 및 1600psi에서 분무한다. 스프레이메이션 자동 분무기를 사용하여 수많은 패널을 분무하여 피복시킨다.

[실시예 13]

실시예 4의 장치를 사용하여 깨끗한 공기-건조 알키드 피복물을 제공하는 비압축성 피복 제제와 압축성 이산화탄소를 분배시킨다. 알키드 수지를 크실렌, 메틸 이소부틸 케톤(MIBK), 무기 및 기타 용매중에서 소량의 아크릴 수지 및 폴리에스테르 수지와 함께 용해시켜 피복 제제를 제조한다. 분무하기 전에 전구체 피복 조성물에 0.06%의 지르코늄 및 0.02%의 코발트 경화제(수지중량기준)를 첨가한다. 선구물질 피복 조성물은 하기의 성분 조성을 가진 51.46%의 고형 분획 및 48.54%의 용매 분획을 함유한다.

알키드 수지 3,711.9g 40.14%

아크릴 수지 713.8g 7.72%

폴리에스테르 수지 333.1g 3.60%

MIBK 386.3g 4.18%

크실렌 2,032.5g 21.98%

n-부틸 프로피오네이트 138.0g 1.49%

메틸 아밀 케톤 386.3g 4.18%

n-펜틸 프로피오네이트 138.0g 1.49%

무기 주정 1,407.1g 15.22%

총 9,247.0g 100.00%

피복 제제는 하기 특성을 갖는다 :

용매 함량 467g/ℓ

점도 240 센티포이즈

액체 밀도 964g/ℓ

분자량 25,500중량 평균

이산화탄소 함량이 30.5%인 혼합된 액체 혼합물을 69℃의 온도 및 1600psi의 압력에서 분무한다. 다수의 패널을 분무하고 피복시킨다.

[실시예 14]

흑색 공기-건조 알키드 피복물을 제공하기 위해 착색하는 것을 제외하고는, 실시예 4의 장치를 사용하여 실시예 13의 것과 유사한 비압축성 피복제제와 압축성 이산화탄소를 분배시킨다. 혼합된 액체 혼합물을 15 내지 23중량%의 범위의 상이한 함량의 이산화탄소로 분무한다. 분무 압력은 1200 내지 1600psi이고, 분무 온도는 40 내지 60℃이다. 다수의 패널을 스프레이메이션 자동 분무기를 사용하여 각각의 조건에서 분무 및 피복시킨다.

[실시예 15]

실시예 2의 장치를 사용하여 가교결합 또는 베이킹이 필요하지 않은 깨끗한 셀로로즈 아세테이트 부티레이트 피복물을 제공하는 비압축성 피복제제와 압축성 이산화탄소를 분배시킨다. 피복제제는 Eastman Chemical Cellulose Ester CAB-381-0.1을 용매 메틸 아밀 케톤, 메틸 에틸 케톤 및 부틸 셀로솔브 아세테이트(BCA)중에 용해시켜 제조한다. 피복제제는 하기 성분 조성을 갖는 25.00%의 고형 분획 및 75.00%의 용매 분획을 함유한다 :

CAB 4,800.0g 25.00%

메틸 에틸 케톤 4,480.0g 23.33%

메틸 아밀 케톤 6,720.0g 35.00%

BCA 3,200.0g 16.67%

총 19,200.0g 100.00%

피복 제제는 다음 특성을 갖는다 :

용매 함량 678g/ℓ

점도 347 센티포이즈

액체 밀도 905g/ℓ

분자량 45,260 중량평균

36%의 이산화탄소 함량을 가진 혼합된 액체 혼합물을 1600psig의 압력 및 60℃의 온도에서 분무시켜 깨끗한 단일상 용액을 수득한다. 다수의 패널을 스프레이메이션 자동 분무기로 분무 및 피복시킨다.

[실시예 16]

실시예 2의 장치를 사용하여 깨끗한 아크릴 피복물을 제공하는 비압축성 피복 제제와 압축성 이산화탄소를 분배시킨다. 피복제제는 아크릴로이드 AT-400 수지 및 사이멜 323수지를 용매 n-부탄올, 에틸 3-에톡시 프로피오네이트(EEP), 크실렌, 부틸 셀로솔브 아세테이트(BCA), 및 방향족 물질 100과 하기의 비율로 혼합하므로써 상기 수지로부터 제조한다 :

아크릴로이드 AT-400 8,694.0g

사이멜 323 2,718.0g

n-부탄올 265.0g

EEP 450.0g

크실렌 312.0g

방향족 물질 100 30.0g

BCA 20.0g

크실렌중의 1% L5310 10.0g

총 12,499.0g

선구물질 피복 조성물은 하기의 성분 조성을 가진 69.56%의 고형 분획 및 30.44%의 용매 분획을 함유한다 :

