KR20170016341A - 폼의 제조를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20170016341A
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sleeve
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아무다 자펠
리샤르 모를라
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쌩-고벵 플라코
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Abstract

시멘트질 슬러리에 혼입시키기 위한 폼을 제조하기 위한 장치는 가스 공급물 및 계면활성제 공급물을 수용하기 위한 입구 및 폼의 배출을 허용하기 위한 출구를 갖는 도관을 포함한다. 상기 도관은 도관을 따르는 유체 흐름에 대한 부분적 장벽을 제공하는 다공성 플러그를 보유하고, 상기 플러그는, 규칙적인 대열로 패킹된 복수의 입자를 포함하며, 이들 입자는 이들 사이에서 연장하는 세공의 3차원 네트워크를 한정한다. 장치는 플러그와 도관 사이에 위치한 탄성 부품을 포함한다.

Description

폼의 제조를 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF FOAM}
본 발명은 폼(foam)의 제조, 특히 석고 보드의 제조에서 사용하기 위한 수성 폼의 제조를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
석고 (황산칼슘)은 자연에서 발견되지만 합성을 통해 유도될 수도 있는 광물이다. 석고는 황산칼슘 화합물의 수화 수준에 따라 수많은 형태로 존재할 수 있다. 즉, 석고는 예를 들어 이수화물 형태 (CaSO4·2H2O), 반수화물 형태 (스투코(stucco)로서도 공지됨), 또는 무수석고 형태로 존재할 수 있다. 석고는 이의 다양한 형태들 사이에서 탈수 또는 재수화를 통해 전환될 수 있다.
석고는 이의 성질로 인해 산업용 및 건축용 플라스터 및 다른 건축용 제품, 예컨대 석고 벽판에서의 사용에 매우 적합하다. 이는 연이은 탈수 및 재수화 단계를 통해 주조, 몰딩 또는 달리 성형되어 유용한 형상으로 될 수 있는, 풍부하면서도 일반적으로 저렴한 원료이다. 예를 들어, 플라스터보드 또는 건식벽체로서도 공지되어 있는 석고 벽판은 종이 덮개판들 사이에 끼워진 경화 석고 코어로서 형성된다.
석고는 일반적으로 플라스터로서 사용되기 위해 비교적 낮은 온도 (예컨대 약 120 내지 170℃)에서, 일반적으로 대기압에서 분쇄 및 하소에 의해 제조된다. 그 결과, 전형적으로 반수화물의 베타 결정질 형태인, 부분적으로 탈수된 석고가 초래된다. 베타 반수화물을 물과 혼합하여 수성 스투코 슬러리, 페이스트 또는 분산액을 형성하고, 이어서 슬러리를 수성 매질로부터의 재-결정화를 통해 경화시킴으로써, 이를 건축용 또는 건설용 재료로서 사용할 수 있다.
석고 제품의 제조에서 폼을 사용하는 것은 공지되어 있다. 폼에 의해 제공된 공기 부피 분율은 석고 제품의 선적 및 취급이 더 비용 효율적이도록 상기 제품의 중량을 감소시키는 것을 돕는다.
폼은 통상적으로 공기 공급물 및 계면활성제 공급물이 공급된 폼 발생기에 의해 제조된다. 전형적인 폼 발생기는 물과 계면활성제 폼 발생제를 긴밀하게 혼합하여 폼을 제조하는 내부 회전 기기를 포함한다. 일부 경우에, 회전 블레이드에는 폼 기포의 핵 생성을 허용하는 혼합 챔버가 장착될 수 있다. 이러한 폼 발생기는 일반적으로 동적 폼 발생기로서 공지되어 있다. 전형적인 동적 폼 발생기는 본원에 참조로 포함된 US 4057443에 기술되어 있다.
다른 폼 발생기는 제어된 세공 공간을 갖도록 투과성 다공성 매질, 예컨대 프릿화된 유리 또는 세라믹의 패킹된 비드가 충전된 튜브를 포함한다. 이어서 계면활성제 폼 발생제 및 공기를 동시에 튜브에 도입시킴으로써 폼을 제조한다. 이러한 경우에, 튜브 상에 가해지는 역압력을 조절함으로써, 제조되는 폼의 구조를 제어한다. 이러한 폼 발생기는 정적 폼 발생기로서 공지되어 있다.
