KR100832814B1 - 저온소성용 바인더 조성물 - Google Patents

저온소성용 바인더 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온소성용 바인더 조성물에 관한 것으로, 나트륨 화합물, 바나듐 화합물, 물, 유기산, 암모니아 또는 가성소다 및 나노 콜로이달 실리카를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 저온소성용 바인더 조성물은 일라이트계(Illite) 또는 판상구조의 점토질 광물의 고온소성(500 ℃ 초과)에 따른 화학적 변성을 막고 소성과정 중 물리화학적 변성을 최소화함으로써 일라이트계(Illite) 또는 판상구조의 점토질 광물의 흡착성 및 반응성을 보존하며, 기계적 강도 및 내수성이 우수하다.
바인더 조성물, 저온소성, 일라이트, 점토질 광물

Description

저온소성용 바인더 조성물{Binder composition for low temperature calcination}
도 1은 본 발명의 일실시예에서 오산화바나듐(V2O5)과 질산나트륨(Na2NO3)이 혼합된 상태를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 저온소성용 바인더 조성물을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 저온소성용 바인더 조성물을 건조시킨 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 저온소성용 바인더 조성물을 건조시킨 후 350 ℃ 이상에서 소성하여 복합화합물로 전환된 표면을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 저온소성용 바인더 조성물을 건조시킨 후 350 ℃ 이상에서 소성하여 복합화합물과 일라이트를 반죽하여 건조한 표면을 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 저온소성용 바인더 조성물을 건조시킨 후 350 ℃ 이상에서 소성하여 복합화합물과 일라이트를 반죽하여 건조한 후 일라이트의 표면을 나타낸 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 저온소성용 바인더 조성물을 건조시킨 후 350 ℃ 이상에서 소성하여 복합화합물과 일라이트를 반죽하여 건조한 후 450 ℃에서 10 분간 저온소성한 일라이트의 표면을 나타낸 SEM 사진이다.
본 발명은 저온소성용 바인더 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물은 소성과정 중 물리화학적 변성을 최소화함으로써 실리카(SiO2 0.1～60 중량%), 알루미나(Al2O3 0.1～30 중량%), 산화철(Fe2O3 0.1～30 중량%), 산화마그네슘(MgO 0.1～30 중량%), 산화칼륨(K2O 0.1～30 중량%), 인산염(P2O5 0.1～10 중량%), 이산화티탄(TiO2 0.1～30 중량%), 산화칼슘(CaO 0.1～30 중량%)의 조성을 가지며, 이러한 조성을 가지는 조성물은 수산기(hydroxy)를 함유하는 천연, 합성 일라이트(Illite)계 광물과 일라이트 및 무기산화물과의 혼합물 또는 판상구조의 점토질 광물의 흡착성 및 반응성을 보존하며, 기계적 강도 및 내수성이 우수하다.
바나듐과 나트륨은 일정 몰비에서 500 ℃ 이하의 온도에서 융해되어 저온융점 화합물을 형성한다. 이러한 혼합물을 공유에 의해 융점이 저하된 공용혼합물(Eutatiic mixture 포함)이라 하며, 바나듐과 나트륨은 그 몰비에 따라 최저 350 ℃ 내외의 공융혼합물을 형성한다. 이러한 현상은 용점시 플럭스(flux)를 사용하는 원리로 산업계에서 금속의 녹는점 내림 및 결정의 수중 녹는점 내림 현상을 이용하여 널리 활용되어 왔다.
한편, 나트륨과 바나듐은 일반 산업용 보일러에서 저온 점착성 물질로 작용하여 스케일의 성장 및 강도를 향상시키는 물질로 작용하여 부식 및 열전도율 저하 현상을 일으키는 원인이 되어 왔다. 또한 바나듐 산회물인 V205는 600～900 ℃내외에서 SO2를 SO3로 전환하는 촉매로 작용하며 탄화수소의 열분해 및 산화를 촉진하는 연소성 향상 물질로 알려져 있다.
