JP7001594B2 - 耐火性マグネシアセメント - Google Patents
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Description
-周囲温度だけではなく、セラミック結合の生成が生じる温度に近い温度範囲でも結合すること;
-高純度であるか、耐火性又は高温強度を低下させない成分でしか汚染されていないこと;
-加熱時に少量及び非毒性の排出物であること;
-加熱と冷却のサイクルの間に体積安定性が保証される相組成であること;
である。
特開昭55-150972号公報には、歯科用途の砥石のためのセメントが示されている。3:1の比率の酸化マグネシウム粉末及びポリアクリル酸水溶液がセメントの主成分である。ポリアクリル酸は、マグネシウムにより架橋する分子とキレート結合を形成し、セメントは凝結して大きい機械的強度を与える。しかし、高温ではポリアクリル酸が分解するためこのセメントは高温用途には適切ではない。
本発明のある実施形態においては、焼成マグネシアを得るための出発物質は、炭酸マグネシウム又は水酸化マグネシウムなどのマグネシウム化合物の、好ましくは水酸化マグネシウムの、微粉末である。適切な水酸化マグネシウム粉末は市販されている。それぞれの要件に応じて、焼成後に約90~99重量%のMgO含有率を示す水酸化マグネシウム粉末のグレードを、多くの用途のために選択することができる。特に大きい比表面積の苛性マグネシアが必要とされる場合、二重焼成製品が好ましい。そのような場合、1回目の焼成の後に得られる苛性マグネシアは、100℃に近い温度すなわちその前後で再びMg(OH)2へと水和されてから、2回目の焼成を受ける。焼成は、典型的にはロータリーキルン又は複数の炉床炉の中で連続的に又は半連続的に行われるが、固定炉又は他の炉の中でバッチ式にて行うこともできる。
-0.1~99重量%の、約60μm~約50mmの平均粒径を有する耐火物、セラミック、及び建築用の原料のうちの少なくとも1つ;
-0.1~99重量%の、約0.1μm~約60μmの平均粒径を有する耐火物、セラミック、及び建築用の原料のうちの少なくとも1つ;及び、任意選択的な
-0.3~15重量%の、機能性添加剤及び水和遅延剤からなる群から選択される1種以上の成分
の成分のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
主成分としての、Aと標識されたグレードの苛性マグネシアと、微粉砕溶融マグネシアとを含有するマグネシアセメントが開示される。苛性マグネシアAは、水酸化マグネシウムを760℃で焼成することによって得た。水酸化マグネシウムは、4.6m2/gのBET比表面積(BET S.S.A)を有しており、塩化マグネシウムの熱加水分解によって得たマグネシア粉末の水和によって工業的に製造した。微粒子状物質の比表面積を決定するためのBET(Brunauer-Emmett-Teller)法は当該技術分野で公知である。苛性マグネシアグレードAは、次の組成及び比表面積によって特徴付けられる:MgO 98.7重量%、CaO 0.3重量%、SiO2<0.1重量%、BET S.S.A=41.9m2/g。セメントは次の通りに構成される(表1):
主成分が2つの苛性マグネシアグレードであるマグネシアセメントが開示される。760℃で焼成されたAと標識された1つのグレードは、実施例1と同じである。Bと標識された2つ目のグレードは、BET S.S.A=20.5m2/gであり、最大約1000℃の温度でフローテーション法の後に天然のマグネサイトを焼成することによって工業的に製造した。苛性マグネシアBは、次の組成によって特徴付けられる:MgO 98.1重量%、CaO 0.8重量%、SiO2 0.3重量%、Fe2O3 0.5重量%。セメントは表2に示されている通りに構成される:
主成分として耐火性マグネシアと苛性マグネシアグレードAとを含む微粉砕された耐火性材料が開示される。耐火性材料は、次の成分から本質的になる(表3):
主成分として耐火性マグネシアと苛性マグネシアグレードCとを含む微粉砕された耐火性材料が開示される。苛性マグネシアCは、苛性マグネシアグレードBを150℃で2時間オートクレーブにより水和した後、760℃で2回目の焼成を行うことにより得た。苛性マグネシアCのBET S.S.Aは72.0m2/gである。耐火性材料は、次の成分から本質的になる(表4):
