KR102626906B1 - 용융된 고분자 재료에 유체 제제를 주입하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

액체 제제(liquid formulation)를 고압에서 용융 고분자 내부로 주입하기 위한 주입 장치로서, 주위 온도와 압력에서 액체 제제를 담는 저장조를 포함하며, 상기 저장조는 제1 프로그레싱 캐비티 펌프(pcp)(4)의 펌프 몸체(26)로 플러드-공급(flood-feed)하도록 구성된다. 상기 제1 pcp(4)는 모터(6)에 의해 구동되며 제2 pcp(8) 내부로의 액체 제제를 정확하게 계량하도록 구성되고, 상기 제2 pcp는 제1 pcp의 하류에 있으며 액체 제제의 압력을 200bar 이상으로 상승시키도록 구성된다. 펌프(8)의 하류에 딜리버리 밸브(14)가 있으며, 딜리버리 밸브는, 액체 제제가 배출구(17)를 통해 압출기(77) 내에 존재하는 가압된 용융 고분자 스트림(75) 내부로 흐르는 것을 제어하도록 구성된다.

Description

용융된 고분자 재료에 유체 제제를 주입하기 위한 장치 및 방법

본 발명은 고분자 재료(polymeric material)에 관한 것이며, 특히, 비록 배타적이지는 않지만, 예를 들어, 폴리에스테르 섬유 생산에서 폴리에스테르와 같은 고분자 재료 내에 첨가제(additives)의 혼입(incorporation)에 관한 것이다.

배스 염색(bath dyeing) 또는 방적 염색(spin dyeing)에 의한 섬유 후반-작업(post-production) 내로 첨가제들(예컨대, 착색제, 안정제, 광택 제거제, 대전 방지제, 광학적 광택제, 가공 보조제, 등)을 혼입시키는 것은 알려져 있다. 그러나 이는 섬유 내에 첨가제가 침투할 수 있도록 하기 위해 대량의 액체 첨가제 제제들을 요구하며; 그 공정은 시간이 많이 소요되고; 섬유는 침투 공정 뒤에 건조되어야 한다는 점에서 불리하다. 또한, 스핀 염색 공정은 상당한 수자원을 사용하며 수로의 오염을 포함하는 환경적인 문제와 결부되어 왔다.

또한, 고분자 내로 첨가제들을 도입하기 위해 첨가제들을 함유한 마스터 배치(masterbatch)를 사용하는 것도 알려져 있다. 예를 들어, 마스터 배치의 펠릿들(pellets)과 고분자의 펠릿들은 공급구를 통해 압출기(extruder) 내부로 도입될 수 있으며 두 개의 성분들은 함께 용융 처리된다. 그러나, 예를 들어, 색상 변경들 사이에서 압출기의 전체 길이의 클리닝이 필요하기 때문에 압출기의 클리닝은 시간이 소요되며; 고체 펠릿화된 마스터 배치의 도우징(dosing) 및 취급 가능성은 힘들 수 있다는 점에서 불리하다. 게다가, 마스터 배치를 사용하여 만들어진 재료들, 예를 들어 방적 섬유의 일부 성질들은 해로운 영향을 받을 수도 있다.

첨가제 혼입의 바람직한 방법은 액체 제제(liquid formulation)를 고분자 용융물 내부로 혼입시키는 것이다. 상기 제제는 용융물 내부로의 주입 전에 첨가제가 분산된 비히클(vehicle)을 적절하게 포함한다.

액체 제제를 고분자 용융물 내부로 주입하기 위해 기어 펌프를 사용하는 것은 알려져 있다. 예를 들어, US7278776은 고분자 용융물 내부로 액체 염료(dye)를 주입하기 위한 장치와 방법을 개시하고 있다. 염료를 주입하기 위한 장치는 액체 염료를 담기 위한 탱크를 포함하며, 상기 탱크는 가스 쿠션(gas cushion)을 발생시키기 위해 가스 압력 소스에 연결되며, 가스 쿠션은 일정한 압력하에서 염료가 공급 펌프의 유입구로 전달되도록 탱크 내의 염료에 작용한다. 상기 공급 펌프는 기어 펌프이며, 탱크와 기어 펌프인 정량 펌프(metering pump)의 유입구 사이의 염료 공급 라인에 연결된다. 상기 정량 펌프는 염료 공급 라인을 통해 탱크에 연결되는 유입구와 용융물 운반 요소에 연결하기 위한 배출구를 가지며, 상기 정량 펌프는 탱크로부터 측정된 양의 염료를 용융물 운반 요소, 예를 들어 압출기 내의 고분자 용융물에 추가하도록 구성된다.

WO2014/207472는 용융된 고분자 재료 내부로 유체 제제(fluid formulation)를 주입하기 위한 장치를 개시하며, 이 또한 기어 펌프를 사용한다.

기어 펌프들은, 이산화티타늄과 같은 연마 입자들을 포함하는 유체 제제가 펌핑될 때, 높은 수준의 마모에 취약하다는 점에서 불리하다. 마모된 기어 펌프는, 일반적으로, 비용-효과적으로 보수될 수 없으며(예컨대, 마모된 부품들을 다듬는 것은 비싸다), 그래서 작동이 불만족스러운 정도로 마모된 후에 교체될 수 있다. 기어 펌프의 마모의 문제점은, 액체 제제 내부로 혼입하기 전에 연마 입자들을 매우 작은 입자 크기로 밀링(milling)함으로써, 어느 정도는 해결될 수 있다. 그러나, 이는 시간이 많이 소요되고 비용도 비싸며; 그리고 금속 또는 진주 광택 효과를 주도록 의도된 것과 같은 일부 안료들은 비교적 큰 입자 크기로 유지되어야 한다. 게다가, 특히 정확하게 계량된 양의 액체 제제들이 고압에서 용융된 고분자 재료 내부로 주입될 필요가 있을 때, 실제로 만족스러운 장기간의 성능을 달성하는 것은 어렵다는 것이 알려졌다. 그 이유는 기어 펌프들은 금속 부품들 사이의 기계적 밀봉을 달성하여 압력을 발생시키기 위해 매우 작은 공차에 의존한다는 사실에 기인한다. 그러나, 큰 안료 입자들을 수용하기 위해 공차가 넓어지면, 매우 낮은 점도의 재료들은 적정하게 가압될 수 없다. 더욱이, 배출구와 유입구 사이에 압력 차이가 있을 때, 기어 펌프의 작동은 어떤 양의 액체가 기어들 위로 미끄러져 돌아가도록(slip back over) 한다. 소량의 '미끄러짐(slippage)'은 수용될 수 있지만, 불리하게는 액체의 층밀림과 국부적인 가열을 초래할 것이다. 전단 발열(shear heating)은 대부분의 첨가제 제제들의 점도를 감소시키고 '미끄러짐" 수준을 더 상승시키며, 이는 펌프 내에 열의 축적을 방지하기 위한 방법(예컨대, 공기 또는 액체 냉각)이 시행되어야 한다는 것을 의미한다. '미끄러짐" 수준의 상승은 기어 펌프의 가속된 마모를 유발하며, 이는 동일한 변위 용적을 위해 펌프의 더 많은 회전이 요구되고 미립자들은 갭 간극을 통해 불리하게 되돌아간다는 것을 의미한다. 또한, 일부 고체 성분들이 무더기로 덩어리질 수 있거나 또는 기어 펌프의 작동과 관련된 기계적 압력을 받을 때 더 큰 덩어리로 가압될 수 있으며, 이러한 덩어리들을 포함하는 액체 체제들이 고분자 용융물 내부로 주입될 때 문제점들이 유발된다.

본 발명의 목적은 위에서 서술된 문제점들을 해결하는 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 유체 제제(fluid formulation)를 용융된 고분자 재료 내부로 주입하기 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는, 상기 장치의 배출구의 상류의 유체 경로 내에 직렬로 배치된 제1 프로그레싱 캐비티 펌프(pcp: progressing cavity pump)와 제2 pcp를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1 pcp는 상기 제2 pcp의 상류에 있다. 바람직하게는 상기 제1 pcp와 상기 제2 pcp 사이에 제1 도관이 제공된다. 상기 제1 도관은 25mm보다 작은 내경을 가질 수 있으며; 상기 내경은 적어도 1mm일 수 있다.

상기 제1 pcp는 바람직하게는 대기압보다 높은 압력에서 액체 제제를 (상기 제1 도관을 통해 적절히) 상기 제2 pcp의 유입구 내부로 공급(예를 들어, 플러드 공급(flood feed))하도록 구성된다. 상기 압력은 100KPa(1bar)보다 적절히 크며, 바람직하게는 200KPa(2bar)보다 크고, 더욱 바람직하게는 250KPa(2.5bar)보다 크다. 상기 압력은 1000KPa(10bar)보다 적절하게 작고, 바람직하게는 500KPa(5bar)보다 작다. 액체 제제를 제2 pcp 내부로 도입하기 위해 이러한 압력을 사용하는 것은 상기 제2 pcp가 이하에서 설명되는 바와 같이 다양한 유리한 특징들을 가질 수 있도록 한다.

상기 제2 pcp는 유입구를 포함하는 펌프 몸체(pump body)를 포함하며, 상기 제1 pcp로부터 압력하에서 액체 제제가 유입구를 통해 제2 pcp 내부로 도입될 수 있다. 상기 펌프 몸체는 비교적 작은 내부 체적을 포함하며; 상기 내부 체적은 (제2 pcp의 회전자 및 고정자 조립체의 상류의) 펌프 몸체의 체적으로 적절하게 정의되고 유입구를 통해 상기 제2 pcp 내부로 도입된 액체 제제를 담을 수 있다. 상기 제2 pcp의 내부 체적은 200㎖보다 작을 수 있으며, 바람직하게는 150㎖보다 작을 수 있고, 더욱 바람직하게는 120㎖보다 작을 수 있다. 비교적 작은 내부 체적은 이하에서 논의되는 바와 같이 유리하다.

상기 내부 체적의 길이는 250mm보다 작을 수 있으며, 바람직하게는 200mm보다 작을 수 있고, 그 폭은 75mm보다 작을 수 있으며, 바람직하게는 50mm보다 작을 수 있다. 바람직하게는, 상기 내부 체적의 길이는 75mm 내지 200mm의 범위 내이고 폭은 15mm 내지 60mm의 범위 내이다.

