KR20060123582A - 다공성 시멘트 세트 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

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스티븐 로이 버틀러
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Abstract

본 발명은 (i) 시멘트질 재료, 물, 거품제 및 선택적인 첨가제를 100mm의 슬럼프를 가지는 자유흐름 슬러리에 넣고 혼합하는 단계; (ii) 이어서 다공성 슬러리를 형성하도록 단계 (i)의 슬러리에 공기를 주입하고 배분하는 단계; (iii) 이어서 단계 (ii)의 상기 다공성 슬러리를 경화시키는 단계; (iv) 최종적으로 상기 슬러리를 세팅하는 단계를 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법을 제공한다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 장치도 제공한다.
시멘트질 재료, 다공성 슬러리, 혼합기, 석고보드

Description

다공성 시멘트 세트 제조방법 및 제조장치{PROCESS AND APPARATUS FOR MANUFACTURING SET CELLULAR CEMENT}
본 발명은 다공성 시멘트질 슬러리(slurry)의 제조를 위한 기기 및 이로부터 얻어지는 재료 세트에 관한 것이다. 또한 본 발명은 본 방법을 통합하는 공정 및 기기들에 관한 것이다. 본 발명은 석고보드(plasterboard)의 제작을 우선 나타내고 있으며, 더 구체적으로는 연속 석고보드 생산라인의 석고보드 코어의 제작에 관한 것이다.
시멘트질 재료들은 오랫동안 알려져 왔다. 시멘트질 재료의 예로는 석고(매우 다양한 형태로 활용됨), 포틀랜드 시멘트, 소렐 시멘트(sorrel cement), 슬래그 시멘트(slag cement), 플라이 애쉬 시멘트(fly ash cement), 칼슘 알루미늄 시멘트 등이 있다.
대략적으로 설명하자면, 플라스터보드는 일반적으로 석고인 코어를 덮는, 종이와 같이 특정 신장성을 가지는 두장의 판을 가지는 시멘트로 구성된다. 복합물질의 굴곡성은 구성성분의 결합력에 의존한다.
코어의 강도에 영향을 미치는 한 요인은 제작에 적용된 물/석고의 비율이다. 대략적으로, 석고틀의 압축력은 겉보기 밀도의 제곱에 따라 증가한다. 적용범위 내 에서 밀도는 물/석고 비율의 역수에 따라 증가한다. 따라서 낮은 물/석고 비율이 통상 바람직하다고 여겨진다.
석고 벽보드의 코어는 보통 제작과정에서 공기를 함유해 가볍게 된다. 코어 내의 공기는 버블형태를 가진다. 버블의 크기 및 분포상태가 코어 및 보드의 기계적 특성에 영향을 미치는 것은 알려져 있다. 버블 직경의 다양한 크기 및 몸체 내에서의 고른 분포가 바람직하다. 선택적인 외피 가까이에는 동공을 적게 포함하거나 포함하지 않은 밀도 높은 재료가 바람직하다. 이점에 대해, 본 명세서에 인용된 브루스의 미국 특허 5,085,929 및 5,116,671을 살펴볼 수 있다.
공기는 주로 사전 가공된 거품 형태로 석고 슬러리에 도입된다. 보통의 거품발생장치에서, 거품 발생용 계면활성제의 양은 물로 희석되어 압축공기와 혼합된다. 거품은 다양한 장치 및 공정을 이용해 발생된다. 이러한 거품은 보통 직접적으로 혼합기에 주입된다. 보통 고전단 혼합기(high shear mixer)인 상기 혼합기는 공기가 석고 슬러리와 완전히 혼합되도록 보장해 주지만, 거품의 효율이 많이 감소되는 댓가를 치뤄야 한다. 슬러리에 첨가되는 거품의 부피는 보드에 실제로 혼합되는 부피의 통상 3배로 한다. 그리하여 종래 공지기술에 따라 석고에 대한 계량수(gaguing water)의 일부를 거품에 더한다. 거품에 물의 양이 많을수록 거품의 밀도는 높아지고 거품보다 밀도가 높은 석고 슬러리와 더욱 균일한 혼합을 이루게 해준다. 그러나 이러한 물의 첨가는 석고 결정들 사이의 공간을 불필요하게 증가시켜 더 약한 구조물을 형성시킴으로써 석고 매트릭스의 최종 강도를 감소시킨다.
브래드쇼(Bradshaw)의 미국 특허 5,575,844호에는 물과 석고는 기초 혼합기 에 도입되는 반면, 거품은 2차 혼합기(동일한 틀 내에 장착)에 도입되는 것이 개시되어 있다. 제1 혼합기는 석고와 물에 대한 것인 반면 제2 혼합기는 전단성(shear)이 더 낮은 거품에 대한 것이다.
에인슬리(Ainsley)의 미국 특허 5,714,032호에는 고전단성의 제1실 및 거품이 도입되는 저전단성의 제2실을 포함하는 2실(室)혼합기가 개시되어 있다.
Sucech의 미국 특허 5,683,635호에는 제1 혼합기에서 슬러리가 제작되는 때 보다 덜 교반된 시점에 거품이 삽입되어, 이로인해 거품이 핀-믹서(pin mixer)에 삽입되는 것보다 덜 교반되는 공정이 개시되어 있다.
이러한 문헌들은 거품을 더 적게 소비하는 공정을 제공하고 있으나, 여전히 추가의 물이 거품에 혼합되어 최종 석고 코어의 특성에 해를 끼친다.
나아가, 상기 문헌들은 버블의 크기 및 분포가 전혀 통제되지 않은 통상의 공극을 여전히 제공하는 공정을 개시하고 있다.
시멘트질 슬러리의 제조도중 공기를 직접 주입하는 것도 역시 공지되어있다.
퍼트(Putt)의 미국 특허 6,443,258호에는 키친 에이드® 믹서(kitchen aid® mixer)와 흡사한 혼합 장치 및 궤도운동과 회전운동을 하는 혼합장치를 사용하여 석고, 섬유, 물 및 거품제를 혼합하고 동시에 공기에 노출시키는 흡음(吸音)패널의 제조공정이 개시되어 있다. 공기는 주변으로부터 슬러리 내로 포집되는데, 이러한 포집은 석고(및 선택적인 첨가제)의 건조 혼합물 및 물과 계면활성제의 수성 혼합물을 조합한 결과 이루어진다.
안톤(Anton)의 독일 특허 DE-A-2,117,000호에는 벽 마감용 몰타르(mortar) 제조용 혼합기가 개시되어 있다. 상기 기기는 두가지 실시예에 따라 작동될 수 있다. 제1 실시예에서는, 공기가 계량수의 흐름내로 강제 주입되는데, 상기 물은 계면활성제로 채워진 카트리지를 통과한다. 몰타르 혼합기 내로 도입되는 것은 실제로는 거품(압축된 거품)이다. 제2 실시예에서는 계면활성제가 언급되지 않는다. 공기는, 사용되는 고유 혼합기의 혼합 스크류 높이 까지 다공성의 용융 유리원료를 통해 슬러리에 도입된다. 제조되는 슬러리의 점도가 높아서 벽에 들러붙어 상기 슬러리가 종래의 보드 또는 패널의 제조에 전체적으로 부적합하도록 만들기 때문에 상기 문헌에 사용된 혼합기의 타입은 보드나 패널의 제조에 적합하지 않다. 마지막으로, 이러한 타입의 혼합기는 많은 양의 공기가 손실되는 약점을 가지고 있다. 이러한 디자인은 일정 부피를 주입하지만 펌프에 들어가는 공기의 양이 통제되지 않는 주류(fatal flaw)를 제공한다.
