KR20050019044A - 무기질 성형체의 압출을 위한 셀룰로스 에테르 조성물 및셀룰로스 에테르 조성물을 사용한 무기질 성형체의 압출방법 - Google Patents

무기질 성형체의 압출을 위한 셀룰로스 에테르 조성물 및셀룰로스 에테르 조성물을 사용한 무기질 성형체의 압출방법

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KR20050019044A
KR20050019044A KR1020040063070A KR20040063070A KR20050019044A KR 20050019044 A KR20050019044 A KR 20050019044A KR 1020040063070 A KR1020040063070 A KR 1020040063070A KR 20040063070 A KR20040063070 A KR 20040063070A KR 20050019044 A KR20050019044 A KR 20050019044A
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프랑크 횔
하르트비히 슐레지거
아르네헤닝 쿨
죄른 파네크
쥐르겐 엥겔하르트
부르크하르트 크레스도르프
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볼프 첼룰로직스 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

70 내지 99.9중량%의 셀룰로스 에테르 및 0.1 내지 30중량% 초흡수 중합체를 포함하는 무기질의 압출을 위한 첨가제로서의 셀룰로스 에테르 조성물을 기술한다.
이 조성물을 첨가제로서 사용한 무기질의 압출 방법도 또한 기술한다.

Description

무기질 성형체의 압출을 위한 셀룰로스 에테르 조성물 및 셀룰로스 에테르 조성물을 사용한 무기질 성형체의 압출 방법{CELLULOSE ETHER COMPOSITION FOR THE EXTRUSION OF MINERAL SHAPED BODIES AND ALSO A PROCESS FOR THE EXTRUSION OF MINERAL SHAPED BODIES USING THIS CELLULOSE ETHER COMPOSITION}
본 발명은 무기질의 압출에 보수제, 가소제 및 윤활제로서 사용하기 위한 셀룰로스 에테르 조성물을 포함하는 첨가제에 관한 것이다. 추가로, 건축 재료계에서 셀룰로스 에테르 조성물의 용도 및 이 첨가제를 사용한 무기질의 압출 방법에 관한 것이다. 메틸셀룰로스 조성물의 사용은 압출 공정에서 압출된 본체의 향상된 공정성 및 더 고도의 표면 질을 초래한다.
무기질의 압출은 수년간 산업적으로 수행되어 왔으나, 특히 시멘트-결합된 물질의 압출에 대해 관심이 있어 왔다.
시멘트 압출 성형은 반죽 시멘트 함유 혼합물을 다이 입구를 통해 가압하여 임의의 필요한 프로파일로 성형하는 공정이다. 이 방식으로 얻어지는 구성 요소들은 다양한 방식으로, 특히 건축 분야에서 사용될 수 있다. 본 명세서에서는, 첫째로, 이들은 지금까지는 주조되었던 시멘트 덩어리들을 대체할 수 있고, 둘째로, 통상적인 주조 공정에 의해 얻을 수 없는 프로파일형을 얻을 수 있다. 압출 성형된 건축 구성 요소들의 예로는 단지 수 센티미터의 폭을 가지는 작은 엥글 프로파일로부터 60 cm의 폭과 이론상 임의의 필요한 길이를 가질 수 있는 거대한 건축 슬래브에까지 확장된다. 압출 성형된 시멘트 덩어리는 구성성분으로 주로 결합제로서 시멘트, 가능한 경우 다른 결합제, 추가로 골재 (모래) 및/또는 경량 골재, 및 보수제, 가소제 및 윤활제로서 셀룰로스 에테르, 특히 메틸셀룰로스를 포함한다.
본 발명의 메틸셀룰로스는 모든 메틸기-함유 셀룰로스 에테르, 예를 들면 메틸셀룰로스, 메틸 히드록시에틸셀룰로스, 메틸 히드록시프로필셀룰로스, 메틸 히드록시에틸 히드록시프로필셀룰로스, 메틸 에틸히드록시에틸셀룰로스 및 메틸 히드록시에틸 히드록시부틸셀룰로스를 의미한다. 종종, 천연 및(또는) 합성 섬유가 또한 화학식에 첨가된다. 메틸셀룰로스 또는 셀룰로스 에테르 조성물의 사용된 양은 일반적으로 수분 없는 압출 물질을 기준으로 0.5 내지 6% 사이이다.
