KR20160094940A - 건축 재료에서 사용하기 위한 스트루바이트-k 및 신제나이트 조성물 - Google Patents

건축 재료에서 사용하기 위한 스트루바이트-k 및 신제나이트 조성물 Download PDF

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로버트 제이 하우버
제랄드 디 보이드스톤
나탄 프레일리
세버린 램버렛
가우라브 브이 팟타르킨
이삭 케이 셰리언
세르지오 센츄리언
아니르반 고쉬
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써튼티드 집섬, 인크.
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Abstract

본 발명은 신제나이트(Syngenite)(K2Ca(SO4)2.H2O) 및 스트루바이트(Struvite)-K(KMgPO4.6H2O)를 포함하는 본 발명의 하이브리드 건축 재료에서 사용되는 조성물 및 이의 제조 방법을 제공한다. 출발 성분은 소정의 비로 혼합된 산화마그네슘(MgO), 인산일칼륨(MKP) 및 치장벽토(stucco)(황산칼슘 반수화물)를 포함하고 반응들이 다단계를 통해 진행되게 하고, 상기 반응들은 다양하게 동시적으로 및 병렬로 진행한다. 변수, 예를 들면, 수온, pH, 혼합 시간 및 속도는 생성된 반응 생성물에 영향을 미치는 것으로 발견되었다. 소정의 중량% 및 명시된 비의 스트루바이트-K 및 신제나이트를 포함하는, 바람직한 비의 화학성분들 및 제조 파라미터들이 특정된 목적을 위해 사용되는 건축 제품을 위해 제공된다. 반응은 조합된 형성 열을 비파괴적 수준까지 감소시키도록 화학양론적 및 부가적으로 최적화된다. 다양한 첨가제들이 반응을 조절하고 안내하는 데에 도움을 준다. 건축 제품, 예컨대, 보드 패널(boad panel)은 생성된 조성물을 포함한다. 유의한 양의 조성물이 건축 패널 면에 인접하게 배치된다.

Description

건축 재료에서 사용하기 위한 스트루바이트-K 및 신제나이트 조성물{STRUVITE-K AND SYNGENITE COMPOSITION FOR USE IN BUILDING MATERIALS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2014년 8월 12일자로 출원된 미국 특허출원 제14/457,826호, 2013년 10월 14일자로 출원된 미국 가출원 제61/890,702호, 2013년 10월 14일자로 출원된 미국 가출원 제61/890,720호, 2013년 10월 17일자로 출원된 미국 가출원 제61/892,025호, 2013년 10월 18일자로 출원된 미국 가출원 제61/892,581호, 및 2013년 12월 13일자로 출원된 미국 가출원 제61/915,601호(이들의 전체 명세서는 본원에 온전히 기재되어 있는 것처럼 참고로 인용됨)을 우선권으로 주장하는 정규 출원이다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 건축 재료, 보다 구체적으로 원하는 최종 조성 및 비의 스트루바이트(Struvite)-K 및 신제나이트(Syngenite)(이들 두 광물들은 통상적으로 함께 발견되지 않음)가 특정된 및 소정의 성질 및 특성을 건축 재료에 부여하기 위해 제공되는 건축 재료에 관한 것이다.
적어도 로마시대 이후로 대략 3천년 동안, 산화마그네슘(MgO) 기제의 시멘트는 벽 및 구조물을 구축하는 데에 사용되어 왔다. 최근 50년 이내에, 개선된 산화마그네슘 함유 물질은 연장된 시간 동안 슬러리를 경화시키는 패널(panel) 주형 내로 부어지는 슬러리의 회분식 제조에 사용되어 왔다. 수득된 생성물은 강성 및 구조적 완전성(integrity)을 패널에 부여함으로써 패널이 벽 조립체에 고정되게 한다.
벽판은 전형적으로 약 0.5 인치(1.27 cm) 보드(board)의 천 평방 피트(lbs/MSF)당 약 1,600 파운드(lbs.) 내지 약 1,800 lbs.(평방 미터(m2)당 약 7.8 킬로그램(kg) 내지 약 8.3 kg)의 밀도 범위를 가진다. 무거운 또는 고밀도 석고 벽판은 비싸며, 제조, 수송, 저장하고 현장에서 수동으로 설치하기가 보다 더 어렵다. 최근 추세는 보다 더 가벼운 또는 저밀도 보드를 추구하고 있다. 경량 충전제 및 발포체의 첨가를 통해 감소된 밀도를 가진 벽판이 공지되어 있지만, 0.5 인치(1.27 cm) 보드에서 약 1,600 lbs/MSF(m2당 약 7.8 kg) 미만의 밀도를 가진 벽판은 생성된 보드의 강도 및 완전성을 감소시킬 수 있다. 초고밀도 또는 무거운 석고 벽판이 일반적으로 전술된 이유들로 인해 바람직하지 않기 때문에, 보드 완전성 및 강도를 희생시키지 않으면서 감소된 중량 또는 밀도 보드를 생성하기 위한 연구 및 개발이 빠른 속도로 진행되고 있다. 보드 중량을 감소시키는 한 방법은 보드의 코어를 위한 신규 또는 비-석고 물질을 사용하는 것이다.
스트루바이트[(NaH4(P04)·6(H20)]는 1세기 동안 천연 광물로서 공지되어 있고, 동물의 보건 과정 및 하수 처리에서 연구의 대상이었다. 예를 들면, 특히 미국 특허출원 공보 제2013/0062289호를 참조한다. 보다 최근의 개발은, 비록 인공적으로 생성되었지만, 화학식 [(KMg(P04)·6(H20)]을 가진 유사한 광물(대안적으로 K-스트루바이트, 스트루바이트-K 또는 스트루바이트(K)로서 공지되어 있음)(이하, "스트루바이트-K")을 생성하였다. 본질적으로 인간에 의해 만들어진 이 광물은 그의 사방정계 결정 구조, 실질적으로 마찰 부재 운동을 허용하는 유리질 광택, 및 열 전달에 대한 내성을 포함하는 그의 두드러진 특성들 대다수가 건축 산업에서 매우 적합한 것으로 발견되었기 때문에 집중 연구의 대상이었다.
이들 성질들 및 다른 성질들, 및 내부 건축 재료로서 석고 보드에 대한 실현가능한 대체물을 찾고자 하는 건축 및 건설 산업에서의 욕구 때문에, 스트루바이트-K는 약간의 탄성을 유지하고 석고 보드의 규모에 필적할만한 대규모로의 제작 용이성을 제공하면서 우수한 내열 건축 보드 패널을 제공하는 것으로 확인되었다.
이러한 옥시염화마그네슘 함유 패널이 통상적으로 전통적인 석고 건축 패널 대체물의 가격의 2배 내지 3배에 해당할 정도로 보다 더 비싸다는 것은 잘 공지되어 있다(예를 들면, 2013년 5월 9일자로 공개된 미국 특허출원 공보 제2013/0115838호 참조). 따라서, 이들 유형의 보드들은 벽판 또는 벽 패널을 위한 적당한 가격의 건축 재료로서 널리 받아들여지지 않는다. 더욱이, 일부 옥시염화마그네슘 함유 건축 패널은 보드 물질 내에서 자유 염소 기체를 생성하므로, 주요 문제점, 예컨대, 침출, 악취, 체결제 및 건축 구조 부식을 제공한다. 또한, 이들 유형의 보드들 중 대다수가 화학적으로 안정하지 않기 때문에 시간의 경과에 따라 파손되고 분해될 것이다. 이들 유형의 보드들 및 패널들은 장기간 수분 노출에 특히 민감하고, 이러한 조건에의 긴 노출 하에서 분리되기 쉽다.
최근 몇 해, 환경 및 건강 안정성에 의해 유발된 건축 법규는 개선된 내수성 및/또는 내화성을 제공할 수 있는 건축 재료만이 일부 구축 구조물 및 건축 방법에서 사용될 수 있다고 규정하였다. 그 결과, 종이를 사용하지 않은 석고 및 전통적인 시멘트 건축 패널은 이들 요건들을 충족시키도록 진화하였다. 그러나, 석고는 방수성 및/또는 완전한 내수성을 갖지 않고 결코 가질 수 없다. 따라서, 내수성 화합물, 예컨대, 왁스 또는 실리콘을 그들의 제제에 첨가하여 허용가능한 내수성을 부여할 필요가 있다. 이것은 비용이 드는 아마도 불필요한 첨가일 수 있다.
뿐만 아니라, 전통적인 섬유 시멘트 및 포틀랜드 시멘트 건축 패널은 전통적인 건축 관례로 사용될 때 취급하고 작업하기 매우 어려우므로, 이들 유형의 건축 패널들을 제조하고 설치하기 위해 보다 더 많은 시간, 노동 및 전문화된 수단을 요구한다.
보다 최근에는, 국제 경제 상황이 건축 및 건설 시장에 영향을 미친다. 결과적으로, 건설 회사들은 석고 및 시멘트 건축 재료의 비용 효과와 동시적으로 일치하면서 전통적인 석고 및 시멘트 건축 재료의 성능 특성보다 한 자릿수 이상 더 큰 개선된 성능 특성을 제공하는 대안적인 건축 재료를 찾아야 했다.
본 발명은 연속적인 보드 라인(line)을 사용하는 방법을 제공하면서 비용과 효과 사이의 동시적인 갈등을 해결한다. 특정 목적에 기여하도록 고안된 개선된 및 조작된 건축 재료와 관련하여 기능적 효과 및 비용 감소라는 이중 고려사항은 모든 고려사항들이 이러한 보드 또는 패널을 수득하도록 조절되는 경우 이상적인 건축 재료를 제공할 것이다. 지금까지 개시되어 있는 공지된 종래기술의 건축 보드 조성물들 중 어느 것도 이 성능들을 제공할 수 없다. 지금까지 공지된 종래기술의 방법들 중 어느 것도 내수성 및 내화성을 가진 초경량 보드 또는 건축 패널을 제공하는 데에 사용될 수 있는 원하는 특성 및 특징을 벽판 패널에 제공하도록 특정된 비로 합성 스트루바이트-K 및 신제나이트를 함유하는 합성 보드를 형성하는 본 발명의 방법을 교시하지 않는다.
