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KR101047623B1 - 생체가용성 무기 섬유 및 운모질 결합제를 함유하는 조성물 - Google Patents

생체가용성 무기 섬유 및 운모질 결합제를 함유하는 조성물 Download PDF

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KR101047623B1
KR101047623B1 KR1020097009704A KR20097009704A KR101047623B1 KR 101047623 B1 KR101047623 B1 KR 101047623B1 KR 1020097009704 A KR1020097009704 A KR 1020097009704A KR 20097009704 A KR20097009704 A KR 20097009704A KR 101047623 B1 KR101047623 B1 KR 101047623B1
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Abstract

생체가용성 무기 섬유와 운모질 결합제의 혼합물을 포함하는 조성물이 기재되어 있다. 호흡가능하지만 생리적 매질 중에서 내구성인 내화성 세라믹 섬유를 갖지 않는 조성물이 제조될 수 있다. 조성물은 전형적으로 시트 재료 또는 페이스트의 형태이고, 예를들어 오염 제어 요소 주위에서 보호 충전 재료로서 사용될 수 있거나 또는 오염 제어 장치에서 원추 말단 영역에 있는 단열재로서 사용될 수 있다. 조성물로부터 형성된 시트 재료는 X-Y 면의 면적을 갖고 이것은 약 900℃로 가열될 때 약 6％ 미만 정도 감소된다.
생체가용성 무기 섬유, 운모질 결합제, 보호 충전 재료, 단열재

Description

생체가용성 무기 섬유 및 운모질 결합제를 함유하는 조성물{COMPOSITIONS CONTAINING BIOSOLUBLE INORGANIC FIBERS AND MICACEOUS BINDERS}
본 발명은, 화염 차단재로서, 단열재와 같은 열 차단재로서, 또는 보호 충전재료로서 사용될 수 있는 조성물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 생체가용성 무기 섬유 및 운모질 결합제의 혼합물을 포함하는 조성물에 관한 것이다.
대기 오염을 감소시키기 위하여, 자동차에서 오염 제어 장치가 사용된다. 2가지 유형의 장치(촉매 전환기 및 디젤 미립자 필터 또는 트랩)이 현재 널리 사용되고 있다. 촉매 전환기는 하나 이상의 촉매를 함유하며, 이것은 전형적으로 일체식(monolithic) 구조의 형태로 기판 위에 코팅된다. 비록 금속 모노리스가 사용되어 왔지만, 일체식 구조는 전형적으로 세라믹이다. 촉매(들)는 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키거나, 배기 가스 중의 질소의 산화물을 환원시키거나, 또는 이 둘의 조합이다. 디젤 미립자 필터 또는 트랩은 전형적으로 다공성 결정성 세라믹 재료로부터 만들어진 벌집형 일체식 구조를 갖는 벽면 유동 필터의 형태이다. 현재 기술상태의 오염 제어 장치의 구성에 있어서, 각 유형의 일체식 구조가 하우징 내에 밀폐된다.
전형적인 일체식 구조는 일반적으로 다량의 표면적을 제공하기 위해 비교적 얇은 벽을 갖는다. 그 결과, 구조가 취약하고 파손되기 쉽다. 세라믹 재료로부터 형성된 전형적인 일체식 구조는, 이것이 안에 함유될 수도 있는 금속 (통상, 스테인레스강) 하우징 보다 적은 정도의 열 팽창 계수를 갖는 경향이 있다. 도로 충격 및 진동으로부터 모노리스에 미치는 손상을 피하고, 열 팽창 차이를 상쇄시키고, 배기가스가 모노리스와 금속 하우징 사이를 통과하는 것을 막기 위하여, 세라믹 매트 또는 페이스트 재료와 같은 보호 충전 재료를 전형적으로 세라믹 모노리스와 금속 하우징의 사이에 충전시킨다. 보호 충전 재료를 배치 또는 삽입하는 방법은 "캐닝(canning)"이라고도 일컬어지고, 모노리스와 금속 하우징 사이의 틈 안에 페이스트를 주입하거나, 모노리스 주위에 시트 재료(즉, 고정 매트)를 감싸고 감싼 모노리스를 하우징 안에 삽입하는 것과 같은 방법을 포함한다.
전형적으로, 종래의 보호 충전 재료를 형성하기 위해 사용되는 조성물은 고온 내구성, 양호한 취급성, 탄성, 가요성 및 강도와 같은 성질을 제공하는 내화성 세라믹 섬유를 포함한다. 보호 충전 재료를 승온에서 부피적으로 팽창시킬 수 있는 팽창성 재료가 또한 포함될 수 있다. 이러한 팽창은 사용 동안에 모노리스를 제 자리에 고정시키는 것을 돕는다. 오염 제어 장치의 하우징에 모노리스를 장착하기 위해 유용한 세라믹 시트 재료, 세라믹 페이스트 및 팽창성 시트 재료는 예를들어 미국 특허 3,916,057호(Hatch 등), 4,305,992호 (Langer 등), 4,385,135호 (Langer 등), 5,254,410호 (Langer 등) 및 5,242,871호 (Hashimoto 등)에 기재되어 있다.
비교적 작은 내화성 세라믹 섬유, 즉 약 5 내지 6 마이크로미터 미만의 평균 직경 및 약 5 마이크로미터 초과의 길이를 가진 섬유는 오염 제어 장치를 위해 알려진 고정 매트 조성물의 중요한 성분이다. 그러나, 이러한 크기 범위의 섬유는 호흡가능하고, 종종 생리적 유체, 특히 폐 유체에서 내구성이다. 따라서, 내구성의 호흡가능한 내화성 세라믹 섬유가 없는 보호 충전 재료 조성물이 요망된다. 그러나, 내구성의 호흡가능한 내화성 세라믹 섬유 없이, 오염 제어 장치용 고정 매트와 같은 허용가능한 시트 재료를 제조하는 것은 상당한 기술적 도전이다.
예를들어 화염 차단재로서, 연료 셀 또는 오염 제어 장치에 있는 일체식 구조 주위의 보호 충전 재료로서, 또는 오염 제어 장치의 말단 원추 영역에 위치한 단열재와 같은 열 차단재로서 사용될 수 있는 조성물이 제공된다. 특히, 조성물은 운모질 결합제 및 생체가용성 무기 섬유를 포함한다. 호흡가능하지만 생리적 매질중에서 내구성인 내화성 세라믹 섬유를 갖지 않는 조성물이 제조될 수 있다.
본 발명의 하나의 측면은, 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 80중량％ 양의 운모질 결합제 및 약 5 내지 약 90중량％ 양의 생체가용성 무기 섬유를 포함하는 조성물을 제공한다. 조성물은 또한 팽창성 재료, 호흡불가능한 무기 섬유, 고분자 결합제, 고분자 섬유, 또는 이들의 조합을 임의로 포함할 수 있다. 조성물은 예를들어 시트 재료의 형태로 또는 페이스트의 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 하우징, 하우징에 배치된 오염 제어 요소, 및 하우징의 적어도 일부와 오염 제어 요소 사이의 틈에 배치된 보호 충전 재료를 포함하는 오염 제어 장치를 제공한다. 전형적으로 페이스트 또는 시트 재료의 형태로 존재하는 보호 충전 재료는 운모질 결합제 및 생체가용성 무기 섬유를 포함한다. 보호 충전 재료는 도로 충격 및 진동에 기인한 손상으로부터 취약한 오염 제어 요소를 보호할 수 있거나, 오염 제어 요소과 하우징 사이에서 열 팽창 차이를 상쇄시킬 수 있거나, 배기 가스가 오염 제어 요소를 통과하는 것을 막을 수 있거나, 또는 이들의 조합을 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 하우징 및 하우징에 배치된 열 차단재 (즉, 단열재)를 포함하는 오염 제어 장치를 제공한다. 열 차단재는 운모질 결합제 및 생체가용성 무기 섬유를 포함한다. 열 차단재는 전형적으로 오염 제어 장치의 원추 말단 영역에 위치하고, 시트 재료 또는 페이스트의 형태로 존재할 수 있다.
본 발명은 또한 시트 재료의 제조 방법을 제공한다. 방법은, 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 80중량％ 양의 운모질 결합제 및 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 90중량％ 양의 생체가용성 무기 섬유를 함유하는 슬러리를 형성하고, 응고제를 첨가하여 응고된 슬러리를 형성하고, 응고된 슬러리로부터 물을 제거하여 시트 재료를 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면은, 오염 제어 요소, 보호 충전 재료 및 오염 제어 요소를 포함하는 오염 제어 장치의 제조 방법을 제공한다. 방법은 운모질 결합제 및 생체가용성 무기 섬유를 함유하는 보호 충전 재료를 제조하고, 하우징 내에 오 염 제어 요소를 설치하고, 하우징의 적어도 일부와 오염 제어 요소 사이에 보호 충전 재료를 배치하는 것을 포함한다. 보호 충전 재료는 시트 재료 또는 페이스트의 형태로 존재할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 운모질 결합제 및 생체가용성 무기 섬유를 포함하는 시트 재료를 제공한다. 시트 재료를 약 900℃ 또는 오염 제어 장치에서 전형적으로 직면하게 되는 온도로 가열할 때, X-Y 면에서 시트의 면적이 약 6％ 미만 정도 수축된다.
본 발명의 상기 요약이 본 발명의 각각의 개시된 구현양태 또는 모든 실행을 설명하기 위한 것은 아니다. 하기 도면 및 상세한 설명은 이러한 구현양태들을 더욱 구체적으로 예시한다.