플라스터보드 제조에서 사용되는 표준 폼을 통상적으로 동적 유형/고 전단 폼 발생기를 사용하여 제조한다. 이러한 기술을 사용하여, 폼 발생제의 화학적 불안정성을 활용함으로써 폼 형태 및 최종 제품 내의 세공 크기 분포의 대강의 조작을 달성할 수 있다. 이러한 불안정성을 수득하는 전형적인 방식은 다양한 화학 조성을 갖는 다양한 폼 발생제들을 함께 블렌딩하는 것이다. 그 경우에, 폼은 통상적으로 "활성"이라고 불린다. 이는 크고 작은 기포의 다분산 분포를 이루어내도록 점진적으로 합체하는 작은 기포 (50 ㎛ 내지 100 ㎛)를 발생시킨다. 이러한 종류의 빠른 합체 동력학을 제공할 수 있는 전형적인 활성 폼 발생제는 제오 스페셜리티 케미칼즈(GEO Speciality chemicals)에 의해 상표 하이오닉(HYONIC)® PFM (8, 10, 15 및 33) 하에 공급되는 것이다. 이들 폼 발생제의 전형적인 화학 조성은 본원에 참조로 포함된 US5714001에 기술되어 있다.
그러나, 지나치게 큰 폼 기포는, (통상적으로 "블리스터링(blistering)"으로서 공지된) 석고 보드 라이너와의 손상된 결합으로 인한 제조 라인 불안정성, 나쁜 기계적 성능 및 또한 심미적으로 허용되지 않는 제품을 초래할 수 있다.
놀랍게도, (다분산 폼이 아닌) 단분산 기포 크기 분포를 갖는 폼으로부터 제조된 석고 제품이 더 우수한 강도 대 중량 비를 가질 수 있다는 것이 밝혀졌다.
용어 "분산도"는 중합체 과학에서 공지되어 있고, 여기서 이는 혼합물 내의 분자 또는 입자의 크기의 불균일성을 나타내는 데 사용될 수 있다. 대상체가 실질적으로 동일한 크기, 형상, 또는 질량을 갖는 경우에 대상체들의 모임은 "단분산"으로서 공지될 수 있다. 일관되지 않은 크기, 형상 및/또는 질량을 갖는 대상체들의 집합은 "다분산"으로서 공지될 수 있다.
그러므로, 가장 일반적으로, 본 발명은 경량 건축용 재료에서의 단분산 폼의 용도 및/또는 이러한 단분산 수성 폼의 제조를 위한 방법 및 장치에 관한 것일 수 있다.
첫 번째 측면에서, 본 발명은 석고 스투코 슬러리를 제공하는 단계, 및 슬러리에 폼을 혼입시키는 단계를 포함하며 여기서 폼의 기포 크기 분산도 지수가 1.4 미만인 것인 석고 제품을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
기포 크기 분산도 지수 (
Figure pct00001
)은 면적-가중 평균 기포 크기 (
Figure pct00002
) 대 수 평균 기포 크기 (
Figure pct00003
)의 비로서 계산된다.
따라서,
Figure pct00004
이다.
바람직하게는 기포 크기 분산도는 1.2 미만이다.
통상적으로, 폼 기포 크기 분포의 정량화는 2D 이미지 분석 기술에 의존한다. 이들 유형의 기술이 2진 유형 이미지에 적용되는 경우에, 누적 면적 대 기포 직경 및 누적 수 대 기포 직경의 곡선이 수득될 수 있다. 이들 곡선의 변곡점은 각각 중량-평균 기포 크기 및 수 평균 기포 크기를 제공한다.
폼을 전형적으로 혼합기, 예를 들어 고 전단 혼합기에서 석고 스투코 슬러리에 혼입시킨다. 관련 기술분야에 널리 공지된 바와 같이, 슬러리를 후속적으로 혼합기로부터 추출하고 경화시키고 건조시킨다. 슬러리로부터 형성된 석고 제품의 한 예는 석고 플라스터보드일 수 있다. 바람직하게는, 플라스터보드는 800 ㎏/㎡ 미만, 바람직하게는 560 ㎏/㎡ 미만의 밀도를 갖는 경량 제품이다.
