KR101289609B1 - 침강 실리카를 포함하는 단열 재료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 70 g/l 이하의 수정 탭 밀도를 갖는 침강 실리카를 포함하는 단열 재료에 관한 것이다.
Description
본 발명은 침강 실리카를 포함하는 단열 재료 및 단열 재료를 포함하는 성형물에 관한 것이다.
냉각, 가열 및 온도 저장 구조물을 위한 재료를 포함하는 단열 재료의 개발이 광범위하게 연구된다. 많은 시스템이 섬유 및 분말 생성물 또는 발포체를 사용하여 개발되었다.
실리카, 예컨대 침강 실리카 또는 발연 실리카의 사용은 여러 특허 출원에 기재되어 있다. 실란 물질의 화염 가수분해 또는 화염 산화에 의해 제조되는 솜털모양 분말로서의 발연 실리카, 예를 들어 사염화규소는 통상적으로 침강 실리카와 비교하여 단열 응용에서 보다 우수한 결과를 제공한다.
침강 실리카는 통상적으로 당업계에 잘 알려진 수단에 의해, 알칼리성 물유리 및 무기산의 상호작용에 의해 형성된다. 이들은 후속적으로 기계적으로, 예컨대 분무 건조 및 밀링에 의해 처리될 수 있다. 정상적으로 침강 실리카는 그의 발연 대응물보다 비용이 더 낮다. 단열 재료로서의 그의 용도는 예를 들어 US 4636415, EP 355295, EP 396961 또는 EP 463311에 기재되어 있다. 그러나, 단열 재료로서의 침강 실리카의 성능은 기대치에 미치지 못하였다.
따라서 본 발명의 목적은 발연 실리카를 포함하는 단열 재료와 필적할 만한 정도의 성능을 나타내는 비용효과적인 단열 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 단열 재료를 포함하는 성형물을 제공하는 것이다.
본 발명은 70 g/l 이하, 바람직하게는 1 내지 60 g/l, 보다 바람직하게는 5 내지 55 g/l, 매우 바람직하게는 10 내지 50 g/l, 특히 10 내지 30 g/l의 수정 탭 밀도를 갖는 침강 실리카를 포함하는 단열 재료를 제공한다.
"수정 탭 밀도"는 DIN EN ISO 787-11에 따른 종래 탭 밀도 측정 전에 실리카 구조를 한정적으로 성기게 함으로써 달성된 탭 밀도를 의미하는 것으로 이해한다. 이는 침강 실리카의 예비적 압축에 의해 잘못된 수치가 초래되는 것을 피하기 위해 행해진다. 세부사항은 이후 상세한 설명에 주어질 것이다.
본 발명의 특정 실시양태에서, 단열 재료의 침강 실리카는
a) 150 내지 2000 nm, 바람직하게는 200 내지 1500 nm, 보다 바람직하게는 250 내지 1200 nm, 가장 바람직하게는 300 내지 900 nm, 특히 바람직하게는 350 내지 600 nm의 d50-값,
b) 500 내지 7000 nm, 바람직하게는 700 내지 6500 nm, 보다 바람직하게는 800 내지 6000 nm, 가장 바람직하게는 900 내지 6000 nm, 특히 바람직하게는 1000 내지 5000 nm의 d90-값, 및
c) 2.5 내지 8 OH/nm2, 바람직하게는 2.6 내지 7 OH/nm2, 보다 바람직하게는 2.7 내지 6 OH/nm2, 가장 바람직하게는 2.8 내지 5.5 OH/nm2, 특히 바람직하게는 3.1 내지 5 OH/nm2의 실란올 기 밀도
를 갖는다.
d50 및 d90 값은 레이저 회절에 의해 측정된다. 실란올 기 밀도는 수소화알루미늄리튬과 침강 실리카의 반응에 의해 측정된다. 각각의 측정의 세부사항은 이후 상세한 설명에 주어질 것이다.
본 발명의 추가 실시양태에서, 바람직하게는 침강 실리카의 BET-표면적은 100 내지 350 m2/g, 바람직하게는 100 내지 350 m2/g, 보다 바람직하게는 110 내지 340 m2/g, 가장 바람직하게는 120 내지 330 m2/g, 특히 바람직하게는 130 내지 300 m2/g, 매우 특히 바람직하게는 145 내지 280 m2/g이다.
본 발명의 추가 실시양태에서, 침강 실리카의 건조 감량은 1.5 내지 8 중량%이고/거나 강열 감량은 1.5 내지 9 중량%이고 pH-값은 4 내지 9이다.
특정 실시양태에서, 본 발명에 따른 단열 재료는 30 내지 100 중량%의 침강 실리카를 포함할 수 있다. 따라서 침강 실리카는 단독으로 단열 재료의 역할을 할 수 있다. 바람직하게는 단열 재료는 단열 재료를 기준으로 하여 30 내지 95 중량%, 보다 바람직하게는 40 내지 80 중량%를 포함한다.
본 발명의 실리카는,
- 10 내지 30 ml/(5g), 바람직하게는 10 내지 25 ml/(5g)의 시어스 수,
- 100 내지 350 m2/g, 바람직하게는 130 내지 300 m2/g의 BET-표면적,
- 2 내지 8 중량%, 바람직하게는 2 내지 7 중량%, 보다 바람직하게는 2.5 내지 6 중량%의 건조 감량,
- 2 내지 9 중량%, 바람직하게는 2 내지 7 중량%, 보다 바람직하게는 2.5 내지 5 중량%의 강열 감량,
- 4 내지 9, 바람직하게는 4 내지 8, 더욱 바람직하게는 5 내지 8의 pH-값, 및
- 230 내지 400 g/100g, 바람직하게는 250 내지 350 g/100g의 DBP-값
을 갖는 침강 실리카를,
분쇄 단계에서 분쇄 시스템의 밀이 기체 및/또는 증기, 바람직하게는 스팀, 및/또는 스팀을 포함하는 기체로 이루어진 군으로부터 선택되는 작동 매체를 사용하여 작동되는 것, 및 가열 단계에서, 즉 작동 매체를 사용하는 실제 작동 전에 분쇄 챔버가 가열되어 분쇄 챔버 및/또는 밀 유출구에서의 온도가 증기 및/또는 작동 매체의 이슬점보다 더 높게 되는 것, 및 밀링된 실리카가 150 내지 2000 nm의 d50-값 및 500 내지 7000 nm의 d90-값으로 분류되는 것을 특징으로 하는 분쇄 시스템 (분쇄 장치), 특히 바람직하게는 제트 밀을 포함하는 분쇄 시스템으로 밀링 및 분류함으로써 제조될 수 있다. 출발 물질로서 적합한 시판되는 실리카는 에보닉 데구사 게엠베하(Evonik Degussa GmbH, 독일)의 시페르나트(Sipernat) 160, 시페르나트 22, 시페르나트 22 S, 시페르나트 22 LS, 및 DWS (중국)의 YH 350으로 불리는 실리카 등급이다.
분쇄는 특히 바람직하게는 WO 2008046727에 기재된 방법에 따라 그에 기재된 분쇄 시스템 (밀)을 사용하여 수행되며, 사용되는 작동 매체는 특히 바람직하게는 스팀이다. 2007년 11월 26일에 출원된 미국 특허 출원 11/944,851이 본원에 참조로 포함된다.
도 1에서, 참조 번호는 하기와 같다: 제트 밀 (1), 원통형 하우징 (2), 분쇄 챔버 (3), 분쇄(밀링)될 재료의 공급부 (4), 분쇄 제트 유입구 (5), 가열 개구 또는 노즐 (5a), 생성물 유출구 (6), 공기 분류기 (7), 분류 휠 (8), 유입구 개구 또는 유입구 노즐 (9), 분쇄 제트 (10), 열 공급원 (11), 열 공급원 (12), 공급 파이프 (13), 단열 자켓 (14), 유입구 (15), 유출구 (16), 분쇄 챔버의 중심 (17), 저장소 또는 생산 수단 (18), 탱크 (18a) 및 파이프 설비 (19).
도 2에서, 참조 번호는 하기와 같다: 제트 밀 (1), 공기 분류기 (7), 분류기 갭 (8a), 출구 포트 (침지 파이프) (20), 분류기 하우징 (21), 상부 하우징부 (22), 저부 하우징부 (23), 원주 플랜지 (24), 원주 플랜지 (25), 통합 조인트 (26), 화살표 (27), 분류기 챔버 하우징 (28), 지지 암 (28a), 배출 원추 (29), 플랜지 (30), 플랜지 (31), 커버 플레이트 (32), 커버 플레이트 (33), 패들 (34), 분류 휠 샤프트 (35), 피봇 베어링 (35a), 샤프트 리드-스루(shaft lead-through) (35b), 상부 기계가공 플레이트 (36), 저부 기계가공 플레이트 (37), 하우징의 단부 영역 (38), 생성물 공급 포트 (39), 회전 축 (40), 유출구 챔버 (41), 상부 커버 플레이트 (42), 제거가능 뚜껑 (43), 지지 암 (44), 원추형 환상 하우징 (45), 흡입 필터 (46), 천공 플레이트 (47), 미립자 배출 파이프 (48), 편향 원추 (49), 분류 공기 진입 코일 (50), 조 물질 배출부 (51), 플랜지 (52), 플랜지 (53), 내부 가장자리에 플랜지가 (사선으로) 기계가공되어 있는 분산 구역 (54), 및 라이닝 (55), 대체가능 보호 파이프 (56), 대체가능 보호 파이프 (57), 미립자 출구/유출구 (58).
도 3에서, 참조 번호는 하기와 같다: 분류기 갭 (8a), 출구 포트 (침지 파이프) (20), 커버 플레이트 (32), 커버 플레이트 (33), 패들 (34), 샤프트 리드-스루 (35b), 회전 축 (40), 패들의 고리 (59).
도 4에서, 참조 번호는 하기와 같다: 제트 밀 (1), 공기 분류기 (7), 출구 포트 (침지 파이프) (20), 분류기 하우징 (21), 상부 하우징부 (22), 저부 하우징부 (23), 원주 플랜지 (24), 원주 플랜지 (25), 통합 조인트 (26), 화살표 (27), 분류기 챔버 하우징 (28), 지지 암 (28a), 배출 원추 (29), 플랜지 (30), 플랜지 (31), 커버 플레이트 (32), 커버 플레이트 (33), 패들 (34), 분류 휠 샤프트 (35), 피봇 베어링 (35a), 상부 기계가공 플레이트 (36), 저부 기계가공 플레이트 (37), 하우징의 단부 영역 (38), 생성물 공급 포트 (39), 회전 축 (40), 유출구 챔버 (41), 상부 커버 플레이트 (42), 제거가능 뚜껑 (43), 지지 암 (44), 원추형 환상 하우징 (45), 흡입 필터 (46), 천공 플레이트 (47), 미립자 배출 파이프 (48), 편향 원추 (49), 분류 공기 진입 코일 (50), 조 물질 배출부 (51), 플랜지 (52), 플랜지 (53), 내부 가장자리에 플랜지가 (사선으로) 기계가공되어 있는 분산 구역 (54), 및 라이닝 (55), 대체가능 보호 파이프 (56), 대체가능 보호 파이프 (57), 미립자 출구/유출구 (58).
