KR20210041020A - 중공 구형 유리 입자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중공 알루미노실리케이트 유리 입자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 상기 중공 알루미노실리케이트 유리 입자를 포함하는 물품뿐만 아니라 고온 제품, 용융된 금속, 사출 성형된 합성 물질, 난연성 단열 폼, 시멘트 슬러리, 모르타르, 콘크리트 및 오일 필드 응용분야를 위한 충전재로서의 상기 물품의 용도에 관한 것이다.
Description
본 발명은 중공 알루미노실리케이트 유리 입자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 상기 중공 알루미노실리케이트 유리 입자를 포함하는 물품뿐만 아니라 고온 제품, 용융된 금속, 사출 성형된 합성 물질, 난연성 단열 폼, 시멘트 슬러리, 모르타르, 콘크리트 및 오일 필드 응용분야를 위한 충전재로서의 상기 입자의 용도에 관한 것이다.
또한, 중공 유리 미소구체로서 알려진 중공 구형 유리 입자는 다양한 응용에서의 물질에 대한 충전재로서 사용된다. 중공 구형 유리 입자의 비중은 다른 충전재와 비교하여 상당하게 낮고, 한편 물리적 특성 예컨대 내열성, 내압성 및 내충격성은 높은 수준으로 유지된다. 따라서, 중공 구형 유리 입자는 용융된 수지 또는 금속 성분을 함유하는 중량-감소된 물품, 예를 들어, 자동차 부품, 가정용 물품, 밀봉재 또는 건설재에 대한 충전재로서 널리 사용된다.
중공 구형 유리 입자를 제조하기 위한 기술분야에 알려진 방법은 보통 높은 온도의 고온 공기에서의 건조된 미세 유리 분말의 분산을 수반하고, 여기서 유리는 유리의 점도가 감소하도록 가열된다. 동시에, 가스는 발포제의 열분해에 의해 형성된다. 따라서, 표면 장력으로 인하여, 얻은 물품의 형상은 구형일 것이고, 동시에 입자는 입자 내에 형성된 가스로 인하여 중공형일 것이다.
중공 구형 유리 입자의 화학적 조성과 관련하여, 보로실리케이트 유리는 그것의 우수한 화학적 및 기계적 내성으로 인하여 널리 사용된다. 예로서, JP-A-58-156551은 출발 물질 예컨대 SiO2, H3BO3, CaCO3, Na2CO3, NH4H2PO4 및 Na2SO4로부터 중공 보로실리케이트 유리 미소구체를 형성하기 위한 방법을 개시하고 있다. 그러나, 출발 물질로서 붕산의 응용은 중공 구형 유리 입자의 제조 과정 동안 독성 화합물의 형성을 야기할 수 있다. 현재 EU 규정(REACH)에 따르면, 붕산 및 붕산에스테르는 건강에 유해한 것으로 분류되어 있다. 따라서, 제품은 1%의 붕소 함량에서 출발하는 유해성 설명 "출산을 저해할 수 있음"과 함께 독성으로 표시되어야 한다. 이러한 증가되는 요건으로 인하여, 제조 과정에서의 유해성을 회피하기 위해 붕소 무함유 출발 물질의 적용이 바람직하다.
WO 2017/108831은 출발 물질로서 Al2O3, SiO2 및 하나 이상의 알칼리 금속 산화물을 사용하는 중공 구형 알루모실리케이트 유리 입자의 제조를 위한 방법을 개시하고 있다. 따라서, 얻은 중공 구형 유리 입자는 붕소를 함유하지 않고, 10 내지 600 μm의 범위의 입자 크기가 개시되어 있으나, WO 2017/108831에 따라 수득된 입자의 직경은 적어도 80 μm이고, 벽 두께는 다소 불균일하고, 이는 입자의 기계적 특성에 대해 악영향을 미친다. 추가로, 80 μm 이상의 크기를 갖는 입자는 더 정제된 표면 구조를 갖는 물품을 위한 충전재로서 또는 충전된 물품의 우수한 햅틱 특성들(haptic properties)이 요망되는 경우에 적합하지 않다.
따라서, 개선된 기계적 특성을 특징으로 하는 붕소-무함유 중공 구형 유리 입자에 대한 필요성이 본 기술분야에 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 작은 입경 및 균일한 벽 두께를 갖는 붕소-무함유 중공 구형 유리 입자뿐만 아니라 상기 중공 구형 유리 입자의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 및 다른 목적은 본 발명의 주제에 의해 해결된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 중공 내부를 획정하는 구형 유리 쉘을 포함하는 중공 구형 유리 입자가 제공되며, 상기 중공 구형 유리 입자는,
중공 구형 유리 입자의 전체 중량 기준으로,
i) 30 중량% 이상의 Al2O3,
ii) 35 중량% 이상의 SiO2, 및
iii) 18 중량% 이상의 하나 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함하고,
여기서 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 75 μm의 범위의 입경을 갖고,
중공 구형 유리 입자는 붕소를 함유하지 않는다.
놀랍게도, 본 발명자는 20 μm 초과 내지 75 μm의 범위의 직경을 갖는 중공 구형 유리 입자는 Al2O3, SiO2 및 하나 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함하는 출발 물질 조성물로부터 수득될 수 있다는 것을 발견하였다. 이 크기의 입자는 보다 정제된 표면 구조를 갖는 물품에 대해 적용될 수 있다.
중공 구형 유리 입자가 20 μm 초과 내지 70 μm의 범위의 입경을 갖는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 하나 이상의 알칼리 금속은 Na2O, K2O 또는 이들의 혼합물로부터 선택된다. 특히, 하나 이상의 알칼리 금속 산화물은 Na2O와 K2O의 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 구현예에 따라, Na2O와 K2O 사이의 중량비는 10:1 내지 30:1의 범위이다.
추가의 구현예에 따라, 입경[단위 μm]과 벽 두께[단위 μm] 사이의 비는 10 내지 30의 범위, 바람직하게는 15 내지 25의 범위, 보다 더 바람직하게는 17 내지 23의 범위, 예컨대 20 내지 22의 범위이다. 이론에 구속됨 없이, 상기 범위 내의 입경과 벽 두께 사이의 비는 중공 구형 유리 입자의 기계적 안정성을 개선시킨다.
따라서, 본 발명에 따른 중공 구형 유리 입자는 0.1 내지 15 μm의 범위, 보다 바람직하게는 0.2 내지 12 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 1.5 내지 10 μm의 범위, 예컨대 0.3 내지 7.0 μm의 범위의 벽 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이 범위의 벽 두께는 또한 기계적 특성에 대해 유리하다.
중공 구형 유리 입자는,
중공 구형 유리 입자의 전체 중량 기준으로,
i) 30 내지 45 중량%의 Al2O3,
ii) 35 내지 42 중량%의 SiO2, 및
iii) 18 내지 30 중량%의 Na2O와 K2O의 혼합물
을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 일 구현예에 따라, 중공 구형 유리 입자는 120 내지 150 MPa의 범위의 압력 붕괴 강도 값(pressure collapse strength value)을 갖는다. 압력 붕괴 강도 값을 결정하는 방법은 하기에 보다 상세하게 기재되어 있다.
본 발명은 추가로 상기 정의된 바와 같은 복수의 중공 구형 유리 입자에 관한 것이다.
복수의 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 75 μm의 범위의 평균 입경(D50)을 갖는 것이 특히 바람직하다.
본 발명은 또한 하기 단계를 포함하는 중공 구형 유리 입자의 제조 방법에 관한 것이다:
a) 조성물의 전체 중량 기준으로,
i) 30 중량% 이상의 Al2O3,
ii) 35 중량% 이상의 SiO2, 및
iii) 18 중량% 이상의 하나 이상의 알칼리 금속 산화물
을 포함하는 조성물을 제공하는 단계,
b) 선택적으로, 10.0 μm 이하의 입자 크기를 갖는 미분된 입자가 수득되도록 단계 a)에서 수득된 조성물을 분쇄 공정에 적용하는 단계,
c) 단계 b)에서 수득된 미분된 입자를 물 및 선택적으로 유기 결합제와 혼합하고, 이에 의해 슬러리를 수득하는 단계,
d) 단계 c)에서 수득된 슬러리를 분무-건조시키는 단계, 및
e1) 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 입자가 상방으로 비산되도록 단계 d)에서 수득된 입자를 가열 장치에 공급하고, 이에 의해 중공 구형 유리 입자를 수득하는 단계,
또는
e2) 가열 장치 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서, 입자가 제1 가열 장치를 통과하고, 후속 가열 장치로 연속적으로 수송되도록 직렬로 연결된 2개 이상의 가열 장치를 포함하는 가열 시스템으로 단계 d)에서 수득된 입자를 공급하고, 이에 의해 중공 구형 유리 입자를 수득하는 단계,
또는
e3) 가열 장치 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서, 입자가 가열 장치를 통과하고, 이와 같이 수득된 입자의 적어도 일부가 다시 가열 장치로 수송되어 입자가 가열 장치를 통과하도록, 단계 d)에서 수득된 입자를 하나 이상의 가열 장치에 공급하고, 이에 의해 중공 구형 유리 입자를 수득하는 단계.