물질이 압출될 수 있는지 및 시판가능한 제품으로 가공될 수 있는지 여부는 다양한 변수에 의해 결정된다. 물질은 압출 공정 동안 고도의 가소성 거동을 가져야 하고, 다이 입구로부터 가능한 가장 낮은 압력 및 가능한 가장 빠른 속도로 균질하게 배출될 수 있어야 한다. 여기서 압출된 물질의 표면이 중요한 역할을 한다. 이는 균열이 없고 가능한 매끄러워야 한다. 상대적으로 긴 작업 기간 후에 더 높은 온도가 연삭 무기 입자의 마찰을 통해 달성되므로, 양호한 표면 성질은 특히 상대적으로 긴 압출 시간 후에 특히 문제가 된다. 압출된 물질의 표면 질은 일반적으로 압출된 물질의 온도가 높아질수록 더 감소한다. 60℃ 근처의 압출 온도가 특히 중요한 것으로 고려된다. 이 모든 문제는 지금까지 부적절하게만 해결되어 왔다.
수많은 특허 출원이 압출 공정의 다양한 변수 또는 최종 산물의 성질에 유리하게 영향을 미친다는 첨가제 조성물을 청구한다.
WO 01/16048 A1은 용량의 감소를 초래할 수 있는 상승적 효과가 그들 사이에 발견되었기 때문에, 점증제 (셀룰로스 에테르 포함) 및 분산제의 혼합물을 청구한다. 혼합물에서의 분산제로서 다양한 술폰산염이 청구되어 있으나, 아크릴산, 아크릴성 에스테르에 기초한 중합체 및 다른 아크릴성 중합체는 더 자세히 기재되지 않은 채 본문에 또한 언급되어 있다. 이들 폴리아크릴레이트는 강한 3차원 가교결합의 결핍 때문에 완전히 수용성이고 폴리아크릴레이트에 기초한 초흡수제 보다 현저히 저분자량이다. 이는 선형 또는 분지형 방식으로 가교결합되거나 단지 약간 가교결합될 수 있으나, 항상 완전히 수용성으로 존재한다. 상기의 압출된 시멘트 물질계 같은 시멘트성 모르타르계에서, 이는 바람직하지 않은 수분 요구량의 감소를 초래하는 반면, 초흡수제의 사용은 수분 요구량을 상당히 증가시킨다. 그러므로, 그의 유사한 화학 조성에도 불구하고 초흡수제가 높은 온도에서 시멘트 모르타르의 압출 성질을 향상시킨다고는 예상되지 않는다.
EP-A-0131090 A1은 다양한 건축 재료 (예를 들면, 시멘트-결합된 타일 접착제 및 플라스터, 석고-결합된 플라스터, 벽지 접착제 및 콘크리트)에 사용하기 위한 셀룰로스, 구아 또는 전분에 기초한 수용성 다당류 중합체와 부분적으로 가수분해된 폴리아크릴아미드에 기초한 수용성이 아닌 수팽윤성 중합체의 혼합물을 기재한다. 그러나, 시멘트-결합된 타일 접착제만이 자세히 기재된다. 다당류 중합체 및 비가교결합된 (및 수용성) 폴리아크릴아미드의 혼합물과 비교하여, 모든 제제가 상응하는 콘시스턴시로 설정된 후, 가교결합된 부분적으로 가수분해된 폴리아크릴아미드와의 혼합물이 시험 하에서 타일 접착제의 더 양호한 개봉 시간 및 일반적으로 더 고도의 인장 결합 강도를 보인다. 당업자에게 조차도, 셀룰로스 에테르 및 초흡수제의 유사한 혼합물이 상대적으로 높은 온도에서 압출된 시멘트성 물질의 경우에 기재된 표면 성질 및 다른 성질을 향상시키는지는 이로부터 전혀 명확하지 않다. 상기의 EP-A-0131090 A1에 언급된 건축 재료의 공정 온도는 일반적으로 실온의 범위이다. 다른 압출된 물질의 경우, 예를 들면 점토, 또는 EP-A-0131090 A1에 언급된 세라믹의 경우, 이들 모두의 경우 서로에 대한 입자의 마찰이 적으므로 물질의 가열이 현저히 더 낮아서 높은 압출 온도가 일어나지 않는다. 특히 점토에 존재하는 시트 규산염은 양호한 윤활 작용을 가진다.