더 큰 기포 크기를 갖는 폼을 사용하여 제조된 석고 제품은 개선된 강도 대 중량 비를 가질 수 있다는 것이 밝혀졌다. 그러므로, 폼은 100 ㎛ 이상의 평균 기포 크기를 갖는 것이 바람직하다. 또한 폼을 석고에 혼입시킴으로써 초래된 세공은 300 ㎛ 이상, 더 바람직하게는 400 ㎛ 이상의 평균 직경을 갖는 것이 바람직하다.
가스 및 계면활성제 공급물을 도관을 따라 및 내부 3차원 다공성 네트워크를 포함하는 플러그를 통해 통과시킴으로써, 폼을 제조한다. 플러그는 규칙적인 대열로 배열된 복수의 입자, 예를 들어 구형 비드에 의해 제공된다.
3차원 다공성 네트워크를 제공하는 것은 폼이 플러그를 통과함에 따라 매우 여러 번 정제되는 것을 보장하는 것을 도움으로써, 폼 기포 크기에 있어서 높은 수준의 균일성을 달성하는 것을 돕는다. 이는, 파이프의 길이를 따라 배치된 복수의 천공된 디스크를 포함하는, (US 6,422,734에 개시된 바와 같은) 공지된 정적 폼 발생 장치에 비해 중대한 개선점일 수 있다. 이러한 배열물은 3차원 다공성 네트워크의 사용을 통해 가능할 수 있는 여러 번의 정제 사이클을 제공할 수 없다.
그러므로, 두 번째 측면에서, 본 발명은 가스 공급물 및 계면활성제 공급물을 수용하기 위한 입구 및 폼의 배출을 허용하기 위한 출구를 갖는 도관을 포함하며, 상기 도관은 도관을 따르는 유체 흐름에 대한 부분적 장벽을 제공하는 플러그를 보유하고, 상기 플러그는 규칙적인 대열로 패킹된 복수의 입자를 포함하고, 상기 입자들은 이들 사이에서 연장하는 세공의 3차원 네트워크를 한정하는 것이고, 플러그와 도관 사이에 위치한 탄성 부품을 포함하는, 폼의 제조를 위한 장치를 제공할 수 있다.
전형적으로, 플러그는 실질적으로 동일한 직경을 갖는 복수의 구형 입자를 포함한다.
구형 입자는, 각각의 구형 입자가 전형적으로 12개의 다른 구형 입자를 그의 가장 가까운 이웃으로서 갖도록, 본래 일반적으로 규칙적인, 예를 들어 결정질인 대열로 패킹되는 경향이 있을 것이다. 사실상, 구형 입자는 예를 들어 육방 조밀-패킹(hexagonal close-packed) 또는 입방 조밀-패킹(cubic close-packed) 금속 내의 원자와 유사한 방식으로 함께 패킹된다. 이러한 규칙적인 대열은, 예를 들어 다양한 방향을 갖는 개별 부분-대열들이 만나는 경우에, 편재화된 불규칙성을 포함할 수 있지만, 이들 불규칙성은 입자의 전체 배열물의 단지 작은 비율일 뿐이다.
이러한 배열물은 크기 변동이 적은 구형 입자들 사이의 공극을 초래한다. 따라서, 플러그는 명확하게 한정된 기포 크기를 갖는 일반적으로 단분산인 폼의 형성을 촉진하는 경향이 있다.
비드의 직경은 0.5 ㎜ 초과, 바람직하게는 1 ㎜ 초과 및 3 ㎜ 미만인 것이 바람직한데, 왜냐하면 더 큰 기포 크기의 폼을 석고 슬러리에 혼입시키면 그 결과의 석고 제품의 개선된 강도 대 중량 비가 초래될 수 있다는 것이 밝혀졌기 때문이다.
과립 패킹 이론을 참조하자면, 구형 입자의 규칙적인 배열물은 4개의 동일한 입자의 패킹에 의해 생긴 최소 간극이 하기 관계식에 의해 정량화될 수 있는 조밀-패킹 결정학적 모델을 통해 기술될 수 있다:
DG = 0.225 DS
상기 식에서, DS는 입자의 직경이고, DG는 가상의 사면체의 모서리에 배열된 4개의 입자들 사이의 간극에 꼭 맞는 가상의 구의 직경이다. 예를 들어, 1 ㎜ 크기의 구형 입자의 규칙적인 대열에서, 도달될 최소 간극은 225 ㎛이다.
