KR20200140828A - 석탄을 포함하는 성형물용 바인더 - Google Patents

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KR20200140828A
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Abstract

본 발명은, 고유점도가 2.0dl/g 이상인 고분자 폴리머를 함유하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더에 관한 것이다.

Description

석탄을 포함하는 성형물용 바인더
본 발명은, 석탄을 포함하는 성형물용 바인더에 관한 것이다. 예를 들면 코크스로(coke oven)에 장입탄(裝入炭)의 일부로서 사용하는 성형탄에 사용되는 바인더나, 기타 석탄을 포함하는 분체(粉體)를 가압성형하여 단광(團鑛, briquette)을 만들 때의 바인더를 포함한다.
종래 석탄을 포함하는 성형물의 성형성 유지 및 강도부여의 목적으로서, 타르, 타르 잔사물, 아스팔트, 석탄피치 및 아스팔트를 증류 또는 중질화한 피치(석유피치)의 역청물 등의 바인더가 사용되고 있다.
예를 들면 특허문헌1에는, 로드 타르(road tar)를 바인더로 사용하는 석탄을 포함하는 성형물로서, 경탄(硬炭)을 다배합한 용광로용 코크스가 제안되어 있다.
또한 특허문헌2에는, 석유피치 및 증류 타르를 바인더로 사용하는 석탄을 포함하는 성형물로서, 용광로용 코크스가 제안되어 있다.
일본국 출원공고 특공소60-9547호 공보 일본국 특허 제4879706호 공보
그러나 상기 바인더를 사용하는 경우에, 성형물의 성형성을 유지하고 강도(强度)를 부여하기 위해서는, 성형물 전량에 대한 바인더의 첨가농도를 높게 할 필요가 있기 때문에, 처리비용이 높아지는 등의 과제가 있었다.
또한 석탄 등과 상기 바인더를 혼련(混練)할 때에, 상기 바인더는 상온에서는 점도가 높아 균일하게 혼련할 수 없기 때문에, 증기를 사용하여 고온상태에서 혼련할 필요가 있다. 그 때문에, 고온가열이 가능한 전용설비가 필요하게 되어, 설비투자비용이 증가한다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 낮은 첨가농도로 충분한 강도를 발휘하고 상온에서 사용 가능한 석탄을 포함하는 성형물용 바인더를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 고유점도가 2.0dl/g 이상인 고분자 폴리머를 함유하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더가, 낮은 첨가농도로 충분한 강도를 발휘하고 상온에서 사용이 가능하다는 발견에 의거하는 것이다.
즉 본 발명은, 다음의 [1]∼[9]를 제공한다.
[1] 고유점도가 2.0dl/g 이상인 고분자 폴리머를 함유하는 것을 특징으로 하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더(成形物用 binder).
[2] 상기 고분자 폴리머가, 아니온성 폴리머(anion性 polymer) 또는 카티온성 폴리머(cation性 polymer)인 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재되어 있는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더.
[3] 상기 고분자 폴리머를 포함하는 에멀션을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재되어 있는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더.
[4] 상기 고분자 폴리머가, (메타)아크릴산나트륨의 중합체, (메타)아크릴산나트륨과 아크릴아미드의 공중합체, 및 (메타)아크릴산2-트리메틸아미니오에틸클로라이드와 아크릴아미드의 공중합체로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 상기 [1]∼[3] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더.
[5] 상기 고분자 폴리머가, 아크릴산나트륨의 중합체, 아크릴산나트륨과 아크릴아미드의 공중합체, 및 아크릴산2-트리메틸아미니오에틸클로라이드와 아크릴아미드의 공중합체로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 상기 [1]∼[4] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더.
[6] 상기 고유점도가 3.0dl/g 이상 30dl/g 이하인 상기 [1]∼[5] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더.
[7] 상기 [1]∼[6] 중의 어느 하나의 항에 기재되어 있는 바인더를 사용하는 것을 특징으로 하는 석탄을 포함하는 성형물의 제조방법.
[8] 상기 고분자 폴리머를 에멀션으로 하여 첨가하는 상기 [7]에 기재되어 있는 석탄을 포함하는 성형물의 제조방법.
[9] 압축성형에 의하여 성형하는 상기 [7] 또는 [8]에 기재되어 있는 석탄을 포함하는 성형물의 제조방법.