따라서, 본원은 산화마그네슘(MgO), 인산일칼륨(MKP), 및 치장벽토(stucco)를 포함하는 황산칼슘(황산칼슘 반수화물)을 출발 성분 화합물로서 포함하는, 신규 건축 재료의 제조를 위한 신규 개선된 조성물 및 방법을 제공한다. 반응 생성물인 신제나이트(K2Ca(S04)2·H20) 및 스트루바이트-K(KMgP04·6H20)는 종종 동시적으로 일어나는 다단계 반응을 통해 진행한다. 반응물은 반수화물 및 물의 경우 염기성이고 산화마그네슘/MKP의 경우 산성이고, 이 반응들 둘 다가 동시적으로 병렬로 일어나고, 스트루바이트-K 반응이 반수화물로 하여금 완전히 재수화할 정도로 충분한 시간 및 물을 허용하도록 완충되지 않은 경우(느려진 속도) 심지어 서로 경쟁할 수 있다. 신제나이트 반응(전형적으로 발열 반응)은 반수화물의 순도 및 그의 농도에 따라 109℉ 내지 186℉(42℃ 내지 86℃)의 최대 온도에 도달할 것이라고 생각된다. 이 경우, 처음 보조-반응 온도 상승은 흡열 반응이고, 신제나이트의 형성은 스트루바이트-K가 그 자신의 초기 온도 상승 근처에 있기 전에 형성되는 반수화물 형태 K2Ca(SO4)·H2O(신제나이트)와 함께, MKP로부터 유리되는 MKP-K로부터의 해리의 생성물로서 일어난다(발열 반응 - 온도가 212℉(100℃)의 최대치에 도달할 수 있고, 이때 일부 반응들은 이 온도들을 초과하는 것으로 관찰됨). 점검되지 않은 상태로 방치되면 이 온도 상승은 완전히 재수화된 후조차도 형성된 신제나이트의 반수화물 부분에 주요 파괴적 효과를 부여할 수 있다. 본원에 개시되고 청구된 발명은 조합된 형성 열을 비파괴적 수준까지 감소시키도록 화학양론적 관점에서 최적화된, 바람직한 세트의 비의 화학성분들, 및 특정된 목적을 위해 소정의 및 특정된 비의 스트루바이트-K 및 신제나이트를 포함하는 연속적 라인을 사용하여 보드 패널을 제조하는 방법, 및 추가로 내화성 및 내수성을 가진 건축 구축에서 사용될 수 있는 보드 패널을 제조하는 방법 및 이 방법들에 따라 본 발명의 물질을 사용함으로써 제조된 다양한 보드 제품들이다.
한 샘플에서, 코어 기작은 스트루바이트-K 및 신제나이트, 및 다른 비결정질 부산물을 수득하기 위해 물 및 반수화물 치장벽토의 존재 하에서 화학양론적 양의 MgO 및 KH2PO4를 가진다. 이 기작은 하기 반응을 따르는 것으로 간주된다:
MgO + KH2PO4 + CaS04·1/2H20 → KMgP04·6H20 + K2Ca(S04)2·H20.
또 다른 실시양태에서, 반응은 초기 성분들 및 미량의 첨가제들과 함께 여러 하위반응들을 포함할 수 있으나, 전체적인 일반 반응은 붕산(H3BO3), 나프탈렌 설포네이트, 황산(H2SO4) 및 실록산, 예컨대, 폴리디메틸실록산 또는 폴리(메틸 하이드로겐)실록산의 존재 하에서 하기 기작을 따른다:
3MgO + 3KH2P04 + 2CaS04·1/2H20 + 3H20 → KMgP04·6H20 + K2Ca(S04)2·H20 + Ca+2 + 2Mg+2 + 2(P04)-3.
상기 반응은 아직 총 반응 생성물 혼합물을 완성한 것으로 간주되지 않고 치장벽토 반수화물(CaS04·1/2H20)이 과량으로 잔존할 것임을 인식해야 한다. 잔존하는 이온성 물질, 즉 Ca+2, 2Mg+2 및 2(PO4)-3은 잔존하는 치장벽토와 반응할 것이거나 건조 시 염 응집체를 형성할 것이라고 간주된다. 도 1에 표시된 바와 같이, 치장벽토 반수화물 및 산화마그네슘의 적어도 일부는 미반응된 상태로 잔존하고 이 성분들은 반응된 스트루바이트-K 및 신제나이트에 의해 제공되는 결정질 구조 내에서 비결정질 무작위 분포된 매트릭스에 잔존한다고 생각된다.
구성 물질들은 다양한 소정의 비로 제공될 수 있고 주요 성분들 MgO:MKP의 경우 1:1 비 내지 최대 1:3.4 비로서 특정된 비로 포함될 수 있다는 것도 인식해야 한다. 따라서, 상기 확인된 구성 물질들 및 생성된 반응물 생성물들이 특정된 비를 갖는 것으로서 표시되어 있을지라도, 후술된 시험들에서 수행된 바와 같이 초기 성분 비의 변경이 반응 생성물, 및 반응된 성분 및 미반응된 성분의 양을 변화시킨다는 것을 이해해야 한다. 특정된 중량% 범위는 하기 비율로 제공된다:
MgO: 3.33% 내지 70.00%
KH2PO4: 4.67% 내지 70.00%
CaS04·1/2H20: 10.5% 내지 90.0%(100%까지 첨가).
성분 출발 물질들의 보다 더 정밀한 비에 있어서, 하기 비율이 바람직하다:
MgO: 10.0% 내지 40.0%
KH2PO4: 40.0% 내지 70.00%
CaS04·1/2H20: 25.0% 내지 75.0%(100%까지 첨가).
물을 이들 고체 구성물 혼합물들 둘 다에 첨가하여 100:20 내지 100:40 중량%의 고체 구성물 대 물의 비율로 반응을 시작한다. 바람직한 형태의 반응에서, 반응은 연속 공정으로 반응 혼합기에서 수행되고, 주로 스트루바이트-K, 신제나이트, 석고 및 일부 잠재적으로 미반응된 성분들을 포함하는 생성된 슬러리는 하나 이상의 석고 보드 제품을 제공하기 위해 석고 코어와 함께 또는 석고 코어 없이 사용되는 반액체 페이스트를 제공한다. 최적 제제에서, MgO:MKP의 비는 1:1.8 내지 1:2.2이고, 가장 최적의 제제에서 가장 가깝게는 거의 1:2.0에 가깝다.
또 다른 실시양태에서, 스트루바이트-K 및 신제나이트를 포함하는 독특한 건축 조성물을 함유하는 건축 재료를 제조하는 방법에서 공정 파라미터를 정의하기 위한 실험적으로 유도된 비들의 구성 물질들 및 지침이 본원에 개시되고 청구된다. 이들 바람직한 비들은 원하는 방향으로 반응을 유도함으로써 원하는 물리적 성질을 가진 독특한 빌딩 재료를 수득하기 위해 이들 화학반응들의 열역학적 및 동력학적 성질의 신중한 사용과 함께, 물(H2O)을 가진 용액 중의 산화마그네슘(MgO), 인산염 및 칼륨 함유 반응물, 예컨대, 인산일칼륨(KH2PO4), 반수화물 알파 및/또는 베타 석고(CaSO4·1/2H2O)의 반응물 조성물을 정의한다.
상기 수학적 비들은 열역학적 및 화학양론적 원리를 이용하고 원자 조성, 에너지 및 질량의 보존 법칙에 기반을 둔다. 상기 수학적 비들은 스트루바이트-K 및 신제나이트를 함유하는 최종 제품 건축 재료에서 원하는 조성물을 사용하고 실제 공정 조건의 5%의 정확도 내에서 하기 공정 파라미터들을 제공한다:
1. 형성의 깁스 자유 에너지(Gibb's free energy), 형성의 엔탈피 및 형성의 엔트로피를 포함하나 이들로 한정되지 않는, 공정의 열역학적 양들;
2. 밀도 및 점도를 포함하나 이들로 한정되지 않는, 혼합물의 유동학;
3. 산화마그네슘(MgO), 인산일칼륨(KH2PO4), 반수화물 알파 및/또는 베타 석고 형태의 치장벽토(CaS04·1/2H20) 및 물(H2O)의 반응물 질량 및/또는 비; 및
4. 반응의 온도 및 압력, 물 함량, 혼합 속도, 혼합 시간 및 pH를 포함하나 이들로 한정되지 않는 공정 조건.
사용자는 적절한 수학식을 이용하여 전술된 동시계류 미국 특허출원 제14/457,826호 및 미국 가출원 제61/865,029호 및 제61/892,581호에 개시된 화학반응의 개시내용에 따라 스트루바이트-K(KMg(P04)·6(H20)) 및 신제나이트(K2Ca(S04)2·H20)를 함유하는 독특한 건축 재료를 제공하는 방향으로 매우 다양한 가능한 식들 및 공정 반복을 결정할 수 있다. 본원에 기재된 공정 및 혁신적인 방법의 사용은 향상된 성능, 예컨대, 기계적 강도, 내화성, 내수성 및 항-미생물 성질을 가진 비용 효율적인 초경량 벽판을 제공할 수 있다.
공지된 과학적 원리를 이용하여 예비 실험 결과 및 과학적 연역적 추론으로부터 일부 정성적 추세를 파악할 수 있다. 상기 나열된 5개의 공정 조건들을 이용하여 최종 혼합물에서 요구된 스트루바이트-K 및 신제나이트의 수율을 기초로 필요한 출발 조건을 예측할 수 있다. 초기 파라미터들의 가능한 변경은 어느 한 특정 파라미터의 변경이 출발 성분들로부터 유도된 궁극적으로 생성된 조성물을 어떻게 변화시킬지 그 효과를 보이기 위해 지금부터 더 상세히 기재될 것이다.
본 발명은 지금부터 첨부된 도면을 참고함으로써 아래에서 더 상세히 논의될 것이다.
도 1은 생성된 반응 생성물의 국소 구조를 확인하기 위해 시험된 제제들 중 하나에서 발생된 생성 물질 내의 공극의 현미경사진이다.
