KR20130032867A - 가소성 내화물과 내화 모르타르 - Google Patents

가소성 내화물과 내화 모르타르 Download PDF

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라이너 안게넨트
피어 겐트
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티디에이치-게엠베하 테크니쉐르 댐스토프한델
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Abstract

가소성 내화물과 내화모르타르로서 건조시 경화되고, 경량충진제, 바인더, 섬유 그리고 규회석 또는 물을 적어도 하나 이상 포함하며, 표면 방수층이 처리된 폭발된 클로즈셀의 화산회가 경량충진제로 사용되고, 바인더는 규산과 유기중합체를 포함하는 무기물-유기물 혼성 바인더이며, 모르타르는 카올린 또는 고령석과 이산화규소를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가소성 내화물과 내화 모르타르{PLASTIC REFRACTORY MATERIAL AND REFRACTORY MORTAR}
본 발명은 건조시 경화되며 경량충진제(lightweight filler), 바인더, 섬유 및/또는 규회석 또는 물을 적어도 하나 이상 함유하는 것으로 1000℃에 달하는 온도에 적용되는 가소성 내화물과 내화 모르타르에 관한 것이다.
본 발명에서 경량충진제의 의미는 높은 융점을 가지는 저밀도의 무기물 과립을 뜻하는 용어로, 그 예로서 폭발된 화산회(blown volcanic ash)와 팽창된 진주암(expanded perlite)과 그와 유사한 것들이다.
내화 성형부품을 제조, 수선하는 용도의 섬유와 경량충진제를 함유하는 모르타르 혼합물은 이미 알려져 있다. 1000℃ 이상의 온도에 적용되는 알려진 모르타르와 가소성 물질들은 비교적 높은 밀도를 가지며 건조시 수축되기에 미세균열의 형성을 초래할 수 있다.
종래기술에 따른 주물기술에서의 액상 금속을 위한 수송 레들( ladles )의 절연체
알루미늄 스크랩(scrap)을 재활용하는 사업은 재료를 가공하여 고객 측의 사양서와 정확히 일치하는 주물용 알루미늄 합금 포함의 다양한 제품을 얻는다. 일부 배송은 용융상태에서 이루어진다. 모든 구성물이 용융되어 혼합된 후에는 단열처리로 열을 보전하고 알루미늄의 경화(동결)를 수 시간 동안 지연시키는 특별한 수송 레들에 알루미늄을 담는다.
제조와 유통과정에서 요구되는 정확성은 굉장히 엄격하다. 고객의 지시사항에 따라서 합금들은 정의된 특성으로부터 아주 미세하게 벗어날 수 있다. 따라서 레들 내벽의 금속침전물과 같은 모든 오염은 완벽하게 방지되어야한다.
그 결과: 이전 사용에 따라서 레들은 특정 간격을 두어 청소되고 유지되어야 하는데 이것은 시간, 에너지, 그리고 금전적인 면에서 상당한 지출을 수반하는 것이다.
현재까지 사용된 내부의 절연체는 수송 레들의 덮개뿐만 아니라 수송 레들 자체를 덮는 것으로 콘크리트 내부 쉘과 후면의 절연체를 포함하고 있다. 이들은 여러 가지 이유로 적어도 1년에서 3년의 주기로 교체되어야한다. 콘크리트 절연체를 교대로 교체해야하는 환경으로 인하여 각 레들은 3-4주 동안 그 장치를 사용할 수 없다. 끊임없이 계속되는 레들의 내부 절연체 교체로 인하여 야기되는 유지비용은 상당하다.
종래기술에 따르면 규산칼슘(clacium silicate), 미세다공성 절연재(microporous insulating material)와 규산칼슘 혼합물로 이루어진 단열층은 강철 외부재킷(steel outer jacket)과 콘크리트 내부 쉘 사이에 적용된다. 수송 레들의 외부재킷의 내부면은 규산칼슘판과 연결되며, 그 내부로 단열층들이 가능한 서로 간에 가까이 서로 이음매 없는 동일면으로 가까이 위치되어야 한다. 그 다음 액체 콘트리트가 콘크리트 내부 쉘을 형성하기 위하여 단열층 상에 배치된다. 수송 레들 사용시 접하게 되는 높은 온도와 고르지 못한 후면의 단열처리로 인하여, 시간이 지남에 따라 콘크리트 내부 쉘에 균열이 형성되며, 이러한 균열을 통해 용융상태의 알루미늄이 침투함으로 단열층과 접촉하게 된다. 이음매가 없는 규산칼슘 단열층을 생산하는 것은 불가능하기 때문에 용융된 알루미늄은 인접한 단열판의 연결부위를 통하여 밖으로 침투하게 된다. 이것은 균열을 더욱 확장시키며 외벽의 온도를 허용될 수 없는 수준까지 상승시킨다. 미세다공성 절연재는 용융 알루미늄을 흡수하며 그로 인해 파괴된다.
