규산칼륨(HLKL-1)

생산 중 과도한 중합이나 겔화를 방지하는 방법 모듈러스(M): 2.20-2.40 액체 규산칼륨 ?

1. 액상규산칼륨의 특성 및 응용배경

중요한 무기 규소 화합물인 액체 규산칼륨은 독특한 화학적 특성으로 인해 많은 분야에서 중요한 역할을 합니다. Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd에서 생산한 HLKL-1 액체 규산칼륨을 예로 들면 모듈러스는 2.20-2.40입니다. 투명성이 높고 알칼리성이 강한 특성을 가지고 있습니다. 무기 코팅, 칼륨 비료, 촉매, 비누 충전재, 내화물 및 기타 분야에 널리 사용됩니다. 생산 과정에서 제품 품질을 보장하는 핵심은 과도한 중합이나 겔화를 방지하는 것입니다. 이는 제품의 성능 안정성과 관련될 뿐만 아니라 기업의 생산 효율성과 시장 경쟁력에 직접적인 영향을 미칩니다.

2. 액체 규산칼륨의 중합 및 겔화의 기본 원리

(I) 중합 반응 메커니즘
액상규산칼륨의 주성분은 규산칼륨(K2O・nSiO2・mH2O)이며, 수용액에는 복합규산염 음이온이 존재합니다. 특정 조건에서 이러한 음이온은 실리콘-산소 결합(Si-O-Si) 형성을 통해 중합되어 다양한 중합도를 갖는 폴리실리케이트를 형성합니다. 모듈러스(M)는 규산칼륨에서 이산화규소와 산화칼륨의 양의 비율을 측정하는 중요한 지표입니다. 모듈러스가 2.20-2.40인 액체 규산칼륨의 경우 규소-산소 사면체의 중합도는 중간 수준이며 중합 반응의 제어 가능성이 중요합니다.
(II) 겔화의 원인
겔화는 과도한 중합의 결과입니다. 폴리실리케이트의 분자 사슬이 계속 성장하고 교차 결합하여 3차원 네트워크 구조를 형성하면 시스템은 액체에서 젤로 변합니다. 이 공정은 일반적으로 온도, 농도, pH 값, 불순물 함량 및 교반 조건을 포함한 여러 요인의 조합에 의해 영향을 받습니다. 겔화가 발생하면 액체 규산칼륨의 유동성과 성능이 심각하게 감소하며 고객의 적용 요구 사항을 충족하지 못할 수도 있습니다.