主成分として耐火性マグネシアと苛性マグネシアグレードAとを含む、粗大/微細に粉砕された粒子状耐火性材料が開示される。耐火性材料は、表5に記載の成分から本質的になる:
主成分としてケイ砂と苛性マグネシアグレードAとを含む、粗大/微細に粉砕された粒子状耐火性材料が開示される。耐火性材料は、表6に記載の成分から本質的になる:
主成分としてアルミナ原料と苛性マグネシアグレードAとを含む、粗大/微細に粉砕された粒子状耐火性材料が開示される。アルミナ原料は、Almatis B.V.から供給された。耐火性材料は、表7に記載の成分から本質的になる:
比較例8は、カルボン酸と水和遅延剤がない苛性マグネシアのみに基づいたセメントの劣った特性を実証するために開示されている。
マグネシアセメント並びに実施例1~7で言及されている耐火性材料及び比較例のものの乾燥成分は、最初に乾式混合し、次いで周囲温度(すなわち約20~25℃の温度範囲)で表11に示されている量の水と併せて混合し、円筒形状に注型した。凝結時間は針貫入法によって測定した。12時間後に型から取り外したサンプルを周囲温度で48時間乾燥してからサンプルの冷間圧縮強さ(CCS)の決定及び150℃のオートクレーブ中での水和試験を行った。マグネシアセメント及び耐火性材料の水和試験後の亀裂が生じない挙動の時単位の時間は、表11に示されている。マグネシアセメントを含む耐火性材料のサンプルについても、150℃/hの平均加熱速度での1000℃までの加熱挙動を試験した。実施例3~5で言及されている耐火性材料のサンプル、すなわちPVAマイクロファイバーを含むサンプルは、加熱後に亀裂又はダメージを全く示さなかった。他方で、同じであるが繊維を含まない耐火性材料のサンプルは、深刻なダメージを受けた。
実施例1及び2は、本発明のセメントを得るために、苛性マグネシア単独、又は苛性マグネシアと高度に焼成したマグネシア(例えば溶融マグネシア)の微粉末との混合物のいずれも使用できることを教示している。大きいBET S.S.Aが存在することを条件として、苛性マグネシアの両方の変形型(例えば760℃で焼成したもの、又は1000℃で焼成したもの)を、好ましくは組み合わせて、使用することができる。実施例1及び2のマグネシアセメントを比較例8のセメントと比較すると、カルボン酸及び水和遅延剤がないと性能が劣る結果になること、特には長すぎる凝結時間と多量の水が必要とされる点において劣ることが明らかになる。
Claims (8)
- BET比表面積が20.5~80m2/gの範囲内にある苛性マグネシア成分と、カルボン酸成分とを含有する水硬的に及び化学的に結合する耐火性のマグネシアセメントであって、
前記カルボン酸成分がフマル酸、アジピン酸、安息香酸、フタル酸、フタル酸無水物、及びソルビン酸からなる群から選択され、これらの酸が60μm未満の平均粒径を有する室温で固体であることを特徴とするマグネシアセメント。 - 苛性マグネシア成分対カルボン酸成分の重量比が500:1~1:1の範囲内である請求項1に記載のマグネシアセメント。
- マグネシア水和遅延剤、細かく粉砕された硬焼マグネシア、細かく粉砕された重焼マグネシア、及び細かく粉砕された溶融マグネシアからなる群から選択される1種以上の追加的な成分をさらに含有し、
前記マグネシア水和遅延剤は単糖、多糖、糖アルコール、鉱酸、鉱酸の塩からなる群から選択され、その少なくとも1種の水和遅延剤を全マグネシア成分に対して0.1~30重量%の総量で含有され、
前記の細かく粉砕されたマグネシアは前記耐火性マグネシアセメントの総乾燥質量に対して最大97重量%の総量で含有され、
前記の細かく粉砕された硬焼マグネシア、細かく粉砕された重焼マグネシア及び/または細かく粉砕された溶融マグネシアの全ての平均粒径が45μm未満の固体である、
請求項1または2に記載のマグネシアセメント。 - 前記耐火性のマグネシアセメントの総乾燥質量に対して少なくとも3重量%の量の前記カルボン酸成分と共に、前記苛性マグネシアを含有する請求項1~3のいずれか1項に記載のマグネシアセメント。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載のマグネシアセメントを含む耐火性材料であって、