독일의 특허출원 DE 10 2007 012 489 Al 은 주물기술에서의 단열처리와 발열피더(exothermic feeder)에 대하여 기술하고 있다. 피더란 주물기술에서 사용되는 용어로 주조의 기하학적 탕구(湯口) 요소를 일컫는데, 주물이 고형화되는 동안 생기는 몰드(mould)에서의 공동(cavity) 부피 결손을 채워주며, 주물부분을 다듬을 때 다시 제거되는 부분이다. (일회용의 구성요소)
피더의 역할은 주물부분에서 구멍(공동)이 형성되는 것을 방지하는 것이며 이 외에도 몰드에서 다른 다양한 역할을 수행한다:
·부어진 용탕의 고형화의 방향을 제어(가능한 한도까지 피더의 방향으로 향하도록)
· 부어진 용탕의 액체/고체 상전이 과정 중 특정 부피의 감소에 대한 보상
· 주조과정 중 몰드의 벤팅(venting) (예외: 블라인드 피더)
“피더의 종류”: 천연사 피더, 단열 피더, 발열 피더: 주조공정 이후의 단열 및/또는 추가적인 피더의 가열은 피더를 더 작게 만들어질 수 있게끔 하며 이것은 재료의 절약으로 이어진다.(주물의 더 높은 수율)
DE 10 2007 012 489 Al에서 설명되는 발열 피더는 굉장히 위험한 테르밋(thermit)-유사 혼합물을 포함하고 있으며 일부 공장에서 심각한 화재를 일으킨 바가 있다. 테르밋 반응은 알루미늄이 환원제로 사용되는 환원반응으로 한 가지 예로 산화철(Ⅲ)을 철로 환원시킨다. 혼합물을 테르밋이라 한다:
Fe2O3 + 2Al -> 2Fe + Al2O3
반응의 산물은 산화알루미늄과 철원소이다. 이 반응은 격렬한 발열반응이며 어마한 양의 열을 발생시킨다. 과산화바륨과 마그네슘이 반응을 개시하는데 사용된다.
테르밋 혼합물은 폭발물이 아니며 극도의 열(활성화에너지)을 가했을 경우에만 반응이 일어날 수 있다(점화). 연소과정은 강한 발열반응이다(3000℃ 까지). 테르밋의 소성은 외부산소를 필요로 하지 않기 때문에 반응은 꺼지지 않으며 발화되어 어떠한 환경에서도-심지어 모래 또는 물속에서-지속적으로 연소될 수 있다. 물 또는 수분으로 반응을 중단시키고자 하는 시도는 결론적으로 물이 염기성 금속에 의해 환원되는 환원반응을 더 일으켜 산화금속과 수소를 발생한다:
2Al + 3H2O -> 3H2 + Al2O3
2Fe + 3H2O -> 3H2 + Fe2O3
그러므로 물의 존재는 테르밋 반응에서 심각한 위험을 의미하며 용융물질의 분출과 폭발성의 수소-산소 혼합가스(산수소가스)의 생성과 같은 폭발을 야기한다. 그러므로 테르밋 혼합물은 건식저장되어야 한다.
DE 10 2007 012 489 Al의 단락[0053]과 [0054]에 기재된 제형(formulation)은 물 함유량이 대략 1.5%에서 2.5%이다. 그러므로 이들은 명백히 오로지 코어슈ㅌ티팅(core shooting) 공정만을 위해 생산된 파우더 혼합물이다.
코어슈팅기계에서, 바인더가 혼합된 몰딩 베이스 재료는 특정한 슈팅압력과정의된 작업온도에서 코어 몰드("코어 박스(core box)”)로 주입된다. 이 방법으로 만들어진 캐스팅 코어가 큐어링되면 캐스팅 몰드 안에 위치하게 된다. 몰드 재료를 큐어링 시키는데 사용된 바인더에 따라서 "콜드 박스(cold box)" 또는“핫 박스(hot box)” 둘 중 하나의 코어슈팅기계가 이용된다.
