KR870000089B1

KR870000089B1 - 발포체의 연속상향제조방법 및 장치

Info

Publication number: KR870000089B1
Application number: KR8200717A
Authority: KR
Inventors: 찰스 머레이 그리피스 안소니
Original assignee: 원본미기재; 하이만 인터내셔날 리미티드
Priority date: 1981-02-18
Filing date: 1982-02-18
Publication date: 1987-02-10
Also published as: FI78260C; ES8304476A1; ES509677A0; PT74446A; EP0058553B1; FI823520L; CA1176416A; PT74446B; IE52288B1; BR8206162A; GR75854B; KR830008824A; IL65003A; DE3264357D1; IE820293L; EP0058553A1; US4504429A; NO823451L; FI823520A0; AU8089982A

Abstract

내용 없음.

Description

발포체의 연속상향제조방법 및 장치

제1도 및 제2도는 종래 장치의 간략한 원리도.

제3도는 본 발명에 따른 장치의 사시도.

제3a도는 종이절첩부의 상세도.

제4a도 및 제4b도는 본 발명에 따른 장치의 직각을 이루는 두수직단면도.

제5도는 팽창실의 상세도.

제6a도-제6e도는 제1도 장치에 의하여 제조된 발포체 단면의 밀도분포를 보이고(제6a도, 제6b도, 제6c도), 제2도 장치에 의하여 제조된 발포체 단면의 밀도분포를 보인 것이며(제6d도), 본 발명 장치(제3도)는 실시예 1에서 기술된 바와 같이 운전되었으며, 이에 의하여 제조된 발포체의 밀도분포를 보인것임(제6e도)

제7도는 공급영역과 팽창실의 조합된 체적의 좌표.

제8도는 실시예 1에 사용된 물질을 상자주입시 나타난 상승곡선을 보인 좌표.

본 발명은 발포체, 특히 폴리우레탄 발포체나 다른 중합체의 발포체와 같은 발포체의 제조에 관한 것이다. 특히 폴리우레탄 발포체와 같은 팽창성 물질은 배치(batch)와 연속장치에서 제조된다.

배치제조는 요구된 속도로 연속변화시키기에 적합하나 본질적으로 노동집약적이고 발포된 괴상(塊狀)의 발포체사이에 차이가 있으며 모든 측면을 벗겨내야하는 마무리공정을 필요로하는 비경제적인 점이있다. 또한 몰드에서 발포된 괴상발포체는 그 모서리가 불필요하게 치밀화되어 증가되는 점성물질이 중량의 유동커어버나 다른 수단에 의하여 힘을 받게된다.

또는 주로 실시되는 연속제조도 많은 결점을 갖는다. 통상의 수평형 장치는 발포반응 및 새로이 성형된 발포체의 성질과 발포성 물질이 취급될 수 있기전에 요구된 경화시간에 의하여 장치가 대형화되고 제조속도가 매우 느린 특징을 갖는다. 폴리우레탄의 경우 전형적으로 5-15분인 이러한 경화시간은 발포물질을 운반하는 콘베이어의 이동속도가 결정된 경우에 장치의 길이를 결정한다. 다시 콘베이어의 이동속도는 요구된 괴상발포체의 높이에 따라서 좌, 우되며, 다만 발포 및 경화의 초기단계에서 약간 경사질 뿐이다. 콘베이어의 경사가 너무 급격하면 아직은 밀도가 높은 미발포물질이 하측으로 흘러내리거나 새로이 발포된 발포체가 지지되지 않아 하측으로 떨어지는 등의 문제점을 갖는다. 콘베이어와 그 진로가 정확한 형태를 유지하기에 충분하도록 빨리 이동하여야 하며 1m 높이의 폴리우레탄 발포체의 경우 제조속도는 100-200kg/min 이고 장치의 길이는 40-50m가 된다.

제조속도를 낮추기 위하여 콘베이어의 속도를 줄이기 위한 시도로 장치의 길이를 짧게하여 경사지게하였으나 역시 미발포물질이 흘러내리거나 발포된 발포체가 하측으로 떨어지게되어 균일한 발포체를 제조하기가 불가능하였다. 따라서 대형제조기를 설치하여야하나 과중한 자본이 요구되는 반면에 그 사용시간이 적어 대부분 그대로 방치되는 시간이 많았다.

종래 폴리우레탄 발포체의 제조를 위한 두 종류의 제조장치의 원리가 첨부된 도면에 도시되어 있으며 이로써 제한적 요인이 설명된다. 제1장치(제1도)에서는 액상 반응물이 약간 경사진 콘베이어(수평에 대하여 약 6°경사)에 직접 공급되고, 제2장치(제2도)에서는 반응물이 공급통으로 공급되고 이로부터 반응물이 수평콘베이어로 유도된 낙하판상의 제1반응단계로 흘러넘치게 되어있다. 이들 장치가 미국특허 제3,325,823호 및 제3,786,122호에 상세히 기술되어 있다.

제1도 장치에서 발포체의 형태는 'A'에서의 반응물 공급속도와 콘베이어의 이동속도에 의하여 대략적으로 'B'에서 결정된다. 경화 및 급기후 폐쇄셀 발포물질과 개방셀 물질사이의 경계가 'C'로 표시되어 있으며 급기지역이 'D'로 표시되어 있다. 절단은 'E'로 표시되어 있다. 이동속도는 낙하현상을 피하기 위하여 최소의 속도를 가지면 콘베이어는 중력의 영향을 받지 않을 정도로 경사져 있는데 그렇지 않으면 'A'에 공급된 액상 공급물질이 발포물질의 하부로 흘러들게 된다.

제2도의 장치에서는 하류의 문제점이 반응의 첫단계가 공급통에서 일어나도록하여 낙하판 'F'에는 크림상이며 이미 약간은 점성을 띠는 반응물이 공급되게함으로서 감소되었다. 그러나 아직은 폐쇄셀유체포말과 새로이 굳어져가는 개방셀물질사이의 윤곽 'C'가 콘베이어 속도의 감소와 제조속도의 감소로 경사져 낙하하는 현상의 위험성이 없으나 최종 발포체에서 균일성이 상실되는 결합이 있다.

