KR840001879B1

KR840001879B1 - 2수석고 슬래그계 경화체 제조방법

Info

Publication number: KR840001879B1
Application number: KR8203159A
Authority: KR
Inventors: 김상범
Original assignee: 김상범
Priority date: 1982-07-15
Filing date: 1982-07-15
Publication date: 1984-10-24
Also published as: KR840000446A

Abstract

내용 없음.

Description

2수석고 슬래그계 경화체 제조방법

본 발명은 다염기성 염화 알루미늄[Al₂(OH)_nCl_6-n]_m(이하 PAC로 통칭함)을 수경화촉진주제로 하여 2수석고(CaSO₄·2H₂O)와 고로슬래그(高爐 slag)로 2수석고 슬래그계 경화체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하여 제조된 경화체는 강도가 강하고 내수성이 우수하며 물의 흡수가 적고 흡수에 의한 변화율이 아주 낮으면서 불연성인 특성을 가지고 있다. 또한 통상적 방법으로 무기 및 유기섬유 보강재를 첨가하여 가공성을 향상시킬 수 있고 경량재를 첨가하여 숭비중을 낮출 수도 있다.

또한 본 발명의 방법은 핫책크(Hatschek)식 석면 슬래이트 초조장치에 의해 초조하여 보도상으로 성형하고 이를 가압 또는 무가압하여 얇은판으로 대형판을 경제적으로 연속 제조할 수 있다. 종래의 석고 경화체는 반수석고(CaSO₄·

) 및 II형 무수석고등을 사용하여 그 자경성에 의해 만들었거나 반수석고와 포틀랜드 시멘트에 섬유 보강 결합재를 첨가하여 제조하였고 때로는 고황산염슬래그 세멘트로서 경화체를 만들었는 바 이들은 강도가 약하여 양면에 가연성 종이를 붙이어 강도를 유지하였다. 더구나 이러한 종래석고 경화체는 적당한 수화촉진제 및 지연체의 선택에 문제가 있고 경화건조시간이 길어 취급이 어려우며 2수석고의 탈수에 필요한 에너지 코스트가 높고 고가의 석면을 다량 사용하므로 경제적인 문제점이 있었으며 섬유결합제 석면공해로 인한 노동황경면의 불안, 경화재령이 길어 팽창 파괴되는 불안정성등 결점이 허다하였다.

이러한 종래 방법상의 결점을 개선하기 위하여 2수석고와 슬래그를 이용하는 각종 방법의 연구가 시도되었다.

예를 들면 일본국 특허공보 공번소 55-46985호에는 2수석고와 슬래그에 알카리자극제와 황산알미늄을 첨가하는 방법이 공개되었는 바, 전기한 일본 특허공보에는 잠재수경성인 고로슬래그와 자경성이 없는 2수석고가 결합하여 칼시움 알루미네이트의 황산염 복염수화물인 애트린자이트 및 이외 치환화합물등을 생성시키는데 상승적인 효과를 나타낸다는 수경화촉진제로서 황산나트리움, 황산카리움, 수산화나트륨, 수산화 칼륨, 소석회동과 같은 알카리염류물질과 황산알루미늄 나트리움명반, 칼륨명반등과 같은 황산알미늄 함유물질을 사용하는 방법이 공개되었다.

본 발명은 전술한 2수석고와 슬래그의 수경화촉진제에 대한 다각적인 연구결과 2수석고와 슬래그의 수경화촉진제로서 다염기성 염화알루미늄 [Al₂(OH)_nCl_6-n]_m을 사용하면 애트린자이트수화물 및 그 황산염의 치환물의 수화물(예를 들면 C₃A·3CaCl₂·H₃₂)을 생성하는 수경화촉진제로서 보다 조경성이며 고강도를 이루고 내수성을 발휘하는 2수석고계 슬래그경화체를 생성한다는 사실과 애트린자이트의 다량생산으로 인하여 미반응 2수석고량을 감소시키고 또한 고강도를 유지하기 때문에 고가의 석면섬유를 전체 원료중량의 3-5% 정도로 소량 혼합하여도 핫책크식 초조장치인 웨트매신 (Wet machine)으로 박판대형물을 얻을 수 있을뿐 아니라 제조된 경량체의 강도가 연질석면 슬래이트판이나 P.C 보드보다 강하다는 사실을 발견하므로서 발명을 완성하게된 것이다.

