KR20170129809A - 균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료(fire-resistant material)를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 경우, 우선 유리가 수성 알칼리 금속 수산화물 용액(aqueous alkali metal hydroxide solution)과 50℃ 위의 온도들에서 반응한다. 반응 생성물은 점성 매스(viscous mass)로서 배출되고, 과립화 되어, 고체 과립 물질(solid granular material)이 제공될 때까지 냉각된다. 본 발명에 따르면, 과립 물질들에 대략 20㎛ 내지 500㎛의 층 두께를 갖는 소수성 코팅(hydrophobic coating)이 제공되어, 내화성 첨가제로서 건축 자재 내에 삽입된다.
Description
본 발명은 균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료(fire-resistant material)를 제조하기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법에 따라 유리가 수성 알칼리 금속 수산화물 용액(aqueous alkali metal hydroxide solution)과 50℃ 위의 온도들에서 반응하고, 반응 생성물은 점성 매스(viscous mass)로서 배출되고, 과립화 되어, 고체 과립 물질(solid granular material)이 제공될 때까지 냉각된다.
유리로 이루어진 균일한 폼 제품들 및 그 제조는 유사한 출원서의 EP 1 183 215 B1호에 기술된다. 상기 출원서에 따라, 말하자면 50℃ 위의 상승한 온도들에서 유리들을 알칼리 금속 수산화물 용액과 반응시키는 것이 이미 공지되어 있다. 반응 생성물로는 소성 상태(plastic state)에서 배출될 수 있는 균일한 점성 매스가 고려된다. 이와 같은 매스가 냉각되는 즉시, 건조된 경성의 과립 입자들 또는 목표한 고체 과립 물질들이 형성된다. 이는 근본적으로 입증되었다. 이와 같은 방식으로 제조된 균일한 폼 제품들 또는 과립 물질들은 무엇보다 절연 물질로서, 또는 흡음재(sound absorber)로서 사용될 수 있으며, 자체 낮은 특수 중량 및 자체 내화 작용을 특징으로 한다.
이와 같은 종류의 폼 제품들의 내화 특성은 마찬가지로 유사한 출원서의 US 4 521 333호에도 기술된다("기술분야" 섹션의 설명 참조). 이러한 점에서 각각의 대응되는 과립 물질들의 폼 제품들이 이와 관련하여 입증되었다. 그러나 물의 침투와 관련하여 상기 과립 물질들의 장기 안정성(long-term stability)이 개선될 필요가 있다는 문제가 여전히 존재한다. 그뿐 아니라, 건축 자재용 내화성 첨가제로서 사용될 경우, 상기 과립 물질들의 가공은 개선의 여지가 있다. 여기서 본 발명은 전체적으로 시정책을 강구한다.
본 발명의 기술적 과제는 건축 자재와 관련한 내화성 첨가제로서 가공이 수월해지도록, 그리고 과립 물질들의 장기 안정성이 선행 기술과 비교하여 개선되도록 균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 상기 방법을 추가 개발하는 것이다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 유사한 방법은 본 발명의 범주에서, 과립 물질들에 대략 20㎛ 내지 500㎛, 특히 50㎛ 내지 200㎛ 및 바람직하게 50㎛ 내지 100㎛의 층 두께를 갖는 소수성 코팅(hydrophobic coating)이 제공되어, 내화성 첨가제로서 건축 자재 내에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 종류의 과립 물질들은 일반적으로 0.5 내지 15㎜, 특히 1㎜ 내지 10㎜ 및 바람직하게 1㎜ 내지 5㎜의 범위 내에 있는 입자 지름을 갖는다. 이는 일반적으로, 점성 매스가 배출되고, 과립화 되어, 냉각되고, 그리고 경우에 따라 분쇄되고, 체로 걸러짐으로써 달성된다.
