팽윤 가능한 층 실리케이트{IMPROVED SWELLABLE PHYLLOSILICATES}
본 발명은 팽윤성을 감소시키는 매체에서 사용하기 위한 스멕타이트 기초 팽윤성 층 실리케이트에 관계한다.
벤토나이트, 몬트모릴로나이트, 및 헥토라이트와 같은 스멕타이트 기초 팽윤성 층 실리케이트의 사용이 광물 바인더 시스템, 페인트, 라커, 화장품, 윤활 그리스 및 기타 분야에서 알려진다.
이러한 목적에 사용 가능한 층 실리케이트는 사용 분야에 따라 달라지는 조건을 만족시켜야 한다. 가령 시멘트 시스템에서 균열이나 수축과 같은 부정적인 현상이 일어나서는 안된다. 시멘트나 콘크리트에서 팽윤성 스멕타이트의 사용은 균열문제를 가져온다고 알려진다(Bjorn Lagerblad and Berit jacobson in "Proc. Int.Conf.Cem.microsc",1997,19판,151-162쪽).
이러한 문제의 해결책이 EP-A0 675 089에 발표되는데 팽윤성 층 실리케이트가 시멘트 광물 바인더 시스템에서 사용된다. 이 문헌의 광물 바인더 시스템은 5-50mL의 팽윤 가능한 용적(100mL 물에 2g의 층 실리케이트) 을 갖는 60% 이상의 팽윤성 층 실리케이트로 구성된다. 층 실리케이트의 크기는 명시되지 않지만 3쪽 32행에 20중량% 90㎛의 최대 체 잔류물이 언급된다. 이 문헌에서 벤토나이트는 가소 화 반응이 일어나는 팽윤 용적 내에서 성질이 손상되지만 응고된 시스템이 수축 균열을 보일 위험이 없다.
그러나 건설업에서 사용되는 다른 건조 모르타르 시스템에서 스멕타이트 층 실리케이트의 팽윤성은 제한 인자가 아니다. 팽윤성 층 실리케이트는 일반적으로 이들 재료의 잠재적인 효과가 적절한 장점을 제공하지 못하므로 석고나 석회/석고 조합에 일반적으로 사용되지 않는다.
"Applied Clay Science",I(1986, 273-284)는 석고의 존재는 소량으로도 벤토나이트의 유변학적 성질에 악영향을 준다고 기술한다.
제품의 잠재적인 효과는 층 구조와 물에서 팽윤성 및 관련된 고 표면적에 기초한다. 층 구조 때문에 층 실리케이트는 물의 도입으로 라멜라가 분리되자마자 내부 윤활제로 작용할 수 있어서 서로에 대해 미끄러질 수 있다. 따라서 고 충전 시스템은 더욱 펌프질하기가 수월하다. 즉시 사용 시스템의 펌프질 용이성, 타일 접착제, 벽 모르타르와 같은 점성 시스템의 수작업, 플라스터의 캐스팅이나 마감 플라스터의 적용, 유동성 시스템에서 조잡한 첨가제의 침전 감소와 같은 장점이 획득된다.
그러나 팽윤성 층 실리케이트의 잠재적 효과는 가용성 양이온, 특히 Ca이온과 같은 2가 양이온을 다량 함유한 시스템에서 사용이 제한되므로 한정된 범위에서만 활용될 수 있다. 벤토나이트, 몬트모릴로나이트, 및 헥토라이트와 같은 층 실리케이트는 라멜라 사이에 1가 양이온을 함유한 콜로이드 시스템이다. 수화 에너지가 음전하를 띤 라멜라의 인력보다 클 경우에만 이러한 양이온에 의해 물의 존재 하에 서 이들 재료가 팽윤한다. 층 사이에 나트륨 이온을 갖는 스멕타이트가 특히 적합하다. 다른 알칼리 이온의 전하 밀도 때문에 Li-나 K-스멕타이트는 Na-스멕타이트 보다 팽윤성이 훨씬 적다.
그러나 2가 양이온이 존재하거나 도입될 때 이온 교환에 의해 팽윤성 층으로부터 내부 팽윤하는 층 실리케이트만이 형성되므로 빠르게 응집한다.
단순한 취급을 이유로 물의 존재 하에서 2가 Ca 이온을 다량 방출하는 수경시멘트나 잠재적 수경 바인더를 함유한 분말 혼합물에서 팽윤성 층 실리케이트 분말이 사용되면 물 도입 중간에 층 실리케이트 라멜라(팽윤)과 응집 반응 간에 경쟁이 일어난다. 층 실리케이트 분말이 수용성 Ca 이온이이 풍부한 바인더 시스템 분말에 혼합될 때 층 실리케이트는 물이 분말 혼합물에 첨가되는 초기부터 팽윤이 방해를 받아서 잠재적인 효과를 초기부터 발휘할 수 없다.
