KR800001318B1 - 규산염 유리의 수화(水和)방법 - Google Patents

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유진 피어슨 죠세프
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크라렌스 알. 패티 제이 알
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Abstract

내용 없음.

Description

규산염 유리의 수화(水和)방법
도면 1은 일정용적에서의 물의 압력과 온도에 대한 관계 곡선이며,
도면 2는 임계온도까지에의 물의 액상과 기상의 밀도 데이타에 관한 곡선이다.
본 발명은 알카리 금속 함유의 규산염 유리를 분말, 과립, 얇은조각, 섬유 및 얇은 쉬트로 하여 이 유리에 1단계의 수화를 행하는 방법에 관한 것이다. 본 반응은 유리구조에 물의 함수량을 정확히 콘트를 할 수 있으며 유리의 물함량은 약 1-25중량%로 할 수 있으며 상기의 함수된 분말, 과립 등은 열기소적으로 완전한 형태의 상품으로 성형할 수 있다.
무수분말층은 기질로 사용할 수 있으며 다음에 수화시켜서 유리페인트나 유리코팅을 할수 있다. 과거의 문헌에는 상승된 온도와 압력하에서 증기중에서 알카리 금속함유의 규산염 유리체를 처리하여 수화시키는 방법이 기술되어 있다. 예를들면, 미국특허 제3,498,802호에는 알카리 규산염 유리분말을 수화시켜서 열가소성 물질과 수경성씨멘트를 제조하는 방법이 기술되어 있다. 유리분말은 산화물 기준의 몰 퍼센트로 주로 SiO280-94%와 Na2O 및 또는 K2O ε-20%로 이루어저 있으며 전체 조성물의 90몰% 이상이 이들 성분으로 되어 있다. 여러가지의 금속산화물인 PbO, BaO, MgO, B2O3, Al2O3및 ZnC등이 유리조성물에 임의로 함유될 수가 있으나 CaO와 Li2O는 피하는 것이 좋다.
수화반응은 1기압이상의 압력과 온도범위 약 100-200℃사이에서 물 50중량% 이상의 기상으로 유리와 접촉시켜서 행한다. 물 함유 환경에서의 본 처리는 유리분말의 표면층이 적어도 중량으로 90% 이상 함유하기에 충분한 시간동안 계속한다. 수화된 분말은 80-120℃온도에서 점착성 및 응집성을 기져서 압착, 롤링, 유출 및 사출 성형과 같은 통상의 방법으로 성형할 수가 있다.
동시 함께 출원한 특허원(케이스 Barth-9, 등)에서, 알카리규산염 물질의 제조에 대하여 기술하고, 성형 특성 및 고중합 유기프라스틱에 유사한 물리적 성질에 대하여 기술하고 있다. 상기 특허원에 기술된 생성물은 열기소성 특성을 기술하고 있으며, 이 성질은 통상의 유리가 보통 흐르는 온도이히에서, 프라스틱 기술에 잘 알려진 방법을 응용하여 성형할수 있게 충분히 물질이 유동적 능력을 가지고 있음을 뜻한다.
이리하여 상술한 바와 같이 열가소성 물질은 물의 응고점에서 약 500℃에 이르는 온도 범위에서 성형할 수 있다.
본 발명은 특수조성의 알카리 규산염 유리체를 첫단계인 수화처리 및 두째 단계로 탈수처리를 포함한 두단계 반응을 행함을 이루어 알수 있다. 간단히, 상기에 기술된 유리조성 물은 주로 몰%로서, Na2O 및 또는 K2O 3-25와 SiO250-95%로 이루어 졌으며, 이들 성분의 총화는 총조성의 몰%의 55% 이상을 함유하고 있다. Al2O3, BaO, B2O3, CaO, MgO, RbO, CdO및 ZnO와 같은 여러 가능한 금속산화물을 가하여 유익하게 유리의 융해 및 성형성을 개선하거나, 성형된 유리의 물리 및 화학적 성질을 변형시킬 수 있다. PbO, CaO ZnO및 B2O3는 25%까지의 양을 사용함이 유용하고, MgO는 약 35%까지의 양을 사용할 수 있으며 BaO와 Al2O3는 20%까지의 값을 응용할 수 있으나, 다른 임의의 산화물 각각의 부가는 전체의 10%이하로 유지하는게 바람직하다. CaO는 때때로 유리의 불투명체를 만들기 때문에 투명도가 요구되는 때에는 응용할 수 없다. Li2O는 수화를 저해함이 알려졌기 때문에 부가하지 않는 것이 좋으나 약 5%까지는 별지장은 없다.
