KR20030088135A - 유체 보관용 연질 용기에 사용하기 위한 코팅 및 이의제조 방법 - Google Patents

유체 보관용 연질 용기에 사용하기 위한 코팅 및 이의제조 방법 Download PDF

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Abstract

대용량의 유체, 특히 담수를 운반 및 보관하기 위한, 직물로 형성된 유체 보관용 연질 용기로서, 상기 직물은 코팅된 열가소성 실 또는 섬유로 제조되어 직물의 각 면마다 서로 상이한 코팅제를 갖거나 또는 코팅된 직물의 총 밀도가 1g/cm3미만이 되어 상기 직물이 뜨게 하는 빈 공간을 갖도록 상기 직물이 코팅된 유체 보관용 연질 용기.

Description

유체 보관용 연질 용기에 사용하기 위한 코팅 및 이의 제조 방법{Coating for a flexible fluid containment vessel and a method of making the same}
화물(cargo), 구체적으로는 유체 또는 액체를 운반 및 보관하기 위한 연질 컨테이너는 공지되어 있다. 수중, 특히 염수 중 유체를 운반하는데 컨테이너를 사용하는 것도 공지되어 있다.
화물이 염수보다 작은 밀도를 가진 유체 또는 유체화된 고체인 경우, 경질 벌크 바지(bulk barge), 탱커(tanker) 또는 보관용 용기를 사용할 필요는 없다. 이보다는, 보관용 연질 용기를 사용하여 어떤 장소에서 다른 장소로 예인 또는 견인할 수 있다. 이러한 연질 용기는 경질 용기에 비하여 명백히 잇점을 갖고 있다. 게다가, 적절히 제조된 연질 용기는 화물을 내린 다음 말거나 또는 접어서 다음 운송을 위해 보관할 수 있다.
전세계적으로 담수가 필요한 지역이 다수 있다. 담수는 빙원 및 빙산 채취가 대규모 사업으로 급부상할 만큼 필수품이다. 그러나, 담수를 채취하는 어느 곳이라도, 이를 목적지까지 경제적으로 운반하는 것은 큰 관심사이다.
예를 들어, 빙원 채취업자가 150,000 톤 용량의 탱커를 사용하여 담수를 운반하는 경우, 상기 운반 수단을 사용하는데 드는 비용뿐만 아니라, 담수를 더 운반하기 위하여 화물이 적재되어 있지 않은 운송 수단을 회송하는데 드는 추가 비용도 필요하다. 그러나, 연질 컨테이너 용기는 그 내부가 비워지면 접어서, 예를 들면 화물을 내린 지점까지 상기 용기를 견인한 예인선에 보관함으로써, 전술한 바와 관련된 비용을 줄일 수 있다.
이러한 잇점도 불구하고, 경제적 관점은 상기 연질 컨테이너 용기로 운반될 수 있는 운송물의 양이 운송비를 초과할 만큼 충분할 것을 요구한다. 따라서, 보다 큰 규모의 대형 연질 컨테이너를 개발해 왔다. 그러나, 수년 동안 이와 같이 컨테이너를 개발해 왔지만, 상기 컨테이너에 관한 기술적인 문제점은 계속 되풀이되었다. 이 점에 있어서, 연질 컨테이너 용기 또는 바지선의 개선은 미국 특허 제2,997,973호; 제2,998,973호; 제3,001,501호; 제3,056,373호; 및 제3,167,103호에 교시되어 있다. 연질 컨테이너 용기의 용도는 일반적으로, 염수보다 작은 비중을 가진 액체 또는 유체화가능한 고체를 운반하거나 또는 보관하는 것이다.
액체 또는 유체화가능한 고체의 밀도에 대한 염수의 밀도는, 운반용 연질 백(flexible transport bag)이 부분적으로 또는 완전히 소금물에 놓여 예인되는 경우 상기 화물이 연질 백에 부력을 제공한다는 사실을 반영하는 것이다. 이 화물의 부력으로 컨테이너가 뜨게 되며, 한 항구에서 다른 항구로의 화물 운송이 용이하게 이루어질 수 있다.
미국 특허 제2,997,973호에는 천연 고무 또는 합성 고무가 합체된 직물과 같은 연질 재료로 제조된 폐쇄형 튜브로서 예인 수단과 결합하기 적당한 유선형 기수(streamlined nose)를 가진 폐쇄형 튜브 및 용기에 화물을 채우고 비울 수 있도록 용기 내부와 연결된 하나 이상의 파이프를 포함하는 용기가 개시되어 있다. 부력은 용기 내 액체 함량에 의하여 제공되며, 용기 형태는 용기에 화물이 실린 정도에 따라 다르다. 상기 특허는 운반용 연질 백이 튜브로 제직된 단일 직물로부터 제조될 수 있다는 것을 시사하고 있다. 그러나, 그러한 크기의 튜브로부터 상기한 운반용 연질 백을 어떻게 제조할 수 있는지는 교시되어 있지 않다. 명백하게, 상기 구조는 시임(seam)과 관련된 문제를 수반할 것이다. 시임은 통상적으로 상업적으로 시판되고 있는 운반용 연질 백에서 발견되는데, 이는 연질 백이 스티칭(stiching)을 이용한 패치 워크(patch work) 방식 또는 방수 재료 패치를 결합시키는 다른 방법으로 통상적으로 제조되기 때문이다. 예를 들어, 미국 특허 제3,779,196호를 참조하라. 그러나, 상기 연질 백이 고하중 하에 반복적으로 놓이는 경우, 시임은 상기 백이 파괴(failure)되는 원인인 것으로 알려져 있다. 따라서, 시임리스(seamless) 구조물에서는 시임으로 인한 문제가 분명히 방지될 수 있다. 그러나, 시임이 존재하는 구조물은 다양한 잇점, 특히 제조에 있어서 잇점을 가질 수 있으므로, 단순한 제직물의 대안이 된다.
