KR20130010046A - 단열 재료 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재료 총중량에 대해 물과 접촉하기 전 C3A, CA, C12A7, C11A7CaF2, C4A3$(Yee lemite), C2A(1-x)Fx(여기에서, x는 ]0,1]에 속한다)로 부터 선택된 적어도 하나의 상을 포함하고, 수경성 비정질 상이 0.3 내지 15의 C/A 몰비를 가져, 이들 상들(phases)에 축적된 Al2O3의 축적된 양이 수경성 바인더 총 중량의 3 내지 70중량%인 것을 특징으로 하는, 4 내지 96중량%의 수경성 바인더, 및 4 내지 96%의 적어도 하나의 충전재를 포함하고, 70vol% 내지 95vol%의 다공도를 갖는 셀 구조 단열 재료에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 단열재료를 제조하기 위한 미네랄 폼의 용도 및 상기 미네랄 폼을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 셀(cellular) 구조 단열 재료, 상기 단열 재료로부터 얻어지는 미네랄 폼(mineral foam) 폼 및 그러한 재료의 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 단열 재료에 대한 수요가 실질적으로 증가 되고 있다. 실제로, 프랑스에서 건축(building) 산업(industry)이 총 에너지 비용의 약 46% 및 총 이산화 탄소 방출의 25%를 차지하고 있다고 믿어지고 있다. 건축 에너지 성능 조절이 가정 에너지 소비의 실질적인 감소에 대해 대비를 하게 한다.
이들 목적을 달성할 수 있기 위하여, 소비자는 그들의 생활 습관을 철저하게 바꿔야 할 뿐만 아니라 건축 단열 기술 분야에서 근본적인 혁신이 이루어져야 할 것이다.
또한, 기존 집의 대정원의 리노베이션을 효율적으로 수행하기 위하여, 집(home) 소유자 경비와 재정적으로 조화되면서, 이러한 새로운 기술이 사용자에 의해 쉽게 수행되는 것이 중요하다.
단열 기술 중에서, 내부 단열과 외부 단열에 속하는 기술들 사이에서, 특히 리노베이션 시장에서 구분이 이뤄져야 한다.
단일벽(Monowall) 벽돌 및 단열 재료로 채워진 골격을 포함하는 샌드위치 형의 지지 패널(bearing panels)의 사용과 같은 혁신적인 건축 기술이 또한 출현하고 있다.
상기 언급된 단열 기술에서 현재 전통적으로 사용되는 단열 재료는 성질에 있어 변하고 있다:
- 광물질: 유리 솜, 암면, 질석,
- 중합체: 팽창 폴리스티렌 폼(foam)(EPS) 및 압출된 폴리스티렌 폼(XPS), 폴리우레탄 폼(PU), 폴리이소시아누레이트 폼(폴리이소시누레이트),
- 식물 또는 동물로부터 천연적으로 기원하는 것: 벌크 셀룰로즈 또는 사출된 셀룰로즈, 삼(hemp), 아마(flax), 목재(섬유, 칩, 보드), 짚, 코르크, 면, 야자수, 양모, 오리 깃털.
단열에 관한 그들의 고유의 성능은 열 전도 계수 λ에 의해 특징 지워진다. 이 계수 λ는 양쪽 사이의 온도 차이가 1도일 때(λ는 W/m.℃(섭씨 또는 켈빈)으로 표현된다), 1 m-두께의 벽의 1 m2에 걸쳐 열 플럭스(flux)에 상응한다. 이러한 계수가 낮을수록, 단열 관점에서 재료는 성능이 더 좋다.
앞서 언급된 모든 재료는 결점이 있고, 사용이 제한된다. 암모, 유리 솜 및 질석은 시간이 경과 됨에 따라 "다져지는(pack down)" 경향이 있어, 효율이 손실된다. 또한, 에너지 성능을 지배하는 새로운 조절에 대한 요구를 만족시키기 위하여(2005 Thermal Regulation), 유용한 공간 손실의 문제를 일으키는 재료의 두께를 증가시키는 성능을 얻는 것이 필요하다(예를 들어: 유리 솜... 경우 400 mm 두께). 밀도를 증가시켜 재료의 이 유형의 고유의 효율에서의 개선이 여전히 제한된 상태이다.
낮은 범위의 열 전도도(폴리이소시아누레이트 경우 0.029)를 갖는 중합체는 문제점인 재순환에 관련된, 특히 쓰레기 폐기를 위한 건축 자재로부터 중합체를 분리시켜야하는 필요에 관련된 결점이 있다. 더구나, 이들은 화재 내성 및 화재 경우에(매우 특히 PU 폼) 독성 가스의 잠재적 방출의 문제를 일으킨다.
정의에 의해 천연 기원의 재료는 한 배치로부터 다른 배치로 "변화하는" 성능을 갖고, 밀집화 현상에 기인한 내구성의 문제점을 겪는다.
이후, 명확성을 위하여, 다음 규칙이 채택된다:
달리 특정화되지 않으면, 모든 중량 퍼센트는 조성물 내의 건조 물질의 중량과 관련하여 표현된다.
본 명세서에서 사용된바, 시멘트 슬러리는 적어도 하나의 광물성 수경성(hyadraulic) 바인더(binder), 물, 및 선택적으로 특정의 첨가제, 황산 칼슘, 및 충전재를 첨가하여 얻어진 플라스틱 상태의 조성물을 의미하고자 한다.
본 명세서에서 사용된바, 수성 폼은 적어도 하나의 기체, 특히 공기, 및 물일 수 있는 하나의 용매로 구성된 폼들을 의미하고자 한다. 이들 폼은 어떤 미네랄 바인더도 함유하지 않는다.
이들은 초기 시간에는 초기 팽창 계수=초기 시간의 총 부피/폼 생성에 사용된 용액의 부피에 의해 특징 지워진다.
본 명세서에서 사용된바, 초기 시간은 작업자가 특허 FR2913351(A1)에 기술된 바와 같은, 폼 발생을 위한 공기 연행(entrainment)을 달성했을 때의 순간을 의미하고자 한다.
본질적으로 불안정할 때, 이들은 추가로 반감기를 통해 흔히 측정되는 시간에 걸친 안정성, 즉 그들을 생성하기에 사용된 전체 액체의 반에 상당한 배수(draindage)를 얻기 위하여 요구되는 시간에 의해 특징 지워진다.
이들 폼의 안정성은 특허 출원들 및 특허 WO/2008/020246, WO/2006/067064 및 US 4,218,490에 언급된, 예를 들어 알칸올아마이드, 하이드로콜로이드, 단백질과 같은 폼 안정화제와 혼합된 계면활성제를 적절히 선택하여 개선될 수 있다.
본 명세서에서 사용된바, 미네랄 폼은 하기에서 정의된 양으로 적어도 하나의 기체, 특히 공기, 물일 수 있는 적어도 하나의 용매, 적어도 하나의 광물성 수경성 바인더 및 적어도 하나의 충전재, 주목할 만하게는 세립(a fine)을 포함하는 폼을 의미하고자 한다. 앞서와 같이, 이들 폼은 시간이 경과 함에 따라 변화하고, 미네랄 바인더가 재료의 구조를 "동결하도록(freeze)" 반응했을 때, 오직 안정화된다.
본 명세서에서 사용된바, 미네랄 폼은 미네랄 폼의 골격인, 수화물 네트 웍의 여과를 통해 "동결하는" 수경성 바인더의 반응(수화) 후 최종적으로 얻어지는 미네랄 폼을 의미하고자 한다. 미네랄 폼은 또한 미네랄 폼의 경화를 통해 얻어지는 셀 구조 단열 재료를 의미한다.
본 발명의 대안으로서, 단열 재료가 저-밀도 중공 충전재를 포함하는 알루미늄을 함유한(aluminous) 수경성 바인더계 시멘트 슬러리로부터 시멘트 슬러리의 경화를 통해 얻어진다.
본 명세서에서 사용된바, 알루미늄 함유 수경성 바인더는 C3A, CA, C12A7, C11A7CaF2, C4A3$(Yee lemite), C2A(1-x)Fx(여기에서, x는 ]0,1]에 속한다)로 부터 선택된 적어도 하나의 상을 포함하고, 수경성 비정질 상이 0.3 내지 15의 C/A 몰비를 가져, 이들 상들(phases)에 축적된 Al2O3의 양이 수경성 바인더 총 중량의 3 내지 70중량%, 바람직하게는 7 내지 50중량% 및 보다 양호하게는 20 내지 30중량%인 수경성 바인더를 의미하고자 한다.
특별한 실시 형태에서, 이 바인더는 또한 임의로 바인더 총 중량%에 대하여:
- 0 내지 90중량%, 바람직하게는 70중량% 이하, 보다 바람직하게는 50중량% 이하, 및 -가장 바람직하게는 40중량 이하의 황산 칼슘 또는 황산 칼슘 공급원, 및
- 0 내지 10%, 바람직하게는 0 내지 5% 미만의 포틀랜드 시멘트(Portland cement)를 함유할 수 있다. 동시에, 수경성 바인더계 경화된 미네랄 폼은 다양한 적용을 위해 개발되어 왔다. 많은 특허에 특히 수성 폼을 혼입시키거나 알루미늄 금속 분해를 통해 즉석에서 기체를 발생시켜 셀 콘크리트를 만드는 방법이 기술되어 있다.
스트레스를 흡수하고 크랙(crack) 전파를 억제하는 공기 버블 네트웍 덕분에 냉동-해동(freezing-thawing) 내성이 개선된 경량 콘크리트가 철저하게 문헌화 되고, 공개되었다. 특히, 특허 US 7,288,147이 언급될 수 있다.
또한, 특허 출원 US 2005/126781에 기술된 심해 퇴적 환경에서와 같은 불안정한 암반 및 땅에서 유정(oil well)을 시멘팅(cementing) 하기 위한 경량 시멘트 슬러리를 사용하는 것이 알려져 있다.
에트링가이트(ettringite) 형의 바인더, 즉 알루미늄 함유 시멘트 및 황산 칼슘의 혼합물로부터 얻어진 경화된 미네랄 폼이 GB-1,506,417로부터 알려져 있다. US 4,670,055에는 또한 알루민산 염 및 황산 칼슘계 바인더가 기술되어 있다. 그러나, 이들 바인더는 매우 고밀도의 규산-칼슘-계 폼 블록을 만드는데에 사용된다. 알루미늄 함유 시멘트 및 많은 양의 규산 염으로 부터 얻어진 경화된 미네랄 폼이 GB-1578470 및 GB-2162506으로부터 알려져 있다. 결점으로서 이들 미네랄 폼이 경화된 후 얻어지는 셀 재료는 기계적 내성 물성이 빈약하고 매우 고밀도이다.
WO00/23395에는 알루민산 칼슘계이고, 집합물 형태의 충전재를 포함하는 공기를 쐰(aerated) 모르타르 조성물이 기술되어 있다. 이들 조성물로부터 얻어진 단열 재료는 매우 고밀도이고, 따라서 단열과 관련하여 불충분한 성능을 갖는다. 문헌 RU2305087에는 알루민산 칼슘, 석고, 및 모래계 경화된 미네랄 폼이 기술되어 있다. 이 문헌에서 얻어진 단열 재료는 고열전도성 및 고 밀도이다. 경화된 미네랄 폼이 또한 화재로부터 보호하기 위한 적용을 위해 개발되어 왔고, 여기에서, 그들의 고유의 비 가연성 특성 또는 심지어 내화(refractory) 물성 때문에, 그들은 유기 염기(organic base) 또는 중합체 성분을 포함하는 재료에 비해 자명한 이 점을 제공한다. 그러나, 이들 경화된 미네랄 폼은 충분히 화재로부터의 보호 요건을 충족하는 한편, 그들의 전도도 λ는 20℃에서 0.2 W/m.℃ 이하, 더욱 바람직하게는 0.15 W/m.℃ 이하, 더더욱 바람직하게는 0.08 W/m.℃ 이하, 및 가장 바람직하게는 0.045 W/m.℃ 이하의 전도도를 요구하는 단열 형의 적용에는 너무 높다. 0.2 W/m.℃의 물성은 DE3227079에 기술된 바와 같이 실리카-유래 재료 경우 얻어진다. 그러나, 이러한 재료는 결점으로서 고밀도(400 내지 600 kg/m3), 빈약한 기계적 성능 및 빈약한 화재 내성을 갖는다. 낮은 열 전도성 재료가 EP 2 093 201에 기술되어 있다. 수경성 석회와 시멘트의 혼합물로부터 얻어진 석회-계 폼이 있다. 그러나, 수경성 석회의 사용은 불행하게도 매우 고밀도의 생성물을 생성하게 된다. 이러한 전도성 성능을 얻는 알루미늄 함유 시멘트가 JP-06056497에 또한 기술되어 있다. 그러나, 이들 재료는 실질적으로 경석(pumice) 계이고, 빈약하게 공기에 쐬기 때문에 매우 고밀도(800 kg/m3)이다. 재료가 최소의 기계적 거동을 갖고 그의 물리적 통합성을 보존하게 유지하는, 즉 재료가 그 자신의 중량하에서 붕괴하지 않게 하면서 20℃에서 이들 열 전도도를 얻는 것은 아직 기술적으로 매우 어렵다. 더구나, 선행 기술의 것보다 낮은 밀도를 갖는 재료를 얻는 것은 또한 본 발명에 의해 해결된 문제이다.
경화된 시멘트계 미네랄 폼으로부터 생성되는 재료의 고유의 단열 성능은 재료 안의 기체 버블(bulles) 분획(fraction)이 높고, 상기 버블이 가능한 한 미세하며 열 브리지(bridges)를 피하도록 연결되지 않음에 따라 보다 높을 것이다. 단열 특성에 좋은 소정의 미세공 크기 분포 경우의 미세공 부피에서의 증가는 또한 어떻게 화재-내성 경화된 미네랄 폼이 이러한 한도에 이르는 지를 설명하는 재료의 약함이 증가되게 한다.
