KR100346516B1 - 고도로정제된규조토제품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 규조토로부터 고도로 정제된 생물기원 실리카 제품 및 동일물의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 본 발명은 규조토 특유의, 실리카의 두드러지게 다공성이고 복잡한 구조를 갖고, 특히 높은 실리카(즉, 이산화규소, SiO2) 함량 및 저밀도성을 가져 높은 실리카 비체적을 결과하는 고도로 정제된 비하소의, 하소의, 그리고 플럭스 하소의 규조토 제품에 관한 것이다. 또한 때때로 이들 제품은 매우 낮은 용해성 금속 함량 및/또는 고도의 휘도를 나타낸다.

Description

고도로 정제된 규조토 제품{A HIGHLY PURIFIED BIOGENIC SILICA PRODUCT}
본 명세서에 걸쳐서, 다양한 간행물, 특허, 공개된 특허명세서는 인용을 밝혀 참고로 하며, 이들 문서에 대한 온전한 인용은 청구항 직전의 명세서의 끝에 발견된다. 본 명세서에서 참조된 간행물, 특허, 공개된 특허의 명세서는 본 발명이 관련된 기술의 상태를 더욱 온전히 기술하기 위해 본 명세서에 참고로 조합되어 있다.
본 발명은 규조토 특유의 복잡하고도 다공성인 구조를 갖고(즉 복잡하고 다공성인 규조토성(diatomaceous) 실리카 구조를 갖고), 특별한 물리적 및 화학적 성질(예를 들면 고순도, 저밀도, 낮은 용해성불순물함량, 낮은 총불순물함량, 및 고휘도와 같은)의 독특한 조합을 갖는 정제된 규조토에 관한 것이다. 본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품에 의해 제공된 특별한 성질의 독특한 조합(특히 향상된 효율 및 경제성을 허용하는 것)은 다른 공지의 규조토 제품에 의해 제공되지 않는다.
일반적으로 규조토 제품은 분리, 흡착, 지지, 및 기능성 충전제 용도를 포함하지만, 이에 제한되지 않는 광범위한 용도에 사용되고 있다. 최근의 재조사(Breese, 1994; Engh, 1994)는 구체적으로 유용한, 성질의 개요 및 규조토의 용도를 제공한다. 본 발명의 정제된 규조토 제품은 규조토 실리카의 독특한 복잡하고도 다공성인 구조와 고도의 순도를 갖고, 따라서 이들 용도의 대부분에서 매우 증가된 효율을 허용한다.
규조토 제품은 규조류의 규토질의 규각(frustule)(즉 껍질이나 골격)의 형태로 생물기원 실리카(즉 생물에 의해 생성되거나 얻어지는 실리카)로 풍부한 침전물인 규조토성 토양으로부터 얻어진다. 규조류는 현미경적인, 단세포의 Bacillariophyceae 종류의 황금조류(golden brown algae)의 광범위한 정렬이고, 이 정렬은 생 규조류내에 있어서, 환약상자와도 같이 서로 꼭 맞는 두 밸브로 이루어진, 다채롭고 복잡한 구조의 화려한 규토질의 골격(즉 규각)을 가진다. 규각은 종에 있어서 광범위하게 다르고, 분류학적 분류를 위한 기초로 제공되며, 적어도 2,000가지가 넘는 개별적 종이 공지되어 있다. 각 밸브의 표면은 규각의 복잡한 미세구조를 이루고 각각의 종에 따라 구별되는 설계를 제공하는 일련의 개구에 의해 천공되어 있다. 전형적 규각의 크기는 0.75 내지 1,000 μm이지만, 주로 10 내지150 μm이다. 이들 규각은 화학평형이 유지되는 조건내에 보존될 경우, 지질시대의 장기간에 걸쳐 그것들의 다공성이고 복잡한 구조의 대부분을 실질적으로 불변한 상태로 유지하기에 충분한 내구력이 있다. 규각의 기본적 화학조성 및 복잡하고 다공성인 구조는 예를 들면 여과 및 충전 용도에 있어서 다른 천연 형태의 실리카와는 비할 수 없는, 규조토 특유의 상품적 가치 및 융통성을 제공한다. 규조류 골격의 미세입자 구조는 저밀도 및 큰 표면적과 함께 높은 다공성 및 투과성을 제공한다.
규조토 제품은 물리적 및 화학적 성질에 다양성을 제공하는 다양한 방법에 의해 그리고 다양한 원료로부터 제조된다.
여과분야에 있어서, 유체에서의 입자분리의 많은 방법은 필터보조물로서 규조토 제품을 사용한다. 규조토 실리카 특유의 복잡하고 다공성인 구조는 여과방법에서의 물리적 포획에 대해 특히 유효하다. 현탁 입자나 미세입자물질을 함유하거나 탁도가 있는 유체의 청징도를 향상시키는 경우 규조토 제품을 사용하는 것은 일반적 관례이다.
규조토 제품은 때때로 "프리코팅"으로 일컬어지는 단계에 있어서, 여과방법에서 청징도를 향상시키고 유량을 증가시키기 위해 셉텀에 종종 적용된다. 규조토는 또한 "바디 피딩"으로 일컬어지는 단계에 있어서, 그것이 여과되어 계획된 액체 유량은 유지하면서 셉텀에서의 바람직하지 않은 입자의 부하를 감소시키기 위해 종종 유체에 직접 첨가된다. 관련된 특정 분리에 따라서, 규조토 제품은 프리코팅, 바디 피딩 또는 둘다에 있어서 사용된다. 규조토 여과와 관련된 원리는 재조사되었다(Kiefer, 1991).
몇몇의 여과용도에 있어서, 상이한 규조토 제품이 함께 배합되어 여과방법을 더 변형시키거나 최적화한다. 또한 규조토 제품은 때때로 다른 물질과 조합되기도 한다. 몇몇 경우에 있어서, 이들 조합은 예를 들면 셀룰로즈, 활성탄, 클레이, 또는 기타 물질과 같은 단순한 혼합물을 포함한다. 다른 경우에 있어서, 이들 조합은 규조토 제품이, 쉬트, 패드, 또는 카드리지를 제조하기 위해, 다른 성분과 친밀하게 조합된 합성물이다. 이들 규조토 제품 모두의 더욱 가공한 변형은, 예를 들면 표면처리 및 규조토 제품, 혼합물, 또는 그들의 조성물에의 화학품의 첨가를 포함하는, 여과 또는 분리에 사용된다.
어떤 환경에 있어서, 규조토 제품은 유체의 청징화나 정제를 크게 강화할 수 있는, 여과동안의 특유의 흡착 성질을 나타낸다. 이들 흡착 성질은 매우 특이적이고, 규조토 표면에서의 약한 전기적 하전에의, 흡착된 종류의 인력에 대한 약한 힘에 의존하거나, 또는 규조토 표면에서 종종 발생하는 실라놀(즉 ≡Si-OH) 기능기의 반응성에 의존한다. 예를 들면 이온화된 실라놀기(즉 ≡Si-O-)는, 용액중의, 예를 들면 시트르산(즉 C6H8O7)과 같은 산성물질에 의해 주어지는, 방법중의 표면에서 제공된 H+를 흡착하는, 히드로늄 이온(즉 H3O+)과 반응한다.
또한 규조토 제품 특유의 실리카의 복잡하고 다공성인 구조는 폴리머에 안티블록 성질을 제공하기 위한 그들의 상업적 용도를 허용한다. 규조토 제품은 종종 페인트, 에나멜, 라커, 및 관련 코팅 및 피니쉬의 외관이나 성질을 바꾸기 위해 사용된다. 종이나 셀룰로즈 함유 필터 미디아에 있어서의 그들의 용도에 추가하여, 규조토 제품은 종이 처리용도에서 상업적으로 사용되고, 그리고 그들은 특정 상업적 촉매의 처리에 필수적이다. 또한 규조토 제품은 크로마토그래피 지지물로도 사용되며, 가스-액체 크로마토그래피 방법에 특히 적합하다.
규조토 제품이 유체로부터 입자를 분리시 사용되는 방식에 관계없이, 규조토 제품은 입자가 제거되는 유체와 접촉을 해야한다. 또한 폴리머, 플라스틱, 페인트, 코팅, 및 기타 조제물 중의 성분으로서, 규조토 제품은 조제물 중의 기타 성분의 대부분과 접촉하게 된다. 따라서, 규조토 제품 중의 높은 실리카 순도 및 불순물의 낮은 용해성은 종종 매우 바람직한 성질이다. 더욱이, 필터 보조물로 사용된 규조토 제품의 효율 및 유용성은 여과 작업동안 유체와의 접촉시 그것의 밀도와 관련되어 있기도 하다. 대부분의 실례에 있어서, 저밀도의 규조토 제품은 매우 바람직하다.
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품 및 그들의 부가적 변형은 기타 다양한 용도에 유용하다. 그것의 용도에 있어서의 규조토의 유용도는 일반적으로 높은 실리카 순도와의 조합으로, 규조토 특유의 실리카의 다공성의 그리고 복잡한 구조의 존재에 관련되어 있고, 본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품은 이들의 뚜렷한 성질을 종래에 가능하던 것보다 큰 정도로 제공한다.
본 발명은 규조토로부터 고도로 정제된 생물기원 실리카 제품 및 동일물의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 본 발명은 규조토 특유의, 실리카의 두드러지게 다공성이고 복잡한 구조를 갖고, 특히 높은 실리카(즉, 이산화규소, SiO2) 함량 및 저밀도성을 가져 높은 실리카 비체적을 결과하는 고도로 정제된 생물기원 실리카 제품에 관한 것이다. 또한 본 발명은 특히 낮은 용해성금속함량 및/또는 극히 높은 휘도를 갖는 변형된 고도로 정제된 생물기원 실리카 제품에 관한 것이다.
도 1은 표 1, 부분 C에 나타낸 바와 같은, 다양한 실리카 제품에 대한 실리카 비체적에 대한 데이터를 도시한 막대그래프이고,
도 2는 실시예 2의 하소된 고도로 정제된 규조토 제품의 주사전자현미경사진이다.
