KR102654081B1 - 광물 섬유 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다음의 성분들을 중량 퍼센트로 포함하는 화학적 조성을 가지는 광물 섬유에 관한 것으로:
SiO2 30 % 내지 50 %
Al2O3 10 % 내지 20 %
CaO+MgO 20 % 내지 35 %
Na2O+K2O 1 % 내지 10 %,
상기 광물 섬유는 5 % 내지 15 %의 Fe2O3로 표현되는 총 철의 함량 및 0.6 미만, 바람직하게는 0.5 미만, 더욱 바람직하게는 0.4 미만의 Fe2O3로 표현되는 제1 철의 함량과 Fe2O3로 표현되는 철의 총 함량 사이의 중량 비에 대응하는 레독스(redox)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
SiO2 30 % 내지 50 %
Al2O3 10 % 내지 20 %
CaO+MgO 20 % 내지 35 %
Na2O+K2O 1 % 내지 10 %,
상기 광물 섬유는 5 % 내지 15 %의 Fe2O3로 표현되는 총 철의 함량 및 0.6 미만, 바람직하게는 0.5 미만, 더욱 바람직하게는 0.4 미만의 Fe2O3로 표현되는 제1 철의 함량과 Fe2O3로 표현되는 철의 총 함량 사이의 중량 비에 대응하는 레독스(redox)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 인공 광물 섬유의 분야에 관한 것이다. 특히 열 및/또는 음향 절연 재료를 제조하기 위한 광물 섬유를 목표로 한다. 더욱 특히 암석 섬유 유형의 유리질 광물 섬유에 관한 것이다.
어떤 절연 적용의 경우, 광물 섬유가 가시적으로 유지될 수 있다. 이것은 광물 섬유와 하나 이상의 결합제가 혼합물 형태로 적용되는 분무 가능한 울의 경우이고, 특히 지하 주차장과 같은 비난방 가옥에서 바닥 층의 열 및 음향 절연에 사용된다. 이러한 적용의 경우, 분무 가능한 울의 심미적 품질을 보장하기 위하여 광물 섬유가 약하고 일률적인 착색을 가지는 것이 통상적이다.
슬래그 울의 광물 섬유는, 이들의 이름에서 가리키는 것과 같이, 대부분이 고로 슬래그로 형성된 원재료로부터 얻는다. 이들은 결과적으로 낮은 철 함량, 전형적으로 1 % 미만이며, 다량의 석회를 포함한다. 이러한 높은 비율의 슬래그는 착색이 거의 없는 섬유를 얻는 것을 가능하게 한다. 그러므로 슬래그 울은 분무 가능한 울과 같이, 광물 섬유가 가시적으로 유지될 수 있는 적용에 널리 사용된다. 그럼에도 불구하고, 다량의 슬래그의 사용은 원재료의 용융 단계 동안 SOx 방출을 포함하는 플라이 애시를 일으킨다. 이 플라이 애쉬는 산업 배출물의 위생 및/또는 환경 안전을 보장하기 위하여 처리되어야 하고, 이로 인하여 추가적인 생산 비용이 초래된다.
더욱이, 생체용해 가능한 성질은 모든 인공 광물 섬유와 마찬가지로 분무 가능한 울에 사용되는 광물 섬유의 선택에 중요한 기준이다. 광물 섬유는 흡입을 통한 가장 미세한 섬유의 신체에의 가능한 축적으로 연결되는 어떠한 잠재적인 병원균 위험을 방지하기 위하여 생리학적인 매질에 빠르게 용해될 수 있어야 한다.
내화 특성의 향상은 또한 더욱 까다로운 규정의 적용을 받는 건물의 열 및/또는 음향 절연의 맥락에서 중요한 기준이다. 광물 섬유의 조성물에서 철의 함량을 증가시켜 그것의 내화 특성을 향상시키는 것은 공지되어 있다. 그러나, 철 함량의 증가는 광물 섬유가 착색되는 경향을 가지는데, 이는 광물 섬유가 가시적으로 유지되는 적용에 특히 바람직하지 않다.
