KR910006396B1 - Manufacturing method of stabilized zirconia staple fiber - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 부합되는 혼합용액을 방사하여 섬유를 제조하는 방사장치의 참고도.1 is a reference diagram of a spinning device for producing fibers by spinning a mixed solution according to the present invention.
제2도는 본 발명에 따라 제조된 지르코니아섬유의 조직사진.Figure 2 is a tissue photograph of zirconia fibers produced according to the present invention.
본 발명은 내화단열제로 사용되는 안정화 지르코니아 단섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 지르코니아는 약 2680의 높은 융점 및 낮은 열전도eh를 갖고 있으므로 이를 이용하여 내화단열재로 사용할 수 있으나, 약 1170℃부근에서 정방정(正方晶)에서 단사정(單斜晶)으로 상전이(相轉異)하게되는데, 이때, 3-5%의 부피팽창으로 인하여 사용에 제한을 받아왔다. 그래서 지르코니아에 Y2O3, CaO, MgO등을 첨가하여 구조를 입방전으로 안정화시키는 경우 상전이에 의한 부피변화를 제거할 수 있게 되어 산화 및 환원분위기에서 우수한 내화재로 사용할 수 있게 되었다. 일반적으로, 섬유상을 이용한 단열재의 경우 경량 및 낮은 열전도를 가지며 이로 인한 높은 열효율 등 많은 장점을 보유하고 있어 지르코니아를 섬유화하려는 노력이 진행되어 왔으나 지르코니아 자체의 높은 융점때문에 용융법에 의해 섬유제조보다는 화학적인 방법으로 섬유를 제조하려는 노력이 진행되어 왔다.The present invention relates to a method for producing stabilizing zirconia short fibers used as a fire insulation. Zirconia has a high melting point of about 2680 and a low thermal conductivity eh, so it can be used as a fire-resistant insulation material, but the phase transition from tetragonal to monoclinic near 1170 ℃ In this case, use has been limited due to the volume expansion of 3-5%. Therefore, when Y 2 O 3 , CaO, MgO, etc. are added to zirconia to stabilize the structure by cubic discharge, the volume change due to phase transition can be removed, and thus it can be used as an excellent refractory material in oxidation and reduction atmospheres. In general, fibrous insulation has light weight and low thermal conductivity, and has many advantages such as high thermal efficiency. Therefore, efforts have been made to fiberize zirconia, but due to the high melting point of zirconia itself, it is more chemical than fiber manufacturing by melting method. Efforts have been made to make fibers by the method.
현재 상용되고 있는 지르코니아 섬유는 질산지르코니움, 지르코니움아세레이트 및 염화지르코니움 등을 사용하며 이 용액에 유기질섬유를 담구어 낸 후 건조하여 700-1500℃의 온도에서 열처리하여 유기질이 제거된 다결정 질섬유를 제조하게 된다. 이 방법은 유기질섬유의 연소시에 발생하는 연소기체의 발산통로에 의한 큰 동공 및 섬유파괴 문제가 있어 이 방법에 의해 제조된 섬유는 제한된 범위에서만 사용이 가능하다. 그리고 다른 방법은 상기의 용액에 결합체를 첨가하여 용액의 점도를 증가시킨 후 방사장치에 넣고 방사시키거나 구멍이 작은 노즐을 통해 사출시켜 섬유를 제조하는 방법으로 유기질섬유를 이용한 방법보다는 공정히 간단하고 섬유를 치밀화 시킬 수 있는 큰 장점이 있다.Currently commercially available zirconia fibers use zirconium nitrate, zirconium acerate and zirconium chloride. Soak organic fibers in this solution, dry them, heat them at a temperature of 700-1500 ℃ to remove organic matters. Prepared polycrystalline fibers. This method has a large pupil and fiber destruction problem due to the diverging passage of the combustion gas generated during the combustion of the organic fiber, the fiber produced by this method can be used only in a limited range. In addition, another method is to add a binder to the solution to increase the viscosity of the solution, and then put it in a spinning device and spin or inject it through a nozzle having a small hole. There is a big advantage to densify.