본 발명에 의하면, 낮은 첨가농도로 충분한 강도를 발휘하고 상온에서 사용 가능한 석탄을 포함하는 성형물용 바인더를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 제조방법을 사용하면, 상온에서 석탄을 포함하는 성형물을 제조하는 것이 가능해지기 때문에, 특별한 장치를 필요로 하지 않게 되어, 설비투자비용을 삭감하는 것도 가능해진다.
이하, 본 발명의 석탄을 포함하는 성형물용 바인더를 상세하게 설명한다.
또한 본 명세서에 있어서, 「(메타)아크릴」은 「아크릴」 및/또는 「메타아크릴(메타크릴)」을 의미한다.
[석탄을 포함하는 성형물용 바인더]
본 발명의 석탄을 포함하는 성형물용 바인더는, 고유점도가 2.0dl/g 이상인 고분자 폴리머를 함유한다. 고유점도가 2.0dl/g 이상인 고분자 폴리머를 함유함으로써, 낮은 첨가농도로 충분한 강도(强度)를 발휘하고, 상온에서 사용 가능한 석탄을 포함하는 성형물용 바인더를 제공할 수 있다.
석탄을 포함하는 성형물용 바인더에는, 고유점도가 2.0dl/g 이상인 고분자 폴리머 이외에, 예를 들면 타르, 타르 잔사물, 아스팔트, 석탄피치 및 아스팔트를 증류 또는 중질화한 피치(석유피치)의 역청물 등의 바인더 등 종래 바인더로 사용되고 있는 성분이 포함되어 있어도 좋다. 그러나 석탄을 포함하는 성형물용 바인더 중의 고분자 폴리머의 함유량은, 낮은 첨가농도로 충분한 강도를 발휘하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더를 얻는다는 관점에서 0.5질량％ 이상인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1.0질량％ 이상, 더욱 바람직하게는 1.5질량％ 이상이며, 취급의 용이성의 관점에서 70.0질량％ 이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 60.0질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 50.0질량％ 이하이다.
석탄을 포함하는 성형물용 바인더의 유효성분 중에 있어서의 고분자 폴리머의 함유량은, 낮은 첨가농도로 충분한 강도를 발휘하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더를 얻는다는 관점에서, 바람직하게는 80질량％ 이상, 더 바람직하게는 90질량％ 이상, 더욱 바람직하게는 98질량％ 이상이고, 특히 100질량％인 것이 바람직하다. 여기에서 유효성분은, 바인더로부터 물 등의 용매나 본 발명에 관한 고분자 폴리머(고유점도가 2.0dl/g 이상) 이외의 성분을 제외한 성분을 의미한다.
또한 석탄을 포함하는 성형물용 바인더는, 수지(樹脂) 단독, 고분자 폴리머를 포함하는 수용액, 고분자 폴리머를 포함하는 에멀션 등을 함유하고 있어도 좋고, 고분자 폴리머를 포함하는 에멀션을 함유하는 것이 바람직하다. 비교적 점도가 낮고 또한 액상(液狀)인 에멀션을 함유함으로써, 석탄을 포함하는 성형물을 구성하는 성분과의 혼련(混練)이 용이하게 되어, 효과를 발휘할 때까지 필요한 시간도 단축할 수 있다.
성형물용 바인더가 당해 에멀션을 포함하는 경우에, 당해 에멀션 외에, 본 발명의 목적이 손상되지 않는 범위에서 필요에 따라 예를 들면 안정제, 종래 바인더 등 다른 성분을 함유하여도 좋다. 성형물용 바인더가 당해 에멀션을 함유하는 경우에, 성형물용 바인더 중에 있어서의 에멀션의 함유량은, 바람직하게는 80질량％ 이상, 더 바람직하게는 90질량％ 이상, 더욱 바람직하게는 98질량％ 이상이고, 특히 100질량％인 것이 바람직하다.
또한 성형물용 바인더가 당해 에멀션을 함유하는 경우에, 에멀션 중의 유효성분의 함유량은, 바람직하게는 20질량％ 이상, 더 바람직하게는 30질량％ 이상, 더욱 바람직하게는 35질량％ 이상이고, 바람직하게는 60질량％ 이하, 더 바람직하게는 50질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 45질량％ 이하이다.
