KR910002579B1

KR910002579B1 - 알루미나질다공체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR910002579B1
Application number: KR1019890002346A
Authority: KR
Inventors: 야스히도 나까지마; 다까아끼 이또오; 요시히또 무라구찌
Original assignee: 가부시기가이샤 이낙스; 이나 테루조
Priority date: 1988-03-02
Filing date: 1989-02-27
Publication date: 1991-04-27
Also published as: KR890014410A

Abstract

내용 없음.

Description

알루미나질다공체 및 그 제조방법

제1도는 알루미나골재(240메시, 평균입자지름 80.5㎛)에 에어로질 l0중량%를 첨가하였을때의 멀라이트의 생성온도를 표시한 분말 X선회석패턴도.

제2도는 소성체의 내부구조의 모식도.

제3도는 각종 소성체의 세공지름분포도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 알루미나골재 2 : 멀라이트

3 : 세공

본 발명은, 필터재 또는 미생물, 효소등의 고정화담체로서 이용할 수 있는 알루미나질다공체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래, 세라믹다공체를 필터로서 사용할경우, 그 세라믹다공체에는, 투과저항을 작게하기위하여 될수있는 한 높은 공극률과 세공지름의 균일도가 요구된다.

이와같은 세라믹다공체를 제고하기위하여, 종래에 있어서는 주로 골재(알루미나, 티타니아, 탄화규소, 자기질샤모트등)의 입자지름, 입자지름분포를 조정하고, 소량의 유리질플럭스와 점토등의 결합재를 혼합하여, 이것을 소성하여 제작하고 있다.

소성시에는 상기 유리질플럭스가 골재를 양호하게 결합할수 있으나, 골재의 입자지름이 작을 경우나 골재의 내화도가 낮은 경우에는, 골재 자신의 입자소결이 소성시에 발생하기 쉬우므로 유리질플럭스는 필요없으며, 혹은 극소량으로 골재의 결합이 가능해진다. 그러나 알루미나와 같이 내화도가 높은 것은, 골재의 입자지름이 커지면 골재자체에 의한 결합은 곤란하게 된다. 따라서, 상기한 바와같이 유리질플럭스를 사용하여 골재를 결합시키거나, 또는 골재자체가 입자결할될때까지 소성온도(2000℃이상)을 올리게 된다. 그결과, 얻어지는 다공체의 기공율이 플럭스등에 의해 감소하고, 혹은 소성온도가 높기 때문에 제조코스트가 높아지게 된다고하는 문제점이 발생하고 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점에 비추어 안출한 것으로서, 공극률(기공율)이 높고, 강도가 크고, 또한 소성온도가 낮고 염가로 제조할 수 있는 알루미나질다공체 및 그 제조방법을 제공할려고하는 것을 목적으로 하며, 그 요지는, 골재의 알루미나조(粗) 입자에 초미립자규산(Colloidal Silica)을 첨가해서 소성하고, 소성시에 상기 알루미나조입자와 상기 초미립규산을 반응시켜서 알루미나조입자의 표면에 Al₂O₃-SiO₂계 화합물 멀라이트를 생성시키고, 이 멀라이트를 개재해서 상기 알루미나조입자를 결합하여, 알루미나조입자사이에 세공을 형성하여 이루어진 알루미나질다공체이며, 또 그 제조방법은 골재의 알루미나조입자에 SiO₂성분 20중량% 이하의 초미립자규산 (Colloidal Silica)를 첨가하여, 1700℃ 이하의 소성온도를 소성하는 것을 특징으로 하는 알루미나질다공체의 제조방법이다.

