KR20050073608A - 규산칼슘 수화물의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

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Abstract

규산칼슘 수화물의 제조방법 및 장치에 관한 것이다. 석회질 물질은 현탁액 또는 겔 형성제와 혼합한다. 이어서, 생성된 겔은 규산질 물질과 합하여 바람직하게는 균질한 반응성 매트릭스를 형성한다. 이어서, 당해 매트릭스는 승온 및 승압하에 혼합 또는 교반할 필요 없이 규산칼슘 수화물을 형성한다. 생성된 규산칼슘 수화물은 대략 35% 이상으로, 반응 후 고형물 함량이 높다.

Description

규산칼슘 수화물의 제조방법 및 제조장치{Method and apparatus for producing calcium silicate hydrate}
본 발명은 규산칼슘 수화물의 제조방법에 관한 것으로, 특히 고형물 함량이 높은 규산칼슘 수화물의 제조방법에 관한 것이다.
중간 밀도의 섬유 시멘트 제품은 고유의 특성 및 섬유 시멘트가 적용될 수 있는 적용 범위로 인하여 건축 산업에서 요구가 높아지고 있다. 섬유 시멘트의 유용한 특성에는 내부 습윤 영역 라이닝, 외부 클래딩, 트림(trim), 펜싱(fencing), 플로어링, 처마 및 환차와 같이 상이한 적용시 유용한 포장, 부패, 연소 및 습기에 대한 내성이 포함된다. 중간 밀도 섬유 시멘트의 한계점 중의 하나는 목재 및 비닐과 같은 대체물과 비교되는 제품의 중량이다.
모든 중간 밀도 섬유 시멘트 제품을 저밀도로 전환시키는 제조업자의 능력은, 밀도가 감소된 섬유 시멘트의 제조시 사용되는 저밀도 첨가제의 제공 경비로 인하여 제한된다. 이러한 첨가제 중 하나는 "칼실(Calsil){칼슘-실리케이트(수화물)의 약어임}"인데, 이는 통상적으로 소석회와 실리카를 혼합하고, 용기에서 소정의 시간 동안 승온 및 승압하에 교반하여 제조한다. 이러한 공정(및 등가물)은 고가의 교반 반응기를 사용하고 고형물 함량이 낮은(통상적으로 10%인) 슬러리가 형성된다는 사실 때문에, 비교적 높은 경비로 칼실을 제조한다.
선행 기술 분야에서, 규산칼슘 제품의 제조는 교반 반응기에서 석회질 물질과 규산질 물질(예: 모래)을 물 속에서 혼합함에 의한 묽은 슬러리의 형성을 포함한다. 이 물질은 오토클레이브에서 가열하여 사용되는 온도, 압력, 반응 시간 길이 및 물 경점성(consistency)에 따라 각종 결정 형태의 규산칼슘을 형성한다. 규산칼슘 수화물의 열수 형성 및 이의 각종 가공 측면을 기술하는 관련 특허에는 미국 특허공보 제4,574,012호, 제4,427,611호, 제4,490,320호, 제4,490,320호, 제4,629,508호, 제4,447,380호, 제4,131,638호, 제6,346,146호 및 유럽 특허공보 제0562112호 및 국제 공개특허공보 제WO 96/11877호가 포함된다.
어떤 경우에, 선행 기술은 반응 조건에 의해 역영향을 주지 않는 섬유상 물질(예: 석면)을 가공 전에 혼합물로 혼입시키거나, 또는 감온성 섬유를 슬러리로 직접 가공 후에 가할 수 있음을 제시하고 있다. 이러한 가공 생성물은 일반적으로 목적하는 섬유상 성분과 혼합된 수화 규산칼슘 결정의 수성 슬러리이다. 이어서, 당해 슬러리는 금형으로 주조하여, 대개 가열에 의해 건조시켜 목적하는 가공된 성형품을 형성한다.
규산칼슘 수화물 결정 또는 응집체는 성형 제품이 아닌 다른 각종 목적을 위해 사용될 수 있는데, 예를 들면, 미국 특허공보 제5,100,643호, 제5,401,481호 및 제5,047,222호에서는, 상기 제품을 형성하고, 유해 가스 성분을 제거하기 위하여 가스 스트림에 흡수제로서 사용되는 결정을 수득한다. 다른 용도는 제지 제조시 불투명체로서 형성된 규산칼슘 슬러리의 직접 사용(PCT 특허공보 제WO 01/14274호) 또는 저밀도 섬유 시멘트 판을 제조하기 위하여 하트쉑 기기(Hatschek machine)에 직접 슬러리의 사용(미국 특허공보 제6,346,146호)을 포함한다.
