JP5710598B2 - 石綿代替用珪砂系不燃材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、珪砂系不燃材及びその製造方法に関し、より詳細には、珪石、石灰石及びソーダ長石（albite）を主原料として、粉砕、溶融、噴射及び成形を含む一連の工程を経て取得され、石綿に代替できる珪砂系不燃材及びその製造方法に関する。
石綿（asbestos）は繊維状でマグネシウムが多い含水珪酸塩鉱物として、ボール紙、石綿スレート等の建築材料、不燃材、耐火材、保温材、断熱材、電気絶縁材、電解膜用材、ブレーキライニング用材等の用途として使われて来た。
特に、石綿は、断熱性、絶縁性、耐摩耗性及び引張強度に優れ、酸やアルカリ等の化学物質に対する耐久性も優れており、非常に安価で、建築材料として広く利用されてきたが、最近、その発ガン性が確認されて順次処分されている状況に置かれており、それと共に石綿に代替できるものに対する研究が行われている。
代表例として、耐熱性に優れるシリカ繊維紙の両面に炭素繊維紙を接着剤で接着した不燃シート（韓国登録実用第３５１，５１５号）、糊を解繊して得た繊維とセメント水を混合して作製した水及び火に強い建築内・外装用保温、断熱、遮音板材（韓国登録実用第４３５，４１８号）、合成繊維廃棄物を再生加工した吸音材の製造方法と建築用吸音板材（韓国公開特許第２００７−００６５８５４号）等がある。
前記技術は、石綿に現れる有害性の問題を一部解消して、さらに建築材料として追加的な機能を有しているが、使われる原料として有害物質が一部放出される物質を含んでおり、依然として有害性の問題を完全に解決できない問題がある。
そこで、本発明者等は前記従来技術の問題を解決しようと鋭意努力した結果、天然鉱物の珪石、石灰石及びソーダ長石または硅灰石及びソーダ長石を粉砕、溶融、噴射及び成形を含む一連の工程に適用した結果、人体に無害な不燃性建築材料を製造できることを確認して、本発明の完成に至った。
本発明の目的は、石綿に代替できる珪砂系不燃材及びその製造方法を提供することである。
前記目的を達成するため、本発明は、（ａ）珪石、石灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物を粉砕する工程、（ｂ）前記（ａ）工程で粉砕された珪石、石灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物粉末を溶融させる工程、及び（ｃ）前記（ｂ）工程で取得した溶融物を噴射して珪砂系不燃材を取得する工程を含む、珪砂系不燃材の製造方法を提供する。
本発明は、さらに前記方法で製造された、珪石、石灰石及びソーダ長石を含有する珪砂系不燃材を提供する。
本発明は、さらに（ａ）硅灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物を粉砕する工程、（ｂ）前記（ａ）工程で粉砕された硅灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物粉末を溶融する工程、及び（ｃ）前記（ｂ）工程で取得した溶融物を噴射して珪砂系不燃材を取得する工程を含む、珪砂系不燃材の製造方法を提供する。
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本発明は、さらに前記方法で製造された硅灰石及びソーダ長石を含有する珪砂系不燃材を提供する。
本発明の他の特徴及び具現例は、以下の詳細な説明及び添付された特許請求範囲からより一層明白になる。
他の方式で定義されない限り、本明細書において使用されたあらゆる技術的・科学的用語は、本発明が属する技術分野に熟練した専門家によって通常理解されるものと同じ意味を有する。通常、本明細書において使用された命名法は、本技術分野において周知であり、しかも汎用されるものである。
一観点において、本発明は、（ａ）珪石、石灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物を粉砕する工程、（ｂ）前記（ａ）工程で粉砕された珪石、石灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物粉末を溶融させる工程、及び（ｃ）前記（ｂ）工程で取得した溶融物を噴射して珪砂系不燃材を取得する工程を含む、珪砂系不燃材の製造方法に関する。