그러므로 효과의 일부가 2가 양이온의 도입 및 Ca 이온의 존재 하에서 응집에 의해 없어지기 때문에 제품의 효율은 이론적 효과의 일부가 된다. 따라서 제품이 이미 완전 팽윤되어서 효과의 제한이 후속 응집에 의해서만 이루어지도록 팽윤성 층 실리케이트는 보통 사전 분산된 현탁액 형태로 사용된다.
그러나 계량을 촉진하도록 펌프질 가능한 잘 팽윤된 층 실리케이트가 5-15중량%의 고체 농도로 제조될 수 있으므로 이러한 2-성분 작업 방법은 모든 경우에 수행될 수 없다. 그러나 많은 적용분야에서 낮은 고체 함량을 갖는 현탁액이나 페이스트에 의해 도입된 다량의 물은 허용될 수 없다.그러므로 이러한 문제를 극복하기 위해 스멕타이트 현탁액에 습윤 또는 분산 보조제를 첨가하여 양호한 펌프질 가능 성을 유지하면서 고체 함량을 20중량% 이상으로 올리려는 노력이 행해졌다.
WO 92/11218은 고농축 형태로 벤토나이트 현탁액을 제조하는 방법을 발표한다. 목적은 저 점성의 안정적인 현탁액을 제조하는 것이다. 이 문헌에 따르면 물이 아니라 3-15%NaCl 용액에 팽윤성 층 실리케이트를 도입하여 최대 50중량% 팽윤성 스멕타이트를 함유한 용이하게 펌프질 되는 현탁액이 제조될 수 있다.
유사한 주제가 WO95/09135에 발표된다. 여기서 고농축 벤토나이트 현탁액이 저분자량의 아민염에 의해 획득된다. 4쪽 8-11행에 모든 다가 양이온이 점토 라멜라를 서로 굳건하게 결합하는 경향을 가져 분산에 악영향을 미친다. 이것은 다가 양이온을 함유한 매체에서 벤토나이트의 사용이 의심스러움을 보여준다. 또한 분말로 물에 도입되면 여시 높은 염 농도를 발생하는 시스템에서 적용이 고려된다.
임계 시스템에서 층 실리케이트 사용 가능성이 있을지라도 이 방법은 다음 문제를 가진다:
*층 실리케이트가 별도로 처리되어야 하므로 추가 비용이 들며 추가 기계를 필요로 한다.
*페이스트나 수성 시스템은 분말 혼합물에 포함될 수 없는 성질을 갖는다.
*반완성품(현탁액)은 시스템에서 필요하지도 적합하지도 않은 추가 염을 함유한다(생태학적 양립성, 블루밍 경향).
*제조된 층 실리케이트 분산물은 물로 추가 희석한 이후에만 필요한 성질을 갖는데 이것은 적어도 시멘트 시스템이나 석고 기초 시스템에서 불가능하다.
유사한 주제가 US-A-5,389,146에 발표된다. 미세 분할된 벤토나이트와 같은 실리케이트가 도입될 때 전개되어 시스템의 펌핑을 방해하는(80%벤토나이트 함량을 갖는 밀폐 및 충전 질량이 발표된다) 고 점도를 방지하기 위해서 점도-감소 첨가제를 함유한 과립 물질이 사용된다.
팽윤성 층 실리케이트가 도입된 시스템에 의해 최적의 유변성을 형성하고 팽윤이 방지될 수 있는 어려움은 시스템이 시멘트 함유 분말 혼합물이 아니거나 물질이 계면활성제 용액에 혼합되면 유사하게 일어날 수 있다. 통상 층 실리케이트 표면에 계면활성제의 흡착은 Ca 이온과 같은 양이온의 존재에서처럼 층 실리케이트의 팽윤을 억제한다.
벤토나이트의 입자 크기와 입자 크기가 물에서 분산성에 미치는 효과가 US-A-2,036,617에 발표된다. 1쪽 칼럼2 43행 이후에서 벤토나이트 입자는 미세할수록 쉽게 분산된다고 기술된다. 반면에 본 발명자는 어떤 경우에 벤토나이트 입자가 조립일수록 미세한 입자보다 쉽게 분산됨을 발견하였다. 최상의 효과는 건조된 입자가 대충 동일한 직경과 특정 크기를 가질 때 얻어진다고 한다. 최소 입자 크기는 약 53㎛(250메쉬)이다. 추가로 이 특허에서 물에서 분산성만이 문제가 되며 물에 비해 다가 양이온을 발생할 수 있는 분말 시스템에서 사용하는 동안 최고의 효율을 유지하지 못한다.