선행 기술 분야의 일반적인 사항은 규산칼슘 수화물 제품이 모두 교반 반응기에 의해 묽은 슬러리(통상 고형물 함량 대략 10%)로 생성된 다음, 당해 제품은 슬러리로부터 최종 제품에 사용되기 위하여 회수된다는 것이다. 놀랍게도, 단지 몇몇 발명자만이 규산칼슘 수화물의 건조 요건을 감소시키거나 제거하는 문제점을 해결하기 위하여 시도하여 왔다. 이들 방법의 일부에는 성형된 규산칼슘 몸체로부터 습기를 제거하기 위하여 오토클레이브를 진동시키고(유럽 특허공보 제0624561호), 오토클레이브에서 보다 많은 고형물 슬러리를 반응시킬 수 있도록 슬러리의 점도를 변화시키고(미국 특허공보 제4,545,970호), 분말의 석회질 및 규산질 물질과 증기를 반응시켜 고형물 함량이 높은(75% 이상) 입자 크기가 비교적 큰(2 내지 40㎜) 실리케이트-과립을 생성하는 방법(미국 특허공보 제4,394,176호)이 포함된다.
고형물 함량이 높은 규산칼슘 제품을 성취하기 위한 다른 경로는 각종 제조 단계에서 물의 사용을 최소화하는 것이다. 이들 기술은 석회질 및 규산질 물질의 일부를 "겔 화"한 다음, 겔에 나머지 제형을 합하는 것이다(미국 특허공보 제5,330,573호). 미국 특허공보 제4,523,955호 및 제4,477,397호에는 절연 제품을 제조하기 위하여 추가로 필터 압축시키는 규산칼슘의 겔이 기술되어 있으며, 마지막으로, PCT 특허공보 제WO 96/34839호는 절연 물질의 제조를 위해 "안정화제"를 사용하는 것이 기술되어 있다.
상기 제시된 선행 기술은 적절한 오토클레이빙 조건의 범위 뿐만 아니라, 칼실을 제조하기에 적합한 가능한 제형을 포함한다. 더욱이, 먼저 겔을 형성한 다음 다시 겔과 첨가의 규산질 물질을 반응시키는 석회질 및 규산질 물질의 예비 반응이 선행 기술에 포함된다. 그러나, 선행 기술은 슬러리를 탈수시킬 필요가 없는 칼실의 직접 제조를 기술하고 있지 않다(과립을 구체적으로 제조하는 미국 특허공보 제4,394,176호를 다시 무시함). 어떠한 문헌도 값비싼 교반 오토클레이브에 대한 필요성 없이 칼실을 제조하는 방법을 제공하고 있지 않다. 어떠한 문헌도 미세한 입자 크기를 갖는, 즉 고형물 함량이 높게 제조된, 과립이 아닌 칼실의 제조방법을 제공하고 있지 않다(상기 이유로 미국 특허공보 제4,394,176호를 다시 무시함).
본 출원인은 규산칼슘 수화물이 특별한 건축 제품에서 우수한 밀도 변형 물질임을 발견하였다. 불행하게도, 규산칼슘 수화물의 통상의 제조방법은 고형물 함량이 비교적 낮은, 예를 들면, 약 10% 이하인 슬러리 형태의 물질을 제공한다. 이러한 슬러리 형태의 저밀도 첨가제는 바람직하게는 건축재(예: 섬유 보강 시멘트 복합체)를 생성하는 공정에서 허용되나, 단 공정 제조 기술은 탈수 단계(예: 하트쉑 기기)를 포함한다. 그러나, 이러한 높은 함수량에 의해, 고형물 함량이 낮은 슬러리 형태를 다른 공정에 적용하는 것이 제한된다. 예를 들면, 제조 공정이 탈수 단계를 포함하지 않는 경우에, 저밀도 첨가제의 슬러리는 공정으로 포함시키기 전에 탈수해야만 한다. 이는 교반 또는 여과와 함께 과량의 습기를 비등시키고, 다른 건조 공정에 의해 수행할 수 있다. 확실히, 이러한 초기 탈수 단계는 에너지 집약적이고, 결과적으로 전반적인 제조 경비에 첨가된다.
또한, 고형물 함량이 낮은 슬러리 형태의 운반은 일반적으로 실행가능하지 않은데, 이는 경비의 큰 비율이 슬러리에 포함된 물의 중량에 관련되기 때문이다. 고형물 함량이 낮은 슬러리는 이러한 운반 경비를 피하기 위하여 제 위치에서 제조될 수 있지만, 이는 결국 높은 자본 투자가 요구되는 교반 반응기 용기를 필요로 한다.
본 발명의 목적은 선행 기술 분야의 하나 이상의 단점을 극복 또는 완화시키거나 유용한 대안을 제공하는 것이다.