본 발명의 일 구현예에 따라, 단계 b)에서 수득된 미분된 입자는 1.0 내지 10.0 μm의 범위, 바람직하게는 1.0 내지 7.0 μm의 범위의 입자 크기를 갖는 제1 분획의 입자 및 1.0 μm 이하의 입자 크기를 갖는 제2 분획의 입자를 포함한다.
본 발명의 다른 구현예에 따라, 유기 결합제는 고가의 알코올이다.
상기 방법에 따라 수득된 중공 구형 유리 입자는 상기 기재된 바와 같은 중공 구형 유리 입자인 것이 특히 바람직하다.
본 발명은 추가로 상기 기재된 바와 같은 복수의 중공 구형 유리 입자를 포함하는 물품에 관한 것이다.
바람직하게는, 상기 물품은 고온 제품, 사출 성형된 합성 물질, 난연성 단열 폼, 시멘트 슬러리, 모르타르 또는 콘크리트이다.
본 발명은 또한 고온 제품, 용융된 금속, 사출 성형된 합성 물질, 난연성 단열 폼, 시멘트 슬러리, 모르타르, 콘크리트 및 오일 필드 응용분야를 위한 충전재로서의 복수의 중공 구형 유리 입자의 용도에 관한 것이다.
하기에서, 본 발명은 보다 상세하게 기재되어 있다.
도면 1(도 1)은 가스 스트림(1), 투여 유닛(3), 천공된 이중-테이퍼드 플레이트(double-tapered plate)를 갖는 디스트리뷰터(distributor)(4), 3개이 가열 구역(5), 외부로부터 가열되는 세라믹 튜브를 갖는 튜브노(tube furnace)(6), 세퍼레이터(7), 및 양호한 분리물 콜렉터(8)를 포함하는 파일럿 플랜트를 도시하고 있다. 입자(2)는 파일럿 플랜트를 통해 유도된다.
도면 2(도 2)는 양호한 분리물 수집 이후의 입자 혼합물의 현미경 사진을 도시하고 있다.
도면 3(도 3)은 부상 분리 이후의 입자의 현미경 사진을 도시하고 있다.
도면 2(도 2)는 양호한 분리물 수집 이후의 입자 혼합물의 현미경 사진을 도시하고 있다.
도면 3(도 3)은 부상 분리 이후의 입자의 현미경 사진을 도시하고 있다.
본 발명은 20 μm 초과 내지 75 μm의 범위의 평균 입자 크기를 갖는 중공 유리 미소구체인 중공 구형 알루모실리케이트 유리 입자를 제공한다. 상기 개략된 바와 같이, 본 발명에 따른 중공 구형 유리 입자는 Al2O3, SiO2 및 하나 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함한다.
특히, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 중공 구형 유리 입자의 전체 중량 기준으로, 적어도 30 중량%, 바람직하게는 30 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 33 내지 40 중량%, 보다 더 바람직하게는 35 내지 38 중량%의 Al2O3, 적어도 35 중량%, 바람직하게는 35 내지 55 중량%, 보다 바람직하게는 40 내지 46 중량%, 보다 더 바람직하게는 41 내지 42 중량%의 SiO2, 및 적어도 18 중량%, 바람직하게는 18 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 24 중량%, 보다 더 바람직하게는 21 내지 23 중량%의 하나 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함한다.
바람직하게는, 중공 구형 유리 입자는 Li2O, Na2O 및 K2O로 이루어진 군으로부터 선택되는 2개 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함한다.
중공 구형 유리 입자 내의 하나 이상의 알칼리 금속 산화물은 Na2O와 K2O의 혼합물인 것이 특히 바람직하다.
따라서, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 중공 구형 유리 입자의 전체 중량 기준으로, 적어도 30 중량%, 바람직하게는 30 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 33 내지 40 중량%, 보다 더 바람직하게는 35 내지 38 중량%의 Al2O3, 적어도 35 중량%, 바람직하게는 35 내지 55 중량%, 보다 바람직하게는 40 내지 46 중량%, 보다 더 바람직하게는 41 내지 42 중량%의 SiO2, 및 적어도 18 중량%, 바람직하게는 18 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 24 중량%, 보다 더 바람직하게는 21 내지 23 중량%의 Na2O와 K2O의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 혼합물 내의 Na2O와 K2O 사이의 중량비는 10:1 내지 30:1의 범위, 보다 바람직하게는 15:1 내지 25:1의 범위, 보다 더 바람직하게는 18:1 내지 22:1의 범위, 예컨대 20:1 내지 21:1의 범위이다.
따라서, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 중공 구형 유리 입자의 전체 중량 기준으로, 적어도 30 중량%, 바람직하게는 30 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 33 내지 40 중량%, 보다 더 바람직하게는 35 내지 38 중량%의 Al2O3, 적어도 35 중량%, 바람직하게는 35 내지 55 중량%, 보다 바람직하게는 40 내지 46 중량%, 보다 더 바람직하게는 41 내지 42 중량%의 SiO2, 적어도 10 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 15 내지 24 중량%, 보다 더 바람직하게는 18 내지 23 중량%의 Na2O 및 적어도 0.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%, 보다 더 바람직하게는 1.0 내지 2.0 중량%의 K2O를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 개략된 바와 같이, 본 발명의 목적은 붕소를 함유하지 않는 중공 구형 유리 입자를 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 붕소를 함유하지 않는다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "붕소를 함유하지 않는" 또는 "붕소-무함유"는 통상의 결정 방법의 검출 한계값을 벗어난 양의 붕소를 포함하는 조성물 또는 물질에 관한 것이다. 특히, 중공 구형 유리 입자는 중공 구형 유리 입자의 전체 중량 기준으로, 1.0 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.1 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.01 중량% 이하, 예컨대 0.001 중량% 이하의 양으로 붕소를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 중공 구형 유리 입자는 상기 표시된 바와 같은 양으로 Al2O3, SiO2 및 하나 이상의 알칼리 금속 산화물을 함유하여야 하지만, 본 발명의 중공 구형 유리 입자에 대한 출발 물질은 임의의 특정 공급원으로 제한되지 않는다. 상기 나타낸 양으로 Al2O3, SiO2 및 하나 이상의 알칼리 금속 산화물을 제공하는 임의의 출발 조성물이 적합하다. 적합한 출발 물질은 제올라이트, 클레이, 마이카 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 출발 물질은 제올라이트이다.
상기 문단에 대해 추가적으로 또는 대안적으로, 중공 구형 유리 입자의 제조를 위해 붕소를 함유하는 화합물을 사용하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 70 μm의 범위, 보다 바람직하게는 21 내지 50 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 22 내지 45 μm의 범위, 예컨대 23 내지 38 μm의 범위의 입자 크기를 갖는다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 60 μm의 범위, 보다 바람직하게는 21 내지 55 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 22 내지 43 μm의 범위, 예컨대 23 내지 35 μm의 범위의 입자 크기를 갖는다.
본 발명의 추가의 구현예에 따르면, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 50 μm의 범위, 보다 바람직하게는 21 내지 47 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 22 내지 41 μm의 범위, 예컨대 23 내지 32 μm의 범위의 입자 크기를 갖는다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 40 μm의 범위, 보다 바람직하게는 21 내지 44 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 22 내지 31 μm의 범위, 예컨대 23 내지 29 μm의 범위의 입자 크기를 갖는다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 30 μm의 범위, 보다 바람직하게는 21 내지 28 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 22 내지 26 μm의 범위, 예컨대 23 내지 25 μm의 범위의 입자 크기를 갖는다.
본 발명에 따른 중공 구형 유리 입자는 0.1 내지 15 μm의 범위, 보다 바람직하게는 0.2 내지 12 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 1.5 내지 10 μm의 범위, 예컨대 0.3 내지 7.0 μm의 범위의 벽 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 벽 두께는 향상된 기계적 안정성을 제공한다. 결과적으로, 중공 구형 유리 입자는 유리하게는 실내 및 실외 적용을 위한 건설재, 예컨대 창턱(windowsill), 도어 패널 등을 위해 사용될 수 있다.
상기 문단에 대해 추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명에 따른 중공 구형 유리 입자의 입경[단위 μm]과 벽 두께[단위 μm] 사이의 비는 10 내지 30의 범위, 보다 바람직하게는 15 내지 25의 범위, 보다 더 바람직하게는 17 내지 23의 범위, 예컨대 20 내지 22의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 70 μm의 범위, 보다 바람직하게는 21 내지 50 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 22 내지 45 μm의 범위, 예컨대 23 내지 38 μm의 범위의 입자 크기 및 0.1 내지 15 μm의 범위, 보다 바람직하게는 0.2 내지 12 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 1.5 내지 10 μm의 범위, 예컨대 0.3 내지 7.0 μm의 범위의 벽 두께를 갖는다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 60 μm의 범위, 보다 바람직하게는 21 내지 55 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 22 내지 43 μm의 범위, 예컨대 23 내지 35 μm의 범위의 입자 크기 및 0.1 내지 15 μm의 범위, 보다 바람직하게는 0.2 내지 12 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 1.5 내지 10 μm의 범위, 예컨대 0.3 내지 7.0 μm의 범위의 벽 두께를 갖는다.