본 발명으로 생체가용성 무기 섬유와 운모질 결합제의 혼합물을 포함하는 조성물이 제공되며, 호흡가능하지만 생리적 매질 중에서 내구성인 내화성 세라믹 섬유를 갖지 않는 조성물이 제조될 수 있다. 또한, 본원 발명의 조성물은 전형적으로 시트 재료 또는 페이스트의 형태이고, 예를들어 오염 제어 요소 주위에서 보호 충전 재료로서 사용될 수 있거나 또는 오염 제어 장치에서 원추 말단 영역에 있는 단열재로서 사용될 수 있으며, 조성물로부터 형성된 시트 재료는 X-Y 면의 면적을 갖고 이것은 약 900℃로 가열될 때 약 6％ 미만 정도 감소된다.
열 차단재 (즉, 단열재)로서, 화염 차단재로서, 또는 보호 충전 재료로서 사 용될 수 있는 조성물이 제공된다. 특히, 조성물은 운모질 결합제 및 생체가용성 무기 섬유를 포함한다. 조성물은 예를들어 시트 재료 또는 페이스트의 형태로 존재할 수 있다. 호흡가능이지만 생리적 매질 중에서 내구성인 내화성 세라믹 섬유를 갖지 않는 조성물이 전형적으로 제조된다.
본 발명의 조성물은 열 차단재로서, 화염 차단재로서 또는 이들의 조합으로서 사용될 수 있다. 예를들어, 조성물은 파이프, 가열 장치 또는 건축 지지체와 같은 구조 요소 주위에 설치될 수 있다.
다른 예에서, 조성물은 단열재와 같은 오염 제어 장치에서 사용될 수 있다. 예를들어, 조성물은 오염 제어 장치의 입구 또는 출구 영역(즉, 원추 말단 영역)에 배치될 수 있다. 조성물은 오염 제어 장치에서 직면하는 온도로부터 배기 시스템의 나머지 뿐만 아니라 엔진을 단열시키는 기능을 할 수 있다. 조성물이 시트 재료의 형태로 존재할 때, 오염 제어 장치의 원추 말단 영역의 형태에 일치하도록 시트 재료를 절단하고 형태화할 수 있다. 대안적으로, 조성물을 원하는 최종 형태를 가진 몰드 내에 위치시킬 수 있다.
보호 충전 재료를 제공하기 위하여 조성물을 사용할 수 있다. 예를들어, 연료 셀의 일체식 구조 주위에서 보호 충전 재료로서 조성물을 사용할 수 있다. 다른 예에서, 오염 제어 요소의 취약한 일체식 구조와 오염 제어 장치의 하우징 사이에 보호 재료로서 조성물이 사용될 수 있다. 다시말해서, 조성물은 오염 제어 요소의 모노리스와 오염 제어 장치의 하우징 사이에 있는 틈에 배치될 수 있다. 조성물은 예를들어 페이스트 또는 시트 재료의 형태로 존재할 수 있다. 하나의 구현 양태에서, 조성물은 고정 매트와 같은 시트 재료의 형태로 존재할 수 있다. 모노리스 오염 제어 요소의 적어도 일부를 시트 재료로 감싼다. 감싼 오염 제어 요소를 오염 제어 장치의 하우징에 배치한다. 다른 구현양태에서, 조성물은 페이스트의 형태이고, 이것은 오염 제어 요소의 취약한 일체식 구조의 적어도 일부와 하우징 사이에서 오염 제어 장치 내에 주입될 수 있다.
촉매 전환기(10) 형태의 오염 제어 장치의 예증적인 예를 도 1에 나타낸다. 촉매 전환기(10)는 일반적으로 촉매 전환기 요소(20) 둘레의 하우징(11)을 포함한다. 하우징(11)은 배기 가스의 흐름이 각각 촉매 전환기(10)의 안 및 밖으로 유동되는 입구(12) 및 출구(13)를 갖는다. 캔 또는 케이싱(casing)이라고도 일컬어지는 하우징(11)은 이러한 용도를 위해 당 기술분야에 알려진 적절한 재료로부터 만들어질 수 있다. 전형적으로, 하우징(11)은 하나 이상의 금속, 금속 합금 및/또는 금속간 조성물 (이하, 일괄적으로 "금속"이라 일컫는다)을 포함한다. 예를들어, 하우징(11)은 스테인레스강일 수 있다.
모노리스라고도 불리우는 적절한 촉매 전환기 요소는 당 기술분야에 알려져 있고, 금속, 세라믹 또는 기타 재료로 만들어진 것을 포함한다. 각종 세라믹 촉매 전환기 요소가 여러 공급원으로부터 통상적으로 입수될 수 있다. 예를들어, 벌집형 세라믹 촉매 전환기 요소는 상표명 "셀코르(CELCOR)" (코닝 인코포레이티드(Corning Inc.))으로 시판되고, 다른 것은 상표명 "하니세람(HONEYCERAM)" (NGK 인슐레이티드 리미티드(NGK Insulated Ltd.))으로 시판된다. 금속 촉매 전환기 요소는 독일의 베르 게엠바흐 앤드 컴퍼니(Behr GmbH and Co.)로부터 통상적으로 입 수가능하다.
통상적인 실행에 따라서 하나 이상의 촉매 물질이 촉매 전환기 요소(20) 위에 코팅될 수 있다. 촉매 전환기 요소(20)에서 사용되는 촉매는 전형적으로 하나 이상의 금속 (예, 루테늄, 오스뮴, 로듐, 이리듐, 니켈, 팔라듐 및 백금) 및/또는 금속 산화물 (예, 오산화바나듐 및 이산화티탄)이다. 가장 통상적으로, 이러한 촉매는 일산화탄소 및 탄화수소와 같은 배기 오염물을 산화시키거나 달리 제거하는 기능을 한다. 이러한 촉매는 엔진 배기 가스 중의 질소 산화물의 양을 감소시키는 것을 돕는 기능을 할 수 있다.
다량의 표면적을 제공하기 위하여, 촉매 전환기 요소(20)의 구현양태는 일반적으로 매우 얇은 벽을 갖는다. 얇은 벽으로 인해 촉매 전환기 요소(20)가 취약하고 파손되기 쉽게 될 수 있다. 추가로, 일부 구현양태에서, 촉매 전환기 요소(20)는 하우징(11)의 것보다 낮은 정도의 열 팽창 계수를 가질 수 있다. 이것은 특히 하우징(11)이 금속(통상, 스테인레스강)을 포함하고 요소(20)가 세라믹인 경우이다. 열 성질에서의 차이는, 촉매 전환기 요소(20)가 온도 변화에 따라 손상될 위험이 있게 한다. 하우징(11)과 요소(20) 사이에 배치된 고정 매트 또는 시트 재료(30)는 도로 충격 및 진동 및/또는 열 팽창 차이로 인한 손상으로부터 요소(20)를 보호하는데 도움이 된다. 고정 매트 또는 시트 재료(30)는 배기 가스가 요소(20)와 금속 하우징(11) 사이를 통과하는 것을 막는데 도움이 된다.
도 2는 디젤 미립자 필터(40)의 형태에서 오염 제어 장치의 대표적인 예를 나타낸다. 디젤 미립자 필터 또는 트랩(40)은 관속을 가진 벌집형 일체식 구 조(42)를 포함하는 벽 유동 필터이다. 이러한 디젤 미립자 필터 요소는 예를들어 코닝 인코포레이티드(미국 뉴욕주 코닝) 및 NGK 인슐레이터 리미티드 (일본 나고야)를 포함한 다수의 공급원으로부터 통상적으로 입수가능하다. 유용한 디젤 미립자 필터 요소가 문헌 ["Cellular Ceramic Diesel Particulate Filter", Howitt 등, 페이퍼 번호 810114, SAE 테크니칼 페이퍼 시리즈, 1981]에 언급되어 있다.
디젤 미립자 필터(40)에 장착된 일체식 구조(42) 위에 촉매를 코팅할 수 있다. 디젤 미립자 필터(40)는 입구(46) 및 출구(48)를 가진 하우징(44)을 포함한다. 하우징(44)은 미립자 필터 요소(42) (또한, 모노리스 또는 일체식 구조라 일컫는다)를 둘러싼다. 고정 매트 또는 시트 재료(50)가 필터 요소(42)와 금속 하우징(44) 사이에 배치되고, 이것은 도 1의 고정 시트(30)와 동일한 장점을 제공한다.
비교적 작은 내화성 세라믹 섬유, 즉 약 5 내지 6 마이크로미터 미만의 평균 직경 및 약 5 마이크로미터 초과의 길이를 가진 섬유는 오염 제어 장치를 위해 알려진 고정 매트 조성물의 중요한 성분이다. 그러나, 이러한 크기 범위의 섬유는 호흡가능하고, 종종 생리적 유체, 특히 폐 유체에서 내구성이다. 따라서, 내구성의 호흡가능한 내화성 세라믹 섬유가 없는 보호 충전 재료 조성물이 요망된다. 그러나, 내구성의 호흡가능한 내화성 세라믹 섬유 없이, 오염 제어 장치용 고정 매트와 같은 허용가능한 시트 재료를 제조하는 것은 상당한 기술적 도전이다.
여기에서 사용된 용어 "섬유"는 폭 보다 더 큰 길이를 가진 재료를 가리킨다. 일부 구현양태에서, 길이는 직경의 적어도 10배, 적어도 100배 또는 적어도 1000배이다.
여기에서 사용된 용어 "호흡가능한"이란 동물에 의해 흡입되어 동물의 폐에 들어갈 수 있는 섬유를 가리킨다. 전형적으로, 호흡가능한 섬유는 약 5 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는다. 일부 구현양태에서, 호흡가능한 섬유는 약 3 마이크로미터 미만의 평균 직경을 갖는다. 역으로, 여기에서 사용된 용어 "호흡불가능한"이란, 동물에 의해 흡입되어 동물의 폐 안으로 들어갈 수 없는 섬유를 가리킨다. 전형적으로, 호흡불가능한 섬유는 약 3 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는다. 일부 구현양태에서, 호흡불가능한 섬유는 약 5 마이크로미터 이상의 평균 직경을 갖는다.