나트륨 화합물 또한 융해온도 이하에서 단독으로도 강한 접착성 물질로 작용한다. 황산나트륨(Na2SO4) 및 나트륨 산화물(Na2O)은 다른 금속물과 강한 전기적 인력을 가지며, 화합물 중의 산소는 다른 금속과 강한 공유결합을 하여 복합화합물로 전환될 수 있다. 그러나, 나트륨과 바나듐의 강한 접착특성에 비해 결정구조가 치밀하여 일라이트 및 점토질 화합물의 소성용 바인더로 활용할 경우 촉매로서 요구하는 기공의 발달이 적거나, 일정량 이상 사용시 기공을 막아 다공성 촉매로 활용이 부적절할 수 있다.
촉매에는 실리카를 포함한 물유리를 결합제로 활용하여 건조후 사용하거나 소성후 사용하였으나, 강도 및 내수성을 동시에 해결하지 못하고 있다. 또한 소성온도가 500 ℃ 이상으로 높아 일라이트의 변성에 다른 기능상실이 불가피하였다. 또한, 벤토나이트나 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 알카리금속 염화물의 혼합물을 첨가하여 소성강도는 확보할 수 있으나, 내수성의 결여로 수중에서 쉽게 붕괴하는 현상을 보이고 있다.
예를 들면, 국내특허 출원번호 제1980-0000455호에는 알카리 토금속 염화물, 메타 큐산 칼륨, 플루오르규산나트륨, 규산알루미늄을 원료로 한 자체 경화 소성물에 대한 특성 및 활용방법에 대하여 개시하고 있으나, 경화물의 촉매 및 흡자재로서의 기능을 기대하기 어려운 물질이고, 기공의 발달도 및 내수성, 강도에 관한 사항을 포함하고 있지 못하다.
국내특허 출원번호 제2004-0085867에는 다공성 촉매 담체층 형성을 위하여 금속재질과 그에 부합하는 바인더들에 대하여 개시하고 있다.
국내특허 출원번호 제2003-001119호는 고안정화 메조포러스제올라이트 하니컴 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 점토질 광물인 일라이트와는 다른 소재로서 그 소성온도 또한 600～750 ℃로 높고, 소성시간이 3～5 시간의 장시간 소성후 제조된 제올라이트 하니컴에 대하여 개시하고 있다.
국내특허 출원번호 제2000-0004647호는 Ru, Mn, Ce, Co, Fe, V를 촉매물질로 하고 Al2O3, TiO2, ZrO2, CeO2, Mn, SiO2로 구성된 지지체들에 대하여 300～500 ℃ 내외에서 소성하는 촉매 제조에 관한 것으로, 바나듐(V)과 나트륨(Na)의 융점강하 효과를 이용한 소결특성 및 일라이트라는 판상구조의 점토질 광물을 포함하고 있지 않다. 일라이트 중의 K2O, P2O5, MgO 등과 상호작용에 대한 사항을 포함하고 있지 않으며, 수산기(OH)를 함유하고 있는 물질과의 바인딩 특성을 포함하고 있지 않다.
현재까지 일라이트나 판상구조의 점토질 광물의 저온소성을 통한 소성체 연구에 대한 만족할 만한 기계적 강도나 내수성을 향상시키면서 기공성을 확보하는 기술에 대한 연구는 미비한 상태이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 일라이트(Illite)의 소성과정 중의 물리화학적 변성을 최소화하고 일라이트의 화학적 흡착 활성점인 FeOOH 구조의 탈수(dehydration) 한계점인 470 ℃ 이하 이하에서의 소성을 가능하게 하여 일라이트의 기본 순기능을 보호할 수 있으며, 기계적 강도 및 내수성이 우수한 저온소성용 바인더 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 일라이트의 소성후 발생하는 비표면적 축소, 활성점 변화 등을 방지할 수 있는 저온소성용 바인더 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 바인더로서 첨가/소성되어 소결체내에 염소화합물의 침적을 막아 흡착재로서의 표면적을 보호 개선하고 2차 수세공정에 따른 소성체 제조공정의 복잡성을 개선할 수 있는 저온소성용 바인더 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 저온소성용 바인더 조성물에 있어서, 나트륨 화합물 0.01～30 중량%, 바나듐 화합물 0.001～20 중량%, 물 0.1～89 중량%, 유기산 0.1～20 중량%, 암모니아 또는 가성소다 10～50 중량% 및 나노 콜로이달 실리카 0.1～70 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물을 제공한다.
