KR100774863B1

KR100774863B1 - 압출성 시멘트 재료

Info

Publication number: KR100774863B1
Application number: KR1020027002424A
Authority: KR
Inventors: 굿윈피터콜; 포터벤자민더글라스; 고린지닐미니수레카; 지앙총준
Original assignee: 제임스 하디 인터내셔널 파이낸스 비.브이.
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2007-11-08
Also published as: CZ2002692A3; NZ517408A; ATE346021T1; DE60032023T2; CA2382274A1; WO2001016048A1; HK1047427B; AUPQ246599A0; BR0013615A; GT200000141A; PA8501501A1; MXPA02002008A; HK1047427A1; EP1246782A1; AR038652A1; TWI232210B; KR20020042654A; CN1185180C; PL353862A1; DK1246782T3

Abstract

본 발명은 시멘트 재료를 압출 처리하기 위한 방법 및 처리제에 관한 것으로, 이는 시멘트 재료에 대해 점성 개선제와 이 점성 개선제의 효과를 증대시키기에 충분한 양의 분산제를 첨가하는 단계를 포함한다. 점성 개선제의 효과를 증대시키므로써, 종래에 사용된 것에 비해 점성 개선제를 덜 사용하거나 저등급의 (저렴한) 점성 개선제를 사용해도 압출성이 유지될 수 있고, 또한 통상적인 투여량에 비해 동일한 양의 점성 개선제에 대해서 압출성이 개선될 수 있다.

시멘트 재료, 점성 개선제, 분산제, 압출성, 페이스트

Description

압출성 시멘트 재료{Extrudable cementitious material}

본 발명은 건축물(building products; 건설 제품)에 관한 것으로, 특히 강화된 섬유 시멘트 건축물에 관한 것이다.

강화 섬유 시멘트(FRC:Fiber Reinforced Cement) 보드 및 기타 제품들은 건물의 벽, 천정, 지붕, 플로어 등의 재료로서, 그리고 목조 부재(wood trim), 프레임 등의 대체물로서 널리 사용되어 왔다.

그러한 FRC 제품을 형성 및 성형하는 방법으로는, Hatschek 시트 프로세스, Mazza 파이프 프로세스, Magnani 시트 프로세스, 사출 성형, 핸드 레이-업, 주조, 필터 프레싱, 롤 성형(roll forming) 등을 포함하는 여러 가지 방법이 있다.

섬유 시멘트 제품의 압출은 제한된 기초하에서 실시되었으나, 그 상업적 실행가능성을 감소시키는 많은 곤란함을 갖는다. 압출 공정에 있어서, 시멘트 슬러리 또는 페이스트는 다이를 통해 가압되며, 재료는 상승된 압력에 놓이게 된다. 이러한 이유로, 상기 슬러리나 페이스트는 양호한 유동 특성을 갖는 것이 중요하다. 상기 시멘트 제형(formulation; 조성물)은 유동 특성과, 형상 유지 특성을 향상시키거나 또는 표면 마무리를 향상시키는 가공 보조제로서 거의 완전히 존재한다. 이들 첨가물의 공통된 형태는 크게 나누어 점성 개선제(VEA:Viscosity Enhancing Agents) 또는 '바인더(binder)'로 분류될 수 있다. 이들의 주요 기능은 액상의 점도를 증진시키고, 액상 및 고상('수분 유지')의 분리(segregation), 형상 유지의 부족, 고체 성분의 불균일한 분산 등과 같은 문제를 상쇄시키는 것이다.

벽돌 및 타일 산업에서 압출되는 클레이(진흙:clay)와 같은 재료를 위해서, 클레이의 고유의 양호한 유동 특성은 그러한 VEA의 사용이 최소화될 수 있고 따라서 저렴하다는 것을 의미한다. 그러나, 포밍(성형)을 필요로 하는 고체 현탁액이 (시멘트 슬러리 또는 페이스트와 같은) 플라스틱이 아니고, 본질적으로 유동에 저항할 때, 첨가물은 종종 고가의 고분자량의 유기 폴리머이다. 또한, 강화 섬유가 존재하므로써 점성 개선제에 대한 수요가 증가될 수 있는 바, 이는 특히 상기 강화 섬유가 분산되기 어렵거나 또는 양호한 수분 유지 특성을 갖지 않을 경우에 그러하다.

석면은 일반적으로 펄프 섬유에 비해 양호한 분산성 및 수분 유지 특성을 가지며, 시멘트 조성물에서 강화재로서 사용되면 점성 개선제의 고비용적인 사용을 덜 요구하지만, 당업계에 공지되어 있듯이, 석면 섬유의 사용은 많은 나라에서 불법적이며(규제되며), 그 사용이 적법한 나라에서 조차도 바람직하지 않다.

따라서, 압출가능한 시멘트 페이스트용 강화 섬유를 찾아내는데 있어서의 예전의 노력들은 비석면 섬유에 집중되어 있으며, 특히 그 분산 및 수분 유지 특성이 점성 개선제의 최소한의 사용으로 압출 성형에 사용하기에 적합하게 만들도록 그러한 비석면 섬유를 선택 또는 취급하는데 집중되어 있었다. 예를 들어, 미국 특허 제5,891,374호에는 강화 섬유 시멘트 매트릭스 복합물을 제조하기 위한 방법이 개시되어 있다. 이 공보에서는 압출 및 경화된 복합물을 제조하기 위해 유압 시멘트, 물, 및 소량의 수용성 결합제(binder)가 합성 섬유와 혼합된다. 선택적으로, 부하 지지 방향으로 섬유의 배열을 돕기 위해 물 감소제가 첨가된다.