이들 장치의 결점은 100-200kg/min 이하의 제조속도에서 최대크기의 발포체가 요구될 때에만 나타나는 것으로 느껴지나 이러한 크기의 발포체를 제조할 수 있는 능력을 갖는 대규모업체에서는 실제로 일어날 수 있는 문제점이다. 대부분의 기계는 하루에 1시간 또는 2시간만 운전되며 나머지시간은 발포완료된 발포체의 취급에 소비된다. 연간 2000톤 또는 그 이하의 발포체를 제조하는 전형적인 소규모 제조자들은 경제성의 이유로 상기 제조속도의 10% 만을 원하며 대략의 발포체를 저장하거나 취급하는 문제점을 받아들일 수 없으며 대형장치에 요구되는 비용이나 공간을 감당할 수가 없다. 중간정도 규모의 제조자들에 있어서도 대형장치의 결점으로 보다 낮은 제조속도의 장치를 이용하는 것이 유리하다.

따라서 지금까지는 만족치 않았던 폴리우레탄 발포체를 제조하는 10-50kg/min의 속도로 운전가능한 연속제조장치가 요구되었으며, 이는 전형적으로 소규모 발포체제조에 적합한 것이 되었다.

본 발명의 발명자는 만약 현존하는 장치의 원리를 포기하는 경우 제속제조장치가 제공될 수 있음을 알았다. 본 발명은 수평제조방식이 불필요하고 발포반응에 영향을 주지않고 수평방식보다는 수직방향으로 발포체를 제조하여 인출할 수 있도록한 것이다.

실제로 발포체의 연속상향제조방식이 서독특허명세서 제1, 169, 648호 및 제1,504, 091호와, 동독특허명세서 제61613호에서 제안된 바 있으나 이들 제안이 실제로 적용되고 있음에 대하여는 미지이다. 상기 언급된 바와 같은 제안으로는 반응의 제어와 균일한 제품의 제조라는 문제점이 해결될 수 없으며 대형의 수평제조장치가 그들의 모든 결점을 지닌채로 상업적으로 광범위하게 사용되어 왔다. 동독특허명세서에는 상세한 공정이나 다른 지시가 주어져있지 않으며 서독특허 명세서 제1, 169, 648호에서도 마찬가지이다. 더우기 후자의 명세서에는 우리의 경험으로는 발포체 성형물질을 균일하게 공급할 수 없는 형태의 평저면형 반응챔버를 보여주고 있다. 상기 특허명세서에서 대부분의 설명이 완성된 발포체에서 균일성이 주어지도록 발포반응단계에 대한 관련장치에서는 다른 어려움이 없는 것으로 기술되어 있다.

본 발명자들은 성공적인 연속상향 발포체제조에 대하여는 발포가 발포물질과 같이 이동하는 면을 갖는 벽으로 둘러싸인 수렴형의 팽창실에서 일어나도록하는 것이 필요하다는 것을 알았으며, 팽창실은 상부는 이미 팽창된 발포체에 의하여 형성되고 측부는 상기 벽으로 형성되며 하부는 발포체성형물질을 위한 공급영역에 의하여 형성되고 발포체의 인출방향을 향한 상측방향으로 유도되도록 하였다. 경화과정은 인출진로에서부터 시작된다.

이후 상세히 설명되는 바와 같이 필수적인 문제점은 팽창실에 이 동면을 제공하는데에 달려있다.

발포

비록 필수적으로 전체라고는 할 수 없으나 대부분의 발포는 팽창실에서 일어난다. 특히, 공급영역과 팽창실은 상호 연속되며 이들 둘사이의 구분은 이동면이 시작되어 공급영역에서 발포가 시작되는 것으로 생각된다. 그리고 발포진행물질은 반응중간단계에서 이동면과접촉한다.

최종적으로 만족스러운 중간단계는 발포체의 종류에 따라서 변화하나 대개의 경우 초기 발포체성형물질로부터 완성된 발포체까지의 체적변화에 의하여 이동면과 접촉하는 발포진행물질층은 50% 이하로 팽창될 것이다. 더우기 발포물질은 40% 이하이거나 30% 또는 20% 이하로 팽창될 수도 있다.

예정된 팽창이 이루어진 층의 장치에 있어서 그 위치는 발포물질의 배치상에 놓인 박스테스트(box test)에서 장치에 새로운 발포물질을 공급하는 공급속도를 취하고 물질의 개별적인 잔류시간동안 물질의 추상적으로 연속된 작은 체적에 의하여 도달되고 공급영역과 주어진 높이까지의 팽창실의 조합된 체적을 합하는 자유발포형태로부터 계산된다. 이러한 계산의 예는 이후 보다 상세히 설명된다.

폴리우레탄과 같은 물질의 증가하는 점성과 최종적인 경화를 결정하는 물질의 팽창정도는 이동면에 이르는 최종위치에 관련된다. 고정벽에 인접하여 일어나는 물질의 점성증가가 계산되고 경화되는 물질이 벽에 달라붙지는 않는다. 반대로 원활한 유동이 지속되고 유동의 차단 또는 중단으로 제품에 불균일한 특성이 일어나는 것이 방지된다.

팽창실

팽창실은 단면적이 증가하여 비록 필수적인 것은 아니나 그 체적이 최대가 되도록 확장된다. 따라서 팽창은 처음과 끝 모두에서 일어나고 비확장단면을 갖는 단부에서 팽창이 일어나는 것이 통상적이다. 전자는 만약 이동면이 조기에 형성되는 경우 최대품 팽창개시수준보다 낮게 일어날 것이다. 후자는 이동중에 여유를 조절하기 위하여 허용되는 것이 통례로서 팽창완료가 실질적으로 단면에 적합히 되지않아 불충분한 팽창의 위험이나 팽창물질과 팽창실벽사이에 공간을 남기지 않는다.

이동면

이동면의 속도는 비록 두속도가 거의 같은 것이 바람직하나 이들에 인접한 발포혼합물의 이동속도와 동일할 필요는 없다. 예를들어 장방형 단면의 팽창실은 대향된 평행한 두개의 벽을 가지며 단면의 확장은 다른 두개의 벽에 의하여 제공되는 경우 종이 또는 플라스틱 웨브(web)가 이동면을 형성하도록 확장벽을 따라 인출되는데 이 인출속도는 이들에 의하여 둘러싸여 있는 발포물질의 속도와는 확장구역이나 실제로 평행한 구역에서 일치하지 않는다.

