KR102537213B1 - 고온 나노 복합 코팅 조성물 및 이의 제조방법, 및 유연 및 소형 봉지에 포장된 코팅 조성물 - Google Patents

고온 나노 복합 코팅 조성물 및 이의 제조방법, 및 유연 및 소형 봉지에 포장된 코팅 조성물 Download PDF

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메이후아 수
웨이진 정
야오후이 유에
델리 렌
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Abstract

본 개시는 고온 나노 복합 코팅 및 이의 제조방법, 및 소형 봉지 유연 포장 코팅을 제공한다. 본 개시에 의하여 제공되는 고온 나노 복합 코팅은 섬유 길이를 조절한다. 또한, 고온 보강 충전제 및 고온 팽창 충전제가 도입되어, 고온에서 수축에 의하여 야기되는 균열 없이 고온에서 코팅이 초고강도를 갖게 한다. 또한, 나노 분말, 고온 골격 충전제 및 기타 첨가제가 도입되어, 코팅을 균일하고 안정적으로 만들며, 치약과 유사한 슬러리 상태에 도달한다. 배치 공정 중에 침전 및 층화 없다. 소형 포장을 실현하여 시공 및 작동이 용이하다. 또한, 코팅은 로 내벽에 대한 결합이 우수하고 로 내벽으로부터 떨어져 나가지 아니하며, 이에 따라 로 내벽의 서비스 수명을 연장시킨다.

Description

고온 나노 복합 코팅 및 이의 제조방법, 및 소형 봉지 유연 포장 코팅
본 출원은 2020년 11월 10일자로 중국 특허청에 출원된 “고온 나노 복합 코팅 및 이의 제조방법, 및 소형 봉지 유연 포장 코팅(HIGH-TEMPERATURE NANO-COMPOSITE COATING AND PREPARATION METHOD THEREOF, AND SMALL BAG FLEXIBLE PACKAGING COATING)”이라는 명칭의 중국 특허출원 제202011246887.4호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 개시는 참조로서 본원에 포함된다.
본 개시는 고온 로(furnace) 코팅 분야에 관한 것으로, 구체적으로 고온 나노 복합 코팅 및 이의 제조방법, 및 소형 봉지 유연 포장 코팅에 관한 것이다.
석유화학공업의 에틸렌 분해(cracking) 로(furnace)는 특히 바닥으로부터 3 미터 이내에서 고온으로 사용되며, 바닥 소성, 측면 소성 및 상부 소성 버너가 있다. 기류 정련 및 분위기의 영향을 받아, 로 내벽의 강도 요구 사항이 매우 높다. 따라서, 이 부분에는 벽돌 벽 구조가 사용되어 왔다. 상기 벽돌 벽 구조는 기류의 정련 및 분위기의 침식을 견딜 수 있다. 그러나, 높은 열전도율 및 약한 열충격으로 인하여, 상기 로의 외벽은 고온이며 매우 쉽게 부서지고 떨어져 나간다.
환경 보호에 대한 국가의 요구 사항이 점점 더 높아짐에 따라, 에너지 효율을 개선하고 로의 수명을 연장하기 위하여, 많은 고온 로 제조 업체가 로의 다양한 가혹 환경에서 섬유 로 내벽의 부식에 저항하기 위하여 벽돌 벽 및 캐스터블 구조 대신 전체 섬유 로 내벽을 점진적으로 채택하여 왔다. 그러나, 절연 성능 및 내열충격성이 우수한 섬유 모듈은 환경 분위기의 영향으로 쉽게 분해되기 때문에, 기류의 정련에 저항할 수 없고, 따라서 높은 풍속을 가진 고온 로에 적용할 수 없다. 그 결과, 보호를 위하여 섬유 로 내벽의 표면 상에 높은 강도 및 우수한 투과성을 갖는 고온 열보호 코팅을 분사하고, 로 내벽을 견고하게 접착시킬 필요가 있다. 고온 열보호 코팅 및 섬유 로 내벽이 떨어져 나가지 않고 보다 견고하게 접착되도록 하기 위해서는, 건조 및 고온 소성에 의하여 섬유 로 내벽 상에 고온 열보호 코팅을 루팅(root) 및 고정하여, 섬유 로 내벽의 표면 상에 코팅을 견고하게 고정할 필요가 있다. 또한, 일부 손상된 로 내벽의 균열 및 간극을 수리할 필요가 있다. 이러한 시공 현장은 상대적으로 협소하고 일정한 깊이를 갖기 때문에, 시공에 사용되는 일반적인 코팅 시공 방법은 코팅을 일정 깊이까지 충분히 주입할 수 없고 시공 효과를 얻지 못한다. 따라서, 시공에는 글루건만 사용할 수 있다. 내화 및 단열 산업에 사용되는 내고온성 코팅은 일반적으로 플라스틱 드럼 또는 철 드럼에 포장되어 있어, 개봉이 번거롭고 폐기물이 쉽게 발생하여 고객에게 매우 불편하다. 또한, 시공에 글루건을 사용할 경우, 현장에서 수동으로 충전을 하여야 하여, 시간 및 노력이 많이 들고 현장 위생의 유지가 어려워 불편함을 안고 있다. 그러나, 이러한 문제들은 소형 봉지 유연 포장을 사용하면 해결될 것이다.