성형물용 바인더가 당해 수용액을 포함하는 경우에, 당해 수용액 외에, 본 발명의 목적이 손상되지 않는 범위에서 필요에 따라 예를 들면 안정제, 종래 바인더 등 다른 성분을 함유하여도 좋다. 성형물용 바인더가 당해 수용액을 함유하는 경우에, 성형물용 바인더 중에 있어서의 수용액의 함유량은, 바람직하게는 80질량％ 이상, 더 바람직하게는 90질량％ 이상, 더욱 바람직하게는 98질량％ 이상이고, 특히 100질량％인 것이 바람직하다.
또한 성형물용 바인더가 당해 수용액을 함유하는 경우에, 수용액 중의 유효성분의 함유량은, 바람직하게는 0.5질량％ 이상, 더 바람직하게는 1.0질량％ 이상, 더욱 바람직하게는 1.5질량％ 이상이고, 바람직하게는 3.5질량％ 이하, 더 바람직하게는 3.0질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 2.5질량％ 이하이다.
〈고분자 폴리머〉
석탄을 포함하는 성형물용 바인더에 함유되는 고분자 폴리머는, 고유점도가 2.0dl/g 이상이다. 고분자 폴리머는, 낮은 첨가농도로 충분한 강도를 발휘하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더를 얻는다는 관점에서, 아니온성 폴리머(anion性 polymer) 또는 카티온성 폴리머(cation性 polymer)인 것이 바람직하다.
아니온성 폴리머는, 고유점도가 2.0dl/g 이상이면 특별히 한정되지 않는다.
아니온성 폴리머로서는, 예를 들면 (메타)아크릴산 또는 그 염의 중합체, 아크릴아미드 부분 가수분해물의 중합체, (메타)아크릴산 또는 그 염과 아크릴아미드의 공중합체, 부분 술포메틸화 아크릴아미드의 중합체, (2-아크릴아미드)-2-메틸프로판술폰산염과 아크릴아미드의 공중합체, 및 (메타)아크릴산 또는 그 염과 아크릴아미드와 (2-아크릴아미드)-2-메틸프로판술폰산염의 삼원 공중합체 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다. 이들 중에서, 낮은 첨가농도로 충분한 강도를 발휘하고 상온에서 사용 가능한 석탄을 포함하는 성형물용 바인더를 얻는다는 관점에서, (메타)아크릴산나트륨의 중합체, 및 (메타)아크릴산나트륨과 아크릴아미드의 공중합체가 바람직하고, 아크릴산나트륨의 중합체, 및 아크릴산나트륨과 아크릴아미드의 공중합체가 더 바람직하고, 아크릴산나트륨과 아크릴아미드의 공중합체가 더욱 바람직하다.
카티온성 폴리머는, 고유점도가 2.0dl/g 이상이면 특별히 한정되지 않는다.
카티온성 폴리머로서는, 예를 들면 (메타)아크릴산디메틸아미노에틸염화메틸 4급염의 중합체, 디알릴디메틸암모늄클로라이드의 중합체, 알킬아민에피클로로히드린 축합물의 중합체, 및 알킬아민에피클로로히드린 축합물과 아크릴아미드의 공중합체, (메타)아크릴산2-트리메틸아미니오에틸클로라이드와 아크릴아미드의 공중합체 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다. 이들 중에서, 낮은 첨가농도로 충분한 강도를 발휘하고 상온에서 사용 가능한 석탄을 포함하는 성형물용 바인더를 얻는다는 관점에서, (메타)아크릴산2-트리메틸아미니오에틸클로라이드와 아크릴아미드의 공중합체가 바람직하고, 아크릴산2-트리메틸아미니오에틸클로라이드와 아크릴아미드의 공중합체가 더 바람직하다.
〈고유점도〉
본 발명의 석탄을 포함하는 성형물용 바인더에 함유되는 고분자 폴리머는, 고유점도가 2.0dl/g 이상이다.
고유점도는 [η]로 나타내고, 하기 Huggins의 식을 사용하여 산출된 값으로 한다.
Huggins의 식 : ηSP/C＝[η]＋k′[η]2C
상기 식에 있어서, ηSP : 비점도(＝ηrel-1), k′ : Huggins 상수, C : 고분자 폴리머 시료용액 농도, ηrel : 상대점도를 나타낸다.