이 점에 있어서, 1994년 11월 1월에 공표되었으며 본 출원인에게 허여된 "Press Felt and Method of Manufacture"라는 표제의 미국 특허 제5,360,656호는 나선형으로 감긴 직물 스트립(strip)으로 제조된 프레스 펠트의 베이스 직물(basefabric of press felt)을 개시하고 있으며, 상기 개시 내용은 인용에 의하여 본 명세서에 통합되어 있다.
직물 길이는 실 재료의 직물 스트립의 각 나선형 회전 중 1회전의 길이에 의하여 결정될 것이며 직물의 너비는 나선형 회전의 횟수에 의하여 결정될 것이다.
측면 접합(edge joint)은 부직포 재료 또는 용융 섬유를 포함하는 부직포 재료를 예를 들면, 봉제(sewing), 용융(melting) 및 용접(welding)(예를 들면, 1998년 2월 3일 공표되고 본 출원인에게 허여된 "Ultrasonic Seaming of Abutting Strips for Paper Machine Clothing"이라는 표제의 미국 특허 제5,713,399호에 기재된 바와 같은 초음파 용접이며, 상기 특허의 개시 내용은 인용에 의하여 본 명세서에 통합되어 있음)함으로써 달성될 수 있다.
상기 특허는 프레스 펠트용 베이스 직물 제조에 관한 것이지만, 이 기술은 운반용 컨테이너로서 충분히 견고한 튜브 구조물(tubular structure)의 제조에 이용될 수 있다. 게다가, 용도가 직물 스트립 간의 매끄러운 전이(smooth transition)가 바람직한 프레스 직물이 아니라 운반용 컨테이너인 경우, 매끄러운 전이는 특별히 중요한 것이 아니며 상이한 접합 방법(중첩 및 봉제, 본딩, 스테이플링(stapling) 등)이 사용 가능하다. 다른 접합 방식이 당업자에게 자명할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 시임리스 연질 컨테이너가 바람직하며 이는 종래 기술에서도 언급된 바 있지만, 이러한 구조의 제조 방법은 어려움이 있다. 이전에 알려진 바와 같이, 대형 연질 컨테이너는 일반적으로 봉제되거나 또는 본딩되어 있는 작은 구역으로 제조되었다. 상기 구역은 불투수성(water impermeable)이어야 한다. 일반적으로 상기 구역이 불침투성 재료로 제조되지 않은 경우, 장착되기 전 불침투성 코팅제가 용이하게 제공될 수 있다. 상기 코팅제는 스프레잉 또는 딥 코팅과 같은 종래의 방법에 의하여 도포될 수 있다.
또 다른 문제점은, 컨테이너의 내부가 비어 있는 경우, 상기 컨테이너는 염수보다 일반적으로 밀도가 크므로, 화물이 적재되어 있지 않으면 가라앉을 것이라는 점이다. 부력을 추가하는 장치를 컨테이너에 부착시켜 가라앉는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 장치가 비존재하는 경우, 컨테이너 내부가 비면 컨테이너가 가라앉기 때문에 상기 컨테이너 중간부가 만곡될 수 있는데, 이는 바람직하지 않다.
본 발명은 다량의 유체, 특히 염수의 밀도보다 작은 밀도를 가진 유체, 보다 구체적으로는 담수를 운반 및 보관하는데 사용되는 유체 보관용 연질 용기 (flexible fluid containment vessel:이하, "FFCV"라고도 함)에 관한 것이다.
따라서, 본 발명에 의하여 본 발명의 목적 및 잇점을 알 수 있으며, 이하 본발명의 상세한 설명은 다음과 같은 도면을 참조하여 이해되어야 한다:
도 1은 화살표 방향으로 선수 또는 기수를 가진, 본 발명의 원통형 FFCV의 일 실시예의 일반적인 투시도이고;
도 2는 본 발명의 교시 내용을 구체화한 직물의 일 실시예의 측면도이고;
도 2a 및 2b는 본 발명의 교시 내용을 구체화한 도 2에 도시된 직물의 전면 구조 및 후면 구조의 스티칭 포인트를 도시한 것이고;
도 3은 코팅된 직물의 코팅에 미세입자가 합체되어 있는, 본 발명의 교시 내용을 구체화한 코팅된 직물의 일 실시예의 측면도이고;
도 3a는 미세입자를 포함하는 수지 및 두 개의 상이한 미세입자를 포함하는 수지의 응력 변형 곡선을 도시한 그래프이고;
도 4는 공기가 연행되어 있는 코팅을 갖는, 본 발명의 교시 내용을 구체화한 코팅된 직물의 일 실시예의 측면도이고;
도 4a는 본 발명의 교시 내용을 구체화한 도 4에 도시된 코팅 일부의 확대도이고;
도 5는 본 발명의 교시 내용을 구체화한, FFCV에 사용되는 튜브를 가열 및 가압을 하기 위한 장치의 일 실시예의 투시도이고;
도 6은 본 발명의 교시 내용을 구체화한 튜브의 일 실시예와 결합되어 있는, 도 5에 도시된 장치의 투시도이다.
바람직한 구체예의 상세한 설명
본 발명의 FFCV(10)는 시임리스 형태로 형성된 불침투성 직물 튜브(12)로 구성된다. 튜브의 형태는 매우 다양할 수 있다. 예를 들면, 실질적으로 균일한 직경(지름)을 갖고 도 1에 도시된 바와 같이 각 말단부가 봉합된 튜브도 포함될 수 있다. 또한, 비균일 직경 또는 비균일 형태를 가질 수도 있다. 각각의 말단부는 여러가지 수단으로 마감 처리되고, 핀치(pinch)되며 봉합될 수 있다. 그 결과 얻은 구조물은 운반 및 보관을 위하여 접거나 말기에 충분한 연질일 수 있다.