DE-A-195 27 161은 미세 분할된 탄산칼슘, 적어도 하나의 미세 분할된 층 실리케이트 및 산-활성화된 층 실리케이트를 함유하며 개선된 그라비어 적합성을 갖는 안료 혼합물 및 페인트를 발표한다. 팽윤성 층 실리케이트와 팽윤성 물질 간의 구별이 되지 않았고 이들 둘 다는 그라비어 인쇄성 향상 측면에서 등가인 것으로 간주된다. 언급된 안료(탄산칼슘)와 팽윤성 산 층 실리케이트가 종이 코팅에서 등가성이다. 그러니 매우 높은 팽윤성은 고 점성 코팅에 의해 발생되며 탄산칼슘 분산물에 팽윤성 층 실리케이트의 도입 동안에 산-분해되는 층 실리케이트가 선호된다. 이 문헌에서 층 실리케이트는 팽윤성을 감소시키는 매체에 적용된다고 추론할 수 없다.
DE-A-44 38 305는 인쇄지 코팅용 안료, 특히 탄소 저 함유 복사지용 칼라 전개 안료에 관계한다. 칼라 전개 성질은 알칼리나 알칼리토금속 스멕타이트의 산 활성화나 코팅이나 루이스 산 활성화에 의해 달성된다. 목적은 생성물의 BET 표면적을 너무 증가시키지 않으면서(그렇지 않으면 종이 코팅에 너무 많은 바인더가 필요하므로) 칼라 전개를 위한 충분히 반응적인 센터를 제공하는 것이다. 이 문헌은 팽윤성을 감소시키는 매체에서 물질의 입자 크기 및 사용을 제시하지 않는다.
DE-A-44 13 672는 팽윤성 층 실리케이트에 기초한 탄소 저 함유 복사지용 칼라 전개 안료에 관계하며 팽윤성 층 실리케이트의 양이 50-100중량%이고 층 실리케이트가 5-30mL의 팽윤 용적(100mL 물에 2g의 현탁액에 대응하는)과 140m2/g이상의의 비표면적을 가짐을 특징으로 한다. 추가로 실리케이트와 같은 증량제 안료, 카올린이나 탄산칼슘과 같은 싼 충전재의 추가 혼합이 언급된다. 그러나 유리한 입자 크기가 표시되지 않는다. 또한 팽윤성을 감소시키는 매체에서 칼라 전개제가 사용되지 않았다.
DE-A-42 17 779는 프린트 캐리어 상에 바인더 없이 고정될 수 있는 적어도 하나의 팽윤성 층 실리케이트를 함유한 프린트 캐리어, 특히 종이 및 판지의 코팅용 안료에 관계하며 팽윤성 층 실리케이트는 30중량%이고 코팅 안료의 팽윤 용적은 5-28mL이다. 그러나 이 문헌은 팽윤성을 감소시키는 매체에서 코팅 안료의 거동에 대해 언급하지 않는다.
DD-A-219 170은 원료 점토의 활성화 방법에 관계한다. 이 문헌은 팽윤성을 감소시키는 매체에서 사용될 물질을 언급하지 않는다.
DE-0 108 143은 점토로부터 고 팽윤성 물질의 제조방법에 관계하며 알칼리 이온, 특히 Na 이온과 마그네슘염의 존재 하에서 활성화가 수행된다.
CH-A-459 858은 시멘트 기초 혼합물에 대한 첨가제와 그 제조방법에 관계한다. 첨가제는 특정 입자 크기 분포를 갖는 모래와 시멘트의 혼합물에 첨가되고 몬트모릴로나이트 계열에 속하는 물질, 수경 충전재 성분, 응력 제거제 및 응고 조절제를 포함한다. 몬트모릴로나이트 계열에 속하는 물질이 추가로 지정되지 않았고 비율만 표시된다. 선호되는 벤토나이트가 친유성 벤토나이트로 대체될 수 있다. 전체 첨가제 혼합물의 크기는 8-10㎛이다.
본 발명의 목적은 팽윤성을 감소시키는 매체에서 사용하기 위한 스멕타이트 기초 팽윤성 층 실리케이트를 제공하는 것이다. 매체는 광물 바인더 시스템 분말, 수용성 염-함유 시스템 분말 또는 계면활성제 용액을 포함한다. 이것은 팽윤을 억제할 수 있는 성분을 함유한 모든 수성 시스템을 포함한다. 팽윤성 층 실리케이트가 사전 팽윤된 현탁액으로 사용되지 않을지라도 잠재적 효과를 유지한다. 또 다른 측면에서 본 발명의 목적은 2가 또는 다가 양이온을 함유한 현탁액이나 용액(가령 수산화칼슘, 소석회, 탄산칼슘 또는 유사한 칼슘 농후 화합물의 현탁액이나 용액)에 포함될 때 점도를 증가시키고 안정성을 제공하는 팽윤성 층 실리케이트를 제공하는 것이다.