본 발명의 하나의 측면은 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 90중량％ 양의 생체가용성 무기 섬유 및 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 80중량％ 양의 운모질 결합제를 포함하는 조성물을 제공한다. 조성물은 또한 임의로 팽창성 재료, 호흡불가능한 무기 섬유, 고분자 결합제, 고분자 섬유, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 호흡가능하지만 생리적 매질 중에서 내구성인 내화성 세라믹 섬유를 갖지 않는 조성물을 제조할 수 있다.
일부 구현양태에서, 운모질 결합제 및 생체가용성 무기 섬유의 조합이, 오염 제어 장치와 같은 다양한 용도에서 사용되는 통상적인 시트 재료의 내구성 내화 섬유 함량(호흡가능한 섬유 및 호흡불가능한 섬유 모두)의 전부 또는 일부를 대체할 수 있다. 특히, 생체가용성 섬유 및 운모질 결합제의 조합은 호흡가능한 크기의 내구성, 내화성 세라믹 섬유를 유리하게 대체할 수 있다.
여기에서 사용된 "생체가용성 무기 산화물 섬유"란 생리적 매질 또는 모방된 생리적 매질 중에서 분해가능한 무기 섬유를 가리킨다. 생리적 매질이란, 예를들어 동물 또는 인간의 폐와 같은 호흡관에서 전형적으로 발견되는 체액을 가리키지만 이에 한정되지 않는다. 여기에서 사용된 "내구성"이란 생체용해될 수 없는 무기 섬유를 가리킨다.
생체가용성은 시험 동물에서 무기 섬유를 직접 이식하는 효과를 관찰함으로써 또는 무기 섬유에 노출된 동물 또는 인간을 관찰함으로써 평가될 수 있다. 또한, 생체가용성은 염 용액, 완충 염 용액 등과 같은 모방된 생리적 매질 중에서 시간의 함수로서 섬유의 용해도를 측정함으로써 평가될 수 있다. 용해도를 결정하는 한가지 방법은 미국 특허 5,874,375호 (Zoitas 등)에 기재되어 있다.
전형적으로, 생체가용성 무기 섬유는 약 1년 이내에 생리적 매질 중에서 가용성이거나 실질적으로 가용성이다. 여기에서 사용된 용어 "실질적으로 가용성"이란 약 75중량％ 이상의 무기 섬유가 용해됨을 가리킨다. 일부 구현양태에서, 무기 섬유의 약 50％ 이상이 약 6개월 이내에 생리적 매질 중에 용해된다. 다른 구현양태에서, 섬유의 적어도 약 50％가 약 3개월 이내에 생리적 유체 중에 용해된다. 또 다른 구현양태에서, 무기 섬유의 약 50％ 이상이 적어도 약 40일 이내에 생리적 유체 중에 용해된다. 예를들어, 무기 섬유는 프라운호퍼 인스티튜트(Fraunhofer Institut)에 의해 쥐에서 기관내 점적 후에 고온 단열 섬유의 생체지속성 시험을 통과하는 것으로서 보증될 수 있다 (다시말해서, 섬유는 40일 미만의 반감시간을 갖는다).
무기 섬유의 생체가용성을 평가하는 다른 접근법은, 무기 섬유의 조성물을 기초로 한다. 예를들어, 독일에서는 발암성분 지수(KI 값)를 기초로 하여 호흡가능한 무기 산화물 섬유를 분류한다. KI 값은 알칼리 및 알칼리토류 산화물의 중량 퍼센트를 합하고, 무기 산화물 섬유 내의 산화알루미늄 중량％의 2배를 빼는 것에 의해 계산된다. 전형적으로 생체가용성의 무기 섬유는 약 40 이상의 KI 값을 갖는다.
생체가용성 무기 섬유는 전형적으로 예를들어 Na2O, K2O, CaO, MgO, P2O5, Li2O 및 BaO와 같은 무기 산화물 또는 이들과 실리카의 조합을 포함한다. 다른 금속 산화물 또는 기타 세라믹 성분들이 생체가용성 무기 섬유에 포함될 수 있긴 하지만, 이들은 그 자체로는 바람직한 용해성이 부족하긴 하지만, 섬유가 전부 생리적 매질 중에서 분해될 수 있을 정도로 충분히 적은 양으로 존재한다. 이러한 금속 산화물은 예를들어 Al2O3, TiO2, ZrO2, B2O3 및 산화철을 포함한다. 생체가용성 무기 섬유는 섬유가 생리적 매질 또는 모방된 생리적 매질 중에서 분해되는 양으로 금속 성분들을 포함할 수 있다.
하나의 구현양태에서, 생체가용성 무기 섬유는 실리카, 마그네슘 및 칼슘의 산화물을 포함한다. 이러한 유형의 섬유는 전형적으로 칼슘 마그네슘 실리케이트 섬유를 가리킨다. 칼슘 마그네슘 실리케이트 섬유는 보통 약 10중량％ 미만의 산화알루미늄을 함유한다. 일부 구현양태에서, 섬유는 약 45 내지 약 90중량％ SiO2, 약 45중량％ 이하의 CaO, 약 35중량％ 이하의 MgO 및 약 10중량％ 미만의 Al2O3를 포함한다. 예를들어, 섬유는 약 55 내지 약 75중량％ SiO2, 약 25 내지 약 45 중량 CaO, 약 1 내지 약 10중량％ MgO 및 5중량％ 미만의 Al2O3를 함유할 수 있다.
적절한 생체가용성 무기 산화물 섬유는 미국 특허 5,332,699호 (Olds 등); 5,585,312호(TenEyck 등); 5,714,421호 (Olds 등); 5,874,375호 (Zoitas 등); 및 유럽 특허 출원 02078103.5 (2002년 7월 31일)에 기재되어 있다. 생체가용성 무기 섬유를 형성하기 위해, 이에 한정되지는 않지만, 졸 겔 형성, 결정 성장 과정 및 방사(spinning) 또는 취입(blowing)과 같은 용융물 형성 기술을 포함하는 다양한 방법이 사용될 수 있다.
생체가용성 섬유는 통상적으로 유니프랙스 코포레이션(미국 뉴욕 나이아가라 폴스)로부터 상표명 "인슐프렉스(INSULFRAX)"로서 입수가능하다. 다른 생체가용성 섬유는 서말 세라믹스(Thermal Ceramics) (미국 조지아 오거스타에 위치)에 의해 상표명 "수퍼울(SUPERWOOL)"로 시판된다. 예를들어, 수퍼울 607은 60 내지 70중량％ SiO2, 25 내지 35중량％ CaO, 4 내지 7중량％ MgO, 및 미량의 Al2O3를 함유한다. 수퍼울 607 맥스는 약간 높은 온도에서 사용될 수 있고, 60 내지 70중량％ SiO2, 16 내지 22중량％ CaO, 12 내지 19중량％ MgO 및 미량의 Al2O3를 함유한다.
적절한 생체가용성 무기 섬유는 넓은 범위의 평균 직경 및 평균 길이를 가질 수 있다. 약 0.05마이크로미터 내지 약 15마이크로미터 범위의 평균 섬유 직경을 가진 생체가용성 무기 섬유가 통상적으로 이용가능하다. 일부 구현양태에서, 생체가용성 무기 섬유는 약 0.1 마이크로미터 내지 약 5 마이크로미터 범위의 평균 섬유 직경을 갖는다. 생체가용성 무기 섬유의 평균 직경이 저하될 때, 증가된 양의 섬유가 주어진 부피의 시트 재료 내에 혼입될 수 있고, 그 결과 운모질 결합제가 더 많이 포획된다. 더욱 높은 밀도의 섬유를 가진 제조된 시트 재료는 양호한 탄성 및 가요성을 갖는 경향이 있다.
생체가용성 무기 섬유는 전형적으로 약 0.1cm 내지 약 3cm 범위의 평균 섬유 길이를 갖는다. 일반적으로, 선택된 섬유(들)가 원하는 경우 제조 공정 동안에 더 작은 길이로 파괴될 수 있기 때문에, 생체가용성 무기 섬유의 길이는 중요하지 않다.
여기에서 사용된 표현 "운모질 광물"이란, 평판 시트 또는 소판으로 분할되거나 달리 분리될 수 있는 광물 계를 가리킨다. 운모질 광물은 이에 한정되지 않지만 팽창 질석(vermiculite), 비팽창 질석 및 운모를 포함한다. 운모질 광물은 전형적으로 약 3 이상의 평균 종횡비(즉, 입자의 길이를 두께로 나눈 비)를 갖는다.
여기에서 사용된 "운모질 결합제"란, 습윤된 다음 건조되어 자기-지지된 응고체를 형성할 수 있는 하나 이상의 운모질 광물을 가리킨다. 여기에서 사용된 "자기-지지"란, 건조된 시트가 부서지거나 달리 분리되지 않은 채로 25℃ 및 50％ 이하의 상대 습도에서 적어도 5분 동안 테두리에서 수평으로 유지될 수 있도록, 다른 물질을 함유하지 않는 5cm×5cm×3mm 시트로 형성될 수 있는 운모질 결합제를 가리킨다.
운모질 결합제는 전형적으로 약 150마이크로미터 미만의 입자 크기를 갖는 운모질 광물을 포함한다 (예를들어, 운모질 결합제는 100 메쉬 스크린을 통해 통과할 수 있는 운모질 광물을 함유한다). 일부 구현양태에서, 운모질 결합제는 약 150 마이크로미터 미만의 크기를 갖고 약 8 초과 또는 약 10 초과의 평균 종횡비를 가진 운모질 광물을 함유한다.