상기 펌프 몸체는 상기 제2 pcp의 회전자/고정자 조립체와 상기 pcp의 모터 사이에 작동 가능하게 연결된 링크 샤프트(link shaft)를 포함한다. 상기 링크 샤프트는 적절하게는 토크와 축방향 부하를 흡수하도록 구성된다. 상기 링크 샤프트는 25mm보다 작은, 예를 들어 17mm보다 작은 폭(예를 들어, 최대 직경)을 가진다. 상기 링크 샤프트의 폭(예를 들어, 최대 직경)은 적어도 5mm일 수 있다. 상기 폭(예컨대, 최대 직경)은 5 내지 25mm의 범위 내일 수 있다. 상기 링크 샤프트는 250mm보다 작은, 예를 들어 180mm보다 작은 길이를 가질 수 있다. 상기 링크 샤프트는, 회전자가 구동축에 대해 편심 경로를 그린다는 점을 감안하여, 적절하게는 구동 토크를 상기 회전자/고정자 조립체의 회전자로 효과적으로 전달하기 위해 최소 가능 길이를 가진다. 상기 링크 샤프트를 짧게 하는 것은 상기 제2 pcp의 내부 체적을 줄이는데 효과적이다. 상기 링크 샤프트는 적어도 20mm의 길이를 가질 수 있다. 상기 길이는 20 내지 200mm의 범위 내일 수 있다. 상기 링크 샤프트는 적절하게는 액체 제제를 담을 수 있는 상기 pcp의 내부 체적을 형성하는 상기 펌프 몸체의 벽들 사이에 배치된다. 상기 링크 샤프트는 적절하게는 링크 샤프트의 회전축에 대해 직각으로 측정된 "p" mm의 최대 폭(또는 상기 링크 샤프트가 바람직하게 원형의 단면을 가질 때에는 직경)을 가진다. (상기 링크 샤프트의 회전축에 대해 직각인 동일 선에서 측정된) 상기 펌프 몸체의 상기 벽들 사이의 거리는 "q" mm이다. p/q의 비율은 적절하게는 적어도 0.4이고, 바람직하게는 적어도 0.5이며, 더욱 바람직하게는 적어도 0.55이다. p/q의 비율은 적절하게는 0.9보다 작거나 또는 0.8보다 작다. 바람직한 실시예에서, 상기 링크 샤프트의 폭("p")은 80 내지 180mm의 범위 내이다. 상기 링크 샤프트의 양측에서의 여유(clearance)는 12mm보다 작을 수 있으며, 예를 들어 10mm 이하이고, 적어도 1mm일 수 있다.

상기 링크 샤프트는 적절하게는 상기 회전자/고정자 조립체의 회전자가 편심 회전하는 것을 허용한다. 하나 이상의 조인트들, 예를 들어 유니버셜 조인트들이, 상기 링크 샤프트를 회전자/고정자 조립체에 연결하기 위해 상기 링크 샤프트와 연관될 수 있다. 상기 링크 샤프트와 조인트들은 바람직하게는 상기 제2 pcp의 내부 체적을 감소시키고 상기 pcp의 펌프 몸체의 길이를 따라서 가장 바람직한 거리("q")를 유지하도록 설계된다.

상기 펌프 몸체의 최소화된 내부 체적과 상기 링크 샤프트의 길이를 따라서 스무스하고 일관된 형상은 상기 제2 pcp가 다음의 유체 제제로 완전히 세척되는 능력을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 세척 능력과 이에 따라 하나의 제2 pcp를 사용하여 다수의 액체 제제를 작동시키는 능력은 상기 주입 장치를 사용하여 다수의 유체 제제들을 주입하는 비용을 현저히 감소시키는데 도움을 줄 수 있다.

상기 제2 pcp는 장치의 제자리에서 세척될 수 있거나 또는 다음의 사용 전의 상태로 조절되도록 별도의 세척 장치(flushing apparatus)로 옮겨질 수 있다.

상기 제2 pcp는 펌프를 통해 제2 유체 제제를 공급함으로써 세척될 수 있다. 유체 제제가 충분히 제2 유체 제제로 변천될 때까지 상기 제2 pcp로부터 배출된 재료는 처리를 위해 수집될 수 있다. 대안으로서, 제1 유체 제제로부터 제2 유체 제제로의 변천 중에, 과도적인 유체는 용융된 고분자 재료 내부로 계속 전달될 수 있으며, 유체 제제의 변천이 완료될 때까지 모니터링되는 결과적인 최종 제품과 제조된 제품의 특성들은 일관성이 있다.

상기 제2 pcp는 대안으로서 상기 장치로부터 제거될 수 있으며 용융된 고분자 재료로부터 멀리 떨어져서 세척될 수 있다. 이 경우에, 상기 제2 pcp는 하류 이송 라인 및 용융된 고분자 재료 내부로의 주입 위치에 배치된 밸브 조립체와 함께 상기 장치로부터 제거될 수 있다. 그 결과, 깨끗한 제2 pcp와 관련된 부품들은 복귀되고 이어서 용융된 고분자 재료 내부로 즉시 도입될 준비가 된 새로운 유체 제제를 제공 받는다.

상기 제2 pcp의 펌프 몸체는 상기 펌프 몸체 내부의 액체 제제의 압력을 모니터링하기 위한 압력 모니터링 장치(Q)(예컨대, 압력 변환기)를 포함할 수 있다. 장치(Q)는 펌프 몸체의 벽을 관통하여 연장될 수 있으며, 예를 들어 도 2에 도시된 구멍(38) 내부로 연장될 수 있다.

상기 제2 pcp는 적절하게는 회전자/고정자 조립체를 포함한다. 바람직하게는, 상기 펌프 몸체는 상기 회전자/고정자 조립체에 분해 가능하게 고정될 수 있다.

상기 회전자/고정자 조립체는 적절하게는 다중 중첩된 캐비티들(multiple overlapping cavities)을 포함한다. 상기 회전자/고정자 조립체는 적절하게는 탄성중합체 고정자, 예를 들어 고무(예컨대 니트릴 고무) 고정자를 포함한다. 상기 회전자/고정자 조립체는 금속, 예를 들어 강철(예컨대, 스테인리스 또는 크롬 도금된) 회전자를 포함할 수 있다. 상기 pcp의 캐비티들은 0.05㎖ 내지 1.2㎖ 범위 내의 체적, 예를 들어, 0.06㎖ 내지 0.9㎖ 범위 내의 체적을 가질 수 있다. 적절하게는, 사용 시에, 일반적으로 펌프의 일 회전당 하나의 완전한 캐비티가 배출된다.

상기 회전자/고정자 조립체는 적어도 10개 또는 적어도 20개의 캐비티들을 포함한다. 상기 회전자/고정자 조립체는 60개 이상의 캐비티들을 포함할 수 있다. 적절하게는, 상기 회전자/고정자 조립체는 96개보다 적거나 또는 60개보다 적은 캐비티들을 포함한다. 모든 캐비티들의 체적들은 바람직하게는 실질적으로 동일하다.

상기 회전자/고정자 조립체는 1000mm보다 작은, 바람직하게는 800mm보다 작은 길이를 가진다. 상기 길이는 적어도 100mm일 수 있으며, 적절하게는 적어도 400mm일 수 있다. 상기 회전자/고정자 조립체는 100mm보다 작은, 예를 들어 65mm보다 작은 폭을 가질 수 있다. 상기 폭은 적어도 20mm일 수 있다.

상기 제2 pcp는 적절하게는 압력을 적어도 10000KPa(100bar)까지, 보다 바람직하게는 적어도 15000KPa(150bar)까지, 특히 적어도 19000KPa(190bar)까지 상승시키도록 구성된다.

상기 장치는 적절하게는 상기 제2 PCP의 회전자/고정자 조립체의 하류의 액체 제제의 압력을 모니터링하기 위한 압력 모니터링 장치(R)(예컨대, 압력 변환기)를 포함한다. 상기 장치는 적절하게는 상기 장치(R)로부터의 압력 정보가 처리 유닛(processing unit)으로 전달될 수 있도록 구성된다.

상기 장치는 바람직하게는(필수적이지는 않다) 상기 제2 PCP의 상류의 액체 제제의 압력을 모니터링하기 위한, 예를 들어, 액체 제제가 상기 제2 PCP 내부로 들어가기 바로 전의 액체 제제의 압력을 모니터링 하기 위한 압력 모니터링 장치(S)(예컨대, 압력 변환기)를 포함한다. 상기 장치는 적절하게는 장치(S)로부터의 압력 정보가 처리 유닛으로 전달될 수 있도록 구성된다.

상기 장치는 바람직하게는 상기 제2 pcp의 하류에 밸브를 포함한다.

상기 제1 pcp는 2 내지 20개의 캐비티들, 바람직하게는 4 내지 12개의 캐비티들, 더욱 바람직하게는 6 내지 8개의 캐비티들을 포함할 수 있다. 상기 캐비티들은 0.05㎖ 내지 1.2㎖ 범위의, 예를 들어 0.06㎖ 내지 0.9㎖ 범위 내의 체적을 가질 수 있다. 상기 제1 pcp는 적절하게는 회전자/고정자 조립체를 포함하며, 이는 탄성중합체 고정자, 예를 들어 고무(예컨대, 니트릴 고무) 고정자를 포함한다. 상기 회전자/고정자 조립체는 금속, 예를 들어 강철(예컨대, 스테인리스 또는 크롬 도금된) 회전자를 포함할 수 있다.

상기 제2 pcp의 회전자/고정자 조립체의 캐비티들의 수를 상기 제1 pcp의 캐비티들의 수로 나눈 비율은 적어도 6, 바람직하게는 적어도 8일 수 있다. 그 비율은 20보다 작거나 또는 15보다 작을 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 pcp는 제2 pcp의 상류에 제공되며 저장조는 적절하게는 제1 pcp의 상류에 있으며, 상기 저장조는 제2 도관을 통해 상기 제1 pcp에 연결되고, 제2 도관은 4 내지 20mm 범위 내의 내경을 가질 수 있다. 상기 제2 도관은 바람직하게는 상기 저장조와 제1 pcp 사이의 중단 없는 유체 연결을 제공한다. 설명된 상기 제1 도관은 적절하게는 상기 제1 pcp와 제2 pcp 사이에서 연장되어, 유체 제제가 제1 pcp로부터 제2 pcp로 통과하도록 한다.