상기 발명의 방법은 첫째, 유리를 100℃ 이상의 온도에서 H2O 압력이 기본적으로 포화된 기체를 이를수 있도록 충분히 높아진 개스상 H2O를 함유한 기체환경과 접촉시킨다.
이러한 접촉은 적어도 유리의 표면부외가 물로 포화되는데 충분한 시간 동안 유지시킨다. 유리내로 침윤된 물의 양은 그 유리의 조성에 의한다. 예를들면 Na2O 및 또는 K2O를 상대적으로 적은량 함유하고 있는 유리는 보통 물을 약 10%(중량) 이상을 흡수하지 못하여, 어떤 경우에는 5% 이하를 함유한다. 반면에, Na2O 및 또는 K2O를 충분량 함유하고 있는 유리는 일반적으로 15중량% 이상을 함유하며 35%까지를 함유할 수 있다.
이 수화반응단계 후에 유리를 낮은 상대습도의 가스상태에 노출시켜서 수분량을 감소시킨다. 이 탈수 단계반응은 유리의 화학적 내구성을 증가시키고 기계적 강도를 증강시키며 또한 고용량의 수분을 함유한 유리에서 자주 관찰되는 자발적 탈수현상을 방지한다. 유리체가 기본적으로 무수 상태까지로 탈수될 수가 있으나 이러한 경우는 열가소성 능력을 효과적으로 제거하기 때문에 수분함량은 일반적으로 유리의 조성과 첫 수화단계에서의 더 많은 수분흡수의 높은 값에 따라 약 1-12중량% 정도로 감소시킨다.
일반적으로 상기에 기술된 수화단계는 유리에 수분의 침윤을 촉진시키기 위하여 상대습도 100%의 환경에서 수행하며, 탈수단계반응은 수분의 제거를 촉진시키기 위하여 낮은 상대습도 환경하에서 수행한다. 두 단계 반응은 대단히 낮은 수분함량을 갖도록 조절된 유리상품의 기본물질이 비교적 짧은 시간내에 달성할 수 있게 한다. 그러나, 상기 발명의 두단계 반응을 행하는데는 탈수단계도중에 용적체의 분해, 기포생성, 파쇄 및 또는 형체의 변형 등이 일어나기 쉬운 경향이 있으며 온도, 압력 및 상대습도등을 극히 조절을 잘해야만 완전한 제품을 얻을 수가 있다.
그러므로 상기 발명의 방법은 알카리금속 함유규산염 유리의 미세한 상인 비드, 과립, 분말, 리본 등을 수화시키고, 결과로 얻어진 흡수된 수분함량을 주의하여 조절하여 그 수분량으로 인하여 유리에 열가소성 특성을 부여하는 것이다.
우리는 상기 2단계의 반응을 상기 2단계 반응인 수화 및 탈수에 적당한 유리 조성물에 1단계의 수화 반응으로서 상기의 목적을 달성할 수 있음을 발견 하였다.
본 반응에서 실시가능한 유리조성물은 필수적으로 산화물 기준의 몰%로서 Na2O 및 또는 K2O3-25%, 및 SiO250-95%로서 이들 성분의 합계가 총조성물의 적어도 55몰%이상 함유하는 것으로 구성된 것이다.