적절한 운모질 결합제는 분쇄된 운모질 광물을 포함할 수 있다. 여기에서 사용된 용어 "분쇄된"이란, 평균 입자 크기를 감소시키기 위해 적절한 방식으로 가공되어진 운모질 광물을 가리킨다. 분쇄 방법은 묽거나 진한 슬러리의 기계적 전단, 분쇄, 공기 충격 및 롤링을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
입자 크기를 감소시키기 위해 다른 방법들을 단독으로 또는 분쇄와 함께 사용할 수 있다. 예를들어, 운모질 광물을 팽창시키거나 또는 팽창 및 박리시키기 위하여, 열적 또는 화학적 방법이 사용될 수 있다. 박층된 질석 입자 또는 소판의 수성 분산액을 제조하기 위하여, 팽창 질석을 전단가공하거나 물에서 다른 방식으로 가공할 수 있다. 전단가공은 예를들어 블렌더와 같은 고 전단 믹서를 사용하여 적절히 수행될 수 있다.
운모질 결합제는 비팽창성, 팽창성 또는 이들의 조합일 수 있다. 여기에서 사용된 "비팽창성"이란, 약 800℃ 내지 약 900℃의 온도로 가열될 때 약 10％ 미만의 두께의 자유 팽창을 나타내는 물질을 가리킨다. 자유 팽창이란, 가열될 때 어떠한 구속도 없이 물질이 겪게 되는 Z-축에서의 팽창 양을 가리킨다. 여기에서 사용된 "팽창성"은 동일한 조건하에서 두께의 약 10％ 이상의 자유 팽창을 나타낼 수 있는 물질을 가리킨다.
일부 구현양태에서, 운모질 결합제는 가공된 질석 (즉, 팽창되고, 박층되고 분쇄된 질석)을 포함한다. 가공된 질석은 전형적으로 비팽창성이다. 다른 구현양태에서, 운모질 결합제는 팽창 및 박층되지 않은 질석 또는 단지 부분적으로 팽창 및 박층된 질석을 포함한다. 이러한 물질은 팽창성인 경향이 있다.
적절한 운모질 결합제는 더블유.알.그레이스 앤드 컴퍼니(W.R.Grace & Company)로부터 통상적으로 입수가능하고, 박층된 질석 분말 (상표명 "VFPS") 및 화학적 박리된 질석의 수성 분산액 (상표명 "마이크로라이트(MICROLITE)")을 포함한다. 또한, 팽창 질석 박편은 더블유.알. 그레이스 앤드 컴퍼니 (상표명 "존라이트(ZONELITE #5)")로부터 입수가능하고, 운모질 결합제를 형성하기 위해 입자 크기가 감소될 수 있다.
일부 구현양태에서, 본 발명의 조성물은 시트 재료의 형태이다. 생체가용성 무기 섬유는 종래의 시트 재료에서 사용되는 내구성 내화성 세라믹 섬유의 실용적인 대체물이 아니다. 예를들어, 전형적인 오염 제어 장치를 사용하는 동안에 직면하는 온도 한계에 놓여질 때, 생체가용성 무기 섬유는 과다한 수축을 나타내는 경향이 있다. 고정 매트 또는 시트 재료가 과다하게 수축되면, 그 결과 취약한 모노리스 오염 제거 요소가 오염 제어 장치의 하우징 내부에 느슨하게 고정될 수 있다. 느슨하게 고정된 일체식 구조는 예를들어 물리적 충격으로부터 쉽게 손상받을 수 있다.
종래의 고정 매트 내의 내구성 내화성 세라믹 섬유를 생체가용성 무기 섬유 로 직접적으로 치환함으로써 제조되는 시트 재료(즉, 고정 매트)는, 적절한 초기, 냉각 유지 성능을 가질 수 있다 (다시말해서, 이러한 고정 매트는 높은 온도를 경험하기에 앞서서 실온에서 금속 하우징 내의 오염 제어 요소를 유지할 수 있다). 그러나, 이러한 시트 재료는 수축되는 경향이 있고, 이에 의해 실제 사용 온도로 가열될 때 바람직한 유지 능력을 보존하지 못하게 된다.
본 발명은 운모질 결합제 및 생체가용성 무기 섬유를 포함하는 시트 재료를 제공한다. 본 발명의 시트 재료는 전형적으로 약 900℃ 또는 오염 제어 장치를 사용하는 동안에 전형적으로 직면하는 온도로 가열할 때 약 6％ 미만으로 수축된다. 놀랍게도, 생체가용성 무기 섬유 및 운모질 결합제가 조합되어 사용될 때, 생체가용성 무기 섬유에 부담이 되는 수축 문제를 실질적으로 피할 수 있다.
운모질 결합제 및 생체가용성 무기 섬유의 조합을 함유하는 시트 재료는, 운모질 결합제 없이 생체가용성 무기 섬유를 함유하는 시트 재료를 위해 적절한 온도 보다 높은 작업 온도에서 사용될 수 있다. 시트 재료는 전형적으로 약 800℃ 이하의 온도에서 사용될 수 있다. 일부 구현양태에서, 시트 재료는 약 850℃ 이하, 약 900℃ 이하, 또는 약 950℃ 이하의 온도에서 사용될 수 있다.
본 발명의 시트 재료에 포함된 생체가용성 무기 섬유 및 운모질 결합제의 양은 넓은 범위 내에서 변할 수 있다. 생체가용성 무기 섬유는 전형적으로 얻어지는 고정 매트 또는 시트 재료가 바람직한 정도의 가요성 및 취급 특징을 갖기에 충분한 양으로 존재한다. 가요성 시트 재료는 캐닝 공정 동안에 오염 제어 요소 주위에 시트 재료를 감싸는 것을 수월하게 한다. 그러나, 너무 많은 생체가용성 무기 섬유가 사용된다면, 고정 매트 또는 시트 재료는 가열 시에 원하는 것보다 더 많이 수축될 수도 있다.
이러한 개념들을 균형을 이루어, 본 발명의 조성물은 전형적으로 건조 중량 기준으로 약 90중량％ 이하의 생체가용성 무기 섬유를 함유한다. 일부 구현양태에서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 85중량％ 이하, 약 80중량％ 이하, 약 60중량％ 이하, 약 40중량％ 이하, 또는 약 30중량％ 이하의 생체가용성 섬유를 포함한다.
조성물의 건조 중량은 조성물 내의 고형물의 중량을 가리킨다. 즉, 조성물이 시트 재료의 형태일 때, 건조 중량은 모든 물과 용매를 제거하기 위해 시트 재료를 건조시킨 후의 최종 중량을 가리킨다. 조성물이 슬러리 또는 페이스트의 형태일 때, 건조 중량은 전체 중량 마이너스(-) 물 및 다른 용매의 중량이다. 다시말해서, 건조 기본 중량은 생체가용성 섬유, 운모질 결합제 및 고분자 결합제, 고분자 섬유, 팽창성 재료, 호흡불가능한 무기 섬유 등으로부터의 고형물과 같은 기타 고형물의 중량을 포함한다. 건조 기본 중량은 전형적으로 아주 적은 양(예를들어, 매트의 건조 기본 중량의 약 0.5중량％ 미만)으로 일부 구형물을 유발할 수 있는 다른 물질들, 예컨대 소포제, 응고제 및 계면활성제를 포함하지 않는다. 이러한 물질들의 대부분은 용액으로 유지되는 경향이 있고, 시트 재료의 제조 과정 동안 물과 함께 배수된다.
조성물은 전형적으로 건조 중량 기준으로 약 5중량％ 이상의 생체가용성 무기 섬유를 포함한다. 일부 구현양태에서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 10중량 ％ 이상 또는 약 15중량％ 이상의 생체가용성 무기 섬유를 포함한다.
생체가용성 무기 섬유는 전형적으로 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 90중량％의 범위, 약 5 내지 약 85중량％의 범위, 약 5 내지 약 80중량％의 범위, 약 10 내지 약 60중량％의 범위, 약 15 내지 약 40중량％의 범위 또는 약 15 내지 약 30중량％의 범위의 양으로 조성물에 포함된다.
조성물은 전형적으로 건조 중량 기준으로 약 80중량％ 이하의 운모질 결합제를 포함한다. 일부 구현양태에서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 60중량％ 이하, 약 50중량％ 이하, 또는 약 45중량％ 이하의 운모질 결합제를 포함한다.
조성물은 전형적으로 조성물의 총 건조 중량을 기준으로 하여 약 5중량％ 이상의 운모질 결합제를 포함한다. 일부 구현양태에서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 10중량％ 이상, 또는 약 15중량％ 이상의 운모질 결합제를 포함한다.
운모질 결합제는 전형적으로 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 80중량％, 약 10 내지 약 60중량％, 약 15 내지 약 50중량％, 또는 약 15 내지 약 45중량％의 범위의 양으로 조성물에 존재한다.
팽창되고, 박층되고 분쇄된 질석을 사용하여 시트 재료가 상기 기재된 조성물로부터 형성될 때, 얻어지는 시트 재료는 실질적으로 비팽창성이다. 비팽창 질석 가루를 사용하는 것은, 사용된 비팽창 질석의 양에 의존하여, Z-축을 따라 상당한 양의 자유 팽창을 가져올 수 있다. 비팽창성 또는 팽창성 운모질 결합제를 사용하여 제조되든지, 시트 재료는 전형적으로 시트의 X-Y 면에서 약 6％ 미만의 수축율을 나타낸다. 일부 구현양태에서, X-Y 면에서의 수축율은 5％ 미만이다. 수 축율을 결정하기 위한 식을 이하에 나타낸다.
