기능성 물질을 함량 증가를 위한 발포 폴리우레탄 제조장치(MANUFACTURING APPARATUS FOR POLYURETHANE)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(11) 공개번호 10-2010-0124153
(43) 공개일자 2010년11월26일
(51) Int. Cl.

B29C 44/22 (2006.01) B29C 44/26 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2009-0043259
(22) 출원일자 2009년05월18일
심사청구일자 2009년05월18일
(71) 출원인
(주) 호르마
경기 부천시 원미구 춘의동 194-5 비케이정공 빌
딩 2층 3호
(72) 발명자
방선재
서울 서대문구 미근동 215번지
(74) 대리인
이명택, 최지연, 정중원
전체 청구항 수 : 총 4 항
(54) 기능성 물질을 함량 증가를 위한 발포 폴리우레탄 제조장치
(57) 요 약
본 발명은 숯, 녹차, 황토, 은, 한약 등과 같은 향 발산, 탈취, 살균, 원적외선이나 음이온 방사 등과 같은 성능
을 갖는 기능성 물질을 발포 폴리우레탄에 포함시켜 제조함에 있어, 그 함량을 최대 15중량%, 바람직하기로는 최
대 10중량%까지 증가시켜도 불량이 발생하지 않도록 짧은 시간 내(25초 이내)에 반응 완료가 가능한 기능성 물질
을 함량 증가를 위한 발포 폴리우레탄 제조장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발포 폴리우레탄 제조장치는 교반기를 구비하고, 주재료인 폴리올(polyol)이 저장된 제1탱크;
교반기를 구비하고, 주재료인 이소시아네이트(Isocyanate)가 저장된 제2탱크; 교반기를 구비하고, 발포제 및 기
능성 물질이 저장된 제3탱크; 및 상기 제 1, 2, 3 탱크와 배관을 통하여 연결되며, 교반기를 구비한 믹싱탱크;
를 포함하여 이루어진다.
대 표 도
공개특허 10-2010-0124153
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특허청구의 범위
청구항 1
교반기를 구비하고, 주재료인 폴리올(polyol)이 저장된 제1탱크;
교반기를 구비하고, 주재료인 이소시아네이트(Isocyanate)가 저장된 제2탱크;
교반기를 구비하고, 발포제 및 기능성 물질이 저장된 제3탱크; 및
상기 제 1, 2, 3 탱크와 배관을 통하여 연결되며, 교반기를 구비한 믹싱탱크;
를 포함하여 이루어진 발포 폴리우레탄 제조장치.
청구항 2
제 1 항에 있어서,
상기 제3탱크와 상기 믹싱탱크를 연결하는 배관은 제1 및 제 2 탱크와 믹싱탱크를 연결하는 배관들에 비하여
단위 체적이 더 큰 것을 특징으로 하는 발포 폴리우레탄 제조장치.
청구항 3
제 1 항에 있어서,
상기 제3탱크에는 촉매촉진제(Catalyst), 첨가제(Surfactant), 충전제(Filler)가 더 저장되는 것을 특징으로
하는 발포 폴리우레탄 제조장치.
청구항 4
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기능성 물질의 함량은 전체 폴리우레탄 조성물에 대하여 6~15 중량%이고,
상기 믹싱탱크에서의 믹싱 시간은 1~25초인 것을 특징으로 하는 발포 폴리우레탄 제조장치.
명 세 서
발명의 상세한 설명
기 술 분 야
본 발명은 숯, 녹차, 황토, 은, 한약 등과 같은 향 발산, 탈취, 살균, 원적외선이나 음이온 방사 등과 같은 성[0001]
능을 갖는 기능성 물질을 발포 폴리우레탄에 포함시켜 제조함에 있어, 그 함량을 최대 15중량%, 바람직하기로는
최대 10중량%까지 증가시켜도 불량이 발생하지 않도록 짧은 시간 내(25초 이내)에 반응 완료가 가능한 기능성
물질을 함량 증가를 위한 발포 폴리우레탄 제조장치에 관한 것이다.
배 경 기 술
본 발명의 출원인은 특허등록 제0851883호(2008.08.06) [해충억제효과가 있는 베개의 제조방법]에 기초하여 기[0002]
능성 발포 폴리우레탄폼(소위 '메모리폼') 베개를 제조하는 과정에서 기존 발포장치를 이용하는 경우 기능성 성
분의 함량을 5중량% 넘게 할 경우(특히 교반기를 구비한 기계장치를 이용하여 대량 생산을 도모하고자 할 경우
에는 더욱 더), 제품의 품질이 경질화가 되거나 폴리우레탄폼이 파손되는 문제점으로 인하여 해당 물질의 기능
을 최대화하기 어렵다는 문제를 해결하기 위하여 본 발명을 창출하기에 이르렀다.
종래 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate), 촉매촉진제(Catalyst), 첨가제(Surfactant), 발포제[0003]
(Blowing, Agent), 충전제(Filler) 등을 혼합하여 반응시켜 폴리우레탄을 발포 제조하는 장치로는
공개특허 10-2010-0124153
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먼저, 에프.씨.아이. 컴퍼니의 특허공개 제2004-0044168호(2004년05월27일) [열가소성 폴리우레탄, 그 제조 방[0004]
법 및 제조 장치]가 있는데,
상기 공개특허는 겔화물의 발생을 유효하게 방지할 수 있고, 고융점의 매크로폴리올이나 고융점의 사슬 연장제,[0005]
또 반응이 느린 폴리이소시아네이트를 이용하여 열가소성 폴리우레탄을 연속하여 제조하며, 이축 압출기를 이용
하지 않기 때문에 스크류의 기계적인 전단에 의해 눌러 붙거나 스크류의 홈에서의 체류에 의한 겔화물이 생기는
일이 없고, 또, 촉매량을 저감하여 제조할 수 있도록 하기 위하여
무엇보다도 폴리이소시아네이트와 매크로폴리올이 미리 혼합된 혼합물과 사슬 연장제를 포함하는 반응 원료를[0006]
스태틱 믹서 내를 통과하면서 반응이 일어나도록 한 기술을 제시하고 있다.