상기 저장조는 바람직하게는 유체 제제를 1200KPa(1.2bar)보다 작은 압력에서 제1 pcp의 유입구로 전달하도록 구성된다. 상기 저장조는 바람직하게는 대기압에 대해 열려 있다. 상기 저장조는 바람직하게는 별도로 가압되지 않는다. 적절하게는, 상기 장치는 상기 제1 pcp의 유입구에서의 압력이 저장조 내의 유체의 정수두(static head)와 대기압에 의해 정의되는 방식으로 구성되며, 저장조를 가압하기 위한 추가적인 수단은 제공되지 않는다. 바람직하게는, 상기 저장조와 제1 pcp는, 상기 제1 펌프가 상기 저장조로부터의 유체를 만액식 흡입(flooded suction)하도록 구성되며, 즉 상기 저장조로부터의 유체는 효과적으로 제1 pcp 내부로 흘러나온다.

상기 저장조는 1 내지 50리터, 바람직하게는 1 내지 20리터, 더욱 바람직하게는 1 내지 10리터의 범위 내의 체적을 가질 수 있다. 상기 장치에 의해 주입되는 유체 제제의 동일성(예컨대, 색상)을 변경하기 위해, 상기 제1 pcp와 저장조(그 내부에 담겨 있는 유체 제제를 포함한다)는 분해되어 상기 장치의 다른 부분들로부터 제거될 수 있다. 이를 한 사람이 가능하게 하기 위해, 상기 저장조는 적절하게는 서술된 바람직한 체적을 가진다.

상기 장치는 바람직하게는 유체 제제를 위한 저장 용기를 포함하며, 상기 저장 용기는 유체 제제를 상기 저장조로 전달하도록 구성된다. 상기 저장 용기는 유체 제제의 제조자에 의해 공급될 수 있다. 상기 저장 용기는 적어도 10리터, 바람직하게는 적어도 20리터의 체적을 가질 수 있다. 상기 체적은 200리터보다 작을 수 있다. 상기 저장 용기의 체적은 바람직하게는 상기 저장조의 체적과 동일하거나, 또는 더욱 바람직하게는 더 클 수 있다.

상기 저장조는 이하에서 설명되는 유체 제제의 임의 특징을 가진 유체 제제를 담을 수 있다.

상기 저장 용기는 이하에서 설명되는 유체 제제의 임의 특징을 가진 유체 제제를 담을 수 있다.

상기 저장조와 저장 용기는 바람직하게는 동일한 유체 제제를 담을 수 있다.

상기 장치는 용융된 고분자 재료 내부로 주입될 유체 제제의 양에 따라 상기 제1 pcp, 예를 들어 상기 제1 pcp의 속도를 제어하도록 구성될 수 있다. 적절하게는, 상기 제1 pcp의 기능은 처리 유닛에 설정된 파라미터에 따라 액체 제제를 계량하는 것이다.

상기 장치는 예를 들어 상기 압력 모니터링 장치(S)에 의해 추정된 압력에 따라 자동적으로 상기 제2 pcp, 예를 들어 제2 pcp의 속도를 제어하도록 구성될 수 있다. 적절하게는, 상기 제2 pcp의 기능은 유체 제제가 용융된 고분자 재료 내부로 주입될 수 있도록 유체 제제의 압력을 상승시키는 것이다. 적절하게는, 압력 모니터링 장치(S)에 의해 추정된 상기 제2 pcp의 유입구에서의 압력은 처리 유닛을 통해 일관되고 미리 결정된 설정값으로 유지된다.

상기 제1 pcp와 제2 pcp는 바람직하게는 독립적으로 작동 가능하다. 바람직하게는, 상기 제1 pcp의 속도는 상기 제2 pcp의 속도와 독립적으로 조절될 수 있으며; 바람직하게는 상기 제2 pcp의 속도는 상기 제1 pcp의 속도와 독립적으로 조절될 수 있다.

상기 저장조와 상기 장치의 배출구 사이에, 상기 장치는 바람직하게는 오직 두 개의 펌프들 - 상기 제1 pcp와 제2 pcp를 포함하며, 상기 배출구를 통해 유체 제제는 용융된 고분자 재료 내부로 전달될 수 있다.

상기 장치의 배출구는 적절하게는 용융 처리 장치에 연결될 수 있으며, 적절하게는 상기 용융 처리 장치에 의해 생산된 용융 스트림 내부로 유체 제제가 도입될 수 있도록, 예를 들어 주입될 수 있도록 용융 처리 장치에 연결될 수 있다. 상기 장치는 상기 제2 pcp의 하류에 용융 스트림 내부로의 유체 제제의 흐름을 제어하기 위한 밸브를 포함할 수 있다. 상기 밸브는 처리 유닛, 예를 들어 상기 제1 및 제2 압력 센서들로부터 정보를 수신하는 상기 처리 유닛에 의해 제어될 수 있다.

바람직하게는, 상기 주입 장치는 적절하게는 조립체를 형성하기 위해 용융 처리 장치와 조합하여 제공되며, 상기 주입 장치의 상기 배출구는 유입구와 유체 연통되며, 유체 제제는 상기 유입구를 통해 상기 용융 처리 장치에 의해 생산된 용융 스트림 내부로 도입될 수 있다.

주입 장치와 상기 용융 처리 장치를 포함하는 조합에서, 압력 모니터링 장치(T)는 바람직하게는(필수적은 아니다) 용융 스트림의 압력을 모니터링하기 위해 제공되며, 적절하게는 용융 스트림 내부로의 유체 제제의 주입 위치에 인접하여 제공된다. 상기 압력에 관한 정보는 적절하게는 상기 주입 장치로, 예를 들어 상기 주입 장치의 처리 유닛으로 전달되도록 구성된다.

일 실시예에서, 상기 주입 장치는 유체적으로 연결된 용융 스트림의 압력을 추적하도록 구성될 수 있다. 액체 제제의 주입을 제어하는 상기 밸브는 적절하게는 상기 압력 모니터링 장치(R)에 의해 추정된 압력이 미리 결정된 압력 수준에 도달하였을 때 상기 처리 유닛에 의해 열린다. 이는 압력 모니터링 장치(T)에 의해 추정된 고분자의 압력 또는 약간 위일 수 있다. 상기 밸브가 열린 때, 상기 고분자 스트림과 유체 제제 주입 시스템은 유체적으로 연결되며, 상기 장치들(R, T)에 의해 모니터링된 압력은 밀접하게 연결될 것이고, 적절하게는 상기 주입 시스템은 자동적으로 고분자 스트림 압력을 추적할 것이다. 상기 처리 유닛은 상기 압력 모니터링 장치(S)에 의한 일관성 있는 압력 추정값을 유지하기 위해 상기 제2 pcp의 속도를 적절하게 조절할 것이다.

다른 실시예에서, 상기 주입 장치는 상기 처리 유닛에 직접 설정된 압력에서 액체 제제를 제어하는 밸브를 열도록 구성될 수 있다. 상기 밸브가 열린 때, 고분자 스트림과 액체 제제 주입 시스템은 유체적으로 연결되며 상기 장치들(R, T)에 의해 모니터링된 압력은 밀접하게 연결될 것이다. 상기 처리 유닛은 상기 장치(S)에 의한 일관성 있는 압력 추정값을 유지하기 위해 상기 제2 pcp의 속도를 적절하게 조절할 수 있다.

상기 주입 장치는, 예를 들어 상기 주입 장치의 처리 유닛은 용융 스트림의 압력에 관한 주기적인 피드백을 수신할 수 있으며, 상기 장치는, 예를 들어 상기 처리 유닛은, 추정된 용융 고분자 압력 또는 프로그래밍된 압력 범위 한계와 이에 따른 조작자로의 피드백을 비교하여, 주입 압력을 모니터링하기 위해 적절하게 프로그래밍된다. 액체 제제 압력과 (모니터링되거나 또는 프로그래밍된) 용융 스트림 압력 사이의 현저한 편차는 부정확한 기능의 지표로서 사용될 수 있으며, 시스템 경로 또는 제어된 주입 시스템의 폐쇄를 촉발할 수 있다.

주입 장치와 상기 용융 처리 장치를 포함하는 상기 조합에서, 적절하게는 액체 제제와 고분자 재료의 혼합을 용이하게 하기 위한 혼합 수단(mixing means)이 제공된다. 상기 혼합 수단은 정적 또는 동적 믹서를 사용함으로써 제공될 수 있다. 동적 믹서는 액체 제제가 용융 상태의 고분자에 추가되는 적용예, 즉 소량의 낮은 점도의 유체가 큰 체적의 높은 점도의 유체와 혼합되는 적용예에 바람직하다. 캐비티 이송 믹서(cavity transfer mixer)가, 믹서의 길이 아래로 가해지며 요구되는 높은 전단 공정이 제어 가능한 방식으로 적용될 수 있도록 하는 높은 분배 혼합력으로 인해 특히 바람직하다. 액체 제제와 고분자 재료의 접촉 지점의 하류에는, 고분자 재료를 섬유로 방적하기 위한 방적 수단(spinning means)이 있을 수 있다.

상기 주입 장치의 상기 처리 유닛은 적절하게는 상기 제1 pcp의 유입구와 배출구 사이의 압력 차이가 8bar보다 작도록, 예를 들어 5bar 또는 3bar보다 작도록 상기 제1 pcp를 작동시키도록 구성된다. 이 경우에, 상기 제1 pcp는 사용 중인 유체 제제의 압력을 현저히 상승시키지 않도록 구성될 수 있다. 상기 제1 pcp의 주된 기능은 제제를 계량하는 것일 수 있다. 상기 제2 pcp는 적절하게는 상기 처리 유닛의 제어 하에서 사용 중인 유체 제제의 압력을 현저히 상승시키도록 작동될 수 있다. 따라서, 상기 장치의 처리 유닛은 적절하게는 상기 제2 pcp의 유입구와 배출구 사이의 압력 차이가 1000KPa보다 크도록 또는 15000KPa보다 크도록 상기 제2 pcp를 작동시키도록 구성된다. 상기 처리 유닛은 또한 상기 제1 pcp의 바로 인접한 하류의 압력을 실질적으로 일정하게 유지함으로써 상기 제1 pcp에 의한 계량을 제어할 수 있다.