본 발명의 한 견해는 복잡하고 다공성인 규조토성 실리카 구조를 가진 고도로 정제된 규조토 제품을 제공하는 것이고, 상기 제품은, 3.5 보다 큰 실리카 비체적을 갖는 비하소 제품; 3.6 보다 큰 실리카 비체적을 갖는 하소 제품; 그리고 3.3 보다 큰 실리카 비체적을 갖는 플럭스 하소 제품으로 이루어진다. 바람직한 구체예에 있어서, 비하소 제품은 연소후 기준으로 95%(w/w) SiO2보다 큰 총 실리카 함량을 갖고; 하소 제품은 연소후 기준으로 98%(w/w) SiO2보다 큰 총 실리카 함량을 갖고; 플럭스 하소 제품은 연소후 기준으로 92%(w/w) SiO2보다 큰 총 실리카 함량을 갖는다. 바람직한 구체예에 있어서, 제품은 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는다. 또다른 바람직한 구체예에 있어서, 제품은 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 철 함량을 갖는다.
본 발명의 또다른 견해는 복잡하고 다공성인 규조토성 실리카 구조를 갖는 고도로 정제된 비하소 제품을 제공하고, 상기 제품은 3.5 보다 큰 실리카 비체적을 갖는다. 바람직한 구체예에 있어서, 비하소 제품은 연소후 기준으로 95%(w/w) SiO2보다 큰 총 실리카 함량을 갖는다. 또다른 바람직한 구체예에 있어서, 비하소 제품은 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는다. 또다른 바람직한 구체예에 있어서, 비하소 제품은 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 철 함량을 갖는다. 또다른 바람직한 구체예에 있어서, 제품은 50 kΩ-cm 보다 큰 비저항을 갖는다.
본 발명의 또다른 견해는 복잡하고 다공성인 규조토성 실리카 구조를 갖는 고도로 정제된 하소 제품을 제공하고, 상기 제품은 3.6 보다 큰 실리카 비체적을갖는다. 바람직한 구체예에 있어서, 하소 제품은 연소후 기준으로 98%(w/w) SiO2보다 큰 총 실리카 함량을 갖는다. 또다른 바람직한 구체예에 있어서, 하소 제품은 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는다. 또다른 바람직한 구체예에 있어서, 하소 제품은 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 철 함량을 갖는다. 또다른 바람직한 구체예에 있어서, 하소 제품은 80 kΩ-cm 보다 큰 비저항을 갖는다. 또다른 바람직한 구체예에 있어서, 하소 제품은 96% 보다 큰 청색광 반사 휘도를 갖는다.
본 발명의 또다른 견해는 복잡하고 다공성인 규조토성 실리카 구조를 갖는 고도로 정제된 플럭스 하소 제품을 제공하고, 상기 제품은 3.3 보다 큰 실리카 비체적을 갖는다. 바람직한 구체예에 있어서, 플럭스 하소 제품은 연소후 기준으로 92%(w/w) SiO2보다 큰 총 실리카 함량을 갖는다. 또다른 바람직한 구체예에 있어서, 플럭스 하소 제품은 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는다. 또다른 바람직한 구체예에 있어서, 플럭스 하소 제품은 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 철 함량을 갖는다. 또다른 바람직한 구체예에 있어서, 플럭스 하소 제품은 95% 보다 큰 청색광 반사 휘도를 갖는다. 또다른 구체예에 있어서, 플럭스 하소 제품은 연소후 기준으로 98%(w/w) 보다 큰 조합된 총 나트륨(Na2O) 함량 및 총 실리카(SiO2) 함량을 갖는다.
본 발명의 또다른 견해는 본 발명의 또다른 견해는 복잡하고 다공성인 규조토성 실리카 구조를 갖는 고도로 정제된 규조토 제품을 제공하고, 상기 제품은 99%보다 큰 청색광 반사 휘도를 갖는다.
A. 고도로 정제된 생물기원 실리카 제품
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품은 매우 높은 실리카 함량을 갖는다. 높은 실리카 함량에 덧붙여, 이들 제품은 규조토의 특성인 복잡하고 다공성인 구조를 갖고(즉 이들 제품은 복잡하고 다공성인 규조토성 실리카 구조를 갖는다), 이 특성은 규조토 제품이 유효한 많은 용도에 있어서 필수적이다. 그중에서도 성질의 이 특유의 조합은, 종래 공지의 어떤 규조토 제품 보다도 큰 높은 실리카 비체적을 더 결과하는, 바람직한 낮은 원심분리된 습밀도를 결과한다.
본 발명의 정제된 규조토 제품은 낮은 불순물 용해도와 함께 낮은 밀도를 갖고, 이 낮은 밀도는 증가된 용적, 흐름, 청징도, 또한 공간적으로 제한된 응용에 있어서의 단위중량당 점유도를 허용하면서도, 바람직하지 않은 알루미늄, 철 및 규조토 제품부터 접촉된 물질까지의 기타 요소의 기여는 현저히 감소시킨다. 규조토의 대부분의 응용에 대해서, 본 발명의 고도록 정제된 규조토 제품은 일반적으로 유용한 수준보다 실질적으로 이상으로 향상된 순도와 함께 향상된 경제성까지 제공한다.
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품은 제품의 제조방법에 따라 비하소, 하소, 또는 플럭스 하소로 간편히 기술된다. 이러한 광범위한 종류는 단결과 소결이 일어나도록 정도를 조절하여 제품의 투과도를 조절하는, 이용된 제조방법을 반영하며, 투과도는 고도로 정제된 규조토 제품의 유용한 응용에 일반적으로 중요하다.
여기서 사용된 용어 "비하소 제품"은 하소나 플럭스 하소를 실시하지 않은 제품을 나타낸다. 여기서 사용된 용어 "하소 제품"은 하소를 실시한 제품을 나타낸다. 전형적 하소방법 및 파라미터는 하기한 방법에 기술되어 있다. 여기서 사용된 용어 "플럭스 하소 제품"은 플럭스 하소(즉 플럭스의 존재하의 하소)를 실시한 제품을 나타낸다. 전형적 플럭스는 하기한 방법에 기술되어 있다.
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품의 조성 및 성질은 공지의 규조토 제품과 함께 아래에 상세히 기술되어 있다.
1. 투과도
여과에서의 사용을 위하여 규조토 제품은 일반적으로 그것들의 투과도에 밀접하게 관련된 여과속도의 범위를 제공하도록 가공된다. Darcies의 단위로 보고된 일반적으로 "Da"로 축약되는 투과도는 물중의 규조토의 현탁물로부터 셉텀상에 필터케이크를 형성하도록 설계된 특수하게 구성된 기기를 이용하고, 이어서 기지의 단면적의 필터케이크의 측정된 두께를 통과하는 물의 비체적에 요구되는 시간을 측정하여 용이하게 측정된다. 원리는 Darcy의 법칙으로부터 다공성 미디어에 대해 종래에 유도되었고(Bear, 1972), 변형된 기기와 방법의 배열이 투과도와 잘 어울리도록 존재한다. 상업적으로 구입할 수 있는 규조토 필터보조물은 약 0.001 내지 약 30 Da의 광범위한 투과도에 걸쳐 있다. 특정 여과방법을 위해 적합한 특정 투과도를 갖는 필터보조물의 선택은 특정 용도를 위한 유량 및 유체 분류의 정도에 의존한다.
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품은 상업적으로 구입할 수 있는 규조토 필터보조물에 의해 제공되는 범위에 비할 수 있는 투과도의 스펙트럼을 갖는다. 본 발명의 비하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 0.1 Da 보다 적은 투과도를 갖는다(일반적으로 약 0.001 내지 약 0.1 Da의 범위내). 본 발명의 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 0.05 내지 약 1.5 Da의 범위내의 투과도를 갖는다. 본 발명의 플럭스 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 1 Da 보다 많은 투과도를 갖는다(일반적으로 약 1 내지 약 5 Da의 범위내).
2. 철/알루미늄의 용해도
종래의 규조토 제품의 많은 양은 예를 들면 맥주와 같은 액체를 여과하기 위해 사용된다. 여과된 맥주의 철(즉 이온 Fe2+및/또는 Fe3+이온과 같은 Fe)과 같은 금속에 의한 오염이 주된 관심대상이다. 따라서, 맥주 중에 용해될 수 있는, 규조토 제품 중의 철이나 알루미늄의 함량은 이들 불순물에 의해 일어나는 오염의 정도에 대한 유용한 지표를 제공한다. 예를 들면 맥주 여과에 사용된 종래의 규조토 필터보조물의 대부분은 선택된 필터보조물에 따라서, 약 7 mg Fe/kg 제품 내지 약 50 mg Fe/kg 제품의 맥주-용해성 철 함량을 갖는다.
믿을 만한 분석방법이 맥주 중의 규조토 제품으로부터의 철의 용해서을 측정하기 위해 산업체에서 확립되었다(American Society of Brewing Chemists, 1987). 고도로 정제된 규조토 제품에 대한 바람직한 분석방법은 1,10-페난트롤린(즉 o-페난트롤린, C12H8N2)을 사용하는 교정비색법을 포함한다. 시험될 시료가 비하소 제품인 경우는 시료를 110℃에서 공기중에서 일정 중량까지 건조시켜야 하고, 이어서 공기중에서 실온까지 냉각되도록 해야한다(즉 건조해야 한다). 시험될 시료가 하소 또는 플럭스 하소 제품인 경우는 시료를 공기중에서 실온에서 일정 중량까지 건조시켜야한다. 5 g의 시료를 이산화탄소를 제거한 200 ml의 맥주(이 경우는 BUDWEISER, Anheuser-Busch의 등록상표)에 실온에서 첨가하고, 혼합물을 5분 50초간의 시간동안 간헐적으로 교반하였다. 이어서 혼합물을 초기 30초간 수집된 여과물을 버리는 25 cm 직경의 여과지를 포함하는 깔때기에 즉시 옮긴다. 여과물을 다음 15초간 수집하고, 25 ml 분량을 약 25 mg의 아스코르브산(C6H8O6)으로 처리하여 용해된 철이온을 제1철(즉 Fe2+) 상태로 환원시킨다(따라서 "시료추출물"을 생성함). 1 ml의 0.3%(w/v)의 1,10-페난트롤린의 첨가로 발색되고, 30분후 결과의 시료용액의 흡광도를 표준 교정곡선과 비교한다. 교정곡선은 맥주 중의 기지의 농도의 표준 철용액으로부터 제작된다. 처리하지 않은 여과물을 탁도 및 색을 보정하기 위한 방법 블랭크로 사용한다. 흡광도는 분광광도계, 본 경우에 있어서는 Milton & Bradley Spectronic을 이용하여 505 nm에서 측정한다.