본 발명의 추가의 구현예에 따르면, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 50 μm의 범위, 보다 바람직하게는 21 내지 47 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 22 내지 41 μm의 범위, 예컨대 23 내지 32 μm의 범위의 입자 크기 및 0.1 내지 15 μm의 범위, 보다 바람직하게는 0.2 내지 12 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 1.5 내지 10 μm의 범위, 예컨대 0.3 내지 7.0 μm의 범위의 벽 두께를 갖는다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 40 μm의 범위, 보다 바람직하게는 21 내지 44 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 22 내지 31 μm의 범위, 예컨대 23 내지 29 μm의 범위의 입자 크기 및 0.1 내지 15 μm의 범위, 보다 바람직하게는 0.2 내지 12 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 1.5 내지 10 μm의 범위, 예컨대 0.3 내지 7.0 μm의 범위의 벽 두께를 갖는다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명의 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 30 μm의 범위, 보다 바람직하게는 21 내지 28 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 22 내지 26 μm의 범위, 예컨대 23 내지 25 μm의 범위의 입자 크기 및 0.1 내지 15 μm의 범위, 보다 바람직하게는 0.2 내지 12 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 1.5 내지 10 μm의 범위, 예컨대 0.3 내지 7.0 μm의 범위의 벽 두께를 갖는다.
추가로, 본 발명에 따른 중공 구형 유리 입자는 120 내지 150 MPa의 범위, 보다 바람직하게는 125 내지 140 MPa의 범위, 보다 더 바람직하게는 130 내지 135 MPa의 범위의 압력 붕괴 강도 값을 갖는 것이 바람직하다.
압력 붕괴 강도 값의 결정을 위해, 중공 구형 유리 입자는 바닥에서 밀폐된 실린더로 수송되고, 펀치(punch)에 의해 상부에서 압력을 받을 수 있다. 중공 구형 유리 입자는 프레스 내에서와 같이 펀치에 의해 가압된다. 실린더 내의 중공 구형 유리 입자의 충전 높이는 입자 크기에 좌우된다. 실린더는 펀치의 힘을 조절하는 인장-/압축 시험 장치에 배치된다. 이에 따라, 정의된 수직 항력 또는 표면 압력이 발생된다. 입자 크기에 따라 현미경 또는 육안검사에 의해 파괴된 중공 구형 유리 입자의 백분율을 결정함으로써 결과가 평가된다. 절차에 대해 사용되는 실린더는 20 mm의 내부 직경 및 80 mm의 실린더 내부 길이를 갖는다. 충전 높이는 20 mm이었다. 기준은 적절한 직경의 80% 온전한 중공 구형 유리 입자에 기초한다.
중공 구형 유리 입자는 고온 제품, 용융된 금속, 사출 성형된 합성 물질, 및 난연성 단열 폼을 위한 충전재로서 적용가능하여야 한다. 따라서, 중공 구형 유리 입자는 상기 물품의 제조를 위한 조건에 견딜 수 있어야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 중공 구형 유리 입자는 적어도 800℃, 보다 바람직하게는 적어도 1000℃, 보다 더 바람직하게는 적어도 1200℃, 예컨대 적어도 1400℃의 용융 온도를 갖는 것이 바람직하다. 이 범위의 용융 온도는 또한 오일 필드 응용분야에서의 중공 구형 유리 입자의 적용을 가능하게 한다.
본 발명은 또한 상기 기재된 바와 같은 복수의 중공 구형 유리 입자에 관한 것이다.
따라서, 중공 구형 유리 입자의 입경에 대한 상기 언급된 범위는 복수의 중공 구형 유리 입자에 대한 적용된다. 복수의 중공 구형 유리 입자의 경우, 상기 입경은 평균 값을 나타낸다.
바람직하게는, 입경에 대한 상기 언급된 범위는 D10 값을 나타내고, 즉, 복수의 중공 구형 유리 입자의 10%는 입경과 관련된 상기 언급된 요건을 충족한다.
보다 바람직하게는, 입경에 대한 상기 언급된 범위는 D50 값을 나타내고, 즉, 복수의 중공 구형 유리 입자의 50%는 입경과 관련된 상기 언급된 요건을 충족한다.
가장 바람직하게는, 입경에 대한 상기 언급된 범위는 D90 값을 나타내고, 즉, 복수의 중공 구형 유리 입자의 90%는 입경과 관련된 상기 언급된 요건을 충족한다.
바람직하게는, 상기 복수의 중공 구형 유리 입자는 0.4 내지 1.2 g/cm3의 범위, 보다 바람직하게는 0.5 내지 1.0 g/cm3의 범위, 보다 더 바람직하게는 0.6 내지 0.9 g/cm3의 범위, 예컨대 0.7 내지 0.8 g/cm3의 범위의 밀도를 갖는다.
또한, 본 발명은 중공 구형 유리 입자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법의 단계 a)에 따라, 조성물이 제공되며, 상기 조성물은,
조성물의 전체 중량 기준으로,
i) 30 중량% 이상의 Al2O3,
ii) 35 중량% 이상의 SiO2, 및
iii) 18 중량% 이상의 하나 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함한다.
특히, 조성물은, 조성물의 전체 중량 기준으로, 적어도 30 중량%, 바람직하게는 30 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 33 내지 40 중량%, 보다 더 바람직하게는 35 내지 38 중량%의 Al2O3, 적어도 35 중량%, 바람직하게는 35 내지 55 중량%, 보다 바람직하게는 40 내지 46 중량%, 보다 더 바람직하게는 41 내지 42 중량%의 SiO2, 및 적어도 18 중량%, 바람직하게는 18 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 24 중량%, 보다 더 바람직하게는 21 내지 23 중량%의 하나 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함한다.
하나 이상의 알칼리 금속 산화물과 관련하여, 조성물은 유리 제조를 위해 적합한 임의의 알칼리 금속 공급원을 함유할 수 있다. 바람직하게는, 조성물은 Li, Na 및 K로 이루어진 군으로부터 선택된 2개 이상의 알칼리 금속을 포함한다.
조성물 내의 하나 이상의 알칼리 금속 산화물은 Na와 K의 혼합물인 것이 특히 바람직하다.
따라서, 조성물은, 조성물의 전체 중량 기준으로, 적어도 30 중량%, 바람직하게는 30 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 33 내지 40 중량%, 보다 더 바람직하게는 35 내지 38 중량%의 Al2O3, 적어도 35 중량%, 바람직하게는 35 내지 55 중량%, 보다 바람직하게는 40 내지 46 중량%, 보다 더 바람직하게는 41 내지 42 중량%의 SiO2, 및 적어도 18 중량%, 바람직하게는 18 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 24 중량%, 보다 더 바람직하게는 21 내지 23 중량%의 Na2O와 K2O의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 혼합물 내의 Na2O와 K2O 사이의 중량비는 10:1 내지 30:1의 범위, 보다 바람직하게는 15:1 내지 25:1의 범위, 보다 더 바람직하게는 18:1 내지 22:1의 범위, 예컨대 20:1 내지 21:1의 범위이다.
따라서, 조성물은, 바람직하게는 조성물의 전체 중량 기준으로, 적어도 30 중량%, 바람직하게는 30 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 33 내지 40 중량%, 보다 더 바람직하게는 35 내지 38 중량%의 Al2O3, 적어도 35 중량%, 바람직하게는 35 내지 55 중량%, 보다 바람직하게는 40 내지 46 중량%, 보다 더 바람직하게는 41 내지 42 중량%의 SiO2, 적어도 10 중량%, 바람직하게는 10 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 15 내지 24 중량%, 보다 더 바람직하게는 18 내지 23 중량%의 Na2O 및 적어도 0.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%, 보다 더 바람직하게는 1.0 내지 2.0 중량%의 K2O를 포함하고, 보다 바람직하게는 이로 이루어지는 것이 바람직하다.
추가로, 조성물은 붕소를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 용어 "붕소를 함유하지 않는"과 관련하여, 상기 제공된 정의를 참조한다. 따라서, 조성물은, 조성물의 전체 중량 기준으로 1.0 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.1 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 0.01 중량% 이하, 예컨대 0.001 중량% 이하의 양으로 붕소를 포함하는 것이 바람직하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 붕소를 함유하는 화합물이 조성물의 제조를 위해 사용되지 않는 것이 바람직하다.
조성물은 상기 개략된 양의 Al2O3, SiO2 및 하나 이상의 알칼리 금속 산화물, 바람직하게는 Na2O 및 K2O의 적절한 공급원을 선택하고, 필요한 경우 이를 혼합함으로써 수득된다.