독일 특허출원 DE 10 2007 012 489 Al
본 특허출원의 혼합물은 물을 현저하게 더 많이 함유한다. 제형의 물 함유량은 최소 10%의 중량으로 또는 그 이상이다. 그러므로 본 특허출원의 혼합물의 밀도(consistency)는 압연페이스트와 가소성재료와 동등하다.
DE 10 2007 012 489 Al에 기재된 바인더는 모두 열가소성 수지이다. 플라스토머(plastomers)라고도 불리는 열가소성 수지는 특정 온도범위 내에서 변형할 수 있는 플라스틱(열에 의한 가소성)이다. 이 과정은 가역적인 반응으로 물질이 과열되거나 열분해가 개시되지 않았다면 냉각 또는 용융된 상태로의 재가열을 통하여 바라는 만큼 자주 반복될 수 있다.
열가소성수지는 주로 사출성형(injection moulding) 방식을 통하여 가공된다. 이 방법은 DE 10 2007 012 489 A1에서 기술된 코어슈팅방식과 비슷하다. 열가소성수지는 아크릴나이트릴 부타디엔 스타이렌(ABS), 폴리아마이드(PA), 폴리락테이트(PLA), 폴리메틸메타크릴산(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프타레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스타이렌(PS), 폴리에텔에텔 케톨(PEEK), 폴리염화비닐(PVC)와 같은 물질을 포함한다. 알려진 열가소성수지 중 가장 긴 것은 셀룰로이드이다.
열가소성수지 바인더의 성질은 넓은 온도 범위에서의 내구성을 보장함에 있어서 본 특허출원의 혼성 바인더(hybrid binding agent)와 전혀 비교할만한 것이 못된다.
DE 10 2007 012 489 Al 에서 설명되는 제품은 태울 수 없다. 그들은 분해되거나 테르밋과 함께 점화되어 전소될 것이다. 이후에는 더 이상 사용될 수 없다.
DE 10 2007 012 489 Al에서 기술되는 배출량(emission) 감소는 환경을 보호하거나 화재위험의 방지 또는 그와 유사한 같은 것이 아니라 오로지 캐스팅 몰드를 보호하기 위한 것이다. 그러나 본 특허 제품에 비하여 배출량은 상당히 좋다. DE 10 2007 012 489 Al에서 설명되는 혼합물은 오로지 내화물 세노스피어(cenosperes)의 SiO2(하지만 이것들은 실제로는 존재하지 않는다), Al2O3(기술된 입상으로는 존재하지 않는다), 및 규산알루미늄이며 본 특허출원에서 제시하는 것과 같이 섬유와 폭발된 화산회(blown volcanic ash), 및 그와 유사한 것들은 기술되어 있지 않다.
DE 10 2007 012 489 Al에서 설명되는 제품의 성질은 본 특허출원에서 제시된 응용에서는 그들을 쓸모없는 것으로 만든다. 그러므로 본 발명은 DE 10 2007 012 489 Al에 의한 명백한 발명이 아니다.
본 발명은 종래기술에서 설명한 바와 같은 단열될 곳을 전부 씌우고 틈을 채울 수 있고, 발화온도범위 1000℃까지 건조시켰을 때 현저히 낮은 정도의 수축을 나타내며 총밀도가 200에서 300kg/m3 정도이며 발화온도범위가 약 1000℃의 가소성내화물과 내화 모르타르의 개발에서의 저가의 해결책이 발명의 목적이다. 1000℃를 넘지 않는 온도의 건조에서의 수축은 최소한 0.5% 이내여야 한다.
본 발명에 따르면 높은 융점의 다양한 바인더와 무기물과립들은 이들 물질이 온도가 증가함에 따라 경도를 증가시켜 보완함으로서 얻어지는 제품은 안정하고, 질량이 일정하며 최고 적용온도까지 다양하게 조절 가능한 구조, 밀도, 강도를 갖는다.
또한, 고객이 본 발명에 따른 제품을 사용했을 때 얻을 수 있는 주된 이점은 목적하여 바라던 효율적인 단열재를 만들 수 있다는 점 이외에도 고객이 기회비용의 측면에서 상당한 재정적 절약을 실현할 수 있다는 것이다. 개선된 에너지 수지와 배출량감소를 통한 에코밸런스로 인하여 고객을 위하여 이러한 비용을 절감하게 한다.
