KR100673074B1 - 결합제 제조방법 및 그 용도 - Google Patents
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
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- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
- D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
- D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
- D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
- D04H1/58—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives
- D04H1/64—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by applying, incorporating or activating chemical or thermoplastic bonding agents, e.g. adhesives the bonding agent being applied in wet state, e.g. chemical agents in dispersions or solutions
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Abstract
본 발명은 결합제를 만드는 방법에 관한 것으로, 특히 유리 비결정성 구조를 갖는 미립자 미네랄 물질을 수용액에 용해시키고, 이렇게 얻어진 용액을 응집시키고 안정화시켜서 원하는 입자크기를 갖는 졸(sol)을 형성하고, 선택적으로 상기 졸의 건조 물질 함량을 조절하는 단계들을 포함하는 미네랄 울 체품의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 섬유를 결합시키기 위하여 상기의 결합제를 사용하여 미네랄 울 제품을 생산하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 출발 물질로서 유리질 비결정성 구조를 갖는 미립자 미네랄 물질, 특히 미네랄 울 생산시 생기는 폐물질을 사용하여 결합제를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 결합제는 미네랄 물질을 결합시키기에 적합하며, 특히 미네랄 섬유로부터 미네랄 울 제품을 제조하는데 있어서 결합제로서 사용하기에 적합하다. 또한, 본 발명은 미네랄 섬유를 결합시키기 위하여 상기 결합제를 사용하는 미네랄 울 제품의 제조방법에 관한 것이다.
석재, 슬랙(slag), 유리, 세라믹스 등과 같은 미네랄 원료를 용융시키고 원심분리시켜 제조한 미네랄 섬유는 미네랄 섬유 매트 및 담요의 제조에 광범위하게 사용되며, 주로 단열 및 방음의 목적으로 사용되며, 특히 건설업에서 사용된다. 이러한 미네랄 섬유는 통상적으로 결합제를 포함하며, 많은 다른 종류의 결합제가 알려져 있다.
따라서, 예컨대 페놀 경화 절연 제품이 공지되어 있다. 페놀은 상당히 저렴하며, 또한 신속하게 결합제를 경화시킨다. 페놀 경화 제품은 250 ℃ 까지 내온성이 있지만, 오랜시간 동안 온도가 250 ℃ 보다 높게 유지되면 결합이 파괴된다. 400 ℃ 이상의 고온에서는, 결합제의 강도가 감소하고, 온도가 급속하게 상승하며 제품이 붕괴한다. 또한, 페놀 경화 절연 제품은 연소시 유독한 가스를 발생시킨다. 게다가, 제품 내 페놀이 존재함으로써 접착제 함유 미네랄 울 제품을 사용 후 처리시에 환경에 바람직하지 않은 부담을 야기시킨다는 또 다른 주요한 단점이 있다.
또한, 물유리도 접착제로서 광범위하게 사용된다. 물유리는 통상적으로 규사를 탄산나트륨 또는 탄산칼륨과 함께 매우 고온에서 용융시킨 후, 미세하게 갈라진 응고물을 물에 용해시킴으로써 만들어진다. 따라서, 물유리는 결합제로서 미네랄 울 제품 등에 포함되기에 생태학적으로 허용가능한 물질이라고 할 수 있다. 그러나, 이들의 제조과정이 순수한 원료를 사용하고 에너지 소비 과정이라는 단점이 있다.