상기 개략된 바와 같이, 중공 구형 유리 입자의 제조를 위한 출발 물질, 즉, 단계 a)에서 제공되는 조성물은 제올라이트, 클레이, 마이카 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
특히, 산업적 응용을 위해, 단계 a)에서 제공되는 조성물은 추가로 분쇄를 필요로 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 양태에 따라, 본 발명의 방법의 단계 b)에 따라, 단계 a)에서 수득된 조성물은 분쇄 공정에 적용된다.
상기 개략된 바와 같이, 본 발명에 따른 중공 구형 유리 입자는 100 μm 미만의 입자 크기를 갖는다. 이러한 작은 입자를 수득하기 위해, 단계 a)에서 수득된 조성물은 본 발명의 중공 구형 유리 입자를 위한 전구체 물질을 얻기 위해 작은 입자 크기로 분쇄된다.
따라서, 단계 a)에서의 조성물은 10 μm 이하, 7.0 μm 이하의 입자 크기를 갖는 미분된 입자가 수득되도록 분쇄된다. 보다 바람직하게는, 단계 b)에서 분쇄 이후에 수득된 입자는 5.0 μm 이하, 보다 더 바람직하게는 3.0 μm 이하, 예컨대 2.0 μm 이하의 입자 크기를 갖는다. 조성물은 원하는 입자 크기가 달성되도록 적합한 분쇄 매체를 사용하여 볼 밀에서 밀링될 수 있다. 적합한 분쇄 매체는 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 분쇄 공정은 건식 또는 습식일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 단계 b)에서 수득된 분쇄된 조성물은 상이한 입자 크기를 갖는 2개의 분획을 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 제1 분획은 1.0 내지 10.0 μm의 범위, 바람직하게는 1.0 내지 7.0 μm의 범위, 보다 바람직하게는 2.0 내지 5.0 μm의 범위, 보다 더 바람직하게는 2.5 내지 3.5 μm의 범위, 예컨대 2.8 내지 3.2 μm의 범위의 입자 크기를 갖고, 제2 분획은 1.0 μm 이하, 바람직하게는 0.5 μm 이하, 보다 바람직하게는 0.4 μm 이하, 보다 더 바람직하게는 0.3 μm 이하, 예컨대 0.2 μm 이하의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 제1 분획과 제2 분획 사이의 중량비는 90:10 내지 10:90의 범위, 보다 바람직하게는 80:20 내지 20:80의 범위, 보다 더 바람직하게는 70:30 내지 30:70의 범위, 예컨대 60:40 내지 40:60의 범위이다.
상기 기재된 바와 같은 상이한 입자 크기를 갖는 2개의 분핵을 포함하는 분쇄된 조성물은 적절한 분쇄 매체를 사용하는 별개의 공정에서 제1 분획 및 제2 분획을 제조하고, 상기 나타낸 중량비로 2개의 분획을 조합함으로써 수득될 수 있다.
선택적으로 단계 b)에서 수득된 미분된 입자는 이후 슬러리를 수득하기 위해 물 및 선택적으로 유기 결합제와 혼합되고, 이로써 입자는 하기 분무-건조 단계를 위한 충분한 유동성을 갖는다.
따라서, 본 발명의 방법의 단계 c)에서, 단계 b)에서 수득된 미분된 입자는 물 및 선택적으로 유기 결합제와 혼합되고, 이에 의해 슬러리를 수득한다.
바람직하게는, 상기 유기 결합제는 고가의 알코올이다. 특히, 상기 유기 결합제는 글리세린, 글리콜, 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨, 전분, 폴리비닐 알코올 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 상기 유기 결합제는 글리세린 또는 글리콜인 것이 특히 바람직하다.
슬러리는, 슬러리의 전체 중량 기준으로, 최대 80.0 중량%, 보다 바람직하게는 40.0 내지 80.0 중량%, 보다 더 바람직하게는 50.0 내지 70.0 중량%, 예컨대 60.0 내지 65 중량%의 단계 b)에서 수득된 미분된 입자, 최대 25.0 중량%, 보다 바람직하게는 10.0 내지 25.0 중량%, 보다 더 바람직하게는 12.0 내지 23.0 중량%, 예컨대 15.0 내지 20.0 중량%의 물 및 최대 25.0 중량%, 보다 바람직하게는 1.0 내지 25.0 중량%, 보다 더 바람직하게는 1.5 내지 10.0 중량%, 예컨대 2.0 내지 5.0 중량%의 유기 결합제를 포함하는 것이 바람직하다.
추가로, 분산제는 입자를 혼합하고, 현탁시키고, 분산시키는 것을 보조하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 슬러리는 추가로 분산제를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 분산제는 중합체 분산제 예컨대 폴리비닐 또는 폴리아크릴 화합물로부터 선택된다. 특히, 분산제는 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴레이트 공중합체 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 적합한 분산제에 대한 비제한적인 예는 BASF의 시판 제품 Luviskol K90 및 Sokalan PA 15이다.
바람직하게는, 슬러리는 슬러리의 최대 중량 기준으로, 최대 80.0 중량%, 보다 바람직하게는 40.0 내지 80.0 중량%, 보다 더 바람직하게는 50.0 내지 70.0 중량%, 예컨대 60.0 내지 65 중량%의 단계 b)에서 수득된 미분된 입자, 최대 25.0 중량%, 보다 바람직하게는 10.0 내지 25.0 중량%, 보다 더 바람직하게는 12.0 내지 23.0 중량%, 예컨대 15.0 내지 20.0 중량%의 물, 최대 25.0 중량%, 보다 바람직하게는 1.0 내지 25.0 중량%, 보다 더 바람직하게는 1.5 내지 10.0 중량%, 예컨대 2.0 내지 5.0 중량%의 유기 결합제 및 최대 2.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.01 내지 2.0 중량%, 보다 더 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량%, 예컨대 1.0 내지 1.3 중량%의 분산제를 포함하고, 보다 바람직하게는 이로 이루어진다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 슬러리는 유기 결합제를 포함하지 않는다.
본 발명의 방법의 단계 d)에서, 단계 c)에서 수득된 슬러리는 분무-건조된다. 바람직하게는, 슬러리는 150 내지 250℃의 범위의 온도에서 분무-건조된다.
이에 따라 수득된 분무-건조된 입자는 이후 중공 구형 유리 입자를 수득하기 위해 가열 장치로 공급된다.
본 발명에 따른 중공 구형 유리 입자는 100 μm 미만의 보다 작은 입자 크기를 갖는다. 미분된 출발 물질을 분무-건조하여 수득된 전구체 입자가 상부로부터 하부로 가열 장치를 통해 공급되는, 즉 입자가 가열 장치를 통해 낙하하는 종래의 가열 장치를 사용하는 경우, 이러한 소입자를 단리하는 것이 종종 실현되지 않을 수 있다. 이론에 구속됨 없이, 가열 장치를 통해 낙하할 때의 입자의 강하 속도는 입자 크기의 제곱에 비례한다. 따라서, 가열 장치에서의 미분된 소입자의 체류 시간이 더 길다. 추가로, 소입자는 가열 장치 내에서 발생되는 난류에 대해 보다 민감성이다. 따라서, 전구체 입자가 상부로부터 하부로 공급되는 가열 장치의 적용은 더 큰 입자의 제조를 위해 보다 적절하다.
따라서, 100 μm 미만의 입자 크기를 갖는 본 발명의 중공 구형 유리 입자를 수득하기 위해서는 변형된 가열 장치의 적용이 유리하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 단계 d)에서 수득된 입자는, 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 입자가 상방으로 비산되도록 가열 장치로 공급되고, 이로써 중공 구형 유리 입자가 수득된다.
보다 바람직하게는, 가열 장치 내의 온도는 1000 초과 내지 1700℃의 범위, 보다 더 바람직하게는 1300 내지 1400℃의 범위이다.
바람직하게는, 단계 d)에서 수득된 입자는 상향 항력 흐름에 의해 상방으로 비산된다. 이론에 구속됨 없이, 팽창된 입자의 흐름 저항은 더 높고, 이는 따라서 그의 더 큰 표면-관련 흐름 저항으로 인하여 상향 항력 흐름 내에서 보다 가속된다. 따라서, 하부로부터 상부로 통과하는 가열 장치의 적용은 본 발명에 따른 소입자의 단리를 가능하게 한다.
바람직하게는, 단계 d)에서 수득된 입자는 디피브레이팅 에어(defibrating air)에 의해 가열 장치를 통과한다.
추가로, 캐리어 가스는 질소 또는 공기인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 캐리어 가스 내의 고체 입자의 부피 분율은 캐리어 가스의 전체 부피 기준으로 5.0 부피% 미만, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1.0 부피%의 범위이다. 고체 입자는 단계 d)에서 수득된 입자이다.