3. 생산 중 중합 및 겔화에 영향을 미치는 주요 요인

(I) 원료 순도 및 비율
이산화규소 원료: 액체 규산칼륨을 생산하는 데 사용되는 이산화규소 원료(예: 석영 모래)의 순도는 제품의 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 원료에 철, 알루미늄, 칼슘 등의 불순물 이온이 포함되어 있는 경우 이러한 불순물이 중합 반응의 촉매나 가교 중심 역할을 하여 중합 반응을 가속화하고 겔화 위험을 높일 수 있습니다. 예를 들어, 과도한 철 함량(예: 0.01% 이상)은 액체 규산칼륨의 안정성을 크게 감소시킵니다. Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd는 이러한 고려 사항을 바탕으로 생산 과정에서 철 함량을 0.01% 이하로 엄격하게 관리합니다.
산화칼륨과 이산화규소의 비율: 모듈러스의 정확한 제어는 적격 액체 규산칼륨을 생산하는 핵심입니다. 모듈러스 계산은 이산화규소(SiO2)에 대한 산화칼륨(K2O)의 양 비율을 기준으로 합니다. 비율이 정확하지 않으면 계 내 규소-산소 사면체의 전하 균형이 파괴되어 비정상적인 중합이 발생할 수 있습니다. 생산 과정에서 모듈러스가 2.20-2.40의 목표 범위 내에 있도록 정확한 계량 및 화학 반응 제어가 필요합니다.
(II) 반응온도 및 반응시간
온도의 영향: 온도는 중합 반응 속도에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 온도를 높이면 분자 이동 속도가 빨라지고 반응물 분자 간의 충돌 가능성이 높아져 중합 반응이 가속화됩니다. 액상규산칼륨의 제조과정에서 고온, 고압의 반응공정을 채택할 경우, 온도 조절이 제대로 이루어지지 않으면 중합반응이 통제 불능이 되어 고분자량 폴리실리케이트가 빠르게 생성될 수 있으며, 심지어 겔화 현상까지 일어날 수 있다. 예를 들어, 반응 온도가 120°C를 초과하면 중합 반응 속도가 급격히 증가할 수 있으므로 실시간 모니터링 및 온도 조절에 특별한 주의가 필요합니다.
반응 시간 제어: 반응 시간은 중합 정도와 밀접한 관련이 있습니다. 특정 온도에서는 반응 시간이 길어짐에 따라 중합도가 점차 증가합니다. 반응 시간이 너무 길면 폴리실리케이트 분자 사슬이 계속 성장하여 결국 겔을 형성하게 됩니다. 따라서 과도한 중합을 피하면서 실리카가 충분히 반응할 수 있도록 실험을 통해 최적의 반응 시간을 결정하는 것이 필요합니다. 모듈러스가 2.20~2.40인 액체 규산칼륨의 경우 일반적으로 반응 시간을 8~12시간 범위 내에서 제어해야 합니다. 구체적인 시간은 반응 장비 및 원료 특성에 따라 조정해야 합니다.
(III) 용액 농도 및 pH 값
농도 효과: 액체 규산칼륨 용액의 농도가 높을수록 단위 부피당 규산염 음이온의 농도가 높아지고 분자간 충돌 가능성이 높아지며 중합 반응 속도가 빨라집니다. 농도가 특정 임계값(예: 46.0보다 큰 Baume)을 초과하면 시스템의 점도가 크게 증가하고 물질 전달 및 열 전달 효율이 감소하며 국부적인 과열 및 불균일한 중합 반응을 일으키기 쉽고 결과적으로 겔화를 유발합니다. Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd에서 생산하는 HLKL-1 액상 규산칼륨의 보메도는 44.0~46.0으로 제어되어 비교적 안전한 농도 범위에 있지만, 여전히 생산 과정에서 농도 변화에 세심한 주의가 필요합니다.
pH 값 조절: 규산칼륨 용액은 강알칼리성이며 pH 값은 규산염 음이온의 존재 형태에 영향을 미칩니다. 높은 pH 조건에서 규산염 음이온은 주로 단량체 또는 올리고머 형태로 존재하며 중합 반응 속도는 느립니다. pH 값이 감소하면 규산염의 해리 정도가 감소하고 규산염 콜로이드 입자가 쉽게 형성됩니다. 이러한 입자는 중합 반응의 핵심 역할을 하며 폴리실리케이트의 형성과 가교를 촉진합니다. 따라서 생산과정에서 수산화칼륨 등의 알칼리성 물질을 첨가하여 시스템의 pH값을 안정적으로 유지하는 것이 필요하다. 일반적으로 과도한 중합을 억제하기 위해 pH 값을 12-13 사이로 조절합니다.
(IV) 교반 및 물질 전달 효과
교반은 반응 시스템의 균일성을 보장하는 중요한 수단입니다. 액상 규산칼륨 제조과정에서 교반이 충분하지 않을 경우 국부적으로 원료 농도, 온도, pH 값이 고르지 않아 국부적인 과잉 중합이 발생할 수 있다. 예를 들어, 반응기의 사각지대나 교반 패들 근처에서 물질 정체 및 과반응이 발생하여 겔 코어를 형성하고 점차 전체 시스템으로 확산될 수 있습니다. 따라서 반응 과정에서 재료가 완전히 혼합되도록 하고 물질 전달 및 열 전달 효율을 향상시키기 위해 적합한 교반기 유형 및 교반 속도를 선택해야 합니다. 일반적으로 앵커 교반기나 패들 교반기를 사용하며, 혼합 효과와 에너지 소비의 균형을 맞추기 위해 교반 속도를 30~60rpm으로 조절합니다.
(V) 불순물 및 촉매
원료의 불순물 이온 외에도 생산 장비 재료를 선택하면 불순물도 유입됩니다. 예를 들어, 반응기가 일반 탄소강으로 만들어진 경우 강알칼리성 조건에서 철 이온이 용해되어 용액에 유입되어 중합 반응이 가속화될 수 있습니다. 따라서 불순물 유입을 줄이기 위해 일반적으로 스테인레스 스틸 또는 에나멜 반응기를 사용합니다. 또한 특정 금속 이온(나트륨 이온, 칼슘 이온 등)은 촉매 역할을 하여 중합 반응을 촉진할 수 있어 원료 전처리 및 생산 과정에서 최대한 제거해야 합니다.