본 발명에 따른 제품의 다른 중요한 이점들:
· 불연성
· 경량
· 높은 열저항성
· 낮은 열전도도
· 높은 강도
· 간단한 설치와 공정
· 여러 가지 조합 옵션들
· 낮은 연도가스 생성(Low flue gas generation)
· 낮은 취기 생성(Low odour generation)
· 낮은 알칼리도
· 흡습성이 없음(Not hydroscopic)
· 화학적 저항성(Chemically resistant)
· 양호한 전기절연도(Good electrical insulation properties)
· 재활용가능(Recyclable)
· 쓰레기매입지에 폐기 가능(Can be disposed of in landfills)
도 1은 본 발명의 일실시예 및 종래 기술에 따른 레들의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유기물-무기물 혼성 바인더를 나타내는 도면이다.
가소성 내화물과 내화 모르타르를 갖는 본 발명은 청구항1의 특성을 가짐으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
방수층은 수용액에서 폭발된 화산회 입자의 안정성을 높여주며 나아가서 가소성물질 또는 모르타르의 유통기한을 증가시킨다. 가소성 내화물과 내화 모르타르의 추가적인 이점은 본 출원서에서 이후에 제공되는 설명을 통해 명확해질 것이다.
본 출원서에서 “잘게 분리된(finely divided)”이란 용어는 정해진 작은 결정입도(grain size)의 의미로 사용된 것이 아니라 “조악하게 분리된(coarsely divided)”과는 반대되는 “가루와 같은(powdery)” 또는 “과립상의(granular)”란 의미로 사용된다. 따라서 특정 결정입도나 결정입도의 분포에 의해 발명이 전적으로 정의되지 않는다.
이하, 가소성물질의 각 구성성분의 중요성과 역할이 설명될 것이다. 섬유(fibre) 성분은 습윤상태에서 물질들이 함께 뭉치게끔 한다. 혼성 바인더(hybrid binding agent)는 200℃ 정도에 달하는 온도에서 건조시키는 경우에서는 유기물구성요소로 인하여 물질들이 뭉칠 수 있도록 보장하며, 더 높은 온도의 경우에서는 규산입자의 소결로 인하여 물질들이 뭉칠 수 있도록 보장한다. 또한 카올린(kaolin)과 실리카 졸(silica sol)은 고온에서 완전한 역할을 나타내는 바인더로 작용하며 함유된 카올린은 다양한 적용에서 용융 알루미늄으로부터 가소성물질을 봉쇄하는 역할을 수행한다. 경량충진제(lightweight fillers)는 필요한 부피를 제공하고 종래기술과 비교하여 비교적 낮은 총 밀도를 제공한다.
본 발명의 이로운 변형 실시예들이 종속 청구항들에서 기술된다.
물에 의한 공격으로부터 보호하기 위하여 가소성물질과 모르타르의 표면에 중공미세구(hollow microsphere)를 처리함으로 재료들의 저장 안정성을 증가시킨다.
또한, 본 발명은 청구항 8에서 기술되어 있듯이 다양하고 이로운 응용들을 위한 본 발명 재료의 사용방법에 관한 것이다.
경량충진제의 기능은 무공의 빈 과립(non-porous hollow granulates)의 형태의 폭발된 셀상 조직의 화산암(blown cellular volcanic rock)에 의해 수행된다. 예를 들어 다공성의 빈 과립(porous hollow granulates)이 사용되었다면 그들은 총 밀도를 증가시켜 더 많은 접착력과 더 많은 무기물(minerals)이 요구되었을 것이며 가소성 물질이 잘 규정되지 않아 그 처리가 더 어렵고, 최종생성물의 공극률을 증가시켜 알루미늄의 침투에 관해서 매우 불리했을 것이다.
본 발명에 따르면, 큐어링 후에 1000℃에서 재료는 매우 안정하며, 수축과 내외부의 균열 그리고 허물어짐을 전혀 보이지 않으며, 1000℃에 달하는 온도의 지속적인 노출에도 적합하다.
자토(china clay) 또는 규산알루미늄으로도 알려진 카올린(kaolin)은 미세하고, 철 미함유의, 주 구성요소가 고령석(kaolinite)인 백색의 원료로 장석(feldpar)의 풍화산물이다.
사용된 카올린은 높은 융점의 경량충진제를 필름의 방식으로 덮고 건조과정에서도 입체구조물을 형성한다. 1000℃에 달하는 온도에서 구조의 견고함과 수축은 카올린/실리카/실리카 졸 혼합물의 상대적인 비율과 그 분포의 영향을 받는다.
카올린/실리카/실리카 졸 혼합물의 또 다른 이점은 큐어링 이후에 재료는 강하고 기계적으로 안정하다는 사실이다.
900℃의 온도에서 수축 없는 기계적인 안정함은 발명품의 주요 구성물의 상호작용을 통해서 얻어진다.
