KR900005177B1 - 제조물질에 첨가제로 사용하기에 적합한 경량체의 제조방법 및 이 경량체, 이를 함유한 합성물 - Google Patents

Abstract

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Description

제조물질에 첨가제로 사용하기에 적합한 경량체의 제조방법 및 이 경량체, 이를 함유한 합성물

제1도는 본 발명에 따른 경량체의 개략도이다.

제2도는 제1도의 선2-2에 따른 제1도 경량체의 개략 단면도이다.

본 발명은 중합체 제제(製劑)에 개질제, 강화제, 충전제, 중량제 및 유백제(乳白劑)로 사용하기에 적합한 유리질 외면을 갖는 경량체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 경량체 자체 및 이 경량체가 함입된 플라스틱 합성물에 관한 것이다.

예컨대 어떤 플라스틱에 충고물로 고체유리입자를 함입시키는 것은 공지되어 있다.

그러나 이 방법에는 결점이 있다.

그 고체유리 구조는 대체로 2.3∼2.6g/cc 정도로서, 이것은 경량화가 목적인 다수의 용도에 바람직하지 않은 조밀성이다.

또한 플라스틱에 충전제로 고체유리입자를 사용하는 것은 플라스틱에 바람직하지 못한 바랜 회색을 부여한다.

충전제로 고체유리입자를 사용하는 대안으로 종전의 기술에서는 충전제로 저밀도 유리질 입자의 사용을 제안하였다.

일반적으로 경량입자를 마련하는 방법으로는 통상 미세중공구(microballoon)로 공지된 종공유리구를 제조하는 것이다.

통상의 미세중공구 기술은 유리입자 및 발포제에 관한 물질을 사용하는 것이다.

목적은 입자를 가열하여 융상유리를 얻는 것이며, 발포제를 방출시켜 융상유리를 중공내부(가능한한 대기압보다 높은 압력의 가스를 함유)를 갖는 유리입자에 전개시키는 것이다.

그러한 실시예에 관한 특허의 실예로는 1968년 1월 23일 특허된 베크등의 미국특허 번호 제3,365,315호 및 1980년 11월 18일 특허된 타우핀등의 미국특허 번호 제4,234,330호가 있다.

또한 유리-형성물과 발포제(또는 반응즉시 발포제를 발생시키는 물질)를 결합시키고서 동시에 유리 형성을 하며 발포제를 방출하여 형성 후 융상유리를 전개시키는 방법이 제안되어 왔다.

후자의 실시예에 관한 특허의 실시예는 1957년 6월 25일 특허된 비이취등의 미국특허 번호 제2,797,201호 1961년 4월 4일 특허된 비이취등의 미국특허 번호 2,978,339,2,978,340, 1962년 4월 17일 특허된 비이취등의 미국특허 번호 3,030,215, 1964년 4월 14일 특허된 비이취등의 미국특허 번호 3,129,086, 1977년 11월 22일 특허된 델보스의 미국특허 번호 4,059,423 및 1977년 12월 20일 특허된 델보스등의 미국특허 번호 4,063,916이 있다.

그러나 통상의 미세중공구는 다양한 단점을 가지고 있다.

열경화성 플라스틱 또는 열가소성 플라스틱에 함입시키는데 통상 사용하는 충분히 크고 균일한(입자와 입자사이)밀도를 갖는 미세중공구를 얻는 것은 매우 어렵다.

이것은 발포제의 활동을 조절하는데 있어서의 고도의 어려움에 기인한다.

특히 문제는 발포제가 입자의 벽에 매우 얇어 발포제가 확산에 의해 통과될때까지 용융유리의 입자내에 펼쳐지는 경향을 갖기 때문에 일어난다.

이것은 입자가 통상 0.1g/cc 내지 0.7g/cc의 범위의 밀도를 갖게한다.

1.0g/cc이상의 밀도가 외견상 통상의 기술을 사용하여 얻어질 수 있을지라도 이러한 밀도가 재생가능하게 얻어질 수 있는가는 분명치않으며, 어떠한 경우에 있어서도 그 등급의 밀도를 얻는데서 파생된 난점은 이유가 있지만 불이익하게 제조원가를 상승시킨다. 통상의 미세중공구의 불출분한 방법의 실예로서 (a) 그들의 밀도가 주형 열경화성 플라스틱을 제조하는데 사용되는 액체반응물의 주밀도 경우보다 작기 때문에, 통상의 미세중공구는 완전주형 생성물내의 충전입자의 균일한 분배를 방해하는 그 액체내에서 분리되거나 부유하는 경향이 있다.

(b) 통상의 미세중공구의 얇은 벽구조는 강도를 비교적 약하게하여 고압에 따른 열가소성 플라스틱에 포함될 때 깨뜨려지며, 압축장치, 사출성형장치 및 콤파운딩장치에 전단력이 작용한다.

공지의 미세중공구의 단점은 그 화학조성물이 종종 그 기술을 실행하는 선행조건으로 좁은 범위에 한정된다는 점이다.

결국 공지의 미세중공구가 함입되는 플라스틱에 유해한 물질은 그럼에도 불구하고 미세중공구를 제조키위하여 부과된 조성적 제약 때문에 사용되어야 하는 경우가 종종 있다.