유리의 융해 및 성형을 개선시키고 및 또는 유리의 화학적 및 물리적 특성을 변형시키기 위하여 Al2O3, BaO, CdO, B2O3, CaO, PbO, ZrO2, WO3, NoO3, TiO2, SrO, MgO 및 EnO 같은 금속산화물을 할유할 수 있다. 약 25%까지 응용할 수 있는 PbO, CaO, EnO 및 B2O3를 제외하고, MgO는 약 35%까지 그리고 BaO 및 Al2O3는 약 15%까지 응용할 수 있으나 다른 금속산화를 각개의 부가는 약 10%이하로 함이 좋다. CaO가 있으면 자주 불투명체를 만들므로 그 용도는 투명체가 필요치 않은 경우에만 국한된다. Li2O는 수화반응을 저해하기 때문에 전혀 포함하지 않게 하든다. 또는 그 함량을 5% 이하로 한다. 잘 알려진 유리 착색제인 CdS-Se, Co2O3, C22O3, CuO, Fe2O3, 및 NiO등은 통상 사용하는 량인 몇 % 정도양까지를 조합하여 사용할 수 있다. 이들 착색제성분은 약 10%양까지 가할 수 있으며 이때 이들의 기능은 착색제로서 그 효과에 제한은 없다. 최종으로, 필요하면 보통청증제를 통상 사용량 만큼 함유할 수 있다.
본 발명의 1단계 반응은 처리될 유리조성물에 따라 두 관점을 생각할 수 없다. 첫째는 유리조성에 관계없이 응용할 수 있는 것이며 이는 미세한 입체를 가진 유리체를 100℃ 이상의 온도에서 상대습도 75%이하(50%이하가 선택할만하다)의 기체상 H2O를 함유한 환경에 노출시키는 것이며 둘째는 Na2O 및 또는 K2O를 상대적으로 적온량(약 10몰%보다 적은)이거나 또는 약 17몰%(금속 산화물인 MxOy전체가 15몰이상)까지를 함유하는 유리 조성물을 응용할수 있는 점이다. 여기(MxOy)에서 금속은 원자가 2이상이며 이들 성분의 합계는 전체조성의 70% 이상 함유하고 있다.
상기 조성의 미세한 입체를 225℃를 초과하는 온도에서 상대습도 약 50% 이상의 H2O함유 개스상 환경에 접촉시킨다. 상기한 금속산화물 예로서는 BaO, PbO, CaO, CdO, MgO, Al2O3, SrO, TiO2, ZrO2, MoO3, WO3및 ZnO등이 있다.
상기의 미국특허 제3,498,802와 3,498,803호는 특히 200℃까지의 온도에서 높은 수분함량의 환경을 사용하고 있는데 주목할 수 있으며, 200℃ 이상의 온도에서 개발된 고무상 제품의 질은 낮은 온도에서 얻어진 것보다 월등히 좋지 않으며, 더구나 어떤 경우에서는 제품의 질이 불량하다고 지적하고 있다. 그러나 이와는 대조적으로 우리는 저 알카리 금속함유 조성물이나 또는 금속산화물인 M4Oy를 15% 이상(여기에서 금속은 원자가 2가 이상이다) 함유하는 유리의 조성물로서 200℃를 초과하는 온도를 응용하여 수화를 촉진시킬 수 있음을 발견하였다. 그리고 그 상습된 온도에서는 저 습도 환경도 성공적으로 응용할 수 있으며, 대단히 연장된 처리시간, 환경 및 포화가 선택할만하다.
이리하여, 필수로 저알카리 금속 함유 유리가 높은 습도환경이 필요한 본 발명의 특수한 관점임을 알수 있다. 우리는 또한 저 알카리 금속 함유 유리의 최대수분량은 포화된 환경과 압력하에서도 유리조성에 의하여 조절될 수 있음을 알았다. 이리하여, 유리조성을 선택함으로서, 100%의 상대습도에서까지도 수화중에 유리에 흡수되는 최대수분량은 결정할수가 있다. 물론 이러한 조절은 노출시간을 좀더 길게하는 것을 제하고 동일 온도에서, 저 습도 환경을 적용하면 쉽게 달성할 수 있다.