종래의 내고온성 코팅의 고온 기계적 특성은 에틸렌 분해 로에서 사용할 경우 여전히 열악하여, 분해 로의 초정련력(super scouring force)을 견딜 수 없으며 로의 가혹한 환경의 침식으로부터 전체 섬유 로 내벽을 보호하는 목적을 달성할 수 없다. 또한, 일반적으로 무기 내고온성 분말 충전제 또는 섬유를 사용하는 내고온성 재료이기 때문에, 코팅에 섬세한 느낌이 없다. 따라서, 일정 시간 방치된 후, 소형 봉지 유연 포장의 코팅은 침전되어 액체층이 분리된다. 글루건을 시공에 사용할 경우, 액체가 빨리 나오고 마른 장섬유 및 입상 분말이 남아 있어, 글루건으로 짜내기가 어렵다. 도 1은 일정 시간 방치된 후 종래의 내고온성 코팅의 슬러리 상태의 개략도를 나타낸다.
이러한 관점에서, 본 개시의 목적은 고온 나노 복합 코팅 및 이의 제조방법, 및 소형 봉지 유연 포장 코팅을 제공하는 것이다. 본 개시에 의하여 제공되는 고온 나노 복합 코팅은 높은 강도 및 우수한 투과성을 가져, 로 내벽에 보다 견고하게 결합된다. 상기 코팅은 균일하고 안정적이며, 섬세하고 매끄럽고, 오랫동안 침전되지 아니한다. 섬유 길이 및 분말 입자 크기의 단계적 조절을 통하여, 고온 기계적 특성이 향상되고, 고온 수축이 감소하며, 로 내벽에 대한 결합의 견뢰도가 향상된다.
본 개시는 하기 성분들을,
내고온성 무기 섬유 10%~50%;
보강 충전제 10%~20%;
고온 팽창 충전제 5%~15%;
골격 충전제 7%~30%;
나노 분말 3%~10%;
무기 현탁제 0%~20%;
무기 바인더 10%~50%;
유기 첨가제 3%~15%; 및
상기 모든 성분들의 총 질량의 10%~50%에 해당하는 물;의 질량비로 포함하며,
상기 내고온성 무기 섬유의 길이는 0.01~1 mm인, 고온 나노 복합 코팅을 제공한다.
바람직하게는, 상기 나노 분말은 나노 실리카 및 나노 알루미나 분말 중 하나 이상으로부터 선택된다.
바람직하게는, 고알루미나 섬유, 지르코늄 함유 섬유 및 알루미나 결정 섬유 중 하나 이상으로부터 선택된다.
바람직하게는, 상기 보강 충전제는 침상 마이크로 실리카 분말 및 엽랍석(pyrophyllite) 분말 중 하나 이상으로부터 선택된다.
바람직하게는, 상기 고온 팽창 충전제는 남정석(kyanite) 분말 및 규선석(sillimanite) 중 하나 이상으로부터 선택된다.
바람직하게는, 상기 골격 충전제는 알루미나 분말, 멀라이트(mullite) 분말, 지르콘 분말 및 커런덤(corundum) 분말 중 하나 이상으로부터 선택된다.
바람직하게는, 상기 무기 현탁제는 벤토나이트이며;
상기 무기 바인더는 알루미늄 졸, 알루미늄 디하이드로겐 인산(aluminum dihydrogen phosphate) 및 실리카 졸 중 하나 이상으로부터 선택된다.
바람직하게는, 상기 유기 첨가제는 유기 바인더, 방부제 및 부동제 중 하나 이상으로부터 선택된다.
본 개시는 또한,
S1. 내고온성 무기 섬유, 무기 바인더 및 물을 혼합하여 섬유 분산액을 얻는 것;
S2. 상기 섬유 분산액에 고온 팽창 충전제, 보강 충전제 및 골격 충전제를 혼합하여 슬러리를 얻는 것; 및
S3. 상기 슬러리에 나노 분말, 무기 현탁제 및 유기 첨가제를 혼합하여 코팅을 얻는 것;을 포함하는, 상기 기술적 수단에 기재된 고온 나노 복합 코팅 제조방법을 제공한다.
본 개시는 또한, 소형 봉지 유연 포장 코팅으로서, 상기 코팅은 상기 기술적 수단에 기재된 고온 나노 복합 코팅 또는 상기 코팅은 상기 기술적 수단에 기재된 방법에 의하여 제조된 고온 나노 복합 코팅인, 소형 봉지 유연 포장 코팅을 제공한다.