전술한 특허 출원에는 디자인에 관한 고려 사항, 사용된 재료, 특정 구조물의 형태 및 잇점, 기타 등등에 대하여 설명되어 있으므로, 이를 반복 기술하지 않는다. 그러나, 일반적으로, 사용된 재료는 다시 간단히 설명하겠다.
FFCV는 하중이 비존재하는 상태와 고하중 상태를 순환할 것이므로, 원통형 하중 환경에서의 재료의 복원 특성은 어떠한 재료를 선택하더라도 고려되어야 한다. 또한, 재료는 태양 광선, 염수, 염수 온도, 해양 생물 및 적재될 화물을 견디어야 한다. 구조물 재료는 또한 염수에 의한 화물 오염을 방지하여야 한다. 염수가 화물 내로 침투하거나 염 이온이 화물 내로 확산되는 경우, 오염이 발생할 수 있다.
본 발명은 코팅된 직물로 제조된 대형 FFCV를 제조할 것이다. 코팅된 직물은 두 개의 주요 성분을 가진다. 이 성분은 강화 섬유 및 고분자 코팅이다. 다양한 강화 섬유 및 고분자 코팅 재료가 FFCV에 적합하다. 이러한 재료는 기계적 하중 및 FFCV에서 발생할 수 있는 다양한 형태의 신장을 처리할 수 있어야 한다. 또한, 상기 재료, 특히 사용된 코팅은 예인되는 동안 물체와 접촉할 수 있을 것이므로, 내마모성이어야 한다. 또한, FFCV를 접어서 릴에 감을 수도 있는 바, FFCV가감기거나 감기지 않을 경우 예인선 표면과 접촉할 수 있으므로, 선택된 FFCV 재료는 이러한 접촉에 대하여 내마모성이어야 한다. 게다가, 사용된 재료는 운반될 화물을 고려하여 선택되어야 한다. 예를 들면, 화물이 식수인 경우, 사용된 재료, 특히 FFCV 내부 코팅은 식수에 사용하기 적합한 것이어야 한다. 사용된 코팅은, 식수가 미국의 관할 구역에서 사용되는 경우에는 심지어 FDA와 같은 정부 기관의 승인을 받아야 하거나, 또는 미국의 관할 구역에서 사용되지 않는 경우에는 이 식수를 사용하는 외국 정부 기관의 승인을 받아야 한다. 따라서, 유해 화학물이 유출될 수 있거나 화물을 오염시킬 수 있는 코팅을 FFCV 내부에 사용해서는 안 된다. 예를 들어 진균제, 살균제 또는 UV 안정화제가 코팅에 합체된 경우, 상기 물질의 유출 또한 방지되어야 한다. 상기 물질이 유출되어 손실되면 예상되는 바람직한 결과가 훼손될 것이다. 선택된 코팅과 관련된 다른 고려 사항은 운반될 화물의 특성 및 바람직한 최종 결과에 따라 당업자에게 명백할 것이다.
적합한 고분자 코팅 물질은 폴리비닐 클로라이드, 폴리우레탄, 합성 고무 및 천연 고무, 폴리우레아, 폴리올레핀, 실리콘계 고분자 및 아크릴계 고분자를 포함한다. 이러한 고분자는 실제로 열가소성 또는 열경화성일 수 있다. 열경화성 고분자 코팅은 열에 의하여 경화되거나, 실온에서 경화될 수 있거나 또는 UV로 경화될 수 있다. 고분자 코팅은, 코팅에 연성 또는 내구성을 부가할 수 있는 가소제 및 안정화제를 포함할 수 있다. 바람직함 코팅 물질은 가소화된 폴리비닐 클로라이드, 폴리우레탄 및 폴리우레아이다. 이들 물질은 우수한 배리어(barrier) 특성을 가지며, 연성 및 내구성이 있다.
적합한 강화 섬유 재료는 나일론(일반적 분류에 따른 것임), 폴리에스테르(일반적 분류에 따른 것임), 폴리아미드(예를 들면, Kevlar, Twaron또는 Technora), 폴리올레핀(예를 들면, 초고분자량 폴리에틸렌으로 제조된 Dyneema및 Spectra) 및 폴리벤족사졸(PBO)이다.
재료 군 중, 고강도 섬유는 FFCV의 디자인을 충족시키기 위해 요구되는 직물 중량을 최소화한다. 바람직한 강화 섬유 재료는 고강도 나일론, 고강도 폴리아미드 및 고강도 폴리올레핀이다. PBO가 고강도에는 바람직하지만, 상대적인 고비용때문에 바람직하지 않다. 고강도 폴리올레핀은 그 고강도때문에 바람직하지만, 코팅 물질과 효과적으로 결합시키기 곤란하다.
따라서, 전술한 바에 따라, 적합한 섬유 및 구조는 사용된 코팅을 고려하여 선택될 수 있다.
이러한 대형 구조물을 불침투성이 되게 하는 방법에 있어서, 불침투성이 되게 하는 몇몇 방법이 전술한 특허 출원에 기재되어 있는 바, 이를 반복 기술하지 않겠다.
그러나, 전술한 출원에 기술되어 있는 바와 같이, 튜브 코팅 방법 중 한 방법은 열가소성 합성 방법을 사용한다. 튜브는 2 이상의 섬유 물질의 혼합물로 제직된 것이다. 상기 2 이상의 물질 중 한 물질은 강화 섬유일 수 있고, 다른 물질은 저융점 섬유 또는 저융점 강화 섬유 성분일 수 있다. 저융점 섬유 또는 성분은 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리에틸렌일 수 있다. 강화 섬유는 폴리에스테르 또는나일론 타이어 코드(nylon tire cord) 또는 전술된 다른 섬유 중 하나일 수 있다. 튜브는 조절된 방식으로 가열 또는 가압될 수 있다. 이 열 및 압력은 저융점 섬유 또는 성분을 융융시켜 제직된 구조의 빈 공간을 채우도록 할 것이다. 열 및 압력을 제거하고 구조물을 냉각시켜, 저융점 섬유 또는 성분이 강화 섬유의 매트릭스가 되는 복합 구조물을 형성한다. 이러한 방식은 튜브의 내부 표면이 서로 접착되거나 또는 열에 의해 결합되지 않는 방법을 제공하면서 가열 및 가압하는 것이 필요하다.
