KR20040032962A - 탄성 무기 발포체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밀도가 25 g/ℓ미만인 알루미노실리케이트 기재의 연속 기포형 무기 발포체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 알칼리 금속 실리케이트 용액과 알칼리 금속 알루미네이트 용액을 휘발성 발포제 및 유화제의 존재하에 반응시키고 팽창시킴으로써 상기 발포체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

탄성 무기 발포체 {Elastic Inorganic Foam}
본 발명은 알루미노실리케이트 기재의 탄성 무기 발포체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
폴리스티렌, 폴리올레핀 및 폴리우레탄 기재의 유기 발포체는 방열 및 방음에 매우 유용하지만, 비교적 쉽게 연소되기 때문에 여러 용도에는 부적합하다. 멜라민-포름알데히드 수지 기재의 발포체인 바소텍트 (BASOTECT, 바스프 아게 (BASF AG) 제조)는 그의 연속 기포 및 저밀도로 인해 높은 탄성을 나타내는데, 이는 취급 및 가공에 있어 매우 유리하다. 탄성 멜라민-포름알데히드 발포체는 쉽게 연소되지는 않지만, 여전히 가연성이기 때문에 DIN 4102에 따른 방화 등급 A의 조건을 충족시키지 못한다. 이러한 조건은 무기 기재의 발포체에 의해 자연적으로 충족된다. 그러나, 지금까지 알려진 무기 발포체는 모두 비교적 고밀도이어서 탄성을 나타내지 않는다. 또한, 이들 대부분은 예를 들어 작업 위치에 있는 빈 공간에 상기 성분을 직접 주입하여 발포시키고 그안에서 경화시킴으로써 제조되는 동일계내 (in-situ) 발포체이다.
DE-A 21 65 912호에는 산 방출 경화제와 함께 실리케이트 수용액을 휘발성 유기 발포제를 이용하여 발포시키고 경화시키는 발포체의 제조 방법이 기재되어 있다. 이 연속 기포형 발포체의 밀도는 20 내지 900 g/ℓ로 다양하다. 실시예에 기록된 최저 밀도는 40 g/ℓ이었다. 그러나, 탄성 발포체는 언급되어 있지 않다.
DE-A 32 44 523호에는 알칼리 금속 실리케이트 용액과 경화제 용액 및 액화 발포 기체를 초고기압하에 혼합함으로써 제조하는, 동일계내 발포체의 제조 방법이 기재되어 있다. 사용된 경화제는 산 방출 카르복실산 에스테르이고, 실시예에 기록된 최저 밀도는 40 g/ℓ이다. 상기 특허 출원 둘다 실제로 사용하기에는 방수성이 불충분한 순수 실리케이트 발포체를 기재하고 있다.
DE-A 36 17 129호도 동일계내 발포체의 제조 방법에 기재되어 있다. 이 특허 출원에 기재된 방법에서는, 경화제의 존재하에 실리케이트 수용액을 화학 반응에 의해 기체 발생 시스템으로부터 발생된 기체, 예를 들어 과산화수소를 이용하여 발포시킨다. 사용된 경화제로는 특히 알칼리 금속 알루미네이트를 들 수 있다. 동일계내 발포체의 밀도는 30 내지 1000 g/ℓ로 다양하다.
WO 89/05285호에 따르면, 발포제로서 작용하는 수소 기체를 발생시키는, 알칼리 금속 실리케이트, 알칼리 금속 알루미네이트, 내화성 세라믹 재료 및 알루미늄 분말의 수성 혼합물을 발포시킴으로써 세라믹 조성물을 제조한다. 세라믹 조성물의 밀도는 500 g/ℓ정도였다.
마지막으로, EP-A 407 921호에 따르면, 알칼리 금속 물 유리 및 충전제, 예를 들어 산화알루미늄의 혼합물을 화학 발포제, 바람직하게는 아조디카본아미드를 이용하여 발포시켜, 밀도가 50 내지 500 g/ℓ인 경화된 연속 기포형 발포체를 제공한다.
본 발명의 목적은 비가연성 및 방수성일 뿐 아니라 양호한 탄성을 가져서 취급 및 가공이 용이할 수 있는 무기 발포체를 제공하는 것이다. 본 발명의 발포체는 주로 연속 기포형이어야 하며, 따라서 방음에도 적합해야 한다. 동일계내 발포체와는 달리, 본 발명의 발포체는 한정된 삼차원 형태, 예를 들어 블록, 시트 또는 규칙적인 입자의 형태이어야 한다.
