KR900000365B1

KR900000365B1 - 규산 칼슘 보온재의 제조방법

Info

Publication number: KR900000365B1
Application number: KR1019870013103A
Authority: KR
Inventors: 이해명
Original assignee: 주식회사 금강; 박가경
Priority date: 1987-11-20
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1990-01-25
Also published as: KR890008051A

Abstract

내용 없음.

Description

규산 칼슘 보온재의 제조방법

제1도는 본 발명에 의한 죠노트라이트 중공구체로된 입자를 보인 사진.

제2도는 제1도의 부분확대 사진으로서 입자가 중공(中空)체 임을 보인 사진.

본 발명은 규산 칼슘 수화물을 이용하여 제조되는 규산 칼슘 보온재의 제조방법에 관한 것이다.

종래에 널리 보급된 바 있는 규산 칼슘 보온재는 규산질 원료와 석회질 원료에 고온 고압의 포화 수증기압을 가리는 수열반응법(Autoclaving)을 이용하여 제조하였던 것인바, 이를 위한 반응 용기로는 오토클레이브(고압솥)가 이용되었으며 이에 투입된 원료의 가열 가압 시간과 가열온도, 가압압력 및 투입원료의 순도, 반응성, 입도, CaO/SiO₂의 몰비, 원료와 물질의 배합비등에 따라 생성되는 수화물의 종류가 결정되는 것이다.

이와 같은 공정으로 인공 합성한 규산 칼슘 수화물의 종류는 약 20여종이 있고, 그 결정구조, 결정형상, 밀도, 강도, 내열성이 각각 상이하므로 그 특성에 따라 보온재, 내화피복재, 일반건재, 충진재, 흡착재 등으로 활용되고 있는 것이다.

여기서 보온재로 활용되는 규산 칼슘 수화물의 결정구조는 토버모라이트계(Tobermorite : 5CaO·6SiO₂·5H₂O)와 죠노트라이트계(Xonotlite계 : 6CaO·6SiO₂·H₂O)의 두종류로 구분될 수 있는 것이며, 토버모라이트계의 것은 사용온도가 650℃정도의 것이어서 넓은 온도 범위에 걸쳐서 사용할 수가 없는 것이다. 그러므로 근래에는 사용온도가 1000℃ 정도의 죠노트라이트계 규산 칼슘 수화물이 보온재로써 널리 사용되고 있으며, 이는 규조토, 규석분, 플라이에쉬(Fly Ash), FSD(Ferro silicon Dust)등의 규산질 원료와 소석회(Ca(OH)₂), 생석회(CaO)등의 석회질 원료 그리고 물을 적량 혼합하고 오토클레이브에서 150∼233℃의 온도조건과 5∼30kg/cm²압력으로 수열경화 반응시킨 후 보강 섬유와 함께 성형시키고 건조시킴으로써 얻어질 수 있는 것이다.

이와같이하여 얻은 죠노트라이트계의 규산 칼슘 수화물로 제조된 보온재의 물성을 살펴보면 밀도 0.13g/cm³정도의 밀도에서는 보통 열전도율 0.053KCal/mhr℃ 이하 (at 70±5℃), 곡강도 3kg/cm²이상, 선수축률 2% 정도로 대체적으로 우수한 물성을 지니고 있다고 볼 수 있으나, 밀도 0.22g/cm³이하의 저밀도에서는 열전도율이 높게 되고 곡강도가 약화되는 등의 문제점이 있는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 살펴본 바와 같은 죠노트라이트계의 규산 칼슘 보온재가 안고 있는 문제점을 해결하여 주성분이 죠노트라이트인 중공구체(中空球體)상의 스러리를 생성시켜 줌으로써 저밀도이면서도 사용가능 온도가 대단히 높으며 열전도율이 낮은 저 비중 보온재를 제공할 수 있게 함에 있으며 이러한 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 규산 칼슘 보온재를 제조함에 있어서 가장 중요한 점은 죠노트라이트 중공구체를 생성하는 것이며, 아울러 이러한 중공구체가 일정한 입도 분포를 갖도록 중공구체의 직경을 30∼70㎛ 정도로 제한함으로써 달성될 수 있는 바, 이를 위하여는 원료, 배합비, 오토클레이브에서의 반응압, 반응온도, 교반속도등을 독특하게 선택하여야 하는 것이다.