· 높은 융점의 경량충진제 (T>950℃)
· 카올린, 실리카, 실리카 졸
· 세라믹 또는 다른 높은 융점의 섬유
또한, 서로 다른 온도범위에서 효율적 바인딩 성능의 몇몇 바인더로 구성된 바인더 혼합물을 사용할 것을 제안한다.
본 발명에 따른 제품의 획기적인 성질은 적절하고 상호 보완적인 바인더 시스템이 사용되었다는 점에 기인한다. 그 예로, 섬유와 가교결합을 하는 혼성 바인더는 900℃ 이상의 온도에서 구조를 고정시키기 위하여 실온 이하의 온도에서 건조시킬 때에도 경량충진제와 함께 충분히 구조를 지지한다. 그러므로 이 구조는 900℃ 이상의 온도에서는 무기질 바인더에 의하여 충분히 강화되는데, 예컨대 이미 함유하고 있는 카올린과 혼성 바인더에 포함된 규산은 목적하는 온도의 범위에서 수축이 일어나지 않음을 보장한다.
개선된 특징으로는 높은 융점의 다양한 바인더와 무기물과립(mineral granulate)은 이들 물질이 온도가 증가함에 따라 경도를 증가시켜 보완함으로서 얻어지는 제품은 안정하고, 질량이 일정하며 최고 적용온도까지 다양하게 조절 가능한 구조, 밀도, 강도를 갖는다.
고객이 본 발명에 따른 제품을 사용했을 때 얻을 수 있는 주된 이점은 목적하여 바라던 효율적인 단열재를 만들 수 있다는 점 이외에도 고객이 기회비용의 측면에서 상당한 재정적 절약을 실현할 수 있다는 것이다. 개선된 에너지 수지와 배출량 감소를 통한 에코밸런스로 인하여 고객을 위하여 이러한 비용을 절감하게 한다.
본 발명에 따른 제품의 다른 중요한 이점들:
· 불연성(Non-combustible)
· 경량
· 높은 열저항성
· 낮은 열전도도
· 높은 강도
· 간단한 설치와 공정
· 여러 가지 조합 옵션들
· 낮은 연도가스 생성(Low flue gas generation)
· 낮은 취기 생성(Low odour generation)
· 낮은 알칼리도
· 흡습성이 없음(Not hydroscopic)
· 화학적 저항성(Chemically resistant)
· 양호한 전기절연도(Good electrical insulation properties)
· 재활용가능(Recyclable)
· 쓰레기매입지에 폐기 가능(Can be disposed of in landfills)
진주암(perlite)은 지질학에서 변형된(화학적 그리고 물리적으로 변형된) 화산유리(흑요석)를 설명하는 용어이며 무기물로 분류된다. 이 경우에 “진주(perlitic)”구조는 대략 완두콩 크기의 유리구슬로 형성된다. 진주암은 2%에 달하는 물을 함유하고 있으며 대략 900에서 1000kg/m3의 밀도를 갖는다.(가공되지 않은 진주암의 체적밀도) 대략 800℃에서 1000℃의 온도로 가열되었을 때 진주암은 원래의 용적의 15배에서 20배로 팽창하며, 이때 50에서 100kg/m3의 체적밀도를 가지며 열전도도는 λ=0.040에서 0.070W/mK이다.
이들 진주암은 다공성(porosity)으로 인하여 본 발명에서 사용될 수 없다.
반면, 친환경적이면서 에너지효율적인 새로운 방법으로 제조된 확장 초미세 화산암(volcanic rocks)은 예전의 미세공-확장 공정을 거친 화산암(“팽창된 진주암(expanded perlites)”)과는 다른 성질과 기술적 가치를 나타내며 발명의 목적에 적합하게 작용한다. 팽창된 초미세 화산암(microcellular, expanded volcanic rock)은 구모양(“벌집구조(honeycomb structure)”), 막대-유사(rod-like), 후레이크-유사(flake-like)의 입자로 구성된 규산알루미늄 그룹의 필러(filler)로서 기계적 그리고 응집성 결합력으로 인하여 종래의 빈 미소구체(hollow microsphere)에 비해 높은 충전밀도와 결합강도라는 결과를 나타낸다. 적합하게 선택된 표면 코팅제는 무기물 또는 유기물 기질(matrix)과 유리한 결합을 형성하게끔 한다. 이는 수축의 감소와 더 나은 기술적 특성을 가져온다. 팽창된, 충만된 진주암(expaned, impregnated perlite)은 상용화되어 있으며 그 예로 상호명 NOBLITE?(제조사 NOBLITE, Route de Claye, F-77181 LE PIN France) 그리고 Technoperl?(제조사 Europerl Deutschland, D-94032 Passau, Nibelungenplatz 4)이 있다.