조성물은 임의로 호흡불가능한 무기 섬유를 포함할 수 있다. 호흡불가능한 섬유는 생체가용성이거나 내구성일 수 있다. 내구성의 호흡불가능한 무기 섬유는 예를들어 산화 세라믹, 질화 세라믹, 유리 물질 또는 이들의 조합과 같은 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 여기에서 사용된 용어 "유리"란, 결정성 상의 정확한 경계선 또는 다른 기준 없이, 적어도 실질적으로 확산 x-선 회절 패턴을 갖는 산화물과 같은 비결정성, 무기 물질을 가리킨다.
바람직한 공급원으로부터 수득될 때 섬유가 원하는 것보다 더 길다면, 섬유 길이를 원하는 길이로 감소시키기 위해 섬유를 자르거나 절단하거나 달리 가공할 수 있다. 섬유는 전형적으로 약 0.1cm 내지 약 1cm의 평균 길이를 갖는다.
조성물 내에 혼입된 호흡불가능한 무기 섬유의 양은 넓은 범위에서 변할 수 있다. 일반적인 지침으로서, 본 발명의 조성물은 건조 중량 기준으로 약 15중량％ 이하의 호흡불가능한 무기 섬유를 포함할 수 있다. 일부 구현양태에서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 10중량％ 이하, 약 5중량％ 이하, 또는 약 3중량％ 이하의 호흡불가능한 무기 섬유를 함유한다.
본 발명의 조성물은 약 300 마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 팽창성 무기 물질을 포함할 수 있다. 일부 구현양태에서, 팽창성 물질은 운모질이고, 150 마이크로미터 초과의 입자 크기를 갖는다 (즉, 입자는 100 메쉬 스크린을 통해 통과하지 않는다). 다시말해서, 팽창성 물질이 운모질일 때, 약 150 마이크로미터 보다 작은 입자가 운모질 결합제로서 간주된다.
팽창성 물질을 함유하는 조성물이 가열시에 팽창될 수 있고, 전형적으로 오염 제어 요소와 오염 제어 장치의 하우징 사이에 충분한 압력을 발휘하여, 지지하는 보호 밀봉을 형성할 수 있다. 일부 구현양태에서, 이러한 조성물은 탄성적으로 압축가능하게 유지될 수 있고, 그 결과 오염 제거 요소가 물리적 충격에 대해 완충된다.
약 300 마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 적절한 팽창성 무기 물질의 예는 비팽창 질석, 질석 원광, 히드로바이오타이트, 수 팽윤성 합성 테트라실릭(tetrasilic) 불소 유형 운모(미국 특허 3,001,571호(Hatch)에 기재됨), 알칼리 금속 실리케이트 과립 (미국 특허 4,521,333호(Graham 등)에 기재됨), 팽창가능한 흑연, 이들의 조합 등을 포함한다. 다른 적절한 팽창성 물질은 예를들어 상표명 "익스팬트롤(EXPANTROL) 4BW"로 3M (미국 미네소타 세인트폴)에 의해 시판되는 과립을 포함한다. 이러한 팽창성 물질의 일부는 약 200℃ 또는 약 300℃ 이상의 온도로 가열될 때 두께에서 10％ 이상의 자유 팽창을 나타낼 수 있다. 추가로, 이러한 팽창성 물질의 일부는 가열될 때 약 50％ 이상의 자유 팽창을 나타낼 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함된 약 300 마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 팽창성 물질의 양은 넓은 범위에서 변할 수 있다. 너무 적은 팽창성 물질이 존재한다면, 조성물은 원하는 것 보다 적게 팽창될 것이다. 예를들어, 이러한 조성물이 오염 제어 장치에서 고정 매트의 형태로 존재할 때, 고정 매트는 사용 동안에 적절하게 모노리스를 지탱하지 않을 수도 있다. 다른 한편, 너무 많은 팽창성 물질이 사용된다면, 조성물이 가열시에 너무 많이 팽창될 수도 있다. 예를들어, 조성물이 고정 매트의 형태로 존재할 때, 오염 제어 요소에 미치는 압력이 너무 높을 수 있고, 아마도 오염 제어 요소를 손상시킬 것이다.
이러한 개념들을 균형을 이루어, 조성물은 일반적으로 약 300 마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 팽창성 물질을 약 80중량％ 이하, 약 70중량％ 이하 또는 약 60중량％ 이하로 포함한다. 일부 구현양태에서, 조성물은 약 300 마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 팽창성 물질을 약 10 내지 약 80중량％, 약 20 내지 약 70중량％, 약 30 내지 약 60중량％, 또는 약 40 내지 약 60중량％의 팽창성 물질을 포함한다. 중량％는 조성물의 건조 중량을 기준으로 한다.
예를들어, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 5 내지 80중량％ 양의 운모질 결합제, 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 80중량％ 양의 생체가용성 무기 섬유, 및 건조 중량 기준으로 약 10 내지 약 80중량％ 양의 팽창성 물질을 포함할 수 있다. 운모질 결합제는 약 150 마이크로미터 미만의 입자 크기를 가진 질석을 포함할 수 있고, 팽창성 물질은 약 150 마이크로미터 초과의 입자 크기를 가진 질석을 포함할 수 있다(어느 것도 100 메쉬 스크린을 통과하지 않는다). 팽창성 질석은 약 300 마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 조성물은 하나 이상의 고분자 결합제를 포함할 수 있다. 조성물의 형성 및 취급 동안에 추가의 탄성 및 가용성을 제공하기 위하여 고분자 결합제가 사용될 수 있다. 예를들어, 조성물이 오염 제어 장치를 위한 고정 매트와 같은 시트 재료의 형태일 때, 고정 매트는 오염 제어 요소 주위에 더욱 쉽게 감쌀 수 있다. 이러한 장치에서 전형적으로 직면하는 작업 온도는 고분자 성분을 파괴시킬 수 있다 (예를들어, 분해 또는 제거한다). 즉, 일부 구현양태에서, 유기 성분들은 영구적이라기 보다는 일시적인 성분일 수 있다.
적절한 고분자 결합제는 열가소성 또는 열경화성일 수 있고, 100％ 고형 조성물, 용액, 분산액, 라텍스, 에멀젼, 이들의 조합 등으로서 제공될 수 있다. 일부 구현양태에서, 고분자 결합제가 엘라스토머이다. 적절한 중합체는 이에 한정되지는 않지만, 천연 고무, 스티렌 및 부타디엔을 포함한 2종 이상의 공중합가능한 종의 공중합체, 부타디엔 및 아크릴로니트릴을 포함한 2종 이상의 공중합가능한 종의 공중합체, (메트)아크릴레이트 중합체 및 공중합체, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드, 셀룰로스 중합체, 다른 엘라스토머 중합체 또는 이들의 조합을 포함한다.
조성물은 건조 중량 기준으로 약 0.1 내지 약 15중량％, 약 0.5 내지 약 12중량％, 또는 약 1 내지 약 10중량％의 고분자 결합제를 포함할 수 있다.
일부 구현양태에서, 고분자 결합제는 아크릴- 및/또는 메타크릴레이트-함유 라텍스 조성물이다. 이러한 라텍스 조성물은, 바람직하지 못한 양의 독성 또는 부식성 부산물을 생성하지 않으면서, 깨끗하게 연소되는 경향이 있다. 적절한 아크릴 에멀젼의 예는 미국 펜실바니아주 필라델피아의 롬 앤드 하스로부터 상표명 "로플렉스(RHOPLEX) HA-8" (아크릴 공중합체의 44.5중량％의 고체 수성 에멀젼) 및 미국 펜실바니아주 알렌타운의 에어 프러덕츠로부터 상표명 "에어플렉스(AIRFLEX) 600BP" (55％ 고형 에닐렌 비닐 아세테이트 공중합체)로 입수가능한 것을 포함한다.
취급성, 가요성, 탄성 또는 이들의 조합을 개선하기 위해 고분자 섬유가 조성물에 포함될 수 있다. 조성물이 시트 재료의 형태일 때, 고분자 섬유는 시트 재료의 가공성을 향상시키고 습윤 강도를 개선시키는 경향이 있다. 고분자 결합제를 사용할 때, 조성물이 오염 제어 장치에서 사용된다면 하나 이상의 가열 순환 후에 고분자 섬유가 연소되는 (다시말해서, 분해되거나 제거되는) 경향이 있다.
고분자 결합제에 관해 상기 기재된 중합체로부터 고분자 섬유가 형성될 수 있다. 조성물은 건조 중량 기준으로 약 5중량％ 이하의 고분자 섬유를 포함할 수 있다. 일부 구현양태에서, 조성물은 약 2중량％ 이하 또는 약 1중량％ 이하의 고분자 섬유를 포함한다. 예를들어, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 0.1 내지 약 2중량％ 또는 약 0.2 내지 약 1.0중량％의 고분자 섬유를 포함할 수 있다. 고분자 섬유는 스테이플 섬유 또는 피브릴화 섬유일 수도 있다. 하나의 구현양태에서, 고분자 섬유는 약 0.5 내지 약 5 데니어 범위의 스테이플 섬유이다.
조성물은 통상적인 실행에 따라 다른 물질들을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 예를들어 가소제, 습윤제, 소포제, 라텍스 응고제, 점토, 경량 충전제, 내화 충전제, 금속성 섬유 또는 이들의 조합을 포함한다.