균일한 폼 제품들에 기초한 제조된 고체 과립 물질들에 제시된 층 두께의 고려하에 소수성 코팅을 제공하는 것은 우선, 상기 과립 물질들의 장기 안정성이 선행 기술과 비교하여 현저히 향상되도록 보장한다. 그 이유는 상기 소수성 코팅이 상기 과립 물질들 내로 만일의 습기 침투를 방지함으로써, 결과적으로 상기 과립 물질들의 특수 중량이 실질적으로 유지되고, 그 내부에 포함된 물의 비율도 유지되기 때문이다. 그에 따라, 본 발명에 따라 제조된 내화성 재료는 긴 저장시간 이후에도 여전히 바람직하게 목표한 건축 자재 내에 삽입하기 위한 경량 혼합제 또는 내화성 첨가제로서 적합하다. 이 경우, 보장된 특성들이 유지된다.
실제로 본 발명에 따라 제조된 고체 과립 물질들의 가용적(bulk volume) 또는 부피 밀도(bulk density)는 0.01 내지 0.05g/㎤이고, 이와 같은 가용적은 1년 또는 그 이상의 긴 기간까지 제시된 층 두께의 소수성 코팅에 의해 유지된다.
여기에 추가 양상으로, 대략 20㎛ 내지 500㎛의 제시된 층 두께를 갖는 구현된 소수성 코팅이 건축 자재 내로 이와 같은 방식으로 제공된 과립 물질들의 삽입 공정을 수월하게 한다는 사실이 추가된다. 이 경우, 본 발명은 건축 자재로 일반적으로 폴리머 및 특히 플라스틱이 사용된다는 사실을 기초로 한다. 매우 특히 바람직하게 건축 자재로 탄성 중합체가 사용되고, 상기 탄성 중합체에 의해 밀봉부, 전기 절연부, 전기 케이블, 케이블 덕트 등이 제조된다. 이와 관련하여, 과립 물질들의 본 발명에 따라 제공된 소수성 코팅은 이제 상기 과립 물질들이 이와 같은 종류의 탄성 중합체 내에 용이하게 삽입되도록 기여한다. 이 경우, 본 발명은 예를 들어 고무 입자들에 왁스를 첨가함으로써 응집체들이 형성된다는 사실을 기초로 한다. 다시 말해, 과립 물질들의 가능한 소수성 코팅으로서 고무와 왁스는 서로 양립할 수 있다(compatible).
과립 물질들을 위한 소수성 코팅은 각각 폼 제품의 초기 중량을 기준으로 전체적으로 0.5중량％ 내지 2중량％의 비율로 첨가된다. 상기 폼 제품의 초기 중량은 사용된 유리, 알칼리 금속 수산화물의 기본 성분들 및 용매로서 물로 구성된다. 이때 여기에 추가로 소수성 코팅이 제시된 그램으로 추가된다.
본 발명은 저장시 이와 같은 방식으로 코팅된 개별 과립 물질들 내로 물이 침투하거나, 또는 침투할 수 있는 상황을 방지하기 위해, 소수성 코팅의 가능한 재료들로서 왁스뿐만 아니라, 소수성을 갖고 그에 띠라 방수 특성이 보장되는 경우에 한해 원칙적으로 실리콘, 실리콘유(silicone oil), 실라놀 등의 사용도 권장한다.
사용되는 유리로는 바람직하게 재활용 유리, 합성 유리, 천연 미네랄 유리 또는 이와 같은 유리들의 혼합물들이 고려된다. 재활용 유리는 높은 붕규산염 함량을 특징으로 하고, 그에 따라 재활용 붕소 유리로도 명명된다. 실제로 사용된 유리들은 대부분 60 내지 85중량％의 SiO2, 4 내지 27중량％의 Na2O, 0 내지 5중량％의 K2O, 0 내지 8중량％의 CaO, 0 내지 5중량％의 Al2O3, 0 내지 14중량％의 B2O3, 0 내지 20중량％의 PbO, 0 내지 5중량％의 MgO 및 0 내지 8중량％의 BaO를 갖는다. 특히 바람직하게 사용된 유리들은 65 내지 80중량％의 SiO2, 4 내지 14중량％의 Na2O, 0 내지 3중량％의 K2O, 0 내지 3중량％의 CaO, 1 내지 3중량％의 Al2O3, 5 내지 13중량％의 Pb2O3, 0 내지 5중량％의 PbO, 0 내지 3중량％의 MgO 및 0 내지 3중량％의 BaO로 구성된다.