고로슬래그와 2수석고를 혼합하여 조경성이며 고강도이고 내수성이 있는 경화체를 제조하는데는 염기도가 높고 규산(SiO₂) 함량이 적으며 백색거품상의 유리질이 풍부한 잠재수경성 급냉수재(고로슬래그)가 바람직하다. 그리고 본 발명에서 사용하는 다염기성 염화알미늄은 자경성이 없는 2수석고와 반응하여 물리 화학적작용을 효과적으로 이르켜 애트란자이트 및 그 황산염의 치환화합물을 가능한한 다량 생성시키어 초기강도를 향상시키는 수경화작용과 애트린자이트 생성요인을 충족시키게 되는 것이다.

본 발명에 사용되는 새로운 수경화 촉진제인 다염기성염화 알루미늄 (PAC)은 고로슬래그의 조기수경화 촉진 및 애트린자이트 수화물 생성의 다량화 및 고강도 유지로 인하여 석면 사용량의 감소, 내수성의 향상, 웨트매신을 이용한 대형판 제조시의 세척수의 청등화 효과로 인한 수율의 향상등 2수석고 슬래그계 경화체 제조에 있어서 탁월한 효과를 나타낸다.

본 발명에 사용되는 염기성 염화알미늄(PAC)이 2수석고와 고로슬래그의 강력조기수경화 및 애트린자이트생성에 있어서의 물리화학적 작용은 다음과 같이 설명할 수 있다. 급냉에 의해 잠재 수경성을 지닌 고로 슬래그는 고석회 알루미노 실리케이트유리로 이루어져 그 분말과 물과의 반응은 입자의 표면에 한정되지만 알카리용액중에서는 반응이 계속되고 수화물을 다량 생성하여 경화가 잘 된다. 이를 구체적으로 설명하면 고로슬래그의 성분은 C₂S(벨라이트), CS, C₅A₃(왈라스토나이트), C₂AS, C₂MS₂CMS(멜릴라이트)등이며 주성분은 C₂AS, C₂MS₂의 연속고용체를 형성하는 멜릴라이트이다. 그런데 AL₂O₃성분을 함유하는 멜릴라이트유리는 잠재수경성을 가진다. 따라서 잠재수경성물질인 고로슬래그는 알카리성을 유지하면 수화가 일어나는데 주성분인 C₂AS 등 멜릴라이트가 수화하면 주로 Ca⁺⁺이온이 용출하여 수분과 치환하고 용해도는 극히 작아져서 두께 0.2μ내외의 콜로이드겔막(Cell)을 이루어 부동태가 되어 반응이 정지 되지만 알카리성용액을 가하면 OH^-이온의 흡착에 의하여 Si-O 및 Al-O의 결합이 약해지면서 Al⁺⁺⁺이온이 용출하여 구조는 파괴되어 수화물의 용해도가 저하되므로 수화반응이 진행되어 응결, 경화 현상을 동반하게 된다. 여기에 특히 주목할 것은 Ca⁺⁺이온의 용출증가와 알카리수용액중에서 OH-의 흡착과 Al⁺⁺⁺이온의 용출증가 및 겔상태의 막의 파괴로 인한 수화물의 용해도 저하로 수화반응이 연속적 진행을 하게된다는 사실이다.

염기성염화알루미늄은 무기고분자화합물로서 알카리 수용액중에서 2개의 OH^-기로 2량체의 다핵착체(多核錯體 Poly Complexion)인 [Al₈(OH)₂₀]⁺⁴의 폴리이온을 형성하고 있고 현탁입자표면의 하전 중화작용과 입자에의 흡착작용이 나타나며 다른 어떤 무기계 물질보다 응집 최적 pH 범위가 넓고 저온 저알카리에서도 우수한 성능을 가지고 있는 것이 특징이다. 따라서 PAC는 고로슬래그의 주성분인 C₂AS의 수화로 인하여 용출된 Ca⁺⁺이온을 가교에 의해 응집하게 되고 OH^-의 흡착을 촉진시키며 Al⁺³이온의 용출도 도와 수화반응을 촉진하는 역할을 한다. 그결과 부동태인 겔막이 파괴 되므로 수화물의 속도가 저하됨과 동시 생성된 수화물은 수소결합, 수산기결합, 런던 환데어 왈스결합(London VanDer Walls Bound)에 의해 C₂SH, CSH, CMSH 등이 생성되고 주성분인 C₂ASH₃는 과잉의 석회에 의하여 분해되며