본 발명의 목적은 저렴한 가격으로 유리질 외면을 갖는 경량체 및 이의 간단하고 직접적인 제조방법을 제공하는 것이다.

둘째 목적은 첨가제로 일정량의 플라스틱물질을 함입시킬 때 가공성 및 성질을 다소 향상시키는 반면 플라스틱중량이 다소 증가하는 유리질 외면을 갖는 경량체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

세째 목적은 유리질 외면을 가지며, 비교적 고강도를 나타내고 내분쇄성 또는 내파괴성을 갖는 경량체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

넷째 목적은 주형 열경화성 플라스틱을 형성하기 위한 액체 반응 혼합물의 밀도 및 열가소성 플라스틱의 밀도를 갖는 유리질 외면을 갖는 경량체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

다섯째 목적은 본 발명의 실시에 있어 조성적 제약이 없기 때문에 광범위한 플라스틱과 화학적 혼화(混和)할 수 있도록 제제화할 수 있는 유리질 외면을 갖는 경량체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

여섯째 목적은 상술한 경량체를 함유하는 플라스틱 복합물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

이 목적은 본 발명에 의하여 만족된다.

첫째 관점에서, 본 발명은 유리-형성물의 다공핵 및 유리질 물질의 외각으로 이루어지는 경량체인 제조물질에 관한 것이다.

둘째 관점에서, 본 발명은 플라스틱에 함입시키기 위한 첨가제로서 사용하기에 적합한 제조방법에 관한 것이며 이는 유리-형성물의 혼합물을 형성하는 단계, 유리-형성물의 혼합물을 고화된 다공형으로 변환시키는 단계 및 고화된 다공혼합 유리-형성물을 가열시켜 그 위에 유리질 외각을 형성시키는 단계로 이루어진다.

셋째 관점에서, 본 발명은-유리 형성물의 다공핵과 이의 완전한 유리질 융합 외각을 갖는 다수의 경량체 및 다수의 경량체가 함입된 열경화성 플라스틱 또는 열가소성물질의 매트릭스로 구성되는 합성물인 제조물질에 관한 것이다.

본 발명에 따라 유리질 외면을 갖는 경량체는 그 중에서도 특히 플라스틱에 대한 고성능 첨가제로 사용하기에 적합하다.

본 발명의 경량체는 비교적 고강도를 갖고 경량체가 함입되는 플라스틱물질 특히 주형 열경화성 플라스틱 및 열가소성물질과 혼화할 수 있도록 조절가능하고 재생가능한 밀도를 갖는 점에서 유리하다.

본 발명이 통상 사용되는 고체유리입자보다 가벼운 경량체를 제공하기 때문에, 경량체는 이를 첨가한 물질보다 약간 밀도가 높거나-또는 때때로 동일하거나 또는 다소 밀도가 낮은-사실 때문에 매우 유리하다.

이러하여 본 발명을 압출·사출성형 및 기타 이용에 유용하게는 비교적 고강도는 유지하는데 반하여, 충전제로 고체유리입자를 사용하는데서 통상 따르는 실직적인 "중량으로 인한 불이익(weight penalty)"을 본 발명의 실시자는 회피할 수 있다.

더욱이 본 발명은 이의 실시자에게 경량체 화확조성물의 선택에 유연성을 부여한다.

이는 물질의 질을 저하시키는 하나 이상의 구성성분을 함유하는 경량체와 결합시 발생하는 물질의 질저하를 피하거나 극소화시키기 위해, 경량체의 구성물질을 경량체가 함입된 물질(예, 플라스틱)과 조화를 이루도록 한다.

또한 본 발명의 실시는 본 발명의 경량체가 함입된 플라스틱물질, 특히 열경화성 플라스틱물질에 매력적이고 재생가능한 백색을 얻게 한다.

이는 고체유리입자 및 통상의 미세중공구의 함입에 부수하는 바람직하지 않으며 재생성이 낮은 바랜 회색과 대조를 이룬다.

본 발명은 다음 목적, 특징 및 장점을 포함하여 다음 상세한 설명으로부터 보다 완전하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 주요한 특징은 통상의 발포제를 함입시키지 않고 유리-형성물을 가공하는 것이다.

이는 다음과 같이 수행된다.

본 발명에 따라 경량체를 제조하기 위하여, 실리콘, 바람직하기는 실리카-특히 상질의 순수한 실리카의 적당한 공급원의 혼합물과 통상 유리제조에 사용되는 다른 적당한 유동물을 형성한다.

주로 이는 석회(수산화칼륨)의 수용성 슬러리와 실리카의 둘째 유동성 슬러리 및 기타 적당한 유동물 예를 들면 규산나트륨을 사용하여 행하여진다.

슬러리를 형성시키는데 일반적인 물이 사용되며 실제로 물은 가공하는 동안 종종 바람직하게 증발되거나 또는 제거된다.

그 다음 슬러리는 결합되어 서술한 바와 같이 계속 다루어질 유리-형성물의 혼합물(이 경우 수용성)을 형성한다.

유리-형성물은 다음에 상세하게 서술한 바와 같이 최종 생성물의 유리질 외각에 바람직한 조성물을 얻게 하는 양이 사용된다.