AT-400 중합체 6,520.5g

사이멜 323 중합체 2,174.4g

이소부탄올 543.6g

n-부탄올 265.0g

메틸 아밀 케톤 2,173.5g

EEP 450.0g

크실렌 321.9g

방향족 물질 100 30.0g

BCA 20.0g

L5310 0.1g

총 12,499.0g

피복 제제는 다음 특성을 갖는다 :

용매 함량 312g/ℓ

점도 3500 센티포이즈(60rpm)

2400 센티포이즈(6rpm)

액체밀도 1025g/ℓ

이산화탄소 함량이 30%인 혼합된 액체 혼합물을 67℃의 온도 및 1900psig의 압력에서 분무시켜 깨끗한 단일상 용액을 수득한다. 다수의 패널을 스프레이메이션 자동 분무기로 분무 및 피복시킨다. 이는 고점성 피복제제를 이용한 안정하고 정확한 비례를 예시한다.

[실시예 17]

장치가 1개 또는 2개의 분무건 대신에 동시에 분무하는 12개의 분무기를 공급할 수 있을 정도로 훨씬 큰 규모의 장치를 설치하는 점을 제외하고는, 실시예 3 및 4에 기술된 특성과 함께 실시예 2에서 기술되고 제4도에서 도시된 특성과 유사한 방식으로 압축성 이산화탄소 유체를 비압축성 피복제제 유체와 연속적으로 혼합하기 위한 장치를 조립한다. 특히, 펌프 크기는 더 크다. 저온 실린더(2)로부터 이산화탄소를 공급하기 위해 사용된 가스 부스터 펌프는 4개의 체크 밸브를 가진 하스켈 복동 가스 부스터 모델 8AGD-14이다. 이산화탄소 펌프(10)는 4개의 체크 밸브를 갖는 하스켈 복동 액체 펌프 모델 8DSFD-25이다. 정밀 기어 펌프(18)는 1회전당 20cc 및 수반되는 속도 조절 단위(17)를 갖는 Zenith 모델 HLB-5592이다. 순환기어 펌프(61)는 1회전당 147.5를 갖는 Zenith 모델 HXB-4980이다. 질량 유량계(21)는 Micro Motion 모델 DH-012-5-100이다. 추가로, 세개의 페인트 가열기(31)를 사용하여 피복 제제를 예열시키고 수개의 페인트 가열기(45, 65)를 사용하여 순환루프를 가열한다.

추가의 가열기를 사용하여 열전달 면적을 증가시키고 더 큰 가열 용량을 제공한다. 튜브 사이즈, 이음쇠, 밸브 및 여과기와 같은 기타 부재들도 따라서 규모가 정해진다. 대규모 장치를 사용하여 이미 기술한 조건으로 실시예 3 및 14에서 주어진 피복제제의 비율을 맞춘다. 혼합된 액체 혼합물을 고속 및 대용량으로 분무하고, 다수의 패널을 피복시키면 대규모의 용도에서 안정하고 정확하게 분배됨이 입증된다.