서술된 바와 같이, 상기 장치는 적절하게는 제1 pcp와 제2 pcp를 제어 및/또는 모니터링하기 위한 처리 유닛을 포함한다. 상기 처리 유닛은 적절하게는, 위에서 설명된 바와 같이, 상기 제2 pcp의 유입구와 배출구에서의 압력을 모니터링하기 위해 압력 모니터링 장치들(S, R)로부터 정보를 수신하도록 구성된다. 상기 처리 유닛은 상기 처리 유닛은 상기 주입 장치와 관련된 용융 처리 장치로부터 정보를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 용융 스트림의 압력에 관한 정보는 적절하게는 상기 처리 유닛으로 전달된다. 용융 스트림의 유량에 관한 정보도 상기 처리 유닛으로 전달될 수 있다. 상기 제2 pcp의 하류의 밸브의 상태에 관한 정보도 상기 처리 유닛으로 전달될 수 있다.

상기 장치는 적절하게는 사용자 인터페이스를 포함하며, 이에 의해 사용자는 공정 정보를 입력할 수 있다. 예를 들어, 아래의 정보들; 용융 처리 장치의 처리량, 주입 지점의 압력 및 감소 비율(LDR: Let-Down-Ratio) 중 하나 이상이 사용자에 의해 입력될 수 있다.

상기 장치에서, 상기 제2 pcp는 직립 자세로, 예를 들어 수직으로 장착될 수 있다. 상기 제1 pcp는 직립 자세로, 예를 들어 수직으로 장착될 수 있다.

상기 제1 pcp와 제2 pcp는 차량에 장착될 수 있다. 상기 차량은 유체 제제를 담는 저장조를 지지하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 차량은 액체 제제를 저장조를 지지한다. 상기 차량은 사용될 위치로, 예를 들어 용융 처리 장치에 인접한 위치로 굴러가도록 구성될 수 있다. 상기 차량은 바퀴들 또는 롤러들(예를 들어, 적어도 세 개, 바람직하게는 적어도 네 개의 바퀴들 또는 롤러들)을 포함할 수 있다. 상기 차량은 지지 구조물을 포함할 수 있으며, 상기 지지 구조물에 제1 및 제2 pcp들이 장착된다(바람직하게는 상기 pcp들은 분해 가능하다). 상기 제1 pcp는 위쪽으로, 예를 들어 지지 구조물로부터 실질적으로 수직 위쪽으로 연장될 수 있다(즉, 상기 pcp의 신장된 축이 위쪽으로 연장된다). 상기 제2 pcp는 지지 구조물로부터 위쪽으로 연장될 수 있다(즉, 상기 pcp의 신장된 축이 위쪽으로, 예를 들어 실질적으로 수직 위쪽으로 연장된다). 처리 유닛은, 적절하게는 제1 및 제2 pcp들의 작동을 제어하도록 구성되며, 바람직하게는 차량의 구성요소이고 및/또는 지지 구조물에 대해 고정된다. 상기 차량은 바람직하게는 1.8m보다 작은 높이를 가진다. 상기 차량의 점유면적(footprint)은 2㎡보다 작거나 또는 1㎡보다 작을 수 있으며, 적어도 0.2㎡ 일 수 있다. 따라서, 상기 장치의 다양한 구성요소들의 디자인에 의해, 차량에 비교적 콤팩트한 배치가 구성됨으로써, 차량은 쉽게 조립될 수 있으며 및/또는 한 명의 조작자에 의해 사용될 곳으로 이동될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

서술된 상기 장치는, 더 높거나 또는 더 낮은 압력에서; 또는 더 높거나 또는 더 낮은 첨가제 수준으로; 또는 더 높거나 또는 더 낮은 고분자 처리량으로, 용융된 고분자 재료 내부로 주입하기 위해 쉽게 수정될 수 있다. 이를 위해, 상기 장치는 두 개의 제2 pcp들을 포함하거나 또는 하나의 제2 pcp(제2 pcp(A)로 지칭함)와 제2 pcp(A)의 회전자/고정자-조립체와 교대되도록 구성된 별개의 회전자/고정자-조립체를 포함한다. 그때, 상기 장치는 적절하게는 두 개의 상이한 제2 PCP들을 정의하도록 구성된다. 하나의 제2 pcp는 다른 제2 pcp보다 낮은 압력으로 상승시키도록 구성될 수 있다. 하나의 제2 pcp는 다른 제2 pcp보다 더 적은 캐비티들(예컨대, 적어도 6개 또는 적어도 12개 더 적은 캐비티들)을 포함할 수 있다.

유리하게는, 상기 장치가 서술된 바와 같이 pcp가 장착되는 차량을 포함할 때, 상기 차량은 상기 하나의 제2 pcp와 다른 제2 pcp가 차량에 교대로 장착될 수 있도록 구성될 수 있다. 두 개의 제2 pcp들(또는 이들의 구성요소들)을 교대시키는 수단을 제공함으로써, 상기 장치의 다재다능함이 향상될 수 있다. 예를 들어, 이것은 상기 장치를 사용하여 주입되는 액체 제제들의 동일성(예컨대, 색상)을, 장치를 완전하게 샅샅이 청소할 필요 없이, 신속하고, 용이하게 변경할 수 있게 한다. 서술된 바와 같이 교대된 후에, 제거된 제2 pcp는, 예를 들어 액체 제제를 여전히 담고 있는 상태로 저장될 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 장치는 교대할 수 있는 두 개의 제1 pcp들, 예를 들어 차량 상에 포함한다. 다시 말하면, 이는 상기 장치를 사용하여 주입되는 액체 제제의 동일성의 변경을 용이하게 한다. 제거된 제1 pcp는, 예를 들어, 서술된 바와 같이 교대된 후에 여전히 액체 제제를 담고 있는 상태로 저장될 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 유체 제제(fluid formulation)를 용융된 고분자 재료 내부로 주입하는 방법이 제공되며, 상기 방법은:

(i) 주입될 유체 제제를 담고 있는 저장조와 배출구 사이의 유체 경로 내에 직렬로 제1 pcp와 제2 pcp를 포함하는 장치를 선택하는 단계;

(ⅱ) 상기 저장조와 상기 배출구 사이를 통과하는 상기 제제의 압력을 상승시키도록 상기 제2 pcp를 작동시키는 단계; 및

(ⅲ) 상기 제제를 상기 배출구 하류의 용융된 고분자 재료 내부로 주입하는 단계;를 포함한다.

상기 장치는 상기 제1 측면의 장치의 임의의 특징들을 가질 수 있다.

단계 (ⅱ)에서, 상기 제2 pcp는 상기 제제의 압력을 적어도 10000KPa(100bar)까지, 바람직하게는 적어도 15000KPa(150bar)까지, 더욱 바람직하게는 적어도 19000KPa(190bar)까지 상승시키도록 작동될 수 있다.

단계 (ⅲ)에서, 상기 제제는 적어도 10000KPa(100bar), 바람직하게는 적어도 15000KPa(150bar), 더욱 바람직하게는 적어도 19000KPa(190bar)의 압력에서 주입될 수 있다.

상기 방법은 바람직하게는 상기 제1 pcp가 상기 액체 제제를 계량하는 것을 포함한다. 즉, 상기 방법은 제1 pcp를 떠나는 제제의 단위 시간당 체적을 제어할 수 있으며, 그럼으로써 미리 결정된 제제의 단위 시간당 체적이 제1 pcp를 떠나고 및/또는 제2 pcp로 들어간다. 상기 제1 pcp는 적절하게는 액체 제제의 압력을 800KPa(8bar)보다 작게, 500KPa(5bar)보다 작게 또는 300KPa(3bar)보다 작게 상승시키도록 작동된다.

상기 방법은 바람직하게는 액체 제제를 주위 압력보다 높은 압력에서 상기 제2 pcp 내부로 도입하는 단계를 포함한다. 상기 액체 제제는 적어도 150KPa(1.5bar), 바람직하게는 적어도 200KPa(2.0bar), 더욱 바람직하게는 적어도 250KPa(2.5bar)에서 제2 pcp 내부로 도입될 수 있다. 상기 액체 제제는 1000KPa(10bar)보다 작은 압력에서, 바람직하게는 500KPa(5bar)보다 작은 압력에서 ㄷ도e될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제제가 용융된 고분자 재료 내부로 주입되는 시간의 적어도 90%(바람직하게는 적어도 99%) 동안, 상기 제2 pcp 내부로의 유체 제제의 도입 압력은 150KPa(1.5bar) 내지 1000KPa(10bar)의 범위, 더욱 바람직하게는 150KPa(1.5bar) 내지 500KPa(5bar)의 범위 내의 압력이다.

상기 방법은 바람직하게는 제1 pcp와 제2 pcp 사이의 위치에서 적어도 5분 동안, 바람직하게는 적어도 30분 동안, 더욱 바람직하게는 실질적으로 액체 제제가 용융된 고분자 재료 내부로 주입되는 전체 시간 동안 액체 제제의 압력을 실질적으로 일정하게 유지하는 것을 포함하며, 그럼으로써 제제를 정확하게 계량할 수 있다.

상기 방법은 바람직하게는, 단계 (ⅲ)에서, 적어도 5분의 기간에 걸쳐 또는 바람직하게는 적어도 30분에 걸쳐 용융된 고분자 재료 내부로의 상기 제제의 주입 속도를 유지하는 단계를 포함한다. 상기 주입 속도는 적어도 0.5㎖/분일 수 있으며; 400㎖/분보다 작을 수 있다.

상기 방법은 상기 제1 pcp를 5-100rpm, 바람직하게는 10-50rpm의 회전 속도로 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 상기 제2 pcp를 적어도 5rpm의 회전 속도로 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 속도는 적어도 200rpm일 수 있으며, 바람직하게는, 1000rpm보다 작다. 상기 제2 pcp의 속도를 상기 제1 pcp의 속도로 나눈 비율은 적어도 3일 수 있으며; 100보다 작거나 또는 80보다 작을 수 있다.

유리하게는, 상기 방법은 비교적 큰 입자들을 많이 가진 비교적 점성이 높은 제제에 투여하기 위해 사용될 수 있다.

달리 기재된 바가 없다면, 여기에 서술된 점도는 브룩필드(Brookfield) 점도계를 사용하여 20rpm과 23℃에서 측정될 수 있다.

상기 유체 제제는 적어도 5000cP, 적절하게는 적어도 10000cP, 바람직하게는 적어도 15000cP의 점도를 가질 수 있다. 상기 점도는 45,000cP보다 작으며, 바람직하게는 40,000cP보다 작고, 더욱 바람직하게는 35,000cP보다 작을 수 있다.