바너(Bahner)의 미국 특허 6,376,558호에는 회전하는 혼합기의 벽 내에 위치해 있는 다공성 용융 유리원료를 통해 압력하에서 공기가 도입되는 통상적인 혼합기에 대해 개시하고 있다. 이러한 고유의 혼합기에서, 슬러리의 모든 성분이 동시에 혼합실로 주입되기 때문에 슬러리는 원스텝 공정으로 생성된다. 상기 장치는 혼합기 내로 이동된 공기를 석고에 혼입할 수 있다. 게다가, 슬러리 내로 공기를 분산시키는 조건은 슬러리의 조성 및 슬러리를 통과하는 유속에 따라 매우 다양하며, 혼합기가 슬러리에 의해 마모될수록 더 불규칙해진다.
밀스(Mills)의 미국 특허 2,097,088호에는 혼합기 하단부 내에 위치한 간극을 통해 압력하에 공기가 도입되는 종래의 석고보드용 혼합기가 개시되어 있다. 상 기 혼합기는 석고와 섬유질을 혼합하는데 적합하다고 일컬어진다. 상기 문헌은, 거품제가 당시에 사용되지 않았기 때문에 거품제 및 거품 안정성의 문제를 인식하지 못하고 있다. 이러한 고유의 혼합기에서 슬러리의 모든 성분이 혼합실에 동시에 주입되기 때문에 슬러리가 원스텝 공정으로 제작된다. 바너(Bahner)의 참고문헌에서와 같이 이 장치는 혼합기 내로 유입된 통제되지 않은 공기를 석고에 혼입한다.
콘웰(Cornwell)의 미국 특허 5,250,578에는 흡음에 효과적인 거품형태의 다공성 시멘트질 조성물이 개시되어 있다. 구성성분 중에서 특히 석고, 물, 거품제와 막 성형제, 골재, 선택적으로 섬유 및 공기가 슬러리에 공기를 도입하는 종래의 방법에 의해 슬러리에 바람직하게 화합될 수 있다. 공기는 또한 기계적 교반에 의해 도입될 수도 있다.
힌튼(Hinton)의 미국 특허 1,687,067호에는 다공성 시멘트질 재료의 연속적인 공정이 개시되어 있는데, 여기에는 고점도의 펄프(소의 거품 부양제 혹은 부양오일을 함유함)가 반응기 내에서 교반되며, 교반기 바닥에서부터 버블이 형성되고 거품형태의 시멘트질 펄프가 디스크보다 매우 높은 곳에서 상기 반응기의 거의 동일한 높이에서 넘친것에 첨가된다. 이렇게 형성된 버블은 빠르게 회전하는 구멍난 디스크 또는 공기 분배 플레이트 상에 즉시 위치되는 다른 수단들을 사용하기 때문에 "미세 버블"이라 일컬어진다. 상기 방법에서, 포집된 공기는 슬러리, 특히 급결(quick setting) 시멘트와는 잘 혼합되지 않는다. 상기 혼합기는 세로규격과 직경에 대한 길이의 비율 때문에 반응기내 체류시간이 길어 급결 시멘트에는 적합하지 않다. 상기 방법으로 제작된 제품에 대한 언급은 없었다.
톰슨(Thompson)의 미국 특허 1,660,402에는 다공성 시멘트질 재료를 생산하는 방법이 개시되어 있다. 제1단계에서 계량수에 거품제를 첨가하지 않는 나선형 혼합기에서 슬러리(예를 들면, 석고와 물)가 처음으로 제조된다. 이 슬러리는 이후에 공기 버블이 생성되는 공기 혼합실로 주입된다. 공기는 슬러리 내의 공동의 양 또는 형태의 조절 없이 슬러리 내로 교반을 통해 혼입된다. 콜로이드화된 물(예를 들면, 본문 내에서 거품제로 기능하는것으로 인용된 유일한 시약인 사포닌 함유)이 주입되고, 이 액체는 거품제로 기능할 것이다. 그러므로 이 방법은 슬러리에 공기 버블이 생성된 후 거품액이 첨가되는 것에 의존하고 있고, 나중에 주입되는 거품액은 초기의 물의 양에 또다시 물을 더하며 경화된 물질 내의 공기의 형태를 조절하지 않는다. 희석된 거품제가 제2 혼합기에 주입되는데 이러한 추가의 물은 이후의 디자인에서 사전제작된 거품에 첨가된 물과 동일한 효과를 가진다.
밀스(Mills)의 미국 특허 5,013,157호에는 가스가 혼입된 시멘트질 슬러리의 제조를 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 건조된 시멘트질 구성성분들이 스크류 혼합기 내에서 섞인다. 혼합물은 깔대기 모양의 장치로 방출되는데, 상기 깔대기 모양의 장치는 윗부분은 자유롭지만 하단부는 물 공급장치에 연결되어 있다. 이후 물을 흡수한 슬러리는 회전함으로써 흡입력을 형성하여 계속해서 슬러리 내로 공기를 혼입시키는(펌프의 정격용량이 젖은 슬러리가 혼입구에 공급되는 속도 보다 높기 때문) 추가적인 스크류 펌프로 들어간다. 이리하여 다공성 슬러리가 생성된다.
메이슨(Mason)의 미국 특허 5,660,465호에는 상기 5,013,157호에 개시된 것과 유사한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 본 문헌에는, 제1 스크류 펌프에 물이 동시에 공급되어 슬러리가 상기 제1 펌프에 존재하게 된다. 슬러리는 이후에 비탈진 수로로부터 깔대기 모양의 장치에 유사하게 공급되는데, 상기 깔대기 모양의 장치는 정변위 추진공동형 슬러리 펌프(positive displacement progressive cavity slurry pump)에 연결된다. 회전속도를 조절함으로써 혼입되는 공기와 슬러리의 비율이 변조될 수 있다.
상기 밀스와 메이슨의 문헌들에서, 상기 펌프들은 혼합기가 아니며 제대로 혼합시키지 못하기 때문에, 펌프가 공기를 혼입시키기 위해 사용될 때마다 바람직한 결과를 나타내지는 않는다. 상기 펌프들은 기껏해야 반죽기로 인정될 수 있는데 이는 거품을 생성시키지는 못한다.
상기 어떤 문헌들도 플라스터보드 혹은 패널의 제조에 이용될 신뢰성 있고 산업적인 방법을 인도해내는 공기주입에 대해 개시하고 있지 않다.
그리하여 거품형태 혹은 다공성의 슬러리를 제작할 목적으로 버블의 구조를 조절할 수 있는 그 이상의 혼합기기 및 방법을 제공하는 것이 여전히 요구되고 있다.
상기 어떤 문헌들도 이러한 발명에 대해 암시하거나 개시하고 있지 않다.
본 발명은;
- (i)시멘트질 재료, 물, 거품제 및 선택적인 첨가물을 적어도 100mm의 슬럼프(slump)를 가지고 자유롭게 흐르는 슬러리에 혼합하는 단계; (ii)이어서 단계(i)의 슬러리에 공기를 주입하고 분산시켜 다공성 슬러리를 생성하는 단계; (iii)이어서 상기 단계(ii)의 다공성 슬러리를 경화시키는 단계; 및 (iv)상기 다공성 슬러리를 세팅하는 단계를 포함하는 다공성 시멘트의 연속적인 제조방법,
- (i)시멘트 주입구 및 물과 거품제의 주입구를 구비하며 유동성 슬러리를 제작하기 위한 조건 하에서 작동되는 고전단 혼합기인 적어도 하나의 제1 혼합기; (ii)공기 주입장치를 구비하며 전단성 조절 조건 하에서 작동되는 적어도 하나의 제2 혼합기를 포함하는 다공성 시멘트 슬러리 제조용 혼합 장치,
- (i)시멘트 주입구 및 물 주입구를 구비하고 유동성 슬러리를 제작하기 위한 조건 하에서 작동되는 고전단 혼합기인 적어도 하나의 제1 혼합기; (ii)유동성 슬러리 주입구 및 거품제 주입구를 구비한 적어도 하나의 추가적인 제1 혼합기; (iii)공기 주입장치를 구비하며 전단성 조절 조건 하에서 작동되는 적어도 하나의 제2 혼합기를 포함하는 다공성 시멘트 슬러리 제조용 혼합 장치,
- (a)본 발명에 따른 적어도 하나의 혼합기; (b)다공성 슬러리의 경화를 위한 수단들; 및 (c)외피(facer)를 이동시키는 수단들을 포함하는 거품형 시멘트체를 제조하기 위한 장치를 제공한다.