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품은 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은(일반적으로 약 정량한계 내지 약 7 mg Fe/kg 제품 내의 범위), 더욱 바람직하게는 5 mg Fe/kg 제품 보다 낮은(일반적으로 약 정량한계 내지 약 5 mg Fe/kg 제품 내의 범위) 맥주-용해성 철 함량을 갖는다. 정량한계(즉 검출한계)는 대략 2 mg Fe/kg 제품이다.
맥주 중의 규조토 제품으로부터의 알루미늄의 용해도 측정을 위한 바람직한 방법은 유도적으로 커플링된 아르곤 가스 플라즈마 발광스펙트럼 분석법(ICP)을 이용한다. 시료 추출물을 American Society of Brewing Chemists 방법에 따라 제조하고(상기의 철에 대한 것과 동일하게), 탈이온수중의 2%(v/v) 질산으로 20%(v/v) 맥주의 농도로 희석한다. 이 희것은 플라즈마 안정성을 유지하면서 감도를 최적화하기 위해 필요하다. 희석한 추출 용액의 분석을 위해 여기에 보고된 데이터는 160 nm 내지 800 nm의 복수 분광분석정도에서 작동가능한 Baird Model PSX sequential ICP 분광광도계를 이용하여 수집한 것이다. 유니트는 8.5 Pa(≒65 밀리토르)까지 배출되는, 온도조절되는 0.75 m 변형된 Czerny-Turner 단색계(Acton Research Corporation Model L-507)가 장치되어 있고, 40.68 MHz의 고주파를 발생시키는 크리스탈 조절되는 오실레이터를 사용하고, 반사되는 전력이 0.5 W 보다 적게, 700 W(여기 보인 분석의 경우) 순방향전력을 적용하여 집중 용융된 실리카 토치 어셈블리에서 플라즈마를 생성한다. 용접정도의 액체 아르곤 가스를 최초 플라즈마를 위해 사용하였고, 질량유량 조절기(Emerson Electric Company, Brooks Instrument Division Model 5876)을 통해 약 46 상대단위로 운반된다. 아르곤 퍼징을 Matheson 로타미터로 측정하여 4.0 상대유니트로 계면 렌즈에 실시하였다. 160.000 nm의 회절격자에서 그리고 415.859 nm의 최초 표준 아르곤 방출 파장에서 확립된 절대 참조 파장으로, 사인바(sine bar)기작을 이용하여 파장을 선택하였다. 알루미늄은 제1오더 396.152 nm 분광선에서 측정되었다. 칼슘, 바나듐, 및 망간으로부터의 분광 간섭을 미리 이 선에 대해 평가하고 무의미하도록 측정한다. 시료용액에 대한 강도를 맥주 중에 제조된, 상업적 알루미늄 표준 참고용액(Spex Industries, Inc.)으로부터의 표준의 연속물에 대한 그것들과 비교하였다.
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품은 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은(일반적으로 약 정량한계 내지 약 10 mg Al/kg 제품 내의 범위), 더욱 바람직하게는 8 mg Al/kg 제품 보다 낮은(일반적으로 약 정량한계 내지 약 8 mg Al/kg 제품 내의 범위) 맥주-용해성 철 함량을 갖는다. 정량한계(즉 검출한계)는 대략 2 mg Al/kg 제품이다.
3. 비저항
규조토 제품은 여과되는 유체와 친밀하게 접촉하거나, 또는 조제된 제품 중의 기타 성분과 친밀하게 접촉하므로, 탈이온수 중의 10%(w/v)의 규조토 제품의 현탁물의 비저항(즉 고유저항)를 측정하여 용해성 이온의 더욱 일반적인 측정이 얻어진다. 탈이온수는 전기의 매우 빈약한 전도자이고, 따라서 용해성 이온의 도입(즉 규조토 제품으로부터)은 높은 순수의 비저항을 감소시킨다. 탈이온수로 슬러리될 경우 낮은 비저항을 제공하는 규조토 제품은 슬러리에 더욱 바람직하지 않은 용해성 이온을 부여한다. 많은 경우에 있어서, 주기율표 중에서의 알칼리금속족 IA(예를 들면 칼륨, K+, 및 특정 나트륨, Na+)의 특정 용해성 일가 이온의 존재는 고순도 규조토 제품의 유용성에는 효과가 거의 없다. 그러나 일반적으로 다가의 기타 이온(예를 들면 철, Fe2+및/또는 Fe3+; 그리고 알루미늄, Al3+)은 고순도 규조토 제품의 유용성에 더욱 큰 영향이 있다.
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품에 대한 비저항 데이터를 전도도 셀을 이용하여 얻을 수 있다. 시험할 시료가 비하소 제품인 경우는, 시료를 110℃에서 공기중에서 일정 중량까지 건조시켜야 하고, 이어서 공기중에서 실온까지 냉각되도록 해야한다(즉 건조해야 한다). 시험할 시료가 하소 또는 플럭스 하소 제품인 경우는 시료를 공기중에서 실온에서 일정 중량까지 건조시켜야한다. 10 g의 시료를 1 MΩ-cm(즉 10% w/v)의 최소 비저항의 증류수 또는 탈이온수 100 ml를 함유한 250 ml 비이커에 첨가한다. 혼합물을 15초간 완전히 현탁된 슬러리가 되도록 교반하고, 이어서 침강되도록 방치한다. 혼합물을 다시 15분간 교반하고, 침강되도록 1시간이 넘지 않는 동안 방치한다. 상징액을 셀튜브 내에 따라내고, 전도도 셀(Cole Parmer EC Meter Model 1481-61)을 액 중에 담그었다. 셀을 아래위로 수회 움직여 셀내에 갇힌 기포를 제거하고, 고유저항을 계측기 내에 포함된 전도도 브리지를 이용하여 측정하였다. 전도도 셀을(셀 교정 상수를 얻기 위해서) 기지의 비저항의 용액으로 교정하였다. 보정된 비저항을 측정된 고유저항 및 교정 상수로부터 측정한다.
본 발명의 비하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 50 kΩ-cm 보다 큰(일반적으로 약 50 kΩ-cm 내지 약 250 kΩ-cm의 범위내), 더욱 바람직하게는 약 60 kΩ-cm 보다 큰(약 60 kΩ-cm 내지 약 250 kΩ-cm의 범위내) 비저항을 제공한다. 본 발명의 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 80 kΩ-cm 보다 큰(일반적으로 약 80 kΩ-cm 내지 약 500 kΩ-cm의 범위내), 더욱 바람직하게는 약 130 kΩ-cm 보다 큰(약 130 kΩ-cm 내지 약 500 kΩ-cm의 범위내) 비저항을 제공한다.
4. 반사 휘도
많은 실례에 있어서, 특히 충전물 용도에 있어서 규조토 제품은 그것이 높은 반사 휘도를 갖는 경우 더욱 큰 유용성을 갖는다. 반사 휘도를 측정하기 위해 바람직한 방법은 조명원, 청색 필터, 및 검출기를 제공하는 특정 장치(Photovolt Brightness Meter, Model 575)를 이용하여 측정하는, 제품의 평평한 표면으로부터 반사된 청색광의 양을 측정하는 것을 포함한다. 장치는 청색광 내의 기지의 반사율의 표준판을 사용하여 교정하고, 램프를 켠 후 그것의 방출 출력을 안정화한다. 시험할 시료가 비하소 제품인 경우, 시료를 110℃에서 공기중에서 일정 중량까지 건조시켜야 하고, 이어서 공기중에서 실온까지 냉각되도록 해야한다(즉 건조해야 한다). 시험할 시료가 하소 또는 플럭스 하소 제품인 경우는 시료를 공기중에서 실온에서 일정 중량까지 건조시켜야한다. 함몰 가공된 플라스틱판을 시료로 약간 넘도로 충전하고, 이어서 원형 가압운동을 이용하여 평평한 면의 판으로 누른다. 평평한 면의 판을 평평한 손상되지 않은 표면을 보호하기 위해 조심스럽게 미끄러짐동작으로 제거한다. 이어서 시료를 장치의 시료포트(그자리에 청색 필터를 갖춘)에 위치시킨다. 이어서 반사율 측정을 장치로부터 판독한다. 또한 청색광 반사율은 예를 들면 Hunter 또는 CIE(Commission Internationale de I'Eclairage)로부터 구입할 수 있는 기타 장치를 이용하여 얻어지는 휘도의 측정으로부터 계산될 수도 있다.
본 발명의 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 96% 보다 큰(일반적으로 96 내지 100%의 범위내), 더욱 바람직하게는 약 98% 보다 큰(일반적으로 98 내지 100%의 범위내), 더욱 바람직하게는 약 99% 보다 큰(일반적으로 99 내지 100%의 범위내)반사 휘도를 갖는다. 본 발명의 플럭스 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 95% 보다 큰(일반적으로 95 내지 100%의 범위내), 더욱 바람직하게는 약 97% 보다 큰(일반적으로 97 내지 100%의 범위내), 더욱 바람직하게는 약 99% 보다 큰(일반적으로 99 내지 100%의 범위내)반사 휘도를 갖는다.
5. 총 실리카/철/알루미늄/나트륨 함량
규조토의 실리카는 금속 오팔과 유사한 주로 비정질 형태의 것이지만, 실리카로 이루어지지만, 규조토나 규조토 제품과 관련된 복잡하고 다공성인 구조를 갖지 않는 결정성 석영 더스트나 샌드가 때때로 존재한다. 하소나 플럭스 하소에 있어서, 규조토 입자가 더 큰 단결된 입자로 함께 소결되고, 따라서 규조토 제품의 성질의 몇몇을 변형시키는 것에 의해 제품을 제조한다. 비록 비정질의 수화 실리카의, 비정질 비수화 실리카, 은미정질(cryptocrystalline) 크리스토발라이트, 또는 은미정질 수정으로의 전환이 상기 처리에서 기인하지만, 격심한 하소 후에도, 규조토 제품 대부분은 그들의 복잡하고 다공성인 구조의 대부분이 남는다.
총 실리카 함량의 고도의 정확한 측정은 x선 형광 분광분석을 이용하여 측정할 수 있다. 본 기술은 알루미늄, 철 및 나트륨과 같은 기타 요소의 총 함량을 측정하는 데도 유용하다.