도 5에서, 참조 번호는 하기와 같다: 출구 포트 (침지 파이프) (20), 커버 플레이트 (32), 커버 플레이트 (33), 패들 (34), 회전 축 (40), 패들의 고리 (59).
도 2에서, 참조 번호는 하기와 같다: 제트 밀 (1), 공기 분류기 (7), 분류기 갭 (8a), 출구 포트 (침지 파이프) (20), 분류기 하우징 (21), 상부 하우징부 (22), 저부 하우징부 (23), 원주 플랜지 (24), 원주 플랜지 (25), 통합 조인트 (26), 화살표 (27), 분류기 챔버 하우징 (28), 지지 암 (28a), 배출 원추 (29), 플랜지 (30), 플랜지 (31), 커버 플레이트 (32), 커버 플레이트 (33), 패들 (34), 분류 휠 샤프트 (35), 피봇 베어링 (35a), 샤프트 리드-스루(shaft lead-through) (35b), 상부 기계가공 플레이트 (36), 저부 기계가공 플레이트 (37), 하우징의 단부 영역 (38), 생성물 공급 포트 (39), 회전 축 (40), 유출구 챔버 (41), 상부 커버 플레이트 (42), 제거가능 뚜껑 (43), 지지 암 (44), 원추형 환상 하우징 (45), 흡입 필터 (46), 천공 플레이트 (47), 미립자 배출 파이프 (48), 편향 원추 (49), 분류 공기 진입 코일 (50), 조 물질 배출부 (51), 플랜지 (52), 플랜지 (53), 내부 가장자리에 플랜지가 (사선으로) 기계가공되어 있는 분산 구역 (54), 및 라이닝 (55), 대체가능 보호 파이프 (56), 대체가능 보호 파이프 (57), 미립자 출구/유출구 (58).
도 3에서, 참조 번호는 하기와 같다: 분류기 갭 (8a), 출구 포트 (침지 파이프) (20), 커버 플레이트 (32), 커버 플레이트 (33), 패들 (34), 샤프트 리드-스루 (35b), 회전 축 (40), 패들의 고리 (59).
도 4에서, 참조 번호는 하기와 같다: 제트 밀 (1), 공기 분류기 (7), 출구 포트 (침지 파이프) (20), 분류기 하우징 (21), 상부 하우징부 (22), 저부 하우징부 (23), 원주 플랜지 (24), 원주 플랜지 (25), 통합 조인트 (26), 화살표 (27), 분류기 챔버 하우징 (28), 지지 암 (28a), 배출 원추 (29), 플랜지 (30), 플랜지 (31), 커버 플레이트 (32), 커버 플레이트 (33), 패들 (34), 분류 휠 샤프트 (35), 피봇 베어링 (35a), 상부 기계가공 플레이트 (36), 저부 기계가공 플레이트 (37), 하우징의 단부 영역 (38), 생성물 공급 포트 (39), 회전 축 (40), 유출구 챔버 (41), 상부 커버 플레이트 (42), 제거가능 뚜껑 (43), 지지 암 (44), 원추형 환상 하우징 (45), 흡입 필터 (46), 천공 플레이트 (47), 미립자 배출 파이프 (48), 편향 원추 (49), 분류 공기 진입 코일 (50), 조 물질 배출부 (51), 플랜지 (52), 플랜지 (53), 내부 가장자리에 플랜지가 (사선으로) 기계가공되어 있는 분산 구역 (54), 및 라이닝 (55), 대체가능 보호 파이프 (56), 대체가능 보호 파이프 (57), 미립자 출구/유출구 (58).
도 5에서, 참조 번호는 하기와 같다: 출구 포트 (침지 파이프) (20), 커버 플레이트 (32), 커버 플레이트 (33), 패들 (34), 회전 축 (40), 패들의 고리 (59).
특히 바람직한 한 실시양태에서, 과열 스팀을 사용하는 실제 분쇄를 위한 제조시, 먼저 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 통합 동력식 공기압 분류기가 구비된 도 1에 나타낸 바와 같은 유동-층 대향-제트 밀을 먼저, 바람직하게는 10 bar 및 160℃의 고온 압축 공기로 충전되어 있는 2개의 가열 개구 또는 노즐 (5a) (그 중 하나만이 도 1에 도시되어 있음)를 통하여, 밀 출구 온도가 스팀 및/또는 작동 매체의 이슬점, 바람직하게는 약 105℃보다 더 높아질 때까지 가열하였다.
분쇄된 재료의 분리를 위하여, 필터 하우징이 포화 스팀 (바람직하게는 6 bar의 포화 스팀)에 의해, 부착되어 있는 가열 코일을 통하여, 응축을 방지할 목적으로 그의 하부 1/3에서 간접적으로 가열되는 필터 시스템 (도 1에는 도시하지 않음)이 밀의 하류에 연결된다. 밀, 분리 필터, 및 스팀 및 고온 압축 공기용 공급 라인의 영역에서의 모든 장치 표면은 특별하게 단열되어 있다.
원하는 가열 온도에 도달된 후, 가열 노즐로의 고온 압축 공기의 공급이 차단되고, 바람직하게는 38 bar (절대압) 및 325℃의 과열 스팀으로 3개 분쇄 노즐의 충전이 개시된다.
분리 필터에 사용되는 필터 매체를 보호하고, 또한 분쇄 재료 중 잔류수의 규정된 수준, 바람직하게는 2 % 내지 6 %를 설정하기 위하여, 출발 단계에 및 분쇄 동안에, 압축 공기로 작동되는 2-류 노즐을 통하여 밀 출구 온도에 따라 밀 분쇄 챔버에 물이 도입된다.
공급물 양은 분류기 엔진의 전류에 따라 조절된다. 전류는 그것이 공칭 전류의 대략 70 %를 초과할 수 없도록 공급물 양을 조절한다.
여기에 사용되는 도입 부재 (4)는 기압의 종말점으로 작용하는 주기적 차단을 통하여 저장 용기로부터 초대기압 상태인 분쇄 챔버로 공급 재료를 계량 투입하는 속도-조절 버킷 휠이다.
조 물질은 팽창하는 스팀 제트 (분쇄 기체)에서 미분된다. 감압된 분쇄 기체와 함께, 생성물 입자는 밀 용기의 중심에서 분류 휠로 상승한다. 설정된 분류기 속도 및 분쇄 스팀의 양에 따라, 미립도가 충분한 입자들은 분쇄 스팀과 함께 미립자 출구로 진입하여, 그곳으로부터 하류의 분리 시스템으로 전달되는 반면, 너무 조질인 입자는 다시 분쇄 구역으로 전달되어 미분을 반복한다. 분리 필터로부터 분리된 미립자의, 후속적인 사일로 저장 및 포장 작업으로의 배출은 버킷-휠 차단기에 의해 수행된다.
동력식 패들 휠 분류기의 속도와 함께, 분쇄 노즐에서 얻어지는 분쇄 기체의 분쇄 압력, 및 분쇄 기체의 결과적인 부피가 입자-크기 분포 함수의 미립도 및 또한 최대 입자-크기 한계를 결정한다.
바람직한 실시양태에서, 분쇄는 하기와 같이 수행된다. 본 발명에 따른 방법은 밀링 시스템 (밀링 장치), 바람직하게는 제트 밀, 특히 바람직하게는 대향 제트 밀을 포함하는 밀링 시스템에서 수행된다. 이를 위하여, 미분하고자 하는 공급 재료는 고속의 팽창 기체 제트 중에서 가속화되어, 입자-입자 충격에 의해 미분된다. 매우 특히 바람직하게 사용되는 제트 밀은 유동-층 대향 제트 밀 또는 밀집-층 제트 밀 또는 나선 제트 밀이다. 매우 특히 바람직한 유동-층 대향 제트 밀의 경우에, 2개 이상의 밀링 제트 유입구가 밀링 챔버의 하부 1/3에 바람직하게는 밀링 노즐의 형태로 존재하며, 이들은 바람직하게는 수평 평면 상에 존재한다. 특히 바람직하게는 밀링 제트 유입구는 바람직하게는 원형인 밀링 용기의 원주에 배열되어, 밀링 제트 모두가 밀링 용기의 내부의 한 지점에서 만나게 된다. 특히 바람직하게는, 밀링 제트 유입구는 밀링 용기의 원주 상에 균일하게 분포된다. 따라서, 3개의 밀링 제트 유입구의 경우, 간격은 각 경우에 120°일 것이다.
본 발명에 따른 방법의 특정 실시양태에서, 밀링 시스템 (밀링 장치)는 분류기, 바람직하게는 동력식 분류기, 특히 바람직하게는 동력식 패들 휠 분류기, 특히 바람직하게는 도 4 및 5에 따른 분류기를 포함한다.
특히 바람직한 실시양태에서, 도 2 및 3에 따른 동력식 공기 분류기가 사용된다. 이러한 동력식 공기 분류기는 분류 휠 및 분류 휠 샤프트 및 분류기 하우징을 포함하고, 분류 휠과 분류기 하우징 사이에 분류기 간극이 형성되고, 분류 휠 샤프트와 분류기 하우징 사이에 샤프트 리드-스루가 형성되고, 분류기 간극 및/또는 샤프트 리드-스루의 플러싱이 저에너지의 압축 기체를 사용하여 수행됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 조건 하에서 작동되는 제트 밀과의 조합으로서 분류기를 사용하는 경우, 너무 큰 입자에 대해서는 한계가 부과되며, 팽창 기체 제트와 함께 상승하는 생성물 입자는 밀링 용기의 중심으로부터 분류기를 통과하여 전달되며, 다음에 충분한 미립도를 갖는 생성물이 분류기 및 밀로부터 배출된다. 너무 조질인 입자들은 밀링 구역으로 복귀되어 추가 미분화에 적용된다.
밀링 시스템에서, 분류기는 밀 하류에 별도의 유닛으로서 연결될 수 있으나, 바람직하게는 통합된 분류기가 사용된다.
본 발명에 따른 이와 같은 특히 바람직한 분쇄 방법은 실제 밀링 단계의 상류에 포함되는 가열 단계를 포함하며, 상기 가열 단계에서는 밀링 챔버, 특히 바람직하게는 물 및/또는 스팀이 응축할 수 있는 밀 및/또는 밀링 시스템의 모든 실질적인 구성요소가 가열되어, 그/그들의 온도가 증기의 이슬점을 초과하게 된다. 상기 가열은 원칙적으로 임의의 가열 방법에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 가열은, 고온 기체를 밀 및/또는 전체 밀링 시스템으로 통과시켜 밀 출구에서 기체의 온도가 증기의 이슬점보다 더 높게 되도록 수행된다. 특히 바람직하게는, 고온 기체가 바람직하게는 스팀과 접촉되는 밀 및/또는 전체 밀링 시스템의 모든 실질적인 구성요소를 충분히 가열하는 것이 보장된다.
사용되는 가열 기체는 원칙적으로는 임의의 원하는 기체 및/또는 기체 혼합물일 수 있으나, 고온 공기 및/또는 연소 기체 및/또는 비활성 기체가 바람직하게 사용된다. 상기 고온 기체의 온도는 스팀의 이슬점을 초과한다.