바람직한 실시예는 독자적으로 수행되는 2차의 혼합단계에 바탕을 두고 있다. 첫번째는 시멘트질 재료, 물 및 거품제를 혼합하는 것이다. 두번째는 공기를 혼입하기 위해 수행되는 혼합 또는 섞는 단계이다. 이러한 혼합단계들은 다른 조건하에서 바람직하게 수행되는데, 첫번째는 균일한 슬러리를 제조하기 위해 고전단의 조건 하에서 수행하는 것인 반면, 두번째는 원하는 거품 구조를 만들어내기 위해 전단성 및 유로(流路)를 조절하는 조건하에서 수행하는 것이다. 전단성 조절 조건이란 해당분야 기술자가 슬러리, 공기 주입 속도 및 소정의 최종적 다공성 또는 공극의 구조에 따라 선택할 수 있는 조건들이다. 예를 들면, 크거나 아니면 오히려 미세한 버블을 얻기 원한다면, 슬러리의 슬럼프에 따라 전단성 조절 조건은 전방향 저전단성 아니면 전방향 고전단성(그러나, 제1 혼합기의 고전단성 조건보다는 여전히 실질적으로 낮은 전단성)이 될 수 있다. 섞는 장치의 제2 혼합기의 타입뿐만 아니라 거품제, 첨가제의 타입 등이 또한 영향을 미칠 수 있다. 일상적인 실험을 통해 기술자는 소정의 공극 구조를 얻기 위해 전단성 조절 조건을 결정하고 적용시킬 수 있을 것이다.
바람직한 실시예의 기본 개념은 거품형 슬러리를 제작하기 위한 유체로서 슬러리를 사용하는 것이다. 두번째 단계에서 단지 공기만이 첨가되기 때문에 사전 조성된 거품을 필수적으로 동반하는 물의 첨가 없이 거품이 기본적으로 형성된다. 이 방법은 선택적인 액체 첨가제를 배제하지 않으나, 바람직하게는 슬러리의 총 중량에 대해 2 중량%를 초과하지 않는다. 이 방법은 또한 제1 단계의 사전 조성된 거품의 사용을 배제하지도 않는다. 이 방법은 또한 단계화된 구성성분들의 첨가를 배제하지 않는바, 석고, 물 및 선택적인 첨가제가 제1 혼합기에 공급되고, 공기를 혼합하는 제2단계로 이동하기 전에 거품제가 제1 혼합기의 출구에서 첨가될 수 있다.
바람직한 실시예를 적용함으로써 거품 버블의 부피와 분포상태는 혼합조건 및 유로에 의해 조절될 수 있다. 그 결과, 더 강하거나 더 가벼운 제품을 형성하는데 최적화되거나, 보통 중량의 보드를 생산하는 현존하는 방법보다 거품제와 물을 덜 사용하는데 최적화된 거품체가 얻어진다.
상기 실시예의 방법은 제1 단계에서의 고성능 시멘트질 슬러리와 버블의 크기와 분포가 조절된(두가지 방법으로) 거품체 슬러리의 최적화를 가능케 한다. 두가지 방법의 분포는 석고 혼합기로부터 두개의 다른 공기 혼합기로 분리하여 방출함으로써 얻어질 수 있다. 서로 다른 흐름은 실제 두가지 방법의 분포에 재결합 될 수 있다.
고전단 혼합기는 체류시간이 적은 비교적 작은 내부공간을 바람직하게 가지며, 고전단성은 혼합기 내의 엉김을 방지해준다. 바람직하게는 석고의 전단성 조절 혼합기도 혼합기 내의 엉김 및 스케일링을 막기 위해 특정 기준을 만족해야한다. 선호되는 일 태양은 슬러리가 방출되기 전에 재순환되는 것을 막는 내부공동의 디자인이다. 공지의 다른 태양도 적용될 수 있다(물질이 방출구로 이동되는 동안 주입구를 열린상태로 유지; 특수 라이너(liner) 및/또는 유동성 벽; 상 변화가 일어나는 가열부 등등).
본 실시예의 또다른 요소는, 제2 혼합기에서 슬러레이 혼입된 모든 공기가 최종 시멘트질 제품에 포함되기 때문에 슬러리에 혼입된 "순수(net)" 공기의 공극을 보장함으로써 슬러리 내에 혼입된 공기를 조절하는 것이다.
본 발명의 방법은 또한 향상된 특성을 지닌 플라스터보드 및 패널을 제공한다.
도 1은 본 발명을 나타내는 개요도이다.
도 2는 본 발명의 고전단 혼합기의 제1 실시예를 나타내는 개요도이다.
도 3은 본 발명의 고전단 혼합기의 제2 실시예를 나타내는 개요도이다.
도 4a, 4b 및 4c는 본 발명의 전단성 조절 혼합기의 실시예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 전단성 조절 혼합기의 제2 실시예를 나타낸다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 전단성 조절 혼합기의 제3 실시예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 전단성 조절 혼합기의 제4 실시예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 전단성 조절 혼합기의 제4 실시예를 나타낸다.
본 발명은 아래에 보다 구체적으로 설명되어지는데, 이러한 실시예들은 본 발명의 실시를 제한하지 않는다.
도 1에 따르면, 제시된 실시예의 방법은 건조성분 계량장치(1)와 액성성분 계량장치(2), 다단계 혼합기(3) 및 성형장치(4)를 포함하는데, 상기 성형장치는 종래의 것이다. 상기 다단계 혼합기(3)는 바람직하게는 고전단 혼합기인 주된 혼합기(5) 및 바람직하게는 전단성 조절 혼합기인 2차 혼합기(6)를 구비한다.
거품제는 제1 혼합기 내에서 기타 각종 (건조 혹은 액성)성분들과 함께 계량된다. 공기 계량장치(7)가 2차 혼합기(6) 내에 제공된다. 상기 공기 계량장치(7)는 다공성 슬러리를 생산하는데 필요한 소정의 공기를 배분한다. 다공성 슬러리는 이후에 통상의 성형장치(4)에 선택적으로 분사장치(6a)에 의해 공급된다.
도 2는 본 발명에 사용된 제1의 주된 혼합기를 나타내는 개요도이다. 유사한 혼합기가 본 발명에 인용된 DE-A-3,138,808에 개시되어 있다. 상기 혼합기(5)는 각 장치에 공급되는 건조 및 액성성분 계량장치(8)를 구비하고 있다. 상기 장치는 깔 대기(12)로 넘치는 액체를 이용한다. 건조한 재료들(시멘트질 재료 및 존재한다면 건조한 첨가제들)이 계량되어 깔대기(12)로 방출하는 공급장치 내에 주입된다. 액성 첨가제는 계량되어 파이프(13a)를 통해 액상에 제공된다. 상기 파이프는 용기(13)에 직선으로 뻗어 액체가 회전하도록 하여 깔대기(12)의 가장자리로 흘려보낸다. 깔대기(12) 내에는 스크래퍼(9)가 위치한다. 스크래퍼(9) 및 오픈스크류(10)는 건조 재료가 벽을 찌르지 않도록 보장해주는 모터에 의해 작동된다. 그리고 파이프(15)가 회전하는 고전단 혼합기(5a)에 공급해준다. 고전단 혼합기는 공지의 어떠한 타입도 사용될 수 있다. 예를 들면, 핀 믹서, 고레이터(gorator)®, 로터/스테이터 믹서 및 디스크 믹서 등이다.