EP-A-327 351 A2는 박층 모르타르, 예를 들면 타일 접착제에서의 사그 (sag) 저항성을 향상시키기 위한 메틸셀룰로스 및 가교결합된 불용성 폴리아크릴산의 블렌드를 청구한다. 여기서 또한 당업자가 사그 저항성의 향상 효과로부터 또는 박층 모르타르의 통상의 표면 온도로부터 압출된 시멘트 물질의 표면 효과를 추정하기는 가능하지 않을 것이다.
JP 10-152357은 중합체성 보호 콜로이드 및 계면활성제의 도움으로 (정 또는 역) 에멀젼 중합에 의해 제조된 후 분말을 얻기 위해 적절한 공정으로 건조된, 재분산가능하고 비가교결합된 합성 중합체를 포함하는 압출가능한 모르타르를 청구한다. 모르타르 혼합물에 이 재분산가능한 중합체를 첨가함에 의해, 더 고도의 구부림 인장 강도 및 더 낮은 압출 압력이 얻어진다. 이 산물은 상기 초흡수제와 다른 방법으로 제조되고 초흡수제와 달리 아크릴레이트기를 함유할 수 있는데도 불구하고 가교결합되지 않는다. 승온에서의 압출 성질은 기재되지 않았다. 또한 더 고도의 표면 질에 대한 보고도 없다.
JP 4-164604는 압출가능한 시멘트 물질에 대한 첨가제로서의 0.1-2중량%의 용량인 강한 수-흡수 중합체의 용도를 청구한다. 이 경우에, 시멘트가 경화되고 물질이 건조된 후, 이전에 팽윤된 중합체가 구멍을 남기기 때문에, 크게 증가된 수분 요구량을 통해 경량 건축 재료를 얻기 위해 사용된 메틸셀룰로스에 추가하여 수-흡수 중합체가 사용된다. 승온에서의 압출 성질에 대한 보고는 없다. 높은 수분 요구량으로 인한 단점은 특히 이 방식으로 제조된 물질의 구부림 강도 및 압축 강도의 감소이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 특히 승온에서 압출 공정 및 압출 프로파일의 표면 질에 대해 향상된 성질을 가진 보수제, 가소제 및 윤활제를 발견하는데 있다. 여기서 승온은 30-65℃의 온도, 특히 45-65℃를 의미한다. 향상된 성질은 예를 들면 다이 입구에서의 더 낮은 배출 압력, 압출물의 더 매끄러운 표면, 압출된 프로파일의 더 적은 균열 형성 또는 더 빠른 압출 속도를 의미할 수 있다.
승온에서 셀룰로스 에테르로만 구성된 동량의 첨가제 보다 셀룰로스 에테르 및 초흡수 중합체의 혼합물로 구성된 첨가제를 사용하는 시멘트성 물질이 더 양호하게 압출됨이 발견되었다. 압출기의 다이 입구에서의 압력은 감소될 수 있고, 압출물의 표면 질 (매끄러움, 균질성)은 증가하고 압출물의 균열 형성은 크게 감소될 수 있다.
그러므로, 목적은 70 내지 99.9중량%의 셀룰로스 에테르 및 0.1 내지 30중량%의 초흡수 중합체를 포함하는 무기질의 압출을 위한 첨가제로서의 셀룰로스 에테르 조성물에 관한 것으로, 각 성분의 중량%는 각 경우에 100중량%로 총합된다.
0.1 내지 30중량%의 초흡수제 (셀룰로스 에테르 및 초흡수제의 총 혼합물을 기준으로), 특히 0.2 내지 9.9중량%가 유용한 것으로 밝혀졌다. 추정된 셀룰로스 에테르 사용량 1%에서, 이는 초흡수제 사용량 (모든 혼합물 성분을 기준으로) 0.001 내지 0.3중량%, 바람직하게 0.002 내지 0.099중량%에 상응한다.