따라서 전체 발포물질은 팽창시에 소용돌이효과나 제방(堤防)효과가 감소되며 팽창실벽에 발포물질이 경화되어 달라붙지 않고 예정된 팽창단계에서 수평방식으로 제조되는 것과 같이 균일한 발포체를 제조할 수 있는 것이다. 폴리우레탄 발포체의 제조에 있어서 액상물질과 경화물질사이의 경계면은 수평이며 중력에 의하여 영향을 받지않는다. 상기 언급된 바와 같은 종래의 하류현상이나 낙하현상이 일어나지 않으며, 발포물질의 진로길이에 따라 제조속도가 최적하게 이루어지고 발포될 수 있는 충분한 시간을 갖는다. 따라서 제조된 발포체는 본질적으로 균일한 특성을 가지며 발포체의 모든부분의 '중력효과'는 동일하다.

장치

또한 본 발명은 발포체의 상향식 연속제조를 위한 장치를 제공하며 이는 확장된 팽창실측으로 개방된 공급영역, 공급영역으로 발포체성 형물질을 공급하기 위한 수단, 팽창실로부터 발포된 물질을 인출하기 위한 인출진로로 구성되며, 팽창실에는 발포물질의 이동과 함께 이동 하는 면을 갖는 벽을 갖는다.

정의

본 발명은 모든 종류의 발포물질의 제조에 원칙적으로 응용될 수 있는 것이나 화학적으로 팽창되는 중합체의 발포체에도 응용될 수 있는 것이다. '경화'란 새롭게 성형된 발포체가 취급가능하게되는 화학적 또는 물리적인 과정을 나타내는, '반응'이란 발포물질이 기체 팽창하는 과정을 나타낸다.

공급영역과 팽창실의 구성

일련의 밀폐문제성이 없어 가능하게 이루어진다면 모든 팽창은 이동면과 접촉하여 일어날 것이나 공급영역이 좁고 폴리우레탄 발포체와 같은 물질로서 초기에 반응물이 혼합되는 경우 공급영역은 발포체성형물질이 하측으로부터 연속공급되는 상부개방형 용기로 형성되는 것이 바람직하며, 이동면은 팽창실의 벽에 상기 용기가 인접하는 곳으로 개입된다. 이러한 용기는 그 내부에서 일어나는 예를들어 폴리 우레탄과 같은 발포반응의 첫단계가 일어날 수 있도록하는 것이 용이하도록 구성할 수 있으며, 크림상이고 약간은 점성을 띠는 물질이 팽창실을 통과하게 된다.

팽창실과 공급영역의 형태는 편의상의 문제이나 일반적으로 발포물질의 이동방향으로의 체적증가가 반응물질의 팽창곡선에 일치되도록 구성된다. 그리고 발포물질의 상향이동속도는 실제로 일정하다. 편의상 공급영역은 측부에서는 확장벽에 의하여 그리고 단부에서는 측벽사이의 팽창실의 평행한 벽에 의하여 연속된 벽으로 형성된 수평찬넬의 형태이다.

일반적으로 쐐기형 팽창실을 형성하는 이러한 구조는 그 자체가 예를들어 확장벽을 변화시켜 가변적인 팽창실을 얻을 수 있으며 이에 따라발포체의 크기를 용이하게 변확시킬 수 있는 반면에 장치는 인출진로의 벽밖으로 이동하는 속도와 동일하게 운전된다. 또한 제조된 발포체의 폭을 변화시킴에 따라 폭도 변화시킬 수 있는 신축형확장벽과 공급찬넬의 구성도 가능하다.

종이와 플라스틱 웨브

상기 구성은 이동면을 구성토록하기 위하여 지지벽면상에 종이 또는 플라스틱과 같은 재질의 이동웨브를 전개시킬 수 있다. 예를들어 상기 지지벽의 배면에 랩(lap)을 형성토록 양측부를 절곡시킨 종이웨브를 상부로부터 인출시에 약간 만곡되었다하여도 벽의 변부상으로부터 이탈되거나 구겨짐이없이 그 형상을 그대로 유지한채로 인출될 수 있도록할 수 있다. 만약 확장벽의 변부에 종이웨브가 지날 수 있는 종방향 리브(rib)나 비이드(bead)가 형성되어 있는 경우, 특히 비신장성 테이프가 벽의 변부가까이에서 종이 웨브의 배면에 접착되어 있는 경우 그 안전성이 한층 증가한다.

압력모니터링

폴리우레탄 발포체의 제조에 있어서 안정성과 확고한 셀구조를 위한 중요요인의 발포물질내의 압력제어이다. 상향식 발포개념의 본 질은 팽창단계가 밀폐공간에서 유도되어야하고 화학적인 반응이 온도, 반응물혼합비, 불순물과 같은 요인에 의하여 변화되는 경향이 있으므로, 팽창실에서 압력제어를 위한 구성이 요구된다. 예를들어 압력변환기를 공급영역의 벽 또는 발포혼합물이 아직 액체로 있는 다른 장소에 설치할 수 있으며 공급제어 또는 인출제어도 같은 방법으로 할 수 있다.

그러나 일반적으로 안전범위내의 압력이나 낮은 정압력을 충분히 감지할 수 있다. 폴리우레탄의 제조와 같은 반응에서 경화된 발포체는 하측의 경화되지 않은 액상발포물질로부터 벗어날 수는 없다. 예를들어 적당한 압력은 10-30mm/Hg 이다.