본 발명자들은 상기 목적이 SiO2:Al2O3몰비가 20:1 내지 1:1이고 밀도가 25 g/ℓ미만인 연속 기포형 알루미노실리케이트 기재의 무기 발포체에 의해 달성된다는 것을 발견하였다. 본 발명의 발포체의 탄성은 비교적 변형이 용이한 얇은 기공벽으로 주로 구성되는 저밀도의 연속 기포형 발포체에서 기인하는 것으로 추정된다. SiO2:Al2O3몰비는 바람직하게는 10:1 내지 2:1이고, 발포체의 밀도는 바람직하게는 20 g/ℓ미만, 특히 8 내지 18 g/ℓ이다. DIN ISO 4590에 따라 측정한 연속 기포 비율은 바람직하게는 50％ 초과, 특히 80％ 초과이다.
바람직한 실시양태로, 본 발명의 발포체는 휘발성 유기 발포제 및 계면활성제의 존재하에 알칼리 금속 실리케이트의 수용액과 알칼리 금속 알루미네이트의 수용액을 실리케이트 대 알루미네이트 몰비 20:1 내지 1:1에서 반응시키고, 반응하는 동안 발포시킴으로써 제조된다.
알칼리 금속 실리케이트는 화학식 Me2Oㆍ(SiO2)2-4로 표시되고, 상기 식에서 Me는 알칼리 금속, 바람직하게는 나트륨이다. 고체 함량이 20 내지 70 중량％, 특히 30 내지 60 중량％인 물 유리 용액이 바람직하다.
알칼리 금속 알루미네이트는 화학식 Me[Al(OH)4]로 표시되고, 마찬가지로 바람직한 알칼리 금속은 나트륨이다. 이 경우에서도, 농도가 20 내지 70 중량％, 특히 30 내지 60 중량％인 용액이 바람직하다.
바람직한 휘발성 발포제는 탄화수소, 할로겐화 탄화수소, 알코올, 에테르, 케톤 및 에스테르와 같은 유기 화합물이다. 그러나, N2또는 공기와 같은 비활성 기체, CO2및 SO2와 같은 산성 기체, 및 NH3와 같은 염기성 기체를 사용할 수도 있다. 반응성 기체를 사용하는 경우, 반응성 기체를 상기 언급한 유기 화합물 중 하나와 합하는 것이 유리하다. C4-C6-탄화수소, 특히 펜탄이 특히 바람직하다. 발포제는 고체를 기준으로 바람직하게는 1 내지 40 중량％, 특히 5 내지 15 중량％의 양으로 사용된다.
발포제를 유화시키고 발포체를 안정화시키기 위해서는, 유화제 또는 유화제 혼합물을 첨가할 필요가 있다. 유화제로서는 음이온성, 양이온성 및 비이온성 계면활성제를 사용할 수 있다.
적합한 음이온성 계면활성제는 디페닐렌 옥시드 술포네이트, 알칸술포네이트 및 알킬벤젠술포네이트, 알킬나프탈렌술포네이트, 올레핀 술포네이트, 알킬 에테르 술포네이트, 알킬 술페이트, 알킬 에테르 술페이트, 알파-술포 지방산 에스테르, 아실아미노알칸술포네이트, 아실이세티오네이트, 알킬 에테르 카르복실레이트, N-아실사르코시네이트, 알킬 포스페이트 및 알킬 에테르 포스페이트이다. 비이온성 계면활성제로서는, 알킬페놀 폴리글리콜 에테르, 지방 알코올 폴리글리콜 에테르, 지방산 폴리글리콜 에테르, 지방산 알칸올아미드, EO/PO 블록 공중합체, 아민 옥시드, 지방산의 글리세릴 에스테르, 소르비탄 에스테르 및 알킬폴리글루코시드를 사용할 수 있다. 사용되는 양이온성 계면활성제는 알킬트리암모늄염, 알킬벤질디메틸암모늄염 및 알킬피리디늄염이다. 유화제는 바람직하게는 수지를 기준으로 0.1 내지 5 중량％의 양으로 첨가된다.
발포시키고자 하는 혼합물은 안료 및 충전제와 같은 통상적인 첨가제를 더 포함할 수 있다.
