KR20060024378A - Methods for producing low density products - Google Patents

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KR20060024378A
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하미드 호야지
화강 장
샤논 마리 라버닉
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제임스 하디 인터내셔널 파이낸스 비.브이.
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Abstract

The method of preparing a low-density material and precursor for forming a low-density material. An aqueous mixture of inorganic primary component and a blowing agent is formed, the mixture is dried and optionally ground to form an expandable precursor. Such a precursor is then fired with activation of the blowing agent being controlled such that it is activated within a predetermined optimal temperature range. Control of the blowing agent can be accomplished via a variety of means including appropriate distribution throughout the precursor, addition of a control agent into the precursor, or modification of the firing conditions i.e. oxygen deficient or fuel rich environment, plasma heating etc.

Description

저밀도 생성물의 제조방법{Methods for producing low density products}Method for producing low density products

본 발명은 저밀도 생성물의 형성방법 및 특히 합성된 팽창 미세 입자를 합성적으로 제조하는 방법 및 제형에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the formation of low density products and, in particular, to methods and formulations for the synthetic production of synthesized expanded fine particles.

본 명세서 전반에 걸친 종래 기술의 어떠한 논의도 이러한 종래 기술이 광범위하게 알려져 있다거나 당해 분야에서 통상적인 일반 지식의 일부라고 인정하는 것은 아님을 간주한다. Any discussion of the prior art throughout this specification assumes that such prior art is not widely known or acknowledged as part of the general general knowledge in the art.

세노스페어는 석탄 화력 발전소에서 부산물로서 발생하는 플라이 애쉬(fly ash) 중에서 발견되는 구형의 무기 중공 미세 입자(미세구)이다. 세노스페어는 전형적으로 플라이 애쉬의 약 1 내지 2%를 구성하며, "포집된" 세노스페어는 광범위하게 상업적 구입이 가능하다. 세노스페어의 조성, 형태, 크기, 모양 및 밀도는 다수의 저밀도 생성물의 배합 및 제조에 있어서 특별한 이점을 제공한다.Ceno spares are spherical inorganic hollow fine particles (microspheres) found in fly ash generated as a by-product of coal-fired power plants. Ceno spares typically make up about 1 to 2% of the fly ash, and “encapsulated” xeno spares are widely commercially available. The composition, form, size, shape and density of senofares provides particular advantages in the formulation and preparation of many low density products.

세노스페어의 특징적인 성질 중 하나는 매우 높은 화학적 내구성이다. 이러한 매우 높은 화학적 내구성은 이의 조성 중에 알칼리 금속 산화물, 특히 산화나트륨의 함량이 매우 낮기 때문으로 이해된다. 따라서, 포집된 세노스페어로부터 제 조된 저밀도 복합재는 높은 강도 대 중량비 및 화학적 비활성도의 바람직한 특성을 갖는다. 화학적 비활성도는 적절한 화학적 비활성도가 높은 내구성의 시멘트 제품을 제공하는 데 중요한 역할을 하는 포틀랜드(Portland) 시멘트 응용에 있어서 특히 중요하다. 따라서, 포집된 세노스페어는 건축 자재, 및 부식 환경에 접할 수 있는 일반적인 응용 분야에서 특히 유용한 것으로 밝혀졌다.One of the characteristic properties of Cenospare is its very high chemical durability. This very high chemical durability is understood as the content of alkali metal oxides, especially sodium oxide, in its composition is very low. Thus, the low density composites made from the captured senofares have desirable properties of high strength to weight ratio and chemical specificity. Chemical inertness is particularly important in Portland cement applications where proper chemical inertness plays an important role in providing durable cement products. Thus, the captured senofares have been found to be particularly useful in building materials, and in general applications that may encounter corrosive environments.

포집된 세노스페어는 알려진 유용성에도 불구하고, 가격이 비싸고 구입이 어려워 이의 광범위한 용도가 크게 제한되고 있다. 플라이 애쉬로부터 세노스페어를 다량으로 회수하는 일은 노동 집약적인 고비용 공정이다. 수집 공정을 개선함으로써 플라이 애쉬로부터 세노스페어의 회수량을 증가시킬 수도 있으나, 개선된 회수에 드는 비용 때문에 이는 경제적으로 실행이 불가능하다.Despite the known usefulness, the captured senofares are expensive and difficult to purchase, limiting their widespread use. Recovering large amounts of senofares from fly ash is a labor intensive and expensive process. Improving the collection process may increase the recovery of senofare from the fly ash, but due to the cost of improved recovery it is not economically viable.

또한, 화력 발전소의 연소 조건을 변화시켜 플라이 애쉬 중의 세노스페어의 수율을 증가시킬 수도 있으나, 화력 발전소의 연소 조건은 세노스페어의 생산보다 석탄 연소를 위해 최적화되어 있다. 석탄 연소 효율을 손해보면서 세노스페어의 생산 효율을 증가시킨다는 것은 경제적으로 실행될 수 없다.It is also possible to increase the yield of xeno spares in fly ash by varying the combustion conditions of the thermal power plant, but the combustion conditions of the thermal power plant are optimized for coal combustion rather than the production of xeno spares. It is not economically feasible to increase the production efficiency of senofare while losing coal combustion efficiency.

종래 기술에 미세구의 여러 가지 제조방법이 개시되어 있다. 유리질 미세 중공구의 초기의 제조방법은 규산나트륨과 붕사를 적절한 발포제와 혼합한 후, 혼합물을 건조 및 분쇄시키고, 분쇄된 입자의 크기를 조정한 후, 입자를 소성시키는 단계를 포함한다. 그러나, 이 방법에서는 고가의 출발 물질(예: 붕사)을 사용해야 하기 때문에, 수득된 미세구는 고가일 수밖에 없다. 더욱이, 생성물은 유리질 조성물 중의 산화나트륨의 함량이 높아서 화학적 내구성이 불량하다.Various methods for producing microspheres have been disclosed in the prior art. The initial method of preparing glassy microspheres comprises mixing sodium silicate and borax with a suitable blowing agent, drying and pulverizing the mixture, adjusting the size of the pulverized particles, and calcining the particles. However, because the method requires the use of expensive starting materials (eg borax), the microspheres obtained are inexpensive. Moreover, the product has a high content of sodium oxide in the glassy composition, resulting in poor chemical durability.

미국 특허 제3,365,315호에는 약 1,200℃의 온도에서 수증기의 존재하에 가열하는 방법으로 유리 비드로부터 유리질 미세구를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 출발 원료로서 예비 성형된 무정형 유리를 과도하게 사용해야 한다.U.S. Patent No. 3,365,315 discloses the preparation of glassy microspheres from glass beads by heating in the presence of water vapor at a temperature of about 1,200 ° C. This method requires excessive use of preformed amorphous glass as starting material.

미국 특허 제2,978,340호에는 본질적으로 알칼리 금속 실리케이트로 이루어진 분리된 고체 입자로부터 유리질 미세구를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 미세구는 1,000 내지 2,500℉ 범위의 온도에서 우레아 또는 Na2CO3와 같은 기화제의 존재하에 알칼리 금속 실리케이트를 가열하여 형성한다.U.S. Patent No. 2,978,340 discloses a process for forming vitreous microspheres from discrete solid particles consisting essentially of alkali metal silicates. Microspheres are formed by heating alkali metal silicates in the presence of a gasifying agent such as urea or Na 2 CO 3 at a temperature in the range from 1,000 to 2,500 ° F.

미국 특허 출원 제2001/0043996호(유럽 특허 출원 제1156021호에 대응)에는 직경이 1 내지 20μ인 미세 중공구를 제조하기 위한 분무 연소법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 공지된 세노스페어의 직경(즉, 약 200μ)과 유사한 직경을 갖는 미세 중공구를 제조하는 데에는 적합하지 않다. 분무 연소법에서는 빠른 증기 폭발이 거대 입자를 파괴시킴으로써 직경이 약 20μ보다 큰 미세 중공구가 형성되지 못한다.U.S. Patent Application No. 2001/0043996 (corresponding to European Patent Application No. 1156021) discloses a spray combustion method for producing fine hollow spheres having a diameter of 1 to 20 mu. However, this method is not suitable for producing fine hollow spheres with diameters similar to the diameters of known xeno spares (ie, about 200 microns). In the spray combustion method, rapid steam explosion destroys large particles, which prevents the formation of fine hollow spheres larger than about 20 microns in diameter.

미국 특허 출원 제2002/0025436호에는 플라이 애쉬로부터 고체상의 미세구를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 플라이 애쉬 입자의 타원체 균일성을 개선하고, 약 1.8g/㎤의 밀도를 갖는 플라이 애쉬 타원체를 제공한다고 한다.U.S. Patent Application 2002/0025436 discloses a process for producing solid phase microspheres from fly ash. This method is said to improve the ellipsoid uniformity of fly ash particles and to provide a fly ash ellipsoid with a density of about 1.8 g / cm 3.

미국 특허 제4,826,788호에는, 직경이 1mm 이상인 거대한 발포 유리 과립을 제조하기 위해 상이한 온도에서 활성화시킨 2종의 발포제를 사용하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 당해 특허에 언급된 발포제는 당해 특허에 언급된 발포제로 제한되고, 2종의 발포제 중의 하나는 산소 발생제이어야 한다.US Pat. No. 4,826,788 describes a method of using two blowing agents activated at different temperatures to produce large foam glass granules with a diameter of at least 1 mm. However, the blowing agent mentioned in the patent is limited to the blowing agent mentioned in the patent, and one of the two blowing agents must be an oxygen generating agent.

일반적으로 말하면, 합성된 팽창 미세 입자를 형성하는 종래의 기술은 발포제, 기화제 또는 포움제의 존재하에 무기 재료의 소성을 수반한다.Generally speaking, conventional techniques for forming synthesized expanded fine particles involve the firing of inorganic materials in the presence of blowing agents, gasifying agents or foaming agents.

이러한 발포제, 기화제 또는 포움제는 미세 입자를 생성하는 재료가 적절한 형태, 즉 액체인 경우에만 활성화되어야 한다. 그러나, 발포제를 가장 효율적인 방식으로 사용하여 미세 입자를 형성할 수 있는 재료에 발포제를 매칭하는 것은 종종 매우 곤란하다.Such blowing agents, vaporizing agents or foaming agents should only be activated when the material producing the fine particles is in the proper form, ie liquid. However, it is often very difficult to match the blowing agent to a material capable of forming fine particles using the blowing agent in the most efficient manner.

당해 방법과 비교하여 고도의 조절을 허용하는 시스템을 갖는 것이 바람직할 것이다.It would be desirable to have a system that allows for a high degree of control compared to the method.

본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들 가운데 하나 이상을 극복 또는 개선하거나, 유용한 대안을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to overcome or ameliorate one or more of the disadvantages of the prior art or to provide a useful alternative.

발명의 요약Summary of the Invention

제1 양태에서, 본 발명은, 무기 주성분과 발포제의 수성 혼합물을 형성하고, 당해 혼합물을 건조시키고, 임의로 소정 크기로 분쇄함으로써 전구체를 제공하는 단계 및 In a first aspect, the present invention provides a method for preparing a precursor comprising forming an aqueous mixture of an inorganic main component and a blowing agent, drying the mixture, and optionally grinding to a predetermined size;

당해 전구체를 소성시켜 발포제를 활성화(여기서, 발포제의 활성화는 당해 발포제가 소정의 최적 온도 범위에서 활성화되도록 조절된다)시킴으로써 전구체를 팽창시키고 저밀도 재료를 형성하는 단계를 포함하는, 저밀도 재료의 제조방법을 제공한다.Firing the precursor to activate the blowing agent, wherein activation of the blowing agent is controlled to activate the blowing agent in a predetermined optimum temperature range, thereby expanding the precursor and forming a low density material. to provide.

바람직한 양태에서, 발포제의 조절은 혼합물이 상술한 최적 온도 범위에 도달할 때까지 발포제를 보존하고/하거나 보호하는 전구체 속에 조절제를 제공함으로써 달성된다.In a preferred embodiment, the control of the blowing agent is achieved by providing a control agent in the precursor that preserves and / or protects the blowing agent until the mixture reaches the above-mentioned optimum temperature range.

조절제는 다수의 형태로 제공될 수 있다. 한 가지 형태에 있어서, 조절제는 특정한 공정 조건하에 반응하여 전구체의 환경을 변화시킴으로써 발포제의 활성화를 조절하는 재료를 포함한다. 예를 들면, 조절제는 추가의 발포제 형태로 존재할 수 있다. 설명하기 위해, 전구체 제형은 주로 전구체 재료를 팽창시키고 팽창된 미세 입자를 형성하도록 작용하는 1차 발포제를 포함할 수 있다. 2차 및 3차 발포제 형태의 조절제는 전구체 혼합물 속에 포함될 수 있다. 이들 발포제는 1차 발포제보다 낮은 온도에서 활성화될 수 있다. 다수의 발포제는 산화에 의해 활성화된다. 3차 및/또는 2차 발포제의 활성화는 공정 환경으로부터 산소를 제거하여 1차 발포제의 활성화를 조절한다. 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 바와 같이, 이는 당해 공정에서 발포제의 보다 우수한 조절 및 보다 효율적인 사용을 제공하는 바람직한 최적 온도 범위에서 발포제를 보존 및 방출하게 한다.Modulators may be provided in a number of forms. In one form, the modifier includes a material that modulates the activation of the blowing agent by changing the environment of the precursor in response to specific process conditions. For example, modifiers may be present in the form of additional blowing agents. To illustrate, the precursor formulation may primarily comprise a primary blowing agent that acts to expand the precursor material and form expanded fine particles. Modifiers in the form of secondary and tertiary blowing agents can be included in the precursor mixture. These blowing agents can be activated at lower temperatures than the primary blowing agents. Many blowing agents are activated by oxidation. Activation of the tertiary and / or secondary blowing agents controls the activation of the primary blowing agents by removing oxygen from the process environment. As will be apparent to one of ordinary skill in the art, this allows for the preservation and release of the blowing agent in the desired optimum temperature range which provides better control and more efficient use of the blowing agent in the process.

발포제의 조절은 다양한 수단으로 달성할 수 있다. 예를 들면, 당해 공정은 산소 부족 환경에서 실시하여 산소에 대한 발포 성분의 노출을 감소시킬 수 있다. 전구체 혼합물이 최적 온도 범위에 도달하는 경우, 산소가 당해 공정에 도입되어 발포제를 활성화시킬 수 있다.Control of the blowing agent can be achieved by various means. For example, the process can be carried out in an oxygen deficient environment to reduce exposure of the foaming components to oxygen. When the precursor mixture reaches the optimum temperature range, oxygen can be introduced into the process to activate the blowing agent.

또 다른 방법은 연료 풍부 방식, 즉 덜 산화적 방식으로 소성 공정을 실시하는 것이다. 플라즈마 가열 등의 다른 소성 기작이 발포제의 활성화를 조절하기 위 해 O2 부족 기체 또는 O2 풍부 기체의 적절한 투입과 함께 사용될 수 있다. Another method is to carry out the firing process in a fuel rich manner, ie less oxidative. Other firing mechanisms, such as plasma heating, can be used with the appropriate dosing of O 2 deficient gas or O 2 rich gas to control activation of the blowing agent.

추가의 양태에 있어서, 발포제의 보존은 물리적으로 달성할 수 있다. 전구체 입자 전체에 발포제의 분산은 발포 성분의 적어도 일부가 표면으로부터 떨어진 전구체 코어 속에 유지되도록 할 수 있다. 이러한 전구체 입자가 가열되는 경우, 표면 온도는 상승하고, 코어 온도는 표면 온도 이하로 저하될 것이다. 이러한 온도 차이는 실질적으로 모든 전구체 입자가 최적 온도에 도달하는 경우에만 발포제가 활성화되도록 조작된다.In a further embodiment, preservation of the blowing agent can be physically achieved. Dispersion of the blowing agent throughout the precursor particles may allow at least some of the foaming components to remain in the precursor core away from the surface. When such precursor particles are heated, the surface temperature will rise and the core temperature will drop below the surface temperature. This temperature difference is manipulated so that the blowing agent is activated only when substantially all precursor particles reach the optimum temperature.

이와 관련하여, 최적 온도 범위는 전구체 혼합물이 팽창 공정을 위한 최적 점도에 도달하는 온도이다. 최적 온도 범위는 무기 주성분의 조성, 발포제 및 조절제의 조성, 전구체 입자 크기, 생성된 저밀도 재료의 목적하는 밀도를 포함하는 다수의 변수에 따라 달라진다.In this regard, the optimum temperature range is the temperature at which the precursor mixture reaches the optimum viscosity for the expansion process. The optimum temperature range depends on a number of variables including the composition of the inorganic main component, the composition of the blowing agent and the regulator, the precursor particle size, and the desired density of the resulting low density material.

바람직하게는, 저밀도 재료는 미세 입자, 가장 바람직하게는 입자 크기가 1,000μ 이하인 형태로 제조된다.Preferably, the low density material is made in the form of fine particles, most preferably with a particle size of up to 1,000 microns.

제2 양태에서, 본 발명은, 무기 주성분을 제공하는 단계(a),In a second aspect, the present invention provides a method for preparing an inorganic active ingredient comprising the steps of (a) providing an inorganic active ingredient,

무기 주성분, 발포제 및 조절제의 수성 혼합물을 형성하는 단계(b)(여기서, 발포제 및 조절제는 발포제의 활성화를 조절하여 발포제가 소정의 최적 온도 범위에서 활성화되도록 선택된다) 및(B) forming an aqueous mixture of inorganic main ingredient, blowing agent and modifier, wherein the blowing agent and modulator are selected to modulate the activation of the blowing agent so that the blowing agent is activated at a predetermined optimum temperature range; and

혼합물을 건조시켜 저밀도 재료 형성용 팽창가능한 전구체를 제공하는 단계(c)를 포함하는, 저밀도 재료용 전구체의 형성방법을 제공한다.A method of forming a precursor for a low density material, comprising the step (c) of drying the mixture to provide an expandable precursor for forming a low density material.

제3 양태에서, 본 발명은, 무기 주성분을 제공하는 단계(d),In a third aspect, the present invention provides a method for preparing an inorganic active ingredient comprising the steps of (d) providing an inorganic active ingredient,

무기 주성분과 발포제의 수성 혼합물을 형성하는 단계(e)(여기서, 발포제는 전구체의 소성시 발포제의 활성화를 조절하여 발포제가 소정의 최적 온도 범위에서 활성화되도록 선택되고/되거나 전구체 속에 분포된다) 및(E) forming an aqueous mixture of the inorganic main component and the blowing agent, wherein the blowing agent controls the activation of the blowing agent upon firing of the precursor so that the blowing agent is selected to be activated in a predetermined optimum temperature range and / or distributed in the precursor; and

혼합물을 건조시켜 저밀도 재료 형성용 팽창가능한 전구체를 제공하는 단계(f)를 포함하는, 저밀도 재료용 전구체의 형성방법을 제공한다.A method of forming a precursor for a low density material is provided, comprising the step (f) of drying the mixture to provide an expandable precursor for forming a low density material.

제4 양태에서, 본 발명은, 팽창 가능한 무기 주성분, 주성분을 활성화시켜 팽창하도록 적용된 발포제, 및 발포제의 활성화를 조절하여 발포제가 소정의 최적 온도 범위에서 활성화되도록 선택된 조절제를 포함하는, 팽창된 미세 입자의 제조에 적합한 전구체를 제공한다.In a fourth aspect, the present invention provides an expanded fine particle comprising an expandable inorganic main component, a blowing agent adapted to activate and expand the main component, and a regulator selected to regulate activation of the blowing agent so that the blowing agent is activated in a predetermined optimum temperature range. It provides a precursor suitable for the preparation of the compound.

제5 양태에서, 본 발명은, 팽창가능한 무기 주성분과, 발포제의 활성화를 조절하여 전구체의 소성시 팽창된 미세 입자를 생성하고 소정의 최적 온도 범위에서 활성화되도록 선택되고/되거나 전구체 속에 분포된 발포제를 포함하는, 팽창된 미세 입자의 제조에 적합한 전구체를 제공한다.In a fifth aspect, the present invention relates to an expandable inorganic main component and a foaming agent selected and / or distributed within the precursor to control the activation of the blowing agent to produce expanded fine particles upon firing of the precursor and to be activated at a predetermined optimum temperature range. It provides a precursor suitable for the production of expanded fine particles, comprising.

제6 양태에서, 본 발명은, 소정 조건하에 활성화되어 발포 기체를 방출하고 팽창된 미세 입자를 생성하는 하나 이상의 발포제를 제공하는 단계 및 이러한 조건을 조절하여 무기 혼합물의 소정의 최적 점도 범위에서 활성화가 발생하도록 하는 단계를 포함하는, 팽창된 미세 입자를 제조하기 위해 무기 혼합물에서 발포제의 활성화를 조절하는 방법을 제공한다.In a sixth aspect, the present invention provides one or more blowing agents that are activated under certain conditions to release foaming gas and produce expanded fine particles, and the conditions are adjusted to allow activation in a predetermined optimum viscosity range of the inorganic mixture. It provides a method of controlling the activation of the blowing agent in the inorganic mixture to produce expanded fine particles, comprising causing to occur.

제7 양태에서, 본 발명은, 1차 발포제 및 소정량의 혼화성 조절제를 포함(여기서, 발포제 성분을 팽창가능한 혼합물 속에 포함시키는 경우, 조절제가 미리 또 는 동시에 발포제로 활성화되어 발포제를 조절하고 보존할 수 있다)하는, 팽창된 미세 입자 제조용 발포 성분을 제공한다.In a seventh aspect, the invention comprises a primary blowing agent and a predetermined amount of miscibility control agent, wherein when the blowing agent component is included in the expandable mixture, the controlling agent is activated in advance or simultaneously with the blowing agent to control and preserve the blowing agent. It is possible to provide a foaming component for producing expanded fine particles.

바람직한 양태에서, 조절제는 발포제보다 낮은 온도에서 활성화된다. 조절제는 공정 환경을 변경하고 이들이 발포제의 활성화에 덜 관여하게 하도록 작용할 수 있다. 예를 들면, 조절제는 공정 환경으로부터의 산소 제거를 위해 산소 함량을 변경함으로써 이러한 환경이 산화 활성화가능한 발포제에 덜 관여하게 하도록 작용할 수 있다.In a preferred embodiment, the modifier is activated at a lower temperature than the blowing agent. Modulators can act to alter the process environment and make them less involved in the activation of the blowing agent. For example, modulators can act to alter the oxygen content for removal of oxygen from the process environment so that such environment is less involved in oxidatively activatable blowing agents.

또 다른 바람직한 형태에서, 발포 성분/발포제는 공정 조건 범위에 걸쳐 순차적으로 활성화되도록 적용된 일련의 발포 화합물을 포함한다.In another preferred form, the foaming component / foaming agent comprises a series of foaming compounds adapted to be activated sequentially over a range of process conditions.