일부 구현양태에서, 조성물은 시트 재료의 형태이고, 시트 재료는 시트 재료의 테두리에 대한 부식을 최소화하기 위해 테두리 보호제를 포함한다. 이러한 부식은 예를들어 시트 재료가 오염 제어 장치에서 사용될 때 배기 가스에 의해 유발될 수 있다. 적절한 테두리 보호제는 예를들어 미국 특허 6,245,301호(Stroom 등)에 개시된 바와 같이 시트의 테두리 또는 결합제와 유리의 혼합물에 위치된 금속 메쉬를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 구현양태에서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 90중량％의 생체가용성 무기 섬유 및 약 5 내지 약 80중량％의 운모질 결합제를 포함한다. 예를들어, 조성물은 약 5 내지 약 80중량％ 운모질 결합제 및 약 5 내지 약 85중량％ 생체가용성 무기 섬유 또는 약 5 내지 약 80중량％ 생체가용성 무기 섬유 및 약 5 내지 약 80중량％ 생체가용성 무기 섬유를 포함할 수 있다.
다른 예에서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 10 내지 약 60중량％의 운모질 결합제 및 약 10 내지 약 60중량％의 생체가용성 섬유 또는 약 15 내지 약 50중량％ 운모질 결합제 및 약 15 내지 약 40중량％ 생체가용성 섬유를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 15 내지 약 45중량％ 운모질 결합제 및 약 15 내지 약 30중량％의 생체가용성 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현양태에서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 80중량％의 생체가용성 무기 섬유, 약 5 내지 약 80중량％의 운모질 결합제 및 약 10 내지 80중량％의 약 300마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 팽창성 물질을 포함한다. 예를들어, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 10 내지 약 60중량％의 운모질 결합제, 약 10 내지 약 60중량％의 생체가용성 섬유 및 약 20 내지 약 70중량％의 약 300 마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 팽창성 물질을 포함할 수 있다.
이 구현양태의 다른 예로서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 15 내지 50중량％의 운모질 결합제, 약 15 내지 약 40중량％의 생체가용성 섬유, 및 약 30 내지 약 60중량％의 약 300마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 팽창성 물질을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 15 내지 약 45중량％의 운모질 결합제, 약 15 내지 약 30중량％의 생체가용성 섬유, 및 약 40 내지 약 60중량％의 약 300마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 팽창성 물질을 포함할 수 있다.
다른 구현양태에서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 80중량％의 생체가용성 무기 섬유, 약 5 내지 약 80중량％의 운모질 결합제, 약 10 내지 약 80중량％의 약 300 마이크로미터 초과의 입자 크기를 가진 팽창성 물질, 및 약 15중량％ 이하의 고분자 결합제를 포함할 수 있다.
예를들어, 이 구현양태에 따른 조성물은 건조 중량 기준으로 약 15 내지 약 50중량％의 운모질 결합제, 약 15 내지 약 40중량％의 생체가용성 섬유,약 40 내지 약 60중량％의 약 300 마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 팽창성 물질, 및 약 0.5 내지 약 12중량％의 고분자 결합제를 포함할 수 있다.
또 다른 구현양태에서, 조성물은 건조 중량 기준으로 약 5 내지 약 80중량％의 생체가용성 무기 섬유, 약 5 내지 약 80 중량％의 운모질 결합제, 약 10 내지 약 80중량％의 약 300마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 팽창성 물질, 약 15중량％ 이하의 고분자 결합제, 및 약 5중량％ 이하의 고분자 섬유를 포함할 수 있다.
예를들어, 이 구현양태에 따른 조성물은 건조 중량 기준으로 약 15 내지 약 50중량％의 운모질 결합제, 약 15 내지 약 40중량％의 생체가용성 섬유, 약 40 내 지 약 60중량％의 약 300마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 팽창성 물질, 약 0.5 내지 약 12중량％의 고분자 결합제, 및 약 2중량％ 이하의 고분자 섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 조성물로부터 제조된 시트 재료는 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 하나의 구현양태에서, 시트 재료는 생체가용성 무기 섬유 및 운모질 결합제를 가진 첫번째 층 및 이러한 첫번째 층 위에 제공된 적어도 하나의 추가의 층을 포함할 수 있다. 이러한 추가의 층의 대표적인 구현양태는, 이에 한정되지 않지만 미국 특허 5,290,522호 (Rogers 등)에 개시된 유리 섬유, 미국 특허 4,929,429호(Merry)에 개시된 숏 프리(shot free) 세라믹 섬유, 팽창성 물질, 또는 이들의 조합과 같은 성분을 포함할 수 있다.
예를들어, 다층 시트 재료는 생체가용성 무기 섬유 및 운모질 결합제를 함유하는 첫번째 층 및 고온을 견딜 수 있는 섬유를 함유하는 두번째 층을 포함할 수 있다. 고온을 견딜 수 있는 섬유는 사필 리미티드(Saffil Limited) (영국 필킹톤)에 의해 상표명 "사필(SAFFIL)"로 시판되는 섬유 및 3M(미국 미네소타 세인트 폴)에 의해 상표명 "넥스텔(NEXTEL)"로 시판되는 섬유를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
각종 통상적인 조립 기술을 사용하여 다층 시트 재료를 형성할 수 있다. 한가지 대표적인 조립 기술은, 각각의 층들을 형성한 다음, 접착제를 사용하여 층들을 함께 적층시키는 것을 포함한다. 다층 시트 재료는 미국 특허 5,853,675호 (Howorth)에 기재된 바와 같이 형성될 수 있다. 대안적으로, 층들은 미국 특허 6,051,193호 (Langer 등)에 기재된 바와 같이 다른 것의 위에 하나를 형성할 수 있다.
본 발명의 조성물로부터 제조된 시트 재료는 예를들어 제지 공정과 같은 다양한 적절한 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 제지 접근법의 하나의 구현양태에서, 팽창 운모질 광물(들)을 물에 첨가함으로써 운모질 결합제를 제조한다. 농도 및 온도는 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 일부 구현양태에서, 약 30℃ 내지 약 75℃ 온도의 물과 같은 따뜻한 물을 사용하여 슬러리를 제조할 수 있다. 예를들어, 약 35℃ 내지 약 45℃ 온도에서 물을 사용할 수 있다. 광물을 박층 (즉, 박리)시키고 결합제를 위해 적절한 입자 크기로 분쇄한다 (즉, 약 150 마이크로미터 미만)
물을 운모질 결합제에 첨가함으로써 묽은 슬러리를 제조할 수 있다. 생체가용성 무기 섬유 및 임의로 기타 무기 및 고분자 섬유 성분을 슬러리에 첨가할 수 있다. 운모질 결합제 및 생체가용성 섬유를 분산시키는 전단의 양을 사용할 수 있다. 일부 구현양태에서, 섬유를 분산시키기 위하여 비교적 짧은 시간, 예를들어 1초 내지 10분 또는 약 3 내지 80초의 낮은 전단 내지 중간 전단을 사용할 수 있다. 고형물 성분들이 현탁되도록 슬러리를 중간 속도에서 혼합할 수 있다. 소포제 및 고분자 결합제와 같은 다른 성분을 첨가할 수 있다.
산성화 제와 같은 적절한 응고제를 사용할 수 있다. 통상적인 실행에 따라서, 염기성 수단에 의해 응고를 일으킬 수 있는 것과 같은 다른 응고제가 사용될 수 있다. 응고 동안에, 고분자 결합제의 더욱 큰 입자가 전형적으로 형성된다. 미립자 및 기타 입상 물질이 고분자 결합제에 결합되어 섬유 기질에 포획되는 경향이 있다. 다시말해서, 미립자는 여과를 위해 사용되는 스크린을 막지 않는다. 미립자를 섬유 기질에 결합시키는 것은 슬러리부터 물을 배수시키는 것을 수월하게 하고, 시트 재료를 제조하기 위해 필요한 가공 시간을 감소시킬 수 있다.
응고 후에, 약 300 마이크로미터 초과의 평균 입자 크기를 가진 임의의 팽창성 물질이 전형적으로 첨가된다. 특별한 첨가 순서는 슬러리 내에 고형물이 분산되고 슬러리로부터 물을 제거하는 것을 수월하게 할 수 있다. 그러나, 첨가 순서는 중요하지 않고, 다른 첨가 순서가 허용될 수 있다.
얻어진 슬러리 조성물을 적절한 스크린 상에 주형하고, 배수시키고 압축할 수 있다. 대안적으로, 슬러리를 와이어 메쉬 또는 스크린 상에 진공 주형함으로써 겹들을 형성할 수 있다. 얻어지는 압축된 시트 재료를 적절한 방식으로 건조, 예를들어 통풍 건조 또는 오븐 건조할 수 있다. 사용되는 표준 제지 기술의 더욱 상세한 설명에 관해서는 미국 특허 3,458,329호(Owens 등)를 참조한다.
시트 재료를 오염 제어 장치의 원추 말단 영역에서 고정 매트로서 사용하는데 적절한 형태 또는 열 차단재(즉, 단열재)로서 사용하는데 적절한 형태와 같은 원하는 형태로 절단할 수 있다. 예를들어, 다이 스탬핑 공정을 사용함으로써 절단을 달성할 수 있다. 본 발명의 조성물로부터 제조된 시트 재료를 재생가능하게 절단하여 엄격한 크기 허용치를 만족시킬 수 있다. 시트 재료는 적절한 취급 성질을 나타낼 수 있고, 한 손으로 부술 수 있을 정도로 약하지 않다. 예를들어, 오염 제어 장치에서 탄성의 보호성 지지 밀봉을 형성하기 위하여, 시트 재료가 파괴되지 않으면서 오염 제어 요소 주위에 쉽게 그리고 유연하게 일치될 수 있다.