또한, 결합제로서 물유리와 점토의 혼합물을 미네랄 울 제품에 사용할 수 있다는 것이 잘 알려져 있다(SE 제420 488호 참조). 이러한 제품은, 우수한 내수성과 내열성을 제공함에도 불구하고, 압축에 대한 내성이 좋지 않고 부서지기 쉬우며 더스팅(dusting)을 발생시킨다. 한편, EP B 제466 754호에는 높은 일시적 로드를 견딜 수 있는 내온성 및 내습성 미네랄 울 제품을 제조하기 위하여 슬랙과 물유리로부터 제조된 결합제를 사용하는 것이 개시되어 있다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 우수한 결합성과 방화성을 가지며 사용 또는 작업 위생의 관점에서 만족스러운 결합제를 얻기 위한 용이하고 경제적이고 편리한 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 결합제는 저렴하고 손쉽게 얻을 수 있는 원료 또는 부산물로부터 간단한 방법으로 제조할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 결합제는 환경에 과다한 생태학적 부담을 주지 않으며, 자연상태에 본래부터 이미 존재하는 성분들만 포함한다는 중대한 이점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은
- 유리 비결정성 구조를 갖는 미립자 미네랄 물질을 수용액에 용해시켜서 상기 물질의 응집 재침전 입자를 함유하는 용액을 형성하는 단계,
- 상기와 같이 얻어진 용액을 안정화시켜 원하는 입자크기를 갖는 졸(sol)을 형성하는 단계, 및 선택적으로
- 상기 졸의 건조 물질 함량을 조절하는 단계를 포함하는 결합제 제조방법을 제공하는 것이다.
결합제의 출발물질은 미네랄 울 물질일 수 있으며, 특히, 다음에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 미네랄 울 제품으로부터의 재순환 폐물질일 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 결합제를 미네랄 섬유와 접촉시켜서 미네랄 섬유를 결합시켜 미네랄 울 제품을 생산함으로써, 본 발명에 따라 제조된 결합제를 사용하는 미네랄 울 제품의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 바람직한 구체예에 있어서, 미립자 미네랄 물질은 미네랄 울 제품으로부터 얻은 폐미네랄 울 제품이다. 이러한 폐물질은, 스피닝 폐물질, 불량 섬유질 제품(소비전 제품 ; pre-consumer products)의 사용하지 않은 섬유의 형태로, 통상적으로 출발 원료 물질의 20 ~ 30 중량%까지 대량으로 생성된다. 상기 물질의 하나의 적용가능한 소스는 또한 분해되고, 그 안의 미네랄 울 물질이 이를테면 단열재(소비후 제품 ; post-consumer product)로서 사용되는 상이한 구조물이다. 이러한 폐물질은 이미 미세하게 갈라진, 전형적인 섬유질 형태이며, 따라서 상기와 같이 사용될 수 있으며, 또한 보다 더 미세한 형태로 갈라져 0.4 m2/g 이상, 예컨대 25 m2/g 까지의, 넓은 표면적을 갖고, 따라서 수용액 상에서 우수한 용해성을 갖는 제품을 제공할 수 있다. 통상적으로, 미네랄 울 생산에 있어서의 섬유는 적절한 방법(예컨대 Koeig et al., Analytica Chimica Acta 1993 280 289-298 ; Christensen et al., AMIND HYG ASSOC (54) May 1993)으로 OM 또는 SEM를 사용하여 측정시 지름이 0.5 ~ 20 ㎛, 일반적으로 2 ~ 15 ㎛, 바람직하게는 3 ~ 5 ㎛ 이고 길이가 0.5 ~ 50 mm, 일반적으로 2 ~ 20 mm, 바람직하게는 3 ~ 10 mm 이다.
상기 수용액은 알칼리금속 또는 알칼리토금속 하이드록사이드, 카보네이트 또는 하이드로카보네이트 용액, 특히 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 수산화리튬 용액 또는 수산화암모늄 용액과 같은 알칼리 용액일 수 있다. 또한, 중성용액에 잘 녹지 않는 상기 미네랄 원료를 용이하게 용해시키기 위하여, 상기 용액은 알칼리제에 대하여 0.1 ~ 2 몰농도, 또는 pH 10 ~ 14인 것이 바람직하다.
또한, 상기 수용액은, HCl, HNO3, H2SO4, H3PO4, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 또는 다른 모든 적절한 미네랄 또는 유기산과 같은 무기산 또는 유기산을 첨가함으로써 산성화된 수용액 등의 산성용액일 수 있다. 상기 용액의 pH를 적절하게 조절한다. 낮은 pH 값에서는 미네랄 물질이 급속하게 용해되고 겔 형성이 급속하게 일어난다. 겔 형성 시간은 pH에 의존하며 낮은 pH에서는 높은 pH에서보다 급속하게 겔 형성이 일어난다. pH 0 ~ 6 에서 광범위한 미네랄 물질에 대한 우수한 용해가 가능하다. 산의 세기는 사용된 산에 의존하며 0.1 ~ 10 M, 일반적으로 0.5 ~ 5 M 이다.