발명의 요약
첫 번째 측면으로, 본 발명은 석회질 물질과 규산질 물질이 반응(이때, 반응 전에 현탁제를 소정량 가하여 거의 교반하지 않거나 전혀 교반하지 않고도 당해 반응이 일어나도록 한다)하여 규산칼슘 수화물이 형성되기에 충분한 시간 동안 승온 및 승압하에 수성 환경 속에서 석회질 물질과 규산질 물질을 접촉시킴을 포함하는, 규산칼슘 수화물의 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 언급한 공정에서, 성분들을 다음과 같이 혼합한다. 석회질 물질의 슬러리는 석회질 물질과 물, 바람직하게는 예열된 물을 혼합하여 소석회 슬러리를 형성함으로써 형성한다. 현탁제를 또한 바람직하게는 물과 혼합하여 슬러리를 형성하고, 임의로 가열한다. 하기에서 논의되는 이유로, 현탁제는 적어도 일부의 실리카, 바람직하게는 비결정질 실리카를 포함하는 것이 바람직하다.
바람직한 양태에서, 현탁제는 석회질 물질 및/또는 규산질 물질, 및/또는 물과의 접촉시 겔을 형성하기에 적합한 겔 형성제이다.
소석회 슬러리는 겔을 형성하기 위하여 현탁제 슬러리와 혼합하기 전에 물로 다시 희석시킬 수 있다. 바람직한 양태에서, 현탁제중 실리카는 소석회 슬러리중 칼슘과 반응하여 겔의 형성을 돕는다. 그다음에, 이러한 중간체 겔은 규산질 물질과 혼합하고, 승온 및 승압하에 처리하여 규산칼슘 수화물을 형성한다. 규산질 물질은 무수 분말 상태로 또는 슬러리로서 중간체 겔에 가할 수 있다. 규산질 물질을 겔에 혼합하여 반응을 수행하는 물질이 본질적으로 균질하도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 소석회 또는 석회질 물질과 규산질 물질 간의 반응이 성분의 교반 또는 혼합할 필요 없이 발생한다는 것이 강조된다.
현탁제를 적절히 가함으로써, 소석회 및 규산질 물질은 규산칼슘 수화물을 형성하기 위한 반응이 성분들의 교반 또는 혼합할 필요 없이 수행될 수 있도록 현탁액에 잔류한다.
생성된 규산칼슘 수화물의 고형물 함량은, 예를 들면, 35 내지 60%로 높다.
두 번째 측면으로, 본 발명은 반응 후 고형물 함량이 35% 이상인 규산칼슘 수화물을 제공한다. "반응 후 고형물 함량"은 첨가의 탈수/건조없이 반응 직후 CSH 물질의 고형물 함량을 의미한다.
이러한 규산칼슘 수화물 생성물의 밀도는 첨가되는 규산질 물질의 양에 따라 상당한 정도로 좌우된다. 화학양론적 양이 사용되는 경우에, 생성물은 벌크 밀도가 약 120 내지 200㎏/㎥이다. 과량의 실리카를 가하는 경우에, 이는 최종 생성물의 벌크 밀도는 380 내지 460㎏/㎥만큼 커진다.
당해 분야의 숙련가가 알 수 있는 바와 같이, 혼합없이 규산칼슘 수화물을 생성하는 능력은 선행 기술 분야에 비하여 상당히 개선되었다. 통상, 규산칼슘 수화물은 혼합/교반하에 오토클레이브에서 형성되어야 한다. 이는 아주 값이 비쌀 수 있다. 반응은 또한 어느 정도, 예측 불가한데, 이는 다른 변수, 즉 혼합/교반의 수준을 조절해야 하기 때문이다. 본 발명의 바람직한 양태는 교반할 필요 없이 규산칼슘 수화물을 제조함으로써 통상의 기술에 대한 대안을 제공한다. 본 공정은 통상적인 비-교반식 오토클레이브에서 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태는 혼합 또는 교반을 필요로 하지는 않지만, 교반 반응 용기에서 수행하는 것이 여전히 적절함을 알 수 있다.
세 번째 측면으로, 본 발명은 규산칼슘 수화물의 제조에서의 겔의 용도를 제공하며, 여기서 겔은 소정의 온도/압력 프로파일하에 석회질 슬러리와 겔 형성제를 배합함으로써 형성되고, 규산질 물질과의 배합시 규산질 물질이 내부에 현탁되어 승압 및 승온하에 겔과 후속적으로 반응하여 규산칼슘 수화물이 형성되도록 하는 경점성을 갖는다. 바람직하게는, 겔 형성제는 규조토 또는 점토와 같은 비결정질 실리카의 공급원이다.
다른 측면으로, 본 발명은 승온 및 승압하에 석회질 겔과 규산질 물질이 반응하여 규산칼슘 수화물이 형성되기에 적합하고 매트릭스에 걸쳐 균질하게 분포된 규산질 물질을 갖는 석회질 겔을 포함하는, 반응성 매트릭스.
또 다른 측면으로, 본 발명은 규산칼슘 수화물의 제조에 있어서의 현탁제의 용도를 제공하며, 이때 현탁제는 석회질 성분 및 규산질 성분과 혼합하여, 현탁액 중에 이들 성분을 유지시키고, 혼합 또는 교반할 필요 없이 성분들 간에 반응을 허용한다.
도 1은 본 발명의 양태에 따르는 규산칼슘 수화물의 제조방법에 대한 순서도이다.