본 발명은 광물 울 제품을 형성하는 데, 특히 이들의 착색을 제한하면서 비제한적으로 분무 가능한 울 적용에서, 사용될 수 있는 광물 섬유의 내화성을 향상시키는 것을 제안한다. 본 출원인은 광물 섬유의 산화-환원 정도를 조절함에 의하여 이러한 절충점에 도달할 수 있음을 관찰하였다. 본 발명의 다른 목적은 좋은 생체용해 특성을 가지는 광물 섬유를 제안하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 광물 섬유의 제조 중에 SOx 방출을 최소화하는 것이다.
따라서, 본 발명은 다음의 성분들을 중량 퍼센트로 포함하는 화학적 조성을 가지는 광물 섬유에 관한 것으로:
SiO2 30 % 내지 50 %
Al2O3 10 % 내지 20 %
CaO+MgO 20 % 내지 35 %
Na2O+K2O 1 % 내지 10 %,
상기 광물 섬유는 5 % 내지 15 %의 Fe2O3로 표현되는 총 철의 함량 및 0.6 미만, 바람직하게는 0.5 미만, 더욱 바람직하게는 0.4 미만의 Fe2O3로 표현되는 제1 철의 함량과 Fe2O3로 표현되는 철의 총 함량 사이의 중량 비에 대응하는 레독스(redox)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본문 전체에 걸쳐 함량은 중량 퍼센트로 표시된다.
실리카(SiO2)의 함량은 바람직하게는 35 % 내지 45 %, 더욱 특히 38 % 내지 44 %의 범위 내에 있다.
알루미나(Al2O3)의 함량은 바람직하게는 13 % 내지 17 %의 범위 내에 있다.
석회(CaO)의 함량은 바람직하게는 5 %, 또는 심지어 10 %, 12 % 또는 15 % 내지 25 %, 또는 심지어 20 %, 또는 18 %인, 특히 10 % 내지 20 % 또는 12 % 내지 18 %의 범위 내에 있다. 마그네시아(MgO)의 함량은 바람직하게는 5 %, 심지어 7 %, 7.5 % 또는 8 % 내지 25 %, 또는 심지어 20 %, 15 % 또는 13 %인, 특히 5 % 내지 15 %, 7.5 % 내지 15 % 또는 8 % 내지 13 %의 범위 내에 있다. 석회 및 마그네시아의 함량의 합 자체는 바람직하게는 25 %, 또는 심지어 25.5 % 또는 27.5 % 내지 33 %, 또는 심지어 32 % 또는 31 %인, 특히 25.5 % 내지 32 % 또는 27.5 % 내지 31 %의 범위 내에 있다.
바람직하게는, 산화 바륨(BaO)의 함량은 1 % 이하, 특히 0.5 % 또는 심지어 0.1 %이다. 산화 망가니즈(MnO)의 함량은 1 % 이하, 특히 0.05 % 내지 0.5 %, 또는 심지어 0.1 % 내지 0.3 %의 범위 내에 있다. 산화 스트론튬(SrO) 그 자체의 함량은 바람직하게는 1 % 이하, 또는 심지어 0.5 % 및 심지어 0.1 % 또는 그 이외에 0이다.
알칼리 금속 산화물(소다 및 칼리- Na2O + K2O)의 총 함량은 바람직하게는 2 %, 또는 심지어 3.5 % 내지 6 %, 또는 심지어 5 %의 범위 내에 있다. Na2O의 함량은 바람직하게는 6 % 이하, 특히 0.1 %, 또는 심지어 1 % 내지 5 %, 또는 심지어 4 %의 범위 내에 있다. K2O의 그 자체의 함량은 바람직하게는 6 % 이하, 특히 0.1 %, 또는 심지어 0.5 % 내지 5 %, 또는 심지어 3 %의 범위 내에 있다. 광물 울은 바람직하게는 Na2O 및 K2O 이외의 알칼리 금속 산화물을 포함하지 않는다. 그럼에도 불구하고 어떤 장석에 때때로 불순물로 존재하는 소량의 Li2O를 함유할 수 있다.