상기 나트륨 화합물은 질산나트륨(NaNO3); 아질산나트륨(NaNO2); 황산나트륨(Na2SO4); Na2O, Na2O2등의 산화나트륨; 글루코산나트류, 구연산나트륨, 옥살산나 트륨 등의 유기산나트륨염; 염화나트륨; 탄산나트륨; 탄산수소나트륨 등을 사용할 수 있다.
상기 바나듐 화합물은 V2O5, V2O4, V2O3, V2O2, 암모늄바나데이트, 바다듐염화물 등을 사용할 수 있다.
상기 유기산은 구연산, 옥살산, 글루콘산 등을 사용할 수 있다.
상기 나노 콜로이달 실리카는 평균입경이 5 내지 25 ㎚이고, 고형분 함량이 30 내지 50 중량%이고, 표면적이 100 내지 350 ㎡/g인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 저온소성용 바인더 조성물은 붕산(Boric acid), 붕산 암모늄, 붕산 나트륨화합물 등의 보론 화합물 더 사용하여 붕소 화합물이 전체 조성물 함량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함되도록 하는 것이 좋다.
상기 저온소성용 바인더 조성물은 실리카(SiO2 0.1～60 중량%), 알루미나(Al2O3 0.1～30 중량%), 산화철(Fe2O3 0.1～30 중량%), 산화마그네슘(MgO 0.1～30 중량%), 산화칼륨(K2O 0.1～30 중량%), 인산염(P2O5 0.1～10 중량%), 이산화티탄(TiO2 0.1～30 중량%), 산화칼륨(CaO 0.1～30 중량%)의 조성을 가지며, 이러한 조성을 가지는 상기 저온소성용 바인더 조성물은 수산기(hydroxy)를 함유하는 천연, 합성 일라이트(Illite)계 광물과 무기산화물의 혼합물, 상기 물질 중 단독으로 존재하는 무기산화물, 금속, 유리, 탄소, 고분자 화합물 또는 이들의 혼합물의 소성을 위한 바인더로 사용되기에 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 저온소성용 바인더 조성물에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 이러한 나트륨과 바나듐의 단독 및 혼합물의 접착성과 융점강화 현상을 이용한 결합제의 특성과 다공성 실리카의 혼합사용을 통해 접착성과 기공발달을 보완하고자 하였다. 또한 본 발명은 일라이트를 포함한 판상구조의 점토질 광물은 고온소성(500 ℃ 초과)에도 불구하고 소성물의 강도 및 내수성을 보장할 수 없어 사용시 마찰 및 압력에 부스러짐이 쉽고 물과 접촉시 그 형태를 유지하기 어려운 점을 극복하는 방법을 포함하고 있다.
본 발명의 저온소성용 바인더 조성물은 나트륨 화합물, 바나듐 화합물, 물, 유기산, 암모니아 또는 가성소다 및 나노 콜로이달 실리카를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 나트륨 화합물은 질산나트륨(NaNO3); 아질산나트륨(NaNO2); 황산나트륨(Na2SO4); Na2O, Na2O2등의 산화나트륨; 글루코산나트륨, 구연산나트륨, 옥살산나트륨 등의 유기산나트륨염; 염화나트륨; 탄산나트륨; 탄산수소나트륨 등을 사용할 수 있다.
상기 바나듐 화합물은 V2O5, V2O4, V2O3, V2O2, 암모늄바나데이트, 바다듐염화물 등을 사용할 수 있다.
상기 나트륨 화합물은 저온소성용 바인더 조성물 총 중량 대비 0.01 내지 30 중량%로 포함되는 것이 좋으며, 상기 바나듐 화합물은 0.001 내지 20 중량%로 포함되는 것이 좋다.
특히 저온영역 500 ℃ 이하인 바나듐 화합물과 나트륨 화합물의 공융 화합물을 제 조하기 위해서, 상기 나트륨 화합물로 질산나트륨(NaNO3) 또는 아질산나트륨(NaNO2)을 사용할 경우 나트륨 화합물은 바나듐 화합물 중량 대비 0.001～0.4 중량부 또는 1.6～4.1의 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.12 중량부나 2.5 중량부로 포함되는 것이다. 또한, 상기 나트륨 화합물로 황산나트륨(Na2SO4)을 사용할 경우에는 바나듐 화합물 15～55 중량% 및 황산나트륨 85～45 중량%로 사용하는 것이 좋다.