도 1은 다음 단계를 포함하는 고형물 함량이 높은 규산칼슘 수화물의 제조방법을 나타낸 것이다.
단계 100: 소석회의 제조
이 단계에서, 소석회는 통상의 방법으로 제조한다. 통상의 석회질 반응물이 사용될 수 있지만, 바람직한 반응물은 큰 비표면적을 생성하기 위하여 소화된(slaked) 생석회이다. 이는 생석회를 44㎛(325번) 표준 메쉬 체로 통과시키도록 분쇄하고, 분쇄된 생석회를 이의 4배 중량의 물과, 바람직하게는 약 100℃로 예열된 물과 혼합하여 성취할 수 있다. 바람직한 양태와 사용하기에 적합한 다른 칼슘 공급원에는 석회, 돌로마이트, 석회암, 방해석질 석회암, 카바이드 폐기물, 조개껍데기 및 다른 공지된 산화칼슘의 공급원이 포함된다.
약 5 내지 30분의 혼합 시간이 통상적이고, 임펠러가 있는 기본적인 혼합 용기가 충분하다. 이 단계에서는 혼합물을 균질하게 만들고, 고형물이 침강되지 않도록 하기에 충분한 혼합만이 필요하기 때문에 높은 전단력은 필요치 않다. 고형물 함량은 통상 약 10 내지 50%이며, 최적으로는 약 20%이다.
단계 150: 물에 의한 소석회 슬러리의 희석
석회를 소화시킨 후에, 필요하다면, 첨가의 물을 소석회 슬러리에 가한다. 물의 양은 통상 전체 소석회 고형물: 물의 비가 대략 1:26(w/w)이 되도록 제조하기 위하여 단계 100에서 사용되는 물의 6.5배이다. 고형물 함량은 통상 약 2 내지 6%, 최적으로는 약 3%이다. 이러한의 첨가의 물은 고형물:물의 함량을 원하는 값으로 만들기 위하여 포함됨을 주지하여야 한다. 물론, 소화 단계 100에 이러한 물을 모두 포함할 수 있다.
약 5 내지 30분의 혼합 시간이 통상적이며, 단계 100에서 사용된 것과 동일한 혼합 장치가 충분하다.
단계 200: 현탁제의 제조
이 단계에서, 현탁제는 고점도 슬러리와 물 및, 필요하다면, 다른 반응성 겔화제와 함께 형성하여 제조한다. 현탁제는 석회질 물질, 규산질 물질(하기 논의됨) 또는 물과의 접촉시 현탁액 또는 겔을 형성하는 물질일 수 있으며, 이에 의해, 교반없이 현탁액에 반응물 입자(실리카 및 석회)를 유지하는 물질이 현탁제로서 사용될 수 있다. 적절한 현탁제에는 이로써 제한되는 것은 아니지만, 규조토, 퓸드 실리카 또는 다른 비결정질 실리카 함유 물질(석회는 이를 위한 겔화제로서 필요함), 점토 또는 다른 팽윤성 규산질 물질이나, 무기질, 셀룰로즈 펄프 또는 다른 유사한 물질, 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 사용되는 현탁제(들)에 따라, 공정 전에 현탁제 슬러리를 가열하는 것이 바람직할 수 있다, 예를 들면, 규조토를 사용하는 경우에, 슬러리는 겔화 공정을 가속화하도록 가열할 수 있지만, 점토를 사용하는 경우에는, 가열이 필요치 않다.
바람직한 점토는 팽윤 등급이 높은 벤토나이트(흡수된 물 11㎖/점토 g)이다. 슬러리는 통상 고형물 함량이 약 7 내지 20%, 최적으로는 약 14%가 되도록 제조한다.
약 5 내지 30분의 혼합 시간이 통상적이고, 임펠러가 있는 기본적인 혼합 용기면 충분하다. 그러나, 고전단 임펠러는 응집체를 분쇄하고, 입자를 완전히 분산시키는 데 바람직하다.
단계 300: 소석회 및 현탁제의 혼합
이 단계에서, 현탁제 슬러리를 소석회 슬러리에 가한다. 혼합물은 저속으로 교반하여 응집체의 침강이 없도록 보장한다. 고형물 함량은 약 5%(w/w) 미만이다.
이와 관련하여, 이 양태는 현탁제를 먼저 소석회로 첨가한 다음 이어서 규산질 물질로 첨가함을 보여주지만, 이는 석회질 및 규산질 물질과 동시에 가하거나, 실제로 규산질 물질과 먼저 혼합한 다음 석회질 물질과 후속적으로 혼합할 수 있다.
