KR100500393B1 - 고급 텍스타일 특성을 가진 Ａｌ2Ｏ3-함유 고온 저항성글래스실버 및 그의 제품 - Google Patents

고급 텍스타일 특성을 가진 Ａｌ2Ｏ3-함유 고온 저항성글래스실버 및 그의 제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고급 텍스타일, 코톤-유사 및 용적 특성을 갖는 실리카 기본 Al2O3-함유 및 고온 저항성 글래스 실버에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 글래스 실버로부터 글래스 스테이플 섬유제품 및 그의 용도에 관한 것이다. 텍스타일 특성 및 고온 저항성은 특히 선택적 산추출에 의해 얻어진다. 본 발명 글래스 실버의 조성은 특히 주성분으로 SiO2 및 부성분으로 1-5%(중량) Al2O3를 포함한다.

Description

고급 텍스타일 특성을 가진 Ａｌ2Ｏ3-함유 고온 저항성 글래스실버 및 그의 제품{Al2O3-Containing, high-temperature resistant glass silver with highly textile character, and products thereof}
본 발명은 고급 텍스타일 특성(highly textile character)을 가진 Al2O3-함유 고온 저항성, 실리카-기본 글래스실버, 유사 글래스실버(like glass silver)의 제품, 및 그의 용도에 관한 것이다.
다양한 프로세스에 따른 무기섬유 기본 텍스타일 제품의 생산이 오랫동안 알려져 왔다 (참조: Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, Bd. 11, Verlag Chemie, Weinheim, 1989). 최근 유사제품의 제조에 있어서,실리카 또는 실리카 글래스를 기본으로 하는 SiO2섬유가 사용되고 있으며, 필라멘트(모노필라멘트, 무한정 길이 및 일정 섬유단면을 가진 섬유) 및 스테이플 섬유(한정된 길이 및 일정한 섬유단면을 가진 섬유)의 주요한 형태로 단일섬유에 대한 특징이 있다 (참조: Z. Ges. Textilind. 69, 839 (1967), 독일특허 42 40 354호).
독일특허 42 40 354호에는 선형 텍스타일 섬유제품-실버(스테이플 파이버 리본)이 제직 또는 인터레이스 직물 같은 추가의 후가공 제품(follow-up product) 형태로 가공하기에 적합한 스테이플 섬유사 및 가연사를 제조하기 위한 출발물질인 것으로 기재되어 있다. 이 특허 명세서에 따르면, 실리카 실버는 공지되어 있는 것으로 길이 50 내지 1000mm의 실리카 스테이플 섬유로 구성되어 있으며 또한 개개의 섬유강도 20 내지 50 cN/tex, 실버접착도 2 내지 20N 및 실버섬도 50 내지 2000tex를 특징으로 한다. 이 텍스타일 섬유제품은 소다수 글래스 필라멘트사의 건식스피닝, 회수 실린더 공정에 따른 소다수 글래스 실버의 형성, 및 후처리 단계에서 실리카 실버로의 변형을 포함하는 3단계 공정에 의해 얻어진다. 그러므로 이것은 소다수 글래스 용액을 기본으로 하며 또한 필수적으로 SiO2 및 Na2O를 다양한 중량비로 함유한다. 상응하는 스테이플 섬유사 및 가연사, 코오드, 및 제직 및 인터레이스 직물을 제조하는 방식으로 생산된 규산질 실버의 용도는 400-500℃ 이상의 온도적용에 관한 것이다. 그러나 1000℃ 부근의 온도에서 이런 규산질 실버의 거동에 관한 정보는 제공되어 있지 않다. 더구나 이 물질은 시판되어 있지 않다.
회수 실린더 공정에 따른 글래스 실버의 생산은 오랫동안 공지되어 있다 (참조: 심사계류중인 독일 특허출원 1 270 748호, 독일특허 1 199 935호, 공개된 독일 특허출원 195 05 618호). 이들 방법에서 용융글래스는 용융단부의 하단에 위치한 스피닝 노즐로부터 방출된다. 기본 글래스 필라멘트는 다음에 회전드럼을 통해 취출되며, 이때 필라멘트는 이브너(evener)에 의해 분리되고 불균일 스테이플 길이를 갖는 글래스 섬유 형태로 공기흐름에 의해 지지되고 섬유 테이프 생산용 드럼축과 평행하게 배열된 장치내로 운반된다. 여기서 글래스 실버의 강도 및 밀접한 형성은 연신 속도에 직접적으로 의존한다. 통상적으로 텍스타일 가공조제 (예: 가호제)는 실버재료를 제조하는 과정중에 추가로 첨가된다. 그러나 글래스중에 함유된 성분 때문에 이러한 글래스 실버는 300-400℃ 이상의 온도에 적용하는데 적합하지 않다.