마지막으로, 단열 경화된 미네랄 폼을 제조하기 위한 방법이 폴리비닐 알코올 및 분산제의 수용액의 공기에 의한 기계적 발포(forming)를 통한 수성 폼 스트림을 제공하고, 산화 마그네슘 및 바륨 메타보레이트(barium metaborate)을 포함하는 수용액의 수성 폼 스트림의 첨가가 이어지는 것을 포함하는 특허 EP 0 121 524에 기술되어 있다. 이 특허에서, 폴리비닐 알코올과 나트륨 또는 바륨 메타보레이트의 조합된 사용을 통해 안정한 수성 폼의 제공이 가능해진다. 붕산염은 여기에서, 재료안에 포함된 공기 버블의 크기를 고정하는 것을 가능하게 하는 폴리비닐 알코올에 대해 가교제로서 작용한다. 그러므로, 수성 폼의 화학적 안정화가 일어난다.
따라서, 작업자나 사용자의 안전성을 참작하면서 워커빌러티(workability), 기계적 거동, 저밀도 및 단열 사이의 양호한 타협을 가능하게 하면서 동시에 효율적이고, 수행하기에 쉬우며, 비용이 효과적인 새로운 해결책에 대한 필요가 있다.
본 출원인은 놀랍게도 특별한 알루미늄 함유 수경성 바인더 조성물이 미세하게 분할된 형태, 특히 버블의 형태, 또는 저밀도 중공 충전재의 형태로 상당한 양의 공기를 혼입시키고, 바인더의 경화 후 낮은 열 전도성 및 고 기계적 강도, 특히 고 압축 강도를 갖는 재료를 얻는 것을 가능하게 한다는 것을 발견하였다. 따라서, 셀 구조 재료가 뛰어난 단열 물성을 갖고, 특히 상기 재료의 즉석 배치시킴을 요구하는 많은 적용에서 사용되려는 이 재료에 대해 충분한 짧은 기간의 기계적 강도를 갖는 경화된 시멘트계 미네랄 폼으로부터 얻어질 수 있다. 이러한 압축 강도 값은 본질적으로 포틀랜드 시멘트로 만들어진 바인더가 사용될 때 얻어질 수 없다.
본 발명은 재료 총중량에 대해
a) 물과 접촉하기전 C3A, CA, C12A7, C11A7CaF2, C4A3$(Yee lemite), C2A(1-x)Fx(여기에서, x는 ]0,1]에 속한다)로부터 선택된 적어도 하나의 상을 포함하고, 수경성 비정질 상이 0.3 내지 15의 C/A 몰비를 가져, 이들 상들(phases)에 축적된 Al2O3의 양이 수경성 바인더 총 중량의 3 내지 70중량%, 바람직하게는 7 내지 50중량% 및 보다 양호하게는 20 내지 30중량% 범위인 것을 특징으로 하는, 수경성 바인더의 수화에 의해 얻어지는 4 내지 96중량%의 시멘트 매트릭스,
b) 4 내지 96중량%의 적어도 하나의 충전재, 바람직하게는 세립(a fine)을 포함하는 셀 구조 단열 재료에 관한 것이다.
상기 재료는 유리하게는 20℃에서 0.2 W/m℃ 이하, 보다 낮게는 0.15 W/m℃ 이하, 바람직하게는 0.08 W/m℃ 이하, 더욱 보다 바람직하게는 0.045 W/m℃ 이하, 및 가장 바람직하게는 0.04 W/m℃ 이하의 열 전도 계수를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 단열 재료의 바인더는 또한 바인더 총 중량에 대해
- 0 내지 90%, 보다 바람직하게는 70% 이하, 더욱 바람직하게는 50% 이하, 및, 가장 바람직하게는 40% 이하의 황산 칼슘 또는 황산 칼슘 공급원, 및
- 0 내지 5% 미만의 포틀랜드 시멘트(Portland cement)를 포함한다.
바람직하게는, 시멘트 매트릭스는 셀 구조 단열 재료의 10 내지 80중량%, 및 보다 양호하게는 20 내지 60중량%를 차지한다.
본 명세서에서 사용된바, "수경성 바인더의 수화"는 수경성 바인더를 물과 접촉시키는 것을 의미하고, 물 대 수경성 바인더의 중량비는 전형적으로 0.1 내지 0.7, 바람직하게는 0.15 내지 0.5 범위이다.
유리하게는, 본 발명의 미네랄 폼은 용매로서 물을 사용하여 제조되고, 이 중량비는 본 발명의 미네랄 폼을 특징화 시킨다.
이러한 수화는 이하에서 기술되는 바와 같이, 또는 미네랄 폼을 제조할 때 물 또는 수성 용매를 도입하여 어느 때든지 시멘트 슬러리를 제조할 때 실행될 수 있다.
본 발명은 추가로 단열 재료, 또는 경화된 미네랄 폼을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 이하에서 기술된 저밀도 중공 충전재를 포함하는 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리를 생성하는 것 및 사용된 첨가제에 따라 다소의 시간이 걸리는 세팅(setting) 또는 경화(hardening) 단계를 포함한다.
본 발명은 추가로 경화 후 단열 재료를 얻게 하는 미네랄 폼 및 미네랄 폼을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 경화 후 단열 재료를 얻을 수 있게 하는 저-밀도 중공 충전재를 포함하는 시멘트 슬러리 및 이 시멘트 슬러리를 제조하는 방법에 관한 것이다.
단열 타입의 적용과 조화할 수 있는 열 전도도를 얻기 위하여, 초기 상태에서 매우 미세한 수성 폼을 형성하는 것이 필요할 뿐만 아니라 한편으로는 미네랄 폼의 배치를 가능하게 하는 충분한 워커빌러티(workability) 및 다른 한편, 오스트왈드(Ostwald) 숙성(ripening) 현상이 일어나기 전에 미네랄 폼을 그의 플라스틱 배열(configuration)로 안정화시키기 위한 수화물 네트웍의 매우 조기 발달을 갖는 미네랄 폼을 얻을 수 있게 하는 수경성 매트릭스를 갖는 것이 조언할 만 하다.
본 출원인은 알루미늄 함유 수경성 바인더 AHB의 사용이 특히 폼의 워커빌러티 물성과 수화물 네트웍의 조기 발달 사이에 타협을 얻기에 특히 잘 적합하게 되었다는 것을 발견하였다.
대안으로서, 이들 물성은 이러한 알루미늄 함유 수경성 바인더 AHB계 시멘트 슬러리에 분산된 저밀도 중공 충전재를 사용하여 얻어질 수 있다.
바람직한 대안에서, 이들 물성은 반응성 충전재로부터 선택된 충전재를 사용하여 개선된다.
바인더 AHB가 물과 접촉 하자마자 발달하는 이들 상의 매우 고 수경성 잠재성은 즉시 많은 양의 작은-크기의 수화물(서브마이크로미터 내지 마이크로미터 크기를 가질 수 있는)을 핵화시키게(nucleation) 되고, 이 수화물은:
- 먼저, 원하는 워커빌러티에 따라, 5 내지 30분, 심지어 30분 보다 많이 조정될 수 있는 시간 동안 플라스틱 상으로 미네랄 폼을 안정화시키고(따라서, 오스트왈드 숙성을 방지하는),
- 두 번째로, 기계적 성능의 조기 획득을 보장하고, 본 발명의 경화된 미네랄 폼 및/또는 본 발명의 단열 재료의 제공을 가능케 하는 미네랄 수화된 골격의 형성을 여과(percolation)를 통해 가능케 한다.
경화된 미네랄 폼의 기계적 물성을 강화시키고, 화재 내성을 또한 개선 시키는 이 점을 갖는 에트린지틱(ettringitic) 및 수화된 알루미나 상의 생성을 촉진하기 위하여, 황산 칼슘 또는 황산 칼슘의 공급원을 포함하는 수경성 바인더의 사용이 특히 흥미롭다.
이들 바인더는 특히 높은 조기 기계적 강도를 제공하는 경우에 흥미롭다. 24시간 째에서, 본 발명의 재료는 그들의 최종 기계적 강도의 적어도 80%를 소유하고, 이는 바인더가 본질적으로 포틀랜드 시멘트로 만들어진 재료들 경우는 아니다.
이들 바인더는 또한 경화시 재료의 수축을 제어하고 제한할 수 있다.
본 발명의 수경성 바인더 AHB의 사용은 중합체, 특히 EPS, XPS, PU 및 PIR 형 중합체가 없는 경화된 미네랄 폼을 얻는 것을 가능하게 하고, 이들 경화된 미네랄 폼은 열 전도성의 예상된 물성 및 양호한 화재 내성을 갖는다.
이 유형의 수경성 바인더 AHB는 그러므로 재료의 화재 내성을 개선하는 것을 가능하게 하고, 이는 EPS, XPS, PU 및 PIR 형의 중합체계 폼에 비해서 분명한 개선을 나타낸다.
더구나, 이 유형의 수경성 바인더 AHB의 사용은 오스트왈드 숙성에 대한 민감성이 문제점이 덜하게 되고, 따라서 계면활성제 및 폼 안정화제 시스템의 최적화가 덜 중대하게 되기 때문에 산업 조건에서 미네랄 폼 생산 신뢰성을 개선 시킨다.
비제한적인 예로서, 본 발명의 바인더는 알루미늄 함유 시멘트, 및 선택적으로 황산 칼슘의 공급원과 결합 될 수 있는 칼슘 설포알루미네이트 형의 시멘트를 함유할 수 있을 것이다.
시판되는 알루미늄 함유 시멘트의 비 제한적인 예는 예를 들어 Kernos사에 의해 시판되는 Secar 71, Secar 51, Fondu cement, Ternal RG, Ternal EV, 및 Calucem, Cementos Molins 사에 의해 및 TMC 및 일본의 Denka 사에 의해 시판되는 알루미늄 함유 시멘트를 포함한다. 시판되는 황-알루미늄 함유 시멘트의 비 제한적인 예에는 예를 들어 CTS에 의해 시판되는 Rapidset, Italcemnenti 사에 의해 시판되는 Alipre 시멘트, Polarbear 및 Lionhead에 의해 시판되는 칼슘 설포-알루미네이트가 있다.
본 발명의 알루미늄 함유 수경성 바인더 AHB는 그의 반응성의 결과로서 버블 직경을 여과하고, 냉동시키며, 경화된 미네랄 폼의 미네랄 골격을 형성하는 수화물 네트웍을 빠르게 발달시킬 수 있다. 이 현상은 수성 폼을 얻기 위하여 사용된 시약이 무엇이든지, 즉 발포제, 공기-연행제 또는 기체-발생제 이든지 일어난다. 정말로, 본 발명의 근저를 이루는 메카니즘은 초기 단계에서 기체 또는 공기 포함물을 동결시키는 수화물의 형성 덕분에 얻어지는 미네랄 안정화에 상응하는 것으로 보인다. 그러므로, 매우 균일하게 분포된 작은-크기의 버블을 갖는 경화된 미네랄 폼이 따라서 얻어진다.
그러므로, 본 발명은 수경성 바인더 AHB의 특정한 선택에 있어서 선행 기술 특히 특허 EP 0 121 524에 기술된 경화된 미네랄 폼과는 상이하다. 정말로, 사용된 미네랄 화합물의 고 반응성은 예를 들어 폴리비닐 알코올+붕산 염 조합물의 사용을 요구함이 없이 우수한 품질의 경화된 미네랄 폼을 얻는 것을 가능하게 한다. 이 이유로, 본 발명의 미네랄 폼뿐만 아니라 경화된 미네랄 폼 및 셀 구조 단열 재료는 바람직하게는 폴리비닐 알코올 + 붕산염 조합물을 함유하지 않는다.
오스트왈드 숙성을 제한하기 위하여 계면활성제 시스템의 최적화를 다루는 선행 기술에 비해, 본 발명은 따라서 초기 단계에서 미네랄 시스템의 경화를 관리하는 것 및 다른 것 중에서 버블 크기를 증가시켜 따라서 열 전도성 계수 및 기계적 강도를 감소시키는 오스트왈드 숙성을 극복하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 황산 칼슘과 결합하거나 결합하지 않은 수경성 바인더의 고반응성 때문에 얻어진 경화된 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리의 안정화는 본 분야에 숙련된 자에게 잘 알려진 중합체 또는 다른 수성 폼 안정화제, 예를 들어 단백질, 천연 또는 합성 기원의 중합체와 같은 결합된 계면활성제의 관련 선택에 의하여 얻어진 수성 폼 안정성 또는 미네랄 폼의 안정성의 개선에 비해 양호한 기계적 강도 특성을 유지하면서 경화 후 보다 낮은 열 전도성을 갖는 셀 구조 단열 재료에 이르는 미세하고 균질한 버블 네특웍을 갖는 경화된 미네랄 폼을 신뢰할 만하고, 확고한 방법으로 얻는 것을 가능하게 한다.
많은 양의 규산염을 포함하는 선행 기술의 미네랄 폼에 비교해서, 본 발명의 경화된 미네랄 폼은 높은 기계적 강도와 결합된 저 밀도를 갖는다.
본 발명의 대안으로서, 다공도는 임의적으로 수성 폼과 결합된, 시멘트 슬러리 내의 저밀도 중공 충전재의 존재에 의해서 제공될 수 있다.
무시할 수 없는 추가의 이 점으로서 본 발명의 시스템은 특히 3 시간 후 다음 압축 값을 통해 표현되는 양호한 짧은 기간의 기계적 강도를 갖는다:
- 0.08 W/m℃ 보다 낮은 람다 값을 갖는 재료 경우, 0.2 MPa 보다 높은, 바람직하게는 0.3 MPa 보다 높은, 그리고 심지어 0.5 MPa 이상의 CS 값
- 0.08 내지 0.2 W/m℃ 범위의 람다 값 경우, 0.8 MPa 보다 높은, 바람직하게는 1 MPa보다 높은, 그리고 심지어 보다 바람직하게는 1.5 Mpa 보다 높은 CS 값.