또 다른 양태에서, 본 발명은, 소정 조건하에 활성화되어 발포 기체를 방출하고 팽창된 미세 입자를 생성하는 하나 이상의 발포제를 제공하는 단계 및 이러한 조건을 조절하여 무기 혼합물의 소정의 최적 점도 범위에서 활성화가 발생하도록 하는 단계를 포함하는, 팽창된 미세 입자를 제조하기 위해 무기 혼합물에서 발포제의 활성화를 조절하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a process for providing one or more blowing agents that are activated under certain conditions to release foaming gases and produce expanded microparticles, and by adjusting such conditions, activation of the inorganic mixture in a predetermined optimum viscosity range is achieved. It provides a method of controlling the activation of the blowing agent in the inorganic mixture to produce expanded fine particles, comprising causing to occur.

무기 혼합물은 비교적 고온에서 용융한다. 발포제는 무기 혼합물이 최적 점도로 존재하는 경우에만 활성화되는 것이 중요한데, 이는, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 바와 같이, 팽창 공정으로부터 최대 수율을 제공할 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명은 발포제가 무기 혼합물의 최적 점도, 즉 특정한 온도 범위에서 활성화되도록 발포제를 조절하는 기작을 제공한다.The inorganic mixture melts at relatively high temperatures. It is important that the blowing agent is activated only when the inorganic mixture is present at the optimum viscosity, as it will be evident to one of ordinary skill in the art, to provide the maximum yield from the expansion process. Accordingly, the present invention provides a mechanism for adjusting the blowing agent such that the blowing agent is activated at the optimum viscosity of the inorganic mixture, that is, at a specific temperature range.

본 명세서 및 청구의 범위에서 달리 언급하지 않는 한, 용어 "포함한다", " 포함하는" 등은 한정적 또는 제한적인 의미와 상반되는 포괄적인 의미로서 제한을 두지 않고 포함한다는 뜻으로 해석한다.Unless stated otherwise in the specification and claims, the terms "comprises", "comprising," and the like are intended to be construed to include, without limitation, in a comprehensive sense as opposed to limiting or limiting.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "합성/팽창된 미세 입자"란 합성 공정의 주요 표적 산물로서 합성된 미세 입자를 의미한다. 이 용어는, 예를 들면, 석탄 화력 발전소에서 단순히 석탄 연소의 부산물로서 발생하는 포집된 세노스페어는 포함하지 않는다.As used herein, the term “synthesized / expanded fine particles” means fine particles synthesized as the main target product of the synthesis process. The term does not include entrapped senospares, which occur, for example, simply as a byproduct of coal combustion in coal-fired power plants.

본 명세서 전체에 걸쳐서 사용되는 "미세구" 및 "미세 입자"라는 용어는 기하학적으로 사실상 구가 아닌 미세 입자를 포함하여 거의 구형인 임의의 분리된 미세 입자를 포괄하는 것으로 의도된다.The terms “microspheres” and “fine particles” as used throughout this specification are intended to encompass any discrete fine particles that are almost spherical, including fine particles that are not geometrically substantially spherical.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "전구체"는 하나 이상의 팽창된 미세 입자를 형성하기 위해 팽창 전에 적합한 제형으로부터 제조된 응집물 또는 입자를 의미한다. 용어 "조절제"는 발포 성분의 활성화를 조절하는 전구체에 포함된 성분을 의미한다.As used herein, the term “precursor” means an aggregate or particle prepared from a suitable formulation prior to expansion to form one or more expanded fine particles. The term "modulator" means a component included in the precursor that modulates the activation of the foaming component.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "주성분"이란 통상 이의 함량이 다른 성분들의 함량을 초과한다는 의미에서 제형/전구체의 주된 성분임을 의미한다. 더욱이, 용어 "무기 주성분"은 주성분이 실질적으로 무기 재료로 구성됨을 의미한다. 그러나, 소량(예를 들면, 약 10중량% 이하)의 다른 재료도 또한 무기 주성분에 포함될 수 있다. As used herein, the term "main ingredient" usually means the main ingredient of a formulation / precursor in the sense that its content exceeds the content of other ingredients. Moreover, the term "inorganic main ingredient" means that the main ingredient consists essentially of an inorganic material. However, small amounts (eg, up to about 10% by weight) of other materials may also be included in the inorganic main component.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "활성화"는 조건, 예를 들면, 온도, 제형에 존재하는 산화물의 산화-환원, 및 발포 성분이 활성화되어 이의 발포 기체를 방출 하는 열 처리(예를 들면, 산소 분압) 동안의 기체 대기를 의미한다.As used herein, the term "activation" refers to conditions, such as temperature, oxidation-reduction of oxides present in the formulation, and heat treatment (eg, oxygen) in which the foaming component is activated to release its foaming gas. Partial pressure).

본 발명의 바람직한 방법은 유리하게는 광범위하게 입수할 수 있는 저렴한 출발 재료로부터 팽창된 미세 입자를 우수한 수율로 생성하는 수단을 제공한다. 따라서, 이의 바람직한 형태에 있어서, 본 발명의 방법은 미세 입자의 총 제조 비용을 감소시킴으로써, 현재 구입 가능한 세노스페어의 엄청나게 비싼 가격과 입수의 어려움으로 인해 그 용도가 비교적 제한되고 있는 건축 산업, 및 중합체 복합재 등의 모든 충전제 분야에 있어서 이의 사용 범위를 넓힐 수가 있다. 본 발명은 광범위한 재료로부터 팽창된 미세 입자의 확실한 합성법을 달성할 때에 발포제(들)의 활성화를 조절하는 것이 특히 중요함을 인지한다.Preferred methods of the present invention advantageously provide a means for producing expanded fine particles in good yield from a widely available inexpensive starting material. Thus, in its preferred form, the process of the present invention reduces the total cost of production of fine particles, thereby leading to the construction industry, and polymers, where their use is relatively limited due to the enormously expensive price and difficulty of availability of currently available xenospares. It is possible to broaden its use in all filler fields such as composites. The present invention recognizes that it is particularly important to control the activation of the blowing agent (s) when achieving reliable synthesis of expanded fine particles from a wide range of materials.

본 발명의 모든 양태의 바람직한 특징은 다음에 보다 상세히 기재되어 있다.Preferred features of all aspects of the invention are described in more detail below.

팽창된 미세 입자를 위한 전구체를 형성하는 방법How to Form Precursors for Expanded Fine Particles

팽창된 미세 입자를 제조하기 위한 전구체는 주성분, 발포 성분 및, 임의로, 조절제를 수성 혼합물 속에서 배합하여 제조할 수 있다. 이어서, 이러한 수성 혼합물을 건조시켜 응집 전구체를 제조한다.Precursors for preparing expanded fine particles can be prepared by combining the main component, the foaming component and, optionally, the regulator in an aqueous mixture. This aqueous mixture is then dried to produce agglomerated precursors.

위에 언급한 바와 같이, 본 발명은 혼합 및 건조 단계를 포함하는 전구체의 제조방법을 제공한다. 생성된 전구체는 일반적으로 이의 구성 재료의 실질적으로 고형의 응집 혼합물이다.As mentioned above, the present invention provides a method for preparing a precursor comprising mixing and drying steps. The resulting precursor is generally a substantially solid flocculating mixture of its constituent materials.

통상적으로, 혼합 단계는 이후에 건조되는 수성 분산액 또는 페이스트를 제공한다. 혼합은 세라믹 분말의 혼합에 사용되는 통상의 수단으로 실시할 수 있다. 바람직한 혼합 기술의 예는, 이로써 한정되는 것은 아니지만, 진탕 탱크, 볼 밀링, 일축 및 이축 혼합 및 마찰 밀링을 포함한다.Typically, the mixing step provides an aqueous dispersion or paste that is subsequently dried. The mixing can be carried out by conventional means used for mixing the ceramic powder. Examples of preferred mixing techniques include, but are not limited to, shaking tanks, ball milling, uniaxial and biaxial mixing and friction milling.

적절한 경우, 특정한 혼합 보조제(예: 계면활성제)를 건조 단계에서 첨가할 수 있다. 계면활성제는, 예를 들면, 입자의 혼합, 현탁 및 분산을 보조하기 위해 사용될 수 있다.If appropriate, certain mixing aids (eg surfactants) may be added in the drying step. Surfactants can be used, for example, to assist in mixing, suspending and dispersing the particles.

건조는 통상 30 내지 600℃ 범위에서 실시하고, 사용된 건조 기술에 따라 약 48시간 이하로 실시할 수 있다. 슬러리 및 페이스트의 건조 산업에서 통상 사용되는 모든 종류의 건조기를 본 발명에서 사용할 수 있다.Drying is usually carried out in the range of 30 to 600 ° C. and can be carried out in about 48 hours or less depending on the drying technique used. All kinds of dryers commonly used in the drying industry of slurries and pastes can be used in the present invention.

건조는, 예를 들면, 고정상 접시 또는 용기를 사용하는 배치식 공정으로 실시할 수 있다. 또는, 건조는 분무 건조기, 유동상 건조기, 회전식 건조기, 회전 트레이 건조기 또는 플래시 건조기에서 실시할 수 있다.Drying can be performed, for example by the batch type process using a fixed bed or a container. Alternatively, drying may be carried out in a spray dryer, fluid bed dryer, rotary dryer, rotary tray dryer or flash dryer.

바람직하게는, 혼합물은 생성된 응집 전구체의 함수량이 약 14중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 10중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 5중량% 미만, 및 보다 더 바람직하게는 약 3중량% 이하로 되도록 건조시킨다. 전구체에서 14중량% 이상에서는 소성시 미립자로 폭발하는 경향이 있는 것으로 밝혀졌다. 본 발명자들은, 이러한 폭발이 과도한 물의 존재하에 신속한 증기 폭발에 의해 유발되는 것으로 이해한다.Preferably, the mixture has a water content of the resulting aggregated precursor of less than about 14 weight percent, more preferably less than about 10 weight percent, more preferably less than about 5 weight percent, and even more preferably about 3 weight percent or less To dry. It has been found that above 14% by weight of the precursor tends to explode into particulates upon firing. The inventors understand that such an explosion is caused by a rapid vapor explosion in the presence of excess water.

따라서, 생성된 전구체는, 소량의 잔류 수분이 이의 형성을 위해 용액계 공정 후에 존재할 수 있지만, 바람직하게는 실질적으로 건조되어야 한다. 실제로, 소량의 수분은, 전구체 중의 입자가 수반응성인 경우, 전구체 중의 입자를 함께 결합시키는 것을 보조할 수 있다.Thus, the resulting precursor should preferably be substantially dried, although a small amount of residual moisture may be present after the solution based process for its formation. Indeed, small amounts of moisture can assist in binding the particles in the precursor together when the particles in the precursor are water reactive.

바람직하게는, 건조된 전구체 입자의 평균 입자 크기는 10 내지 1000μ, 보다 바람직하게는 30 내지 1000μ, 보다 바람직하게는 40 내지 500μ, 보다 더 바람직하게는 50 내지 300μ 범위이다. 전구체의 입자 크기는, 대응 정도가 물론 대략적일 수 있지만, 생성되는 합성 미세 중공구의 입자 크기와 관련될 것이다. 필요한 경우, 표준 분쇄/사이징/분류 기술을 사용하여 이러한 바람직한 평균 입자 크기를 달성할 수 있다.Preferably, the average particle size of the dried precursor particles ranges from 10 to 1000 microns, more preferably from 30 to 1000 microns, more preferably from 40 to 500 microns, even more preferably from 50 to 300 microns. The particle size of the precursor may, of course, be approximate, but will be related to the particle size of the resulting synthetic microspheres. If desired, standard grinding / sizing / sorting techniques can be used to achieve this preferred average particle size.

건조는 수성 공급물을 갖는 분무 건조기를 사용하여 실시하는 것이 가장 바람직하다. 분무 건조는 본 발명에서 사용하는 경우 몇가지 장점을 갖는 것으로 밝혀졌다.Drying is most preferably carried out using a spray dryer with an aqueous feed. Spray drying has been found to have several advantages when used in the present invention.

분무 건조기를 사용하는 전구체 형성 방법Precursor Formation Method Using Spray Dryer

위에 언급한 바와 같이, 본 발명은 제조 공정의 최적 시점에서 활성화되도록 발포제의 활성화를 조절하는 다양한 기술을 포함한다. 이러한 조절은 전구체 제형 중에 일련의 조절제를 배합함으로써 달성할 수 있다. 또 다른 양태는 최적 온도에서 이용가능한 충분한 발포/팽창 기체가 존재하도록 일련의 조절제 및/또는 발포제를 포함한다. 한 가지 양태에서, 온도가 상승함에 따라 연속적으로 활성화되는 일련의 발포제를 사용할 수 있다.As mentioned above, the present invention encompasses a variety of techniques for controlling the activation of the blowing agent to be activated at the optimum point in the manufacturing process. Such control can be accomplished by incorporating a series of modulators in the precursor formulation. Another embodiment includes a series of regulators and / or blowing agents such that there is sufficient foaming / expanding gas available at the optimum temperature. In one embodiment, a series of blowing agents may be used that are activated continuously as the temperature rises.

추가의 양태는, 전구체를 소성하는 동안, 표면 부근에 분포된 발포제가 고온에 노출되지만 전구체의 코어 부근의 발포제가 "물리적으로" 보호되도록 발포제를 전구체 전체에 분산시킴을 포함한다. 설명하자면, 제형의 열 전도성은 전구체 표면 상의 열 적용과 전구체 코어 속의 열 상승 사이의 지연을 초래한다. 따라서, 전구체 코어 속에 존재하는 발포제는 전구체 입자의 주요 부분이 이미 이의 최적 온도에 도달할 때까지 활성화되지 않을 것이다.A further aspect includes dispersing the blowing agent throughout the precursor so that while firing the precursor, the blowing agent distributed near the surface is exposed to high temperature but the blowing agent near the core of the precursor is "physically" protected. To illustrate, the thermal conductivity of the formulation results in a delay between the application of heat on the precursor surface and the heat rise in the precursor core. Thus, the blowing agent present in the precursor core will not be activated until the major part of the precursor particles has already reached its optimum temperature.

또한, 위에 언급한 바와 같이, 다수의 발포제는 산화에 의해 활성화된다. 전구체 코어 속의 입자는 표면 상의 발포제와 동일한 정도로 산소에 노출되지 않고, 입자 코어 속의 발포제를 보호한다.In addition, as mentioned above, many blowing agents are activated by oxidation. The particles in the precursor core are not exposed to oxygen to the same extent as the blowing agent on the surface and protect the blowing agent in the particle core.

놀랍게도, 본 출원인은 분무 건조기가 전구체를 팽창된 미세 입자로 형성하는 데 유용할 뿐만 아니라, 전구체 속의 발포제의 상술한 최적 분산을 제공하는 데 우수함을 발견하였다. 특정한 이론에 국한시키고자 하는 것은 아니지만, 수용성인 발포제는 분무 건조 생산 기술 도중에 표면에 나타나는 경향이 있는 것 같다. 어떠한 수용성 발포제도 코어 속에 잔류하는 경향이 없다. 따라서, 이들의 수용해도에 따라 초기, 후속 및 최종 활성화를 제공하는 발포제 혼합물을 설계할 수 있다. 한 가지 예는 발포제로서 유용하지만 수용성인 당일 수 있다. 분무 건조 기술 동안, 이러한 발포제는 전구체 표면으로 이동하는 경향이 있다. 한편, 유용한 발포제인 실리콘 카바이드는 수불용성이고 전구체 표면으로 이동하지 않는다.Surprisingly, the applicant has found that the spray dryer is not only useful for forming the precursor into expanded fine particles, but also excellent in providing the above-described optimum dispersion of blowing agent in the precursor. Without wishing to be bound by any particular theory, it is likely that water soluble blowing agents tend to appear on the surface during spray drying production techniques. No water soluble blowing agent tends to remain in the core. Thus, it is possible to design blowing agent mixtures that provide initial, subsequent and final activation depending on their water solubility. One example may be a sugar that is useful as a blowing agent but is water soluble. During spray drying techniques, these blowing agents tend to migrate to the precursor surface. Silicon carbide, a useful blowing agent, on the other hand, is water insoluble and does not migrate to the precursor surface.

분무 건조기는 다수의 표준 문헌[참조: Industrial Drying Equipment, C.M. van't Land; Handbook of Industrial Drying 2nd Edition, Arun S. Mujumbar]에 기재되어 있고, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있다.Spray dryers are described in a number of standard literature [Industrial Drying Equipment, C.M. van't Land; Handbook of Industrial Drying 2nd Edition, Arun S. Mujumbar, and is known to those of ordinary skill in the art.

상술된 잇점 이외에, 일반적으로 소정의 평균 입자 크기 및 소정(바람직하게는 좁은) 입자 크기 분포를 갖는 팽창된 미세 입자를 합성하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 분무 건조기의 사용은 전구체 또는 궁극적으로는 합성 팽창된 미세 입자의 사이징/분류에 대한 요구를 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 분무 건조는 재료의 높은 처리량 및 신속한 건조 시간을 허용하는 추가의 잇점을 갖는다. 따라서, 본 발명의 바람직한 양태에 있어서, 건조 단계는 분무 건조기를 사용하여 실시한다.In addition to the advantages described above, it is generally desirable to synthesize expanded fine particles having a predetermined average particle size and a predetermined (preferably narrow) particle size distribution. The use of spray dryers in the present invention has been found to reduce the need for sizing / classifying precursors or ultimately synthetic expanded fine particles. Spray drying has the added advantage of allowing high throughput of materials and fast drying time. Thus, in a preferred embodiment of the invention, the drying step is carried out using a spray dryer.

입자 크기 및 입자 크기 분포는 분무 건조 공정에서 하나 이상의 다음 파라미터에 의해 영향을 받는 것으로 측정되었다:Particle size and particle size distribution were determined to be affected by one or more of the following parameters in the spray drying process:

- 유입 슬러리 압력 및 속력(입자 크기는 압력 증가에 따라 감소하는 경향이 있다),Inlet slurry pressure and speed (particle size tends to decrease with increasing pressure),

- 분무기의 설계(회전 분무기, 압력 노즐, 2개의 유체 노즐 등),-Design of the sprayer (rotary sprayer, pressure nozzle, two fluid nozzles, etc.),

- 기체 유입 노즐의 설계,-Design of gas inlet nozzles,

- 기체의 용적 유속 및 유동 패턴 및The volumetric flow rate and flow pattern of the gas and

- 슬러리 속력 및 유효 슬러리 표면 장력.Slurry speed and effective slurry surface tension.

바람직하게는, 분무 건조기에 공급하는 수성 슬러리는 25 내지 75%(w/v)의 고형분, 보다 바람직하게는 40 내지 60%(w/v)의 고형분을 포함한다.Preferably, the aqueous slurry supplied to the spray dryer contains 25 to 75% (w / v) solids, more preferably 40 to 60% (w / v) solids.

위에 기재된 성분 이외에, 수성 슬러리는 추가의 처리 보조제 또는 첨가제를 함유하여 분무 건조기에서의 혼합, 유동성 또는 액적 형성을 향상시킬 수 있다. 적합한 첨가제는 분무 건조 분야에 공지되어 있다. 이러한 첨가제의 예는 설포네이트, 글리콜 에테르, 셀룰로즈 에테르 등이 있다. 이들은 수성 슬러리 속에 0 내지 5%(w/v)의 양으로 함유될 수 있다.In addition to the components described above, the aqueous slurry may contain additional processing aids or additives to enhance mixing, fluidity or droplet formation in the spray dryer. Suitable additives are known in the spray drying art. Examples of such additives are sulfonates, glycol ethers, cellulose ethers, and the like. They may be contained in an aqueous slurry in an amount of 0 to 5% (w / v).

분무 건조 공정에서, 수성 슬러리는 통상 소정 압력 및 온도에서 분무기에 펌핑되어 슬러리 액적을 형성한다. 분무기는 다음 중의 하나 또는 이들의 조합일 수 있다: 회전 분무기(원심 분무)에 기초하는 분무기, 압력 노즐(수력 분무) 또는 2액 압력 노즐(여기서, 슬러리는 또 다른 유체(공기 분무)와 혼합된다).In the spray drying process, the aqueous slurry is usually pumped to the nebulizer at a predetermined pressure and temperature to form slurry droplets. The nebulizer may be one or a combination of the following: an atomizer based on a rotary atomizer (centrifugal spray), a pressure nozzle (hydraulic spray) or a two-liquid pressure nozzle, where the slurry is mixed with another fluid (air spray) ).

형성된 액적이 적절한 크기를 갖도록 하기 위해, 분무기는 또한 환상 기계적 또는 음속적 펄스로 처리할 수 있다. 분무화는 건조기 챔버의 상부 또는 하부로부터 실시할 수 있다. 고온 건조 기체는 분무 방향과 동일 방향 또는 역방향으로 건조기에 주입할 수 있다.In order to ensure that the droplets formed have a suitable size, the nebulizer may also be treated with an annular mechanical or sonic pulse. Atomization can be effected from the top or bottom of the dryer chamber. The hot drying gas may be injected into the dryer in the same direction or in the reverse direction of the spraying direction.

분무 건조 조건을 조절함으로써, 전구체의 평균 입자 크기 분포 및 전구체 입자 크기 분포를 조절할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, 회전 분무기는 압력 노즐보다 균일한 응집 입자 크기 분포를 생성하는 것으로 밝혀졌다. 추가로, 회전 분무기는 연마 재료에 적합한 보다 높은 공급률을 가능하게 하고, 차단 또는 장해는 무시할 수 있다. 일부 양태에서, 공지된 분무 기술의 조합을 사용하여 목적하는 특성을 갖는 응집 전구체를 달성할 수 있다.It has been found that by controlling spray drying conditions, the average particle size distribution and precursor particle size distribution of the precursors can be controlled. For example, rotary atomizers have been found to produce a more uniform aggregate particle size distribution than pressure nozzles. In addition, rotary atomizers enable higher feed rates suitable for abrasive materials, and blocking or disturbances can be ignored. In some embodiments, a combination of known spraying techniques can be used to achieve aggregated precursors with the desired properties.

슬러리의 분무 액적은 소정의 체류 시간 동안 분무 건조기에서 건조시킨다. 체류 시간은 생성된 전구체의 평균 입자 크기, 입자 크기 분포 및 수분 함량에 영향을 미칠 수 있다. 체류 시간은 바람직하게는 위에 기재된 바와 같이 전구체의 바람직한 특성을 제공하도록 조절된다. 체류 시간은 분무 건조기 속의 슬러리의 함수량, 액적 크기(총 표면적), 건조 기체 유입 온도 및 기체 유동 패턴 및 분무 건조기 속의 입자 유동 경로에 의해 조절할 수 있다. 바람직하게는, 분무 건조기 속의 체류 시간은 0.1 내지 10초 범위이고, 2초를 초과하는 보다 긴 체류 시간이 보다 바람직하다.Spray droplets of the slurry are dried in a spray dryer for a predetermined residence time. The residence time can affect the average particle size, particle size distribution and moisture content of the resulting precursor. The residence time is preferably adjusted to provide the desired properties of the precursor as described above. The residence time can be controlled by the water content of the slurry in the spray dryer, the droplet size (total surface area), the dry gas inlet temperature and gas flow pattern and the particle flow path in the spray dryer. Preferably, the residence time in the spray drier ranges from 0.1 to 10 seconds, with longer residence times exceeding 2 seconds being more preferred.