다른 농도의 고분자 폴리머 시료용액을 조제하고, 각 농도의 용액에 대하여 비점도(ηSP)를 구하여, ηSP/C 대 C의 관계를 플롯하고, C를 0에 외삽한 절편의 값이 고유점도[η]이다. 또한 아니온성 폴리머에 대해서는 1.0N 염화나트륨 수용액, 카티온성 폴리머에 대해서는 1.0N 질산나트륨 수용액, 비이온성 폴리머에 대해서는 1.0N 염화나트륨 수용액, 양쪽성 폴리머에 대해서는 1.0N 질산나트륨 수용액을 블랭크액(blank solution) 및 고분자 폴리머 시료용액의 용매로서 사용한다.
또한 비점도(ηSP)는, 하기 실시예에 나타내는 방법으로 구할 수 있다.
본 발명에 있어서 고분자 폴리머의 고유점도는, 낮은 첨가농도로 충분한 강도를 발휘하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더를 얻는다는 관점에서, 2.0dl/g 이상이고, 바람직하게는 3.0dl/g 이상, 더 바람직하게는 4.0dl/g 이상이며, 석탄과의 혼련의 용이성의 관점에서, 바람직하게는 30dl/g 이하, 더 바람직하게는 26dl/g 이하, 더욱 바람직하게는 22dl/g 이하이다.
[석탄을 포함하는 성형물]
본 발명의 석탄을 포함하는 성형물은, 적어도 석탄을 포함한다. 석탄 이외에 포함되는 성분은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 철광석, 금속산화물, 식물성 폐기물(바이오매스), 소석회 등을 들 수 있다.
석탄을 포함하는 성형물 중의 석탄의 함유량은, 바람직하게는 50질량％ 이상, 더 바람직하게는 80질량％ 이상이다.
또한 석탄을 포함하는 성형물은, 석탄을 포함하는 분체(粉體)를 성형하여 얻어지는 것이 바람직하다.
성형물에 포함되는 석탄은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 무연탄, 반무연탄, 역청탄, 아역청탄 및 갈탄 등을 들 수 있다.
석탄을 포함하는 성형물에 있어서의 고분자 폴리머의 함유량은, 충분한 강도를 발휘하는 석탄을 포함하는 성형물을 얻는다는 관점에서, 석탄을 포함하는 성형물을 구성하는 성분(석탄이 함유하는 수분을 제외한다)의 전량에 대하여, 바람직하게는 0.01질량％ 이상, 더 바람직하게는 0.05질량％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.10질량％ 이상이고, 처리비용을 억제한다는 관점에서, 바람직하게는 10.00질량％ 이하, 더 바람직하게는 5.00질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 1.00질량％ 이하이다.
또한 종래 바인더를 고분자 폴리머와 병용하여 바인더로서 사용하는 경우에, 석탄을 포함하는 성형물 중의 종래 바인더의 함유량은, 석탄을 포함하는 성형물을 구성하는 성분(석탄이 함유하는 수분을 제외한다)의 전량에 대하여, 바람직하게는 5질량％ 이하, 더 바람직하게는 3질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 1질량％ 이하이다.
[석탄을 포함하는 성형물의 제조방법]
석탄을 포함하는 성형물의 제조방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 압축성형에 의하여 성형하여 제조하는 것이 바람직하다. 압축성형에 의하여 성형함으로써, 강도가 우수한 성형물을 얻기 쉬워진다.
압축성형 시의 압력은, 강도가 우수한 석탄을 포함하는 성형물을 얻는다는 관점에서, 바람직하게는 0.5t/㎠ 이상, 더 바람직하게는 1.0t/㎠ 이상이고, 바람직하게는 10t/㎠ 이하, 더 바람직하게는 5t/㎠ 이하이다.
석탄을 포함하는 성형물용 바인더 중의 고분자 폴리머는, 낮은 첨가농도로 충분한 강도를 발휘하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더를 얻는다는 관점에서, 아니온성 폴리머 또는 카티온성 폴리머를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 고분자 폴리머는, 석탄을 포함하는 성형물을 제조할 때에, 석탄을 포함하는 성형물을 구성하는 성분에 수지의 상태로 첨가하여도 좋고, 또는 수용액으로 하여 첨가하여도 좋고, 에멀션으로 하여 첨가하여도 좋다. 그중에서도, 석탄을 포함하는 성형물을 구성하는 성분과의 혼련의 용이성 및 효과를 발휘할 때까지 필요한 시간의 단축화의 관점에서, 비교적 점도가 낮고 또한 액상인 에멀션으로 하여 첨가하는 것이 바람직하다.