플러그의 외측 측방향 표면에서, 입자의 패킹은, 도관의 내측 표면에 의해 부과된 제약으로 인해, 덜 규칙적일 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이들 "가장자리 효과"는 플러그와 도관 사이에 위치한 탄성 부품이 제공됨으로써 경감될 수 있다. 탄성 부품은 입자의 규칙적인 배열이 붕괴하는 것을 저감시키기 위해 플러그의 외측 입자를 수용하는 역할을 한다. 게다가, 탄성 부품은 압축력을 플러그에 가함으로써 입자의 규칙적인 패킹을 추가로 향상시키고 입자 배열물 내에 간극이 있을 가능성을 저감시키는 역할을 할 수 있다.
탄성 부품은 도관 내부에 위치한 슬리브일 수 있다.
바람직하게는, 장치는 슬리브의 방사상 내향 방향으로 슬리브에 압력을 가하기 위한 수단을 포함한다. 이는 슬리브를 플러그에 대해 압박하는 것을 보장하는 것을 도움으로써, 플러그의 표면에서 크기가 너무 큰 공극의 출현을 저감시키는 것을 추가로 돕는다. 이러한 경우에, 도관은 바람직하게는 공압식 핀치 밸브를 포함할 수 있다. 상업적인 핀치 밸브의 전형적인 모델은 프랑스 68210 레츠윌러 길라르도니 루 5에 소재한 아코 이노베이션즈 사스(AKO Innovations SAS)에 의해 제조된 것이다.
바람직하게는, 입자를 플러그 내에 붙잡아 놓기 위해, 체가 도관의 출구에 배치된다. 그러나, 입자가 체 내의 개구를 폐색하여 도관으로부터의 폼의 배출을 막을 수 있다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 바람직한 실시양태에서, 체는 플러그의 하류 단부 쪽을 향하는 돌출부의 대열을 포함하고, 상기 돌출부는 폼이 플러그로부터 배출되는 것을 허용하도록 이들 사이에 상응하는 개구의 대열을 제공하도록 배열된다. 따라서 제공된 체의 3차원 표면은 입자에 의한 체 개구의 폐색을 저감시키는 것을 돕는다.
전형적으로, 돌출부는 플러그 방향에서 내향으로 테이퍼링된다. 예를 들어, 돌출부는 반구형 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 반구형 돌출부는 전형적으로 2차원 조밀-패킹 대열로 배열된다.
바람직하게는, 반구형 돌출부의 직경은 플러그 입자의 직경의 1 내지 4 배이다.
전형적으로, 입구는 도관의 하류 방향에서 외향으로 벌어진다. 전형적으로, 출구는 도관의 하류 방향에서 테이퍼링된다. 따라서, 입구와 출구 중 하나 또는 둘 다는 예를 들어 원뿔 형상을 가질 수 있다. 이는 일반적으로 가스 및 계면활성제가 도관 내로 흘러들어가는 것을 개선하는 것 및/또는 폼이 도관으로부터 흘러나오는 것을 개선하는 것을 도울 수 있다.
특정한 실시양태에서, 장치는 폼 첨가제를 폼 내로 도입시키기 위한 수송관을 포함할 수 있다.
세 번째 측면에서, 본 발명은
본 발명의 두 번째 측면에 따른 장치를 제공하는 단계;
가스를 포함하는 제1 공급물 및 계면활성제 용액을 포함하는 제2 공급물을 도관 입구를 통해 도관에 공급하는 단계; 및
제1 및 제2 공급물을 플러그를 통해 추진시켜 폼을 형성하는 단계
를 포함하는, 폼을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
전형적으로, 장치는 도관의 방사상 내향으로 배치된 슬리브를 포함하고 방법은 슬리브의 방사상 내향 방향으로 슬리브에 압력을 가하여 슬리브를 입자의 플러그에 대해 압박하는 추가의 단계를 포함한다. 이러한 경우에, 압력은 전형적으로 3 bar 초과이다. 일반적으로, 압력은 9 bar 미만이다.
일반적으로, 장치는 도관이 직립하도록 배치된다. 이러한 경우에, 입구는 전형적으로 출구보다 위쪽에 위치한다. 이는 도관 내에서의 더 우수한 흐름 분포를 허용하여 중력으로 인한 임의의 유해한 효과를 저감시킬 수 있다.