본 발명의 다른 구현예는 직물의 반대면에 두 개의 상이한 코팅을 가진 직물을 제공한다. 이의 제조 방법은 제직 전 직물(20)을 형성하는 섬유 또는 실에 코팅하는 것을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전면 섬유(22)는 열가소성 화합물로 코팅되며, 후면 섬유(24)는 다른 열가소성 화합물로 코팅된다. 제직 공정은 전면(26)에는 어떤 코팅을 포함하는 모든 섬유 및 후면(30)에는 이와는 상이한 코팅을 포함하는 모든 섬유를 선택적으로 제직하는 것이다. 두 층은 스티칭 포인트라는 제직 기술에 의하여 서로 본딩된다. 이 스티칭 포인트 기술은 도 2a 및 2b를 도 2와 함께 참조하여 설명된다. 이 점에 있어서, 열가소성 코팅을 가진 섬유(22) 및 (24)는 표면 (26) 및 (30) 각각의 길이를 대부분 갖는다. 이는 제직 공정 중 스티칭 포인트(32)를 사용하였기 때문이다. 도시된 직물은 일반적으로 스티칭 포인트를 포함하는, 8 하니스(hardness) 주자직 이중 직물이라고 하지만, 상기 목적에 적합한 모든 직물이 사용될 수 있다.
열가소성 물질로 코팅하기 전 중심 섬유(core fiber)는 폴리아미드, 폴리에스테르, 아라미드, 폴리올레핀, 레이온, 유리 섬유 또는 코팅 시스템과 혼화성이 있는 실 시스템으로 제조될 수 있다. 이 중심 섬유는 당업자에게 공지된 방식으로 코팅된다. 다양한 데니어 크기가 210 데이어에서 10,000 데니어의 범위 내에서 사용될 수 있으며, 이는 달성하고자 하는 바람직한 직물 두께 및 강도 조건에 따라 다르다.
열가소성 코팅은 우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리올레핀 등일 수 있다. 코팅 물질의 융점 온도는 중심 섬유의 융점 온도보다 실질적으로 낮아서 코팅 또는 후-열처리 시 중심 섬유를 손상시키지 않아야 한다.
통상의 코팅된 섬유 중 하나는 폴리비닐 클로라이드(PVC)가 코팅된 폴리아미드 다중필라멘트 섬유이다. 이 섬유는 브레이드 일렉트리컬 와이어 하니스(braid electrical wire hardness) 제직에 통상적으로 사용된다. 통상적으로 코팅된 또 다른 섬유는 열가소성 우레탄이 코팅된 폴리아미드 다중필라멘트이다. 이 섬유는 야외용 가구 제조에 통상적으로 사용된다. 상기 섬유 모두는 대형 제지기 직물 틀에서 제직되어, 순환형 스티칭 포인트를 포함하는 이중직 직물 제직 구조를 형성할 수 있다. 그 결과 얻은 구조물 튜브 구조물로서, 시임리스이나, 여전히 물 및 공기가 침투가능하다. 제직된 직물이 공기 및 물에 대하여 불침투성이 되게 하기 위하여, 열 및 적당한 압력으로 처리하여 각 섬유에 코팅이 흐르게 하여야 한다. 각 코팅 시스템은 직물의 각 측면으로 흘러 공기 및 물에 대한 균질한 배리어를 형성할 수 있다. 튜브가 제직된 후, 섬유(22) 및 (24) 상의 코팅은 열 및 압력 하에서 액화된다.
전술된 내용을 수행하는 수단 중 하나는 두 번째로 기술된 특허 출원에 기재되어 있으며, 이는 튜브(12)를 가열 및 가압할 수 있는 도 5 및 6에 도시된 장치(71)를 포함한다. 장치(71)는 외부 견인용 케이블에 의하여 자가 구동 또는 이동할 수 있다. 장치의 구역(section)(73) 및 (74) 각각은 자석(76) 및 모터(도시되어 있지 않음)를 각각 포함하는 가열 플레이트 또는 핫 플레이트를 포함하며, 도 6에 도시된 바와 같이 직물의 각 면에 위치한다. 전력 공급기(도시되어 있지 않음)가 제공되어 가열 플레이트(76)에 에너지를 공급하고, 상기 장치가 튜브(12)를 지나도록 구동시키는 모터에 전력을 공급한다. 자석은 두 개의 핫 플레이트(76)가 서로를 당기도록 하여, 실의 코팅이 열에 의하여 액화되었을 때 직물에 가압되도록 한다. 상기 자석은 또한 상부 가열 플레이트(76) 내부의 반대쪽 플레이트(76)가 계속 가열되도록 한다. 장치(71)는 플레이트 말단부에 위치한 롤러(80)에 올려져 있는 순환형 비-접합 벨트(78)를 포함한다. 벨트(78)는 플레이트(76)상에 올려져 있다. 이러한 방법으로, 벨트(78)가 직물과 접촉되어도 직물 표면으로 인하여 움직이지 않게 된다. 이는 용융된 코팅으로 인한 오염 및 실 사이의 균일한 분포를 방지한다. 상기 장치는 직물이 뒤로 접히거나 접착되기 전에 융용된 코트가 고정될 수 있는 속도로 튜브(12)를 길이 방향으로 이동시킨다. 더 빠른 속도가 바람직한 경우, 고정되는 동안 내부 표면을 일시적으로 떨어뜨리는 수단이 제공될 수 있다. 이는 예를 들면, 가열 플레이트 또는 자석이 물론 존재하는 구역만 있다는 점을 제외하고는 전술한 디자인과 유사한 디자인의 튜브 내부의 트레일링 부재(trailing member)일 수 있다. 상기 목적에 적합한 다른 수단은 당업자가 용이하게 인식할 수 있다.