고온 기체는 원칙적으로 밀링 챔버의 임의의 원하는 지점에서 도입될 수 있다. 밀링 챔버에는 바람직하게는 이와 같은 목적을 위하여 유입구 또는 노즐이 존재한다. 이러한 유입구 또는 노즐은 밀링 단계 (밀링 노즐) 동안 그를 통하여 밀링 제트가 또한 통과하는 동일한 유입구 또는 노즐일 수 있다. 그러나, 그를 통하여 고온 기체 및/또는 기체 혼합물이 전달될 수 있는 별도의 유입구 또는 노즐 (가열 노즐)이 밀링 챔버에 존재하는 것 또한 가능하다. 바람직한 실시양태에서, 가열 기체 또는 가열 기체 혼합물은 평면으로 배열되거나, 제트 모두가 밀링 용기 내부의 한 지점에서 만나는 방식으로 바람직하게는 원형인 밀 용기의 원주에 배열된 2개 이상, 바람직하게는 3개 이상의 유입구 및 노즐을 통하여 도입된다. 특히 바람직하게는, 유입구 또는 노즐은 밀링 용기의 원주 상에 균일하게 분포된다.
밀링 동안, 기체 및/또는 증기, 바람직하게는 스팀 및/또는 기체/스팀 혼합물은 바람직하게는 밀링 노즐의 형태인 밀링 제트 유입구를 통하여 작동 매체로서 배출된다. 상기 작동 매체는 일반적으로 공기 (343 m/s)보다 실질적으로 더 높은 음속, 바람직하게는 450 m/s 이상을 가진다. 유리하게는, 작동 매체는 스팀 및/또는 수소 기체 및/또는 아르곤 및/또는 헬륨을 포함한다. 그것은 특히 바람직하게는 과열 스팀이다. 매우 미세한 밀링을 달성하기 위해서는, 작동 매체가 15 내지 250 bar, 특히 바람직하게는 20 내지 150 bar, 매우 특히 바람직하게는 30 내지 70 bar, 특히 바람직하게는 40 내지 65 bar의 압력에서 밀로 배출되는 것이 특히 유리한 것으로 입증되었다. 특히 바람직하게는, 작동 매체는 또한 200 내지 800℃, 특히 바람직하게는 250 내지 600℃, 특히 300 내지 400℃의 온도를 갖는다. 압력에는 특히 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220 및 240 bar를 비롯한 모든 값 및 그 사이의 하위 값이 포함된다. 작동 매체의 온도에는 특히 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750℃를 비롯한 모든 값 및 그 사이의 하위 값이 포함된다.
작동 매체로서의 스팀의 경우, 즉 특히 증기 공급 파이프가 스팀 공급원에 연결되어 있는 경우에는, 밀링 또는 유입구 노즐이 팽창 벤드(bend)가 장착된 증기 공급 파이프에 연결되는 것이 특히 유리한 것으로 입증되었다.
또한, 제트 밀의 표면적이 가능한 한 작은 값을 가지고/거나 유로에 적어도 실질적으로 돌출부가 없고/거나 제트 밀의 구성요소가 축적을 피하도록 설계되는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 이러한 수단들에 의해, 밀에서의 밀링될 재료의 침착이 추가로 방지될 수 있다.
본 발명은 본 발명에 따른 방법의 하기하는 바람직하고 특별한 실시양태, 및 제트 밀의 바람직한 특히 적합한 버전, 및 도면 및 도면의 설명을 단순히 예로서 참조하여 보다 상세하게 설명되며, 즉 본 발명은 이러한 작업 실시예 및 사용 실시예, 또는 개별 작업 실시예에 속하는 특징들의 각 조합에 제한되는 것은 아니다.
특정 작업 실시예와 관련하여 설명되거나 및/또는 보여지는 개별 특징들은 해당 작업 실시예, 또는 해당 작업 실시예의 다른 특징들과의 조합에 제한되는 것이 아니라, 본 명세서에서 별도로 논의되지 않는다 할지라도, 기술적인 가능성 내에서 임의의 다른 변형과 조합될 수 있다.
도면 중 개별 도면 및 이미지의 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 효과를 갖는 동일하거나 유사한 구성요소 또는 구성요소들을 가리킨다. 도면 중 다이아그램 또한 해당 특징이 하기에 기술되는지 아닌지에 관계없이 참조 번호가 제공되지 않은 특징들을 밝힌다. 다른 한편으로는, 본 명세서에 포함되어 있으나 도면에 가시화하거나 나타내지는 않은 특징들 역시 당업자에게 용이하게 이해가능한 것들이다.
상기에서 이미 나타낸 바와 같이, 제트 밀, 바람직하게는 통합 분류기, 바람직하게는 통합 동력식 공기 분류기를 포함하는 대향 제트 밀이 본 발명에 따른 방법에서 매우 미세한 입자의 제조에 사용될 수 있다. 특히 바람직하게는, 공기 분류기는 분류 휠 및 분류 휠 샤프트 및 분류기 하우징을 포함하며, 분류 휠과 분류기 하우징 사이에 분류기 간극이 형성되고, 분류 휠 샤프트와 분류기 하우징 사이에 샤프트 리드-스루가 형성되며, 저에너지의 압축 기체를 사용한 분류기 간극 및/또는 샤프트 리드-스루의 플러싱이 수행되는 방식으로 작동된다.
바람직하게는, 플러싱 기체는 적어도 대략 0.4 bar 이하, 특히 바람직하게는 적어도 약 0.3 bar 이하, 특히 약 0.2 bar 이하로 밀의 내부 압력을 초과하는 압력에서 사용된다. 밀의 내부 압력은 적어도 약 0.1 내지 0.5 bar의 범위일 수 있다.
또한, 플러싱 기체가 약 80 내지 약 120℃, 특히 대략 100℃의 온도에서 사용되고/거나 사용되는 플러싱 기체가 특히 약 0.3 bar 내지 약 0.4 bar의 저-에너지의 압축 공기인 경우가 바람직하다.
공기 분류기 분류 로터의 속도 및 내부 증폭 비는 분류 휠과 통합된 딥 튜브 또는 유출구 노즐에서의 작동 매체 (B)의 원주 속도가 작동 매체의 음속의 0.8 배 이하에 달하도록 선택 또는 설정될 수 있거나, 조절될 수 있다.
이것은 딥 튜브 또는 유출구 노즐에서의 작동 매체 (B)의 원주 속도가 작동 매체의 음속의 0.7 배 이하, 특히 바람직하게는 0.6 배 이하에 달하도록 공기 분류기 분류 로터의 속도 및 내부 증폭 비가 선택 또는 설정되거나 조절되는 경우에 더욱 진전될 수 있다.
특히, 유리하게는 상기 분류 로터가 반경이 감소함에 따라 증가하는 높이 여분(height clearance)을 가지고, 흐름이 발생하는 분류 로터의 영역은 바람직하게는 적어도 대략 일정하도록 하는 것 또한 가능하다. 별법으로 또는 추가로, 분류 로터가 호환가능한 공동회전 딥 튜브를 갖는 경우가 유리할 수 있다. 또 다른 변형에서는, 흐름의 방향으로 넓어지는 단면적을 갖는 미립자 유출구 챔버를 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 제트 밀은 유리하게는 특히 EP-A-472930에 따른 풍력 분류기의 개별 특징 또는 특징들의 조합을 포함하는 공기 분류기를 포함할 수 있다. EP-A-472930의 전체 개시 내용은, 단순히 동일한 대상을 채택하는 것을 피하기 위하여, 그 전체 내용이 본원에 참조로 포함된다. 특히 공기 분류기는 EP-A-472930에 따른 흐름의 원주 성분을 감소시키는 수단을 포함할 수 있다. 특히 공기 분류기의 분류 휠과 통합되며 딥 튜브의 형태인 유출구 노즐이 흐름의 방향으로 바람직하게는 소용돌이 형성을 피하기 위하여 원형이 되도록 설계된 점점 더 넓어지는 단면적을 갖도록 하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법에서 사용될 수 있는 밀링 시스템 또는 밀의 바람직하거나 및/또는 유리한 실시양태들이 도 1 내지 5 및 관련 기술에 분명하게 제시되어 있는데, 이들 실시양태는 단순히 예에 의해 본 발명을 더 상세하게 설명하는 것으로서, 다시 말하면 상기 본 발명이 이러한 작업 실시예 및 사용 실시예, 또는 개별 작업 실시예에 속하는 특징들의 각 조합으로 제한되지는 않는다는 것이 다시 한번 강조된다.
특정 작업 실시예와 관련하여 설명되거나 및/또는 나타내어지는 개별 특징들은 해당 작업 실시예, 또는 해당 작업 실시예의 다른 특징들과의 조합에 제한되는 것이 아니라, 본 명세서에서 별도로 논의되지 않는다 할지라도, 기술적인 가능성 내에서 임의의 다른 변형과 조합될 수 있다.
도면 중 개별 도면 및 이미지의 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 효과를 갖는 동일하거나 유사한 구성요소 및 구성요소들을 가리킨다. 도면 중 다이아그램 또한 해당 특징이 하기에 기술되는지 아닌지에 관계없이 참조 번호가 제공되지 않은 특징들을 밝힌다. 다른 한편으로는, 본 명세서에 포함되어 있으나 도면에 가시화하거나 나타내지는 않은 특징들 역시 당업자에게 용이하게 이해가능한 것들이다.
도 1은 밀링 챔버 (3)을 둘러싸고 있는 원통형 하우징 (2), 밀링 챔버 (3)의 대략 절반 높이에 있는 분쇄 (밀링)될 재료의 공급부 (4), 밀링 챔버 (3)의 하부 영역에 있는 하나 이상의 밀링 제트 유입구 (5), 및 밀링 챔버 (3)의 상부 영역에 있는 생성물 유출구 (6)을 포함하는 제트 밀 (1)의 작업 실시예를 나타낸다. 밀링된 재료 (도시하지 않음)를 분류하여, 특정 입자 크기 미만의 밀링된 재료만을 밀링 챔버 (3)으로부터 생성물 유출구 (6)을 통하여 제거하고, 선택된 값을 초과하는 입자 크기를 갖는 밀링 재료는 추가 밀링 공정으로 공급하는 회전가능 분류 휠 (8)을 갖는 공기 분류기 (7)이 거기에 배치된다.
분류 휠 (8)은 공기 분류기 중 통상적인 것인 분류 휠일 수 있으며, 그의 블레이드 (예를 들어, 하기 도 5 관련 참조)가 방사상 블레이드 채널에 결합되고, 그의 외부 말단에서 분류 공기가 진입하고, 비교적 작은 입자 크기 또는 질량의 입자는 중앙 유출구 및 생성물 유출구 (6)으로 연행되는 반면, 더 큰 입자 또는 더 큰 질량의 입자는 원심력의 영향하에 토출된다. 특히 바람직하게는, 상기 공기 분류기 (7) 및/또는 그의 적어도 분류 휠 (8)에는 EP-A-472930에 따른 하나 이상의 설계적 특징이 구비된다.