본 발명의 시스템은 24시간 후 다음 압축 강도 값에 의해 특징 지워진다.
- 0.08 W/m℃보다 낮은 람다 값을 갖는 재료 경우 0.03 MPa 보다 높은, 바람직하게는 0.5 Mpa 이상의 CS 값.
- 0.08 내지 0.2 W/m℃ 범위의 람다 값 경우, 1 MPa 보다 높은, 바람직하게는 1.5 MPa 보다 높은 CS 값.
본 발명의 단열 재료는 또한 500 ㎛/m 보다 낮은, 바람직하게는 400 ㎛/m보다 낮은, 유리하게는 300 ㎛/m 보다 낮은, 그리고 심지어 보다 바람직하게는 200 ㎛ 보다 낮은 수축 값을 특징으로 한다. 이 수축은 NF EN 128 08-4 표준에 의해 교시된 방법에 따라 측정된다.
이 성질은 유리하게는 본 발명의 재료에 중공 건축 요소를 채우기 위한 벽에의 양호한 접착 및 시간 경과에 걸쳐 보다 양호한 안정성을 제공한다. 이 성질은 특히 열 브릿지(bridges) 형성을 피하기 위하여 즉석에서: 빌딩 수리(renovation), 복합 슬랩(slab) 공사(construction)에서 폼을 배치할 때 특히 중요하다.
마지막으로, 추가의 이 점으로서 본 발명의 미네랄 폼은 경화시간을 조절하는 것을 가능하게 한다. 이는 초기 단계에서 그렇게 높은 수화물 핵화를 고유적으로 발달시키지 않는 바인더로서 본질적으로 포틀랜드 시멘트를 포함하는 미네랄 폼에 비해서 유익하다.
포틀랜드 시멘트계 미네랄 폼(촉진제 시스템 없이)은 전형적으로 2 시간을 초과하는 경화 시간을 갖는다.
본 발명의 미네랄 폼 및 시멘트 슬러리는 5분과 같은 짧은(플래시 경화) 또는 30분과 같은 긴 워커빌러티를 가질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 미네랄 폼은 5 내지 30 분 범위 값, 심지어 30분을 초과하는 값으로 쉽게 조정될 수 있는 워커빌러티를 갖는다. 경화 시간이 조정될 수 있다는 사실은 프리캐스트를 만드는 경우, 20 내지 30 분의 빠른 경화가 흥미롭고, 반면에 미네랄 폼의 즉석에서의 배치를 요구하는 적용 경우, 30분을 초과하는, 또는 심지어 1시간 또는 2시간을 초과하는 보다 긴 경화 시간이 유리할 수 있다는 점에서 유리하다. 따라서, 수경성 바인더 경우, 워커빌러티(workability) 기간 후 빠른 기계적 성능 획득 동역학을 유지하면서, 1시간 초과 또는 심지어 두 시간 초과의 AHB 워커빌러티가 얻어질 수 있다. 워커빌러티의 기간 동안 침전되는 작은-크기의 수화물이 플라스틱 특성에 영향을 끼침이 없이 미네랄 폼을 안정화시키며, 이는 본 분야에 숙련된 자에게 알려져 있다.
워커빌러티 시간과 기계적 성능 획득 사이의 타협이 본 분야에 숙련된 자에게 알려진 촉진제/지연제 첨가제 시스템을 사용하여 쉽게 조정될 수 있고, 이하에서 기술된다.
기술의 나머지는 첨부된 도면을 참조한다:
도 1은 본 발명의 수성 폼 또는 미네랄 폼을 제조하기 위한 장치의 다이아그램이고;
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 세포 구조 절연 재료 또는 경화된 미네랄 폼의 사진(2a), 경화 촉진제가 없는(2b) 및 경화 촉진제가 있는(2c) 포틀랜드 시멘트계 재료(2b)의 사진이며;
도 3a 및 도 3b는 도 2a의 재료의 단면의 광학 현미경 영상(x5)이고;
도 4 내지 도 10은 실시예 3 내지 7 및 9의 재료의 단면의 광학 현미경 영상(x5)이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 세포 구조 절연 재료 또는 경화된 미네랄 폼의 사진(2a), 경화 촉진제가 없는(2b) 및 경화 촉진제가 있는(2c) 포틀랜드 시멘트계 재료(2b)의 사진이며;
도 3a 및 도 3b는 도 2a의 재료의 단면의 광학 현미경 영상(x5)이고;
도 4 내지 도 10은 실시예 3 내지 7 및 9의 재료의 단면의 광학 현미경 영상(x5)이다.
본 발명의 세포 구조 단열 재료 또는 경화된 미네랄 폼은 더구나 단독 또는 조합하여 다음 특성을 갖는다:
- 이는 70% 내지 95%, 바람직하게는 80% 내지 95% 범위의 기공 부피를 갖는다;
- 이는 500 Kg/m3 이하, 바람직하게는 300 Kg/m3 이하의 밀도를 갖는다. 유리하게는, 이는 80 내지 250 Kg/m3 일 수 있는 밀도를 갖는다;
- 이는 500 ㎛ 미만, 바람직하게는 400 ㎛ 미만, 유리하게는 300 ㎛ 미만의 세포 평균 크기를 갖는다. 이러한 세포 크기는 재료의 단면의 광학 현미경을 통해 관찰되었다;
- 이는 3 시간에서 0.2 MPa 이상, 바람직하게는 0.3 이상 및 더욱 보다 바람직하게는 0.5MPa 이상의 압축 강도 Cs를 갖는다.
- 이는 세 시간 동안 600℃, 바람직하게는 900℃ 및 더욱 보다 바람직하게는 1200℃의 화재 내성을 갖는다.
놀랍게도, 선행 기술의 경화된 미네랄 폼 타입의 재료에 비교해서, 본 발명의 단열 재료는 매우 양호한 기계적 강도를 유지하면서 높은 공극(pore) 부피 및 저밀도를 가질 수 있다. 이들 물성의 조합은 강한 부착력이 구비된 미네랄 네트웍을 유지하면서 많은 양의 공기 버블 또는 많은 양의 중공 충진제를 혼입할 수 있는 특히 알루미늄 함유 수경성 바인더 조성물을 선택함으로 해서 생긴다.
- 수경성 바인더 AHB는 수경성 바인더 총 중량에 대하여
- 10 내지 90중량%, 바람직하게는 10 내지 70 중량%, 더욱 보다 바람직하게는 10 내지 50중량% 및 가장 바람직하게는 20 내지 40중량%의 황산 칼슘을 포함할 수 있다.
- 수경성 바인더 AHB는 추가로 0 내지 10중량%의 포틀랜드 시멘트, 바람직하게는 0 내지 5 중량% 미만 및 더욱 보다 바람직하게는 2 내지 5중량% 미만의 포틀랜드 시멘트를 포함할 수 있다.
- 수경성 바인더는 추가로 발포제 및 폼 가교제, 경화 촉진제, 경화 지연제, 리올로지 개질제 및 물 보유제, 분산제 및 유동화제(superplasticizer)로 부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 상기 첨가제(들)는 수경성 바인더 총 중량의 15중량% 이하, 바람직하게는 10중량% 이하, 및 전형적으로 5중량% 이하를 차지한다.
경화 촉진제 및 경화 지연제로부터 선택된 특히 경화-시간 조절제는 수경성 바인더 총중량과 관련하여 0.05 내지 15중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10중량%를 나타낼 수 있다.
충전재 또는 세립(통상적으로 입자 크기가 100 ㎛미만인 충전재)은 전형적으로 실리카 퓸(silica fume), 고로 슬래그, 제강 슬래그, 플라이 애시, 석회암 충전재, 과립 실리카, 피로게네이티드 및 침전된 실리카를 포함하는 실리카, 왕겨에서 회수된 실리카, 규조토 실리카, 탄산 칼슘, 규산 칼슘, 황산 바륨, 메타카올린, 티타늄, 철, 아연, 크롬, 지르코니아, 마그네슘 금속 산화물, 다양한 형태(수화 또는 아닌)의 알루미나, 알루미나 중공 비드, 질화 붕소, 리토폰, 바륨 메타보레이트, 소성(calcinated), 표준 또는 팽창된 점토, 펄라이트, 질석, 부석, 유문암, 샤모트, 활석, 운모, 임의의 중공, 유리 비드, 또는 확장된 유리 과립, 규산염 폼 그레인, 실리카 에로겔, 모래, 깨진 자갈, 자갈, 조약돌, 카보네이트 블랙, 탄화 규소, 코런덤, 고무 과립, 목재, 짚으로부터 선택된다.
본 발명에 따르면, 세립(fines)은 그의 성분이 100 마이크로미터 미만의 크기를 갖는 광물성 충전재이다.
- 경화된 미네랄 폼은 바인더 또는 미네랄 폼을 제조할 때, 도입되는 첨가제와 같은 하나 이상의 다른 성분들을 추가로 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 상기 첨가제(들)는 재료 총 중량의 15중량% 이하, 전형적으로는 3 내지 10%를 나타낸다. 이들 첨가제는 발포제 및 폼 안정화제, 경화 촉진제, 경화 지연제, 리올로지 개질제, 및 물 보유제, 분산제 또는 슈퍼플라스티피안트(superplastifiants)로부터 선택될 수 있다.
- 경화된 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리는 또한 바인더 또는 미네랄 폼을 제조할 때, 또는 경화된 미네랄 폼에 분무 또는 침투시킴에 의해, 방수제 또는 모두 또는 부분으로 열가소성 또는 열경화성 중합체와 같은 다른 첨가제를 함유할 수 있다. 사용시, 이들 첨가제는 셀 구조 단열 재료 총 중량의 전형적으로는 0.5 내지 25%, 바람직하게는 1 내지 15중량%를 나타낸다.
- 본 발명의 경화된 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리는 추가로 바람직하게는 20 ㎛ 내지 6 mm 범위의 길이 및 10 내지 800 ㎛의 직경을 갖는; 섬유 또는 마이크로파이버, 예를 들어 셀룰로즈, 폴리비닐 알코올, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 실리콘, 금속 및/또는 유리 섬유, 천연 기원의 섬유, 예를 들어 삼 섬유, 야자수 섬유, 목화 섬유, 목재 섬유를 추가로 포함할 수 있다.
- 이들 섬유는 바인더 조성물 또는 미네랄 폼에 도입되고, 셀 구조 단열 재료 총량의 2중량% 이하를 나타낼 수 있다.
- 본 발명의 셀 구조 단열 재료는 바람직하게는 500 Kg/m3 이하, 바람직하게는 300 Kg/m3 이하의 밀도를 갖는다. 유리하게는, 이들은 80 내지 250 Kg/m3 일 수 있는 밀도를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 단열 재료는 단열 재료 총중량에 대해 1 내지 40중량%, 유리하게는 5 내지 30 중량%의 저밀도 중공 충전재를 함유한다.
한 실시 형태에 있어서, 셀 구조 단열 재료는 재료 총 중량에 대하여 유리하게는 다음 중량 조성을 갖는다:
a) 10 내지 90중량%, 바람직하게는 10 내지 70중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 50중량% 및 심지어 보다 바람직하게는 20 내지 40중량%의 황산 칼슘을 함유하는 상기 정의된 바와 같은 50 내지 96%, 바람직하게는 70 내지 96% 및 심지어 보다 바람직하게는 90 내지 96%의 수경성 바인더 AHB, 및
b) 1 내지 40%의 반응성 충전재로부터 선택된 하나 이상의 재료,
c) 0.5 내지 5%의 반응성 충전재 활성화제로부터 선택된 재료,
d) 0 내지 2%, 바람직하게는 0 내지 1%의 섬유 또는 마이크로섬유, 및
e) 0 내지 15%의, 발포제 및 안정화제 또는 폼 가교제, 경화촉진제, 경화 지연제, 리오로지 개질제 및 물 보유제, 분산제 및 슈퍼플라스티피안트로부터 선택된 첨가제.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 셀 구조 단열 재료는 유리하게는 재료 총 중량에 대하여 다음 조성 중량을 갖는다:
a) 10 내지 90중량%, 바람직하게는 10 내지 70중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 50중량% 및 심지어 보다 바람직하게는 20 내지 40중량%의 황산 칼슘을 함유하는 상기 정의된 바와 같은 50 내지 96%, 바람직하게는 70 내지 96% 및 심지어 보다 바람직하게는 90 내지 96%의 수경성 바인더 AHB, 및
b) 1 내지 80%, 바람직하게는 1 내지 60%, 유리하게는 1 내지 40%의, 저밀도 중공 충전재로부터 선택된 하나 이상의 재료,
c) 0 내지 2%, 바람직하게는 0 내지 1%의 섬유 또는 마이크로파이버, 및
d) 0 내지 15%의, 발포제 및 안정화제 또는 폼 가교제, 경화촉진제, 경화 지연제, 리오로지 개질제 및 물 보유제, 분산제 및 슈퍼플라스티피안트로부터 선택된 첨가제.
한 실시 형태에서, 셀 구조 단열 재료는 유리하게는 재료 총중량에 대해 다음 중량 조성을 갖는다:
a) 10 내지 90중량%, 바람직하게는 10 내지 70중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 50중량% 및 심지어 보다 바람직하게는 20 내지 40중량%의 황산 칼슘, 및 0 내지 5 중량% 미만의 포틀랜드 시멘트를 함유하는 상기 정의된 바와 같은 50 내지 96%, 바람직하게는 70 내지 96% 및 심지어 보다 바람직하게는 90 내지 96%의 수경성 바인더 AHB, 및
b) 4 내지 50%, 바람직하게는 4 내지 30%, 심지어 보다 바람직하게는 4 내지 10%의 세립,
c) 0 내지 2%, 바람직하게는 0 내지 1%의 섬유 또는 마이크로파이버, 및
d) 0 내지 15%의, 발포제 및 안정화제 또는 폼 가교제, 경화촉진제, 경화 지연제, 리오로지 개질제 및 물 보유제, 분산제 및 슈퍼플라스티피안트로부터 선택된 첨가제. 본 발명의 재료는 개방- 또는 폐쇄-셀 구조, 전형적으로는 개방 및 폐쇄 모두의 셀 구조를 포함할 수 있다.