바람직한 혼합기의 하나는 경사진 디스크 믹서이다. 최상부에 있는 배출구(19)의 경사진 배열은 주변공기가 슬러리로 포집되는 것을 방지한다. 파이프(15)가 주입구(16)를 통해 혼합기에 연결되어 있다. 모터에 의해 작동되는 디스크(17)는 하우징(18)내에서 고속으로 회전한다. 디스크는 공급된 재료가 혼합기를 통과하지 않고 배출구로 "직행"하는 것 또는 때때로 혼합기 내에 잔존하는 것을 막기 위해 배출 위치에서 벽에 닿도록 편심하여 위치한다. 시멘트질 슬러리는 이후에 배출구(19)를 통해 혼합기(5a)를 떠난다. 스크류(10, 11)를 통해 파이프(13a)의 유속 및/또는 시멘트질 재료의 유속을 조절함으로써 통제가 가능하다. 직경이 약 80cm인 디스크에서의 통상적인 유속은 20m3/h이다.
도 3은 도 2의 실시예의 다양한 모습을 나타낸 개요도이다. 도 3에서는, 깔 대기(12), 수용용기(13)와 결합된 파이프(13a), 공급 스크류(11), 스크류(10) 및 파이프(15)를 볼 수 있다. 본 실시예에서, 스크래퍼-스크류 장치(9)는 깔대기(12) 속에 회전하도록 장착된다. 스크래퍼-스크류 장치(9)에 구동력은 모터(M1)에 의해 전달된다. 연이은 축(20)이 스크래퍼(9)와 스크류(10) 내에서 회전하는데, 상기 축(20)은 별도의 모터(M2)에 의해 구동된다. 상기 축(20)은 스크류(10)의 다음공정으로 뻗어있다. 축(20)의 바닥에는 터빈(21)이 장착되어 있다. 상기 터빈은 임펠러(impeller) 터빈, 톱니모양의 고속 디스크 등 공지의 어떠한 터빈도 될 수 있다. 상기 터빈(21)은 고속으로 회전하며, 이로 인해 매개체 내에서 고전단성을 생성한다. 시멘트질 슬러리는 이후 플로우 컨트롤 밸브(23)가 선택적으로 구비된 파이프(22)를 통해 방출된다. 공간(14)내 혹은 파이프(15)를 따라 어느 장소에라도 혼합물의 수위를 측정하는 센서(24)가 제공될 수 있다(상기 센서는 도 2의 실시예에도 제공될 수 있다). 이러한 센서는 더 나은 컨트롤을 가능케 하는데, 센서는 컨트롤 밸브(23) 및/또는 파이프(13a) 내의 유속 및/또는 시멘트질 재료의 유속을 스크류(10, 11)를 통해 조절할 수 있다. 약 20cm의 직경 및 직경의 한배 내지 두배에 달하는 혼합 구역의 길이가 통상적인 크기이다.
도 2 및 3에 제시되었으나 이에 제한되지는 않는 방식으로 고전단 혼합기를 떠난 시멘트질 슬러리는 이후에 다공성 시멘트질 슬러리를 생성하도록 시멘트질 슬러리가 뒤섞이는 전단성 조절 혼합기로 보내진다. 많은 전단성 조절 혼합기가 상기 말단에 사용될 수 있다.
하나의 혼합기는 유리, 금속, 합성물질 또는 세라믹으로부터 제작된 다공성 용융유리판을 포함할 수 있다. 이러한 다공성 용융유리판은 수십 마이크론 크기 및 수 밀리미터 두께의 공극을 가질 수 있다. ED-A-2,117,000 및US-P-6,376,558에 개시된 공기 주입장치가 적절하다. 주목할 것은, 벽의 일부가 다공성 용융유리를 포함하는 하우징 내의 회전자가 적합하다. 많은 회전자(스크류, 와이어 회전자 등)가 적합하다. 선택적으로는, 딥-렉(dip-leg) 혹은 기타 적절한 공기 주입 장치로 공기를 주입할 수 있다. 공기는 또한 여러개의 구멍, 혹은 스크린을 통해, 또는 바람직하게는 공기 주입 노즐을 통해 주입될 수 있다.
도 4a는 2차 혼합기의 제1 실시예를 나타낸다. 이것은 축의 길이를 따라 회전하는 회전자 샤프트(31)를 구비한 수평 튜브(30)로 주로 구성된다. 회전자는 가변 드라이브(32)에 의해 구동된다. 주된 슬러리의 공급원은 필수 요소가 아니다. 그러나, 바람직한 실시예가 수평 튜브의 상부로부터 벗어난다. 제2 혼합기 내의 평균 체류시간을 적용하기 위해 공급구(33)를 다르게 설치하는 것이 가능하다. 동일한 목적으로, 분리 디스크(34)가 슬러리 요구치에 따라 튜브의 작동중 부피를 변형시킬 수 있다. 도 4b에 보인 것처럼 회전자는 "다람쥐 쳇바퀴 형태"(30a)일 수 있다. 도 4c에 보인 것처럼 회전자는 교반을 위해 다른 장치, 예를 들면, 확장된 와이어(30b) 및/또는 스크류형 스프링(30c)을 포함할 수 있다. 다공성 슬러리는 수용부 말단의 반대에 위치한 배출구(35)를 통해 혼합기를 떠난다. 혼합기가 가득 차도록 배출구(35)의 기원은 상부에 있다. 튜브의 바닥을 따라 배치된 용융체(36)에 의해 공기가 주입될 수 있다. 공기는 압력을 받으며 밸브(37) 및 플로우 미터(38)에 의해 계량된다. 도시되지는 않았지만 방출 말단의 직경이 더 큰 깔대기 모양의 케 이스를 가진 다양한 것들이 있다. 이러한 케이스의 바닥은 교반기의 축 중심이 방출구의 상부를 향하도록 수평이 될 수 있다.
도 5는 2차 혼합기의 다른 타입을 나타내고 있다. 이것은 관 형태의 혼합용기(40), 중심에 올 수 있는 슬러리 공급 바닥(41) 또는 공기 주입을 위한 측면의 용융유리요소(42)로 주로 구성된다. 가변 드라이브(44)를 (선택적으로)구비한 회전자 및 교반 장치(45)는 거품형태의 제품을 생산할 수 있다. 밸브(46)와 플로우 미터(47)가 공기흐름을 조절한다. 배출구는 상부에 위치하여 슬러리가 넘쳐흐르듯이 배출된다. 계량된 액성 첨가제를 위한 주입구(49)는 선택적이다.
도 6a에 도시된 2차 혼합기 또한 수직 혼합기이다. 공기를 주입하기 위해 혼합기의 주위로 어긋나게 장착된 하나 또는 여러개의 노즐(50)을 통해 공기가 도입된다. 주된 슬러리 공급구(51)는 혼합용기의 저변부에 대해 비껴나있다. 공급되는 슬러리와 공기는 사전 혼합이 일어나는 벤츄리(venturi) 노즐에 모인다. 배출구(52)는 이전의 도면에서처럼 상부에 위치한다. 바람직하게는 회전자(53)는 금속 또는 플라스틱으로 제작된 여러개의 탄성 와이어(54)를 구비한다. 계량된 액성 첨가제를 위한 주입구(55)는 선택사항이다. 도 6b는 본 실시예의 평면도이다.
도시되지는 않았지만 도 5 및 6a의 혼합기의 다양한 형태로, 혼합용기의 상단이 막혀있고 배출구 너머로 일정한 공간을 남겨둔 것이 있다. 커버의 상부는 슬러리의 수위와 파이프를 감지하며 나노미터, 압력 조절 밸브 및 플로우 미터를 구비한 수위 센서이다. 압력 조절 밸브는 방출에 비해 슬러리의 수위가 일정하게 유지되는 방식으로 수위 센서에 의해 유도된다. 나노미터는 부압이 방출/분배 시스템 에서 적체되는지 여부를 모니터할 수 있도록 한다. 플로우 미터(47)와 조합된 상기 플로우 미터는 포집된 공기의 마찰을 모니터할 수 있도록 한다. 이것은 또한 저항(예를 들면 분배 장치)에 대항해 넘쳐흐르도록 방출할 수 있게 해준다.
