KR100900393B1 - 표면처리 산화물 골재를 이용한 탄소계 부정형 내화물 및제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소계 산화물 골재의 제조방법에 있어서, 석탄계 또는 석유계 핏치와 같은 탄소전구체인 결합재나 합성수지를 용매에 용해시켜 산화물 골재와 교반한 후에 용매를 분리하는 것을 특징으로 하는 표면처리 산화물 골재를 이용한 탄소계 부정형 내화물 및 제조방법이다.
본 발명은 탄소계 부정형 내화물을 시공할 때에 결합재로 미리 코팅처리를 하기 때문에 산화물 골재와 결합재의 혼합시 산화물 골재와 결합재간의 화학반응을 유도하여, 산화물 골재의 탈락현상을 방지할 수 있어서, 내구성이 우수한 탄소계 부정형 내화물을 제공할 수 있다.
산화물 골재, 부정형 내화물, 표면처리, 제조방법
Description
본 발명은 탄소계 부정형 내화물 및 제조방법에 관한 것으로, 석탄계 또는 석유계 핏치와 같은 탄소전구체 결합재와 페놀, 퓨란, 에폭시 등의 합성수지를 아세톤, THF, toluene 등에서 적어도 하나 이상의 용매를 사용하여 습식 또는 건식으로 표면처리하여, 탄소계 부정형 내화물을 제조하는 방법이며, 또한 결합재 또는 합성수지로 표면처리한 산화물 골재를 대립, 중립, 미립의 조성 중 어느 한가지 이상을 70 중량%이상 함유하고, 결합재를 30 중량%이하 함유하는 탄소계 부정형 내화물에 관한 것이다.
탄소계 부정형 내화물은 알루미나, 마그네시아 등의 산화물 골재와 결합을 유도하는 결합재로 구성되며, 결합재의 역할은 산화물 골재간의 결합력 향상과 시공체와의 부착력 향상을 목적으로 사용한다. 일반적으로는 석탄계 또는 석유계 핏 치 등의 열가소성 수지나 에폭시, 페놀 등 비산화분위기에서의 열처리시, 가능한 많은 양의 탄소를 생성하는 열경화성 수지를 사용한다.
이러한 조성의 부정형 내화물의 성능은 산화물 골재와 결합재인 탄소전구체의 결합력 그리고 탄소전구체와 시공체 사이의 결합력에 의해서 좌우된다. 현재 부정형 내화물의 산화물 골재는 일반적으로 대립, 중립, 미립을 탄소질 결합재와 적당량 배합하여 사용하고 있으며, 미립에 비해서 중립이나 대립의 산화물 골재는 결합재와 반응하는 유효면적이 매우 작고, 미립에 비하여 중력이 크게 작용하기 때문에 시공시 반응에 기여하지 못하고 탈락하는 현상이 자주 관찰된다. 이와 같은 탈락현상은 처음 배합한 부정형 내화물의 화학조성의 변화를 야기하거나 부정형 내화물내의 내화물대립이나 중립골재의 함유량의 감소로 연결되어 내구성을 결여시킬 수 있다.
이와 같은 부정형 내화물의 결합력 제어를 위한 종래기술로서는, 흑연으로 코팅한 산화물 골재를 첨가(JP8-253368)하거나, 열경화성 수지나 카본 블랙, 산화물 입자로 코팅한 흑연입자를 첨가(JP6-166574, JP8-143373)하여 부정형 내화물의 내구성을 향상시키는 방법 등을 채택하고 있으나, 대부분의 기술은 탄소원의 확보나 탄소의 측면에 국한된 기술이 대부분이며, 산화물 골재의 부착을 고려한 기술은 거의 찾아 볼 수 없다.
본 발명은 탄소계 부정형 내화물을 제조할 때에 발생하는 산화물 골재의 탈락을 방지하고, 산화물 골재와 결합재의 결합력을 높이기 위하여, 산화물 골재를 결합재와 혼합하기 전에 결합재로 코팅하여 표면처리함으로써, 결합재와의 혼합시 화학반응을 유도하여 높은 결합력을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
본 발명은 탄소계 산화물 골재의 제조방법에 있어서, 탄소전구체인 결합재나 합성수지를 용매에 용해시켜 산화물 골재와 교반한 후 용매를 분리하는 것을 특징으로 하는 표면처리 산화물 골재를 이용한 탄소계 부정형 내화물 제조방법이다.