본 발명은 추가로 본 발명의 셀 구조 단열 재료(경화된 미네랄 폼)를 얻기 위한 전구체로서 작용하는 미네랄 폼에 관한 것이다.
상기 기술된 셀 구조 단열 재료를 제조하기 위해 사용되는 본 발명의 미네랄 폼은 단독 또는 조합하여 다음 특성들을 가질 수 있다:
- 임의로 황산 칼슘을 함유하고/하거나 임의로 포틀랜드 시멘트를 함유하는 상기 기술된 바와 같은 하나 이상의 수경성 바인더 AHB,
- 하나 이상의 충전재, 바람직하게는 세립,
- 하나 이상의 수성 및/또는 비수성 용매 및
- 하나 이상의 기체, 예를 들어 공기, 이산화 탄소 또는 질소.
본 발명은 추가로 본 발명의 셀 구조 단열 재료(경화된 미네랄 폼)를 얻기 위한 전구체로 작용하는 중공 충전재-함유 시멘트 슬러리에 관한 것이다.
상기 기술된 셀 구조 단열 재료를 제조하기 위해 사용되는 본 발명의 중공 충전재-함유 시멘트 슬러리는 단독 또는 조합하여 다음 특성들을 가질 수 있다:
- 임의로 황산 칼슘을 함유하고/하거나 임의로 포틀랜드 시멘트를 함유하는 하나 이상의 수경성 바인더 AHB,
- 하나 이상의 저밀도 중공 충전재,
- 하나 이상의 수성 및/또는 비수성 용매.
본 발명의 미네랄 폼의 시멘트 슬러리에서, 저밀도 중공 충전재가 시멘트 슬러리 또는 미네랄 형태의 건조 물질 총중량에 대해 1 내지 80중량%, 바람직하게는 1 내지 60중량%, 유리하게는 1 내지 40중량%, 가장 바람직하게는 5 내지 30중량% 범위의 양으로 도입된다.
본 발명을 수행하기 위하여 사용되는 미네랄 폼 및 시멘트 슬러리의 조성물은 유리하게는 상기 기술된 바와 같은 알루미늄 함유 수경성 바인더를 포함한다.
바람직하게는, 상기 바인더는 바인더 총중량에 대해 10 내지 90중량%의 황산 칼슘을 포함한다.
유리하게는, 이들 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리 조성물은 추가로 반응성 충전재로부터 선택된 하나 이상의 충전재를 함유한다. 이들은 또한 저밀도 중공 충전재를 함유할 수 있다.
본 명세서에서 사용된바, 반응성 충전재는 수경성 바인더의 수화 반응에 참여하는 충전재를 의미하고자 한다. 본 발명에 따르면, "반응성 충전재(reactive fillers)라고 불리는 재료의 카테고리는 포틀랜드 시멘트도 규산 칼슘도 포함하지 않는다.
바람직하게는, 본 발명의 경화된 미네랄 폼 재료를 제조하기 위한 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리 조성물은 반응성 충전재로부터 선택되는 1 내지 30중량%, 바람직하게는 1.5 내지 15중량%, 유리하게는 2 내지 10중량%의 하나 이상의 충전재를 포함하고, 이 퍼센트는 미네랄 폼에서의 건조 물질 총 중량과 관련된다.
유리하게는, 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리 조성물은 본 발명의 경화된 미네랄 폼 재료를 제조하기 위하여 미네랄 폼 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 5%의 하나 이상의 반응성 충전재 활성화 화합물을 포함한다.
본 명세서에서 사용된바, 반응성 충전재 활성화 화합물은 알칼리 및 알칼리 토금속 염, 특히 알칼리 및 알칼리 토금속 탄산염 및 황산 염으로부터 선택된 화합물을 의미하고자 한다. 상기 언급된 반응성 충전재 및 저밀도 중공 충전재에 더하여, 본 발명의 미네랄 폼은 화학적으로 불활성 충전재 또는 세립을 함유할 수 있다. 이들은 유리하게는 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리 건조 물질 중량의 10 내지 70중량%를 나타낸다.
특별한 실시 형태에서, 바인더는 또한 임의로 바인더 총중량과 관련하여 0 내지 5% 미만의 포틀렌드 시멘트를 함유할 수 있다.
규산 칼슘은 포틀랜드 시멘트의 성분들 중의 하나이고, 전통적으로 조성물의 중량으로 포틀랜드 시멘트의 40 내지 60중량%를 나타낸다.
유리하게는, 본 발명의 바인더는 0 내지 3중량% 미만, 가장 바람직하게는 2중량% 미만의 알칼리 또는 알칼리 토금속 규산염을 함유할 수 있고, 이 성분은 단독으로 이용되거나 포틀랜드 시멘트의 기여로 혼입된다.
이들은 미네랄 또는 시멘트 슬러리 중량과 관련하여 양 물질의 축적된 중량%로서 0 내지 5중량% 미만의 수산화 칼슘 및 산화 칼슘을 함유할 수 있다.
본 발명의 바인더에서 사용되는 적절한 반응성 충전재 또는 세립(통상에 의한 입자 크기가 100㎛ 미만인 충전재)은 특히: 실리카 퓸(silica fume), 고로 슬래그, 제강 슬래그, 플라이 애시, 메타카올린, 피로게네이티드 및 침전된 실리카를 포함하는 실리카, 왕겨에서 회수된 실리카, 규조토 실리카, 다양한 형태(수화 또는 아닌)의 알루미나, 알루미나 중공 비드, 소성(calcinated), 표준 또는 팽창된 점토, 실리카 에로겔, 포졸란을 포함한다. 반응성 충전재로서 본 발명에서 사용될 수 있는 화학적 재료중에는, 일부가 다양한 입자 크기로 존재한다. 이들 재료의 존재하는 입자 크기 중에서, 일부는 화학적으로 불활성 구조에 상응한다. 본 발명에서 반응성 충전재의 사용은 실제적으로 이 재료가 수경성 바인더의 수화 반응에 참여할 수 있게 하는 형태의 재료에 관련된 것으로 의도된다. 존재할 때, 포틀랜드 시멘트는 반응성 충전재의 카테고리에 들어오지 않는다.
바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 반응성 충전재는 30㎛ 이하의, 유리하게는 15㎛ 이하의 중간(median) 직경 D50을 갖는다.
바람직하게는, 본 발명에서 사용된 반응성 충전재는 80㎛ 이하, 유리하게는 35㎛ 이하의 중간 직경 D90을 갖는다.
본 명세서에서 사용된바, y ㎛ 이하의 중간 직경 Dx는 x%의 입자가 y ㎛ 보다 작은 직경을 갖는 것을 의미하고자 한다. Melvern 타입의 레이저 그라눌로미터(granulometer)를 사용하여 측정을 한다.
비반응성 충전재 또는 세립(통상적으로 입자 크기가 100 ㎛ 미만인 충전재)은 전형적으로 석회암 충전재, 과립 실리카, 탄산 칼슘, 황산 바륨, 티타늄, 철, 아연, 크롬, 지르코니아, 마그네슘 금속 산화물, 질화 붕소, 리토폰, 바륨 메타보레이트, 펄라이트, 질석, 부석, 유문암, 샤모트, 활석, 운모, 임의의 중공, 유리 비드, 또는 확장된 유리 과립, 규산염 폼 그레인, 모래, 깨진 자갈, 자갈, 조약돌, 카보네이트 블랙, 탄화 규소, 코런덤, 고무 과립, 목재, 짚으로부터 선택된다.
중공 충전재를 포함하는 미네랄 폼 또는 슬러리 조성물은 추가로 다음을 특징으로 한다:
- 용매(들)는 미네랄 폼 총중량의 10 내지 40중량%, 바람직하게는 20 내지 30중량%를나타낸다.
본 발명에 따른 적절한 미네랄 폼 조성물은 유리하게는 미네랄 폼 총 중량에 비교해서 중량으로 다음 조성을 갖는다:
- 40%, 바람직하게는 20 내지 30%의 용매에 대해 50 내지 80%, 바람직하게는 60 내지 70%의 수경성 바인더 AHB10,
- 2 내지 10%, 바람직하게는 2 내지 5%의 세립, 및
- 임의로 발포제 및 안정화제 또는 폼 가교제, 경화 촉진제, 경화 지연제, 리오로지 개질제 및 물 보유제, 분산제 및 슈퍼플라스티피안트로부터 선택된 0.1 내지 15%, 바람직하게는 3 내지 10%의 첨가제,
- 이 중에서 특히 0.1 내지 2%의 발포제,
- 0.1 내지 2%의 가교제,
- 0.1 내지 2%의 분산제,
- 0.1 내지 10%의 경화 촉진제 또는 지연제.
본 발명은 추가로 상기 기술된 바와 같은 미네랄 폼을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 폼을 제조하기 위한 방법 및 장치는 알려져 있고, 예를 들어 US2005/0,126,781 및 US 4,731,389에 기술되어 있다.
본 발명의 방법은 다음 단계들을 포함한다:
a) 적어도 물 및 발포제(foaming agents), 공기-연행제(air-entraining agent), 및 기체-발생제로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 조성물로부터 수성 폼을 제조하는 단계,
b) 바인더와 용매 및 임의로는 계면활성제, 공기-연행제 및 기체-발생제로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 혼합하는 것을 포함하는 시멘트 슬러리를 제조하는 단계,
c) 하나 이상의 충전재(들)를 수성 폼 및/또는 시멘트 슬러리에 모두 또는 일부 도입하는 단계,
d) 수성 폼을 슬러리와 함께 혼합하는 단계.
또 다른 실시 형태에 따르면, 미네랄 폼은 다음 단계를 포함하는 제조 방법에 따라 제조될 수 있다:
a) 바인더를 용매 및 임의로는 계면활성제, 공기-연행제 및 기체-발생제로부터 선택된 하나 이상의 화합물과 혼합하는 것을 포함하는 시멘트 슬러리 제조 단계,
b) 기체와 시멘트 슬러리 사이의 접촉 표면을 최대화 하면서 기체를 슬러리에 주입하는 단계,
c) 단계 a) 동안 또는 후, 또는 단계 b) 동안 또는 후에 하나 이상의 충전재를 모두 또는 일부 혼입하는 단계.
또 다른 실시 형태에 따르면, 본 발명의 중공 충전재-함유 시멘트 슬러리를 다음 단계를 포함하는 제조 방법에 따라 제조할 수 있다:
a) 바인더 AHB를 용매와 함께 혼합하는 것을 포함하는 시멘트 슬러리를 제조하는 단계,
b) 상기 슬러리에 하나 이상의 저밀도 중공 충전재를 혼입하는 단계,
c) 단계 a) 동안 또는 후, 또는 단계 b) 동안 또는 후에 하나 이상의 충전재를 모두 또는 일부 혼입하는 단계.
본 발명의 중공 충전재-함유 미네랄 폼 또는 시메트 슬러리를 제조하는데에 사용될 때, 상기 반응성 충전재 활성화 화합물을 시멘트 슬러리에, 또는 충전재와 함께 도입될 수 있다.
상기 기술된 모두 세 개의 실시 형태에서, 모두 또는 부분의 첨가제, 예를 들어 경화 활성화제 등이 슬러리 또는 폼에 또는 폼과 슬러리를 조합한 후 도입될 수 있다.
기체와 시멘트 슬러리 사이의 접촉 표면의 최대화는 예를 들어 고정된 믹서(static mixer)를 사용하여 얻어질 수 있다. 더구나, 모두 또는 부분에 대해 충전재를 기체와 동시에 슬러리에 도입하는 것은 기체와 슬러리 사이의 접촉 표면을 증가시킨다.
또 다른 실시 형태에 따르면, 미네랄 폼은 슬러리를 제조하거나 이 단계 후 모두 또는 부분적으로 도입될 수 있는, 임의로는 황산 칼슘, 용매, 및 임의로는 충전재를 함유하는 수경성 바인더 AHB를 포함하는 시멘트 슬러리를 제조할 때에 간단한 공기 연행을 통해 계면활성제를 첨가함이 없이 생성 될 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 다음을 위한 단열 재료를 제조하기 위한 셀 구조 단열 재료로서 미네랄 폼 또는 경화된 미네랄 폼을 사용하는 것에 관한 것이다:
- 미네랄 폼 또는 경화된 미네랄 폼계의 하나 이상의 단열층을 포함하는 프리캐스트 패널을 제조하기 위한,
- 상기 미네랄 폼, 예를 들어 벽, 천장, 중공 블록, 문, 도관을 즉석에서 배치시켜 설비용 건축 요소 안의 중공 부분을 채우기 위한,
- 폼을 파이프의 아래 표면과 접촉하게 즉석에서 배치시켜 뜨거운 층을 제조하기 위한,
- 실외에 즉석에서 미네랄 폼을 위치시켜 빌딩에 대기 위해 단열 기능을 갖는 단일 층을 적용하기 위한.
경화된 미네랄 폼이 이들 적용(단열) 전용 재료를 제조하기 위하여 사용될 때, 20℃에서 0.045 W/m.℃이하의 열전도 계수가 특히 바람직하다.
본 발명은 추가로 단열 내화 벽돌을 위한 적용에서 미네랄 폼 또는 경화된 미네랄 폼의 용도에 관한 것이다:
- 내화 벽돌을 제조하기 위한,
- 상기 미네랄 폼을 즉석에서 배치시켜 모노리틱(monolithic) 콘크리트를 제조하기 위한.