본 발명에서는 이를 위하여 규산질 원료로서 SiO₂98%이상이고, Al₂O₃와 Fe₂O₃함량이 2% 이하 순도이며, 400 메쉬(Mesh)체 미통과분이 2% 이하인 입도의 규석분과 석회질 원료로서 CaO 93% 이상의 순도를 갖는 생석회 그리고 CaO 73% 이상의 순도를 가지며 325 메쉬체를 통과한 소석회를 사용하여야 하는 것이며, 이러한 원료 성분의 배합비에 있어서는 CaO/SiO₂몰(Mole)비와 물배수등을 고려하여야 하는 것이다. 그런데 일반적으로 죠노트라이트계 규산 칼슘 보온재 제조시에는 죠노트라이트 이론 생성몰비인 CaO/SiO₂몰비 1으로 규산질 원료와 석회질 원료를 혼합하는 것이나, 본 발명에서는 CaO/SiO₂몰비를 0.95∼0.975의 범위로 함으로써 죠노트라이트 결정에 미량의 토버모라이트를 생성시켜 주어 생성된 중공구체의 죠노트라이트 결정 사이에 연결 입자를 형성하여 중공구체 구성 입자를 사이의 결합력을 더욱 견고히 할 수 있게 되는 것이다. 또한 본 발명에서의 물 배수는 15∼20 배수가 적당한데 이는 최종 생성 스러리 취출을 고려하고 고압 수열 반응시 열비등을 고려한 양이다. 이와같이하여 준비된 원료를 일반적인 교반형 오토클레이브 반응 용기에 넣고 수열 반응시키되 이때의 수열 반응 조건을 반응압 18∼23kg/cm², 반응온도 205∼220℃, 반응시간 4∼6시간으로 하여 줌으로써 제조 공정상의 열비를 최소로 하며, 또한 교반 속도는 죠노트라이트 중공구체 형성에 중용한 역할을 하므로 실제로 반응 초기에는 스러리에 일정한 유동을 주어 구체를 형성하는 역할과 반응시 스러리가 균일하게 분산되고 반응되는데 필요한 열전달을 균일하게 하여 주기 위하여 교반 속도를 100∼150rpm으로 함으로써 중공구체가 생성되는 것이며, 이와같이하여 얻어진 중공구체 스러리 상태의 혼합물에 전체 중량비 1∼3%의 셀룰로오즈 섬유를 보강 섬유로 첨가시켜 성형시키고 건조시킴으로서 본 발명에 의한 규산 칼슘 보온재가 제조될 수 있는 것이다.

즉, 상기한 바의 오토클레이브 반응 공정에서 용기에 투입된 원료의 가열온도를 상승시키면 Ca(OH)₂와 SiO₂가 괴상집합체(怪狀集合體)를 이루어 서서히 반응이 진행되어 그 양이 감소하면서 C-S-H(Ⅱ)의 화합물이 증가한다. 그후 C-S-H(Ⅱ) 화합물은 시간이 경과함에 따라 C-S-H(Ⅰ)쪽으로 변화하고 반응시간이 경과됨에 따라 토버모라이트는 죠노트라이트(5CaO·6SiO₂·5H₂O)로 다시 토버모라이트(6CaO·6SiO₂·H₂O)로 결정화 된다.

이 과정을 요약하여 보면 다음과 같다.

α-Dicalcium Silicate Hydrate : Ca(SiO₄H)(OH)

C-S-H(Ⅰ) : 0.8-1.5 CaO·SiO₂·0.15-2.5H₂O

C-S-H(Ⅱ) : 1.5-2.0 CaO·SiO₂·1-4H₂O

또한 본 발명에서의 교반속도는 전술한 바와같이 반응 초기에 유체의 흐름을 조성하여 줌으로써 생성된 C-H-O 겔(Gel)을 일정한 크기의 구상(球狀)으로 유지하는 역활을 하며 생성된 구상의 C-S-H 겔은 표면으로 부터 결정화를 이루기 시작하고 팽윤현상에 따라 구상의 내부는 비어가기 시작한다. 이러한 상태가 진행되면 구체(球體)의 내부는 완전히 빈상태가 되어 죠노트라이트의 중공구체를 형성하게 되며 표면은 치밀한 죠노트라이트 침상구조로 밀집되어 간다.

이러한 과정으로 생성되는 죠노트라이트 중공구체는 속이 비어 있으므로 경량화가 가능하며, 생성된 입자크기는 직경 30-70㎛정도의 균일한 분포를 가진 스러리를 형성하므로 탈수 성형한 제품은 탁월한 보온 기능을 발휘한다.