이러한 지식을 갖춘 당분야에서 통상의 지식을 갖는 자는 과도한 실험을 행하지 않고 혼합물(예를 들면, 상술한 슬러리 및 수용성 혼합물)에 함입시키는데 충분한 양의 유리-형성물을 선택할 수 있다.

이와 관련하여 본 발명을 소다회 유리조성물의 사용에 한정시키지 않고 규산알루미늄 유리조성물 및 붕규산 유리조성물과 같은 광범위한 기타 공지 유리조성물을 포괄시키는 것이 중요하다.

그리하여 사용된 유리-형성물은 바람직한 유리조성물을 형성시키는데 선택된다.

일단 유리-형성물의 혼합물이 제제화되면, 다음 가공을 위한 재료로 사용될 응고 다공형으로의 변환이 행하여진다.

예를 들면, 실리카의 수용성 슬러리와 규산나트륨이 석회(수산화칼슘)의 수용성 슬러리와 결합되면 그 유리-형성물을 함유하는 겔, 주로 고체가 생성되는 반응이 일어난다.

이는 기타 이유 중 겔 또는 고체는 건조전에도 가공을 용이하게 하는 것으로 취급되기 때문에 유리한 실시예이다.

본 발명의 다른 실시예로 유리-형성물(즉, 겔 또는 고형)의 혼합물은 주로 건조되고서 적당한 크기의 원료입자로 분쇄된다.

이는 필요에 따라 유리-형성물의 혼합물을 숙성, 분쇄 및 스크리닝(screening) 또는 대신에 팰릿화를 행하여 유리하게 수행된다.

그러나 통상의 기술을 갖는 자가 고안할 수 있는 건조 및 분쇄의 적당한 장치를 사용할 수 있음이 용이하게 평가될 수 있다.

다른 실시예로, 차후의 가공을 위한 적당한 원료물질은 유리-형성물 및 액체담체로부터 형성된 혼합물로(예를 들면 유리-형성물의 결합 수용성 슬러리로부터 형성된 수용성 혼합물) 그의 액체내용물을 증발시키기 위한 혼합물의 분무건조에 의해 제조할 수 있다.

특히 혼합 수용성 슬러리를 함유하는 실시예에 있어서, 분무건조작등이 방해되지 않도록 상술한 바와 같이 혼합 유리-형성물이 겔로 형성되는 반응을 방해하는 것은 유리하다.

이는 적은 양의 수산화나트륨(또는 경량체의 선택조성물과 양립할 수 있는 유산물질)을 혼합 유리-형성물에 함입시키고, 규산나트륨(또는 필요에 따라 탄산나트륨 또는 기타 유동물) 양을 이에 대응하여 감소시켜 적절하게 행하여진다.

사용 실리카는 최대 입자치수가 10미트론 이하, 예를 들면 약 6미크론이 유리하다. 그러나 입자크기가 최종 생성물에서 바람직한 결과를 얻기 위한 발명의 목적에 따라 상응하면 변한다.

실리카는 일반적으로 상업적으로 구입가능하고 본 발명의 실시자의 요구를 만족시켜 주는 것이다. 해양침전물 형태의 실리카가 적합하여 특히 일리노이주에 있는 거대 광상에서 상업적으로 구입할 수 있는 형의 고품위의 순수실리키가 적합하다. 그러나 다른 원료로 사용할 수 있다.

진주암, 규조토 및 플라이애시(fly ash)도 적절한 실리카원료의 실시예이다.

본 발명에 사용하는데 실리카 재료의 적절함을 결정하는 일반 표준은 임자크기가 고르고 실리카(또는 결합 실리카 및 알루미나)가 크며 최종 생성물을 어둡게 하는 경향이 있는 착색제가 없다는점이다.

본 발명의 범위내에서 다른 가공변형에 의하면, 석회 선택양의 절반이 실제로 다른 슬러러 성분과의 반응에서 석회 슬러리에 사용된다.

석회 총량의 절반만을 함입시키는데 사용하며, 원료(즉, 건조규격의 혼합 유리-형성물)은 통상의 방법으로 예를 들면 상술한 바와 같이 숙성, 분쇠 및 스크리닝 또는 팰릿화법으로 제조된다.

원료입자를 일정한 크기로 분쇄한 후 잔류석회는 그것을 원료입자의 표면에 균일하게 배포시키기 위하여 원료에 혼합시킨다. 이는 원료표면의 유동성을 충동하는 물질을 제공하여, 입자외부에서 유리-형성물의 초기용융을 빠르게하고, 입자를 보다 둥글게 하고, 보다 좋게 유리 제제화를 행하며, 원료입자(이후에 보다 상세하게 논의될 다공성 또는 벌집모양의 핵구조내에) 공기 트랩내부의 완전 밀봉을 용이하게 한다.

상술한 방법으로 가공하며, 입자가 응고한 다공(또는 벌집모양의)구조를 갖는 혼합 유리-형성물의 건조 원료입자를 얻는다. 유리질 외면을 갖는 최종 생성물 경량체는 실질적으로 그것이 만들어진 혼합 유리-형성물의 원료입자와 동일한 크기이거나 또는 몇몇 경우에 있어서는 다소 작은 사실로부터, 원료입자 크기는 바람직한 최종 생성물 입자크기에 기초한 통상의 숙련 기술자에 의해 용이하게 결정된다.