본 발명의 다른 구현예에 따라, 단계 d)에서 수득된 입자는, 가열 장치 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서, 입자가 제1 가열 장치를 통과하고, 연속적으로 후속 가열 장치로 수송되도록 직렬로 연결된 2개 이상의 가열 장치를 포함하는 가열 시스템으로 공급되고, 이로써 중공 구형 유리 입자를 수득한다.
가열 공정 과정에서, 완전하게 밀폐된 구체가 아니거나 또는 벽 내의 공기가 내포된 다수의 중공 유리 입자가 형성된다. 이러한 불완전하게 형성된 입자의 기계적 안정성은 대개 좋지 않으며, 이 경우, 중공 유리 입자의 품질은 만족스럽지 않다. 중공 유리 입자가 하나 초과의 가열 장치를 통과하는 경우, 불완전하게 형성된 입자는 밀폐된 구체가 되고, 벽 내에의 내포가 줄어든다. 따라서, 하나 초과의 가열 장치의 적용은 중공 구형 유리 입자의 기계적 안정성을 개선한다.
2개 이상의 가열 장치는 단계 d)에서 수득된 입자가 상부로부터 하부를 통과하거나 또는 하부로부터 상부를 통과하는 가열 장치일 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 2개 이상의 가열 장치 중 하나 이상은 단계 d)에서 수득된 입자가 하부로부터 상부로 통과하는 가열 장치이다.
바람직하게는, 단계 d)에서 수득된 입자는 디피브레이팅 공기에 의해 가열 장치를 통과한다.
추가로, 캐리어 가스는 질소 또는 공기인 것이 바람직하다.
입자가 하부로부터 상부로 가열 장치를 통과하는 경우, 캐리어 가스 내의 고체 입자의 부피 분율은 캐리어 가스의 전체 부피 기준으로 5.0 부피% 미만, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1.0 부피%의 범위이다. 고체 입자는 단계 d)에서 수득된 입자이다.
다른 한편, 입자가 상부로부터 하부로 가열 장치를 통과하는 경우, 캐리어 가스 내의 고체 입자의 부피 분율은 캐리어 가스의 전체 부피 기준으로 10.0 중량% 미만, 보다 바람직하게는 0.1 내지 2.0 부피%의 범위이다. 고체 입자는 단계 d)에서 수득된 입자이다.
바람직하게는, 직렬로 연결된 2개 이상의 가열 장치, 예컨대 3, 4 또는 5개의 가열 장치가 적용된다.
예로써, 중공 구형 유리 입자는,
i) 제1 가열 장치(H1)에서의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 단계 d)에서 수득된 입자를 제1 가열 장치(H1)로 공급하고, 이에 의해 제1 분획의 중공 구형 유리 입자(F1)를 수득하는 단계,
ii) 제2 가열 장치(H2) 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 단계 i)에서 수득된 제1 분획의 중공 구형 유리 입자(F1)를 제2 가열 장치(H2)로 공급하고, 이에 의해 제2 분획의 중공 구형 유리 입자(F2)를 수득하는 단계,
iii) 선택적으로 제3 가열 장치(H3) 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 단계 ii)에서 수득된 제2 분획의 중공 구형 유리 입자(F2)를 제3 가열 장치(H3)로 공급하고, 이에 의해 제3 분획의 중공 구형 유리 입자(F3)를 수득하는 단계, 및
iv) 선택적으로 제4 가열 장치(H4) 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 단계 iii)에서 수득된 제3 분획의 중공 구형 유리 입자(F3)를 제4 가열 장치(H4)로 공급하고, 이에 의해 제4 분획의 중공 구형 유리 입자(F4)를 수득하는 단계를 포함하는 순차적인 공정에서 제조되는 것이 바람직하고,
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 분획의 중공 구형 유리 입자 (F1) 및 (F2) 및 선택적으로 (F3) 및 (F4)는 중공 구형 유리 입자를 형성한다.
제1 가열 장치(H1) 및/또는 제2 가열 장치(H2)는 단계 d)에서 수득된 입자가 하부로부터 상부로 통과되는 가열 장치인 것이 바람직하다.
바람직하게는, 가열 장치 내의 온도는 1000℃ 초과 내지 1700℃의 범위, 보다 바람직하게는 1300 내지 1400℃의 범위이다. 제1, 제2, 제3 및 제 4 가열 장치와 같은 가열 장치 내의 온도는 상이하거나 또는 동일할 수 있다.
추가로, 적어도 2개, 예컨대 3개, 4개 또는 5개의 가열 장치 사이의 입자 흐름은 혼합 장치를 통해 공급되는 것이 바람직하다.
본 발명의 추가의 구현예에 따라, 가열 장치 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 입자가 가열 장치를 통과하고, 이와 같이 수득된 입자의 일부가 다시 가열 장치로 수송되어 입자가 가열 장치를 통과하도록, 단계 d)에서 수득된 입자를 하나 이상의 가열 장치에 공급하고, 이에 의해 중공 구형 유리 입자를 수득한다.
바람직하게는, 단계 d)에서 수득된 입자는 디피브레이팅 에어에 의해 가열 장치를 통과한다.
추가로, 캐리어 가스는 질소 또는 공기인 것이 바람직하다.
입자가 하부로부터 상부로 가열 장치를 통과하는 경우, 캐리어 가스 내의 고체 입자의 부피 분율은 캐리어 가스의 전체 부피 기준으로 5.0 부피% 미만, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1.0 부피%의 범위이다.
다른 한편, 입자가 상부로부터 하부로 가열 장치를 통과하는 경우, 캐리어 가스 내의 고체 입자의 부피 분율은 캐리어 가스의 전체 부피 기준으로 10.0 중량% 미만, 보다 바람직하게는 0.1 내지 2.0 부피%의 범위이다. 고체 입자는 단계 d)에서 수득된 입자이다.
하나 이상의 가열 장치는 단계 d)에서 수득된 입자가 상부로부터 하부로 또는 하부로부터 상부로 통과하는 가열 장치일 수 있다.
입자의 적어도 부분 흐름은 가열 장치의 유출구로부터 가열 장치의 유입구로 수송되고, 이로써 입자의 상기 부분 흐름은 가열 장치 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 1회 이상 가열 장치를 통과한다.
바람직하게는, 입자의 상기 부분 흐름은 적어도 20 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 50 중량%, 보다 더 바람직하게는 적어도 80 중량%, 예컨대 적어도 90 중량%의 가열 장치를 통과하는 단계 d)에서 수득된 입자의 제1 통과 이후에 수득된 입자를 함유한다. 본 발명의 일 구현예에 따라, 부분 흐름은 가열 장치를 통과하는 단계 d)에서 수득된 입자의 제1 통과 이후에 수득된 전체 입자를 함유한다.
상기 나타낸 바와 같이, 완전하게 밀폐된 구체가 아니거나 또는 벽 내에 공기가 내포된 더 많은 수의 중공 유리 입자는 입자의 기계적 안정성에 대한 악영향을 미치는 가열 공정 동안 형성된다. 중공 유리 입자가 반복적으로 가열 장치를 통과하는 경우, 불완전하게 형성된 입자는 밀폐된 구체가 되고, 벽 내의 내포가 줄어든다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따라, 입자의 부분 흐름이 1회 이상 가열 장치를 통과하도록 가열 장치의 유출구로부터 가열 장치의 유입구로 수송되는 입자의 상기 부분 흐름은 대부분 완전하게 밀폐된 구체가 아니거나 또는 벽 내에 공기가 내포된 입자로 구성된다. 따라서, 완전하게 밀폐된 구체가 아니거나 또는 벽 내에 공기가 내포된 상기 입자는 가열 장치를 통과하는 단계 d)에서 수득된 입자의 제1 통과 이후에 수득된 입자로부터 분리되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 가열 장치는 가열 장치 유출구의 하류에 있는 분획화 장치를 포함한다.
입자의 부분 흐름은 1회 이상 가열 장치를 통과한다. 환언하면, 부분 흐름의 입자는 2회 가열 장치를 통과한다. 부분 흐름의 입자의 2회차 통과 이후, 입자의 부분 흐름이 가열 장치 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 1회 이상 가열 장치를 통과하도록, 입자의 제2 부분 흐름은 가열 장치의 유출구로부터 가열 장치의 유입구로 수송될 수 있다.
바람직하게는, 입자의 상기 제2 부분 흐름은 적어도 20 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 50 중량%, 보다 더 바람직하게는 적어도 80 중량%, 예컨대 적어도 90 중량%의 가열 장치를 통과하는 입자의 제2 통과 이후에 수득된 입자를 함유한다. 본 발명의 일 구현예에 따라, 부분 흐름은 가열 장치를 통과하는 입자의 제2 통과 이후에 수득된 전체 입자를 함유한다.
가열 장치를 통한 입자의 제2 통과 이후, 입자의 부분 흐름이 가열 장치 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 1회 이상 가열 장치를 통과하도록, 입자의 제3 부분 흐름은 가열 장치의 유출구로부터 가열 장치의 유입구로 수송될 수 있다.