바람직하게는, 분무 건조기 속의 유입 온도는 300 내지 600℃ 범위이고, 배출 온도는 90 내지 220℃ 범위이다. Preferably, the inlet temperature in the spray dryer is in the range from 300 to 600 ° C. and the outlet temperature is in the range from 90 to 220 ° C.

분무 건조는 유리하게는 이러한 좁은 입자 크기 분포를 갖는 전구체를 생성한다. 결과적으로, 이들 전구체를 생성하는 합성 팽창된 미세 입자는 후속 사용을 위해 유사하게 좁은 입자 크기 분포 및 일정한 특성을 가질 것이다.Spray drying advantageously produces precursors having such a narrow particle size distribution. As a result, the synthetic expanded fine particles that produce these precursors will have similarly narrow particle size distributions and constant properties for subsequent use.

분무 건조기를 사용하는 추가의 놀라운 잇점은 생성된 전구체가 구성분의 개선된 내부 입자 분포를 갖는다는 점이다. 분무된 액적은 분무 건조기 속에 체류하고, 수분은 내부로부터 외부로 신속하게 배출되어 응집체 속에 가용성 종류의 농도 구배를 형성하고, 비교적 수용성 종은 외부 방향으로 보다 농축된다. 분무 건조의 또 다른 잇점은 본 발명의 방법(예: 예비 발포)에 따르는 건조된 조직화 응집 전구체를 형성한다는 것이다. 포획된 기체는 발포 공정 동안에 추가로 팽창하여, 다중 발포제에 의해 달성할 수 없는 생성물의 밀도를 보다 저하시킬 수 있다. 이러한 임의의 및 신규한 방법에 의해, 저온 기체 형성 화합물을 건조 공정 전에 전구체에 첨가한다. 기체 형성 화합물은 물리적 수단, 예를 들면, 표면 장력의 감소에 기인하는 탈기(역전 온도 용해도)에 의해 또는 화학적 수단에 의해 활성화시킬 수 있다. 저온에서 화학적 기화의 예는 pH의 변화, 또는 통상 구체에 사용되는 공기 포획제 등의 적절한 유기 화합물의 사용에 의한 카보네이트의 CO2로의 분해이다.A further surprising advantage of using a spray dryer is that the resulting precursor has an improved internal particle distribution of the components. The sprayed droplets remain in the spray drier, and the moisture is quickly discharged from the inside to the outside, forming a concentration gradient of the soluble species in the aggregate, and the relatively soluble species are more concentrated in the outward direction. Another advantage of spray drying is the formation of dried organized coagulation precursors according to the process of the invention (eg prefoaming). The trapped gas may further expand during the foaming process, further lowering the density of the product that cannot be achieved by multiple blowing agents. By these optional and novel methods, the low temperature gas forming compound is added to the precursor before the drying process. Gas-forming compounds can be activated by physical means, for example by degassing (reverse temperature solubility) due to a decrease in surface tension or by chemical means. An example of chemical vaporization at low temperatures is the decomposition of carbonates to CO 2 by changes in pH or the use of suitable organic compounds such as air trapping agents commonly used in spheres.

미세 중공구의 효율적이고 확실한 합성법을 위해, 전구체는 이상적으로는 표면에서 고농도의 유리 형성 재료를 포함해야 하며, 이는 소성 동안 용융 유리질 표면을 형성할 수 있다. 추가로, 전구체는 이상적으로는 코어 부근에 소정 농도의 발포제를 포함해야 하고, 이는 소성 동안 유리질 표면 속에서의 포획을 위해 발포 기체를 방출할 수 있다. 재료의 주의 깊은 선택에 따라, 이러한 이상적인 내부 입자 분포가 분무 건조 방법을 사용하여 달성될 수 있다.For efficient and reliable synthesis of micro hollow spheres, the precursor should ideally comprise a high concentration of glass forming material at the surface, which can form a molten glassy surface during firing. In addition, the precursor should ideally comprise a certain concentration of blowing agent in the vicinity of the core, which can release the foaming gas for capture in the glassy surface during firing. Depending on the careful selection of the material, this ideal internal particle distribution can be achieved using a spray drying method.

무기 주성분Inorganic main ingredient

바람직하게는, 무기 주성분의 양은, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 40중량% 이상, 더욱 바람직하게는 50중량% 이상, 보다 바람직하게는 60중량% 이상, 특히 바람직하게는 70중량% 이상, 더욱 바람직하게는 80중량% 이상이다.Preferably, the amount of the inorganic main component is at least 40% by weight, more preferably at least 50% by weight, more preferably at least 60% by weight, particularly preferably 70% by weight, based on the total dry weight of the aggregated precursor. As mentioned above, More preferably, it is 80 weight% or more.

기타 성분, 예를 들면, 발포제에 대한 주성분의 바람직한 비율은 이들 성분들 각각의 조성에 따라서 달라질 것이다. 전형적으로, 발포제에 대한 주성분의 비율은 1,000:1 내지 10:1, 더욱 바람직하게는 700:1 내지 15:1, 특히 바람직하게는 500:1 내지 20:1의 범위일 것이다.The preferred ratio of main component to other components, such as blowing agent, will depend on the composition of each of these components. Typically, the ratio of main ingredient to blowing agent will range from 1,000: 1 to 10: 1, more preferably 700: 1 to 15: 1, particularly preferably 500: 1 to 20: 1.

바람직하게는, 무기 주성분은 무기 산화물, 비산화물, 염 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함한다. 이러한 재료는 산업 및/또는 생활 부산물, 광물, 암석, 점토, 기술 등급의 화학물질 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 본 발명의 잇점 중의 하나는 저렴한 산업 및/또는 생활 폐품으로부터 미세 중공구를 합성한다는 것이다. 따라서, 무기 주성분은 플라이 애쉬(fly ash), 보텀 애쉬(bottom ash), 고로 슬래그(blast-furnace slag), 페이퍼 애쉬(paper ash), 폐 유리(예: 소다 석회 유리, 보로실리케이트 유리 또는 기타의 폐 유리), 폐 세라믹, 가마 먼지, 폐 섬유 시멘트, 콘크리트, 소각재, 규조토, 규사, 발연 실리카 또는 이들의 혼합물 등의 재료를 포함할 수 있다.Preferably, the inorganic main component comprises one or more materials selected from inorganic oxides, nonoxides, salts or mixtures thereof. Such materials may be industrial and / or household by-products, minerals, rocks, clays, technical grade chemicals or mixtures thereof. One of the advantages of the present invention is the synthesis of micro hollow spheres from inexpensive industrial and / or household waste. Thus, the inorganic main components are fly ash, bottom ash, blast-furnace slag, paper ash, waste glass (e.g., soda lime glass, borosilicate glass or other). Waste glass), waste ceramics, kiln dust, waste fiber cement, concrete, incinerator, diatomaceous earth, silica sand, fumed silica, or mixtures thereof.

바람직하게는, 무기 주성분은, 소정 온도로 가열하는 경우, 점탄성 액체를 형성할 수 있다. 이러한 점탄성 액체는 바람직하게는 유리 형성 액체이다.Preferably, the inorganic main component can form a viscoelastic liquid when heated to a predetermined temperature. Such viscoelastic liquids are preferably glass forming liquids.

바람직하게는, 무기 주성분은 하나 이상의 화합물을 산화물 형태로 포함하고, 이는 유리 상의 대부분을 형성할 수 있다. 비산화물 성분은, 용해된 상태로 존재하지만 산화되지 않는, 할라이드 등의 부재를 제외하고는, 유리 상을 산화시키거나 유리 상의 일부로 된다. Preferably, the inorganic main component comprises one or more compounds in oxide form, which can form most of the glass phase. The non-oxide component oxidizes or becomes part of the glass phase, except in the absence of halides or the like, which are present in the dissolved state but are not oxidized.

한 가지 바람직한 양태에 있어서, 무기 주성분은 하나 이상의 실리케이트 재료를 포함한다. 실리케이트 재료는 당업자에게 잘 알려져 있다. 일반적으로, 이들은 실리카(SiO2)의 주성분(즉, 약 30% 초과, 바람직하게는 약 50% 초과, 보다 바람직하게는 60% 초과)을 갖는 재료이다. 대부분의 경우에, 알루미나가 또한 실리케이트 재료의 주요 산화물 성분이다. 따라서, 본 발명에서의 용어 실리케이트는 주성분으로서 적합한 모든 알루미노실리케이트 재료를 포함한다.In one preferred embodiment, the inorganic main component comprises one or more silicate materials. Silicate materials are well known to those skilled in the art. In general, they are materials having a major component of silica (SiO 2 ) (ie, greater than about 30%, preferably greater than about 50%, more preferably greater than 60%). In most cases, alumina is also the main oxide component of the silicate material. Thus, the term silicate in the present invention includes all aluminosilicate materials suitable as main components.

실리케이트 재료 중의 실리카 및 알루미나의 양은 공급원에 따라 달라지며, 심지어는 동일한 공급원 내에서도 다를 수 있다. 예를 들면, 플라이 애쉬는 사용된 석탄의 종류 및 연소 조건에 따라서 다양한 양의 실리카 및 알루미나를 함유할 것이다. 바람직하게는, 알루미나(Al2O3)에 대한 실리카(SiO2)의 중량비는 약 1보다 크다. 전형적으로, 본 발명의 바람직한 양태에서 사용하기 위한 실리케이트 재료는 30 내지 95중량%의 SiO2; 0 내지 45중량%(바람직하게는 2 내지 45중량%)의 Al2O3; 약 30중량% 이하(바람직하게는 약 15중량% 이하)의 2가 금속 산화물(예: MgO, CaO, SrO, BaO); 약 50중량% 이하의 일가 금속 산화물(예: Li2O, Na2O, K2O) 및 약 20중량% 이하의 기타 금속 산화물(예를 들면, SnO2, MnO2, Fe2O3 등과 같이 복수의 산화 상태로 존재하는 금속 산화물 포함)의 조성을 갖는다.The amount of silica and alumina in the silicate material is source dependent and may even vary within the same source. For example, the fly ash will contain varying amounts of silica and alumina depending on the type of coal used and the combustion conditions. Preferably, the weight ratio of silica (SiO 2 ) to alumina (Al 2 O 3 ) is greater than about 1. Typically, the silicate material for use in the preferred embodiment of the present invention is 30 to 95% by weight of SiO 2 ; 0 to 45 weight percent (preferably 2 to 45 weight percent) of Al 2 O 3 ; About 30% or less (preferably about 15% or less) divalent metal oxides (eg, MgO, CaO, SrO, BaO); Up to about 50 weight percent monovalent metal oxides (eg, Li 2 O, Na 2 O, K 2 O) and up to about 20 weight percent of other metal oxides (eg, SnO 2 , MnO 2 , Fe 2 O 3, etc. As well as metal oxides present in a plurality of oxidation states.

본 발명의 이러한 양태에서 사용될 수 있는 전형적인 실리케이트는 플라이 애쉬(타입 F 플라이 애쉬 및 타입 C 플라이 애쉬 등), 폐 유리, 보텀 애쉬(bottom ash), 고로 슬래그(blast-furnace slag), 페이퍼 애쉬(paper ash), 현무암질 암석, 안산암질 암석, 장석, 실리케이트 점토(예: 고령토, 황토, 베달라이트 점토, 벤토나이트 점토, 백도토, 내화 점토 등), 보오크사이트, 흑요석, 화산재, 화산암, 화산 유리, 지중합체(geopolymer) 또는 이들의 혼합물이다.Typical silicates that can be used in this aspect of the invention include fly ash (type F fly ash and type C fly ash, etc.), waste glass, bottom ash, blast-furnace slag, paper ash. ash), basalt rock, andesite rock, feldspar, silicate clay (e.g. kaolin, ocher, beadite clay, bentonite clay, white clay, refractory clay, etc.), bauxite, obsidian, volcanic ash, volcanic rock, volcanic glass, Geopolymers or mixtures thereof.

위에 기재한 바와 같은 실리케이트는 무기 주성분의 대부분을 형성할 수 있다. 예를 들면, 실리케이트는, 무기 주성분의 총 중량을 기준으로 하여, 무기 주성분의 50중량% 이상, 70중량% 이상 또는 90중량% 이상을 형성할 수 있다. Silicates as described above can form most of the inorganic active ingredient. For example, the silicates may form at least 50%, at least 70%, or at least 90% by weight of the inorganic main component, based on the total weight of the inorganic main component.

플라이 애쉬, 소다 석회 폐 유리, 안산암질 암석, 현무암질 암석 및/또는 점토가 무기 주성분에 대한 바람직한 공급 재료이다. 플라이 애쉬는 저렴하면서 광범위하게 입수가 가능하므로 특히 바람직한 무기 주성분이다. 본 발명의 한 가지 형태에서, 주성분은, 주성분의 총 중량을 기준으로 하여, 5중량% 이상, 보다 바람직하게는 10중량% 이상의 플라이 애쉬를 함유한다. 본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 무기 주성분은, 무기 주성분의 총 양을 기준으로 하여, 50중량% 이상, 70중량% 이상 또는 90중량% 이상의 플라이 애쉬를 포함한다. 본 발명의 일부 양태에 있어서, 무기 주성분은 지중합체를 포함할 수 있고, 이는 실리케이트를 금속 수산화물(예: NaOH 또는 KOH)의 수용액과 접촉시킬 때에 형성된다. 지중합체는 당해 분야에 주지되어 있다.Fly ash, soda lime waste glass, andesite rock, basalt rock and / or clay are the preferred feedstocks for the inorganic main component. Fly ash is a particularly preferred inorganic active ingredient because it is inexpensive and widely available. In one form of the invention, the main component contains at least 5% by weight, more preferably at least 10% by weight, of fly ash, based on the total weight of the main component. In another aspect of the present invention, the inorganic main component comprises at least 50%, at least 70%, or at least 90% by weight fly ash, based on the total amount of the inorganic main component. In some embodiments of the invention, the inorganic main component may comprise a geopolymer, which is formed when the silicate is contacted with an aqueous solution of a metal hydroxide such as NaOH or KOH. Geopolymers are well known in the art.

무기 주성분은 하소되거나 하소되지 않을 수 있다. 용어 "하소"란 무기 재료를 공기 중에서 소정의 시간 동안 소정의 하소 온도로 가열하여 특정 성분(들)을 산화 또는 예비-반응시킴을 의미한다. 무기 재료의 하소는 발포(팽창) 과정이 무기 재료 중에 존재하는 다가의 산화물(들)의 산화환원 상태에 민감할 수 있으므로 본 발명에서 유리할 수 있다. 이론에 구애됨을 바라지 않으면서, 발포제의 활성화는 무기 재료 중에 존재하는 다가 산화물(들)로부터의 (예를 들면, 산화환원 반응에 의한) 산소의 방출에 의해 영향을 받는 것으로 믿어진다. 예를 들면, 탄소성 발포제는 산화제이철(Fe2O3)로부터 방출된 산소화 반응하여 COx(여기서, x는 탄소 산화 상태에 따라 1 또는 2일 수 있다)를 형성하고, 이는 추가로 산화제일철(FeO)로 환원된다. 발포제로부터 COx의 방출은 미세구를 확장시킨다. 그러므로, 무기 재료를 공기 중에서 미리 하소시킴으로써 산화제이철의 상대적 양이 증가되고, 이것은 발포제를 위한 산소 공급원으로서 사용되어 보다 많은 기체를 발생시킴으로써 미세 입자의 밀도를 감소시킨다.The inorganic main component may or may not be calcined. The term “calcination” means heating the inorganic material to a predetermined calcination temperature for a predetermined time in the air to oxidize or pre-react certain component (s). Calcination of the inorganic material may be advantageous in the present invention because the foaming (expansion) process may be sensitive to the redox state of the multivalent oxide (s) present in the inorganic material. Without wishing to be bound by theory, it is believed that activation of the blowing agent is affected by the release of oxygen (eg, by redox reactions) from the polyvalent oxide (s) present in the inorganic material. For example, the carbonaceous blowing agent reacts with oxygenation released from ferric oxide (Fe 2 O 3 ) to form CO x (where x may be 1 or 2 depending on the carbon oxidation state), which is further iron ferric oxide Reduced to (FeO). Release of CO x from the blowing agent expands the microspheres. Therefore, the relative amount of ferric oxide is increased by precalcination of the inorganic material in air, which is used as an oxygen source for the blowing agent to reduce the density of the fine particles by generating more gas.

추가로, 하소는 산화물 성분의 예비-반응을 촉진시키고/거나, 높은 품질의 미세 입자를 제조하는 데에 유리할 수 있는 무기 재료 내의 부분적인 자화를 유발할 수 있다.In addition, calcination may promote partial pre-reaction of the oxide component and / or cause partial magnetization in the inorganic material which may be advantageous for producing high quality fine particles.

높은 화학적 내구성이 요구되는 경우, 무기 주성분은 바람직하게는 저 알칼리 재료이다. "저 알칼리 재료"란, 알칼리 금속 산화물 함량이 약 10중량% 미만인 재료를 의미한다. 본 발명의 이러한 형태에 있어서, 고 알칼리 재료가 또한 무기 주성분에 포함될 수 있다. 따라서, 폐 유리 분말, 예를 들면, 알칼리 함량이 약 15중량% 이하인 소다 석회 유리(종종 파유리란 함)도 포함될 수 있다.If high chemical durability is required, the inorganic main component is preferably a low alkali material. By "low alkali material" is meant a material having an alkali metal oxide content of less than about 10% by weight. In this aspect of the invention, a high alkali material can also be included in the inorganic main component. Thus, waste glass powders, such as soda lime glass (often called cullet) with an alkali content of about 15% by weight or less, may also be included.

바람직하게는, 무기 주성분은 평균 1차 입자 크기가 0.01 내지 100μ, 보다 바람직하게는 0.05 내지 50μ, 보다 바람직하게는 0.1 내지 25μ, 보다 바람직하게는 0.2 내지 10μ 범위일 수 있다. 바람직한 입자 크기는 적합한 분쇄 및 분류에 의해 달성될 수 있다. 세라믹 산업에서 사용되는 모든 형태의 분쇄, 밀링 및 전반적 크기 축소 기술이 본 발명에 사용 가능하다. 취성 고체에 사용되는 기타의 크기 축소 방법에 제한됨 없이, 본 발명에 따르는 바람직한 방법은 볼 밀링(습식 및 건식), 고에너지 원심 밀링, 제트 밀링 및 마찰 밀링이다. 1종 이상의 무기 재료가 사용되는 경우, 다수의 성분들을 함께 동시 분쇄할 수 있다. 본 발명의 한 방법에서, 응집 전구체의 모든 구성 재료를 혼합 전에 함께 동시 분쇄(예: 습식 볼 밀)한다.Preferably, the inorganic main component may have an average primary particle size in the range of 0.01 to 100 microns, more preferably 0.05 to 50 microns, more preferably 0.1 to 25 microns, more preferably 0.2 to 10 microns. Preferred particle sizes can be achieved by suitable grinding and sorting. All forms of grinding, milling and overall size reduction techniques used in the ceramic industry are available for the present invention. Without being limited to other size reduction methods used for brittle solids, preferred methods according to the present invention are ball milling (wet and dry), high energy centrifugal milling, jet milling and friction milling. If more than one inorganic material is used, the multiple components may be simultaneously ground together. In one method of the invention, all the constituent materials of the aggregated precursors are co-milled together (eg, wet ball mill) prior to mixing.

발포 성분Foaming ingredients

본 발명에 사용되는 발포제는 가열시 연소, 증발, 승화, 열 분해, 기화 또는 확산 중 하나 이상에 의해 발포성 기체를 유리시키는 물질이다. 발포성 기체는, 예를 들면, CO2, CO, O2, N2, N2O, NO, NO2, SO2, SO3, H2O 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 발포성 기체는 CO2 및/또는 CO를 포함함이 바람직하다.Blowing agents used in the present invention are materials which liberate the foaming gas upon heating by one or more of combustion, evaporation, sublimation, thermal decomposition, vaporization or diffusion. The effervescent gas can be, for example, CO 2 , CO, O 2 , N 2 , N 2 O, NO, NO 2 , SO 2 , SO 3 , H 2 O or mixtures thereof. The effervescent gas preferably comprises CO 2 and / or CO.

바람직하게는, 발포 성분의 양은, 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 0.05 내지 10중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 6중량%, 보다 바람직하게는 0.2 내지 4중량% 범위이다. 발포 성분의 정확한 양은 무기 주성분, 발포제의 종류 및 최종 미세 중공구의 요구 밀도에 따라 달라질 것이다. Preferably, the amount of foam component is in the range of 0.05 to 10% by weight, more preferably 0.1 to 6% by weight, more preferably 0.2 to 4% by weight, based on the total dry weight of the precursor. The exact amount of foam component will depend on the inorganic main component, the type of blowing agent and the required density of the final microhollowers.

한 가지 양태에 있어서, 발포 성분은 1차 발포제와 2차 발포제를 포함한다. 1차 발포제는 제1 활성화 온도를 갖고, 2차 발포제는 제1 활성화 온도보다 낮은 제2 활성화 온도를 갖는다. 달리 말하면, 사용시 2차 발포제는 온도 상승에 따라 초기에 활성화된 다음, 1차 발포제가 활성화된다. 이는 1차 발포제를 보존한다.In one embodiment, the foaming component comprises a primary blowing agent and a secondary blowing agent. The primary blowing agent has a first activation temperature and the secondary blowing agent has a second activation temperature lower than the first activation temperature. In other words, in use, the secondary blowing agent is activated initially with increasing temperature, and then the primary blowing agent is activated. This preserves the primary blowing agent.

바람직하게는, 1차 발포제는 분말상 석탄, 카본 블랙, 활성탄, 흑연, 탄소성 중합체 유기물, 오일, 탄수화물(예: 당, 옥수수 시럽, 전분 등), PVA(폴리비닐 알코올), 각종 아민, 카보네이트, 카바이드(예: 실리콘 카바이드, 알루미늄 카바이드 등), 설페이트, 설파이드, 니트라이드(예: 알루미늄 니트라이드, 실리콘 니트라이드, 보론 니트라이드 등), 니트레이트, 폴리올, 글리콜, 글리세린 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 실리콘 카바이드 및 카본 블랙이 특히 바람직한 1차 발포제이다.Preferably, the primary blowing agent is powdered coal, carbon black, activated carbon, graphite, carbonaceous polymer organics, oils, carbohydrates (e.g. sugars, corn syrup, starch, etc.), PVA (polyvinyl alcohol), various amines, carbonates, Carbides (e.g. silicon carbide, aluminum carbide, etc.), sulfates, sulfides, nitrides (e.g. aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, etc.), nitrates, polyols, glycols, glycerin, and mixtures thereof . Silicon carbide and carbon black are particularly preferred primary blowing agents.