글래스 섬유의 온도안정성을 증가시키기 위하여, 글래스 섬유 구성분(바운더리 형성 물질)을 제거하고 부분적으로 망상 개질제를 제거하기 위하여 글래스 섬유를 산처리하는 여러 가지 시도들이 이루어져 왔다 (참조: GB 976 565, EP 236 735, GB 933 821, GB 20 94 363, US 2 718 461, US 2 491 761, US 4 778 499). 이들 공지된 방법에서는, 개개의 섬유 (필라멘트)를 기본으로 하는 글래스 섬유에 대하여, 매트, 펠트, 느슨한 벌크재료 등과 같은 글래스 섬유체에 대하여, 여기서 섬유는 불규칙하게 (불균일 배열로) 존재함, 또는 글래스 섬유 필라멘트를 기본으로 하는 평직사 또는 제직물 같은 특별한 텍스타일 후가공 제품에 대하여 산처리를 수행한다. 이렇게 하여 처리된 섬유 및 제품의 열적 강도를 증가시킬 수 있지만, 그의 기계적 특성 (섬유강도, 탄성 등)은 다양한 텍스타일 후가공 제품 형태로 가공하는 것이 불가능할 정도로 현저하게 감소한다. 따라서 유사물질은 높은 비중을 갖는 제직물을 제조하기 위해 주로 사용된다(참조: 독일특허 42 40 354호). 이 때문에 산처리된 글래스 섬유에 특정의 피복물을 제공하거나(EP 236 735), 또는 유기 텍스타일 섬유 같은 추가의 재료를 혼입하는(DE-OS 42 21 001) 방식으로, 추가적인 공정단계의 도움으로 텍스타일 가공을 확보하려고 시도되었다. 이들 복잡한 조치들은 기계적 특성을 어느 정도는 개선하였지만, 이들 섬유 재료의 텍스타일 특성은 그렇지 못하였다. 대표적으로 코톤(cotton)의 물성을 갖는 섬유재료를 얻는 것은 지금까지 성공적이지 못하였다. 더구나 이들 공지섬유를 가열할 때, 유기 구성분이 방출되어 부분적으로는 건강상 장애가 된다. 400-500℃ 이상의 온도적용을 위해 모든 종래 공지된 테크니칼 텍스타일(technical textile)의 제조는 상응하는 용적의 실버가 이용될 수 없기 때문에 이들 재료를 기본으로 하여 수행할 수 없다.
텍스타일 섬유 제품으로 약 1000℃ 고온 범위에서 잠재적으로 사용하는 경우, 규산질 실버 및 실리카 글래스 섬유와는 별개로, 이의 제조는 용융 석영재료 (2,000℃ 이상의 온도)로부터 출발하여 막대한 비용을 발생시키는 필라멘트 기본 평직사 (90% 이상의 SiO2 함량)가 제안되었다. 이들을 더욱 거대하고 벌키하게 하기 위하여 이들 평직사는 일반적으로 복잡하고 비용이 많이드는 가공단계, 즉 텍스쳐 가공 처리된다. 텍스쳐 가공은 공급설비에 의하여 노즐에 공급된 모세관 글래스 필라멘트가 냉풍(송풍법)에 의해 교착되도록 고안되어 있다. 그러나 이러한 가공법에 의해서는 마찬가지로 본발명에서와 같은 고급 텍스타일 특성을 갖는 목적한 벌크성 및 용적성 섬유 제품을 얻을 수 없으며, 실질적으로는 대표적인 글래스 특성(섬유 취성, 피부 자극 등)을 나타내는 섬유재료보다 코톤섬유에 더 공통되는 점을 가지고 있다. 따라서 이들 텍스쳐 가공 평직사로부터 얻을 수 있는 다양한 텍스타일 후가공 제품은 제한되어 있다. 선행기술(DE-OS 195 05 618)에 기술되어 있는 텍스쳐 효과를 갖는 글래스 스테이플 섬유사를 생산하기 위한 시도들은 본 명세서에서 대안을 구성하지 못하는데, 그 이유는 사용된 C 글래스 실버가 한편으로는 추가의 연속 필라멘트로 교대로 가공되어야 하며 또한 다른 한편으로는 승온(400-약 1100℃)에서 사용하기에 적합하지 않기 때문이다.
따라서 선행기술에 공지된 무기섬유 기본 물질은 다음 기준을 만족시키지 못한다:
· 고급 텍스타일 섬유 특성 (코톤특성, 즉 벌키성, 플리스성, 용적성 구조, 높은 공기 보유용량, 코톤 플라이어 로빙과 유사성, 피부 접촉시 유쾌한 감각, 피부자극 없음, 직물의 취성 없음)
· 산처리후 기계적 특성의 달성 또는 개선
· 다양한 텍스타일 후가공 제품의 직접생산; 테크니칼 텍스타일로 제한되 지 않고 텍스타일 산업에 더욱 가능하게 사용함
· 다양한 텍스타일 후가공 제품의 생산에 요구되는 추가의 물질 또는 조 치(텍스쳐 가공, 피복 등) 없음
· 400℃ 이상의 연속온도에서 충분한 열적 강도
· 가열중에 유기 구성분의 방출없음, 건강상 장애없음.