일반적으로, 도관의 출구에서의 가스 압력은 1 bar 초과이다. 전형적으로, 압력은 8 bar 미만, 바람직하게는 3 bar 미만이다.
일반적으로, 방법은 안정화 첨가제를 폼에 첨가하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 안정화 첨가제는 젤라틴 및 곡분제 페이스트 (예를 들어, 전분 페이스트)의 군으로부터 선택된 콜로이드성 작용제; 레올로지 개질제; 또는 증점제 (증점제의 바람직한 예는 크산탄 검, 구아 검, 알긴산염, 셀룰로스 에테르 및 전분 에테르임)일 수 있다.
전형적으로, 폼이 도관에서 배출된 후에 첨가제를 폼에 첨가한다.
바람직하게는, 방법은 폼을 수경성 결합제 슬러리 (예를 들어, 석고 스투코 슬러리)에 혼입시키는 추가의 단계를 포함한다. 이어서 관련 기술분야에 널리 공지된 바와 같이 슬러리를 성형하고 경화시키고 건조시킬 수 있다.
네 번째 측면에서, 본 발명은 코어 세공률의 분산도가 1.4 미만인 시멘트질 제품을 제공할 수 있다.
세공 크기 분산도 지수 (
Figure pct00005
)는 면적-가중 평균 세공 크기 (
Figure pct00006
) 대 수 평균 세공 크기 (
Figure pct00007
)의 비로서 계산된다.
따라서,
Figure pct00008
이다.
바람직하게는, 세공 크기 분산도는 1.2 미만이다.
코어 세공률은 세공 크기 및 분포가 실질적으로 규칙적인 시멘트질 제품의 내측 영역에서의 세공률과 관련된다. 이는 시멘트질 제품의 표면 영역에서의 세공률을 제외한다. 사실상, 코어 세공률은 시멘트질 제품의 경화된 표면으로부터 5 ㎜ 이상의 깊이에서 측정된다.
바람직하게는, 시멘트질 제품의 코어에서의 평균 세공 크기는 300 ㎛ 이상, 더 바람직하게는 400 ㎛ 이상이다.
전형적으로, 시멘트질 제품은 석고 제품이다.
본 발명은 이제 예로서 하기 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 두 번째 측면의 실시양태에 따른 도관의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 도 1의 실시양태의 체 중 하나의 개략적인 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 체의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 도 1의 실시양태의 플러그 및 슬리브의 개략적인 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일부를 형성하지 않는 예시적인 실시예에 따른, 경질 슬리브 내에 붙잡힌 입자의 플러그의 단면도이다.
도 4a 및 4b는 각각 누적 면적 및 누적 수에 있어서 비교 실시예 1 및 실시예 1에 따라 제조된 폼에 대한 기포 크기 분포를 보여주는 그래프이다.
도 5a 및 5b는 각각 누적 면적 및 누적 수에 있어서 비교 실시예 1 및 실시예 1에 따라 제조된 석고 시편에 대한 세공 크기 분포를 보여주는 그래프이다.
도 1을 참조하자면, 공압식 핀치 밸브(10)는 유체 흐름을 위한 채널을 제공한다. 핀치 밸브는 경질 외측 쉘(12) 및 가요성 내측 슬리브(14)를 포함한다. 경질 외측 쉘(12) 및 가요성 내측 슬리브(14)는 각각 일반적으로 원통형인 형상을 갖고, 가요성 내측 슬리브(14)는 경질 외측 쉘(12)의 방사상 내향으로 제공된다.
외측 쉘(12)은 각각 저마다의 단부에 볼트에 의해 조여진 플랜지(13a,b)를 갖는다. 내측 슬리브(14)는 외측 쉘(12)과 저마다의 플랜지(13a,b) 사이의 각각 저마다의 단부에서 고정되어 있다.
내측 슬리브(14)는 엘라스토머성 재료, 예를 들어 고무로부터 형성될 수 있다.
외측 쉘(12)은 내측 슬리브의 각각의 단부에서 내측 슬리브(14)와 접촉하는 반면에, 외측 쉘(12)의 중간부는 내측 슬리브(14)로부터 떨어져 있어서, 외측 쉘(12)과 내측 슬리브(14) 사이에서 일반적으로 고리-형상인 간극(16)을 제공한다.