이 후자의 입자크기는 다음에 보다 상세히 서술한다.

본 발명의 바람직한 최종 생성물 경량체는 원료입자의 외면 위의 유리-형성물을 연속각에 용합시키기에 충분한 열량을 원료입자에 공급하여 형성시킨다. 이 처리하는 동안 원료입자의 외부 물질은 유리질 상태로 변환된다.

원료입자에 가해진 열에너지의 양에 따라서 각 입자의 핵은 유리질 외각내에 싸여있는 유리-형성물의 다공성 또는 벌집모양 구조의 형으로 남아있거나, 또는 대신에 완전히 발화되어 용융유리로 변환된다. 후자의 경우에, 용융유리핵 물질은 경량입자 중공내부에 있는 유리질 외각에 접착된다.

이는 미세중공구를 생성한다.

그러나 미세중공구는 공지방법인, 발포제를 사용하여 용융유리를 전개시켜 제조할 수 없기 때문에, 미세중공구의 벽은 밀도-양립성 및 고압분쇄 등에 대한 내성의 관점에서 본 발명에 장점을 부여하기 위하여 충분히 재생가능하게 두껍다.

어떠한 경우에도 바람직한 결과(따라서 유리-형성물에 적절히 행하여진 가열강도 및 가열시간)를 얻기 위하여 유리-형성물에 가한 열에너지의 양은 일단 이와 같은 지식을 갖춘 통상의 기술을 가진자의 실시로 과도한 실험을 행하지 않고 확인될 수 있다.

원료물질은 외부 유리-형성물의 적은 부분을 발화시키거나 또는 필요하다면 넓은 부분을 발화시키기에 편리하고 적합한 어떤 방법으로 가열할 수 있다. 특히 유용한 가열방법으로, 원료입자는 상부 냉각부와 하부가열부를 갖는 가열구에서 행하여진다. 이는 저부면에서는 보다 짧고 뜨거운 화염을 제공하여 상붕면에서는 보다 길고 서늘한 화염을 제공하는 버너 배치를 사용하여 통상 행한다.

원료입자는 주로 그의 상부 끝면에 도입된다.

이 방법을 사용하여, 본 발명의 실시자는 화염노출시 원료입자크기의 차이를 보충할 수 있다. 특히 큰 원료입자가 별로 상승하지 않을 것 같기 때문에(또는 역으로 보다 빨리 떨어질 것 같다) 일반적으로 상부 냉각부에 잔류해 있는 보다 가벼운(작은) 원료입자보다 가열구역의 하부 뜨거운부에 잔류하므로써 많은 양의 화염노출을받는다.

이는 보다 크고, 무거운 원료입자는 적당한 화염노출을 받는 반면에 가벼운 원료입자는 상응하여 별로 강렬치 않고 시간이 길지 않은 상부 냉각가열 구역으로 향하는 경향이 있다.

선택적 배치를 하면, 원료입자는 가열구역의 바닥면에 도입될 수 있다. 이 배치에서 열은 가열구역의 바닥에 위치한 화염에 의해 공급되며; 상술한 실시예와 같이 이는 적절한 버너요소를 이 경우 가열구역의 하부 끝변에 적당히 배치하여 행하여진다.

그때 연료입자는 바람직한 발화도를 갖는데 필요한 정도로 적절히 가열된 가열구역을 통하여 상승한다. 보다 큰 원료입자는 가열구역을 통하여 보다 느리게 상승하며, 이리하여 보다 작은 입자보다 장시간 동안 강렬히 가열되게 된다.

상술한 기술에 의하여 화염노출량은(시간 및 강도의 양면에서) 원료입자크기에 비례하여 변하여 입자가 적절한 양의 열노출을 받는다는 것을 확인할 수 있다. 실시자가 상기 지식에 의해 통상의 지식을 갖는 자에 의해 고안될 수 있는 원료입자를 가열구역에 도입시키는 어떤 적절할 기술을 사용할 수 있는 반면에, 입자는 이를 취입한 연료기류로 가열구역에 동승시켜 가열구역에 유리하게 주입된다.

몇몇 실시예에서 가연가스, 예를 들면 메탄을 원료기류와 혼합시켜 원료공기구가 구역에 열을 공급하는 버너화염(S)내에 찬 "구멍"을 유발시키는 것을 방지케 한다.

원료입자를 가열구역에 주입하는 특히 유리한 실시예는 가열장치(예를 들면, 버너조리품)와 관련하여 원료입자가 그 장치에 의해 가열된 구역에 취입상승(또는 하강)될 수 있도록, (예를 들면 버너조립품으로부터 화염에 취입하강하는)가열장치에 대하여 기울어진 주입홈을 제공한다.

주입홈은 필요에 따라 원료입자의 주입각도가 변화될 수 있도록 조절할수 있음이 바람직하다.