놀랍게도 층 실리케이트의 매우 미세한 분할이 필요한 효과를 제공함이 발견되었다. 물에서 신속 용해되는 칼슘 이온의 존재 하에서 매우 미세 분할된 층 실리케이트와 증가된 노출 표면을 사용하면 표면은 훨씬 빨리 2가 이온에 의해 점유되고 그러므로 팽윤이 더 빠르게 억제되므로 이것은 놀라운 일이다.
그러므로 본 발명의 목적은 팽윤성을 감소시키며 2가나 다가 양이온을 함유하는 매체에서 사용하는 스멕타이트/세피오라이트/팔리고스카이트 기초 팽윤성 층 실리케이트이며 100mL 물에 2g의 층 실리케이트를 첨가하여 측정된 팽윤 용적이 5-50mL이고 건조 체 잔류물로서 40㎛ 이상이 최대 5중량%이고 20㎛ 이상이 최대 20중량%임을 특징으로 한다.
평균 입자 직경은 레이저 측정기(Malvern)에 의해 측정된다. 이것은 15㎛ 미만, 특히 10㎛ 미만, 더더욱 5㎛ 미만의 크기여야 한다. 이에 반하여 시판 물질의 입자 크기는 45㎛ 이상이 약 15%이고 평균입자 직경은 30㎛이다.
수경 응고 시스템에 도입되는 물질의 크기는 이미 부분적으로 기술되었지만 공급된 분말 물질의 크기가 문제이다.
수경 응고 시스템의 지연제로 사용되며 30-60중량%의 리그노술페이트나 폴리포스페이트와 60-30중량%의 광물 성분(계면활성제 첨가는 제한된다)으로 구성된 제 품이 EP-A-0 409 774에 발표된다. 광물 성분(가령 버미큘라이트, 벤토나이트, 몬트모릴로나이트 또는 퍼얼라이트)는 최대 20% 50㎛의 잔류물을 가져야 한다.
탈크, 벤토나이트, 플라이애쉬 미세 분할된 물질이 포졸란 시멘트에 첨가된다(US-A-5,588,990). 탈크, 벤토나이트, 플라이애쉬 간에 구별이 되지 않는다. 입자 크기가 팽윤 용적에 미치는 효과도 알려지지 않는다.
시멘트 시스템의 석면 대체 시스템이 US-A-5,637,144에 발표된다. 이 시스템은 다양한 물질의 조합으로 구성되고 친수성 벤토나이트가 물 유지제 및 기타 첨가제와 혼합된다. 미세 분할된 물질은 카올린, 몬트모릴로나이트, 아타풀자이트, 풀러 어쓰 또는 kieselguhr일 수 있다. 광물의 본성은 물 흡수성이다. 그러나 물질의 크기가 발표되지 않는다.
본 발명의 층 실리케이트는 20㎛ 이상이 최대 10중량%, 10㎛ 이상이 최대 5중량%이다.
스멕타이트 층 실리케이트는 벤토나이트, 몬트모릴로나이트, 헥토라이트, 사포나이트, 베이델라이트, 사우코나이트(합성이나 천연)에서 선택되며 증량제는 버미큘라이트, 일라이트, 마이카, 피로필라이트, 탈크, 카올린이다.
스멕타이트 층 실리케이트에서 몬트모릴로나이트의 함량은 70중량% 이상, 특히 80중량% 이상, 더더욱 85중량%이상이다.
본 발명의 층 실리케이트는 알칼리 함유 물질 분말 첨가제를 포함할 수 있는 장점이 있다.
알칼리 함유 물질 분말은 제올라이트나 이온 교환수지와 같은 바인더 시스템 의 칼슘 이온을 일시적으로 부동화 시키며 층 실리케이트를 충분히 오래 팽윤 가능한 형태로 유지시켜 라멜라가 물에서 분리되고 층 실리케이트의 팽윤이 일어날 수 있게 하는 물질과 같은 격리제, 물유리 분말을 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 층 실리케이트 제조방법으로서 알칼리토금속 층 실리케이트의 알칼리 활성화, 물질의 건조, 중첩하여 선별(screening)하면서 분쇄함을 특징으로 한다. 알칼리토금속 층 실리케이트의 알칼리 활성화는 층 실리케이트 현탁액을 소다로 처리하여 이루어진다.