그러한 합성 섬유가 통상적으로 사용된다. 그러나, 이들 합성 섬유는 고가이며 일부는 압력솥과 같은 고온에서 경화될 수 없다. 오늘날, 목재 펄프 섬유는 건설 자재용 시멘트 복합물을 강화하기 위해 주로 선택되는 섬유로 남아 있으며, 이들은 기계적 강도, 인성(toughness) 및 내구성과 관련하여 저비용으로 탁월한 성능을 발휘한다. 그러나, 목재 펄프 섬유를 함유하는 압출성 시멘트 혼합물은 유동(rheology) 조정에 있어서 상당히 엄격한 요건을 가지며, 점성 개선제로서 고가의 고분자량(molecular weight)의 유기 폴리머를 필요로 한다.

점성 개선제는 두가지 기능을 수행하는 것으로 믿어진다. 첫번째로는 슬러리의 수분 유지 특성을 향상시키기 위한 높은 고체 현탁액 농축기로서 작용하고, 두번째로는 현탁 입자들을 윤활시켜서 상기 높은 고체상 현탁액이 상 분리 및 분리 없이 변형하에 유동하게 한다.

그러한 점성 개선제의 효율은 세가지 작용의 조합일 것으로 믿어지는 바, 이들 작용은 다음과 같다:

긴-사슬형(long-chain) 폴리머 분자에 의해 수분을 흡수하여 혼합수의 점성을 증가시키는 것;

인접하는 폴리머 체인을 연합시켜 수분의 이동을 추가로 차단하는 것;

폴리머 체인을 서로 얽어 결합시켜서 얇은 희석(sheer thinning) 방식으로 거동하는 것.

압출에 의해 처리되는 시멘트 및 펄프 섬유를 포함하는 현탁액을 위해서, 통상적으로 사용되는 점성 개선제는 메틸 셀룰로스, 하이드록시프로필 메틸 셀룰로스 또는 하이드록시에틸 메틸 셀룰로스와 같은 고점성 셀룰로스 에테르이다. 미국 특허 제5,047,086호에는 상기 혼합물의 제조에서 0.2 - 1 중량% 정도에서 매우 높은 점성(20℃에서 80,000 cps ＠ 2% 용액을 초과하는)의 알킬셀룰로스 및/또는 하이드록시알킬알킬셀룰로스의 사용을 개시하고 있다. 상기 특허는 또한 상기 혼합물(석면 섬유/시멘트 압출 혼합물에 사용되는 것과 유사한)의 저점성(20℃에서 12,000 내지 40,000 cps ＠ 2% 용액) 등급이 사용되면, 보다 높은 첨가 레벨이 요망된다고 개시하고 있다.

사용되는 양을 최소화하기 위한 노력으로서 고점성 등급제로 성형이 이루어질 때라도, 압출 성형의 전체 비용에 대한 점성 개선제의 가격비는 1/4 내지 1/2 정도가 될 수 있다. 따라서, 우수한 성형성(mouldability)을 얻는데 필요한 점성 개선제의 비용 및/또는 양을 감소시키는 방법이 매우 요망되는 것이 명확하다.

가격 면에 부가하여, 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC) 및 하이드록시에틸 메틸셀룰로스(HEMC)와 같은 고효율 점성 개선제는 고온 겔화(gelation)로 알려진 현상을 겪는다. 즉, 상기 개선제의 점성은 온도가 겔 온도로 알려진 특정 한계 온도를 넘어설 때 급격히 증가한다. 이들 점성 개선제의 겔 온도는 정확한 화학적 성질(즉, 치환 정도 등)에 따라 변화한다. 이 현상이 일부 적용에 있어서 유용할 수 있지만, 다른 적용에는 제한적이다. 예를 들어, 오랜 기간의 급속 작동 중의 압출기 배럴의 온도 상승을 상쇄하여, 압출물을 사용되는 점성 개선제의 겔 온도 이하로 유지하기 위해서는 때때로 냉각 재킷이 필요하기도 하다. 그 결과, 몇몇 경우에 이러한 문제를 회피하기 위해 높은 겔 온도를 갖는 점성 개선제가 선호된다. 그러므로, 써멀 겔화(하이드록시에틸 셀룰로스(HEC)와 같은)를 겪지 않는 점성 개선제 형태의 사용 능력이 어떤 경우에는 상당한 장점이 될 것이다.
본 발명은 종래 기술의 결점의 적어도 일부를 개선하거나 그것의 상업적인 대체물을 제공하기 위한 것이다.

삭제

첫번째 특징에 있어서, 본 발명은 점성 개선제와, 압출성 시멘트 재료의 압출 중에 점성 개선제의 효과를 증진시키기에 충분한 양의 분산제를 포함하는, 압출성 시멘트 재료에 사용하기 위한 압출 처리제를 제공한다.

본 출원인은 적절한 분산제의 첨가에 의해 점성 개선제의 효과가 증대될 수 있음을 알았다. 점성 개선제의 효과의 증대시키는 것은 하기의 세가지 결과 중 하나를 제공하기에 충분한 적합한 분산제의 첨가에 관한 것이다:

a) 분산제 없이 종래의 투여량에 비해 낮은 점성 개선제로 압출성을 유지하는 것,

b) 종래에 사용된 것보다 낮은 등급(저렴한)의 점성 개선제의 사용으로 압출성을 유지하는 것, 또는

c) 종래의 투여량에 비해 동일한 양의 점성 개선제에 있어서 압출성을 향상시키는 것.

내용이 명백히 다른 것을 요구하지 않는 한, 명세서 및 청구범위를 통해서, '포함한다', '포함하는' 등의 표현은 배타적인 의미와 반대되는 포괄적인 의미로, 즉 "포함하지만 제한되지 않는" 의미로 이해되어야 한다.