바람직한 구체예에 있어서, 용해과정을 용이하게 하기 위하여, 온도 80 ~ 100 ℃ 와 같이 증가된 온도에서, 바람직하게는 동시에 교반하면서 원료를 용해시키는 것이 바람직하다. 용해는 용액내 용해매질과 고체 함량에 따라 1 ~ 2 시간에서 20 시간 내에 일어난다.
바람직하게는, 상당한 양의 미네랄 물질을 용액에 용해시켜, 차후 결합제로서의 사용에 있어서 적절한 농도인, 유리하게는 1 중량% 이상, 바람직하게는 5 ~ 60 중량% 의 건조물질을 함유하는 용액을 포함하는 금속산화물을 제공한다. 상기 용해가 완료된 후, 상기 물질은 응집하고 재침전하여 바람직한 입자 크기를 갖는 졸을 형성한다. 그리고 나서, 용액 내에 입자 간의 정전기적 반발을 발생시켜 졸을 안정화시킨다. 졸 입자 간의 정전기적 반발은, 예컨대 용액 내 적절한 이온의 공급, 또는 pH를 변화에 의하여 영향을 받을 수 있다. 예컨대 점도 조절 등을 위하여 필요하다면, 추가적으로 물을 첨가하거나 증발 등에 의하여 물을 제거할 수 있다.
또한, 적절한 계면활성제 및 중합체, 그 중에서도 특히 비이온성 물질을 사용하여 안정화시킬수 있다. 비이온성 계면활성제와 중합체는 고농도의 전해질 및 다른 화학물질을 포함하는 환경에 그다지 민감하지 않을 때와 같은 몇 몇 경우, 특히 이온세기가 강한 경우에 바람직할 수 있다. 상기 중합체의 예로서 폴리에틸렌 옥사이드와 폴리에틸렌 글리콜이 있으며, 상기 계면활성제의 예로서 노닐페놀, 트윈(Tween) 및 스판(Span)이 있다. 통상적인 경우, 상기와 같은 계면활성제와 중합체는 용액의 총 고체로부터 계산하여 0.5 ~ 2.5 중량%의 양으로 사용한다.
알칼리성 pH에서 졸이 안정화되는 경향이 있으며, 졸 입자 크기의 증가가 관찰된다. 졸의 pH를 적절한 시간 동안 알칼리성 pH로 유지시키거나 졸의 pH를 대략 중성에서 pH 10 까지 증가시킴으로써 입자 크기를 증가시킬 수 있으며, 이 때, 상기 용액이 염을 추가적으로 함유하고 있다면 입자 크기의 증가는 적게 나타난다. 예컨대 염화나트륨과 같은 무기이온 염 등의 염이 충분한 양으로 존재할 경우, 졸 입자는 응집하여 겔을 형성하여 침전되는 경향을 보인다. 또한, 용액에 산성 pH를 제공하면 동일한 겔 형성이 일어나며, 약 pH 2 에서 pH 7 미만이 겔 형성에 적합하다.
따라서, pH를 조절함으로써 졸 상태를 유지하거나 졸을 겔로 만들 수 있다. 고 전단 혼합을 하고 pH를 증가시켜 겔을 분산시키고 안정화시킬 수 있으며, 그리고 나서, pH를 재조절(감소)하거나 전해질을 첨가함으로써 다시 겔화 시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 및 보다 적은 양의 가능한 또 다른 금속산화물과 같은 출발 미네랄 물질로부터 스테밍(stemming)하는 다른 금속산화물과 함께 실리카를 우세하게 포함하는 졸을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 바람직한 입자 크기를 갖는 졸을 얻을 수 있도록 pH와 같은 반응조건을 조절하는 것도 가능하다. 통상적으로, 실리카 졸은 1 ~ 1000 nm의 초기 입자 크기를 가질 수 있지만, 본 발명을 위해서는 10 ~ 100 nm의 입자 크기가 적당하다. 상기와 같이 얻어진 졸은 졸 형성 직후 또는 바람직하게는 미네랄 섬유에 결합제를 적용하기 직전에 겔로 만들어 질 수 있다. 또한, 상기 졸은 최종 제품의 성형시 가열하거나 물을 증발시킬 때 겔로 만들어 질 수 있다.