FFCV의 폐쇄된 특성을 고려해 볼 때, 담수를 운반하려는 경우, FFCV 내부를 코팅하는 공정의 일부로서 진균제 또는 살균제를 포함하는 코팅 중 하나를 제공하여 박테리아 또는 곰팡이 또는 다른 오염체의 발생을 방지하는 것이 바람직하다.
게다가, 태양 광선 또한 직물 감성에 영향을 미치므로, 이와 관련하여 FFCV는 외부 코팅의 일부로서 UV 차단 성분 또는 안정화제 성분을 포함할 수 있다.
FFCV를 코팅하는 다른 구체에에 있어서, 예를 들면, 나일론, 폴리에스테르 및 고무와 같은 물질로 제조된 FFCV는 염수보다 큰 밀도를 가질 수 있다. 그 결과, 하중이 비존재하는 상태의 FFCV 또는 대형 FFCV의 일부 빈 공간은 가라앉을 수 있다. 이와 같이 가라앉는 현상은 FFCV에 고응력을 초래할 수 있으며, FFCV에 화물을 채우거나 비울 때 FFCV 취급에 있어서 중대한 문제점을 초래할 수 있다. 부력을 제공하는 코팅의 사용은 기계적 부력 장치의 대안을 제공한다.
전술한 바와 같이, FFCV의 내부가 비었을 때 FFCV가 뜨는 것이 바람직하다. 이는 전술한 특허 출원에 기재된 방법을 포함하는 많은 방법에 의하여 달성될 수 있다. 이에 포함된 방법 중 하나가 FFCV를 폼 코팅하는 것이다. 폴리에스테르와 같은 사용된 실 또는 섬유와 폴리비닐 클로라이드와 같은 코팅 수지가 1.0g/cm3보다 큰 밀도를 갖고 있는 경우, 폼 코팅을 사용함으로써 코팅된 직물의 총 밀도를 1.0g/cm3미만으로 낮출 수 있다. 폼 코팅은 통상적으로 다량의 가스를 코팅 내에 화학적으로 발생시키거나 또는 기계 장치로 코팅 내부를 휘저어 공기를 발생시키는단계를 포함한다. 폼 코팅에는 잇점이 있으며 어떤 조건에서는 바람직할 수 있다. 그러나, 폼 코팅은 침투력, 균일도 및 두께를 조절하기 어렵기 때문에, 몇몇 단점을 가지기도 한다. 또한, 폼의 내마모성 및 기계적 강도는 비-폼 코팅 수지의 내마모성 및 기계적 강도에 비하여 작다.
폼 외에 제시된 대안은 코팅 내에 미세입자를 합체시키는 것이다. 일반적으로 유리 및 고분자라는 두 가지 유형의 미세입자가 있다. 벌크 밀도는 0.01g/cm3정도이고, 평균 입자 크기는 약 100마이크론이다. 이러한 미세입자는 3M 사 및 PQ 사에서 제조된다. PQ 사에서는 PM 6545 및 PM 6550으로 표시된 플라스틱 미세입자 충전제가 시판된다. PM 6545 및 PM 6550 은 폴리아크릴로니트릴 및 폴리메틸아크릴로니트릴로 이루어진 공중합체로부터 제조된다. 플라스틱 구형 제품은 내용매성 및 내수지성이다. 하기 표에 이들의 특성이 기재되어 있다.
밀도(g/cc) 입자 크기(부피, μ)
제품 번호 벌크 유효 평균 범위 적용 압력(psi)
PM 6545 0.009 0.020 110 10-250 2000
PM 6550 0,010 0,022 100 10-250 2000
PQ 사는 또한 속이 빈 유리 미세입자인 Q-Cel 6019S를 시판하고 있다. 이 물질은 보다 용이하게 취급할 수 있지만 밀도는 0.19g/cm3으로 다소 크다.
하기 실시예에서 알 수 있듯이 14 부피%의 미세입자를 포함시킴으로써, 코팅의 밀도는 0.95g/cm3로 감소되었다. 최종 제품의 바람직한 총 밀도 및 필요한 적재량은 수지 및 직물에 따라 매우 다양하다는 것을 인식하여야 한다. 또한, 코팅의기계적 특성이 낮아지더라도 FFCV의 전체 특성에 영향을 미칠 정도로 낮아서는 안 된다.
실시예
수지 및 경화제:
AdipreneLF 950(우레탄 프리폴리머)-1.13g/cm3
Ethacure100(경화제)-1.022g/cm3
95%의 화학량론으로, 11부의 Ethacure 100을 100부의 Adiprene과 혼합하였다. 사용된 미세입자의 양은 Adiprene에만 관련되어 있다. 그러나, 경화제는도 고려해야 한다.
물에 뜨게 하기 위하여, 폴리우레탄 코팅은 1.0g/cm3미만의 밀도를 가져야 한다. 0.95g/cm3의 밀도가 효과적일 수 있다. 직물의 밀도 또한 고려해야 한다. 실제로, 우레탄의 밀도는 우레탄 및 우레탄이 도포되는 직물 모두가 뜨게 할 수 있을 정도로 낮아야 한다.
조제물 정보
샘플 ID Adiprene LF950 Ethacure 100 PM6550 Q-Cel 6019S
5017-08A 100g 11g X X
5017-08B 100g 11g 0.38g X
5017-08C 100g 11g X 3.13g
샘플 ID 밀도 (계산치) 미세입자 부피%
5017-08A -1.13 X
5017-08B -0.95 14.8
5017-08C -0.95 14.3
미세입자는 별 문제없이 Adiprene 프리폴리머에 혼합되었다. PM 6550 미세입자는 저밀도를 갖기 때문에 사용하기 곤란하였다. 각 수지 혼합물 샘플을 몰드 내로 캐스트한 다음 경화시키고, 필요없는 부분을 손질하여 인장 강도를 시험하였다.