두번째 특징에서, 본 발명은 석회, 실리카, 밀도 변형제, 강화 섬유 및 물을 선택적으로 갖는 시멘트 재료와, 점성 개선제, 및 시멘트 제형의 압출 중에 점성 개선제의 효과를 증진시키기에 충분한 양의 분산제를 포함하는 압출 가능한 시멘트 제형을 제공한다.

세번째 특징에서, 본 발명은 압출 중에 점성 개선제의 효과를 증진시키기 위한 목적으로 시멘트 재료 압출에서 하나 이상의 분산제를 제공한다.

가소제 또는 수퍼 가소제로도 알려져 있는 분산제는 페이스트 작업성을 향상시키거나 유동성을 증대시키기 위해 콘크리트 산업에서 오랫동안 사용되어 왔다. 시멘트 입자 중에 존재하여 응집화를 초래하는 인력은 음이온 폴리머를 흡수하므로써 중화된다. 이들 시멘트 입자들의 분산은 네거티브하게 대전된 그룹의 흡수에 의해 생성된 전기적 척력(repulsion)에 관계된다. 이 메커니즘은 술폰화(sulphonated) 멜라민 포름알데히드 및 술폰화 나프탈렌 포름알데히트와 같은 술폰화 형태 분산제에서 확인되었다. 아크릴 폴리머용 분산 메커니즘은 정전 척력보다는 입체 장애 효과에 기인하는 것으로 믿어진다. 그러나, 이들 분산제는 강화 섬유 시멘트 슬러리에서 유동 변형제로서 사용되지 않았다.

본 출원인은 점성 개선제와 분산제 사이에 놀랄만한 상승 작용을 발견하였다. 점성 개선제와 분산제의 조합은 어느 한쪽의 단독 성분만에 비해 유동학적 변형의 측면에서 훨씬 우수하다. 분산제의 첨가는 또한 기존에 제안된 것에 비해 훨씬 넓은 범위의 점성 개선제의 사용을 가능케 한다. 설명하자면, 상술한 바와 같이, 가장 일반적인 점성 개선제는 하이드록시프로필메틸 셀룰로스, 하이드록시에틸메틸 셀룰로스 및 메틸 셀룰로스이다. 이들 제품은 상당히 비싸며, 따라서 다량의 첨가는 회피하는 것이 적합하다.

점성 개선제를 분산제와 조합하므로써, 점성 개선제의 효율이 증가되며, 따라서 그 압출성, 즉 힘이 가해진 상태에서의 유동 능력이 향상되거나, 또는 압출성을 유지하는데 필요한 점성 개선제의 양을 감소시킨다. 또한, 저 등급의 하이드록시프로필메틸 셀룰로스 또는 하이드록시에틸 셀룰로스와 같은 보다 저렴한 점성 개선제가 사용될 수 있다. 이들 보다 저렴한 점성 개선제는 높은 등급의 셀룰로스 에테르의 비용의 절반이 될 수 있다.

본 발명은 보다 적은 양의 점성 개선제의 사용 및/또는 보다 낮은(저렴한) 등급의 점성 개선제의 사용을 가능하게 함으로써 성형성 및 작업성이 향상되거나 대안으로서 비용이 절감되는 조성물의 형성을 가능하게 한다. 0.05 내지 0.5 중량%의 분산제의 첨가는 점성 개선제에 대한 요건이 20% 감소되고, 보다 덜 강력한 점성 개선제는 통상적인 레벨의 점성 개선제를 갖는 조성물에 비해 동등하거나 보다 우수한 압출성을 갖고 사용된다.

당업자에게 있어서 명백한 바와 같이, 그리고 상술한 바와 같이, 압출성 향상/유지를 위해 점성 개선제의 효율을 높이면 또한 분리, 균열, 상분리, 탈수 등의 일반적인 압출상의 문제들이 방지될 것이다. 또한 결과적으로 압출물의 형상이 보다 양호한 유지 및 구조적 강도가 향상된다.

몇몇 경우에, 압출성의 개선은 압출 속도를 빠르게 하므로써 나타난다. 예를 들어, 점성 개선제를 포함하고 약간의 분산제를 선택적으로 포함하는 몇몇 시멘트 제형은 염료상에 비교적 높은 헤드 압력으로 비교적 느린 속도로 압출될 것이다. 본 출원인은 적절한 양의 분산제를 첨가하므로써 압출 속도가 현저히 증가되고 마찬가지로 염료에 대한 헤드 압력이 감소되는 것을 발견하였다. 그러한 결과는 통상 시멘트 페이스트내에서 점성 개선제의 양 또는 등급을 증가시키므로써 달성된다. 그러한 개선이 단순히 분산제의 첨가만으로 달성될 수 있을 것이라고는 기대되지 않았다.

높은 등급의 점성 개선제의 예로서는 알킬셀룰로스 또는 하이드록시알킬 알킬셀룰로스와 같은 고분자량 셀룰로스 에테르이다. 낮은 등급의 VEA는 저분자량에서 동일한 혼합물이 될 것이다. 본 발명에서 사용하기 위한 적절한 점성 개선제로서는 메틸 셀룰로스, 하이드록시에틸 셀룰로스, 하이드록시에틸메틸 셀룰로스, 하이드록시프로필메틸 셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 하이드록시부틸메틸 셀룰로스, 폴리비닐 알콜, 클레이, 개질(변성) 클레이, 웰란 검(Welan gum) 및 기타 천연 검이 포함된다. 점성 개선제 및/또는 분산제는 시멘트 슬러리에 함께 또는 개별적으로 첨가될 수 있거나, 또는 실제로는 슬러리 제조에 앞서 건조 제형에 포함될 수 있다. 당업자에게 명백하듯이, 상기 분산제와 점성 개선제는 균일한 혼합을 제공하기 위해 슬러리를 통해 완전히 혼합된다.