본 발명의 고도로 정제된 제품의 총 요소 함량을 측정하기 위해 이용된 바람직한 "용융된 사붕산염 매트릭스" x선 형광법에 있어서, (공기중에서 1시간동안 950℃에서 배소한 후의)2 g의 규조토 시료를 7.7 g의 사붕산리튬(즉 Li2B4O7)과 함께 용융시키고, 용해물을 40 mm 버튼 내에 주조한다. 버튼을 Philips PW1600 동시적 x선 형광 분광광도계로 분석한다. 이 시스템을 대부분이 Gowindaraju(1989)의 표에 게재된 것인 40 이상의 참고물질을 이용하여 교정하였다. 실리콘, 알루미늄, 철 또는 나트륨과 같은 주요 요소에 대한 계수 시간은 60초이고, 각 요소를 그것의 고정된 채널을 통해 측정하였다. 연소 데이터 상의 감소를 상기한 배소로부터 얻는다. 실리카 구조내의 수화의 천연 감소를 조절하기 위해, 모든 시료에 대한 총 실리콘, 알루미늄, 철 및 나트륨 함량을 연소후를 기초로 하여 그들의 각 고산화물(즉 SiO2, Al2O3, Fe2O3, 및 Na2O)에 대하여 보고한다. 여기에 사용된 용어 "연소후를 기초로"는 분석에 앞서 1시간동안 950℃에서의 배소에 의한 시료의 전처리를 나타낸다.
총 요소 함량 측정을 위한 변형된 "압착된 결합제 매트릭스" x선 형광법에 있어서, (공기중에서 1시간동안 950℃에서 배소한 후의)3 g의 규조토 시료를 0.75 g의 SPECTROBLEND(등록상표, Chemplex) 결합제에 첨가한다. 혼합물을 5분간 텅스텐 카바이드 혼합 바이알내에서 충격볼로 교반하여 갈았다. 이어서 결과의 혼합물을 31 mm 다이로 24,000 평방인치당파운드(165 MPa)로 합착하여 펠릿을 형성하였다. 이어서 시료와 같이 동일한 방법으로 6 규조토 표준을 이용한 교정으로, 기초 파라미터하에 작동하는 Spectrace 6000 에너지 분산성 x선 형광 분광광도계를 이용하여 화학 조성을 측정한다. 장치는 전기적으로 냉각된 Li(Si) 검출기 및 50 kV 로듐 타겟 x선 공급원을 사용하고, 대략 50% 대드타임으로 시료 여기를 결과하도록 설정된다. 스펙트럼으로부터의 피크 강도를 단일요소 참고 스펙트럼과 선형 분석 비교하여 분석한다. 구체적으로 실리콘, 알루미늄 및 철 측정을 위해 사용된 K알파피크 강도는 1.740 keV, 1.487 keV, 및 6.403 keV의 에너지에 각각 대응한다. 이어서 규조토 표준에 대한 피크 강도를 시료내의 요소 함량을 측정하기 위해 사용되는 순수 요소 계수율로 피크 강도 및 데이터 피팅에 의해 전환한다. 이 방법은 나트륨을 제외한 모든 요소에 대한 상기 방법에 비해서, 용융된 사붕산염 매트릭스 방법보다 상대적 에러가 매우 크다는 점에서 비교할 수 있는 결과를 달성한다.
본 발명의 비하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 연소후 기준으로 보고된 약 95%(w/w) SiO2보다 큰(일반적으로 약 95 내지 약 99.9%(w/w) SiO2의 범위내); 더욱 바람직하게는 총 실리카 함량을 갖고; 약 97%(w/w) SiO2보다 큰(일반적으로 약 97 내지 약 99.9%(w/w) SiO2의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 98%(w/w) SiO2보다 큰(일반적으로 약 98 내지 약 99.9%(w/w) SiO2의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 99%(w/w) SiO2보다 큰(일반적으로 약 99 내지 약 99.9%(w/w) SiO2의 범위내) 총 실리카 함량을 갖는다.
본 발명의 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 연소후 기준으로 보고된 약98%(w/w) SiO2보다 큰(일반적으로 약 98 내지 약 99.9%(w/w) SiO2의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 99%(w/w) SiO2보다 큰(일반적으로 약 99 내지 약 99.9%(w/w) SiO2의 범위내) 총 실리카 함량을 갖는다.
본 발명의 플럭스 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 연소후 기준으로 보고된 약 92%(w/w) SiO2보다 큰(일반적으로 약 92 내지 약 99.9%(w/w) SiO2의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 94%(w/w) SiO2보다 큰(일반적으로 약 94 내지 약 99.9%(w/w) SiO2의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 96%(w/w) SiO2보다 큰(일반적으로 약 96 내지 약 99.9%(w/w) SiO2의 범위내) 총 실리카 함량을 갖는다.
본 발명의 비하소의, 하소의, 그리고 플럭스 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 연소후 기준으로 보고된 약 0.3%(w/w) Fe2O3로 보고된 것보다 적은(일반적으로 약 0.005 내지 약 0.3%(w/w) Fe2O3의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 0.2%(w/w) Fe2O3보다 적은(일반적으로 약 0.005 내지 약 0.2%(w/w) Fe2O3의 범위내) 총 철함량을 갖는다.
본 발명의 비하소의, 하소의, 그리고 플럭스 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 연소후 기준으로 보고된 약 0.5%(w/w) Al2O3로 보고된 것보다 적은(일반적으로 약 0.01 내지 약 0.5%(w/w) Al2O3범위내); 더욱 바람직하게는 약 0.4%(w/w)Al2O3보다 적은(일반적으로 약 0.01 내지 약 0.4%(w/w) Fe2O3의 범위내) 총 알루미늄함량을 갖는다.
6. 습밀도
규조토 제품이 규조토 특유의 다공성이고 복잡한 구조를 갖는 정도의 지표는 그것의 원심분리된 습밀도나 침강된 습중량, 또는 그것의 패킹된 밀도의 당량 측정을 측정하여 얻을 수 있고, 그 이유는 밀도의 크기는 도달될 수 있는 패킹 배열에 의해 한정되기 때문이다. 습밀도는 결정적인데 그 이유는 그것은 여과방법에서의 입자성 물질을 실을 수 있는 공극체적을 나타내기 때문이고, 그것은 여과 효율을 측정하기에 가장 중요한 기준이기 때문이다. 낮은 습밀도를 갖는 규조토 제품은 더 큰 공극체적을 갖고, 따라서 더 큰 여과 효율을 갖는다.
규조토 분말의 패킹된 밀도의 용이한 측정은 가스보다 액체 중에서 더욱 재현가능하다. 본 발명의 고도로 정제된 제품의 패킹된 밀도를 측정하기 위한 바람직한 방법은 원심분리된 습밀도의 측정에 의한다. 시험될 시료가 비하소 제품인 경우는 시료를 110℃에서 공기중에서 일정 중량까지 건조시켜야 하고, 이어서 공기중에서 실온까지 냉각되도록 해야한다(즉 건조해야 한다). 시험될 시료가 하소 또는 플럭스 하소 제품인 경우는 시료를 공기중에서 실온에서 일정 중량까지 건조시켜야한다. 기지의 중량의 시료 0.50 내지 1.00 g을 눈금을 매긴 14 ml 원심분리 튜브에 넣고, 탈이온수를 첨가하여 대략 10 ml의 부피로 만든다. 모든 시료가 젖고 건조 분말이 남지 않을 때까지 혼합물을 충분히 흔든다. 원심분리 튜브 상단에 탈이온수를 더 첨가하여, 흔들어 벽면에 붙은 모든 혼합물을 헹구어 떨군다. 하소의 또는 플럭스 하소의 제품의 경우는, 튜브를 3분간 2700 rpm에서 원십분리하고(Beckman AccuSpin), 비하소의(예를 들면 건조된) 제품의 경우는, 튜브를 6분간 2700 rpm에서 원심분리한다. 원심분리에 이어서, 튜브를 조심스럽게 꺼내어 고체물을 교란하지 않도록 하고, 침강된 물질의 수준(즉 체적)을 튜브의 0.05 ml 눈금의 가장 인접한 절반까지 측정한다. 기지의 중량의 분말의 원심분리된 습밀도를 시료 중량을 측정 체적으로 나누어 용이하게 계산한다. 전형적으로 원심분리된 습밀도는 lb/ft3또는 g/cm3의 단위로 보고되고, 이들 단위에 대한 전환요소는 1 lb/ft3내지 0.01602 g/cm3이다.
본 발명의 비하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 0.28 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.15 내지 약 0.28 g/cm3의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 0.27 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.15 내지 약 0.27 g/cm3의 범위내) 원심분리된 습밀도를 갖는다.
본 발명의 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 0.28 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.10 내지 약 0.28 g/cm3의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 0.25 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.10 내지 약 0.25 g/cm3의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 0.23 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.10 내지 약 0.23 g/cm3의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 0.21 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.10 내지 약 0.21 g/cm3의 범위내) 원심분리된 습밀도를 갖는다.
본 발명의 플럭스 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 0.29 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.10 내지 약 0.29 g/cm3의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 0.25 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.10 내지 약 0.25 g/cm3의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 0.23 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.10 내지 약 0.23 g/cm3의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 0.21 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.10 내지 약 0.21 g/cm3의 범위내) 원심분리된 습밀도를 갖는다.
7. 실리카 비체적
이상적 환경하에서, 가장 고도로 정제된 규조토 제품은 높은 총 실리카 함량 및 낮은 원심분리된 습밀도를 가질 것으로 예상된다. 이 성질의 조합은 때때로 더욱 낮은 순도의 규조토 제품에 비교하여 정제된 제품의 유용성의 측정을 제공한다. 불순한 규조토는 그것의 다공성의 복잡한 구조의, 불순한 물질과의 점유를 의미하는, 더욱 큰 원심분리된 습밀도를 가질 것으로 예상된다. 이 성질의 조합을 정량하기 위해서, 실리카에 의해 점유된 비체적을:
실리카 비체적 = 분수 실리카 함량/원심분리된 습중량
으로 정의하고, 여기서 분수 실리카 함량은 연소후 기초의 SiO2의 중량의 백분율을 100으로 나누어 계산하고, 원심분리된 습밀도는 입방센티미터 당 그람의 단위(즉 g/cm3)으로 나타낸다. 예를 들면 측정된 총 실리카 함량 99.1%(w/w)와 원심분리된 습밀도 0.27 g/cm3)을 갖는 시료의 경우 실리카 비체적 0.991/0.27 내지 3.7이 얻어진다. 방정식으로부터 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 실리카 비체적이 클수록 제품의 규조토 순도가 클 것이다.