외측 쉘(12)은 공기가 고리-형상의 간극(16) 내로 들어가는 것을 허용하기 위한 공기 입구(12a)를 갖는다.
내측 슬리브(14)는 플러그(18)를 형성하도록 조밀-패킹 3차원 대열로 배열된 복수의 구형 비드를 보유한다. 예를 들어, 비드는 3차원 육방 조밀-패킹 대열, 3차원 입방 조밀-패킹 대열, 또는 이들 2가지의 패킹 배열물의 혼합물로서 배열될 수 있다. 예를 들어, 다양한 방향을 갖는 부분-대열들이 만나는 경우에, 국소적인 패킹 불규칙성이 발생할 수 있지만, 전체적으로, 비드의 패킹은 일반적으로 규칙적이다.
비드 직경은 일반적으로 1 내지 5 ㎜의 범위, 바람직하게는 1 내지 3 ㎜의 범위이다.
복수의 비드는 각각 플러그(18)의 상류 단부 및 플러그(18)의 하류 단부에 제공된 2개의 지지 체(20a,b)에 의해 핀치 밸브(10) 내에 지지된다.
도 2a 및 2b를 참조하자면, 각각의 지지 체(20)는 한쪽 면 상에 배열된 반구형 돌출부(23)를 갖는 기저 디스크(21)를 갖는다. 반구형 돌출부는 체의 중심 영역에서 각각의 돌출부가 6개의 다른 돌출부와 접촉하도록 조밀-패킹 대열로 배열된다 (체의 가장자리에 가까운 돌출부는 가장자리 효과 때문에 각각 더 적은 돌출부와 접촉함). 돌출부들 사이의 간극은 기저 디스크의 두께를 통해 연장하는 개구를 한정한다.
반구형 돌출부는 구형 비드를 기저 디스크(21)로부터 멀리 떨어지게 붙잡는 역할을 하므로, 비드는 기저 디스크 내의 개구를 폐색할 수 없다. 전형적으로, 반구형 돌출부는 비드의 반경의 1 내지 4 배의 반경을 갖는다.
입구 도관(22a)이 핀치 밸브의 상류 단부에서 제공된다. 입구 도관(22a)은 핀치 밸브의 하류 방향에서 외향으로 벌어진다.
출구 도관(22b)이 핀치 밸브의 하류 단부에서 제공된다. 출구 도관은 핀치 밸브의 하류 방향에서 테이퍼링된다.
사용 시, 간극 내의 공기 압력이 예를 들어 약 6 bar로 증가하도록 공기가 고리-형상의 간극(16)에 제공된다. 증가된 압력은 내측 슬리브(14)를 방사상 내향 방향으로 변형시켜, 이를 플러그(18)의 표면에 대해 압박한다. 이는 플러그와 내측 슬리브 사이의 빈 공간을 감소시키는 것을 돕고, 비드의 패킹 규칙성의 저감과 같은 가장자리 효과를 저감시키는 것을 보장하는 것을 돕는다. 따라서, 내측 슬리브를 제공하는 것은 플러그의 전체 몸체에 걸쳐 비드의 규칙적인 패킹을 촉진하는 것을 돕는다.
탄성 슬리브를 플러그(18) 주위에 제공하고 이를 사용하여 압축력을 플러그 상에 전달하는 것의 효과가 도 3에 도시되어 있다. 도 3b는 입자(18')의 플러그가 경질 슬리브(14') 내에 붙잡혀 있는 것인 비교 실시예를 보여준다. 경질 슬리브가 입자를 수용할 수 없음으로 인해 초래된 패킹 불규칙성 때문에, 확대된 공극이 플러그의 가장자리에 존재한다. 게다가, 입자의 대열 내의 간극으로 인해, 플러그의 몸체 내에 결함이 존재한다. 도 3a는 탄성 슬리브(14)가 어떻게 해서 플러그(18)의 가장자리에서 입자를 수용하는 것을 도울 수 있고 압축력을 플러그 상에 가하는 것이 어떻게 해서 플러그 내의 결함을 감소시키는 것을 돕는지를 보여준다.