공급 및 인출속도에 의한 제어

실질적인 제어는 주어진 밀도의 발포체인출속도를 주어진 밀도의 반응물 공급속도에 맞추므로서 이루어진다(완성된 발포체에 나타나지 않는 발포물질의 반응손실을 감안하여). 이미 언급한 바와 같이 발포된 물질이 그 진로의 확장진로를 벗어나기전에 팽창이 완료되어서는 않된다는 것이 중요하다. 만약 이러한 경항을 보인다면 총생산고가 증가되거나 온도하강 또는 촉매농도에 의하여 주어진 생산고에서의 반응속도가 느려질 것이다. 신속한 발포 반응을 위하여는 느린반응속도보다도 완성된 발포체의 주어진 이동속도에서 소형의 팽창실이 요구되며 발포물질의 주입과 이들의 충분한 발포시간이 줄어들어 적은 체적의 완성된 발포체가 인출될 것이다. 만약 팽창실이 너무 크다면 반응을 느리게하여 보상할 수 있다. 실제로 팽창실의 체적은 공급되는 가장 간단한 한계중량과 인출되는 발포체의 체적에 대한 중량비를 고려하고 촉매 및 온도변화에 의한 정밀한 제어를 고려하여 선택될 수 있으며 충분히 발포된 발포체는 반응속도에 따라상하이동 될 것이다.

경사진로

발포된 물질의 상향식 팽창과 이동은 수직방향이나 수직방향으로 부터 경사진 진로가 팽창의 초기단계에서 고밀도의 팽창물질의 팽창의 후기단계에서 낮은 밀도의 물질하측에 남아있는 동안 이용될 수 있도록 제공될 수 있다. 만약 이후 언급되는 바와 같이 핀을 갖는 콘베이어가 사용되는 경우 경사진로를 갖는 것이 유리하다.

발포물질의 하중은 그 일부가 콘베이어상에 가하여짐과 함께 일측 콘베이어에 형성된 핀과 결합되게하는데 도움이 되는 반면에, 발포체 대향면이 타측 콘베이어상의 핀에 결합가능하게 한다. 발포된 물질의 팽창 및 운동진로는 직선적이나 가요성발포체로서 이에 충분한 결합력이 주어진다면 방향을 별화시킬 수 있다. 대원호가 요구될 것이나 길이가 긴 발포체의 경우 단부와 단부를 연결하기 위한 가능성이 주어지며 벨트필링(belt peeling)에 의한 시이트의 제조에 사용될 수 있다.

강제인출

상부의 발포된 물질의 하중에 의하여 발포체의 제조에 영향이 미치는 것을 피하기 위하여 발포된 물질은 폐쇄진로를 형성하는 콘베이어에 의하여 강제로 인출되나, 이는 본 발명의 요지는 아니다. 콘베이어가 필요치 않을 수도 있으며 더우기 발포가 완료되고(폴리우레탄 또는 다른 개방셀 발포체로서 '흡기'가 완료된 경우), 발포물질이 스스로 지지될 수 있도록 충분히 경화되었을 때에는 발포된 물질의 진로가 감싸여질 필요가 없다(잔열이 없는 경우).

그러나 마찰효과를 줄이기 위하여 발포된 물질의 진로는 이동면에 의하여 발포중 또는 발포후 구성되는 것이 바람직하다. 이들 이동면은 콘베이어와 같이 작용하고 실제로 발포체에 장력을 지탱할 수 있는 충분한 강도가 주어졌을 때에 발포체와 이동면사이에 접착력이 있는 경우 그렇게 작용할 것이다. 발포체의 접착은이 동작용이 요구되는 경우에만 충분하여야하나 이동면에 대한 발포체의 접착강도와 발포물질의 특성에 따라서 핀 또는 다른 수단과 같은 강제결합 수단이 이동면에 하나 또는 그 이상이 제공될 수 있다.

폴리우레탄 발포체의 경우 통상 핀의 길이는 약 1cm 이고 핀과핀사이의 거리는 측방향으로 5cm, 수직방향으로 5cm이며 핀의 간격, 길이 또는 분포등에 대하여 특별한 제한은 없다. 이러한 길이(1cm)의 핀은 발포체의 표면을 일소하도록 스칠 수 있는 정도의 깊이로 침투되나 핀에 의한 발포체의 손상은 무시해도 좋을 것이다.

상기 언급된 바와 같이, 콘베이어는 발포체의 성형동체의 접착을 신뢰할 수 있어야하며 필요하다면 발포체가 충분한 강도를 가질 때에 이를 고정을 위하여 핀에 의해 강제로 결합될 수 있어야 한다. 수평제조장치에서 그 자체가 이미 공지된 콘베이어 표면, 즉 종이 또는 플라스틱 인출필름의 이동웨브는 공급시에 핀에 의하여 천공된다.

발포체크기의 변화

발포체 크기는 수평제조장치에 있어서 발포성형에 의하여 제한되는 것이 아니라는 것은 이해될 것이다. 모든 발포체는 팽창실 및 인출진로에 의하여 정하여진 크기의 범위내에서 제조된다. 이 크기는 그자체가 만약 팽창실의 양측부의 간격을 변화시키거나 이동진로의 단면크기를 변화시키는 경우 가변적인 것이다.

이미 언급된 바와 같이 예를들어 팽창실측벽의 저면변부를 회동되게 할 수 있으며 이에 맞추어 인출진로의 벽을 내외측으로 이동시킬 수 있고 또한 신측가능한 측벽(공급찬넬등도 마찬가지고)이 사용될 수 있으며 단부벽이 내외측으로 이동되게할 수 있다. 본 발명과 같은 중간정도의 출력을 갖는 제조장치에서는 여러가지 크기의 발포체제조를 위하여 유효한 것이다.

이미 언급된 바와 같이 팽창실은 성형된 발포체를 위한 장방형(또는 사각형)의 진로로 이어진 쐐기형태를 취하는 것이 바람직하다. 발포체성형물질이 공급되는 찬넬형태의 공급영역은 쐐기형태의 팽창실 기부에 위치하는 것이 편리하고 팽창실의 측면은 상기 언급된 바와 같이 가변적인 협각과 이에 따른 발포체크기를 정하도록 용이하게 조절될 수 있다. 팽창실의 길이와 팽창실에서의 정체시간은 발포되는 물질과 실자의 제조속도에 마추어 조절할 수 있다.

팽창실의 다른 구조

팽창실의 벽은 대체로 평형 또는 어떠한 형상을 갖는 금속판으로 되어 있으나 확장벽을 위하여 가요성 부재의 사용도 가능하다. 그리고 그 길이는 가요성부재가 지나는 단부로울러나 다른 안내부재의 간격을 변경시킴으로서 조절가능하다. 일반적으로 연속벨트가 사용되고 하나 또는 그 이상의 조키로울러(jockey roller)나 다른 안내부재가 부가될 수 있다. 대개벨트는 이미 언급된 바와 같이 고정벽에 인출종이 또는 플라스틱 필름웨브를 공급토록 이동한다.