예를 들어 단일 밀링 제트 (10)이 고에너지로 밀링될 재료의 입자 (분쇄 (밀링)될 재료의 공급부 (4)로부터 밀링 제트 (10)의 영역에 도달함)와 만나는 것을 가능케 하여, 밀링될 재료의 입자를 더 작은 입자 (이것은 분류 휠 (8)에 의해 포착되어, 그것이 적절하게 작은 크기 또는 질량에 도달하였을 경우, 생성물 유출구 (6)을 통하여 외부로 수송됨)로 분할하기 위한 단일 방사상 방향 유입구 개구 또는 유입구 노즐 (9)로 구성되는 단지 하나의 밀링 제트 유입구 (5)를 제공하는 것이 가능하다. 그러나, 쌍을 이루어 정반대로 서로 대향하여, 서로를 타격하는 2개의 밀링 제트 (10)을 형성함으로써, 단지 하나의 밀링 제트 (10)으로 가능한 것보다 더욱 강력한 입자 분할을 야기하는 밀링 제트 유입구 (5)를 사용하면, 특히 다수의 밀링 제트 쌍들이 형성되는 경우, 더 우수한 효과가 달성된다.
바람직하게는 밀링 챔버의 원통형 하우징의 하부 1/3에 배열되는 바람직하게는, 2개 이상의 밀링 제트 유입구, 바람직하게는 밀링 노즐, 특히 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12개의 밀링 제트 유입구가 사용된다. 이러한 밀링 제트 유입구는 이상적으로는 평면으로, 밀링 용기의 원주 상에 균일하게 분포하여 배열됨으로써, 밀링 제트 모두가 밀링 용기 내부의 한 지점에서 만나게 된다. 특히 바람직하게는, 상기 유입구 또는 노즐은 밀링 용기의 원주 상에 균일하게 분포된다. 3개 밀링 제트의 경우, 각 유입구 또는 노즐 사이는 120° 각도일 것이다. 일반적으로, 밀링 챔버가 클수록 더 많은 유입구 또는 밀링 노즐이 사용된다고 말할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시양태에서, 밀링 챔버는, 밀링 제트 유입구 이외에도, 그를 통하여 가열 단계에서 고온 기체가 밀로 전달될 수 있는 바람직하게는 가열 노즐의 형태인 가열 개구 또는 노즐 (5a)를 포함할 수 있다. 이러한 노즐 또는 개구는 - 이미 상기 기재된 바와 같이 - 밀링 개구 또는 노즐 (5)와 동일한 평면에 배열될 수 있다. 하나의 가열 개구 또는 노즐 (5a), 그러나 바람직하게는 또한 다수의 가열 개구 또는 노즐 (5a), 특히 바람직하게는 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8개의 가열 개구 또는 노즐 (5a)가 존재할 수 있다.
매우 특히 바람직한 실시양태에서, 밀은 2개의 가열 노즐 또는 개구 및 3개의 밀링 노즐 또는 개구를 포함한다.
예를 들어, 처리 온도는 또한 밀링 (분쇄)될 재료의 공급부 (4)와 밀링 제트 (10) 영역 사이의 내부 가열 공급원 (11), 또는 분쇄 (밀링)될 재료의 공급부 (4) 외부 영역의 상응하는 가열 공급원 (12)를 사용하는 것에 의해, 또는 밀링될 재료의 처리 입자 (이것은 임의의 경우에 이미 가온 상태이고, 분쇄 (밀링)될 재료의 공급부 (4)에 도달할 때까지 열 손실이 방지되고, 이를 위하여 공급부 튜브 (13)은 온도-단열 자켓 (14)에 의해 둘러싸여 있음)에 의해 영향을 받을 수 있다. 상기 가열 공급원 (11) 또는 (12)는, 사용되는 경우, 원칙적으로 임의의 원하는 형태일 수 있으며, 그에 따라 특별한 목적에 사용가능하고, 시장에서의 가용성에 따라 선택될 수 있으므로, 본 문맥에서 추가적인 설명은 필요치 않다.
특히, 밀링 제트 또는 밀링 제트들 (10)의 온도가 상기 온도와 관련되고, 밀링될 재료의 온도는 적어도 대략 이러한 밀링 제트 온도에 상응해야 한다.
밀링 제트 유입구 (5)를 통하여 밀링 챔버 (3)으로 도입되는 밀링 제트 (10)의 형성을 위하여, 본 작업 실시예에서는 과열 스팀이 사용된다. 각 밀링 제트 유입구 (5)의 유입구 노즐 (9) 이후의 스팀의 열 함량은 상기 유입구 노즐 (9) 이전보다 실질적으로는 더 낮지 않은 것으로 추정될 수 있다. 충격 미분화에 필요한 에너지는 주로 유동 에너지로서 가용할 것이기 때문에, 유입구 노즐 (9)의 유입구 (15)와 그의 유출구 (16) 사이의 압력 강하는 비교해보면 상당할 것이고 (압력 에너지는 매우 실질적으로 유동 에너지로 전환될 것임), 온도 강하 역시 적지는 않을 것이다. 이러한 온도 강하는 특히, 밀링될 재료의 가열에 의해, 2개 이상의 밀링 제트 (10)이 서로 만나거나, 또는 2개의 밀링 제트 (10)이 다수인 경우에, 밀링될 재료 및 밀링 제트 (10)이 밀링 챔버 (3)의 중심 영역 (17)에서 동일한 온도를 갖는 정도까지 보상되어야 한다.
과열 스팀을 포함하는 밀링 제트 (10)을 특히 폐쇄 시스템 형태로 제조하기 위한 절차의 설계에 관해서는, 단순히 동일한 대상을 채택하는 것을 피하기 위하여, 그와 관련한 그의 전체 개시 내용이 참조로 포함되는 DE 198 24 062 A1을 참조한다. 예를 들어, 폐쇄 시스템에 의해 최적의 효율로 고온 슬래그를 밀링될 재료로서 밀링하는 것이 가능하다.
제트 밀 (1)에 관한 도 1에서, 작동 매체 (B)의 임의의 공급은 저장소 또는 생산 장치 (18)을 특징으로 하는데, 이것은 예를 들어 그로부터 작동 매체 (B)가 파이프 장치 (19)를 통하여 밀링 제트 유입구 (5) 또는 밀링 제트 유입구들 (5)로 전달되어 밀링 제트 (10) 또는 밀링 제트들 (10)을 형성하는 탱크 (18a)를 나타낸다.
구체적으로, 공기 분류기 (7)이 장착된 제트 밀 (1)로부터 시작하는 관련 작업 실시예들은 본원에서 오직 예시적으로만 의도 및 이해되는 것으로서, 제한적인 것은 아니며, 매우 미세한 입자의 제조 방법은 통합된 동력식 공기 분류기 (7)을 사용하여 이와 같은 제트 밀 (1)에 의해 수행된다. 증기와 접촉되는 모든 부분이 증기의 이슬점을 초과하는 온도로 가열되는 가열 단계가 밀링 단계에 선행한다는 사실, 및 바람직하게는 통합 분류기가 사용된다는 사실 이외에도, 통상적인 제트 밀에 비교한 혁신은 공기 분류기 (7)의 분류 로터 또는 분류 휠 (8)의 속도 및 내부 증폭 비가 바람직하게는 분류 휠 (8)과 통합된 딥 튜브 또는 유출구 노즐 (20)에서의 작동 매체 (B)의 원주 속도가 작동 매체 (B)의 음속의 0.8 배 이하, 바람직하게는 0.7 배 이하, 특히 바람직하게는 0.6 배 이하에 달하도록 선택, 설정 또는 조절된다는 것이다.
작동 매체 (B)로서 과열 스팀을 사용하는 전기에 설명된 변형을 참조하여, 또는 그에 대한 대안으로서, 공기 (343 m/s)보다 더 높거나, 특히 실질적으로 더 높은 음속을 갖는 기체 또는 증기 (B)를 작동 매체로서 사용하는 것이 특히 유리하다. 구체적으로는, 450 m/s 이상의 음속을 갖는 기체 또는 증기 (B)가 작동 매체로서 사용된다. 이는 현행 지식에 따라 통상적으로 사용되는 것과 같은 다른 작동 매체를 사용하는 공정에 비해 매우 미세한 입자의 생산성 및 수율을 실질적으로 향상시키고, 그에 따라 공정을 전체적으로 최적화한다.
유체, 바람직하게는 상기 언급된 스팀은 물론, 수소 기체 또는 헬륨 기체도 작동 매체 (B)로서 사용된다.
바람직한 실시양태에서, 특히 유동-층 제트 밀 또는 밀집-층 제트 밀 또는 나선 제트 밀인 제트 밀 (1)은 매우 미세한 입자를 생성시키기 위한 통합 동력식 공기 분류기 (7)을 갖도록 형성 또는 설계되거나 적합한 장치와 함께 제공되어, 또는 공기 분류기 (7)의 분류 로터 또는 분류 휠 (8)의 속도 및 내부 증폭 비가, 딥 튜브 또는 유출구 노즐 (20)에서의 작동 매체 (B)의 원주 속도가 작동 매체 (B)의 음속의 0.8 배 이하, 바람직하게는 0.7 배 이하, 특히 바람직하게는 0.6 배 이하에 달하도록 선택 또는 설정되거나, 또는 조절가능하거나 제어가능하게 된다.
또한, 상기 제트 밀 (1)에는 바람직하게는 공급원, 예를 들어 스팀 또는 과열 스팀을 위한 저장소 또는 생산 장치 (18), 또는 작동 매체 (B)용의 또 다른 적합한 저장소 또는 생산 장치가 장착되거나, 또는 이러한 작동 매체 공급원이 거기에 통합되며, 그로부터 작동을 위하여 작동 매체 (B)가 공기 (343 m/s)보다 높거나, 특히 실질적으로 더 높은 음속, 예컨대 바람직하게는 450 m/s 이상의 음속으로 공급된다. 예를 들어 스팀 또는 과열 스팀을 위한 저장소 또는 생산 장치 (18)과 같은 상기 작동 매체 공급원은 제트 밀 (1)의 작동 동안에 사용하기 위한 기체 또는 증기 (B)를 포함하는데, 특히 상기 언급된 스팀은 물론, 수소 기체 및 헬륨 기체 역시 바람직한 대안이다.
특히 고온 스팀을 작동 매체 (B)로서 사용하는 경우에는, 팽창 벤드 (도시하지 않음)가 장착되고, 바람직하게는 증기 공급 파이프가 저장소 또는 생산 장치 (18)로서 스팀 공급원에 연결되는 경우에 유입구 또는 밀링 노즐 (9)로의 증기 공급 파이프로서 또한 지칭될 수 있는, 파이프 장치 (19)를 제공하는 것이 유리하다.