상기 바나듐 화합물의 상기 함량 범위 미만일 경우에는 적절한 공융 화합물을 형성하지 못할 경우에는 소성과정 중의 온도상승이 불가피하며, 이에 따른 일라이트 및 판상구조의 점토질 광물의 물리화학적 변성을 초래할 수 있으며, 상기 함량 범위를 초과할 경우에는 촉매 담체 및 흡착재로서 비표면적의 저하가 발생할 수 있다.
상기 물은 저온소성용 바인더 조성물 총 중량 대비 0.1 내지 89 중량%로 포함되는 것이 좋다.
상기 유기산은 바나듐(V2O5) 화합물의 질산 용해시 용해도 향상에 효과적이다.
상기 유기산은 구연산, 옥살산, 글루콘산 등을 사용할 수 있으며, 특히 구연산을 사용하는 것이 가장 효과적이다. 상기 중 구연산은 3- 이온으로 수화되며, 바나듐을 5+ 이온상태에서 3+ 상태로 전환시키는 촉매 역할과 용해 후 pH 상승에 따른 침전을 막기 위한 킬레이트 안정화제 역할을 한다.
상기 유기산은 저온소성용 바인더 조성물 총 중량 대비 0.1 내지 20 중량%로 포함 되는 것이 좋다. 또한, 상기 유기산은 첨가 후 pH -0.5～1.0를 유지하도록 그 사용량을 조절하는 것이 좋으며, 특히 바인더 조성물 총 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부 또는 바나듐(V2O5) 화합물 중 바나듐 몰비에 대하여 0.5 내지 1.5 배로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 상기 범위 미만일 경우에는 바나듐의 pH 상승(4 이상)으로 수용액에서의 석출을 유발할 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우에는 이를 중화하기 위한 중화제 성분이 과도하게 투입되어 전체적인 바인딩 물질, 공융 물질의 농도 저하를 유발하여 소성체의 기계적 강도나 내수성을 약화시킬 수 있다.
상기 암모니아 또는 가성소다는 상기 유기산의 첨가로 인한 바인더 조성물을 중화시키는 중화제 작용을 한다.
상기 암모니아 또는 가성소다는 저온소성용 바인더 조성물 총 중량 대비 10 내지 50 중량%로 포함되는 것이 좋으며, 상기 나트륨 화합물의 사용량이 바나듐 화합물 중량 대비 0.001～0.4 중량부일 경우에는 가성소다를 사용하는 것이 바람직하고, 1.6～4.1의 중량부일 경우에는 암모니아를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 암모니아 또는 가성소다는 바인더 조성물의 pH가 6～9가 되도록 그 함량을 조절하는 것이 바람직하다. 상기 바인더 조성물의 pH가 6 이하로 중화될 경우에는 일라이트 및 판상구조의 점토질 광물의 수산기(hydroxy)의 손상을 초래할 수 있으며, pH가 9를 초과할 경우에는 과도한 염류 개입으로 BET 활성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 나트륨 화합물과 바나듐 화합물 중 어느 하나를 단독으로 사용할 경우 일라이트 및 점토질 광물의 슬러리 상태에서 소성후 경화될 경화될 때 기공(porosity)이 발달이 현저히 작아질 수 있다. 따라서, 이러한 기공 발달과 표면적 발달을 위한 바인더 성분으로 나노 콜로이달 실리카를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 나노 콜로이달 실리카는 평균입경이 5 내지 25 ㎚인 분산체로서 안정화 양이온으로 나트륨이나 암모니아인 것이 좋다.
상기 나노 콜로이달 실리카의 평균입경이 5 ㎚ 미만일 경우에는 안전성 및 가격경쟁력 확보가 여려울 수 있으며, 25 ㎚를 초과할 경우에는 분산성이 불완전할 수 있다.
상기 나노 콜로이달 실리카의 고형분 함량은 30 내지 50 중량%인 것이 바람직하며, 고형분 함량이 30 중량% 미만일 경우에는 기공성 확보에 적절하지 않으며, 50 중량%를 초과할 경우에는 상안정성 및 점도 증가로 취급의 용이성이 떨어질 수 있다.
