KR0181779B1 - 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법 - Google Patents

강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강제형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 규산 칼슘질 원료에 음이온 지방산계 식물성 기포제를 기포주제로 하여 선발포 혼합에 의해 제조되는 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 흡음제는 인체에 대한 유해성으로 사용이 문제시되거나 흡음율이 저조한 문제점이 있어왔다.
본 발명은 칼슘 원료와 규산질 원료를 사용하여 규산 칼슘질을 제조하고, 음이온 지방산계 식물성 기포제를 희석하여 만든 기포군에 응결 조절제를 첨가한후, 규산 칼슘질과 기포군을 선발포 혼합 믹서에서 혼합한 다음, 몰드에 주입하여 자연 양생, 고온 고압 증기 양생 및 건조 과정을 거쳐 일정한 크기로 절단하여 제조되는 것을 특징으로 하는 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 강체형 경량 기포 흡음 블럭은 현재에 흡음율이 가장 우수한 것으로 알려진 유리면과 비교하여 각 주파수별대에서의 흡음율이 동등 이상으로 우수하고, 특히 500Hz 이하의 저음역에서는 흡음율이 기존의 유리면보다 우수하며, 인체에 대한 유해성이 없고, 바탕재 표면에 직접 접착할 수 있다. 또한, 일반 물성이 종래의 ALC보다 우수한 것으로 증명되었다.

Description

강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법
본 발명의 목적은 규산 칼슘질 원료에 음이온 지방산계 식물성 기포제를 기포주제로 하여 선발포 혼합에 의해 제조되는 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 섬유상계 다공질 흡음재와 비교하여 흡음율이 동등 이상이고, 특히 500Hz 이하의 저음역에서는 흡음율이 기존의 유리면보다 뛰어나면서 인체에 해가 없는 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 규산 칼슘질 원료에 음이온 지방산계 식물성 기포제를 기포주제로 하여 선발포 혼합에 의해 제조되는 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 흡음재는 다공질 흡음재, 중공형 흡음재 및 판상용 흡음재로 구분되며, 이 중에서 다공질 흡음재가 주로 사용된다.
다공질 흡음재는 중.고음역에 걸쳐 우수한 흡음 성능을 갖는 흡음재이다. 다공질 흡음재는 400Hz 이하 영역에서 흡음율이 저하되기도 하는 단점을 가지나, 이 단점은 흡음재 표면을 복합 재료화하거나 배후 공기층을 두는 시공 설계로 해결할 수 있다.
종래에는 유리면, 암면, 폴리우레탄폼 등의 섬유상계 다공질 흡음재가 일반적으로 사용되었다.
상기 섬유상계 다공질 흡음재 중에 유리면과 암면은 섬유 입자가 비산되어 인체의 피부를 자극하거나 호흡을 통해 인체내에 들어가 종양을 유발시키는 문제점이 있었다. 따라서, 유리면과 암면은 흡음재로 사용하기에 인체에 바람직하지 않으나 이들을 대체할 수 있는 성능을 가진 흡음재가 아직 개발되지 않은 실정이다.
또 다른 섬유상계 다공질 흡음재인 폴리우레탄폼은 인체에 무해하지만 가격이 고가(高價)이고 흡음율이 유리면에 비하여 떨어지는 단점이 있다.
섬유상계 다공질 흡음재외에, 일반 경량 콘크리트와 ALC(Autoclaved Lightweight Concrete)는 강체형이고 경량이여서 가공성이 우수한 장점이 있으나, 기포가 독립된 형태로 존재하기 때문에 외부 소음이 내부로 유입되어 표면에서만 일부 마찰되므로 흡음효과가 크지 않은 단점이 있다.
종래의 흡음재에서는 동물성 단백질 기포제 및/또는 알루미늄 분말, 음이온 계면 활성제 등이 기포제로 사용되었다.
동물성 단백질 기포제는 기포가 안정되어 자중에 의한 침하 균열이 많이 발생하지 않는 제조상의 장점이 있지만, 경화후에 연결 기포가 작게 생성되어 중·고음역에서의 흡음율이 저조한 단점이 있다. 또한, 보관시에 동물성 특유의 냄새가 풍기므로 취급 저장이 곤란하다.
종래의 또 다른 기포제인 알루미늄 분말과 알루미늄 페이스트는 ALC 공정에서 일반적으로 사용된다. 상기 물질에서는 기포가 양호한 크기로 발생되나, 기포의 구형도가 다른 기포제에 비하여 낮고 상하간의 비중차가 크므로 실제 몰드의 높이를 제한해야 하는 문제점이 있다.