알칼리 활성화는 팽윤성이 불량한 Ca-벤토나이트를 고 팽윤성 Na-벤토나이트와 혼합하여도 이루어진다. 필요한 팽윤 용적을 얻기 위해서 스멕타이트 계열의 팽윤성 층 실리케이트와 가령 세피오라이트/폴리고르스카이트 계열의 팽윤성이 약한 층 실리케이트의 조합도 가능하다. 보통의 경우 활성화 동안에 본 발명의 점토는 의도된 이온 교환이 일어나고 시스템에서 필요한 효과를 인식할 수 있도록 고-전단, 고-에너지 기계적 처리를 받는다. 에지 밀(팬 그라인더), 압출기, 롤 스탠드, 콜로이드 밀 등의 공지 활성화 방법이 사용된다. 최적의 방법은 수분 함량이나 가소성에 따라 적은 전단 에너지를 요하는 시판 원료에 따라 안내되거나 고 에너지 투입으로 반복된 처리를 할 수 있다. 이것은 물에 점토를 현탁하고 Manton-Gaulin alf 처리와 같은 콜로이드 밀 처리나 미소 유체 처리를 받게하여 달성되고 제트 밀 바식으로 고압 하에서 두 현탁액 흐름이 서로를 향하고 이로써 필요한 전단 에너지가 도입된다. 현탁 상태에서 쉽게 펌프질 가능한 현탁액의 존재 하에서 활성화할 경우 점토는 자연 정제되고 건조 및 분쇄된다.
본 발명의 또 다른 측면은 수성 매체에서 현탁된 알칼리토금속 층 실리케이트의 알칼리 활성화, 조립 첨가제의 제거, 묽은 현탁액의 분무 건조, 및 선택적으로 상기 입자 크기에 도달하지 못한 경우 분무 건조된 입자의 분쇄 및 선별(screening) 단계를 포함한다.
조립 첨가제는 석영, 장석 및 운모 입자를 포함하는데 이들은 하이드로싸이클론을 통해 칼리토금속 층 실리케이트 현탁액을 통과시켜 제거된다.
본 발명의 추가 목적은 광물 바인더 시스템, 특히 청구항1의 팽윤성 층 실리케이트를 포함한 건조 모르타르 시스템이다. 광물 바인더 시스템은 모르타르, 바닥 플라스터, 플라스터 및 건축 접착제와 같은 건축 재료 혼합물을 포함한다.
본 발명의 추가 목적은 팽윤성을 감소시키는 매체에 본 발명의 팽윤성 층 실리케이트의 사용이다. 본 발명의 층 실리케이트는 전단력의 작용 하에서 분말이나 미리 분산된 형태로 매체에 별도로 첨가되거나 분말 혼합물의 일부일 수 있다.
용도는 전해질이나 계면활성제를 함유한 매체나 분말의 유변성 및 안정성의 조절이다.
전해질은 탄산칼슘이나 수산화칼슘과 같은 2가나 다가 금속의 가용성 및 불용성 화합물의 혼합물이나 2가나 다가 금속의 가용성 화합물이다.
용도는 수경 바인더 기초 시스템과 같은 분말 광물 바인더 시스템의 유변성 및 안정성의 조절이며 층 실리케이트는 분말 혼합물의 성분이거나 전단력을 사용하여 수성 현탁액으로부터 분말 광물 바인더 시스템과 혼합된다.
본 발명의 층 실리케이트를 사용하여 벽에서 플라스터의 슬럼프가 방지될 수 있으므로 처짐 현상이 방지된다.
또 다른 용도는 2가나 다가 금속을 함유한 현탁액이나 용액(탄산칼슘, 수산화칼슘 또는 유사한 칼슘 농후 화합물의 용액이나 현탁액과 같은)의 유변성 및 안정성의 조절이다.
본 발명의 또 다른 장점은 특히 수송 조건 하에서 시네르시스 방지나 감소, 또한 시스템 및 매체에서 혼화성 향상인데 보통의 경우 이것은 유기 습윤제에 의해 이루어진다.
팽윤 용적은 다음과 같이 측정된다: 100mL 눈금 실린더에 100mL 증류수를 채우고 측정될 층 실리케이트2g(공기 건조된)을 0.1-0.2g씩 배치 방식으로 숟가락으로 물 표면에 느리게 도입한다. 다음 배치가 첨가되기 이전에 첨가된 배치를 침전시키기 위해 기다린다. 2g 첨가하고 눈금 실린더 바닥에 침전시킨 후에 눈금 실린더에서 팽윤된 물질이 차지하는 높이가 1시간 후에 mm/2g 단위로 해석된다.
실시예1
소다로 활성화된 시판 Ca-벤토나이트(Sud Chemie AG의 Tixoton CV 15)(샘플A)가 사용된다. 다음 입자 크기 분포가 레이저(Malvern) 분석기를 사용하여 획득된다:
20㎛에서 잔류물:60%
40㎛에서 잔류물:40.8%
평균 입자 직경은 약 30㎛ 이다. 이 물질의 일부를 추가로 분쇄하여 샘플C가 획득된다. 다음 입자 크기 분포가 레이저(Malvern) 분석기를 사용하여 획득된다:
20㎛에서 잔류물:10.53%
40㎛에서 잔류물:0.38%
평균 입자 직경은 약 4.5㎛ 이다.