도 2는 특정된 시험 실시에 대한 MgO:MKP:치장벽토의 비율을 보여주는 삼원 그래프이고 시험 방식에서 사용된 다양한 제제들을 도표로 보여준다.
도 3은 예컨대, 본 발명의 물질 조성물의 제조에서 사용될 수 있는 플러그(plug) 유동 혼합기 반응기를 횡단면으로 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 4는 요소들의 혼합을 용이하게 하여 본 발명의 합성 물질을 생성하기 위해 혼합기 내로 적재되는 화학성분들을 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도 5는 예컨대, 본 발명의 보드 패널의 제조에서 사용될 수 있는 보드 제조 라인을 여러 단면들에서 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 보드 패널의 한 실시양태의 횡단 측면도이다.
도 7은 본 발명의 보드 패널의 또 다른 실시양태의 횡단 측면도이다.
도 8은 본 발명의 보드 패널의 또 다른 실시양태의 횡단 측면도이다.
도 9는 본 발명의 보드 패널의 또 다른 실시양태의 횡단 측면도이다.
도 10은 본 발명의 보드 패널의 또 다른 실시양태의 횡단 측면도이다.
도 11은 본 발명의 보드 패널의 또 다른 실시양태의 횡단 측면도이다.
본 발명의 화학반응은 상기 언급된 특허출원들에 기재되어 있고 이하에서 반복된다. 인산마그네슘 반응에 의해 발열적으로 생성되어 동시적으로 발생하는 치장벽토 재수화 반응을 억제하고 원하지 않는 부산물로서 과량의 비결정질 석고 반수화물의 생성을 회피하는 압도적인 열이 반응에서 피해져야 한다. 따라서, 적절한 완충제를 제공하는 것이 필수적인 것으로서 간주된다. 붕산은 인산마그네슘 반응을 지연시키는 데에 이상적이지만, 인산마그네슘이 형성되기 시작할 때 열 충격의 불리한 효과로부터 석고 재결정화를 보호하기 위한 기작으로서도 작용한다.
물을 전처리하기 위한 황산(H2SO4)의 사용은 보다 강한 산성을 띠는 용매를 제공하므로 스트루바이트-K 반응을 더 가속화한다. 물질의 비용을 감소시키기 위해, 전체 제제의 90 중량%만큼 많은 양을 유도하는 치장벽토를 대체 공반응물로서 사용한다. 석고 치장벽토가 이들 물질들보다 더 저렴하고 더 가벼운 중량을 갖기 때문에, 치장벽토는 소정의 양의 산화마그네슘 및 인산일칼륨(MKP)을 대체하고, 이것은 비용을 유의하게 감소시킨다.
부산물 및 예상외의 발견점으로서, 또 다른 중요한 광물인 신제나이트도 치장벽토 반응에서 생성된다. 신제나이트는 석고보다 더 높은 내화성을 가진다. 그러나, 신제나이트 그 자체는 스트루바이트-K와 신제나이트의 조합물만큼 강성 및 내화성을 갖지 않는다. 신제나이트는 인산마그네슘과 석고 반수화물 사이의 합성 인자로서 부수적인 이익도 제공하므로, 가소-탄성(plasto-elastomeric) 특성을 도입함으로써, 최종 제품이 유의하게 덜 깨지고 더 유연하게 만들고 조작성을 증가시키고 보드가 더 쉽게 금가게/절단되게 만든다. 이것은 공지된 "옥시염화"마그네슘 보드, 예를 들면, 미국 특허출원 공보 제2013/0115835호에 기재된 보드 및 포틀랜드 시멘트 기제의 시멘트 건축 패널에 비해 유의한 개선이다.
추가로 및 이상적으로, 실리콘은 하기 4가지의 다른 상보적 이점들을 달성하기 위해 혼합물에 첨가된다:
1) 인산마그네슘 및 산의 존재 하에서 촉매작용된 실리콘의 형성,
2) 석고에게 내열성을 위한 기작 제공 및 인산마그네슘의 재결정화의 허용,
3) 인산마그네슘 반응을 지연시키는 데에 기여, 및
4) 천연 석고에서 공지된 불순물인, 황산과 CaCO3의 반응의 부산물로서 생성될 수 있는 임의의 포말을 분해하기 위한 소포 물질의 제공. 실리콘 첨가의 양의 증가도 상당한 내수성을 보드에 부여하고, 촉매작용된 실리콘의 증가는 훨씬 더 많은 내수성을 부여한다. 총 내수성은 습한 지역 건축 패널을 위한 ASTM 성능 요건을 충족시키기 위해 전형적으로 사용/요구되는 양보다 유의하게 더 적은 양의 실리콘을 사용함으로써 증가되었다. 시험은 2% 이하의 최대 흡수율이 달성될 수 있는 반면, 전형적으로 통상적인 내수성 석고 벽판인 유리-강화 석고 보드에 대한 결과가 최대 3.5% 내지 4%의 총 내수성인 평균 흡수를 생성한다는 것을 보여준다.
본 발명의 결과로서 생성된 물질은 그 자체가 천연 내수성을 갖고, 예를 들면, 내수성 첨가제, 예컨대, 왁스 또는 실리콘의 도입을 요구하는 옥시염화마그네슘 보드 또는 전통적인 석고 보드처럼 물의 존재 하에서 분해되지 않는다. 본 발명의 제제 내로의 폴리실록산의 도입은 본 발명에 따라 제조된 생성물의 개방된 영역 내로의 물 흡수 및 이러한 생성물의 매트릭스를 통한 물 흡수를 제한하여, 물이 상기 생성물 내로 더 이상 흡수될 수 없을 정도까지 본질적으로 상기 생성물이 수불투과성을 띠게 만든다. 뿐만 아니라, 다량의 물 또는 수증기가 본 발명에 따라 생성된 물질/물질들 내로 흡수되거나 전달될 때조차도, 그에 대한 유해한 효과를 미치지 않고 상기 물질은 그의 원래의 강도를 유지한다. 다량의 물 또는 수증기가 본 발명의 조성물 내로 및 본 발명의 조성물 전체에 침투하는 것을 방지하기 위해, 폴리실록산은 완전한 수불투과성이 요구되는 경우에만, 예를 들면, 건축 법규가 상기 요건을 규정하는 지역 및 장소에서만 첨가된다.
건축 재료에서 스트루바이트-K를 사용하는 한 방법은 포틀랜드 시멘트 대신에 도로에서 사용되도록 제안되었다. 예를 들면, 문헌("Optimisation of the preparation of a phosphomagnesium cement based on struvite and K-struvite" H. Hammi and A. Mnif, Laboratoire de Valorisation des Materiaux Utiles, Centre National de Recherches en Sciences des Materiaux, Technopole Borj Cedria, Soliman, Tunisie, MATEC Web of Conferences Vol. 3, page 01071 (2013))을 참조한다. 이러한 화합물들은 다른 건축 재료, 예컨대, 벽판 패널, 천장 타일 등의 제조에도 유용한 것으로 발견되었다. 이러한 용도는 이들이 사용되는 구조적 요소 내로 도입될 수 있도록 효율적인 시기적절한 값싼 제조를 요구한다.
이러한 화합물들의 제조 및 시기적절한 방식으로 경화되는 그들의 능력은 다양한 전구체들 대 최종 경화된 생성물(본질적으로 KMg(P04)·6(H20)의 형태임)의 화학양론에 의존한다는 것이 인식되었다. 즉, 하기 성분들의 비가 원하는 특성으로 최상의 결과를 제공할 것이라는 것은 놀라운 예상외의 결과로서 발견되었다.
하기 과학적 원리들은 반응의 신속성 및 방향을 유발하는 것을 보조하기 위해 실행된다.
1. 열역학적 원리:
a. 형성의 깁스 자유 에너지, 형성의 엔탈피 및 형성의 엔트로피 모두가 스트루바이트-K 및 신제나이트 반응의 우세를 표시한다.
2. 반응 혼합물의 유동학:
a. 보다 더 높은 스트루바이트-K 수율이 생성됨에 따라 혼합물의 밀도 및 점도가 증가한다.
3. 반응물 질량 및 화학양론적 고려사항:
a. MKP:MgO의 비가 3.37:1에 도달하되 이를 초과하지 않을 때까지 보다 더 높은 스트루바이트-K 수율이 생성됨에 따라 MKP:MgO의 비가 증가할 것이다.
b. 치장벽토(석고 반수화물) - 치장벽토가 이 반응에 참여하지 않기 때문에, 치장벽토 요구는 보다 더 높은 스트루바이트-K 수율을 제공하는 다른 요소들의 변경에 의해 영향을 받지 않을 것이다.
c. 물 - 화학양론적으로 고려할 때 인산일칼륨(KH2PO4) 대 물(H2O)의 질량 비가 2.96:1과 동등할 때까지 보다 더 높은 스트루바이트-K 수율이 생성됨에 따라 물 요구는 증가할 것이다.
4. 공정 반응 조건:
물 함량, 혼합 속도, 혼합 시간, pH 및 수온 모두가 생성된 생성물 및 부산물에서 유의한 인자로서 간주된다.
최적 결과를 제공하는 화학반응은 반응 속도를 조절하는 작용을 하는 소량의 H2SO4 및 H3BO3의 존재 하에서 일어나고 물 흡수를 억제하기 위한 하나 이상의 실록산을 포함하는 반응인 것으로 확인되었다:
Figure pct00001
리그노설파오네이트 또는 코르복실레이트 형태가 사용될 수 있지만, 나프탈렌 설포네이트가 유동화제로서 바람직하다.
스트루바이트-K 반응은 발열 반응이고 매우 신속히 진행한다. 기초 코어 반응은 하기 반응식으로 표시된다:
MgO + KH2PO4 + 5H2O → KMg(PO4)·6(H2O).
신제나이트 반응은 2개의 별개의 감산으로 나누어지고, 기초 기작은 하기 반응식으로 표시된다:
2CaSO4·1/2H2O → H+ + 1/2O2 - + 2Ca2 + + 2SO4 2 -, 및
Ca2 + + 2SO4 2 - + 2K+ + H2O → K2Ca(SO4)2·H2O + CaSO4.