또 상기 공개특허는 폴리이소시아네이트 저장 탱크, 폴리올 저장 탱크, 사슬 연장제 저장 탱크를 구비하고[0007]
있어,
일견 본 발명과 유사성이 있어 보이나, 본 발명과 같이 기능성 물질의 함량비를 증가시키기 위한 고속 배합 반[0008]
응 장치 개념과는 무관하다.
또 류재원의 특허공개 제2003-0073486호(2003년09월19일) [폴리우레탄 폼과 분말 혼합장치]가 있는데, [0009]
상기 공개특허는 건축 현장에서 단열재로 시공되고 있는 폴리우레탄 폼의 문제점인 화재로 인한 인명피해, 오존[0010]
층 파괴물질함유, 낮은 내열성, 높은 가격 등과 같은 문제점을 극복하기 위하여 난연성 증가, 원가절감, 내열성
향상, 압축강도 증가 등을 위해 폐자재 분말, 다공성 무기분말, 그라스 화이바 칩, 암면 등의 분말을 이용하여
건축 현장에서 시공할 수 있는 기계장치를 제시하고 있다.
상기 공개특허는 폴리우레탄 폼 A, B액 드럼과 분말을 저장하기 위한 분말저장탱크에서 공급되는 성분들이 배관[0011]
을 거쳐 최종적으로 에어실린더에서 혼합되고 분사 또는 토출되어 건축현장의 곡면이나 벽돌 공간 쌓기의 공간
주입, 지역 난방의 축열 탱크 보온 등을 위한 단열재로 시공된다.
별도의 탱크의 저장된 분말성분이 폴리우레탄 폼 반응과정에서 혼합되는 점에서는 일견 본 발명과 유사하나, 건[0012]
축 단열재의 특성상 분말성분의 편중되지 않은 균일한 혼합 기술 제시와는 무관하고,
또 베개와 같이 분리된 제품으로 생산될 경우 내구성 등의 제품 품질 문제가 발생되지 않도록 하면서도 가능한[0013]
분말의 함량을 높이는 기술과는 더욱 무관한 기술에 해당한다.
발명의 내용
해결 하고자하는 과제
이에 본 발명은 특히 본 발명의 출원인의 특허등록 제0851883호를 기초로 하여 2년여에 걸쳐 양산화하는 과정에[0014]
서 무수한 실험과 시행착오 속에서 부각된 문제점에 대하여 종전의 혼합방식 및 장치로는 도저히 해결할 수 없
었기에 새로운 혼합방법과 장치의 필요성을 느껴 제작하여 제기된 문제점을 보완하기 위하여 제안된 것으로,
순수 기능성의 분말(숯, 녹차, 황토, 은, 한약 등과 같은 향 발산, 탈취, 살균, 원적외선이나 음이온 방사 등과[0015]
같은 성능의 기능성 물질)의 함량비율을 6~10%중량부까지 높여 2배 이상의 순수 기능성분말을 넣어 그 효과를
극대화시킬 수 있으며, 무엇보다도 대량 생산시 제품의 불량률을 현저히 낮추어 생산성이 증대될 수 있도록 하
기 위하여,
주재료인 폴리올(polyol) 및 이소시아네이트(Isocyanate)를 각각 제1 및 제2 탱크에 저장하고, 제3 탱크에 내장[0016]
된 기능성 물질과 함께 믹싱탱크로 공급하여 혼합 및 반응을 단시간(1~25초, 보다 바람직하기로는 1~20초 내)
내에 진행시킬 수 있도록 한 발포 폴리우레탄 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 기존 저압식 혼합방식을 이용할 경우 믹싱탱크에 미리 소정량 계량하여 혼합하고, 믹싱탱크 내에 기능성 물[0017]
질 또는 원액을 넣고 혼합하여 성형하나, 초기 배합 후 약 5시간 정도가 시간이 경과되면 혼합원료의 형질이 변
경됨으로 인하여 주문량에 상관없이 교반장치에 원료가 모두 소진될 때까지 생산을 해야 했는데, 이는 현재 다
품목 소량 생산 추세를 고려할 때 재고 관리 비용 증가 및 재료 낭비 문제점을 일으킬 수밖에 없음에 비하여,
공개특허 10-2010-0124153
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본 발명에서는 별도의 제3탱크에 하나의 제품모델과 관련된 기능성 물질을 투입하여 사용하다가, 해당 모델의[0018]
주문량 생산이 완료되면 다른 모델 생산을 위하여 이전 기능성 물질을 배출하고 새로운 분말을 투입할 수 있도
록 드레인을 구비하고 있으므로 유연하게 생산량을 조절할 수 있는 발포 폴리우레탄 제조장치를 제공하는 것을
목적으로 한다.