도 3a에서 확인될 수 있는 바와 같이, PM 6550 및 Q-Cel 6019S의 관찰된 코팅 강도는 약간 감소하였다. 이와 관련하여 미세입자가 포함되지 않은 수지는 곡선(60)으로 도시되어 있고, PM 6550이 포함된 수지는 곡선(62)으로 도시되어 있으며, Q-Cel 6019S이 포함된 수지는 곡선(64)으로 도시되어 있다. 연성 및 마모성 테스트 또한 수행하였다.
따라서, 미세입자를 합체시킴으로써, 수지의 밀도는 바닷물에 대해 부력이 있을 정도까지로 감소될 수 있다. 수지 특성은 영향을 받을 것이나, 특정 용도의 조건에 적합할 수 있다. 폴리우레탄 및 특히 폴리우레아는 통상적으로 고압, 즉, 1000psi 보다 높은 압력에서 도포된다. 선택된 미세입자는 이러한 압력 하에서 취급될 수 있어야 한다.
도 3은 코팅된 직물(40)을 도시한 것이다. 이 점에 관하여, 바람직한 실 또는 섬유로부터 제직, 접합 또는 브레이드(braid)될 수 있는 기본 기재(42)가 있다. 직물(40)의 측면(44) 및 (46)이 바람직한 수지로 코팅된다. 수지가 도포(스프레이 등의 방법을 이용함)되기 전, 미세입자(48)는 전술한 바와 같이 수지에 합체된다. 미세입자(48)는 코팅 내에 무작위로 분배되어, 직물(40)의 총 밀도가 1g/cm3미만이될 정도의 빈 공간을 형성한다. 따라서, 이러한 직물로 제조된 FFCV는 담수 화물이 존재하거나 비존재하여도 염수에 뜰 것이다.
직물이 부력을 갖게 하는 다른 방법의 경우, 도 4 및 4a를 참조한다. 일반적으로 코팅 분야에서, 코팅 내의 연행 공기는 바람직하지 못하다. 이는 전술한 바와 같이 폼 코팅과는 대조적인 것으로서, 통상의 공정은 연행된 공기가 코팅 내에 갇히지 않게 되도록 수행된다.
본 발명은 상기 공정의 정반대이다. 코팅된 직물(50)의 총 밀도를 감소시키기 위하여, 공기가 코팅(52)내에 갇히도록 한다. 도 4a에서 관찰될 수 있는 바와 같이, 임의의 크기 및 위치를 갖는 공기 버블(54)은 코팅(52)내에 갇혀 있다. 갇힌 공기의 양은 사용된 섬유 및 수지의 밀도에 따라 당연히 상이할 것이다. 그러나, 이의 목적은 코팅된 직물의 총 밀도가 1g/cm3미만이 되게 하는 것이다.
예를 들어, 직물이 초-고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)섬유(상표명은 Spectra또는 Dyneema임)로 제직된 다음, 섬유를 포함하지 않는 폴리우레탄 코팅만을 포함한 단순 2 성분계 폴리우레탄 시스템으로 스프레이-코팅되었다.
UHMWPE 직물은 뜰 것(0.97g/cm3의 밀도를 가짐)이라고 예상되지만, 폴리우레탄(약 1.17 내지 1.27g/cm3의 밀도를 가짐)으로 코팅된 후에는, 직물의 밀도가 훨씬 커지므로 직물의 뜨는 특성은 악화될 것이다. 코팅의 첨가량은 코팅 대 직물의 비가 1:1 이상, 보다 구체적으로는 2:1, 이보다 구체적으로는 3:1이 되게 하는 것이다.
스프레이 코팅된 직물 샘플을 물에 놓았더니 물에 떠 있었다. 스프레이 방법에 의하여 코팅되므로, 스프레이되는 동안 공기가 코팅제에 갇혀, 밀도는 1.0g/cm3미만으로 감소되었다. 코팅제 밀도는 특히 분무 조건에 따라 매우 다를 수 있다는 것을 인식하여야 한다. 또한, 코팅된 직물의 밀도는 코팅 대 직물의 비에 따라 다를 수 있다.
미세입자의 경우, 직물의 부력으로 인한 잇점은 코팅된 직물의 기계적 강도와 교환된 것이다. 명백하게, 상기 교환은 FFCV의 전체 완성도를 훼손시킬 정도로 이루어져서는 안 된다.
또한, 이와 다른 경우에서, 연행된 공기 또는 미세입자가 포함되지 않은 코팅의 상부 또는 하부에 연행된 공기 또는 미세입자가 포함된 코팅을 갖는 것이 바람직할 것이다. 튜브 내부를 연행된 공기 또는 미세입자가 포함된 코팅으로 코팅하거나 또는 튜브 외부를 연행된 공기 또는 미세입자가 불포함된 코팅으로 코팅하는 것과 같이, 연행된 공기 또는 미세입자가 불포함된 코팅 사이에 연행된 공기 또는 미세입자가 포함된 코팅이 위치하는 것이 가능하며 이를 기준으로 한 변형예 또한 가능하다.
게다가, 전체 튜브를 채워진 코팅으로 코팅하거나 또는 튜브 일부 또는 특정 위치를 연행된 공기 또는 미세입자가 채워지지 않은 코팅으로 코팅하는 것이 바람직할 것이다. 이 모두는 바람직한 결과에 따라 다를 것이다.
바람직한 구현예는 상기와 같이 개시 및 기재되어 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되는 것이 아니라 하기 청구항의 범위에 의하여 결정되어야 한다.
따라서, 본 발명의 주요 목적은, 특히 담수를 포함하여, 염수의 밀도보다 작은 밀도를 가진 화물을 운반하는데 이용되며 염수 및 염수 이온에 대하여 불침투성이 되도록 제조된, 비교적 큰 직물 FFCV를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 부력 장치가 필요하지 않으면서도 특히 FFCV의 내부가 비어 있을 때, FFCV에 부력을 제공하는 수단을 갖는 FFCV를 제공하는 것이다.