총 실리카의 함량 및 패킹된 밀도의 영향이 이 단순한 표현으로 설명된다. 총 실리카의 함량 또는 원심분리된 습중량 및 작은 변화조차도 실리카 비체적의 현저한 변화를 야기하고, 따라서 실리카 비체적은 규조토 제품 순도를 고도로 판별하는 측정을 제공한다.
본 발명의 비하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 3.5 보다 큰(일반적으로 약 3.5 내지 약 7의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 3.6보다 큰(일반적으로 약 3.6 내지 약 7의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 3.7보다 큰(일반적으로 약 3.7 내지 약 7의 범위내) 실리카 비체적을 갖는다.
본 발명의 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 3.6 보다 큰(일반적으로 약 3.6 내지 약 10의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 3.8보다 큰(일반적으로 약 3.8 내지 약 10의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 4.0보다 큰(일반적으로 약 4.0 내지 약 10의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 4.5보다 큰(일반적으로 약 4.5 내지 약 10의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 4.7보다 큰(일반적으로 약 4.7 내지 약 10의 범위내) 실리카 비체적을 갖는다.
본 발명의 플럭스 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 3.3 보다 큰(일반적으로 약 3.3 내지 약 10의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 3.5보다 큰(일반적으로 약 3.5 내지 약 10의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 3.6보다 큰(일반적으로 약 3.6 내지 약 10의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 4.0보다 큰(일반적으로 약 4.0 내지 약 10의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 5.0보다 큰(일반적으로 약 5.0 내지 약 10의 범위내); 더욱 바람직하게는 약 6.0보다 큰(일반적으로 약 6.0 내지 약 10의 범위내) 실리카 비체적을 갖는다.
8. 본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품
본 발명의 비하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 3.5 보다 큰(일반적으로 약 3.5 내지 약 7의 범위내) 실리카 비체적을 갖는다. 더욱 바람직하게는 제품은 연소후 기준으로 95%(w/w) SiO2보다 큰(약 95 내지 약 99.9%(w/w) SiO2의 범위내) 총 실리카 함량을 갖고, 따라서 약 0.28 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.15 내지 약 0.28 g/cm3의 범위내) 원심분리된 습중량을 갖는다. 제품은 규조토 특유의 복잡하고 다공성인 실리카 구조를 갖고, 전형적으로 0.1 Da보다 적은(일반적으로 약 0.001 내지 약 0.1 Da의 범위내) 투과도를 갖는다. 더욱 바람직하게는 제품은 0.3%(w/w) Fe2O3보다 적은(일반적으로 약 0.005 내지 약 0.3%(w/w) Fe2O3의 범위내) 총 철함량과, 0.5%(w/w) Al2O3보다 적은(일반적으로 약 0.01 내지 약 0.5%(w/w)Al2O3범위내) 총 알루미늄 함량을 갖는다. 용해도에 관해서는, 제품은 바람직하게는 50 kΩ-cm 보다 큰(일반적으로 약 50 kΩ-cm 내지 약 250 kΩ-cm의 범위내) 비저항을, 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은(일반적으로 약 정량한계 내지 약 7 mg Fe/kg 제품 내의 범위) 맥주-용해성 철 함량을, 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은(일반적으로 약 정량한계 내지 약 10 mg Al/kg 제품 내의 범위) 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는다.
본 발명의 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 3.6 보다 큰(일반적으로 약 3.6 내지 약 10의 범위내) 실리카 비체적을 갖는다. 더욱 바람직하게는 제품은 연소후 기준으로 98%(w/w) SiO2보다 큰(약 98 내지 약 99.9%(w/w) SiO2의 범위내) 총 실리카 함량을 갖고, 따라서 약 0.27 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.10 내지 약 0.27 g/cm3의 범위내) 원심분리된 습중량을 갖는다. 제품은 규조토 특유의 복잡하고 다공성인 실리카 구조를 갖고, 약 0.05 내지 약 1.5 Da의 범위내의 투과도를 갖는다. 바람직하게는 제품은 0.3%(w/w) Fe2O3보다 적은(일반적으로 약 0.005 내지 약 0.3%(w/w) Fe2O3의 범위내) 총 철함량과, 0.5%(w/w) Al2O3보다 적은(일반적으로 약 0.01 내지 약 0.5%(w/w) Al2O3범위내) 총 알루미늄 함량을 갖는다. 용해도에 관해서는, 제품은 바람직하게는 80 kΩ-cm 보다 큰(일반적으로 약 80 kΩ-cm 내지 약 250 kΩ-cm의 범위내) 비저항을, 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은(일반적으로 약 정량한계 내지 약 7 mg Fe/kg 제품 내의 범위) 맥주-용해성 철 함량을, 10 mg Al/kg 제품보다 낮은(일반적으로 약 정량한계 내지 약 10 mg Al/kg 제품 내의 범위) 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는다. 제품의 청색광 반사 휘도는 바람직하게는 96% 보다 크다.
본 발명의 플럭스 하소의 고도로 정제된 규조토 제품은 약 3.3 보다 큰(일반적으로 약 3.3 내지 약 10의 범위내) 실리카 비체적을 갖는다. 더욱 바람직하게는 제품은 연소후 기준으로 92%(w/w) SiO2보다 큰(약 92 내지 약 98%(w/w) SiO2의 범위내) 총 실리카 함량을 갖고, 따라서 약 0.29 g/cm3보다 작은(일반적으로 약 0.10 내지 약 0.29 g/cm3의 범위내) 원심분리된 습중량을 갖는다. 제품은 규조토 특유의 복잡하고 다공성인 실리카 구조를 갖고, 약 1 Da 보다 큰(일반적으로 약 1 내지 약 50 Da의 범위내) 투과도를 갖는다. 바람직하게는 제품은 0.3%(w/w) Fe2O3보다 적은(일반적으로 약 0.005 내지 약 0.3%(w/w) Fe2O3의 범위내) 총 철함량과, 0.5%(w/w) Al2O3보다 적은(일반적으로 약 0.01 내지 약 0.5%(w/w) Al2O3범위내) 총 알루미늄 함량을 갖는다. 용해도에 관해서는, 제품은 바람직하게는 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은(일반적으로 약 정량한계 내지 약 7 mg Fe/kg 제품 내의 범위) 맥주-용해성 철 함량을, 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은(일반적으로 약 정량한계 내지 약 10 mg Al/kg 제품 내의 범위) 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는다. 제품의 청색광 반사 휘도는 바람직하게는 95% 보다 크다.
9. 본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품과 공지의 규조토 제품과의 비교
저급 규조토를 고급 광석으로 향상시키기 위한 많은 노력은 그것들의 전체적 품질을 천연적으로 더욱 양호한 광석으로부터 얻어진 상품에 본래는 동등한 규조토 제품을 결과하였다. 그러한 노력은 Norman 및 Ralston(1940), Bartuska 및 Kalina(1968a, 1968b), Visman 및 Picard(1972), Tarhanic 및 Kortissova(1979), Xiao(1987), Li(1989), Liang(1990), Zhong 등(1991), Brozek 등(1992), Wang(1992), Cai 등(1992), 및 Videnov 등(1993) 등을 포함한다. 이들 노력으로부터 얻어진 제품의 모두 본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품의 성질의 특유의 조합에 근접하지 않는다.
향상을 목적으로 단일 성질로 제조된 몇몇 규조토 제품은 더욱 관련이 있고, 그 이유는 이들 제품은 균일성을 얻기위해 설계되었기 때문이다. 예를 들면 Thomson 및 Barr(1907), Barr(1907), Vereinigte(1913, 1928), Koech(1927), Swallen(1950), Suzuki 및 Tomizawa(1971), Bradley 및 McAdam(1979), Nielsen 및 Vogelsang(1979), Heys 및 Feigl(1980), 및 Mitsui 등(1989)은 총 철 또는 용해된 철 함량만이 감소된 제품에 초점을 모았고, 있더라도 기타의 현저한 성질에 대한 최소의 향상만을 갖는 제품이 보고되었다. Baly(1939)에 의해 제조된 규조토 제품은 낮은 유기물질을 가졌고, 또한 Codolini(1953), Pesce(1955, 1959), Martin 및 Goodbue(1968), 및 Munn(1970)가 제조한 비교적 높은 휘도를 가진 규조토 제품은, 영향받을 만한 기타 중요한 성질은 보고되지 않았다.
몇몇 실례에 있어서, 규조토 제품은 향상되고 보고된 적어도 하나 이상의 성질을 위해 제조되었다. Enzinger(1901)에 의해 제조된 규조토 제품은 당시의 일반적인 용해도를 감소시켰다. Bregar(1955), Gruder 등(1958) 및 Nishamura(1958)은 낮은 총 철 함량을 가진 규조토 제품을 제조하였다. Smith(1991a, b, c; 1992a, b, c; 1993; 1994a, b)에 의해 제조된 제품은 플럭스 하소의 규조토 제품의 용해성 다가 양이온을 향상시켰다. 이들 모든 경우에 있어서, 영향받을 만한 기타 중요한 성질은 보고되지 않았다.
Schuetz(1935)에 의해 제조된 제품은 비교적 높은 94.6% SiO2의 총 실리카 함량 및 0.5% Fe2O3의 총 철 함량을 결과하였지만, 제품의 총 알루미늄 함량은 2.5% Al2O3뿐이었다. Filho 및 Mariz da Veiga(1980)은 0.28% Al2O3의 낮은 총 알루미늄 함량과 0.31% Fe2O3의 낮은 총 철 함량을 달성하였지만, 총 실리카 함량은 92.6% SiO2뿐이고, 연소에 따른 더 이상의 손실 1.3%는 규조토 제품이 아직 불순함을 나타낸다.