Claims

a) 사실상 압축성인 유체 공급 수단, b) 사실상 압축성인 유체의 질량 유량 측정 수단, c) 사실상 압축성인 유체의 측정된 질량 유량에 반응하는 신호 발생 수단, d) 사실상 비압축성인 유체 공급 수단, e) c)에서 발생한 신호에 반응하는 사실상 비압축성인 유체의 유량 조절 수단, f) 측정된 압축성 유체와 조절된 비압축성 유체의 혼합물 형성 수단을 포함하는 사실상 압축성인 유체와 사실상 비압축성인 유체를 예정된 비율로 혼합하는 장치.
제1항에 있어서, 압축성 유체 공급 수단이 4개의 복동 체크 밸브 왕복 펌프를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 압축성 유체 공급 수단이 공기에 의해 구동되는 삼방향 순환 스풀을 갖는 단동 왕복 펌프를 포함하는 장치.
제3항에 있어서, 단동 왕복 펌프와 압축성 유체의 질량 유량 측정 수단 사이에 유동 완충 수단을 갖는 장치.
제1항에 있어서, 압축성 유체의 유량 측정 수단이 코리올리 질량 유량계를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 비압축성 유체 공급 수단이 복동 왕복 펌프를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 비압축성 유체 공급 수단이 단동 펌프를 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 비압축성 유체의 유량 조절 수단이 양변위 펌프를 포함하는 장치.
제8항에 있어서, 양변위 펌프가 정밀 기어 펌프인 장치.
제1항에 있어서, 압축성 유체와 비압축성 유체의 혼합물 형성 수단이 혼합 매니폴드인 장치.
제10항에 있어서, 혼합 매니폴드 다음에 정적 혼합기를 추가로 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 비압축성 유체의 유량 측정 수단 및 이 측정에 반응하여 신호(이 신호는 부재(e)의 조절 수단에 전송된다)를 발생시키는 수단을 추가로 포함하는 장치.
제12항에 있어서, 유량 측정 수단이 정밀 기어 미터인 장치.
제12항에 있어서, 유량 측정 수단이 질량 유량계인 장치.
a) 사실상 압축성인 유체를 공급하고, b) 사실상 압축성인 유체의 질량 유량을 측정한 다음, c) 사실상 압축성인 유체의 측정된 질량 유량에 반응하는 신호를 발생시키고, d) 사실상 비압축성인 유체를 공급한 다음, e) c)에서 발생된 신호에 반응하는 사실상 비압축성인 유체의 유량을 조절하고, f) 측정된 압축성 유체와 조절된 비압축성 유체의 혼합물을 제조함을 특징으로 하여, 사실상 압축성인 유체와 사실상 비압축성 유체의 예정된 비율의 혼합물을 제조하는 방법.
제15항에 있어서, 단계 e)에서 유량을 조절한 다음 비압축성 유체의 유량을 측정하고 이 측정에 반응하는 피드백 신호를 발생시킨 다음 이 신호를 단계 e)의 조절 단계에 전송하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
a) 선구물질 초임계 유체 공급 수단, b) 선구물질 초임계 유체 가압 수단, c) 선구물질 초임계 유체의 질량 유량 측정 수단, d) 선구물질 초임계 유체의 측정된 질량 유량에 반응하는 신호 발생 수단, e) 피복 조성물 공급 수단, f) d)에서 발생된 신호에 반응하는 피복 조성물의 유량 조절 수단, g) 측정된 양의 선구물질 초임계 유체와 조절된 양의 피복 조성물의 혼합물 제조 수단 및 h) 선구물질 초임계 유체가 피복 조성물과 초임계 유체의 예정된 비율의 혼합물을 형성시키는 초임계 상태에 있도록 하는 온도로 혼합물을 가열하는 수단을 포함하는 피복 조성물과 초임계 유체의 예정된 비율의 혼합물을 제조하는 장치.
제17항에 있어서, 선구물질 초임계 유체 공급 수단이 이러한 유체를 연속 공급하는 장치.
제17항에 있어서, 선구물질 초임계 유체 가압 수단이 4개의 체크 밸브를 갖는 복동 왕복 펌프인 장치.
제17항에 있어서, 선구물질 초임계 유체 가압 수단이 삼방향 순환 스풀을 갖는 단동 펌프인 장치.
제17항에 있어서, 선구물질 초임계 유체의 질량 유량 측정 수단이 코리올리 미터인 장치.
제17항에 있어서, 피복 조성물 공급 수단이 이러한 피복 조성물을 연속 공급하는 장치.
제22항에 있어서, 피복 조성물을 가압하에 공급하는 장치.
제17항에 있어서, d)에서 발생된 신호에 반응하는 피복 조성물의 유량 조절 수단이 양변위 펌프인 장치.
제24항에 있어서, 양변위 펌프가 정밀 기어 펌프인 장치.
제17항에 있어서, 측정된 양의 선구물질 초임계 유체와 조절된 양의 피복 조성물의 혼합물 제조 수단이 혼합 매니폴드인 장치.
제17항에 있어서, 피복 조성물이 조절 수단(f)을 통과한 후 이를 가열하는 수단을 추가로 포함하는 장치.
제27항에 있어서, 혼합 매니폴드 다음에 정적 혼합기를 추가로 포함하는 장치.