상기 목적 및 다른 목적과 잇점은 본 발명에 의하여 인지할 수 있다. 이 점과 관련하여, 본 발명은 FFCV 제조에서, 300' 이상의 길이 또는 40' 이상의 직경을 갖는 제직된 튜브 또는 나선형으로 형성된 튜브를 이용할 것이다. 이와 같은 대형 구조물은 제지기 직물(papermaker's clothing)을 제조하는 기계 상에서 제조될 수있다. 기수(nose) 및 미부(tail) 또는 선수(bow) 및 선미(stern)라고도 하는 상기 튜브의 말단부는 주름잡기, 접기 또는 기타 직경 감소 방법 및 본딩, 스티칭, 스테이플링 또는 기계적 커플링 또는 전술한 출원에 기재된 다른 수단에 의한 고정을 포함하는, 다수의 방법에 의하여 봉합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 대형 용기, 특히 시임리스 형태로 형성된 용기를 염수 및 염수 이온에 대하여 불침투성이 되도록 하는 것은 어렵다. 전술한 두 번째 출원에는 이를 달성하기 위한 수단이 개시되어 있다. 본 발명은 이를 확장하여 각각 상이한 코팅이 FFCV에 합체되도록 한다. 또한, 본 발명은 FFCV의 직물이 불침투성이 되도록 하는 것뿐만 아니라 화물(예를 들면, 담수)의 존재 또는 비존재 하에서도 부력이 있게 하는 코팅 방법을 개시한다.
본 발명의 제1태양에서, 본 발명은 상이할 수 있는 열가소성 재료로 코팅되며 전면 또는 외부 및 후면 또는 내부를 갖는 FFCV를 형성하는, 직물을 제공한다. 내부와 외부에 상이한 코팅을 갖는 잇점은 많은 이유때문일 수 있다. 예를 들면, 외부 코팅 중 또는 외부 코팅 상에 UV 차단 성분을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 선택된 코팅은 이에 의하여 영향을 받을 수 있다. 내부는 UV 차단이 필요없을 것이다. 그러나, 내부 코팅 중 또는 내부 코팅 상에 살균제 또는 진균제를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 역시, 선택된 코팅은 이에 의하여 영향을 받을 수 있다.
다른 고려 사항도 FFCV의 다른 코팅에 잇점을 제공할 수 있으며, 이는 당업자에게 자명할 수 있다.
코팅은 직물을 형성하는 섬유 또는 실을 제직하기 전에 그 섬유 또는 실에 코팅제를 도포함으로써 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 섬유 전면은 한 종류의 열가소성 화합물로 코팅되고 섬유 후면은 이와는 상이한 열가소성 화합물로 코팅될 수 있다. 제직 과정은 한 면은 어떤 코팅이 있고 다른 면은 이와는 상이한 코팅이 있는 모든 섬유를 선택적으로 제직하는 것이다. 이러한 구조물을 가압 하에서 열처리하여 열가소성 코팅제가 액화시켜 상기 직물이 불침투성이 되도록 한다. 상이한 코팅은 그 코팅이 원래 존재하였던 직물 면에 주로 고정된다.
본 발명자들은 이와는 다른 잇점이 더 있는 직물 코팅을 수행하는 다른 방법도 연구하였다. 이와 관련하여, 본 발명은 직물이 불침투성이 되게 할 뿐만 아니라 코팅의 부력 특성으로 인하여 직물이 뜨게 되는 코팅을 제공할 것이다. 제1방법은 바람직한 코팅제로 직물을 스프레이 코팅하는 것이다. 이 점과 관련하여 바람직한 결과는 직물 및 코팅을 포함하며, 약 1.0g/cm3인 염수 밀도 미만의 총 밀도를 갖는 FFCV가 제조되는 것이다.
따라서, 총 밀도의 감소는 다음과 같은 방법으로 달성될 수 있다. 코팅에 미세입자(microsphere)(유리, 고분자 또는 기타 본 발명의 목적에 적합한 재료일 수 있음)를 합체시킴으로써, 작은 빈 공간이 코팅에 형성되도록 한다. 충분한 양의 미세입자를 첨가하여 코팅의 밀도를 1.0g/cm3미만으로 감소시킨다. 감소된 밀도는 또한 제직된 직물의 밀도 및 코팅의 바람직한 기계적 특성에 의할 수 있다. 예를 들면, 사용된 직물 자체가 코팅되지 않아도 물에 뜨는 경우, 코팅 밀도는 코팅이 뜰 수 있을 정도까지만 감소되면 된다. 이 경우, 복합 구조물 또는 코팅된 섬유는 당연히 물에 뜰 것이다.
그러나, 사용된 직물 자체가 물에 뜨지 않는 경우, 코팅 밀도가 직물로 인한 추가 밀도를 보완하도록 코팅 밀도를 조절하여, 복합 구조물의 총 밀도가 1.0g/cm3미만이 되도록 할 수 있다.
물론, 전술한 바와 같이 조작할 때, 효과적인 FFCV에 필요한 특성을 얻기 위하여 코팅의 바람직한 기계적 특성이 손상되어서는 안 된다. 예를 들면, 코팅의 충분한 인장 강도, 유연성 및 내마모성은 당업자에게 자명한 바와 같이, 필요한 정도로 유지되어야 한다.
FFCV에 충분한 부력을 제공하는 다른 수단은 직물이 불침투성이 되도록 하는데 사용된 코팅과도 관련이 있다. 종래 방식에 따라 폼 코팅(foam coating)을 하는 것 외에도, 코팅을 스프레이할 때 직물로 연행된 공기(air entrained)가 코팅된 직물 내 공기 버블을 야기시킨다는 것을 예상치 못하게 밝혔다. 이러한 공기 버블은 코팅의 밀도를 낮추어, 충분히 낮은 밀도를 갖는 코팅된 직물은 부력이 있게 된다. 공기 버블은 스프레이 조건에 따라 임의의 크기 및 위치를 가지며 매우 다양한 것으로 밝혀졌다. 이러한 빈 공간의 무작위성은 전술한 바와 같은 기계적 특성에 미치는 효과를 어느 정도 최소화하는 작용을 할 수 있다.