또한 상기 나노 콜로이달 실리카의 표면적은 100 내지 350 ㎡/g인 것이 바람직하며, 표면적이 클수록 더욱 유리하다. 상기 나노 콜로이달 실리카의 표면적이 상기 범위를 벗어날 경우에는 바인딩 물질의 기타 물성이 저하될 수 있어 좋지 않다.
상기 나노 콜로이달 실리카는 저온소성용 바인더 조성물 총 중량 대비 0.1 내지 70 중량%로 포함되는 것이 좋다.
상기와 같은 성분으로 이루어지는 본 발명의 저온소성용 바인더 조성물은 상기 성분 이외에 붕산(Boric acid), 붕산 암모늄, 붕산 나트륨화합물 등의 보론 화합물 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 보론 화합물은 점착성을 향상시킴과 동시에 과잉 염기성분을 중화시키는 효과가 있어 최종 마무리 단계에 첨가하며, pH 8～9인 바인딩 수용액을 pH 6～7로 안정화하는 중화제로 사용된다.
상기 보론 화합물은 전체 조성물 함량에 대하여 붕소 화합물이 0.1 내지 5 중량%로 포함되도록 사용되는 것이 좋다.
상기 저온소성용 바인더 조성물의 제조방법을 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 이하 설명하는 제조방법시 사용되는 각 성분의 종류, 함량 등은 전술한 바와 동일한 의미로 설명된다.
먼저, 바나듐 화합물과 나트륨 화합물을 일정 중량비로 혼합하고 물에 용해 분산시켜 중성상태의 용해분산물을 준비한다.
그 다음, 상기 용해분산물에 질산을 가한 후 pH 1 이하의 조건에서 용융촉진제로 과산화수소 또는 유기산을 첨가하여 바나듐의 산화수를 4+～3+가 상태로 용해 전환시킨다. 이때 용해를 촉진하기 위하여 가열을 수반할 수 있다. 상기 과산화수소나 유기산은 바나듐 화합물의 질산에 대한 용해도를 높이기 위해 사용되는 가용화 촉매로 사용되며, 상기 유기산은 바나듐과 킬레이트를 형성하며 용해를 촉진시킨다. 이때, 이들에 대한 킬레이트 양이온은 나트륨이나 암모늄 이온으로 균형을 맞추어야 한다.
그 뒤, 상기 반응물에 암모니아수나 가성소다를 첨가하여 조성물의 pH가 6～9가 되도록 중화시켜 바나듐 화합물과 나트륨 화합물의 저온소성 공유물 조건을 확보하 고, 잉여 질산나트륨(NaNO3)을 함유한 수용액으로 제조한다.
그 다음, 상기 반응물에 나노 콜로이달 실리카를, 필요에 따라 보론 화합물을 더 첨가하여 최종 저온소성용 바인더 조성물을 제조한다. 상기와 같은 혼합물은 요변성(thyxotropic) 물질이 되며, 저장 중 점도가 증가하나 물리적인 교반에 의해 점도가 낮아진다.
상기와 같이 제조된 바인더 조성물은 건조한 후, 350 ℃ 이상에서 소성하게 되면 복합화합물로 전환되며, 이러한 복합화합물과 일라이트 또는 판상구조의 점토질 광물을 반죽하여 건조한 다음, 저온소성(300～500 ℃)하게 되면 일라이트 또는 판상구조의 점토질 광물의 화학적 변성을 막고 소성과정 중 물리화학적 변성을 최소화함으로써 일라이트계(Illite) 또는 판상구조의 점토질 광물의 흡착성 및 반응성을 보존할 수 있게 된다.
상기와 같은 바인더 조성물은 일라이트 및 판상구조의 점토질 광물 자체 소성 및 다른 기공성 메조포러스 제올라이트나 알루미나 세라믹의 혼합과 기공형성 바인더인 나노 콜로이달 실리카를 배합하여 소성물의 저온소성 조건(300～500 ℃)을 가능하게 할 수 있다. 또한, 기계적 강도와 내수성을 향상시켜 충격에 강하고, 수증기 농도가 높거나 수계 환경에서도 그 강도를 유지할 수 있도록 한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
오산화바나듐(V2O5) 5 g에 질산나트륨(Na2NO3) 6 g을 혼합하고 증류수 360 g을 첨가하였다. 여기에 질산(68% 액)을 160 g 가한 후 가열하였다. 이때, 용융촉진제로 과산화수소(35% 액) 96 g을 가하여 완전 용해시켰으며, 과산화수소는 가열에 의하여 증발시켰다. 그 다음, 상기 반응물에 구연산 25 g을 가한 후 용해하고 냉각시킨 후, 가성소다(25% 액) 360 g을 가하여 중화시켰다. 여기에 붕산(Boric acid)을 가하여 pH 7로 고정 종결하였다. 상기 반응물에 나노 콜로이달 실리카(고형분 함량 30 %) 수용액을 전체 중량 대비 30 %가 되도록 첨가하여 저온소성용 바인더 조성물을 제조하였다.