샘플C의 팽윤 용적은 38mL이다. 팽윤 용적이 측정된다.
실험1a
샘플(A,C)가 초기에 물에 분산되고 Brookfield 유량계에서 8% 현탁액의 점도가 측정된다. 테스트 방법:92g의 수돗물이 250mL 비이커에 도입된다. 8g의 벤토나이트(공기 건조된)가 실험실 용해기(940rpm)에서 교반 하에서 60초에 걸쳐 첨가된다. 추가 10분간 2800rpm에서 교반한다. 유량계에서 1시간 팽윤 이후에 점도가 측정된다. 결과가 표1에 표시된다.
샘플 A |
샘플 A |
샘플 C |
샘플 C |
Brookfield |
Brookfield |
Brookfield |
Brookfield |
10rpm |
100rpm |
10rpm |
100rpm |
Paㆍs |
Paㆍs |
Paㆍs |
Paㆍs |
2200 |
310 |
2120 |
275 |
실험1b
Sos의 볼-와이어 스크린에 따라 항복점이 측정된다면(DIN4126에 따라 6%현탁액에서 N/m2로) 놀랍게도 차이가 발견된다.
다음 측정 방법이 사용된다:
2리터의 수돗물이 5리터 용기에 도입된다. 60초간 940rpm 실험실 용해기에서 120g의 층 실리케이트가 교반된다. 이후 추가 5분간 2800rpm에서 교반된다. 이후 현탁액이 폐쇄 가능한 용기에 도입된다. 1시간 및 24시간 팽윤 후에 1리터의 현탁액을 플라스틱 용기에 채우고 손으로 교반한다. 1분 대기 후에 테스트 볼을 볼-와이어 스크린 장치를 수단으로 현탁액에 도입한다. 제1 새깅(sagging) 볼이 항복점 판단에 사용된다(DIN4126, 부록B).
결과는 표2에 도시된다.
샘플 A |
샘플 A |
샘플 C |
샘플 C |
1시간후 항복점 |
24시간후 항복점 |
1시간후 항복점 |
24시간후 항복점 |
Ball no.4 |
Ball no.6 |
Ball no.5 |
Ball no.8 |
18.1N/㎡ |
35.9N/㎡ |
25.2N/㎡ |
49.9N/㎡ |
추가 블랭크 샘플에서 더 신속하게 항복점이 구축되고 더 높은 값을 제공한다. 유동성 수성 시스템의 무거운 성분의 침전이 방지되고(콘크리트 충전) 비-처짐 시간(벽에서 베이스 플라스터의)이 단축되려면 항복점은 중요한 성질이다.
실시예2
실험1B의 항복점 결정 실험이 반복되지만 층 실리케이트 대신에 95중량% 층 실리케이트와 5중량% 시멘트(CEMII/A-L32.5R)의 혼합물이 사용된다. Bohlin CS50에서 항복점이 측정되며 샘플B는 5중량%시멘트를 함유한 표준 물질(A)이고 샘플D는 5중량% 시멘트를 함유한 샘플C에 대응한다. 표3에서 시멘트의 존재로 미세 샘플D(C로부터)이 더 양호한 효과를 발생함을 알 수 있다.
샘플 B |
샘플 B |
샘플 D |
샘플 D |
1시간후 항복점 |
24시간후 항복점 |
1시간후 항복점 |
24시간후 항복점 |
27.6 Paㆍs |
67.6 Paㆍs |
42.5 Paㆍs |
113.0 Paㆍs |
실시예3
시멘트:층 실리케이트=85:15 혼합물로 실시예2의 실험이 반복된다. 중량 비율 1;1에서 수돗물로 건조 혼합물이 제조된다. 100g의 물이 비이커에 도입되고 100g의 혼합물이 940rpm에서 교반 하에서 120초에 걸쳐 첨가된다. 이후 추가 5분간 2800rpm에서 교반된다. Bohlin 유량계에서 15분 및 30분 팽윤 후에 샘플이 측정된다. 측정 이전에 샘플을 숟가락으로 주의 깊게 교반한다. 샘플E=15중량%샘플A+ 85중량%시멘트; 샘플F=15중량%샘플C+ 85중량%시멘트이며 결과는 표4에 도시된다.
샘플 E |
샘플 E |
샘플 F |
샘플 F |
15분후 항복점 |
30분후 항복점 |
15분후 항복점 |
30분후 항복점 |
9.22 Paㆍs |
7.58 Paㆍs |
10.9 Paㆍs |
12.6 Paㆍs |
높은 비율의 시멘트에도 불구하고 본 발명의 물질은 더 효과적이고 더 높은 항복점을 구축한다. 본 발명의 샘플(F)에서 항복점은 안정적이고 약간 향상되는데 이것은 최종 팽윤을 나타내지만 표준 물질(E)은 이미 응집하고 항복점 저하를 보인다.