본 발명에 따라, 유리와 수성 알칼리 금속 수산화물 용액의 혼합물은 50℃ 위의 온도들에서 반응한다. 일반적으로 해당 혼합물은 대략 120℃ 내지 250℃의 범위 내의 온도들로 가열된다. 이는 정상 압력에서 이루어질 수 있다. 그러나 대안적으로 기술된 반응은 오토클레이브(autoclave) 내에서 120℃ 내지 250℃의 제시된 온도들 및 2 내지 15bar의 압력에서 실시될 수도 있다.
이미 설명된 바와 같이, 생성된 과립 물질들의 소수성 코팅을 구현하기 위해 다수의 소수성 재료가 사용될 수 있는데, 이와 같은 방식으로 예컨대 실리콘이 사용될 수 있다. 다시 말해, 소수성 코팅으로는 바람직하게 물로 희석될 수 없는 실리콘이 고려된다. 이 경우, 물로 희석될 수 없는 해당 실리콘은 코팅으로서 제공될 수 있을 뿐만 아니라, 과립 물질들의 내부로도 삽입될 수 있다. 일반적으로 소수성 코팅은 제조 시작시 출발 재료들에 혼합된다. 예를 들어 해당하는 재료가 물에 첨가될 수 있다. 이는 심지어 소수성 코팅 또는 이를 위해 사용된 재료들이 실질적으로 물에 용해되지 않는다는 사실을 참작하더라도 이루어진다. 그럼에도 불구하고 이로 인해 놀랍게도 물/소수성 성분-에멀전은 분리되지 않고, 소수성 성분들은 소수성 코팅으로서 생성된 개별 과립 물질들 상에 가라앉으며, 경우에 따라 이와 같은 과립 물질들 내로 침투한다. 그러나 원칙적으로 소수성 코팅을 과립 물질들이 제조된 이후에 비로소, 예컨대 분사 공정에 의해 이와 같은 과립 물질들 상에 제공할 수도 있다.
그 밖에 유리와 알칼리 금속 수산화물 용액으로 이루어진 혼합물에 충전제 및/또는 보강제가 첨가된다. 이와 같은 충전제 및 보강제로는 바람직하게 규회석, 운모, 유리 섬유, 석영, 활석, 산화아연, 산화티타늄 등이 고려된다. 이와 같은 충전제 및 보강제에 의해 제조된 과립 물질들의 압축 강도가 전체적으로 향상된다. 그뿐 아니라, 건축 자재 내에서 후속하는 가공을 수월하게 하기 위해, 그리고 비쳐 보이도록 하고 눈에 띄게 하기 위해, 이로 인해 예를 들어 과립 물질들의 백색 컬러가 설정될 수 있다.
원칙적으로 글리세린 및/또는 에틸렌글리콜과 같은 물로 희석될 수 있는 첨가제가 첨가될 수도 있다. 그 밖에, 이미 언급된 글리세린 및/또는 에틸렌글리콜 첨가제와 같이, 부피 밀도를 낮추기 위해 물로 희석될 수 있는 일반적으로 OH-작용성의 첨가제를 첨가하도록 권장될 수 있다. 이는 대부분 폼 제품의 초기 혼합물을 기준으로 0.5 내지 2.5중량％의 중량부로 이루어진다. 그 밖에 원칙적으로, 유리와 알칼리 금속 수산화물 용액으로 이루어진 수성 현탁액에 추가적으로 수성 알칼리 금속 실리케이트 용액을 첨가하는 것이 가능하다. 이와 같은 방식으로 제조된 과립 물질들의 잔여 물 함량은 통상적으로 20 내지 35중량％의 범위 내에 있다. 이 경우, 언급된 잔여 물 함량뿐만 아니라 균일한 폼 제품들로부터 생성된 과립 물질들의 팽창 기능도 목표한 내화성 특성이 관찰되도록 기여한다.