고정 또는 가요성벽을 갖는 쐐기형 팽창실의 확장측에서 이동면은 주이동방향에 대하여 경사진 정도에 따라서 성형된 발포체를 옮기는 콘베이어의 속도보다 빠르게 할 수도 있는데 언제나 발포물질에서의 제방효과는 방지된다. 이를 위하여 별도의 이동웨브가 사용될 수 있으나 필수적인 것은 아니며 복수공급 및 로울을 피하기 위하여 제조장치의 상부로부터 웨즈를 인출하는 것이 편리하다.

팽창실 밀폐

팽창실의 측부에서 발포물질의 누출을 방지하도록 모서리를 밀폐하기 위하여 확고한 접촉이 유지되어야 하는 바 이는 상기 언급된 바와 같이 종이포장웨브등을 사용하여 가능하게될 수 있다. 또한 팽창실의 결합부재의 면으로 모서리가 포개지도록하여 발포체성형물질이나 새로이 성형되는 발포체의 압력이 밀폐를 증가시키도록 하는 인출종이 또는 플라스틱필름을 공급할 수 있다. 공급영역과 팽창실이 만나는 곳에 가요성 플라스틱 플랩(flap)이 이동면을 형성하는 지입웨브를 감싸도록하여 밀폐를 양호하게 할 수 있다.

발포체의 다른 형상

이미 언급한 바와 같이 제조된 발포체의 동체는 대개 장방형 또는 사각형이나 그 형상에는 제한이 없다. 특히 둥근 형상의 발포체가 적당한 형상의 공급지역, 팽창실 및 인출진로를 이용하여 가능하게 제조될 수 있으며 '필링'방법으로 발포체시이트를 제조하는데 직접이용할 수도 있다. 삼각주형의 발포체 또는 원주형의 발포체가 적당한 형상 및 단면의 팽창실과 인출진로를 이용하여 제조될 수 있으며 인출종이 또는 플라스틱필름의 분리된 다수의 웨브를 공급하는 것도 가능하다. 원형단면의 발포체를 제조하기 위하여서는 팽창실이 둘 또는 그 이상의 구획으로 형성된 원추형으로 구성되고 공급영역이 팽창실과 만나는 곳으로 인출종이 또는 플라스틱 필름웨브가 공급된다. 이들 웨브가 공급되는 경우 각 구획부분사이의 공간부를 통하여 접하상태로 공급되나 이들이 팽창실을 통과하는 동안 충분히 넓혀져 인출된다. 공급문제는 요구된 낮은 이동속도에서 그리 중요치 않다.

본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 도시된 제조장치는 예를들어 가요성 폴리우레탄, 경질 폴리우레탄, 폴링이소시아네이트, 우레아포름알데히드, 페놀-포름알데히드, 실리콘 및 에폭시폼의 제조를 위하여 사용되는 것이나 이들 중의 하나에 관련하여 설명된다.

제3도-제4도의 제조장치의 상세한 설명

제3도-제5도에서 보인 장치에 있어서, 팽창실(1)은 대향된 고정벽(2)과 핀이 박힌 판상의 콘베이어(3)에 의하여 형성된 인출진로의 하측에 위치한다. 이 장치는 중앙플레트폼과 상부플래트폼으로 접근할 수 있는 계단을 갖는 프레임(도시하지 않았음)으로 구축된다. 상승하는 발포체동체(8)로부터 괴상의 발포체(7)(제4도)가 절단톱(6)으로 절단되고 발포체는 제3도에서 보인 바와 같이 장치의 우측상단에 설치된 통상의 로울러콘베이어측으로 기울어진다.

장치의 일측에는 두개의 공급파이프(12)에 의하여 공급찬넬(11)로 연결된 통상의 혼합헤드(10)가 설치되여 있다. 공급찬넬은 두개의 만곡된 팽창실측벽의 하측변부사이에 위치하며 그 변부는 부호(13)로 표시되고 두개의 단부벽은 부호(14)로 표시되여 있다. 측벽은 인출진로벽(2)에서 끝나고 단부벽(14)은 판상의 콘베이여(3)에서 끝난다.

팽창실과 인출진로에서 이동면이 로울러(16)로 부터 공급되어 콘베이어(3)에 의하여 단부벽(14)의 하측변부를 돌아 당기여지는 폴리에칠렌 웨브(15)에 의하여 단부벽에 형성된다. 이 웨브는 제조된 발포체의 단부면에 남는다. 팽창실의 만곡된 측벽을 위한 이동면은 로울러(18)로부터 공급되고 발포체측면으로부터 이들을 분리하는 발취로울러(19)측으로 핀치로울러(19')(제4a도)에 의하여 당기여지는 종이웨브(17)에 의하여 형성된다. 종이웨브는 장치를 한번 통과된 후 폐기된다. 판상의 콘베이어와 핀치로울러는 상부 플래트폼의 하측에 설치된 공통의 구동장치에 의하여 동기화되여 있으며 구동장치는 모서리에 베벨기어쌍을 갖는 사각형태의 네개의 축으로 구성되고, 두축(그 하나는 19"로 표시되여 있음)은 콘베이어의 상부축을 형성하고 다른 두축(그 하나가 19'"로 표시되여 있음)은 핀치로울러(19')의 하측로울러에 연결되는 체인(19"")이 걸린다.

장치의 저면에서, 종이웨브가 안내로울러(22)의 하측으로부터 팽창실의 측벽으로 지나기전에 각 종이웨브는 팽창실측벽의 각 변부(13)에서 변부랩(21)을 형성토록 하는 공지의 두 안내구(20)에 의하여 양측부가 접혀져 벽의 변부에 형성된 수 mm의 비이드(도시하지 않았음)상으로 통과한다. 제3a도는 좌측상단으로부터 랩을 형성하는 연속단계(i)-(iv)를 보이고 있으며 우측도면은 안내구(20)의 단면을 보인 것이다. 종이의 위치를 바르게 유지하여 팽창실에서 팽창실벽의 만곡상태에 적응될 수 있도록 비신장성의 압력감응 접착테이프(21')가 장치의 프레임에 착설된 릴(21")로 부터 접혀지기전에 종이의 하측면으로 공급되여 접혀진 후 비이드에 인접되여 놓이게 된다. 테이프는 종이와 함께 로울러(22)의 하부를 통과하며 장치를 지나는 동안 종이를 보강한다.