정확한 반응 기작은 연구되고 있고, 특정 반응 파라미터, 예컨대, pH, 수온, 및 혼합 및 첨가 시간은 전술된 바와 같이 조사되었다. 초기 공정 파라미터는 반응 속도, 생성물 및 최종 구조에 영향을 미치는 것으로 간주된다. 계속된 연구 및 이로부터 유도된 데이터는 특정 적용에 바람직할 수 있는 반응 생성물 및 반응 완결 정도의 맞춤화를 가능하게 할 기초를 제공할 것으로 예상된다.
본 발명에서, 혼합 정도 및 시간이 중요도의 두 번째 순서로서 유의한 역할을 수행한다는 것이 발견되었다. 반응이 어떻게 진행하는지, 및 신제나이트 및 스트루바이트-K의 최종 수율 둘 다가 영향을 받는 것으로 간주된다. 상기 제공된 비를 사용함으로써 최소한의 혼합이 보다 더 높은 비의 신제나이트를 생성하고 보다 더 긴 혼합이 보다 더 높은 비의 스트루바이트-K를 생성한다는 것이 발견되었다. 예상외로, 짧은 혼합 시간은 처음 저온 생성 발열 반응을 가능하게 하고, 최소한 30초 내지 1분 후 혼합이 중단될 때 슬러리의 완전한 경화/굳어짐이 50분까지 일어날 수 있다는 것이 발견되었다. X-선 회절(XRD) 검사는 이 방식으로 혼합된 샘플이 스트루바이트-K보다 더 높은 양의 신제나이트뿐만 아니라 상승된 비의 미반응된 MgO(페리클레이스(Periclase)가 관찰됨) 및 바사나이트(CaS04·1/2H20)를 생성한다는 것을 표시하였다. 각각의 샘플이 이 짧은 혼합 후 경화된 것처럼 보였지만, 사실상 샘플은 단지 비경화된(여전히 유체인) 내부 코어 주변에서 외피(shell)를 형성하였고 샘플은 86℉(30℃) 근처에서 온도를 유지하였다는 것이 예상외로 발견되었다. 상기 외피는 깨져서 개방되었고, 모든 물질들은 여전히 유체인 내부 코어 물질과 혼합될 때 즉시 용액으로 되돌아간다는 것이 발견되었다. 추가 30초 내지 40초 동안의 추가 혼합은 처음에 인산마그네슘 반응을 표시하는 것으로 생각된 제2 반응인 발열 반응을 유발하였는데, 이때 온도는 212℉(100℃)의 최대치까지 상승하는 것으로 관찰되었다. 그러나, 이 샘플 물질에 대한 XRD 검사 후, 이 물질은 스트루바이트-K를 포함한다는 것이 확인되었다.
하기 나열된 바와 동일한 제제화로 구성된/제제화된 후속 샘플들의 후속 연장된 다단계 및 단일 단계 수동 혼합 및 고속 혼합은 현저히 상승된 스트루바이트-K 수율 비를 입증하였다.
XRD 결과는 1:2:1 MgO:MKP:치장벽토의 연장된 혼합의 이점을 입증하고, 생성된 비는 아래에 기재되어 있다. 표 1은 동일한 구성 물질들의 혼합 공정 및 반응 속도 결과의 재현가능성을 보여주기 위한 비((MgO:MKP:치장벽토)를 보여준다.
Figure pct00002
상기 제시된 특정 제제화 및 상세히 후술된 원료 첨가 변경과 함께 전술된 혼합은 이전에 공지된 산화마그네슘 또는 옥시염화마그네슘 유형의 보드와 구별되는 새로운 예상외의 발견을 이끌어낸다.
상기 제제화와 하기 범위에 대한 적합한 변화의 조합은 공정/제제화의 결과로서 대규모 스트루바이트-K 수율에 관한 개선된 경제적 효율을 부여한다.
신제나이트보다 더 많은 스트루바이트-K를 생성하기 위해, 하기 방법이 이용된다:
a. 다단계 혼합 장치, 예컨대, 도 3에 표시된 플러그 유동 혼합기, 다면 펜(pen) 또는 스크레이퍼(scraper) 혼합기, 또는 이들의 조합물을 이용하거나, 대안적으로 대략 최소 20 피트/분부터 최대 750 피트/분까지 이르는, 전형적인 4 피트 폭 및 1/4 내지 1" 두께 보드에 대한 제작 속도와 동등하도록 조절하기 위해 원료 제공 및 관통 공급/출력과 함께 오랜 체류 시간을 허용하는 혼합기만을 이용함으로써, 원료들을 상기 혼합기 내에서 다음과 같이 혼합하고 조합한다: (체류 시간은 4분 이상이어야 하고 최소 4분 내지 최대 12분이어야 한다). 하나 이상의 적절한 공급원으로부터의 17.2% 미만의 산화마그네슘(MgO), 예컨대, 가벼운 사소 MgO, 중간 사소 MgO 및 단단한 사소 MgO이 생성된 합성 슬러리 제제에서 효율적인 성능 특징 및 최적 성능 특징 둘 다를 생성하면서 원료 비용을 최적화하고 감소시키기 위해 요구된다.
보다 더 많은 양의 인산일칼륨(MKP) 또는 대안적으로 34.5% 이상의 인산이수소칼륨인 KH2PO4(KDP)는 산화마그네슘(MgO) 대 인산이수소칼륨의 몰 비를 증가시킬 것이고 감소된 해리 속도를 통해 반응 속도의 감소도 야기할 것이다. 바람직한 MKP 또는 KDP는 식품 등급 또는 농산물 등급의 MKP 또는 KDP일 수 있다.
17.2% 이상의 베타 반수화물 치장벽토, 즉 프로세싱된 치장벽토(CaS04·1/2H20)는 MKP 또는 DKP와의 초기 반응을 생성하는 보조-반응물로서 첨가된다. 이 반응은 회합된 물의 초기 재수화/흡수를 통해 연속적인 보조-반응(Ca2 + + 2S04 2 - + 2K+ + H20 → K2Ca(S04)2·H20 + CaS04)을 늦춘다. 이 초기 단계는 칼륨과의 흡열 반응과 상반되는 발열 반응으로부터의 첫 번째 온도 상승을 발생시킨다(형성되는 이수화물과 회합하여 신제나이트를 형성하기 위한 MKP로부터의 K의 해리 촉발). 반수화물 치장벽토는 최소 대략 65%부터 최대 100%에 이르는 순도 범위를 가질 수 있다. 보다 더 높은 순도의 반수화물 치장벽토는 이수화물이 형성될 때 칼륨의 흡수를 개선하여 이차 KMgP04·6H20(스트루바이트-K) 반응을 더 늦춤으로써 최종 반응에서 스트루바이트-K의 수율을 증가시킨다. KMgP04·6H20를 생성하는 발열 반응이 뜨겁기(최대 212℉(100℃) 및 종종 더 높은 온도) 때문에, 유도된 신제나이트의 재수화된 이수화물 부분은 미미한 정도까지 하소된다. 그 다음, 제1 신제나이트 반응에서 사용되는 칼륨(K)은 단계적으로 용액 내로 방출되고 연속적 반응이 진행함에 따라 KMg2P04·6H20 생성 공정에서 최종적으로 재사용된다.
약 31.1%의 H20(물)은 다른 반응이 진행하도록 용질로서 도입된다.
미량의 잔존 첨가제는 바람직하게는 반응을 보조하기 위해 도입된다. 이들 모든 것들은 총 조합된 첨가에서 전체 건조 혼합물의 1.5% 미만을 차지한다.
a. 황산(H2SO4): pH를 변화시키고 전체 산 기제의 반응의 착수를 개선하기 위해 물에 첨가된다.
b. 붕산(H3BO3): 붕산은 흡열 반응 및 발열 반응 둘 다에게 이점을 제공하기 때문에 중요한 첨가제이다. 첫 번째 반응에서, 붕산은 물로의 반수화물의 재수화를 이차 MgO/MKP/H20 반응의 열로부터 보호하는 데에 기여하고, 형성되는 신제나이트가 보다 더 기간 동안 칼륨과의 회합을 유지하게 한다. MgO/MKP/H20 반응의 경우, 붕산은 열 충격을 감소시키기 위해 인산마그네슘 시멘트 반응을 지연시키는, 이 반응에 대한 일반적으로 공지된 지연제이다.
c. 매우 낮은 첨가량의 실록산, 예컨대, 폴리실록산(C2H60Si) n , 폴리디메틸실록산(CH3[Si(CH3)20] n Si(CH3)3) 및 유사한 화합물은 소포제로서 제공된다. MgO/MKP 및 반수화물 공급원 내의 임의의 불순물(CaCO3)은 물의 존재 하에서 MgO과 반응하여 바람직하지 않은 발포 반응을 야기한다. 불순물이 존재하지 않는 경우, 폴리실록산은 첫 번째 반응 및 두 번째 반응의 전체 과정에 걸쳐 온전한 상태로 유지되고 연속적 공급을 위해 필요할 때 사용된다.
d. 매우 낮은 첨가량의 나프탈렌 설포네이트, 예컨대, C10H8NNaO3S는 전체 혼합물을 위한 유동화제 또는 분산제로서 작용한다.
보다 더 높은 순도의 반수화물은 전체 반응이 느려지게/지연되게 하고 최종 반응에서의 스트루바이트-K의 보다 많은 생성 쪽으로 초기 반응을 편향시키는 K의 보다 더 많은 흡수를 허용하기 때문에, 베타 반수화물 치장벽토의 순도는 추가 인자이다. 첨가제들은 대략적으로 그들의 현재 개시된 첨가 비로 유지되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 최대 스트루바이트-K 수율 한계에 도달된다. MgO 또는 MKP 첨가의 감소는 보다 더 적은 스트루바이트-K를 생성할 것임이 인식된다. MgO 및/또는 MKP 첨가제의 증가는 동등한 또는 더 높은 수율 비의 스트루바이트-K를 생성해야 하나, 그러기 위해서는 베타 반수화물 치장벽토 첨가의 증가 또는 반수화물 치장벽토 순도의 증가를 요구한다. 이 경우, 보완하기 위해 붕산 및 황산 첨가도 증가시킬 수 있다.