작동 매체 (B)로서 스팀을 사용하는 것의 다른 유리한 면은 제트 밀 (1)에 가능한 한 작은 표면적을 제공하는 것, 다른 말로 하면 가능한 한 작은 표면적과 관련하여 제트 밀 (1)을 최적화하는 것에 있다. 특히 작동 매체 (B)로서의 스팀과 관련하여서는, 열 교환 또는 열 손실, 및 그에 따른 시스템에서의 에너지 손실을 방지하는 것이 특히 유리하다. 이와 같은 목적 역시 추가적인 대안 또는 추가적인 설계 수단, 즉 축적을 방지하도록 제트 밀 (1)의 구성요소를 설계하는 것, 또는 그와 관련하여 상기 구성요소를 최적화하는 것에 의해 제공된다. 이것은 예를 들어 파이프 장치 (19)에, 및 파이프 장치 (19)의 연결에, 가능한 한 얇은 플랜지를 사용하는 것에 의해 실현될 수 있다.
에너지 손실 및 또한 기타 유동-관련 역효과는 또한 제트 밀 (1)의 구성요소가 응축을 방지하도록 설계 또는 최적화되는 경우에 억제 또는 방지될 수 있다. 이를 위해, 응축 방지를 위한 특별 장치 (도시하지 않음)가 제공될 수도 있다. 또한, 유로에 적어도 실질적으로 돌출부가 없거나, 이와 관련하여 최적화되는 경우가 유리하다. 다른 말로 하면, 냉각될 수 있고, 그에 따라 응축이 발생할 수 있는 가능성을 가능한 한 많이 또는 전부 방지하는 원리는 개별적이거나 또는 임의의 원하는 조합으로서의 이러한 설계 변형에 의해 이행된다.
또한, 분류 로터가, 그의 축에 대하여, 반경이 감소함에 따라 증가하는 높이 여분을 가지고, 특히 그를 통하여 흐름이 이루어지는 분류 로터의 영역이 적어도 대략 일정한 경우가 유리하며, 그에 따라 바람직하다. 우선적으로 또는 별법으로, 흐름의 방향으로 넓어지는 단면적을 갖는 미립자 유출구 챔버를 제공하는 것이 가능하다.
제트 밀 (1)의 경우에 특히 바람직한 실시양태는 분류 로터 (8)이 호환가능한 공동회전 딥 튜브 (20)을 갖는 것으로 구성된다.
제트 밀 (1) 및 그의 구성요소의 바람직한 설계의 추가 세부사항 및 변형에 대해서는, 도 4 및 5를 참조하여 하기에 설명된다.
도 4의 개략적 다이아그램에 나타낸 바와 같이, 상기 제트 밀 (1)은 바람직하게는, 예를 들어 유동-층 제트 밀 또는 밀집-층 제트 밀 또는 나선 제트 밀로서의 제트 밀 (1)의 설계의 경우, 유리하게는 제트 밀 (1)의 밀링 챔버 (3)의 중심에 배열되는 동력식 공기 분류기 (7)인 통합 공기 분류기 (7)를 포함한다. 밀링 기체의 부피 유량 및 분류기 속도에 따라, 밀링될 재료의 원하는 미립도가 영향을 받을 수 있다.
도 4에 따른 제트 밀 (1)의 공기 분류기 (7)에서, 전체 수직 공기 분류기 (7)은 실질적으로는 하우징의 상부 단부 (22) 및 하우징의 하부 단부 (23)을 포함하는 분류기 하우징 (21)에 의해 둘러싸여 있다. 하우징의 상부 단부 (22) 및 하우징의 하부 단부 (23)에는, 각각 상부 및 하부 가장자리에 각각의 경우에 외향 원주 플랜지 (24) 및 (25)가 각각 제공된다. 2개의 원주 플랜지 (24), (25)는 공기 분류기 (8)의 설비시 또는 작동 상태에서 하나가 다른 하나의 상부에 제공되어, 적합한 수단에 의해 서로 고정된다. 고정을 위한 적합한 수단은 예를 들어 스크류 연결 (도시하지 않음)이다. 클램프 (도시하지 않음) 등이 탈착가능한 고정 수단으로서 사용될 수도 있다.
플랜지 원주의 실질적으로 임의의 원하는 지점에서, 2개의 원주 플랜지 (24) 및 (25)가 조인트 (26)에 의해 서로 연결되며, 그에 따라 플랜지 연결 수단이 해제된 후에는, 하우징의 상부 단부 (22)가 하우징의 하부 단부 (23)에 대하여 상대적으로 화살표 (27)의 방향으로 상향 선회될 수 있으며, 하우징의 상부 단부 (22)는 아래로부터, 및 하우징의 하부 단부 (23)은 위로부터 접근가능하다. 하우징의 하부 (23)은 다시 2개의 부분으로 형성되며, 실질적으로 그의 상부 개방 말단에 원주 플랜지 (25)를 갖는 원통형 분류기 챔버 하우징 (28), 및 원추형으로 하향 점감하는 배출 원추 (29)를 포함한다. 상기 배출 원추 (29) 및 분류기 챔버 하우징 (28)은 각각 상부 단부 및 하부 단부에서 플랜지 (30), (31)에 의해 하나가 다른 하나의 상부에 위치하며, 배출 원추 (29) 및 분류기 챔버 하우징 (28)의 상기 2개의 플랜지 (30), (31)은 원주 플랜지 (24), (25)와 마찬가지로 탈착가능한 고정 수단 (도시하지 않음)에 의해 서로 연결된다. 이와 같은 방식으로 조립되는 분류기 하우징 (21)은 그 다수가 제트 밀 (1)의 공기 분류기 (7)의 분류기 또는 압축기 하우징 (21)의 원주 주변에 가능한 한 균일하게 이격 분포되고 원통형 분류기 챔버 하우징 (28)을 잡고 있는 지지 암 (28a)에, 또는 그로부터 현수된다.
공기 분류기 (7)의 실질적인 하우징 내부장치 부분은 다시 상부 커버 디스크 (32)를 가지며, 축상으로 이격되어 유출 측에 있는 하부 커버 디스크 (33)을 가지고, 2개의 커버 디스크 (32) 및 (33)의 외부 가장자리 사이에 배열되어, 여기에 단단하게 고정되어 있으며, 분류 휠 (8)의 원주 주변에 균일하게 분포되는 적절한 형상의 블레이드 (34)를 갖는 분류 휠 (8)이다. 이와 같은 공기 분류기 (7)의 경우, 분류 휠 (8)은 상부 커버 디스크 (32)를 통하여 구동되는 반면, 하부 커버 디스크 (33)은 유출 측 상의 커버 디스크이다. 분류 휠 (8)의 탑재부는 적절한 방식으로 정방향 구동되며, 상부 단부에서 분류기 하우징 (21)로부터 빠져나오고, 분류기 하우징 (21) 내부의 그의 하부 단부를 사용하여 현수 베어링에 비-회전식으로 분류 휠 (8)을 지지하는 분류 휠 샤프트 (35)를 포함한다. 상기 분류 휠 샤프트 (35)는 하우징 단부 (38)의 상부 단부에서 상부가 절단된 원추의 형태로 분류기 하우징 (21)을 폐쇄하며, 분류 휠 샤프트 (35)를 안내하고, 분류 휠 샤프트 (35)의 회전 동작을 방해하지 않으면서 상기 샤프트 통로를 밀봉하는 한 쌍의 작동된 플레이트 (36), (37)에서 분류기 하우징 (21)로부터 빠져나온다. 적절하게는, 상부 플레이트 (36)는 비-회전식으로 플랜지의 형태로 분류 휠 샤프트 (35)와 통합되고, 결국 하우징 단부 (38)과 통합되는 하부 플레이트 (37) 상에 회전 베어링 (35a)를 통하여 비회전식으로 지지될 수 있다. 유출 측 상 상기 커버 디스크 (33)의 아래쪽은 상기 원주 플랜지 (24) 및 (25) 사이의 공통 면에 있어서, 분류 휠 (8)은 그 전체가 하우징의 힌지된(hinged) 상부 단부 (22) 내에 배열된다. 원추형 하우징 단부 (38)의 영역에서, 하우징의 상부 단부 (22)는 또한 분쇄 (밀링)될 재료의 공급부 (4)의 튜브형 생성물 공급 노즐 (39)를 갖는데, 상기 생성물 공급 노즐의 세로축은 분류 휠 (8)의 회전 축 (40) 및 그의 구동 또는 분류 휠 샤프트 (35)와 평행하며, 상기 생성물 공급 노즐은 하우징의 상부 단부 (22) 상에서 분류 휠 (8)의 상기 회전 축 (40) 및 그의 구동 또는 분류 휠 샤프트 (35)로부터 가능한 멀리 방사상으로 외향 배열된다.
도 2 및 3에 따른 특히 바람직한 실시양태에서, 상기 통합 동력식 공기 분류기 (1)은 이미 설명된 바와 같이 분류 휠 (8) 및 분류 휠 샤프트 (35) 및 분류 하우징을 포함한다. 분류 휠 (8) 및 분류 하우징 (21) 사이에는 분류기 간극 (8a)가 한정되며, 분류 휠 샤프트 및 분류 하우징 (21) 사이에는 샤프트 리드-스루 (35b)가 형성된다 (이와 관련하여서는, 도 2 및 3 참조). 구체적으로, 이러한 공기 분류기 (7)이 장착된 제트 밀 (1)로부터 시작하는 관련 작업 실시예들은 본원에서 오직 예시적으로만 이해되는 것으로서, 제한적인 것은 아니며, 매우 미세한 입자의 제조 방법은 통합된 동력식 공기 분류기 (7)을 포함하는 상기 제트 밀 (1)을 사용하여 수행된다. 밀링 단계 전에 밀링 챔버가 증기의 이슬점을 초과하는 온도로 가열하였다는 사실 이외에도, 통상적인 제트 밀에 비교한 혁신은 저에너지의 압축 기체를 사용한 분류기 간극 (8a) 및/또는 샤프트 리드-스루 (35b)의 플러싱에 있다. 이와 같은 설계의 특색은 정확하게는 이러한 압축된 저-에너지 기체의 고-에너지 과열 스팀과의 조합 사용으로써, 밀은 이에 의해 거기에 존재하는 밀링 제트 유입구, 특히 밀링 노즐 또는 밀링 노즐들을 통하여 공급된다. 따라서, 고-에너지 매체 및 저-에너지 매체가 동시에 사용되는 것이다.
한편으로 도 4 및 5 모두에 따르며, 다른 한편으로 도 2 및 3에 따른 실시양태에서, 상기 분류기 하우징 (21)은 분류기 휠 (8)과 축상으로 동일하게 배열되며, 그의 상부 단부가 분류 휠 (8)의 커버 디스크 (33) (상기 커버 디스크는 유출 측에 있으나, 거기에 연결되지는 않음)의 바로 아래에 위치하는 튜브형 유출구 노즐 (20)을 수용한다. 유출구 노즐 (20)의 하부에 일치하여 튜브의 형태로 축상으로 탑재되는 것은 역시 튜브형이나, 그의 직경이 유출구 노즐 (20)의 직경에 비해 실질적으로 더 크며, 본 작업 실시예의 경우에는 유출구 노즐 (20)의 직경에 비해 2배 이상 더 큰 유출구 챔버 (41)이다. 따라서, 유출구 노즐 (20) 및 유출구 챔버 (41) 사이의 전이에는 직경의 실질적인 급증이 존재한다. 상기 유출구 노즐 (20)은 유출구 챔버 (41)의 상부 커버 플레이트 (42)에 삽입된다. 저부에서, 상기 유출구 챔버 (41)은 제거가능 커버 (43)에 의해 폐쇄된다. 유출구 노즐 (20) 및 유출구 챔버 (41)을 포함하는 어셈블리는 어셈블리의 원주 주변에 별-형 방식으로 균일하게 분포되며, 그의 내부 단부가 유출구 노즐 (20)의 영역에서 어셈블리에 단단하게 연결되고, 그의 외부 단부는 분류기 하우징 (21)에 고정되는 다수의 지지 암 (44)에 지지된다.