실시예 2
오산화바나듐(V2O5) 3.5 g에 황산나트륨(Na2SO4) 6.5 g을 혼합하고 증류수 360 g을 첨가하였다(도 1). 여기에 질산(68% 액)을 160 g 가한 후 가열하였다. 이때, 용융촉진제로 과산화수소(35% 액) 96 g을 가하여 완전 용해시켰으며, 과산화수소는 가열에 의하여 증발시켰다. 그 다음, 상기 반응물에 구연산 25 g을 가한 후 용해하고 냉각시킨 후, 암모니아 수용액을 가하여 pH가 8이 되도록 중화시켰다. 상기 반응물에 나노 콜로이달 실리카(고형분 함량 30 %) 수용액을 전체 중량 대비 50 %가 되도록 첨가하여 저온소성용 바인더 조성물(도 2)을 제조하였다.
실시예 3
오산화바나듐(V2O5) 7.5 g에 질산나트륨(Na2NO3) 10 g을 혼합하고 증류수 255 g을 첨가하였다. 여기에 질산(68% 액)을 260 g 가한 후 가열하였다. 이때, 용융촉진제로 과산화수소(35% 액) 154 g을 가하여 완전 용해시켰으며, 과산화수소는 가열에 의하여 증발시켰다. 그 다음, 상기 반응물에 구연산 25 g을 가한 후 용해하고 냉각시킨 후, 가성소다(25% 액) 290 g을 가하여 pH가 9가 되도록 중화시켰다. 상기 반응물에 나노 콜로이달 실리카(고형분 함량 30 %) 수용액을 전체 중량 대비 40 %가 되도록 첨가하여 저온소성용 바인더 조성물을 제조하였다.
실시예 4
오산화바나듐(V2O5) 3.5 g에 황산나트륨(Na2SO4) 6.5 g을 혼합하고 증류수 360 g을 첨가하였다. 여기에 질산(68% 액)을 160 g 가한 후 가열하였다. 이때, 용융촉진제로 과산화수소(35% 액) 96 g을 가하여 완전 용해시켰으며, 과산화수소는 가열에 의하여 증발시켰다. 이때, 바나듐화 나트륨의 농축을 위해 가열 증발시켜 전체 중량의 20 %를 증발시켰다. 그 다음, 상기 반응물에 구연산 25 g을 가한 후 용해하고 냉각시킨 후, 탄산나트륨을 가하여 pH가 8이 되도록 중화시켰다. 상기 반응물에 나노 콜로이달 실리카(고형분 함량 30 %) 수용액을 전체 중량 대비 45 %가 되도록 첨가하여 저온소성용 바인더 조성물을 제조하였다.