본 발명의 목적은 지금까지 공지된 텍스타일 후가공 제품을 제조하기 위한 출발물질로서 적합한 텍스타일, 고성능 섬유재료로서 Al2O3-함유 고온 저항성 글래스 실버를 제조하는 것이다. 이 텍스타일 고성능 섬유는 유기 텍스타일 섬유 또는 천연섬유의 특정의 이점들을 수득된 결합재료 ("무기 코톤")의 무기 텍스타일 섬유의 것과 결합시키는 것이다. 코톤섬유와 마찬가지로 본 발명에 따른 섬유재료의 고급 텍스타일 특성은 개방형, 크림프상, 컬상 구조 및 고용적성 및 벌크성으로 나타난다. 텍스타일 제조공정에서 신규의 무기섬유는 코톤섬유 처럼 추가로 가공되지만, 추가의 재료, 텍스타일 가공조제, 바인더 등의 첨가는 필요하지 않아야 한다. 신규의 글래스 실버는 추가의 가공단계 (피복조치, 텍스쳐 단계 등)를 필요로 하지않고 고급 텍스타일 특성을 갖는 스테이플 섬유사, 가연사 및 테크니칼 텍스타일 형태로 직접 가공하는 것이다. 본 발명에 따른 글래스 실버의 제조 및 사용 도중, 단순히 사소한 비율의 먼지가 발생할 수 있다. 코톤섬유와 비교시 Al2O3-함유 글래스 실버는 분명히 개선된 기계적 특성 및 무한하게 개량된 열적 저항성을 나타낼 수 있다. 본 발명에 따른 고급 텍스타일 섬유재료는 어떠한 유기성분도 함유하지 않으므로 유기성분이 가열중에 방출될 수 없다. 섬유재료는 높은 유리질제거 저항성을 나타내야 하며, 대부분의 화학물질에 대해 저항성이 있어야 하며(단 인산, 하이드로플루오르산 및 강한 양잿물은 제외) 또한 피부에 적합하고 건강상 장애가 없어야 한다.
유기 및 무기 텍스타일 섬유("무기코톤")의 특성의 결합을 나타내면서 지금까지 공지된 텍스타일 후가공 제품으로 가공할 수 있으며 동시에 400 내지 약 1100℃의 온도에서 적용에 적합한 Al2O3-함유 글래스 실버를 제조하는 것이다.
본 목적은 특허청구범위 제1항에 따른 Al2O3-함유 고온 저항성 글래스 실버, 특허청구범위 제14항에 따른 Al2O3-함유 고온 저항성 글래스 스테이플 섬유제품, 및 특허청구범위 제16항 및 17항에 따른 유사 글래스 실버 및 제품의 용도를 통하여 달성된다.
특히 규산질 실버인 본 발명의 글래스 실버는 코톤 유사 특성 및/또는 증가된 용적성이 명백한 고급 텍스타일 특성을 나타낸다.
특히 본 발명에 따른 글래스 실버는 수득된 Al2O3-함유 고온 저항성 글래스 실버의 특히 고급 텍스타일 특성을 생기게 하면서, 적절한 실버를 산추출처리하여 얻어진다.
특허청구범위 제3항 내지 제5항의 주제는 산처리후에 존재하는 Al2O3 -함유 고온 저항성 글래스 실버의 특히 유리한 화학적 조성이다.
특히 특허청구범위 제6항 내지 8항은 유사 텍스타일 고성능 섬유재료의 특히 유리한 특성에 관한 것이다.
특허청구범위 제9항 내지 13항에서 본 발명의 글래스 실버를 제조하기 위한 바람직한 조건은 더욱 상세히 설명되어 있다.
본 발명에 따라 고온 저항성 글래스 실버를 제조하는 공지된 처방으로부터 출발하여(GB 976 565, GB 1 121 046), 글래스 실버는 산추출처리하는 것이 바람직하다. 여기서 글래스 실버는 예를들어 다음 조성: 70-75%(중량) SiO2, 15-25%(중량) Na2O 및/또는 K2O는 물론 1 내지 5%(중량) Al2O3를 나타내며, 이때 추가의 성분이 저 중량비(5%까지)로 함유될 수 있다. 여기서 특히 고급 텍스타일 특성이 실버/산 처리의 적절한 결합에 의해 수득된 Al2O3-함유 글래스 실버에서 생성되어 코톤 타입 고급 텍스타일 섬유("무기코톤")가 제조될 수 있다는 놀라운 사실이 밝혀졌다. 1 내지 5%(중량)의 Al2O3-함량은 텍스타일 특성 및 높은 섬유강도 측면에서 바람직하다. CaO, TiO2, MgO, Fe2O3, B2O3 또는 미량의 추가성분 같은 저중량비의 가능한 추가성분은 텍스타일 섬유특성을 부여하지는 않지만, 기계적 특성을 추가로 부여할 수도 있다.
70-75%(중량) SiO2, 15-25%(중량) Na2O 및/또는 K2O는 물론 1 내지 5%(중량) Al2O3를 포함하는 글래스 실버가 0.1 내지 5%, 바람직하게는 1 내지 2%의 가용성 실리콘 화합물을 임의로 함유하는 산욕에 노출되는 경우에 특히 유리한 텍스타일 특성 및 고강도가 얻어진다는 것이 여러 가지 시험을 통하여 입증되었다. 모든 경우에 알카리 산화물로서 Na2O를 사용하는 것이 바람직하다. 예들들어 영국특허 명세서 976 565호에 기재된 바와같은 공지의 처리방법과는 대조적으로, 산처리는 Al2O3함량의 불충분 또는 심지어 전체 제거를 생기게 해서는 안되는데, 이것은 후자가 텍스타일 고성능 특성이나 또는 글래스 실버의 우수한 기계적 특성에 직접적으로 공헌하기 때문이다.
산추출의 경우, 무기 및 유기 산이 사용될 수 있다. 무기산, 황산, 질산, 인산, 또는 바람직하게는 염산을 사용하는 경우, 산추출은 2 내지 12 시간, 바람직하게는 10 내지 12시간 동안 30 내지 90℃, 바람직하게는 40 내지 60℃의 온도 범위에서 적절히 수행되며, 이때 산농도는 1 내지 30중량%, 바람직하게는 15 내지 20중량% 이고 또한 산매체의 용적에 사용되는 글래스 섬유재료의 정량비는 1/2.1 내지 1/40, 바람직하게는 1/4 내지 1/15이다.