탄소전구체인 결합재의 성분은 석탄계 또는 석유계 핏치이며, 합성수지는 페놀, 퓨란, 에폭시 등이며, 습식 또는 건식으로 표면처리가 가능하고, 아세톤, THF, toluene 등에서 적어도 하나 이상의 용매를 결합재에 대하여 5~100(중량비)배로 사용한다. 또한 건조 또는 1000℃이하의 온도에서 탄화하는 공정을 포함한다.
더불어 결합재 또는 합성수지로 표면처리한 산화물 골재를 대립, 중립, 미립의 조성 중 어느 한가지 이상을 70 중량%이상 함유하고, 결합재를 30 중량%이하 함유하는 탄소계 부정형 내화물이다.
본 발명은 산화물 골재의 표면을 코팅처리하여 산화물 골재와 결합재의 결합력을 높일 수 있다. 이는 탄소계 부정형 내화물을 시공할 때에 결합재로 미리 코팅 처리를 하기 때문에 산화물 골재와 결합재를 혼합시 산화물 골재와 결합재간의 화학반응을 유도하고, 산화물 골재의 탈락현상을 방지할 수 있어서, 내구성이 우수한 탄소계 부정형 내화물을 제공할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 탄소계 산화물 골재의 제조방법에 있어서, 탄소전구체인 결합재나 합성수지를 용매에 용해시켜 산화물 골재와 교반하는 단계 및 상기 교반 후에 용매를 분리하는 것을 특징으로 하는 표면처리 산화물 골재를 이용한 탄소계 부정형 내화물 제조방법이다.
이하, 본 발명인 표면처리 산화물 골재를 이용한 탄소계 부정형 내화물 및 제조방법에 대하여 구체적이고 단계적으로 설명한다.
먼저 표면처리를 살펴보면, 산화물 골재의 표면을 코팅처리 하기 위해서 사용하는 물질로서는 기존의 결합재(연화점 110℃ 석탄계 핏치)를 비롯한 연화점 250℃ 이하의 석탄계 또는 석유계 핏치나 탄화수율이 30~40% 이상인 페놀, 퓨란, 에폭시 등의 합성 수지를 사용할 수 있다.
상기 산화물 골재의 표면처리는 건식 혹은 습식으로 행할 수 있으나 균일한 반응을 유도할 수 있으며 코팅층의 두께를 손쉽게 제어할 수 있는 점에서 습식 표면처리 방법이 바람직하다. 습식 표면처리의 경우에는 기존의 결합재나 합성수지를 용해할 수 있는 용매를 사용하고, 상기 용매로서는 아세톤, THF(tetrahydro furan), hexane, toluene, quinoline 등을 사용할 수 있으나 합성수지의 대부분을 용해시킬 수 있는 용매가 바람직하다.
산화물 골재 표면처리 공정은 코팅재를 용해시킨 용액에 산화물 골재 분말을 투입, 교반하고, 용매를 분리함으로써 이루어진다. 산화물 골재 표면의 코팅층 두께는 결합재가 용해되어 있는 용액의 점도를 통하여 조절할 수 있다. 용매의 양은 결합재에 대해서 5~100배(중량비)를 사용할 수 있다. 5배 이하의 비율에서는 결합재를 모두 용해시키는 것이 불가능하며, 100배 이상에서는 코팅층의 두께가 지나치게 얇아 코팅 효과를 기대하기 어렵다.
표면처리가 완료된 산화물 골재는 여과공정을 통해 용액과 분리하고 100℃ 전후의 온도에서 건조하여 코팅 골재의 제조를 완료한다. 경우에 따라서 비산화성 분위기 1000℃이하의 온도에서 탄소화 처리를 행하여 골재 제조를 완료할 수도 있다.
상기의 표면처리는 대립이나 중립의 산화물 골재에서 행함으로써 효과를 얻을 수 있으나 필요에 따라서는 미립에 대해서도 코팅 처리하는 것도 가능하다.
또한 사용하는 결합재와 동일한 화학성분의 결합재로 코팅처리 하는 경우, 결합재와의 화학결합을 극대화할 수 있다.