본 개시는, 섬유를 전처리하여 섬유 길이를 조절하고, 고온 보강 충전제, 고온 팽창 충전제, 나노 분말, 무기 현탁제, 및 기타 첨가제를 도입한 고온 나노 복합 코팅을 제공한다. 이러한 개선을 통하여 얻어진 고온 나노 복합 코팅은 하기의 특성을 갖는다: (1) 석유화학 산업에서 고온에서 초고강도 및 소형화, 적은 수축, 고온에서 균열이 발생하지 않고, 기류의 초강력 정련 및 분해 로의 분위기의 침식을 견딜 수 있다; (2) 나노 분말의 도입으로 섬유 내벽의 표면 상에 분사될 경우 코팅이 보다 풍부한 입자 크기 점층 및 보다 강한 투과성을 갖게 되고, 이에 따라 섬유 내벽에 보다 강한 결합의 목적을 달성하며; (3) 섬유 길이 및 분말 입자 크기의 단계적 조절, 및 무기 현탁제 및 기타 첨가제의 도입을 통하여, 코팅은 균일하고 안정적이며, 섬세하고 매끄럽고, 압출 시 치약과 유사한 슬러리 흐름 상태에 도달하여, 배치 공정 중에 침전 및 층화를 방지할 수 있다. 소형 포장을 실현할 수 있으며, 섬유 모듈의 바닥에 고정 및 루팅할 경우 역망치 형상을 형성할 수 있다. (4) 코팅은 우수한 침투성, 분사 후 로 내벽에 대한 우수한 결합, 및 특별한 고정 및 루팅 성능을 가지며, 코팅 및 로 내벽의 결합을 이중으로 견고하게 하여, 이에 따라 효과적으로 기류 정련에 저항하고 로 내벽의 서비스 수명을 연장시킨다.
실험 결과는 본 개시에 의하여 제공되는 고온 나노 복합 코팅이 6~12개월 간 방치된 후 침전이 없고 균일한 페이스트 형태를 유지하며, 소성 후 압축 강도가 ≥3MPa, 소성 후 파단 강도가 ≥ 2MPa이며, 가열 선형 수축(1300℃ × 24h)이 ≤2%임을 나타낸다.
도 1은 종래의 내고온성 코팅의 안정성 시험을 나타낸 사진이며;
도 2는 본 개시의 실시예 1~2에서 얻어진 코팅의 안정성 시험을 나타낸 사진이며;
도 3은 본 개시의 실시예 1의 코팅 접착의 구조를 나타낸 사진이다.
본 개시는 하기 성분들을,
내고온성 무기 섬유 10%~50%;
보강 충전제 10%~20%;
고온 팽창 충전제 5%~15%;
골격 충전제 7%~30%;
나노 분말 3%~10%;
무기 현탁제 0%~20%;
무기 바인더 10%~50%;
유기 첨가제 3%~15%; 및
상기 모든 성분들의 총 질량의 10%~50%에 해당하는 물;의 질량비로 포함하며,
상기 내고온성 무기 섬유의 길이는 0.01~1 mm인, 고온 나노 복합 코팅을 제공한다.
본 개시는 섬유를 전처리하여 섬유를 특정 길이로 조절하고, 고온 보강 충전제 및 고온 팽창 충전제를 추가로 도입하여, 고온에서 수축에 의하여 야기되는 균열 없이 고온에서 초고강도를 갖게 함으로써, 분해 로의 초강력 정련력을 견디는 목적을 달성하고 로의 가혹한 환경의 침식으로부터 전체 섬유 로 내벽을 보호하는 목적을 달성한다. 나노 분말의 도입으로 섬유 내벽의 표면 상에 분사될 경우 코팅이 보다 풍부한 입자 크기 점층 및 보다 강한 투과성을 갖게 되고, 이에 따라 섬유 내벽에 보다 강한 결합의 목적을 달성한다. 섬유 길이 및 분말 입자 크기의 단계적 조절, 및 무기 현탁제 및 기타 첨가제의 도입을 통하여, 코팅은 균일하고 안정적이며, 치약과 유사한 슬러리 상태에 도달하여, 배치 공정 중에 침전 및 층화를 방지할 수 있다. 소형 포장을 실현하여 시공 및 작동이 용이하다. 또한, 코팅은 로 내벽에 대한 결합이 우수하고 로 내벽으로부터 떨어져 나가지 아니하며, 이에 따라 로 내벽의 서비스 수명을 연장시킨다.
본 개시에서, 상기 내고온성 무기 섬유의 원료는 바람직하게는, 고알루미나 섬유, 지르코늄 함유 섬유 및 알루미나 결정 섬유 중 하나 이상이다. 이들 중, 상기 알루미나 결정 섬유는 바람직하게는 72 알루미나 결정 섬유, 80 알루미나 결정 섬유 및 95 알루미나 결정 섬유 중 하나 이상이다.