도 7은 공기 주입단계와 접한 물질에 거품형 슬러리를 분출하는 단계를 조합한 본발명의 실시예를 도시한다. 시멘트질 슬러리는 방출 파이프(60)를 통해 고전단 혼합기로부터 방출된다(방출 파이프는 도 2 및 3에 도시된 장치 또는 다른 적절한 주 혼합기에 연결될 수 있다). 공지된 바와 같이, 거품형이 아닌 슬러리는 큰 버블이 존재할때 이를 분리해낼 수 있거나 변위 길이에 걸쳐 병합될 수 있는 거품형 슬러리에 비해 변화없이 분출될 수 있다. 그리하여 본 실시예에서, 시멘트질 슬러리는 플레이트(61)에 분출된다. 시멘트질 슬러리는 이후에 플레이트(61)로부터 수평 혼합기(62)로 흘러가는데, 도 4a에 도시된 설계와 개념은 유사하나 축을 따르기보다는 오히려 가로질러 흐른다. 회전자 및 공기 주입장치 역할을 하는 상기 혼합기(62)는 수직의 앞벽(67)과 뒷벽(63) 및 반원형 바닥을 가지는 사각형의 용기를 포함한다. 참조번호 64로 지시되는 원형부의 저변부는 주변으로 약 10 내지 50%에 걸쳐 뻗어있는 다공성 용융유리성분(65)을 포함한다. 다공성 슬러리를 형성하도록 공기는 상기 용융유리성분을 통해 시멘트질 슬러리로 주입된다. 원형부에 끼워진 회전하는 회전자(66)는 슬러리와 공기를 혼합시켜준다. 바람직하게는 회전자는 도 4b 또는 4c에 도시된 형태이나, 제한적이지는 않다. 상기 다공성 슬러리는 기기의 폭을 가로질러 방출되므로 또다시 접하는 재료의 폭에 걸쳐 펼칠 필요가 없다. 그러므로, 정해진 위치에서 거품형 슬러리가 쏟아부어지는 공지기술과 대조적으로 다 공성 슬러리가 접하는 물질상에 연속적이고 일정한 흐름을 유지하므로 버블 크기에 격차가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 다공성 슬러리는 벽(67)위로 흘러 혼합기로부터 배출되며, 이후에 접하게 되는 재료(68)와 접하게 된다. 바람직하게는, 필요하다면 회전자를 닦아내거나 다공성화된 재료만이 접하는 재료에 도포되도록 실질적으로 혼합기 중심부 회전자 가까이에 분리격벽(69)을 설치한다. 혼합기는 다공성 슬러리를 접하는 재료로 펌프처럼 이동시키도록 반시계방향으로 회전한다. 주 슬러리의 속도가 20m3/h인 경우 통상적인 크기는 원형부의 직경이 약 250mm, 폭이 약 1200mm이다.
도 8은 실험실 스케일로 전개된 2차 혼합기의 추가적인 변형체를 도시한다. 이것은 바닥에 슬러리(어떠한 고전단 공정을 통해서도 제작될 수 있음) 파이프(72)와 공기 파이프(73)가 있는 티자형 관(71)을 구비한 통(70)을 포함한다. 공기와 슬러리는 티자형 관 내에서 어느정도 혼합된 후 이 혼합물은 통(70)속으로 주입된다. 통(70)은 교반 블레이드(74a, 74b 등), 즉, 층별로 8개의 블레이드가 장착된 회전하는 샤프트를 구비하고 있으며, 샤프트는 4개 층을 포함하고, 가장 최하층은 통(70)으로의 주입구에 가깝다. 통(70)은 경사진 상부 배출구(75)를 구비하고 있다. 예를 들면, 통의 내부 직경은 약 90mm 이고, 블레이드는 약 40mm의 반경과 1mm의 두께를 가진다. 통은 경사진 배출구(75)의 최하단부까지의 높이가 약 210mm 이고, 각 블레이드들은 샤프트를 따라 약 60mm의 간격을 가진다. 통 내에 티자형 관의 주입구는 약 15mm의 직경을 가진다.
발명의 몇몇 실시예에서는 공기 주입용 노즐을 사용하는 것이 유리하다. 특히 노즐에 의할 경우, 주입 후 공기가 슬러리 내에서 팽창하는 것은 공기 분포에 있어서 몇몇 유리한 점을 가진다. 또한, 노즐은 디자인을 보다 간단하게 만들어주며 석고가 떨어져나가는 경향이 덜하고, 만일 사용된 경우에는 섬유에 대해 보다 관용적이다.
본 발명에 사용된 고전단 혼합기는 전형적으로 회전속도가 보통 적어도 400m/min, 바람직하게는 500 내지 700m/min이고, 균일하고 덩어리지지 않는 슬러리를 만들기 위해 1 내지 10초의 평균 체류시간을 가진다.
2차 혼합기는 일반적으로 슬러리 내부에 적절하게 공기를 배분하는 특성으로 특징지어진다(이러한 혼합기 등은 전단성 혹은 속도만으로는 일반적으로 특징지을 수 없다). 작동 조건은 혼합기의 기본설계, 공기 도입 수단, 슬러리의 점도, 평균 체류시간 및 소정크기의 공기버블 분배에 의존한다. 기술자는 최종의 작동 조건이 공기를 슬러리 내로 우수하게 혼입되도록 하기 위해 부피 및 회전 속도등을 어떻게 적용할 것인가를 일상적인 시험을 거쳐 알 수 있을 것이다. 만일 공기가 이미 미세한 크기의 버블로 나뉘어졌다면 균질화를 위한 가벼운 혼합으로 보통 충분하다. 공기가 보다 큰 버블형태로 도입되었거나, 혼합기로 계속 흘러들어가는 경우라면, 혼합기는 필요하다면 공기 버블의 크기를 축소시켜야 한다. 도 4a에 보인 수평 혼합기 혹은 젓개 형태의 교반기를 장착한 도 5 및 6a에 보인 수직 혼합기에서 작동 모드(mode)는 와이어의 속도 및 와이어의 수와 평균 체류시간의 곱으로써 나타낼 수 있다. 이러한 수치들은 일상적인 시험을 거쳐 결정될 수 있다.
본 발명은 또한 코어보다 밀도가 높은 층 및/또는 둘레를 가지는 벽보드의 생산방법을 제공한다. 슬러리가 이동하는 밴드 상에서 경화되는 시간에 석고 슬러리의 특정 흐름을 적용함으로써 단단한 둘레를 만드는 방법은 공지되어있다. 본 발명의 실시예에서, 거품형이 아니거나 적은양만 거품화된 고전단 혼합기로 생산된 슬러리의 일부가 단단한 둘레를 위한 흐름으로 전환, 유용된다. 유사하게, 고전단 혼합기에 의해 생산된 슬러리의 일부는 거품형태의 코어와 외피 사이에 존재하는 밀도높은 층을 생산하는데 사용될 수 있다. 이런것에 대해 본 명세서에 인용된 미국 특허 5,085,929 및 5,116,671을 참조할 수 있다. 또한 제1 혼합기 내에 사전 조성된 거품을 소량 사용하는 것, 예를 들면 주어진 밀도의 둘레를 구비하는 것도 본 발명의 범위내에 속한다(예를 들자면 거품형이 아닌 슬러리는 너무 단단한 둘레를 형성하게 된다). 도입될 사전 조성된 거품의 양은 최종적으로 원하는 특성에 따른다.
광범위한 버블의 분포는 각각이 분배부를 구성하는 하나 이상의 공기 혼합기에 의해 이루어질 수 있다. 상기 분배부는 소정의 분포를 형성하기 위해 재조합될 수 있다.