본 발명은 미량의 수분에도 민감하게 반응하여 즉시 침전물을 형성하므로 특히 직경10mm미만의 섬유를 제조하는 것이 곤란했기 때문에 현재까지 지르코니아섬유 제조원료로서는 사용되지 않은 물질인 지르코니움 알콕사이드(Zirconium Alkoxide)를 주원료로하여 침전물이 발생되지 않고 섬유를 만들기에 적절한 점도를 갖도록 하므로써 안정한 지르코니아 단섬유를 제조하고자 하는 것으로서, 이를 상세히 설명하는 다음과 같다. 즉 본발명은 지르코니움 알콕사이드에 당량비로 0.3-1.5의 아세틸아세톤을 첨가 혼합하고, 당량비로 0.05-0.25의 염화칼슘, 0.01-0.08의 염화이트륨 및 0.01-0.08의 질산이트륨으로 이루어진 그룹중에서 1종을 선택하여 상기 혼합용액에 첨가혼합하고, 최종혼합용액을 30-90℃로 가열하고 가열된, 혼합용액을 500-8000r.p.m의 속도로 방사하고; 그리고 방사되어 제조된 섬유를 700-1500℃로 열처리하는 안정화 지르코니아탄 섬유의 제조방법에 관한 것이다.Since the present invention reacts sensitively to trace amounts of water and forms a precipitate immediately, it is particularly difficult to produce a fiber of less than 10 mm in diameter, so zirconia alkoxide (Zirconium Alkoxide), which has not been used as a raw material for zirconia fiber, has been As a main raw material is to produce a stable zirconia short fibers by having a viscosity that is suitable for making the fiber without generating a precipitate, as described in detail as follows. In other words, the present invention adds 0.3-1.5 acetylacetone in the equivalence ratio to the zirconium alkoxide, and mixes one species in the group consisting of 0.05-0.25 calcium chloride, 0.01-0.08 yttrium chloride and 0.01-0.08 yttrium nitrate. Select and add to the mixed solution, heat the final mixed solution to 30-90 ° C. and spin the heated mixed solution at a rate of 500-8000 r · pm; And it relates to a method for producing stabilized zirconia fibers for heat-treating the fiber produced by spinning at 700-1500 ℃.
상기 아세틸아세톤은 지르코니움 알록사이드(지르코니움 n-프로폭사이드,n-부톡사이드)의 불안정성 및 빠른 반응성을 조절하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 0.3-1.5당량비로 한정하는 것이 바람직한데, 그 이유는 아세틸아세톤의 양이 적거나 많으면 용액중에 침전물을 형성하여 맑고 균일한 용액을 얻을 수 없기 때문이다.The acetylacetone is a component added to control the instability and rapid reactivity of zirconium alkoxide (zirconium n-propoxide, n-butoxide), it is preferable to limit to 0.3-1.5 equivalent ratio The reason is that if the amount of acetylacetone is small or large, a precipitate can be formed in the solution to obtain a clear and uniform solution.
상기 염화칼슘의 경우는 0.05-0.25의 당량비로 염화이트륨 및 질산이트륨의 경우는 0.01-0.08당량비로각각 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기성분이 너무적게 첨가되는 경우에는 지르코니아의 정방정에서 단사정으로서 상변화에 의한 부피팽창이 일어나므로 안정화 지르코니아를 형성할 수 없으며, 과량 첨가되는 경우에는 상기물질을 알콜에 녹이는데 필요한 또는 결정수에 붙어 있는 물의량이 많아서 알콕사이드를 이용한 섬유제조에는 적합하지 않기 때문이다.In the case of calcium chloride, it is preferable to limit the amount of yttrium chloride and yttrium nitrate to the equivalent ratio of 0.05-0.25, respectively. As a result of volume expansion due to phase change, stabilization zirconia cannot be formed, and when it is added in excess, it is not suitable for making a fiber using alkoxide because of the large amount of water required to dissolve the substance in alcohol or attached to the crystal water. to be.