공기 공급물(28) 및 계면활성제 용액 공급물(30)을 입구 도관(22a)에 제공하고 압력 하에서 지지 체(20a), 플러그(18), 및 지지 체(20b)를 통해 추진시켜, 출구(22b)에서 핀치 밸브(10)로부터 배출되는 폼 공급물(32)을 제공한다. 전형적으로, 출구에서의 폼 압력은 약 2 bar이다.
핀치 밸브(10)는 외측 쉘(12) 및 내측 슬리브(14)가 직립하고 입구 도관(22a)이 출구 도관(22b)보다 위쪽에 있도록 배치된다.
하기 실시예는 단지 예시로서 제시된다.
비교 실시예 1
일정한 흐름의 공기 및 폼 발생제 용액을 회전자/고정자 부품이 장착된 폼 발생기, 즉 동적 폼 발생기에 통과시킴으로써 폼을 발생시켰다. 폼 발생 조건을 하기와 같이 설정하였다:
- 폼 발생기 속도: 약 2900 rpm
- 회전자/고정자 간극: 약 0.5 ㎜
- 폼 발생제: 제오 스페셜리티 케미칼즈로부터의 하이오닉 PFM10 폼 발생제 (이는 불안정성 폼 발생제임)
- 폼 발생제 농도: 약 0.5 wt%
- 폼 밀도: 약 91 g/ℓ
실시예 1
공기 및 폼 발생제 용액을 도 1에 나타내어진 유형의 정적 폼 발생 장치에 통과시킴으로써 폼을 발생시켰다. 이러한 경우에, 폼 발생 조건을 하기와 같이 설정하였다:
- 충전 입자: 약 1 ㎜ 직경의 구형 입자
- 폼 발생기 반대-압력: 약 2 bar
- 핀치 밸브 내측 압력: 약 6 bar
- 폼 발생제: 스테판 캄파니(Stepan Company)로부터의 스테올(STEOL) DES32i (이는 C8-C12의 범위의 평균 탄소 쇄 길이를 갖는 알킬 에테르 황산염-기재의 폼 발생제임)
- 폼 발생제 농도: 약 1 wt%
- 폼 밀도: 약 91 g/ℓ
폼 발생된 슬러리의 제조
이어서 예비-발생된 폼을 예비-혼합된 석고 스투코 슬러리와 다양한 비율로 약하게 블렌딩하여 다양한 수준의 밀도 (0.5 내지 0.8 g/㎤ 이하)를 갖는 여러 석고 시편을 제조하였다. 전형적인 슬러리 조성이 표 1에 나타나 있다:
<표 1>
Figure pct00009
결과: 폼 형태 및 석고 시편의 미세구조의 정량적 분석
폼의 형태 및 석고 시편의 코어 구조를 광학현미경 장비 및 이미지제이(ImageJ)® 소프트웨어를 사용하여 분석하였다.
도 3a의 곡선 1 및 2는 각각 비교 실시예 1 및 실시예 1에서 발생된 폼 기포의 누적 부피 분포를 보여준다. 곡선 1' 및 2'는 누적 부피 분포의 저마다의 1차 도함수를 보여준다. 비교 실시예 1 및 실시예 1에 대한 부피 평균 기포 크기 (
Figure pct00010
)는 각각 곡선 1' 및 곡선 2'의 피크의 위치에 의해 한정된다.
마찬가지로, 도 3b의 곡선 3 및 4는 각각 비교 실시예 1 및 실시예 1에서 발생된 폼 기포의 누적 수 분포를 보여준다. 곡선 3' 및 4'는 누적 수 분포의 저마다의 1차 도함수를 보여준다. 비교 실시예 1 및 실시예 1에 대한 수 평균 기포 크기 (
Figure pct00011
)는 각각 곡선 3' 및 곡선 4'의 피크의 위치에 의해 한정된다.
기포 크기 분산도
Figure pct00012
는 부피 평균 기포 크기 대 수 평균 기포 크기의 비로서 계산된다.
도 4a의 곡선 5 및 6은 각각 비교 실시예 1 및 실시예 1에서 제조된 석고 시편의 코어 내에 존재하는 세공의 누적 부피 분포를 보여준다. 곡선 5' 및 6'은 누적 부피 분포의 저마다의 1차 도함수를 보여준다. 비교 실시예 1 및 실시예 1의 석고 시편에 대한 부피 평균 세공 크기 (
Figure pct00013
)는 각각 곡선 5' 및 곡선 6'의 피크의 위치에 의해 한정된다.