결과물인 다공성 시멘트질 슬러리는 다양한 크기의 버블을 함유한다. 본 발명의 실시예는 버블의 크기와 그들이 밀도높은 슬러리 내에서 분리되는 경향을 조절하도록 해준다. 2차 혼합기에서는 두가지 양식의 버블 크기 분포를 얻을 수 있다. 바람직하지는 않지만, 매우 작은 공기에 의해 가벼워진 슬러리를 생산하기 위해 제1 고전단 혼합기에 소량의 거품을 주입하는 것도 고려된다. 이런 경우, 제2 혼합기에 공기를 직접 주입하는 조건이 설정될 수 있고, 그리하여 소정의 밸런스에 있어 두가지 방식의 분포가 된다.
시멘트질 재료는 물과 어우러질 어떠한 물질도 될 수 있다. 바람직하게는, 시멘트질 재료는 회반죽, 즉, 수화될 수 있는 황산 칼슘(안하이드라이트 혹은 α- 또는 β- 헤미 하이드라이트)이다. 공지의 어떠한 수화 접합재도 될 수 있다. 시멘트질 재료는 보통 미세한 분말로 크기의 중간값이 5 내지 100㎛ 범위를 가진다. 본 발명의 특정 실시예는 경화시간이 30분 미만, 바람직하게는 20분 미만, 더욱 바람직하게는 10분 미만인 급결 시멘트를 위한 특별 설계이다.
재료는 또한 골재 및/또는 충진재를 포함할 수도 있다. 골재는 시멘트보다 필수적으로 더 높은 크기의 중간값을 가지는 내부의 입자이다. 충진재는 시멘트보다 필수적으로 더 적은 크기의 중간값을 가지는 내부의 분말이다. 충진재의 예로는 훈증 실리카, 플라이 애쉬(fly ash), 용광로 슬래그(slag), 마이크로 실리카 및 미세 석회석이 있다. 무거운 골재로는 실리카 또는 석회석 모래가 될 수 있는 반면, 적당한 골재의 예로는 경량의 버미큘라이트, 펄라이트, 미립자(micro-sphere) 및 팽창혈암(expanded shale)이 있다.
사용될 수 있는 거품제로는 플라스터보드 분야에서 사용되는 아무것, 즉, 알킬-에테르-설페이트 및/또는 알킬-설페이트 등이 될 수 있는데, 제한적이지는 않다. 본 명세서에 인용된 다음 문헌들에서 예시를 찾아볼 수 있다. US-P-4676835, US-P-5158612, US-P-5240639, US-P-5085929, US-P-5643510, WO-A-9516515, WO-A-9723337 0270427, WO-A-0224595. 거품제는 통상의 양이 사용되는데 0.01 내지 1g/ 슬러리의 부피(l)가 될 수 있다(활성 입자/슬러리의 고체성분으로 표현된다).
일 실시예에서, 슬러리와 그 결과물인 시멘트질 재료 세트는 섬유를 포함한다. 섬유의 양은 통상적으로 부피의 0.05 내지 5%이며, 주된 슬러리의 부피에 기초한다. 이들은 보통 길이가 3 내지 20mm, 직경이 10 내지 20㎛이다. 유리섬유 또는 고탄성 합성섬유가 적합하다. 다른 실시예에서는, 본 발명이 섬유 없이 실험되었다. 섬유가 없다는 것은 양이 0.01 중량% 미만, 바람직하게는 0.001 중량%(오직 의도하지 않는 불순물) 미만으로, 통상 섬유가 전혀 존재하지 않음을 의미한다. 공지의 섬유는 어떤 섬유라도 될 수 있다. 본 명세서에 인용된 US-P-6,443,258을 참조할 수 있다. "섬유 없이"라는 것은 통상 해당 분야에서 사용되듯이 셀룰로오스 재료, 특히 재생물질에 기원을 둔 것의 존재를 배제하는 것은 아니다.
결과의 시멘트질 재료 세트는 광범위한 경계를 가지는 다양한 부피의 공극을 가질 수 있다. 경화된 시멘트질 재료의 공극으로는 두가지가 있다: 물이 증발된 뒤 남은 공간과 공기에 의해 형성된 버블이다. 일반적으로, 다공화 공정은 공기 버블의 부피를 조절할 수 있는 반면, 물에 의한 공극의 부피는 오로지 물/석고의 비율에 의존한다. 석고에 대해 물에 의한 공극의 부피는 40 내지 65 부피% 또는 0.45 내지 1.05의 물/석고의 비율을 가진다. 주어진 물/석고의 비율, 말하자면 0.65에서의 공기 버블의 부피는 900 내지 200kg/m3의 밀도에 대해 약 25 내지 약 83 부피%를 가진다. 그러므로, 예를 들어, 주어진 밀도가 400kg/m3이고 물/석고의 비율이 0.65라면 물에 의한 공극은 약 17.5 부피%, 버블의 부피는 약 65.5 부피%로 그 결과 총 공극의 부피는 약 83 부피%가 된다. 그리하여 조성물 세트의 공극의 총 부피%는 광범위한 경계 사이에서 매우 다양할 수 있다: 일 실시예에서는 53 내지 75 부피%인 반면 다른 실시예에서는 약 47 내지 95 부피%의 범위일 수 있다.
외피 물질은 통상의 방법으로 공지되어 사용되는 것들이 될 수 있다. 일 실시예에서, 외피는 종이이다. 다른 실시예에서는 외피 물질은 비직물성 매트, 바람직하게는 유리 매트나 기타의 섬유들(예를 들면 합성섬유 또는 셀룰로오스 섬유와 합성섬유의 혼합물)로 형성된 매트이다. 다른 조성을 가지는 두개 이상의 층을 가지는 조성외피를 사용하는 것과 기존의 섬유를 사용하는 것 또한 포함된다. 시멘트질 슬러리는 외피내로 부분적으로, 또는 전체적으로 스며들 수 있고, 외피가 시멘트질 코어에 묻힐 수도 있다.
결과물은 코어의 밀도가 200 내지 1100kg/m3인 고밀도 보드 또는 경량 보드가 될 수 있다.
종래 공지된 어떠한 첨가제도 본 발명에 사용될 수 있음을 주목해야 한다. 첨가제는 억제제/촉진제와 같은 슬러리의 특성에 영향을 미치는 것들이 있으나, 이들에 제한되지는 않으며, 방수성, 살충성 등 제품의 최종 특성에 영향을 미치는 것들이 있으나. 이들에 제한되지는 않는다. 첨가제의 종류는 매우 광범위하고, 이는 기술자에게 명백히 이해된다.
기계적 및/또는 심미적 특성을 향상시키기 위한 수지로는 공지의 것이 첨가될 수 있다. 단독으로 또는 조합하여 유리한 수지의 예로써 폴리 아크릴 화합물, 폴리 스티렌, 폴리 비닐 클로라이드, 폴리 올레핀, 폴리 우레탄, 셀룰로오스 화합물, 폴리 알코올, 폴리 아마이드, 폴리 에스테르, 폴리 에테르, 폴리 페놀 화합물, 폴리 설파이드, 폴리 설폰, 실리콘, 플루오로 폴리머(fluoropolyner) 등이 있다. 이러한 타입의 수지들은 공중합체 또는 다른 배합체와 조합을 이룰 수 있는데, 예를 들면 스티렌-부타디엔 공중합체 등이다.
억제제/촉진제 커플의 예로써는 종래의 석고 억제제/BMA, 소듐 폴리아크릴레이트/황산 알루미늄 및 소듐 포스포네이트/황산 아연이 있다.
버블 안정제 역시 사용될 수 있다.