골재로서의 알루미나조입자에 초미립자규산을 첨가하여 이것을 소성하면, 소성시에 알루미나조입자와 초미립자규산이 반응해서 알루미나조입자의 표면에 멀라이트가 생성되고, 이 멀라이트를 개재해서 알루미나조입자가 서로 강고하게 결합한다. 그때문에, 골재의 알루미나조입자를 비교적 저온으로 양호하게 결합시켜서, 알루미나조입자사이에 세공을 균일화시켜서 형성할수있어, 종래와 같이 알루미나조입자를 결합시키기 위하여 고온에서 소성할 필요가 없고, 또, 다량의 플럭스를 필요로 하지않고, 알루미나조입자의 입자지름이 큰 경우에도 양호한 결합강도를 얻을수 있어, 강도가 크고, 또한 공극률이 높고, 세공이 균일화된 알루미나질다공체를 얻을수 있다.

또한, 초미립자규산(Colloidal Silica)의 첨가량은 SiO₂성분으로 20중량% 이하라면되며, 또, 소성온도는 1700℃이하에서 양호하게 소성결합시킬수 있고, 골재의 알루미나조입자는 평균입자지름 3㎛이상부터 85㎛ 정도의 것을 사용할수 있어, 조성체내의 평균세공직경을 2㎛이상이고 기공률이 40%이상의 것을 용이하게 조형할 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

먼저, 각종 입자지름의 알루미나를 시험한 결과, 입자지름이 약 6㎛이상이되면 1700℃이상이 아니면 충분한 입자결합을 얻을수 없다고 하는 결과를 얻었다.

특히 입자지름이 약 l0㎛ 이상에서는 소성온도 1600℃로는 알루미나입자의 소성결합이 행하여지지않고, 그 소성체의 굴곡강도는 약 2OOkg f/㎠ 이하이고 강도적으로 약한 소성체로 되었다.

그리하여, 알루미나조입자를 충분한 강도로 결합시키고, 공극률을 저하시키지 않고 또한 세공지름을 균일하게하고, 또한 소성온도를 1700℃이하에서 결합하는 방법을 검토한 결과, 알루미나조입자에 초미립자규산(Colloidal silica)을 첨가하므로서, A1₂O₃-SiO₂계 화합물멀라이트(3A1₂O₃ㆍ2SiO₂)가 소성시에 알루미나골재 표면에 반응생성되고, 이 멀라이트에 의해 알루미나골재가 강고하게 결합되는 것을 발견하였다.

제1도에는, 알루미나골재의 입자지름 약 80㎛의 것에 초미립자규산을 첨가하였을때의 분말회석 X선 패턴을 표시한다.

도면에 표시한 바와같이, 첨가한 초미립자규산은 약 1300℃에서 소성하면 방규석(Cristobalite)으로 변화하나, 1600℃에서 소성하였을때에는 초미립자규산은 골재의 알루미나와 반응해서, 골재의 표면에 멀라이트가 반응소성되었다.

이 1600℃에서 소성한 소성체의 굴곡강도를 측정한결과는 400kg f/㎠이고, 기공률은 45%, 평균세공직경은 36㎛였다.

또, 제2도에는 멀라이트가 반응생성되었을때의 소성체의 내부구조 모식도를 표시한다.

이와같이, 소성체의 내부에는 골재의 알루미나(1)의 표면부에 멀라이트(2)가 생성되어서, 이 멀라이트(2)를 개재해서 각 알루미나(1), (1), (1)이 강고하게 결합되고, 이 결합상태에 있어서의 알루미나(1), (1), (1)사이에 세공(3), (3), (3)이 양호하게 형성되는 것이다.

또, 초미립자규산(Colloidal Silica)의 알루미나에 대한 첨가량에 대해서 여러가지의 시험을 행한결과, 초미립자규산의 첨가량은 SiO₂성분으로 20중량% 이하면 양호하게 알루미나를 결합할수 있다고 하는 결과를 얻을수 있었다.

현실적으로 조형한 다공체의 실시예를 이하에 표시하면, 먼저, 제 1실시예에서는 일본국, 닛께이화공주식회사제의 240메시(평균입자지름 80.5㎛)의 백색전융알루미나 (A1₂O₃99% 이상)을 90중량부와, 평균입자지름 7㎛의 일본국, 닛뽕에어로질 주식회사제의 에어로질(SiO₂99.8%)을 10중량부 준비하고, 이 백색전융알루미나와 에어로질을 혼합시겨서 100중량부로하고, 이것에 물 30중량부를 가하고, 바인더로서 일본국 유켕공업주식회사제의 세란더 12중량부를 첨가하여, 혼련기에 의해서 직경 20㎜, 두께 3㎜의 파이프를 압출성형하였다.