전술된 공정은 하기 범위와 함께 상기 제제화의 조합이 공정/제제화의 결과로서 대규모 신제나이트 수율에 관한 개선된 경제적 효율을 부여할 정도로 범위를 다소 변화시킨다. 보다 더 많은 신제나이트를 생성하기 위해, 방법은 다단계 혼합 장치, 예컨대, 플러그 유동 혼합기, 다면 핀 및/또는 스크레이퍼 혼합기, 또는 전술된 바와 같은 물질들의 조합물 및 공급원을 사용한다. 그러나, 구성 물질들의 투입 파라미터에 대한 변화는 상이한 수율 결과 쪽으로 반응을 편향시킨다.
산화마그네슘(MgO)은 17.2% 초과의 양으로 제공되고, MKP 또는 KDP는 34.5% 미만이고, 베타 반수화물 치장벽토(CaS04·1/2H20)는 17.2% 초과의 양으로 투입되고, 이때 H2O(물)은 고체 구성물의 31.1 중량%의 공칭 값으로 잔존한다. 총 조합된 첨가에서 전체 혼합물의 1.5% 미만을 차지하는 잔존 첨가제는 본질적으로 동일한 상태로 잔존한다. 그러나, 원하는 수율을 달성하기 위한 MgO, MKP 및 CaS04·1/2H20 사이의 비의 변화는 상기 3개 성분들의 적절한 화학양론적 변화를 요구한다는 것이 이해된다.
동량의 신제나이트 및 스트루바이트-K 둘 다를 생성하기 위해, 반응은 제2 발열 반응이 180℉ 내지 212℉(82.2℃ 내지 100℃) 온도 범위 내에서 존재할 수 있는 방식으로 균형 잡혀야 하지만, 발열 반응으로부터의 온도 상승 및 발열 반응의 시간의 감소도 스트루바이트-K 수율의 비를 감소시킬 것이다. 전술된 혼합물은 추가 필요한 투입 및 값비싼 공정 단계 또는 첨가제를 최소화하면서 공지된 공정에 의해 지금까지 제공된 수율보다 유의하게 더 높은 수율(최대 67%)의 스트루바이트-K를 제공한다는 것을 발견하였다.
결국, 석고 성분은 본 발명의 보드 패널이 다양한 소비자들에 의해 더 잘 입수가능하게 만든다. 최종 보드 패널 제품은 통상적인 석고 패널에 비해 물리적 특성 및 장기간 성능 둘 다에서 현저한 개선을 제공한다. 상기 제품은 천연적으로 UV 내성을 가진다. 즉, 상기 제품은 성능 표면 코팅제에 대한 필요성이 없도록 자외선의 침투로부터 보호할 수 있다. 상기 제품은 고도의 내수성을 가진다. 유사한 제품이 미국 특허출원 공보 제2008/171,179호의 대응출원인 영국 특허 제2,445,660호(Surace)에 의해 기재되었다. 기재된 보드는 연속 공정 및/또는 회분 공정에서 제조될 수 있었지만, 상기 영국 특허(Surace)는 반수화물 석고 치장벽토의 사용이 반수화물의 건조에 필요한 상당한 에너지 투입의 요구 때문에 회피되어야 한다고 명확히 교시한다. 전술된 제품에서, 신제나이트의 동시적인 제조는 건조를 위해 첨가된 외부 열을 요구하지 않는 화학양론적 반응인 발열 반응을 야기함으로써, 흡열 반응을 위해 필요한 열 에너지를 제공한다. 즉, 반수화물과 인산일칼륨(MKP)의 반응은 전술된 바와 같이 제2 반응을 유도하기 위해 사용된 반응열을 제공한다.
사용 시, 신제나이트에 대한 특정된 비로 스트루바이트-K의 특정된 조성물을 가진 보드는 특정 원하는 용도를 위해 조정될 수 있다. 경량 보드 패널을 제공하기 위한 초기 시도는 샘플 결과를 수득하기 위한 하기 단계들을 포함하였다.
초기 기제 물질 제제는 1:1:1 혼합물, 즉 MgO:MKP-(KH2P04):치장벽토(반수화물 CaS04·1/2H20)를 동등한 비율로 포함하는 혼합물이었고, 이때 MgO, MKP 및 반수화물 석고는 건조 분말로서 각각 15 g의 용량으로 혼합기에 첨가되었고 물질의 균질성을 보장하기 위해 45초 동안 건식 예비혼합되었다. 주반응의 경우, 다른 임의적 물질 첨가는 0.03 g의 실리콘 오일, 예컨대, 폴리메틸 하이드로겐실록산, 및 0.05 g의 폴리나프탈렌 설포네이트를 포함하는 분산제이었다.
하기 모든 샘플들을 위한 건식 혼합 후, 17 g의 물(H2O)을 이 기제 혼합물에 첨가하였다. 그 다음, 하기 표에 표시된 바와 같이, 시험 목적을 위해 다양한 물질들을 첨가함으로써 이 기제 혼합물을 여러 실험실 실시를 위해 사용하였고, 표 2에 나열된 여러 샘플들을 시험하였다. 물을 포함하는 혼합물을 제1 단계에서 약 30초 내지 60초 동안 혼합기에서 (손으로) 혼합한 후 부분적으로 경화시켰고, 이어서 중심 코어를 여전히 액체 상태로 남겨두면서 외피 구조물의 외부 주변에서 부분적으로 경화된 생성물에 대한 혼합을 다시 시작하였다. 혼합이 제2 단계에서 시작되었을 때, 경화된 외부 외피는 즉시 용액으로 되돌아갔고, 약 30초 내지 45초 동안 다시 혼합한 후, 물질은 완전히 경화되었다.
Figure pct00003
이들 샘플들 각각에 대해, 생성된 물질을 함량 및 균질성에 대해 분석하였다. 정량적으로, 하기 표 3은 결과를 보여주고, 이 결과는 형식 면에서 상기 표 1의 결과와 유사하다.
Figure pct00004
상기 정량적 결과 이외에, 상기 공정이 공정 친화적인 제제를 생성하였고 보다 더 강한 코어를 가진 보드를 생성하였다는 관찰결과를 포함하는 여러 관찰결과들을 수득하였다. 예를 들면, 1 단계부터 2 단계까지의 혼합 시간(45초 내지 90초)을 증가시킴으로써 반응의 시간을 변화시킨 것이 왁스 또는 실리콘을 필요로 하지 않으면서 내수성을 가진 보다 더 강한 코어 물질을 생성하였다는 것도 확인하였다. 이것은 보다 더 높은 스트루바이트-K 수율로부터 비롯된 것으로 추정된다. 최종적으로, 경화된 물질의 면밀한 현미경 검사는 대다수의 샘플들에서 결정화가 최종 물질에서 불균질한 방식으로 일어났다는 것을 시사하였다. 즉, 잘 형성된 결정화가 일어났다. 스트루바이트-K 결정인 것으로 여겨지는 결정은 빈 공간 주변의 경계 층 및 빈 공간과 혼합된 생성물의 나머지 사이에서 형성된다는 것이 확인되었다. 이들 중 하나의 현미경사진은 도 1에 제시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 현미경사진은 빈 공간과 주변 매트릭스 사이의 경계의 결정화를 보여준다. 이것은 결정성 신제나이트/스트루바이트-K 구조를 포함하여, 생성된 조성물에서 보다 더 우수한 구조적 강성을 발생시키는 것으로 이해된다.
유사한 절차를 이용한 제2 회분의 실험실 검사를 전술된 바와 같이 실시하였다. 하기 표 4는 다음과 같이 기제 혼합물을 다시 사용하는 샘플 성분들을 보여준다: 15 g의 MgO, 15 g의 MKP(KH2PO4), 0.15 g의 H2SO4, 0.25 g의 붕산(H3BO3) 및 0.05 g의 분산제. 이 기제 구조물과 상기 표 2의 기제 구조물 사이의 한 차이점은 치장벽토(반수화물 CaS04·1/2H20)의 양이 변경되어 물의 증가도 요구한다는 점이다.
Figure pct00005
이들 샘플들 각각에 대해, 생성된 물질을 함량 및 균질성에 대해 분석하였다. 정량적으로, 하기 표 5는 결과를 보여주고, 이것은 형식 면에서 상기 표 1 및 3의 결과와 유사하다.
Figure pct00006
1:1:1 비의 이전 혼합물로부터 벗어나고 처음 8개의 샘플들의 기초 조성물을 사용하지 않는 추가 샘플들을, 하기 표 6에 개별적으로 나열된 하기 제제들을 사용하여 제조하였다:
Figure pct00007
이들 샘플들 각각에 대해, 생성된 물질들을 함량 및 균질성에 대해 분석하였다. 정량적으로, 하기 표 7은 결과를 보여주고, 이것은 형식 면에서 상기 표 1, 3 및 5의 결과와 유사하다.
Figure pct00008
샘플 12A 내지 15A에서 분명한 바와 같이, 유의한 양의 산화마그네슘(MgO)이 주반응에 참여하지 못하였고 그 대신에 다른 샘플에 존재하지 않은 브루사이트(Mg(OH)2)로서 확인된 광물인 유의한 양의 반응 부산물을 생성하였다. 고온에서 용해된 과량의 MgO는 브루사이트 부산물의 침전을 야기하였다고 생각된다.