나아가 본 발명은 주재료인 폴리올(polyol) 및 이소시아네이트(Isocyanate)와 반응성을 갖는 발포제 등을 제3탱[0019]
크에 저장할 경우 기능성 물질로 인하여 점성이 커지고, 이를 믹싱탱크로 공급할 경우 단시간(1~25초) 내에 공
급하면서도 시스템 운전에 무리가 없도록 하기 위하여 제3탱크와 믹싱탱크를 연결하는 배관의 단위 체적을 상대
적으로 더 크게 한 발포 폴리우레탄 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제 해결수단
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 기능성 물질을 함량 증가를 위한 발포 폴리우레탄 제조장[0020]
치는
교반기를 구비하고, 주재료인 폴리올(polyol)이 저장된 제1탱크;[0021]
교반기를 구비하고, 주재료인 이소시아네이트(Isocyanate)가 저장된 제2탱크;[0022]
교반기를 구비하고, 발포제 및 기능성 물질이 저장된 제3탱크; 및[0023]
상기 제 1, 2, 3 탱크와 배관을 통하여 연결되며, 교반기를 구비한 믹싱탱크;[0024]
를 포함하여 이루어진다.[0025]
또 본 발명에 따른 본 발명에 따른 기능성 물질을 함량 증가를 위한 발포 폴리우레탄 제조장치는 상기 제3탱크[0026]
와 상기 믹싱탱크를 연결하는 배관은 제1 및 제 2 탱크와 믹싱탱크를 연결하는 배관들에 비하여 단위 체적이
더 큰 것이 바람직하고,
상기 제3탱크에는 촉매촉진제(Catalyst), 첨가제(Surfactant), 충전제(Filler)가 더 저장되며, [0027]
상기 기능성 물질의 함량은 전체 폴리우레탄 조성물에 대하여 6~15 중량%이고, 상기 믹싱탱크에서의 믹싱 시간[0028]
은 1~25초인 것이 바람직하다.
효 과
이상과 같이 본 발명에 따른 기능성 물질을 함량 증가를 위한 발포 폴리우레탄 제조장치는 폴리우레탄, 특히[0029]
저압식이면서 나아가 연질인 폴리우레탄폼을 제조할 경우 발포체의 복원력과 탄성력을 그대로 유지하면서 기존
1~3중량%에 불과한 기능성 물질의 함량을 6~15중량%까지 높일 수 있어 순수 기능성분말의 효과를 극대화시킬 수
있으며, 무엇보다도 대량 생산시 제품의 불량률을 현저히 낮추어 생산성이 증대될 수 있다.
또 본 발명에 따른 발포 폴리우레탄 제조장치는 제3탱크에 하나의 제품모델과 관련된 기능성 물질을 투입하여[0030]
사용하다가, 해당 모델의 주문량 생산이 완료되면 다른 모델 생산을 위하여 이전 기능성 물질을 배출하고 새로
운 분말을 투입할 수 있도록 드레인을 구비하고 있으므로 유연한 생산량 조절이 가능하여 다품목 소량 생산 추
세에 부응하고, 재고 관리 비용 감소 및 재료 절감 효과를 거둘 수 있다.
나아가 본 발명에 따른 발포 폴리우레탄 제조장치는 제3탱크와 믹싱탱크를 연결하는 배관의 단위 체적을 상대적[0031]
으로 더 크게 하여, 주재료인 폴리올(polyol) 및 이소시아네이트(Isocyanate)와 반응성을 갖는 발포제 등을 제3
탱크에 저장할 경우 기능성 물질로 인하여 점성이 커져도 믹싱탱크로 공급 시간을 충족시킬 수 있다.
발명의 실시를 위한 구체적인 내용
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. [0032]
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본 발명자는 반복된 실험의 결과 기능성 물질의 순수첨가 비율을 높이기 위해서는 각 재료의 혼합 및 반응이[0033]
1~25초, 보다 바람직하기로는 1~20초 내에 이루어져야 기능성 물질의 첨가 비율을 높일 수 있다는 것을 알게 되
었다.
종래 폴리우레탄폼 생산업계에서 폴리우레탄 발포장치는 저압식 및 고압식 장치로 구분하는데, [0034]
고압식 장치는 빠른 생산 속도를 충족하기 위하여 일반적으로 믹싱탱크(발포기) 1개에 각 재료를 소정량 계량하[0035]
여 반응시키는 것이 일반적이다.
또 종래 저압식 장치는 교반기가 구비된 탱크 2개를 이용하는데, 제조사별로 약간의 차이는 있지만 도 1에 도시[0036]
된 바와 같이, 대략 교반기(S)가 구비된 제1탱크(T1a)에 이소시아네이트(Isocyanate), 발포제(Blowing Agent),
촉매촉진제(Catalyst), 첨가제(Surfactant), 충전제(Filler)를 투입하고,
역시 교반기(S)가 구비된 제2탱크(T2a)에 폴리올(Polyol)을 투입하고,[0037]
각 배관(L1)(L2)을 거쳐 교반기(S)가 구비된 믹싱탱크(Tm) 모여져 한 번 더 혼합되고 발포되는 방식을 취하고[0038]
있다.
상기 믹싱탱크(Tm)를 거친 후 발포배출기(E)를 통과한 후 성형기(MD)를 거쳐 제품이 생산되는데, 이러한 기존[0039]
저압식 혼합방법의 문제점은 특히 제1탱크 내의 저장물이 약 5시간 정도가 시간이 경과되면 형질이 변형되므로
일단 투입된 양에 대해서는 주문량에 상관없이 원료가 모두 소진될 때까지 생산을 해야 한다는 점에 있으며, 또
본 발명의 핵심 중 하나인 기능성 물질을 포함한 혼합물의 반응이 1~25초 안에 이루어져 발포될 수 없어, 특히
대량 생산시 기능성 물질의 순수 함유량을 6~15중량%까지 첨가할 경우 폴리우레탄폼이 성형이 완벽하게 이루어
지지 않고 탄성과 내구성에도 문제가 생겨 결국 상품성을 갖출 수 없다는 것이다.