치환을 하는

C₂AH₈와

C₂H₁₉H₈의 고용체가 되어 상온에서 안정한 C₃A의 수화물로 되는바, 이는 준안전상태로서 용해도가 낮은 C₃A의 수화물은 각종의 6방층상 구조를 가진 각종 북염수화물을 생성하게 되는 것이다. 생성물은 주로 2수석고 슬래그계 경화체의 주성분인 황산염 복염 즉 애트린자이트로 된다.

일반적으로 세멘트수화물은 대부분 그 크기가 콜로이드입자 범위내에 있고 응결경화이론에 의하면 미결정의 표면에너지에 의해 응집력과 부착력에 의한다는 결정설, 콜리이드입자의 경화로 인한다는 콜로이드설 및 수화결정입자의 응집설등 많은 이론이 있는데 이를 광의로 해석하면 미립자의 응집상태의 발달로 인정된다.

세멘트의 수화에 따르는 경화작용의 규명은 세멘트화학의 중심적문제로 다각도로 검토되고 있고 그 취급분야에 있어서도 계면화학과 밀접한 관계가 있고 고분자화학이나 유리공업화학과도 공통점이 많음을 알수 있는데 무기고분자 전해질을 형성하는 다가이온은 반대하전 뿐아니고 동부호하전의 분산입자도 응집작용을 한다고 알려져 있고 이 경우도 일종의 가교에 의한다 보며 입자간 거리가 작아 입자의 접합(cohesion)이라고 해석된다.

따라서 전술한바와 같이 C₃A의 수화물이 용해도가 낮은 것은 황산염복염수화물을 생성할때에 PAC의 가교에 의한 하나의 입자의 접합이라고 생각된다. 이는 가교에 의한 응집에서 입자간의 런던 환데어 왈스 결합력에 의해 응결되었다볼 수 있다.

본 발명에 의한 염기성 염화알미늄의 사용은 전술한 이론적 배경에 근거하여 이루어진 것이다.

본 발명에 사용되는 고로슬래그는 잠재수경성을 가진 고로급냉수재(이하 고로슬래그라 칭함)가 좋고 염기도가 1.76~2.20 정도이며 유리질인것이 좋으며 분말도는 3,000~3,380g/cm²인 것이 바람직하다. 그리고 2수석고는 화학부생석고를 주로하며 소위 배탈석고도 유용하여 어느정도의 수분은 운바에 지장이 없는한 함유하여도 무방하다. 염기성 염화 알루미늄 (PAC)는 정화제로 시판되는 것을 사용하는바 고채분말형도 사용할 수 있다. 소석회는 공업용 소석회를 사용하는데 분말도는 88μ채에서의 잔사 4%이하면 된다. 포틀랜드 세멘트는 보통 포틀랜드 세멘트를 사용하며 석면은 캐나나 석면규격 6급을 기준으로 한다.

본 발명은 고로슬래그와 2수석고를 원료로하여 2수석고슬래그게 경화체 및 보드를 제조함에 있어 잠재수경성인 고로슬래그의 수경화자극제로서 알카리수용액을 생성하는 공지의 보통 포틀랜드세멘트(이하 세멘트라약칭함)와 소석회를 사용하고 이의 상승적스경화촉진제로서 염기성염화 알루미늄 (PAC)을 첨가사용하므로서 이의 반응에 의해 고로슬래그의 수화물을 형성하고 다시 주성분 수화물인 C₃A의 수화물과 2수석고가 주생성물인 에트린자이트를 생성함에 있어 염기성 염화알루미늄(PAC)의 무기고분자전해질인 2량체인 다핵착체[Al₈COH₂₀]⁺⁴의 폴리이온의 분산입자의 응집 또는 접합작용을 이용하여 런던환데어 왈스력에 의해 응결시키므로서 이중효과가 있으므로 보다 더 다량의 에트란자이트를 생성하여 조경성이며 고강도이고 내수성이 풍부한 경화체 및 보드를 얻을 수 있게 된다. 고강도 발휘로 인하여 섬유보강체의 양적감소(석면 5%중량비 이하)로도 웨트매신에서 초조하여서도 강도가 연질석면슬레이트판이나 P.C보다 보다 강한 박판대형물 또는 보드를 경제적으로 연속제조할 수 있는 특징이 있다.