특정된 속도 및 시간에서 원료들을 연속적으로 혼합함으로써 15개 샘플들의 세 번째 실험실 검사를 수행하였다. 이 검사 실시는 구체적으로 원료들의 비의 변화가 생성물의 성질에 미치는 효과 및 생성에서 어떤 변수가 상이한 특정된 특성, 예컨대, 생성물 수율에 영향을 미치는지를 확인하기 위한 것이었다. 도면에서 상이한 영역들에 대한 물 요구는 상이하였다. 시각적 확인을 돕기 위해, 고체 구성물들이 삼원도(10)(도 2)에 맵핑되어 있고 중량%로 표 8에 표로 작성되어 있다. 위상도(10)에서 상이한 제제들의 점도표들(point plots)의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 일부 데이터 점들, 예를 들면, L, M 및 N은 높은 치장벽토 제제들이고, A 내지 D는 높은 MgO 제제들이고, H-N을 포함하는 군은 높은 MKP(KH2PO4) 제제인 반면, E, F 및 G는 MgO과 MKP 사이에 본질적으로 동등하게 가중된다. 수직 방향으로 연결 선의 선형 진행에 의해 알 수 있는 바와 같이, 패턴은 치장벽토 함량만을 달리하면서 MgO과 MKP 사이의 일정한 비를 유지하기 위한 것이었다. 수평으로 정렬된 점들에서, 치장벽토 함량은 일정하게 유지되고, MgO과 MKP 사이의 비는 변경된다. 스트루바이트-K의 강도 및 존재에 대해 수득된 결과는 표 8에 기재되어 있다. 허용가능한 비용에 대한 최적화된 강도 성능이 적어도 제제 J에 대해 수득되었다.
샘플 J 제제에 대해 시험된 특성은 물 흡수, 머플로(furnace muffle) 검사에서의 수축(내화성의 직접적인 표시자) 및 기계적 강도이었다. 첨가제의 효과를 원료로부터 분리시키기 위해 첨가제, 예컨대, 붕산, 폴리실록산, 리그노설포네이트, 황산 등을 첨가하지 않았다. 시험된 변수를 단리하기 위해, 특정된 공정 파라미터에서 군 산화마그네슘(MgO), 인산일칼륨-MKP(KH2PO4) 및 치장벽토(CaS04·1/2H20)를 비롯한 4개의 필수 성분들만을 사용하였다. 샘플은 최종 혼합물의 31 중량%를 차지하는 물을 가진 제제를 가졌다.
Figure pct00009
전술된 샘플 J 중의 물의 중량%는 명목상 31 중량%로서 설정되었고, 고체 구성물에 대한 상대적인 물의 백분율도 15 내지 40 중량%의 범위 내에서 변경될 수 있고, 이때 25 내지 31 중량%는 성분의 반응을 시작하기에 충분한 양의 용매를 갖는 것에 대한 벤치마크로서 명목상 사용된다.
수온은 공정에서 중요한 요인이라는 것을 인식하는 것도 중요하다. 구체적으로, 물이 고체 구성물에 첨가될 때 수온은 성분의 반응 속도에 영향을 미치기 때문에 중요한 고려사항이다. 수온의 증가는 슬러리가 경화되기 위해 소요되어야 하는 시간을 증가시킨다. 표준 수온은 약 20.0℃ 내지 25℃ 사이의 실온이다. 따라서, 생성물의 완전성을 유지하기 위해 반응 속도를 모니터링하고 조절하는 것이 중요하다. 액체 용매의 감소와 커플링된 증가된 온도가 발견되는 추세가 바람직할 수 있을지라도, 너무 높은 온도, 즉 50℃ 초과의 온도는 슬러리가 경화될 때 경화 공정 동안 표면의 분해를 유발할 수 있다.
시험 방식으로부터, 특성에 대한 하기 명확한 추세가 확인되었다: 본 발명의 인산마그네슘(스트루바이트-K/신제나이트) 조성물은 단순한 석고 조성물에 비해 유의하게 개선된 압축 강도, 물 흡수 및 내화성을 나타내었다. 뿐만 아니라, 생성물 특성은 사실상 공정 파라미터 및 원료 비 및 이들의 성질에서 변수로 조율될 수 있다는 것이 확인되었다. 예를 들면, 보다 낮은 물 함량을 가진, 보다 높은 온도에서 프로세싱된 샘플들은 보다 더 높은 압축 강도를 나타내었다. 보다 더 높은 전단 속도/시간을 가진 샘플은 보다 더 높은 압축 강도, 및 내화성 및 내수성의 미미한 감소를 나타내었다. 전단 속도 및 시간은 혼합물이 혼합기에서 혼합되는 힘, 혼합 공정이 진행하는 시간의 양, 및 혼합이 수동으로 수행되었는지 아니면 기계적으로 수행되었는지이다.
보다 더 높은 온도에서 하소된 MgO를 가진 샘플은 보다 더 높은 강도를 나타내었고, 보다 더 거친 MgO을 가진 샘플은 보다 더 낮은 강도를 나타내었다. 이것은 물 흡수 및 불 수축 성질의 거동과 상반되는 거동을 나타내는 듯하다. 상기 논의된 한 샘플인 샘플 J는 생성된 제제에서 가장 효과적인 최적의 성질, 예컨대, 압축 강도를 갖는 것으로 발견되었고, 이 결과는 높은 스트루바이트-K 함량에 기인하였다.
도 3 및 4를 참조하건대, 보드 패널의 인-라인 및 연속적 제조 공정이 제안되어 있다. 입구 개구(22) 및 출구 개구(24)를 가진 플러그 유동 혼합기(20)가 도 3에 제시되어 있다. 플러그 유동이 일례로서 제시되어 있지만, 보드 제작 공정에서 숙련된 자에 의해 인식될 바와 같이, 다른 유형의 혼합기, 예를 들면, 단계 반응 혼합기가 이 공정을 수행하는 데에 이용될 수 있다. 출발 구성 물질이 혼합기(20) 내로 투입되는 점은 입구 개구(22)에서 화살표로 표시되어 있고, 플러그 유동 혼합기(20)에서 연속적으로 일어나는 공정은 이들의 고른 혼합을 제공한다.
성분들의 혼합 이외에, 플러그 유동 혼합기(20)는 성분들이 혼합기(20)에서 상이한 단계들에 도달할 때 상기 혼합기에서 반응을 제공한다. 상기 다양한 실시양태들에 기재되어 있는 구성 물질들은 도 4에 제시되어 있는 바와 같이 투입 성분들의 2개 스트림으로부터 입구 내로 투입된다. 도 4의 개략도의 좌측 상에서 액체 성분 스트림(30)은 요구된 성분, 예컨대, 물을 포함하는 액체 성분, 및 임의적 성분이되 바람직한 성분, 예컨대, 왁스, 폴리실록산, 산/염기(필요할 때), 분산제 및 지연제의 투입을 보여준다. 도 4의 우측 상에 표시된 스트림(32)으로부터, 요구된 성분은 모터(motor)(52) 및 크랭크(crank)(50)에 의해 구동된 스크류 컨베이어(screw conveyor)(32)를 통해 투입되는 성분들 MgO, MKP(KH2PO4) 및 치장벽토(반수화물)를 포함한다. 임의적인 바람직한 성분은 가속화제로서의 충전제/볼 밀(ball mill) 첨가제, 붕산 및 섬유를 포함한다. 스트림(30)은 파이핑(piping)(34) 또는 다른 적절한 수단에 의해 구성 물질을 공급하고, 고체 구성물 스트림(32)은 모터(52)/크랭크(50)에 의한 컨베이어(32) 또는 다른 적절한 수단에 의해 공급될 수 있다. 이들 스트림들 둘 다가 도 4에 개략적으로 표시된 하나 이상의 혼합기 디바이스(38A, 38B 및 38C)를 포함하는 혼합기(20)에게 투입 성분을 제공한다.
도 3을 다시 참조하건대, 혼합기(20)는 단계 반응 혼합기(20)의 단계적 혼합 공정에서 표시된 상이한 혼합기 디바이스들(38A, 38B 및 38C)로 보다 더 상세하게 표시되어 있다. 표시된 바와 같이, 반응의 일부가 일어나는 공정 단계에 대하여 상이한 점(도 3에서 수직으로 표시됨) 및 상이한 시간에서 일어나는 상이한 반응들에 대한 최적 조건을 생성하기 위해 구성 물질들이 단계적으로 혼합될 때 일어나는 혼합 성분의 다양한 수준들이 존재한다. 즉, 구성 물질들이 혼합되고 반응하고 상부 물질 입구(22)부터 출구(24)까지 유동하기 위해 소요되는 시간은 공정 파라미터 및 혼합 단계에 의해 좌우되는 경화 시간이다. 이들은 물질들이 중력의 힘으로 인해 반응기 혼합기(20)에서 적층체를 통해 하강할 때 공정 및 혼합 시간을 고려하기 위해 수행된다. 혼합기(20)의 세로(수직) 방향을 따라 표지된 바와 같이, 혼합기(20)에서 성분/반응 생성물의 경과되는 시간은 반응기 챔버(23) 내의 깊이 수준과 상관관계를 가진다.
도 3에 표시된 바와 같이, 물질들은 이들이 혼합기(20)의 반응기 챔버(23) 내로 침착될 때 원하는 생성물 및 임의의 부산물을 수득하기 위해 반응 공정 동안 적절한 시간에서 혼합기 디바이스(38A, 38B 및 38C)에 의해 연속적으로 혼합된다. 스트루바이트-K 하위반응의 제2 부분인 반응의 제2 부분이 발열 반응이기 때문에, 생성물 또는 반응물 혼합물의 스트림(42)으로서 표기된, 신제나이트, 스트루바이트-K 및 석고의 비경화된 혼합물은 승온에서 출구(24)로부터 나와 화살표의 방향으로 이동하는 컨베이어(40) 상으로 유동한다. 상기 혼합물은 공지된 보드 패널 공정에 따라 더 프로세싱된다. 예를 들면, 무작위적으로 정렬된 강화 유리 섬유의 임의적 매트(44)는 수평 화살표의 방향으로 컨베이어 벨트(40)에 의해 수송되기 때문에 롤링되지 않을 수 있고 매트(44)의 물질의 롤(46)로부터 풀려나올 수 있고 생성물 또는 반응물 혼합물(42) 상에 놓일 수 있다.
플러그 유동 혼합기(20)가 도 3 및 4에 표시되어 있지만, 다른 유형의 혼합기 및 전달 비히클도 본 발명에 의해 고려된다. 예를 들면, 일정하게 교반되는 단일상 탱크 반응기가 본 발명의 물질의 스트림의 연속적인 제조를 위해 제공될 수 있다. 반응물 성분들 모두를 적절한 크기의 단일 용기에 함께 투입하고, 원하는 반응 생성물에 따라 소정의 총 반응 시간 동안 혼합 공정이 진행되게 한다. 반응물 성분들은 연속적으로 혼합될 것이고 반응물 성분들의 체류 시간은 생성물 스트림이 단일 혼합 챔버로부터 회수되는 점에서 상이할 것이다.