상기한 동물성 단백질 기포제가 지닌 단점과 알루미늄 분말, 알루미늄 페이스트 기포제가 지닌 단점이 보완된 초경량 발수 콘크리트 흡음재의 제조 방법이 대한민국 공개 공보 제 95-31980호에 기재되어 있다. 이 제조 방법에서는 동물성 단백질 기포제와 알루미늄 분말이 기포제로 사용되었으며, 상기 2가지 물질을 병용하여 흡음율이 양호한 흡음재를 제조할 수 있다고 하였다.
상기의 초경량 발수 콘크리트 흡음제는 알루미늄 분말 기포제가 사용되어 기존의 ALC 제조공정이 충분히 활용되는 장점이 있으며, 연결 기포의 생성을 위해 동물성 단백질 기포제가 사용된다.
그러나, 상기 흡음재는 알루미늄 분말이 사용되어 발포 방향에 따라 비중차가 쉽게 생기므로 일정한 비중과 흡음율을 가지는 흡음재의 양산화가 어려우며, 동물성 단백질 기포제는 다른 계면 활성재와는 달리 기포제가 비교적 안정하여 연결 기포의 생성에 한계를 가지는 단점이 있다.
일본 공개 특허 소 52-37403호에서는 가수 분해 단백질계가 기포제로 사용되는 경우에는 연결 기포가 확보되기 어렵고, 강도가 저하되며, 파포 현상이 가속되고, 균질 분산성이 저하되므로 설폰산염형 음이온 계면활성제 또는 황산에스테르염형 음이온 계면 활성제가 기포제로 사용되었다고 기재되어 있다.
또한, 일본 공개 특허 소 60-149287호에서는 평균 입경이 0.5 내지 3mm인 연화나 화강암 파쇄분을 첨가하여 제조되는 것이 특징인 흡음재 복합 소재에 대하여 기재하고 있다.
본 발명자들은 규산 칼슘질 원료에 음이온 지방산계 식물성 기포제를 기포주제로 하여 선발포 혼합 방식에 의하여 강체형 경량 기포 흡음 블럭을 제조하는 경우에는 인체에 대한 유해성 없이 각 주파수대에서 유리면 이상의 흡음율을 나타내며, 특히 500Hz 이하의 저음역에서는 흡음율이 더 우수하고, 바탕재 표면에 직접 접착할 수 있음을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은 칼슘 원료와 규산질 원료를 사용하여 규산 칼슘질을 제조하고, 음이온 지방산계 식물성 기포제를 희석하여 만든 기포군에 응결 조절제를 첨가한후, 규산 칼슘질과 기포군을 선발포 혼합 믹서에서 혼합한 다음, 몰드에 주입하여 자연 양생, 고온 고압 증기 양생 및 건조 과정을 거쳐 일정한 크기로 절단하여 제조되는 것을 특징으로 하는 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 규산 칼슘질 원료에 음이온 지방산계 식물성 기포제를 기포주제로 하여 선발포 혼합에 의해 강체형 경량 기포 흡음 블럭을 제조하는 방법으로서, 본 발명에서 제조되는 강체형 경량 기포 흡음 블럭은 다공질 흡음재와 동일한 원리를 갖는 흡음재이다.
강체형 경량 기포 흡음 블럭은 흡음재에 입사된 음에너지가 연결 기포를 통해 내부로 전파되어 기공벽과 마찰되거나 점성 저항에 의하여 감소되는 원리를 갖는다. 즉, 입사된 음에너지의 일부가 마찰에 의하여 열에너지로 변환되는 에너지 변환에 의한 흡음 효과이다.
본 발명에 따르면 규산 칼슘질은 칼슘 원료와 규산질 원료로 이루어지고, 고형분 슬러리 형태로 제조된다.
규산 칼슘질의 구성 요소인 칼슘 원료는 1종 시멘트, 알루미나 시멘트 및 소석회로 이루어지며, 1종 시멘트 100 중량부에 대하여 알루미나 시멘트 12 내지 18 중량부 및 소석회 3 내지 6 중량부가 사용된다.
알루미나 시멘트는 응결 조절제 및 경화 촉진제로 사용되며 그린케익 경도를 조기에 확보하기 위해 사용된다. 그린케익 경도는 규산 칼슘질 수화물이 성형된 후의 경도, 즉 압입에 대한 저항치로 정의되며, 최종적으로 제조된 흡음재의 특성을 나타내는 일반 물성 중의 하나이다. 따라서, 알루미나 시멘트가 사용되면 제조공정에 소요되는 시간이 단축되는 장점을 가지나, 내부 수화 온도가 상승되면서 균열이 발생되는 문제점을 고려해야 한다.
알루미나 시멘트 이외에 아윈계 팽창제(K형)가 응결 조절제 및 경화 촉진제로 사용될 수 있다.
규산 칼슘질의 또 다른 구성 요소인 규산질 원료는 샌드 슬러리 또는 샌드 슬러리와 플라이 애쉬 또는 샌드 슬러리와 실리카 흄 중에서 선택될 수 있다.