상기의 표면처리 공정에서 얻은 표면처리 산화물 골재를 이용하여, 대립, 중립, 미립을 합하여 70 중량% 이상, 결합재 30 중량% 이하로 구성하도록 배합하는 것이 바람직하다. 30 중량% 이상의 결합재 함량에서는 부정형 내화물 투입시 지나치게 큰 유동성이 발현되어 입자 크기별로 분리될 수 있으며, 원하는 부위 이외에까지 부정형 내화물이 혼입될 가능성이 있다. 경우에 따라서 표면처리한 대립, 중 립, 미립 산화물 골재를 모두 사용할 수 있으며, 단수, 혹은 복수의 조합으로 사용할 수도 있다.
또한 부정형 내화물의 기능 부여를 위하여 소량의 계면활성제나 산화방지제를 병행해서 사용할 수도 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
실시예 1
산화물골재로서 입경 5mm의 MgO분말을 사용하고 연화점이 110℃인 석탄계 핏치(MgO골재 중량의 50%)를 THF(핏치 중량의 10배)에 용해하여 2시간 코팅처리를 실시하였고, 코팅처리한 MgO 대립골재를 연화점 이하의 온도에서 건조하여 최종 결합재 코팅 MgO 대립골재를 제조하였으며 도 1에서와 같이 산화물 골재 표면이 균질하게 코팅처리 되었음을 알 수 있다.
외관에서 볼 수 있듯이 미코팅한 MgO대립에 비해 석탄계 핏치를 코팅처리함으로써 각 결합재 특유의 색으로 표면이 변화함을 알 수 있으며, 코팅 처리함으로써 약 1%의 중량 증가가 발생하였다.
실시예 2
산화물골재로서 입경 1mm이하의 MgO분말을 사용하고 연화점이 110℃인 석탄계 핏치(MgO골재 중량의 50%)를 THF(핏치 중량의 10배)에 용해하여 2시간 코팅처리를 실시하였고, 코팅처리한 MgO 미립골재를 연화점 이하의 온도에서 건조하여 최종 결합재 코팅 MgO 미립골재를 제조하였으며, 도 2에서와 같이 산화물 골재 표면이 균질하게 코팅처리 되었음을 알 수 있다.
외관에서 볼 수 있듯이 미코팅한 MgO 미립에 비해 석탄계 핏치를 코팅처리함으로써 각 결합재 특유의 색으로 표면이 변화함을 알 수 있으며, 코팅 처리함으로써 약 2%의 중량 증가가 발생하였다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면의 범위안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 석탄계 핏치로 표면처리된 대립 MgO 골재의 외관에 대한 사진이다.
도 2은 본 발명의 실시예 2에 따른 석탄계 핏치로 표면처리된 미립 MgO 골재의 외관에 대한 사진이다.
Claims (7)
- 탄소계 부정형 내화물 제조방법에 있어서,탄소전구체인 결합재나 합성수지를 용매에 용해시켜 산화물 골재와 교반하는 단계; 및상기 교반 후에 용매를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리 산화물 골재를 이용한 탄소계 부정형 내화물 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 탄소전구체인 결합재의 성분은 석탄계 또는 석유계 핏치이며, 합성수지는 페놀, 퓨란 또는 에폭시인 것을 특징으로 하는 표면처리 산화물 골재를 이용한 탄소계 부정형 내화물 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 표면처리는 습식 또는 건식으로 표면처리한 것을 특징으로 하는 표면처리 산화물 골재를 이용한 탄소계 부정형 내화물 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 습식 표면처리시 결합재를 용해하는 용매로서 아세톤, THF 또는 toluene 가운데 적어도 하나 이상의 용매를 사용하는 것을 특징으로 하는 표면처리 산화물 골재를 이용한 탄소계 부정형 내화물 제조방법.
- 제 4항에 있어서,상기 용매의 양은 결합재 또는 합성수지에 대하여 5~100(중량비)배로 사용하는 것을 특징으로 하는 표면처리 산화물 골재를 이용한 탄소계 부정형 내화물 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 용매를 분리하는 방법은 건조하거나 또는 1000℃이하의 온도에서 탄소화 처리하는 것을 특징으로 하는 표면처리 산화물 골재를 이용한 탄소계 부정형 내화물 제조방법.
- 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항의 탄소계 부정형 내화물 제조방법에 따라 얻어진 입경 5㎜의 대립, 입경 2~4㎜의 중립, 입경 1㎜ 이하 미립의 산화물 골재 중 어느 한가지 이상을 70 중량%이상 함유하고, 결합재를 30 중량%이하 함유하는 것을 특징으로 하는 탄소계 부정형 내화물.
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