바람직하게는, 2차 발포제는 탄소, 탄소성 중합체 유기물, 오일, 탄수화물(예: 당, 옥수수 시럽, 전분), PVA, 각종 아민, 카보네이트, 설페이트, 설파이드, 니트라이드, 니트레이트, 폴리올, 글리콜, 글리세린 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다. 카본 블랙, 당, 옥수수 시럽 및 전분이 특히 바람직한 2차 발포제이다.Preferably, the secondary blowing agent is carbon, carbonaceous polymer organics, oils, carbohydrates (e.g. sugars, corn syrup, starch), PVA, various amines, carbonates, sulfates, sulfides, nitrides, nitrates, polyols, glycols, Glycerin or mixtures thereof. Carbon black, sugar, corn syrup and starch are particularly preferred secondary blowing agents.

본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 발포 성분은, 위에 언급된 1차 및 2차 발포제 이외에, 추가의 발포제를 포함한다. 이들 추가의 발포제는 제3, 제4 등의 활성화 온도를 갖는 3차, 4차 등의 발포제로서 지정된다.In another aspect of the invention, the foaming component comprises further blowing agents in addition to the above mentioned primary and secondary blowing agents. These additional blowing agents are designated as blowing agents such as tertiary and quaternary having activation temperatures such as third, fourth and the like.

따라서, 한 가지 또 다른 양태에서 발포 성분은 제3 활성화 온도(여기서, 3차 활성화 온도는 제1 활성화 온도보다 낮다)를 갖는 3차 발포제를 포함한다. 바람직하게는, 제3 활성화 온도는 또한 제2 활성화 온도보다 낮다. 3차 발포제는 탄소성 중합체 유기물(예: 당, 옥수수 시럽, 전분), PVA, 각종 아민, 설페이트, 설파이드, 니트라이드, 니트레이트, 폴리올, 글리콜, 글리세린 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 당, 옥수수 시럽 및 전분이 특히 바람직한 3차 발포제이다.Thus, in one further embodiment the foaming component comprises a tertiary blowing agent having a third activation temperature, wherein the tertiary activation temperature is lower than the first activation temperature. Preferably, the third activation temperature is also lower than the second activation temperature. The tertiary blowing agent can be selected from carbonaceous polymeric organics (eg, sugars, corn syrups, starches), PVAs, various amines, sulfates, sulfides, nitrides, nitrates, polyols, glycols, glycerin and mixtures thereof. Sugars, corn syrups and starches are particularly preferred tertiary blowing agents.

바람직하게는, 및 특히 발포제가 비수용성인 경우, 발포제는 평균 입자 크기가 약 10μ이다.Preferably, and especially when the blowing agent is water-insoluble, the blowing agent has an average particle size of about 10 microns.

다중 발포제의 사용은 팽창된 미세 입자의 합성에 있어서 특정한 잇점을 갖는 것으로 밝혀졌다. 발포(팽창) 공정의 조절을 제공하는 경우, 용이하게 입수가능하고 저렴한 다양한 무기 재료로부터 팽창된 미세 입자를 확실하게 합성할 수 있다. 추가로, 이는 팽창된 미세 입자의 합성 제조 비용을 감소시키는, 고품질(및 상대적으로 고가의)의 1차 발포제의 효율을 최대화시킨다.The use of multiple blowing agents has been found to have particular advantages in the synthesis of expanded fine particles. When providing control of the foaming (expansion) process, expanded fine particles can be reliably synthesized from a variety of readily available and inexpensive inorganic materials. In addition, this maximizes the efficiency of the high quality (and relatively expensive) primary blowing agent, which reduces the cost of synthetic preparation of expanded fine particles.

이론에 국한됨 없이, 1차 발포제는 발포(팽창) 공정 동안 기체 대부분을 생성하는 것으로 생각된다. 2차(및, 임의로, 3차, 4차 등) 발포제는, 전구체 재료가 팽창 과정 동안 발포 기체를 포획하도록 충분히 용융 상태로 되기 전에, 예를 들면, 증발 및/또는 산화에 의해 1차 발포제의 조기 소비를 감소 또는 방지함으로써 희생 재료로서 작용한다.Without being bound by theory, it is believed that the primary blowing agent produces most of the gas during the foaming (expansion) process. Secondary (and, optionally, tertiary, quaternary, etc.) blowing agents may be used, for example, by evaporation and / or oxidation, of the primary blowing agent before the precursor material is sufficiently molten to capture It acts as a sacrificial material by reducing or preventing premature consumption.

예를 들면, 바람직한 발포제 조성물은 1차 발포제로서의 실리콘 카바이드와, 2차 발포제로서의 탄소 또는 분말상 석탄을 포함한다. 탄소는 희생 발포제로서 작용하고, 전구체가 용융될 때까지, 먼저 산화하기 시작하여 산소를 카바이드로부터 떨어지게 한다. 전구체가 용융되면, 카바이드의 산화에 의해 생성된 CO 및 CO2 기체 대부분은 용융된 전구체 속에 포획된다.For example, preferred blowing agent compositions include silicon carbide as the primary blowing agent and carbon or powdered coal as the secondary blowing agent. The carbon acts as a sacrificial blowing agent and starts to oxidize first to release oxygen from the carbide until the precursor melts. Once the precursor is melted, most of the CO and CO 2 gases produced by the oxidation of the carbide are trapped in the molten precursor.

또 다른 발포제 조성물은 1차 발포제로서의 실리콘 카바이드, 2차 발포제로서의 탄소 및 3차 발포제로서의 당을 포함한다. 이론에 국한됨 없이, 당은 먼저 산화하기 시작하여 탄소 및 카바이드의 산화를 방지하고, 탄소는 산화하기 시작하여 카바이드의 산화를 방지하며, 마지막으로 카바이드가 미세 입자의 발포(팽창)에 주로 관여하는 CO 및 CO2로 산화한다. 본 발명의 방법의 한 가지 잇점은 발포제의 전체 비용을 감소시키는 것이다. 당은 탄소보다 저렴하고, 실리콘 카바이드는 당 및 탄소보다 훨씬 더 저렴하다. 다중 발포제를 사용함으로써, 소정의 저밀도 생성물의 제조에 요구되는 고가의 실리콘 카바이드의 양이 현저히 감소된다. 도 2는 공기 속에서 당, 탄소 및 실리콘 카바이드의 TGA(열 중력 분석)을 나타낸다. 오름 차순의 활성화 온도는 당, 이어서 탄소 및 마지막으로 실리콘 카바이드로 출발한다.Still other blowing agent compositions include silicon carbide as primary blowing agent, carbon as secondary blowing agent and sugars as tertiary blowing agent. Without being bound by theory, sugars begin to oxidize first to prevent oxidation of carbon and carbides, carbon begins to oxidize to prevent oxidation of carbides, and finally carbides are primarily involved in the expansion (expansion) of fine particles. Oxidize with CO and CO 2 . One advantage of the process of the invention is to reduce the overall cost of the blowing agent. Sugars are less expensive than carbon, and silicon carbide is much cheaper than sugars and carbon. By using multiple blowing agents, the amount of expensive silicon carbide required for the production of a given low density product is significantly reduced. 2 shows TGA (thermal gravity analysis) of sugar, carbon and silicon carbide in air. The ascending activation temperature starts with sugar followed by carbon and finally silicon carbide.

발포제의 이러한 신규 혼합물은 저렴한 희생 발포제(예: 당, 탄소 및/또는 분말상 석탄)를 사용하여 보다 고가의 1차 발포제(예: 실리콘 카바이드)의 효율 및 발포 성능을 최대화한다.This new mixture of blowing agents uses inexpensive sacrificial blowing agents (eg, sugar, carbon and / or powdered coal) to maximize the efficiency and foaming performance of more expensive primary blowing agents (eg, silicon carbide).

앞에 언급된 바와 같이, 추가의 및 중요한 잇점은 분무 건조 방법을 사용하여 전구체를 제조하는 경우에 실현된다. 위에 기재한 기작을 사용하여 비교적 수용성 종류를 분무 건조 동안 전구체 외부 방향으로 배출함으로써 1차 및 2차 발포제의 유리한 내부 입자 분포를 달성할 수 있다.As mentioned above, a further and important advantage is realized when preparing precursors using spray drying methods. Advantageous internal particle distributions of the primary and secondary blowing agents can be achieved by venting relatively water-soluble species out of the precursor during spray drying using the mechanism described above.

따라서, 비교적 수불용성의 1차 발포제 및 비교적 수용성의 2차 발포제를 사용하는 경우, 2차 발포제를 전구체 표면 방향으로 이동시켜 균일하게 분산된 1차 발포제를 수득할 수 있다. 이러한 방식으로 분리된 1차 및 2차 발포제에 있어서, 2차 발포제는 유리질 표면이 아직 전구체 주변에 형성되지 않은 소성 동안 임계 기간내에 1차 발포제로부터 산소를 보다 효과적으로 "제거"할 수 있다. 이러한 제거 효과는 조기 소비로부터 1차 발포제를 보호하고, 이에 의해 유리질 표면의 형성 후(또는 형성 동안) 이의 발포 성능을 최대화시킨다.Therefore, when using a relatively water insoluble primary blowing agent and a relatively water-soluble secondary blowing agent, the secondary blowing agent can be moved toward the precursor surface to obtain a uniformly dispersed primary blowing agent. For primary and secondary blowing agents separated in this manner, the secondary blowing agent can more effectively "remove" oxygen from the primary blowing agent within a critical period during firing where the glassy surface has not yet formed around the precursor. This removal effect protects the primary blowing agent from premature consumption, thereby maximizing its foaming performance after (or during) the formation of the glassy surface.

당은 유용한 2차 발포제의 예이다. 당은 물에 가용성이고, 분무 건조 동안 전구체의 외부 방향으로 이동할 것이다. 동시에, 당은 분무 건조 온도에서 탄소로 전환되어, 전구체의 외부 부분 전체에 탄소 입자의 미분산액을 생성할 것이다. 탄소 입자의 이러한 미분산액은 산소를 초기 소성 동안 1차 발포제(예: 실리콘 카바이드)로부터 제거함으로써 효과적인 2차 (희생) 발포제로서 작용한다.Sugars are examples of useful secondary blowing agents. The sugar is soluble in water and will migrate in the outward direction of the precursor during spray drying. At the same time, the sugar will be converted to carbon at the spray drying temperature, producing a microdispersion of carbon particles throughout the outer portion of the precursor. This fine dispersion of carbon particles acts as an effective secondary (sacrificial) blowing agent by removing oxygen from the primary blowing agent (eg, silicon carbide) during the initial firing.

추가로, 유기 화합물, 예를 들면, 당 및 전분은 함께 응집 전구체를 결합시키는 것을 보조한다. 따라서, 당 및 전분 등의 재료는 본 발명에서 결합제 및 발포제 둘 다로서 작용할 수 있다.In addition, organic compounds, such as sugars and starches, help to bind the aggregated precursors together. Thus, materials such as sugar and starch can act as both binder and blowing agent in the present invention.

조절제Regulator

위에 언급된 2차 및 3차 발포제는 조절제로서 작용하여 전구체 제형 중의 1차 발포제를 보호하고 보존한다. 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자는, 전구체 제형에 포함될 수 있고, 예를 들면, 산소를 공정 환경으로부터 제거함으로써 발포제의 활성화를 조절하도록 작용할 수 있는 다른 재료를 인지할 것이다.The secondary and tertiary blowing agents mentioned above act as regulators to protect and preserve the primary blowing agent in the precursor formulation. One of ordinary skill in the art will recognize other materials that can be included in the precursor formulation and can serve to regulate activation of the blowing agent, for example, by removing oxygen from the process environment.

결합제Binder

본 발명의 바람직한 양태에서, 결합제/결합제들(또는 결합제)은 무기 주성분과 발포제를 혼합할 수 있다. 결합제의 주요 기능은 전구체 속의 실리케이트 입자를 함께 친밀히 결합시키는 것이다. 결합제는 또한 실리케이트와 반응하여 소성 온도에서 생성 유리질 미세 입자의 점도를 저하시키도록 선택할 수 있다.In a preferred embodiment of the invention, the binder / binders (or binders) may mix an inorganic main component with a blowing agent. The main function of the binder is to intimately bind the silicate particles in the precursor together. The binder may also be selected to react with the silicate to lower the viscosity of the resulting glassy fine particles at the firing temperature.

일반적으로, 무기 주성분과 반응 및/또는 접착하는 임의의 화학 물질들은 결합제로서 사용이 가능하다. 결합제는 세라믹 산업에서 바인더로서 사용되는 상업적으로 구입 가능한 임의의 시판 재료일 수 있다.In general, any chemicals that react with and / or adhere to the inorganic main component may be used as the binder. The binder can be any commercially available material used as a binder in the ceramic industry.

바람직하게는, 결합제는 알칼리 금속 실리케이트(예: 규산나트륨), 알칼리 금속 알루미노실리케이트, 알칼리 금속 보레이트(예: 나트륨 테트라보레이트), 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 카보네이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 니트레이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 니트라이트, 붕산, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 설페이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 포스페이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 하이드록사이드(예: NaOH, KOH 또는 Ca(OH)2), 탄수화물(예: 당, 전분 등), 콜로이드성 실리카, 무기 실리케이트 시멘트, 포틀랜드 시멘트, 석회계 시멘트, 포스페이트계 시멘트, 유기 중합체(예: 폴리아크릴레이트) 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다. 일부 경우, 타입 C 또는 타입 F의 초미세 플라이 애쉬와 같은 플라이 애쉬도 결합제로서 작용할 수 있다.Preferably, the binder is an alkali metal silicate (eg sodium silicate), alkali metal aluminosilicate, alkali metal borate (eg sodium tetraborate), alkali metal or alkaline earth metal carbonate, alkali metal or alkaline earth metal nitrate, alkali metal Or alkaline earth metal nitrites, boric acid, alkali or alkaline earth metal sulfates, alkali or alkaline earth metal phosphates, alkali or alkaline earth metal hydroxides (e.g., NaOH, KOH or Ca (OH) 2 ), carbohydrates (e.g., sugars, Starch, etc.), colloidal silica, inorganic silicate cement, portland cement, lime cement, phosphate cement, organic polymers such as polyacrylates, or mixtures thereof. In some cases, fly ashes such as type C or type F ultrafine fly ashes may also act as binders.

일부의 경우(예: 당, 전분 등) 동일한 물질이 위에 기재한 바와 같이 발포제/결합제의 이중적 특성을 가질 수도 있으나, 전형적으로 결합제 및 발포제는 서로 다르다.In some cases (eg sugars, starches, etc.) the same material may have the dual nature of the blowing agent / binder as described above, but typically the binder and blowing agent are different.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "바인더" 또는 "결합제"는 상기 언급한 모든 결합제는 물론, 응집체 중의 기타 성분들과 이들 결합제의 동일계 내의 반응 생성물도 포함한다. 예를 들면, 알칼리 금속 하이드록사이드(예: NaOH)는 동일계 내에서 실리케이트를 포함하는 일부분 이상의 무기 주성분과 반응하여 알칼리 금속 실리케이트를 생성할 것이다. 수산화나트륨도 CO2를 함유하는 주위 공기에 노출시 탄산나트륨을 형성할 수 있으며, 이 반응의 속도는 고온(예: 400℃)에서는 증가한다. 수득된 탄산나트륨은 실리케이트와 반응하여 규산나트륨을 형성할 수 있다.As used herein, the term “binder” or “binder” includes all the binders mentioned above as well as the reaction product in situ of these binders with other components in the aggregate. For example, an alkali metal hydroxide (eg, NaOH) will react with at least a portion of the inorganic main component comprising the silicate in situ to produce an alkali metal silicate. Sodium hydroxide can also form sodium carbonate upon exposure to ambient air containing CO 2 , and the rate of the reaction increases at high temperatures (eg 400 ° C.). The sodium carbonate obtained can be reacted with silicate to form sodium silicate.

바람직하게는, 결합제의 양은, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 0.1 내지 50중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 40중량%, 특히 바람직하게는 1 내지 30중량% 범위이다.Preferably, the amount of binder is in the range of 0.1 to 50% by weight, more preferably 0.5 to 40% by weight, particularly preferably 1 to 30% by weight, based on the total dry weight of the aggregate precursor.

소성 동안 결합제가 용융 표면을 형성하도록 결합제를 전구체의 외부 방향에 갖는 것이 바람직한 것으로 이미 언급하였다. 이러한 용융 표면의 형성은 바람직하게는 발포 성분의 활성화 전 또는 활성화 동안, 특히 1차 발포제의 활성화 동안 이루어져야 한다. 융용 표면의 이러한 형성은 전구체 내의 발포제를 추가로 보호할 뿐만 아니라, 유리하게는 저밀도의 합성 팽창 미세 입자를 제공한다.It has already been mentioned that it is desirable to have the binder in the outward direction of the precursor so that the binder forms a molten surface during firing. The formation of such a molten surface should preferably take place before or during the activation of the foaming component, in particular during the activation of the primary blowing agent. This formation of the molten surface not only provides additional protection for the blowing agent in the precursor, but also advantageously provides low density synthetic expanded fine particles.

응집 전구체를 형성하는 분무 건조 방법을 사용하면, 응집 전구체의 상이한 영역 내의 결합제(또한 발포제)의 농도가 이러한 성분의 용해도 제한의 적절한 선택에 의해 조절될 수 있는 것이 예상치 않게 발견되었다. 따라서, 분무 건조 방법을 사용하는 경우, 결합제는, 응집 전구체의 외부에서 보다 농축되어 후속 소성 동안 용융 표면을 형성할 수 있도록 비교적 높은 수용해도를 갖는 것이 바람직하다. 알칼리 수산화물 등의 알칼리 화합물 또는 특히 규산나트륨 또는 나트륨 알루미노실리케이트의 화합물이 이와 관련하여 바람직한 결합제인데, 이는 이들이 수용해성이고 따라서 응집 전구체의 외부 방향으로 이동할 수 있기 때문이다.Using spray drying methods to form aggregated precursors, it was unexpectedly found that the concentration of binder (also blowing agent) in different regions of the aggregated precursor could be controlled by appropriate choice of solubility limitations of these components. Thus, when using a spray drying method, the binder preferably has a relatively high water solubility so that it is more concentrated outside of the flocculent precursor to form a molten surface during subsequent firing. Alkali compounds such as alkali hydroxides or in particular compounds of sodium silicate or sodium aluminosilicate are preferred binders in this regard because they are water soluble and can therefore move outwardly in the aggregate precursor.

합성 팽창된 미세 입자의 형성방법Method of Forming Synthetic Expanded Fine Particles

위에 기재한 방법으로 제조한 전구체는 소정의 온도 프로파일에서 소성시킴으로써 팽창된 미세 입자의 합성에 사용할 수 있다.Precursors prepared by the methods described above can be used for the synthesis of expanded fine particles by firing at a predetermined temperature profile.

바람직하게는, 소성 동안의 온도 프로파일은 전구체를 용융물로 융해시키고, 용융물의 점도를 감소시키며, 전구체의 표면을 밀봉하고, 용융물 내에서 기체의 팽창적 형성을 촉진하여 버블을 형성한다. 또한, 온도 프로파일은 바람직하게는 용융물을, 기체 버블이 단일 1차 공극을 합체 및 형성하기에 충분한 온도 및 시간에서 유지시켜야 한다. 발포 후, 새롭게 팽창된 입자는 신속하게 냉각하고, 따라서 중공 유리질 미세 입자를 형성한다. 따라서, 온도 프로파일은 바람직하게는 상향 또는 하향의 공기 스트림을 갖는 하나 이상의 온도 영역을 갖는 노, 예를 들면, 낙하식 튜브 노, 와동형 노, 유동층 노 또는 연료 연소식 노에 의해 제공됨이 바람직하다. 연료 연소식 노는, 전구체가 하나 또는 복수의 연소 영역 안으로 직접 도입되어 입자의 팽창 또는 발포를 일으키는 노 형태를 포함한다. 이러한 형태의 노는 입자들을 고온으로 직접 신속하게 가열시킨다는 이점을 갖기 때문에 바람직하다. 열원은 전기이거나, 천연 가스 또는 연료 오일과 같은 화석 연료를 연소시켜 공급받을 수 있다. 그러나, 천연 가스의 연소에 의한 방법이 전기적 가열보다 더 경제적이고 연료 오일의 연소에 비해 더 청정하기 때문에 바람직한 가열 방법이다.Preferably, the temperature profile during firing melts the precursor into the melt, reduces the viscosity of the melt, seals the surface of the precursor and promotes the expansion of gas in the melt to form bubbles. In addition, the temperature profile should preferably maintain the melt at a temperature and time sufficient for the gas bubbles to coalesce and form a single primary void. After foaming, the newly expanded particles cool rapidly, thus forming hollow glassy fine particles. Thus, the temperature profile is preferably provided by a furnace having at least one temperature region with an upward or downward air stream, for example a dropping tube furnace, a vortex furnace, a fluidized bed furnace or a fuel fired furnace. . Fuel-fired furnaces include a furnace form in which precursors are introduced directly into one or a plurality of combustion zones causing expansion or foaming of the particles. This type of furnace is preferred because it has the advantage of heating the particles directly to high temperature directly. The heat source may be electricity or may be supplied by burning fossil fuels such as natural gas or fuel oil. However, the method by combustion of natural gas is a preferred heating method because it is more economical than electrical heating and cleaner than combustion of fuel oil.

전형적으로, 소성 단계(b)에서 최대 소성 온도는 600 내지 2,500℃, 바람직하게는 800 내지 2,000℃, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 1,500℃, 특히 바람직하게는 1,100 내지 1,400℃ 범위이다. 그러나, 필수 온도 프로필은 사용되는 무기 주성분과 발포 성분의 종류에 따라 달라질 것임을 이해한다.Typically, the maximum firing temperature in the firing step (b) is in the range of 600 to 2,500 ° C., preferably 800 to 2,000 ° C., more preferably 1,000 to 1,500 ° C., particularly preferably 1,100 to 1,400 ° C. However, it is understood that the required temperature profile will vary depending on the type of inorganic principal and foam components used.

바람직하게는, 상술한 최대 소성 온도에의 노출 시간은 0.05 내지 20초, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10초일 것이다.Preferably, the exposure time to the above-mentioned maximum firing temperature will be 0.05 to 20 seconds, more preferably 0.1 to 10 seconds.

합성 미세 중공Synthetic fine hollow phrase

본 발명은 위에 기재한 방법으로 수득한 합성 미세 중공구를 추가로 제공한다. 이러한 미세 중공구는 제조비용이 저렴하고, 포집된 세노스페어에 대한 저렴한 대체물로서 유리하게 사용할 수 있다. 본 발명에 따르는 합성 중공 미세 입자는 전형적으로 밀폐된 쉘(공극) 구조를 갖는 실질적으로 구형인 벽을 포함한다. 합성 중공 미세 입자는 바람직하게는 다음과 같은 특징들 가운데 하나 이상을 가지며, 이들 특성은 포집된 세노스페어의 일반적인 특징들이다.The invention further provides synthetic fine hollow spheres obtained by the process described above. Such fine hollow spheres are inexpensive to manufacture and can be advantageously used as an inexpensive alternative to the collected xenospares. Synthetic hollow microparticles according to the present invention typically comprise a substantially spherical wall having a closed shell (pore) structure. Synthetic hollow microparticles preferably have one or more of the following characteristics, which are the general characteristics of the captured xeno spares.