상기 유체 제제는 적어도 20wt%, 적절하게는 30wt%, 바람직하게는 40wt%, 더욱 바람직하게는 50wt%, 특히 적어도 60wt%의 고체를 포함할 수 있다. 상기 고체는 미립자 재료, 예를 들어 고체 안료 및/또는 염료를 포함할 수 있다. 상기 유체 제제는 85wt% 이하의 설명된 유형의 고체들을 포함할 수 있다. 상기 유체 제제는 적절하게는 15 내지 70wt%, 바람직하게는 15 내지 50wt%의 유체, 예를 들어 액체를 포함할 수 있다. 상기 고체는 적절하게는 유체 내에 분산된 상태로 제공되며, 이는 적절하게는 비히클(vehicle)이다. 따라서, 고체는 일반적으로 비히클 내에 불용성일 수 있다. 매우 많이 로딩된 제제들(결과적으로 비교적 낮은 비히클 수준)을 사용하는 능력은 고분자 재료 내부로 비히클의 통합과 관련된 임의의 유해한 효과를 최소화하는데 유리하다.

상기 고체는 상기 장치에 의해 내부로 고체가 전달될 수 있는 플라스틱 재료의 성질을 조절하도록 구성될 수 있다. 상기 고체는 플라스틱 재료 내부로 도입되기를 원하는 임의의 재료를 포함할 수 있으며, 염색재, UV 필터, 산소 흡수제, 항균성 에이전트, 아세트알데히드 스캐빈저, 재열 첨가제, 산화 방지제, 광 안정제, 광 발광제, 공정 안정제 및 내연재로부터 선택될 수 있다. 염색재는 안료와 염료를 포함할 수 있다.

상기 고체는 바람직하게는 불용성(즉, 비히클 내에 불용성) 염색재, 예를 들어 불용성 안료 또는 염료를 포함한다.

상기 비히클은 적절하게는 STP에서 액체이다. 상기 유체 제제는 바람직하게는 STP에서 액체이다. 상기 비히클은 바람직하게는 300℃보다 높은, 바람직하게는 350℃보다 높은, 더 바람직하게는 500℃보다 높은 (760mmHg의 대기압에서) 끓는점을 가진다. 상기 끓는점은 1150℃보다 낮거나 또는 1000℃보다 낮을 수 있다. 상기 비히클의 융점은 0℃보다 낮거나 또는 -10℃보다 낮다.

상기 비히클은 바람직하게는 액체 비히클이다. 액체 비히클은: 광물유, C9-C22 지방산 에스터류, 에톡시화 C9-C22 지방산 에스터류, 에톡시화 알콜 및 가소제를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 가소제는 예를 들어 디부틸 세바케이트와 같은 세바케이트(cebacate)와 아젤레이트(azelate), 벤질 벤조에이트와 같은 에스테르, 디옥틸아디페이트와 같은 아디페이트, 시트르산트리에틸과 같은 구연산염, 에폭시, 2-에틸헥실 디페닐 포스페이트와 같은 포스페이트 에스테르, 디옥틸프탈레이트와 같은 프탈레이트, 및 염소화파라핀과 같은 2차 가소제일 수 있다.

상기 유체 제제 내의 입자들의 크기는 광학 현미경을 사용하여 추정될 수 있다. 적절하게는 유체 제제 내의 입자들 중 5%보다 작은, 1%보다 작은 또는 0.1%보다 작은 수는 250㎛보다 크거나 또는 150㎛보다 큰 최대 입자 크기를 가진다. 유체 제제 내의 입자들의 수의 적어도 10%는 10㎛보다 크거나 또는 20㎛보다 크거나 또는 30㎛보다 크거나 또는 40㎛보다 큰 최대 입자 크기를 가질 수 있다.

상기 유체 제제는 5㎛ 이상의 중간 입자 직경을 가진 입자들을 포함할 수 있다. 중간 입자 크기는 100㎛ 이하일 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같이, d50 입자 크기는 중간 직경이며, 체적의 50%는 d50보다 큰 입자들로 구성되고, 체적의 50%는 d50 값보다 낙은 입자들로 이루어진다. 여기서 사용되는 바와 같이, 상기 중간 입자 크기는 d50 입자 크기와 동일하다. 전술한 바와 같이, 임자 크기 및/EH는 중간 직경은, 예를 들어, Horiba LA950 레이저 입자 크기 분석기를 사용하여, 레이저 회절에 의해 추정될 수 있다.

상기 방법은 유리하게는 비교적 큰 및/또는 비교적 거친 첨가제들을 포함하는 유체 제제를 주입하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 유체 제제는 라미나 또는 판형 재료, 예를 들어 라미나 또는 판형 안료를 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 진주 또는 진주 광택 또는 화강암, 대리석, 홀로그래픽 또는 광채 효과를 제공하기 위해 선택된 효과 물질일 수 있다. 상기 첨가제는 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 운모 안료로 코팅된 금속 산화물 또는 (예를 들어, 알루미늄 조각 안료, 철 조각, 스테인리스 강 조각, 금청동 안료 및 아연 안료로부터 선택된) 금속 조각 안료로부터 선택될 수 있다.

상기 제제는 적절하게는 1 내지 1500㎖/분의 속도로, 바람직하게는 3 내지 750㎖/분의 속도로, 더 바람직하게는 10 내지 500㎖/분의 속도로 주입된다.

상기 방법은 조작자가 상기 고분자 재료 내부로 투여될 상기 유체 제제의 양에 관련된 파라미터를 선택하는 단계와, 상기 파라미터에 관련된 정보를 처리 유닛(processing unit)에 입력하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 처리 유닛은 상기 파라미터에 따라 상기 제제를 상기 용융된 고분자 재료 내부로 주입하도록 상기 장치의 작동을 제어한다. 상기 파라미터는 상기 유체 제제의 상기 고분자 재료 내부로의 원하는 투여 속도에 관한 것일 수 있다. 상기 방법은 조작자가 상기 제2 pcp 내부로의 액체 제제의 유입 압력을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제제와 상기 고분자 재료 사이의 접촉 후에, 혼합물은 상기 제제로부터 유도된 재료의 15wt%보다 적게(예를 들어, 10wt%보다 적게) 그리고 상기 방법에서 제제와 접촉된 용융된 고분자 재료의 85wt%보다 많이(예를 들어, 90wt%보다 많이) 포함한다.

바람직하게는, 제제는, 비히클의 15wt%보다 적게, 더 바람직하게는 10wt%보다 적게, 또는 8wt%보다 적게 용융된 고분자 재료 내부로 도입되는 비율로 선택되고 주입된다. 즉, 제제와 용융된 고분자 재료 사이의 접촉 후에, 혼합물 내에 비히클의 양은 바람직하게는 15wt%보다 적거나, 10wt%보다 적거나 또는 8wt%보다 적다. 바람직하게는, 제제와 용융된 고분자 재료 사이의 접촉 후에, 상기 제제를 통해 용융된 고분자 재료 내부로 도입된 모든 액체들의 양의 합은 상기 제제와 상기 접촉 후의 용융된 고분자 재료를 포함하는 혼합물의 전체 중량에 대하여 15wt%보다 적거나, 10wt%보다 적거나 또는 8wt%보다 적다.

상기 고분자 재료는 폴리에스테르(특히 PET), 폴리카보네이트 및 폴리올레핀으로부터 선택될 수 있다. 상기 고분자 재료는 바람직하게는 폴리에스테르이고, 더욱 바람직하게는 PET이다.

상기 제제와 상기 고분자 재료의 접촉의 하류에서, 상기 혼합물은 시트 또는 섬류를 형성하기 위해 사용될 수 있으며; 또는 다른 압출 또는 블로우 몰딩 공정에서 다른 물품을 형성하기 위해 사용될 수 있다.

제2 측면의 상기 방법은 적어도 두 개의 옵션들로부터 하나의 제2 pcp를 선택하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 두 개의 선택적인 제2 pcp들이 제공되거나; 또는 하나의 제2 pcp(제2 pcp(A)로 지칭된다)와 상기 제2 pcp(A)를 상이한 제2 pcp로 전환하기 위한 장치가 제공될 수 있으며, 예를 들어, 상이한 제2 pcp는, (예컨대, 더 많거나 더 적은 캐비티들을 가짐으로써) 상기 pcp(A)와 비교하여 더 높거나 또는 더 낮은 압력을 발생시킬 수 있는 제2 pcp이다. 제2 pcp(A)는 상기 제2 pcp(A)의 회전자/고정자 조립체를 교체되는 회전자/고정자 조립체보다 더 많거나 또는 더 적은 캐비티들을 가진 대체 가능한 회전자/고정자 조립체로 교체함으로써 상이한 제2 pcp로 전환되도록 구성될 수 있다.

상기 제2 측면의 방법은, 단계 (ⅱ) 전에, 상기 제1 및 제2 pcp들이 장착되는 차량을 포함하는 장치를 선택하는 단계와, 상기 차량을 제1 위치로부터 상기 제1 위치에서 이격된 제2 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제2 위치는 단계 (ⅲ)에서 상기 제제가 주입될 용융된 고분자 재료를 담기 위한 용융 처리 장치에 인접한다.

제3 측면에서, 유체 제제를 용융된 고분자 재료 내부로 주입하기 위한 제1 측면의 장치의 사용이 제공된다.

상기 용융된 고분자 재료는, 예를 들어 10m를 초과하는 길이를 가지는, 섬유로 방적될 수 있다.

상기 제3 측면의 사용은 제2 측면에서 설명된 바와 같이 유체 제제를 용융된 고분자 재료 내부로 주입하는 것을 수반할 수 있다.

본 발명의 특정 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하면서 예로서 설명될 것이다.
도 1은 용융된 고분자 내부로 액체 제제를 주입하기 위한 장치의 개략도이며;
도 2는 용융된 고분자 내부로 주입하기 전에 액체 제제의 압력을 증가시키도록 구성된 프로그레싱 캐비티 펌프(pcp)의 단면도이며;
도 3은 도 2의 pcp를 대체 가능한 pcp의 단면도이며;
도 4는 장치를 운반하는 카트의 부분 단면 처리된 정면도이다.
도면들에서, 동일 또는 유사한 부분들은 동일한 참조번호로 표시된다.