최종 원하는 생성물에 따라 다른 배열도 고려된다. 총 반응을 위한 총 시간의 대략 절반에 해당하는 체류 시간을 성분들에게 제공하는, 일정하게 교반되는 탱크 반응기(CSTR) 다음에, 제작 벨트 상에 배치하기 전에 요구된 남은 반응 시간을 제공하기 위해 산재된 정적 혼합기와 함께 적절한 길이 및 직경의 파이핑을 가진 진정한 플러그 유동 반응기, 예컨대, 혼합기 반응기(20)가 존재할 것이다. 벨트가 제작 라인을 따라 반응 생성물을 이동시킬 때, 반응은 생성물이 추가 취급에 적절한 길이로 대략적으로 절단될 수 있도록 완결에 보다 더 가깝게 도달할 것이고, 마감처리된 보드 패널 제품을 제공하도록 건조 및 최종 길이 절단을 위한 설정 시간을 포함할 수 있다. 이 공정 및 혼합 방식은 이상적으로 모든 반응물들이 완전히 최종 조성에 도달할 수 있도록 함유된 적절한 양의 자유 물을 가져야 하는 제작 공정의 말기에 보드 제품을 생성할 것이다.
또 다른 방식은 유동이 직렬을 통해 진행할 때 반응이 각각의 반응기에서 보다 더 진행된 단계에 있도록 직렬로 연결된 일련의 3개 이상의 CSTR 반응기들에 대한 방식이다. 일련의 반응기들로부터의 생성물은 생성물이 마감처리된 제품의 임의의 요구된 건조 및 최종 길이 절단을 포함하는 추가 취급에 적절한 길이로 대략적으로 절단될 수 있도록 반응이 완결에 보다 더 가깝게 도달할 제작 벨트에게 전달될 것이다.
인라인 제조에서 샘플 보드 제조는 실제 보드 제작 형성 라인 상에서 실시되었고, 이때 실험실 실시는 공정이 본 발명의 물질 조합물을 사용하는 보드 패널 제조에서 이용될 정도로 실현가능한지를 시험하기 위해 약 100배까지 규모확장되었다. 하기 논의된 바와 같이, 본질적으로 동일한 제제, 즉 1:2:1 비가 이용되었다. 모든 양들이 규모 확장되었고, 훨씬 더 큰 혼합기 및 반응기 용기 또는 챔버(23)가 요구되었다. 또한, 본 발명의 물질 조성물의 회분식 제조보다 연속식 제조가 상기 도 3 및 4를 언급한 실시양태의 설명에 따라 컨베이어 벨트(40)의 거의 정상 작동 속도 또는 분당 약 40 피트에서 작동되는 보드 라인에서 사용될 수 있도록 상기 절차를 상당한 방식으로 변경시켰다.
도 5에 나타낸 실험실 실시에서 필요하지 않은 일부 추가 장치가 이 제조 실시를 위해 요구되었다. 이 장치는 탱크 반응기(21), 혼합기(20), 하나 이상의 펌프(18) 및 롤러 코팅기(19)(2개의 표면 층들 각각에 대해 하나씩 2개가 바람직할 수 있음)를 포함한다. 존재하더라도 스트루바이트-K 및 신제나이트 반응 생성물을 거의 갖지 않는 중심 또는 코어 층을 궁극적으로 포함할 중심 층을 구성할 코어 석고, 즉 경량 코어 석고의 연속적 유동을 제공하기 위한 코어 석고 혼합기 및 펌프도 제공되지만, 도 3 및 4에는 표시되어 있지 않다. 따라서, 하기 도 6 내지 11의 보드 실시양태에 대하여 논의될 바와 같이, 최종 원하는 생성물은 경량 석고 코어 "주위를 둘러싼" 본 발명의 물질 조성물로 코팅된 표면 층이어야 한다.
도 3 내지 5를 참조하건대, 표면 층 코팅물을 제조하기 위한 절차는 구성 물질의 크게 증가된 규모를 위해 조절하는 것이 요구된다는 점을 제외하고 전술된 절차와 본질적으로 동일하다. 하기 단계별 절차는 필요한 코팅 층을 생성할 것으로 예상된다.
1:2:1 비, 즉 MgO:MKP-(KH2PO4):치장벽토(반수화물 CaSO4·1/2H2O)를 포함하는 고체 혼합물을 30초 내지 60초 동안 지속되는 예비혼합 단계에서 예비혼합한다. 충분한 슬러리 혼합물이 만들어지도록, 약 15 kg의 기제 성분 각각을 제공한다. 비례적 양의 실록산, 소포제 및 분산제, 예컨대, 폴리나프탈렌 설포네이트가 이 혼합물에 첨가될 수 있고, 거의 동일한 중량 비율 또는 약 17 kg의 물이 건조 성분에 첨가된다.
생성된 슬러리를 큰 연속적 혼합기(20)에서 30초 내지 60초 동안 혼합한다. 15초의 혼합 후, 혼합물이 고화되기 시작하였다. 연속된 혼합이 혼합물을 다시 액화시킬 것임을 발견하였다. 이것은 I 기 혼합이다. 이 초기 I 기 혼합 시간으로 마감처리할 때, 시간 순서가 시작되었다. 이 초기 I 기 혼합 시간 후 분마다 혼합물을 55초 간격으로 분리된 5초 시간 동안 격렬히 다시 혼합하였다. 이것은 II 기 혼합이다.
제조 실시에서 사용된 제제는 물이 분말 혼합물에 첨가된 후 생성물이 5분 내지 20분에서 셋업되게 한다. 그러나, 이용된 혼합기의 유형으로 인해, 혼합이 불균일하게 일어났고 기술적 이유로 인해 임의의 인식가능한 양으로 혼합기/반응기로부터 생성물이 수득되지 않았다.
도 6 내지 11을 참조하건대, 상이한 배열에서 보드 패널 제품들은 별개의 보드 패널 실시양태로서 표시되어 있다. 보드 패널은 다수의 페이서(facer) 물질들, 바람직하게는 1개 또는 2개의 페이서 물질들을 포함할 수 있으나, 본 발명은 페이서 물질조차도 고려하지 않는다. 이러한 페이서 물질은 폐쇄된 또는 개방된 메쉬(mesh) 또는 위이브(weave), 또는 임의의 다른 적절한 배열의 종이, 섬유유리, 열가소성 또는 다른 물질일 수 있다. 무작위 유리 매트가 생성된 보드 패널의 상면 및 하면 둘 다에 대한 담체로서 이용될 때, 반응된 슬러리는 형성 스테이션(station)에서 이들 담체들 상에 침착된 후, 최종 보드 두께를 결정하는 성형 디바이스, 예컨대, 압출기 또는 롤러에게 제공된다.
도 6에서, 합성 신제나이트-스트루바이트-K 물질 보드(110)는 중심 석고 코어(111)를 가진 횡단면으로 표시되어 있다. 패널(110)의 상면(114), 하면(116) 및 측면(118)을 포함하는 모든 표면 층들은 석고 코어를 덮어씌우는, 반응기 혼합기(20)(도 3)로부터 직접적으로 나오는 신제나이트-스트루바이트-K-석고 물질을 가진다. 합성 신제나이트-스트루바이트-K 물질은 반응기 혼합기(20)(도 3)의 출구(22)로부터 직접적으로 배출된다. 패널(110)의 상면(114), 하면(116) 및 측면(118) 내에 강화 유리 섬유(112)의 매트를 묻는 것도 가능하다.
도 7에서, 신제나이트-스트루바이트-K 물질 보드(120)는 공지된 방법에 따라 코어 층(121) 내로 주입된 포말 또는 기포(123)를 가진 경량 코어 석고(121)의 중심 코어를 가진 횡단면으로 표시되어 있다. 패널(120)의 모든 표면 층들인 상면(124), 하면(126) 및 측면(128)은 석고 코어를 덮어씌우는, 반응기 혼합기(20)(도 3)로부터 직접적으로 나오는 신제나이트-스트루바이트-K-석고 물질을 가진다. 강화 유리 섬유(122)의 매트는 패널(120)의 상면(124), 하면(126) 및 측면(128)의 표면 층 내에 묻힐 수 있다.
도 8에서, 신제나이트-스트루바이트-K 물질 보드(130)는 공지된 방법에 따라 코어 신제나이트-스트루바이트-K 층(125) 내로 주입된 포말 또는 기포(133)를 가진 경량 합성 신제나이트-스트루바이트-K 물질(131)의 중심 코어를 가진 횡단면으로 표시되어 있다. 패널(120)의 모든 표면 층들인 상면(124), 하면(126) 및 측면(128)은 코어(131)를 포함하는 경량 합성 신제나이트-스트루바이트-K 물질의 상면(134), 하면(136) 및 측면(138)을 덮어씌우는, 반응기 혼합기(20)(도 3)로부터 직접적으로 나오는 조밀한, 즉 통기되지 않거나 발포되지 않은 신제나이트-스트루바이트-K-석고 물질을 가진다. 강화 유리 섬유(132)의 매트는 패널(130)의 상면(134), 하면(136) 및 측면(138)의 표면 층들 내에 묻힐 수 있다.
도 9에서, 신제나이트-스트루바이트-K 물질 보드(140)는 전술된 다른 실시양태들에서와 같이 임의의 다른 강화 요소 없이 반응기 혼합기(20)(도 3)로부터 직접적으로 나오는 합성 신제나이트-스트루바이트-K-석고 물질의 중심 코어(142)를 가진 횡단면으로 표시되어 있다.
도 10에서, 신제나이트-스트루바이트-K 물질 보드(15))는 합성 신제나이트-스트루바이트-K- 석고 물질의 중심 코어(152)를 갖고 코어(141) 내에 기포 또는 포말을 포함하도록 공지된 절차에 따라 발포되거나 통기된 횡단면으로 표시되어 있다. 전술된 다른 실시양태들에서와 같이 다른 강화 요소는 보드(150)의 이 실시양태에서 제공되지 않는다.