실제로 말하자면 화재 및 그와 결부되는 상승한 온도들은 해당 건축 자재 내의 내화성 첨가제가 1차적으로 포함된 물을 배출하도록 유도한다. 이는 대부분 대략 300℃까지의 온도 범위 내에서 이루어진다. 이 경우, 20 내지 35중량％의 과립 물질들 내부에 제공된 물 함량은 우선적으로 상기 건축 자재가 생성되는 수증기에 의해 냉각되도록, 즉 목표한 내화 작용이 관찰되도록 기여한다.
이때 300℃ 위의 온도에서, 또는 과립 물질들 내에 포함된 물이 증발된 이후에는 이와 같은 과립 물질들의 팽창이 야기되는데, 그 이유는 이와 같은 과립 물질들이 폼 제품들로부터 제조되었기 때문이다. 이와 같은 팽창 또는 발포 공정으로는 소위 흡열 공정에 대응되는 열적 팽창이 고려된다. 다시 말해, 일반적으로 300℃ 위에서 사용되는 팽창 공정은 자체 흡열 특성 및 그에 따른 열 소비 특성으로 인해 건축 자재의 냉각을 위해 보완적으로 기여하며, 그에 따라 목표한 내화 작용에 기여한다.
폼 제품의 제조시 전체적으로 다음의 초기 혼합물이 사용된다:
대략 50 내지 60중량％의 유리,
대략 15 내지 20중량％의 건조 상태의 알칼리 금속 수산화물,
대략 20 내지 35중량％의 물 및
대략 0.5 내지 2중량％의 소수성 코팅.
이때 이전에 이미 상세하게 기술된 바와 같이, 경우에 따라 추가로 대략 5 내지 10중량％의 충전제 또는 보강제가 첨가될 수 있다. 일반적으로 내화성 재료의 제조는 제시된 그램의 유리, 예를 들어 50 내지 60중량％의 재활용 붕소 유리가 건조 상태의 알칼리 금속 수산화물로서 18중량％의 NaOH와 혼합되는 방식으로 이루어진다. 이때 대략 30중량％의 물이 첨가되고, 정상 압력 및 100℃ 내지 120℃의 범위 내의 온도들에서 추가 혼합 공정 및 반응이 이루어진다. 상기 반응은 전체적으로 수분 동안, 예를 들어 20분 동안 실시된다. 생성물로는 소성 상태에서 배출되어, 예컨대 천공된 디스크를 통해 가압 되는 균일한 점성 매스가 얻어진다.
상기 천공된 디스크의 외부 측면에 놓인 절단 장치에 의해 상기 매스는 분쇄되고, 가능한 응집 공정 또는 케이킹 공정(caking)을 방지하기 위해 예를 들어 석영 분말이 뿌려진다. 실온으로의 냉각 이후에 0.5㎜ 내지 15㎜, 실시예에서는 대략 1㎜ 내지 5㎜의 범위 내의 제시된 입자 크기를 갖는 건조된 경성의 과립 입자들 또는 과립 물질들이 관찰된다. 동시에 상기 물질들은 소수성 코팅을 50㎛ 내지 100㎛의 층 두께로 포함한다. 그 이유는 실리콘유 형상의 상기 소수성 코팅이 물에 첨가되었고, 상기 물질들의 반응 및 경화 공정 동안에 외부 층으로서 상기 과립 물질들 상에 형성되었거나 가라앉았기 때문이다.