4. 과도한 중합이나 겔화를 방지하기 위한 주요 기술적 조치

(I) 원료 전처리 및 품질관리
고순도 원료 선택: 철, 알루미늄 등 불순물 함량이 낮은 석영사를 실리카 원료로 선택하고 원료에 대해 엄격한 화학 분석을 실시하여 순도가 생산 요구 사항을 충족하는지 확인합니다. 동시에 불순물 이온의 도입을 피하기 위해 고품질 수산화 칼륨 또는 탄산 칼륨을 칼륨 공급원으로 사용하십시오.
원료 비율을 정확하게 제어하십시오. 고급 계량 장비 (전자 저울, 유량계 등)를 사용하여 산화 칼륨 및 이산화 규소의 공급량을 정확하게 제어하여 모듈러스가 목표 범위 내에 있는지 확인하십시오. 생산 과정에서 온라인 분석 장비를 사용하여 용액의 모듈러스와 농도를 실시간으로 모니터링하고 원료 비율을 적시에 조정할 수 있습니다.
(II) 반응 공정 매개변수 최적화
분할 온도 제어 공정: 분할 온도 제어 전략을 사용하여 이산화규소의 용해 및 초기 중합 반응을 가속화하기 위해 반응 시작 시 온도(예: 100-110℃)를 적절하게 높입니다. 반응의 중간 및 후기 단계에서는 온도를 점진적으로 낮추어(예: 80-90℃) 중합 반응 속도를 늦추고 과중합을 방지합니다. 이러한 방식으로, 반응 효율을 보장하면서 중합도를 더 잘 제어할 수 있습니다.
반응 시간을 엄격하게 제어합니다. 원자재의 특성과 반응 장비의 성능에 따라 실험을 통해 최적의 반응 시간 창을 결정합니다. 생산 과정에서 반응 시간을 정확하게 제어하고 사람의 조작 오류로 인한 과도한 반응 시간을 방지하기 위해 시간 릴레이 또는 자동 제어 시스템을 설정하십시오.
용액 농도 및 pH 값 제어: 반응 과정에서 용액의 Baume 정도 및 pH 값을 정기적으로 모니터링하고 탈이온수 또는 수산화칼륨 용액을 첨가하여 조정합니다. Baume 정도가 상한(46.0)에 가까워지면 탈이온수를 추가하여 시간에 맞춰 희석합니다. pH 값이 12보다 낮으면 시스템의 알칼리성 환경을 유지하기 위해 적절한 양의 수산화칼륨 용액을 추가하십시오.
(III) 교반 및 장비 설계 강화
교반 시스템 최적화: 반응기의 부피 및 재료 특성에 따라 적절한 교반기 유형 및 설치 위치를 선택하십시오. 예를 들어, 대형 반응기의 경우 다층 교반 패들 또는 결합 교반기(예: 상부 층의 터빈 교반기 및 하부 층의 앵커 교반기)를 사용하여 다양한 영역에서 재료의 혼합 효과를 향상시킬 수 있습니다. 동시에 교반 패들의 속도와 방향은 소용돌이와 물질 정체를 방지하도록 합리적으로 설계되었습니다.
반응기 구조 개선: 내부 벽이 매끄럽고 사각지대가 없는 반응기 설계를 사용하여 반응기 벽에 있는 물질의 접착 및 유지를 줄입니다. 예를 들어, 반응기 바닥은 물질의 배출 및 세척을 용이하게 하기 위해 원추형 또는 타원형으로 설계될 수 있습니다. 가이드 튜브는 반응기 내에 설정되어 재료의 흐름 방향을 안내하고 혼합 균일성을 향상시킵니다.
초음파 또는 기계적 진동 도입: 교반 과정에서 에너지 입력을 통해 재료의 혼합 및 물질 전달 효과를 더욱 향상시키기 위해 초음파 또는 기계적 진동 장치를 도입할 수 있습니다. 초음파는 캐비테이션 효과를 생성하고 재료의 응집체와 겔 핵을 파괴하며 과도한 중합 반응을 억제할 수 있습니다. 기계적 진동은 교반 패들과 반응기 벽에 대한 물질의 접착을 감소시키고 반응 시스템의 균일성을 향상시킬 수 있습니다.
(IV) 안정제 및 억제제 첨가
안정제의 역할: 액체 규산칼륨 용액에 유기 알코올(메탄올, 에탄올), 폴리올(에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜) 또는 폴리에틸렌 글리콜과 같은 안정제를 적당량 첨가합니다. 이러한 안정제는 규산염 음이온과 수소 결합을 형성하여 규소-산소 결합 형성을 방해하여 중합 반응을 억제할 수 있습니다. 첨가되는 안정제의 양은 일반적으로 용액 질량의 0.5%-2%이며, 최적의 첨가 비율은 실험을 통해 결정되어야 합니다.
억제제 선택: 모듈러스가 낮은 액체 규산칼륨(예: M=2.20-2.40)의 경우 소량의 산성 염(예: 인산이수소칼륨, 중탄산칼륨)을 억제제로 첨가할 수 있습니다. 산성염은 일부 수산화물 이온을 중화시키고 용액의 pH 값을 적절하게 감소시킬 수 있지만, 너무 낮은 pH 값으로 인해 실리카 콜로이드가 침전되는 것을 피하기 위해 첨가량을 엄격하게 제어해야 합니다. 일반적으로 첨가되는 산염의 양은 용액 내 산화칼륨 질량의 0.1%를 초과하지 않습니다.
(V) 실시간 모니터링 및 공정 제어
온라인 분석 기술: 온라인 적외선 분광계, 점도계 및 기타 분석 장비를 사용하여 반응 시스템의 조성, 점도, 중합도 및 기타 매개변수를 실시간으로 모니터링합니다. 예를 들어, 적외선 분광법은 실리콘-산소 결합의 특징적인 흡수 피크를 실시간으로 감지하여 중합도를 결정할 수 있습니다. 점도계는 용액의 유동성 변화를 실시간으로 반영할 수 있습니다. 점도가 비정상적으로 증가하면 적시에 조치를 취해 공정 매개변수를 조정할 수 있습니다.
자동 제어 시스템: PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러) 또는 DCS(분산 제어 시스템) 기반의 자동 제어 시스템을 구축하고 온도, 압력, 농도, pH 값, 교반 속도 등 주요 공정 매개변수를 자동 제어 범위에 포함합니다. 사전 설정된 제어 알고리즘 및 임계값을 통해 가열/냉각 장치, 공급 펌프, 교반기 및 기타 장비의 작동 상태가 자동으로 조정되어 생산 공정을 안정적으로 제어하고 사람의 작업 오류가 제품 품질에 미치는 영향을 줄입니다.
(VI) 후가공 및 보관관리
여과 및 정화: 반응이 완료된 후 액체 규산칼륨 용액을 여과하여 용해되지 않은 불순물 입자와 가능한 겔 입자를 제거합니다. 플레이트 및 프레임 필터, 원심 필터 또는 막 여과 장비를 사용하여 제품의 투명성과 순도를 보장할 수 있습니다. 여과된 용액은 정적 침전이나 응집제를 첨가하여 작은 부유 물질을 제거하는 등 더욱 명확해질 수 있습니다.
보관 조건 관리: 액체 규산칼륨은 공기와의 접촉을 피하기 위해 밀봉된 플라스틱 통이나 스테인리스 스틸 탱크에 보관해야 합니다. 보관 환경은 직사광선과 고온 환경을 피하고 서늘하고 건조한 곳이어야 하며, 온도는 5~30℃ 범위 내로 조절되어야 합니다. 보관 중에 제품 품질을 정기적으로 검사합니다. 겔화 징후가 있는 경우 적시에 처리하거나 폐기하여 부적격 제품이 시장에 진입하는 것을 방지해야 합니다.