장치의 작동에 있여서, 발포체의 인출속도는 반응물공급 속도에 비례한다. 팽창실에는 수 mm/Hg의 약한 과압력이 유지되며 공급찬넬의 기부에 설치된 변환기(23)에 의하여 이 압력이 계속적으로 모니터된다.

제5도는 발포체의 팽창에 부합하는 팽창실측부의 만곡형태를 확대 표시한 것이다. 또한 이 도면에는 높이, 경과시간 및 특별히 고탄성폴리우레탄발포반응을 위하여 주여진 수준에 이르른 최종팽창율 %이 표시되여 있다. 이 실시예에서 팽창실의 주요(확장)부분에서의 정체시간은 약 2분이며 발포체는 팽창실에 형성된 확장진로를 지날때에 약 90%가 팽창완료된다. 이 수준은 도면에서 "D"로 표시되여 있다. 그위의 "E"선은 100%팽창된 것으로서 셀이 파괴되고 발포물질이 흡기하기 시작하는 점을 표시한 것이다. "F"선은(D로 부터 약 1분후)은 발포물질이 견인력을 충분히 지탱할 수 있도록 강화된 선이며 콘베이여로 옮겨지는 선이다. 따라서 "발포놀이"는

정도임을 알 수 있다. 흡기는 상부 개방셀 물질을 통하여 상측에서 이루여지며, 이는 본 발명의 커다란 잇점으로서, 예를들어 톨루엔 디이소시아네이트(TDI)가 사용된 경우 많은 양의 발취공기를 사용하지 않고 장치를 둘러싼 증기화된 톨루엔 디이소시아네이트의 수준을 허용수준이하로 유지하도록 발취후드가 발포체로부터 흡기된 가스를 제거하기 위하여 발포체진로의 상부에 용이하게 설치될 수 있다. 이는 발취장치의 높은 코스트를 감안한다면 실제로 유리한 것이다. 몰드 방법과 수평발포방법과 비교할 때에 이러한 기체를 발취하는 물질의 노출이 매우 적으며 대부분 반응물이 감싸여져 있으며 컬럼을 통하여 상부로 통과시 대부분의 TDI가 배출된다. 물론 TDI증기 생성속도는 수평 제조장치에 비하여 낮다.

[공식과 작동실시예]

다음은 공식과 조작조건의 실시예를 설명한 것이다.

[실시예 1]

제3도에 도시된 장치가 사용되었다.

A. 크기

종이=100g/m²크라프트지 1.78m 폭

필름=45미크론 폴리에틸렌필름 1.10m 폭

평행단면에 대한 공급찬넬과 팽창실의 체적=0.95m³

공급찬넬체적=0.03m³

콘베이어속도=0.77m/분

콘베이어길이=4m

총화학입력=37kg/분

8%의 반응손실을 감안한 화학입력=34kg/분

완성된 발포체의 밀도=26kg/m³

완성된 발포체의 단면적=1.70m²

B. 조성물(가요성 폴리에테르 발체포)

C. 일반조건

반응혼합물의 온도=20℃

100%팽창을 위한 상승시간(상자주입)=110초

화학품은 로타리 믹서(3500rpm)를 구비한 복합믹스헤드에서 계속적으로 혼합되었음. 공기는 발포체의 핵화를 위하여 1000ml/분의 속도로 주입되었음.

반응혼합물은 내경 18mm의 두 가용성 플라스틱 호오스에 의하여 공급찬넬을 통과하였음.

연속공정중의의 관측된 압력=10-15mm/Hg

C. 발포체시험

발포체크기=1.65×1.03×2.0m

면삭(面削)손실-제거된 내표면=4중량%

발포체단면은 장방형이었다.

면삭편(面削片)밀도=26kg/m³

밀도변화-최대밀도=26.8kg/m³

최소밀도=25.7kg/m³

I.L.D.(Indentation load deflection) 경도(203mm직경의 인덴터(indentor)460×460×75mm) 50%압축

이상은 모든 점에서 양호한 특성을 갖는 발포체의 제조를 보인것이다.

[실시예 2]

실시예 1과 같은 방법으로 장치가 구성되었다.

B. 일반조건

콘베이어속도=0.93m/분

화학품 총주입량=38.3kg/분

반응손실 8.5%를 감안한 화학품주입량=35.0kg/분

운전중에 아민촉매의 수준은 폴리올 100부당 0.2-0.35부 사이로 변화되었다. 촉매의 양이 많은 경우 즉 빠른 팽창반응)에는 발포체두께가 감소되었다("두께"란 확장부 상측을 가로질른 크기를 일컫는다). 아민촉매량을 줄였을 때에 발포체의 두께는 정상으로 돌아갔다.

C. 제품

발포체의 최종밀도는 22kg/m³이었으며 실시예 1과 같은 방법으로 시험하였을 때에 모든 면에서 양호한 특성을 가졌다.

[실시예 3]

분자량 6000의 산화에틸렌 "팁트(tipped)"폴리올에 기초를 둔 높은 탄성의 발포체조성과 특허품 이소시아네이트-바이엘케미칼즈 리미티드의 Desmodur

MT58이 실시에 1 및 2에서 보인 동일장치에 공급되었다.

역시 양질의 발포체가 제조되었다.

밀도의 양상

일반적으로, 본 발명의 방법으로 제조된 발포체는 종래의 방법으로 제조된 발포체에 비교할 수는 없는 정도의 특성을 보인다 그러나 발포체에 있어서 특성변화의 대칭에 관한한 제조된 발포체는 제6a도-제6e도에서 보인 바와같이 우수하다(도표는 평균밀도에 대한 변화%를 보이고 있으며 일측의 A는 평균밀도를, B는 면삭손실을 보인 것이다). 모든 도표는 표피를 박리한 후의 것을 보인 것이다.