제17항에 있어서, 피복 조성물을 3개의 체크 밸브를 갖는 복동 왕복 펌프를 포함하는 부재(f)의 조절수단에 펌핑시키는 수단을 추가로 포함하는 장치.
제17항에 있어서, 피복 조성물과 선구물질 초임계 유체의 일정한 비율로 혼합한 혼합물을 순환시키는 수단을 추가로 포함하는 장치.
제30항에 있어서, 혼합물을 선구물질 초임계 유체가 초임계 상태에 있도록 하는 온도로 가열시키는 수단이 혼합물 순환 수단의 일부인 장치.
제30항에 있어서, 혼합물 순환 수단이 순환 펌프를 포함하는 장치.
제32항에 있어서, 순환 펌프가 양변위 펌프인 장치.
제30항에 있어서, 혼합물 순환 수단이 축압기를 포함하는 장치.
제30항에 있어서, 혼합물 순환 수단이 분무 수단을 포함하는 장치.
제30항에 있어서, 혼합물 순환 수단이 정적 혼합기를 포함하는 장치.
제17항에 있어서, 피복 조성물의 유량 측정 수단 및 이 측정에 반응하는 신호(이 신호는 부재(f)의 조절 수단에 전송된다)를 발생시키는 수단을 추가로 포함하는 장치.
a) 이산화탄소를 연속 공급하는 수단, b) 4개의 이산화탄소 가압용 체크 밸브를 갖는 복동 펌프, c) 이산화탄소의 질량 유량 측정용 코리올리 미터, d) 이산화탄소의 측정된 질량 유량에 반응하는 신호 발생수단, e) 가압 피복 조성물을 연속 공급하는 수단, f) d)에서 발생한 신호에 반응하는 피복 조성물의 유량 조절용 정밀 기어 펌프, g) 정밀 기어 펌프(f)를 통과한 후 피복 조성물의 유량을 측정하는 정밀 기어 미터 및 이 측정에 반응하는 피드백 신호(이 신호는 기어 펌프에 전송된다)를 발생시키는 수단, h) 측정된 양의 이산화탄소의 계량된 양의 피복 조성물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합 매니폴드 및 정적 혼합기 및 i) 혼합물이 도입되며 1) 혼합물을 이산화탄소가 초임계 상태에 있도록 하는 온도로 가열하는 가열 수단, 2) 혼합물을 순환시키는 양변위 펌프, 3) 축압기, 4) 정적 혼합기 및 5) 분무 수단을 포함하는 순환 수단을 포함하는, 피복 조성물과 초임계 이산화탄소의 예정된 비율의 혼합물을 제조하는 장치.
a) 이산화탄소를 공급하고, b) 이산화탄소를 가압한 다음, c) 이산화탄소의 질량 유량을 측정하고, d) 이산화탄소의 측정된 질량 유량에 반응하는 신호를 발생시키고, e) 피복 조성물을 공급한 다음, f) d)에서 발생한 신호에 반응하는 피복 조성물의 유량을 조절하고, g) 측정된 양의 이산화탄소와 조절된 양의 피복 조성물을 혼합한 다음, h) 혼합물을 이산화탄소가 초임계 상태에 있도록 하는 온도로 가열하여 피복 조성물과 초임계 이산화탄소의 예정된 비율의 혼합물을 제조함을 특징으로 하여, 피복 조성물과 초임계 이산화탄소의 예정된 비율의 혼합물을 제조하는 방법.
제39항에 있어서, 단계 f)중에서 피복 조성물의 유량을 조절한 후 이의 유량을 측정하고, 이의 용적 측정에 상응하는 피드백 신호(이 신호는 조절단계 f)에 전송된다)를 발생시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제39항에 있어서, 피복 조성물을 이산화탄소와 혼합하기 전에 가열시키는 방법.
제39항에 있어서, 단계 g)의 혼합물이 형성된 후, 순환되는 순환루프에 이 혼합물을 도입시키는 방법.
제42항에 있어서, 이산화탄소가 초임계 상태가 되는 온도로 혼합물을 순환루프에서 가열하는 방법.
제42항에 있어서, 순환루프가 분무 장치를 함유하여 이로써 피복 조성물 및 초임계 이산화탄소의 혼합물이 분무되는 방법.
a) 액체 냉동 이산화탄소를 공급하고, b) 액체 냉동 이산화탄소를 이산화탄소의 임계 압력 이상으로 가압하고, c) 이산화탄소의 유량을 측정하고, d) 이산화탄소의 측정된 유량에 반응하는 신호를 발생시키고, e) 가압 피복 조성물을 공급하고, f) d)에서 발생된 신호에 반응하는 피복 조성물의 유량을 조절하고, g) 단계 f)에서 피복 조성물의 유량을 조절한 후 이의 유량을 측정하고, 이의 용적 측정에 반응하는 피드백 신호(이 신호는 조절단계 f)로 전송된다)를 발생시키고, h) 측정된 양의 이산화탄소 및 조절된 양의 피복 조성물을 혼합한 후, i) 이 혼합물을 순환루프에 도입하여 이산화탄소의 임계 온도이상으로 가열시키고, 여기에서 이산화탄소가 이의 초임계 상태로 도달하게 하여 피복 조성물 및 초임계 이산화탄소의 예정된 비율의 혼합물을 제조함을 특징으로 하여, 예정된 비율의 피복 조성물 및 초임계 이산화탄소의 혼합물을 제조하는 방법.
제45항에 있어서, 양변위 펌프를 사용하여 혼합물을 순환루프에서 순환시키는 방법.
제45항에 있어서, 순환루프중에서 혼합물이 더 혼합되도록 하는 방법.
제45항에 있어서, 순환루프에서 혼합물을 여과시켜 입자를 제거하는 방법.
제45항에 있어서, 순환루프가 축압기를 함유하는 방법.