(ⅰ) 약 0.8 내지 1의 종횡비;(Iii) an aspect ratio of about 0.8 to 1;

(ⅱ) 미세구의 총 용적을 기준으로 하여, 약 30 내지 95%의 공극 용적; (Ii) a pore volume of about 30 to 95% based on the total volume of the microspheres;

(ⅲ) 미세구 반경의 약 5 내지 30%의 벽 두께;(Iii) a wall thickness of about 5-30% of the microsphere radius;

(ⅳ) 30 내지 85중량%의 SiO2, 2 내지 45중량%(바람직하게는 6 내지 40중량%)의 Al2O3, 약 30중량% 이하의 2가 금속 산화물(예: MgO, CaO, SrO, BaO), 약 2 내지 10중량%의 일가 금속 산화물(예: Na2O, K2O) 및 약 20중량% 이하의 기타 금속 산화물(TiO2, Fe2O3 등과 같이 복수의 산화 상태로 존재하는 금속 산화물 포함)의 조성;(Iii) 30 to 85 weight percent SiO 2 , 2 to 45 weight percent (preferably 6 to 40 weight percent) Al 2 O 3 , up to about 30 weight percent divalent metal oxide (eg MgO, CaO, SrO, BaO), about 2 to 10% by weight of monovalent metal oxides (e.g. Na 2 O, K 2 O) and up to about 20% by weight of other metal oxides (TiO 2 , Fe 2 O 3, etc. Composition of the metal oxide);

(ⅴ) 약 1보다 큰 실리카 대 알루미나 비율;(Iii) a silica to alumina ratio greater than about 1;

(ⅵ) 30 내지 1,000μ, 보다 바람직하게는 40 내지 500μ의 평균 직경(30μ 이상의 평균 직경은 이러한 입자가 호흡가능한 분진인 것으로 간주되지 않기 때문에 유리하다);(Iii) an average diameter of 30 to 1,000 μ, more preferably 40 to 500 μ (average diameters of 30 μ or more are advantageous because such particles are not considered to be respirable dust);

(ⅶ) 1 내지 100μ, 바람직하게는 1 내지 70μ, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 20μ의 외벽 두께;(Iii) an outer wall thickness of 1 to 100 µ, preferably 1 to 70 µ, more preferably 2.5 to 20 µ;

(ⅷ) 0.1 내지 2.0g/㎤, 바람직하게는 0.2 내지 1.5g/㎤, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 1.0g/㎤의 입자 밀도 또는(Iii) a particle density of 0.1 to 2.0 g / cm 3, preferably 0.2 to 1.5 g / cm 3, more preferably 0.4 to 1.0 g / cm 3, or

(ⅸ) 약 1.4g/㎤ 미만, 바람직하게는 약 1.0g/㎤ 미만의 벌크 밀도. (Iii) a bulk density of less than about 1.4 g / cm 3, preferably less than about 1.0 g / cm 3.

합성 팽창된 미세 입자의 용도Use of Synthetic Expanded Fine Particles

본 발명에 따른 합성 팽창된 미세 입자는 광범위한 용도, 예를 들면, 충전재, 개질재, 용기 및 기판 응용에서 사용이 가능하다. 합성 미세구의 저렴한 가격과 일관된 특성으로 인하여 응용 범위는 포집된 세노스페어의 용도보다 더 광범위하다.Synthetic expanded fine particles according to the invention can be used in a wide range of applications, for example fillers, modifiers, containers and substrate applications. Due to the low cost and consistent nature of synthetic microspheres, the application range is wider than the use of captured xeno spares.

본 발명에 따른 합성 미세 입자는 복합 재료 중에 충전재로서 사용될 수 있으며, 이 경우 미세 입자는 비용 절감, 중량 감소, 개선된 가공성, 성능 향상, 개선된 기계 가공성 및/또는 개선된 작업성의 특성이 부여된다. 보다 상세하게는, 합성 미세 입자는 중합체(열경화성, 열가소성 및 무기 지중합체 포함), 무기 시멘트 재료(포틀랜드 시멘트, 석회 시멘트, 알루미나계 시멘트, 플래스터, 포스페이트계 시멘트, 마그네시아계 시멘트 및 기타의 수압 경화성 결합제를 포함하는 재료 포함), 콘크리트 시스템(정밀한 콘크리트 구조물, 틸트업 콘크리트 패널, 컬럼, 현탁된 콘크리트 구조물 등 포함), 퍼티(예: 공극 충전용 및 패칭용), 목재 복합재(파티클보드, 파이버보드, 목재/중합체 복합재 및 기타의 복합재 목재 구조물 포함), 점토 및 세라믹 중의 충전재로서 사용될 수 있다. 특히 바람직한 한 가지 용도는 섬유 시멘트 건축 자재에서의 용도이다.The synthetic fine particles according to the invention can be used as fillers in composite materials, in which case the fine particles are endowed with the properties of cost reduction, weight reduction, improved machinability, performance improvement, improved machinability and / or improved workability . More specifically, synthetic fine particles can be prepared from polymers (including thermosets, thermoplastics and inorganic geopolymers), inorganic cement materials (portland cement, lime cement, alumina cements, plasters, phosphate cements, magnesia cements and other hydraulic curables). Materials including binders), concrete systems (including precision concrete structures, tilt-up concrete panels, columns, suspended concrete structures, etc.), putty (e.g. for filling and patching voids), wood composites (particleboards, fiberboards) , Wood / polymer composites and other composite wood structures), clays and ceramics. One particularly preferred use is in fiber cement building materials.

합성 팽창된 미세 입자는 기타 재료들과 병용되어 개질재로서 사용될 수도 있다. 미세 입자는 크기 및 형태의 적합한 선택에 의해 특정 재료들과 혼합됨으로써 증가된 막 두께, 개선된 분포도, 개선된 유동성 등과 같은 독특한 특성들을 제공할 수 있다. 전형적인 개질재 용도는 광 반사 용도(예: 고속도로 표지 및 신호), 산업용 폭약, 폭발 에너지 흡수 구조물(예: 폭탄 및 폭약의 에너지 흡수용), 페인트 및 분말 코팅 용도, 분쇄 및 발파 용도, 굴착 용도(예: 유정 굴착용 시멘트), 접착 조성물 및 방음 또는 방열 용도를 포함한다. Synthetic expanded fine particles may be used in combination with other materials as a modifier. Fine particles can be mixed with certain materials by appropriate choice of size and shape to provide unique properties such as increased film thickness, improved distribution, improved flowability and the like. Typical modifier applications include light reflection applications (e.g. highway signs and signals), industrial explosives, explosive energy absorbing structures (e.g. energy absorption of bombs and explosives), paint and powder coating applications, grinding and blasting applications, excavation applications ( Eg cement for drilling oil wells), adhesive compositions, and soundproof or heat dissipation applications.

합성 팽창된 미세 입자는 기타의 재료를 함유하고/거나 저장하는 데 사용될 수도 있다. 전형적인 용기 용도는 의학 및 약학 용도(예: 약물용 미세 용기), 방사성 또는 독성 물질용 미세 용기, 및 기체 및 액체용 미세 용기를 포함한다.Synthetic expanded fine particles may be used to contain and / or store other materials. Typical container applications include medical and pharmaceutical applications (eg, micro containers for drugs), micro containers for radioactive or toxic substances, and micro containers for gases and liquids.

합성 팽창된 미세 입자는 표면 반응이 사용되는 다수의 용도(즉, 기판 용도)에서 특정한 표면 활성을 제공하는 데에도 사용될 수 있다. 표면 활성은 미세 입자에 금속 또는 세라믹 코팅 처리 또는 산 함침 처리 등과 같은 2차 처리를 실시함으로써 추가로 개선될 수 있다. 전형적인 기판 용도는 (유체로부터 오염물을 제거하기 위한) 이온 교환 용도, 촉매적 용도(미세 입자의 표면은 합성, 전환 또는 분해 반응에서 촉매로서 작용하도록 처리된다), 여과(오염물은 기체 또는 액체 스트림으로부터 제거된다), 중합체 복합재를 위한 도전성 충전재 또는 RF 차폐성 충전재, 및 의학 화상 용도를 포함한다.Synthetic expanded fine particles can also be used to provide specific surface activity in many applications where surface reactions are used (ie, substrate applications). Surface activity can be further improved by subjecting the fine particles to a secondary treatment such as metal or ceramic coating treatment or acid impregnation treatment. Typical substrate applications include ion exchange applications (to remove contaminants from fluids), catalytic applications (surfaces of fine particles are treated to act as catalysts in synthesis, conversion or decomposition reactions), filtration (contaminants from gas or liquid streams) Removed), conductive fillers or RF shielding fillers for polymer composites, and medical imaging applications.

이제, 본 발명을 하기 도면을 참조로 하여 단지 예를 통해 설명하기로 한다.The invention will now be described by way of example only with reference to the following figures.

도 1은 Na2O-SiO2 이원 계의 상 평형도이며, 조성은 SiO2의 중량 백분율로 표시된다.1 is a phase equilibrium diagram of a Na 2 O—SiO 2 binary system, the composition of which is expressed as weight percentage of SiO 2 .

도 2는, 가장 저렴한 당 및 가장 고가인 카바이드의 연속 활성화 온도를 나타내는, 3개의 바람직한 발포제, 즉 당, 카본 블랙 및 실리콘 카바이드의 TGA 플롯이다.2 is a TGA plot of three preferred blowing agents, sugar, carbon black and silicon carbide, showing the continuous activation temperatures of the cheapest sugars and the most expensive carbides.

도 3 내지 도 8은 실시예 1에서 수득한 합성 미세 중공구의 주사 전자 현미경 사진이다. 3 to 8 are scanning electron micrographs of the synthetic fine hollow spheres obtained in Example 1. FIG.

도 9 내지 도 14는 실시예 2에서 수득한 합성 미세 중공구의 주사 전자 현미경 사진이다.9 to 14 are scanning electron micrographs of the synthetic fine hollow spheres obtained in Example 2. FIG.

도 15 내지 17은 실시예 3에서 수득한 합성 미세 중공구의 주사 전자 현미경 사진이다.15 to 17 are scanning electron micrographs of the synthetic fine hollow spheres obtained in Example 3. FIG.

도 18 및 도 19는 실시예 4에서 수득한 합성 미세 중공구의 주사 전자 현미경 사진이다.18 and 19 are scanning electron micrographs of the synthetic fine hollow spheres obtained in Example 4. FIG.

도 20은 실시예 5에서 수득한 합성 미세 중공구의 주사 전자 현미경 사진이다.20 is a scanning electron micrograph of the synthetic fine hollow sphere obtained in Example 5. FIG.

실시예 1Example 1

본 실시예는 현무암 및 수산화나트륨으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This example describes a method of making expanded micro inclusions from a formulation consisting of basalt and sodium hydroxide.

당해 제형은 분쇄 현무암을 고체 수산화나트륨 및 물과 혼합하여 제조한다. 발포제와, 실리콘 카바이드, 당, 카본 블랙 및 석탄을 포함하는 조절제와의 각종 혼합물을 조합하여 또는 단독으로 첨가한다. 당해 제형은 표 1에 기재되어 있다. 현무암의 조성은 표 2에 기재되어 있다.The formulation is prepared by mixing milled basalt with solid sodium hydroxide and water. Various mixtures of blowing agents and modifiers comprising silicon carbide, sugars, carbon black and coal are added in combination or alone. The formulations are listed in Table 1. The composition of the basalt is listed in Table 2.

제형 1AFormulation 1A

당해 제형은 발포제로서 현무암, 수산화나트륨 및 당으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This formulation describes a process for preparing expanded microinclusions from formulations consisting of basalt, sodium hydroxide and sugars as blowing agents.

샘플은 약 2μ의 d50 입자 크기로 분쇄된 현무암 92g을 고체 수산화나트륨(박편) 5g, 시판되는 당 3g 및 물 23ml과 혼합하여 제조한다. 당해 제형은 표 1에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 92 g of crushed basalt with a d 50 particle size of about 2 μ with 5 g of solid sodium hydroxide (flakes), 3 g of commercially available sugar and 23 ml of water. The formulations are listed in Table 1.

제형 1BFormulation 1B

당해 제형은 발포제로서의 현무암, 수산화나트륨 및 카본 블랙으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This formulation describes a method of making expanded micro inclusions from a formulation consisting of basalt, sodium hydroxide and carbon black as blowing agents.

샘플은 약 2μ의 d50 입자 크기로 분쇄된 현무암 94g을 고체 수산화나트륨(박편) 5g, 시판 등급의 카본 블랙 1g 및 물 38ml과 혼합하여 제조한다. 당해 제형은 표 1에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 94 g of crushed basalt with a d 50 particle size of about 2 μ with 5 g of solid sodium hydroxide (flakes), 1 g of commercial grade carbon black and 38 ml of water. The formulations are listed in Table 1.

제형 1CFormulation 1C

당해 제형은 발포제로서의 현무암, 수산화나트륨 및 실리콘 카바이드로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This formulation describes a method of making expanded micro inclusions from a formulation consisting of basalt, sodium hydroxide and silicon carbide as blowing agents.

샘플은 약 1μ의 d50 입자 크기로 분쇄된 현무암 94.5g을 고체 수산화나트륨(박편) 5g, 시판 등급의 실리콘 카바이드 0.5g 및 물 38ml과 혼합하여 제조한다. 당해 제형은 표 1에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 94.5 g of basalt ground to a d 50 particle size of about 1 μ with 5 g of solid sodium hydroxide (flakes), 0.5 g of commercial grade silicon carbide and 38 ml of water. The formulations are listed in Table 1.

제형 1DFormulation 1D

당해 제형은 1차 발포제로서의 현무암, 수산화나트륨 및 실리콘 카바이드 및 조절제 또는 2차 발포제로서의 석탄으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.The formulation describes a process for producing expanded microinclusions from formulations consisting of basalt, sodium hydroxide and silicon carbide as primary blowing agents and coal as modifiers or secondary blowing agents.

샘플은 현무암 93.5g, 시판 등급의 실리콘 카바이드 0.5g 및 시판 등급의 석탄 1g을 혼합하여 제조하고, 생성된 블렌드를 약 1μ의 d50 입자 크기로 동시 분쇄한다. 이어서, 당해 블렌드를 고체 수산화나트륨(박편) 5g 및 물 38ml와 혼합한다. 당해 제형은 표 1에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 93.5 g of basalt, 0.5 g of commercial grade silicon carbide and 1 g of commercial grade coal, and co-pulverize the resulting blend to a d 50 particle size of about 1 μ. The blend is then mixed with 5 g of solid sodium hydroxide (flakes) and 38 ml of water. The formulations are listed in Table 1.

제형 1EFormulation 1E

당해 제형은 1차 발포제로서의 현무암, 수산화나트륨 및 실리콘 카바이드 및 조절제 또는 2차 발포제로서의 당으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This formulation describes a process for preparing expanded microinclusions from formulations consisting of basalt, sodium hydroxide and silicon carbide as primary blowing agents and sugars as modifiers or secondary blowing agents.

샘플은 약 1μ의 d50 입자 크기로 분쇄한 현무암 92g을 고체 수산화나트륨(박편) 5g, 시판 등급의 실리콘 카바이드 0.5g, 시판 당 2.5g 및 물 37ml와 혼합하여 제조한다. 당해 제형은 표 1에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 92 g of crushed basalt with a d 50 particle size of about 1 μ with 5 g of solid sodium hydroxide (flakes), 0.5 g of commercial grade silicon carbide, 2.5 g per commercially available and 37 ml of water. The formulations are listed in Table 1.

제형 1FFormulation 1F

당해 제형은 1차 발포제로서의 현무암, 수산화나트륨 및 카본 블랙 및 조절제 또는 2차 발포제로서의 당으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This formulation describes a process for preparing expanded microinclusions from formulations consisting of basalt, sodium hydroxide and carbon black as primary blowing agents and sugars as modifiers or secondary blowing agents.

샘플은 약 2μ의 d50 입자 크기로 분쇄한 현무암 91.4g을 고체 수산화나트륨(박편) 4.8g, 시판 등급의 카본 블랙 0.8g, 시판 당 3g 및 물 38ml와 혼합하여 제조한다.Samples are prepared by mixing 91.4 g of basalt crushed to a d 50 particle size of about 2μ with 4.8 g of solid sodium hydroxide (flakes), 0.8 g of commercial grade carbon black, 3 g per commercially available and 38 ml of water.

각각의 혼합물을 균질한 슬러리로 블렌딩하고, 편평한 접시에 부어 넣고, 실온에서 약 5분 동안 고화시킨다. 수득한 생성물을 약 50℃에서 약 20시간 동안 추가로 건조시키고, 이어서 분쇄하고 체질하여 크기 범위가 106 내지 180μ인 분말을 수득한다. 다음 단계에서, 분말을 수직 가열 튜브 노에 대략 0.14g/분의 공급 속도로 공급한다. 노의 일정한 온도 영역을 조절하여 최대 소성 온도에서 1초 미만 내지 약 수초의 체류 시간을 제공한다. 발포된 미세 내포물을, 노의 하부에 배치된 미세 메쉬 스크린으로 피복된 깔때기 형상의 수집 장치로 수집한다. 온화한 흡인을 노의 말단부에 적용하여 미세 내포물의 수집을 촉진한다. 생성물은 입자 밀도(예: 겉보기 밀도) 및 SEM에 의한 현미경 검사에 대해 특성화한다. 결과는 표 3에 요약되어 있다.Each mixture is blended into a homogeneous slurry, poured into a flat dish and solidified for about 5 minutes at room temperature. The resulting product is further dried at about 50 ° C. for about 20 hours, followed by grinding and sieving to yield a powder with a size range of 106 to 180 μ. In the next step, the powder is fed to a vertical heating tube furnace at a feed rate of approximately 0.14 g / min. The constant temperature range of the furnace is adjusted to provide a residence time of less than one second to about several seconds at the maximum firing temperature. The foamed fine inclusions are collected with a funnel-shaped collection device covered with a fine mesh screen disposed at the bottom of the furnace. Gentle suction is applied to the distal end of the furnace to facilitate the collection of fine inclusions. The product is characterized for particle density (eg, apparent density) and microscopic examination by SEM. The results are summarized in Table 3.

도 3 내지 9는 각각 제형 1A 내지 1F로부터 수득한 생성물의 SEM 검사를 나타낸다.3 to 9 show SEM inspection of the products obtained from Formulations 1A to 1F, respectively.

제형(g) 1A 내지 1FFormula (g) 1A-1F 제형 번호Formulation Number 현무암basalt 수산화나트륨Sodium hydroxide 발포제blowing agent 조절제Regulator 물(ml)Water (ml) 1A1A 92.092.0 5.05.0 3.0 당3.0 per -- 2323 1B1B 94.094.0 5.05.0 1.0 카본 블랙1.0 carbon black -- 3838 1C1C 94.594.5 5.05.0 0.5 SiC0.5 SiC -- 1D1D 93.593.5 5.05.0 0.5 SiC0.5 SiC 1.0 분말상 석탄1.0 powdered coal 3838 1E1E 92.092.0 5.05.0 0.5 SiC0.5 SiC 2.5 당2.5 per 3737 1F1F 91.491.4 4.84.8 0.8 카본 블랙0.8 carbon black 3.0 당3.0 per 3838

현무암의 조성Composition of basalt SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO SO3 SO 3 Na2ONa 2 O K2OK 2 O TiO2 TiO 2 Mn2O3 Mn 2 O 3 P2O5 P 2 O 5 gun 46.146.1 15.815.8 11.411.4 9.59.5 9.69.6 0.00.0 2.82.8 1.51.5 2.42.4 0.250.25 0.590.59 99.9499.94

결과 요약Summary of results 제형 번호Formulation Number 온도(℃)Temperature (℃) 체류 시간(초)Retention time (seconds) 겉보기 밀도(g/cm3)Apparent density (g / cm 3 ) 1A1A 13001300 0.6-1.10.6-1.1 1.281.28 1B1B 13001300 0.6-1.10.6-1.1 1.131.13 1C1C 12501250 0.6-1.10.6-1.1 1.131.13 1D1D 13001300 0.6-1.10.6-1.1 0.820.82 1E1E 13001300 0.6-1.10.6-1.1 0.850.85 1F1F 13001300 0.6-1.10.6-1.1 1.211.21

다음 결론이 표 1로부터 도출될 수 있다.The following conclusion can be drawn from Table 1.

1. SiC는 입자 밀도를 저하시키는 데 있어서 탄소 및 당보다 더욱 효과적인 1차 발포제이다. SiC의 총 함량(30중량% 탄소)은 탄소(100중량%) 및 당(40중량%) 중의 탄소의 당량보다 적다.1. SiC is a primary blowing agent more effective than carbon and sugars in lowering particle density. The total content of SiC (30 wt% carbon) is less than the equivalent of carbon in carbon (100 wt%) and sugar (40 wt%).

2. 하나 이상의 조절제와 함께 SiC를 사용하는 것은 당해 실시예에서 사용된 모든 단일 발포제와 비교하여 입자 밀도의 저하에 보다 효과적이다.2. The use of SiC with one or more modifiers is more effective at lowering the particle density compared to all single blowing agents used in this example.

3. 임의의 단일 발포제를 조절제와 혼합하여 최적화함으로써 생성물의 입자 밀도에 강력한 영향을 미칠 수 있다. 즉, 모든 SiC 혼합물은 탄소-당 혼합물과 비교하여 입자 밀도의 저하에 더욱 효과적이다.3. Any single blowing agent can be mixed with the optimizing agent to optimize the particle density of the product. That is, all SiC mixtures are more effective at lowering particle density compared to carbon-sugar mixtures.

실시예 2Example 2

당해 실시예는 다양한 실리케이트 화합물, 수산화나트륨 및 다중 발포제로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This example describes a method of making expanded micro inclusions from a formulation consisting of various silicate compounds, sodium hydroxide and multiple blowing agents.

팽창된 미세 내포물은 소다 석회 폐 유리와 각종 실리케이트 재료의 블렌드를 사용하여 제조한다. 이들 블렌드는 또한 조절제, 당 및/또는 카본 블랙과 함께 1차 발포제 및 실리콘 카바이드의 조절제와의 혼합물을 포함한다. 당해 제형는 표 4에 기재되어 있다. 당해 연구에 사용된 폐 유리의 조성은 표 5에 기재되어 있다.Expanded fine inclusions are made using a blend of soda lime waste glass and various silicate materials. These blends also include mixtures of modifiers of primary carbides and silicon carbide with modifiers, sugars and / or carbon blacks. The formulations are listed in Table 4. The composition of the waste glass used in this study is described in Table 5.