포름산, 초산 또는 옥살산 같은 유기산이 사용되는 경우, 적용되는 온도는 편리하게는 2 내지 12시간, 바람직하게는 10 내지 12시간 동안 30℃ 내지 유기산의 비점 범위, 바람직하게는 50 내지 90℃ 범위이다. 포름산 및 아세트산에 대한 산농도는 1 내지 80%, 옥살산의 경우 1 내지 30%이며, 산매체의 용적에 사용되는 글래스 섬유재료의 정량비는 1/2.1 내지 1/40이다.
물에 의한 후속 수세는 15 내지 120℃, 바람직하게는 15 내지 20℃의 온도에서 임의로는 압력하에 수행할 수 있다. 수세매체로서 메탄올 또는 에탄올 같은 알콜 및 염용액을 사용하는 경우 15 내지 60℃의 온도가 바람직하다. 후속 건조는 40 내지 150℃, 바람직하게는 50 내지 130℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 이것은 임의로는 다음에 300-1000℃에서 어닐링 처리를 수반할 수 있다.
산처리 공정 및 수세공정에서 정지 또는 심지어 교반매체도 사용될 수 있다. 실버는 코일 형태로 적절히 사용된다.
건조공정에서 통상의 건조방법 및 장치가 Al2O3-함유 글래스 실버의 습도함량에 따라 사용할 수 있다. 때때로 예를들어 가압공기의 도움으로 압력분리 또는 원심분리를 이용하는 예비건조 단계가 추천된다. 건조방법을 간헐적으로 또는 연속적으로 수행하느냐 여부는 본 발명에 따른 실버재료의 성공적인 건조를 위해 중요하지 않다.
산처리 글래스 섬유의 종래 공지된 선행기술과는 대조적으로, 산-추출된 Al2O3-함유 글래스 실버의 기계적 및 텍스타일 특성은 저하되지 않는다. 선택적 산추출 때문에 최대 가능한 정도의 섬유강도를 얻으면서, 부분적으로 놀라운 강도증가가 관찰되었다. 스테이플 섬유사, 가연사 및 테크니칼 텍스타일 같은 공지의 텍스타일 후처리 제품 형태로 텍스타일을 가공하는 것이 즉각적으로 또한 추가로 요구되는 재료 및 조치 없이 가능하면서도, 먼지오염도 또한 대수롭지 않을 정도로 (극소로) 낮다. 본 발명의 실버재료의 텍스타일 가공처리는 텍스타일 가공조제, 추가의 재료 (글래스 필라멘트, 스테인레스 스틸 필라멘트 등), 바인더 등의 첨가를 필요로 하지않고 실현할 수 있다. 그러나 필요에 따라 소량의 텍스타일 조제 (특히 정전기방지 첨가제)의 첨가가 가능하다. 본 발명에 따른 "무기 코톤"의 또 다른 특별한 잇점은 산추출의 결과 유기 구성성분이 완전히 제거되며, 따라서 1100℃까지 가열할 때 유기 구성성분은 방출될 수 없다. 통상의 무기섬유재료 (예를들어 글래스 섬유재료)와 함께 관찰될 수 있는 텍스타일 가호제의 연소제거는 본 발명의 Al2O3-함유 글래스 실버의 경우 관찰되지 않는다. 주요한 섬유 단면(6 내지 15㎛, 바람직하게는 7 내지 10㎛) 때문에 이들 섬유 재료는 어떠한 발암성(호흡 곤란성)도 갖지 않으며 따라서 건강장애가 제거될 수 있다.
따라서 본 발명은 유기 및 무기 텍스타일 섬유의 특별한 잇점을 이상적인 방법으로 결합시키는 실리카 기본 고급 텍스타일 특성을 갖는 고온 저항성, Al2O3-함유 글래스 실버를 제공한다. 어떠한 복잡한 및 가격 지향적 가공단계, 특히 특별한 텍스쳐 가공단계를 요구하지 않고, 코톤 섬유에서 존재하는 바와같은 개방형, 벌크성, 플리스상 구조를 갖는 실버재료가 얻어진다. 그러나 선행기술 재료를 텍스쳐 가공하는 방법을 사용하면 높은 벌키성 및 용적성에 의한 다량의 공기를 저장할 수 있고 따라서 우수한 절연거동을 갖는 필적할 만한 벌크성 및 플리스성 텍스타일 섬유제품을 얻을 수 없다. 더욱이 본 발명에 따른 실버 및 코톤 플라이어 로빙은 선명한 유사체 (광학적 외관, 피부접촉시 유쾌한 감각 등)를 나타낸다. 대표적인 글래스 특성 예를들어 섬유의 취성, 피부자극 원인, 또는 피부 접촉시 불유쾌한 감각, 낮은 용적성 및 높은 고유중량 (평직사)은 산추출을 통하여 제거된다. 그럼에도 불구하고 본 발명의 Al2O3-함유 글래스 실버는 코톤 섬유의 잇점을 얻으면서 또한 무기 텍스타일 섬유의 유리한 특성을 나타낸다. 실질적으로 증가된 섬유강도 외에도 재료의 온도 안정성은 약 1100℃ 까지의 온도에서 사용될 수 있을 정도로 산추출에 의해 개선된다. 이들 고온에서 조차도 실버의 상당한 잔류 강도가 기록된다. 그외에 높은 유리질제거 저항성을 나타낸다: 1075℃에서 α-크리스토발라이트 (cristobalite)의 형성은 24시간 후에나 관찰된다. 코톤섬유와 비교하여 실리카 기본 신규의 글래스 실버는 분명히 더 낮은 물흡수(〈 0.5%, 코톤 약 8%)를 특징으로 한다. 유리 Si-OH그룹의 결과 높은 흡수성이 존재한다. 이 반응성 표면은 추가의 이온교환 및 개질반응을 제공한다. 산욕에서 조건의 상응하는 선택에 의하여 Al2O3-함유 글래스 실버중에 다공성의 임의의 조절이 실현될 수 있다 (9.5 내지 11㎛의 섬유단면에서 비표면: 2-20m2/g, 비구공용적: 10-25mm3/g, 비구공표면: 5-15m2/g).