마찬가지로, 도 4b의 곡선 7 및 8은 각각 비교 실시예 1 및 실시예 1에서 제조된 석고 시편의 코어 내에 존재하는 세공의 누적 수 분포를 보여준다. 곡선 7' 및 8'은 누적 수 분포의 저마다의 1차 도함수를 보여준다. 비교 실시예 1 및 실시예 1의 석고 시편에 대한 수 평균 세공 크기 (
Figure pct00014
)는 각각 곡선 7' 및 곡선 8'의 피크의 위치에 의해 한정된다.
세공 크기 분산도 (
Figure pct00015
)는 부피 평균 세공 크기 대 수 평균 세공 크기의 비로서 계산된다.
<표 2>
Figure pct00016
결과: 기계적 시험
비교 실시예 1 및 실시예 1에 대한 압입 강도 결과가 표 3에 명시되어 있다. 상기 시험은 약 8 ㎜ 직경의 구형 헤드 압입 기구를 사용하여 압입 강도를 측정하는 것으로 이루어진다. (강성이라고도 불리는) 압입 강도는 장력 (N) 대 변형 (㎜)에 관한 곡선의 기울기에 상응한다.
<표 3>
Figure pct00017

Claims (15)

  1. 가스 공급물 및 계면활성제 공급물을 수용하기 위한 입구 및 폼(foam)의 배출을 허용하기 위한 출구를 갖는 도관을 포함하며, 상기 도관은 도관을 따르는 유체 흐름에 대한 부분적 장벽을 제공하는 다공성 플러그를 보유하고, 상기 플러그는 규칙적인 대열로 패킹된 복수의 입자를 포함하고, 상기 입자들은 이들 사이에서 연장하는 세공의 3차원 네트워크를 한정하는 것이고,
    플러그와 도관 사이에 위치한 탄성 부품을 포함하는, 시멘트질 슬러리에 혼입시키기 위한 폼을 제조하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 탄성 부품이 도관의 방사상 내향 측에 배치된 슬리브를 포함하는 것인 장치.
  3. 제2항에 있어서, 슬리브의 방사상 내향 방향으로 슬리브에 압력을 가하여 슬리브를 입자의 플러그에 대해 압박하기 위한 수단을 추가로 포함하는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 출구가 체를 포함하고, 상기 체는 플러그의 하류 단부 쪽을 향하는 돌출부의 대열을 포함하고, 상기 돌출부는 이들 사이에 상응하는 개구의 대열을 제공하도록 배열됨으로써, 폼이 플러그로부터 배출되는 것을 허용하는 것인 장치.
  5. 제4항에 있어서, 돌출부가 반구형인 장치.
  6. 제5항에 있어서, 돌출부의 직경이 구형 입자의 직경의 1 내지 4 배인 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 출구가 도관의 하류 방향에서 테이퍼링되고/거나 입구가 도관의 하류 방향에서 외향으로 벌어지는 것인 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 장치를 제공하는 단계;
    가스를 포함하는 제1 공급물 및 계면활성제를 포함하는 제2 공급물을 도관 입구를 통해 도관에 공급하는 단계; 및
    제1 및 제2 공급물을 복수의 입자를 통해 추진시켜 폼을 형성하는 단계
    를 포함하는, 석고 슬러리에 혼입시키기 위한 폼을 제조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 슬리브의 방사상 내향 방향으로 슬리브에 압력을 가하여 슬리브를 비드의 플러그에 대해 압박하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 압력이 3 내지 9 bar의 범위인 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 도관의 출구에서의 가스 압력이 1 내지 3 bar의 범위인 방법.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 폼에 안정화 첨가제를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 폼을 수경성 결합제 슬러리, 예컨대 석고 슬러리에 혼입시키는 추가의 단계를 포함하는 방법.
  14. 석고 스투코 슬러리를 제공하는 단계, 및 슬러리에 폼을 혼입시키는 단계를 포함하며,
    여기서 폼의 기포 크기 분산도 지수가 1.4 미만이고, 폼의 평균 기포 크기가 100 ㎛ 이상인,
    석고 제품을 제조하는 방법.
  15. 세공의 분산도가 1.4 미만이고, 평균 세공 크기가 300 ㎛ 이상인 시멘트질 제품.
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