적절한 분산제로는 술폰화 멜라민 포름알데히드, 술폰화 나프탈렌 포름알데히드, 아미노-설포네이트 폴리머, 개질된 리그노설포네이트(lignosulfonate) 재료, 및 아크릴 에스테르와 아크릴산의 코폴리머와, 폴리카르복실레이트 에스테르와 아크릴산의 코폴리머와 같은 아크릴 폴리머, 및 가교결합된 아크릴 폴리머를 포함한다.

네번째 특징에서, 본 발명은 시멘트 재료를 압출하기 위한 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법은 시멘트 재료에 함유된 점성 개선제의 효과를 증진시키기에 충분한 양의 분산제를 첨가하는 단계를 포함한다.

다섯번째 특징에서, 본 발명은 압출에 의해 시멘트 재료를 처리하기 위한 방법을 제공하는 것으로서, 이 방법은 압출 중에 시멘트 재료에 대해 점성 개선제와 이 점성 개선제의 효과를 증진시키기에 충분한 양의 분산제를 첨가하는 단계를 포함한다.

삭제

상술한 바와 같이, 시멘트성 페이스트 또는 슬러리를 압출할 때는 점성 개선제의 사용으로 인한 비용을 최소화하면서 엄격한 유동학적 기준을 충족하는 것이 중요하다.

점성 개선제와 분산제의 적절한 양을 결정하기 위해서, 또는 상이한 제형의 비교 분석을 실제로 실시하기 위해서, 간단한 압출 테스트가 행해질 수 있으며, 그에 따르면 점성 개선제와 분산제를 포함하는 시멘트성 페이스트가 제공된다. 처리된 페이스트는 이후 압출성을 확인하기 위해 테스트 압력으로 테스트 다이에 적용된다. 당업자에게 명백하듯이, 점성 개선제와 분산제의 정확한 양은 사용되는 시약(agent)의 형태, 시멘트성 페이스트의 함량, 및 실제로 시멘트성 페이스트가 사용될 압출 장비를 포함하는 각종 인자에 의존한다.

이 단계에서 분산제와 점성 개선제 사이에 왜 상승효과가 얻어지는지는 완전히 분명치 않다. 그러나 각종 점성 개선제와 분산제 사이에서 상승 효과는 다르다. 일부 경우에 점성 개선제의 효과가 단지 약간만 증가하였으나, 모든 혼합물은 동일한 상승 효과를 나타내었으며, 본 출원인은 상승 효과가 전면적인 작업으로 유지되어서는 안된다는 근거를 본적이 없다.

점성 개선제와 분산제는 동시에 또는 개별적으로 시멘트 재료에 첨가될 수 있다. 상기 점성 개선제와 분산제는 다른 고체 성분에 물을 첨가하기 전이나 후에 건조 고체 성분(dry solids)으로서 첨가될 수 있다. 점성 개선제와 분산제는 또한 우선 물에 분산되고 이후 다른 고체 성분에 첨가될 수 있다. 액체, 고체, 용액, 에멀션(emulsion) 또는 서스펜션(suspension) 형태의 점성 개선제와 분산제가 사용될 수 있다.

또한 점성 개선제와 분산제, 및 연속적으로 물과 혼합되어 페이스트(paste)나 슬러리(slurry)를 형성하기 위해 함께 건조 혼합되는 시멘트 재료, 밀도 변형제, 섬유 등을 포함하는 제품의 다른 모든 성분을 제공할 수도 있다.

선택적으로, 예를 들어 시멘트 재료, 석회, 실리카, 밀도 변형제 등과 같은 고체 성분들 중 일부는 점성 개선제와 완전하게 건조 혼합될 수 있다. 이후 물이 첨가되어 혼합물을 미리 적실 수 있다. 이후 분산제는 나머지 물에서 용해되고 혼합물에 용액으로서 첨가될 수 있다. 혼합은 일반적으로 5 분 이상 필요치 않다. 전체적인 습식 혼합 시간은 통상 15분을 초과하지 않는 것이 적합하다. 결과적인 혼합물은 이후 반죽 시설의 효과에 따라 대략 5분간 반죽된다. 이와 관련하여 장기간의 반죽 시간은 회피되어야 한다. 재료는 이후 압출 장치에 사용하기에 적합하다.

다른 형태에서, 시멘트 슬러리 또는 페이스트는 소정의 밀도를 갖게 될 것이며, 적절한 양의 점성 개선제 및 분산제가 분말로서 페이스트에 연이어 첨가된다. 이 예에서, 점성 개선제와 분산제를 페이스트에서 완전히 혼합하려면 오랜 기간의 반죽이 필요하다.

바람직하다면, 점성 개선제와 분산제는 FRC 혼합물의 각 성분을 통해 시멘트 슬러리 또는 페이스트에 제공될 수 있다. 설명하자면, 강화 펄프 섬유를 분산제로 예비 처리하는 것이 적절할 것이다. 시멘트 재료는 점성 개선제에 의해 예비 투여될 수 있으며, 따라서 섬유와의 혼합시에 분산제와 조합된다.