본 발명의 조성물은 페이스트의 형태로 제조될 수 있다. 페이스트를 제조하기 위하여, 전체 고형물은 전형적으로 약 30％ 보다 높다. 일부 구현양태에서, 고형물은 약 30 내지 약 60％이다. 페이스트는 전형적으로 오염 제어 요소와 오염 제어 장치의 하우징 사이의 틈 안에 주입될 수 있을 정도의 점조도 및 점도를 갖는다. 미국 특허 5,736,109호(Howorth)는 페이스트를 제조하기 위해 적절한 공정을 설명한다. 슬러리를 먼저 형성한 다음, 일부 물을 제거하여 ％ 고형물을 증가시킴으로써 페이스트를 형성할 수 있다. 또한, 시트 재료를 형성하기 위해 페이스트를 사용할 수 있다.
본 발명의 목적 및 장점은 하기 실시예에 의해 더욱 예증되지만, 이 실시예에 인용된 특정한 물질 및 그의 양 뿐만 아니라 기타 조건 및 상세 사항이 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석해서는 안된다. 모든 부 및 퍼센트는 달리 언급되지 않는 한 중량 기준이다.
<실시예>
실시예 및 비교예에 포함된 시트 재료를 특징화하기 위하여 하기 시험이 사용되었다.
승온 수축율
오염 제어 장치에서 볼 수 있는 온도에서 시트 재료의 수축율을 결정하기 위하여 이 시험을 사용하였다. 4.44cm × 4.44cm의 치수를 가진 정사각형 다이를 사 용하여 시트로부터 샘플을 절단하였다. 면적(A가열 전)을 결정하기 위해 다이알 캘리퍼 게이지를 사용하여 샘플을 X-Y 평면에서 측정한 다음, 900℃로 예열된 서말린 타입(Thermalyne Type) 48000 노에 위치시켰다. 시험 결과에 나타낸 바와 같이 샘플들을 24시간, 48시간 또는 72시간동안 가열하였다. 노에서 꺼낸 후에, 샘플을 실온으로 냉각하고, 캘리퍼 게이지를 사용하여 측정하여 가열 후 면적(A가열 후)을 결정하였다. 퍼센트 수축율(％ 수축율)을 다음과 같이 결정하였다.
％ 수축율 = [(A가열 전 - A가열 후)/A가열 전] × 100
가열 결과로서 시트 재료가 Z-축에서 팽창될 수 있지만, 상기 식에 따라 ％ 수축율을 결정함에 있어서 이러한 종류의 팽창을 무시하였다. 본 발명의 시트 재료의 수축율은 전형적으로 약 6％ 미만이다. 산업에서 사용된 전형적인 고정 매트는 약 4％ 내지 약 5％의 수축율을 갖는다.
실제 조건 정착 시험(RCFT)
정상 사용 동안에 촉매 전환기와 같은 오염 제어 요소에서 발견되는 실제 조건을 나타내는 조건하에서, 시트 재료에 위해 발휘되는 압력을 측정하기 위해 이 시험을 사용하였다. 상세한 사항은 미국 특허 5,869,010호에 더욱 기재되어 있다.
독립적인 가열 조절을 가진 2개의 50.8mm×50.8mm 가열 금속 압반 사이에, 4.44cm×4.44cm 치수를 가진 시트 재료 샘플을 놓았다. 금속 하우징과 촉매 전환기 내의 모노리스의 온도를 모방하기 위하여, 각각의 압반을 상이한 온도 프로파일까지 증가적으로 가열하였다. 가열 동안에, 전형적인 촉매 전환기 하우징과 모노 리스의 온도 및 열 팽창 계수로부터 계산된 값에 의해, 압반들 사이의 간격을 증가시켰다. 최대 온도로 가열한 후에, 압반을 점점 더 냉각시키고, 온도 및 열 팽창 계수로부터 계산된 값에 의해 간격을 감소시켰다.
오염 제어 장치 내의 보호 충전재를 모방하기 위하여, 먼저 재료를 선택된 밀도로 압축하였다. 전형적으로 약 0.80 내지 약 1.0g/cc 범위의 초기 밀도를 고정 밀도라 일컫는다.
익스텐셔미터(Extensiometer) (MTS 시스템스 코포레이션으로부터 입수가능함, 미국 노쓰캐롤리나 리서치 트라이앵글 파크(Research Triangle Park))와 함께 신테크 ID 컴퓨터 제어 하중 프레임을 사용하여, 고정 재료에 의해 발휘된 힘을 측정하였다. 가열 및 냉각 순환 동안에 매트에 의해 발휘된 압력을 온도 프로파일에 대해 그래프로 나타내었다. 샘플 및 압반을 실온으로 냉각하고, 순환을 2회 이상 반복하여 압력 대 온도의 3개 플롯을 가진 그래프를 생성하였다. 각각의 3회 순환에 대하여 적어도 50킬로파스칼(kPa)의 최소 값이 전형적으로 바람직한 것으로 간주된다. 그러나, 플롯 위의 일부 지점에서 더욱 낮은 압력이 관찰된다면, 매트가 여전히 적절할 수 있다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 C1
1500ml의 40℃ 수돗물 및 팽창 질석 (미국 메사츄세츠 캠브리지의 더블유.알.그레이스로부터 수득된 존라이트(ZONELITE) 팽창 질석 #5)을 와링(Waring) 블렌더에 첨가함으로써 시트 재료를 제조하였다. 블렌더를 낮은 세팅에서 3분간 주행시켜 질석을 박층시키고 분쇄하였다. 이어서, 프론호퍼 인증 생체가용성 무기 섬 유 (미국 조지아 오거스타의 서말 세라믹스로부터 입수가능한 수퍼울 607)를 첨가하고, 낮은 속도에서 3초간 배합하였다. 총 25 그램의 팽창 질석 및 생체가용성 무기 섬유의 양 및 상세사항을 표 1에 나타낸다.
블렌더 내용물을 스테인레스강 용기 내에 붓고, 40℃의 물 2000ml를 사용하여 블렌더를 헹궈내고, 내용물을 스테인레스강 용기에 첨가하였다. 중간 속도에서 프로펠러 믹서를 사용하여 용기의 내용물 및 3방울의 소포제(헨켈로부터 입수가능한 포움마스터(FOAMMASTER)III)를 혼합하여 고형물을 현탁시켰다. 55％ 고형물 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체 라텍스 (미국 펜실바니아주 알렌타운의 에어 프러덕츠 폴리머스로부터 입수가능한 에어프렉스 600BP)를 나타낸 양으로 첨가하고, 1분간 혼합하였다. 이어서, 황산알루미늄의 25％ 고용액 20그램 (미국 미네소타주 파인벤드의 코취 설퍼 프러덕츠(Koch Sulphur Products)로부터 입수가능한 황산알루미늄 용액)을 첨가하여 라텍스를 응고시켰다.
얻어진 슬러리를 핸드시트 형성장치에 붓고 배수시켰다. 얻어진 시트를 압지로 덮었다. 롤링 핀으로 3회 감은 후에, 압지 사이에 시트를 놓고, 5분동안 552 킬로파스칼에서 압축한 다음, 150℃로 설정된 대류 오븐에서 15분간 건조시켰다. 시트를 실온(약 22℃)에서 조절하고 상기 절차에 따라 수축율을 시험하였다.
팽창 질석을 사용하지 않는 것 이외에는 상기와 동일한 방식으로 비교예 C1을 제조하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예 C1
팽창 질석 - 그램 20.9 4.0 12.5 0
가용성 섬유 - 그램 4.1 21.0 12.5 25
라텍스 - 그램 6.0 7.0 7.4 7.1
건조 매트 조성물
팽창 질석 -％ 74 13.8 43 0
가용성 섬유 -％ 14.4 72.7 43 86.5
라텍스 -％ 11.7 13.5 14 13.5
％ 수축율 0.2 2.0 1.9 7.0
표 1의 데이타는, 본 발명의 시트 재료가 가용성 섬유 만을 가진 조성물 보다 훨씬 낮은 수축율을 나타낸다는 것을 보여준다.
실시예 4 및 비교예 C2 내지 C3
실시예 1을 위해 기재된 절차 및 표 2에 나타낸 조성물을 사용하여 팽창성 매트 조성물을 제조하였다. 라텍스를 첨가하기 전에 생체가용성 무기 섬유를 약 5초 동안 배합하고, 황산알루미늄의 50％ 고용액 10부를 첨가하여 라텍스를 응고시켰다. 비팽창 질석은 미국 뉴욕주 뉴욕의 코메탈스 인코포레이티드(Cometals, Inc.)로부터 수득된 질석 원광이고, 18 메쉬 미만의 메쉬 크기(약 1mm 미만의 크기)를 가졌다. 라텍스를 응고시킨 후에 비팽창 질석을 첨가하고, 상당히 균일한 분산액을 형성하기 위해 혼합하였다.
팽창 질석을 사용하지 않는 것 이외에는 실시예 4에서와 같이 비교예 C2를 제조하였다.
900℃에서 25시간 및 72시간 동안 가열한 후에, 시트 재료를 수축율 시험하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 4 조성물 비교예 C2 조성물
습윤 - 그램 건조 -％ 습윤 - 그램 건조-％
팽창 질석 25 22 0 0
가용성 섬유 25 22 50 44
비팽창 질석 55 49 55 49
라텍스 15 7 15 7
24시간 후의 ％ 수축율 0.7 10.8
72시간 후의 ％ 수축율 3.9 16.3
표 2의 데이타는, 본 발명의 팽창성 시트 재료가, 팽창되고 박층되고 분쇄된 질석 결합제를 갖지 않은 동일한 조성의 매트보다 상당히 적게 수축된다는 것을 보여준다.