선택한 정도로 발화시킨후-즉 원료입자의 외부 유리-형성물을 유리질각에 융합시키도록 충분히 발화시키거나 또는 필요에 따라 추가로 발화시킨후-입자는 통상의 지식범위내의 적당한 장치로 가열구역에서 회수된다. 그것은 백하우스(baghouse)배치 또는 사이클론 분리기에서 유리하게 행하여지나, 몇몇 실시예에서 회수는 단지 입자를 적절한 용기 또는 홉퍼(hopper)에 낙하시켜 행할 수 있다. 입자가 가열 구역을 떠나자마자 그것은 공기-냉각되기 시작한다.

그것은 비교적 크기가 작기때문에(다음에 서술) 그 냉각속도는 매우 높고 가열구역과 회수구역사이의 공기 냉각도 통상 충분하다. 그러나 필요하다면 부가적 냉각장치 예를들면 발화입자에 냉각공기를 접촉시키는 방법도 사용할 수 있다.

상기와 같이 앞에서 거론한 공정을 통해 얻어진 최종 생성물 경량체는 통상적으로 미세중공구(중공유리입자)라고 부르는 형이거나, 또는 대신에 다공성 핵의 유리 형성물에 넣은 유리질 외각으로 구성된다. 경량체의 후자형은 외부물질이 유리질 형태로 변환되고 외각을 제공하도록 용합될 정도로만 발화로 얻어진다.

그와같은 경량체를 제1도 및 제2도에서 나타내고 있다. 체(10)는 제1도에 나타낸 바와같이 대표적인 타원형이며 유리질 외각(12)을 갖고 있다. 제1도로부터 나타난 바와같이, 각(12)안에는 각으로 완전해지며 이경우에 규산나트륨(18)의 침전물에 의해 상호 부착된 실리카(16)입자들로 구성되어 있는 핵 물질(14)이 있다. 핵물질(14)은 공기를 트랩시킨 통로(20)를 포함하는 것처럼 다공성이며; 이는 핵에 벌집 모양을 제공한다. 도면은 성질상 개략적이며, 따라서 그의 성분은 실제적이고 상대적 크기 및 모양과 일치시키기 위해 엄격히 비례 또는 배열되지 않음을 주목해야 하며; 차라리 어떤 특징을 투명하기 위해 강조하였다. 추가적으로 유리질 각 표면의 불규칙성(특히 실리카 입도위에서 그것간의 계면에서), 및 단면에서 나타난 면뒤에 놓여있는 다공성 핵 부분은 투명 및 간결을 위해 나타나지 않았다.

상기와 같이 원료입자가 노출되는 열량이 선행하고 핵은 원료상태로 나타난 다공성 또는 벌집구조를 보유하는 유리-형성물의 혼합물로 남아있다. 또한 여기에 나타난 바와같이 이 다공성핵/유리외각 구조는 필요에 따라 및/또는 사출·압출 성형등을 하는 동안 사용된 일정한 치수의 입자에 가압시 내분쇄성을 갖는 재생가능한 균일한 입자밀도를 제공하는데 매우 유용하다.

앞의 방법으로 생성한 경량체는 유리하게 타원형의 배열(타원형 모양은 전형적으로 시간 및/또는 가열강도의 증가로 촉진된다)로 존재하는 반면에, 어떤 구체예에 있어서 그들은 예를들면 타원체등의 기타 모양으로 존재하거나 불규칙적인 모양을 하고 있다. 경량체의 밀도를 의도한 궁극적사용에 필요한 매우 광범위한 범위로 변화시킬 수 있으나, 바람직하게는 1.0 내지 1.8g/cc이다.

앞절에서 거론한 바와같이 최종 생성 경량체는 주로 그들의 생성에 사용된 원료입자 크기로 결정된다.

본 발명의 많은 구체예에 있어서, 많은 구체예에 있어서, 최종 생성 경량체 크기는 최고 치수로 45내지 150미크론으로 존재한다. 이것보다 큰 경량체는 어떤 구체예에서 사용함을 알아내지만, 그들은 충분히 고려했을 때만 사용하도록 유동 및 충전 특성에 대해 약한 물리적 성질을 부여할 것이다. 45미크론 보다 작은 경량체는 고체물질(특히 유리질 외각에서)과 기체부피의 비가 증가하고 있기 때문에 밀도 이점(즉, 실질적인 "중량으로 인한 불이익"의 배제)이 보다 작은 크기에서 다소 감소하더라도, 본 발명의 일부 구체예에서 유리하다.

전술한 바로 명확하지만, 특히 최종 생성 경량체의 유리한 용도는 예를들면 열경화성 플라스틱 및 열가소성 플라스틱과 같은 플라스틱에 첨가제로 쓰인다. 이와같은 관계에 있어서, 용어 "열경화성 플라스틱"은 둘 또는 그 이상의 액체가 반응하여 첨가제로 쓰인다. 이와같은 관계에 있어서, 용어 "열경화성 플라스틱"은 둘 또는 그 이상의 액체가 반응하여 액체 반응혼합물을 고형 생성물로 주형하여 제조한 것을 가르킨다.

열경화성 플라스틱의 실예로는 에폭시계, 폴리에스테르계 및 폴리우레탄계가 있다. 이와같은 플라스틱은 경화되며, 즉 열을 가하면 견고해지며, 그들을 경화시키면 유연하게 되지 않는다.