또한 하나 이상의 점성 개선제와 하나 이상의 분산제가 혼합물에 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

전술한 방식으로 형성된 조성물은 주위 온도와 압력에서 또는 보다 높은 온도와 압력에서 경화될 수 있다. 고온에서의 스티밍(steaming) 또는 고온 및 고압에서의 오토클레이빙(autoclaving)과 같은 경화 방법이 있을 수 있다. 종래 기술과 달리, 결과적인 압출된 시멘트 재료는 오토클레이브 경화에 적합하다. 이것이 오토클레이빙에 부적합한 합성 섬유를 사용하는 종래 기술과 구별되는 또 다른 점이다.

예비 경화 시간, 온도, 압력, 및 경화 시간과 같은 경화의 정확한 체제(regime)는 특정한 제형을 위해 최적화되어야 한다. 잘 알려져 있듯이, 최적의 강도를 달성하기 위해서, 경화 중에 시멘트 제품이 건조되는 것을 방지하는 것이 중요하다.

본 발명의 방법을 사용하여 형성된 조성물은 높은 등급의 점성 개선제를 사용하는 종래 기술로 만들어진 견본과 비교했을 때 경화 중에 또는 그 후에 물리적 또는 기계적 특성의 측면에서 어떠한 역효과도 나타내지 않는다. 사실 분산제의 사용은 우수한 표면 마무리의 형성을 보조하는 것으로 나타났다.

개시된 방법과 처리제는 또한 높은 비율의 밀도 변형 첨가물을 함유하는 저밀도의 혼합물을 제조하는데 특히 적합하다. 그러한 첨가물의 예로서는 펄라이트, 버미큘라이트(vermiculite), 저밀도 칼슘 실리케이트 수화물, 세라믹 중공 구체(sphere), 비산회(fly ash) 등이 있을 수 있다. 본 발명은 또한 밀도를 변형하기 위해 공기 비말동반제의 첨가와 함께 사용될 수도 있다. 본 발명을 이용하면 1.2 g/㎤ 이하의 밀도가 얻어질 수 있다.

또 다른 특징에서, 본 발명은 시멘트 재료, 밀도 변형 첨가물, 점성 개선제 및 분산제를 물에 첨가하는 단계와, 그 결과로 얻어지는 페이스트를 압출하는 단계와, 압출된 물품을 경화시키는 단계를 포함하고, 상기 분산제는 점성 개선제의 효과를 증진시키기에 충분한 양만큼 첨가되는, 저밀도 시멘트 제품 형성 방법을 제공한다.

본 발명은 또한 다양한 강화 섬유를 함유하는 조성물에 적합하다. 그러한 섬유의 예로서는 목재 펄프(셀룰로스) 섬유, 석회 섬유, 폴리머 섬유, 글래스 또는 금속 섬유가 있을 것이다. 이는 본 발명으로부터 기인하는 다른 장점이다. 종래의 압출 기술은 특정 섬유와 특정 섬유 내용물에 한정되었다. 본 발명은 조작자가 물품을 그 소망하는 용도에 정합되도록 예를 들어 25% 체적 근처까지 섬유의 형태와 양을 선택할 수 있다.

또한, 점성 개선제와 분산제의 첨가는 표면 마무리(finish)가 개선된 압출 제품을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 왜 이런 일이 일어나는지는 불명확하지만, 본 출원인은 본 발명에 따른 압출된 물품과 종래 기술의 압출된 물품 사이에 명백하고도 가시적인 표면 마무리의 개선을 발견하였다. 이는 섬유 함량이 15% 이상인 물품에서도 마찬가지이다.

본 발명은 이제 하기의 비제한적인 실시예를 참조하여 기술될 것이다:

실시예 1

표 1에 나타난 재료와 비율에 따라 조성물이 준비되었으며, 고체 성분은 고속 Eirich 믹서기로 혼합된 후 Hobart 믹서기로 물과 함께 반죽되었다. 그렇게 생성된 페이스트는 75mm 배럴을 갖는 핸들 래보러토리(Handle laboratory) 압출기를 사용하여 50mm 폭과 10mm 두께의 시트로 압출되었다. 각 형태의 점성 개선제에 대하여, 양호한 압출, 표면 마무리 및 형상 유지에 소요되는 최소치를 알아내기 위해 첨가 레벨을 달리하면서 반복 실험이 이루어졌다.

재료	세부사항	사용량
섬유	Weyerhaeuser제의 표백된 연질목재 크라프트 펄프	고체의 11 중량%
시멘트	Blue Circle Southern의 OTC Type 1	시멘트:실리카 60:40
실리카	200G 제분된 석영	시멘트:실리카 60:40
물		전체 중량의 30%

표 2는 그 원산지, 화학적 조성, 및 가격에 대해 몇가지 시험된 점성 개선제와 분산제를 나타내고 있다.

타입	세부사항	비용
VEA1	Shin-Etsu 90SHV-WF 하이드록시에틸 메틸 셀룰로스(HEMC) (12,000 mPas, 1% 용액@20℃,Brookfield)	US $8.00/kg
VEA2	Wolff Walsrode Walocel VP-M20677 하이드록시에틸 메틸 셀룰로스(HEMC) (75,000-85,000 mPas, -2% 용액@20℃,Haake Rotovisko)	US $7.41/kg
VEA3	Dow J75 하이드록시프로필 메틸 셀룰로스(HPMC) (75,000 mPas, 2% 용액 및 3000 mPas, 1%)	US $8.50/kg
VEA4	Union Carbide Cellosize QP 100MH 하이드록시에틸 셀룰로스(HEC) (4000-6000 mPas, 1% 용액@25℃, Brookfield)	US $6.50/kg
VEA5	Dow J20 하이드록시프로필 메틸 셀룰로스(HPMC) (20,000 mPas, 2% 용액 및 900 mPas, 1% 용액@20℃, Ubbelohde tube)
VEA6	Sigma Aldrich-41,933-8 카르복시 메틸 셀룰로스(CMC) Av Mol. Wt-700,000 치환 정도 = 0.9
DA1	SKW Melment F15 Sulfonated melamine formaldehyde(SMF)	US $2.80/kg

표 3은 압출 성형에서의 동등한 성능을 갖고 분산제의 효과 비교를 가능하게 하는, 점성 개선제와 분산제의 조합 및 점성 개선제의 첨가 레벨을 나타내고 있다.

