KR20080072032A - 점토를 포함하는 경량 구조재의 제조 방법 - Google Patents

점토를 포함하는 경량 구조재의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

가스 생성제로서 과산화수소원을 사용하는 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 방법에서 과산화수소를 사용함으로써, 일정한 수분 함량에서 압출 동력을 감소시키고 또한 일정한 압출압에서 첨가되는 물의 양을 줄일 수 있도록 해준다.
Figure P1020087013301
과산화수소, 경량 구조재

Description

점토를 포함하는 경량 구조재의 제조 방법 {PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF LIGHTWEIGHT CONSTRUCTION MATERIALS CONTAINING CLAY}
본 특허 출원은 본원에 참조된 유럽특허출원 제 05111658.0 호의 장점을 청구한다.
본 발명은 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법, 특히 벽돌 (bricks) 의 제조 방법에 관한 것이다.
발포제 (또는 가스 생성제) 를 첨가하여 다공질 (경량화 또는 경량성) 구조재를 제조하는 가능성은 잘 알려져 있다. 생성된 가스는 기포를 형성하고, 이 기포는 경화시 구조재 전체에 남아 재료에 다공을 부여한다.
현재 경량 재료에 대한 시장은 성장하고 있다. 이는 부분적으로 재료의 밀도가 열전도성에 대략적으로 비례한다는 사실 때문이다. 열분산을 줄임으로써 에너지를 절감하려는 압력이 증가하고 있기 때문에, 구조재를 보다 더 다공질로 할 필요가 있다. 또한, 재료의 저밀도는 내진 구조에 있어서도 매우 중요하다.
하지만, 재료의 팽창에 대한 현재의 기술은 제한적이다. 실로, "압출된 고열절연성 벽돌의 개선" (ZI International 12 (2001), 36 ~41 쪽) 이라는 간행물에 기재된 바와 같이, 폴리스티렌 및 톱밥 등의 가연성 재료를 점토에 포함시키면, 열분해 가스 방출물 및 원하지 않는 점토 착색을 유발한다. 호주특허출원 제 2149097 호에 기재된 바와 같이, 콘크리트에 알루미늄 분말 및 가성 소다를 사용하면, 수소 발생으로 인한 특별한 안정 장치가 필요하게 된다.
본 발명의 목적은, 에너지를 절감하고 또한 환경 또는 품질에 영향을 주지 않으면서 재료를 경량화할 수 있는, 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재를 제조하기 위한 새로운 방법을 제공함으로써 상기 단점을 극복하는 것이다. 본 발명의 목적은, 특히, 압출시 일정한 물 함량에서 점토를 압출하기 위한 에너지 또는 동력을 덜 필요로 하고 또한 일정한 압출압에서 물을 덜 첨가하면서 재료를 팽창시키는 것이다.
그리하여, 본 발명은 압출 성형함으로써 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 가스 생성제로서 과산화수소원을 사용한다.
과산화수소를 산소 및 물로 분해하기 위한 촉매를 첨가하지 않고서 과산화수소원을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 촉매의 예로서는 전이 금속 산화물 (예를 들어, 이산화망간, 산화구리) 등의 전이 금속 화합물 또는 효소 (예를 들어, 카탈라아제) 이다.
본 발명의 주요 특징 중 하나로서는, 특히 촉매를 첨가하지 않고 가스 생성제로서 과산화수소원을 사용한다는 것이다. 이렇게 함으로써, 생성된 가스가 산소이기 때문에 환경에 영향을 주지 않고 또한 압출시 일정한 물 함량에서 필요한 압출 동력을 줄일 수 있고 (약 10 ~ 20%) 그리고 일정한 압출압에서 첨가되는 물의 양을 줄이면서, 재료를 팽창시킬 수 있다 (통상적으로 약 1.9 kg/dm3 의 밀도에서 약 1.5 kg/dm3 의 밀도로, 결국에는 약 0.8 kg/dm3 의 밀도로).
"경량화 구조재" 라는 것은, 일반적으로 15% 이상, 특히 20% 이상, 가장 바람직하게는 55% 이상의 다공질 부피가 큰 재료를 말한다. 다공질 부피는 다음의 방법 EN ISO 8990 에 따라 측정된다.
● (100℃ 에서 24 h 동안 가열한 후 냉각시킴으로써 얻어진) 벽돌 등의 건조재의 중량 측정
● (물속에서 24 h 동안 침지시킴으로써) 모든 다공질 부피를 물로 채움
● 벽돌 등의 젖은 재료의 중량 측정
본원의 상기 방법으로 형성된 구조재는 벽돌, 벽 타일, 천장 타일, 절연 패널용 중심재, 커텐형 벽 패널, 패널형 벽돌, 격벽 및 외장재로부터 선택될 수 있다. 바람직한 구조재로서는 벽돌이다.
본원의 방법에서 출발 재료 중 하나로서 사용되는 점토는 다양한 다른 미량 성분과 함께 그 조성에 있어서 알루미나 (Al2O3) 및 실리카 (SiO2) 를 가진 미네랄로부터 선택될 수 있다. 적합한 점토의 예로서는 고령토, 환점토, 혈암 (shale) 및 몬모릴로나이트이다.
또한, 본원의 방법으로 형성되는 구조재는 모래, 탄산바륨 및 계면활성제 등의 다른 첨가제를 포함할 수 있다.
본원의 방법에 사용되는 과산화수소원은, 과산화수소 그 자체, 과탄산나트륨, 과붕산나트륨, 과산화칼슘, 과산화마그네슘, 과산화아연, 혼합된 과산화마그네슘/칼슘 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 과산화수소가 바람직하다. 대부분의 경우에, 수용액 형태의 과산화수소가 사용된다. 이러한 수용액은 일반적으로 20 ~ 70 % wt/wt, 바람직하게는 40 ~ 50 % wt/wt 의 과산화수소를 포함한다. 과산화수소원이 공정에 도입되면, 스스로 분해되어 기포를 형성하여 재료에 다공을 형성하는 가스를 생성시키는 과산화수소가 형성된다.