본 개시에서, 상기 내고온성 무기 섬유는 2차 가공 섬유이다. 본 개시는 가공을 통하여 섬유의 길이를 조절한다. 본 개시에서, 얻어진 상기 내고온성 무기 섬유의 길이는 0.01~1 mm이고, 상기 내고온성 무기 섬유의 직경은 바람직하게는 1~6 um이다.
본 개시에서, 코팅 내 상기 내고온성 무기 섬유의 질량 백분율은 10%~50%이고, 바람직하게는 15%~30%이며; 본 개시의 일부 구현예에서, 질량비는 15%, 20%, 25% 또는 30%이다.
본 개시에서, 상기 보강 충전제는 내고온성 보강 충전제, 바람직하게는 침상 마이크로 실리카 분말 및 엽랍석(pyrophyllite) 분말 중 하나 이상이다. 이들 중, 상기 침상 마이크로 실리카 분말의 종횡비는 바람직하게는 (15~20):1이다. 상기 엽랍석 분말의 입자 크기는 바람직하게는 200~300 메쉬이다. 본 개시에서, 상기 고온 보강 충전제의 원료에 특별한 제한은 없으며 일반적인 시판품일 수 있다.
본 개시에서, 코팅 내 상기 보강 충전제의 질량 백분율은 10%~20%이며; 본 개시의 일부 구현예에서, 질량비는 10%, 13%, 15% 또는 20%이다.
본 개시에서, 상기 고온 팽창 충전제는 바람직하게는 남정석(kyanite) 분말 및 규선석(sillimanite) 중 하나 이상이다. 본 개시에서, 고온 팽창 충전제의 원료에 특별한 제한은 없으며 일반적인 시판품일 수 있다. 본 개시에서, 코팅 내 상기 고온 팽창 충전제의 질량 백분율은 5%~15%이며; 본 개시의 일부 구현예에서, 질량비는 5%, 8% 또는 12%이다.
본 개시에서, 상기 골격 충전제는 내고온성 골격 충전제, 바람직하게는 알루미나 분말, 멀라이트(mullite) 분말, 지르콘 분말 및 커런덤(corundum) 분말 중 하나 이상이다. 본 개시에서, 상기 골격 충전제의 입자 크기는 바람직하게는 300~1000 메쉬이다. 본 개시에서, 상기 골격 충전제의 원료에 특별한 제한은 없으며 일반적인 시판품일 수 있다.
본 개시에서, 상기 골격 충전제의 질량 백분율은 7%~30%이며; 본 개시의 일부 구현예에서, 질량비는 7%, 10% 또는 15%이다.
본 개시에서, 상기 나노 분말은 바람직하게는 실리카 및 나노 알루미나 분말 중 하나 이상이다. 본 개시에서, 상기 나노 분말의 입자 크기는 바람직하게는 1~100 nm이다. 본 개시에서, 상기 나노 분말의 원료에 특별한 제한은 없으며 일반적인 시판품일 수 있다.
본 개시에서, 상기 나노 분말의 질량 백분율은 3%~10%이며; 본 개시의 일부 구현예에서, 질량비는 3%, 5% 또는 8%이다.
본 개시에서, 상기 무기 현탁제는 바람직하게는 벤토나이트이다. 본 개시에서, 상기 무기 현탁제의 질량 백분율은 0%~20%이며; 본 개시의 일부 구현예에서, 질량비는 0% 또는 5%이다.
본 개시에서, 상기 무기 바인더는 바람직하게는 알루미늄 졸, 알루미늄 디하이드로겐 인산(aluminum dihydrogen phosphate) 및 실리카 졸 중 하나 이상이다. 본 개시에서, 상기 무기 바인더의 질량 백분율은 10%~50%이며; 본 개시의 일부 구현예에서, 질량비는 25%, 37%, 40% 또는 41%이다.
본 개시에서, 상기 유기 첨가제는 바람직하게는 유기 바인더, 방부제 및 부동제 중 하나 이상이며, 보다 바람직하게는 상기 유기 첨가제는 유기 바인더, 방부제 및 부동제이다. 이들 중, 상기 유기 바인더는 바람직하게는 전분, 덱스트린 및 셀룰로오스 중 하나 이상이다. 상기 방부제는 바람직하게는 살생물제(Biocide)이다. 상기 부동제는 바람직하게는 에틸렌 글리콜이다.
본 개시에서, 코팅 내 상기 유기 첨가제의 질량 백분율은 3%~15%이며; 본 개시의 일부 구현예에서, 질량비는 3% 또는 5%이다.
본 개시에서, 상기 내고온성 무기 섬유, 보강 충전제, 고온 팽창 충전제, 골격 충전제, 나노 분말, 무기 현탁제, 무기 바인더 및 유기 첨가제는 바람직하게는 100%이다. 상기 성분들에 더하여, 코팅 계는 또는 물을 포함하며; 본 개시에서, 상기 물의 함량은 물을 제외한 상기 모든 성분들의 총 함량의 10%~50%이며, 본 개시의 일부 구현예에서, 상기 물의 함량은 15%, 25%, 30% 또는 35%이다.