적어도 입자의 부분 흐름은 가열 장치를 2회 이상, 예컨대 2, 3 또는 4회 가열 장치를 통과하는 것이 바람직하다. 개별적인 부분 흐름은 이전 부분 흐름의 부분 흐름이다. 특히, 개개의 부분 흐름은 적어도 20 중량%의 이전 부분 흐름, 보다 바람직하게는 적어도 50 중량%, 보다 더 바람직하게는 적어도 80 중량%, 예컨대 적어도 90 중량%의 이전 부분 흐름을 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 개개의 부분 흐름은 이전 부분 흐름의 전체 입자를 함유한다.
예로써, 중공 구형 유리 입자는,
i) 가열 장치(H)에서의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 단계 d)에서 수득된 입자를 가열 장치(H)로 공급하고, 이에 의해 제1 분획의 중공 구형 유리 입자(F1')를 수득하는 단계,
ii) 입자의 제1 부분 흐름이 가열 장치(H) 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 1회 이상 가열 장치를 통과하도록, 적어도 제1 분획의 중공 구형 유리 입자(F1')의 상기 제1 부분 흐름(P1)을 가열 장치의 유출구로부터 가열 장치의 유입구로 수송하는 단계로서, 여기서 제1 부분 흐름은 바람직하게는 적어도 20 중량%의 이전 부분 흐름, 보다 바람직하게는 적어도 50 중량%, 보다 더 바람직하게는 적어도 80 중량%, 예컨대 적어도 90 중량%의 단계 i)에서 수득된 제1 분획의 중공 구형 유리 입자(F1')를 함유하고, 이에 의해 제2 분획의 중공 구형 유리 입자(F2')를 수득하는 단계,
iii) 선택적으로, 입자의 부분 흐름이 가열 장치(H) 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 1회 이상 가열 장치를 통과하도록, 적어도 제2 분획의 중공 구형 유리 입자(F2')의 제2 부분 흐름(P2)를 가열 장치의 유출구로부터 가열 장치의 유입구로 수송하는 단계로서, 제2 부분 흐름은 바람직하게는 적어도 20 중량%의 이전 부분 흐름, 보다 바람직하게는 적어도 50 중량%, 보다 더 바람직하게는 적어도 80 중량%, 예컨대 적어도 90 중량%의 단계 ii)에서 수득된 제2 분획의 중공 구형 유리 입자(F2')를 함유하고, 이에 의해 제3 분획의 중공 구형 유리 입자(F3')를 수득하는 단계, 및
iii) 선택적으로, 입자의 부분 흐름이 가열 장치(H) 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 1회 이상 가열 장치를 통과하도록, 적어도 제3 분획의 중공 구형 유리 입자(F3')의 제3 부분 흐름(P3)를 가열 장치의 유출구로부터 가열 장치의 유입구로 수송하는 단계로서, 제3 부분 흐름은 바람직하게는 적어도 20 중량%의 이전 부분 흐름, 보다 바람직하게는 적어도 50 중량%, 보다 더 바람직하게는 적어도 80 중량%, 예컨대 적어도 90 중량%의 단계 iii)에서 수득된 제3 분획의 중공 구형 유리 입자(F3')를 함유하고, 이에 의해 제4 분획의 중공 구형 유리 입자(F4')를 수득하는 단계를 포함하는 순차적 공정에서 제조되는 것이 바람직하며,
가열 장치는 선택적으로 가열 장치의 유출구의 하류에 있는 분획화 장치를 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 가열 장치 내의 온도는 1000℃ 초과 내지 1700℃의 범위, 보다 더 바람직하게는 1300 내지 1400℃의 범위이다.
추가로, 가열 장치는 가열 장치의 유출구의 하류에 있는 혼합 장치를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 개략된 바와 같이, 본 발명은 추가로 상기 기재된 바와 같은 복수의 중공 구형 유리 입자를 포함하는 물품에 관한 것이다.
바람직하게는, 물품은 적어도 5.0 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 20.0 중량%, 보다 더 바람직하게는 적어도 40.0 중량%, 예컨대 적어도 60.0 중량%의 복수의 중공 구형 유리 입자를 포함한다.
특히, 물품은 고온 제품, 사출 성형된 합성 물질, 난연성 단열 폼, 시멘트 슬러리, 모르타르, 또는 콘크리트인 것이 바람직하다.
추가로, 본 발명은 또한 고온 제품, 용융된 금속, 사출 성형된 합성 물질, 난연성 단열 폼, 시멘트 슬러리, 모르타르, 콘크리트 및 오일 필드 응용분야를 위한 충전재로서의 상기 기재된 바와 같은 복수의 중공 구형 유리 입자의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 구현예는 추가로 하기 비제한적인 실시예에 의해 예시되며, 이는 이의 범위에 대한 제한을 부여하는 임의의 방식으로 해석되어서는 안된다. 하기의 실시예에 개시된 기술은 본원의 개시된 실시에서 잘 작용하기 위해 개발된 기술을 나타내며, 이에 따라 이의 실시를 위한 바람직한 방식을 구성하는 것으로 고려될 수 있다는 것은 본 기술분야의 당업자에게 이해될 것이다. 그러나, 당업자는 본 개시내용의 관점에서, 여러 변화가 개시된 특정 구현예에서 이루어질 수 있고, 본원의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 유사하거나 또는 동등한 결과를 얻을 수 있는 것으로 이해할 것이다.
실시예
벌크 밀도를 2.5 mm의 직경 및 100 mm의 길이를 갖는 유리 튜브에서 결정하였다. 적용된 유리 튜브는 0.49 ml의 부피를 가졌다. 비어있고 그리고 충전된 유리 튜브의 중량을 분석용 저울을 통해 결정하였다. 결정된 그들의 편차를 유리 튜브의 부피로 나눔으로써 벌크 밀도를 계산하였다. 낮은 값은 성긴 충전을 나타내고, 반면 높은 값은 조밀한 충전을 나타낸다.
현미경의 경우, Leica-Leitz, Laborlux 12HL을 사용하였다.
초음파 보조장치가 구비된 텀블러 스크리닝 기계(Allgaier VTS600)을 사용하여 체질을 수행하였다.
사용된 제올라이트 A(ZP-4A, Silkem VertriebsAG로부터 구입) 및 카올린(Stephan, Burbach로부터 구입)는 3 내지 10 μm의 1차 입자 크기를 가졌다.
공정을 도 1에 따른 파일럿 플랜트에서 실시하였다.
가스 스트림(1)에서, 입자(2)(즉, 각각 개개의 입자 크기 분획)는 하부로부터 가열 장치로서의 원심적 특성을 갖는 트사이클론 세퍼레이터(7)를 갖는 수직한 다단계 가열된 튜브노(6)로 투여 유닛(3)을 사용하여 첨가될 수 있다. 사이클론 세퍼레이터는 입자를 분리하고, 이는 양호한 분리물 콜렉터(8)에서 수집될 것이다. 가스 스트림(1)은 대기로 배기 시스템을 거쳐 유도된다. 튜브노(6)는 78 mm의 내부 직경 및 1000 mm의 길이를 갖는 산화물 세라믹 튜브(산화알루미늄)을 포함한다. 튜브는 튜브 길이에 걸쳐 3개의 상이한 가열 영역(5)에 의해 외부로부터 가열된다. 1800℃의 최대 온도에 도달될 수 있다. 개개의 가열 영역의 길이는 250 mm이다. 가열 영역(5) 내의 온도는 개별적으로 조정될 수 있다. 그러나, 2개의 가열 영역 사이의 온도 차이는 150℃를 초과하지 않아야 하며, 그렇지 않으면 기계적 문제점이 산화물 세라믹 튜브에 발생될 수 있다. 튜브의 하부 입구에서의 일정한 가스 입자 흐름이 달성되도록, 디스트리뷰터 유닛을 설치한다. 디스트리뷰터 유닛은 두꺼운 세라믹 천공형 플레이트이고, 여기서 홀들은 이중-테이퍼링(4)으로 수행된다. 따라서, 입자는 플레이트 앞에서 침강되지 않고, 흐름 분리가 유출구에서 일어나지 않는다.
단계 a) 내지 d):
Na2CO3(28 중량%)를 10 ltr 교반 탱크 중의 물에 용해하였다. 제올라이트 A(60 중량%) 및 카올린(12 중량%)을 예비혼합하였고, 이후 깔때기를 통해 10 ltr 교반 탱크에 첨가하였다. 충분한 물을 포함하는 슬러리를 스프레이 타워로만 펌핑 할 수 있도록 1시간 동안 진탕하였다.
본 발명의 방법의 단계 d)에서 수득된 분무-건조된 전구체 물질을 우선 2개의 상이한 입자 크기 분획(미세한 전구체 분획 < 80 μm 및 광택성 전구체 분획 > 80 μm)을 체질로 나누었다.
미세한 전구체 분획을 추가로 분류하고, 4개의 입자 크기 분획으로 나누었다.
< 20 μm
20 - 40 μm
40 - 63 μm
63 - 80 μm
< 20 μm의 분획을 폐기하였다.