고급 텍스타일 특성을 갖는 Al2O3-함유 고온 저항성 글래스 스테이플 섬유 제품은 특허청구범위 제14항 및 제15항의 주제이다. 본 발명에 따른 실버재료의 용도 및 스테이플 섬유사, 가연사 및 테크니칼 텍스타일의 용도는 물론 그로부터 생산된 느슨한 스테이플 섬유의 용도는 특허청구범위 제15항의 주제이다. 이들 제품은 400℃ 이상의 온도에서 적용하는데 특히 유용하다.
본 발명에 따른 글래스 실버는 50 내지 1000mm의 스테이플 길이를 갖는 스테이플 섬유로 구성되어 있으며 또한 100 내지 2000tex의 섬도로 제조할 수 있다. 약 150tex의 섬도를 갖는 실버는 예를들면 글래스 섬유제직물를 제조하기 위한 충진 필라멘트로서 직접 사용할 수 있다. 통상적인 더블링 및 트위스트 기계상에서 예를들어 글래스 제직물 (로울 제품의 형태를 가짐), 제직물 리본, 글래스 섬유코드, 호스 및 패킹재(원형 또는 사각형)에서 글래스 섬유 제직물 또는 브레이드 직물의 생산에 있어서 경사 또는 충진사로서 사용될 수 있는 실버 재료 실리카-기본 글래스 스테이플 섬유사로부터 얻을 수 있다. 코톤 플라이어 로빙과 유사성 때문에 보빈상에 권취된 실버는 스피닝, 더블링 또는 트위스트 기계에 직접 공급하는 것이 바람직하다.
특별한 적용 케이스에 추가적인 강도 증가가 요구되는 경우, 글래스 스테이플 섬유사를 가공할 수 있으며, 심지어 상업적으로 입수가능한 트위스트 기계 상에서 본 발명에 따른 글래스 실버를 가공할 수도 있다. 그러나 글래스 섬유제품의 최대 얻을 수 있는 용적성을 목적으로 하는 경우, 글래스 실버는 텍스타일 가공에 사용된다. 코톤과 유사한 용적 특성 때문에 저중량 텍스타일 후가공 제품을 제조할 수 있으며 따라서 수행미터 또는 표면단위당 막대한 재료절약 및 비용감소가 달성된다. 이것은 통상적인 공업용 편직 및 재봉 기계상에 편직 또는 경사-편직 글래스 섬유직물의 제조에도 마찬가지로 적용된다. 일반적으로 텍스타일 기계상에 가공시 사소한 먼지 오염 방해가 관찰된다.
Al2O3-함유 글래스 실버는 접착 섬유직물의 제조에 적용할 수 있다. 섬유재료의 코톤 유사 특성 때문에 낮은 패킹밀도 (비중 〈 90kg/cm3) 및 높은 절연능력을 갖는 접착섬유직물은 상응하는 텍스쳐 가공이 생략될 수 있는 만큼 매우 용이하게 입수할 수 있다. 이것도 역시 표면 단위당 재료 비용의 상당한 절약(텍스쳐 필라멘트사를 기준으로 상업적으로 입수가능한 접착섬유 직물에 비하여 약 50%까지)을 표시한다. Al2O3-함유 글래스 실버는 생산라인에 쵸프 형태(chopped form)로 공급된다. 접착 섬유직물의 접착은 침투 니들을 사용한 스테이플 섬유를 해연하여 수행하는 것이 바람직하다(니들-펀치 부직포). 특별한 목적으로 사용하는 경우 예들들어 접착제의 적용을 통하여 화학적 웹(web) 접착이 가능하다. 더욱이 이러한 섬유상 부직포의 밀집화는 글래스 섬유 패널(보오드)의 제조용 통로를 개방한다. 수중에 함유된 Al2O3-함유 글래스 스테이플 섬유가 수-침투가능 표면(예를들어 홈패인 실린더)상에 침착되어 있는 상응하는 섬유 페이퍼의 제조가 가능하다. 그러나 이것은 바람직한 변형을 구성하지 않는다.