겔을 형성하는데 걸리는 시간은 사용되는 현탁제 및 혼합물의 온도 프로파일에 따라 변한다. 예를 들면, 규조토가 현탁제로서 사용되는 경우에, 현탁제 슬러리는 약 100℃에 근접한 온도로 되고, 그 온도에서 저속 교반하에 유지하여 주로 규산칼슘 수화물(CSH)인 겔을 형성한다. 점토가 현탁제로서 사용되는 경우에, 슬러리는 가열없이, 저속 또는 주기적 교반하에(약 10분 마다) 약 15분 내지 6시간(바람직하게는, 약 30분) 동안 방치시킨다. 한 기술에서, 슬러리는 약 30분 후에 "두부"의 경점성을 갖는다.
적절한 현탁제에는 이로써 제한되는 것은 아니지만, 규조토, 퓸드 실리카나 다른 비결정질 실리카 함유 물질, 점토나 다른 팽윤성 규산질 물질, 무기질, 셀룰로즈 펄프나 다른 유사한 물질 또는 이들의 혼합물이 포함된다.
단계 400: 규산질 물질의 첨가
이 단계에서, 추가의 규산질 물질을 단계 300에서 형성된 겔에 가한다. 적절한 규산질 공급원에는 실리카 모래, 규조토, 점토, 규산, 석영 분진, 실리콘 분진 또는 활성 알루미나와 같은 천연 공급원이 포함된다. 바람직하게는, 입자 크기 D(90)가 약 70㎛ 이하인 분말 석영이 사용된다. 이 단계에서 첨가되는 규산질 물질은 또한 단계 200에서도 첨가될 수 있음을 주지하여야 한다.
생성물에 대한 의도하는 용도에 따라, 최종 생성물에 필요한 경우, 완전한 반응을 위해 필요한 것보다 많은 규산질 물질을 가할 수 있다.
규산질 물질은 무수 분말 상태로 또는 슬러리로서 겔에 혼합할 수 있다. 한 방법으로, 첨가의 규산질 물질은 겔을 손상시키지 않도록 겔에 부드럽게 혼합하여야 하지만, 혼합은 균질성을 보장하기에 충분히 철저해야 한다.
도 1의 공정에 사용되는 원료의 가능하고 바람직하며 최적인 범위는 하기의 표 1에 제시되어 있다. 제시된 값은 단지 예시이며, 본 발명의 공정 또는 생성물에 대해 어떠한 방법으로든 제한하는 것으로 여겨져서는 안된다.
고형물 함량이 높은 규산칼슘 수화물을 위한 물질의 조성
조 성 예 가능한 범위 바람직한 범위 최적치
석회질 물질(g) 생석회 15 내지 35 20 내지 30 25
석회:소화수(slake water) 비 - 1:2 내지 1:10 1:3 내지 1:5 1:4
소화수(g) 물 50 내지 250 75 내지 125 100
과량의 물(g) 물 300 내지 900 400 내지 700 550
현탁제(g) 벤토나이트 점토 8 내지 20 12 내지 16 14
현탁액(g) 물 110 내지 280 170 내지 225 190
규산질 물질(g) 분쇄된 석영 가루 50 내지 300 150 내지 200 180
석회:소화수(slake water) 비
석회:소화수 비는 수화물 또는 소석회에 대해 사용되는 물의 중량에 대한 퀵 라임의 중량 비이다. 라임:소화수 비는 가능하게 약 1:2 내지 1:10의 범위, 바람직하게는 약 1:3 내지 1:5의 범위, 최적으로는, 약 1:4의 범위일 수 있다.
단계 500: 혼합물의 오토클레이빙
단계 400에서 생성된 합한 혼합물은 이어서 승온 및 승압, 예를 들면, 오토클레이브에, 석회질 및 규산질 물질간의 반응으로 규산칼슘 수화물을 형성할 수 있도록 하기에 충분한 시간 동안 처리한다. 오토클레이브는 통상의 방식으로 작동시킬 수 있지만, 예를 들면, 표 2에 제시된 바와 같은 소정의 온도 프로파일을 따르는 것이 바람직하다.
오토클레이브 온도 프로파일
최대 오토클레이브 온도(℃) 최대 압력 (kPa) 오토클레이빙 시간 (분)
가능한 범위 160 내지 195 630 내지 1400 60 내지 840
바람직한 범위 170 내지 180 800 내지 1000 100 내지 360
최적의 범위 175 885 120
오토클레이브에서 반응 도중, 물은 바람직하게는 전체 반응 시간 동안 혼합물로부터 배출될 수 있도록 한다(520). 물이 계속해서 반응을 통해 슬러리 혼합물로부터 배출되면, 고형물 농도는 점차 증가된다. 환언하면, 슬러리는 반응이 진행됨에 따라 탈수된다.
슬러리 혼합물로부터 배출된 물은 증기 트랩을 통해 오토클레이브로부터 배출될 수 있다(540). 이는 시스템중 유리수를 제거하여, 오토클레이브 열을 오토클레이브내에 형성된 규산칼슘 수화물로부터 물을 증발시키는 데 사용한다. 오토클레이브로부터 배출된 가열된 물은 경우에 따라, 재순환되어, 규산칼슘 수화물의 다음 배치를 위한 소석회를 제조하는데 사용될 수 있다.