본 발명에 따른 사용되는 섬유
높은 융점을 갖는 세라믹 및/또는 무기물 섬유 및/또는 탄소섬유와 같이 높은 융점을 갖는 유기물 섬유는 사용에 특히 적합하다. 규회석 또한 가능하다.
세라믹 섬유 또는 세라믹을 기본으로 한 섬유는 무기물의, 비금속의 원료로부터 만들어진다. 본래 오직 다결정질의 무기물만이 세라믹섬유로 정의되었다. 하지만 현재는 전구체라고 불리는 다양한 중합체의 열분해로부터 무정형의 섬유가 생성되며 그들의 특성에 따라 세라믹섬유로 간주된다. 이들과 세라믹섬유로 간주되지 않는 무정형의 유리섬유를 구분 짓는 가장 좋은 방법은 제조공정을 근거로 하는 것이다(유리섬유는 용융된 유리로부터 제조되며 무정형 세라믹 섬유는 전구체 중합체의 열분해로부터 얻어진다). 세라믹 섬유는 산화물계 그리고 비산화물계 섬유로 구분된다.
산화계 세라믹 섬유는 다양한 비율의 산화알루미늄과 이산화규소를 기본으로 하고 가능하다면 산화붕소와 지르코니아를 추가적으로 함유하는 것이 알려져 있다. 85%의 Al2O3와 15%의 SiO2를 포함하고 있는 혼합된 산화계 섬유는 또한 몰라이트 섬유라고 불린다. 이들 섬유 모두는 다결정질이다.
비산화계 세라믹 섬유로는 산업적으로 제조된 섬유 (탄소섬유가 아닌) 다양한 종류의 실리콘 카바이드 섬유가 알려져 있다. 전구체 중합체는 거의 대부분 “폴리카르보실란(polycarbosilanes)”이다. 이들 중합체는 탄화수소의 각각의 탄소원자가 규소원자로 치환된 것 또는 실란의 각각의 규소원자가 탄소원자로 치환된 것이다. 중합체는 큐어링 공정 중에 첨가물에 의해 가교결합을 형성하며 이것은 스피닝(spinning) 이후의 열분해과정 도중 단순히 증발해버리는 것을 방지하고 대신-탄소섬유의 제조와 같은-탄소를 아직 함유하고 있는 무정형의 비화학량론적 SiC 세라믹 섬유로 전환시킨다. 특별한 제조법이 내열성이 향상된 굉장히 섬세한 결정질의 순수한 SiC 섬유를 제작하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 사용방법
본 발명에 따른 모르타르 혼합물은 소방 및/또는 단열에 사용된다. 특히 공동을 밀봉하거나 벽의 표면 틈을 막는 필러(filler), 불균형적이거나 도달하기 어려운 위치의 단열처리, 방화벽 통과문의 단열처리와 열저항성 밀봉에 사용되며, 한 예로 고온의 부하에 노출된 파이프와 케이블의 통로에 사용된다.
적용이 가능한 분야로는 산업용 용광로 건설, 주물기술, 조선, 산업용 발전소와 공장건설, 전차건설, 건축기술, 그리고 전문적 단열처리를 포함한다.
본 발명에 따르는 가소성물질은 상술한 바와 같이 특히나 알루미늄 수송 레들의 사용에 적합하다. 발명에 따른 해결책: 종래의 용융 알루미늄 수송을 위한 레들의 콘크리트 내부쉘과 후면단열처리와 레들 덮개는 본 발명에 따른 연속적이고, 끊어짐이 없는 균질의 단열재로 교체된다. 카올린은 용융 알루미늄의 이형제(releasing agent)이므로, 본 발명에 따른 단열재의 카올린 함유는 용융 알루미늄의 침투 또한 방지한다.