산화 티타늄(TiO2)은 유리질 매트릭스에서 스피넬의 고온- 및 저온- 핵 생성에 매우 눈에 띄는 효과를 제공한다. TiO2의 함량은 바람직하게는 0.1 % 내지 3 %, 특히 0.5 % 내지 2.5 %의 범위 내에 있다.
산화 철(Fe2O3)은 광물 섬유의 내화 특성에 긍정적인 영향을 미친다. 그것(철이 제2 철 또는 제1 철의 형태이든 간에 Fe2O3의 형태로 표현됨)의 총 함량은 바람직하게는 7 %, 또는 심지어 8 % 이상 및/또는 13 % 또는 12 % 이하이다. Fe2O3로 표현되는 제1 철(Fe2+)의 함량 및 Fe2O3로 표현되는 철의 총 함량 사이의 중량 비에 대응하는 레독스는, 바람직하게는 0.1 % 내지 0.5 %의 범위 내에 있다. Fe2O3로 표현되는 제2 철(Fe3+)의 함량의 Fe2O3로 표현되는 총 철의 함량에 대한 중량비는 바람직하게는 0.4 초과, 특히 0.5 초과, 또는 0.6 초과이다. 낮은 레독스의 추가적인 이점 중 하나는 용융 탱크에서 주철의 형성을 회피하여 공정의 안전 조건 및 효율을 향상시키는 것을 가능하게 하는 것이다. 공정에서 주철을 생성할 때 필요한, 용융 탱크를 비우기 위한 작업은 사실 위험하고 생산의 중단이 필요하다.
본 발명에 따른 광물 울 조성물은 또한 중성 pH에서 생체용해성을 증가시키기 위하여, 특히 0 내지 3 % 사이, 또는 심지어 0 내지 1.2 % 사이의 함량의 P2O5를 함유할 수 있다.
상기 기술한 다양한 바람직한 범위가 서로 자유롭게 결합될 수 있음은 말할 것도 없고, 다양한 조합이 모두 간결성을 위하여 열거될 수 있는 것은 아니다.
몇 가지 바람직한 조합을 아래에서 기술한다.
바람직한 일 실시양태에 따르면, 본 발명에 따른 광물 섬유는 다음의 성분들을 중량 퍼센트로 포함하는 화학적 조성을 가지고:
SiO2 35 % 내지 45 %
Al2O3 13 % 내지 20 %
CaO+MgO 25 % 내지 33 %, 바람직하게는 25.5 % 내지 33 %
Na2O+K2O 1 % 내지 6 %, 바람직하게는 3.5 % 내지 6 %
TiO2 0.1 % 내지 3 %,
상기 광물 섬유는 7 % 내지 13 %의 Fe2O3로 표현되는 총 철의 함량 및 0.6 미만, 바람직하게는 0.5 미만, 더욱 바람직하게는 0.4 미만의 레독스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 범위는 유럽 지침 97/67/EC에 따른 생체용해 가능한 조성물을 포괄하기 때문에 특히 바람직하다.
특히 바람직한 일 실시양태에 따르면, 본 발명에 따른 광물 섬유는 다음의 성분들을 중량 퍼센트로 포함하는 화학적 조성을 가지고:
SiO2 38 % 내지 44 %
Al2O3 13 % 내지 17 %
CaO+MgO 25 % 내지 31 %, 바람직하게는 25.5 % 내지 31 %
Na2O+K2O 2 % 내지 6 %, 바람직하게는 3.5 % 내지 6 %
TiO2 0.5 % 내지 2.5 %,
상기 광물 섬유는 8 % 내지 12 %의 Fe2O3로 표현되는 총 철의 함량 및 0.6 미만, 바람직하게는 0.5 미만, 더욱 바람직하게는 0.4 미만의 레독스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 주제는 상기 광물 섬유와 실질적으로 동일한 화학적 조성을 가지는 배치 믹스를 용융시키는 단계; 그 다음 외부 원심 분리 공정에 의한 섬유화 단계를 포함하는, 본 발명에 따른 광물 섬유를 얻는 방법이다.