이 파이프를 약 5℃/분으로 승온시켜 1600℃에서 1시간 유지한후, 소성로내를 자연냉각시켜서 소성체를 얻었다.

이 소성체의 물성은 평균세공직경 36㎛, 기공률 45%, 굴곡강도 400kg f/㎠였다.

다음에 제2실시예로서, 1200메시(평균입자지름 13㎛)의 백색전융알루미나 95중량부와, 에어로질 5중량부에 물 30중량부, 세란더 12중량부를 가해서 혼련기로 혼합하여, 제1실시예와 마찬가지의 직경 20mm이고 두께 3mm의 파이프를 압출성형하고, 이 파이프를 1600℃에서 1시간 소성하여, 로내를 자연냉각시켜서 소성체를 얻었다,

이 소성체의 물성은 핑균세공직경 4.9㎛, 기공률 46%, 굴곡강도 390kg f/㎠였다.

상기 제1실시예 및 제2실시예와 마찬가지의 성형소성방법에 의해서, 기타 5.3㎛, 20㎛, 40.5㎛의 알루미나에 대해서 마찬가지의 소성체를 조형한결과, 각 소성체의 세공지름분포는 제3도와 같은 것으로 되었다. 이것은 수은압입식코로시미터로 측정한 것이다.

본 발명의 알루미나질다공체는, 골재의 알루미나조입자에 초미립자규산(Colloidal Silica)을 첨가해서 소성하고, 소성시에 상기 알루미나조입자와 상기 초미립자규산을 반응시켜서 알루미나조입자의 표면에 A1₂O₃-SiO₂계화합물 멀라이트를 생성시키고, 이 멀라이트를 개재해서 상기 알루미나조입자를 결합하여, 알루미나조입자사이에 세공을 형성하여 얻게된것이며, 생성되는 멀라이트를 개재해서 조입자알루미나를 용이하게 결합할 수 있고, 기공률이 높고 세공지름이 균일한 알루미나다공체를 제작할수 있는 효과가 있어, 알루미나질다공체를 염가로 제조할수 있는 것이다.

또, 알루미나질다공체의 제조방법으로서, 골재의 알루미나조입자에 SiO₂성분 2O중량% 이하의 초미립자규산(Colloidal Silica)를 첨가하고, 1700℃이하의 소성온도에서 소성하는 것으로 하였기 때문에, 낮은 소성온도로 기계적강도가 큰 알루미나 다공체를 얻을수 있어, 제작코스트를 매우 저감시킬수 있는 효과가 있다.

또한, 골재의 알루미나조입자의 입자지름을 적당히 선택하므로서, 내부에 형성되는 세공지름을 적당히 변경시킬수 있어, 필터이외에도 미생물, 효소등의 고정화담체로서도 소성체의 이용범위를 확대할수있고, 또, 세공지름이 보다 작은 한외(限外)여과막의 지지체로서도 이용할수 있는 효과가 있다.

Claims

골재의 알루미나조입자에 초미립자규산(Colloidal Silica)를 첨가하여 소성하고, 소성시에 상기 알루미나조입자와 상기 조미립자규산을 반응시켜서 알루미나조입자의 표면에 A1₂O₃-SiO₂계 화합물멀라이트를 생성시키고, 이 멀라이트를 개재해서 상기 알루미나조입자를 결합해서, 알루미나조입자사이에 세공을 형성하여 이루어진 알루미나질다공체.
골재의 알루미나조입자에 SiO₂성분 20중량% 이하의 초미립자규산(Colloidal Silica)를 첨가하고, 1700℃이하의 소성온도에서 소성하는 것을 특징으로 하는 알루미나질다공체의 제조방법.