통상적으로, 미네랄 울 제품에 결합제를 사용할 때, 미네랄 울 제품의 제조 및 본 발명에 따라 만들어진 결합제의 첨가는 통상적인 일련의 기구들에서 행해질 수 있다. 결합제를 용액 형태로 노즐을 통하여 통상적인 머신 라인의 울 챔버 내의 섬유에 첨가할 수 있고 울 상에 분배할 수 있다. 결합제를 수반하는 울 물질의 경화는 실온 또는 증가된 온도에서 동시에 또는 나중에 실시한다.
또한, 바람직하거나 필요한 경우, 상기 결합제 용액은 가능한 추가적 경화제, 변형제, 먼지결합제 및/또는 소수성화제를 포함할 수 있다.
일반적으로 섬유 형성 직후에, 바람직하게는 울 챔버 내에서, 상기 결합제 용액과 상기 첨가제를 분사한다. 그 시점에서 울이 흠이 없는 상태이고 오염되지 않은 상태이며 우수한 접착성을 갖기 때문에 상기와 같은 방법이 유리하다.
상기 결합제 용액을 원심분리기의 결합제 노즐을 통하여 울에 분사할 수 있으며, 이로 인하여 주변 분무기와 중앙 분무기를 모두 사용할 수 있다. 또한, 가능한 변형 제제 및/또는 추가적 경화 제제를 한 가지 이상의 분무기를 통하여 공급하고 결합제 용액을 분리된 분무기로 공급하기 위하여, 2 가지 이상의 다른 용액을 사용하여 울에 공급하는 것도 가능하다.
그러나, 또한, 예컨대 상기 결합제 용액을 컨베이어 상에서 일차적 웹(web) 에 분사함으로써, 절연물질의 생산에 연속하는 단계에서 결합제 용액을 울에 적용하거나, 나중 단계에서 적용하는 것이 가능하다. 또한, 별도의 나중 단계에서 추가적인 결합제를 적용하여 내성 및/또는 강도가 향상된 물질을 얻는 것도 가능하다. 추가적인 첨가제를 웹에 적용함으로써 물질에 특성을 부여할 수있다.
한편으로는 적용 목적에 따른 적절한 점도를 공급하고, 다른 한편으로는 웹에 적절한 수분을 공급하고 더스팅을 방지하도록, 결합제와 함께 울에 공급되는 물의 양을 조절한다. 을 챔버 내 울로부터의 모든 물 증발은 섬유에 적용되는 결합제의 점도를 증가시키며, 이로 인하여 일차적 웹이 장기간 동안 고유의 탄성과 경화성을 보유할 수 있다.
통상적으로 결합제의 양은 일반적 절연 제품에 대하여 건조 물질로서 계산하여 약 1 ~ 15, 바람직하게는 1 ~ 5 중량% 이다. 그러나, 원하는 생성물과 결합제의 반응성에 따라 보다 많은 양이나 보다 적은 양을 사용하는 것도 무리 없이 가능하다.
절연시트를 제조할 때, 이들을 통상적으로 일차적 웹을 원하는 두께로 크로스랩핑(crosslapping)시킴으로써 펼쳐진 후 경화된 미네랄 웹으로부터 적절하게 잘라낸다.
바람직한 방법에 따르면, 미네랄 섬유 웹을, 예컨대 금속 시트 사이에서, 실온에서 경화시킨다. 이러한 시트는 천천히 경화된 섬유체가 고온에서 경화된 섬유체보다 더 유연해지고 탄성적이기 때문에 보다 우수한 유연성을 획득할 수 있을 것이다.