무기질의 압출은 페이스트 같은 결합제-함유 혼합물을 다이 입구를 통해 가압함으로써 임의의 원하는 프로파일로 성형하는 공정이다. 이 방식으로 얻어진 성분은 다방면, 특히 건축 및 산업 용도로 사용될 수 있다. 먼저, 이는 주형 물질을 대체할 수 있으나, 두번째로, 종래 주형 공정으로 얻을 수 없었던 프로파일 형태도 또한 얻을 수 있다. 압출된 성분의 예는 단지 수 센티미터의 넓이를 가진 작은 엥글 프로파일 내지 60cm 넓이 및 이론적으로 임의의 길이를 가질 수 있는 큰 빌딩 슬래브의 범위이다. 압출된 물질은 주로 하나 이상의 결합제, 추가로 골재 (예를 들면, 모래, 무기 분말) 및(또는) 경량 골재 및 또한 보수제, 가소제 및 윤활제로서 셀룰로스 에테르, 특히 메틸셀룰로스 및 또한 적절하면 섬유를 성분으로서 포함한다. 결합제는 여기서 모든 무기 결합제, 예를 들면 시멘트, 석고, 건조 수화 석회, 연소 석회, 점토/롬, 규산염, 특수 플라이 애쉬 및 세라믹 결합제를 의미한다.
골재는 여기서 통상 건축 재료로 사용되는 모든 종류의 모래 및 돌 분말을 의미한다. 이는 특히 석영, 석회 (탄산 칼슘), 백운석, 고령토, 대리석, 유리, 다양한 유형의 건축용 석재, 특수 플라이 애쉬, 점토, 벤토나이트 및 다른 시트 규산염에 기초한 자갈, 모래, 스톤칩, 애쉬 및 가루이다. 주로 가장 다양한 입자 크기의 골재가 프로파일의 조건에 따라 골재의 제조 동안 압출될 수 있고, 소정의 입자 분획을 다른 것과 합하여 최적 방식으로 소정의 성질을 달성하는 것이 가능하다.
경량 첨가제는 특히 낮은 밀도의 첨가제이다. 이는 무기물 기원, 예를 들면 펄라이트 (팽창된 점토), 팽창된 유리, 팽창된 규산 칼슘 또는 석영 또는 석회에 기초한 고다공성 자연 모래일 수 있으나, 유기물 기원, 예를 들면 팽창된 폴리스티렌, 폴리우레탄 포옴, 코르크 등 일 수도 있다.
섬유는 여기서 모든 형태의 자연 또는 합성 섬유, 예를 들면 셀룰로스, 대나무, 코코넛, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 탄소, 유리, 세라믹 및 다른 무기 섬유에 기초한 섬유를 의미한다. 섬유 길이 및 섬유 두께는 규정된 산물 성질을 달성하기 위해 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다.
셀룰로스 에테르 조성물의 제제는 셀룰로스 에테르 뿐만 아니라 다른 첨가제, 예를 들면 액화제/유동제 (예를 들면, 멜라민 또는 나프탈렌에 기초한 술폰산염 및 또한 폴리에테르), 소수성제 및 윤활제 (예를 들면, 폴리(에틸렌 옥시드) 또는 관련 중합체)를 포함할 수 있다. 셀룰로스 에테르는 여기서 이온성 셀룰로스 에테르, 예를 들면 술포에틸셀룰로스 또는 카르복시메틸셀룰로스 및 그의 염, 또는 비이온성 셀룰로스 에테르, 예를 들면 알킬셀룰로스, 히드록시알킬 알킬셀룰로스 또는 히드록시알킬셀룰로스, 특히 메틸셀룰로스, 메틸 히드록시에틸셀룰로스, 메틸 히드록시프로필셀룰로스, 히드록시에틸셀룰로스, 에틸 히드록시에틸셀룰로스, 메틸 에틸히드록시에틸셀룰로스, 메틸 히드록시에틸히드록시프로필셀룰로스, 메틸 히드록시에틸히드록시부틸셀룰로스 또는 상기 산물의 혼합물을 의미한다.
상기 셀룰로스 에테르의 점도는 하케 (Haake) 회전 점도계로 20℃에서 2% 강도 용액으로 측정시 400 내지 200 000mPas이다.