硅砂（Silica sand）はケイ酸（ＳｉＯ２）成分の含有量が高い硅砂（quartz sand）であって、具体的には、岩石の風化によって他の鉱物は分解されてなくなるが、石英だけが残留されたり運搬されて形成された砂をいう。韓国内の硅砂の総埋蔵量は、約１億９百万トンに達し、硅砂はかなり以前からコンクリートをはじめとする各種建築材料として使われて来た。
従って、本発明では韓国内で簡単に手に入る天然鉱物の硅砂の一種として、珪石と硅灰石を利用して、人体に無害な珪砂系不燃材を提示しようとする。特に、珪石は１４００〜１６００℃の比較的高い溶融温度を有し、珪石の溶融温度を低くするために石灰石とソーダ長石を主原料として共に用い、硅灰石は６００〜８００℃の比較的低い溶融温度を有し、ソーダ長石だけを共に主原料として用いた。
珪石は、石英で形成された鉱物であり、主な化学成分は、ＳｉＯ２である。耐火性の物理的性質を有しており、耐火モルタル、耐火レンガ等のような耐火性建築材料の主原料として用いられ、１４００〜１６００℃の高温で溶融する特性がある。
従って、本発明において珪石は、最終的に製造される珪砂系不燃材に「不燃」特性を与える機能を行い、不燃性の特性を現わす機能性建築材料の製造を可能にし、天然石粉であるため、人体に有害物質を発散しない効果を示す。
石灰石は、耐火断熱性、防音性、軽量性、成形性等の物理的性質を有する鉱物であり、主成分はＣａＣＯ３であり、９００〜１１００℃の低温で溶融する特性がある。
従って、本発明で石灰石は、溶融工程で溶融温度を低くする機能をし、珪砂系不燃材の製造に必要とする費用を節減させる効果がある。
従って、本発明で石灰石は、溶融工程で溶融温度を低くする機能をし、珪砂系不燃材の製造に必要とする費用を節減させる効果がある。
ソーダ長石（Ｎａ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・６ＳｉＯ２）は、５２４．３の分子量と１０００〜１１００℃の溶融点を有し、比較的低温で物体の粒子と粒子との間をよく連結させる物理的性質を有している鉱物である。
従って、本発明においてソーダ長石は前述した物理的性質によって、珪砂系不燃材の主原料である珪石粉末を相互連結させる機能を有し、低い溶融温度で不燃材製造を可能にして、製造費用を節減させる効果を示す。
従って、本発明においてソーダ長石は前述した物理的性質によって、珪砂系不燃材の主原料である珪石粉末を相互連結させる機能を有し、低い溶融温度で不燃材製造を可能にして、製造費用を節減させる効果を示す。
本発明において、前記石灰石及びソーダ長石の含有量は、前記珪石１００重量部に対して各々６０〜９０重量部及び６０〜９０重量部であることを特徴とする。
前記石灰石の含有量が、前記珪石１００重量部に対し６０重量部未満ならば、溶融温度が依然として高い問題があって、９０重量部を超えると添加量増加によるメリットがない。また、前記ソーダ長石の含有量が、前記珪石１００重量部に対し６０重量部未満ならば溶融温度が依然として高い問題があって、９０重量部を超えると添加量増加によるメリットがない。
本発明で主要原料として使われる珪石とソーダ長石は、粉末の粒度が１〜３ｍｍになるように粉砕することが好ましい。前記粉末の粒度が、１ｍｍ未満になるように粉砕する場合は、所要時間が長くなり、３ｍｍを超えると溶融するための所要時間が長くなる問題がある。前記珪石、石灰石及びソーダ長石を各々粉砕した後に共に溶融することも可能で、共に粉砕して溶融することも可能である。
本発明において、前記（ｂ）工程の溶融は、７００〜１，３００℃の温度で２０〜５０分間行われることを特徴とする。溶融温度が７００℃未満ならば溶融が十分形成されず、１３００℃を超えると温度増加によるメリットがない。溶融時間が２０分未満ならば溶融が十分形成されず、５０分を超えると時間増加によるメリットがない。
前記溶融は一般的な溶融、焼成等の熱処理工程を行うために使う装置である窯（kiln）で行うことが好ましいが、粉末を溶融させられる装置ならば、これに限定されない。
本発明で前記（ｃ）工程における噴射は、高圧噴射機によって行われ、噴射された噴射物は綿状の材質である。
本発明において、前記（ｃ）工程で噴射された噴射物を成形する工程を追加で行うことを特徴とし、前記成形は押出成形であることを特徴とする。