오토클레이브내에서 적절한 기간 후에, 오토클레이브 압력은 온도 프로파일에 따라 통상의 방법으로 취입(吹入; flow down)시킬 수 있다(560). 당해 공정 역시, 규산칼슘 수화물 몸체로부터 물을 증발시켜, 반고형물 분말 형태로 이를 제공한다. 이어서, 생성된 물질은 오토클레이브로부터 제거한다.
이러한 공정으로 형성된 규산칼슘 수화물 케이크는 추가의 공정(580), 예를 들면, 추가의 습기를 제거하기 위한 추가의 건조를 수행할 수 있고, 이는 이후 사용 또는 선적을 위해 포장하거나, 생성물을 제조하기 위한 원료로서 즉시 저장하여 사용할 수 있다.
통상적으로, 생성된 규산칼슘 수화물 몸체의 특성은 표 3에 제시되어 있다.
규산칼슘 수화물의 특성
특성 가능한 범위 바람직한 범위 최적치
공급된 Ca:Si 몰 비 0.05:1 내지 0.75:1 0.1:1 내지 0.2:1 0.15:1
반응된 Ca:Si 몰 비 0.3:1 내지 1.4:1 0.7:1 내지 1.0:1 0.83:1
물:고형물(총량) 1:1 내지 7:1 1.25:1 내지 4:1 1.5:1
산 불용성 잔류물(AIR) 함량(%) 66 내지 74 68 내지 72 70
탬핑된 건조 벌크 밀도(kg/㎥) 380 내지 460 280 내지 400 380
DTA - 규회석 전환 피크 온도(℃) 824 내지 840 824 내지 840 824 내지 840
함수량(%) 35 내지 60 40 내지 60 50
Ca:Si의 공급비 및 따라서, AIR 함량(%)은 물질의 적용에 따라 좌우된다. 이는 공급비를 화학양론적 비로 조절함으로써 AIR 함량(%)이 낮아질 수 있지만, 과량의 실리카가 최종 생성물에 필요한 경우, AIR 함량(%)이 보다 높은 값이 될 수 있다는 의미이다.
공급된 Ca:Si 몰 비
몰 비 Ca:Si(전체)는 모든 칼슘 대 모든 실리카의 몰 비이다. Ca:Si 공급 몰 비는 규산칼슘 수화물의 적용 제형에 따라 좌우된다. 상기 표 2에 제시된 예의 경우, 약 0.05:1 내지 0.75:1, 바람직하게는 약 0.1:1 내지 1:1, 최적으로는, 약 0.15:1의 범위가 가능할 수 있다.
반응한 Ca:Si 몰 비
반응한 Ca:Si 몰 비는 규산칼슘 수화물 중의 모든 칼슘 대 모든 반응한 실리카의 몰 비이다. 반응한 Ca:Si 비는 약 0.3:1.4, 바람직하게는 약 0.7 내지 1.0, 최적으로는 약 0.83의 범위가 가능할 수 있다.
물:고형물(전체)
물:고형물(전체)는 물의 중량 대 고형물의 중량 비이다. 물:고형물(전체)는 약 1:1 내지 7:1, 바람직하게는 약 1.25:1 내지 4:1, 최적으로는 약 1.5:1의 범위가 가능할 수 있다.
산 불용성 잔류물(AIR; Acid Insoluble Residue) 함량(%)
AIR(%)은 규산칼슘 수화물 중의 반응하지 않은 석영 실리카의 척도이다. 방법은 샘플 2 g을 연마하고, 이를 물에 의해 페이스트로 제조한 다음, 물을 사용하여 200㎖로 희석한 후, 32%(w/w) 분석 시약 염산(밀도 1.16g/㎖)(1:1) 25㎖를 가하는 단계가 포함된다. 혼합물을 15분 동안 90 내지 95℃로 가열하고, 넘버 40 와트만 필터 페이퍼(No.40 Whatman filter paper)를 통해 여과한다. 잔류물은 비등수 및 비등 Na2CO3(50g/ℓ)로 세척한다. 이어서, 잔류물 및 필터 페이퍼를 900 내지 1000℃에서 점화하고, 건조기에서 냉각시켜, 잔류물의 중량을 칭량한다. 초기 샘플 질량의 %로서 나타내는 잔류물 질량이 AIR 함량(%)이다.
충전 벌크 밀도
규산칼슘 수화물은 105℃의 오븐에서 밤새 건조시키고, 건조된 케이크는 막자사발 및 막자를 사용하여 분쇄한 다음, 250㎛ 스크린을 통해 통과시켜 덩어리를 제거한다. 체를 통과하지 못한 응집된 물질은 손으로 분쇄한 다음, 다시 체를 통과시킨다. 체질한 샘플 100 ±1㎤를 미리 중량을 칭량한 계량 실린더에 넣은 다음, 진동 테이블 위에서 10 내지 15분 동안 와이어 조각을 사용하여 주기적 교반하에 교반한다. 용적 감소가 종결되면, 용적 및 질량을 기록한다. ㎏/㎥로 표시하는, 샘플의 질량을 샘플의 용적으로 나눈 값을 충전 벌크 밀도로 기록한다.