본 개시에 의하여 제공되는 고온 나노 복합 코팅에서, 섬유 길이 및 분산 방식이 조절되고, 특정한 보강 충전제 및 고온 팽창 충전제가 도입되어, 고온에서 수축에 의하여 야기되는 균열 없이 고온에서 코팅이 초고강도를 갖게 한다. 또한, 특정한 골격 충전제 및 나노 구조 재료가 도입되고, 상기 재료들 간의 상승 효과가 상기 코팅을 균일하고 안정적이게 하고, 배치 공정 중에 침전 및 층화를 방지한다. 고온 사용 중에, 상기 코팅은 로 내벽에 견고하게 결합되고, 적은 고온 수축을 가지고, 초고강도의 단단한 크러스트 장벽을 갖는다. 상기 코팅은 소성 후 적은 수축을 가지며 균열이 없고 로 내벽에 견고하게 결합된다. 상기 코팅은 고온 소성 후 높은 강도를 가져, 기류의 정련 및 바닥 소성, 측면 소성 및 상부 소성의 분위기의 침식을 효과적으로 견딜 수 있으며, 이에 따라 외부 환경에 의한 부식 및 분해로 인한 취성으로부터 섬유 모듈을 보호하며, 고온 작동 중에 로의 열 손실을 예방함으로써, 로 내벽의 서비스 수명을 연장하고 로의 외벽의 온도를 감소시키고, 에너지 절약 및 소비 감소의 목적을 달성한다. 본 개시에 의하여 제공되는 고온 나노 복합 코팅은 에틸렌 분해 로의 전체 섬유 구조를 위한 특수한 코팅으로 사용될 수 있고, 초고강도, 섬유 내벽에 대한 강한 결합 및 특수한 고정 상태를 가짐으로써, 시공의 편리함을 실현한다. 특히 에틸렌 분해 로에서 벽돌 벽 구조 대신 전체 섬유 구조를 적용하는 경우, 상기 코팅은 섬유 보호, 분해로 인한 취성을 방지하는 데 중요한 역할을 하여, 로 내벽의 서비스 수명 연장 및 로의 외벽의 온도 감소라는 궁극적인 목표를 달성한다.
본 개시는 또한,
S1. 내고온성 무기 섬유, 무기 바인더 및 물을 혼합하여 섬유 분산액을 얻는 것;
S2. 상기 섬유 분산액에 고온 팽창 충전제, 보강 충전제 및 골격 충전제를 혼합하여 슬러리를 얻는 것; 및
S3. 상기 슬러리에 나노 분말, 무기 현탁제 및 유기 첨가제를 혼합하여 코팅을 얻는 것;을 포함하는, 상기 기술적 수단에 기재된 고온 나노 복합 코팅 제조방법을 제공한다.
이들 중, 단계 S1에서, 상기 혼합은 바람직하게는 교반 하의 혼합이며; 상기 교반 시간은 바람직하게는 10~30분이다. 단계 S2에서, 상기 혼합은 바람직하게는 교반 하의 혼합이며; 상기 교반 시간은 바람직하게는 3~5분이다. 단계 S3에서, 상기 혼합 순서는 바람직하게는: 먼저 상기 슬러리에 상기 나노 분말을 첨가하는 것, 교반 하에서 3~5분 동안 혼합하는 것, 이어서 상기 무기 현탁제를 첨가하는 것, 교반 하에서 5~10분 동안 혼합하는 것; 최종적으로 상기 유기 첨가제를 첨가하는 것, 교반 하에서 10~20분 동안 혼합하여 코팅을 얻는 것이다.
본 개시는 또한, 소형 봉지 유연 포장 코팅으로서, 상기 코팅은 상기 기술적 수단에 기재된 고온 나노 복합 코팅 또는 상기 코팅은 상기 기술적 수단에 기재된 방법에 의하여 제조된 고온 나노 복합 코팅인, 소형 봉지 유연 포장 코팅을 제공한다. 즉, 대형 포장용 플라스틱 배럴을 사용하는 것에 더하여, 상기 코팅은 또한 소형 봉지에 유연하게 포장되어 소형 봉지 코팅을 형성하여 특수 현장의 시공을 용이하게 할 수 있다.
본 개시는 또한, 상기 코팅을 소형 봉지 유연 포장에 넣는 것, 및 밀봉하여 소형 봉지 유연 포장 코팅을 얻는 것;을 포함하는, 상기 기술적 수단에 기재된 소형 봉지 유연 포장 코팅의 포장 방법을 제공한다. 이들 중, 상기 코팅은 상기 기술적 수단에 기재된 고온 나노 복합 코팅 또는 상기 기술적 수단에 기재된 방법에 의하여 제조된 고온 나노 복합 코팅이다.