제형 2AFormulation 2A

당해 제형은 발포제로서의 실리콘 카바이드 및 조절제로서의 카본 블랙과 함께 유리 및 수산화나트륨으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.The formulation describes a process for producing expanded micro inclusions from a formulation consisting of free and sodium hydroxide with silicon carbide as blowing agent and carbon black as controlling agent.

샘플은 약 1μ의 d50 입자 크기로 분쇄된 유리 95.6g을 고체 수산화나트륨(박편) 3g, 시판 등급의 실리콘 카바이드 0.4g, 시판 등급의 카본 블랙 1g 및 물 58ml와 혼합하여 제조한다. 당해 제형은 표 4에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 95.6 g of crushed glass with a d 50 particle size of about 1 μ with 3 g of solid sodium hydroxide (flakes), 0.4 g of commercial grade silicon carbide, 1 g of commercial grade carbon black and 58 ml of water. The formulations are listed in Table 4.

제형 2BFormulation 2B

당해 제형은 발포제로서의 실리콘 카바이드 및 조절제로서의 카본 블랙과 함께 유리, 플라이 애쉬 및 수산화나트륨으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This formulation describes a method of making expanded microinclusions from a formulation consisting of glass, fly ash and sodium hydroxide together with silicon carbide as blowing agent and carbon black as controlling agent.

샘플은 유리 65.5g 및 플라이 애쉬 28.1g을 혼합하여 제조하고, 여기서 혼합물은 약 2μ의 d50 입자 크기로 동시 분쇄한다. 유리/플라이 애쉬 블렌드를 고체 수산화나트륨(박편) 5g, 시판 등급의 실리콘 카바이드 0.4g, 시판 등급의 카본 블랙 1g 및 물 42ml와 혼합한다. 제형은 표 4에 기재되어 있다. 플라이 애쉬의 조성은 표 5에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 65.5 g of glass and 28.1 g of fly ash, where the mixture is co-pulverized to a d 50 particle size of about 2 μ. The glass / fly ash blend is mixed with 5 g of solid sodium hydroxide (flakes), 0.4 g of commercial grade silicon carbide, 1 g of commercial grade carbon black and 42 ml of water. The formulations are listed in Table 4. The composition of the fly ash is listed in Table 5.

제형 2CFormulation 2C

당해 제형은 발포제로서의 실리콘 카바이드 및 조절제로서의 카본 블랙과 함께 유리, 현무암 및 수산화나트륨으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This formulation describes a process for preparing expanded fine inclusions from a formulation consisting of glass, basalt and sodium hydroxide, with silicon carbide as a blowing agent and carbon black as a modifier.

샘플은 유리 46.8g 및 현무암 46.8g을 혼합하여 제조하고, 여기서 혼합물은 약 2μ의 d50 입자 크기로 동시 분쇄한다. 유리/현무암 블렌드를 고체 수산화나트륨(박편) 5g, 시판 등급의 실리콘 카바이드 0.4g, 시판 등급의 카본 블랙 1g 및 물 37ml와 혼합한다. 제형은 표 4에 기재되어 있다. 현무암의 조성은 표 5에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 46.8 g of glass and 46.8 g of basalt, where the mixture is co-pulverized to a d 50 particle size of about 2 μ. The glass / basalt blend is mixed with 5 g of solid sodium hydroxide (flakes), 0.4 g of commercial grade silicon carbide, 1 g of commercial grade carbon black and 37 ml of water. The formulations are listed in Table 4. The composition of the basalt is listed in Table 5.

제형 2DFormulation 2D

당해 제형은 발포제로서의 실리콘 카바이드 및 조절제로서의 카본 블랙과 함께 유리, 화산재 및 수산화나트륨으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This formulation describes a process for preparing expanded microinclusions from formulations consisting of glass, ash and sodium hydroxide, with silicon carbide as blowing agent and carbon black as modifier.

샘플은 유리 46.8g 및 화산재 46.8g을 혼합하여 제조하고, 여기서 혼합물은 약 2μ의 d50 입자 크기로 동시 분쇄한다. 유리/화산재 블렌드를 고체 수산화나트륨(박편) 5g, 시판 등급의 실리콘 카바이드 0.4g, 시판 등급의 카본 블랙 1g 및 물 50ml와 혼합한다. 당해 제형은 표 4에 기재되어 있다. 화산재의 조성은 표 5에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 46.8 g of glass and 46.8 g of ash, where the mixture is co-pulverized to a d 50 particle size of about 2 μ. The glass / volcanic blend is mixed with 5 g of solid sodium hydroxide (flakes), 0.4 g of commercial grade silicon carbide, 1 g of commercial grade carbon black and 50 ml of water. The formulations are listed in Table 4. The composition of the ash is shown in Table 5.

제형 2EFormulation 2E

당해 제형은 1차 발포제로서의 실리콘 카바이드 및 조절제로서의 당과 함께 유리, 안산암 및 수산화나트륨으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This formulation describes a process for preparing expanded microinclusions from formulations consisting of free, andesite and sodium hydroxide, with silicon carbide as primary blowing agent and sugar as modulator.

샘플은 유리 47.1g 및 안산암 47.1g을 혼합하여 제조하고, 여기서 혼합물은 약 2μ의 d50 입자 크기로 동시 분쇄한다. 유리/안산암 블렌드를 고체 수산화나트륨(박편) 3g, 시판 등급의 실리콘 카바이드 0.4g, 당 2.5g 및 물 50ml와 혼합한다. 제형은 표 4에 기재되어 있다. 안산암의 조성은 표 5에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 47.1 g of glass and 47.1 g of andesite, where the mixture is co-pulverized to a d 50 particle size of about 2 μ. The glass / andite blend is mixed with 3 g of solid sodium hydroxide (flakes), 0.4 g of commercial grade silicon carbide, 2.5 g per sugar and 50 ml of water. The formulations are listed in Table 4. The composition of the andesite is listed in Table 5.

제형 2FFormulation 2F

당해 제형은 발포제로서의 실리콘 카바이드 및 조절제로서의 카본 블랙과 함께 유리, 안산암 및 수산화나트륨으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This formulation describes a process for producing expanded microinclusions from formulations consisting of glass, andesite and sodium hydroxide together with silicon carbide as blowing agent and carbon black as controlling agent.

샘플은 유리 47.8g 및 안산암 47.8g을 혼합하여 제조하고, 여기서 혼합물은 약 1μ의 d50 입자 크기로 동시 분쇄한다. 유리/안산암 블렌드를 고체 수산화나트륨(박편) 3g, 시판 등급의 실리콘 카바이드 0.4g, 시판 등급의 카본 블랙 1g 및 물 43ml와 혼합한다. 제형은 표 4에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 47.8 g of glass and 47.8 g of andesite, where the mixture is co-pulverized to a d 50 particle size of about 1 μ. The glass / andite blend is mixed with 3 g of solid sodium hydroxide (flakes), 0.4 g of commercial grade silicon carbide, 1 g of commercial grade carbon black and 43 ml of water. The formulations are listed in Table 4.

각각의 혼합물을 균질한 슬러리로 블렌딩하고, 편평한 접시에 부어 넣고, 실온에서 약 5분 동안 고화시킨다. 수득한 생성물을 약 50℃에서 약 20시간 동안 추가로 건조시키고, 이어서 분쇄하고 체질하여 크기 범위가 106 내지 180μ인 분말을 수득한다. 다음 단계에서, 분말을 수직 가열 튜브 노에 대략 0.14g/분의 공급 속도로 공급한다. 노의 일정한 온도 영역을 조절하여 최대 소성 온도에서 1초 미만 내지 약 수초의 체류 시간을 제공한다. 발포된 미세 내포물을, 노의 하부에 배치된 미세 메쉬 스크린으로 피복된 깔때기 형상의 수집 장치로 수집한다. 온화한 흡인을 노의 말단부에 적용하여 미세 내포물의 수집을 촉진한다. 생성물은 입자 밀도(예: 겉보기 밀도) 및 SEM에 의한 현미경 검사에 대해 특성화한다. Each mixture is blended into a homogeneous slurry, poured into a flat dish and solidified for about 5 minutes at room temperature. The resulting product is further dried at about 50 ° C. for about 20 hours, followed by grinding and sieving to yield a powder with a size range of 106 to 180 μ. In the next step, the powder is fed to a vertical heating tube furnace at a feed rate of approximately 0.14 g / min. The constant temperature range of the furnace is adjusted to provide a residence time of less than one second to about several seconds at the maximum firing temperature. The foamed fine inclusions are collected with a funnel-shaped collection device covered with a fine mesh screen disposed at the bottom of the furnace. Gentle suction is applied to the distal end of the furnace to facilitate the collection of fine inclusions. The product is characterized for particle density (eg, apparent density) and microscopic examination by SEM.

결과는 표 6에 요약되어 있다.The results are summarized in Table 6.

도 10 내지 16은 각각 제형 2A 내지 2F로부터 수득한 생성물의 SEM 검사를 나타낸다.10-16 show SEM inspection of the products obtained from Formulations 2A to 2F, respectively.

제형(g) 2A 내지 2FFormulation (g) 2A to 2F 제형 번호Formulation Number 폐 유리Waste glass 추가 성분Additional ingredients 수산화나트륨Sodium hydroxide 발포제blowing agent 조절제Regulator 물(ml)Water (ml) 2A2A 95.695.6 -- 3.03.0 0.4 SiC0.4 SiC 1.0 카본 블랙1.0 carbon black 5858 2B2B 65.565.5 28.1 플라이 애쉬28.1 fly ash 5.05.0 0.4 SiC0.4 SiC 1.0 카본 블랙1.0 carbon black 4242 2C2C 46.846.8 46.8 현무암46.8 basalt 5.05.0 0.4 SiC0.4 SiC 1.0 카본 블랙1.0 carbon black 3737 2D2D 46.846.8 46.8 화산재46.8 Ash 5.05.0 0.4 SiC0.4 SiC 1.0 카본 블랙1.0 carbon black 5050 2E2E 47.147.1 47.1 안산암47.1 Andesite 3.03.0 0.4 SiC0.4 SiC 2.5 당2.5 per 4242 2F2F 47.847.8 47.8 안산암47.8 Andesite 3.03.0 0.4 SiC0.4 SiC 1.0 카본 블랙1.0 carbon black 4343

화학적 조성Chemical composition SiO2 SiO 2 Al2OAl 2 O Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO SO3 SO 3 Na2ONa 2 O K2OK 2 O TiO2 TiO 2 Mn2O3 Mn 2 O 3 P2O5 P 2 O 5 gun 유리Glass 74.774.7 2.02.0 0.90.9 11.111.1 0.60.6 0.00.0 10.010.0 0.50.5 0.060.06 0.060.06 0.020.02 99.9499.94 플라이 애쉬Fly ash 52.752.7 20.220.2 13.213.2 7.67.6 2.52.5 0.40.4 0.40.4 1.31.3 1.31.3 0.160.16 0.080.08 99.8499.84 화산재Volcanic ash 76.476.4 12.412.4 2.12.1 0.90.9 0.30.3 0.00.0 2.12.1 5.55.5 0.150.15 0.080.08 0.030.03 99.9699.96 안산암Andesite 67.867.8 15.215.2 4.64.6 2.12.1 0.60.6 0.00.0 2.72.7 4.94.9 0.70.7 0.90.9 0.280.28 99.7899.78

결과 요약Summary of results 제형 번호Formulation Number 온도(℃)Temperature (℃) 체류 시간(초)Retention time (seconds) 겉보기 밀도(g/cm3)Apparent density (g / cm 3 ) 2A2A 12001200 0.6-1.10.6-1.1 0.980.98 2B2B 13001300 0.6-1.10.6-1.1 1.111.11 2C2C 12001200 0.6-1.10.6-1.1 0.930.93 2D2D 12001200 0.6-1.10.6-1.1 0.940.94 2E2E 13001300 0.6-1.10.6-1.1 0.930.93 2F2F 13001300 0.6-1.10.6-1.1 0.770.77

다음 결론이 실시예 2로부터 도출될 수 있다.The following conclusion can be drawn from Example 2.

1. 발포제와 조절제, 즉 실리콘 카바이드-탄소 및 실리콘 카바이드-당의 혼합물은 팽창된 미세 내포물의 제조에 매우 효과적이다.1. A mixture of blowing agents and modifiers, namely silicon carbide-carbon and silicon carbide-sugars, is very effective for the production of expanded fine inclusions.

2. 폐 유리는 각종 실리케이트 혼합물에 대한 경제적이고 적합한 첨가물이다.2. Waste glass is an economical and suitable additive to various silicate mixtures.

3. 본 발명에 따르는 팽창된 미세 내포물의 제조에 적합한 실리케이트 원료는 광범위한 폐 부산물, 광물, 화학물질 및 암석으로부터 선택될 수 있다.3. The silicate raw material suitable for the preparation of the expanded fine inclusions according to the present invention can be selected from a wide range of waste by-products, minerals, chemicals and rocks.

실시예 3Example 3

당해 실시예는 다양한 양의 화산재, 수산화나트륨, 발포제와 조절제의 혼합물 및 기타 미량 첨가물로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This example describes a process for preparing expanded microinclusions from formulations consisting of varying amounts of volcanic ash, sodium hydroxide, mixtures of blowing and control agents, and other minor additives.

제형 3AFormulation 3A

샘플은 약 3μ의 d50 입자 크기로 분쇄된 화산재 78.2g을 고체 수산화나트륨(박편) 20g, 1차 발포제로서의 시판 등급의 실리콘 카바이드 0.8g, 조절제로서의 시판 등급의 카본 블랙 1g 및 물 43ml와 혼합하여 제조한다.The sample was mixed 78.2 g of volcanic ash ground to a d 50 particle size of about 3μ with 20 g of solid sodium hydroxide (flakes), 0.8 g of commercial grade silicon carbide as the primary blowing agent, 1 g of commercial grade carbon black as the regulator and 43 ml of water. Manufacture.

제형 3B 및 3CFormulations 3B and 3C

샘플은 약 1μ의 d50 입자 크기로 동시 분쇄된 화산재 및 산화철(III)의 블렌드를 사용하여 제조한다. 당해 제형은 표 7에 기재되어 있다. 화산재의 조성은 표 5에 기재되어 있다. 혼합물을 균질한 슬러리로 블렌딩하고, 편평한 접시에 부어 넣고, 실온에서 약 5분 동안 고화시킨다. 수득한 생성물을 약 50℃에서 약 20시간 동안 추가로 건조시키고, 이어서 분쇄하고 체질하여 크기 범위가 106 내지 180μ인 분말을 수득한다. 다음 단계에서, 분말을 수직 가열 튜브 노에 대략 0.14g/분의 공급 속도로 공급한다. 노의 일정한 온도 영역을 조절하여 최대 소성 온도에서 1초 미만 내지 약 수초의 체류 시간을 제공한다. 발포된 미세 내포물을, 노의 하부에 배치된 미세 메쉬 스크린으로 피복된 깔때기 형상의 수집 장치로 수집한다. 온화한 흡인을 노의 말단부에 적용하여 미세 내포물의 수집을 촉진한다. 생성물은 입자 밀도(예: 겉보기 밀도) 및 SEM에 의한 현미경 검사에 대해 특성화한다. Samples are prepared using a blend of volcanic ash and iron (III) co-milled to a d 50 particle size of about 1 μ. The formulations are listed in Table 7. The composition of the ash is shown in Table 5. The mixture is blended into a homogeneous slurry, poured into a flat dish and solidified for about 5 minutes at room temperature. The resulting product is further dried at about 50 ° C. for about 20 hours, followed by grinding and sieving to yield a powder with a size range of 106 to 180 μ. In the next step, the powder is fed to a vertical heating tube furnace at a feed rate of approximately 0.14 g / min. The constant temperature range of the furnace is adjusted to provide a residence time of less than one second to about several seconds at the maximum firing temperature. The foamed fine inclusions are collected with a funnel-shaped collection device covered with a fine mesh screen disposed at the bottom of the furnace. Gentle suction is applied to the distal end of the furnace to facilitate the collection of fine inclusions. The product is characterized for particle density (eg, apparent density) and microscopic examination by SEM.

결과는 표 8에 요약되어 있다.The results are summarized in Table 8.

도 17 내지 20은 각각 제형 3A 내지 3C로부터 수득한 생성물의 샘플당 2개의 횡단면적을 나타낸다.17-20 show two cross sectional areas per sample of the product obtained from Formulations 3A to 3C, respectively.

제형(g) 3A 내지 3CFormulation (g) 3A-3C 제형 번호Formulation Number 화산재Volcanic ash 수산화나트륨Sodium hydroxide 발포제blowing agent 조절제Regulator 산화철(III)Iron oxide (III) 물(ml)Water (ml) 3A3A 78.278.2 20.020.0 0.8 SiC0.8 SiC 1.0 카본 블랙1.0 carbon black 4343 3B3B 76.676.6 19.619.6 0.80.8 1.0 카본 블랙1.0 carbon black 2.02.0 4343 3C3C 86.286.2 9.89.8 0.80.8 1.0 카본 블랙1.0 carbon black 2.22.2 4343

결과 요약Summary of results 제형 번호Formulation Number 온도(℃)Temperature (℃) 체류 시간(초)Retention time (seconds) 겉보기 밀도(g/cm3)Apparent density (g / cm 3 ) 3A3A 12001200 0.6-1.10.6-1.1 0.710.71 3B3B 12001200 0.6-1.10.6-1.1 0.600.60 3C3C 12001200 0.6-1.10.6-1.1 0.590.59

다음 결론이 실시예 3으로부터 도출될 수 있다.The following conclusion can be drawn from Example 3.

1. 1차 발포제로서의 실리콘 카바이드 및 조절제로서의 카본 블랙의 혼합은 화산재를 매우 경질의 환상 생성물로 팽창시키는 데 있어서 매우 효과적이다.1. The mixing of silicon carbide as primary blowing agent and carbon black as controlling agent is very effective in expanding volcanic ash into very hard cyclic products.

2. 나트륨 농도가 제형에서 증가함에 따라, 생성물의 구형률(roundness)은 대략 구형 형상에 도달한다. 산화나트륨은 실리케이트 유리에 대한 강력한 용융제, 예를 들면, 점도 감소제이다. 따라서, 점도가 보다 작은 제형은 환상 미세 입자보다 구형의 팽창된 입자를 형성하는 경향이 있고, 이는 주로 소성 온도에서 보다 낮은 표면 장력에 기인한다.2. As the sodium concentration increases in the formulation, the roundness of the product reaches approximately spherical shape. Sodium oxide is a strong melt for silicate glasses, for example viscosity reducing agents. Therefore, formulations with lower viscosities tend to form spherical expanded particles than cyclic fine particles, mainly due to lower surface tension at firing temperatures.

실시예 4Example 4

당해 실시예는 플라이 애쉬, 수산화나트륨 및 발포 조절제로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This example describes a method of making expanded microinclusions from a formulation consisting of fly ash, sodium hydroxide and foam control agents.

제형 4AFormulation 4A

샘플은 약 4μ의 d50 입자 크기로 분쇄된 타입 F 플라이 애쉬 79g을 고체 수산화나트륨(박편) 19g, 1차 발포제로서의 시판 등급의 실리콘 카바이드 1g, 조절제로서의 시판 등급의 카본 블랙 1g 및 물 42ml와 혼합하여 제조한다.The sample mixed 79 g of a Type F fly ash with a d 50 particle size of about 4μ with 19 g of solid sodium hydroxide (flakes), 1 g of commercial grade silicon carbide as the primary blowing agent, 1 g of commercial grade carbon black as the regulator and 42 ml of water. To prepare.

제형 4BFormulation 4B

샘플은 제형 4A에 사용된 것과 유사한 타입 F 플라이 애쉬 68.7g을 표 9에 기재된 바와 같이 고체 수산화나트륨 29.5g과 혼합하여 제조한다. 플라이 애쉬의조성은 표 5에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 68.7 g of Type F fly ash similar to that used in Formulation 4A with 29.5 g of solid sodium hydroxide as described in Table 9. The composition of the fly ash is shown in Table 5.

혼합물을 균질한 슬러리로 블렌딩하고, 편평한 접시에 부어 넣고, 실온에서 약 5분 동안 고화시킨다. 수득한 생성물을 약 50℃에서 약 20시간 동안 추가로 건조시키고, 이어서 분쇄하고 체질하여 크기 범위가 106 내지 180μ인 분말을 수득한다. 다음 단계에서, 분말을 수직 가열 튜브 노에 대략 0.14g/분의 공급 속도로 공급한다. 노의 일정한 온도 영역을 조절하여 최대 소성 온도에서 1초 미만 내지 약 수초의 체류 시간을 제공한다. 발포된 미세 내포물을, 노의 하부에 배치된 미세 메쉬 스크린으로 피복된 깔때기 형상의 수집 장치로 수집한다. 온화한 흡인을 노의 말단부에 적용하여 미세 내포물의 수집을 촉진한다. 생성물은 입자 밀도(예: 겉보기 밀도) 및 SEM에 의한 현미경 검사에 대해 특성화한다. The mixture is blended into a homogeneous slurry, poured into a flat dish and solidified for about 5 minutes at room temperature. The resulting product is further dried at about 50 ° C. for about 20 hours, followed by grinding and sieving to yield a powder with a size range of 106 to 180 μ. In the next step, the powder is fed to a vertical heating tube furnace at a feed rate of approximately 0.14 g / min. The constant temperature range of the furnace is adjusted to provide a residence time of less than one second to about several seconds at the maximum firing temperature. The foamed fine inclusions are collected with a funnel-shaped collection device covered with a fine mesh screen disposed at the bottom of the furnace. Gentle suction is applied to the distal end of the furnace to facilitate the collection of fine inclusions. The product is characterized for particle density (eg, apparent density) and microscopic examination by SEM.

결과는 표 10에 요약되어 있다.The results are summarized in Table 10.

도 21 내지 22는 각각 제형 4A 및 4B로부터 수득한 생성물의 샘플당 2개의 횡단면적을 나타낸다.21-22 show two cross sectional areas per sample of product obtained from Formulations 4A and 4B, respectively.

제형(g) 4A 및 4BFormulation (g) 4A and 4B 제형 번호Formulation Number 플라이 애쉬Fly ash 수산화나트륨Sodium hydroxide 발포제blowing agent 조절제Regulator 물(ml)Water (ml) 4A4A 79.079.0 19.019.0 1.0 SiC1.0 SiC 1.0 카본 블랙1.0 carbon black 42.042.0 4B4B 68.768.7 29.529.5 0.8 SiC0.8 SiC 1.0 카본 블랙1.0 carbon black 42.042.0

결과 요약Summary of results 제형 번호Formulation Number 온도(℃)Temperature (℃) 체류 시간(초)Retention time (seconds) 겉보기 밀도(g/cm3)Apparent density (g / cm 3 ) 4A4A 12001200 0.6-1.10.6-1.1 0.670.67 4B4B 12001200 0.6-1.10.6-1.1 1.031.03

다음 결론이 실시예 4로부터 도출될 수 있다.The following conclusion can be drawn from Example 4.