용융시키는 단계는, 예를 들어 60 % 초과, 특히 70 % 초과, 또는 심지어 80 % 초과 또는 90 % 초과인 대부분의 암석을 포함하는 배치 믹스로부터 용융 배스를 얻는 것을 가능하게 한다. 암석은 원하는 조성의 함수로서 예를 들어 현무암, 장석, 휘록암, 감람암, 휘암, 인회석, 보크사이트, 백운석, 철광석, 석회석, 금홍석, 마그네사이트, 자철석 및 수활석으로부터 선택될 수 있다.
배치 믹스는, 예를 들어 40 % 미만, 특히 30 % 미만, 또는 심지어 20 % 미만 또는 10 % 미만의 작은 비율의 슬래그를 포함할 수 있다. 배치 재료의 용융 동안 바람직하지 않은 잔류 가스의 방출을 피하기 위하여 바람직하게는 슬래그가 존재하지 않는다.
광물 섬유의 제조에 사용되는 암석-기재 원재료의 용융은 통상적으로 코크스-발화 용선로 유형 노에서 수행된다. 이러한 용융 조건은 환원 환경을 만든다. 본 출원인은 반대로, 산화 조건 하에서 암석-기재 배치 믹스의 용융(즉, 용융 배스의 레독스가 0.6 미만이 됨)은 믹스에 상대적으로 많은 양의 철의 존재에도 불구하고 매우 착색되지 않은 광물 섬유를 얻는 것을 가능하게 한다.
용융 단계는 다양한 공지된 방법으로, 특히 연료-발화 노에서의 용융 또는 전기 용융에 의하여 수행될 수 있다.
전기 노에서, 배치 믹스는 용융 배스에 침지된 전극을 사용하여 화염과 같은 다른 가열 수단의 어떠한 사용 없이, 줄 효과(Joule effect)에 의하여 용융된다. 전극은 위로부터 용융 배스에 떨어지도록 매달릴 수 있거나 또는 탱크의 측벽 내에 설치될 수 있다. 가능한 최선으로 유리 배스의 가열을 분산시키기 위하여 대형 탱크에는 일반적으로 첫 번째 옵션이 바람직하다. 전극은 바람직하게는 몰리브데넘, 또는 심지어 선택적으로 산화 주석으로 만들어진다.
연료-발화 노는 하나 이상의 오버헤드 또는 침지된 버너를 포함한다. 오버헤드 버너가 있는 노에서, 화염은 용융 배스 상에 위치하고 복사를 통하여 가열한다. 침지된 버너가 있는 노에서 화염은 용융 배스 내에서 직접 만들어 지므로, 보다 효율적인 에너지 교환을 허용한다. 상기 또는 각각의 버너는 공기/연료 또는 산소/연료 혼합물에 의하여 공급되며, 천연 가스 또는 연료 오일과 같은 다양한 연료가 사용될 수 있다.
용융 단계는 또한, 예를 들어 배치 믹스의 용융을 촉진시키는 데 사용되는 측벽 내의 전극이 또한 제공된 연료-발화 노를 사용하는 것과 같이 화염 용융 및 전기 용융 모두를 수행할 수 있다.