초흡수제는 여기서 물 중에서 팽윤성이나 가용성이지는 않은 가교결합된 유기 중합체를 의미한다. 이는 자기 중량의 수 배, 일부 경우에 100배 초과까지 물로 팽윤된다. 화학적으로, 이는 부분적으로 중화 및 가교결합된 폴리아크릴산, 전분-아크릴로니트릴 그라프트 공중합체의 (부분적) 가수분해물, (부분적으로) 중화된 전분-아크릴산 그라프트 공중합체, (부분적으로) 비누화된 비닐 아세테이트-아크릴성 에스테르 공중합체, (부분적으로) 가수분해된 아크릴로니트릴 또는 아크릴아미드 공중합체, 이런 가수분해물의 가교결합된 산물 및 가교결합된 양이온성 단량체의 중합체를 포함한다. 가교결합된 초흡수 중합체에서 구체적으로 하기 단량체가 단독으로 또는 조합되어 존재할 수 있다:
아크릴산, 메트아크릴산, 비닐술폰산, 스티렌술폰산, 2-(메트)아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 2-(메트)아크릴로일에탄술폰산, 2-(메트)아크릴로일프로판술폰산 및 또한 상기 산의 염. 추가로, (메트)아크릴아미드, N-에틸(메트)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메트)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메트)아크릴아미드 및 또한 그의 4차 염 및 비닐피롤리돈. 적절한 가교결합제는, 예를 들면 알릴 메트아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 에톡실화 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 메틸렌비스아크릴아미드, 테트라알릴옥시에탄, 트리알릴아민 및 트리메틸롤프로판트리아크릴레이트가 있다. 초흡수제에 대한 더 자세한 것은 문헌 ["Modern Superabsorbent Polymer Technology", published by Fredric L. Buchholz and Andrew T. Graham, Verlag Wiley-VCH (1998)]에 기재되었다.
상기 셀룰로스 유도체는 수용성이고 셀룰로스 유도체의 수용액의 물질 함수를 기준으로 기술될 수 있는 특징적 유동 프로파일을 보인다. 여기서 수용액은 물, 셀룰로스 유도체 및 존재시 셀룰로스 유도체 및 사용된 물, 예를 들면 간선수로부터의 염 및 수반되는 물질을 함유하는 계를 의미한다.
유동성을 기술하기 위해 논의 중인 물질 함수는 통상 전단율 의 함수로서 점도 η, 및 선형 점탄성을 기술하기 위한 각각 각진동수 ω의 함수인 전단 보존 탄성율 G' 및 전단 손실 탄성율 G"이 있다.
본 명세서에서 사용된 기호는 문헌[C.L. Sieglaff: "Proposed Nomenclature for Steady Shear Flow and Linear Viscoelastic Behavior", Transactions of the Society of Rheology 20:2 (1976) 311-317]의 권장을 따른다.
점도의 경우, 일반적으로 전체 함수 η()가 아닌 수용액에서의 셀룰로스 유도체의 농도, 온도 및 전단율, 및 사용된 측정 기구 및 장치 설정에 대해 명시된 조건 하에서 결정된 대표적인 점도 값이 보고된다. 이 과정은 당업자에 잘 알려져 있다. 일반적으로, 거의 모든 경우에 전단율의 증가와 함께 셀룰로스 유도체 수용액의 점도가 감소함이 또한 알려져 있고; 따라서, 수용액은 유사가소성 유동 거동을 가진다.
선형 점탄성은 작은 진폭 및 다양한 각진동수에서 진동하는 전단 흐름에서의 측정에 의해 결정된다. G' 및 G"의 값은 본 명세서에서 수용액에서의 셀룰로스 유도체 농도 및 대표적 점도 값의 높이에 의해 대부분 결정된다. 따라서, 하기에서는 G' 및 G"와 증가하는 각진동수 ω와의 상대적 진행만이 고려된다. 100 중량부의 수용액 당 1.5 내지 2 중량부의 셀룰로스 유도체의 농도 및 약 20 ℃의 온도에서, 선행기술의 셀룰로스 유도체에 대한 G' 및 G"의 진행은 낮은 각진동수 ω에서 전단 보존 탄성율 G'이 전단 손실 탄성율 G" 보다 작으나, 각진동수가 증가하면서 G'이 G" 보다 더 증가한다. 본 명세서에서, 특정 각진동수 보다 큰 값에서, G'이 최종적으로 G" 보다 크게 되는 경우도 또한 일어날 수 있고; 따라서, 각진동수의 높은 값에서 용액은 주로 탄성적으로 반응한다.