본 개시에 의하여 제공되는 고온 나노 복합 코팅은 하기의 유익한 효과를 갖는다:
1. 고온 소성 후 상기 코팅은 높은 강도, 적은 수축을 가지며 균열이 없다. 상기 코팅은 전체 섬유 로 내벽의 외층 상에 단단하고 조밀한 크러스트를 형성할 수 있어, 에틸렌 분해 로 내부의 가혹한 환경에 효과적으로 저항할 수 있고, 외부 표면 상에 분사된 코팅이 떨어져 나가지 않고 섬유 내벽에 견고하게 고정된다.
2. 상기 코팅은 페이스트 형태로 균일하고 안정적이며, 선반 수명 동안 침전되지 않고 액체가 분리되지 아니한다. 상기 코팅은 대형 플라스틱 배럴에 포장될 수 있고, 또한 쉽게 시공할 수 있도록 소형 봉지 유연 포장의 요구 사항을 충족시켜 소형 봉지 유연 포장으로 제조될 수 있다.
3. 상기 코팅은 페이스트 형태로 균일하며 본 개시의 조성물은 상기 페이스트를 섬세하게 만들고 우수한 투과성을 갖도록 한다. 상기 코팅은 큰 면적에 분사될 경우 섬유 내벽과 견고하게 결합된다. 내벽의 내부를 글루건으로 접착하는 동안, 천공 로 내부의 바닥에 역망치 형상이 자동적으로 형성된다. 이러한 고정 구조의 형성을 통하여, 상기 코팅은 로 내벽에 보다 견고하게 결합되어 이중 보호 효과를 달성한다.
실험 결과는 본 개시에 의하여 제공되는 고온 나노 복합 코팅이 하기의 기술적 지표에 도달함을 나타낸다:
화학적 조성: SiO2 20~60%;
Al2O3 30~80%;
ZrO2 5~20.0%;
Fe2O3 <0.3%.
실온에서 건조 후 벌크 밀도: 650~850 Kg/m3;
소성 후 압축 강도: ≥ 3MPa;
소성 후 파단 강도: ≥ 2MPa;
가열 선형 수축: 1300℃ × 24h ≤ 2%.
배치 시간: 침전 없이 6~12개월.
본 개시를 더 이해하기 위하여, 본 개시의 바람직한 구현예가 실시예와 함께 아래에서 설명된다. 그러나, 이는 본 개시의 청구범위를 제한하는 것이라기보다는 본 개시의 특징 및 이점을 추가적으로 예시하기 위한 것임을 이해하여야 한다. 하기 실시예에서, 사용된 원료의 크기는 상기 기재된 다양한 원료의 크기 매개변수 범위에 있다.
실시예 1
1.1 코팅의 처방
내고온성 무기 섬유 15%;
고온 보강 충전제 - 침상 마이크로 실리카 분말 10%;
고온 팽창 충전제 - 남정석 분말 12%;
고온 골격 충전제 - 알루미나 분말 10%;
나노 분말 - 나노 실리카 5%;
무기 바인더 - 알루미늄 졸 40%;
유기 첨가제 - 셀룰로오스 분말 2%, 살생물제 0.7%, 에틸렌 글리콜 0.3% 3%;
무기 현탁제 - 벤토나이트 5%;
상기 모든 성분들의 총 질량의 15%에 해당하는 물.
이들 중, 상기 내고온성 무기 섬유의 원료 섬유는 고알루미나 섬유였고, 이는 단섬유로 가공되었으며, 얻어진 섬유는 0.01~1 mm의 길이 및 1~5 um의 직경을 가졌다.
1.2 제조
상기 내고온성 무기 섬유를 칭량하여 믹서에 첨가하였다. 상기 무기 바인더 및 물을 칭량하여 첨가하고 20분 동안 교반하여 섬유를 완전히 침윤시키고 분산시켰다. 이어서 상기 고온 팽창 충전제, 보강 충전제 및 골격 충전제를 차례로 첨가하였다. 첨가 후, 상기 혼합물을 5분 동안 교반하여 완전히 분산시켰다. 이어서 상기 나노 분말을 첨가하고 5분 동안 교반하였다. 상기 무기 현탁제를 첨가하고 10분 동안 교반하여 완전히 팽창시키고 현탁 역할을 하도록 하였다. 최종적으로 상기 유기 첨가제를 첨가하고 20분 동안 교반하여 코팅을 얻었다.
실시예 2
1.1 코팅의 처방
내고온성 무기 섬유 20%;
고온 보강 충전제 - 엽랍석 분말 13%;
고온 팽창 충전제 - 규선석 5%;
고온 골격 충전제 - 멀라이트 분말 15%;
나노 분말 - 나노 알루미나 분말 3%;
무기 바인더 - 실리카 졸 41%;
유기 첨가제 - 전분 분말 2%, 살생물제 0.7%, 에틸렌 글리콜 0.3% 3%;
상기 모든 성분들의 총 질량의 25%에 해당하는 물.