상당히 다양한 응용의 가능성은 본 발명에 따른 모르타르 혼합물의 다양한 응용과 공정 능력에 의한 것이며, 이러한 응용의 임의의 별도의 일부 예들을 이하 열거한다:
· 케이블/파이프라인의 차단 씰
· 조인트 씰
· 벽, 천장의 구멍 균열 충진제
· 소방 씰
· 화재 댐퍼(Fire dampers)
· 주물기술에서의 피더
· 배기장치, 열보호막, 전기기구와 전자장비, 모터, 오븐과 그릴의 코팅
· 굴뚝의 단열처리/수리
· 소켓, 천장 등, 스위치, 퓨즈 박스의 단열처리
· 산업용 용광로 시스템과 소각시설의 단열처리
· 가전제품의 단열처리 (마이크로웨이브 오븐, 세란 홉, 베이킹오븐)
· 벽과 천장 코팅
· 수송 레들(Transport ladles)
· 강화콘크리트 건설에서의 스프레이 렌더링(Sprayed rendering on reinforced concrete constructions)
· 스프레이 클래딩(Sprayed cladding)
본 발명에 따른 혼성 바인더의 사용방법
유기물-무기물 혼성 바인더의 사용은 BASF에서 생산되어 COL 9.의 상호명으로 유통되는 것이 선호된다. 이는 무정형 규산입자(5)와 중합체(6)를 n-부틸 아크릴레이트/메틸 메타아크릴레이트 베이스와 함께 포함한 50에서 100nm 크기의 배합입자를 함유한다(도 2 참조). 입자들은 물에 분산된다. 입자들의 접착능은 중합체 내용물에 의하여 결과적으로 200℃에 달하는 낮은 온도에서의 훌륭한 바인더가 된다. 높은 온도에서는 중합체부분은 분해되며 규산입자는 구조를 유지하기 위해 남게 되며 이러한 경우, 높은 온도에 해당하는 규산입자는 견고한 틀을 형성한다. 그 결과 낮은 온도 그리고 높은 온도 모두에서 수축은 일어날 수 없다. 이 바인더는 고체함유량이 대략 중량의 35에서 40%이다. 고체함유량에서 규산염의 비율은 중량의 30에서 50%를 차지한다.
본 발명에 따른 실리카의 사용방법
사용되는 실리카는 표면처리된 것이 바람직하다. 실리카라는 용어는 미립자상의 규산과 고령석의 혼화물(intimate mixture)을 의미한다. 예컨대, 노이부르크 실리카(Neuburg silica)가 알려져 있으며 본 발명에서 그 사용이 선호된다. 실리카는 실란으로 처리되어, 개별 입자들은 친수성 기능기의 표면을 제공함으로 습윤성(wettability)을 증가시킨다.
이 방법으로 활성화된 실리카는 호프만 미네랄 게엠바하, 노이부르크(Hoffmann Mineral GmbH, Neuburg)에서 제조되어 “아크티실 엠(AKTISIL EM)”이란 상호명으로 상용화되어있다. 이 경우, 이 실리카는 3-에폭시 프로피옥시프로필 트리메톡시실란으로 처리되었다. 이 “활성화된 실리카(activated silica)”는 파우더의 형태로 사용된다. 본 발명에 따르면 규산졸과 카올린/고령석의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다.
제조 및 제제의 예시들
제제(formulation)의 모든 액체 구성물은 정확하게 무게를 달아서 거품이 형성되지 않도록 하면서 조심스럽게 혼합시킨다. 실제로 실시할 때, 특히 톱니 디스크 믹서가 적합함이 입증되었다.
정확하게 무게를 단 섬유들은 상기 혼합물에 작은 단위로 고르게 첨가되며, 교반(저속으로)으로 잘게 조각되며, 수용액으로 충분히 코팅된다.
다음으로, 정확하게 무게를 단 경량충진제(lightweight fillers)와 무기물(minerals)을 로타리드럼믹서에 같이 혼합하고 혼합물을 고르게 저으며 강제혼합기(예를들어 BEBA에서 제조된)에 넣어준다. 두 개의 예비혼합물을 45분 동안 천천히 그리고 고르게 교반하여 둘이 충분히 섞이도록 한다. 팽창된 초미세 화산암(expanded volcanic rocks)을 손상시키지 않기 위해 높은 전단력, 압력과 마찰력은 최대한 피해야한다.
경량충진제는 완전히 젖어야하며 균일하게 성긴 모르타르 또는 가소성의 덩어리를 형성해야한다.