DTA-규회석 전환 피크 온도
시차 열 분석법(DTA; Differential Thermal Analysis)은 규산칼슘 수화물을 특성화하는데 사용되는 방법이다. 시험 방법은 질소 가스하에 샘플 대략 30 ㎎을 20℃/분의 속도로 주위 온도에서 1000℃로 가열하는 단계를 포함한다. 빈 기준 샘플 홀더와 샘플 온도간의 온도차를 측정한다. 규산칼슘 수화물의 토벌모라이트 상(tobermorite phase)은 824 내지 840℃의 온도에서 규회석 상으로 발열 전환함으로써 특성화된다. 840 내지 900℃의 규회석 전환 온도가 토버모라이트 상으로 가공되지 않는 반응에 있어서 보다 통상적이다.
함수량
규산칼슘 수화물은 105℃에서 30분 동안 자동 습기 밸런스로 건조시킨다. 함수량은 다음과 같이 계산한다. ((습윤 질량 - 무수 질량)/습윤 질량) ×100. 샘플의 함수량은 %로 나타낸다.
본 발명의 바람직한 양태에 따라 제조된 규산칼슘 수화물은 선행 기술 분야의 것에 비하여 고형물 함량이 비교적 높다. 생성물 및 가공 범위에 특히 적합하다. 달러당 규산칼슘 수화물의 양으로부터, 이는 또한 운송하기에 보다 경비가 싼데, 이는 통상의 규산칼슘 수화물 슬러리의 높은 함수량을 함유하지 않기 때문이다.
당해 분야의 숙련가는 본 발명을 수행하는데 적합할 수 있는 각종 장치를 알 수 있다. 석회질 물질, 규산질 물질 및 현탁제를 유지할 수 있는 용기가 적합하다. 용기는 임의로, 경우에 따라, 탈수 장치를 포함할 수 있다.
현탁제와 함께 석회질 물질 및 규산질 물질의 혼합물을 용기로 충전시킨 후에, 용기를 오토클레이브로 넣을 수 있다. 오토클레이브 용기를 도입시키고, 상기 논의한 소정의 온도 프로파일에 따르는 승온 및 승압하에 석회질 물질과 규산질 물질이 반응하여 규산칼슘 수화물을 형성하고, 임의로 물은 규산칼슘 수화물로부터 배출한다.
용기는 통상 강철로 제조되지만, 오토클레이브의 온도와 압력 및 규산칼슘 수화물의 화학 반응을 견딜 수 있는 임의의 재료로 제조할 수도 있다.
언급한 본 발명은 상기 실시예를 참조로 기술하였지만, 본 명세서에 광범위하게 기술된 바와 같이 본 발명의 취지 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다른 양태, 형태 또는 변형태가 가능할 수 있음을 인지할 수 있다.

Claims (34)

  1. 석회질 물질과 규산질 물질이 반응(이때, 반응 전에 현탁제를 소정량 가하여 거의 교반하지 않거나 전혀 교반하지 않고도 당해 반응이 일어나도록 한다)하여 규산칼슘 수화물이 형성되기에 충분한 시간 동안 승온 및 승압하에 수성 환경 속에서 석회질 물질과 규산질 물질을 접촉시킴을 포함하는, 규산칼슘 수화물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 현탁제 및/또는 규산질 물질을 가하기 전에, 석회질 물질을 물과 혼합하여 소석회 슬러리를 형성하는, 규산칼슘 수화물의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 현탁제를 석회질 및/또는 규산질 물질과 혼합하기 전에, 바람직하게는 물과 혼합하여 슬러리를 형성하는, 규산칼슘 수화물의 제조방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 1종 이상의 슬러리를 형성시키는 데 사용되는 물을 예열하는, 규산칼슘 수화물의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 현탁제가 석회질 물질, 규산질 물질 및/또는 물과의 접촉시 겔을 형성하기에 적합한 겔 형성제인, 규산칼슘 수화물의 제조방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 겔 형성제가 비결정질 실리카의 공급원인, 규산칼슘 수화물의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 겔 형성제가 규조토, 점토, 퓸드 실리카, 셀룰로즈 펄프 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 규산칼슘 수화물의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 겔 형성제를 소석회 슬러리와 배합하고, 임의로 물로 추가로 희석시키고 반응시켜 겔을 형성하고, 후속적으로 규산질 물질과 배합하고 승온 및 승압하에 처리하여 규산칼슘 수화물을 형성시키는, 규산칼슘 수화물의 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 규산질 물질을 무수 분말 상태로 또는 슬러리로서 석회질 물질 및 현탁제와 배합하는, 규산칼슘 수화물의 제조방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 규산질 물질을 겔 속에 혼합하여 본질적으로 균질한 반응 혼합물을 제공하는, 규산칼슘 수화물의 제조방법.