추가적으로, 여기서 사용된 용어 "열가소성 플라스틱"은 열을 가하면 유연하고 성형가능한 플라스틱을 말하며; 이와 같은 플라스틱은 통상적으로 압출 또는 사출 성형하여 유용한 배열이 형성된다. 열가소성 플라스틱은 통상적으로 두 군으로 나누어진다. 즉, 간단한 설명으로 사용된 상품 플라스틱, 및 보다 상세히 설명한 공학용 플라스틱.

상품 플라스틱의 실예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐 및 스티렌등이 있다. 공학 플라스틱의 실예로는 테레프탈산 폴리에틸렌, 테레프탈산 폴리부틸렌, 액정 중합체, 나일론, 아세탈 및 아크릴릭스(강화했을 때 폴리프로필렌도 때로는 공학 플라스틱이라고 생각된다.)가 있다.

본 발명의 최종 생성 경량체의 사용은 경량체의 밀도를 열경화성 플라스틱 부품을 형성하도록 주형 및 경화시킨 액체 반응혼합물의 밀도에 비견하기 때문에 열경화성 풀라스틱에 대하여 중요하다.

첨가제로서 경량체를 액체 반응혼합물에 첨가하면 그와같은 경량체의 밀도가 액체 반응혼합울의 밀도에 비견하기 때문에 입자들은 액체 혼합물에 과량으로 가라앉거나 부유되지 않음을 자신감을 갖고 수행할 수 있으나, 열경화성 플라스틱의 주형 및 경화(강화)하여 첨가제의 분포를 보존하므로써 균일하게 부유된 상태로 남아있다.

아는 바와같이 이는 실직적으로 가소성의 균일한 분포에 있어서 특히 밀도가 1.0 내지 1.8g/cc인 본 발명의 경량체가 함입된 주형 열경화성 플라스틱 부품을 생산할 수 있다. 이점이 보다 밀도가 크고 액체 반응혼합물증에 침강하려는 종래의 미세중공구에 대해 뚜렷한 우수성이며(더우기 하나의 미세중공구에서 다음 하나의 미세중공구로 변하는 밀도로 존재한다), 모두는 매우 어려운 분포조절을 하게한다.

따라서, 중요한 목적에 있어서, 본 발명은 본 발명에 따른 다수의 경량체로 구성되는 복합체 및 다수의 경량체를 함입하고 실질적으로 균일하게 분포된 열경화성 플라스틱의 매트릭스를 제공한다.

본 발명의 경량체도 열가소성 플라스틱용 충전물질로서 중요하게 사용한다. 열경화성 플라스틱의 경우와 마찬가지로, 본 발명의 실제를 통해서 제공되는 밀도 일치성은 경량체를 열가소성 물질에 함입하는데 중요하다. 이는 열가소성 플라스틱 부품이 열가소성 물질의 팰릿과립 또는 기타 입자형태로부터 가공되기 때문이다.

본 발명의 경량체와 혼합한 이와같은 출발물질을 첨가제로서 함입시킨다. 그와 같은 경우에, 밀도 일치성은 취급할 때 한 회분의 열가소성 플라스틱 팰릿 및 최종 열가소성 플라스틱 부품중에 실질적으로 첨가제의 균일분포의 보유를 상승시킨다. 더욱이, 중요한 것으로 본 발명의 경량체는 고유강도 때문에 열가소성 물질에 유리하게 함입되며, 높은 압력조건하에서 그와같은 경량체의 분쇄, 파쇄 또는 기타 퇴화에 내성이 있다. 이점은 상기와같이, 열가소성 물질이 전형적으로 사출성형, 압출 또는 그 유사 조작으로 가공되기 때문에 중요하다.

사출성형, 압출 성형등을 할 때 열가소성 물질에 가한 압력은 매우 높다. 열가소성 물질이 첨가제를 함유한다면, 그와같은 첨가제는 조작중에 가해진 매우 높은 압력을 견디기에 매우 강해야 한다. 그에 따른 경량체가 종래의 미세중공구보다 벽이 두껍다는 점이 본 발명의 큰 이점이다(이는 보다 얇은 벽에 그들을 생성한 발포제의 미조절 거동하기 쉽다)보다 두꺼운 벽이 보다 큰 강도를 부여함은 이치에 맞는다. 즉, 높은 성형압력을 가할 때 분쇄, 파쇄등에 내성이 있다. 이로인해 본 발명의 경량제로 강화된 열가소성 플라스틱 부품을 상업적 특징적으로 생성 가능하다.

상기 열가소성 물질에 그와같은 경량체를 사용하는 장점은 압출 또는 사출성형 물질중에 낮은 수축 및 중공보유를 얻을 수 있다는 점이다. 따라서 또 다른 대단히 바람직한 구체예에서 본 발명은 본 발명에 따른 다수의 경량체와, 상기 다수의 경량체를 함입하는 열가소성 물질의 매트릭스로 구성되는 복합체이다.