또 다른 바람직한 구체예에 따르면, 원하는 두께를 갖는 이차적 웹에 비경화 단계를 처리하고, 예컨대 제한된 측정 시간 동안 적절한 온도에서 플라스틱 래퍼에 둘러싸인 것과 같은 비-경화 환경에 저장한다. 이러한 절연 물질은 접근하기가 용이하지 않고 다루기 힘든 형태를 갖는 장소에 절연용으로 원래 위치에 사용한다. 설치 후, 절연에 의하여 폭 넓은 온도에서 경화가 가능하다. 접근하기가 어려운 다양한 섬유체상 또는 주위에 절연물질 또는 적절한 두께를 갖는 매트를 적용하는 것이 상대적으로 용이하다. 상기 경화는 폭 넓은 온도에서 자발적으로 일어나므로 어떠한 특별한 처치 또는 장치를 필요로 하지 않는다.
또한, 상기 방법은 작은 터프트(tufts)로 찢어진 경화 섬유 물질이 적용되는 블로우 울(blow wool) 적용과 폭 넓은 온도에서 경화된 울에 적합하다.
또한, 경화제, 변형제, 먼지 결합제 및 소수성화제와 같은 첨가제를 추가적으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 추가적인 경화제는 미네랄염과 화합물, 적합한 산, 에스테르 또는 알콜, 또는 이들의 혼합물로 구성될 수 있다. 상기 미네랄염은 예컨대 마그네슘염, 알루미늄염 또는 칼슘염 또는 화합물일 수 있다. 상기 산으로 예컨대 인산이 사용가능하다. 또한, 저장 기간을 조절하기 위하여 버퍼 경화제를 사용할 수 있다. 추가적인 경화제로서 상기한 경화제의 혼합물을 사용할 수 있을 것이다.
결합제가 미네랄 물질을 수산화나트륨과 같은 알칼리성 용액에 용해시켜 만들어져서 물유리 형태의 산물을 제공하지만 추가적 금속산화물을 포함하는 경우, 유기 중합체와 무기 중합체, 셀룰로오스와 실리콘 유기 중합체 등의 실리콘과 같은 변형제를 첨가제로 사용할 수 있다. 또한, 경화 동안의 pH 변화 또는 온도 상승 등에 의하여 합성된 모노머를 사용할 수 있다. 상기 변형제들은 공통적으로 막형성을 하지 않는다. 변형제에 의하여, 섬유표면에 대한 접착력을 증가시키고, 또한 결합제의 탄성적 특성, 내수성, 탄산화 방지성 등을 향상시킬 수 있다.
먼지 결합제로서 알코올, 폴리올, 막형성 중합체, 겔 중합체, 왁스, 레진, 오일, 지방, 파라핀 등을 사용할 수 있다. 먼지 결합제의 역할은 모든 먼지와 함께 또는 먼지를 주요 매트리스에 물리적으로(막형성) 또는 화학적으로(표면활성특성) 결합시키는 것이다. 고온에서 경화된 경우, 스테아레이트 등과 같은 먼지 결합제를 용융시키거나 먼지 결합제를 경화시키거나 매트리스 위에 막을 형성시킬 수 있다. 많은 먼지 결합제들이 동시에 발수 효과를 갖는다.
소수성화제의 역할은 물과 습기가 제품에 침투하는 것을 방지하는 것이다. 소수성화제로서 실란, 실리콘, 오일, 다양한 소수성 화합물 및 소수성 녹말을 사용할 수 있다.
폴리부텐-실란 조성물이 먼지결합제와 소수성화제로서 특히 유리하다는 것이 증명되었다. 폴리부텐 성분은 먼지결합제로서 작용하고 실란 성분은 소수성화제로서 작용한다.