1. 1차 발포제로서의 실리콘 카바이드 및 조절제로서의 탄소의 혼합물은 실리케이트 폐 부산물, 즉 플라이 애쉬로부터 저밀도 미세 내포물을 제조하는 데 있어서 매우 효과적이다.1. A mixture of silicon carbide as primary blowing agent and carbon as modifier is very effective in producing low density fine inclusions from silicate waste by-products, ie fly ash.

2. 융용 화합물(예: 수산화나트륨)의 농도를 최적화하여 입자 밀도가 낮은 우수한 구형 미세 내포물을 제조할 수 있다.2. By optimizing the concentration of the molten compound (eg sodium hydroxide), excellent spherical fine inclusions with low particle density can be produced.

3. 용융제의 농도가 최적 값보다 높으면, 생성물의 입자 밀도가 증가할 뿐만 아니라, 경제성에 역효과를 미친다. 폐 플라이 애쉬는 수산화나트륨보다 덜 비싸다.3. If the concentration of the melt is higher than the optimum value, not only the particle density of the product increases, but also adversely affects the economics. Lung fly ash is less expensive than sodium hydroxide.

실시예 5Example 5

당해 실시예는 포스페이트 광석 분광으로부터의 폐 생성물인 인산 점토, 수산화나트륨, 실리콘 카바이드 및 카본 블랙으로 이루어진 제형으로부터 팽창된 미세 내포물을 제조하는 방법을 설명한다.This example describes a process for preparing expanded inclusions from a formulation consisting of waste products phosphate clay, sodium hydroxide, silicon carbide and carbon black from phosphate ore spectroscopy.

제형 5AFormulation 5A

샘플은 0.6μ의 d50 입자 크기로 분쇄된 인산 점토 88.4g을 고체 수산화나트륨(박편) 9.8g, 시판 등급의 실리콘 카바이드 0.8g, 시판 등급의 카본 블랙 1.0g 및 물 85ml와 혼합하여 제조한다. 인산 점토의 조성은 표 11에 기재되어 있다.Samples are prepared by mixing 88.4 g of ground phosphate clay with a d 50 particle size of 0.6 μg with 9.8 g of solid sodium hydroxide (flakes), 0.8 g of commercial grade silicon carbide, 1.0 g of commercial grade carbon black and 85 ml of water. The composition of phosphate clays is listed in Table 11.

혼합물을 균질한 슬러리로 블렌딩하고, 편평한 접시에 부어 넣고, 실온에서 약 5분 동안 고화시킨다. 수득한 생성물을 약 50℃에서 약 20시간 동안 추가로 건조시키고, 이어서 분쇄하고 체질하여 크기 범위가 106 내지 180μ인 분말을 수득한다. 다음 단계에서, 분말을 수직 가열 튜브 노에 대략 0.14g/분의 공급 속도로 공급한다. 노의 일정한 온도 영역을 조절하여 최대 소성 온도에서 1초 미만 내지 약 수초의 체류 시간을 제공한다. 발포된 미세 내포물을, 노의 하부에 배치된 미세 메쉬 스크린으로 피복된 깔때기 형상의 수집 장치로 수집한다. 온화한 흡인을 노의 말단부에 적용하여 미세 내포물의 수집을 촉진한다. 생성물은 입자 밀도(예: 겉보기 밀도) 및 SEM에 의한 현미경 검사에 대해 특성화한다. The mixture is blended into a homogeneous slurry, poured into a flat dish and solidified for about 5 minutes at room temperature. The resulting product is further dried at about 50 ° C. for about 20 hours, followed by grinding and sieving to yield a powder with a size range of 106 to 180 μ. In the next step, the powder is fed to a vertical heating tube furnace at a feed rate of approximately 0.14 g / min. The constant temperature range of the furnace is adjusted to provide a residence time of less than one second to about several seconds at the maximum firing temperature. The foamed fine inclusions are collected with a funnel-shaped collection device covered with a fine mesh screen disposed at the bottom of the furnace. Gentle suction is applied to the distal end of the furnace to facilitate the collection of fine inclusions. The product is characterized for particle density (eg, apparent density) and microscopic examination by SEM.

결과는 표 12에 요약되어 있다.The results are summarized in Table 12.

도 35 및 36은 생성물의 횡단면을 나타낸다.35 and 36 show cross sections of the product.

인산 점토의 화학적 조성Chemical Composition Of Phosphate Clay SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO SO3 SO 3 Na2ONa 2 O K2OK 2 O TiO2 TiO 2 Mn2O3 Mn 2 O 3 P2O5 P 2 O 5 gun 36.536.5 17.817.8 2.72.7 20.820.8 3.43.4 0.330.33 0.290.29 0.880.88 0.570.57 0.050.05 16.716.7 100.0100.0

결과 요약Summary of results 온도(℃)Temperature (℃) 체류 시간(초)Retention time (seconds) 겉보기 밀도(g/cm3)Apparent density (g / cm 3 ) 13001300 0.8-1.50.8-1.5 0.920.92

다음 결론이 실시예 5로부터 도출될 수 있다.The following conclusion can be drawn from Example 5.

1. 실리콘 카바이드 및 탄소의 다중 발포제 혼합물은 폐 점토 부산물로부터 저밀도 미세 내포물을 제조하는 데 효과적으로 사용된다.1. Multiple blowing agent mixtures of silicon carbide and carbon are effectively used to produce low density fine inclusions from waste clay by-products.

2. P2O5-CaO 조합된 농도는, 생성물의 총 중량%를 기준으로 하여, 33중량% 이상이다. 당해 혼합물은 생성물 속에 무정형 인회석 상을 강력하게 형성할 수 있다.2. The P 2 O 5 -CaO combined concentration is at least 33% by weight, based on the total weight% of the product. The mixture can strongly form an amorphous apatite phase in the product.

인회석 함유 생성물은 의학 용도에서 유용한 생물활성 반응을 나타낼 수 있다.Apatite containing products may exhibit useful bioactive reactions in medical applications.

본 발명은 본 발명의 취지 또는 범주를 벗어나지 않고도 다른 형태를 실시할 수 있는 것으로 이해될 것이다.It is to be understood that the present invention may be embodied in other forms without departing from the spirit or scope of the invention.

Claims (111)