상기 유출구 노즐 (20)은 그의 하부의 더 큰 외부 직경이 적어도 대략 유출구 챔버 (41)의 직경에 상응하고, 그의 상부의 더 작은 외부 직경은 적어도 대략 분류 휠 (8)의 직경에 상응하는 원추형 환상 하우징 (45)에 의해 둘러싸여 있다. 상기 지지 암 (44)는 환상 하우징 (45)의 원추형 벽에서 종료되며, 상기 벽에 단단하게 연결되고, 그것은 다시 유출구 노즐 (20) 및 유출구 챔버 (41)을 포함하는 어셈블리의 일부가 된다.
상기 지지 암 (44) 및 환상 하우징 (45)는 플러싱 공기 장치 (도시하지 않음)의 일부로서, 상기 플러싱 공기는 분류 휠 (8) 또는 더 정확하게는 그의 하부 커버 디스크 (3) 및 유출구 노즐 (20) 사이의 간극에 대한 분류기 하우징 (21) 내부로부터의 재료의 침입을 방지한다. 이와 같은 플러싱 공기가 환상 하우징 (45) 및 그곳으로부터 청정하게 유지될 간극으로 도달할 수 있도록 하기 위하여, 상기 지지 암 (44)는 튜브의 형태이며, 그의 외부 단부가 분류기 하우징 (21)의 벽을 통하여 안내되어 흡입 필터 (46)을 통하여 플러싱 공기 공급원 (도시하지 않음)으로 연결된다. 상기 환상 하우징 (45)는 천공 플레이트 (47)에 의해 상부에서 폐쇄되며, 간극 자체는 천공 플레이트 (47) 및 분류기 휠 (8)의 하부 커버 디스크 (33) 사이 영역의 축상으로 조정가능한 환상 디스크에 의해 조정가능할 수 있다.
유출구 챔버 (41)로부터의 유출구는 외부로부터 분류기 하우징 (21)로 안내되어, 유출구 챔버 (41)에 접선으로 연결되는 미립자 배출 튜브 (48)에 의해 형성된다. 상기 미립자 배출 튜브 (48)은 생성물 유출구 (6)의 일부이다. 편향 원추 (49)는 유출구 챔버 (41)에서 미립자 배출 튜브 (48)의 진입을 클래딩(cladding)하는 기능을 한다.
원추형 하우징 단부 (38)의 하부 단부에서는, 분류 공기 진입 나선 (50) 및 조 물질 배출부 (51)이 하우징 단부 (38)과 수평인 배열로 통합된다. 분류 공기 진입 나선 (50)의 회전 방향은 분류 휠 (8)의 회전 방향의 반대 방향이다. 상기 조 물질 배출부 (51)은 하우징 단부 (38)과 탈착가능하게 통합되며, 플랜지 (52)는 하우징 단부 (38)의 하부 단부와 통합되고, 플랜지 (53)은 조 물질 배출부 (51)의 상부 단부와 통합되며, 플랜지 (52) 및 (53) 모두는 다시 공기 분류기 (7)이 작동 제조되었을 때 공지의 수단에 의해 서로 탈착가능하게 연결된다.
설계되는 상기 분산 구역은 (54)로 지칭된다. 세척류 용으로 내부 가장자리에 (사선으로) 설치되는 플랜지, 및 단순 라이닝은 (55)로 지칭된다.
최종적으로, 호환가능 보호 튜브 (56) 역시 유출구 노즐 (20)의 내벽 상의 경계부로서 탑재되며, 상응하는 호환가능 보호 튜브 (57)이 유출구 챔버 (41)의 내벽 상에 탑재될 수 있다.
나타낸 작동 상태에서 공기 분류기 (7)의 작동 개시시, 분류 공기는 분류 공기 진입 나선 (50)을 통하여 압력 구배 하에 목적에 따라 선택된 진입 속도로 공기 분류기 (7)로 도입된다. 특히 하우징 단부 (38)의 원추형상과 조합된 나선에 의한 분류 공기 도입의 결과로서, 분류 공기는 분류 휠 (8)의 영역에서 나선형으로 상향하여 상승한다. 그와 동시에, 상이한 질량의 고체 입자들을 포함하는 "생성물"이 생성물 공급 노즐 (39)를 통하여 분류기 하우징 (21)로 도입된다. 상기 생성물 중, 조 물질, 즉 더 큰 질량을 갖는 입자 분획은 분류 공기에 반대되는 방향의 조 물질 배출부 (51) 영역으로 이동되어 추가 처리에 제공된다. 미립자, 즉 더 낮은 질량을 갖는 입자 분획은 분류 공기와 혼합되어, 분류 휠 (8)을 통해 외부로부터 내부로 방사상으로, 유출구 노즐 (20)으로, 유출구 챔버 (41)로 전달되며, 최종적으로 미립자 유출구 튜브 (48)을 통하여 미립자 유출구 (58)로 전달된 후, 그곳으로부터 예를 들어 공기와 같은 유체 형태의 작동 매체 및 미립자가 서로 분리되는 필터로 전달된다. 미립자의 더 조질의 구성성분은 원심력에 의해 분류 휠 (8)로부터 방사상으로 제거된 후, 조 물질과 함께 분류기 하우징 (21)을 떠나거나, 또는 분류 공기와 함께 배출되도록 하는 입자 크기를 갖는 미립자가 될 때까지 분류기 하우징 (21)에서 순환하기 위하여 조 물질과 혼합된다.
유출구 노즐 (20)으로부터 유출구 챔버 (41)로의 단면적의 돌연한 확장으로 인하여, 거기에서 미립자/공기 혼합물 유속의 실질적인 감소가 발생한다. 이에 따라 상기 혼합물은 매우 낮은 유속으로 유출구 챔버 (41)을 통과하여 미립자 유출구 튜브 (48)을 통해 미립자 유출구 (58)로 전달되게 되며, 유출구 챔버 (41)의 벽 상에 소량의 연마된 재료만을 생성시킨다. 이와 같은 이유로, 상기 보호 튜브 (57) 역시 매우 예방적인 수단일 뿐이다. 그러나, 배출부 또는 유출구 노즐 (20)에서는 또한 우수한 분리 기술과 관련된 이유를 위한 분류 휠 (8)에서의 높은 유속이 우세하며, 그에 따라 보호 튜브 (56)이 보호 튜브 (57)에 비해 더욱 중요하다. 특히 바람직한 것은 유출구 노즐 (20)으로부터 유출구 챔버 (41)로의 전이에서의 직경 증가에 의한 직경의 급증이다.
또한, 공기 분류기 (7)은 기술된 방식의 분류기 하우징 (21)의 세분, 및 분류기 구성요소의 개별 하우징-부분과의 통합의 결과로서 용이하게 유지될 수 있으며, 손상된 구성요소는 비교적 작은 노력으로 짧은 점검 시간 내에 교체될 수 있다.
2개의 커버 디스크 (32) 및 (33), 및 그 사이에 배열되는 블레이드 고리 (59)를 가지며, 블레이드 (34)를 갖는 분류기 휠 (8)을, 평행한 표면을 갖는 평행한 커버 디스크 (32) 및 (33)을 갖는 이미 알려져 있는 통상적인 형태로 도 4 및 2의 개략적 다이아그램에 나타낸 반면, 도 5 및 3에는 유리하게 추가 진전된 공기 분류기 (7)의 추가 작업 실시예로 분류기 휠 (8)을 나타내었다.
도 5 및 3에 따른 분류 휠 (8)은 블레이드 (34)를 갖는 블레이드 고리 (59) 이외에도, 상부 커버 디스크 (32), 및 그로부터 축상으로 이격되어 유출 측에 위치하며, 회전 축 (40) 및 그에 따라 공기 분류기 (7)의 세로축 주변으로 회전가능한 하부 커버 디스크 (33)을 포함한다. 분류 휠 (8)의 직경 치수는 상기 회전 축 (40) 및 그에 따른 상기 세로축이 수직인지 또는 수평인지에 관계 없이, 회전 축 (40), 즉 공기 분류기 (7)의 세로축에 직각이다. 유출 측의 상기 하부 커버 디스크 (33)은 동일 중심으로 상기 유출구 노즐 (20)을 둘러싼다. 상기 블레이드 (34)는 상기 2개의 커버 디스크 (33) 및 (32)에 연결된다. 상기 2개의 커버 디스크 (32) 및 (33)이 이번에는 선행 기술과 달리 원추형으로서, 바람직하게는 유출 측 상 커버 디스크 (33)으로부터의 상부 커버 디스크 (32)의 거리가 블레이드 (34)의 고리 (59)로부터 안쪽 방향으로, 즉 회전 축 (40) 쪽으로 증가하며, 바람직하게는 예를 들어 선형으로 또는 비-선형으로 연속적으로 그러하고, 더욱 바람직하게는 그에 따라 흐름이 발생하는 원통형 자켓의 면적이 블레이드 유출구측 가장자리와 유출구 노즐 (20) 사이의 모든 반경에서 대략 일정하게 유지된다. 공지된 방법에서는 반경 감소로 인하여 감소되던 유출 속도가 이와 같은 방법에서는 적어도 대략 일정하게 유지된다.
상기 및 도 5 및 3에 설명되어 있는 이와 같은 상부 커버 디스크 (32) 및 하부 커버 디스크 (33)의 설계 변형 이외에도, 이들 2개의 커버 디스크 (32) 또는 (33) 중 하나만이 설명된 방식으로 원추형이며, 다른 하나의 커버 디스크 (33) 또는 (32)는 도 4에 따른 작업 실시예에 관련된 양 커버 디스크 (32) 및 (33)의 경우에서와 마찬가지로 편평한 것 역시 가능하다. 특히, 평행한 표면을 가지지 않는 커버 디스크 형상은 흐름이 발생하는 원통형 자켓의 면적이 블레이드 유출구측 가장자리와 유출구 노즐 (20) 사이의 모든 반경에서 적어도 대략 일정하게 유지되도록 하는 것일 수 있다.
특히 바람직하게는, 분쇄 노즐의 직경은 2 내지 11 mm이며, 노즐 유형은 라발(Laval)이고, 노즐의 수는 3 내지 5개이며, 내부 밀 압력은 0.8 내지 1.5 bar (절대압)이고, 분쇄 매체 진입 압력은 12 내지 300 bar (절대압)이며, 분쇄 매체 진입 온도는 190 내지 600℃이고, 분쇄 매체 밀 출구 온도는 105 내지 250℃이고, 분류기 속도는 100 내지 6000 분-1이고, 유출구 포트 직경 (침지 파이프 직경)은 100 내지 500 mm이다.