前記（ｃ）工程で噴射された噴射物として取得された珪砂系不燃材は、綿状の材質で、前記綿状の材質の珪砂系不燃材を追加で成形する工程に適用すると、パネル（panel）状の珪砂系不燃材を取得することができる。
前記（ｃ）工程で噴射された噴射物として取得された珪砂系不燃材は、綿状の材質で、前記綿状の材質の珪砂系不燃材を追加で成形する工程に適用すると、パネル（panel）状の珪砂系不燃材を取得することができる。
具体的な例として、ローラ（roller）を利用した押出成形工程を説明する。
窯（kiln）で溶融工程を経た溶融物をローラ（roller）側に噴射して、噴射物がローラを通過しながら圧出されたパネル状の珪砂系不燃材がローラに巻き取られてロール（roll）状に取得され、実際に建築材料として使う場合、必要に応じて切断して使ってもよい。
窯（kiln）で溶融工程を経た溶融物をローラ（roller）側に噴射して、噴射物がローラを通過しながら圧出されたパネル状の珪砂系不燃材がローラに巻き取られてロール（roll）状に取得され、実際に建築材料として使う場合、必要に応じて切断して使ってもよい。
一方、前記ローラを利用した押出成形時の成形を多少容易にするため、溶融物をローラ側に噴射する際に、有機バインダーを共に噴射してもよい。
また、前記ローラを通過しながら圧出されたパネル状の珪砂系不燃材がローラに巻き取られたロールが互いに付着しないようにローラにポリ樹脂類、樹脂類等を底に敷いてロールが形成されるようにしてもよい。
他の観点において、本発明は、さらに前記方法で製造された、珪石、石灰石及びソーダ長石を含有する珪砂系不燃材に関する。
前述したように、珪石、石灰石及びソーダ長石を主原料として、粉砕、溶融及び噴射工程を経て綿状の材質の珪砂系不燃材を取得でき、また、粉砕、溶融、噴射及び成形工程を経てパネル状の珪砂系不燃材を取得することができる。
また他の観点において、本発明は、（ａ）硅灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物を粉砕する工程、（ｂ）前記（ａ）工程で粉砕された硅灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物粉末を溶融する工程、及び（ｃ）前記（ｂ）工程で取得した溶融物を噴射して珪砂系不燃材を取得する工程を含む、珪砂系不燃材の製造方法に関する。
硅灰石は、化学成分がＣａＳｉＯ３であり、４８．３％のＣａＯと５１．７％のＳｉＯ２で構成されている鉱物である。また、天然産出される鉱物であり、１０００℃以上の高温においても不燃性を維持する特性を示す。
従って、本発明で硅灰石は、最終的に製造される珪砂系不燃材に「不燃」特性を与える機能を行い、不燃性の特性を示す機能性建築材料の製造を可能にし、天然産出される鉱物であるため、人体に有害物質を発散しない効果を示す。
本発明において、前記ソーダ長石の含有量は、前記硅灰石１００重量部に対し１０〜５０重量部であることを特徴とする。
前記ソーダ長石の含有量が、前記硅灰石１００重量部に対し１０重量部未満ならば溶融温度が依然として高い問題があって、５０重量部を超えると添加量増加に係るメリットがない。
本発明において、前記（ｂ）工程の溶融は、７００〜８００℃の温度で２０〜５０分間行われることを特徴とする。溶融温度が、７００℃未満ならば溶融が十分形成されず、８００℃を超えると温度増加によるメリットがない。溶融時間が、２０分未満ならば溶融が十分形成されず、５０分を超えると時間増加によるメリットがない。
本発明において、前記（ｃ）工程で取得された噴射物を成形する工程を追加で含むことを特徴とする。
本発明において、前記成形は、ローラを利用した押出成形であることを特徴とする。
また他の観点において、本発明は、前記方法で製造された硅灰石及びソーダ長石を含有する珪砂系不燃材に関する。
本発明に係る不燃性珪砂は、綿状の材質またはパネル状で取得でき、実際の建築施工時に適宜、任意に選択して使うことによって、防音材、断熱材等として活用することができる。また、建築材料として頻繁に使われ、発ガン物質の放出のような有害性が確認されている石綿とは異なって、前記不燃性珪砂は天然鉱物を主原料にして人体に無害である。
以下、本発明を実施例を挙げて詳述する。これらの実施例は単に本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれらの実施例に制限されないことは当業者において通常の知識を有する者にとって自明である。