본 발명에 따른 발포 폴리우레탄 제조장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 특히 저압식 연질 폴리우레탄 발포 제조[0040]
장치를 제공함에 있어 종래의 장치를 활용하여 설치 비용을 절감하도록 추가로 제3탱크를 비롯한 부속시설만 설
치하면 되도록 하였다.
이러한 장치를 통하여 재차 강조하지만, 완성된 폴리우레탄폼 제품의 복원력과 탄성력을 그대로 유지하면서 기[0041]
능성 물질의 순수 함유량을 6~15중량%, 바람직하기로는 7~10중량%까지 높일 수 있도록 1~25초, 바람직하기로는
1~20초(재료량에 따라) 내에 믹싱탱크(Tm) 내에서의 반응이 가능하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 발포 폴리우레탄 제조장치는 각각 교반기(S)를 구비한 제1, 2, 3 탱[0042]
크(T1)(T2)(T3)와, 상기 각 탱크와 배관(L1)(L2)(L3)을 통하여 연결되고 역시 교반기(S)를 구비한 믹싱탱크
(Tm), 그리고 반응 완료된 혼합물을 강제 배출하는 발포배출기(E), 그리고 성형기(MD)를 포함한다.
제1, 2, 3 탱크(T1)(T2)(T3)에는 각각 주재료인 폴리올(polyol)와 이소시아네이트(Isocyanate), 그리고 발포제[0043]
및 기능성 물질이 저장된다.
통상적으로 공지된 생산 방식에 따르면 폴리우레탄폼의 성분비율은 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트[0044]
(Isocyanate)가 85중량% 정도의 비중 갖고,
부재료들인 발포제(Blowing Agent), 촉매촉진제(Catalyst), 첨가제(Surfactant), 충전제(Filler) 등이 15중량%[0045]
를 차지하는데,
이러한 공지되고 검증된 폴리우레탄폼의 구성비율을 임의로 변경하면 제품의 품질이 떨어지고 불량률이 높아진[0046]
다.
따라서 본 발명자는 부재료의 함량을 줄이고 그만큼 기능성 물질의 함량을 높여도 주재료의 반응에 문제가 없도[0047]
록 빠른 시간 내에 반응을 완료하는 것을 주안점으로 하여 발포 장치를 개발한 것이다.
또 빠르고 완전한 반응을 유도하고 기능성 입자의 함량을 높일 경우, 부수적인 성과로 발포제의 주성분인 메틸[0048]
렌클로라이드(Methylene Chloride)의 함량비를 낮출 수 있는데, 이로 인한 장점은 폴리우레탄 발포 제품의 역
한 냄새를 줄일 수 있어 상품성을 높일 수 있다는 것이다.
나아가 기능성 분말이 첨가된 폴리우레탄 제품은 연질성이 중요한데, 그 이유는 기능성 물질과 관련된 향 발산,[0049]
공개특허 10-2010-0124153
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탈취, 살균, 원적외선이나 음이온 방사 등과 같은 성능이 경질 제품에 비하여 상대적으로 오래 지속되기 때문이
다.
본 발명에 따른 발포 폴리우레탄 제조장치는 화학반응이 일어나지 않도록 주재료인 폴리올(Polyol)을 제1탱크[0050]
(T1)에 투입하고, 제2탱크(T2)에는 역시 화학반응이 일어나지 않도록 이소시아네이트(Isocyanate)를 투입하며,
또한 제3탱크(T3)에는 폴리올(Polyol) 및 이소시아네이트(Isocyanate)와 화학반응 일으키는 발포제(Blowing[0051]
Agent), 촉매촉진제(Catalyst), 첨가제(Surfactant), 충전제(Filler), 기능성 물질만 넣는 것이 바람직하며 발
포제(Blowing Agent), 촉매촉진제(Catalyst), 첨가제(Surfactant), 충전제(Filler), 기능성 물질도 각각 세분
화함으로써 각 재료의 혼합이 1~25초안에 가능하며
이에 대량 생산시 기능성 분말의 순수 함유량을 6~15중량%, 보다 바람직하기로는 7~10중량%인 폴리우레탄 발포[0052]
제품을 제공할 수 있다.
또 제3탱크(T3)에 투입되는 기능성 물질은 분말 형태인 것이 바람직하다. 종래에는 폴리우레탄폼 제조시 일반[0053]
적으로 기능성 물질의 함량이 1~3중량% 정도이고 소포제, 분산제 등을 추가한 액체 제품을 사용하는 것이 일반
적인데,
이는 기능성 물질을 분말 상태로 첨가할 경우 이론적으로는 첨가량을 증가시킬 수 있으나, 실제 발포를 위한 혼[0054]
합시에는 기능성 분말로 인한 점성 증가로 기능성 물질과 다른 다른 재료들의 원활한 혼합이 불가능하고 반응을
방해하여 불량률을 높이기 때문이다.
또 기능성 물질을 최대한 미세화하여 투입할 경우에는 미세화로 인한 비용 증가로 단가상승 요인으로 작용하므[0055]
로 소량 또는 수작업에 의한 고가의 소량 생산 제품에는 적합할 수 있으나
대중적인 가격대의 제품으로 대량 생산할 경우에는 부적합하며, [0056]
나아가 미세 분말의 경우 완성품 전체에 고루 균일하게 분산하도록 할 경우에는 그만큼 교반 시간을 길게 하여[0057]
야 하므로 역시 본 발명에 따른 장치를 이용할 경우 기능성 물질 함량비를 6~15 중량%까지 늘일 수 있는 것에
비하면 기존 함량비(1~4중량%) 수준에 머물 수밖에 없는 것으로 나타났다.
이러한 문제점들로 인하여 광고에 비하여 실제 기능성 물질의 효과가 나타날 수 있는 함량비를 갖는 기능성 폴[0058]
리우레탄폼 제품은 시장에서 찾아볼 수 없는 것이 현실이다.