다양한 그룹들 내에서, 양립가능한 화합물은 미리 혼합할 수 있는 반면, 양립불가능한 화합물은 적용 직전에 혼합하거나 별도의 노즐을 통하여 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 특히 미립자 미네랄 물질을 함유하는 연탄(briquette)의 제조에 있어서, 본 발명에 따라 얻어진 결합제를 다른 물질, 특히 미립자 미네랄 물질을 결합시키기 위하여 사용하는 것이 가능하다. 이러한 연탄은, 결합제의 우수한 결합 특성을 이용할 수 있는 모든 용도와 같은 다른 용도도 고려 가능하지만, 특히 미네랄 울 생산을 위하여 적합한 출발물질이다. 이러한 용도로 예컨대 철 제조를 위하여 철광석 연탄을 사용할 수 있다.
상기와 같은 연탄을 만드는데 원료로서 사용되는 미립자 미네랄 물질의 조성물은 연탄의 의도된 용도에 따라 다양하다. 연탄이 미네랄 울 생산에 사용될 때. 생산된 섬유의 원하는 화학 조성에 따라 미립자 미네랄 물질을 선택할 수 있다. 적합한 물질은 규사, 감람석사(olivine sand), 유리, 현무암(basalt stone), 슬랙, 미네랄 울 생산의 폐물질, 석회암, 백운석(dolomite), 규회석(wollastonite) 등과 같이, 이러한 목적으로 통상적으로 사용되는 석재와 다른 미네랄 물질을 포함한다. 상기 연탄은 미네랄 물질을 결합제와 단순히 혼합하고, 필요한 경우, 적절한 강도의 혼합물을 형성하기 위하여 물을 첨가함으로써 제조한다. 이러한 혼합물 또는 덩어리(mass)를 공지된 기술 그 자체를 사용하여 압축시키거나 압축진동시킴으로써 연탄을 형성하고, 제조공정과 함께, 또는 나중에 경화시킨다. 경화 공정은 예컨대 가열에 의하여 가속화될 수 있다.
결합제의 양은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 측정할 수 있다. 한 가지 예로서, 미네랄 울 생산을 위하에 연탄에 결합제로서 사용될 때, 결합제의 양은 일반적으로, 건조 물질로 계산하여, 산물의 건조중량에 대하여 약 1 ~ 15, 바람직하게는 1 ~ 5 중량%이지만, 원하는 산물이나 결합제의 반응성에 따라 더 많은 양이나 더 적은 양을 사용하는 것도 당연히 가능하다고 말 할 수 있다. 금속 광석 연탄에 결합제로서 사용될 때, 통상적인 양은 배치의 총 중량의 약 1 ~ 15, 바람직하게는 1 ~ 5 중량%일 수 있다. 본 발명에 따르면, 그린 강도 특성을 포함하는 우수한 강도 특성을 갖는 연탄을 얻을 수 있다.
하기의 실시예는 본 발명을 설명하는 것이지만 이로 인하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 결합제는 하기의 방법으로 제조할 수 있다.
섬유 지름이 3 ~ 4 ㎛ 이고 섬유 길이가 3 ~ 10 mm인 통상적인 락 울 섬유(rock wool fiber) 7.5 g 을 5 M의 포름산 용액 100 ml와 혼합하였다. 혼합에 있어서 효율적으로 혼합하고 용해공정의 속도를 더하기 위하여 고 절단 믹서를 사용하여야 한다. 일반적으로 용해는 1 ~ 2 시간 내에 완료된다. 섬유가 완전히 용해되었을 때, 분자량 1000 ~ 10000인 폴리에틸렌 글리콜과 같은 소량의 중합체를 용액의 고체 함유량을 기초로 하여 약 1 중량% 첨가하였다. 상기 중합체의 첨가 동안, 용액을 지속적으로 혼합하여 형성되는 입자를 안정화시켰다. 중합체의 양과 첨가 시간, 즉 모든 섬유가 용해되는 시점을 변화시킴으로써, 졸 입자의 크기가 최적의 겔 특성 및 결합 특성을 획득하는데 영향을 미칠 수 있다. 그리고 나서, 중합체가 입자 표면에 픕착될 수 있게 하기 위하여 콜로이드 입자 졸을 지속적으로 혼합하였다.
미네랄 울 제품의 생산을 위하여 결합제로서 사용될 때, 이렇게 제조된 결합 제를 통상적인 방법으로 미네랄 섬유에 분사하여 적용할 수 있다. 결합제를 경화시키고 온도를 약 150 ℃ 까지 증가시켜 과량의 물을 제거한다.