또한 상기 고분자 폴리머는, 석탄을 포함하는 성형물을 구성하는 성분과의 혼련의 용이성을 고려하여, 2유체 노즐 등을 사용하여 미세한 액적(液滴)으로 분무하여 첨가하여도 좋다.
(실시예)
다음에 본 발명을 실시예에 의하여 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의하여 어떠한 한정도 되지 않는다.
[성형물의 제조]
(실시예1, 4∼5, 7)
상온하에서, 함유 수분량이 8질량％인 석탄 100g에, 석탄 중의 수분 이외의 성분과 바인더의 유효성분의 합계량에 대한 바인더의 유효성분의 농도가 0.2질량％가 되도록 표1에 나타내는 고분자 폴리머 농도(유효성분농도)를 갖는 에멀션을 첨가하고, 에멀션 첨가량과 물의 합계가 2g이 되도록 물을 분무기로 살포한 후에, 2분간 스패튤라(spatula)로 혼합하였다.
혼합한 후에, 얻어진 혼합물에 1축(軸)의 압축성형기로 약 1.0t/㎠의 압력을 가하여, 높이 약 4㎝, 지름 약 2㎝인 원통형 성형탄을 제작하였다.
(실시예2∼3, 6)
상온하에서 함유 수분량이 8질량％인 석탄 100g을 온도 105℃에서 120분간 가열함으로써, 석탄 중의 수분을 증발시켜 건조시켰다.
이어서 고분자 폴리머 농도(유효성분농도)가 표1에 나타내는 농도가 되도록, 물에 대하여 표1에 나타내는 고분자 폴리머를 첨가하고, 자석교반기(magnetic stirrer)를 사용하여 20분간 교반시켰다. 이와 같이 하여 바인더로서, 고분자 폴리머를 물에 용해시킨 수용액(고분자 폴리머 시료용액)을 얻었다.
다음에 상기한 바와 같이 건조시킨 석탄(건조 전 중량 100g)에, 석탄 중의 수분 이외의 성분과 바인더의 유효성분의 합계량에 대한 바인더의 유효성분의 농도가 0.2질량％가 되도록 얻어진 수용액을 10ml 첨가하고, 2분간 스패튤라로 혼합하였다.
혼합한 후에, 얻어진 혼합물에 1축의 압축성형기로 약 1.0t/㎠의 압력을 가하여, 높이 약 4㎝, 지름 약 2㎝인 원통형 성형탄을 작성하였다.
(비교예1)
밀봉조건에서, 80℃로 가열하고, 또한 함유 수분량이 8질량％인 석탄 100g에, 80℃로 가열한 타르를 석탄 중의 수분 이외의 성분과 타르(바인더)의 합계량에 대한 타르 농도가 5.0질량％가 되도록 첨가하고, 2분간 스패튤라로 혼합하였다.
얻어진 혼합물에 1축의 압축성형기로 약 1.0t/㎠의 압력을 가하여, 높이 약 4㎝, 지름 약 2㎝인 원통형 성형탄을 작성하였다.
(비교예2∼5)
상온하에서 함유 수분량이 8질량％인 석탄 100g을 온도 105℃에서 120분간 가열함으로써, 석탄 중의 수분을 증발시켜 건조시켰다.
이어서 고분자 폴리머 농도(유효성분농도)가 표1에 나타내는 농도가 되도록, 물에 대하여 표1에 나타내는 고분자 폴리머를 첨가하고, 자석교반기를 사용하여 20분간 교반시켰다. 이와 같이 하여 바인더로서, 고분자 폴리머를 물에 용해시킨 수용액(고분자 폴리머 시료용액)을 얻었다.
다음에 상기한 바와 같이 건조시킨 석탄(건조 전 중량 100g)에, 석탄 중의 수분 이외의 성분과 바인더의 유효성분의 합계량에 대한 바인더의 유효성분의 농도가 0.2질량％가 되도록 얻어진 수용액을 첨가하고, 2분간 스패튤라로 혼합하였다.
혼합한 후에, 얻어진 혼합물에 1축의 압축성형기로 약 1.0t/㎠의 압력을 가하여, 높이 약 4㎝, 지름 약 2㎝인 원통형 성형탄을 작성하였다.