  11. 반응 후 고형물 함량이 35중량% 이상인 규산칼슘 수화물.
  12. 제11항에 있어서, 반응 후 고형물 함량이 35 내지 60중량%인, 규산칼슘 수화물.
  13. 제11항에 있어서, 대략 화학양론적 양의 석회질 물질과 규산질 물질이 반응하여, 벌크 밀도가 약 120 내지 200㎏/㎥로 되는, 규산칼슘 수화물.
  14. 제11항에 있어서, 과량의 실리카를 석회질 및 규산질 반응물에 가하여, 벌크 밀도가 약 380 내지 460㎏/㎥로 되는, 규산칼슘 수화물.
  15. 제11항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 규산칼슘 수화물.
  16. 규산칼슘 수화물의 제조에 있어서, 소정의 온도/압력 프로파일하에 석회질 슬러리와 겔 형성제를 배합함으로써 형성되고, 규산질 물질과의 배합시 규산질 물질이 내부에 현탁되어 승압 및 승온하에 겔과 후속적으로 반응하여 혼합 또는 교반할 필요 없이 규산칼슘 수화물이 형성되도록 하는 경점성(consistency)을 갖는 겔의 용도.
  17. 제16항에 있어서, 겔 형성제가 비결정질 실리카의 공급원인, 겔의 용도.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 겔 형성제가 규조토, 점토, 퓸드 실리카, 셀룰로즈 펄프 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 겔의 용도.
  19. 제16항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 규산질 물질을 겔 속에 혼합하여 본질적으로 균질한 반응 혼합물을 제공하는, 겔의 용도.
  20. 제16항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 규산질 물질을 무수 분말 상태로 또는 슬러리로서 겔과 혼합하는, 겔의 용도.
  21. 승온 및 승압하에 석회질 겔과 규산질 물질이 반응하여 규산칼슘 수화물이 형성되기에 적합하고 매트릭스에 걸쳐서 균질하게 분포된 규산질 물질을 갖는 석회질 겔을 포함하는, 반응성 매트릭스.
  22. 제21항에 있어서, 석회질 물질과 겔 형성제를 혼합하고, 임의로 물로 희석하고 반응시켜 겔을 형성시킴으로써 석회질 겔을 제조하는, 반응성 매트릭스.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 규산질 물질을 겔 속에 혼합하여 본질적으로 균질한 반응성 매트릭스를 제공하는, 반응성 매트릭스.
  24. 제21항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 있어서, 규산질 물질을 무수 분말 상태로 또는 슬러리로서 석회질 겔과 혼합하는, 반응성 매트릭스.
  25. 규산칼슘 수화물의 제조에 있어서, 석회질 물질 및 규산질 물질과 함께 충분한 양으로 혼합하여 현탁액 중에 이들 성분을 유지시킴으로서, 물질들 간의 반응이 혼합 또는 교반할 필요 없이 발생하는 현탁제의 용도.
  26. 제25항에 있어서, 현탁제 및/또는 규산질 물질을 가하기 전에, 석회질 물질을 물과 혼합하여 소석회 슬러리를 형성하는, 현탁제의 용도.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 현탁제를 바람직하게는 석회질 및/또는 규산질 물질과 혼합하기 전에, 물과 혼합하여 슬러리를 형성하는, 현탁제의 용도.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서, 1종 이상의 슬러리를 형성시키는 데 사용되는 물을 예열하는, 현탁제의 용도.
  29. 제26항 내지 제28항 중의 어느 한 항에 있어서, 현탁제가 석회질 물질, 규산질 물질 및/또는 물과의 접촉시 겔을 형성하기에 적합한 겔 형성제인, 현탁제의 용도.
  30. 제26항 내지 제29항 중의 어느 한 항에 있어서, 겔 형성제가 비결정질 실리카의 공급원인, 현탁제의 용도.
  31. 제26항 내지 제30항 중의 어느 한 항에 있어서, 겔 형성제가 규조토, 점토, 퓸드 실리카, 셀룰로즈 펄프 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 현탁제의 용도.
  32. 제26항 내지 제31항 중의 어느 한 항에 있어서, 겔 형성제를 소석회 슬러리와 배합하고, 임의로 물로 추가로 희석시키고 반응시켜 겔을 형성하고, 후속적으로 규산질 물질과 배합하고 승온 및 승압하에 처리하여 규산칼슘 수화물을 형성하는, 현탁제의 용도.
  33. 제26항 내지 제32항 중의 어느 한 항에 있어서, 규산질 물질을 무수 분말 상태로 또는 슬러리로서 석회질 물질 및 현탁제와 혼합하는, 현탁제의 용도.
  34. 제31항 내지 제30항 중의 어느 한 항에 있어서, 규산질 물질을 겔 속에 혼합하여 본질적으로 균질한 반응 혼합물을 제공하는, 현탁제의 용도.
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