5. 실무 경험

Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd는 무기 실리콘 제품 전문 제조업체로서 액체 규산칼륨 생산 공정에서 풍부한 경험을 축적해 왔습니다. 회사는 항상 제품 품질 관리에 주의를 기울이고 있으며 첨단 생산 장비와 테스트 장비를 도입하여 완벽한 품질 관리 시스템을 구축했습니다. 액체 규산칼륨의 과도한 중합이나 겔화를 방지하기 위해 회사는 다음과 같은 조치를 취했습니다.
엄격한 원료 관리: 고순도 석영사와 수산화칼륨을 원료로 선택하고 고품질 공급업체와 장기적인 협력 관계를 구축하여 원료 품질의 안정성을 보장합니다. 동시에, 부적합한 원자재가 생산에 투입되는 것을 방지하기 위해 공장에 들어가기 전에 각 원자재 배치를 엄격하게 검사합니다.
최적화된 생산 공정: 자체 개발한 분할 온도 제어 반응 공정과 효율적인 교반 시스템을 채택하여 중합 반응을 정밀하게 제어합니다. 수년간의 공정 최적화를 통해 이 회사는 모듈러스가 2.20~2.40이고 성능이 뛰어난 액상 규산칼륨 제품을 안정적으로 생산할 수 있습니다.
완벽한 테스트 방법: 고급 화학 분석 장비와 물리적 성능 테스트 장비를 갖추고 생산 공정의 각 링크를 실시간으로 모니터링하고 분석합니다. 예를 들어, Baume 정도, 밀도, 실리카 함량, 산화칼륨 함량 및 기타 용액 지표를 측정하여 공정 매개변수를 적시에 조정하여 제품 품질이 표준 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있습니다.
맞춤형 솔루션: 회사는 고객의 다양한 요구에 따라 맞춤형 액체 규산칼륨 제품 및 솔루션을 제공할 수 있습니다. 고객과 소통하는 과정에서 회사의 기술 인력은 고객의 적용 시나리오 및 성능 요구 사항을 완전히 이해하고 고객에게 적합한 제품 모델을 추천하며 고객이 사용 중에 발생하는 문제를 해결할 수 있도록 전문적인 기술 지원을 제공합니다.