이에 비하여 본 발명은 빠른 투입-혼합-반응시간을 보장하므로 기능성 물질을 분말 형태로 투입할 수 있고, 이[0059]
로 인한 문제점이 나타나지 않게 된다.
또 도 1에 도시된 종래 폴리우레탄 제조장치에 단순히 기능성 물질 및 발포제 등이 투입되는 탱크만을 추가할[0060]
경우(이러한 상황은 특허공개 제2004-0044168호 및 특허공개 제2003-0073486호에 제시된 구성도 마찬가지이다),
점성의 증가로 원활한 재료 이송이 불가능한데, 이러한 문제점은 해결하기 위하여 본 발명에서는 제3탱크(T3)와[0061]
상기 믹싱탱크(Tm)를 연결하는 배관(L3)의 단위체척이 제1 및 제 2 탱크(T1)(T2)와 믹싱탱크(Tm)를 연결하는 배
관(L1)(L2)들의 단위 체적 보다 더 크게 하여 해결할 수 있다.
나아가 완성 폴리우레탄폼 제품에서의 함량을 고려하면 제3탱크의 크기는 제1 및 제2 탱크의 크기의 1/3 정도[0062]
수준인 것이 적합하다. 이러한 치수 설정은 과대한 설비로 인한 비용 낭비를 줄이면서도, 다품종 소량 생산 추
세에 맞게 주문 수량을 생산한 후, 남은 기능성 재료는 방출 보관하고, 새로운 기능성 물질을 투입하여 생산하
는 경우를 고려한 것이며,
이를 위하여 도 2에서, 제3탱크(T3)에는 드레인(D)이 구비되어 있으며, [0063]
그 외 라인(L1, L2, L3)에도 드레인(D)이 구비되어 있으며, 각 드레인은 밸브를 통하여 개폐된다.[0064]
이와 같이 본 발명에 따른 제조장치에서는 기존 설비를 최대한 이용하고 그 단점을 보완하며, 최적은 크기를 갖[0065]
도록 하여 공간활용성을 개선할 수 있다.
공개특허 10-2010-0124153
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예를 들어 통상의 폴리우레탄폼 베개 140개를 한 번에 생산할 수 있는 규모의 시설에서는 제1 및 제2 탱크(T1,[0066]
T2)의 배관(L1, L2) 내경이 3cm인 경우, 제3탱크(T3)의 배관(L3) 내경은 6cm로 두 배에 해당한다.
이로 인하여 분말형 기능성 물질과 발포제 등의 부재료가 섞인 혼합물의 경우 점성이 높아도 원하는 시간 내[0067]
(1~25초)에 믹싱탱크(Tm)에서 이송 및 반응이 완료되어 우수한 상품을 생산할 수 있다.
또 각 탱크(T1)(T2)(T3)와 믹싱탱크(Tm)를 연결하는 배관(L1)(L2)(L3) 각각에는 빠른 강제 이송을 위한 펌프[0068]
(P)(예: 기어 펌프)가 구비되고(기능성물질 혼합물의 점성을 고려하여 제3탱크를 위한 펌프의 용량은 다른 탱크
를 위한 펌프의 용량보다 큰 것을 사용하는 것이 바람직함),
각 라인에는 생산 중단 등의 경우 각 배관에 남은 재료의 방출을 위한 드레인(D)과 정량 투입을 위한 유량계[0069]
(D)가 구비되며, PLC(Programmable Logic Controller) 제어반을 통하여 각 펌프, 드레인(전자밸브 구비), 유량
계 등의 자동제어가 가능한 제조시스템을 구축할 수 있다.
다음으로 도 1에 도시된 종래 발포 폴리우레탄 제조장치를 이용하여 제품을 생산하는 경우에는 제1공정으로 제1[0070]
탱크(T1a)에 기능성 폴리우레탄의 기본필수 원료의 중량 대비로 1~3중량%의 기능성 물질 함량을 갖는 기능성 원
액을 첨가하여 기능성 성능이 나타나도록 하고, 교반기(S)에 의하여 이소시아네이트(Isocyanate), 발포제
(Blowing Agent), 촉매촉진제(Catalyst), 첨가제(Surfactant), 충전제(Filler)가 섞이면서 1시간 동안 숙성되
도록 한다. 1시간 정도의 숙성을 거치는 이유는 다른 성분과 잘 배합하지 않으면서 화학반응이 적은 수지계열
인 이소시아네이트(Isocyanate)와 다른 첨가물들이 혼합이 잘 되게 하며, 제2탱크(T2a)에 저장되고 입자가 큰
편인 폴리올(Polyol)의 입자를 더 작게 만들어서 폴리올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)와 화학반응을
일으키는 발포제(BlowingAgent), 촉매촉진제(Catalyst), 첨가제(Surfactant), 충전제(Filler), 기 능성 원액이
충분히 섞여 반응이 더욱 잘 될 수 있게 하기 위해서이다.
다음으로 제2공정으로 교반원료를 이송하여 믹싱탱크(Tm) 내에서 교반기(S)에 의하여 섞이고, 이후 발포배출기[0071]
(E)를 통과하면서 한 번 더 혼합한 후 토출하며 만들어진 원료를 성형기(MD)에 채워 40도~48도 사이의 온도에서
8분~10분을 열을 가하면 발포체가 완성된다.