총 실리카 함량 98.5% SiO2, 낮은 총 철 함량 0.06% Fe2O3, 그리고 낮은 총 알루미늄 함량 0.36% Al2O3을 포함하는 관심의 성질을 갖는 제품을 Marcus 및 Creanga(1965), 및 Marcus(1967)에 의해 그 실리카 조성물이 대략 65% 규조토, 30% 수정, 및 5% 조합된 규산염의 혼합물인 시작물질로부터 제조되었다. 제품내에 남는 결정성 수정의 실제 농도는 보고되지 않았지만, 어떤 잉여의 결정성 수정도 총 실리카 함량에 포함될 것이고, 따라서 규조토의 복잡하고 다공성인 구조에서 얻어진 온전한 이득을 제품으로부터 빼았는다. 제품에 대해 보고된 높은 습밀도(0.43g/cm3)는 보고된 총 실리카 함량의 현저한 분량이 비규조토성 실리카임을 확증한다. 그것들의 제품에 대해 계산된 실리카 비체적의 최고치는 2.3이고, 이것은 낮은 유용도와 품질의 규조토임을 명백하게 나타낸다. 실상 이들 제품은 상업적 규조토 제품의 밀도보다 훨씬 큰 밀도를 갖고, 따라서 규조토 제품의 일차적 용도에서의 사용에 대해 관심을 끌지 못하고 매우 적합하지 못하다. 더욱이 규조토 제품 용도에 중요한 잉여 알루미늄 및 철 용해도 데이터는 Marcus 및 Creanga(1965), 및 Marcus(1967)에 의해 보고되지 않았다.
B. 고도로 정제된 생물기원 실리카 제품의 제조방법
1. 비하소 제품의 제조방법
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품은 (i) 마찰마광, (ii) 하이드로사이클로닝, (iii) 부유, 및 선택적으로 (iv) 침출의 순서로 실시되는 처리단계를 이용하여 제조된다. 하소 또는 플럭스 하소와 같은 이후의 처리단계를 이용할 수도 있다.
전형적 방법에 있어서, 규조토의 조(粗) 광석을, 밀링에 의해 거친 스크린 망사를 통과하도록 더 작게될 수 있는 크기로 파쇄한다. 물을 광석에 첨가하고, 혼합물을 습 마찰마광을 실시하여 미세 스크린 망사를 통과하는 입자의 균일한 슬러리를 얻는다. 슬러리를 더 작은 메디안 입자 크기의 입자로 구성된 초류(overflow)를 생성하도록 설정되어 있는, 효과적으로 더 무거운 금속 오염물(하이드로사이클론 저류(underflow) 내로)을 규조토(하이드로사이클론 초류 내로)로부터 분리하는 하이드로사이클론에 도입한다. 풍부해진 규조토 분획은 분리하고 회수하면서, 하이드로사이클론 초류를, 콜렉터(예를 들면 지방산아민)가 불순물의 농축 및 제거를 강화하기 위해 첨가된 선택적 조건(예를 들면 pH, 고체 농도 등)하에서 거품내에 오염물을 농축하는, 역부유처리한다. 정제를 향상시키기 위해서 풍부해진 규조토 분획을 특정 조건하에서(예를 들면 산처리) 적합한 미디어로 리칭하여 오염물의 잔류물을 더 제거하고, 이어서 탈이온수로 충분히 헹군다. 이때에 고도로 정제된 규조토를 탈수하고, 굳히고, 그리고 건조한다.
본 발명의 비하소의 고도로 정제된 규조토 제품의 바람직한 제조방법 및 결과의 제품의 성질이 실시예 1에 하기되어 있다.
2. 하소 제품의 제조방법
비하소의 고도로 정제된 규조토 제품을, 하소에 의해 하소 제품을 생성하여 더 정제할 수 있다. 하소 조건 및 방법은 일반적으로, 특정 제품 유량을 결과하기 위해 필요한 규조토 입자의 소결 및 단결의 정도를 생성하도록 선택된다. 하소를 위한 장치에 따라 일반적으로 2분 내지 120분간의 적절한 보류 시간으로, 하소는 대기압에서의 건조에 요구되는 ~110℃ 이상의 범위에 걸쳐 확실히, 그리고 300℃보다 높고 약 1300℃까지의 범위에 걸쳐 일반적으로 영향받는다. 다른 분위기중에서의 하소가 가능하지만, 하소는 일반적으로 공기중에서, 또는 산소(즉 O2)가 풍부한 공기중에서, 또는 예를 들면 일산화탄소(즉 CO), 또는 이산화탄소(즉 CO2)의 연소가스가 풍부한 공기중에서 실시된다. 하소는 예를 들면 머플로, 터널로, 또는 인벨로프로를 이용하는 정적수단에 의해, 또는 예를 들면 회전로나 유동베드기기를 이용하는 동적수단에 의해 영향받을 수 있다. 하소는 일반적으로 0.05 내지 1.5 Da의 범위내의 광범위한 유량 투과성을 갖는 규조토 필터보조물을 제조하기 위한 매우 융통성이 있는 방법이다.
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품의 제조방법 및 결과의 제품의 성질은 실시예 2에 하기되어 있다.
3. 플럭스 하소 제품의 제조방법
비하소의 고도로 정제된 규조토 제품을, 플럭스의 존재하의 하소에 의해 플럭스 하소 제품을 생성하여 더 정제하고 단결시킬 수 있다. 상기의 하소 조건 및 방법 또한 플럭스 하소에 대하여 적합하다. 일반적으로 하소동안 플럭스의 존재하에 규조토 입자의 소결 및 단결이 일어나는 온도를 낮추고, 따라서 형성되는 더욱 튼 응집입자를 허용하고 필터보조물의 투과능의 범위를 약 50 Da 까지 확장한다. 적합한 플럭스는 주기율표의 알칼리금속족 IA의 염, 특히 나트륨(즉 Na)에서 유도된 그것들을 포함한다. 실시에서 사용되는 가장 유용한 플럭스의 예는 탄산나트륨(즉 소다회; Na2CO3), 수산화나트륨(즉 NaOH), 및 염화나트륨(즉 NaCl)이다.
플럭스 하소의 고도로 정제된 규조토 제품의 제조를 위한 바람직한 방버 및 결과의 제품의 성질을 표 3에 하기하였다.
4. 제품의 부가적 변형
고도로 정제된 규조토 제품의 부가적 변형도 가능하다. 예를 들면 정제된 제품은 고도로 정제된 제품의 하나 또는 그 이상의 특정 성질(예를 들면 불순물 용해도, 총 실리카 함량, 원심분리된 습밀도, 또는 휘도)을 강화하기 위해, 또는 특화된 용도를 갖는 신규의 제품을 생산하기 위해 더 처리할 수 있다.
a. 산 세척
상기의 비하소의, 하소의, 또는 플럭스 하소의 고도로 정제된 규조토 제품으로부터, 산성 물질로 세척하고, 이어서 잔류의 산을 제거하기 위해 탈이온수로 헹구고, 이어서 건조하여 제품의 또다른 종류를 제조할 수 있다. 적합한 산은 예를 들면 황산(즉 H2SO4), 염산(즉 HCl), 인산(즉 H3PO4), 또는 질산(즉 HNO3) 과 같은 금속산과, 예를 들면 시트르산(즉 C6H8O7) 또는 아세트산(즉 CH3COOH)과 같은 유기산도 포함한다.
b. 표면 처리
상기의 비하소의, 하소의, 또는 플럭스 하소의 고도로 정제된 규조토 제품을 표면을 처리하여 제품의 또다른 종류를 제조할 수 있다. 예를 들면 실란화에 의해 예컨대, 표면을 더욱 소수성이든지 더욱 친수성으로 가공하여 제품의 표면을 변형시킨다.
예를 들면 고도로 정제된 규조토 제품을 플라스틱 용기내에 넣을 수 있고, 디메틸디클로로실란(즉 SiCl2(CH3)2나 헥사메틸디실라잔(즉 (CH3)3Si-NH-Si(CH3)3)을 용기에 첨가한다. 진공 상에서 24시간에 걸쳐 표면에서 반응이 일어나도록 방치하여 더욱 소수성인 제품을 결과한다. 상기의 제품은, 크로마토그래피에 사용되는 조성물에, 그리고 예를 들면 탄화수소 및 오일 관련의 적용에 있어서와 같이, 향상된기계적 성질을 위한 다른 소수성 물질과 함께 사용되는 경우에 있어서 적용을 갖는다. 유사하게 고도로 정제된 규조토 제품을 예를 들면 물중의 10%(w/v) 아미노프로필트리에톡시실란(즉 C9H23NO3Si)을 함유하는 용액 중에 그것을 현탁시키고, 70℃에서 3시간동안 환류시키고, 혼합물을 여과하고, 그리고 더욱 친수성인 제품을 얻기위해 결과의 고체를 건조시켜 반응시킬 수 있다. 상기 제품은 크로마토그래피에서 사용되는 조성물에, 향상된 기계적 성질을 위해 수성계와 함께 사용되는 경우, 그리고 고도로 정제된 규조토 제품 표면의 말단 수산(즉 -OH)기능기를 아미노프로필기(즉 -(CH2)3NH2)로 전환하여, 제품의 부가적 유도를 허용하도록 사용된다.
c. 유기적 유도체화
친수성의(즉 실란화된) 변형된 고도로 정제된 규조토 제품을, 예를 들면 단백질과 같은 유기적 화합물을 부착하여, 규조토 제품이 유기적 화합물의 고정화를 위한 지지체로 제공되게 하도록 더 반응시킬 수 있다. 그렇게 변형된 제품은 친화적 크로마토그래피와 생화학적 정제와 같은 적용에 있어서 유용성이 있다.
규조토 제품의 유도체화에 속하는 많은 기타 반응이 이전에 기술되었다(Hermanson, 1992). 그러나 고순도 및 저밀도와 같은 성질의 특유의 조합을 제공하는 본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품의 유도체화는 실질적으로 월등한 효능을 갖는 변형된 제품을 생성한다.
명백하게 상기한 바와 같은 발명의 많은 기타의 변형 및 변화를 그것의 정신 및 범위를 일탈하지 않고 만들어 질 수 있고, 따라서 첨부된 청구항에 의해 지시된바와 같은, 그러한 제한만이 부과되어야 한다.
C. 고도로 정제된 생물기원 실리카 제품의 사용방법
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품 및 그것의 부가적 변형은 기타 물질의 가공, 처리, 또는 형성에 있어서 유용하다.