그러므로 본 발명은 미세입체 유리체의 수화를 주의하여 조절될 수 있는 흡수된 물의 수준을 얻을수 있는 방법으로 담당할 수 있으며 더구나 본 방법은 유리내에 수분함량을 25%까지 함유케 힐 수 있으며 이것은 상술한 미국특허원에 기재된 2단계 반응의 탈수반응중에 자주 나타나는 현상인 기포생성, 분해등의 현상이 일어남이 없이 열가소성 특성을 적절하게 가진다.
또한 흡수된 수분의 양은 무수 유리가 가진 좋은 내구성을 나타내는 조성물에서와 같이 이 수화된 유리체에서도 좋은 내화학성을 같기에 충분하도록 쉽게 그리고 충분히 낮은 값의 수분량으로 조절하고 유지할 수가 있다.
상대습도란 표현은 대단히 높은 온도에서는 수분함유 환경의 기술에서는 제한된 것임이 알려져 있다.
이러한 상황은 필요한 상대습도의 정의가 포화증기압의 값을 일컬으는 것으로 알려져 있다. 이리하여 어떠한 기체가 액화할 수 있는 최대온도가 존재하며 이 온도가 임계온도로 정의된다. 동시에 임계압력이 존재하며 이는 임계온도에서 개스의 액화에 필요한 압력을 말한다. 물의 경우에는 임계온도가 약 374℃이며 임계압력이 약 3200psi이다. 상기의 임계온도에서의 H2O는 액체도 기체도 아닌 유체로 정의된다.
이러한 상황이 “Hydrothermal Crystal Growth”의 180폐지와 R.A. Laudise and J. W. Nielsen, Solid Seta tPhysics 12, 149.222, Academic Press, New York 1961에서 인용한 제1도에 표시되어 있으며 이것은 정적(定積)에서의 물에 대한 압력과 온도 곡선을 표시한다. 도면에서의 직선은 주위온도에서의 액체물로 채워진 가압부나 또는 다른 가압용기의 용적%와 같은 여러가지 층진 인자를 나타낸 것이다. 더구나, 포화증기환경(100% 상대습도)을 생성하는 최소량의 액체 H2O와 같은 최소 층진인자는 표준증기표에서 계산할 수가 있다. 제1도에서 지적된 바와같이 374℃에 대한 이 임계층진 인자는 약 30%이다. 제1도는 또한 약 30%보다 더 큰 층진 인자로는, 액체 H2O의 용기가 임계온도(374℃)하의 온도에서 채워지는 정도까지 팽창한다. 즉 용기는 유체정압하에 놓이게 된다. 이 현상이 상기 인용문헌 폐지 181에서 인용한 제2도이다. 제2도의 커브는 액체 H2O와 기상의 밀도 테이타에서 임계온도까지를 그린것이며, 가압용기에서의 눈금의 높이는 표본층진제에서의 온도의 함수로서 나키낸 것이다.
제1도의 연구결과 일정층진 에서의 압력과 온도곡선은 공존곡선(온도와 압력이 제한되어 이 상태에서 H2O의 액상과 기상이 공존한다)을 초과하여서는 기본적으로 직선임을 알수 있으며 틀리지 않고 외삽(外揷)할 수 있다.
본 발명이 개스상 H2O환경에서 유리체를 처리하고 있기 때문에 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 제1도와 표준증기표로서 374℃이하의 온도에서 필요한 포화증기 또는 불포화 증기에 필요한 충진인자를 쉽게 산출할 수가 있다. 또한, 374℃이상의 온도에서는 어떤 특정온도에서 원하는 압력을 성취할 층진인자를 선택할 수 있다. 일정층진에서 압력-온도 곡선을 다행히 공존 커브 이상에서는 직선이기 때문에 임계온도보다 낮은 온도에서의 어떤 상대습도의 환경으로서의 행동을 외삽(外揷)할 수 있다.