본 발명에 따른 Al2O3-함유 글래스 실버 및 그로부터 생산된 텍스타일 후가공제품은, 그의 높은 열저항성 및 그의 우수한 절연성 때문에, 고온 밀봉수단 및 고온절연의 경우 특히 로(furnace), 연소챔버, 보일러, 가스관에서 가열 절연재료로서, 건축산업에서, 소방재에서 절연재 및 방음재로서, 음향 및 열 절연을 위해 자동차 산업에서 (예들들어 엔진에서, 브레이크 라이닝에서, 촉매 변환기에서, 케이블 코팅의 경우, 배기 파이프 및 머플러 구역에서), 금속 가공 및 화학 산업에서 (예를들어 알루미늄 용광로의 경우 열보호재로서), 전기 및 가정 용구의 경우, 배기가스 및 여과기술에서 (예를들어 매연 및 먼지의 배기정화의 경우, 가열가스 여과의 경우, 고성능 필터로서), 의학 기술에서 (예를들어 케이블 보호, 클로드-튜브 필터, 보철장치로서), 전력공장에서 축압 분리장치 및 콤펜세이터로서 (예를들어 가스 터빈, 보일러 및 쓰레기 소각 공장의 경우), 파이프, 파이프라인 및 전기납의 절연용으로, 선박건축에서, 항공 및 항공우주 공학에서 가열보호재의 생산용으로 뿐만아니라 석면 및 세라믹 섬유용 대체물로서 특히 적합하다.
그러나 본 발명에 따른 텍스타일 섬유제품은 합성재료용 보강재로서 (예를들어 스포츠 기어의 경우, 보오트 및 선박 건축에서, 탱크, 콘테이너 및 절연 건축물에서), 재료 보강재로서 (예를들어 용융 공정의 중간에 금속 매트릭스, 특히 Al 매트릭스로의 도입에 의해), 텍스타일 및 특수목적의 텍스타일의 라이닝으로서, 석고, 시멘트, 종이 (예를들어 섬유상 벽지) 및 고무용 캐리어로서 성공적으로 사용할 수 있다.
다음 실시예는 본 발명을 더욱 설명한다.
실시예 1
94.2%(중량) SiO2, 1.1%(중량) Na2O, 4.6%(중량) Al2O3 및 미량의 추가성분의 조성 및 430 tex의 섬도를 갖는 산추출된 Al2O3-함유 글래스 실버 550g(실버 1, 가용성 실리콘 화합물(3%)의 존재하에 15% 농도 염산으로 추출, 온도 55℃, 추출시간 10시간, 사용된 섬유재료/산매체의 정량비 1/2.5)는 길이 170mm, 실린더형 텍스타일 사 튜브상에 2개의 로울러에 걸쳐 귄취하였다. 연신속도는 120 m/min이었다. 유사한 조건하에 C 글래스-타입 글래스 실버(실버 2, 섬도 430 tex, 조성 70.2%(중량) SiO2, 15.7%(중량) Na2O, 3.5%(중량) Al2O3, 5.0%(중량) CaO, 3.1%(중량) MgO, 2.0%(중량) BaO 및 소량의 추가성분)을 귄취하였다. 동일한 조건하에 이전에 수행된 산처리는 단순히 화학적 조성의 약간의 변화 (알카리 함량 0.3%까지 감소)가 발생하였고 따라서 증가된 열안정성은 생기지 않았다. 두가지 실버 (각각, 미처리된 실버 및 산추출된 실버)의 경우, 권취 도중에 실버강도(트위스트 없이 100mm-길이 부분)는 물론 권취 도중에 마모 및 필라메트 파열 수(섬유 테이프의 파열)을 측정하였다.
결과:
실버 1 (미처리) 실버 2 (미처리)
실버강도: 4.52 cN/tex 실버강도: 4.11 cN/tex
권취중 마모: 0.01% 권취중 마모: 0%
권취중 파열: 0 권취중 파열: 0
실버 1 (산추출) 실버 2 (산 추출)
실버강도: 4.47 cN/tex 실버강도: 4.10 cN/tex
권취중 마모: 0.01% 권취중 마모: 0.01%
권취중 파열: 0 권취중 파열: 0
온도 안정성: 적어도 1020℃ 온도 안정성: 최대 400℃
실시예 2
Al2O3-함유 글래스 실버 (섬도 630 tex, 실버강도 4.55 cN/tex, 조성: SiO2 74.8%, Na2O 17.5%, K2O 1.0%, Al2O3 2.2%, CaO 1.7%, MgO 1.1%, B2O3 0.9%, TiO2 0.3% 및 미량의 추가성분)를 염산으로 광산 추출처리하였다. 여기서 50g의 실버(섬유 단면 7㎛)을 55℃의 온도에서 12시간 이내에 가용성 실리콘 화합물(1.5%)의 존재하에 300ml의 20% 농도 염산중에 500-ml PTEE 용기 내부에서 추출하였다. 10분 배수한 후, 처리된 실버를 냉수(온도 18℃)로 6회 수세하였다. 다음에 추출 및 수세된 실버재료를 55℃의 온도에서 12시간 건조시켰다. 그후, 고급 텍스타일 코톤-타입 Al2O3-함유 글래스 실버는 다음 조성을 나타냈다:
SiO2: 94.7%(중량)
Na2O: 0.6%(중량)
Al2O3: 2.5%(중량)
CaO: 0.9%(중량)
MgO: 0.7%(중량)
B2O3: 0.4%(중량)
TiO2: 0.1%(중량)
이러한 방법으로 제조되고 코톤-타입 용적 특성을 갖는 실버재료는 적어도 1000℃까지의 연속 온도 안정성을 나타냈다. 산처리후의 실버강도는 4.42 cN/tex이었다. 900℃에서 24시간 처리한 후, 32%의 잔류농도가 얻어졌다. 이들 조건하에 α-크리스토발라이트의 형성은 관찰되지 않았다.