따라서, 수용액 내의 통상적인 셀룰로스 유도체의 각진동수에 대한 의존은 G" 보다 G'이 현저하게 더 크고; 특히 0.1 s-1 내지 1 s-1의 각진동수 ω 범위 내에서 선형 점탄성 물질 함수인 전단 보존 탄성율 G' 및 전단 손실 탄성율 G"는
(1) G' ∝ ωn (전단 보존 탄성율은 각진동수의 n 제곱승에 비례함), 및
(2) G" ∝ ωm (전단 손실 탄성율은 각진동수의 m 제곱승에 비례함)
의 관계식의 지수 n 및 m이 현저하게 상이하고, 선행기술의 셀룰로스 에테르에 대해 n 대 m의 비는 1.20 보다 큰 방식으로 각진동수에 의존한다.
먼저 수용액 내의 셀룰로스 에테르 및 초흡수제의 혼합물이 겔 유사 유동성을 가진 것으로 가정할 수 있다. 그러나, 점탄성이 초흡수제의 첨가로 현저히 영향을 받기는 하나, 이는 모든 경우에 해당하는 것은 아니다.
"겔-유사 유동성"이란 용어는 본 명세서에서 샴본 (Chambon) 및 윈터 (Winter)의 연구 문헌[F. Chambon, H.H., Winter: "Linear Viscoelasticity at the Gel Point of a Crosslinking PDMS with Imbalanced Stoichiometry", Journal of Rheology 31 (8) (1987) 683-697 참조]에서 공지된 "겔화점"의 정의에 따라, 각진동수 ω에 대한 선형 점탄성 물질 함수인 전단 보존 탄성율 G' 및 전단 손실 탄성율 G"의 의존에 의해 정의된다. 겔화점은 G' 및 G"의 각진동수 의존도가
(1) G' ∝ ωn (전단 보존 탄성율은 각진동수의 n 제곱승에 비례함), 및
(2) G" ∝ ωm (전단 손실 탄성율은 각진동수의 m 제곱승에 비례함)
의 관계식으로 기술될 수 있으며, 지수 n 및 m이 동일하거나 또는 n 대 m의 비가 1의 값에 도달하는 점으로 기술된다. 단지 0.1 s-1 내지 1 s-1의 각진동수 ω 범위만을 고려하면, ω의 로그에 대해 각 경우에 도시된 G'의 로그 및 G"의 로그가 동일한 기울기를 가지는 것만이 본 명세서에서 중요하기 때문에, G' 및 G" 값은 본 명세서에서 상이할 수 있다.
셀룰로스 에테르 및 초흡수제의 혼합물 용액에 대한 n 대 m의 비의 상응 값은 실시예에 주어지며; 여기서 용액 100부 당 혼합물 총 1.5부를 함유한, 각각 수용액 또는 2중량% 강도 수산화 나트륨 용액을 20℃에서 연구했다. 이 용액의 유동학적 거동은 가교결합된 성분에도 불구하고 상기 정의에 따른 겔 유사 거동에 명확히 일치하지 않는다.
초흡수제는 셀룰로스 에테르와 별도로 혼합될 필요는 없으나, 다른 모르타르 성분과 함께 별도로 그 자리에서 또한 혼합될 수 있다.
본 발명은 추가로 상기 셀룰로스 에테르 조성물 혼합물을 이용한 무기질의 압출된 물질로의 압출 방법에 관한 것이다. 여기서 본 발명의 목적은 본 발명의 셀룰로스 에테르 조성물이 결합제 20-100부, 골재 0-70부, 경량 골재 0-30부, 섬유 0-20부 및 가능한 다른 첨가제로 구성된 0.1-6중량% 무기 혼합물과 물과 첨가제로서 혼합되고 균질물이 얻어질 때 까지 혼합 및(또는) 반죽되며, 물질이 압출기의 다이 입구를 통해 압출되는 것을 특징으로 하는, 무기질의 압출 방법이다.