물론 원칙적으로 분사 공정에 의해 과립 물질들에 소수성 코팅을 상응하게 제공하는 것도 가능하다. 이와 같은 방식으로 제조된 내화성 재료는 후속하여 목표한 건축 자재 내에 삽입된다.
이는 예를 들어 건축 자재로 탄성 중합체가 사용되고, 상기 과립 물질들이 첨가제로서 상기 건축 자재의 과립 물질과 함께 압출기 내로 충전됨으로써 이루어진다. 이와 같은 방식으로 상기 압출기의 출력 측면에 생성된 목표한 건축 자재의 내부에서 과립 물질들 또는 내화성 재료의 균일한 분포가 야기된다. 이 경우, 도입부에 이미 기술된 바와 같이 케이블, 케이블 덕트 등의 밀봉부, 절연부가 고려될 수 있다.
Claims (10)
- 균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료(fire-resistant material)를 제조하기 위한 방법으로서,
상기 방법에 따라 유리가 수성 알칼리 금속 수산화물 용액(aqueous alkali metal hydroxide solution)과 50℃ 위의 온도들에서 반응하고, 반응 생성물은 점성 매스(viscous mass)로서 배출되고, 과립화 되어, 고체 과립 물질(solid granular material)이 제공될 때까지 냉각되며,
과립 물질들에 대략 20㎛ 내지 500㎛, 특히 50㎛ 내지 200㎛ 및 바람직하게 50㎛ 내지 100㎛의 층 두께를 갖는 소수성 코팅(hydrophobic coating)이 제공되어, 내화성 첨가제로서 건축 자재 내에 삽입되는 것을 특징으로 하는,
균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 소수성 코팅은 폼 제품의 초기 중량을 기준으로 0.5중량％ 내지 2중량％의 비율로 첨가되는 것을 특징으로 하는,
균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유리와 상기 수성 알칼리 금속 수산화물 용액의 혼합물은 바람직하게 2 내지 15bar의 오토클레이브(autoclave) 내에서 120℃ 내지 250℃의 온도들로 가열되는 것을 특징으로 하는,
균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
유리로는 재활용 유리, 합성 유리, 천연 미네랄 유리 또는 혼합물들이 고려되는 것을 특징으로 하는,
균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
사용된 유리들은 60 내지 85중량％의 SiO2, 4 내지 27중량％의 Na2O, 0 내지 5중량％의 K2O, 0 내지 8중량％의 CaO, 0 내지 5중량％의 Al2O3, 0 내지 14중량％의 B2O3, 0 내지 20중량％의 PbO, 0 내지 5중량％의 MgO 및 0 내지 8중량％의 BaO를 함유하는 것을 특징으로 하는,
균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소수성 코팅으로는 물로 희석될 수 없는 실리콘이 고려되는 것을 특징으로 하는,
균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 방법. - 제6항에 있어서,
상기 물로 희석될 수 없는 실리콘은 코팅으로서 제공될 뿐만 아니라, 과립 물질들의 내부로도 삽입되는 것을 특징으로 하는,
균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리와 상기 알칼리 금속 수산화물 용액으로 이루어진 혼합물에 충전제 및/또는 보강제, 예를 들어 규회석, 운모 등이 첨가되는 것을 특징으로 하는,
균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폼 제폼의 초기 혼합물은
대략 50 내지 60중량％의 유리,
대략 15 내지 20중량％의 건조 상태의 알칼리 금속 수산화물,
대략 20 내지 35중량％의 물 및
대략 0.5 내지 2중량％의 소수성 코팅, 그리고
경우에 따라 대략 5 내지 10중량％의 충전제 또는 보강제로 구성되는 것을 특징으로 하는,
균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
건축 자재로는 폴리머, 특히 예를 들어 밀봉부, 케이블 절연부 등을 제조하기 위한 탄성 중합체가 사용되는 것을 특징으로 하는,
균일한 폼 제품들에 기초한 내화성 재료를 제조하기 위한 방법.
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