제6a도-제6d도의 종래 발포체는 미록 양측의 상태가 극히 동일하지는 않으나 중앙수직선에 대하여 특성의 변화가 거의 대칭인 것을 보이고 있다. 그러나 발포체의 상부와 하측은 현저한 차이를 보이는데, 이는 발포체를 수평이 아닌 수직으로 절단하는 경우 매트레스와 같은 대형제품의 제조시에는 근본적으로 불리한 것이다. 반대로 본 발명의 방법에 따라서 제조된 발포체의 특성은 제6e도에서 보인 바와같이 발포체 중심에 대하여 대칭이며 실시예 1의 발포체의 밀도를 보이는 것이다.

계산

실시예 1를 참고하여 발포과정의 상세한 내용이 제7도 및 제8도로 도시되어 있는 바, 제7도는 공급찬넬의 기부로부터의 높이에 대하여 제3도 장치의 공급영역, 팽창실 및 인출진로의 체적관계를 보이고 있으며, 제8도는 실시예 1의 조성물을 상자주입하였을 때에 발포체의 팽창상승관계를 보인 것이다. 제7도에서 수직축은 체적을 수평축은 높이를 나타낸다. 수직선 "A"는 평행한 인출진로의 시작점 높이를 나타내고 수직선 B는 핀이 배설된 콘베이어의 시작점 높이를 나타낸다. 제8도는 수직축이 팽창율(%)을 수평축은 상승시간(초)을 나타낸다. 곡선으로부터 하측으로 이어진 수직선은 10%, 20%등 100%까지의 팽창과 일치하는 선이다.

이들 좌표는 다음 이론을 기초로 한 중간중간의 발포체 체적을 계산하는데 사용된다.

100%팽창에 이르렀을 때의 시간(초)을^T100으로 하였을 때에, D는 kg/m³단위의 최종발포체밀도를 나타내며 W는 kg/분단위의 총발포체주입량(반응손실을 감안한 총반응물 주입량)을 나타내고, 시간간격이 t₁-t₂초로 표시되며 초기의 팽창되지 않은 중합체의 체적은 무시하였다.

t₁-t₂사이에서 곡선하측의 면적

이때에 주입된 발포체의 중량

이 중량의 발포체 체적

식(1)과 식(2)를 식(3)에 대입하면

계산순서는 다음과 같다.

1. 각 시간대(초)의 %체적팽창율의 상승곡선을 그린다.

2. 10%, 20%……100%에 해당하는 수직컬럼 A, B. ……J로 구획한다.

3. 곡선하측의 각 컬럼의 면적을 계산한다.

4. 공식

를 이용하여 각 컬럼 A, B……J에 해당하는 발포체의 체적을 계산한다.

5. 이로써 팽창높이에 대한 반응체적(공급영역과 팽창실의 체적)을 알 수 있다.

실시예 1의 실제계산은 다음과 같다.

A-110초(100% 상승시간)에 해당하는 부분적인 팽창 발포체의 체적.

[도표]

평행단면까지의 반응체적평=0.95m³

행단면까지의 높이=1.05m

즉 평행단면의 시작점 상부의 점 0.1m에서 100% 팽창에 이르른 폼.

B-콘베이어속도의 계산

총화학품주입량속도는 중량기준의 발포체생산속도와 부합되어야 한다.

만약 : 최종 발포체 밀도=D kg/m³총화학품주입량=W kg/분 발포체단면적=A m²

이면 :

분이다.

C-팽창제어이론

콘베이어의 속도가 최종밀도와 생산속도를 위하여 설정되었다고 가정되었을 때에 다음 세가지의 경우가 고려된다.

1. 정확히^T100인 경우

모든 팽창은 확장부의 단부에서 완료된다. 셀배향이 수평방향에서 최대가 된다. 밀도가 적합하다.

2. 너무 낮은^T100인 경우

발포체는 충분한 폭으로 팽창되지 아니하고 확장부의 단부에 도달하지 않는다. 밀도가 높다. 팽창실내의압력이 높다.

3. 너무 높은^T100인 경우

발포체가 충분한 폭으로 팽창된다. 평행방향으로 일부가 팽창된다. 셀배향이 보다 등방성(等方性)이다. 발포체의 강도가 강하므로 핀의 침투가 감소된다. 실제로^T100 시간에 있어서 완벽을 위하여 이론적으로 요구되는 것보다 약간 높다.

잇점의 요약

상기한 바와 같은 발포체 제조의 이점은 다음과 같다.

-장치에 소요되는 경비와 공간의 절감

-집중노동력이 적으며 어느경우에서나 장치에 대한 주의점이 감소되는 편의의 제조속도

-취급전 제품에 요구되는 저장 및 경화공간의 절감

-제조속도가 낮고 증기발생절대량이 낮으며 법령조건에 따라 용이하고 저렴하다.

-제조초기 및 중단에 의한 제품불량이 감소되고 낮은 조작속도가 낮아 등극과 색상변화가 없다.

-초기제품을 제외하고 상부표피가 가죽처럼 질기지 않으며 대체로 얇다.

-발포체에서 물리적특성이 대칭적으로 분포된다.

-발포체 단면의 제어가 정확하다.