미네랄 폼 또는 경화된 미네랄 폼이 단열 내화 벽돌 전용인 재료를 제조하기 위하여 사용될 때, 구조는 연소 후 수축을 제한하기 위하여 및 기계적 강도를 증가시키기 위하여 앞서 언급된 경량 충전재를 사용하여 전형적으로 강화된다.
더구나, 20℃에서 0.2 W/m℃ 이하, 바람직하게는 0.15 W/m℃ 이하의 열 전도율이면 이 적용에서 충분하다.
바람직하게는, 본 발명의 바인더는 에트링가이트(ettringite) 바인더이다. 본 명세서에서 사용된바, 에트링가이트 바인더는 사용의 정상적인 조건하에서 수화시 성분이 식 3CaO,Al2O3.3CaSO4.32H2O를 갖는 트리설포칼슘 알루미네이트인, 주 수화물로서 에트링가이트를 제공하는 수경성 바인더를 의미하고자 한다. 황산 칼슘-함유 바인더 AHB는 수화를 통해 에트링가이트의 형성에 이른다. 이 이유로, 본 발명의 수경성 바인더 AHB는 수경성 바인더 총중량에 대해 바람직하게는 10 내지 90중량%, 바람직하게는 10 내지 70중량%, 심지어 보다 바람직하게는 10 내지 50중량%, 및 가장 바람직하게는 20 내지 40중량%의 황산 칼슘을 포함한다.
황산 칼슘은 천연 또는 합성 기원의 화합물, 또는 무수 석고, 반-수화물, 석고 및 이들의 조합물로부터 선택된 부산물(by-product)의 처리로부터 기원한다. 고반응성 재료를 포함하는 수경성 바인더 AHB의 사용은 조성물 총중량에 대해 예를 들어 20중량% 보다 낮게, 바람직하게는 10중량% 보다 낮게, 또는 심지어 4중량%의 매우 낮은 바인더 비를 갖는 미네랄 폼, 시멘트 슬러리 및 단열 재료를 얻는 것을 가능하게 한다.
적용에 따라, 본 발명의 셀 구조 단열 재료는 바람직하게는 70중량% 이하의 충전재, 심지어 보다 바람직하게는 60중량% 이하의 충전재를 함유한다.
따라서, 본 발명의 수경성 바인더는 주로 알루미늄 함유 시멘트 및(또는) 칼슘 설포알루미네이트 시멘트를 포함할 수 있다. 그러나, 이들은 소수 성분으로서 포틀랜드 시멘트를 수경성 바인더의 총중량과 관련하여 바람직하게는 최대량으로 5중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 재료는 또한 뛰어나 화재 내성 물성을 갖는다. 이 물성은 에트링가이트 분자 구조에 존재하는 결합된 많은 양의 물에 기인하여 에트링가이트 바인더를 사용할 때 보다 뛰어나다.
바람직하게는, 본 발명의 수경성 바인더는 경화-시간 조절 첨가제, 예를 들어 경화 촉진제 또는 경화 지연제를 포함한다. 이들은 수경성 바인더 총 중량에 대하여 0.1 내지 15중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10중량%를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 경화 촉진제는 알려진 어느 유형일 수 있다. 그들의 사용은 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리의 워커빌러티를 조정하는 것을 가능하게 한다. 예시적인 예로서 언급되는 것은 단독 또는 조합하여 사용되는 알루민산 나트륨, 규산 나트륨, 알루민산 칼륨, 황산 알루미늄, 탄산 칼륨, 리튬염, 예를들어 수산화 리튬, 황산 리튬 및 탄산 리튬이다.
본 발명에서 사용되는 경화 지연제는 알려진 어느 유형일 수 있고, 예시적인 예로서 특히 언급되는 것은 단독 또는 조합하여 사용되는 시트르산, 타르타르산, 글루코네이트 및 붕산 및 그들의 염들이다.
물 보유제 및 리오로지 개질제는 셀룰로즈 에테르, 구아 에테르, 전분 에테르, 결합 중합체, 생물발효를 통해 얻어지는 중합체, 예를 들어 크산탄 검, 웰란 검....을 포함하는 계(family)에서 선택될 수 있다.
열전도 계수를 상당히 증가시켜, 따라서 단열 효율을 상당히 감소시키는, 경화된 미네랄 폼 안에서 수분 이동을 제한하기 위하여, 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리 덩어리의 제조 동안 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리 덩어리 어느 하나에 모두 또는 부분으로서 도입되거나, 경화된 미네랄 폼의 침투를 통해 방수제를 혼입시키는 것은 흥미롭다. 적절한 방수제의 예시적이고, 비제한적인 예는:
- Si-H, Si(OMe), Si(OEt)형의 반응성 그룹으로 기능화될 수 있거나 되지 않은 폴리디메틸실록산 형의 실리콘 오일, 예를 들어 특허 US 5,373,079에 기술된 바와 같은 이들 오일로부터 유래된 수성 에멀젼;
- 특허 US 2,005,018,217,4에 기술된 바와 같은 트리알콕실란 및 실라잔과 같은 유기 실란;
- 예를 들어 칼륨 메틸실리코네이트와 같은 실리코네이트;
- 파라핀, 스테아레이트 및 올리에이트 유형의 왁스, Novance 사에 의해 시판되는 것과 같은 식물성 오일 및 그들의 유도체.
이들 방수제는 그들의 성질에 따라 용매에 희석되지 않거나 희석된, 또는 물에 분산되거나 유화되어 사용될 수 있다.
경화된 미네랄 폼의 기계적 물성을 강화하기 위하여, 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리의 제조 동안 중합체, 예를 들어 폴리비닐 알코올, 폴리아미드, 액체 형태 또는 분말 형태의 라텍스를 도입하는 것은 흥미롭다.
본 명세서에서 사용된바, 라텍스는 스티렌, 스티렌 유도체, 에틸렌, 비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 비닐 프로피오네이트, 비닐 n-부티레이트, 비닐 라우레이트, 비닐 피발레이트 및 비닐 스테아레이트, VEOVA° 9 내지 11, (메트)아크릴아마이드, 메타크릴산의 (C1-C20)알킬 에스테르, 1 내지 12개 탄소 원자의 알칸올과 메타크릴산의 알케닐 에스테르, 예를 들어 메틸에스테르, 에틸에스테르, n-부틸에스테르, 이소부틸에스테르, t-부틸에스테르 및 아크릴산 및 메타크릴산의 2-에틸헥실에스테르, 니트릴, 아크릴로니트릴, 디엔, 예를 들어 1,3-부타디엔, 이소프렌, 두 개의 비닐 그룹, 두 개의 비닐리덴 그룹 또는 두 개의 알킬렌 그룹을 수반하는 단량체로부터 선택된 에틸렌적으로 불포화된 단량체를 통하여 얻어진 하나 이상의 중합체의 에멀젼을 의미한다.
미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리의 제조 동안 일부 열경화성 또는 광-가교성 중합체를 모두 또는 일부를 분무 또는 침투시켜 경화된 미네랄 폼에 도입하는 것이 또한 직시될 수 있다.
열경화성 중합체(열 또는 발광(radiation)의 작용하에 가교하는)의 적절한 예는 비제한적인 예로서 폴리우레탄, 에폭시 및 폴리에스테르를 포함한다.
본 발명에서 사용된 충전재는 전형적으로 충전재로서 사용되는 불활성 물질이다. 특히 유리한 실시 형태에서, 미네랄 폼에서 반응성 충전재를 사용되는 것이 직시된다. 또 다른 유리한 대안에서, 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리에서 저-밀도 중공 충전재를 사용하는 것이 직시된다. 충전재는 성질에 있어 광물성 또는 유기 일 수 있다.
미네랄 충전재는 예를 들어 실리카 퓸, 고로 슬래그, 제강 슬래그, 플라이 애시, 석회암 충전재, 과립 실리카, 피로게네이티드 및 침전된 실리카를 포함하는 실리카, 왕겨에서 회수된 실리카, 규조토 실리카, 탄산 칼슘, 황산 바륨, 메타카올린, 티타늄, 철, 아연, 크롬, 지르코늄, 마그네슘 금속 산화물, 다양한 형태(수화 또는 아닌)의 알루미나, 알루미나 중공 비드, 질화 붕소, 리토폰, 바륨 메타보레이트, 소성(calcinated), 표준 또는 팽창된 점토, 펄라이트, 질석, 부석, 유문암, 샤모트, 활석, 운모, 임의의 중공, 유리 비드, 또는 확장된 유리 과립, 실리카 에어로겔, 규산염 폼 그레인, 모래, 깨진 자갈, 자갈 및/또는 조약돌로부터 선택될 수 있다. 유기 충전재는 유기 중합체 비드(폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리디메틸실록산), 고무 과립, 목재, 예를 들어 코르크 분말, 충전재 목재, 짚 및/또는 폴리스티렌 박편으로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는, 저밀도 중공 충전재가 사용된다. 바람직하게는, 충전재는 새로운 모르타르의 것(3 미만의)과 같은 저밀도를 갖는다. 전형적으로 저밀도 중공 충전재는 0.5 미만, 바람직하게는 0.1 미만, 유리하게는 0.05 미만의 밀도를 갖는다. 중공 충전재 크기는 바람직하게는 10 ㎛ 내지 2.5 mm 범위이다. 바람직하게는 예를 들어 탄산 칼슘의 소수성 충전재가 사용된다. 미세 충전재, 즉 5㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 보다 작은 평균 직경 D90을 갖는 미세 충전재는 미네랄 폼을 강화시킨다. 바람직하게는, 본 발명의 재료는 5 ㎛ 이하의 평균 직경(D90)의 충전재를 포함한다.
폼 유리 과립으로 언급되는 것은 140 내지 530 Kg/m3 범위의 입자 크기의 함수로서 벌크 밀도를 갖는 상표명 Poraver?으로 시판되는 과립이다. 예를 들어, 4 내지 8 mm의 표준 입자 크기를 갖는 과립은 180 kg/m3의 벌크 밀도를 갖고, 0.1 내지 0.3 mm의 입자 크기를 갖는 과립은 400 kg/m3의 밀도를 갖는다. 언급되는 것은 또한 입자 크기가 0.25 내지 4 mm 범위인 폼 유리 과립 Liaver 및 상표명 Misapor?로 시판되는 보다 큰 입자 크기(0 내지 72 mm)의 그레인이다.
중공 유리 비드로서 언급되는 것은 입자 크기가 20㎛ 내지 110㎛ 범위이고, 밀도는 약 100 kg/m3인, 3M, Potters PQ 및 Akzo Nobel Expancel 사에 의해 시판되는 유리 비드이다.
세노스피어로 사용되는 것은 Trelleborg Fillite, Potters PQ, Omega Mineral 사에 의해 시판되는 제품이다. 이들 충전재는 0 내지 0.5 mm의 입자 크기, 벌크 밀도가 350 내지 450 kg/m3인 세노스피어이다.
규산염 폼 그레인으로서 언급되는 것은 매우 경량의 그레인이고, 성질이 소수성인 그레인 SLS?20이다.
팽창된 점토로서 사용되는 것은 예를 들어 입자 크기가 0 내지 4 mm이고 약 200 kg/m3 의 벌크 밀도를 갖는 것이다.
부석(pumices) 또는 부석 스톤(pumice stones)은 종종 1 미만의 저밀도를 갖는 매우 다공성의 화산 암석이다. 바람직하게는, 부석은 0.3 내지 8 mm 범위의 입자 크기를 갖는다. 이 제품은 Quick Mix 사에 의해 시판된다.
본 발명에 따라 사용되는 팽창된 점토는 바람직하게는 1 내지 8 mm의 입자 크기 및 280 내지 650 kg/m3의 벌크 밀도를 갖는다. 이들 제품은 Maxit Fibo 및 Liapor 사에 의해 시판된다. 표면-처리된 팽창된 점토는 물 요구를 감소시키기 위하여 선택될 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 팽창된 셰일은 바람직하게는 2 내지 8 mm 범위의 입자 크기를 갖는다. 이들 생성물은 Berwilit 사에 의해 시판된다.
본 발명에 따라 사용되는 펄라이트는 바람직하게는 0 내지 6 mm 범위의 입자 크기 및 39 내지 95 kg/m3 범위의 벌크 밀도를 갖는다. 이 생성물은 예를 들어 Knauf 및 Pavatex 사에 의해 시판된다.
본 발명에 따라 사용되는 질석은 바람직하게는 0 내지 2 mm의 입자 크기 및 60 내지 160 kg/m3의 벌크 밀도를 갖는다. 이 생성물은 예를 들어 Isola-Mineralwolle Werke, CMMP 및 Reppel 사에 의해 시판된다.
본 발명에 따라 사용되는 유문암은 바람직하게는 10 내지 350 ㎛ 범위의 입자 크기 및 180 내지 350 kg/m3의 벌크 밀도를 갖는다. 이 생성물은 예를 들어 Lafarge Noblite 사에 의해 시판된다.
다른 유형의 첨가제, 예를 들어 셀룰로즈 에테르, 구아 에테르, 전분 에테르, 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴아마이드, 결합성 중합체, 생물 발효를 통해 얻어지는 중합체, 예를 들어 크산탄 검, 웰란 검, 피로겐 실리카, 침전된 실리카, 라포나이트, 벤토나이트, 헥토라이트의.. 계로 부터 선택될 수있는 물 보유제 및 리오로지 개질제가 사용될 수 있다.
분산제, 예를 들어 리그노설포네이트, 나프탈렌 설포네이트, 멜라민 설포네이트, 카제인, 개질된 폴리카복실레이트, 포스포네이트 단위들을 포함하는 중합체, 포스페이트 및 포스포네이트가 또한 사용될 수 있다.
미네랄 폼 또는 중공 충전재-함유 시멘트 슬러리는 시멘트 슬러리로부터 얻어진다. 시멘트 슬러리는 즉석에서, 즉 사용하기 바로 전 제조될 수 있다. 이 경우에, 수경성 바인더 성분들은 먼저 분말화된 혼합물을 형성하기 위하여 경화-시간 조절제 및 임의로 충전재 및/또는 다른 첨가제와 함께 혼합될 수 있고, 이어서 얻어진 혼합물은 시멘트 슬러리를 형성하기 위하여 물 또는 용매와 혼합된다.