Claims (13)

  1. 유체 또는 유동화가능한 물질을 포함하는 화물을 운반 및/또는 보관하기 위한 유체 보관용 연질 용기로서,
    제1면 및 제2면을 갖는 직물로 이루어진 신장된 연질 튜브 구조물(elongated flexible tubular structure);
    전면 말단부 및 후면 말단부를 갖는 튜브 구조물;
    상기 전면 말단부 및 후면 말단부를 봉합하는 수단;
    상기 용기의 화물을 채우고 비우는 수단; 및
    상기 연질 튜브 구조물을 불침투성이 되도록 하는 수단으로서, 상기 제1면은 제1열가소성 코팅을 갖는 실 또는 섬유를 주성분으로 형성되고 상기 제2면은 상기 제1열가소성 코팅과는 상이한 제2열가소성 코팅을 갖는 실 또는 섬유를 주성분으로 형성되도록 상기 직물을 열가소성 코팅을 갖는 실 또는 섬유로 형성하고, 상기 열가소성 코팅들이 상기 실 또는 섬유 사이의 빈 공간을 채워 코팅된 직물이 불침투성이 되도록 하는 것을 포함하는 수단
    을 포함하는 유체 보관용 연질 용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 직물은 제직된 것이고, 상기 제1면 및 제2면은 스티칭 포인트(stitching points)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 보관용 연질 용기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 코팅을 열, 압력 또는 이들 모두에 두어 상기 코팅이 흘러 상기 빈 공간을 채우는 것을 특징으로 하는 유체 보관용 연질 용기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1열가소성 코팅 및 상기 제2열가소성 코팅이 우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리올레핀 또는 다른 적합한 열가소성 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 유체 보관용 연질 용기.
  5. 유체 또는 유동화가능한 물질을 포함하는 화물을 운반 및/또는 보관하기 위한 유체 보관용 연질 용기로서,
    직물로 이루어진 신장된 연질 튜브 구조물;
    전면 말단부 및 후면 말단부를 갖는 상기 튜브 구조물;
    상기 전면 말단부와 상기 후면 말단부를 봉합하는 수단;
    상기 용기의 화물을 채우고 비우는 수단; 및
    상기 튜브 구조물이 불침투성 및 부력을 갖게 되도록 하는 수단으로서, 코팅된 직물의 총 밀도가 약 1.0g/cm3미만이 되게 하는 충분한 양의 미세입자(microsphere)를 포함하는 코팅으로 상기 직물을 코팅하는 것을 포함하는수단
    을 포함하는 유체 보관용 연질 용기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 코팅은 폴리비닐 클로라이드, 폴리우레탄, 합성 고무 및 천연 고무, 폴리우레아, 폴리올레핀, 실리콘계 고분자, 아크릴계 고분자 또는 이들의 폼 유도체로 본질적으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 유체 보관용 연질 용기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 코팅은 열가소성 물질 또는 열경화성 물질인 것을 특징으로 하는 유체 보관용 연질 용기.
  8. 유체 또는 유동화가능한 물질을 포함하는 화물을 운반 및/또는 보관하기 위한 유체 보관용 연질 용기로서,
    직물로 이루어진 신장된 연질 튜브 구조물;
    전면 말단부 및 후면 말단부를 갖는 상기 튜브 구조물;
    상기 전면 말단부와 상기 후면 말단부를 봉합하는 수단;
    상기 용기의 화물을 채우고 비우는 수단; 및
    상기 튜브 구조물이 불침투성 및 부력을 갖게 하는 수단으로서, 코팅된 직물의 총 밀도가 약 1.0g/cm3미만이 되게 하는 충분한 양의 가스 또는 공기가 상기 코팅 내에 갇히도록 상기 가스 또는 연행 공기를 갖는 코팅으로 상기 직물을 코팅하는 것을 포함하는 수단
    을 포함하는 유체 보관용 연질 용기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 코팅은 스프레잉 또는 폼 형태로 상기 직물에 코팅되는 것을 특징으로 하는 유체 보관용 연질 용기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 코팅은 폴리비닐 클로라이드, 폴리우레탄, 합성 고무 및 천연 고무, 폴리우레아, 폴리올레핀, 실리콘계 고분자, 아크릴계 고분자 또는 이들의 폼 유도체로 본질적으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유체 보관용 연질 용기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 코팅은 열가소성 물질 또는 열경화성 물질인 것을 특징으로 하는 유체 보관용 연질 용기.
  12. 유체 또는 유동화가능한 물질을 포함하는 화물을 운반 및/또는 보관하기 위한 유체 보관용 연질 용기로서,
    초고분자량 폴리에틸렌 또는 폴리올레핀을 본질적으로 포함하는 물질로 제조된 섬유 또는 실을 포함하는 직물로 이루어진 신장된 연질 튜브 구조물;
    전면 말단부 및 후면 말단부를 갖는 상기 튜브 구조물;
    상기 전면 말단부와 상기 후면 말단부를 봉합하는 수단;
    상기 용기의 화물을 채우고 비우는 수단; 및
    상기 직물을 폴리우레탄 물질로 코팅함으로써 상기 튜브 구조물이 불침투성이 되도록 하는 수단
    을 포함하는 유체 보관용 연질 용기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 코팅이 열경화성 폴리우레탄 코팅인 것을 특징으로 하는 유체 보관용 연질 용기.
KR10-2003-7013361A 2001-04-11 2002-04-05 유체 보관용 연질 용기에 사용하기 위한 코팅 및 이의제조 방법 KR20030088135A (ko)

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