무기 주성분과 발포제의 수성 혼합물을 형성하고, 당해 혼합물을 건조시키고, 임의로 소정 크기로 분쇄함으로써 전구체를 제공하는 단계 및 Providing an precursor by forming an aqueous mixture of an inorganic main component and a blowing agent, drying the mixture and optionally grinding to a predetermined size; and 당해 전구체를 소성시켜 발포제를 활성화(여기서, 발포제의 활성화는 당해 발포제가 소정의 최적 온도 범위에서 활성화되도록 조절된다)시킴으로써 전구체를 팽창시키고 저밀도 재료를 형성하는 단계를 포함하는, 저밀도 재료의 제조방법.Firing the precursor to activate the blowing agent, wherein activation of the blowing agent is controlled to activate the blowing agent at a predetermined optimum temperature range, thereby expanding the precursor and forming a low density material. 제1항에 있어서, 저밀도 재료가 직경 1,000μ이하의 미세 입자인 방법.The method of claim 1, wherein the low density material is fine particles of 1,000 μm or less in diameter. 제1항 또는 제2항에 있어서, 발포제가, 무기 주성분이 용융되는 온도 범위에서 활성화되고 최적 점도 범위로 존재하는 방법.The process according to claim 1 or 2, wherein the blowing agent is activated in the temperature range in which the inorganic main component is melted and is present in the optimum viscosity range. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 발포제가 조절제의 첨가로 조절되는 방법.The process according to claim 1, wherein the blowing agent is controlled by the addition of modifiers. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 발포제가 1차 발포제로서 제공되고 조절제가 2차 발포제로서 제공되는 방법.The method according to claim 1, wherein the blowing agent is provided as the primary blowing agent and the regulator is provided as the secondary blowing agent. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 1차 발포제가 제1 활성화 온도 를 갖고 2차 발포제가 제1 활성화 온도보다 낮은 제2 활성화 온도를 갖는 방법.6. The method of claim 1, wherein the primary blowing agent has a first activation temperature and the secondary blowing agent has a second activation temperature lower than the first activation temperature. 7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 1차 발포제가 분말상 석탄, 카본 블랙, 활성탄, 흑연, 탄소성 중합체 유기물, 오일, 당, 옥수수 시럽 또는 전분과 같은 탄수화물, PVA, 카보네이트, 카바이드, 설페이트, 설파이드, 니트라이드, 니트레이트, 아민, 폴리올, 글리콜 및 글리세린으로부터 선택되는 방법.The method of claim 1, wherein the primary blowing agent is powdered coal, carbon black, activated carbon, graphite, carbonaceous polymer organics, oils, sugars, carbohydrates such as corn syrup or starch, PVA, carbonate, carbide , Sulfates, sulfides, nitrides, nitrates, amines, polyols, glycols and glycerin. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 2차 발포제가 분말상 석탄, 카본 블랙, 활성탄, 흑연, 탄소성 중합체 유기물, 오일, 당, 옥수수 시럽 또는 전분과 같은 탄수화물, PVA, 카보네이트, 카바이드, 설페이트, 설파이드, 니트라이드, 니트레이트, 아민, 폴리올, 글리콜 및 글리세린으로부터 선택되는 방법.8. The secondary blowing agent according to claim 1, wherein the secondary blowing agent is powdered coal, carbon black, activated carbon, graphite, carbonaceous polymer organics, oils, sugars, carbohydrates such as corn syrup or starch, PVA, carbonate, carbide , Sulfates, sulfides, nitrides, nitrates, amines, polyols, glycols and glycerin. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 전구체가, 제1 활성화 온도보다 낮은 제3 활성화 온도를 갖는 3차 발포제를 추가로 포함하는 방법.The method of claim 1, wherein the precursor further comprises a tertiary blowing agent having a third activation temperature lower than the first activation temperature. 제9항에 있어서, 3차 발포제가 분말상 석탄, 카본 블랙, 활성탄, 흑연, 탄소성 중합체 유기물, 오일, 탄수화물, PVA, 카보네이트, 설페이트, 설파이드, 니트레이트, 아민, 폴리올, 글리콜 및 글리세린으로부터 선택되는 방법.10. The tertiary blowing agent is selected from powdered coal, carbon black, activated carbon, graphite, carbonaceous polymeric organics, oils, carbohydrates, PVA, carbonates, sulfates, sulfides, nitrates, amines, polyols, glycols and glycerin. Way. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 전구체가 발포제의 활성화를 조절하는 조건하에서 소성되는 방법.The method of claim 1, wherein the precursor is calcined under conditions that control activation of the blowing agent. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 전구체가 산소 부족 환경하에서 소성되는 방법.The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the precursor is calcined in an oxygen deficient environment. 제12항에 있어서, 전구체가 연료 풍부/부족 산화 환경에서 소성되는 방법.The method of claim 12, wherein the precursor is calcined in a fuel rich / lean oxidation environment. 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 발포제의 활성화가 전구체의 소성 동안 O2 부족 기체 또는 O2 풍부 기체를 적절히 투입함으로써 조절되는 방법.The method according to any one of claims 1 to 13, wherein activation of the blowing agent is controlled by appropriately introducing an O 2 deficient gas or an O 2 rich gas during firing of the precursor. 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 전구체가, 전구체의 소성 동안 발포제의 조절된 활성화를 제공하는 소정 분포의 발포제로 형성되는 방법.The method according to claim 1, wherein the precursor is formed of a predetermined distribution of blowing agent that provides for controlled activation of the blowing agent during firing of the precursor. 제1항에 있어서, 건조 단계가 수성 슬러리 공급물을 갖는 분무 건조기를 사용하여 수행되는 방법.The process of claim 1 wherein the drying step is performed using a spray dryer having an aqueous slurry feed. 제16항에 있어서, 분무 건조기의 유입 온도 범위가 300 내지 600℃인 방법. The method of claim 16, wherein the inlet temperature range of the spray dryer is from 300 to 600 ° C. 18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 분무 건조기의 배출 온도 범위가 90 내지 220℃인 방법.18. The method of claim 16 or 17, wherein the discharge temperature range of the spray dryer is from 90 to 220 ° C. 제1항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분의 양이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 50중량% 이상인 방법.The method according to any one of claims 1 to 18, wherein the amount of the inorganic main component is 50% by weight or more based on the total dry weight of the aggregated precursor. 제1항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 발포 성분의 양이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 0.05 내지 10중량% 범위인 방법.The method according to claim 1, wherein the amount of foam component is in the range of 0.05 to 10% by weight, based on the total dry weight of the aggregated precursor. 제1항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분 대 발포 성분의 비가 1000:1 내지 10:1 범위인 방법.21. The method of any one of claims 1-20, wherein the ratio of inorganic main component to foaming component is in the range of 1000: 1 to 10: 1. 제1항 내지 제21항 중의 어느 한 항에 있어서, 전구체의 함수량이 약 14중량% 미만으로 되도록 혼합물이 건조되는 방법.22. The method of any one of claims 1 to 21, wherein the mixture is dried such that the water content of the precursor is less than about 14 weight percent. 제1항 내지 제22항 중의 어느 한 항에 있어서, 생성된 응집 전구체의 평균 응집물 입자 크기 범위가 10 내지 1000μ인 방법.23. The method of any one of claims 1 to 22, wherein the average aggregate particle size range of the resulting aggregate precursor is 10 to 1000 microns. 제1항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 있어서, 생성된 응집 전구체의 총 알칼리 금속 산화물 함량이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 약 10중량% 이하인 방법.24. The method of any one of claims 1 to 23, wherein the total alkali metal oxide content of the resulting aggregated precursor is about 10% by weight or less based on the total dry weight of the aggregated precursor. 제1항 내지 제24항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 무기 산화물, 비산화물, 염 및 이들의 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 방법. The method of claim 1, wherein the inorganic main component comprises one or more materials selected from inorganic oxides, nonoxides, salts, and mixtures thereof. 제1항 내지 제25항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 산업 및/또는 생활 부산물, 광물, 암석, 점토, 기술 등급의 화학물질 및 이들의 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 방법.26. The method of any one of claims 1 to 25, wherein the inorganic main component comprises one or more materials selected from industrial and / or domestic by-products, minerals, rocks, clays, technical grade chemicals, and mixtures thereof. 제1항 내지 제26항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 하나 이상의 실리케이트 재료를 포함하는 방법.27. The method of any one of claims 1 to 26, wherein the inorganic principal component comprises one or more silicate materials. 제27항에 있어서, 하나 이상의 실리케이트 재료가 플라이 애쉬(fly ash), 보텀 애쉬(bottom ash), 고로 슬래그(blast-furnace slag), 페이퍼 애쉬(paper ash), 현무암질 암석, 안산암질 암석, 장석, 알루미노실리케이트 점토, 보오크사이트, 화산재, 화산암, 화산 유리, 지중합체(geopolymer) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 방법.30. The method of claim 27, wherein the one or more silicate materials are fly ash, bottom ash, blast-furnace slag, paper ash, basalt rock, andesite rock, feldspar , Aluminosilicate clay, bauxite, volcanic ash, volcanic rock, volcanic glass, geopolymer and mixtures thereof. 제1항 내지 제28항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 점탄성 액체를 형성할 수 있는 방법.29. The method of any one of claims 1 to 28, wherein the inorganic main component can form a viscoelastic liquid. 제1항 내지 제29항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분의 평균 1차 입자 크기 범위가 0.01 내지 100μ인 방법.30. The method of any one of claims 1 to 29, wherein the average primary particle size range of the inorganic main component is 0.01 to 100 microns. 제1항 내지 제30항 중의 어느 한 항에 있어서, 1차 발포제가 2차 발포제보다 비교적 덜 수용성인 방법.31. The method of any one of claims 1-30, wherein the primary blowing agent is relatively less water soluble than the secondary blowing agent. 제1항 내지 제31항 중의 어느 한 항에 있어서, 발포제의 평균 입자 크기 범위가 0.01 내지 10μ인 방법.32. The method of any one of claims 1 to 31 wherein the average particle size range of the blowing agent is from 0.01 to 10 microns. 제1항 내지 제32항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제를 무기 주성분 및 발포제와 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.33. The method of any one of claims 1 to 32, further comprising mixing the binder with the inorganic main component and the blowing agent. 제33항에 있어서, 결합제가 알칼리 금속 실리케이트, 알칼리 금속 알루미노실리케이트, 알칼리 금속 보레이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 카보네이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 니트레이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 니트라이트, 붕산, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 설페이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 포스페이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 하이드록사이드, 탄수화물, 콜로이드성 실리카, 초미세 플라이 애쉬, 타입 C 플라이 애쉬, 타입 F 플라이 애쉬, 무기 실리케이트 시멘트, 포틀랜드(Portland) 시멘트, 알루미나 시멘트, 석회계 시멘트, 포스페이트계 시멘트, 유기 중합체 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 방법.The method of claim 33, wherein the binder is an alkali metal silicate, an alkali metal aluminosilicate, an alkali metal borate, an alkali metal or an alkaline earth metal carbonate, an alkali metal or an alkaline earth metal nitrate, an alkali metal or an alkaline earth metal nitrite, a boric acid, an alkali metal or Alkaline Earth Metal Sulfate, Alkali or Alkaline Earth Metal Phosphate, Alkali or Alkaline Earth Metal Hydroxide, Carbohydrates, Colloidal Silica, Ultrafine Fly Ash, Type C Fly Ash, Type F Fly Ash, Inorganic Silicate Cement, Portland Cement , Alumina cement, lime cement, phosphate cement, organic polymers and mixtures thereof. 제33항 또는 제34항에 있어서, 결합제의 융점이 전체적으로 생성된 응집 전구체의 융점보다 낮은 방법.35. The method of claim 33 or 34, wherein the binder has a melting point lower than the melting point of the aggregated precursor as a whole. 제32항 내지 제34항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제의 융점 범위가 700 내지 1000℃인 방법.35. The method of any one of claims 32-34, wherein the melting point range of the binder is 700-1000 ° C. 제35항 또는 제36항에 있어서, 결합제가 실리케이트인 방법.37. The method of claim 35 or 36, wherein the binder is a silicate. 제35항 또는 제36항에 있어서, 결합제가 알칼리 금속 하이드록사이드와 실리케이트 주성분과의 동일계 반응에 의해 생성된 알칼리 금속 실리케이트인 방법. 37. The process of claim 35 or 36 wherein the binder is an alkali metal silicate produced by in situ reaction of an alkali metal hydroxide with a silicate main component. 제35항 내지 제38항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제의 양이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 0.1 내지 50중량% 범위인 방법.39. The method of any one of claims 35 to 38, wherein the amount of binder is in the range of 0.1 to 50% by weight, based on the total dry weight of the aggregated precursor. 제35항 내지 제39항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제가 1차 발포제보다 비교적 더 수용성인 방법.40. The method of any one of claims 35-39, wherein the binder is relatively more water soluble than the primary blowing agent. 제1항 내지 제40항 중의 어느 한 항에 있어서, 주성분, 발포 성분 및, 임의로, 결합제가 함께 동시에 분쇄되는 방법.41. The process according to any one of claims 1 to 40, wherein the main component, the foaming component and, optionally, the binder are ground together simultaneously. 무기 주성분을 제공하는 단계(g),Providing an inorganic active ingredient (g), 무기 주성분, 발포제 및 조절제의 수성 혼합물을 형성하는 단계(h)(여기서, 발포제 및 조절제는, 발포제의 활성화를 조절하여 발포제가 소정의 최적 온도 범위에서 활성화되도록 선택된다) 및(H) forming an aqueous mixture of the inorganic main ingredient, blowing agent and modifier, wherein the blowing agent and modulator are selected to regulate the activation of the blowing agent so that the blowing agent is activated in a predetermined optimum temperature range; and 혼합물을 건조시켜 저밀도 재료 형성용 팽창가능한 전구체를 제공하는 단계(i)를 포함하는, 저밀도 재료용 전구체의 형성방법.Drying the mixture to provide an expandable precursor for forming a low density material, the method comprising forming a precursor for a low density material. 제42항에 있어서, 발포제가 1차 발포제로서 제공되고 조절제가 2차 발포제로서 제공되는 방법.43. The method of claim 42, wherein the blowing agent is provided as the primary blowing agent and the regulator is provided as the secondary blowing agent. 제42항 또는 제43항에 있어서, 1차 발포제가 제1 활성화 온도를 갖고 2차 발포제가 제1 활성화 온도보다 낮은 제2 활성화 온도를 갖는 방법.44. The method of claim 42 or 43, wherein the primary blowing agent has a first activation temperature and the secondary blowing agent has a second activation temperature that is lower than the first activation temperature. 제42항 또는 제43항에 있어서, 1차 발포제가 분말상 석탄, 카본 블랙, 활성탄, 흑연, 탄소성 중합체 유기물, 오일, 당, 옥수수 시럽 또는 전분과 같은 탄수화물, PVA, 카보네이트, 카바이드, 설페이트, 설파이드, 니트라이드, 니트레이트, 아민, 폴리올, 글리콜 및 글리세린으로부터 선택되는 방법.44. The method of claim 42 or 43, wherein the primary blowing agent is carbohydrates such as powdered coal, carbon black, activated carbon, graphite, carbonaceous polymer organics, oils, sugars, corn syrups or starches, PVA, carbonates, carbides, sulfates, sulfides. , Nitrides, nitrates, amines, polyols, glycols and glycerin. 제42항 내지 제45항 중의 어느 한 항에 있어서, 2차 발포제가 분말상 석탄, 카본 블랙, 활성탄, 흑연, 탄소성 중합체 유기물, 오일, 당, 옥수수 시럽 또는 전분과 같은 탄수화물, PVA, 카보네이트, 카바이드, 설페이트, 설파이드, 니트라이드, 니트레이트, 아민, 폴리올, 글리콜 및 글리세린으로부터 선택되는 방법.46. The method of any of claims 42-45, wherein the secondary blowing agent is a powdered coal, carbon black, activated carbon, graphite, carbonaceous polymer organics, oils, sugars, carbohydrates such as corn syrup or starch, PVA, carbonate, carbide , Sulfates, sulfides, nitrides, nitrates, amines, polyols, glycols and glycerin. 제42항 내지 제46항 중의 어느 한 항에 있어서, 전구체가, 제1 활성화 온도보다 낮은 제3 활성화 온도를 갖는 3차 발포제를 추가로 포함하는 방법.47. The method of any one of claims 42-46, wherein the precursor further comprises a tertiary blowing agent having a third activation temperature lower than the first activation temperature. 제47항에 있어서, 3차 발포제가 분말상 석탄, 카본 블랙, 활성탄, 흑연, 탄소성 중합체 유기물, 오일, 탄수화물, PVA, 카보네이트, 설페이트, 설파이드, 니트레이트, 아민, 폴리올, 글리콜 및 글리세린으로부터 선택되는 방법.48. The tertiary blowing agent is selected from powdered coal, carbon black, activated carbon, graphite, carbonaceous polymeric organics, oils, carbohydrates, PVA, carbonates, sulfates, sulfides, nitrates, amines, polyols, glycols and glycerin. Way. 제42항 내지 제48항 중의 어느 한 항에 있어서, 발포제의 활성화가 전구체의 소성 동안 O2 부족 기체 또는 O2 풍부 기체를 적절히 투입함으로써 조절되는 방법.49. The method of any one of claims 42-48, wherein activation of the blowing agent is controlled by appropriately introducing an O 2 deficiency gas or an O 2 rich gas during firing of the precursor. 제42항 내지 제49항 중의 어느 한 항에 있어서, 전구체가, 전구체의 소성 동안 발포제의 조절된 활성화를 제공하는 소정 분포의 발포제로 형성되는 방법.The method of any one of claims 42-49, wherein the precursor is formed from a predetermined distribution of blowing agent that provides controlled activation of the blowing agent during firing of the precursor. 제42항에 있어서, 건조 단계가 수성 슬러리 공급물을 갖는 분무 건조기를 사용하여 수행되는 방법.43. The process of claim 42, wherein the drying step is performed using a spray drier with an aqueous slurry feed. 제51항에 있어서, 분무 건조기의 유입 온도 범위가 300 내지 600℃인 방법. 52. The method of claim 51 wherein the inlet temperature range of the spray dryer is from 300 to 600 ° C. 제51항 또는 제52항에 있어서, 분무 건조기의 배출 온도 범위가 90 내지 220℃인 방법.53. The method of claim 51 or 52, wherein the discharge temperature range of the spray dryer is from 90 to 220 ° C. 제42항 내지 제53항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분의 양이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 50중량% 이상인 방법.54. The method of any one of claims 42-53, wherein the amount of inorganic main component is at least 50% by weight, based on the total dry weight of the aggregated precursor. 제42항 내지 제54항 중의 어느 한 항에 있어서, 발포 성분의 양이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 0.05 내지 10중량% 범위인 방법.55. The method of any one of claims 42-54, wherein the amount of foam component is in the range of 0.05-10% by weight, based on the total dry weight of the aggregated precursor. 제42항 내지 제55항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분 대 발포 성분의 비가 1000:1 내지 10:1 범위인 방법.The method of any one of claims 42-55, wherein the ratio of inorganic main component to foaming component is in the range from 1000: 1 to 10: 1. 제42항 내지 제56항 중의 어느 한 항에 있어서, 전구체의 함수량이 약 14중량% 미만으로 되도록 혼합물이 건조되는 방법.57. The method of any one of claims 42-56, wherein the mixture is dried such that the water content of the precursor is less than about 14 weight percent. 제42항 내지 제57항 중의 어느 한 항에 있어서, 생성된 응집 전구체의 평균 응집물 입자 크기 범위가 10 내지 1000μ인 방법.59. The method of any one of claims 42-57, wherein the average aggregate particle size range of the resulting aggregate precursor is 10-1000 microns. 제42항 내지 제58항 중의 어느 한 항에 있어서, 생성된 응집 전구체의 총 알칼리 금속 산화물 함량이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 약 10중량% 이하인 방법.59. The method of any one of claims 42-58, wherein the total alkali metal oxide content of the resulting aggregated precursor is about 10% by weight or less based on the total dry weight of the aggregated precursor. 제42항 내지 제59항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 무기 산화물, 비산화물, 염 및 이들의 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 방법. 60. The method of any one of claims 42-59, wherein the inorganic main component comprises one or more materials selected from inorganic oxides, nonoxides, salts, and mixtures thereof. 제42항 내지 제60항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 산업 및/또는 생활 부산물, 광물, 암석, 점토, 기술 등급의 화학물질 및 이들의 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 방법.61. The method of any one of claims 42-60, wherein the inorganic main component comprises one or more materials selected from industrial and / or domestic by-products, minerals, rocks, clays, technical grade chemicals, and mixtures thereof. 제42항 내지 제61항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 하나 이상의 실리케이트 재료를 포함하는 방법.62. The method of any one of claims 42-61, wherein the inorganic main component comprises one or more silicate materials. 제62항에 있어서, 하나 이상의 실리케이트 재료가 플라이 애쉬, 보텀 애쉬, 고로 슬래그, 페이퍼 애쉬, 현무암질 암석, 안산암질 암석, 장석, 알루미노실리케이트 점토, 보오크사이트, 화산재, 화산암, 화산 유리, 지중합체 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 방법.63. The method of claim 62, wherein the one or more silicate materials are fly ash, bottom ash, blast furnace slag, paper ash, basalt rock, andesite rock, feldspar, aluminosilicate clay, bauxite, volcanic ash, volcanic rock, volcanic glass, paper Selected from polymers and mixtures thereof. 제42항 내지 제63항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 점탄성 액체 를 형성할 수 있는 방법.64. The method of any one of claims 42-63, wherein the inorganic main component can form a viscoelastic liquid. 제42항 내지 제64항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분의 평균 1차 입자 크기 범위가 0.01 내지 100μ인 방법.65. The method of any one of claims 42 to 64, wherein the average primary particle size range of the inorganic main component is 0.01 to 100 microns. 제42항 내지 제65항 중의 어느 한 항에 있어서, 1차 발포제가 2차 발포제보다 비교적 덜 수용성인 방법.66. The method of any one of claims 42-65, wherein the primary blowing agent is relatively less water soluble than the secondary blowing agent. 제42항 내지 제66항 중의 어느 한 항에 있어서, 발포제의 평균 입자 크기 범위가 0.01 내지 10μ인 방법.67. The method of any one of claims 42-66, wherein the average particle size range of the blowing agent is from 0.01 to 10 microns. 제42항 내지 제67항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제를 무기 주성분 및 발포제와 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.68. The method of any one of claims 42-67, further comprising mixing the binder with an inorganic main ingredient and a blowing agent. 제68항에 있어서, 결합제가 알칼리 금속 실리케이트, 알칼리 금속 알루미노실리케이트, 알칼리 금속 보레이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 카보네이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 니트레이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 니트라이트, 붕산, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 설페이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 포스페이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 하이드록사이드, 탄수화물, 콜로이드성 실리카, 초미세 플라이 애쉬, 타입 C 플라이 애쉬, 타입 F 플라이 애쉬, 무기 실리케이트 시멘트, 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 석회계 시멘트, 포스페이트계 시멘트, 유기 중합체 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 방법.69. The method of claim 68, wherein the binder is an alkali metal silicate, an alkali metal aluminosilicate, an alkali metal borate, an alkali metal or alkaline earth metal carbonate, an alkali metal or alkaline earth metal nitrate, an alkali metal or alkaline earth metal nitrite, boric acid, alkali metal or Alkaline earth metal sulfates, alkali or alkaline earth metal phosphates, alkali metal or alkaline earth metal hydroxides, carbohydrates, colloidal silica, ultrafine fly ash, type C fly ash, type F fly ash, inorganic silicate cement, portland cement, alumina cement , Lime based cements, phosphate based cements, organic polymers and mixtures thereof. 제68항 또는 제69항에 있어서, 결합제의 융점이 전체적으로 생성된 응집 전구체의 융점보다 낮은 방법.70. The method of claim 68 or 69, wherein the melting point of the binder is lower than the melting point of the aggregated precursor as a whole. 제68항 내지 제70항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제의 융점 범위가 700 내지 1000℃인 방법.71. The method of any one of claims 68-70, wherein the melting point range of the binder is 700-1000 ° C. 제70항 또는 제71항에 있어서, 결합제가 실리케이트인 방법.The method of claim 70 or 71, wherein the binder is a silicate. 제70항 또는 제71항에 있어서, 결합제가 알칼리 금속 하이드록사이드와 실리케이트 주성분과의 동일계 반응에 의해 생성된 알칼리 금속 실리케이트인 방법. 72. The method of claim 70 or 71, wherein the binder is an alkali metal silicate produced by in situ reaction of an alkali metal hydroxide with a silicate main component. 제70항 내지 제73항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제의 양이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 0.1 내지 50중량% 범위인 방법.74. The method of any one of claims 70-73, wherein the amount of binder is in the range of 0.1-50% by weight, based on the total dry weight of the aggregate precursor. 제70항 내지 제74항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제가 1차 발포제보다 비교적 더 수용성인 방법.75. The method of any one of claims 70-74, wherein the binder is relatively more water soluble than the primary blowing agent. 제42항 내지 제75항 중의 어느 한 항에 있어서, 주성분, 발포 성분 및 임의로 결합제가 함께 동시에 분쇄되는 방법.76. The method of any one of claims 42-75, wherein the main component, the foaming component and optionally the binder are simultaneously ground together. 무기 주성분을 제공하는 단계(j),(J) providing an inorganic principal component, 무기 주성분과 발포제의 수성 혼합물을 형성하는 단계(k)(여기서, 발포제는 전구체의 소성시 발포제의 활성화를 조절하여 발포제가 소정의 최적 온도 범위에서 활성화되도록 선택되고/되거나 전구체 속에 분포된다) 및(K) forming an aqueous mixture of the inorganic main component and the blowing agent, wherein the blowing agent controls the activation of the blowing agent upon firing of the precursor so that the blowing agent is selected to be activated in a predetermined optimum temperature range and / or is distributed in the precursor; and 혼합물을 건조시켜 저밀도 재료 형성용 팽창가능한 전구체를 제공하는 단계(l)를 포함하는, 저밀도 재료용 전구체의 형성방법.Drying the mixture to provide an expandable precursor for forming a low density material, the method of forming a precursor for a low density material. 팽창가능한 무기 주성분, 당해 주성분을 활성화시켜 팽창하도록 적용된 발포제, 및 발포제의 활성화를 조절하여 발포제가 소정의 최적 온도 범위에서 활성화되도록 선택된 조절제를 포함하는, 팽창된 미세 입자의 제조에 적합한 전구체.A precursor suitable for the production of expanded fine particles comprising an expandable inorganic main component, a blowing agent adapted to activate and expand the main ingredient, and a control agent selected to regulate activation of the blowing agent so that the blowing agent is activated in a predetermined optimum temperature range. 제78항에 있어서, 발포제가 1차 발포제로서 제공되고 조절제가 2차 발포제로서 제공되는 전구체.79. The precursor of claim 78, wherein the blowing agent is provided as the primary blowing agent and the regulator is provided as the secondary blowing agent. 제78항 또는 제79항에 있어서, 1차 발포제가 제1 활성화 온도를 갖고 2차 발포제가 제1 활성화 온도보다 낮은 제2 활성화 온도를 갖는 전구체.80. The precursor of claim 78 or 79, wherein the primary blowing agent has a first activation temperature and the secondary blowing agent has a second activation temperature lower than the first activation temperature. 제78항 내지 제80항 중의 어느 한 항에 있어서, 1차 발포제가 분말상 석탄, 카본 블랙, 활성탄, 흑연, 탄소성 중합체 유기물, 오일, 당, 옥수수 시럽 또는 전분과 같은 탄수화물, PVA, 카보네이트, 카바이드, 설페이트, 설파이드, 니트라이드, 니트레이트, 아민, 폴리올, 글리콜 및 글리세린으로부터 선택되는 전구체.81. The process of any of claims 78 to 80, wherein the primary blowing agent is carbohydrates such as powdered coal, carbon black, activated carbon, graphite, carbonaceous polymer organics, oils, sugars, corn syrups or starches, PVA, carbonates, carbides. , Precursors selected from sulfates, sulfides, nitrides, nitrates, amines, polyols, glycols and glycerin. 제78항 내지 제81항 중의 어느 한 항에 있어서, 2차 발포제가 분말상 석탄, 카본 블랙, 활성탄, 흑연, 탄소성 중합체 유기물, 오일, 당, 옥수수 시럽 또는 전분과 같은 탄수화물, PVA, 카보네이트, 카바이드, 설페이트, 설파이드, 니트라이드, 니트레이트, 아민, 폴리올, 글리콜 및 글리세린으로부터 선택되는 전구체.82. The method of any of claims 78-81, wherein the secondary blowing agent is carbohydrates such as powdered coal, carbon black, activated carbon, graphite, carbonaceous polymer organics, oils, sugars, corn syrups or starches, PVA, carbonates, carbides. , Precursors selected from sulfates, sulfides, nitrides, nitrates, amines, polyols, glycols and glycerin. 제78항 내지 제82항 중의 어느 한 항에 있어서, 전구체가, 제1 활성화 온도보다 낮은 제3 활성화 온도를 갖는 3차 발포제를 추가로 포함하는 전구체.83. The precursor of claim 78, wherein the precursor further comprises a tertiary blowing agent having a third activation temperature lower than the first activation temperature. 제83항에 있어서, 3차 발포제가 분말상 석탄, 카본 블랙, 활성탄, 흑연, 탄소성 중합체 유기물, 오일, 탄수화물, PVA, 카보네이트, 설페이트, 설파이드, 니트레이트, 아민, 폴리올, 글리콜 및 글리세린으로부터 선택되는 전구체.84. The method of claim 83, wherein the tertiary blowing agent is selected from powdered coal, carbon black, activated carbon, graphite, carbonaceous polymeric organics, oils, carbohydrates, PVA, carbonates, sulfates, sulfides, nitrates, amines, polyols, glycols and glycerin Precursor. 제78항 내지 제84항 중의 어느 한 항에 있어서, 발포제의 활성화가 전구체의 소성 동안 O2 부족 기체 또는 O2 풍부 기체를 적절히 투입함으로써 조절되는 전구체.85. The precursor of claim 78, wherein the activation of the blowing agent is controlled by appropriately introducing an O 2 deficient gas or an O 2 rich gas during firing of the precursor. 제78항 내지 제85항 중의 어느 한 항에 있어서, 전구체가, 전구체의 소성 동안 발포제의 조절된 활성화를 제공하는 소정 분포의 발포제로 형성되는 전구체.86. The precursor of claim 78, wherein the precursor is formed from a distribution of blowing agent that provides controlled activation of the blowing agent during firing of the precursor. 제78항 내지 제86항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분의 양이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 50중량% 이상인 전구체.The precursor according to any one of claims 78 to 86, wherein the amount of the inorganic main component is at least 50% by weight, based on the total dry weight of the aggregated precursor. 제78항 내지 제87항 중의 어느 한 항에 있어서, 발포 성분의 양이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 0.05 내지 10중량% 범위인 전구체.88. The precursor according to any one of claims 78 to 87, wherein the amount of foam component is in the range of 0.05 to 10% by weight, based on the total dry weight of the aggregated precursor. 제78항 내지 제88항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분 대 발포 성분의 비가 1000:1 내지 10:1 범위인 전구체.The precursor of claim 78, wherein the ratio of inorganic main component to foaming component is in the range from 1000: 1 to 10: 1. 제78항 내지 제89항 중의 어느 한 항에 있어서, 전구체의 함수량이 약 14중량% 미만으로 되도록 혼합물이 건조되는 전구체.90. The precursor of any of claims 78-89, wherein the mixture is dried such that the water content of the precursor is less than about 14 weight percent. 제78항 내지 제90항 중의 어느 한 항에 있어서, 생성된 응집 전구체의 평균 응집물 입자 크기 범위가 10 내지 1000μ인 전구체.91. The precursor of any of claims 78-90, wherein the average aggregate particle size range of the resulting aggregate precursor is 10-1000 microns. 제78항 내지 제91항 중의 어느 한 항에 있어서, 생성된 응집 전구체의 총 알 칼리 금속 산화물 함량이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 약 10중량% 이하인 전구체.92. The precursor of any of claims 78-91, wherein the total alkali metal oxide content of the resulting aggregated precursor is about 10% by weight or less based on the total dry weight of the aggregated precursor. 제78항 내지 제92항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 무기 산화물, 비산화물, 염 및 이들의 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 전구체. 93. The precursor of any of claims 78-92, wherein the inorganic main component comprises one or more materials selected from inorganic oxides, nonoxides, salts, and mixtures thereof. 제78항 내지 제93항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 산업 및/또는 생활 부산물, 광물, 암석, 점토, 기술 등급의 화학물질 및 이들의 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함하는 전구체.95. The precursor of any of claims 78-93, wherein the inorganic main component comprises one or more materials selected from industrial and / or domestic by-products, minerals, rocks, clays, technical grade chemicals, and mixtures thereof. 제79항 내지 제94항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 하나 이상의 실리케이트 재료를 포함하는 전구체.95. The precursor of any of claims 79-94, wherein the inorganic main component comprises one or more silicate materials. 제95항에 있어서, 하나 이상의 실리케이트 재료가 플라이 애쉬, 보텀 애쉬, 고로 슬래그, 페이퍼 애쉬, 현무암질 암석, 안산암질 암석, 장석, 알루미노실리케이트 점토, 보오크사이트, 화산재, 화산암, 화산 유리, 지중합체 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 전구체.97. The method of claim 95, wherein the one or more silicate materials are fly ash, bottom ash, blast furnace slag, paper ash, basalt rock, andesite rock, feldspar, aluminosilicate clay, bauxite, volcanic ash, volcanic rock, volcanic glass, paper Precursors selected from polymers and mixtures thereof. 제78항 내지 제96항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분이 점탄성 액체 를 형성할 수 있는 전구체.97. The precursor of any of claims 78-96, wherein the inorganic main component can form a viscoelastic liquid. 제78항 내지 제97항 중의 어느 한 항에 있어서, 무기 주성분의 평균 1차 입자 크기 범위가 0.01 내지 100μ인 전구체.98. The precursor according to any one of claims 78 to 97, wherein the average primary particle size range of the inorganic main component is 0.01 to 100 microns. 제78항 내지 제98항 중의 어느 한 항에 있어서, 1차 발포제가 2차 발포제보다 비교적 덜 수용성인 전구체.99. The precursor of any of claims 78-98, wherein the primary blowing agent is relatively less water soluble than the secondary blowing agent. 제78항 내지 제99항 중의 어느 한 항에 있어서, 발포제의 평균 입자 크기 범위가 0.01 내지 10μ인 전구체.100. The precursor of any of claims 78-99, wherein the average particle size range of the blowing agent is from 0.01 to 10 microns. 제78항 내지 제100항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제를 무기 주성분 및 발포제와 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 전구체.101. The precursor of any one of claims 78-100, further comprising mixing the binder with an inorganic main component and a blowing agent. 제101항에 있어서, 결합제가 알칼리 금속 실리케이트, 알칼리 금속 알루미노실리케이트, 알칼리 금속 보레이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 카보네이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 니트레이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 니트라이트, 붕산, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 설페이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 포스페이트, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 하이드록사이드, 탄수화물, 콜로이드성 실리카, 초미세 플라이 애쉬, 타입 C 플라이 애쉬, 타입 F 플라이 애쉬, 무기 실리케이트 시멘트, 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 석회계 시멘트, 포스페이트계 시멘트, 유기 중합체 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 전구체.102. The method of claim 101, wherein the binder is an alkali metal silicate, alkali metal aluminosilicate, alkali metal borate, alkali metal or alkaline earth metal carbonate, alkali metal or alkaline earth metal nitrate, alkali metal or alkaline earth metal nitrite, boric acid, alkali metal or Alkaline earth metal sulfates, alkali or alkaline earth metal phosphates, alkali metal or alkaline earth metal hydroxides, carbohydrates, colloidal silica, ultrafine fly ash, type C fly ash, type F fly ash, inorganic silicate cement, portland cement, alumina cement Precursors selected from lime cement, phosphate cement, organic polymers and mixtures thereof. 제101항 또는 제102항에 있어서, 결합제의 융점이 전체적으로 생성된 응집 전구체의 융점보다 낮은 전구체.103. The precursor of claim 101 or 102, wherein the binder has a melting point lower than the melting point of the aggregated precursor as a whole. 제101항 내지 제103항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제의 융점 범위가 700 내지 1000℃인 전구체.103. The precursor of any one of claims 101-103 wherein the binder has a melting point in the range of 700-1000 ° C. 제103항 또는 제104항에 있어서, 결합제가 실리케이트인 전구체.105. The precursor of claim 103 or 104 wherein the binder is a silicate. 제103항 또는 제104항에 있어서, 결합제가 알칼리 금속 하이드록사이드와 실리케이트 주성분과의 동일계 반응에 의해 생성된 알칼리 금속 실리케이트인 전구체. 107. The precursor of claim 103 or 104, wherein the binder is an alkali metal silicate produced by in situ reaction of an alkali metal hydroxide with a silicate main component. 제103항 내지 제106항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제의 양이, 응집 전구체의 총 건조 중량을 기준으로 하여, 0.1 내지 50중량% 범위인 전구체.107. The precursor of any one of claims 103-106, wherein the amount of binder is in the range of 0.1 to 50 weight percent, based on the total dry weight of the aggregated precursor. 제103항 내지 제107항 중의 어느 한 항에 있어서, 결합제가 1차 발포제보다 비교적 더 수용성인 전구체.107. The precursor of any of claims 103-107, wherein the binder is relatively more water soluble than the primary blowing agent. 팽창가능한 무기 주성분과, 발포제의 활성화를 조절하여 전구체의 소성시 팽창된 미세 입자를 제공하고 소정의 최적 온도 범위에서 활성화되도록 선택되고/되거나 전구체 속에 분포된 발포제를 포함하는, 팽창된 미세 입자의 제조에 적합한 전구체.Preparation of expanded microparticles comprising an expandable inorganic main component and a blowing agent selected to be activated at a predetermined optimum temperature range and / or distributed in the precursor to provide expanded microparticles upon firing of the precursor by controlling activation of the blowing agent Suitable precursors. 소정 조건하에서 활성화되어 발포 기체를 방출하고 팽창된 미세 입자를 제공하는 하나 이상의 발포제를 제공하는 단계 및 당해 조건을 조절하여 무기 혼합물의 소정의 최적 점도 범위에서 활성화가 발생하도록 하는 단계를 포함하는, 팽창된 미세 입자를 제조하기 위해 무기 혼합물에서 발포제의 활성화를 조절하는 방법.Providing at least one blowing agent that is activated under predetermined conditions to release foaming gas and provide expanded fine particles, and adjusting the conditions to cause activation to occur in a predetermined optimum viscosity range of the inorganic mixture. To control the activation of the blowing agent in the inorganic mixture to produce fine particles. 1차 발포제 및 소정량의 혼화성 조절제를 포함하는, 팽창된 미세 입자 제조용 발포 성분으로서, 당해 발포 성분을 팽창가능한 혼합물 속에 포함시키는 경우, 조절제가 미리 또는 동시에 발포제로 활성화되어 발포제를 조절하고 보존할 수 있음을 특징으로 하는, 팽창된 미세 입자 제조용 발포 성분.A foaming component for preparing expanded microparticles, comprising a primary blowing agent and a predetermined amount of miscibility regulator, wherein when the foaming component is included in an expandable mixture, the controlling agent is activated in advance or simultaneously with the foaming agent to control and preserve the foaming agent. Foam component for the production of expanded fine particles.
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