본질적 화합물로서의 침강 실리카 이외에 단열 재료는 추가로 불투명화제 물질을 포함할 수 있다. 불투명화제 물질은 카본 블랙, 산화철, 산화티탄철, 이산화티탄, 규산지르코늄, 산화지르코늄, 탄화규소 및 그의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 램프 블랙, 퍼니스 블랙, 기체 블랙, 채널 블랙 및/또는 열 블랙을 포함하는 카본 블랙이 바람직하다. 카본 블랙의 BET 표면적은 바람직하게는 10 내지 400 m2/g, 보다 바람직하게는 20 내지 200 m2/g이다.
특정 실시양태에서, 본 발명에 따른 단열 재료는 70 중량% 이하의 불투명화제 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는 단열 재료는 단열 재료를 기준으로 하여 5 내지 70 중량%의 불투명화제 물질을 포함한다.
본 발명의 추가 실시양태에서, 단열 재료는 70 g/l 이하의 수정 탭 밀도를 갖는 침강 실리카 이외에 미립자 단열 충전제 물질을 포함한다. 미립자 단열 충전제 물질은 버미큘라이트, 펄라이트, 비산회, 휘발 실리카, 발연 실리카, 침강 실리카 및 그의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 미립자 단열 충전제 물질의 양은 단열 재료를 기준으로 하여 0 내지 50 중량%이다.
본 발명의 추가 실시양태에서, 단열 재료는 결합제 물질을 포함한다. 이것은 유기 결합제, 예를 들어 폴리비닐 알콜, 또는 폴리우레탄일 수 있거나, 예를 들어 규산나트륨, 규산칼륨, 알루미늄 오르토포스페이트, 및 그의 혼합물로부터 선택되는 무기 결합제일 수 있다. 결합제 물질의 양은 단열 재료를 기준으로 하여 0 내지 70 중량%이다.
바람직하게는 본 발명에 따른 단열 재료는 300K의 평균 온도에서 열전도율이, 감소된 기체 압력, 즉 0.01 내지 100 mbar에서 0.05 W/mK 미만, 보다 바람직하게는 0.001 내지 0.02 W/mK이다.
본 발명의 추가의 목적은 느슨하게 충전된 단열재, 시트 또는 블록, 예를 들어 이중관식 단열재로서의, 예컨대 배기관 시스템, 퍼니스 공동, 이중 스킨 라이닝, 아치형 지붕 상 영역, 개방 조인트를 위한, 및 레벨링 퍼니스 하부 및 난로를 위한, 진공 단열 시스템에서의 단열 재료의 용도이다.
<실시예>
본 발명의 단열 재료에 사용된 침강 실리카의 물리적/화학적 데이터를 하기 방법에 의해 측정하였다:
ISO 9277에 따라 BET 표면적을 측정하였다. BET 절차에 따라 실리카 및 실리케이트의 N2 비표면적을 측정하기 위한 절차가 사용되었다. 본원에서 기재된 방법을 사용하여, 익히 정의되어 있는 분압에서 질소의 극저온 흡착에 의해 측정 값을 측정하였다. 분석은 다수 지점 측정으로 수행되었으며, 모두 5개 지점의 선형 거동을 측정하여 0.05 내지 0.2의 분압 범위 (p/p0)에서 나타내었다.
건조 감량 (LOD)을 ISO 787-2에 따라 측정하였다: 마개를 제거한 칭량 병을 오븐에서 105℃에서 1 시간 이상 동안 가열하였다. 건조기에서 냉각하고 마개를 닫은 후, 그것을 정밀 저울 상에서 (적어도) 0.01 g 수준으로 세밀하게 칭량하였다. 칭량 병의 하부에 10 + 1 g의 샘플을 균일한 층으로 살포하였다. 다시 마개를 닫고, 충전된 칭량 병을 0.01 g의 정밀도로 칭량하였다 (msp). 칭량 병을 조심스럽게 열고, 마개 (제거된 것)와 함께 오븐에서 105 + 2℃에서 2시간 동안 가열하였다. 이후, 마개로 칭량 병을 천천히 닫고, 건조기에서 냉각시켰다. 칭량 병을 0.01 g의 정밀도로 칭량하였다 (mLOD). 시험 결과를 소수 첫째 자리까지 산출하였으며; 0.1 % 미만의 값은 "< 0.1"로 기록하였다.
LOD [중량%] = (msp - mLOD) x 10/msp,
msp = 원래 샘플의 중량 [g],
mLOD = 건조 손실 후 잔류물의 중량 [g].
강열 감량 (LOI)의 측정: 최초 실리카 샘플 재료 1 g을 용기 무게를 달아놓은 백금 도가니에서 정밀하게 칭량하고 (msp), 1000℃에서 2시간 동안 가열하였다. 건조기에서 P2O5의 존재 하에 냉각시킨 후, 도가니를 다시 칭량하였다. 강열 감량 후 중량 (mLOI)을 계산하였다.
강열 감량 (LOI)은 다음 방정식에 의해 얻어졌다:
LOI [중량%] = [(msp - mLOI)/msp] x 100,
msp = 원래 샘플의 중량 [g],
mLOI = 강열 감량 후 샘플의 중량 [g].
수정 탭 밀도의 측정
DIN EN ISO 787-11의 "통상적인" 탭 밀도 측정을 사용하게 되면, 실리카가 예를 들어 충전되는 도중에 이미 예비 압축에 적용되었다는 사실에 의해 결과가 왜곡될 수 있다. 이를 배제하기 위하여, 본 발명의 실리카에 대해서는 "수정 탭 밀도"를 측정하였다.
원형 필터 (예를 들어, 유형 598, 슐라이허(Schleicher) + 슐(Schull))가 장착된 자기 흡입 필터 (공칭 크기 110, 직경 = 12 cm, 높이 = 5.5 cm)에, 상부 가장자리로부터 대략 1 cm까지 실리카를 성기게 충전시키고, 탄성 필름 (파라필름(Parafilm)®)으로 덮었다. 탄성 필름의 형상 및 치수는 그것이 자기 흡입 필터 유닛의 가장자리와 거의 또는 완전히 동일 높이로 플러싱되도록 선택되어야 했다. 유닛을 흡입 병 상에 탑재한 다음, 5분 동안 -0.7 bar의 진공을 적용하였다. 이와 같은 작업 과정에서, 실리카는 흡입 하에 필름에 의해 균일하게 압축되었다. 다음에, 조심스럽게 공기를 다시 넣고, 힘있게 두드리는 것에 의해, 생성되는 실리카 플라크를 필터 유닛으로부터 자기 접시로 제거하였다.
약간 예비-미분된 재료를 내장 수집 접시가 구비된 원심분리 밀 (ZM1, 레취(Retsch), 0.5 mm 스크린 삽입물, 속도 설정 1, 싸이클론 없음, 내장 깔때기 삽입물 없음)를 통하여 균일하게 (실리카/공기 에어로졸 방식으로) 분산시켰다 (실리카 (개시 재료)를 천천히 - 한 스패튤라씩 - 밀 공급부에 도입하고; 내장 생성물 수집 접시를 결코 완전히 충전시키지 않았음). 이와 같은 작업 도중, 밀의 전력 소비는 3 암페어를 초과하지 않았다. 여기서의 에너지 투입이 제트 밀링의 경우에 비해 실질적으로 더 약했기 때문에, 이와 같은 작업은 실리카 구조 (예컨대 공기-제트-밀링 실리카)를 한정적으로 성기게 하는 것에 비해 덜 통상적인 분쇄였다. 생성된 물질 5 g을 0.1 g의 정밀도로 칭량하여, 충격 체적계(jolting volumeter) (엥겔스만(Engelsmann)으로부터의 STAV 2003)의 250 ml 부피 실린더에 넣었다. DIN ISO 787-11을 기반으로 하는 방법으로, 1250회의 충격 후, 생성되는 실리카 부피를 눈금 상에서 ml로 해독하였다.
실란올 기 밀도의 측정: 제일 먼저, "건조 감량의 측정" 부문에 따라 실리카 샘플의 수분 함량을 측정하였다. 이후, 2 내지 4 g의 샘플을 (1 mg의 정밀도로) 압력 측정 수단이 장착된 압력-기밀 유리 장치 (적하 깔때기가 구비된 유리 플라스크)로 옮겼다. 이와 같은 장치에서, 그것을 감압 (< 1 hPa) 하에 120℃에서 1시간 동안 건조하였다. 다음에, 실온에서 디글라임 중 LiAlH4의 2 % 농도의 탈기된 용액 대략 40 ml을 적하 깔때기로부터 적가하였다. 적절한 경우, 압력의 추가적인 증가가 관찰되지 않을 때까지 추가 용액을 적가하였다. 압력 측정 방법으로 (측정 전 장치의 보정의 결과로서의 알려져 있는 부피를 사용하여) LiAlH4가 실리카의 실란올 기와 반응할 때 배출되는 수소로 인한 압력의 증가를 ≤ 1 hPa의 정밀도로 측정하였다. 압력의 증가로부터, 일반 기체 방정식을 사용하여 계산함으로써, 실리카의 수분 함량을 고려하여 실리카의 실란올 기 농도로 거꾸로 계산하는 것이 가능하였다. 용매 증기압의 영향이 상응하여 보정되어야 한다. 하기와 같이 실란올 기 밀도를 계산하였다:
실란올 기 밀도 = 실란올 기 농도/BET 표면적
시어스 값 측정:
수정 시어스 값 (이후 시어스 값 V2)은 유리 실란올 기 수의 척도로서, pH 6 내지 pH 9 범위에서의 수산화칼륨 용액을 사용한 실리카의 적정을 통하여 측정될 수 있다.
측정 방법은 하기 화학 반응을 기반으로 하였으며,
≡SiOH는 실리카의 실란올 기를 상징하도록 의도되었다:
≡SiOH + NaCl -> ≡SiONa + HCl
HCl + KOH -> KCl + H2O.
방법
5 ± 1 %의 수분 농도를 갖는 10.00 g의 분말상 구형 또는 과립형 실리카를 IKA M 20 유니버설 밀 (550 W; 20,000 rpm)을 사용하여 60초 동안 균일하게 미분하였다. 적절한 경우, 건조 캐비넷에서 105℃에서 건조, 또는 균일한 습윤화를 통하여 출발 물질의 수분 함량을 조정하고, 미분 공정을 반복해야 하였다. 생성된 처리된 실리카 2.50 g을 실온에서 250 ml 적정 용기에 칭량 투입한 후, 60.0 ml의 메탄올 (분석 등급)과 혼합하였다. 샘플이 완전히 습윤화되고 나면, 40.0 ml의 탈이온수를 첨가하고, 울트라-투락스(Ultra-Turrax) T 25 교반기 (KV-18G 교반기 샤프트, 직경 18 mm)를 사용하여 18,000 rpm의 회전 속도로 30초 동안 분산시켰다. 100 ml의 탈이온수를 사용하여 용기의 가장자리 및 교반기에 부착된 샘플 입자를 현탁액으로 플러싱하고, 항온기가 구비된 수조에서 혼합물의 온도를 25℃로 조절하였다.