	DA1이 없을때의 소요량	DA1이 0.2%일때의 소요량	제형 비용 US $/tonne OLD NEW
VEA1	1.5 %	1.2 %	158.22	145.38
VEA2	1.5 %	1.2 %	151.98	140.39
VEA3	1.75 %	1.5 %	163.89	149.92
VEA4	부적절한 성능	1.2 %		132.77

실시예 2

표 4에 정의된 재료 및 비율에 따라 조성물이 준비되었다. 고체 성분은 고속 Eirich 믹서기로 혼합되었고, 이어서 Hobart 믹서기로 물/VEA 용액과 혼합되었다. 그렇게 생성된 페이스트는 이후 75mm 배럴을 갖는 핸들 래보러토리 압출기를 사용하여 50mm 폭과 10 mm두께의 시트로 압출되었다. 각 형태의 점성 개선제에 대하여, 양호한 압출, 표면 마무리 및 형상 유지에 소요되는 최소치를 알아내기 위해 첨가 레벨을 달리하면서 반복 실험이 이루어졌다. 표 5는 신규 발명의 방법을 사용하거나 사용하지 않은 상태에서 필요한 점성 개선제의 레벨을 나타낸다.

재료	세부사항	사용량
섬유	Weyerhaeuser 제의 표백된 연질목재 크라프트 펄프	고체의 9 중량%
시멘트	Blue Circle Southern의 OPC Type 1	시멘트:실리카 60:40
실리카	200G 제분된 쿼츠	시멘트:실리카 60:40
밀도 변형제	저밀도 칼슘 실리케이트 수화물	고체의 10 중량%
물		전체 중량의 38% (VEA6가 사용될 때 41%)

	DA1이 없을때의 소요량	DA1이 0.3%일때의 소요량	제형 비용 US $/tonne OLD NEW
VEA3	2 %	1.8 %	183.11	177.68
VEA4	부적절한 성능	1.8 %	-	154.84
VEA5	부적절한 성능	2 %	-	-
VEA6	부적절한 성능	2.2 %	-	147.63^＊

* 평가치

실시예 3

표 6에 정의된 재료 및 비율에 따라 두가지 조성물, 즉 VEA3(Mix 1)을 포함하는 조성물과 VEA4/DA1(Mix 2)를 포함하는 조성물이 준비되었다. VEA3은 높은 등급의 HPMC이고 VEA4는 저렴한 HEC 혼합물이다. 각각에 있어서 모든 고체상 혼합물은 고속 Eirich 믹서기로 혼합되었다. 이후 건조 고체 성분은 균질의 페이스트가 형성될 때까지 Hobart 믹서기로 물과 함께 반죽되었다. 생성된 페이스트는 이후 75mm 배럴을 갖는 핸들 래보러토리 압출기를 사용하여 50mm 폭과 10mm 두께의 시트로 압출되었다. 샘플의 절반은 주위 조건에서 8시간 동안 예비 경화되었으며, 나머지 절반은 주위 조건에서 36 시간 동안 예비 경화되었다. 스트립들은 이후 오토클레이브에서 포화증기압하에서 177℃에서 8시간 동안 경화처리되었다. 두 조성물의 기계적 특성들이 테스트되었으며, 그래프 1은 그 결과를 도시한다. VEA3과 VEA4/DA1으로 제조된 샘플들 사이에는 측정된 기계적 특성의 현저한 차이가 없다. 또한 VEA4/DA1으로 제조된 샘플은 둘 중 보다 나은 표면 마무리를 갖는 것으로 관측되었다.

재료	세부사항	사용량
섬유	Weyerhaeuser 제의 표백된 연질목재 크라프트 펄프	고체의 9 중량%
시멘트	Blue Circle Southern의 OPC Type 1	시멘트:실리카 60:40
실리카	200G 제분된 쿼츠	시멘트:실리카 60:40
밀도변형제	PQ Extendospheres (중공 세라믹 스피어, 유효 밀도 ~ 0.7 g/cc)	고체의 10 중량%
물		전체 중량의 30%
VEA3	표 2에서와 동일	Mix 1에서의 2%
VEA4	표 2에서와 동일	Mix 2에서의 2%
DA1	표 2에서와 동일	Mix 2에서의 0.3%

그래프 1

실시예 4

표 7에 정의된 재료 및 비율에 따라 조성물이 준비되었으며, 고체 성분은 고속 Eirich 믹서기로 혼합되었고 이후 Hobart 믹서기로 물과 함께 반죽되었다. 이후 생성된 페이스트는 75mm 배럴을 갖는 핸들 래보러토리 압출기를 사용하여 50mm 폭과 10mm 두께의 시트로 압출되었다. 표 8은 사용되는 점성 개선제와 분산제를 나타내며, 표 9는 분산제가 있을때와 없을때 각각 요구되는 점성 개선제의 정도를 나타내며 상승효과를 보여준다.