도 1에는, 고압에서, 액체 제제(liquid formulation)를 용융된 고분자 내부로 주입하기 위한 장치가 도시된다. 상기 장치는 주위 온도와 압력에서 액체 제제를 담는 저장조(2)를 포함하며, 상기 저장조(2)는 제1 프로그레싱 캐비티 펌프(pcp)(4)의 펌프 본체(26)로 플러드 공급(flood feed)하도록 구성된다. 상기 제1 pcp(4)는 모터(6)에 의해 구동되며 제2 pcp(8)로 공급되는 액체 제제를 정확하게 계량하도록 구성되고, 상기 제2 pcp(8)는 상기 제1 pcp의 하류에 있으며 모터(10)에 의해 구동되고 액체 제제의 압력을 200 bar 이상으로 상승시키도록 구성된다. 압력 변환기(12)는 상기 제1 pcp(4)와 제2 pcp(8) 사이의 유동 라인(flow line)에 배치된다.

상기 제2 pcp(8)의 배출구에 인접하여 상기 제2 pcp(8)에서 나오는 유체의 압력을 모니터링하도록 구성된 제2 압력 변환기(13)가 제공된다.

펌프(8)의 하류에 딜리버리 밸브(delivery valve)(14)가 있으며, 상기 딜리버리 밸브는 액추에이터(16)에 의해 제어되고, 그 배출구(17)를 통해 배출구(17)의 하류에 제공된 압출기(extruder)(77) 내부에 존재하는 가압된 용융 고분자 스트림(molten polymer stream)(75) 내부로의 액체 제제의 통과를 제어하도록 구성된다. 상기 압출기는 고분자 스트림(stream)의 압력을 모니터링하기 위한 관련된 압력 변환기(79)를 포함한다.

사용 시에, 상기 장치는 상기 제1 pcp가 정량 펌프(metering pump)로서 작용하도록 제어된다. 상기 제1 pcp는 정확하게 그리고 압출기(77)에서의 고분자의 실시간 처리량에 따라 상기 액체 제제의 연속적인 스트림을 전달하도록 구동되며, 이에 의해 고분자가 시트 제품, 프로파일 제품 및 직물 필라멘트와 같은 제품으로 압출되기 전에 적절한 첨가제들을 포함하는 액체 제제를 고분자 내부로 정확하게 전달할 수 있다.

상기 압출기 내부의 가압된 용융 고분자 스트림 내부의 압력은 상기 제1 pcp(4)에 의해 전달될 수 있는 압력보다 상당히 높다. 그래서, 상기 장치가 초기 작동될 때, 딜리버리 밸브(14)는 닫히며, 이에 따라 상기 장치를 가압된 용융 고분자 스트림으로부터 격리한다. 제1 pcp(4)는, 압력 변환기(12)에 의해 모니터링되는 제1 및 제2 펌프들(4, 8) 사이의 압력으로, 상기 제2 pcp(8)의 (도 2에 보다 명확하게 도시된) 유입구(22)에 대하여 액체 제제를 계량하기 위해 작동된다. 상기 압력은, 사전-설정 압력이 달성될 때까지, 압력 변환기(12)에서 상승하도록 허용된다. 사전-설정 압력은 비교적 낮으며 펌프(4)의 바람직한 배출 압력 능력에 맞도록 선택된다. 사전-설정 압력은 전형적으로 2~3 bar이다.

사전-설정 압력에 도달한 때, 상기 제2 pcp(8)는, 압력 변환기(12)에 의해 측정되는 사전-설정 압력을 유지하면서, 액체 제제를 압력 변환기(12)/유입구(22)에서 떠나도록 이송하기 위해 모터(10)에 의해 구동된다. 상기 제1 펌프(4)의 일정하고 능동적으로 제어된 배출 압력을 유지하는 것이 상기 펌프(4)의 계량 정확도를 최적화한다는 것을 알게 된 때 이후로, 압력 변환기(12)에서 사전-설정 압력을 가능한 한 정확하게 유지하기 위해, 모터(10)의 속도는 비례-적분-도함수(P.I.D.; proportional-integral-derivative) 루프 제어를 사용하여 계속해서 조절된다.

펌프(8)가 펌프(4)로부터 떠난 액체 제제를 이송할 때, 닫힌 밸브(14)에 대하여 압력이 발생한다. 상기 압력은 제2 압력 변환기(13)에 의해 모니터링 된다. 밸브(14)는, 압력 변환기(13)에서의 압력이 압출기(77) 내의 용융 고분자 스트림의 압력과 동일하거나 또는 약간 높아질 때까지, 닫힌 상태로 유지된다. 용융 고분자의 압력은 배출구(17) 가까이에 배치된 추가 압력 변환기(79)에 의해 평가될 수 있다. 대안으로서, 고분자의 압력은 주어진 세트의 고분자 처리 조건들로 알 수 있으며, 그 다음에 주입 장치 내에 프로그래밍될 수 있다.

압력 변환기(13)에서 액체 제제의 압력이 적정한 레벨에(즉, 용융 고분자 스트림의 압력에 또는 그 위에) 도달한 때, 액추에이터(16)가 딜리버리 밸브(14)를 열도록 작동되며, 이에 의해 액체 제제를 용융 고분자 스트림 내부로 흐를 수 있게 한다. 따라서, 압력 변환기(13)에서 액체 제제의 압력은 즉시 주입 위치에서 압출기(77) 내의 용융 고분자 스트림의 압력과 동등하게 될 것이다. 이때, 펌프(8)의 회전 속도는 압력 변환기(12)에서 사전-설정 압력을 유지하기 위해 요구되는 바에 따라 조절될 것이다.

압력 변환기(12)에서 압력을 유지하기 위해 P.I.D. 루프 제어를 사용함으로써, 상기 주입 장치는 압출기(77) 내의 용융 고분자 스트림 내의 변화에 신속하고 자동적으로 적응할 수 있다.

펌프(8)는 (예를 들어, 200 bar에 근접한) 고압에서 약간 미끄러질 수 있으며, 그래서 펌프의 회전 속도는 전달 속도와는 독립적으로 가변될 수 있다. 또한, 용융 고분자 스트림의 압력은 진행 중에 변동할 수 있다. 용융 고분자 스트림 내부로 일정한 체적의 액체 제제의 전달을 유지하기 위해, 상기 펌프(8)는 그 속도를 상승 또는 감소시키도록 제어될 필요가 있다. 또한, 용융 고분자 스트림의 처리량도 변할 수 있으며, 이 경우에 상기 정량 펌프(4)는 그에 맞춰 가동 속도를 조절하도록 제어될 것이며, 펌프(8)는 압력 변환기(12)에서 압력을 유지할 필요에 따라 조절될 것이다.

상기 장치의 부분들에 관한 더 상세한 내용은 이하에서 제공된다.

고분자 내부로 주입될 액체 제제를 담는 저장조(2)는 2.5 내지 15 리터 범위 내의 체적을 가진 플라스틱 용기, 예를 들어 백-인-박스(bag-in-box) 용기를 포함할 수 있다. 이것은 적당히 가압되지 않지만 대기로 열려 있으며 상기 pcp(4)의 펌프 몸체(26) 내부로 액체를 중력 공급(gravity feed)하도록 구성된다.

pcp(4)는 2 또는 3 bar의 압력 배출 능력을 가진 비교적 경량(light weight) pcp일 수 있다. 상기 pcp(4)는 바람직하게는 실질적으로 동일한 체적들의 4 또는 6 또는 그 이상의 캐비티들(cavities)을 포함하며, 상기 캐비티들의 체적은 0.08㎖, 0.24㎖, 0.8㎖ 또는 2.6㎖이다. 상기한 바와 같이, 상기 pcp(4)는, PID 제어기를 통해, (압력 변환기(12)에 의해 모니터링 되는) 발생 압력 및/또는 그것의 속도를 제어함으로써, 주입 장치 내에서 정량 펌프로서 작용한다. 액체 제제의 압력은 상기 펌프(4)에 의해 오직 비교적 작은 양으로(예를 들어, 대략 2 내지 3bar로) 상승된다. 그러나, 상기 압력은 펌프(4)에 의해 상승되는 것이 유리하고, 펌프(8)로의 입구에서 액체 제제의 압력은 대기압보다 수 bar 높은 것이 유리하며, 이는 이하에서 설명되는 바와 같이 펌프(8)가 더욱 콤팩트한 형태로 제공될 수 있기 때문이다.

펌프(8)는 도 2에 상세하게 도시된다. 펌프(8)는 펌프 몸체(30), 회전자/고정자 조립체(32) 및 배출 단부(34)를 포함한다. 각 구성 요소는 아래에서 더 상세하게 설명된다.

상기 펌프 몸체(30)는 일반적인 목적으로 알려진 pcp와 비교하여 유리하게 수정된다. 상기 펌프 몸체(30)는 내부 단면이 원형인 하우징(36)을 포함하며, 상기 하우징은 상기 펌프(4)에 의해 계량된 액체 제제를 받아들이기 위한 유입구(22)를 포함한다. 하우징(36)은 또한 구멍(38)을 포함하며, 상기 구멍은 상기 펌프 몸체 내의 액체 제제의 압력을 모니터링하기 위한 압력 변환기(미도시)를 수용할 수 있다. 이 압력 변환기는 도 1에 도시된 압력 변환기(12)를 적절하게 대체할 수 있다. 상기 펌프 몸체에 압력 변환기를 장착하는 것은, (예를 들어, 색상 변경의 부분으로서) 펌프(8)가 교환될 때 상기 변환기가 상기 펌프(8)와 함께 제거된다는 것을 의미하며, 이는 펌프(8)의 신속하고 깨끗한 교환을 용이하게 한다.