염화칼슘, 염화이트륨 및 질산이트륨은 에틸알콜에 용해시킨 다음 상기 지르코니움 알콕사이드에 첨가 혼합되는데 이때 10-30분 정도 혼합시키는 것이 바람직하며, 또한 상기 알콜의 양이 적으면 염화칼슘을 알콕사이드에 균일하게 분산시키기 어렵고, 알콜의 양이 많으면 증발시키는 공정에서 시간 및 알콜의 낭비이므로 지르코니움 알콜사이드 부피의 0.5-1.0배 정도의 알콜을 사용하는 것이 바람직하다.Calcium chloride, yttrium chloride and yttrium nitrate are dissolved in ethyl alcohol and then mixed with the zirconium alkoxide, which is preferably mixed for about 10-30 minutes, and when the amount of alcohol is small, calcium chloride is uniformly dispersed in the alkoxide. It is preferable to use an alcohol of about 0.5-1.0 times the volume of the zirconium alcohol side, because it is difficult to make, and a large amount of alcohol is a waste of time and alcohol in the evaporation process.
상기 염화칼슘, 염화이트륨 및 질산이트륨은 결정수를 포함하는 경우에는 물을 필요로하지 않지만 결정수를 포함하지 않는 경우에는 결정수에 해당되는 소정양의 물과 함께 에틸알콜에 첨가하여 용해시킨다. 상기 염화칼슘, 질산이트륨 또는 염화이트륨의 첨가된 용액에 12N 농도의 염산을 알콕사이드 1mole당 0.1-0.6mole을 첨가하여 10-30분 정도 혼합하므로서 염화칼슘 등을 균질하게 분산시키는 것이 바람직하다.The calcium chloride, yttrium chloride and yttrium nitrate do not require water when it contains crystal water, but when it does not contain crystal water, it is added and dissolved in ethyl alcohol with a predetermined amount of water corresponding to the crystal water. It is preferable to homogeneously disperse calcium chloride or the like by adding 0.1-0.6 mole per 1 mole of alkoxide to 12 N hydrochloric acid in the added solution of calcium chloride, yttrium nitrate or yttrium chloride and mixing for about 10-30 minutes.
또한 상기 가열공정은 열화칼슘, 질산이트륨 및 염화이트륨이 첨가된 혼합용액을 상온에서 숙성시킬 경우, 혼합된 염화칼슘 등이 대기중의 수분을 흡수하여 균질한 혼합이 이루어지지 않으므로 이를 해결하기 위하여 행하여지는 것으로서, 30℃이하에서는 수분을 흡수하여 균질한 혼합이 이루어지지 않으며, 90℃이상에서는 알콜의 폭발위험성이 있으므로 30-90℃가 바람직하다.In addition, the heating step is performed to solve this problem when the mixed solution containing calcium, yttrium nitrate and yttrium chloride is aged at room temperature, so that the mixed calcium chloride absorbs moisture in the atmosphere and does not form a homogeneous mixture. As the water absorption is less than 30 ℃, homogeneous mixing is not made, and above 90 ℃ 30-90 ℃ is preferable because there is a risk of explosion of alcohol.
상기의 같이 가열된 혼합용액의 점도가 0.3-4N sec/㎡정도에 이르면, 제1도의 1-0.1mm 직경의 방사구를 구비한 회전체에 넣고 회전체를 회전시켜 섬유를 제조하게 되는데, 이때 회전속도가 500r.p.m이하인 경우에는 혼합용액이 노즐을 통해 나올 수 없거나 아주 굵은 섬유가 만들어지고, 회전속도가 8000r.p.m이상인 경우에는 제조된 섬유가 굳어지기 전에 서로 붙게되어 섬유의 직경이 원하는 굵기보다 굵어지므로 500-8000r.p.m이 바람직하다.When the viscosity of the mixed solution heated as described above reaches about 0.3-4N sec / m 2, the fiber is put into a rotating body having a spinneret having a diameter of 1-0.1 mm in FIG. 1 to rotate the rotating body to produce fibers. If the rotation speed is 500r.pm or less, the mixed solution cannot come out through the nozzle or very thick fibers are made. If the rotation speed is 8000r.pm or more, the fibers are stuck together before the fibers are hardened so that the desired diameter 500-8000r.pm is preferred because it is thicker.