도 11에서, 신제나이트-스트루바이트-K 물질 보드(160)는 반응기 혼합기(20)(도 3)로부터 직접적으로 나오는 합성 신제나이트-스트루바이트-K 물질을 포함하는 중심 코어(161)를 가진 횡단면으로 표시되어 있다. 패널(120)의 모든 표면 층들, 즉 상면(164), 하면(166) 및 측면(168)은 코어(161) 상에서 조밀한, 즉 통기되지 않거나 발포되지 않은 층을 가진다. 강화 유리 섬유(162)의 매트는 패널(160)의 상면(164), 하면(166) 및 측면(168)의 표면 층들 내에 묻힐 수 있다.
본 발명은 도 1 내지 11의 실시양태들과 관련하여 기재되어 있고 예시되어 있으나, 기재된 본 발명의 특징 및 작동이 본 발명의 사상으로부터 유의하게 벗어나지 않으면서 변형될 수 있거나 변경될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 다양한 요소들의 출발 물질 또는 특정된 반응 조건에서의 변경은 특정 적용 및 원하는 수율에 맞도록 변경될 수 있다. 또한, 생성된 물질의 차이를 제공하도록 추가 변경을 도입할 수 있다. 예를 들면, 출발 성분의 대안적 첨가제는 반응에 영향을 미치기에 적절해질 때 본원의 목록의 조합 및/또는 순열로 붕산, 폴리실록산 소포제, 리그노설포네이트, 황산, 탈이온수, 수돗물 등을 포함할 수 있다.
전술된 첨가제가 진행할 반응들 또는 하위반응들 중 하나 이상을 보조하거나, 완충하거나 다른 방식으로 유도하기 위한 활성 성분으로서 제공될지라도, 본 발명의 조성물 및 공정은 총 보드 중량의 1 내지 3 중량%의 비율로 다른 유형의 첨가제 및 충전제, 예컨대, 석회석, 모래, 섬유를 포함할 수 있다. 이들은 짧은 가닥 유리 섬유(10 내지 50 mm 길이 및 10 내지 80 ㎛ 폭), 합성 중합체 섬유, 종이 및 이들의 응집체, 예컨대, 종이 및 목재를 포함할 수 있다. 다른 첨가제는 모두 총 보드 중량의 1 내지 3 중량%의 동일한 비례적 양으로 전분, 예컨대, 유주성, 천연, 산 처리된, 양이온성 전분, 에틸화된 전분 또는 덱스트린, 또는 중합체, 예컨대, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세테이트-에틸렌 공중합체, 폴리스티렌 설포네이트와 가교연결된 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 알코올, 메틸 셀룰로스, 하이드록시에틸 메틸셀룰로스, 스티렌-부타디엔 공중합체 라텍스, 아크릴산 에스테르 라텍스, 아크릴산 공중합체 라텍스, 폴리에스터 수지, 에폭시 수지, 폴리메틸 메타크릴레이트, 또는 폴리아크릴산을 포함할 수 있다.
추가로, 혼합 공정 및 속도는 보다 최적의 원하는 결과를 수득하도록 변경될 수 있다. 결과를 최적화하는 데에 이용될 수 있는 다른 변수는 합성 치장벽토 대신에 사용되는 천연 치장벽토이고, 예를 들면, 단계 반응기에서의 제조 실시 및 성분들의 기계적 혼합을 도입하면서 첨가 및 성분의 순서 및 시간을 변경시킬 수 있다. 생성 비 및 생성물에 대한 영향을 미칠 수 있는 다른 변수는 성분 원료의 상태 및 비를 변경시키는 것을 포함할 수 있다. 이들은 첨가 속도, 성분의 온도, 첨가의 시간, 입자 크기, 혼합 시간, 및 반응 공정으로 경험이 획득될 때 확인될 수 있는 다른 인자를 포함할 수 있다.
따라서, 본원에 예시되고 기재된 특정 실시양태는 단지 예시 목적을 위한 것이고, 본 발명은 하기 특허청구범위 및 이들의 등가물을 제외한 것에 의해 한정되는 것으로서 간주되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 건축 제품에서 사용하기 위한 건축 제품 조성물의 연속 제조 방법으로서,
    a) 혼합기 반응 챔버를 제공하는 단계;
    b) 상기 혼합기 반응 챔버 내로, 하나 이상의 화학적 완충제를 포함하는 소정의 구성 물질들을 연속적으로 공급하는 단계;
    c) 상기 혼합 반응 챔버 내에서 상기 소정의 구성 물질들을 소정의 시간 동안 충분한 정도로 연속적으로 혼합하여 슬러리를 생성하는 단계;
    d) 혼합기 반응 챔버로부터 슬러리를 회수하는 단계; 및
    e) 상기 슬러리를 초경량 건축 제품의 제조에서 사용하는 단계
    를 포함하며, 상기 소정의 고체 구성 물질들은 하기 물질들을 명시된 중량% 범위로 포함하는 것인 조성물의 연속 제조 방법:
    MgO: 3.33% 내지 70.00%;
    KH2PO4: 4.67% 내지 70.00%;
    치장벽토(stucco) 반수화물 CaS04·1/2H20: 10.5% 내지 90.0%; 및
    물의 첨가: 고체 구성 물질들의 15% 내지 60%.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정의 고체 구성 물질들의 명시된 범위는
    MgO: 10.0% 내지 40.0%;
    KH2PO4: 40.0% 내지 70.00%; 및
    치장벽토 반수화물 CaS04·1/2H20: 25.0% 내지 75.0%
    를 추가로 포함하고, 상기 조성물은 고체 구성물에 대해 15 내지 60 중량%인 양의 액체 구성물을 포함하는 것인, 조성물의 연속 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소정의 고체 구성 물질들의 명시된 범위는 1:1.0 내지 1:3.37인 MgO:KH2P04의 비를 추가로 포함하는 것인, 조성물의 연속 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 소정의 고체 구성 물질들의 명시된 범위는 1:1.8 내지 1:2.2인 MgO:KH2P04의 비를 추가로 포함하는 것인, 조성물의 연속 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 소정의 구성 물질들은 붕산(H3BO3) 및 황산(H2SO4)으로 구성되는 화합물 군 중 하나 이상으로부터 선택된 속도 지연 화합물을 포함하는 완충제를 추가로 포함하는 것인, 조성물의 연속 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 소정의 구성 물질들은 소포제, 분산제, 및 폴리실록산((C2H6OSi) n ), 폴리디메틸실록산(CH3[Si(CH3)2O] n Si(CH3)3), 폴리디메틸실록산 및 폴리(메틸 하이드로겐)실록산으로 구성되는 군으로부터 선택된 실리콘 오일을 추가로 포함하고,
    상기 분산제는 폴리나프탈렌 설포네이트를 추가로 포함하는 것인, 조성물의 연속 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 구성 물질들은 하기 기작에 따라 반응 혼합기 내에서 반응되어 다양한 양으로 KMgP04·6H20 및 K2Ca(S04)2·H20를 생성하는 것인, 조성물의 연속 제조 방법:
    MgO + KH2PO4 + CaS04·1/2H20
  8. 제1항에 있어서, 구성 물질들은 하기 식에 따라 반응 혼합기 내에서 반응되고, 그 반응은 황산, 붕산, 실록산 및 나프탈렌 설포네이트로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물의 존재 하에서 일어나는 것인, 조성물의 연속 제조 방법:
    3MgO + 3KH2P04 + 2CaS04·1/2H20 + 3H20 → KMgP04·6H20 + K2Ca(S04)2·H20 + Ca+2 + 2Mg+2 + 2(P04)-3
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법으로부터 제조된 건축 제품 조성물을 적어도 이용하는, 건물 건축에 사용하기 위한 초경량 건축 보드 패널로서, 상기 조성물은 그 보드 패널의 면들 중 하나 이상에 인접하게 배치되는 것인 초경량 건축 보드 패널.
  10. 스트루바이트-K(KMgPO4·6H20), 신제나이트(K2Ca(SO4)2·H2O), 및 무수 석고(anhydrite gypsum) 및 치장벽토(CaS04·1/2H20) 및 함수 석고(hydrated gypsum)(CaS04·2H20) 중 하나 이상을 포함하는 건축 제품에 사용하기 위한 건축 조성물로서, 경량, 증가된 강도 및 완전성(integrity)을 가진 건축 재료를 제조하는 데에 사용되는 건축 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 생성된 반응 생성물들은 하기 범위로 존재하는 것인, 건축 제품에 사용하기 위한 건축 조성물:
    KMgP04·6H20: 0.1 내지 67.0 중량%;
    K2Ca(S04)2·H20: 2.5 내지 60.0 중량%; 및
    나머지 생성물을 구성하는 비정질상 생성물 및 미반응 원료.
  12. 제10항에 있어서, 생성된 반응 생성물들은 하기 범위로 존재하는 것인, 건축 제품에 사용하기 위한 건축 조성물:
    KMgP04·6H20: 15.1 내지 37.0 중량%;
    K2Ca(S04)2·H20: 12.5 내지 46.0 중량%; 및
    나머지 생성물을 구성하는 비정질상 생성물 및 미반응 원성분.
  13. 건축 조성물을 이용하는, 건물 건축에 사용하기 위한 건축 보드 패널로서, 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에서 언급된 조성물들 중 하나 이상은 그 보드 패널의 면들 중 하나 이상에 인접하게 배치되는 것인 건축 보드 패널.
  14. 건물 건축에 사용하기 위한 보드 패널로서, 그 면들 중 하나 이상은 스트루바이트-K(KMgPO4·6H20), 신제나이트(K2Ca(S04)2·H20) 및 석고를 포함하는 조성물을 포함하는 것인, 건물 건축에 사용하기 위한 보드 패널.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 그 면 물질을 포함하는 스트루바이트-K(KMgP04·6H20) 및 신제나이트(K2Ca(S04)2·H20)의 양은 10 중량%를 초과하는 것인, 건물 건축에 사용하기 위한 보드 패널.
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