실시예4
미세한 정도가 물질의 분산성에 미치는 효과가 시멘트 현탁액에서 테스트 된 다. 시멘트 현탁액(50g의 물에 50g의 시멘트)이 60초에 걸쳐 샘플A 및 C에 940rpm 교반 하에서 도입되고 추가 5분간 교반된다(1865rpm). Bohlin 유량계에서 15분 및 30분 팽윤 후에 샘플이 측정된다.
샘플G=100g의 시멘트+물에 4g의 샘플A
샘플H=100g의 시멘트+물에 4g의 샘플C
결과는 표5에 제시된다.
샘플 G |
샘플 G |
샘플 H |
샘플 H |
15분후 항복점 |
30분후 항복점 |
15분후 항복점 |
30분후 항복점 |
10.9 Paㆍs |
10.9 Paㆍs |
12.5 Paㆍs |
12.6 Paㆍs |
이 시스템에서(4%층 실리케이트) 본 발명의 물질은 표준물질에 비해 우수하다.
실시예5
쇼트크리트의 리바운드 비율 감소 효과가 조사된다.
리바운드 비율은 적용 표면에서 쇼트크리트의 점도에 달려있다. 이것은 미세 및 조립 첨가제의 입자 구조와 시멘트 페이스트의 양 및 유동성에 달려있다. 추가 그레인이 잘 파묻히도록 적용 표면의 콘크리트는 가능한 가소성이어야 한다. 그러나 고유 중량이 쇼트크리트의 인장성(내부 응집력), 쇼트크리트/기판 계면에서 접착강도 또는 계면에서 인장강도보다 커서는 안된다. 불충분한 접착성 및 내부 응집성은 리바운드를 가져온다. 두드러진 항복점 구축을 갖는 칙소트로피 유동성이 추 구된다. 다음이 미세 모르타르로서 사용된다.
건조 모르타르:500g CEM142.5R+ 150g 석영 모래0.0.5+층 실리케이트 분말
혼합수:250g의 총 물+ 액체 층 실리케이트
계량된 양의 샘플C가 시멘트 샘플에 첨가되고 2분간 균질화 된다. 양이 다르면 필요한 물도 다르므로 분무 동안, 일정한 W/C(물/시멘트)로 분무 실험 후에 쇼트크리트의 농도를 동일하게 하는데 주의가 필요하다.
이 실험에서 Eberstein(Dolomite Eberstein neuper GmbH) GK4mm;입자크기분포 곡선(A+B)/2;3%고유 습도) 및 분무 바인더(Chronolith ST, Heidelberger Zement)가 트윈 스크루 계향 장치의 호퍼에 별도로 도입된다. 바인더 함량이 380kg/m3가 되도록 설정된 보정 스크루로 분무 개시하기 직전에 바인더의 계량이 이루어진다. 바인더/첨가제의 혼합비는 1:4.88로 일정하게 유지된다. 노즐에서 7바아의 압력으로 물이 첨가되고 사전 설정된 W/C에서 물의 유량을 연속 관찰하여 압력이 일정하게 유지된다. 적용 표면에 대한 분무 노즐 간격은 0.8-1.0m이다.
목재 박스(30×40×10cm; 쇼트크리트 층 두께=약 10cm))에 쇼트크리트 적용동안 리바운드 비율을 기록하기 위해 바닥에 펴진 방수천으로 리바운드를 모아 무게를 잰다. 리바운드 는 다음과 같이 계산된다:
리바운드:리바운드 중량/(쇼트크리트 중량+리바운드 중량)×100(%)
결과는 표6에 제시된다.
층 실리케이트 |
시멘트 함량 중량% |
리바운드 값(%) |
W/C 값 |
C |
0.0 |
30.2 |
0.47 |
C |
1.0 |
23.8 |
0.47 |
C |
1.6 |
22.8 |
0.47 |
C |
2.0 |
27.8 |
0.47 |
C |
1.0 |
21.6 |
0.48 |
C |
1.6 |
14.8 |
0.51 |
C |
2.0 |
15.4 |
0.52 |
C |
0.0 |
25.1 |
0.51 |
A |
1.0 |
25.2 |
0.46 |
A |
2.0 |
30.4 |
0.44 |
A |
2.0 |
22.3 |
0.53 |
본 발명의 층 실리케이트 분말 첨가는 리바운드 비율을 감소시키다. 이것은 신속한 하우스-오브-카드 구조의 형성, 즉 탈층에 의해 달성되는 항복점/칙소트로피로만 설명될 수 있다. 표준물질A도 효과를 보이지만 본 발명보다 덜하다.