실온에서 완충 용액 (pH 7.00 및 9.00)을 사용하여, pH 측정 장치 (온도 센서가 구비된 닉 766 칼리마틱(Knick 766 Calimatic) pH 측정기) 및 pH 전극 (스콧(Schott) N7680 컴비네이션 전극)을 보정하였다. pH 측정기를 사용하여 먼저 25℃에서 현탁액의 개시 pH 값을 측정한 다음, 결과의 함수로서, 수산화 칼륨 용액 (0.1 몰/l) 또는 염산 용액 (0.1 몰/l)을 사용하여 pH 값을 6.00으로 조정하였다. 하기의 파라미터를 갖는 동력학적 적정법을 선택하였다: Vmax = 1.0 ml까지 증분 적정 부피 Vmin = 0.05 ml; tmax = 20.0초까지 부피 첨가 사이의 대기 시간 tmin = 2.0초. pH 6.00까지의 KOH 용액 또는 HCl 용액의 소비 (ml 단위)는 V1'이었다. 이어서 20.0 ml의 염화 나트륨 용액 (탈이온수와 합하여 1 l가 되도록 제조된 250.00 g의 NaCl (분석 등급))을 첨가하였다. 이어서 0.1 몰/l의 KOH를 사용하여 9.00의 pH 값으로 적정하였다. pH 9.00까지의 ml로 나타낸 KOH 용액 소비는 V2'이었다.
다음에, 상기 부피 V1' 및 V2'를 각각 먼저 1 g의 이론적 개시 중량으로 표준화한 후, 5를 곱하여 ml/(5 g)의 단위로 V1 및 시어스 수 V2를 산출하였다.
pH의 측정: 5 중량% 수성 현탁액으로서의 침강 실리카의 pH는 실온에서 DIN EN ISO 787-9 기반의 방법으로 측정하였다. 상기 언급된 표준의 명세서와는 달리, 처음의 질량을 변화시켰다 (100 ml의 탈이온수에 대하여 5.00 g의 실리카).
레이저 회절에 의한 입자 크기 분포의 측정: 레이저 회절계 (호리바(Horiba), LA-920)에서 레이저 회절의 원리에 따라 입자 분포를 측정하였다.
무엇보다도, 1 중량% SiO2의 중량 분획을 갖는 분산액을 산출하기 위한 방식으로, 150 ml 유리 비커 (직경: 6 cm)에서 추가적인 분산 첨가제 없이 실리카 샘플을 100 ml의 물에 분산시켰다. 다음에, 초음파 프로브 (Dr. 히엘셔(Hielscher) UP400s, 소노트로드(Sonotrode) H7)를 사용하여 5분 동안 강하게 (300 W, 플러싱 없음) 상기 분산액을 분산시켰다. 이를 위하여, 초음파 프로브는 그의 하부 단부가 유리 비커 하부 위 대략 1 cm의 거리에 침지되도록 탑재하였다. 분산 작업 직후, 레이저 회절계 (호리바, LA-920)를 사용하여 초음파처리된 분산액 샘플의 입자 크기 분포를 측정하였다. 평가를 위하여, 호리바 LA-920에 의해 제공되는 표준 소프트웨어를 사용하여 1.09의 굴절률을 선택하였다. 모든 측정은 실온에서 수행하였다. 입자 크기 분포 및 또한 관련 변수, 예를 들어 입자 크기 d50 및 d90은 자동으로 계산되었으며, 기기에 의해 그래프 형태로 도시되었다. 작동 지침의 주의사항에 주의를 기울여야 한다.
실시예 1:
시판되는 침강 실리카인 에보니크 데구사 게엠베하의 시페르나트 160 (표 1의 물리-화학적 데이터 참조)을 스팀-작동 유동-층 대향-제트 밀에서 초대기압에서 초미세 분쇄하였다. 사용되는 분쇄 시스템 (밀) 및 분쇄 방법에 대한 세부사항을 상기 상세한 설명에 제시하였다.
과열 스팀을 사용하는 실제 분쇄를 위한 제조에서, 먼저 도 2 및 3에 나타낸 바와 같은 통합 동력식 공기압 분류기가 구비된 도 1에 나타낸 바와 같은 유동-층 대향-제트 밀을, 10 bar 및 160℃의 고온 압축 공기로 충전되어 있는 2개의 가열 개구 또는 노즐 (5a) (그 중 하나만을 도 1에 나타내었음)를 통하여, 밀 출구 온도가 대략 105℃가 될 때까지 가열하였다.
분쇄된 재료의 분리를 위하여, 필터 시스템을 밀의 하류에 연결하였으며 (그러나, 도 1에는 도시하지 않음), 그의 필터 하우징의 하부 1/3을, 결합되어 있는 가열 코일을 통하여 역시 응축을 방지할 목적으로 6 bar의 포화 스팀에 의해 간접적으로 가열하였다. 밀, 분리 필터, 및 스팀 및 고온 압축 공기용 공급 라인 영역에서의 모든 장치 표면은 특별하게 단열되어 있다.
가열 온도에 도달된 후에는, 가열 노즐에 대한 고온 압축 공기의 공급을 차단하고, 과열 스팀의 분쇄 매체를 사용한 3개 분쇄 노즐의 충전을 개시하였다.
분리 필터에 사용되는 필터 수단을 보호하고, 또한 정해진 분쇄 재료 중 잔류수 농도 (표 1 참조)를 설정하기 위하여, 개시 단계 및 분쇄 동안에 밀 분쇄 챔버에 압축 공기에 의해 작동되는 2-류 노즐을 통하여 밀 출구 온도의 함수로서 물을 도입하였다. 밀링 배열의 세부사항은 표 2에 제시하였다.
상기 언급된 작동 파라미터들이 일정해졌을 때, 생성물 공급을 개시하였다. 공급물 양은 분류기 엔진의 전류의 함수로서 조절하였다. 전류는 그것이 공칭 전류의 대략 70 %를 초과할 수 없도록 공급물 양을 조절하였다.
여기에 사용되는 도입 부재 (4)는 저장 용기로부터 기압의 종말점으로 작용하는 주기적 차단을 통하여 초대기압 상태인 분쇄 챔버로 공급 재료를 계량 투입하는 속도-조절 버킷 휠이었다.
조 물질을 팽창하는 스팀 제트 (분쇄 기체)에서 미분하였다. 감압된 분쇄 기체와 함께, 생성물 입자는 밀 용기의 중심에서 분류 휠로 상승한다. 설정된 분류기 속도 및 분쇄 스팀의 양에 따라, 미립도가 충분한 입자들은 분쇄 스팀과 함께 미립자 출구로 진입하여, 그곳으로부터 하류의 분리 시스템으로 전달되는 반면, 너무 조질인 입자는 다시 분쇄 구역으로 전달되어 반복 미분화에 적용되었다. 분리 필터로부터 이후의 사일로 저장 및 포장 작업으로의 분리된 미립자의 배출은 버킷-휠 차단기에 의해 이루어졌다.
동력식 패들 휠 분류기의 속도와 함께, 분쇄 노즐에서 수득되는 분쇄 기체의 분쇄 압력, 및 결과적인 분쇄 기체의 부피가 입자-크기 분포 함수의 미립도 및 또한 상위 입자-크기 한계를 결정한다.
재료를 d50 및 d90 값으로 표 3에 정의되어 있는 입자 크기로 분쇄하였다.
<표 1>
<표 2>
<표 3>
실시예 2:
단열 재료 1: 실시예 1로부터의 침강 실리카 90 중량부를 카본 블랙 F 101 (에보닉 데구사) 10 중량부와 혼합하였다. 단열 재료 1의 밀도는 146.2 kg/m2이었다.
단열 재료 2: 실시예 1로부터의 침강 실리카 80 중량부를 카본 블랙 F 101 (에보닉 데구사) 20 중량부와 혼합하였다. 단열 재료 2의 밀도는 158 kg/m2이었다.
단열 재료 3 (비교): 발연 실리카 에어로실(Aerosil)® 300 (에보닉 데구사) 90 중량부를 카본 블랙 F 101 (에보닉 데구사) 10 중량부와 혼합하였다. 단열 재료 3의 밀도는 126 kg/m2이었다.
도 6은 1047 mbar의 외부 압력에서 진공 (p기체 < 10-3 hPa) 중 단열 재료 1 내지 3의 온도 (K)에 대한 열전도율 (W/(mK))을 보여준다. 침강 실리카를 포함하는 단열 재료 1 [■] 및 2 [□]의 열전도율이 단열 재료 3 [
]에 의해 수득된 열전도율에 필적할만하다는 것을 명백히 알 수 있다. 침강 실리카의 가격이 더 낮다는 것을 고려해 보면, 본 발명에 따른 단열 재료는 발연 실리카를 기반으로 단열 재료에 대한 대안이다.
Claims (15)
1 g/l 이상 70 g/l 이하의 수정 탭 밀도(DIN EN ISO 787-11에 따른 종래 탭 밀도 측정 전에 실리카 구조를 한정적으로 성기게 함으로써 달성된 탭 밀도)를 갖는 침강 실리카를 포함하는 단열 재료.
30 내지 95 중량%의, 10 내지 50 g/l의 수정 탭 밀도(DIN EN ISO 787-11에 따른 종래 탭 밀도 측정 전에 실리카 구조를 한정적으로 성기게 함으로써 달성된 탭 밀도)를 갖는 침강 실리카 및 5 내지 70 중량%의 불투명화제 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 침강 실리카가
a) 150 내지 2000 nm의 d50-값,
b) 500 내지 7000 nm의 d90-값, 및
c) 2.5 내지 8 OH/nm2의 실란올 기 밀도
를 갖는 것을 특징으로 하는 단열 재료.
a) 150 내지 2000 nm의 d50-값,
b) 500 내지 7000 nm의 d90-값, 및
c) 2.5 내지 8 OH/nm2의 실란올 기 밀도
를 갖는 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 침강 실리카의 BET-표면적이 100 내지 350 m2/g인 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 침강 실리카의 건조 감량이 1.5 내지 8 중량%이고/거나 강열 감량이 1.5 내지 9 중량%인 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 침강 실리카의 pH-값이 4 내지 9인 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 단열 재료를 기준으로 하여 30 내지 100 중량%의 침강 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제1항에 있어서, 불투명화제 물질을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제8항에 있어서, 불투명화제 물질의 양이 단열 재료를 기준으로 하여 0 중량% 초과 70 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 미립자 단열 충전제 물질을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제10항에 있어서, 미립자 단열 충전제 물질의 양이 단열 재료를 기준으로 하여 0 중량% 초과 70 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 결합제 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제12항에 있어서, 결합제 물질의 양이 단열 재료를 기준으로 하여 0 중량% 초과 70 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 0.01 내지 100 mbar의 감소된 기체 압력 및 평균 온도 300K에서의 열전도율이 0.001 W/mK 이상 0.05 W/mK 미만인 것을 특징으로 하는 단열 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 단열재, 시트 또는 블록으로서 또는 진공 단열 시스템에서 사용되는 것을 특징으로 하는 단열 재료.
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