실시예 3
본 발명에 따른 Al2O3-함유 글래스 실버의 코톤-유사 용적 특성을 특징으로 하기 위해서, 미처리된 재료는 물론 산-추출된 재료의 벌크밀도는 밀집화되지 않은 및 밀집화된 조건(스테이플 섬유로서 5mm) 및 그로부터 평가된 상대 셀용적으로 측정하였다. 더구나 실온에서 얻어진 열전도성 측정결과를 나타낸다. 실험결과는 유사한 조건하에 비 고온 저항성, C 글래스-타입 글래스 실버(조성은 실시예 1 참조)에 대해 실험적으로 측정한 데아타와 부합한다. 산처리 및 후처리의 파라미터는 실시예 2의 것에 해당한다.
재료 벌키밀도(밀집화되지않음)[kg/m3) 벌크밀도 (20.21 N 힘으로 밀집화) [kg/m3] 상대구공용적(미처리 글래스실버에 대하여)[%] 열전도성(25℃, 벌크밀도 50kg /m3) [W/mK]
글래스 실버, 미처리 35.5 23.0 100 0.059
AlO-함유 글래스 실버, 산처리 35.6 24.9 108
C 글래스-타입 글래스 실버, 미처리 67.1 35.0 81
C 글래스-타입 글래스 실버, 산처리 48.8 29.6 94 0.061
실시예 4
회전 코일 형태를 갖는 실리카 기본 Al2O3-함유 글래스 실버 (섬도 660 tex, 실버강도 5.35 cN/tex, 조성: SiO2 74.8%, Na2O 17.5%, K2O 1.0%, Al2O3 2.2%, CaO 1.7%, MgO 1.1%, B2O3 0.9%, TiO2 0.3% 및 미량의 추가성분)를 염산으로 광산 추출처리하였다. 실버재료(섬유 단면 7㎛)을 58℃의 온도에서 10시간 이내에 18%농도 염산 3000ml중에 3500-ml PTFE 용기 내부에서 추출하였다. 다음에 추출된 텍스타일 섬유 제품을 20℃의 온도를 갖는 냉수로 동일 용기중에 6회 수세하였다. 그후 추출 및 수세된 글래스 섬유 제품을 75℃의 온도에서 12시간 건조시켰다. 다음에 코톤-타입 용적 특성을 갖는 Al2O3-함유 글래스 실버는 다음 조성을 나타냈다:
SiO2: 96.1%(중량)
Na2O: 0.1%(중량)
Al2O3: 3.7%(중량)
소량의 추가성분이 불순물로서 함유되었다는 것은 말하지 않을 수 없다. 미처리된 글래스 섬유 제품에 비하여 특정의 질량손실은 15.1%에 해당하였다. 이 방법으로 제조된 코톤-타입 벌크성을 가진 실버는 적어도 1050℃까지의 연속적인 온도안정성을 나타냈다. 산처리후 실버 강도의 증가가 관찰되었다 (5.46 cN/tex). 1050℃에서 30시간 처리후 잔류강도는 42%이었다. 이렇게하여 생산 및 처리된 실버재료는 다음에 통상적인 링방적 프레임(연신속도 150 m/min)상에 방적하였다. 이 과정에서 생긴 마모는 경미하게 낮았다 (〈 0.01%). 필라멘트 파열은 이 가공단계중에 기록되지 않았다.
실시예 5
길이 170mm, 실린더형 텍스타일 사 튜브 상에 위치한 실리카 기본 글래스 실버(섬도 420 tex, 실버강도 4.11 cN/tex)는 포름산으로 광산 추출 처리하였다. 실버(섬유 단면 9㎛)을 60℃의 온도에서 12시간 이내에 가용성 실리콘(2%)의 존재하에 30%농도 포름산 3100ml중에 3500-ml PTFE 용기 내부에서 추출하였다. 다음에 추출된 텍스타일 섬유 제품을 냉수(온도18℃)를 갖는 PTFE용기중에 침지수세에 의해 수세하였다. 그후 추출 및 수세된 실버재료를 115℃의 온도에서 8시간 건조시켰다. 미처리된 실버에 비하여 특정의 중량손실은 96%의 특정의 추출정도와 상관성이 있는 13.3%에 해당하였다. 처리후 코톤-타입 용적 특성을 갖는 Al2O3-함유 글래스 실버는 다음 조성을 나타냈다:
SiO2: 94.4%(중량)
Na2O: 0.9%(중량)
Al2O3: 4.3%(중량)
CaO: 0.2%(중량)
MgO: 0.1%(중량)
산처리후의 실버강도는 3.79 cN/tex이었다. 고급 텍스타일 특성을 갖는 Al2O3-함유 글래스 실버는 적어도 950℃까지의 연속적인 온도 안정성을 나타냈다. 이 온도에서 24시간 처리후, 28%의 잔류농도가 기록되었다.

Claims (17)

  1. 다음 조성을 갖는 글래스 실버의 산추출에 의해 얻을 수 있는, 실리카 기본 Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버.
    SiO2: 70-75%(중량)
    Na2O 및/또는 K2O: 15-25%(중량)
    Al2O3: 1-5%(중량) 및
    추가성분: 최대 5%(중량)까지
  2. 제 1항에 있어서, 다음 성분들을 특정의 질량 비율로 함유함을 특징으로 하여, 임의로 가용성 실리콘의 존재하에, 유기산 또는 무기산으로 글래스 실버의 추출에 의해 얻을 수 있는 실리카 기본 Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버.