[측정]
〈고유점도〉
바인더로서 사용하는 고분자 폴리머의 고유점도를, 이하와 같이 하여 구하였다.
(1) 캐논-펜스케 점도계(Cannon-Fenske viscometer)(가부시키가이샤 쿠사노 가가쿠 제품, No.75) 5개를 글라스 기구용 중성세제에 1일 이상 침지(浸漬)시킨 후에, 탈이온수로 충분히 세정하고, 건조시켰다.
(2-1) 바인더 No.A1∼A4, Z2 및 Z3에 대해서는, 물을 사용하여 고분자 폴리머 농도가 0.2질량％가 되도록 용액을 제작하고, 글라스 필터3G2로 전량 여과한 후에, 얻어진 0.2질량％의 용액 50mL에 2N 염화나트륨 수용액 50mL를 가하고, 자석교반기에 의하여 500rpm으로 20분간 교반함으로써, 고분자 폴리머 농도 0.1질량％의 1N 염화나트륨 수용액을 얻었다. 이것을 1N 염화나트륨 수용액으로 희석하여, 0.02∼0.1질량％의 범위 내의 5단계 농도의 고분자 폴리머 시료용액을 조제하였다. 또한 1N 염화나트륨 수용액(1N-NaCl)을 블랭크액으로 하였다.
(2-2) 바인더 No.A5∼A7, Z4 및 Z5에 대해서는, 상기 (2-1)에 있어서, 2N 또는 1N 염화나트륨 수용액 대신에 2N 또는 1N 질산나트륨 수용액을 사용하여, 고분자 폴리머 시료용액을 조제하였다. 또한 1N 질산나트륨 수용액(1N-NaNO3)을 블랭크액으로 하였다.
(3) 온도를 30℃(±0.02℃ 이내)로 조정한 항온수조 내에, 상기 점도계 5개를 수직으로 부착하였다. 각 점도계에 홀 피펫(whole pipette)으로 블랭크액 10mL를 넣은 후에, 온도를 일정하게 하기 위하여 약 30분간 정치(靜置)시켰다. 그 후에 스포이트 마개를 사용하여 액을 빨아올리고 자연낙하시켜, 표선(標線)을 통과하는 시간을 스톱워치로 1/100초 단위까지 측정하였다. 이 측정을 각 점도계에 대하여 5회 반복하고, 평균값을 블랭크값(t0)으로 하였다.
(4) 상기에서 조제한 5단계 농도의 고분자 폴리머 시료용액 각 10mL를 블랭크액의 측정을 실시한 점도계 5개에 넣고, 온도를 일정하게 하기 위하여 약 30분간 정치시켰다. 그 후에 블랭크액의 측정과 동일한 조작을 3회 반복하고, 농도별 통과시간의 평균값을 측정값(t)으로 하였다.
(5) 상기 블랭크값(t0) 및 측정값(t)으로부터, 상대점도(ηrel) 및 비점도(ηSP)를 하기의 관계식으로 구하였다.
ηrel＝t/t0
ηSP＝(t－t0)/t0＝ηrel－1
이들 값으로부터, 하기 Huggins의 식에 의거하는 고유점도의 산출법에 따라 각 고분자 폴리머의 고유점도[η]를 산출하였다.
Huggins의 식 : ηSP/C＝[η]＋k′[η]2C
상기 식에 있어서, k′ : Huggins 상수, C : 고분자 폴리머 시료용액 농도[질량/부피％](＝C[g/dL])를 나타낸다.
[평가]
〈유동성〉
상온하에 있어서의 석탄에 첨가하기 직전의 고분자 폴리머를 포함하는 에멀션, 고분자 폴리머 수용액 및 타르의 유동성을 눈으로 관찰하여 평가하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다.
실시예1, 4∼5, 7과 같이 석탄에 첨가할 때의 바인더의 형태가 에멀션이면, 유동성이 있고, 실시예2∼3, 6과 같이 석탄에 첨가할 때의 바인더의 형태가 수용액이면, 전부 유동성이 없는 겔상(gel狀)이었다. 유동성이 있으면, 석탄을 포함하는 성형물을 구성하는 성분과의 혼련이 용이해지기 때문에, 실시예1, 4∼5, 7에 있어서는 석탄과의 혼련이 용이하였다. 한편 실시예2∼3, 6에 있어서는 유동성이 없는 겔상으로서, 석탄과의 혼련이 용이하지는 않았지만, 균일하게 혼련하는 것은 가능하였다.