상기 하우징(36)은 (유입구(22)를 통해 하우징 내부로 도입된 액체 제제를 담을 수 있는) 내부 체적(42)이 최소화되도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 액체 제제를 담기 위한 하우징의 전체 용량은 오직 대략 100㎖이다. "전체 용량"은, 하우징이 액체 제제를 담을 수 있는 체적을 감소시키는 고체 몸체(예를 들어, 여기서 설명되는 링크 샤프트, 커플링 및 조인트)를 포함하다는 사실을 감안하여, 하우징 내에 담을 수 있는 액체 제제의 전체 양과 동일하다. 몇몇의 이유로 전체 용량을 최소화하는 것이 유리하다. 하나의 이유는, 예를 들어, 대체 가능한 액체 제제가 주입 장치에 의해 전달될 때, 하우징(36)의 세척이 필요하거나 또는 바람직한 경우에 버려질 수 있는 액체 제제의 양을 줄이는 것과 관련된다. 또 다른 이유는, 사용되지 않은 액체 제제의 체적을 감소하는 것이 선호되는 것과 관련된다. 예를 들어, 액체 제제를 담고 있는 몸체(30)는 주입 장치의 다른 부분들로부터 결합 해제될 수 있으며, 대체 가능한 액체 제제를 담고 있거나 또는 대체 가능한 액체 제제와 함께 사용될 대체 가능한 몸체(30)로 교체될 수 있다. 결합 해제된 몸체(30)는 그 다음에 후속 사용을 위해 저장될 수 있다. 비용 관점에서 저장된 액체 제제의 체적을 최소화하는 것과, 사용되지 않은 제제 및/또는 상기 펌프 몸체(30)로부터 퍼징이 필요할 수도 있는 제제를 최소화하는 것과, 최대 수명을 넘어서 저장된 제제의 폐기가 바람직하다. 따라서, 상기 몸체(30)의 체적 용량을 최소화하는 것은 시스템을 완전히 퍼징하는데 소요되는 시간을 줄이고 이에 따라 시스템 설정 시간을 감소시킨다. 또한, 전체 용량이 감소하면, 하우징의 제조에 사용되는 재료가 감소되고, 더 가벼워지며, 더욱 콤팩트하게 되고 하우징이 더 싸진다. 상기 몸체(30)의 내부 체적(42)을 폐쇄하기 위해 동적 밀봉재(dynamic seal)(64)이 사용되며, 이 밀봉재는 가압된 액체가 베어링 세트(54)를 통해 새어나가는 것을 방지하면서 구동 샤프트(52)가 자유롭게 회전할 수 있도록 한다. 상기 몸체(30)의 플러싱(flushing)은 상기 유입구(22)를 동적 밀봉재(64)에 가능한 한 가깝게 배치함으로써 향상된다. 액체 제제가 하우징(36)의 내부 체적(42)으로부터 회전자/고정자 조립체(32) 내부로 들어갈 수 있도록 하는 통로(passage)(62)로부터 내부 체적(42)의 반대쪽 최말단부에 상기 유입구(22)를 배치하는 것은, 상기 몸체(30) 내의 액체가, 가능한 한, 펌프 몸체를 통해 한 방향으로 흐르도록 보장한다. 이는, 액체 제제를 회전자/고정자 조립체(32)를 향해 운반하기 위해, 내부 체적(42) 내의 난류의 가능성을 줄이면서, 밖으로 나가는 액체 제제가 우선적으로 정확한 방향으로 밀려지도록 조장한다.

펌프 조립체(8)의 배출 단부(34)는 유리하게는 펌프 몸체(30)에서와 동일한 이유들에 의해 내부 체적을 감소시키도록 설계된다. 배출 단부(34)는 배출 단부 내의 액체 제제의 압력을 모니터링하기 위한 압력 변환기(미도시)를 수용할 수 있는 구멍(66)을 포함한다. 이 압력 변환기는 도 1에 도시된 변환기(13)를 대체할 수 있다. 상기 배출 단부에 압력 변환기를 장착하는 것은, (예를 들어, 색상 변경의 부분으로서) 펌프(8)가 교환될 때 상기 변환기가 상기 펌프(8)와 함께 제거된다는 것을 의미하며, 이는 펌프(8)의 신속하고 깨끗한 교환을 용이하게 한다. 액체는 배출구(68)를 통해 펌프(8)로부터 배출된다.

상기 몸체(30)의 하우징(36) 내부에 링크 샤프트(40)가 배치되고, 상기 링크 샤프트는 모터(10)(도 1에 도시되고 도 2에는 도시되지 않음)를 회전자/고정자 조립체(32)의 회전자에 연결하도록 구성된다. 상기 링크 샤프트(40)는, 샤프트(40)의 원형 단면의 외부 표면(44)과 하우징(36)의 내부로 향한 원형 단면의 표면(46) 사이의 거리(도 2에 화살표들 사이에 "x"로 표시됨)가 최소화되도록, 그리고 링크 샤프트(40)와 표면(46) 사이에 충분한 간격을 보장하면서 상기 하우징 내에 배치된다. 거리(x)는 일반적으로 10mm보다 작을 수 있다.

최소화된 거리(x)와 관련된 또 다른 이점은, 상기 장치에 의해 전달되는 액체 제제가 바람직하게 전단 박화(shear thinning)될 때, 나타난다. 사용 시에, 회전하는 링크 샤프트(40)는 어느 정도는 혼합 요소(mixing element)로서 작용하며, 결과적으로, 회전하는 샤프트에 인접한 액체 제제가 전단 박화되고 우선적으로 고정자/회전자 조립체(32) 내부로 들어가는 경향이 있다; 반면에, 샤프트로부터 반경 방향으로 더 멀리 이격된 액체 제제는 전단 박화되지 않을 수 있고 더욱 점도가 높아질 수 있으며, 가장 점도가 높은 제제는 표면(46)에 인접할 수 있다. 그러나, 거리(x)를 최소화함으로써, 하우징(36)을 가로지르는 반경 방향으로 액체 제제가 현저히 다른 점도를 가지는 위험성이 최소화될 수 있다. 또한, 설명된 구성은 유리하게는, 실질적으로 하우징(36) 내의 액체 제제의 전체가 샤프트(40)의 회전에 의한 난류로 유지될 수 있도록 할 수 있다. 전술한 효과는 하우징(36) 내의 액체 제제의 교환과, 상기 회전자/고정자 조립체(32) 내부로의 액체 제제의 원활하고 지속적인 통과를 용이하게 할 수 있다. 더욱이, 액체 제제가 난류로 유지되도록 하우징을 구성하는 것은, 예를 들어, 색상 교환 중에, 제품의 덩어리들이 하우징의 임의의 죽은 코너들에 남겨 둠이 없이, 하우징이 현장에서 플러싱될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 하우징의 전체 용량을 최소화하는 욕구와 관련하여, 상기 링크 샤프트는 가능한 한 짧다. 예를 들어, 상기 링크 샤프트는 대략 90mm의 길이와 대략 14mm의 최대 직경을 가질 수 있다.

상기 링크 샤프트는, 일단부에서, 커플링과 조인트(50)를 통해, 구동 샤프트(52)에 작동 가능하게 연결되며, 구동 샤프트는 베어링 세트(54)에 의해 지지되고 모터(10)에 의해 구동되도록 구성된다. 상기 링크 샤프트(40)는, 타단부에서, 커플링 및 조인트(58)를 통해, 회전자/고정자 조립체(32)의 회전자(60)에 작동 가능하게 연결된다.

조인트들(50, 58)과 상기 하우징(36)의 표면(46) 사이의 간격(도 2의 거리 "y")도 최소화되지만, 구동 축에 대한 펌프 회전자의 편심 회전을 감안한다. 거리(y)는 대략 3.15mm일 수 있다.

도 3은 링크 샤프트(40)가 도 2와 비교하여 증가된 직경을 가지는 펌프(8)의 버전(version)을 보여준다. 또한, 탄성 게이터들(resilient gators)(51)이 상기 샤프트를 둘러싼다. 이러한 대체 가능한 구성은 펌프 몸체(30)의 내부 체적을 더욱 최소화한다. 또한, 샤프트 조립체와 상기 몸체의 내부 표면(46) 사이의 균일한 간격은 "행-업(hang-up)" 포인트들을 감소시키는 데 기여하고 펌프 몸체의 플러싱 거동을 더 향상시킨다.

상기 하우징(36)의 내부 체적(42)의 최소화는 펌프(2)에 의해 하우징(36) 내부로 도입된 액체 제제를 가압함으로써 가능하게 된다. 출원인은, 펌프(8)가 주변 압력에서 플러드 공급된 경우에, 종래의 pcp의 내부 체적(42)을 충분히 감소시키는 것은 가능하지 않다는 것을 알았다. 이러한 pcp가 플러드 공급되는 경우에, 효율적이고 일관적인 작동을 위해 더 큰 내부 체적의 pcp가 요구된다는 것이 알려졌다.

펌프 몸체(30)는, 액체 제제가 하우징(36)으로부터 개구(62)를 통해 회전자/고정자 조립체(32) 내부로 통과하도록 구성된다.

조립체(32)는, 예를 들어 200bar 또는 그 이상까지의 요구되는 배출 압력을 발생시키도록 구성된 다중 중첩된 캐비티들(multiple overlapping cavities)을 포함한다. 상기 pcp의 캐비티들은 대략 0.08㎖, 0.25㎖ 또는 0.85㎖의 체적을 적절히 가질 수 있다. 완전한 캐비티 당 3 내지 4.5bar를 발생시키는 것이 적절히 가능하다. 조립체(32)는 실질적으로 동일한 체적의 36개 또는 48개의 완전한 캐비티들을 가지도록 선택될 수 있으며, 후자는 대략 200bar의 압력 상승 능력을 가진다. 비교적 작은 캐비티들의 사용에 의해, pcp의 압력 상승 가능성이 최적화될 수 있으며, 반면에 pcp의 전체 크기, 특히 길이를 감소시킨다.

대략 0.24㎖ 체적의 36개의 완전한 캐비티들을 가지는 설명된 유형의 pcp는, 하우징(36)의 내부 체적(42)의 일단부와 배출 단부(34) 내의 배출구(68) 사이에 대략 460mm의 길이(도 2의 거리 "z")를 가지며; 대략 0.8㎖ 체적의 48개의 완전한 캐비티들을 가진 pcp의 길이는 대략 836mm일 수 있다. 이 경우에, 회전자/고정자 조립체(32)의 길이는 각각 대략 365mm와 687mm일 것이다.

유리하게는, 회전/고정자 조립체(32)는 펌프 몸체(30)에 해제 가능하게 고정될 수 있으며, 상기 펌프 몸체(30)는, 예를 들어 상이한 길이와 서술된 용량들을 가지는 상이한 기하학적 구성의 조립체들(32)과 함께 작동될 수 있다.

도 1 내지 3에서 설명된 상기 주입 장치의 콤팩트한 배치를 고려하여, 전체 장치는 도 4에 도시된 카트(cart)(80)에 장착될 수 있다. 이 도면을 참조하면, 상기 카트(80)는 바퀴들(84)에 의해 지지되는 베이스(82)를 포함한다. 각각의 pcp들(4, 5)이 상기 베이스 상에 수직 자세로 장착되고, 배관들(미도시)을 통해 연결된다. 모터들(6, 8)), 압력 변환기들(12, 13), 밸브(14), 액추에이터(16) 및 배출구(17)는 도 4에 도시되지 않는다; 그러나, 그들은 모두 카트(80)에 결부 및/또는 고정된다. 저장조(2)도 카트 상에 장착되고 액체 제제를 pcp(4)의 하단부 내부로 전달하도록 배치된다. 사용 시에, 제제는 pcp(4)의 상단부로부터 pcp(8)의 하단부 내부로 들어간다. 액체 제제는 배출 노즐(34)을 통해 pcp(8)에서 배출되고, 노즐(34)에 연결된 파이프(34)를 통해 압출기(미도시) 내에 존재하는 용융 고분자 내부로 인도된다.