본 발명의 방법은 서로 임의의 순서로 모든 원료를 혼합하여 수행한다. 일반적으로, 모든 건조된 성분은 먼저 건조 상태로 미리 혼합된 후, 규정된 양의 물과 혼합되고 재혼합된다. 그러나, 건조된 물질을 첨가제 (가소제)의 수용액과 혼합하거나, 모든 성분 및 물을 동시에 혼합하는 것도 가능하다. 10% 미만의 수분 함량을 가진 모래/골재의 일부 또는 전부를 첨가하는 것도 마찬가지로 가능하다. 모든 성분이 서로 혼합된 후, 일축- 또는 이축-스크류 압출기 내에서 압착되고 다이를 통해 가압된다. 진공실이 있는 및 없는 압출기 및 냉각이 있는 또는 없는 압출기를 사용하는 것이 가능하다. 혼합 및 압출 사이에, 시판되는 통상적 반죽기에서의 반죽 단계가 또한 제공될 수 있다.
여기서 압출 온도는 온도 범위에 대해 매우 양호한 표면 질이 얻어지는 30-65℃, 특히 45-65℃이다. 특히 바람직한 것은 온도 범위 60 내지 65℃이다.
본 발명은 추가로 건조 또는 페이스트/젤 유사 상태로 70 내지 99.9%의 셀룰로스 에테르를 0.1 내지 30%의 초흡수 중합체 및 적절한 경우 추가 첨가제와 혼합하는 것을 특징으로 하는, 무기질의 압출을 위한 첨가제로서 사용되는, 셀룰로스 에테르 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 추가로 압출에 의한 시멘트-결합된 성형체의 제조를 위한 첨가제로서의 셀룰로스 에테르 조성물의 용도에 관한 것이다.
실시예
하기의 실시예는 발명을 제한함이 없이 발명적 용도를 예시하기 위함이다.
혼합 및 압출의 수행
포트랜드 (Portland) 시멘트 CEM I 32,5R 50부, 석영 모래 50부, 섬유 5부 및 셀룰로스 에테르 조성물 0.9부 (모든 부는 가열됨)를 먼저 유동층 혼합기에서 건조 상태로 균질하게 혼합한 후 가열된 물 (양은 하기 참조)을 첨가하고, 물질을 추가로 반죽기 (제조사 브라벤더 (Brabender), 독일)에서 몇 분간 혼합 및 반죽했다. 그 후 물질을 즉시 가열된 일축-스크류 압출기 (제조사 헨들 (Haendle), 독일 무흐라커 소재)의 급수발에 충전했다. 물질을 천공된 플레이트를 통해 가압하고 탈기를 위해 진공실을 통해 전달하고, 프로파일 다이를 통해 가압하며 컨베이어 벨트 위로 배출했다. 모든 압출물을 수분 요구량에 대해 동일한 콘시스턴시로 설정했다.
실시예 1 내지 6
하기 표는 실시예 1 내지 6의 결과를 보여준다. 실시예 1 및 4는 선행기술의 비교예이고, 실시예 2, 3, 5 및 6은 본 발명에 따른 실험이다. 실시예 2 및 3에서는 단량체 아크릴산/포타슘 아크릴레이트에 기초한 초흡수제 (SAP)를 사용하고, 실시예 5 및 6에서는 소듐 폴리아크릴레이트에 기초한 초흡수제를 사용했다.
실시예 번호 셀룰로스 에테르 조성물 n/m (유동학적으로 결정된 지수의 비) W/S 압력 (bar) 온도 (℃) 표면 총 평가
1 (172DC3) 100% MHEC 1.47 (1.51) 0.29 12.2 59-61 양호 보다 약간 불량 +
2 (172DC6) 97.5% MHEC+2.5% SAP 1.40 (1.49) 0.29 11.8 61-62 양호 보다 약간 불량 + 내지 ++
3 (172DC7) 95% MHEC+5% SAP 1.27 (1.56) 0.295 11.1 61-63 양호 ++
4 (172DC19) 100% MHEC 1.47 (1.51) 0.29 13.1 58-60 평균 거의 +
5 (172DC17) 97.5% MHEC+2.5% SAP 1.38 (1.57) 0.295 12.0 58 양호 +
6 (172DC18) 95% MHEC+5% SAP 1.44 (1.53) 0.295 12.1 58-59 양호 + 내지 ++
주:
1) W/S는 물/고체 인자를 의미한다. 사용된 물의 양은 모래 및 시멘트의 양으로부터만 계산되고, 섬유 및 첨가제는 고려하지 않는다. 예를 들면, W/S 0.29는 물 29g이 모래 및 시멘트 100g 당 사용됨을 의미한다.