본원의 방법은 압출 성형을 포함한다. 이는 점토를 포함하는 페이스트상 재료가 공급되는 압출기에서 실시된다. 혼합기에서 점토와 물 및 선택적으로 다른 첨가제를 혼합함으로써 페이스트상 재료가 형성될 수 있다. 첨가제의 예로서는 모래, 탄산바륨 및 계면활성제이다. 적합한 혼합기의 예로서는 반죽기 유형 또는 혼합 스크류 유형이다. 그 후, 페이스트상 재료는 통상적으로 진공 탈기 (de-airing) 챔버를 포함하는 압출기로 보내어진다. 페이스트상 재료는 소망하는 성형체를 형성하도록 다이를 통과하여 나아간다. 이 다이는 공동이 형성된 (부분적으로 중공) 형상을 형성하도록 내부 부재를 포함할 수 있다. 다이 윤활제를 사용할 수 있다. 윤활제의 예로서는 중질 탄화수소 및 사용된 윤활유이다. 그 후, 이 성형체는 통상적으로 알맞은 길이의 슬러그 (slug) 로 잘라진 후 절단기를 통하여 예를 들어 릴 (reel) 또는 푸시 (push) 를 사용하여 벽돌로 더 잘려진다. 그 후, 건조 및 소성 (firing) 하기 위해 예를 들어 로봇을 사용하여 킬른카 (kiln cars) 상에 제품이 탑재된다.
본원의 공정 중에, 일반적으로 물이 두 번 첨가된다.
1. 혼합 전에, 건조 점토의 중량을 기준으로 1 ~ 25 중량%, 특히 15 ~ 18 중량% 첨가된다.
2. 압출압을 미세하게 제어하기 위해 혼합시, 2 ~ 10 중량%, 바람직하게는 3 ~ 5 중량% 첨가된다.
본원의 공정 중에, 과산화수소원은 일반적으로 건조 점토의 중량을 기준으로 0.1 ~ 1 중량%, 특히 0.2 ~ 0.5 중량%, 가장 바람직하게는 0.25 ~ 0.4 중량% 첨가된다.
첨가된 과산화수소가 압출기의 다이를 통과하기 전에 완전히 분해되도록 압출기의 다이로부터 충분히 떨어져 있는 지점에서 과산화수소가 첨가되는 것이 바람직하다. 재료가 다이를 통하여 압출기를 나가기 전에 압출기의 내부에서 전체적인 팽창이 실시되는 것이 바람직하다. 이 재료가 다이를 통하여 압출기를 나간 후에 가스 기포가 형성되는 것이 방지된다. 혼합기에서 과산화수소가 첨가되는 것이 바람직하다. 과산화수소는 대부분 종종 전술한 2. 지점에서 첨가된 물에 희석되어 첨가된다.
또한, 본 발명의 방법에 계면활성제가 사용될 수 있다. 적합한 계면활성제의 예로서는 합성 또는 프로테인 (protein) 계이다. 이러한 계면활성제는 일반적으로 건조 점토의 중량을 기준으로 0.001 ~ 1 중량% 사용된다.
특히 바람직한 공정을 도 1 에 개략화하였다. 탱크 (1) 에 위치한 점토는 (3) 을 통하여 혼합기 (2) 로 유입된다. 탱크 (4) 에 위치한 물은 (5) 를 통하여 혼합기 (2) 로 유입된다. 탱크 (6) 에 위치한 과산화수소원은 (7) 을 통하여 혼합기 (2) 로 유입된다. 점토, 물 및 과산화수소원은 혼합기 (2) 에서 혼합되고 페이스트상 재료 형태의 얻어진 혼합물은 혼합기 (2) 에서부터 (9) 를 통하여 압출기 (8) 안으로 이송된다. 탱크 (10) 에 위치한 추가 물 또는 탱크 (11) 에 위치한 다른 첨가제는 각각 (12) 및 (13) 을 통하여 압출기안으로 유입될 수 있다. 압출기는 진공 탈기 챔버 (14) 를 구비하고 또한 혼합 영역 (15), 압출 영역 (16) 및 다이 (17) 로 구성된다. 다이 (17) 를 나오는 성형재는 건조기 (18) 안으로 이송된다.
본원의 방법은, 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법에서 가스 생성제로서 과산화수소원을 사용하면, 일정한 수분 함량에서 압출 동력을 줄일 수 있도록 해준다. 유사하게, 일정한 압출압에서 첨가되는 물의 양을 줄일 수 있도록 해준다.
따라서, 본 발명은 일정한 수분 함량에서 압출 동력을 감소시키기 위해서 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법에서 가스 생성제로서 과산화수소원을 사용하는 것에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 일정한 압출압에서 첨가되는 물의 양을 줄이기 위해서 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법에서 가스 생성제로서 과산화수소원을 사용하는 것에 관한 것이다.
본 발명은 이하의 실시예의 방식으로 설명된다.
도 1 은 바람직한 공정의 개략도.
도 1 에 도시된 장비를 사용하고 또한 가스 생성제로서 50 wt% 의 H2O2 를 포함하는 H2O2 수용액 및 계면활성제로서 LEVOCELL
Figure 112008039309129-PCT00001
CP 83S 제품을 사용하여 세시나강 계곡 (이탈리아) 의 점토를 출발 재료로 하여 벽돌을 제조하였다. 사용된 조건과 얻어진 결과는 표 1 및 표 2 에 요약되어 있다. 표 1 에서는 일정한 점토 수분에서 얻어진 압출 동력의 감소를 나타내었고, 표 2 에서는 일정한 압출 동력에서 수분 감소를 나타내었다. 압출시 동력 필요량은 전류 기록기 (recorder) 를 사용하여 전류와 전압을 곱하여 계산되었다.
Figure 112008039309129-PCT00002
Figure 112008039309129-PCT00003