공정을 다음 단계로 직접 이어지는 하기의 여러 단계로 수행하는 것이 유리하다:
a) 알칼리 금속 실리케이트 용액, 발포제 및 유화제를 먼저 혼합하는 단계.
b) 상기 혼합물에 알칼리 금속 알루미네이트 용액을 첨가하는 단계. 첨가하는 동안의 온도는 50℃ 미만, 바람직하게는 30℃ 미만, 특히 10 내지 25℃의 범위이어야 한다. 이러한 온도에서 실리케이트와 알루미네이트의 반응이 시작되지만, 여전히 균질한 혼합물이 제조될 수 있다.
c) 이어서, 상기 혼합물을 50℃ 초과, 바람직하게는 80 내지 100℃로 가열하는 단계. 그 결과, 발포제가 증발되어 발포 공정이 시작된다. 그와 동시에, 실리케이트와 알루미네이트의 반응이 계속되어 최종적으로 고체 발포체가 형성된다.
d) 마지막으로, 습윤 혼합물을 100℃ 초과로 가열하여 물을 증발시키는 단계.
단계 c) 및 d)에서의 가열은 예를 들어 오븐에서 고온 공기 또는 마이크로파를 이용하는 통상적인 방법에 의해 수행할 수 있다. 마이크로파 방법은 특히 균질화 및 급속한 가열을 가능하게 하기 때문에 바람직하다. 단계 c) 및 d)는 단일 공정 단계로 수행할 수도 있다.
또다른 실시양태로, 단계 b) 이후 수득된 혼합물을 감압하에 둔다. 그 결과, 발포제가 팽창되어 고체 발포체가 똑같이 형성된다. 그 후, 단계 d)에서와 같이 처리한다. 압력 감소는 또한 압력 P1하에 있는 (이 때, P1>1임) 혼합물을 노즐을 통해 압력 P2<P1으로 감압시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서는, 발포를 유도하기 위해 가열하는 것이 반드시 필요한 것은 아니다.
상기 기재된 공정을 통해 발포체 블록 또는 시트가 제조되고, 이들은 임의의 원하는 형태로 절단될 수 있다.
본 발명의 발포체는 건축 및 건설 산업 및 자동차 구조물에서 방열 및 방음을 위해, 예를 들어 주거용 건축물의 방열 또는 엔진 부품에서의 방음을 위해 다양하게 사용될 수 있다.

Claims (12)

  1. SiO2:Al2O3몰비가 20:1 내지 1:1이고 밀도가 25 g/ℓ미만인 알루미노실리케이트 기재의 무기 발포체.
  2. 제1항에 있어서, 연속 기포 비율이 50％ 초과인 무기 발포체.
  3. 휘발성 발포제 및 유화제의 존재하에 알칼리 금속 실리케이트의 수용액과 알칼리 금속 알루미네이트의 수용액을 실리케이트 대 알루미네이트 몰비 20:1 내지 1:1에서 반응시키는 단계 및 반응하는 동안 이를 발포시키는 단계를 포함하는, 제1항에 청구된 무기 발포체의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 발포제가 C4-C6-탄화수소인 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 발포제가 CO2, N2또는 공기인 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    a) 알칼리 금속 실리케이트, 발포제 및 유화제를 혼합하는 단계,
    b) 50℃ 미만에서 상기 혼합물에 알칼리 금속 알루미네이트를 첨가하여 혼합하는 단계,
    c) 상기 혼합물을 50 내지 100℃로 가열하는 단계, 및
    d) 상기 혼합물을 100℃ 초과로 가열하여 물을 증발시키는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 단계 c) 및 d)를 단일 공정 단계로서 수행하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 마이크로파를 이용하여 가열시키는 방법.
  9. 제3항에 있어서,
    a) 알칼리 금속 실리케이트, 발포제 및 유화제를 혼합하는 단계,
    b) 50℃ 미만에서 상기 혼합물에 알칼리 금속 알루미네이트를 첨가하여 혼합하는 단계,
    c) 상기 혼합물을 감압하에 두는 단계, 및
    d) 상기 혼합물을 50℃ 초과로 가열하여 물을 증발시키는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 압력 감소 및 가열을 단일 단계로 수행하는 방법.
  11. 제3항에 있어서,
    a) 알칼리 금속 실리케이트, 발포제 및 유화제를 혼합하는 단계,
    b) 50℃ 미만에서 상기 혼합물에 알칼리 금속 알루미네이트를 첨가하여 혼합하는 단계,
    c) 상기 혼합물을 노즐을 통과시켜 보다 낮은 압력으로 감압시키는 단계, 및
    d) 상기 혼합물을 50℃ 초과로 가열하여 물을 증발시키는 단계를 포함하는 방법.
  12. 건축 산업 및 자동차 구조물에서의 방열 및 방음을 위한, 제1항에 청구된 무기 발포체의 용도.
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