또한 스러리가 중공구체이므로 성형시 탈수가 용이하며 건조한 완성 제품은 주성분이 죠노트라이트이므로 열에 안정하여 1000℃까지 사용할 수 있으며 기계적 강도가 우수하여 현장에서의 가공 작업이 용이하게 되고 파손으로 인한 손실을 격감시킬 수 있게 되는 것인바, 이와같은 본 발명에 의한 규산 칼슘 보온재의 제조방법을 실시예에 의하여 더욱 구체화 시켜 보면 다음과 같다.

[실시예 1]

규석분 (SiO₂98%, 입도 400 Mesh 통과분 2% 이하)을 102부, 소석회 (CaO 74%, 입도 325 Mesh 통과분)를 120부로 하여 CaO/SiO₂의 몰비를 0.95로 맞추며 이를 반응 예비탱크에 투입하고, 여기에 물을 3500부 첨가하여 균일 분산시킨 후 교반형 오토클리이브 용기내로 옮겨 반응압 20kg/cm², 반응시간 6시간, 교반속도 130rpm으로 반응시킨 후 스러리를 추출하여 셀룰로오즈(Cellulose)를 중량 대비 3% 첨가하여 성형한 후 건조한다.

이와같이하여 얻은 규산 칼슘 보온재의 물성은 이와같이하여 얻은 규산 칼슘 보온재의 물성은 밀도는 밀도는0.13g/cm³곡강도는 3.1kg/cm²이 되었으며, 1000에서 3시간 처리시의 선수축율은 1.3%가 되었고 열전도율은 0.038KCal/mhr(실온)이 되었다.

[실시예 2]

생석회(Cao 94%)106부를 반응 예비 탱크에 투입하고 여기에 물을 320부 첨가하여 완전히 소화(CaO+HO-Ca(OH))시킨 다음 규석분(SiO 98%, 입도 400Mesh체 통과분)102부를 첨가하여 Ca/SiO의 몰비를 0.975로 한 후 균일 혼합하고 추가로 물 3200부를 넣고 균일 분산시킨다. 이와같이 된 스러리를 교반형 오토클레이브내로 이송하여 반응암 22kg/cm², 반응시간4시간, 교반속도 140rpm으로 반응 시킨 후 취출하여 셀룰로오즈 3% 첨가하여 성형 건조한다. 이와같이 제조된 규산 칼슘 보온재의 물성은 밀도는 0.12g/cm³곡강도 2.7kg/cm²이상이 되었으며, 1000℃에서 3시간 처리시의 선수축율은 1.2%가 되었고, 열전도율은 0.038KCal/mhr℃ (실온) 이었음을 알 수 있다.

이상의 실시예 1, 2에서 확인되는 바와같이 본 발명에 의하여 제조된 규산 칼슘 보온재는 저밀도이면서도 물성이 탁월하여 높은 온도에서의 사용이 가능하고 열전도율이 낮아 보온 효과가 크며, 경량이고 기계적 강도가 높아 현장에서의 시공 작업시에 가공이 용이하고 손실이 적은 장점이 있으며 뿐만 아니라 불연재로서 화재 발생시 유독가스 발생이 없고 산알칼리등의 화학약품에 강하며 부패 변질이 없이 영구적으로 사용 가능하게 되는 것이다.

아울러 본 발명의 규산 칼슘 보온재는 기존의 규산 칼슘 보온재 제조시설을 그대로 활용하여 제조할 수 있으므로 추가 시설투자가 불필요하게 된다는 잇점도 있는 것이다.

Claims

규산질 원료로서 규석분은 SiO₂함량 98% 이상의 400메쉬체 통과분이 2% 이하인 원료와 석회질 원료로서 CaO 성분 함량이 93% 이상의 생석회나 CaO 함량이 73% 이상이고, 325 메쉬 통과분인 소석회를 CaO/SiO₂몰비가 0.95∼0.975가 되도록 혼합하고 이에 15∼20배수의 물을 가하여 슬러리화 하고 고압 및 고열을 가하되, 오토클레이브내의 반응 조건이 반응압 18∼23kg/cm², 반응온도 205∼220℃ 반응시간 4-6시간, 교반속도는 100∼150rpm으로 수열반응 시킨후 성형건조함을 특징으로 하는 규산 칼슘 보온재의 제조방법.