사용 준비된 수성 슬러리, 즉 미리 준비된 슬러리를 이용하는 것이 또한 가능하다. 이 경우에, 슬러리는 저장 수명 및 전달 시간들을 세이브가드(saveguard) 하기 위하여 긴 수명, 즉 적어도 한달, 심지어 보다 바람직하게는 두 달, 바람직하게는 3 달 이상, 및 보다 바람직하게는 적어도 6개월을 나타내도록 안정화되어야 한다.
본 명세서에서 사용된바, "수명(life-time)"은 성분이 고체 생성물의 수성 또는 비수성 현탁액의 형태, 다소 유체의 형태로 남아있는, 즉 경화 없이 간단한 기계적 교반을 통해 수성 또는 비수성 현탁액 상태로 되돌아 갈 수 있는 시간을 의미한다.
수성 상의 슬러리는 수 개월 동안 안정화(또는 지연) 되어야 한다. 물에 현탁된 붕산 또는 그의 염은 예를 들어 상기 종료까지 사용될 수 있다. 그러므로, 사용 전 슬러리에 함유된 시멘트를 방출하는 것이 경화를 시작하기 위하여 요구될 것이다. 이 목적으로, 지연된 알루미늄 함유 시멘트 및 임의로 시멘트의 경화를 촉진할 수 있는 촉매, 예를 들어 석고와 수산화 리튬의 혼합물을 "방출"할 수 있는 재료가 전형적으로 사용된다. 특허 EP 0241 230 및 EP 0 113 593은 이 유형의 시스템을 개시하고 있다.
본 발명의 미네랄 폼을 얻기 위하여, 상기 기술된 시멘트 슬러리는 발포제, 공기-연행제 및 기체 발생제로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 수성 폼과 조합될 수 있다. 수성 폼을 제조하기 위하여 도 1에 예시된 바와 같은 기구가 사용될 수 있다. 물과 발포제 또는 공기-연행제(1)의 혼합물이 계량 펌프(2)에 의해 펌핑되고, 혼합 장치(5), 예를 들어 고정 믹서(또는 비드로 채워진 튜브) 안에서 기체(3)와 함께 공주입된다. 기체, 예를 들어 공기, 질소 또는 이산화 탄소가 기체 공급원(3)으로부터 수집된다. 주입된 기체 유동률은 유동미터(4)를 사용하여 모니터된다. 또 다른 실시 형태에 따르면, 기체와 물의 혼합물, 발포제 및/또는 공기-연행제의 혼합물이 게속적으로 감소하는 직경의 비드를 갖는 수 개의 비드 교반기(5) 및 (6)를 통해 유동한다. 마지막으로, 수성 폼은 용기(7)에서 회수된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 시멘트 슬러리에 발포제, 공기-연행제 및 기체-발생제로부터 선택된 적어도 하나의 화합물을 직접적으로 첨가하고, 이어서 기체를 미네랄 폼을 형성하도록 이 슬러리에 주입한다. 기체 주입은 충분하고 안정한 미네랄 폼을 형성하기 위해 기체와 슬러리 사이의 상호작용 표면을 최대화하여 수행된다. 물과 발포제 또는 공기-연행제의 조합을 추가의 시멘트 슬러리에 의해 대체하여 도 1에 기술된 바와 같은 기구가 사용될 수 있다.
또 다른 실시 형태에 따르면, 미네랄 폼은 수경성 바인더 AHB, 용매, 충전재, 바람직하게는 반응성 충전재 또는 저-밀도 중공 충전재 또는 슬러리를 제조할 때나 이 단계 후 모두 또는 부분으로 도입될 수 있는 충전재를 포함하는 시멘트 슬러리를 제조할 때에 공기 연행에 의해 계면활성제를 첨가함이 없이 생성될 수 있다.
또 다른 실시 형태에 따르면, 중공 충전재는 미세공을 발생하도록 시멘트 슬러리에 혼입될 수 있다.
이렇게 얻어진 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리는 본 발명의 셀 구조 단열 재료(또는 경화된 미네랄 폼)를 제조하기 위하여 직접적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리 또는 경화된 미네랄 폼은 유리하게는 어느 화학 처리, 특히 값비싼 수열 반응 처리를 요구하지 않는다. 그러므로, 본 발명의 셀 구조 단열 재료는 어느 화학적 또는 수열반응 처리 없이 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 시멘트를 발포하기 위해 전통적으로 사용되는 임의의 발포제, 예를 들어 음이온성, 비이온성 계면활성제 및 이들의 조합이 적절하게 사용될 수 있다. 수성 폼을 안정화시키기 위한 첨가제가 임의로 첨가될 수 있다. 안정화 첨가제는 예를 들어 특허 WO/2008/020246, WO/2006/067064, 및 US 4,218,490에 언급된 알칸올아마이드, 하이드로콜로이드, 단백질과 같은 액체 형태 또는 고체 입자로서 계면활성제, 또는 중합체, 장쇄 알코올일 수 있다. 본 발명의 폼은 어느 발포제 또는 폼 안정화제를 포함하지 않을 수 있다.
공기-연행제는 교반으로 생기는 난류에 포획된 공기 버블을 안정화시키는 것을 가능하게 하는 화합물이다. 공기-연행제로 언급되는 것은 목재 천연 수지, 황산염 또는 술폰산염 화합물, 합성 세제 및 유기 지방산이다.
본 발명에 따라 사용되는 기체-발생제는 예를 들어 질소, 산소, 수소, 이산화 탄소, 일산화 탄소, 암모니아 또는 메탄을 생성하는 화합물로부터 선택될 수 있다. 특허 US 2005/0,126,781은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 다수의 기체-발생제를 언급한다. 예시적인 예로서 언급되는 것은 히드라진 또는 아조 그룹을 함유하는 화합물, 예를 들어, 히드라진, 아조디카본아마이드, 아조비스(이소부티로니트릴), p-톨루엔설포닐 히드라지드, p-톨루엔설포닐 세미카바지드, 카보히드라지드, p-p'-옥소비스(벤젠설포닐 히드라지드) 및 이들의 조합이다. 어느 히드라진 또는 아조 그룹을 함유하지 않는 질소-생성제의 예는 유기 또는 무기 산 암모늄염, 히드록실아민 설페이트, 카바아마이드 및 이들의 조합이다. 산소-생성제의 예는 예를 들어 세제 분야에서 전통적으로 사용되는 표백제, 예를 들어 퍼옥사이드, 퍼카보네이트, 퍼설페이트, 퍼옥시카보네이트이다. 본 발명의 재료(경화된 미네랄 폼) 또는 미네랄 폼 또는 중공 충전재-함유 시멘트 슬러리는 설비에서의 단열 및 화재 내성을 개선하는데에 특히 유용하다. 정말로, 재료(경화된 미네랄 폼) 또는 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리는 다음과 같은 목적을 위한 재료(경화된 미넬랄 폼)계의 적어도 하나의 단열 층을 포함하는 프리캐스트 패널을 제조하기 위하여 사용될 수 있다:
- 외부로부터의 단열 시스템에서 사용된 폴리스티렌 패널을 대체하기 위한 패널을 제조하기 위한,
- 미네랄 폼, 또는 중공 충전재-함유 시멘트 슬러리가 건축 재료(목재, 합판, 폴리스티렌, 플라스터, 콘크리트)의 두 벽 사이에 도입되는 샌드위치 패널을 제조하기 위한,
- 건축에 사용되려는 적재물-지참 또는 하지 않은 단열 예비-벽, 또는 중공 블록 및 벽돌을 제조하기 위한,
- 하우스의 내부 단열을 위해 사용되는 복합 슬랩 패널을 유리 섬유 또는 내측 PU로 대체하기 위한 패널을 제조하기 위한.
재료(경화된 미네랄 폼) 또는 미네랄 폼 또는 중공 충전재-함유 시멘트 슬러리는 설비를 위한 건축 요소, 예를 들어 벽, 천장, 중공 블록, 도관에서 즉석에서 중공 부분을 채우기 위한 미네랄 폼을 배치시키기 위하여 또한 사용될 수 있다.
재료 또는 미네랄 폼은 또한 뜨거운 바닥용 파이프와 접촉해 있는 저면으로서 즉석에서 미네랄 폼을 배치시키기 위해 사용될 수 있다.
재료 또는 미네랄 폼 또는 중공 충전재-함유 시멘트 슬러리는 또한 빌딩을 만들기 위한 단열 기능을 갖는, 미적인 마무리 코트로 덮힐 수 있는 단일 층으로서 밖에 즉석에서 미네랄 폼을 적용하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 재료, 또는 미네랄 폼, 또는 중공 충전재-함유 시멘트 슬러리는 내화물 벽돌의 제조를 포함하는 내화물 적용을 위한 단열 콘크리트 또는 벽돌을 제조하기 위해 및 모노리틱 콘크리트를 제조하기 위한 미네랄 폼을 즉석에서 배치시키는데 특히 유용하다.
마지막으로, 본 발명의 미네랄 폼 또는 중공-충전재-함유 시멘트 슬러리는 다음 적용에서 사용되는 단열 재료를 얻는 즉시 사용될 수 있는 콘크리트로서 사용될 수 있다:
- 결합시 열 브릿지를 감소시킬 수 있는, 모노월 요소에서 구조, 스터드, 크로스 벽, 및 슬래브,
- 빌딩의 다양한 층 사이에 열 브릿지를 감소시킬 수 있는 외부 콘크리트 셀(shells),
- 대지 플랫폼 상의 슬래브,
- 이중-벽의 채움,
- 지붕 및 테라스 단열.
실시예
I- 프로토콜의 정의
I.1 - 열 전도성과 열 수축의 결정.
- 20℃에서 열 전도성, λ의 측정.
열 전도도는 표준 EN 12667:2001"건축 재료 및 제품의 열 성능. 가아디드 핫 플레이트(guarded hot plates) 및 열 유동 미터 방법에 의해 내열성의 측정. 높고 중간 내열성의 제품"에 따라 측정하였다.
I.2 - 압축 강도의 측정.
압축 강도를 3 시간 및 24 시간 후 100x100x100 mmm의 콘크리트 입방체를 갖고 표준 EN 196-1에 따라 측정하였다.
I.3 - 표준:EN 993-1에 따라 콘크리트의 겉보기 다공도의 측정.
I.3.1- 기구
- 샘플 수납용 바스켓용 고정 장치를 갖는 계량 스케일 0.1g
- 진공 벨
- 압력 게이지를 갖는 진공 펌프
- 20℃의 물 자(jar)
- 20℃의 물 통
I.3.2. - 과정
- 60℃(토목 공학) 또는 110℃(내화물)의 오븐에서 24시간 동안 샘플을 건조
- 건조 샘플(P1)을 계량
- 진공 벨에 샘플을 도입
- 진공을 만들고 압력 게이지를 조절(<50 mBar)
- 흡입을 유지하면서, 샘플을 2 cm 물로 덮을 때까지 진공 벨에 물을 서서히 도입(샘플을 진공하에 담금)
- 흡입을 물 비등의 종료까지 유지(=> 미세공으로부터 공기를 제거)
- 진공 벨의 밸브를 셧 오프하고 펌프를 끔
- 진공하에서 최소 3 시간 동안 침투가 진행되게 함(샘플의 탈 기체 시간)
- 벨을 대기압으로 돌림
- 시험하기 위해 샘플을 제거하고 축축한 스폰지로 과잉 물을 제거(샘플을 건조시키지는 않음)
- 물-포화 샘플을 계량(P2)
- 플레이트 상에 있는 물-포화 샘플을 계량기로 측정
- 샘플을 계량기 아래에 떠 있는 금속 바구니 안에 넣음
- 전체를 들통에 대략 10 cm 물 아래로 잠금
- 중량(P3)을 읽고, 이는 물 중량 대체를 측정하고 따라서 샘플의 부피를 측정을 가능하게 함(물-포화 종(specimen) 위의 부력 측정)
다공도(%)=(물-포화 중량 - 건조 중량)/부피 x 100
다공도(%)=(P2-P1)/P3*100
I-4: 피크노미터 방법에 의한 진정한 밀도 및 겉보기 다공도의 측정
I-4-1: 기구
- 피크노미터 Micromertics ACCUPYC II 1340.
- Mettler 형의 정밀한 계량 스케일 +/- 0.0001 g
- 병 + 알력 조절자 헬륨(99.995% 최소) 1.5 바(21.5 psi)
I-4-2: 유효성의 범위- 정밀도
- 측정 범위:>0.2g/cm3
- 측정 정밀도:0.05%
I-4-3: 과정
샘플의 제조:
샘플은 60℃의 오븐(최소 2시간)에 위치시키고, 이어서 물을 제거하도록 냉각시키고 측정을 보다 빠르게 안정화시킨다(5 개의 동일한 연속적인 측정).
샘플 지지 셀을 계량하고 이를 2/3까지 채운다. 정확한 질량을 남겨둔다. 셀을 피크노미터에 넣고 덮개를 덮는다. 컴퓨터 프로그램을 통해 측정 사이클을 개시한다.
결과:
셀 안에 존재하는 재료의 공지된 질량에 의해 점유된 부피의 측정에 기초해서 고체의 진정한 밀도(g/cm3)의 측정.
결과는 장치 신뢰 구간(부피 편차 0.02%) 안의 마지막 5개의 결과의 평균에 상응한다. 0.01 g/cm3 내로의 컴퓨터화된 결과는 상기 값을 표현한다.