제3공정으로 성형기에서 발포체를 분리하고 24~48시간 동안 자연건조를 하여 특유의 화학약품 향을 줄인다.[0072]
이에 비하여 도 2에 도시된 본 발명에 따른 발포 폴리우레탄 제조장치를 이용할 경우에는 역시 제1공정으로는[0073]
기능성 폴리우레탄의 폴리올(Polyol)만이 저장된 제1탱크(T1), 이소시아네이트(Isocyanate)가 저장된 제2탱크
(T2), 그리고 기능성 물질, 특히 기능성 분말, 충진제(Catalyst), 첨가제(Surfactant), 발포제(Blowing,
Agent), 충전제(Filler)를 제3탱크(T3)에서 각 교반기(S)를 가동하고 1시간동안 혼합 및 숙성한다. 이때 폴리
올(Polyol)과 이소시아네이트(Isocyanate)는 반응하지 않게 된다.
이후 펌프(P)의 작동으로 배관(L1, L2, L3)을 따라 재료가 믹싱탱크(Tm)로 이송되어 각 재료가 완전 혼합되고[0074]
화학반응을 거치게 되며, 이후 발포배출기(E)를 통과하게 되는데,
이때 믹싱탱크(Tm) 및 배출기(E)에서의 체류시간이 1~25초, 보다 바람직하기로는 1~20초여야 [0075]
기능성 물질의 함량이 6~15중량%, 바람직하기로는 7~10중량%에 이르러도, 공지된 주성분의 최적 구성비율을 저[0076]
해하지 않고 품질(탄성과 내구성 등)에도 문제가 없는 제품의 대량생상이 가능하다.
또 기존 폴리우레탄 발포 제조장치의 경우 기능성 분말 종류가 서로 다른 제품을 생산할 경우 한 모델을 위한[0077]
투입 재료가 소진될때까지 생산을 계속하여야 함에 비하여, 본 발명에 따른 장치는 일정 수량의 제품을 생산하
고, 제3탱크(T3)를 드레인(D)을 이용하여 비우고, 다른 모델을 위한 이종 기능성 분말을 교체 투입하여 생산을
할 수 있으므로 다품종 소량 생산 추세에 적합하다.
특히 서로 다른 기능성 분말의 교체시간뿐 아니라 충전제(Filler) 속하는 서로 다른 색의 안료와 관련된 모델[0078]
역시 쉽게(3배 이상 신속) 교체하여 혼류 생산이 가능하다.
이어 제2공정으로 교반된 개별 원료를 믹싱탱크(Tm)에서 혼합 반응시키고 발포배출기(E)를 거쳐 토출하고, 이후[0079]
성형기(MD)를 거치면서 40도~48도 사이의 온도를 이용하여 기능성 분말 첨가를 고려하여 15분정도의 열을 가하
면 발포 폴리우레탄 제품이 완성된다.
공개특허 10-2010-0124153
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이후 제3공정으로 성형기(MD)에서 발포 완성제품을 분리하고 화학 약품의 비율이 낮아지고 그 낮아진 만큼 기능[0080]
성 분말 순수비율로 전환되므로 12~24시간 동안만 자연 건조하여도(기존 자연 건조 시간의 1/2 시간만 건조) 특
유의 화학 약품향이 현저히 줄어든다.
다음으로 본 발명은 다음의 제조예를 통하여 보다 깊게 이해될 수 있으며, 일정 정도 본 발명자의 개발 노고를[0081]
파악할 수 있다.
[제조예 1 - 표 1][0082]
[0083]
기준: 상기 [표 1]의 함량비는 발포 폴리우레탄 제품 1Kg을 얻기 위한 최적의 구성비율이며 절대적으로 필수화[0084]
된 비율은 아님.
[제조예 2 - 표 2][0085]
[0086]
참고기준: 상기 [표 1]의 함량비는 발포 폴리우레탄 제품 1Kg을 얻기 위한 최적의 구성비율이며 절대적으로 필[0087]
수화된 비율은 아님.
[실시예 1 (특허등록 제0851883호에 따른 구성비를 기초로 한 실험)][0088]
해충이 억제 기능 도입을 위한 기능성물질인 식물가루 10중량%를 혼합하였는데, 식물가루만의 각 성분 함량비는[0089]
계피 29중량%, 산초 4중량%, 초피 29중량%, 구문초 9.2중량%, 라벤다 6.6중량%, 탄지 2.6중량%, 제라늄 2.6중량
%, 용뇌 2.6중량%, 겨자 2.6중량%, 감초 6.6중량%, 앵두 5.2중량%를 사용하였다.
공개특허 10-2010-0124153
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전체 100중량%에서 기능성 분말 10중량%를 넣어 제품을 성형함에 있어서 비교 실험 조건으로는 대양산업의 생산[0090]
한 같은 기종의 기계 2대를 사용하고, 주재료인 폴리올(Polyol)은 SKC의 제품을 구입하여 사용하였으며, 이소시
아네이트(Isocyanate)는 각 첨가물을 분리하는 형태로 금호미쓰이화학에 주문하여 구입 사용하였다.
1회 실험시 발포체의 완성 수량은 총 280개를 목표로 하고, 도 2의 본 발명에 따른 제조장치를 이용한 "A"군과,[0091]
도 1의 기존 제조장치를 이용한 "B"군 각각에 원료를 절반씩 나누어 동일 조건 하에서 140개씩 결과물로 10회에
걸쳐 실험한 결과이다.
본 발명에 따른 "A"군은 주재료인 폴리올(Polyol)은 59.5중량%를 제1탱크(T1)에 투입하고, [0092]
제품의 탄성에 영향을 주는 이소시아네이트(Isocyanate)는 25중량%를 제2탱크(T2)에 투입하였으며, [0093]
촉매촉진제(Catalyst)는 0.5중량%, 첨가제(Surfactant)는 1중량%, 발포제(Blowing Agent)는 3중량%, [0094]
충전제(Filler)는 1중량%, 기능성분말 10중량%를 각각 제3탱크(T3)에 투입하고, 해당 배관(L3)은 내경이 6cm로[0095]
하여 다른 배관(L1,L2)에 2배로 하였다.