［実施例１］珪石、石灰石及びソーダ長石を含有する珪砂系不燃材の製造
珪石４０ｋｇ、石灰石３０ｋｇ及びソーダ長石３０ｋｇを、ボールミル（韓国セラミック(株)、韓国）を利用して、粒度が１〜３ｍｍになるように粉砕した。前記粉砕された粉末を窯に投入して、１１００℃の温度で３５分間溶融した。
珪石４０ｋｇ、石灰石３０ｋｇ及びソーダ長石３０ｋｇを、ボールミル（韓国セラミック(株)、韓国）を利用して、粒度が１〜３ｍｍになるように粉砕した。前記粉砕された粉末を窯に投入して、１１００℃の温度で３５分間溶融した。
高圧エア機（韓国東亜精密(株)、韓国）を利用して、前記窯で溶融して流れ出る溶融物を噴射して綿状の材質の珪砂系不燃材を取得した（図２(ｂ)）。
また、前記綿状の材質の珪砂系不燃材をローラ（韓国セラミック(株)、韓国）を通過して押出成形しながらローラ周囲に巻き取られるようにして、パネル状の珪砂系不燃材を取得した（図２(ａ)）。
［実施例２］硅灰石及びソーダ長石を含有する珪砂不燃材の製造
硅灰石７０ｋｇ及びソーダ長石３０ｋｇを、ボールミル（韓国セラミック(株)、韓国）を利用して、粒度が１〜３ｍｍになるように粉砕した。前記粉砕された粉末を窯に投入して６５０℃の温度で３５分間溶融した。
硅灰石７０ｋｇ及びソーダ長石３０ｋｇを、ボールミル（韓国セラミック(株)、韓国）を利用して、粒度が１〜３ｍｍになるように粉砕した。前記粉砕された粉末を窯に投入して６５０℃の温度で３５分間溶融した。
高圧エア機（韓国東亜精密(株)、韓国）を利用して、前記窯で溶融して流れ出る溶融物を噴射して綿状の材質の珪砂系不燃材を取得した（図３(ｂ)）。
また、前記綿状の材質の珪砂系不燃材をローラ（韓国セラミック(株)、韓国）を通過して押出成形しながらローラ周囲に巻き取られるようにして、パネル状の珪砂系不燃材を取得した（図３(ａ)）。
以上説明したように、本発明に係る珪砂系不燃材は、珪砂鉱物を利用して高温においても不燃性を示す機能性建築材料を製造でき、主原料として天然鉱物だけを使うため、既に断熱材、防音材等の建築材料として広く使われた石綿に代替できる人体に無害な建築材料として活用することができる。
以上、本発明の内容の特定の部分を詳述したが、当業界における通常の知識を持った者にとって、このような具体的な記述は単なる好適な実施態様に過ぎず、これにより本発明の範囲が制限されることはないという点は明らかである。よって、本発明の実質的な範囲は特許請求の範囲とこれらの等価物により定義されると言える。
Claims (5)
- （ａ）珪石、石灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物を粉砕する工程；
（ｂ）前記（ａ）工程で粉砕された珪石、石灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物粉末を、７００〜１，１００℃の温度で溶融させる工程；及び
（ｃ）前記（ｂ）工程で取得した溶融物を噴射して珪砂系不燃材を取得する工程
を含み、
前記石灰石及びソーダ長石の含有量が、前記珪石１００重量部に対して各々６０〜９０重量部及び６０〜９０重量部であることを特徴とする、珪砂系不燃材の製造方法。 - 前記（ｂ）工程の溶融は、２０〜５０分間行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記（ｃ）工程で取得された噴射物を成形する工程を追加で含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- （ａ）硅灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物を粉砕する工程；
（ｂ）前記（ａ）工程で粉砕された硅灰石及びソーダ長石を含む天然鉱物粉末を、７００〜８００℃の温度で２０〜５０分間溶融する工程；及び
（ｃ）前記（ｂ）工程で取得した溶融物を噴射して珪砂系不燃材を取得する工程
を含み、
前記ソーダ長石の含有量が、前記硅灰石１００重量部に対し１０〜５０重量部であることを特徴とする、珪砂系不燃材の製造方法。 - 前記（ｃ）工程で取得された噴射物を成形する工程を追加で含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
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