Claims (11)

  1. 압출 성형에 의해 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법으로서,
    가스 생성제로서 과산화수소원을 사용하는 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 과산화수소원은 과산화수소를 산소 및 물로 분해하기 위한 촉매를 첨가하지 않고서 사용되는 것을 특징으로 하는 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 경량 구조재는 벽돌, 벽 타일, 천장 타일, 절연 패널용 중심재, 커텐형 벽 패널, 패널형 벽돌, 격벽 및 외장재로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과산화수소원은 과산화수소 그 자체, 과탄산나트륨, 과붕산나트륨, 과산화칼슘, 과산화마그네슘, 과산화아연, 혼합된 과산화마그네슘/칼슘 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 점토는 우선 혼합기에서 물 과 함께 혼합되어 페이스트상 재료로 된 후 압출기안으로 유입되는 것을 특징으로 하는 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 첨가되는 물의 양은 점토의 중량을 기준으로 1 ~ 30 중량% 인 것을 특징으로 하는 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가되는 과산화수소의 양은 점토의 중량을 기준으로 0.1 ~ 1 중량% 인 것을 특징으로 하는 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가되는 과산화수소가 압출기의 다이를 통과하기 전에 완전히 분해되도록 압출기의 다이로부터 충분히 떨어져 있는 지점에서 과산화수소가 첨가되는 것을 특징으로 하는 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 계면활성제가 사용되는 것을 특징으로 하는 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법.
  10. 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법에서 일정한 수분 함량에서 압출 동력을 감소시키기 위해서 가스 생성제로서 사용되는 과산화수소원의 용 도.
  11. 점토를 출발 재료로 하는 경량 구조재의 제조 방법에서 일정한 압출압에서 첨가되는 물의 양을 줄이기 위해서 가스 생성제로서 사용되는 과산화수소원의 용도.
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