임계온도, 층진인자등을 더 연구하기 위하여는 Steam Tables-Thermodymamic Properties of Water Including Vapor, Liquid and Solid phages (English units) J. H. keenan, F, G. keyes, P. G. Hill and J. G. Moore, Johnwiley ＆ Sons, Newyork 1969, 및 Thermodynamic Properties of Steam Including Datafor the Liguid and Solidphases J.H. keenan and F.G. keyes등의 문헌을 참조하기 바라며, 이러한 현상에 더 많은 해설을 줄 것이다.
표(I)은 산화물 기준의 몰%로 표시된 유리조성물군이며 이것은 본 발명에서 응용할 수 있다. 그러므로 각 뱃취로 산화물이든 또는 다른 화합물이든 어떠한 물질로 부터도 조합할 수 있으며 이것은 함께 용융하였을때에 적절한 비율로 원하는 산화물 조성물로서 변환된다. 뱃취성분을 균질한 용해물을 얻을수 있도록 볼밑에서 정상으로 주의하여 함께 혼합하고 1450°-1600℃에서 악 16시간 동안 뚜껑이 안된 백금이나 규산염 도가니에서 용융시킨다. 물론 다량의 용융물을 얻기 위하여는 유리공업에서 실시하고 있는 통상의 방법에 따서 솥이나 연속 용융탱크에서 행한다. 다음에 용융물을 냉각시키고 유리체로 성형한다. 종종, 용융된 유리의 흐름을 뜨거운 불꽃이나, 공기 브라스트 또는 물속으로 통하여 유리의 칵은 입자로 만든다. 필요하면 엷은 리본으로 하여 그 상태로 그냥이거나 또는 프레이크로 부수어서 수화반응을 행할 수도 있다. 일반적으로 입체의 두께는 15mm가 실제로 응용할 수 있고 최대의 두께이며 5mm 이하의 두께가 완전한 수화의 속도를 위해서도 바람직하다.
[표 1a]
[표 1b]
Figure kpo00002
수화반응은 증기압, 상대습도 및 온도를 쉽게 조절할 수 있는 기구인 가압부에서 행한다. 엷은 유리쉬트리본은 가압부의 바닥위에서 내화벽돌이나 테프론(상품명) 또는 기타 비접착성 및 비반응성 물질을 가압부 바닥을 수평으로 지지한 위에 놓는다. 가압부를 밀봉하고 원하는 압력에서 증기를 발생하도록 가열한다. 일반적으로 가압부의 꾸준한 상태의 조작은 약 30분에 도달하며, 가장 높은 온도를 적용할려면 어느정도의 긴 시간이 요구된다.
유리에의 수화 또는 유리에 원하는 깊이로 수화를 달성하는데 소요되는 시간은 유리의 조성과, 수화반응에 이용된 H2O 압력 및 온도와 직접으로 관계가 있다. 알카리 금속 함유량이 큰 유리는 더 빨리 수화되며 수분의 농도가 커도 잔류하는 유리성분의 비율은 변하지 않는다. 이러한 유리는 주로 화학적 내구성이 적다. 높은 압력과 온도도 보통 수화가 빨라지며, 또한 물론 완전한 반응에 소요되는 시간은 사용된 무수유리체의 가장 작은 교차부위에 반비례 적이다. 최종으로, 발명의 선택할만한 것은 유리를 완전히 수화시킨 반면, 단지 표면층만 수화를 달성할 수 있는 용도도 또한 좋다.
다음의 설명에서는 상업적으로 사용하는 가압부로서는 1입방피트 용량을 사용하였다. 증기압은 용기 바닥에 넣은 증류수를 가열하여 발생시키며, 압력은 온도를 조절하여 조절한다. 내부에 필요한 습도는 특수온도에서의 습도에 필요한 물의 양을 미리 결정하여 조절한다. 특정의 습도를 만드는데 필요한 물의 양에 관하여는 가압부를 어느 온도에 따라서 눈금을 정할수 있다. 결과의 재현을 확인하기 위하여 사용하기 전에 가압부를 완전히 건조시킨다.