수용성 점도 조절제도 사용될 수 있다. 예로는 중합체들(셀룰로오스 화합물, 폴리 알코올, 폴리 우레탄, 폴리 에스테르, 폴리 에테르, 폴리 아크릴 화합물, 및 이들의 공중합체와 3량체), 점토(가공/천연), 훈증 실리카, 소수성 개질 혹은 표면 개질된 첨가제들이 있다.
기존의 플라스터보드 생산에 있어서는 혼합기로부터 나오는 슬러리는 동일한 물/석고 비율을 가지는 별도의 실험상의 시제품과 비교하여 뻣뻣한 경향이 있었다. 이런 현상은 경화 촉진 및 종래의 연속식 플라스터보드 혼합기는 슬러리를 평균 체류시간보다 오래 보유한다는 사실과 관계가 있다. 따라서 당 분야에서 억제제와 촉진제를 조합하는 것 또는 1차 경화를 성형 순간에 최대한 가깝도록 미루는 것이 잘 알려져 왔다.
본 발명의 실시예에서 2단계 혼합공정은 두가지 첨가제의 첨가 순간 및 위치를 분리함으로써, 즉 억제제는 제1단계에 첨가하고 촉진제는 제2단계에 첨가하여 소정의 효과를 향상시킬 수 있게 해준다.
나아가, 다시 수화되는 것을 어느정도 완벽하게 방지하는 첨가제를 제품의 제1 혼합기에 첨가하는 것과 상기 방지제를 중화시키는 첨가제를 제품의 제2 혼합기에 첨하가는 것을 조합하는 것이 공정상 바람직하다는 것이 발견되었다. 이러한 첨가제 커플로는 방지제에 소듐 폴리아크릴레이트(예를 들면, 분자량 약 2000인 것), 중화제에 알루미늄 염, 예를 들면 황산 알루미늄인 것이 있다. 본 명세서의 목적상 방지제/해소제(중화제)는 엑제제/촉진제로써 고려될 것이다. 촉진제는 통상적으로 제2 혼합기의 주입구에 주입된다.
일 실시예는 거품제 없이 석고와 물(및 선택적인 첨가제)의 슬러리를 1차 제조하는 단계를 포함한다. 슬러리가 제조된 후 거품제가 첨가된다; 통상적으로 거품제는 제2 혼합기의 주입구에 주입된다(즉, 촉진제가 제2 혼합기에 첨가되는 것과 같은 때). 거품제를 초기에 첨가하지 않는 것은 제1 혼합기에 혹시 있을 공기의 혼입을 추가적으로 줄여준다.
또 다른 실시예에서, 거품제는 촉진제와 함께 첨가된다. 이것은 촉진제의 효과가 향상되는 추가적인 잇점이 있다.
본 발명에서는 고전단 혼합기(통상적으로는 핀 믹서)를 제1 혼합기로서 사용하는데, 제1 혼합기의 이후에 거품제를 첨하가는 실시예는 공기 포집의 실질적인 위험이 없어 표준 벽보드 생산라인에 적용하는데 있어서 특히 유용하다. 본 실시예에 의해 얻어진 물질은 더 강하게된다.
첨가제의 예시적인 사용량은 0.1 내지 5 중량%이다.
슬럼프의 측정을 위해 슈미트 링(Schmdt ring)을 사용할 수 있다. NF B 12-401 또는 ISO DIN 3050 표준(슈미트 링: 내부직경 60mm, 높이 50mm)이 적용된다. 석고를 물에 15초간 살포하고 30초간 젖게 한 후 혼합물에 슈미트 링에 채우기 전에 30초간 교반한다. 상기 링은 1분 15초 후에 제거되고 퍼진 슬러리의 직경이 측정되었다.
실시예
굴곡 강도를 비교하기 위한 시료가 다음의 조성으로 준비되었다:
조성 중량(php, 석고 100 중량부에 대한)
석고 100
볼 밀 촉진제 0.44
전분 0.48
(건조)가성 칼륨(potash) 0.1
35% 활성의 억제제 용액 0.014
40% 활성의 가소제 용액 0.27
40% 활성의 거품제 용액 0.16
물 70
실험실에서 종래의 제품을 제작하는데 사용된 방법은 다음과 같다. 가성 칼륨을 제외한 건조 성분들의 무게를 함께 측정한 후 건식 혼합한다. 계량수의 30%에 거품제를 혼합하고 Waring® 혼합기 내에서 60초간 거품을 낸다. 70%의 물과 가소제, 억제제 및 가성 칼륨의 무게를 재고 함께 혼합하여 거품과 분리 보관한다. 건조 성분들은 혼합용 부착물인 와이어 젓개가 장착된 Hobart® 회전궤도 혼합기의 내부에 놓여진다. 물과 첨가제를 건조 재료들 위에 붓고 2단계 속도로 5초간 교반한다. 혼합기가 멈추면 속도를 3단계로 변환한다. 사전 조성된 거품을 혼합용기에 첨가하여 3단계 속도로 5초간 교반한다. 혼합기가 멈추면 슬러리를 월보드의 보드지(紙) 봉투에 붓는다. 보드지는 12.5mm의 설계된 두께로 간격을 벌려 수직벽에 의 해 지지된다. 본 샘플을 지지대로부터 떼어내어 최종 세트의 크기로 다듬는다. 이후 고속의 연속 기류 내에서 초기에는 고온으로, 최종에는 저온으로 마를때 까지 건조시킨다. 샘플은 40℃에서 24시간 조절된다. 이후 무게를 측정하고 3개 지점에서 굴곡 시험을 위해 부러뜨린다.
본 발명의 실시예 중 공기를 직접 주입한 제조방법은 다음과 같다: 가성 칼륨이 있다면 이를 제외하고 건조 성분들의 무게를 측정한다. 물, 가소제, 억제 거품제 및 혹시 있다면 가성 칼륨의 무게를 측정하고 함께 혼합한다. 건조 성분을 젖은 성분에 첨가한다. 도 3에 도시된 고전단 혼합기를 모방한 주방용 믹서로 성분들을 수 초 내에 액성 점도가 220mm 되도록 하여 30초간 혼합한다. 슬러리를 도 5의 공기 혼합기에 100l/h의 속도로 밀어넣고, 용융유리 물질의 바닥을 통해 공기를 1000l/h의 속도로 주입하고 새지 않도록 막는다. 이후, 성형, 건조 및 시험 단계는 상기와 같다.
결과물인 샘플은 다음의 특성을 보였다:
특성 비교예 본 발명
두께(mm) 12.46 12.47
밀도(g/cm3) 0.617 0.627
소성항복(plastic yield: MPa) 0.98 1.16
영률(Young's Modulus: MPa) 1374 1711
본 명세서에 포함되어 있음.