다공도(%)=1-(1/측정된 벌크 밀도-1/진정한 밀도) x 100
I-5: 광학 현미경을 통한 미세공 직경의 측정
경화된 미네랄 폼에 광학 현미경하에서 관찰가능한 경화성 수지(에폭시 수지)를 침투시킨다. 경화 12 시간 후, 샘플을 횡으로 절단하여 약 4 cm * 4 cm, 두께 0.05 내지 3 mm 범위의 플레이트로 만든다. 샘플 횡단면의 관찰은 X5 확대로 실시한다.
II
- 본 발명의 조성물의
실시예
및 본 발명의 단열 재료의 열 전도성 및 압축 강도의 평가
II
. A.
실시예
1:
II.A.1 - 바인더의 제조
다음 성분들을 용기에 첨가하였다:
성분들을 전기 믹서를 사용하여 저속으로(등급(graduation ) 1) 30초 동안 혼합하고, 이어서 고속으로(등급 5) 1분 30초 동안 혼합하였다. 따라서 시멘트 슬러리를 얻었다.
II.A. 2- 수성 폼의 제조
용기에서 다음 성분들을 혼합:
- 6 g의 발포제 Lithofoam?SL400-L(20000 내지 120000 달톤의 단백질),
- 0.4 g의 셀룰로즈 에테르,
- 80 g의 물.
전체를 균질하고 밀집한 수성 폼이 생성될 때까지 고속으로 5분 동안 혼합하였다.
II.A.3- 미네랄 폼의 제조
수성 폼 20 g을 중간 속도로(등급 3)으로 3 분 동안 전기 믹서로 상기 제조된 시멘트 슬러리에 혼입하였다.
II.A.4- 미네랄 폼의 부음 및 건조
미네랄 폼을 몰드(mold) 오일로 미리 윤활된 4 cm*4cm*16cm의 몰드에 부었다.
II.A.5- 미네랄 폼 조성
II.A.6- 얻어진 단열 재료의 특성화
- 밀도:125 Kg/m3
- 3 시간에서의 압축 강도: Cs=0.3 MPa
- 열 전도 계수:λ=0.044 W/m.℃
- 오스왈드 숙성에 기인한 결함 없음
- 다공도 >90%.
II
. B.
실시예
2: 본 발명의 단열 재료와 포틀랜드 시멘트 52.5 R계 단열 재료 사이의 비교
II B.1- 바인더의 제조
다음 성분들을 용기에 첨가하였다:
성분들을 저속(등급 1)에서 30초 동안 전기 믹서를 사용하여 혼합하고, 이어서 고속에서(등급 5) 1분 30초 동안 혼합하였다.
II.B.2-수성 폼의 생산
용기에서 다음 성분들을 혼합하였다.
- 5g의 발포제 Lithofoam?SL400-L(20000 내지 120000 달톤의 단백질)
- 80g의 물
전체를 균질하고 밀집된 수성 폼이 생성될 때까지 전기 믹서로 고속에서 5분 동안 혼합하였다.
II.B.3- 미네랄 폼의 제조
20 g의 수성 폼을 중간 속도(등급 3)에서 전기 믹서로 3 분 동안 100 그램의 바인더에 혼입시켰다.
본 발명의 미네랄 폼은 수성 폼이 바인딩 상에 쉽게 혼입되고 전체가 균질하므로 얻기에 보다 쉽다.
비교 분석 미네랄 폼 2는 바인더가 충분히 유체이지 않기 때문에 얻기에 어려웠다.
II.B.4-미네랄 폼의 부음 및 건조
미네랄 폼을 몰드 오일로 미리 윤활된 4 cm*4cm*16cm의 몰드에 부었다.
그 후, 미네랄 폼을 본 발명의 셀 구조 단열 재료를 얻기 위하여 23℃ 및 60% RH에서 24 시간 건조시켰다. 주로 비교 바인더 LC1으로 얻어진 포틀랜드 시멘트계 미네랄 폼은 주로 붕괴되지 않는(도 2a) 알루미늄 함유 L2 계인 본 발명의 미네랄 폼에 대조해서 붕괴되었다(도 2b). 도 2c)는 주로 포틀랜드 시멘트 LC2계 단열 재료를 나타낸다. 얻어진 셀 구조 단열 재료에서는 또한 높은 불균일성이나 덜한 붕괴가 관찰될 수 있었다.
II. B.5- 본 발명의 셀 구조 단열 재료의 특성화
미세공 부피와 밀도의 측정:
셀 구조 단열 재료의 밀도를 피크노미터를 사용하여 측정하고, 이 결과는 물 포로시미트리(porosimetry)를 통해 얻어진 결과와 비교하였다. 양 방법은 알루미늄 함유 시멘트-, 황산 칼슘- 및 포틀랜드 시멘트-계 바인더를 포함하는 본 발명의 단열 재료 경우 0.29의 밀도 및 85%의 미세공 부피를 측정하는 것을 가능하게 했다.
단열 재료 미세공 직경의 측정:
경화된 미네랄 폼에 광학적 현미경을 통하여 관찰가능하기 위하여 경화성 수지(에폭시 수지)를 침투시켰다. 12 시간의 경화 후, 샘플을 횡적으로 절단하여 약 4cm*4cm*, 두께 0.05 내지 3 mm의 플레이트를 만들었다.
샘플 횡단면의 관찰은 X5 확대로 실시하였으며, 도 3a 및 도 3b에 예시되어 있다.
도 2a 내지 2c에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경화된 미네랄 폼(L2. 도 2a)은 뛰어난 기계적 거동을 가지나, 오직 포틀랜드 시멘트계 경화된 미네랄 폼(LC1, 도 2b 및 LC2. 도 3b)은 수성 폼과 슬러리를 접촉시 붕괴되었다.
본 발명의 경화된 미네랄 폼(L2, 도 3a)은 규칙적으로 분포되고(mm2당 4 내지 5개의 버블), 규칙적인 크기인 버블을 포함하나, 비교 실시예 LC1(도 3b)의 경화된 미네랄 폼은 이종성 버블 크기 및 버블 분포를 갖는다.
II
. C.
실시예
3: 중공 충전재를 갖는
에트링가이트
바인더 및 포틀랜드 52.5R-계 재료와의 비교
II.C. 1- 바인더의 제조
다음 성분들을 용기에 첨가하였다:
(*) Thermosilit?는 다음 특성을 제공하는 팽창된 펄라이트 형의 중공 충전재이다:
입자 크기: 0 내지 2.5 mm
밀도: 80 내지 100 kg/m3
성분들을 전기 믹서를 사용하여 저속에서(등급 1) 30초 동안 혼합하고, 이어서 고속에서(등급 5) 1분 30초 동안 혼합하였다. 따라서, 시멘트 슬러리가 얻어졌다.
II. C.2- 수성 폼의 제조
용기 안에서 다음 성분들을 혼합하였다:
- 4g의 발포제 Empicol ESC/3L(나트륨 라우레쓰 에테르 설페이트)
- 0.1g의 크산탄 검,
- 0.1g의 황산 리튬,
- 92.8g의 물.
전체를 균질하고 밀집된 수성 폼이 밀도 50 kg.m3로 생성될 때까지 전기 믹서로 고속으로 5분 동안 혼합하였다.
II.C.3- 미네랄 폼의 제조
30g의 수성 폼을 전기 믹서로 중간 속도로(등급 3) 3분 동안 상기 제조된 100g의 시멘트 슬러리에 혼입시켰다.
II.C.4- 미네랄 폼의 부음 및 건조
미네랄 폼을 폴리스티렌으로 된 4 cm*4 cm*16cm 또는 10 cm*10cm*10cm의 몰드에 부었다. 그 후, 미네랄 폼을 본 발명의 셀 구조 단열 재료를 얻기 위하여 23℃ 및 60% RH에서 24 시간 동안 건조시켰다. 비교 바인더 LC3로 얻어진 주로 포틀랜드계 미네랄 폼은 주로 붕괴되지 않는 반응성 충전재 및 중공 충전재를 갖는 알루미늄 함유 시멘트 L3계인 본 발명의 미네랄 폼과 반대로 붕괴 되는 것을 관찰할 수 있었다.
II. C. 5- 미네랄 폼 조성(반응성 충전재 및 중공 충전재를 갖는 바인더 L3)
II.C.6- 얻어진 단열 재료의 특성화
- 밀도: 194 Kg/m3
- 다공도: 91%
- 3 시간에서의 압축 강도: 0.5 MPa, 24 시간에서: Cs=0.8 Mpa
- 열 전도성 계수: λ=0.07 W/m.℃
포틀랜드 시멘트 LC4를 갖는 비교 분석 미네랄 폼은 미네랄 폼의 붕괴에 기인하여 얻을 수 없었다. 이러한 붕괴의 원인은 이 시스템의 낮은 반응성으로부터 생성된다.
단열 재료 미세공 직경의 측정:
도 4는 크기가 대략 100 내지 550 ㎛ 범위의 미세공을 보여준다.
II
. D.
실시예
4: 보통의 포틀랜드 시멘트(
OPC
)가 없고, 반응성 충전재 및 중공 충전재를 갖는 낮은 농도의 바인더
II.D.1- 바인더의 제조
다음 성분들을 용기에 첨가하였다:
(*)
모든 실시예들에서 사용된 슬래그의 특성은 다음과 같다:
비표면적(Blaine): 2900 cm2/g
진정한 밀도:2.913 g/cm3
입자 크기(㎛)
성분들을 전기 믹서를 사용하여 저속에서(등급 1) 30초 동안 혼합하고, 그 후, 고속에서(등급 5) 3분 30초 동안 혼합했다. 따라서, 미네랄 폼이 얻어졌다.
II.D.2- 수성 폼의 제조
용기 안에서 다음 성분들을 혼합하였다:
- 4g의 발포제 Empicol ESC/3L(나트륨 라우레쓰 에테르 설페이트)
- 0.1g의 크산탄 검,
- 0.1g의 황산 리튬,
- 92.8g의 물.
전체를 균질하고 밀집된 수성 폼이 밀도 50 kg.m3로 생성될 때까지 전기 믹서로 고속으로 5분 동안 혼합하였다.
II. D.3- 미네랄 폼의 제조
15g의 수성 폼을 전기 믹서로 중간 속도로(등급 3) 3분 동안 상기 제조된 100g의 시멘트 슬러리에 혼입시켰다.
II D.4- 미네랄 폼 조성
II. D.4- 얻어진 단열 재료의 특성화
- 밀도: 232 Kg/m3
- 3 시간에서의 압축 강도: Cs=0.2 MPa
- 열 전도성 계수: λ=0.0712 W/m.℃
- 다공도: 86%
포틀랜드 시멘트를 갖는 비교 분석 미네랄 폼 LC5는 미네랄 폼의 붕괴에 기인하여 얻을 수 없었다. 이러한 붕괴의 원인은 이 시스템의 낮은 반응성으로부터 생성된다.
단열 재료 미세공 직경의 측정:
도 5에서 300 ㎛ 미만의 크기를 갖는 미세공을 관찰할 수 있다.
II
.E.-
실시예
5: 반응성 충전재 및 중공 충전재를 갖는
슬러리에서
즉석에서 폼의 제조
II.E.1 바인더의 제조
다음 성분들을 용기에 첨가하였다:
(*) 참조 실시예 4
성분들을 전기 믹서를 사용하여 저속(등급 1)에서 30초 동안 혼합하고, 그 후, 고속(등급 5)에서 3분 30초 동안 혼합하였다. 따라서 미네랄 폼이 얻어졌다.
II.E.2- 미네랄 폼의 부음 및 건조
II.D.2.와 같은 방법으로
II.E.3-미네랄 폼 조성
II.E.4-얻어진 단열 재료의 특성화
- 밀도: 287 Kg/m3
- 3 시간에서의 압축 강도: Cs<0.2 MPa, 24 시간에서: Cs=0.2 MPa
- 열 전도성 계수: λ=0.0821 W/m.℃
- 다공도: 88.5%
단열 재료 미세공 직경의 측정: 도 6에서 관찰될 수 있는 미세공의 크기는 본질적으로 200 ㎛ 보다 작다.
II
.F.
실시예
6:
OPC
를 갖고, 중공 충전재를 가지며, 반응성 충전재가 있거나 없는 고 바인더 비
II.F.1- 바인더의 제조
다음 성분들을 용기에 첨가하였다:
(*) 실시예 4 참조
성분들을 전기 믹서를 사용하여 저속(등급 1)에서 30초 동안 혼합하고, 이어서, 고속(등급 5)에서 1분 30초 동안 혼합하였다. 따라서 시멘트 슬러리를 얻었다.
II.F.2- 수성 폼의 생성
용기에서 다음 생성물들을 혼합하였다:
- 4g의 발포제 Empicol ESC/3L(나트륨 라우레쓰 에테르 설페이트),
- 0.1g의 크산탄 검,
- 0.1g의 황산 리튬,
- 92.8g의 물
전체를 균질하고 밀집된 수성 폼이 50 kg.m3의 밀도로 생성될 때까지 전기 믹서로 고속으로 5분 동안 혼합하였다.
II.F.3-미네랄 폼의 제조
30g의 수성 폼을 상기 제조된 100g의 시멘트 슬러리에 전기 믹서를 중간 속도(등급 3)에서 3분 동안 사용하여 혼입하였다.
II.F.4- 미네랄 폼의 부음 및 건조
II.C.4에서와 같이
II.F.5- 미네랄 폼 조성(슬래그와 중공 충전재를 갖는 바인더 1 및 중공 충전재를 갖고 슬래그는 없는 바인더 1)
II.F.6- 얻어진 단열 재료의 특성화
- 밀도: 바인더 L6를 갖는 194 Kg/m3
바인더 L7을 갖는 143 Kg/m3
- 다공도: 바인더 L6을 갖는 91%
바인더 L7을 갖는 94%
- 3 시간에서 압축 강도:
바인더 L6을 갖는 Cs=0.2 MPa
바인더 L7을 갖는 Cs<0.2 MPa
- 열 전도성 계수:
바인더 L6을 갖는 λ=0.053 W/m.℃
바인더 L7을 갖는 λ=0.045 W/m.℃
단열 재료 미세공 직경의 측정:
바인더 L6을 갖는: 도 7에서 관찰되는 미세공 크기가 본질적으로 400㎛ 보다 작다.