2) 압력은 다이 입구의 상류 근처에서 측정된 압력을 의미한다. 값은 최소 6개의 측정을 평균한 것이다.
3) 총 평가는 ++ (매우 양호) 및 - (매우 불량)의 사이이다.
4) n/m의 지수 비의 값: 물 내의 셀룰로스 에테르 및 초흡수제의 혼합물 용액의 데이터이고, 괄호 안은 용매 100중량부 당 물 98중량부 및 수산화 나트륨 2중량부 용매 내의 용액의 값이다. 각 경우 용액은 혼합물 1.5중량부 및 용매 98.5중량부를 함유했다.
5) "MHEC"로 나타낸 모든 메틸셀룰로스는 하케 회전 점도계로 20℃에서 2% 강도 용액으로 측정된, 75 내지 85 000mPas의 점도를 가진 메틸 히드록시에틸셀룰로스이다.
본 발명은 무기질의 압출에 보수제, 가소제 및 윤활제로서 사용하기 위한 셀룰로스 에테르 조성물을 포함하는 첨가제에 관한 것이다. 추가로, 건축 재료계에서 셀룰로스 에테르 조성물의 용도 및 이 첨가제를 사용한 무기질의 압출 방법에 관한 것이다. 메틸셀룰로스 조성물의 사용은 압출 공정에서 압출된 본체의 향상된 공정성 및 더 고도의 표면 질을 초래한다.
승온에서 셀룰로스 에테르로만 구성된 동량의 첨가제 보다 셀룰로스 에테르 및 초흡수 중합체의 혼합물로 구성된 첨가제를 사용하는 시멘트성 물질이 더 양호하게 압출됨이 발견되었다. 압출기의 다이 입구에서의 압력은 감소될 수 있고, 압출물의 표면 질 (매끄러움, 균질성)은 증가하고 압출물의 균열 형성은 크게 감소될 수 있다.

Claims (8)

  1. 70 내지 99.9중량%의 셀룰로스 에테르 및 0.1 내지 30중량%의 초흡수 중합체를 포함하는 무기질의 압출을 위한 첨가제로서의 셀룰로스 에테르 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 셀룰로스 에테르 조성물이 카르복시메틸셀룰로스 및 술포에틸셀룰로스 및 그의 염으로 구성된 군으로부터 선택된 이온성 셀룰로스 에테르, 또는 비이온성 셀룰로스 에테르, 예를 들면 메틸셀룰로스, 메틸 히드록시에틸셀룰로스, 메틸 히드록시프로필셀룰로스, 히드록시에틸셀룰로스, 에틸 히드록시에틸셀룰로스, 메틸 에틸 히드록시에틸셀룰로스, 메틸 히드록시에틸 히드록시부틸셀룰로스 또는 그의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 셀룰로스 에테르 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초흡수 중합체가 가교결합된 유기 중합체인 것을 특징으로 하는 셀룰로스 에테르 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기질이 시멘트-결합된, 석고-결합된, 건조 수화 석회-결합된, 규산염-결합된, 플라이 애쉬-결합된, 클레이-결합된 또는 세라믹 물질인 셀룰로스 에테르 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 셀룰로스 에테르 조성물이 결합제 20-100부, 골재 0-70부, 경량 골재 0-30부, 섬유 0-20부 및 가능한 다른 첨가제로 구성된 0.1-6중량% 무기 혼합물과 물과 혼합되고 균질물이 얻어질 때 까지 혼합 및(또는) 반죽되며, 물질이 압출기의 다이 입구를 통해 압출되는 것을 특징으로 하는, 무기질의 압출 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다이 입구에서 압출될 물질의 온도가 30 내지 65℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 건조 또는 페이스트/젤 유사 상태로 70 내지 99.9%의 셀룰로스 에테르를 0.1 내지 30%의 초흡수 중합체 및 적절한 경우 다른 첨가제와 혼합하는 것을 특징으로 하는, 무기질의 압출을 위한 첨가제로서 사용되는, 셀룰로스 에테르 조성물의 제조 방법.
  8. 압출에 의한 시멘트-결합된 성형체의 제조를 위한 첨가제로서의 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 셀룰로스 에테르 조성물의 용도.
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