100 kg 모르타르 제제 1
물 50kg
미네랄 울 (예 락울 루스울) 5kg
혼성 바인더 (BASF의 COL9) 5kg
소수성을 갖춘 팽창된 초미세 화산암 (예 Noblike 200 EC) 30kg
실리카 (예 Hoffmann-Minerals의 Aktisil EM) 8kg
2% 계면활성제 용액 (예 Evonik의 Tegopren 5840) 2kg
100 kg 의 가소성물질 제제 2
물 46kg
미네랄 울 (예 락울 루스울) 5kg
혼성 바인더 (BASF의 COL9) 5kg
소수성을 갖춘 팽창된 초미세 화산암 (예 Noblike 200 EC) 30kg
카올린 (예 Amberger Kaolinwereke의 Chinafill800) 6kg
실리카졸 (예 Akzo Nobel Chemical의 Levasil 200A/30) 8kg
2% 계면활성제 용액 (예 Evonik의 Tegopren 5840) 2kg
대비시험( Comparative tests )
용융 알루미늄을 위한 레들의 시험에서 단열의 효과가 본 발명에 따른 재료를 사용한 경우 선행기술에 따른 규산칼슘판을 사용한 경우보다 훨씬 뛰어났다. 도 1은 이와 같은 레들의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 강철로 제작된 외부재킷(1), 콘크리트 내부쉘(2), 본 발명에 따른 재료로 제작된 단열층(3), 종래의 규산칼슘절연체로 만들어진 단열층(4)을 보여준다. 표기 T1에서 T6는 온도 측정지점을 의미한다. 본 발명에 따른 가소성물질이 사용되었을 때, 외부재킷의 측정온도는 알려진 규산칼슘판(4)이 이용되었을 때보다 약 7℃가 낮았다. 더 나아가 본 발명에 따른 끊어짐이 없는 재료의 가공과 근접셀(close-celled) 본래 성질의 우세함은 용융 알루미늄이 단열층을 통과하여 외벽(1)으로 침투하는 것을 방지한다.
용융 알루미늄을 위한 레들의 다른 실험에서도 본 발명에 따른 재료의 이점이 확인되었다. 레들은 종래의 단열재를 사용하였을 경우보다 쉽게 마모되지 않음이 확연하였다. 앞서와 같이 콘크리트 마모층의 균열형성은 극도로 낮았다.
1: 외부 재킷 2: 내부쉘
3: 단열층 4: 규산칼슘판
5: 규산입자 6: 중합체

Claims (8)

  1. 가소성 내화물 또는 내화 모르타르로서, 건조시 경화되며,
    경량충진제, 바인더, 섬유 또는 규회석(wollastonite), 및 물을 적어도 하나 이상씩 함유하며,
    상기 경량충진제는 표면 방수층이 처리된 폭발된 무공의 화산회(blown closed-cell volcanic ash)가 사용되며,
    상기 바인더는 규산입자와 유기물 중합제를 포함하는 무기물-유기물 혼성 바인더(inorganic-organic hybrid binding agent)가 사용되며,
    카올린(kaoline) 또는 고령석(kaolinite)과 이산화규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 가소성 내화물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이산화규소는 실리카졸(silica sol) 또는 실리카(silica)가 사용되는 것을 특징으로 하는 가소성 내화물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 혼성 바인더는 무정형의 규산입자(5)로 구성된 입자를 포함하며, 바인더로는 아크릴산 기반의 중합체(6)인 n-부틸 아크릴레이트/메틸 메타아크릴레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 가소성 내화물.
  4. 제1항에 있어서,
    표면이 습윤제인 실란으로 코팅된 규산-고령석 입자를 포함하는 변성된 실리카를 사용하는 것을 특징으로 하는 가소성 내화물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 섬유는 최소 950℃의 연화점을 갖는 균일형태의 섬유 또는 섬유의 혼합물을 사용한 무기물 섬유를 사용하는 것을 특징으로 하는 가소성 내화물.
  6. 제4항에 있어서,
    중량의 20 내지 40%의 경량충진제, 중량의 1 내지 6%의 혼성 바인더, 중량의 2 내지 8%의 섬유, 중량의 3 내지 15%의 변성 실리카 및, 그 외의 물의 조성으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가소성 내화물.
  7. 화재로부터의 보호 그리고 단열을 위하여 고온에서 단열재로서의 청구항 1에 따른 가소성 내화물의 사용방법.
  8. 제7항에 있어서,
    가소성 물질 또는 모르타르는 공동을 밀봉하거나 벽의 표면 틈을 막는 필러(filler), 불균형적이거나 도달하기 어려운 위치의 단열처리, 방화벽 통과문의 단열처리와 열저항성 밀봉, 및 고온의 부하에 노출된 파이프와 케이블의 통로 중에 어느 하나에 사용되는 것을 특징으로 하는 가소성 내화물의 사용방법.
KR1020127024849A 2010-02-24 2011-02-23 가소성 내화물과 내화 모르타르 KR20130032867A (ko)

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