상기 언급한 노는 다소간의 산화 용융 조건을 만드는 것을 가능하게 한다. 그러나 필요에 따라 용융 배스의 레독스를 조절하는 것이 가능하다. 상기 제조 방법은 바람직하게는 침지된-버너 노 내의 배치 믹스를 포함하는 조성물의 연속적인 용융을 포함한다. 본 발명에 적합한 침지된-버너 노는 예를 들어 본 출원에 참고로 포함된 출원 WO 2013/186480, WO 2013/132184 및 WO 2013/117851에 기술되어 있다. 침지된 버너는 배치 재료를 가열하고 조성물을 균질화하는 이중 역할을 가진다. 원재료는 노 내로 도입되기 전에 분쇄되거나 미세화될 수 있다. 그러나, 침지된 버너의 효과로 인하여, 노에는 상대적으로 거친 입자 크기의 천연 원재료가 공급 될 수도 있다. 노는 바람직하게는 베어(bare) 메탈 벽, 즉, 내화성 재료에 의하여 보호되지 않는 벽을 포함하며, 이를 통해 덕트 내부의 냉각제, 예를 들어 물이 순환되는 내부 덕트 시스템이 통과한다. 워터쟈켓 노(waterjacket furnace)라 지칭되는 이러한 유형의 노에서, 다소간의 불투명화된 재료의 고체 층은 액체 배스와 냉각된 벽 사이의 계면에서 형성되고, 마모 및 산화로부터 후자를 보호한다. 노는 바람직하게는 직렬의 2 개의 탱크를 포함한다. 용융 탱크로 지칭되는 제1 탱크는 배치 재료 유입, 액체 배스가 얻어질 때까지 배치 재료를 가열하는 것을 가능하게 하는 복수의 침지된 버너 및 액체 배스의 유출을 포함하는 워터쟈켓 유형의 탱크이다. 제1 탱크의 유입에는 바람직하게는 WO 2013/132184에 기술된 배치 충전기가 제공된다. 가열 탱크로 지칭되는 제2 탱크는 또한 하나 이상의 침지된 버너를 포함하는 워터쟈켓 유형의 탱크이다. 제2 탱크는 섬유화 작업을 가능하도록 하는 충분한 온도에서 액체 배스의 가열을 가능하도록 한다.
섬유화 단계는 바람직하게는, 예를 들어 본 출원에 참고로 포함된 EP 0 465 310 또는 EP 0 439 385에 기재된 바와 같이 분배 기기에 의하여 용융된 재료가 공급되는 회전 휠 캐스케이드를 사용하는 외부 원심 분리에 의하여 수행된다.
얻은 섬유는 블로잉할 수 있는 울 또는 분무 가능한 울 적용을 위하여 느슨하게 또는 뭉치로 포장 할 수 있다. 후자의 경우, 광물 섬유는 그 적용 중에 결합제와 결합된다. 얻은 섬유는 또한 롤 또는 패널과 같이, 다양한 광물 울 제품을 제공하기 위하여 수용되고 성형되기 전에, 이들의 표면에 분무된 결합 화합물을 사용하여 함께 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 주제는 본 발명에 따른 광물 섬유를 포함하는 열 및/또는 절연 제품이다. 이러한 제품은 특히 즉시-사용-준비된 분무 가능한 혼합물의 형태일 수 있다. 절연 제품은 또한 롤 또는 패널의 형태일 수 있다. 이러한 제품은 절연 제품, 및 더욱 특히 광물 섬유가 가시적으로 유지되는 적용에 특히 적합하나 그것에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 건물, 산업 또는 운송 수단, 특히 철도 또는 해상 운송에서 사용될 수 있다. 더욱 일반적으로, 본 발명에 따른 제품은 서비스 산업 또는 주거(다중-단위 또는 개별)에 상관없이 어떠한 유형의 건물을 열 또는 음향적으로 절연하는데 사용할 수 있다. 예를 들어 외부 절연 시스템, 목재 프레임 하우스 절연, 샌드위치 패널, 환기 덕트 등에 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 광물 섬유는 특히 약한 착색을 유지하면서 분무 적용에 통상적으로 사용되는 슬래그 울에 비하여 향상된 내화성을 가진다. 본 발명에 따른 바람직한 섬유는 유리한 생체용해성을 더 가진다. 마지막으로, 본 발명에 따른 섬유의 제조에 사용되는 슬래그의 양의 감소 또는 심지어 슬래그의 부재는, 원재료의 용융으로부터 SOx 방출을 현저하게 감소하는 것을 가능하게 하며, 이는 건강 및/또는 환경적 위험 및 이러한 방출과 관련된 치료 비용을 동시에 감소시킨다.