또한, 상기와 같이 제조된 섬유는 아직도 휘발성 유기물질을 많이 포함하고 있으므로 이를 제거하고 또한 다결정질 지르코니아섬유를 제조할 수 있도록 700-1500℃에서 열처리하는 것이 바람직한데, 그 이유는 700℃이하인 경우에는 유기물은 제거된다할지라도 원하는 크기로 결정성장이 일어나지 않으며, 1500℃이상에서는 비경제적이기 때문이다. 한편 열처리시간은 온도가 높을수록 짧고 온도가 낮을수록 길게 되므로 적당한 온도로 택하여, 가열속도는 분당 30℃이하로 하는 것이 바람직하며 가열속도가 상기속도보다 빠르면 열처리도중 섬유가 부서질 가능성이 있다.In addition, the fiber prepared as described above still contains a lot of volatile organic substances, it is preferable to heat treatment at 700-1500 ℃ to remove it and to produce a polycrystalline zirconia fiber, because the reason is below 700 ℃ Even if organic matter is removed, crystal growth does not occur to a desired size, and it is uneconomical at 1500 ° C or higher. On the other hand, the heat treatment time is shorter at higher temperatures and longer at lower temperatures, so it is preferable to select a suitable temperature, and the heating rate is preferably 30 ° C. or less. If the heating rate is faster than the above speed, the fiber may be broken during the heat treatment.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.
[실시예 1]Example 1
지르코니움 알콕사이드에 1.0당량비로 아세틸아세톤을 첨가 혼합한 다음 0.2당량비의 염화칼슘을 알콜에 용해시킨 후 상기 혼합용액에 첨가 혼합하고 80℃로 가열하고 용액이 1N sec/㎡의 정도에 도달하면 4000r.p.m의 속도로 방사시킨 다음, 1500℃로 가열하여 바로 급냉시켜 X-ray 회절분석실험을 실시하였다. 또한, ZrO2가 92중량%가 되도록 지르코니움 알콕사이드를 1.0당량비의 아세틸아세톤으로 안정화시킨 후 Y2O38중량%의 Y(NO)3를 알콜에 용해하여 상기 안정화된 용액에 첨가 혼합하고 80℃의 온도로 가열하여 제1도의 원심방사장치를 이용하여 3,500의 속도로 회전시켜 유기질이 함유된 섬유를 제조한 다음, 1,500℃로 가열한 후 바로 급냉시켜 X-ray 회절분석실험을 실시하였다.Acetyl acetone was added and mixed in 1.0 equivalent ratio of zirconia alkoxide, and then 0.2 equivalent ratio of calcium chloride was dissolved in alcohol. The mixture was added to the mixed solution, mixed and heated to 80 DEG C. when the solution reached 1 N sec / m 2, 4000r. After spinning at a rate of pm, and then quenched immediately by heating to 1500 ℃ to perform an X-ray diffraction analysis experiment. In addition, the zirconium alkoxide was stabilized with 1.0 equivalent ratio of acetylacetone so that ZrO 2 was 92% by weight, and then 8% by weight of Y 2 O 3 Y (NO) 3 was dissolved in alcohol and added and mixed to the stabilized solution. X-ray diffraction analysis was carried out by heating to a temperature of 80 ℃ to rotate at a speed of 3,500 using the centrifugal spinnery of FIG. .
상기 두종류의 섬유의 X-ray 회절분석실험에 따르면, 본 발명에 의해서 제조된 섬유는 지르코니아가 안정한 입방정의 결정구조를 갖는 것임이 밝혀졌다.According to the X-ray diffraction analysis of the two kinds of fibers, it was found that the fibers produced by the present invention had zirconia having a stable cubic crystal structure.
한편, 상기 전자의 섬유에 대한 조직사진이 제2a도에, 상기후자 섬유에 대한 조직사진이 제2b도에 나타나 있다.On the other hand, a tissue photograph of the former fiber is shown in FIG. 2A and a tissue photograph of the latter fiber is shown in FIG. 2B.
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CN102787393A (en) * | 2012-08-07 | 2012-11-21 | 山东大学 | Method and device for pressure analysis of polyacetylacetonatozirconium precursor fiber during zirconia crystalline fiber preparation and ligand recovery technology |
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1988
- 1988-12-14 KR KR1019880016664A patent/KR910006396B1/en not_active IP Right Cessation
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CN102787393A (en) * | 2012-08-07 | 2012-11-21 | 山东大学 | Method and device for pressure analysis of polyacetylacetonatozirconium precursor fiber during zirconia crystalline fiber preparation and ligand recovery technology |
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