여과에 있어서, 본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품 및 그것의 부가적 변형은 여과방법에서의 청징도를 향상하기 위해서, 그리고 유량을 증가시키기 위해서 셉텀에 적용되거나, 셉텀에서의 바람직하지 않은 입자의 부하를 감소하기 위해 여과되도록 유체에 직접 첨가될 수 있다. 제품을 예를 들면 셀룰로즈, 활성탄, 클레이 또는 기타 물질과 같은 기타 미디어와 함께 여과시에 사용될 수 있다. 또한 제품은 쉬트, 패드 또는 카드리지를 제조하기 위해 기타 성분과 밀접하게 조합하여, 합성물을 제조하는 데 사용될 수도 있다. 고도로 정제된 규조토 제품의 어떠한 변형이 바람직한가의 적절한 선택은 특정 용도에 의해 결정된다. 예를 들면 뛰어난 청징도를 요구하지만, 낮은 유량을 감수하는 여과방법에 있어서, 비하소 또는 하소 종류의 고도로 정제된 규조토 제품이 바람직하다. 다르게는, 높은 유량을 요구하지만, 뛰어난 청징도를 요구하지는 않는 여과방법에 있어서, 플럭스 하소 종류의 고도로 정제된 규조토 제품이 바람직하다. 기타 물질과 함께 사용하는 경우, 또는 제품을 함유한 합성물질을 제조하는 경우에 있어서, 고도로 정제된 규조토 제품의 사용에 유사한 논거를 적용한다. 사용하는 규조토 제품의 양을, 그것을 적용하는 특정 방법으로 유사하게 결정한다.
예를 들면 페인트와 코팅, 또는 폴리머에 있어서 기능성 충전물과 같은 고도로 정제된 규조토 제품의 사용은, 일반적으로 소망의 효과에 대해 요구되는 농도로 조성물에 직접 첨가하여 달성된다. 페인트와 코팅에서의 제품의 편평화 성질 뿐만아니라 폴리머에서의 제품의 안티블록 성질 둘다는 규조토의 다공성이고 복잡한 구조에 의해 제공되는 불규칙한 표면에서 유도된다.
실란화 소수성 또는 친수성 제품은, 특정 용도에 있어서의 기타 물질이나 성분과의 그들의 더욱 큰 호환성으로 인하여, 이들 성질이 여과나 기능성 충전물 성질을 더 향상시키는 경우에 있어서 바람직하다. 실란화를 통한 표면 성질의 변화는 크로마토그래피 용도에 대해 특히 중요한데, 이는 이들 성질이 특정 시스템에 대한 크로마토그래픽 분리의 유효성에 강하게 영향을 주기때문이다. 예를 들면, 살충제와 같은 많은 유기화합물의 분석 측정에 사용하는 경우, 크로마토그래피 지지체상의 소수성 표면은 지지체의 표면활성도를 감소시키고, 테일링을 현저한 정도로 감소시킨다.
또한 제품은 단백질의 아미노실란화 지지체로의 커플링과 같은 부가적 유기적 유도체화에 바람직하다. 예를 들면 면역학적 질병의 임상적 치료에서의 사용을 위해, 세균성 공급원으로부터 유도된 폴리펩티드인 단백질 A를 아미노실란화 규조토계 지지체에 커플링시켰다(Jones, 1992).
본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품 및 그것의 부가적 변형은 많은 기타 용도에 있어서 유용하다.
D. 실시예
몇몇의 본 발명의 고도로 정제된 규조토 제품 및 그것의 부가적 변형이, 제한의 목적이 아닌, 예시의 목적으로 제공된 하기 실시예에 기술된다.
실시예 1
고도로 정제된 생물기원 실리카 제품(비하소)
규조토의 조 광석을 파쇄하고 햄머 밀링하여 12 메쉬 스크린을(즉 약 1.82 mm의 개구로) 통과시키고, 물로 20 내지 23%고체의 펄프 밀도로 슬러리화하고, 이어서 마찰마광하여 100 메쉬 스크린을(즉 약 174 mm 개구로) 통과시켰다. 슬러리를 물로 8 내지 10%고체로 희석하고, 50 내지 60 평방인치당 파운드(345 내지 414 KPa)으로 작동하는 1 인치(2.5 cm) 하이드로사이클론에 도입하였다. 초류분획은 메디안 입자크기 10 내지 12 μm의 입자를 포함한다. 첨가에 앞서 콜렉터를 아세트산(즉 CH3COOH) 중에 트리펜틸아민(즉 N(C5H11)3)의 동일한 체적을 용해하여 제조하였다. 프리콘디쇼닝단계에 있어서, 규조토 초류의 pH를 황산(즉 H2SO4)을 사용하여 pH 3 내지 5의 소망의 범위내로 적정하였고 충분한 트리펜틸아민 용액을 고체 1000 kg 당 360 내지 390 g의 트리펜틸아민을 전달하기 위해 첨가하였다. 이어서 좀더 거친 단계와 스캐빈저(scavenger) 단계의 2 단계로 기계적 부유를 실시하였다. 충분한 양의 트리펜틸아민 용액을 부유셀에 직접 전달하여 고체 1000 kg당 240 내지 260 g의 추가적 트리펜틸아민을 첨가하며, 제2의 스캐빈저 단계유래의 규조토 부유생성물을 하이드로사이클론 초류 투입물과 함께 제1의 좀더 거친 단계에 재순환시켰다. 전체적 부유단계를 부유 생성물의 60 내지 65% 수율을 제공하도록 맞추었다. 이어서 부유 생성물을 고체 1000 kg당 600 g의 SuperFloc 127Plus(Cytec, 폴리아크릴아미드(즉 [CH-CH(CONH2)]n)를 사용하여 10% 고체의 펄프 밀도로 농축하고, 이어서 90 내지 95℃의 온도로 유지된 2N 황산(즉 H2SO4)으로 2시간동안 리칭하였다. 슬러리를 압력필터로 탈수하였고, 케이크를 탈이온수로 헹구어 250 kΩ-cm의 최소 헹굼수 비저항 을 얻고, 이어서 오븐중에서 110℃에서 일정 중량까지 건조하였다.
원소분석에 의해, 본 발명의 본 실시예의 비하소 제품은 용융 테트라보레이트 매트릭스 방법을 이용하는 x선 형성에 의해 측정하여 연소후 기준으로, 99.1%(w/w) SiO2의 총 실리카 함량을 갖는 것으로 밝혀졌다. 또한 제품은 테트라보레이트 매트릭스 방법을 이용하는 x선 형성에 의해 측정하여 Al2O3로 보고된 0.31%(w/w)의 총 알루미늄 함량, Fe2O3로 보고된 0.15%(w/w)의 총 철 함량을 가졌다. 그것의 원심분리된 습밀도는 0.27 g/cm3이었다. 이 정보로부터, 본 제품에 대한 실리카 비체적은 3.7인 것으로 계산되며, 이것은 비하소의 규조토 제품의 종류에 있어서의 모든 제품을 초과한다. 예로써 실시예 1의 표 1을 참고하라.
본 실시예의 제품은 그리고 그것의 순도를 더 증명하는, 5 mg Fe/kg 제품 보다 적은 맥주용해성 철 함량, 8 mg Al/kg 제품 보다 적은 맥주용해성 알루미늄 함량, 그리고 62 kΩ-cm의 비저항을 갖는다.
실시예 2
고도로 정제된 생물기원 실리카 제품(하소)
상기 실시예 1로부터의 제품을 이어서 밀링하여 메디안 입자크기를 1 μm 감소시키고, 2150。F(≒1175℃)의 온도에서 공기중에서 유지시간 40분으로 하소하였다. 이어서 공기중에 분산시키고, 습한 환경하에서 실온까지 냉각되도록 방치하고, 그리고 약 0.3 Da의 종래의 하소제품의 범위내로 투과성을 결과하도록 스크리닝하여 분류하였다.
원소분석에 의해, 본 발명의 본 실시예의 비하소 제품은 용융 테트라보레이트 매트릭스 방법을 이용하는 x선 형성에 의해 측정하여 연소후 기준으로, 99.6%(w/w) SiO2의 총 실리카 함량을 갖는 것으로 밝혀졌다. 또한 제품은 테트라보레이트 매트릭스 방법을 이용하는 x선 형성에 의해 측정하여 Al2O3로 보고된 0.31%(w/w)의 총 알루미늄 함량, Fe2O3로 보고된 0.09%(w/w)의 총 철 함량을 가졌다. 그것의 원심분리된 습밀도는 0.21 g/cm3이었다. 이 정보로부터, 본 제품에 대한 실리카 비체적은 4.7인 것으로 계산되며, 이것은 하소의 규조토 제품의 종류에 있어서의 모든 제품을 초과한다. 예로써 표 1의 실시예 2를 참고하라.
본 실시예의 제품은 그것의 순도를 더 증명하는, 5 mg Fe/kg 제품 보다 적은 맥주용해성 철 함량, 8 mg Al/kg 제품 보다 적은 맥주용해성 알루미늄 함량, 그리고 140 kΩ-cm의 비저항을 갖는다. 또한 제품은 청색광으로 측정된 반사휘도는 100%이었다.
실시예 3
고도로 정제된 생물기원 실리카 제품(플럭스 하소)
상기 실시예 1로부터의 제품을 이어서 2150。F(≒1175℃)의 온도에서 공기중에서 유지시간 40분으로, 플럭스로 첨가한 대략 3%(w/w)의 분말화 무수물 탄산나트륨(즉 Na2CO3)의 존재하에 플럭스 하소하였다. 물질을 습한 환경하에서 실온까지 냉각되도록 방치하고, 이어서 약 1.2 Da의 종래의 플럭스 하소제품의 범위내로 투과성을 결과하도록 스크리닝하여 분류하였다.
원소분석에 의해, 본 발명의 본 실시예의 비하소 제품은 용융 테트라보레이트 매트릭스 방법을 이용하는 x선 형성에 의해 측정하여 연소후 기준으로, 96.8%(w/w) SiO2의 총 실리카 함량, 테트라보레이트 매트릭스 방법을 이용하는 x선 형성에 의해 측정하여 Na2O로 보고된 1.50%(w/w)의 총 나트륨 함량을 갖는 것으로 밝혀졌다. 제품은 테트라보레이트 매트릭스 방법을 이용하는 x선 형성에 의해 측정하여 Al2O3로 보고된 0.40%(w/w)의 총 알루미늄 함량, Fe2O3로 보고된 0.11%(w/w)의 총 철 함량을 가졌다. 그것의 원심분리된 습밀도는 0.16 g/cm3이었다. 이 정보로부터, 본 제품에 대한 실리카 비체적은 6.1인 것으로 계산되며, 이것은 플럭스 하소의 규조토 제품의 종류에 있어서의 모든 제품을 초과한다. 예로써 표 1의 실시예 3을 참고하라.