Claims

하축으로부터 상축으로 발포체성형물질을 공급하여 발포제품을 연속상향제조하는 방법으로, 발포가 발포진행물질과 함께 이동하는 이동면(15)(17)을 갖는 벽(13, (14)으로 구성된 확장팽창실(1)에서 일어나며 이 팽창실은 발포체의 인출을 위한 인출진로를 행하고, 이미 팽창된 발포체(8)에 의하여 그 상부가 형성되며 축부는 상기 이동면(15)(17)에 의하여 형성되고 하측부는 발포 체성형물질을 위한 공급영역(11)에 의하여 형성된 것에 있어서, 핀이 배설된 콘베이어(8)와 같은 콘베이어가 반응공급속도와 성형조건에 관계된 조절속도로 발포체(8)를 상측으로 인출하기 위하여 이 발포체(8)에 적극적으로 결합하는 인출로의 측부에서 하나 또는 그 이상의 위치에 제공되고, 팽창은 팽창실의 확장단부에 도달하기전에 완료됨을 특징으로 하는 발포체의 연속상향제조방법.
청구범위1에 있어서, 이동면(15)(17)이 팽창실벽(13)(14) 상에서 당기어지는 시이트상의 웨브로 구성되는 바의 방법.
청구범위 2에 있어서, 웨브(15)(17)가 발포된 물질(8)과 함께 인출로를 넘어 통과하는 바의 방법.
청구범위 1에 있어서, 압력모니터(23)가 공급영역(11) 또는 팽창실(1)에서 아직은 액상인 발포물질에 접촉하도록 설치하는 바의 방법.
청구범위 1에 있어서, 팽창실(1)이 대체로 쐐기형이고 한쌍의 평행한 대향벽(14)과 평행한 벽(14) 사이에 놓인 한쌍의 대향된 확장벽(13)에 의하여 형성되며, 공급영역은 확장벽의 하측변부에서 찬넬(11)의 형태로 구성되는 바의 방법.
청구범위 5에 있어서, 확장벽(13)이 팽창실을 발포물질의 팽창곡선에 부합되도록 하는 형상으로된 바의 방법.
청구범위 5에 있어서, 평행벽(14)의 웨브가 발포체(8)를 위하여 핀이 형성된 콘베이어(3)에 의하여 투과될 수 있도록 인출진로까지 연장되어 통과하는 폴리에틸렌 또는 다른 플라스틱 필름(15) 인바의 방법.
청구범위 5에 있어서, 확장벽(13) 상의 웨브가 종이웨브(17)이고 그 변부는 확장벽(13)의 변부를 둘러싸도록 하는 랩(21)을 구성하도록 배부측으로 접혀진 바의방법.
청구범위 8에 있어서, 비신장성 압력 감지테이프가 각 랩(21)에 접착된 바의 방법.
청구범위 9에 있어서, 확장벽이 팽창실(1)로 떨어진 양측부에 변부비이드를 가지며, 이 변부비이드상에 종이랩(21)이 형성되고 테이프가 접착된 바의 방법.
청구범위 5에 있어서, 팽창실(1)에서, 평행벽(14) 또는 확장벽(13) 또는 이들 모두의 간격이 인출진로의 벽(2)(3)의 운동에 따라서, 특히 확장벽(13)이 회동하거나 만곡됨에 따라 발포체의 폭을 변화시킬 수 있도록 가변적인 바의 방법.
청구범위 1에 있어서, 팽창실(1)과 인출진로가 원주형 발포체의 제조를 위하여 그 단면이 원형인 바의 방법.
하측으로부터 상측으로 발포체성형물질을 공급하여 발포제품을 연속상향 제조하는 장치로서, 발포가 이루어지는 확장팽창실(1)과, 발포체성형물질과 함께 이동하면서 이를 끌어올리는 이동면(15)(17)을 갖는 벽(13)(14)을 제공하기 위한 수단으로 구성되고, 팽창실이 발포체를 인출하기 위한 직상향의 인출로측으로 유도되었으며, 상부는 이미 팽창된 발포체(8)로 구성되고 측부는 상기 이동면(15)(17)으로 구성되며 하측부는 발포체성형물질을 위한 공급영역(11)으로 구성된 것에 있어서, 핀이 배설된 콘베이어(3)와 같은 콘베이어가 반응공급속도와 성형조건에 관계된 조절속도로 발포체(8)를 상측으로 인출하기 위하여 이 발포체(8)에 적극적으로 결합하는 인출로의 측부에서 하나 또는 그 이상의 위치에 제공되고, 제어수단은 팽창이 팽창실의 확장단부에 도달하기전에 완료되도록 제공됨을 특징으로 하는 발포체의 연속상향제조장치.
청구범위 13에 있어서, 이동면을 구성하기 위하여 팽창실(1)의 벽(13)(14) 상에 시이트 웨브(15)(17)를 당길 수 있는 수단(3)(19')이 구성됨을 특징으로 한 장치.
청구범위 14에 있어서, 상기 수단(3)(19')이 발포체(8)와 함께 인출진로의 상측으로 웨브(15)(17)를 통과시킬 수 있도록함을 특징으로 한 장치.
청구범위 13에 있어서, 압력 모니터(23)가 아직은 액상인 발포물질과 접촉하는 위치에서 공급영역(11) 또는 팽창실(1)에 설치됨을 특징으로 한 장치.
청구범위 13에 있어서, 팽창실(1)이 쐐기형으로 평행벽(14) 사이에 놓인 한쌍의 대향된 확장벽(13)과 한쌍의 대향된 평행벽(14)으로 구성되고, 공급영역이 확장벽의 하측변부에서 찬넬(11)의 형태로 구성됨을 특징으로 한 장치.
청구범위 17에 있어서, 확장벽(13)이 발포될 물질의 팽창곡선과 팽창실이 부합되도록 하는 형상으로 구성됨을 특징으로 한 장치.
청구범위 17에 있어서, 평행벽(14) 상의 웨브가 발포체(8)를 이동시키기 위한 핀이 배설된 콘베이어에 의하여 천공되도록 인출진로를 따라 상승통과하는 폴리에틸렌 또는 다른 플라스틱 필름(15)인 바의 장치.
청구범위 17에 있어서, 확장벽(13) 상의 웨브가 종이웨브(17)로서 그 변부가 벽(13)의 변부후측으로 절곡되는 랩(21)을 구성하는 바의 장치.
청구범위 20에 있어서, 각 랩(21)에 비신장성 압력감응테이프임을 특징으로 하는 장치.
청구범위 21에 있어서, 확장벽이 팽창실(1)로부터 떨어져 있는 양축부에 변부비이드를 가지며, 이 비이드상에 종이랩(21)이 얹어지고 테이프가 접착됨을 특징으로 한 장치.
청구범위 17에 있어서, 팽창실(1)에서 평행벽(14) 또는 확장벽(13) 또는 이들 모두의 간격이 특히 확장벽(13)의 회동 또는 만곡에 의하여 발포체의 폭을 변화시킬 수 있도록 인출진로의 벽(2)(3)의 운동에 따라 가변적임을 특징으로 하는 장치.
청구범위 13에 있어서, 팽창실(1)과 인출진로의 단면이 원주형 발포체의 제조를 위하여 원형임을 특징으로 하는 장치.