Claims (54)

  1. (i) 시멘트질 재료, 물, 거품제 및 선택적인 첨가제를 100mm의 슬럼프를 가지는 자유흐름 슬러리에 넣고 혼합하는 단계;
    (ii) 이어서 다공성 슬러리를 형성하도록 단계 (i)의 슬러리에 공기를 주입하고 배분하는 단계;
    (iii) 이어서 단계 (ii)의 상기 다공성 슬러리를 경화시키는 단계;
    (iv) 최종적으로 상기 슬러리를 세팅하는 단계를 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 (i)이 섬유의 존재없이 수행되는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 단계 (i)이 섬유의 존재하에 수행되는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i)이 고전단 혼합 조건하에서 수행되는 다공성 시멘트 세트의 연 속식 제조방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i)이 전단성 조절 조건하에서 수행되는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 단계 (ii)가 저전단 혼합 조건하에서 수행되는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i)이 사전 조성된 거품의 첨가 없이 수행되는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i)이 사전 조성된 거품의 존재하에 수행되는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i)에서 얻어진 슬럼프가 적어도 150mm인 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i)에서 얻어진 슬럼프가 200 내지 250mm인 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최종 제품 세트에서 물에 의해 형성된 공극의 부피가 20 내지 65 부피%이고 주입된 공기에 의한 셀(cell)의 부피가 3 내지 50 부피%인 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최종 제품 세트에서 공극의 총 부피가 47 내지 95 부피%인 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  13. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최종 제품 세트에서 공극의 총 부피가 53 내지 75 부피%인 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    시멘트 대 물의 비율이 0.25 내지 1.1의 범위, 바람직하게는 0.45 내지 0.85의 범위인 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시멘트가 황산칼슘 α-헤미 하이드레이트, 황산칼슘 β-헤미 하이드레이트 또는 이들의 혼합물인 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시멘트가 적어도 하나의 골재 및/또는 적어도 하나의 충진재를 더 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i)이 시멘트의 경화를 위해 억제제 및 촉진제를 첨가하는 것을 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  18. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i)이 시멘트의 경화를 억제하는 단계를 더 포함하고 상기 단계 (ii)가 시멘트의 경화를 촉진하는 단계를 더 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
    상기 시멘트가 석고이고, 단계 (i)의 이전에 또는 동시에 통상의 석고를 첨가함으로써 석고의 경화가 억제되며, 단계 (ii)의 이전에 또는 동시에 BMA를 첨가함으로써 석고의 경화가 촉진되는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  20. 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
    상기 시멘트가 석고이고, 단계 (i)의 이전에 또는 동시에 소듐 폴리아크릴레이트를 첨가함으로써 석고의 경화가 억제되며, 단계 (ii)의 이전에 또는 동시에 황산알루미늄을 첨가함으로써 석고의 경화가 촉진되는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  21. 제 17항 또는 제 18항에 있어서,
    상기 시멘트가 석고이고, 단계 (i)의 이전에 또는 동시에 소듐 포스페이트를 첨가함으로써 석고의 경화가 억제되며, 단계 (ii)의 이전에 또는 동시에 황산아연을 첨가함으로써 석고의 경화가 촉진되는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i) 및/또는 단계 (ii)가 슬러리에 강도 강화 수지를 첨가하는 단계를 더 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 강도 강화 수지가 스티렌-부타디엔 공중합체인 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i) 및/또는 단계 (ii)가 슬러리에 버블 안정화제를 첨가하는 단계를 더 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i) 및/또는 단계 (ii)가 슬러리에 수용성 점도 조절제를 첨가하는 단계를 더 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  26. 제 1항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (i)이 시멘트질 재료, 물 및 선택적인 첨가제를 혼합하는 단계를 포함하는 서브단계(a)와 거품제를 서브단계(a)의 슬러리에 첨가하는 단계를 포함하는 서브단계(b)의 두 서브단계 (a) 및 (b)를 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 서브단계(a)가 억제제를 첨가하는 단계를 더 포함하고, 서브단계(b)가 촉진제를 첨가하는 단계를 더 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  28. 제 26항 또는 제 27항에 있어서,
    상기 서브단계(a)가 고전단 혼합 조건 하에서 수행되는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  29. 제 26항 또는 제 27항에 있어서,
    상기 서브단계(b)가 전단성 조절 조건 하에서 수행되는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  30. 제 1항 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (i)과 단계 (ii) 사이에 공기의 도입 전에 단계 (i)의 슬러리를 살포하는 단계를 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  31. 제 1항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (iii)이 다공성 코어를 형성하도록 적어도 하나의 이동하는 외피상에 상기 슬러리를 도포하는 단계를 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  32. 제 1항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (iii)이 다공성 코어를 형성하도록 적어도 하나의 이동하는 외피상에 상기 슬러리를 도포하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (i)에서 얻어진 슬러리의 일부를 다공성 코어에 연속적으로 도포되는 흐름으로 유용하는 단계를 더 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  33. 제 1항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (iii)이 다공성 코어를 형성하도록 적어도 하나의 이동하는 외피상에 상기 슬러리를 도포하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (i)에서 얻어진 슬러리의 일부를 다공성 코어의 상부 및/또는 그 아래에 도포되는 흐름으로 유용하는 단계를 더 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  34. 제 31항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동하는 외피가 종이인 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  35. 제 31항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서,
    시멘트가 경화된 후 상기 외피를 제거하는 단계를 더 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  36. 제 31항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 움직이는 외피가 비직물성 매트, 바람직하게는 유리 매트인 다공성 시 멘트 세트의 연속식 제조방법.
  37. 제 1항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 있어서,
    공기의 주입과 분배 사이에 공기를 팽창시키는 단계를 더 포함하는 다공성 시멘트 세트의 연속식 제조방법.
  38. (i) 시멘트 주입구 및 물과 거품제의 주입구를 구비하고 유동성 슬러리를 제조하기 위한 조건 하에서 작동되는 고전단 혼합기인 적어도 하나의 제1 혼합장치;
    (ii) 공기 주입장치를 구비하고 전단성 조절 조건하에서 작동되는 혼합기인 적어도 하나의 제2 혼합장치를 포함하는 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  39. (i) 시멘트 주입구 및 물의 주입구를 구비하고 유동성 슬러리를 제조하기 위한 조건 하에서 작동되는 고전단 혼합기인 적어도 하나의 제1 혼합장치;
    (ii) 유동성 슬러리 주입구 및 거품제의 주입구를 구비한 적어도 하나의 추가적인 제1 혼합장치;
    (iii) 공기 주입장치를 구비하고 전단성 조절 조건하에서 작동되는 혼합기인 적어도 하나의 제2 혼합장치를 포함하는 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  40. 제 39항에 있어서,
    상기 (ii)의 추가적인 제1 혼합장치가 (i)의 고전단 혼합기에 통합된 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  41. 제 39항에 있어서,
    상기 (ii)의 추가적인 제1 혼합장치가 (iii)의 전단성 조절 혼합기에 통합된 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  42. 제 38항 내지 제 41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 혼합기가 저전단 조건 하에서 작동되는 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  43. 제 42항에 있어서,
    상기 전단성 조절 조건이 소정의 다공성 구조물을 생성하기 위해 적용된 전단성 조건을 포함하는 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  44. 제 38항 내지 제 43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 혼합기가 계량장치 및 공급장치를 구비하고 고전단 회전 혼합장치에 연결된 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  45. 제 38항 내지 제 44항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 혼합기가 순환 하우징 내에 구심 또는 편심 회전 디스크를 포함하 는 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  46. 제 38항 내지 제 44항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 혼합기가 터빈을 포함하는 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  47. 제 38항 내지 제 46항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기가 다공성, 용융유리로 된 장치를 통해 제2 혼합기에 주입되는 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  48. 제 38항 내지 제 46항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기가 하나 또는 복수의 노즐을 통해 제2 혼합기에 주입되는 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  49. 제 38항 내지 제 46항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬러리와 공기가 하나 또는 복수의 노즐이 장착된 티자형 관을 통해 주입되는 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  50. 제 38항 내지 제 49항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 전단성 조절 혼합기가 연장된 몸체, 상기 연장된 몸체의 하단부에 위치한 공기 주입장치 및 상기 연장된 몸체의 축을 따르는 혼합장치를 포함하는 다 공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  51. 제 50항에 있어서,
    상기 혼합장치는 축 및 이격되어 배치되고 상기 축에 연결된 경직되거나 혹은 유연한 와이어를 구비한 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  52. 제 38항 내지 제 51항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 혼합기가 상기 제1 고전단 혼합기로부터 주입되는 슬러리를 살포하는 장치를 포함하는 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  53. 제 52항에 있어서,
    상기 제2 전단성 조절 혼합기로부터 주입되는 다공성 슬러리를 이동하는 외피물질 상에 살포하는 장치를 더 포함하는 다공성 슬러리 제조용 혼합장치.
  54. (a) 제38항 내지 제 53항 중 어느 한 항에 따른 혼합기를 적어도 한 개,
    (b) 다공성 슬러리 경화 장치 및
    (c) 외피 이동장치를 포함하는 거품형 시멘트 제품 세트 제조용 기기.
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