DIN ISO 9044에 따른 체질용 천을 적용하였고, 이에 의해 스테인리스 스틸 메쉬를 사용하였다.
실시예를 개개의 미세 전구체를 사용하여 수행하였다.
실시예 1: 20 - 40 μm
설정:
22 내지 26℃의 주위 온도에서의 80 ltr/분 공기
2.4 g/분 전구체
가열 영역 I
1750℃
가열 영역 II
1600℃
가열 영역 III
1450℃
노를 통해 수송된 입자를 세퍼레이터에서 수집하였고, 냉각 후 칭량하였다. 현미경 하에서, 모든 전구체가 이상적으로 부풀어지지 않은 것을 분명하게 볼 수 있었다. 완전한 양호한 분리물을 780 kg/m3의 밀도를 갖는 액체 유체(아세톤)를 사용한 부상에 적용하였다. 이에 의해, 부풀지 않고 개방된 모든 입자가 침강되었다. 원하는 부푼 입자는 표면 상에서 부상되었다. 부푼 입자를 건조시키고, 다시 칭량하였다.
6시간의 기간 동안 상기 공정을 실시하였다. 세퍼레이터에서의 10.35 g의 양호한 분리물을 수집하였다. 부상 분리 이후, 2.88 g의 온전한 중공 구형 유리 입자를 수득하였다. 이는 양호한 분리물의 질량과 관련하여 0.278의 질량 분율에 해당한다.
온전한 중공 구형 유리 입자는 현미경에 의해 결정된 23 - 45 μm의 치수를 가졌다. 벌크 밀도는 0.65 - 0.7 g/cm3이었다.
실시예 2: 40 - 63 μm
설정:
22 내지 26℃의 주위 온도에서의 55 ltr/분 공기
2.4 g/분 전구체
가열 영역 I
1720℃
가열 영역 II
1650℃
가열 영역 III
1500℃
노를 통해 수송된 입자를 세퍼레이터에서 수집하였고, 냉각 후 칭량하였다. 현미경 하에서 (도 2), 모든 전구체가 이상적으로 부풀어지지 않은 것을 분명하게 볼 수 있었다. 완전한 양호한 분리물을 780 kg/m3의 밀도를 갖는 유체를 사용한 부상에 적용하였다. 이에 의해, 부풀지 않고 개방된 모든 입자가 침강되었다. 원하는 부푼 입자는 표면 상에서 부상되었다. 부푼 입자를 건조시키고, 다시 칭량하였다(도 3).
6시간의 기간 동안 상기 공정을 실시하였다. 세퍼레이터에서의 10.52 g의 양호한 분리물을 수집하였다. 부상 분리 이후, 3.13 g의 온전한 중공 구형 유리 입자를 수득하였다. 이는 양호한 분리물의 질량과 관련하여 0.298의 질량 분율에 해당한다.
온전한 중공 구형 유리 입자는 현미경에 의해 결정된 43 - 48 μm의 치수를 가졌다. 벌크 밀도는 0.62 - 0.67 g/cm3이었다.
실시예 3: 63 - 80 μm
설정:
22 내지 26℃의 주위 온도에서의 40 ltr/분 공기
2.4 g/분 전구체
가열 영역 I
1700℃
가열 영역 II
1650℃
가열 영역 III
1500℃
노를 통해 수송된 입자를 세퍼레이터에서 수집하였고, 냉각 후 칭량하였다. 현미경 하에서, 모든 전구체가 이상적으로 부풀어지지 않은 것을 분명하게 볼 수 있었다. 완전한 양호한 분리물을 780 kg/m3의 밀도를 갖는 유체를 사용한 부상에 적용하였다. 이에 의해, 부풀지 않고 개방된 모든 입자가 침강되었다. 원하는 부푼 입자는 표면 상에서 부상되었다. 부푼 입자를 건조시키고, 다시 칭량하였다.
6시간의 기간 동안 상기 공정을 실시하였다. 세퍼레이터에서의 10.81 g의 양호한 분리물을 수집하였다. 부상 분리 이후, 3.62 g의 온전한 중공 구형 유리 입자를 수득하였다. 이는 양호한 분리물의 질량과 관련하여 0.335의 질량 분율에 해당한다.
온전한 중공 구형 유리 입자는 현미경에 의해 결정된 65 - 90 μm의 치수를 가졌다. 벌크 밀도는 0.58 - 0.63 g/cm3이었다.
온전한 중공 구형 유리 입자는 체계적으로 체질되어 원하는 입자 크기를 얻을 수 있다. 따라서, 다음 단계에서, 온전한 중공 구형 유리 입자는 2개의 분획으로의 체질에 의해 분리될 수 있고, 여기서 하나의 분획은 65 - 75 μm의 입자 크기를 갖고, 다른 분획은 75 - 90 μm의 입자 크기를 갖는다.
비교 실시예
비교 실시예의 경우, 동일한 튜브노를 사용하였다. 그러나, 전구체 물질을 소량의 공기를 사용하여 상부로부터 투여 유닛으로 첨가하였고, 전구체 입자는 중력으로 인하여 상부로부터 하부로 노를 통해 하강되었다. 소량의 공기만을 사용하여 균일한 분배하였다.
비교 실시예 1: 125 - 175 μm
125 - 175 μm의 입자 크기 분획은 이러한 노 배열(3개의 가열 영역, 각각은 250 mm 길이, 78 mm 내부 직경, 1000 mm 튜브 길이를 가짐)에 대해 가장 적합한 변형으로 판명되었다. 전구체 입자는 튜브를 통해 하부로 약 0.3 m/s의 평균 속도로 하강하였고, 가열 영역에서 2.5초의 평균 체류 시간을 가졌다. 이는 입자의 표면을 용융시키고, 내부로부터 외부로의 증기의 확산 물질 교환 및 입자의 외부로부터 내부로의 역전된 오븐 퍼징 가스의 메커니즘에 대해 필요한 표면막을 이루기에 충분하였다.
설정:
입자의 분산을 위한 22 내지 26℃의 주위 온도에서의 10 ltr/분 공기
2.4 g/분 전구체
가열 영역 I
1500℃
가열 영역 II
1650℃
가열 영역 III
1700℃
튜브노를 통해 상부로부터 하부로 하강된 입자를 튜브노의 하부에서 수집하였고, 냉각 후 칭량하였다. 현미경 하에서, 모든 전구체 입자가 이상적으로 부풀어지지 않은 것을 분명하게 볼 수 있었다. 완전한 양호한 분리물을 780 kg/m3의 밀도를 갖는 유체를 사용한 부상에 적용하였다. 이에 의해, 부풀지 않고 개방된 모든 입자가 침강되었다. 원하는 부푼 입자는 표면 상에서 부상되었다. 부푼 입자를 건조시키고, 다시 칭량하였다.
6시간의 기간 동안 상기 공정을 실시하였다. 10.9 g의 양호한 분리물을 수집하였다. 부상 분리 이후, 3.9 g의 온전한 중공 구형 유리 입자를 수득하였다. 이는 양호한 분리물의 질량과 관련하여 0.36의 질량 분율에 해당한다.
온전한 중공 구형 유리 입자는 현미경에 의해 결정된 130 - 190 μm의 치수를 가졌다. 벌크 밀도는 0.48 - 0.53 g/cm3이었다.
비교 실시예 2: 80 - 125 μm
80 - 125 μm의 입자 크기 분획을 또한 노 배열(3개의 가열 영역, 각각은 250 mm 길이, 78 mm 내부 직경, 1000 mm 튜브 길이를 가짐)을 통해 하강시켰다. 전구체 입자는 튜브를 통해 하부로 약 0.13 m/s의 평균 속도로 하강하였고, 가열 영역에서 5.9초의 평균 체류 시간을 가졌다.
설정:
입자의 분산을 위한 22 내지 26℃의 주위 온도에서의 10 ltr/분 공기
2.4 g/분 전구체
가열 영역 I
1500℃
가열 영역 II
1650℃
가열 영역 III
1700℃
튜브노를 통해 상부로부터 하부로 하강된 입자를 튜브노의 하부에서 수집하였고, 냉각 후 칭량하였다. 현미경 하에서, 모든 전구체 입자가 이상적으로 부풀어지지 않은 것을 분명하게 볼 수 있었다. 완전한 양호한 분리물을 780 kg/m3의 밀도를 갖는 유체를 사용한 부상에 적용하였다. 이에 의해, 부풀지 않고 개방된 모든 입자가 침강되었다. 원하는 부푼 입자는 표면 상에서 부상되었다. 부푼 입자를 건조시키고, 다시 칭량하였다.
6시간의 기간 동안 상기 공정을 실시하였다. 10.7 g의 양호한 분리물을 수집하였다. 부상 분리 이후, 1.2 g의 온전한 중공 구형 유리 입자를 수득하였다. 이는 양호한 분리물의 질량과 관련하여 0.11의 질량 분율에 해당한다.