소량의 유리로 수화중에 유리에 함유된 물은 압력하에서의 손실을 일으키게 하는데는 충분치 못하다. 다음의 실시예에서, 약 10% 이하의 충진인자가 일반적으로 적용되었다.
유기 프라스틱체의 성형에 일반적으로 사용되는 기구를 이용하여 성형하는 것을 쉽게 하기 위하여 및 또는 불필요하게 오랜 기간이 걸리지 않으며 기본적인 수화를 달성하기 위하여 유리입자를 미국 표준체 제4호(4,76mm)에서 제400호(37미크론)까지의 크기를 보통 사용한다. 확실히, 대단히 미세한 입자를 사용하면 가압부내의 어떠한 온도에서도 2-4시간이라는 비교적 짧은 시간이 소요되는 반면, 큰 입자에는 24-72시간 이라는 비교적 긴 노출시간이 필요하다. 처리후에 가압부를 적어도 100℃ 이하로 시료를 꺼내기전 정상비율로 냉각시킨다. 그러나 높은 온도에서 꺼내면 물을 가압부에서 제거한후에 행하는 것이 좋다. 유리에 저류된 수분량은 수화단계의 전후의 유리무게를 비교하여 결정한다.
입자를 분말체로 형성하면 일반적으로 그것으로 수화반응이 완전히 진행된다. 때때로 수화반응중에 유리입자를 흘러보내서 고체 형태를 형성하게 할수도 있다.
표(II)는 미국 표준체 제18호(1mm)를 통과한 표(I)의 수종의 유리를 300℃에서 16시간동안 가압부에서, 여러상대습도를 100%까지 변화시키고 적용시켜서 흡수된 수분의 량을 중량으로 비교 보고한 것이다.
[표 2a]
Figure kpo00003
[표 2b]
Figure kpo00004
표(III)는 미국표준체 제18호를 통과한 표(I)의 유리에 350℃에서 16시간동안 상대습도를 100%까지 변화시켜서 흡수 된 수분의 량을 비교한 것이다.
[표 3]
Figure kpo00005
표(IV)는 미국표준체 제18호를 통과한 표(I)의 유리를 간압부중에서 374℃에서 16시간동안 상대습도를 여러가지로 변화시켜서 흡수된 수분량을 비교한 것이다.
[표 4]
Figure kpo00006
표(V)는 수화에 의하여 흡수되는 수분의 양에 대한 저급 알카리 금속의 영향을 표시한 것이다. 실시예 18-25는 Na2O 및 또는 K2O 10몰%이하를 함유하고 있으며 표(V)는 미국 표준체 제200호(74미크론)를 통과한 유리분말을 250℃에서 16시간 동안 가압부에서 상대습도 100%까지로 노출시켜서 흡수된 수분량을 표시한 것이다.
[표 5]
Figure kpo00007
이 후자의 유리형태 즉, Na2O 및 또는 K3O 10몰% 이하를 함유하는 조성물은 본 발명의 제2의 관점을 예시하는 것이다. 이리하여, 이러한 유리는 높은 압력과 필수적으로 포화된 증기에서 실제적인 시간의 길이내에 수화된다. 낮은 증기압 하에서의 수화는 실행할 수 있으나 거기에 소요되는 시간 때문에 경제적으로 이롭지 못하다. 더구나, 상기에서 알수 있는 바와같이 최대 흡수의 수분량은 중량으로 약 15%를 초과하지 못하며 일반적으로, 유리조성에 의하여 조절된다. 이 수분함량은 유리체에 열가소성 특성을 부여하는데 충분하며 동시에 수화 생성물에 좋은 화학적 내성을 부여한다.