그러나 본 발명의 또다른 중요한 특징은 그것이 미치는 조성의 탄력성이다. 더욱 상세히 말하면, 미소의 조성변화가 그 기술을 실시하는데 나타나야 하는 종전기술 미세중공구 기술과는 달리 광범위한 유리조성을 본 발명에서 사용할 수 있다.

본 발명의 조성의 탄력성은 사용된 유리조성을 독특한 플라스틱 성질에 비견하기 때문에 본 발명의 경량체를 첨가제로서 사용한다는 점에서 매우 유리하다. 이와같은 방법으로 본 실시자는 주위의 풀르사틱 물질의 성질을 떨어 뜨리거나 그렇지 않으면 유해하게 영향을 미치는 유리-형성물의 존재를 줄이거나 제거할 수 있다.

예를들면, 아세탈과 폴리카보네이트 및 액정 중합체와 같은 플라스틱은 통상의 소다회유리로부터 추출되는 나트륨에 민감하고 그에 의해 저하된다. (이는 나트륨함량이 높고 대표적으로 11 내지 12의 높은 pH를 갖고 있다) 그러나, 붕규산유리로 대체하면 붕규산 유리가 매우 낮은 나트륨 함량과 낮은 pH(대표적으로 8내지 9)를 갖고있기 때문에 그와같은 플라스틱과 함께 첨가제의 혼화성을 높인다.

따라서, 본 발명의 다른 중요한 목적은 본 목적에 플라스틱 및 경량체로 형성되며, 그와같은 경량체 주위의 플라스틱의 성질(즉, 충격강도)을 저하시키지 않거나 그렇지않으면 유해적으로 영향을 미치는 유리-형성물을 함유하는 유리 외각을 갖는 합성물이다.

그리고 본 발명의 또다른 중요한 특징은 경량체를 함입시키는 플라스틱 부품의 색상 특징의 중대한 개선을 제공하는 것이다. 전에 언급한 바와같이 종래의 사용된 고체유리입자와 미세중공구는 그들로 충전된 플라스틱에 명확한 회백색 또는 회색을 부여한다.

그와같은 종래의 충전제를 함입한 플라스틱 부품의 색상은 어느정도 변하며 재생산성이 높지않다. 대조적으로, 본 발명에 따라 경량체를 함입한 플라스틱의 색상은 매력적이며 재생산성 있는 백색이다.

본 발명은 다음 실시예를 통해서 더욱 설명된다.

[실시예]

본 발명에 따른 경량제를 생산하기 위하여, 유리-형성물의 다공성핵과 85%의 이산화실리콘, 10%의 산화칼슘 및 5%의 산화 나트륨으로 구성되는 유리외각을 갖고있는 원료의 양은 다음과 같다 : 50중량% 미세실리카(평균하여 최대치수 6미크론을 갖음); 40.3중량% 타입 N(나트륨)실리케이트; 9.7중량% 수산화칼슘.

두 개의 슬러리를 상기의 원료를 사용하여 계통화한다. 하나는 수성석회 슬러리이며, 다른 하나는 미세실리카 및 규산 나트륨의 수성 슬러리이다. 각각의 슬러리는 충분한 물로 제조하여 유체를 형성한다. 슬러리를 적당한 용기에 혼합하고 겔화하여 소정의 원료조성의 고체물질을 형성시킨다. 그후 이와같은 고체를 건조, 분쇄 및 스크리인하여 소정의 크기의 원료입자를 얻는다. 선택된 원료입자를 구역의 하부의 화염원(버너조립품)이 장비된 구역에 공급한다. 입자는 구역의 하부에서 도입되며, 화염은 입자를 충분한 강도의 열에 노출하고 충분한 시간동안 외부에 유리-형성물을 유리각으로 용융하여 구상화(球狀化)하도록 둔다. 얻은 경량체를 가열구역, 예를들면 백하우스 배열을 사용하여 회수하고 더욱 필요한대로 크기별로 등급할 수 있다.

상기 경량체를 폴리에스테르에 대해 액체 반응혼합물로 함입시킨다. 함입된 첨가가 혼합된 액체 반응혼합물을 폴리에스테르 색상 디스크에 주형하고, 가드너 비색계의 흑/백 스케일위에서 측정할 때 디스크는 75-80로 판독된다. 고체유리 구슬 첨가제로 만들어진 유사한 폴리에스테르 디스크 45-50으로 판독된다.

추가적으로, 상기 경량체를 사출성형된 폴리프로필렌 물질로 함입한다. 비교 목적으로 고체 유리구슬을 함유하는 사출성형 폴리프로필렌 물질, 함입된 구슬없는 사출성형 폴리프로필렌 물질도 제공한다. 더욱이, 이와같은 3개의 물질의 성형으로부터 조각들을 조합한 것을 최종 크기, 중량 및 밀도와 비교한다. 결과는 다음 표와같다.

[표]

결과는 첨가제로서 본 발명의 경량체는 보다 좋은 성형 충전(완성된 조각의 증가부피)을 초래하여 고체 유리구슬사용에 관한 수반된 첨가 밀도의 절반 이하가 된다. 따라서, 본 발명에 따라 종래의 미세중공구 기술을 이용하는데 접하는 실질적인 공정의 어려움을 제거한다.