본 발명에 의하면 종래의 속고판과 같이 양면에 가연성 종이를 붙이지 않고도 5mm두께 910×1820mm의 대형판을 만들 수 있으며 경화 시간은 웨트매신을 나오면서부터 대체로 4-5시간이면 족하고 하루 정도만 상온 양생하면 완제품이 되며 제품은 결정성이므로 내수성에 있어서 물속에 오래 두어도 중량변화와 강도변화가 크게 나타나지 아니한다.

또 제품의 알카리도 pH 8정도 이므로 섬유보강 결합제인 섬유가 반드시 내알카리성 일 필요는 없으며 유리섬유, 암면 유기합성섬유, 펄프섬유도 사용할 수 있다. 본 제품은 가공성도 우수하여 대패질도 목제와 같이 쉽게 다룰 수 있고 기재가 백색이므로 페인팅도 용이하다. 주원료인 2수석고나 슬래그는 중화학 및 제철 공장에서 막대한 양의 부산물로 산출되므로 싼값에 얻을 수 있고 부생자원의 이용이란 점에서 경제적인 이점이 있을 뿐아니라 석면슬레이트 제조에 사용하든 웨트매신을 그대로 사용하여 초조할 수 있으므로 경제적으로 대형보드를 연속적으로 제조할 수 있는 특징을 가지고 있다.

본 발명의 실시예를 들면 다음과 같다.

이 실시예에 있어 얻어진 특정조건 또는 제품, 제법, 조작 및 조건은 단지 예를 나타낸 것으로 하등 본 발명의 특정한 방법 또는 조건에 한정하려는 것은 아니다.

[실시예 1]

상기 물질을 교반기에 넣고 원료중량의 5-10배의 물을 가한다음 충분히 교반 혼합하여 슬러리를 만든다음 비중 1.08-1.03 정도로 되도록 일정 농도까지 희석 조절한 후 핫책크식 초조장치인 웨트 매신으로 초조하고 보드상으로 성형한다음 이를 경화 양생한다. 이렇게 제도된 제품은 비중 1.5이하, 곡강도 160kg/㎠이상, 함수률 10%이하, 흡수율 23%이하의 물리적 성질을 가진 내수성이며 불연성인 보드가 된다.

[실시예 2]

이를 원료중량의 5-10배의 물을 가한다음 교반기에서 균등히 혼합 교반하여 슬러리를 만든 다음 비중 1.02-1.08정도의 일정한 농도로 희석 조절한 다음 핫책크식에 의한 석면슬레이트 초조장치인 웨트매신에 의해 임의 두께로 초조, 판상으로 성형한 다음 이를 상온상태에서 경화 양생한다. 이렇게 만든 제품은 비중 1.4이하 곡강도 170kg/㎠이상 함수율 10%이하, 흡수율 22%이하의 내수성 단열 보드가 된다.

[실시예 3]

이를 원료중량의 5-10배의 물을 가한다음 교반장치에 넣고 균등히 혼합교반하여 슬러리를 만든 다음 비중1.0-1.10정도로 희석한후 웨트 매신에서의 임의 두께로 초조하여 보드상으로 성형한 후 이를 80℃이하의 증기 양생을 한다. 이렇게 만든 제품은 비중 1.6이하 곡강도 150kg/㎠이상 함수율 10%이하, 흡수율 24%이하의 내수성 불연 단열보드가 된다.

Claims

2수석고와 고로슬래그를 원료로 하고 알카리 자극제인 수량의 소석회나 세멘트를 첨가하여 반응시키는 경화체 제조방법에 있어서 수경화반응 촉진제로 다염기성 염화알미늄([Al₂(OH)_nCL_6-n]_m·Poly aluminium chloride)을 첨가 반응시킴을 특징으로 하는 2수석고 슬래그계 경화체 제조방법.