유리에 흡수된 수분량의 화학적 내성에 대한 효과가 다음의 표(Vl)에 명확히 예시되어 있다. 흡수된 수분량이 중량으로 약 15%로 초과하면 유리체의 내구성은 심한 손상을 받는다. 일반적으로 말하여 흡수된 수분함량이 적으면 적을수록 화학적 내구성은 더 좋아지는 것이며 역으로, 일반적인 전제로서, 흡수된 수분함량이 적으면 적을수록 유리체가 가지는 열가소성질은 더 감소된다. 그러나, 실시예 9-l4에서와 같이 PbO를 다량 함유한 유리체와 같은 특정 조성물에서는 이들 조성물이 수분을 약 1% 정도의 적은 량을 흡수하고 있지만은 프라스틱 분야에서 일반적으로 사용되는 저온성형술을 이용하여 성형할수 있는 충분한 가소성을 부여한다. 이러한 인자의 견지에서는 그러므로 선택할만한 것은 유리체가 수분을 약 1-12%(중량) 함유하는 것이다.
표(Vl)는 70℃에서 20시간 동안 증류수와 접촉시켜 수화한 유리분말을 압착시켜 노출시킨후에 관찰하고 측정한 결과의 보고이다. 약 100㎍/g 보다 적은 중량감소는 일반적인 적용의 다수에 대하여 만족할만 한 화학적 내구성을 가졌다고 평가한다.
디스크의 압착에 있어서 수화된 유리는 표(IV)에 기록된 입자에 의하여 크기를 결정하며 미국표준체 사이즈를 적용한다. 입자는
Figure kpo00008
인치 직경의 주형에 넣고 이주형을 가열하여 유리를 연화시키고 다음에, 약 5,000-8,000psi의 프란저를 가하여 입자를 약
Figure kpo00009
인치 두께의 디스크로 만든다.
[표 VI]
Figure kpo00010
실제적으로 환경처리를 행할수 있는 최소의 상대습도는 약 5% 범위까지로 결정되었다. 그러나 상기에서 관찰된 바와같이 환경처리내에서의 H2O압력 및 온도가 높으면 수화반응은 더 빨라진다. 그런 까닭에, 5-10%라는 대단히 낮은 상대습도를 가지는 환경에서는 응용할 수 있는 수화율로 수화를 촉진시키기 위하여는 대단히 높은 온도가 필요하다. 이러한 인자를 감안하여, H2O압이 대단히 낮은 경우에는 일반적으로 그 온도는 300℃를 초과(350℃를 초과하는 것이 바람직하다) 하는 것이 요청된다.
Na2O 및 또는 K2O 함량이 높은 유리에 만족할만한 시간 내에 수화를 완전히 끝내려면 수화온도를 적어도 100℃ 이상(150℃ 이상으로 함이 좋다)으로 하는 것이 요구된다. 그러나 이러한 온도는 알카리함량이 적은 유리에는 실제로 적용하기 곤란하다. 이러한 경우의 조성물에는 225℃ 이상 (250℃ 보다 높은 온도가 좋다)의 온도를 이용하는 것이 좋다. 실제로 최대수화 온도는 미세한 입체물질의 연화 및 또는 융해는 계획된 목적에 해를 주지 않는한 사용한 장비의 능력에 의하여 지배된다. 500-600℃의 온도는 기계적으로 실시할수 있으나 그러나, 정상으로 꼭 필요한 것은 아니나, 수화는 무수 유리의 연화점하에서 행한다.
고체빌크 형태는 사용한수화입자로 부터 유기 프라스틱기술 에서 통상으로 사용되는 성형 방법에 의하여 생산되며 물질의 열가소상 프라스틱 특성은 이들 물질을 유기 중합체에서와 같은 방법으로 건조압착, 사출 성형 및 유출성형할 수가 있다. 각 성형반응은 보통으로 가압하에서 용융된 물질을 성형한다. 때로는 약실온에서도 성형이 가능하나 약 100-400℃와 같은 상승된 온도가 수화된 물질이 더 잘유동성이 있기 때문에 더 이용된다. 본 발명의 유리조성에서는 약 500℃가 실제로 응용되는 최대온도 이다.