실시예 5
오산화바나듐(V2O5) 5 g에 질산나트륨(Na2NO3) 6 g을 혼합하고 증류수 360 g을 첨가하였다. 여기에 질산(68% 액)을 160 g 가한 후 가열하였다. 이때, 용융촉진제로 과 산화수소(35% 액) 96 g을 가하여 완전 용해시켰으며, 과산화수소는 가열에 의하여 증발시켰다. 이때, 바나듐화 나트륨의 농축을 위해 가열 증발시켜 전체 중량의 70 %로 농축하였다. 그 다음, 상기 반응물에 구연산 25 g을 가한 후 용해하고 냉각시킨 후, 가성소다(25% 액) 360 g을 가하여 중화시켰다. 여기에 붕산(Boric acid)을 가하여 pH 7로 고정 종결하였다. 상기 반응물에 나노 콜로이달 실리카(고형분 함량 30 %) 수용액을 전체 중량 대비 30 %가 되도록 첨가하여 저온소성용 바인더 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 1에서 제조한 저온소성용 바인더 조성물을 건조시킨 후(도 3), 350 ℃ 이상에서 소성하여 복합화합물로 전환시켰다(도 4). 그 다음, 상기 복합화합물과 일라이트를 반죽하여 건조시킨 후(도 5), 450 ℃에서 10 분간 저온소성한 결과 도 6에서 도 7과 같이 일라이트 표면이 변화하였다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명에 따른 저온소성용 바인더 조성물은 일라이트(Illite)의 소성과정 중의 물리화학적 변성을 최소화하고 일라이트의 화학적 흡착 활성점인 Fe(OH)3 구조와 Al(OH)3의 탈수(dehydration) 한계점인 470 ℃ 이하에서의 소성을 가능하게 하여 일라이트의 기본 순기능을 보호할 수 있으며, 기계적 강도 및 내수성을 향상시킬 수 있다. 또한, 일라이트의 소성후 발생하는 비표면적 축소, 활성점 변화 등을 방지할 수 있으며, 바인더로서 첨가/소성되어 소결체내에 염소화합물의 침적을 막아 흡착재로서의 표면적을 보호 개선하고 2차 수세공정에 따른 소성체 제조공정의 복잡성을 개선할 수 있다.

Claims (11)

  1. 저온소성용 바인더 조성물에 있어서,
    나트륨 화합물 0.01～30 중량%;
    바나듐 화합물 0.001～20 중량%;
    물 0.1～89 중량%;
    유기산 0.1～20 중량%;
    암모니아 또는 가성소다 10～50 중량%; 및
    나노 콜로이달 실리카 0.1～70 중량%;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나트륨 화합물은 질산나트륨(NaNO3), 아질산나트륨(NaNO2), 황산나트륨(Na2SO4), Na2O, Na2O2, 글루코산나트류, 구연산나트륨, 옥살산나트륨, 염화나트륨, 탄산나트륨 및 탄산수소나트륨으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바나듐 화합물은 V2O5, V2O4, V2O3, V2O2, 암모늄바나데이트 및 바다듐염화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 산화바드늄인 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나트륨 화합물로 질산나트륨(NaNO3) 또는 아질산나트륨(NaNO2)을 사용할 경우 상기 나트륨 화합물은 바나듐 화합물 중량 대비 0.001～0.4 중량부 또는 1.6～4.1의 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나트륨 화합물로 황산나트륨(Na2SO4)을 사용할 경우 바나듐 화합물 15～55 중량% 및 황산나트륨 85～45 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기산은 구연산, 옥살산 및 글루콘산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유기산은 바인더 조성물 총 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부 또는 바 나듐(V2O5) 화합물 중 바나듐 몰비에 대하여 0.5 내지 1.5 배로 포함되는 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 암모니아 또는 가성소다는 바인더 조성물의 pH가 6～9가 되도록 첨가되는 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 나노 콜로이달 실리카는 평균입경이 5 내지 25 ㎚이고, 고형분 함량이 30 내지 50 중량%이고, 표면적이 100 내지 350 ㎡/g인 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 저온소성용 바인더 조성물은 붕산(Boric acid), 붕산 암모늄, 및 붕산 나트륨화합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 보론 화합물을 더 포함하되, 붕소 함량이 전체 조성물 함량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 저온소성용 바인더 조성물은 실리카(SiO2 0.1～60 중량%), 알루미나(Al2O3 0.1～30 중량%), 산화철(Fe2O3 0.1～30 중량%), 산화마그네슘(MgO 0.1～30 중량%), 산화칼륨(K2O 0.1～30 중량%), 인산염(P2O5 0.1～10 중량%), 이산화티탄(TiO2 0.1～30 중량%), 산화칼슘(CaO 0.1～30 중량%)의 조성을 가지며, 상기 저온소성용 바인더 조성물은 수산기(hydroxy)를 함유한 천연, 합성 일라이트(Illite)계 광물과 무기산화물의 혼합물, 상기 물질 중 단독으로 존재하는 무기산화물, 금속, 유리, 탄소, 고분자 화합물 또는 이들의 혼합물의 소성을 위한 바인더로 사용되는 것을 특징으로 하는 저온소성용 바인더 조성물.
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