상기 카트는 컴퓨터와 디스플레이(86) 및 주입 장치의 작동 중에 오작동 또는 오류의 경우에 번쩍이도록 구성된 경고등(88)을 포함한다.

상기 카트는 액체 제제를 주입하도록 소망되는 압출기 쪽으로 끌고 갈 수 있으며, 이는 설치 비용과 액체 제제를 고분자 재료 내부로 주입하는 것과 관련된 시간을 최소화한다.

상기 카트는 다양한 구성요소들의 용이한 제거/교체를 위해 배치된다. 예를 들어, 저장조(2)는 쉽게 장착/분해될 수 있으며 pcp(4)에 연결될 수 있다. 유사하게, pcp들(4, 8)은 필요에 따라 쉽게 제거 및 교체될 수 있다. 예를 들어, pcp(8)는 더 많거나 더 적은 단계들(stages)을 가진 pcp로 교체될 수 있으며, pcp는 완전히 교체되거나 또는 pcp의 회전자/고정자 조립체 만 교체될 수 있다. 더욱이, 상기 주입 장치의 작동, 카트(80)의 조작, 저장조(2)의 장착/분해 및 pcp들(4, 8)의 제거/교체는 유리하게는 한 명의 조작자에 의해 도움 없이 수행될 수 있다.

서술된 장치는, (예를 들어, 무기 안료의 경우) 85wt% 까지의 입자들이 포함되거나 또는 (예를 들어, 유기 안료 또는 염료의 경우) 65wt% 까지의 입자들이 포함된, 200㎛보다 큰 입자 크기를 가진 입자들(예컨대, 안료들)을 함유한 제제(formulation)의 작동 온도에서, 5000 ~ 35000cp 범위 내의 점도를 가진 제제들을 정확하게 투여할 수 있다.

서술된 장치는, 고압에서, 두 개의 pcp들에서 비교적 낮은 마모로, 압출기 내의 고분자 내로 주입되는, 액체 제제를 정확하게 계량하는데 사용될 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예(들)의 상세 내용으로 제한되지 않는다. 본 발명은 이 명세서(임의의 첨부된 청구항들, 요약 및 도면들을 포함) 내에 개시된 특징들 중 임의의 새로운 하나 또는 임의의 새로운 조합으로 확장되거나, 또는 개시된 임의의 방법 또는 공정의 단계들 중 임의의 새로운 하나 또는 임의의 새로운 조합으로 확장된다.

Claims (31)

1. 액체 제제를 용융된 고분자 재료 내부로 주입하기 위한 주입 장치로서,
   상기 주입 장치는, 상기 주입 장치의 배출구의 상류의 유체 경로 내에 직렬로 배치된 제1 프로그레싱 캐비티 펌프(pcp: progressing cavity pump)와 제2 pcp를 포함하며, 상기 제1 pcp는 상기 제2 pcp의 상류에 제공되고,
   상기 주입 장치는 용융 처리 장치와 조합되어 제공되며, 상기 주입 장치의 상기 배출구는 상기 용융 처리 장치에 의해서 생산되는 용융 스트림(melt stream) 안으로 액체 제제가 도입될 수 있게 하는 유입구와 유체 연통되고,
   상기 주입 장치는 사용자 인터페이스(user interface)를 포함하며, 사용자 인터페이스에 의해 사용자는 용융 처리 장치의 처리량, 주입 지점의 압력 및 감소 비율(LDR: Let-Down-Ratio)로부터 선택된 공정 정보(process information)를 입력할 수 있으며,
   상기 제1 pcp의 속도는 제2 pcp의 속도에 대해 독립적으로 조절될 수 있고, 상기 제2 pcp는 적어도 10개의 캐비티(cavity)를 포함하는 회전자/고정자 조립체를 포함하며, 제2 pcp의 회전자/고정자 조립체의 캐비티들의 개수를 제1 pcp의 회전자 및 고정자 조립체의 캐비티들의 개수로 나눈 비율은 적어도 2 인, 주입 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 pcp는 액체 제제(liquid formulation)를 대기압보다 높고 500KPa(5bar)보다 낮은 압력에서 상기 제2 pcp의 유입구 내부로 공급하도록 구성되는, 주입 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 pcp는 내부 체적을 가진 펌프 몸체(pump body)를 포함하며, 상기 내부 체적은 상기 제2 pcp의 회전자 및 고정자 조립체의 상류의 펌프 몸체의 체적으로 이루어지고 유입구를 통해 상기 제2 pcp 내부로 도입된 액체 제제를 담을 수 있으며, 상기 펌프 체적은 200㎖보다 작거나; 또는
   상기 내부 체적의 길이는 250mm보다 작고 폭은 75mm보다 작거나; 또는
   상기 펌프 몸체는 상기 제2 pcp의 회전자/고정자 조립체와 상기 pcp의 모터 사이에 작동 가능하게 연결된 링크 샤프트(link shaft)를 포함하며, 상기 링크 샤프트는 25mm보다 작은 폭을 가지고; 250mm보다 작은 길이를 가지며; 그리고, 선택적으로, 상기 링크 샤프트는 액체 제제를 담을 수 있는 상기 pcp의 내부 체적을 형성하는 상기 펌프 몸체의 벽들 사이에 배치되며, 상기 링크 샤프트는 회전축에 대해 직각으로 측정된 "p" mm의 최대 폭을 가지고, 상기 링크 샤프트의 회전축에 대해 직각인 동일 선에서 측정된 상기 펌프 몸체의 상기 벽들 사이의 거리는 "q" mm이며, p/q의 비율은 적어도 0.4이고 0.9보다 작은, 주입 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 pcp 또는 제2 pcp의 캐비티들(cavities)은 0.05㎖ 내지 1.2㎖ 범위 내의 체적을 가지는, 주입 장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제2 pcp는 압력을 적어도 10000KPa(100bar) 만큼 상승시키도록 구성된, 주입 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 장치는 상기 제2 pcp의 회전자/고정자 조립체의 하류의 액체 제제의 압력을 모니터링하기 위한 압력 모니터링 장치(R); 및 상기 제2 pcp의 상류의 액체 제제의 압력을 모니터링하기 위한 압력 모니터링 장치(Q)를 포함하거나; 또는
   저장조가 상기 제1 pcp의 상류에 제공되고, 상기 장치는 상기 저장조와 상기 장치의 상기 배출구 사이에 오직 두 개의 펌프들을 포함하며, 상기 배출구를 통해 액체 제제가 용융 고분자 재료 내부로 전달될 수 있거나; 또는
   상기 장치의 처리 유닛은 상기 제1 pcp의 바로 인접한 하류의 압력을 실질적으로 일정하게 유지함으로써 상기 제1 pcp에 의한 계량(metering)을 제어하도록 구성되는, 주입 장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 pcp의 상류에 저장조(reservoir)가 있으며, 상기 저장조는 도관을 통해 상기 제1 pcp에 연결되고, 저장 용기는 액체 제제를 상기 저장조 내부로 전달하도록 구성되며; 그리고, 선택적으로, 상기 저장조는 액체 제제를 1200KPa(1.2bar)보다 작은 압력에서 상기 제1 pcp의 유입구로 전달하도록 구성되는, 주입 장치.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 장치의 처리 유닛(processing unit)은, 상기 제1 pcp의 유입구와 배출구 사이의 압력 차이가 8bar보다 작도록 상기 제1 pcp를 작동시키게끔 구성되며; 상기 장치의 처리 유닛은, 상기 제2 pcp의 유입구와 배출구 사이의 압력 차이가 1000KPa보다 크도록 상기 제2 pcp를 작동시키게끔 구성되는, 주입 장치.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 장치에서, 상기 제2 pcp는 직립 자세로 장착되며, 상기 제1 pcp는 직립 자세로 장착되거나; 또는
   상기 제1 pcp와 제2 pcp는 1㎡보다 작은 점유면적(footprint)을 가진 차량에 장착되는, 주입 장치.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는 교대 가능한 두 개의 제1 pcp들을 포함하는, 주입 장치.
11. 액체 제제를 용융된 고분자 재료 내부로 주입하는 방법으로서, 상기 방법은:
    (i) 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 장치를 선택하는 단계;
    (ⅱ) 상기 제1 pcp의 상류에 제공되는 저장조와 상기 배출구 사이를 통과하는 상기 액체 제제의 압력을 상승시키도록 상기 제2 pcp를 작동시키는 단계; 및
    (ⅲ) 상기 액체 제제를 상기 배출구 하류의 용융된 고분자 재료 내부로 주입하는 단계;를 포함하는, 주입 방법.
12. 제 11항에 있어서,
    단계 (ⅱ)에서, 상기 제2 pcp는 상기 액체 제제의 압력을 적어도 10000KPa(100bar) 만큼 상승시키도록 작동되거나, 또는 단계 (ⅲ)에서, 상기 액체 제제는 적어도 10000KPa(100bar)의 압력에서 주입되며;
    선택적으로, 상기 방법은 액체 제제를 계량하는 상기 제1 pcp를 포함하며;
    선택적으로, 상기 제1 pcp는 액체 제제의 압력을 800KPa(8bar)보다 적은 만큼 상승시키거나, 또는 액체 제제를 주위 압력보다 높은 압력에서 상기 제2 pcp 내부로 도입하도록 작동되며;
    선택적으로, 상기 방법은, 조작자가 상기 고분자 재료 내부로 투여될 상기 액체 제제의 양에 관련된 파라미터를 선택하는 단계와, 상기 파라미터에 관련된 정보를 처리 유닛(processing unit)에 입력하는 단계를 포함하며, 상기 처리 유닛은 상기 파라미터에 따라 상기 액체 제제를 상기 용융된 고분자 재료 내부로 주입하도록 상기 장치의 작동을 제어하는, 주입 방법.
13. 제 11항에 있어서,
    상기 액체 제제는 적어도 5000cP의 점도를 가지거나; 또는 적어도 60wt%의 고체를 포함하는, 주입 방법.
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