この耐火性材料の総乾燥質量に対して15重量%以下の量の1種以上の機能性添加剤を更に含有し、この機能性添加剤は分散剤、湿潤剤、フラックス、亀裂なしに加熱するための非フラックス剤及び化学的、機械的、又は電気的にセメントを改質するための作用薬からなる群から選択され、
前記分散剤は、高分子電解質、ポリカルボキシレート、及び高性能減水剤からなる群から選択され、
前記湿潤剤は石鹸及びエーテル誘導体からなる群から選択され、
前記フラックスは酸化ホウ素及および酸化リチウムからなる群から選択され、
前記亀裂なしに加熱するための非フラックス剤は有機繊維及び金属繊維からなる群から選択され、この繊維は100℃未満で溶融、及び/又は分解、及び/又は反応することができ、
前記化学的、機械的、又は電気的にセメントを改質するための添加剤は金属粉末、金属繊維、半導体、磁気材料、及び有機繊維材料からなる群から選択される、
ことを特徴とする耐火性材料。 - 少なくとも1重量%の前記マグネシアセメント又はその成分と、下記の成分を更に含む請求項5に記載の耐火性材料:
0.1~99重量%の、60μm~50mmの平均粒径を有する耐火物原料、セラミック原料または建築用原料;
0.1~99重量%の、0.1μm~60μmの平均粒径を有する耐火物原料、セラミック原料または建築用原料;及び
任意成分としての0.3~15重量%の分散剤、湿潤剤、フラックス、亀裂なしに加熱するための非フラックス剤及び化学的、機械的、又は電気的にセメントを改質するための作用薬からなる群から選択される機能性添加剤および単糖、多糖、糖アルコール、鉱酸、鉱酸の塩からなる群から選択される水和遅延剤の中から選択される1種または複数の成分、
ここで、
前記耐火物原料及び/又はセラミック原料は下記1)~3)の成分の少なくとも1つを含有し:
1)アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物なる群から選択される1種以上の金属酸化物;
2)Cr2O3、クロム鉱石、Al2O3、スピネル、SiO2、ケイ酸塩、TiO2、ZrO2、希土類金属の酸化物、鉄属金属の酸化物、及び他の遷移金属の酸化物からなる群から選択される1種以上の金属酸化物;
3)炭素、黒鉛、窒化物、及び炭化物からなる群から選択される1種以上の非酸化物耐火性材料及び/又はセラミック材料;
前記建築用原料は建築コンクリートの一般的成分、材木、木質材料、及び他の再生可能な植物原料からなる群から選択される。 - コンクリート、懸濁液、自己流動型キャスタブル、チキソトロピックキャスタブル、スリップキャスト成形、テープ成形、コーティング組成物、吹き付け材、ガンニング材、ラミング材、修復材、注入材、モルタル、及び接着又は連結剤からなる群から選択される少なくとも1つの製品の製造のための、または、耐火物、鋼材、非鉄金属、セメント、ガラス、セラミック、電子、及び建築産業からなる群から選択される少なくとも1つの産業で使用される、一体型の裏張り、プレキャスト形状、プレハブ要素、機能性製品、耐火製品、並びに、炉、容器、もしくは他の装置のための断熱製品のうちの少なくとも1つの製造のための、請求項1~4のいずれか1項に記載のマグネシアセメントの使用。
- コンクリート、懸濁液、自己流動型又はチキソトロピックキャスタブル、スリップキャスト成形、テープ成形、コーティング組成物、吹き付け材、ガンニング材、ラミング材、修復材、注入材、モルタル、及び接着又は連結剤からなる群から選択される少なくとも1つの製品の製造のための、または、耐火物、鋼材、非鉄金属、セメント、ガラス、セラミック、電子、及び建築産業からなる群から選択される少なくとも1つの産業で使用される、一体型の裏張り、プレキャスト形状、プレハブ要素、機能性製品、耐火製品、炉、容器、若しくは他の装置のための断熱製品の製造のための、マグネシアセメントを含む請求項5~7のいずれか1項に記載の耐火性材料の使用。
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