이들 중, 상기 내고온성 무기 섬유의 원료 섬유는 지르코늄 함유 섬유였고, 이는 단섬유로 가공되었으며, 얻어진 섬유는 0.01~1 mm의 길이 및 2~6 um의 직경을 가졌다.
1.2 제조: 실시예 1에서와 동일.
실시예 3
1.1 코팅의 처방
내고온성 무기 섬유 25%;
고온 보강 충전제 - 침상 마이크로 실리카 분말 15%;
고온 팽창 충전제 - 남정석 분말 8%;
고온 골격 충전제 - 지르콘 분말 7%;
나노 분말 - 나노 알루미나 분말 5%;
무기 바인더 - 액체 알루미늄 디하이드로겐 인산 37%;
유기 첨가제 - 덱스트린 분말 2%, 살생물제 0.7%, 에틸렌 글리콜 0.3% 3%;
상기 모든 성분들의 총 질량의 30%에 해당하는 물.
이들 중, 상기 내고온성 무기 섬유의 원료 섬유는 72 알루미나 결정 섬유였고, 이는 단섬유로 가공되었으며, 얻어진 섬유는 0.01~1 mm의 길이 및 3~6 um의 직경을 가졌다.
1.2 제조: 실시예 1에서와 동일.
실시예 4
1.1 코팅의 처방
내고온성 무기 섬유 30%;
고온 보강 충전제 - 엽랍석 분말 20%;
고온 팽창 충전제 - 규선석 5%;
고온 골격 충전제 - 커런덤 분말 7%;
나노 분말 - 나노 알루미나 분말 8%;
무기 바인더 - 알루미늄 졸 25%;
유기 첨가제 - 셀룰로오스 분말 3.5%, 살생물제 1%, 에틸렌 글리콜 0.5% 5%;
상기 모든 성분들의 총 질량의 35%에 해당하는 물.
이들 중, 상기 내고온성 무기 섬유의 원료 섬유는 95 알루미나 결정 섬유였고, 이는 단섬유로 가공되었으며, 얻어진 섬유는 0.01~1 mm의 길이 및 3~6 um의 직경을 가졌다.
1.2 제조: 실시예 1에서와 동일.
실시예 5
(1) 실시예 1~2에서 얻은 코팅을 소형 봉지 유연 포장에 넣고, 10개월 동안 실온에 두어 코팅 상태를 관찰하였다. 한편, 종래의 내고온성 코팅(샨동 루양 에너지-세이빙 머트리얼스 컴퍼니 리미티드에 의하여 제공된 1600 고온 열보호 코팅의 모델)을 대조군으로 사용하여 상기 시험을 수행하였다.
그 결과를 도 2 및 도 1에 각각 나타내었다. 도 2는 본 개시의 실시예 1~2에서 얻어진 코팅의 안정성 시험을 나타낸 사진이며; 도 1은 종래의 내고온성 코팅의 안정성 시험을 나타낸 사진이다. 장기간 배치 후, 종래의 코팅은 침전되고 분리되어 접착에 사용될 수 없었던 반면, 본 개시의 코팅은 침전 및 액체 분리 없이 균일하고 섬세한 페이스트 형태를 여전히 제공하였다. 다른 실시예들에서 얻어진 코팅에 대해서 동일한 시험을 수행하였다. 그 효과는 도 2의 것과 유사하였고, 우수하게 균일하고 안정적인 특성 또한 달성되었다.
(2) 실시예 1에서 얻어진 코팅을 글루건에 로딩하여 로 내벽에 접착시켰다. 코팅에 의하여 형성된 구조는 도 3에 나타내었다. 도 3은 본 개시의 실시예 1의 코팅 접착의 구조를 나타낸 사진이며; 좌측 패널은 루팅된 후 코팅이 적용된 모듈의 사진이고, 우측 패널은 모듈을 제거한 후 코팅의 형상을 나타내는 사진이다. 모듈은 루팅되고 코팅이 적용되며, 이어서 1300℃에서 고온 로에서 건조 및 하소되었다. 이어서 모듈을 제거하여, 루팅되고 분사된 코팅이 노출되도록 하였다. 코팅의 특유한 페이스트 같은 균일한 상태로 인하여, 코팅은 루팅의 바닥에 곤봉 같은 드럼 스틱 형상을 자연스럽게 형성하였고, 이에 따라 루팅을 보다 강하게 만들었다. 상기 코팅이 천공 로의 바닥에 역망치 형상의 구조를 자동적으로 형성하여, 코팅이 로 내벽에 보다 견고하게 결합되는 것을 알 수 있다. 또한, 섬유 모듈로부터 분리 후, 코팅의 표면에 섬유가 부착되어 있어, 본 개시에 의하여 섬유 내벽과의 우수한 결합을 가지는 코팅이 제공되는 것을 알 수 있다.