추가적으로, 종래의 고체 유리입자 또는 종래의 미세중공구로 이루어지지 않은 실질적인 성질의 장점은 본 발명의 실제에서 수반된다. 여기서 사용되어온 용어 및 표현은 제한용어가 아니고 서술용어로 사용되며, 서술된 특징 또는 그 부분의 임의의 등가물을 제외하도록 그와같은 용어 및 표현을 사용하는 목적은 없으며, 여러 가지 수정이 본 발명의 범위안에서 가능하다.

Claims (27)

1. 제조물체로서 유리-형성물의 다공핵과 이와 일체가된 유리질 외각으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 플라스틱에 함입시키는 첨가제로서 사용하기에 적합한 경량체.
2. 제1항에 있어서, 1.0내지 1.8g/cc의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 경량체.
3. 제1항에 있어서, 최대치수가 45 내지 150미크론인 것을 특징으로 하는 경량체.
4. 제1항에 있어서, 최대치수가 45미크론 이하인 것을 특징으로 하는 경량체.
5. 제1항에 있어서, 형체가 구체인 것을 특징으로 하는 경량체.
6. 제1항에 있어서, 유리질 각은 규산 알류미늄 유리, 봉규산유리, 또는 소다회유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 경량체.
7. 제1항에 있어서, 유리-형성물의 혼합물이 실리카, 수산화칼슘 및 탄산나트륨 또는 규산화나트륨으로 이루어지는 수성혼합물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 경량체.
8. 제1항에 있어서, 유리질각내의 실리카 : 산화칼슘 : 산화나트륨의 중량비가 3:1:1 내지 98:1:1인 것을 특징으로 하는 경량체.
9. 제8항에 있어서, 유리질각내의 실리카 : 산화칼슘 : 산화나트륨의 중량비가 17:2:1인 것을 특징으로 하는 경량체.
10. 유리-형성물의 혼합물을 형성하는 단계; 유리-형성물의 혼합물을 고화된 다공형으로 변환시키는 단계 및 이의 유리질 외각을 형성하기 위해 고화된 다공 유리-형성물을 가열하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 플라스틱에 함입시키는 첨가제로 사용하기에 적합한 경량체를 제조하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 가열단계에 앞서 유리-형성물의 혼합물을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 유리-형성물 및 액체담체의 혼합물을 형성하고 상기 혼합물을 분무-건조에 의해 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
13. 제12항에 있어서, 실리카, 수산화칼슘, 규산화나트륨 또는 탄산나트륨, 수산화나트륨 및 물을 합하여 상기 유리-형성물의 혼합물을 형성하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
14. 제10항에 있어서, 다공의 젤라틴상 유리-형성물들의 혼합물을 형성시키기 위해 실리카, 수산화칼슘, 규산나트륨 또는 탄산 나트륨, 물을 합하고; 건조시키고 미분원료를 얻기 위하여 유리-형성물의 다공 혼합물을 분쇄하고; 이 입자의 유리질 외각을 형성하기 위해 상기 미분원료를 가열시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
15. 제14항에 있어서, 건조혼합물은 분쇄에 의하여 분말화시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
16. 제10항에 있어서, 상기 가열단계가 상기 고화된 다공혼합 유리-형성물을 유리질 외각의 형성에 충분한 온도 및 시간과, 유리-형성물의 고화된 다공구조가 상기 각내에 잔존하는 정도로 가열하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조방법.
17. 제10항에 있어서, 유리 형성물은 규산알루미늄 유리-형성물, 붕규산 유리-형성물, 또는 소다회유리-형성물인 것을 특징으로 하는 제조방법.
18. 제조물체로서 유리-형성물의 다공핵과 이와 일체로된 유리질 외각을 갖는 다수의 경량체와 다수의 경량체의 함입된 열경화성 플라스틱 또는 열가소성 플라스틱의 매트릭스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합물.
19. 제18항에 있어서, 이 경량체는 1.0 내지 1.8g/cc의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 복합물.
20. 제18항에 있어서, 이 경량체는 최대치수가 45 내지 150미크론인 것을 특징으로 하는 복합물.
21. 제18항에 있어서, 상기 유리질 각내의 실리카 : 산화칼슘 : 산화나트륨의 중량비가 3:1:1 내지 98:1:1인 것을 특징으로 하는 복합물.
22. 제18항에 있어서, 함입된 다수의 경량체가 실질적으로 균일하게 분포된 열경화성 플라스틱의 매트릭스로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합물.
23. 제22항에 있어서, 이 경량체는 밀도가 1.0 내지 1.8g/cc인 것을 특징으로 하는 복합물.
24. 제22항에 있어서, 열경화성 플라스틱은 에폭시, 폴리에스테르 또는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 복합물.
25. 제18항에 있어서, 이 경량체는 적어도 10,000 내지 15,000psi의 압축강도를 갖는 것을 특징으로 하는 복합물.
26. 제18항에 있어서, 열가소성 플라스틱은 아세탈, 아크릴, 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐, 스티렌 또는 액중중합체인 것을 특징으로 하는 복합물.
27. 제18항에 있어서, 이 경량체는 규산 알루미늄 또는 붕규산유리로 형성된 유리각을 갖는 것을 특징으로 하는 복합물.

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