바인더 L7을 갖는: 도 8에서 관찰되는 미세공 크기가 본질적으로 350㎛ 보다 작다.
II.G. 실시예 7: OPC를 갖고, 실리카 에로겔 형의 중공 충전재를 갖는 고 바인더 비
II.G.1- 바인더의 제조
다음 성분들을 용기에 첨가하였다.
성분들을 전기 믹서를 사용하여 저속(등급 1)에서 30초 동안 혼합하고, 이어서, 고속(등급 5)에서 1분 30초 동안 혼합하였다. 따라서 시멘트 슬러리를 얻었다.
II.G.2- 수성 폼의 생성
용기에서 다음 생성물들을 혼합하였다:
- 4g의 발포제 Empicol(나트륨 라우레쓰 에테르 설페이트),
- 0.1g의 황산 리튬,
- 92.8g의 물
전체를 균질하고 밀집된 수성 폼이 50 kg.m3의 밀도로 생성될 때까지 전기 믹서로 고속으로 5분 동안 혼합하였다.
II.G.3-미네랄 폼의 제조
30g의 수성 폼을 상기 제조된 100g의 시멘트 슬러리에 전기 믹서를 중간 속도(등급 3)에서 3분 동안 사용하여 혼입하였다.
II.G.4- 미네랄 폼의 부음 및 건조
II.C.에서와 같이
II.G.5- 미네랄 폼 조성
II.G.6- 얻어진 단열 재료의 특성화
- 밀도: 236 Kg/m3
- 다공도: 90.3%
- 3 시간 및 24 시간에서의 압축 강도: Cs<0.2 MPa, Cs 28f=일수=0.4MPa
- 열 전도성 계수: λ=0.061 W/m.℃
단열 재료 미세공 직경의 측정: 도 9에서 관찰되는 미세공 크기는 450㎛ 이다.
II
.H.
실시예
8:
OPC
, 실리카
퓸형의
반응성 충전재를 갖는 고 바인더 비
II.H.1- 바인더의 제조
다음 성분들을 용기에 첨가하였다
(*) 참조 실시예 4
성분들을 전기 믹서를 사용하여 저속(등급 1)에서 30초 동안 혼합하고, 이어서, 고속(등급 5)에서 1분 30초 동안 혼합하였다. 따라서 시멘트 슬러리를 얻었다.
II.H.2- 수성 폼의 생성
용기에서 다음 생성물들을 혼합하였다:
- 1g의 발포제 Glucopon CSUP 600(알킬 폴리글루코시드 에테르),
- 0.3g의 Gluadin(밀 단백질 가수분해물)
- 0.3g의 탄산 리튬,
- 0.1g의 셀룰로즈 에테르 H300P2
- 98.3g의 물
전체를 균질하고 밀집된 수성 폼이 50 kg.m3의 밀도로 생성될 때까지 전기 믹서로 고속으로 5분 동안 혼합하였다.
II.H.3-미네랄 폼의 제조
30g의 수성 폼을 상기 제조된 100g의 시멘트 슬러리에 전기 믹서를 중간 속도(등급 3)에서 3분 동안 사용하여 혼입하였다.
II.H.4- 미네랄 폼의 부음 및 건조
II.C.4에서와 같이
II.H.5- 미네랄 폼 조성
II.H.6- 얻어진 단열 재료의 특성화
- 밀도: 슬래그 없이 212 Kg/m3 슬래그 있음 300 kg/m3
- 다공도: 슬래그 없이 90.3%, 슬래그 있음 80%
- 3 시간에서의 압축 강도: Cs<0.2 MPa, 24 시간에서의 Cs: 슬래그 있음 0.5MPa 및 슬래그 없이 <0.5 MPa. 슬래그 없이 28일에서의 Cs:0.6MPa
- 열 전도성 계수: λ= W/m.℃, 슬래그 있음:0.102 W/m.℃
II
.I.
실시예
9:
OPC
를 갖고, 실리카 퓸 타입의 반응성 충전재+
소수성제
II.I.1- 바인더의 제조
다음 성분들을 용기에 첨가하였다.
성분들을 전기 믹서를 사용하여 저속(등급 1)에서 30초 동안 혼합하고, 이어서, 고속(등급 5)에서 1분 30초 동안 혼합하였다. 따라서 시멘트 슬러리를 얻었다.
II.I.2- 수성 폼의 생성
용기에서 다음 생성물들을 혼합하였다:
- 7g의 발포제 Neopor?600(동물 단백질),
- 0.3g의 탄산 리튬,
- 92.7g의 물
전체를 균질하고 밀집된 수성 폼이 50 kg.m3의 밀도로 생성될 때까지 전기 믹서로 고속으로 5분 동안 혼합하였다.
II.I.4- 미네랄 폼의 부음 및 건조
II.C.4에서와 같이
II.I.5- 미네랄 폼 조성
II.I.6- 얻어진 단열 재료의 특성화
- 밀도: 214 Kg/m3
- 다공도: 90.1%,
- 3 시간에서의 압축 강도: Cs<0.2 MPa, 28일에서의 Cs:0.7MPa
- 열 전도성 계수: λ= 0.0545 W/m.℃.
도 10에서 관찰될 수 있는 미세공 직경은 본질적으로 300㎛ 보다 작다.
II.J. 실시예 10: 중공 충전재를 갖는 비 폼 슬러리
II.J.1- 바인더의 제조
다음 성분들을 용기에 첨가하였다.
(*) 참조 실시예 4
성분들을 전기 믹서를 사용하여 저속(등급 1)에서 30초 동안 혼합하고, 이어서, 고속(등급 5)에서 1분 30초 동안 혼합하였다. 따라서 시멘트 슬러리를 얻었다.
II.J.2-얻어진 단열 재료의 특성화
기계적 강도
Claims (17)
- 재료 총중량에 대해
a) 물과 접촉하기 전 C3A, CA, C12A7, C11A7CaF2, C4A3$(Yee lemite), C2A(1-x)Fx(여기에서, x는 ]0,1]에 속한다)로부터 선택된 하나 이상의 상을 포함하고, 수경성 비정질 상이 0.3 내지 15 범위의 C/A 몰비를 가져, 이들 상들(phases)에 축적된 Al2O3의 양이 수경성 바인더 총 중량의 3 내지 70중량%인 것을 특징으로 하는, 수경성 바인더의 수화에 의해 얻어지는 4 내지 96중량%의 시멘트 매트릭스,
b) 4 내지 96%의 하나 이상의 충전재를 포함하고,
70 내지 95%의 미세공 부피를 갖는
셀 구조 단열 재료. - 제 1 항에 있어서, 500㎛/m 보다 작은 수축을 제공하는 셀 구조 단열 재료.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 3 시간에서 0.2MPa 이상의 압축 강도 Cs 및
20℃에서 0.2 W/m.℃ 이하의 열전도 계수를 제공하는 셀 구조 단열 재료. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 총 중량에 대해 1 내지 80 중량%의 저밀도 중공 충전재를 함유하는 셀 구조 단열 재료.
- - 물과 접촉하기 전 C3A, CA, C12A7, C11A7CaF2, C4A3$(Yee lemite), C2A(1-x)Fx(여기에서, x는 ]0,1]에 속한다)로부터 선택된 하나 이상의 상을 포함하고, 수경성 비정질 상이 0.3 내지 15의 C/A 몰비를 가져, 이들 상들(phases)에 축적된 Al2O3의 양이 수경성 바인더 총 중량의 3 내지 70중량%인 것을 특징으로 하는 수경성 바인더,
- 반응성 충전재로부터 선택된, 미네랄 폼의 건조 물질 총중량에 대한 퍼센트로서 1 내지 30 중량%의 하나 이상의 충전재,
- 하나 이상의 수성 및/또는 비수성 용매, 및
- 공기, 이산화 탄소 또는 질소와 같은 기체를 포함하는, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 재료를 제조하기 위하여 사용될 수 있는 미네랄 폼. - - 물과 접촉하기 전 C3A, CA, C12A7, C11A7CaF2, C4A3$(Yee lemite), C2A(1-x)Fx(여기에서, x는 ]0,1]에 속한다)로부터 선택된 하나 이상의 상을 포함하고, 수경성 비정질 상이 0.3 내지 15의 C/A 몰비를 가져, 이들 상들(phases)에 Al2O3의 축적된 양이 수경성 바인더 총 중량의 3 내지 70중량%인 것을 특징으로 하는 수경성 바인더, 및 0 내지 5중량% 미만의 포틀랜드 시멘트,
- 하나 이상의 수성 및/또는 비수성 용매, 및
- 공기, 이산화 탄소 또는 질소와 같은 기체를 포함하는, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 재료를 제조하기 위하여 사용될 수 있는 미네랄 폼. - - 물과 접촉하기 전 C3A, CA, C12A7, C11A7CaF2, C4A3$(Yee lemite), C2A(1-x)Fx(여기에서, x는 ]0,1]에 속한다)로 부터 선택된 하나 이상의 상을 포함하고, 수경성 비정질 상이 0.3 내지 15 범위의 C/A 몰비를 가져, 이들 상들(phases)에 축적된 Al2O3의 축적된 양이 수경성 바인더 총 중량의 3 내지 70중량%인 것을 특징으로 하는, 수경성 바인더,
- 중공 충전재로부터 선택된, 미네랄 폼의 건조 물질 총중량에 대한 퍼센트로서 1 내지 80 중량%의 하나 이상의 충전재,
- 하나 이상의 수성 및/또는 비수성 용매, 및
- 공기, 이산화 탄소 또는 질소와 같은 기체를 포함하는, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 재료를 제조하기 위하여 사용될 수 있는 미네랄 폼. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 추가로 발포제, 공기-연행제 및/또는 기체-발생제로부터 선택된 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 미네랄 폼.
- - 물과 접촉하기 전 C3A, CA, C12A7, C11A7CaF2, C4A3$(Yee lemite), C2A(1-x)Fx(여기에서, x는 ]0,1]에 속한다),로 부터 선택된 하나 이상의 상을 포함하고, 수경성 비정질 상이 0.3 내지 15 범위의 C/A 몰비를 가져, 이들 상들(phases)에 축적된 Al2O3의 양이 수경성 바인더 총 중량의 3 내지 70중량%인 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 수경성 바인더,
- 하나 이상의 저밀도 중공 충전재,
- 하나 이상의 수성 및/또는 비수성 용매를 포함하는, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 재료를 제조하기 위하여 사용될 수 있는 시멘트 슬러리. - 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더가 바인더 총 중량에 대해서 10 내지 90중량%의 황산 칼슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리.
- 제 5 항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용매가 물이고 상기 물/수경성 바인더 중량비가 0.1 내지 0.7 범위인 것을 특징으로 하는 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리.
- 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 반응성 충전재 및 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 5 중량%의 하나 이상의 반응성 충전재 활성화 화합물을 포함하는 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리.
- 다음 단계를 포함하는 제 4 항 내지 제 8 항 및 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 미네랄 폼의 제조 방법:
a) 적어도 물 및 발포제(foaming agents), 공기-연행제, 및 기체-발생제로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 조성물로부터 수성 폼을 제조하는 단계,
b) 바인더와 용매 및 임의로는 계면활성제, 공기-연행제 및 -기체 발생제로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 혼합하는 것을 포함하는 시멘트 슬러리를 제조하는 단계,
c) 하나 이상의 충전재(들)를 상기 수성 폼 및/또는 시멘트 슬러리에 모두 또는 일부 도입하는 단계,
d) 상기 수성 폼을 상기 슬러리와 함께 혼합하는 단계. - 다음 단계를 포함하는 제 4 항 내지 제 8 항 및 제 10항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 미네랄 폼의 제조 방법:
a) 바인더를 용매 및 임의로는 계면활성제, 공기-연행제 및 기체-발생제로부터 선택된 하나 이상의 화합물과 혼합하는 것을 포함하는 시멘트 슬러리 제조 단계,
b) 예를 들어 고정된 믹서를 사용하여 기체와 시멘트 슬러리 사이의 접촉 표면을 최대화 하면서 기체를 슬러리에 주입하는 단계,
c) 단계 a) 동안 또는 후, 하나 이상의 충전재를 모두 또는 일부 혼입하는 단계. - 다음 단계를 포함하는 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 시멘트 슬러리를 제조하는 방법:
a) 바인더를 용매와 함께 혼합하는 것을 포함하는 시멘트 슬러리를 제조하는 단계,
b) 상기 슬러리를 하나 이상의 저밀도 중공 충전재에 혼입하는 단계,
c) 단계 a) 동안 또는 후, 또는 단계 b) 동안 또는 후에 하나 이상의 충전재를 모두 또는 일부 혼입하는 단계. - 제 5 항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리 또는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 경화된 미네랄 폼의,
- 미네랄 폼계의 하나 이상의 단열층을 포함하는 프리캐스트 패널을 제조하기 위한,
- 샌드위치 패널을 제조하기 위한,
- 상기 미네랄 폼, 예를 들어 벽, 천장, 중공 블록, 문, 도관을 즉석에서 배치시켜 설비용 건축 요소 안의 중공 부분을 채우기 위한,
- 폼을 파이프의 표면 아래에 접촉하게 즉석에서 배치시켜 뜨거운 층을 제조하기 위한,
- 문 밖에 즉석에서 미네랄 폼을 위치시켜 빌딩에 대기 위해 단열 기능을 갖는 단일 층을 적용하기 위한,
단열을 만들기 위한 성분으로서의 용도. - 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 미네랄 폼 또는 시멘트 슬러리 또는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 경화된 미네랄 폼의,
- 내화 벽돌을 제조하기 위한,
- 상기 미네랄 폼을 즉석에서 배치시켜 모노리틱(monolithic) 콘크리트를 제조하기 위한,
내화 재료로서의 용도.
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