비교예1은 유동성이 없어, 상온하에서 석탄과 균일하게 혼련하는 것이 곤란하였다. 비교예2∼5에 있어서는, 고유점도가 낮기 때문에 유동성이 있어, 석탄과의 혼련이 용이하였다.
〈강도(잔존율)〉
성형탄을 각 실시예 및 각 비교예의 조건으로 3개씩 제작하고, 각각의 중량을 측정한 후에, 3개의 성형탄의 평균중량을 구하여, 낙하시험 전의 평균중량으로 하였다.
중량을 측정한 성형탄을 2m의 높이에서 낙하시키고, 부서진 성형탄 중 가장 큰 덩어리의 중량을 측정하였다. 상기 낙하시험을 각 실시예 및 각 비교예의 조건으로 제작한 3개씩의 성형탄에 대하여 실시하였다. 부서진 성형탄 중 가장 큰 덩어리의 중량으로부터, 각 조건에 있어서의 부서진 성형탄 중 가장 큰 덩어리의 평균중량을 구하여, 낙하시험 후의 평균중량으로 하였다. 그리고 하기의 식을 사용하여 잔존율을 계산하여, 성형탄의 강도의 지표로 하였다.
낙하시험 후의 평균중량(g)/낙하시험 전의 평균중량(g)×100＝잔존율(질량％)
그 결과를 표1에 나타낸다. 잔존율이 높을수록 강도가 우수하다.
Figure pct00001
표1 중의 약어는, 이하와 같다.
NaA : 아크릴산나트륨
AAm : 아크릴아미드
DAA : 아크릴산2-트리메틸아미니오에틸클로라이드
AAECH : 알킬아민에피클로로히드린 축합물
DADMAC : 디알릴디메틸암모늄클로라이드
표1의 결과로부터, 실시예1∼7의 바인더는, 비교예1의 바인더에 비하여 낮은 첨가농도로 충분한 강도를 발휘한다는 것을 알 수 있다. 또한 실시예1∼7의 바인더는 상온에서 사용이 가능한 반면, 비교예1의 바인더는 가열하여 사용할 필요가 있다.
또한 실시예1∼7과 비교예2∼5의 비교에 의하여, 고유점도가 2.0dL/g 이상인 것으로부터, 충분한 강도를 발휘한다는 것을 알 수 있다.
또한 실시예3과 실시예4의 비교에 의하여, 고분자 폴리머가 에멀션인 것이 수용액에 비하여 유동성이 있어, 바인더의 점도가 낮아진다는 것을 알 수 있다. 따라서 고분자 폴리머가 에멀션인 것으로부터, 석탄을 포함하는 성형물을 구성하는 성분과의 혼련이 용이해진다고 판단할 수 있다.

Claims (9)

  1. 고유점도가 2.0dl/g 이상인 고분자 폴리머를 함유하는
    석탄을 포함하는 성형물용 바인더(成形物用 binder).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 폴리머가, 아니온성 폴리머(anion性 polymer) 또는 카티온성 폴리머(cation性 polymer)인 것을
    특징으로 하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고분자 폴리머를 포함하는 에멀션을 함유하는 것을
    특징으로 하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 고분자 폴리머가, (메타)아크릴산나트륨의 중합체, (메타)아크릴산나트륨과 아크릴아미드의 공중합체, 및 (메타)아크릴산2-트리메틸아미니오에틸클로라이드와 아크릴아미드의 공중합체로부터 선택되는 적어도 1종인 것을
    특징으로 하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 고분자 폴리머가, 아크릴산나트륨의 중합체, 아크릴산나트륨과 아크릴아미드의 공중합체, 및 아크릴산2-트리메틸아미니오에틸클로라이드와 아크릴아미드의 공중합체로부터 선택되는 적어도 1종인 것을
    특징으로 하는 석탄을 포함하는 성형물용 바인더.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 고유점도가 3.0dl/g 이상 30dl/g 이하인
    석탄을 포함하는 성형물용 바인더.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 하나의 항의 바인더를 사용하는 것을
    특징으로 하는 석탄을 포함하는 성형물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고분자 폴리머를 에멀션으로 하여 첨가하는
    석탄을 포함하는 성형물의 제조방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    압축성형에 의하여 성형하는
    석탄을 포함하는 성형물의 제조방법.
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