종래 장치를 이용하는 "B"방식은 제품을 성형하는 주재료인 폴리올(Polyol) 59.5중량%를 제2탱크(T2a)에 투입하[0096]
고,
이소시아네이트(Isocyanate) 25중량%를 제2탱크(T2a), 촉매촉진제(Catalyst)는 0.5중량%, 첨가제(Surfactant)[0097]
는 1중량%, 발포제(Blowing, Agent)는 3중량%, 충전제(Filler)는 1중량%, 기능성분말 10중량%를 제1탱크(T1a)
에 투입하여 제조하였다.
발포 제조된 폴리우레탄 제품에 대해서는 "A" 및 "B"군 각 140개의 발포 제품 중 성형 불량률 및 제품 경질화[0098]
불량 개수를 측정한 바, 그 결과를 아래 [표 3]에 정리하였다(여기서 제품 경질화 불량은 기능성 분말의 과도한
첨가로 인해 폴리우레탄 폼의 탄성력과 복원력이 떨어지는 것을 말한다).
[표 3][0099]
실험횟수[0100]
발포체: 형태
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
A: 성형불량갯수 3 1 4 1 0 0 1 1 0 0
A: 경질화불량갯수 5 4 4 2 1 1 1 0 0 0
B: 성형불량갯수 42 36 42 53 39 33 67 45 28 42
B: 경질화불량갯수 140 140 140 140 139 140 139 138 138 140
[실시예 2 (조성비 재조정)][0101]
[실시예 1]의 경우, 종래의 혼합 제조장치를 이용하는 방식에 따른 "B"군의 경우 너무 많은 불량률이 발생하므[0102]
로 성분비를 조정하여 재실험하였다.
기능성 분말의 함량은 본 발명에서 바람직한 함량비(7~10중량%) 범위 중 최소 수치인 7중량%를 적용하였고, 주[0103]
재료인 폴리올(Polyol)는 60중량%, 이소시아네이트(Isocyanate)는 25중량%, 촉매촉진제(Catalyst)는 0.5중량%,
첨가제(Surfactant)는 1중량%, 발포제(Blowing, Agent) 5.5중량%, 충전제(Filler)는 1중량%, 기능성분말 7중량
%를 투입하여 제조하였다.
"A"군의 경우는 [실시예 1]과 동일하며, 나머지 조건도 동일하게 하였으며, 그 결과를 아래 [표 4]에 정리하였[0104]
다
공개특허 10-2010-0124153
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[표 4][0105]
실험횟수[0106]
발포체: 형태
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
A: 성형불량갯수 3 1 4 1 0 0 1 1 0 0
A: 경질화불량갯수 1 1 0 0 0 0 1 0 2 0
B: 성형불량갯수 1 2 1 0 0 2 0 0 1 0
B: 경질화불량갯수 126 130 124 88 113 104 95 117 134 133
이상과 같이, 본 발명에 따른 저압식 연질 폴리우레탄폼 제조장치를 이용하는 경우, 불량 발생률을 현저히 낮출[0107]
수 있음을 알 수 있다.
다음으로 본 발명에 따른 발포 폴리우레탄 제조장치의 각 탱크(T1,T2,T3)에 적용될 수 있는 개폐도어(Fd)의 고[0108]
정을 위한 수단에 대한 분해사시도(평면 방향에서 관찰)인 도 3을 참고하여 설명하기로 한다.
우선 본 발명에 따른 발포 폴리우레탄 제조장치의 각 탱크(T1,T2,T3)의 상부 프레임(Ff)에 형성된 개구부를 덮[0109]
는 도어(Fd)는 프레임(Ff)과의 접면에 패킹부재(도시하지 않음)를 구비하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 스냅(또는 워터치) 결합 방식의 도어 고정수단은 상기 프레임(Ff)에 구비된 후크돌기(20)와,[0110]
도어(Fd)에 구비된 체결수단(10)으로 이루어지는데,
상기 후크돌기는 도어(Fd)가 힌지를 통하여 여닫히는 경우에는프레임 일측에만 형성되고, 도어가 완전히 프레임[0111]
에서 분리되는 형태를 취할 경우에는 후크돌기는 프레임의 양측 또는 여러 곳에 배열될 수 있다.
도어(Fd) 일측에는 상기 후크돌기(20)가 관통 삽입되는 삽입홀(Fd1)이 형성되어, 상기 삽입홀(Fd1)을 통하여 외[0112]
측으로 돌출된 상기 후크돌기(20)와 결합되어 도어(Fd)를 개폐 가능하게 하는 체결수단(10)이 더 구비되어,
상기 도어(Fd)의 개폐의 용이 신속성을 보장하기 위해 스냅타입의 체결수단(10)을 도입하였다.[0113]
도 3의 분해사시도 및 원 "C" 내의 결합 사시도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 후크돌기(20)는 두 개가[0114]
일정거리 이격되어 연결된 체결판(25)에 의하여 상기 프레임(Ff)에 결합되고, 상기 후크돌기(20)의 각 단부 내
면에는 텐션부재(17)의 탄성봉(18a)에 접촉되어 전진하는 두 탄성봉(18a)의 이격거리를 좁히도록 일정 간격과
각도를 이루는 경사부(21)가 형성되어 있고, 상기 경사부(21) 안쪽에는 이격거리가 좁혀졌던 두 탄성봉(18a)이
탄성에 의해 이격거리가 다시 벌어져 걸리는 걸림부(23)가 형성되어 있다.