본 실시예의 제품은 그것의 순도를 더 증명하는, 5 mg Fe/kg 제품 보다 적은 맥주용해성 철 함량, 8 mg Al/kg 제품 보다 적은 맥주용해성 알루미늄 함량을 갖는다. 또한 제품은 청색광으로 측정된 반사휘도는 99%이었다.
일반적으로 상업적으로 구입가능한 규조토 제품은, CR Minerals Corporation(발행일 없음), CECA S.A.(1988), Celite Corporation(1991a, 1991b), Eagle-Picher Minerals, Inc.(1988), Grefco, Inc.(1990), 및 Showa Chemical Industry Co., Ltd.(1995)에 기술된 바와 같이, 표 1에 보인 성질을 갖는다. 표 1에 이들 공지의 제품을 앞서의 실시예에 기술된 본 발명의 고도로 정제된 제품과 비교하였다.
정제된 규조토 제품의 상업적 제품과의 비교(n.a.는 "입수불능"을 의미함)
%SiO2 %Al2O2 %Fe2O3
정제된 제품(실시예 1) 99.1 0.3 0.2
천연 CR Minerals DiaFil1 93.0 3.0 1.3
천연 Celite2 85.8 3.8 1.2
천연 Celatom3 89.2 4.0 1.5
천연 Radiolite4 80.8 8.1 1.6
정제된 제품(실시예 2) 99.6 0.3 0.1
분석 필터 보조물 Celite5 97.5 1.3 0.2
산처리의 하소 Celite5 92.6 3.4 1.3
하소 Celite2 91.5 4.0 1.1
하소 Celatom3 92.8 4.2 1.6
하소 CECA6 89. 4.8 3.3
하소 Dicalite7 n.a. n.a. n.a.
하소 Radiolite4 90.4 6.2 1.2
정제된 제품(실시예 3) 96.8 0.4 0.1
산처리의, 플럭스 하소 Celite5 89.4 3.4 1.3
플럭스 하소 Celite2 89.6 4.0 1.3
플럭스 하소 Celatom3 89.5 4.1 1.5
플럭스 하소 CECA6 87.8 3.4 2.4
플럭스 하소 Dicalite7 n.a. n.a. n.a.
플럭스 하소 Radiolite4 89.2 5.2 1.3
1CR Minerals Corporation, "DiaFil" 간행물(발행일자 없음)2Celite Corporation, 간행물 FA 84(1991)3Eagle-Picher Minerals, Inc., 간행물 폼 A-550(1988)4Showa Chemical Industry Co., Ltd.,간행물 95.1.2000(3)(1995)5Celite Corporation, 간행물 FA 488(1991)6CECA S.A., 무제간행물 (1988)7Grefco, Inc., Filtration Bulletin B-16(1990)
정제된 규조토 제품의 상업적 제품과의 비교(n.a.는 "입수불능"을 의미함)
원심분리 또는침강된 습밀도
(입방피트 당 파운드) (입방 센티미터당 그람)
정제된 제품(실시예 1) 17 0.27
천연 CR Minerals DiaFil1 19 (0.30)
천연 Celite2 16 (0.26)
천연 Celatom3 21 (0.34)
천연 Radiolite4 n.a. n.a.
정제된 제품(실시예 2) 13 0.21
분석 필터 보조물 Celite5 n.a. (0.29)
산처리의 하소 Celite5 n.a. n.a.
하소 Celite2 18 (0.29)
하소 Celatom3 23 (0.37)
하소 CECA6 (16) 0.26
하소 Dicalite7 23 0.37
하소 Radiolite4 (17) 0.27
정제된 제품(실시예 3) 10 0.16
산처리의, 플럭스 하소 Celite5 n.a. n.a.
플럭스 하소 Celite2 18 (0.29)
플럭스 하소 Celatom3 19 (0.30)
플럭스 하소 CECA6 (18) 0.29
플럭스 하소 Dicalite7 20 0.32
플럭스 하소 Radiolite4 (20) 0.32
주: 생산로트로부터 얻어진 평균값을 나타내는 Celite Analytical Filter Aid의 경우만을 제외하고, 괄호내의 표의 데이터는 간행된 데이터로부터 계산되었다.
1CR Minerals Corporation, "DiaFil" 간행물(발행일자 없음)2Celite Corporation, 간행물 FA 84(1991)3Eagle-Picher Minerals, Inc., 간행물 폼 A-550(1988)4Showa Chemical Industry Co., Ltd.,간행물 95.1.2000(3)(1995)5Celite Corporation, 간행물 FA 488(1991)6CECA S.A., 무제간행물 (1988)7Grefco, Inc., Filtration Bulletin B-16(1990)
정제된 규조토 제품의 상업적 제품과의 비교
(계산된)실리카 비체적
정제된 제품(실시예 1) 3.7
천연 CR Minerals DiaFil1 3.1
천연 Celite2 3.3
천연 Celatom3 2.6
정제된 제품(실시예 2) 4.7
분석 필터 보조물 Celite5 3.4
하소 Celite2 3.2
하소 Celatom3 2.5
하소 CECA6 3.4
하소 Radiolite4 3.3
정제된 제품(실시예 3) 6.1
플럭스 하소 Celite2 3.1
플럭스 하소 Celatom3 3.0
플럭스 하소 CECA6 3.0
플럭스 하소 Radiolite4 2.8
1CR Minerals Corporation, "DiaFil" 간행물(발행일자 없음)2Celite Corporation, 간행물 FA 84(1991)3Eagle-Picher Minerals, Inc., 간행물 폼 A-550(1988)4Showa Chemical Industry Co., Ltd.,간행물 95.1.2000(3)(1995)5Celite Corporation, 간행물 FA 488(1991)6CECA S.A., 무제간행물 (1988)
표 1c에 보인 실리카 비체적을 도 1에 막대그래프로 도시하였다. 용이하게 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 고도로 정제된 제품예는 모든 제품 종류의 종래의 제품에 대한 실리카 비체적을 초과한다. 또한 첨부된 도 2에 보인, 본 발명의 고도로 정제된 하소 제품의 현미경사진은 본 발명의 정제된 규조토 제품은 규조토의 복잡하고 다공성인 구조를 유지함을 보였다.
참고문헌
본 명세서에서 하기에 참조된 간행물, 특허, 공개된 특허의 명세서는 본 발명이 관련된 기술의 상태를 더욱 온전히 기술하기 위해 본 명세서에 참고로 조합되어 있다.
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Claims (27)

  1. 복잡하고 다공성인 규조토성 실리카 구조를 가지고, 3.5 보다 큰 실리카 비체적(여기서 실리카 비체적은 분수 실리카 함량을 원심분리된 습중량으로 나눈 값이다)을 가지는 고도로 정제된 비하소 규조토 제품.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제품은 연소후 기준으로 95%(w/w) SiO2 보다 큰 총 실리카 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 비하소 제품.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제품은 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 비하소 제품.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제품은 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 철 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 비하소 제품.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제품은 50 kΩ-cm 보다 큰 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 비하소 제품.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 제품은 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 비하소 제품.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 제품은 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 철 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 비하소 제품.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 제품은 50 kΩ-cm 보다 큰 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 비하소 제품.
  9. 복잡한 다공성인 규조토성 실리카 구조를 가지며, 3.6보다 큰 실리카 비체적을 가지고, 연소후 기준으로 98%(w/w) SiO2보다 큰 총실리카 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 고도로 정제된 하소 규조토 제품.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제품은 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 하소 제품.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제품은 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 철 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 하소 제품.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제품은 80 kΩ-cm 보다 큰 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 하소 제품.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 제품은 96% 보다 큰 청색광 반사 휘도를 갖는 것을 특징으로 하는 하소 제품.
  14. 복잡하고 다공성인 규조토성 실리카 구조를 가지고, 3.3 보다 큰 실리카 비체적(여기서 실리카 비체적은 분수 실리카 함량을 원심분리된 습중량으로 나눈 값이다)을 가지는 고도로 정제된 플럭스 하소 규조토 제품.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제품은 연소후 기준으로 92%(w/w) SiO2 보다 큰 총 실리카 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 플럭스 하소 제품.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제품은 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 플럭스 하소 제품.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 제품은 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 철 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 플럭스 하소 제품.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 제품은 95% 보다 큰 청색광 반사 휘도를 갖는 것을 특징으로 하는 플럭스 하소 제품.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 제품은 연소후 기준으로 98%(w/w) 보다 큰, Na2O로계산된 총 나트륨 함량 및 SiO2로 계산된 총실리카 함량의 합계량을 갖는 것을 특징으로 하는 플럭스 하소 제품.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 제품은 10 mg Al/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 알루미늄 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 플럭스 하소 제품.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 제품은 7 mg Fe/kg 제품 보다 낮은 맥주-용해성 철 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 플럭스 하소 제품.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 제품은 95% 보다 큰 청색광 반사 휘도를 갖는 것을 특징으로 하는 플럭스 하소 제품.
  23. 제 15 항에 있어서, 상기 제품은 연소후 기준으로 98%(w/w) 보다 큰, Na2O로 계산된 총 나트륨 함량 및 SiO2로 계산된 총실리카 함량의 합계량을 갖는 것을 특징으로 하는 플럭스 하소 제품.
  24. 제 9 항에 있어서, 99% 보다 큰 청색광 반사 휘도를 갖는 것을 특징으로 하는 고도로 정제된 하소 규조토 제품.
  25. 제 14 항에 있어서, 99% 보다 큰 청색광 반사 휘도를 갖는 것을 특징으로 하는 고도로 정제된 플럭스 하소 규조토 제품.
  26. 제 1 항 내지 제 23 항, 제 24 항 및 제 25 항중 어느 한 항에 따른 제품을 포함하는 쉬트, 패드 또는 카드리지 필터.
  27. 제 1 항 내지 제 23 항, 제 24 항 및 제 25 항중 어느 한 항에 따른 제품을 유체에 가하는 단계, 또는 유체를 제 1 항 내지 제 23 항, 제 24 항 및 제 25 항중 어느 한 항에 따른 제품을 포함하는 필터에 통과시키는 단계를 포함하는 유체의 여과방법.
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