재료	세부사항	사용량
섬유	Weyerhaeuser 제의 표백된 연질목재 크라프트 펄프	고체의 9 중량%
시멘트	Blue Circle Southern의 OPC Type 1	시멘트:실리카 60:40
실리카	200G 제분된 쿼츠	시멘트:실리카 60:40
밀도 변형제	저밀도 칼슘 실리케이트 수화물	고체의 30 중량%
물		전체 중량의 52%

타입	세부사항	비용
VEA7	Elementis사의 Rheolate 101 알카리 팽창성 개질된 폴리아크릴레이트 에멀션 (15 Pa.s, 1% sol.@1 1/S(shear rate) and PH=7.0, 25 deg.C Brookfield)	US $ 6.28/kg
DA1	SKW Melment F15 술폰화 멜라민 포름알데히드(SMF)	US $ 2.80/kg

	DA1이 없을때의 소요량	DA1이 0.3%일때의 소요량	제형 비용 (US $/tonne) OLD NEW
VEA7	5.5 %	4.5 %	233.87	206.63

당업자라면 실시예들이 단지 예시적인 것이며 본 발명의 취지 및 범주를 벗어나지 않는 다른 실시예들이 있을 수 있음을 이해할 것이다.

Claims

점성 개선제, 및 시멘트 재료의 압출 중에 상기 점성 개선제의 효과를 증대시키기에 충분한 양의 분산제를 포함하는, 시멘트 재료의 압출에 사용되는 압출 처리제.
제 1 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 상기 시멘트 재료의 건조 고체 성분의 0.3 내지 5 중량%로서 제공되고, 상기 분산제는 상기 시멘트 재료의 건조 고체 성분의 0.05 내지 0.5 중량%로서 제공되는 압출 처리제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량에 비해 점성 개선제의 투여량이 감소된 상태에서 시멘트 재료의 압출성을 유지하기에 충분한 양으로 첨가되는 압출 처리제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량에 비해 저등급의 또는 저분자량의 점성 개선제를 사용한 상태에서 상기 시멘트 재료의 압출성을 유지하기에 충분한 양으로 첨가되는 압출 처리제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량과 거의 동등한 양의 점성 개선제에 대해 압출성을 개선하기에 충분한 양으로 첨가되는 압출 처리제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 셀룰로스 에테르인 압출 처리제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 하이드록시 알킬 셀룰로스, 하이드록시 알킬 알킬 셀룰로스, 카르복시 알킬 셀룰로스 또는 알킬 셀룰로스, 또는 그 혼합물인 압출 처리제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 셀룰로스, 카르복시 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스 및 하이드록시 부틸 메틸 셀룰로스 또는 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 압출 처리제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 폴리비닐 알콜, 웰란 검(Welan gum), 로커스트 빈(locust bean) 검, 구아(guar) 검을 포함하는 검, 알긴산 나트륨, 아크릴 공중합체의 팽창성 알카리 에멀션, 클레이 또는 개질 클레이, 폴리에틸렌 글리콜 및 아크릴계 폴리머 또는 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 압출 처리제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분산제는 술폰화 형태의 분산제인 압출 처리제.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분산제는 술폰화 멜라민 포름알데히드 또는 술폰화 나프탈렌 포름알데히드인 압출 처리제.
석회, 실리카, 강화 섬유와 물을 선택적으로 갖는 시멘트 재료, 및 점성 개선제와 시멘트 제형(formulation)의 압출 중에 상기 점성 개선제의 효과를 증대시키기에 충분한 양의 분산제를 포함하는 압출성 시멘트 제형.
제 12 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 상기 시멘트 재료의 건조 고체 성분의 0.3 내지 5 중량%를 포함하고, 상기 분산제는 상기 시멘트 재료의 건조 고체 성분의 0.05 내지 0.5 중량%를 포함하는 시멘트 제형.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량에 비해 점성 개선제의 투여량이 감소된 상태에서 압출성을 유지하기에 충분한 양으로 첨가되는 시멘트 제형.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량에 비해 저등급의 또는 저분자량의 점성 개선제를 사용한 상태에서 압출성을 유지하기에 충분한 양으로 첨가되는 시멘트 제형.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량과 거의 동등한 양의 점성 개선제에 대해 압출성을 유지하기에 충분한 양으로 첨가되는 시멘트 제형.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 셀룰로스 에테르인 시멘트 제형.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 하이드록시 알킬 셀룰로스, 하이드록시 알킬 알킬 셀룰로스, 카르복시 알킬 셀룰로스 또는 알킬 셀룰로스, 또는 그 혼합물인 시멘트 제형.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 셀룰로스, 카르복시 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스 및 하이드록시 부틸 메틸 셀룰로스 또는 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 시멘트 제형.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 폴리비닐 알콜, 웰란 검, 로커스트 빈 검, 구아 검을 포함하는 검, 알긴산 나트륨, 아크릴 공중합체의 팽창성 알카리 에멀션, 클레이 또는 개질 클레이, 폴리에틸렌 글리콜 및 아크릴계 폴리머 또는 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 시멘트 제형.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 분산제는 술폰화 형태의 분산제인 시멘트 제형.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 분산제는 술폰화 멜라민 포름알데히드 또는 술폰화 나프탈렌 포름알데히드인 시멘트 제형.
시멘트 재료의 압출에 있어서 이 압출 중에 점성 개선제의 효과를 증대시키기 위해 하나 이상의 분산제를 사용하는 방법.
시멘트 재료를 압출하기 위한 방법으로서, 상기 시멘트 재료에 함유된 점성 개선제의 효과를 증대시키기에 충분한 양의 분산제를 첨가하는 단계를 포함하는 시멘트 재료 압출 방법.