실시예6
소다로 활성화된 Ca-벤토나이트(Tixoton-실시예1과 유사한 Sud-Chemie AG의 제품)이 다음과 같이 사용된다:
샘플A, 표준 벤토나이트: 20%>45㎛
샘플B, 미세한 분쇄가 된 벤토나이트: 3%>45㎛
샘플C, 미세한 분쇄 및 선별에 의한 정제가 된 벤토나이트: 1%>45㎛
실험6a
샘플(A,B,C)가 초기에 물에 분산되고 Brookfield 유량계에서 5% 현탁액의 점도가 측정된다.
테스트 방법:190g의 수돗물이 600mL 비이커에 도입된다. 10g의 벤토나이트( 공기 건조된)가 실험실 용해기(930rpm)에서 교반 하에서 60초에 걸쳐 첨가된다. 추가 15분간 2800rpm에서 교반한다. 유량계에서 1일 팽윤 이후에 점도가 측정된다. 결과가 표7에 표시된다.
|
점도, Brookfield 10rpm(mPaㆍs) |
샘플 A |
3300 |
샘플 B |
3780 |
샘플 C |
4500 |
실험6b(30%수산화칼슘 현탁액)
조성: 50중량% 5%벤토나이트 현탁액
20중량% 물
30중량% 수산화칼슘 분말
실험6a의 150g 벤토나이트 현탁액이 600mL 비이커에 도입되고 60g의 물과 혼합된다. 균질화를 위해 15초간 실험실 용해기에서 교반된다. 벤토나이트가 없는 샘플의 경우 210g의 물이 도입된다. 5분에 걸쳐 90g의 수산화칼슘 분말이 배치 첨가된다. 교반기 속도는 단계적으로 증가하여 최종 2800rpm이 된다. 100mL 샘플을 100mL 눈금 유리 실린더(직경3cm)에 채운다. 나머지 샘플은 플라스틱 용기에 채운다.
1주일 대기 후에 눈금 실린더 상부에 맑은 액체 분리(시네르시스)가 해석되고 플라스틱 용기에 저장된 샘플의 점도가 측정된다.
표8에서 통상의 벤토나이트 제품(A)는 약간의 점도 향상 효과에도 불구하고 수산화칼슘 현탁액에 대한 안정화 효과는 거의 없다. 동일한 양(2.5%)의 더 미세한 벤토나이트(B,C) 사용으로 시네르시스가 크게 감소된다.
|
1주후 시네르시스 |
점도, Brookfield 10rpm(mPaㆍs) |
블랭크 샘플 |
15% |
1520 |
샘플 A |
12% |
3020 |
샘플 B |
8% |
3740 |
샘플 C |
3.5% |
4280 |
실시예7
수산화칼슘 현탁액 농도가 40%로 증가된 것을 제외하고는 실시예6의 실험이 반복된다. 더 적은 물함량 및 더 높은 베이스 전도에 대응하여 더 적은 양의 벤토나이트, 즉 0.75%(실험6a의 5% 벤토나이트 현탁액 15%에 대응하는)가 안정화에 사용된다.
조성: 45g(15%) 5%벤토나이트 현탁액
135g(45%) 물
120(40%) 수산화칼슘 분말
테스트 방법은 실험6b와 유사하고 벤토나이트가 없는 샘플의 경우 180g의 물이 첨가된다. 표9의 결과는 미세한 벤토나이트(B,C)의 탁월한 안정화 효과를 보여준다.
|
1주후 시네르시스 |
점도, Brookfield 10rpm(mPaㆍs) |
블랭크 샘플 |
3.5% |
3460 |
샘플 A |
3% |
4160 |
샘플 B |
2% |
4340 |
샘플 C |
1% |
5320 |
실시예8
충전량이 300g 대신 2kg인 것을 제외하고는 실시예7의 실험이 반복된다. 샘플이 폐쇄 플라스틱 용기에 채워지고 100km 차량으로 수송한다. 이러한 수송 조건 하에서 액체 분리(시네르시스)는 유리 실린더에 저장할 경우보다 높다.
투명 액체를 부어 무게를 잼으로써 측정이 이루어진다. 다시 부은 후에 침전된 현탁액의 교반성이 정성적으로 평가된다.
표10은 미세한 벤토나이트가 표준 벤토나이트에 비해 수송 조건 하에서 시네르시스를 감소시키며 후속 교반성도 개선시킴을 보여준다.
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100km 차량 수송후 시네르시드 |
교만성 |
블랭크 샘플 |
15% |
매우 불량 |
샘플 A |
14% |
불량 |
샘플 B |
8% |
양호 |
샘플 C |
5% |
매우 양호 |