그리고 상기 도어(Fd)에는 상기 후크돌기(20)가 삽입되는 삽입홀(Fd1)이 형성되어 있고, 테두리에는 상기 후크[0115]
돌기(20)와 결합되는 상기 체결수단(10)의 커버(11) 테두리에 구비되어 있는 고정부(14)가 삽입된 후 절곡 고정
될 수 있도록 안착공(Fd2)이 다수(고정부의 수에 맞게) 형성되어 있다. 상기 안착공(Fd2)은 고정부(14)가 절곡
되는 위치를 가이드할 수 있다.
아울러 스냅타입을 이루는 상기 체결수단(10)은 삽입홀(Fd1)에 전진 삽입된 후크돌기(20)를 스냅타입으로 결합[0116]
고정시키도록 커버(11)와 텐션부재(17)를 포함하여 이루어지는데,
상기 커버(11)는 상기 텐션부재(17)(일종의 스프링)를 위한 고정 케이스의 역할을 하는데, 텐션부재(17)의 고정[0117]
을 위한 다양한 변형 형태를 예상할 수 있다.
그리고 상기 커버(11)는 상기 도어(Fd)의 삽입홀(Fd1)을 덮고, 상기 텐션부재(17)를 내장하며, [0118]
상기 커버(11)에는 상기 삽입홀(Fd1)에 대응하는 위치에 구비되어 상기 후크돌기(20)가 삽입되는 삽입공(12)이[0119]
형성되어 있고,
커버(11)의 테두리에는 도어(Fd)와 커버(11) 사이에 텐션부재(17)의 움직임을 보장하기 위한 공간을 제공하는[0120]
단턱부(13)가 절곡되어 형성되어 있고,
상기 단턱부(13)에는 커버(11)를 도어(Fd)에 고정시키는 고정부(14)가 다수 돌출되어 형성되어 있다.[0121]
또 상기 고정부(14)는 안착공(Fd2)에 결합 절곡되어 도어(Fd)의 타면에 접촉 지지되어 커버(11)(결국은 체결수[0122]
공개특허 10-2010-0124153
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단(10))를 도어(Fd) 고정시키는 역할을 한다.
그리고 상기 커버(11)의 내면에는 내장되는 텐션부재(17)의 위치를 잡아주고, 내장된 후에는 텐션부재(17)가 좌[0123]
우방향으로 이동되는 거리를 제한하여 후크돌기(20)가 두 탄성봉(18a) 사이로 삽입되도록 하는 가이드돌기(15)
가 돌출 형성되어 있고,
커버(11)의 테두리 즉, 단턱부(13)에는 텐션부재(17)의 내장 위치를 잡아주고 외력에 의해 내측으로 이동하는[0124]
누름부(19)의 이동을 안내하는 가이드홈(16)이 형성되어 있다.
상기 텐션부재(17)는 상기 후크돌기(20)가 스냅타입으로 결합 고정되도록 하는 다양한 형상으로 변형될 수 있는[0125]
데, 도면에서는 주된 탄성을 제공하는 "∧" 형상의 결합부(18)와, 'ㄷ'자 형상의 양 누름부(19)를 포함하여 이
루어진다.
그리고 상기 텐션부재(17)는 스테인레스재질로 제작하여 탄성을 강화하고, 부식이 발생되지 않도록 하는 것이[0126]
바람직하다.
상기 결합부(18)는 일체를 이루는 두 탄성봉(18a)이 상부에서 절곡되어 서로 마주보되, [0127]
상부에서 하부를 가면서 마주보는 이격거리가 점차 길어지는 집게 형상으로 이루어져 탄성을 갖는다.[0128]
그리하여 두 탄성봉(18a)이 전진하는 후크돌기(20)에 접촉되어 이격거리가 좁아져 응축되고, 후크돌기(20)가 완[0129]
전히 전진한 후에는 탄성에 의해 다시 이격거리가 멀어지도록 복귀되어 후크돌기(20)의 걸림부(23)에 걸리게 된
다.
상기 누름부(19)는 ㄷ'자 형상으로 이루어지고, 일단이 상기 탄성봉(18a)의 하단에 연결되며, 그리고 일측의 일[0130]
부는 커버(11)에 노출되어 작업자가 누르는 외력을 받는다.
따라서 작업자가 커버(11)에 양측에 노출된 누름부(19)를 누르면 누름부(19)는 가이드홈(16)을 따라 내측으로[0131]
전진하여 탄성봉(18a)의 하단을 밀어 두 탄성봉(18a)의 이격거리를 좁히게 되고, 후크돌기(20)는 두 탄성봉
(18a)에 걸림이 없이 체결수단(10)에서 분리된다.
이상의 설명에서 발포 폴리우레탄의 재원(폴리올, 이소시아네이트, 발포제)이나 각종 첨가제(촉매, 가교제, 충[0132]
진재, 난연제 등), 펌프, 유량계 등의 종류 및 사양, 각 재료 혼합시의 점성 등의 물성 등과 관련된 통상의 공
지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.
또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 구성을 갖는 장치를 위주로 설명하였으나[0133]
본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보
호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 종래 발포 폴리우레탄 제조장치의 개략도.[0134]
도 2는 본 발명에 따른 발포 폴리우레탄 제조장치의 개략도.[0135]
도 3은 각 탱크의 도어 고정을 위한 수단에 대한 분해사시도.[0136]
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>[0137]
T1, T2, T3, T1a, T2a, Tm: 탱크 S: 교반기(stirrer)[0138]
L1, L2, L3; 배관 M: 라인믹서[0139]
P: 펌프 D:드레인[0140]
E: 발포배출기 MD: 성형기[0141]
공개특허 10-2010-0124153
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도면
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도면2
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도면3
공개특허 10-2010-0124153
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