제 24 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 상기 시멘트 재료의 건조 고체 성분의 0.3 내지 5 중량%로서 제공되고, 상기 분산제는 상기 시멘트 재료의 건조 고체 성분의 0.05 내지 0.5 중량%로서 제공되는 시멘트 재료 압출 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량에 비해 점성 개선제의 투여량이 감소된 상태에서 시멘트 재료의 압출성을 유지하기에 충분한 양으로 첨가되는 시멘트 재료 압출 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량에 비해 저등급의 또는 저분자량의 점성 개선제를 사용한 상태에서 상기 시멘트 재료의 압출성을 유지하기에 충분한 양으로 첨가되는 시멘트 재료 압출 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량과 거의 동등한 양의 점성 개선제에 대해 압출성을 개선하기에 충분한 양으로 첨가되는 시멘트 재료 압출 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 셀룰로스 에테르인 시멘트 재료 압출 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 하이드록시 알킬 셀룰로스, 하이드록시 알킬 알킬 셀룰로스, 카르복시 알킬 셀룰로스 또는 알킬 셀룰로스, 또는 그 혼합물인 시멘트 재료 압출 제조 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 셀룰로스, 카르복시 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스 및 하이드록시 부틸 메틸 셀룰로스 또는 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 시멘트 재료 압출 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 폴리비닐 알콜, 웰란 검, 로커스트 빈 검, 구아 검을 포함하는 검, 알긴산 나트륨, 아크릴 공중합체의 팽창성 알카리 에멀션, 클레이 또는 개질 클레이, 폴리에틸렌 글리콜 및 아크릴계 폴리머 또는 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 시멘트 재료 압출 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 분산제는 술폰화 형태의 분산제인 시멘트 재료 압출 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 분산제는 술폰화 멜라민 포름알데히드 또는 술폰화 나프탈렌 포름알데히드인 시멘트 재료 압출 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 점성 개선제와 분산제는 상기 시멘트 재료의 처리 이전에 조합되는 시멘트 재료 압출 방법.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 점성 개선제와 분산제는 상기 시멘트 재료와 제자리(insitu)에서 조합되는 시멘트 재료 압출 방법.
압출하기 위한 시멘트 재료를 처리하는 방법으로서, 상기 압출 중에 상기 시멘트 재료에 대해, 점성 개선제 및 상기 점성 개선제의 효과를 증대시키기에 충분한 양의 분산제를 첨가하는 단계를 포함하는 시멘트 재료 처리 방법.
제 37 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 상기 시멘트 재료의 건조 고체 성분의 0.3 내지 5 중량%를 포함하고, 상기 분산제는 상기 시멘트 재료의 건조 고체 성분의 0.05 내지 0.5 중량%를 포함하는 시멘트 재료 처리 방법.
제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량에 비해 점성 개선제의 투여량이 감소된 상태에서 압출성을 유지하기에 충분한 양으로 첨가되는 시멘트 재료 처리 방법.
제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량에 비해 저등급의 또는 저분자량의 점성 개선제를 사용한 상태에서 압출성을 유지하기에 충분한 양으로 첨가되는 시멘트 재료 처리 방법.
제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 상기 분산제는 통상적인 투여량과 거의 동등한 양의 점성 개선제에 대해 압출성을 개선하기에 충분한 양으로 첨가되는 시멘트 재료 처리 방법.
제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 셀룰로스 에테르인 시멘트 재료 처리 방법.
제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 하이드록시 알킬 셀룰로스, 하이드록시 알킬 알킬 셀룰로스, 카르복시 알킬 셀룰로스 또는 알킬 셀룰로스, 또는 그 혼합물인 시멘트 재료 처리 방법.
제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 하이드록시 에틸 셀룰로스, 카르복시 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스 및 하이드록시 부틸 메틸 셀룰로스 또는 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 시멘트 재료 처리 방법.
제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 상기 점성 개선제는 폴리비닐 알콜, 웰란 검, 로커스트 빈 검, 구아 검을 포함하는 검, 알긴산 나트륨, 아크릴 공중합체의 팽창성 알카리 에멀션, 클레이 또는 개질 클레이, 폴리에틸렌 글리콜 및 아크릴계 폴리머 또는 그 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되는 시멘트 재료 처리 방법.
제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 상기 분산제는 술폰화 형태의 분산제인 시멘트 재료 처리 방법.
제 37 항 또는 제 38 항에 있어서, 상기 분산제는 술폰화 멜라민 포름알데히드 또는 술폰화 나프탈렌 포름알데히드인 시멘트 재료 처리 방법.
삭제
시멘트 재료, 점성 개선제, 및 분산제를 물에 첨가하는 단계와, 이렇게 생성된 페이스트를 압출하는 단계, 및 압출된 제품을 경화시키는 단계를 포함하고,

상기 분산제는 상기 점성 개선제의 효과를 증대시키기에 충분한 양으로 첨가되는 저밀도 시멘트 제품 형성 방법.
제 49 항에 있어서, 상기 압출 이전에, 석회, 실리카, 그 혼합물의 섬유 강화제가 시멘트 재료에 첨가되는 시멘트 제품 형성 방법.
제 49 항 또는 제 50 항에 있어서, 상기 경화된 제품의 밀도는 1.2 그램/㎤ 이하인 시멘트 제품 형성 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 시멘트 제형의 첨가물로서 펄라이트, 버미큘라이트(vermiculite), 저밀도 칼슘 실리케이트 수화물, 세라믹 중공 구체(sphere), 비산회(fly ash) 또는 상기 제형의 밀도를 변형하기 위한 공기 비말동반제를 포함하는 압출성 시멘트 제형.
제 49 항에 있어서, 첨가물로서 펄라이트, 버미큘라이트(vermiculite), 저밀도 칼슘 실리케이트 수화물, 세라믹 중공 구체(sphere), 비산회(fly ash) 또는 상기 제형의 밀도를 변형하기 위한 공기 비말동반제를 포함하는 시멘트 제품 형성 방법.