(3) 실시예 1~4에서 얻어진 코팅에 대하여 성능 시험을 수행하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
YB/T5200을 참조하여 실온에서 건조한 후 벌크 밀도를 시험하였다. 소성 후 강도 시험에서 하소 조건은 1300℃ × 3h였으며; 코팅은 길이 160 mm × 너비 40 mm × 두께 40 mm의 시험 블록으로 형성되었다. 성능 시험은 표준 YB/T5202에 따라 수행되었다.
[표 1] 실시예 1~4의 코팅 성능
실온에서 건조 후 벌크 밀도
Kg/m3 		소성 후 압축 강도
MPa		 소성 후 파단 강도
MPa		 가열 선형 수축 1300℃×24h
%
실시예 1 750 5.25 3.25 1.43
실시예 2 700 6 4.5 1.35
실시예 3 680 5.85 5 1.53
실시예 4 650 5.25 4.55 1.88
상기 시험 결과로부터 본 개시에 의하여 제공되는 코팅은 우수하게 균일하고 안정적인 특성을 가지며, 장기간 배치 후, 침전 및 분리되지 아니한 것을 알 수 있다. 또한, 코팅은 접착될 경우 역망치 형상의 구조를 형성할 수 있어, 이에 따라 로 내벽에 대한 견뢰도가 향상된다. 또한, 고온 소성 후 코팅은 높은 강도 및 적은 수축을 가지며, 가혹한 환경을 보다 잘 견딜 수 있다.
상기 실시예의 설명은 단지 본 개시의 방법 및 핵심 사상의 이해를 용이하게 하기 위하여 사용된다. 통상의 기술자에게 구현예에 대한 다양한 수정은 명백하다. 본원에 정의된 일반적인 원리는 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어나지 아니하고 다른 구현예에서 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시는 본원에 예시된 구현예에 제한되지 아니하고, 본원에 개시된 원리 및 신규한 특징과 부합하는 가장 넓은 범위에 의하여 정의되어야 한다.

Claims (10)

  1. 하기 성분들을,
    내고온성 무기 섬유 10%~50%;
    보강 충전제 10%~20%;
    고온 팽창 충전제 5%~15%;
    골격 충전제 7%~30%;
    나노 분말 3%~10%;
    무기 현탁제 0%~20%;
    무기 바인더 10%~50%;
    유기 첨가제 3%~15%; 및
    상기 모든 성분들의 총 질량의 10%~50%에 해당하는 물;
    의 질량비로 포함하며,
    상기 내고온성 무기 섬유의 길이는 0.01~1 mm이며,
    상기 보강 충전제는 침상 마이크로 실리카 분말 및 엽랍석(pyrophyllite) 분말 중 하나 이상으로부터 선택되며; 상기 침상 마이크로 실리카 분말의 종횡비는 (15~20):1이고, 상기 엽랍석 분말의 입자 크기는 200~300 메쉬이며,
    상기 골격 충전제는 멀라이트(mullite) 분말 및 지르콘 분말 중 하나 이상으로부터 선택되며,
    상기 고온 팽창 충전제는 남정석(kyanite) 분말 및 규선석(sillimanite) 중 하나 이상으로부터 선택되며,
    상기 유기 첨가제는 유기 바인더, 방부제 및 부동제이며; 상기 유기 바인더는 전분, 덱스트린 및 셀룰로오스 중 하나 이상으로부터 선택되고, 상기 방부제는 살생물제(Biocide)이고, 상기 부동제는 에틸렌 글리콜이며,
    상기 나노 분말은 나노 실리카 및 나노 알루미나 분말 중 하나이며; 상기 나노 분말의 입자 크기는 1~100 nm이며,
    상기 무기 현탁제는 벤토나이트인, 고온 나노 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내고온성 무기 섬유는 지르코늄 함유 섬유 또는 알루미나 결정 섬유인, 나노 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기 바인더는 알루미늄 졸, 알루미늄 디하이드로겐 인산(aluminum dihydrogen phosphate) 및 실리카 졸 중 하나 이상으로부터 선택되는, 나노 코팅 조성물.
  4. S1. 내고온성 무기 섬유, 무기 바인더 및 물을 혼합하여 섬유 분산액을 얻는 것;
    S2. 상기 섬유 분산액에 고온 팽창 충전제, 보강 충전제 및 골격 충전제를 혼합하여 슬러리를 얻는 것; 및
    S3. 상기 슬러리에 나노 분말, 무기 현탁제 및 유기 첨가제를 혼합하여 코팅을 얻는 것;
    을 포함하는, 제1항 내지 제3항 중 한 항에 따른 고온 나노 코팅 조성물 제조방법.
  5. 유연 및 소형 봉지에 포장된 나노 코팅 조성물로서,
    상기 나노 코팅 조성물은 제1항 내지 제3항 중 한 항에 따른 고온 나노 코팅 조성물인, 유연 및 소형 봉지에 포장된 나노 코팅 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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