사용되는 성형온도에서 어느정도 흡수된 물이 기화하지만 가압부에서 제품의 성형을 하거나 또는 다른 가압계에서는 문제시 되지 않는다. 여러가지의 적당한 압력하에서의 환경조건이 수분의 과도한 기화를 막기 위하여 사용될수도 있다.
표(VII)는 고수분함유 유리와 저수분함유 유리체로 부터 얻어진 생성물을 대비시킨 것이다. 미국 표준체 제140호(105미크론)를 통과한 각 실시예 에서의 무수 유리 입자는 270°4에서 4시간 동안 수화된다. 수화는 입자를 함께 연화 및 유착시켜서 디스크 층으로 한다. 층은 여러 크기의 조각으로 부수어서 이 조각을 미리 가열하고 약간 가압(10-50psi)한 직경
Figure kpo00011
인치의 주형틀에 넣는다. 그후에 약 270-300℃ 로 가열한다. 이 때 유리가 연화하기 시작한다. 그 위로 약 5,000-8,000psi로 가압한다. 약 3분후에 열을 제거하고 주형을 60℃ 하로 냉각시킨다.
다음에 주형틀을 풀고 디스크(
Figure kpo00012
인치의 두께)를 주형틀에서 꺼낸다.
[표 VII]
Figure kpo00013
38%의 상대습도를 사용한 실시에 3,6,9에서 흐리게 보인 것과 100%의 상대습도를 사용한 실시예 9에서의 반투명한 것은 수화반응을 더 주의하여 조절하여서 제거할 수 있다. 또한 금이 가는 현상은 성형단계후에 유리체의 건조에서 주의하지 않으면 수분함량이 고함량인 경우에 자주 관찰된다.
우리는 이러한 물질이 기질과 유해반응을 일으키지 않는 여러가지 기질에 페인트제 나 피복제로서 대단히 유효함을 발견했다. 단단하고, 내구성의 피복은 유리를 미세한분말 (예를들면 미국표준체 제400호를 통과한)로 빻고 이 분말을 임의로 물이나 메타놀과 같은 액체 담체와 혼합하고 짙은 스러리로 한다. 건조말분이나 스러리를 스틸이나 알미늄판, 유리슬라이드 또는 자기제품 및 가압에서 처리되는 피복 목적물과 같은 원하는 기질에 적용한다. 사용한 수화공정은 유리체 자체에 행한 것과 같이 행하며, 수화정도는 피복물질의 알카리금속의 산화물 함량에 의한다.
100%의 상대습도에서, 250℃로 2시간 동안 처리한 후에 실시예 18 및 20의 것은 단단하고, 투명하며 유리상 피복할 목적물에 흘러 넣는다. 49%의 상대습도에서, 250℃로 16시간 동안 처리한후에 실시예 1, 3 및 13의 것을 투명하고 단단하며 잘 부착된 유리상 피복 목적물에 흘러 넣는다.
상기의 실시예에서 증기 대신에 다른 기체성분으로서 공기를 함유할수는 있으나, 헬리움, 아르곤 및 질소와 같은 여러 볼활성기체를 도입시키는 것이 좋다.

Claims (1)

  1. 산화물 기준으로 Na2O 및 또는 K2O 3-25몰% 및 SiO250-95%를 함유하고 이들 성분의 합계가 전체 조성의 55% 이상으로 이루어진, 무수유리의 분말, 과립, 풀레이크, 섬유, 얇은쉬트, 포일등과 같은 미세입체상의 유리를 만들고 이것을 상대습도 5-75% 및 100℃를 초과하는 온도에서 적어도 그 표면에 수분이 흡수되어 이유리체가 열가소성 프라스틱 성질을 갖기에 충분한 시간을 H2O함유의 기체환경에 접촉시킴을 특징으로 하는 열가소성프라스틱 특성을 가지는 유리 또는 유리체의 제조방법.
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