온전한 중공 구형 유리 입자는 현미경에 의해 결정된 85 - 132 μm의 치수를 가졌다. 벌크 밀도는 0.5 - 0.55 g/cm3이었다.
현미경 사진은 많은 비율의 부풀지 않은 입자들을 보여준다. 임의의 이론에 구속됨 없이, 자유 낙하의 체류 시간이 길어서 전구체 입자가 즉각적으로 융합되어, 이러한 입자가 부풀 기회가 없는 것으로 여겨진다.
비교 실시예 3: 63 - 80 μm
63 - 80 μm의 입자 크기 분획을 또한 노 배열(3개의 가열 영역, 각각은 250 mm 길이, 78 mm 내부 직경, 1000 mm 튜브 길이를 가짐)을 통해 하강시켰다. 전구체 입자는 튜브를 통해 하부로 약 0.063 m/s의 평균 속도로 하강하였고, 가열 영역에서 11.9초의 평균 체류 시간을 가졌다.
설정:
입자의 분산을 위한 22 내지 26℃의 주위 온도에서의 10 ltr/분 공기
2.4 g/분 전구체
가열 영역 I
1500℃
가열 영역 II
1650℃
가열 영역 III
1700℃
튜브노를 통해 상부로부터 하부로 하강된 입자를 튜브노의 하부에서 수집하였고, 냉각 후 칭량하였다. 현미경 하에서, 모든 전구체 입자가 이상적으로 부풀어지지 않은 것을 분명하게 볼 수 있었다. 완전한 양호한 분리물을 780 kg/m3의 밀도를 갖는 유체를 사용한 부상에 적용하였다. 이에 의해, 부풀지 않고 개방된 모든 입자가 침강되었다. 원하는 부푼 입자는 표면 상에서 부상되었다. 부푼 입자를 건조시키고, 다시 칭량하였다.
6시간의 기간 동안 상기 공정을 실시하였다. 10.4 g의 양호한 분리물을 수집하였다. 부상 분리 이후, 0.14 g의 온전한 중공 구형 유리 입자를 수득하였다. 이는 양호한 분리물의 질량과 관련하여 0.013의 질량 분율에 해당한다.
온전한 중공 구형 유리 입자는 현미경에 의해 결정된 65 - 90 μm의 치수를 가졌다. 벌크 밀도는 0.55 - 0.60 g/cm3이었다.
현미경 사진은 유일하게 부풀지 않은 입자들을 보여준다. 이는 자유 낙하시의 체류 시간이 많이 긴 이론을 지지하는 또 다른 지표이다.
실시예 3과 비교 실시예 3의 비교
실시예 3에 따르면, 상기 기재된 바와 같이 63 - 80 μm의 입자 크기 분획은 튜브노를 통해 하부로부터 상부로 수송되었다. 실시예 3에서의 체류 시간을 약 1 - 1.2초로 가스/공기 스트림으로 조정하였다. 내부 벽 가까이 있는 스트림인 가스/공기 스트림으로 인하여, 내부 벽 상의 입자의 고결(caking)이 방지된다. 이러한 설정에 따라, 부푼 입자의 0.335의 질량 분율이 실시예 3에서 얻어졌다.
비교 실시예 3에서, 입자는 상부로부터 하부로 하강된다. 밀폐된 장치의 이용이 적용될 수 없고, 이는 입자가 내부 벽 상에 침착될 것이기 때문이다. 입자가 상부로부터 하부로 하강되는 설정에 대한 임의의 결과를 얻기 위해, 장치를 상부에서 개방하여야 한다. 따라서, 예열된 가스/공기 스트림은 하부로부터 측면으로 공급될 수 있고, 이후 내부 벽을 따라 상부로 유동되어 배출된다. 전구체 입자를 소량의 공기를 사용하여 상부로부터 노에 첨가한다. 63 내지 80 μm의 입자 크기를 갖는 입자는 약 11.9초의 체류 시간을 갖는 것으로 판명되었다. 이에 따라, 입자는 융합되고, 부풀지 않았다. 실시예 3과 대조적으로, 비교 실시예 3에서는, 단지 부푼 입자의 0.013의 질량 분율이 얻어졌다.
실시예는, 입자가 상부로부터 튜브노로 주입되는 방법과 비교하여 소입자를 얻기 위해 상향 항력 흐름에 의해 수득된 입자가 유리하다는 이론을 지지한다.
Claims (15)
- 중공 내부를 획정하는 구형 유리 쉘을 포함하는 중공 구형 유리 입자로서,
상기 중공 구형 유리 입자는 중공 구형 유리 입자의 전체 중량 기준으로,
i) 30 중량% 이상의 Al2O3,
ii) 35 중량% 이상의 SiO2, 및
iii) 18 중량% 이상의 하나 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함하고,
여기서 중공 구형 유리 입자는 20 μm 초과 내지 75 μm의 범위의 입경을 갖고,
중공 구형 유리 입자는 붕소를 함유하지 않는 중공 구형 유리 입자. - 제1항에 있어서, 20 μm 초과 내지 70 μm의 범위의 입경을 갖는 중공 구형 유리 입자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 입경[단위 μm]과 벽 두께[단위 μm] 사이의 비가 10 내지 30의 범위인 중공 구형 유리 입자.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 0.1 내지 15 μm의 범위의 벽 두께를 갖는 중공 구형 유리 입자.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
중공 구형 유리 입자의 전체 중량 기준으로,
i) 30 내지 45 중량%의 Al2O3,
ii) 35 내지 42 중량%의 SiO2, 및
iii) 18 내지 30 중량%의 Na2O와 K2O의 혼합물
을 포함하는 중공 구형 유리 입자. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 120 내지 150 MPa의 범위의 압력 붕괴 강도 값(pressure collapse strength value)을 갖는 중공 구형 유리 입자.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 복수의 중공 구형 유리 입자.
- 제7항에 있어서, 20 μm 초과 내지 75 μm의 범위의 평균 입경(D50)을 갖는 중공 구형 유리 입자.
- 중공 구형 유리 입자의 제조 방법으로서,
a) 조성물의 전체 중량 기준으로,
i) 30 중량% 이상의 Al2O3,
ii) 35 중량% 이상의 SiO2, 및
iii) 18 중량% 이상의 하나 이상의 알칼리 금속 산화물
을 포함하는 조성물을 제공하는 단계,
b) 선택적으로, 10.0 μm 이하의 입자 크기를 갖는 미분된 입자가 수득되도록 단계 a)에서 수득된 조성물을 분쇄 공정에 적용하는 단계,
c) 단계 b)에서 수득된 미분된 입자를 물 및 선택적으로 유기 결합제와 혼합하고, 이에 의해 슬러리를 수득하는 단계,
d) 단계 c)에서 수득된 슬러리를 분무-건조시키는 단계, 및
e1) 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 입자가 상방으로 비산되도록 단계 d)에서 수득된 입자를 가열 장치에 공급하고, 이에 의해 중공 구형 유리 입자를 수득하는 단계,
또는
e2) 가열 장치 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서, 입자가 제1 가열 장치를 통과하고, 후속 가열 장치로 연속적으로 수송되도록 직렬로 연결된 2개 이상의 가열 장치를 포함하는 가열 시스템으로 단계 d)에서 수득된 입자를 공급하고, 이에 의해 중공 구형 유리 입자를 수득하는 단계,
또는
e3) 가열 장치 내의 온도를 1000℃ 초과로 유지하면서 입자가 가열 장치를 통과하고, 이와 같이 수득된 입자의 적어도 일부가 다시 가열 장치로 수송되어 입자가 가열 장치를 통과하도록, 단계 d)에서 수득된 입자를 하나 이상의 가열 장치에 공급하고, 이에 의해 중공 구형 유리 입자를 수득하는 단계
를 포함하는 중공 구형 유리 입자의 제조 방법. - 제9항에 있어서, 선택적으로 단계 b)에서 수득된 미분된 입자는 1.0 내지 10 μm의 범위, 바람직하게는 1.0 내지 7.0 μm의 범위의 입자 크기를 갖는 제1 분획의 입자 및 1.0 μm 이하의 입자 크기를 갖는 제2 분획의 입자를 함유하는 제조 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 단계 c)에서, 선택적으로 단계 b)에서 수득된 미분된 입자를 바람직하게는 고가의 알코올인 유기 결합제와 추가로 혼합하는 제조 방법.
- 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 수득된 중공 구형 유리 입자.
- 제7항 또는 제8항에 따른 복수의 중공 구형 유리 입자를 포함하는 물품.
- 제13항에 있어서, 상기 물품은 고온 제품, 사출 성형된 합성 물질, 난연성 단열 폼, 시멘트 슬러리, 모르타르 또는 콘크리트인 물품.
- 고온 제품, 용융된 금속, 사출 성형된 합성 물질, 난연성 단열 폼, 시멘트 슬러리, 모르타르, 콘크리트 및 오일 필드 응용분야를 위한 충전재로서의 제7항 또는 제8항에 따른 복수의 중공 구형 유리 입자의 용도.
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