실제 조건 정착 시험(RCFT)에서 실시예 4를 시험하였다. 고정 밀도는 0.90g/cc였다. 샘플을 피크 온도에서 2시간동안 유지시켰다. 결과를 도 3에 나타낸다. 첫번째 주기를 플롯 2에 나타내고, 두번째 주기를 플롯 3에 나타내고, 세번째 주기를 플롯 1에 나타낸다. 모든 3회 주기 동안에 모든 온도에서 압력은 50kPa 이상이였으며, 이것은 매트가 촉매 전환기에서 사용하기에 적절하다는 것을 나타낸다.
실시예 5
팽창 질석이 더 스트롱 컴퍼니 인코포레이티드(The Strong Co. Inc., 미국 알칸사스 파인 블러프)로부터 수득된 마이크론 등급 팽창 질석이고, 1그램의 0.635 길이 레이온 섬유(미국 테네시주 존슨 시티의 미니화이버스 인코포레이티드(Minifibers Inc)로부터 입수가능함)를 가용성 섬유와 함께 슬러리에 첨가하는 것 이외에는 실시예 4에서와 같이 시트 재료를 제조하였다. 결과의 그래프를 도 4에 나타낸다. 고정 밀도는 0.95g/cc였다. 샘플을 피크 온도에서 2시간동안 유지시켰다. 첫번째 주기를 플롯 4에 나타내고, 두번째 주기를 플롯 5에 나타내고, 세번째 주기를 플롯 6에 나타낸다. 팽창성 매트는 RCFT에서 시험될 때 약 100kPa 이상의 압력 및 허용가능한 수축율을 가졌다.
실시예 6
미국 특허 5,290,522호(Rogers 등)에 기재된 바와 같이 제조된, 약 700그램/m2의 건식-처리된 바늘 구멍낸 시트 층 및 약 2770그램/m2의 실시예 5의 팽창성 시트 층으로부터 다층 구조물을 형성하였다. 2개의 층을 함께 놓고, 실시예 5의 층이 고온 면 압반 옆에 놓이고 건식-처리된 시트가 저온 면 압반 옆에 놓이도록 하여, 구조물을 RCFT (실제 조건 정착 시험)에서 시험하였다. 최대 압반 온도가 고온 압반 위에서 단지 500℃로 이르르고 저온 압반 위에서 200℃에 이르도록 하는 것 이외에는, 약 0.7 그램/cm3의 고정 밀도에서 실시예 5에 기재된 바와 같이 3개 온도 주기에 대해 시험할 때, 약 75 킬로파스칼의 최소 압력 및 약 220 킬로파스칼의 최대 압력이 관찰되었다. 이러한 결과는, 다양한 용도에서 고정 시스템으로서 본 발명의 적층 구조를 사용하는 것의 일반적인 유용성을 증명한다.
실시예 7
운모질 결합제로서 비팽창 질석을 함유하는 샘플을 제조하였다. 45중량％ 비팽창 질석, 45중량％ 수퍼울 607 및 15중량％ 에어플렉스 600BP 라텍스를 사용하여 시트 재료를 제조하였다.
코메탈 인코포레이티드(미국 뉴욕주 뉴욕)로부터 입수가능한 질석 원광으로부터 비팽창 질석을 수득하였다. 질석 원광을 체로 선별하여, 20메쉬 스크린을 통과하지만 50메쉬 스크린을 통과하지 않는 분획을 수집하였다. 54 그램의 질석 원광의 20-50 메쉬 분획 및 40℃로 조절된 1500ml 수돗물을 워링 블렌더에 첨가하고, 저속에서 3분간 혼합하였다. 질석 슬러리를 추가로 3분간 1분 증분으로 고속에서 혼합하고, 블렌더 모터를 작동시에 3-5 냉각하였다. 54 그램의 수퍼울 607 및 1000ml 조절된 수돗물을 블렌더에 첨가하여 3 내지 5초간 혼합하였다. 이어서, 슬러리를 혼합 용기로 옮기고, 블렌더를 1000ml 조절된 수돗물로 헹구어 블렌더로부터 나머지 고형물을 제거하였다.
이어서, 패들 혼합기를 사용하여 슬러리를 중간 속도에서 현탁 및 혼합하고, 3방울의 포움마스터 111 소포제를 첨가하였다. 21.82그램의 에어플렉스 600BP 라텍스를 첨가하고, 2 내지 3분간 분산시켰다. 10그램의 50％ 알룸 용액을 첨가하여 혼합물을 침전시켰다.
침전된 혼합물을 60메쉬 스크린을 가진 8in.×8in. 핸드시트 몰드 내에 부었다. 몰드로부터 물을 배수하여 핸드시트를 형성하였다. 이어서, 롤링 핀을 사용하여 핸드시트를 압지 아래에 감고, 과량의 물을 제거하고, 금속 프레임 위의 40메쉬 스크린 사이에서 35psi에서 5분간 가압하고, 150℃ 대류 오븐에서 건조시켰다.
실온 및 습도로 밤새 평형화한 후에, 시험을 위해 핸드시트로부터 1-3/4 in.× 1-3/4 in. 샘플을 다이 절단하였다.
다이알 마이크로미터를 사용하여 x-y 평면에서 다이 커트 샘플 치수를 측정한 다음, 48시간동안 1000℃로 설정된 작은 머플 로에 놓았다. 냉각 후에, 샘플 치수를 x-y 평면에서 다시 측정하였다. 마이크로미터 측정으로부터 가열 전 및 후의 면적 뿐만 아니라 ％ 수축율을 계산하였다. 수축율은 4.3％였다.
본 명세서 또는 여기에 개시된 본 발명의 실행을 고려할 때, 본 발명의 다른 구현양태들이 당업자에게 명백할 것이다. 하기 청구범위에 의해 나타낸 본 발명의 범위 및 의도에서 벗어나지 않으면서, 당업자라면 여기에 기재된 원리 및 구현양태에 대해 다양한 생략, 변형 및 변화를 수행할 수 있을 것이다.
첨부된 도면과 연관시켜 본 발명의 다양한 구현양태의 상세한 설명을 고려하면 본 발명을 더욱 완벽하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 구현양태를 구체화하고 해체된 관계로 나타낸 촉매 전환기의 투시도이다.
도 2는 본 발명의 구현양태를 구체화하는 디젤 미립자 필터를 통한 세로 중심부이다.
도 3은 본 발명의 시트 재료 구현양태의 실제 조건 정착 시험(Real Condition Fixture Test)으로부터 얻어진 압력 대 온도 데이타의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 시트 재료 구현양태의 실제 조건 정착 시험으로부터 얻어진 압력 대 온도 데이타의 그래프이다.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태에 적용될 수 있지만, 그의 세목을 도면에서 일례로서 나타내고 상세히 설명할 것이다. 그러나, 본 발명이 여기에 기재된 특정한 구현양태로만 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 반대로, 본 발명의 의도 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 균등물 및 대안을 포함하는 것으로 생각된다.

Claims (2)

  1. a) 하우징;
    b) 하우징 내에 배치된 오염 제어 요소; 및
    c) 하우징의 적어도 일부와 오염 제어 요소의 일부 사이의 틈에 배치된 보호 재료를 포함하며, 상기 보호 재료는
    a') 비팽창성(non-intumescent)이고 150 마이크로미터 미만의 입자 크기를 가진 분쇄된 상태의 팽창된(expanded) 질석인, 건조 중량 기준으로 5 내지 80중량％의 운모질 결합제, 및
    b') 건조 중량 기준으로 10 내지 60중량％의 생체가용성 무기 섬유
    를 포함하는 조성물; 또는
    a") 비팽창성이고 150 마이크로미터 미만의 입자 크기를 가진 분쇄된 상태의 팽창된 질석인, 건조 중량 기준으로 15 내지 50중량％의 운모질 결합제,
    b") 건조 중량 기준으로 15 내지 40중량％의 생체가용성 무기 섬유, 및
    c") 150 마이크로미터 초과의 입자 크기를 가진 비팽창된(unexpanded) 질석을 포함하는, 건조 중량 기준으로 30 내지 60중량％의 팽창성(intumescent) 물질
    을 포함하는 조성물을 포함하며, 상기 운모질 결합제는
    건조된 시트가 부서지거나 분리되지 않은 채로 25℃ 및 50％ 이하의 상대 습도에서 5분 이상 동안 테두리에서 수평으로 유지될 수 있도록, 다른 물질을 함유하지 않는 5cm×5cm×3mm 시트로 형성될 수 있는 것인,
    오염 제어 장치.
  2. 하우징, 및
    상기 하우징에 배치된 단열재
    를 포함하며, 상기 단열재는
    a') 비팽창성(non-intumescent)이고 150 마이크로미터 미만의 입자 크기를 가진 분쇄된 상태의 팽창된(expanded) 질석인, 건조 중량 기준으로 5 내지 80중량％의 운모질 결합제, 및
    b') 건조 중량 기준으로 10 내지 60중량％의 생체가용성 무기 섬유
    를 포함하는 조성물; 또는
    a") 비팽창성이고 150 마이크로미터 미만의 입자 크기를 가진 분쇄된 상태의 팽창된 질석인, 건조 중량 기준으로 15 내지 50중량％의 운모질 결합제,
    b") 건조 중량 기준으로 15 내지 40중량％의 생체가용성 무기 섬유, 및
    c") 150 마이크로미터 초과의 입자 크기를 가진 비팽창된(unexpanded) 질석을 포함하는, 건조 중량 기준으로 30 내지 60중량％의 팽창성(intumescent) 물질
    을 포함하는 조성물을 포함하며, 상기 운모질 결합제는
    건조된 시트가 부서지거나 분리되지 않은 채로 25℃ 및 50％ 이하의 상대 습도에서 5분 이상 동안 테두리에서 수평으로 유지될 수 있도록, 다른 물질을 함유하지 않는 5cm×5cm×3mm 시트로 형성될 수 있는 것인,
    오염 제어 장치.
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