    SiO2: 85-99%(중량)
    Al2O3: 1-5%(중량)
    Na2O 및/또는 K2O: 0-10%(중량)
    CaO: 0-3%(중량)
    MgO: 0-2%(중량)
    B2O3: 0-2%(중량)
    TiO2: 0-1%(중량)
    Fe산화물, 특히 Fe2O3: 0-1%(중량)
    ZrO2: 0-1%(중량)
    BaO: 0-0.5%(중량)
    PbO: 0-0.5%(중량)
    ZnO: 0-0.5%(중량)
    Cr2O3: 0-0.5%(중량), 및
    F: 0-0.5%(중량)
  3. 제 2항에 있어서, 다음 성분들을 특정의 질량 비율로 함유함을 특징으로 하는, Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버.
    SiO2: 90-98%(중량)
    Al2O3: 2-5%(중량)
    Na2O 및/또는 K2O: 0-3%(중량)
    CaO: 0-1%(중량)
    MgO: 0-1%(중량)
    Fe산화물, 특히 Fe2O3: 0-1%(중량), 및
    TiO2: 0-1%(중량)
  4. 제 2항 또는 3항에 있어서, 다음 성분들을 특정의 질량 비율로 함유함을 특징으로 하는, Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버.
    SiO2: 95-98%(중량)
    Al2O3: 2-5%(중량)
    Na2O 및/또는 K2O: 0-1%(중량)
    상기 성분들의 총질량을 기준으로 함.
  5. 제 2항에 있어서, 다음 성분들을 특정의 질량 비율로 함유함을 특징으로 하는, Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버.
    SiO2: 95-99%(중량)
    Al2O3: 1-5%(중량)
    Na2O 및/또는 K2O: 0-1%(중량)
    CaO: 0-3%(중량)
    Fe2O3 : 0-1%(중량)
    TiO2: 0-1%(중량), 및
    MgO: 0-1%(중량)
  6. 제 1항, 2항, 3항 또는 5항에 있어서, 6 내지 15㎛, 바람직하게는 7 내지 10㎛의 섬유단면을 나타냄을 특징으로 하는, Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버.
  7. 제 1항, 2항, 3항 또는 5항에 있어서, 길이 50 내지 1000mm를 갖는 스테이플 섬유를 함유하고/하거나 100 내지 2000 tex의 섬도를 나타냄을 특징으로 하는, Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버.
  8. 제 1항, 2항, 3항 또는 5항에 있어서, 단일섬유의 강도가 2 내지 50 cN/tex, 바람직하게는 10 내지 30 cN/tex임을 특징으로 하는, Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버.
  9. 제 2항, 3항 또는 5항에 있어서, 가압하에 및/또는 물, 알콜 또는 염용액으로 수세하여 및/또는 건조하고 임의로 어닐링하여 산추출을 수행함을 특징으로 하는, Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버.
  10. 제 2항, 3항 또는 5항에 있어서, 상기 무기산이 황산, 질산, 인산, 또는 바람직하게는 염산이고 또한 산추출의 경우 바람직하게는 다음의 산추출 조건이 적용됨을 특징으로 하는, Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버:
    온도범위: 30-90℃
    농도범위: 1-30%
    산추출 기간: 2-12시간 및
    산매체의 용적에 대해 사용되는 글래스 섬유재료의 정량비: 1/2.1 내지 1/40.
  11. 제 2항, 3항 또는 5항에 있어서, 상기 산이 유기산, 바람직하게는 포름산, 초산 또는 옥살산이고 또한 다음의 산추출 조건이 적용됨을 특징으로 하는, Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버:
    온도범위: 30 ℃ 내지 유기산의 비점 이하
    농도범위: 1-80%, 옥살산의 경우 1 내지 30%
    산추출 기간: 2-12시간 및
    산매체의 용적에 대해 사용되는 글래스 섬유재료의 정량비: 1/2.1 내지 1/40.
  12. 제 9항에 있어서, 수세를 15 내지 120℃의 온도에서, 임의로 가압하에, 물로 수행하거나 또는 15 내지 60℃의 온도에서 알콜, 바람직하게는 메탄올 또는 에탄올, 및 염용액으로 수행함을 특징으로 하는, Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버.
  13. 제 9항에 있어서, 건조를 40 내지 250℃의 온도에서 수행하고 또한 임의로 어닐링을 250 내지 1000℃의 온도에서 수행함을 특징으로 하는, Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버.
  14. 제 1항, 2항, 3항 또는 5항에 따른 실리카 기본 Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버로부터의 Al2O3-함유 고온 저항성 글래스 스테이플 섬유제품.
  15. 제 14항에 있어서, 제직물, 접착 섬유직물 (바람직하게는 니들 펀치 매트), 코드, 리본, 호스, 패킹은 물론 글래스 섬유 페이퍼 및 글래스 섬유 패널(보오드)의 형태를 갖는 테크니칼 텍스타일, 글래스 스테이플 섬유사, 가연사, 및 느슨한 스테이플 섬유로 이루어진 그룹중에서 선택됨을 특징으로 하는 Al2O3-함유 고온 저항성 글래스 스테이플 섬유제품.
  16. 제 1항, 2항, 3항 또는 5항에 따른 Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스실버, 또는 제14항에 따른 Al2O3-함유 고온 저항성 글래스 스테이플 섬유제품을 사용함을 특징으로 하여 열 또는 음향을 절연하는 방법.
  17. 제 1항, 2항, 3항 또는 5항에 따른 Al2O3-함유 고급 텍스타일 및 고온 저항성 글래스 실버, 또는 제14항에 따른 Al2O3-함유 고온 저항성 글래스 스테이플 섬유제품을 사용함을 특징으로 하여 합성 재료를 보강하는 방법.
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