다음의 실시예는 본 발명을 비제한적인 방법으로 예시한다.
현무암, 보크사이트, 휘록암 및 백운석을 기재로 하고 슬래그가 없는 배치 믹스를 침지된-버너 노에서 용융시켰다. 용융 배스를 외부 원심 분리에 의하여 섬유화시켜 다음의 성분을 중량 퍼센트로 포함하는 화학적 조성을 가지고 0.38의 레독스를 가지는 광물 섬유를 얻었다:
SiO2 39.7 %
Al2O3 15.3 %
CaO 17.5 %
MgO 10.6 %
Fe2O3 10.4 %
Na2O 3.05 %
K2O 0.92 %
TiO2 1.69 %
P2O3 0.32 %
MnO 0.15 %
SrO 0.04 %,
얻은 섬유는 약하고 균일한 착색 및 좋은 내화성을 가진다.
Claims (14)
- 중량 퍼센트로 다음의 성분들:
SiO2 30 % 내지 50 %
Al2O3 10 % 내지 20 %
CaO+MgO 25.5 % 내지 35 %
Na2O+K2O 1 % 내지 10 %
를 포함하는 화학적 조성을 가지고, 5 % 내지 12 %의 Fe2O3로 표현되는 총 철의 함량 및 0.6 미만의 Fe2O3로 표현되는 제1 철의 함량과 Fe2O3로 표현되는 철의 총 함량 사이의 중량 비에 대응하는 레독스(redox)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광물 섬유. - 제1항에 있어서, 상기 광물 섬유는 0.4 미만의 레독스를 가지는 것을 특징으로 하는 광물 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광물 섬유는 0.4 초과의 Fe2O3로 표현되는 제2 철의 함량 및 Fe2O3로 표현되는 총 철 함량 사이의 중량 비를 포함하는 것을 특징으로 하는 광물 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광물 섬유는 7 % 내지 12 %의 Fe2O3로 표현되는 총 철의 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 광물 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광물 섬유는 13 % 내지 17 %의 Al2O3의 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 광물 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광물 섬유는 3.5 % 내지 6 %의 Na2O+K2O의 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 광물 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광물 섬유는 12 % 내지 18 %의 CaO의 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 광물 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광물 섬유는 7.5 % 내지 13 %의 MgO의 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 광물 섬유.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 중량 퍼센트로 다음의 성분들:
SiO2 35 % 내지 45 %
Al2O3 13 % 내지 20 %
CaO+MgO 25.5 % 내지 33 %
Na2O+K2O 1 % 내지 6 %
TiO2 0.1 % 내지 3 %
총 Fe (Fe2O3) 7 % 내지 12 %
를 포함하는 화학적 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 광물 섬유. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 중량 퍼센트로 다음의 성분들:
SiO2 38 % 내지 44 %
Al2O3 13 % 내지 17 %
CaO+MgO 25.5 % 내지 31 %
Na2O+K2O 2 % 내지 6 %
TiO2 0.5 % 내지 2.5 %
총 Fe (Fe2O3) 8 % 내지 12 %
를 포함하는 화학적 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 광물 섬유. - 광물 섬유와 실질적으로 동일한 화학적 조성을 가지는 배치 믹스를 용융시키는 단계; 그 다음 섬유화시키는 단계를 포함하는, 제1항 또는 제2항에 정의된 광물 섬유의 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 배치 믹스는 슬래그가 없는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 용융시키는 단계는 침지된-버너 노에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 정의된 광물 섬유를 포함하는 열 및/또는 음향 절연 제품.
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