또한, 상기 결합제는, 예컨대 헨셸형(Henschel type)과 같은 믹서에서 미세하게 분쇄된 미네랄 원료와 함께 혼합됨으로써 연탄에서 결합제로서 사용될 수 있다. 몰드에서 혼합물을 형성하는 동안 소량의 물을 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 온도를 상승시키면서 경화시킬 수 있으며, 또한 공기 건조도 가능하다.
Claims (21)
- - 유리 비결정성 구조를 갖는 미립자 미네랄 물질을 수용액에 용해시켜서, 상기 물질의 응집 재침전 입자를 함유하는 용액을 형성하는 단계, 및- 상기와 같이 얻어진 용액을 안정화시켜 원하는 입자크기를 갖는 졸(sol)을 형성하는 단계를 포함하는 결합제 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 미립자 미네랄 물질이 소비후(post-consumer) 미네랄 섬유 제품 뿐 아니라, 스피닝 폐물질(spinning waste), 사용하지 않은 섬유 또는 제품과 같은 미네랄 섬유 생산으로부터 얻은 미네랄 울 물질인 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 용액을 pH 변화에 의하여 또는 용액의 전해 특징을 변화시킴으로써 안정화시키는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 용액을 계면활성제 또는 중합체에 의하거나, 계면활성제 및 중합체에 의하여 안정화시키는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 수용액이 알칼리성 용액인 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 알칼리성 용액이 알칼리 금속 또는 암모늄, 또는 알칼리 토금속의 히드록사이드, 카보네이트 또는 히드로카보네이트 용액인 것인 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 알칼리성 용액이 0.1 ~ 2 몰농도 알칼리 용액인 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 수용액이 산성이고, 무기산 또는 유기산 용액인 것인 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 안정화된 졸의 건조 물질 함량이 5 ~ 60 중량%인 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 졸의 입자크기가 약 1 ~ 1000 nm 인 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 용해가 온도 80 ~ 100 ℃ 에서 일어나는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 얻어진 졸이 이들 물질과 함께 접촉시켜 결합시키기 전에 겔을 형성하도록 하는 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 겔 형성이 pH 변화와 염 첨가 중 적어도 한가지에 의하여 일어나는 것인 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 미네랄 울 제품, 또는 미네랄 울 생산을 위한 원료 연탄, 또는 철광석 연탄의 제조를 위하여, 결합제를 미립자 미네랄 물질과 접촉시키는 단계를 추가적으로 포함하는 방법.
- - 유리 비결정성 구조를 갖는 미립자 미네랄 물질을 수용액에 용해시켜서, 상기 물질의 응집 재침전 입자를 함유하는 용액을 형성하는 단계,- 상기와 같이 얻어진 용액을 안정화시켜 원하는 입자크기를 갖는 졸을 형성하여 결합제 용액을 형성하는 단계, 및- 상기와 같이 얻어진 결합제를 미네랄 울 섬유와 접촉시켜 결합시키는 단계를 포함하는 미네랄 울 제품의 제조방법.
- 제 15 항에 있어서, 얻어진 졸이 미네랄 울 섬유와 접촉하기 전에 겔을 형성하도록 하는 방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 겔 형성이 pH 변화와 염 첨가 중 적어도 한가지에 의하여 일어나는 것인 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 결합제를 섬유 형성 직후에 섬유와 접촉시키는 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 결합제를 상기 섬유로부터 만들어진 미네랄 울 웹에 적용시키는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 졸을 형성하는 단계 후에 추가적으로 상기 졸의 건조 물질 함량을 조절하는 단계를 포함하는 결합제 제조방법.
- 제 15 항에 있어서, 원하는 입자크기를 갖는 졸을 형성하여 결합제 용액을 형성하는 단계와 얻어진 결합제를 미네랄 울 섬유와 접촉시켜 결합시키는 단계 사이에 추가적으로 상기 졸의 건조 물질 함량을 조절하는 단계를 포함하는 미네랄 울 제품의 제조방법.
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