샌드 슬러리는 규석과 석고를 10 내지 12 대 1의 중량비로 혼합 습식 및 분쇄하여 제조한다. 석고는 침하 방지 및 강도 향상을 위해 첨가한다.
규산질 원료로 샌드 슬러리와 플라이 애쉬를 사용하는 경우에는 샌드 슬러리 100 중량부에 대하여 플라이 애쉬 5 내지 15 중량부가 사용된다.
또는, 규산질 원료로 샌드 슬러리와 실리카 흄을 사용하는 경우에는 샌드 슬러리 100 중량부에 대하여 실리카 흄 3 내지 10 중량부가 사용된다. 고 미분 말의 실리카 흄이 10 중량부 이상 사용되는 경우에는 슬러리의 점도가 달라진다.
플라이 애쉬 또는 실리카 흄이 첨가되면 제조 과정 후반에 생성되는 규산 칼슘계 수화물의 생성량과 생성 속도가 향상되어 최종 강도의 특성이 향상된다.
상기한 칼슘 원료와 규산질 원료는 규산 칼슘질의 주 수화물이 토버모라이트(tobermorite) 수화물이 되도록 칼슘 원료의 규산질 원료에 대한 몰비, 즉 CaO/SiO2의 몰비가 0.60 내지 0.90이고, 바람직하게는 0.83이 되도록 배합한다.
본 발명에서는 기포주제로 음이온 지방산계 식물성 기포제가 사용되며, 1종 시멘트와 알루미나 시멘트 100 중량부에 대하여 0.3 내지 0.6 중량부가 사용된다. 음이온 지방산계 식물성 기포제는 팜유를 기포주제로 하는 것이며, 음이온 지방산계 식물성 기포제 100 중량부에 대하여 비이온계 기포제(NP-8mm) 5 내지 20 중량부가 추가적으로 첨가될 수 있다.
응결 조절제로는 구연산과 히드록시 카본산염계의 공기 연행 감수지연제가 사용된다.
본 발명에서는 음이온 지방산계 식물성 기포제가 기포주제로 사용되는 동시에 선발포(先發泡) 혼합방법으로 기포군이 제조된다.
선발포 혼합방식에 따르면 음이온 지방산계 식물성 기포제가 적정량의 물로 희석되어 압축 공기에 의해 기포발생장치의 노즐부에서 발포되고, 이 기포군은 규산 칼슘질의 고형분 슬러리가 혼합 믹서에서 혼합되는 동안에 투입된다. 이 혼합 과정 중에 기포군이 파포되는 현상이 발생하지 않도록 주의한다.
상기 혼합 믹서의 내부에는 리본형의 임펠러가 있고, 이 임펠러는 회전속도가 40 내지 120rpm이 되도록 설계되었다.
상기에서 균질하게 혼합된 슬러리를 몰드에 주입하여 자연 양생한다.
자연 양생은 35 내지 50℃의 온도에서 2 내지 3시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 자연 양생의 온도가 35℃ 이하일 경우에는 경화가 불량하게 되고, 50℃ 이상일 경우에는 균열이 발생한다. 특히, 슬러리 내부의 초기 수화 온도가 너무 고온이거나 양생 시간이 너무 짧은 경우에는 슬러리 내부에 온도차가 발생하여 쉽게 균열이 발생한다.
또한, 자연 양생시에 균질 혼합한 슬러리가 외기에 노출되지 않는 것이 바람직하다. 슬러리가 바람이 많은 외기에 노출되면 건조 속도가 빨라져서 소성균열이 발생한다. 성형된 슬러리는 외관에 균열이 없고, 2 내지 3 시간 건조 후에 그린케익 경도가 120 내지 180psi가 되는 것이 바람직하다. 그린케익 경도가 120psi 이하일 경우에는 경도가 낮아 고온 고압 증기 양생시에 자중(自重)을 견디지 못하고 주저앉는 경화 불량이 발생하며, 180psi 이상일 경우에는 비중이 높아지거나 흡음율이 저하된다.
자연 양생 과정을 거친 슬러리는 10 내지 12기압에서 고온 고압 증기 양생 과정을 거쳐서 규산칼슘 알류미네이트의 수화물로 생성된다. 이 과정에서 건조 수축 과정이 미리 실시되어 최종 제품의 치수가 일정하게 유지될수 있으며, 생성된 수화물로 인해 최종 제조된 흡음 블럭이 강도를 갖게된다.
생성된 수화물의 형태, 크기 및 생성량은 출발원료인 CaO와 SiO2의 몰비와 원료내에 함유된 불순물의 함량에 따라서 변화한다. 상기한 바와 같이, 토버모라이트 수화물이 주 수화물이 되기 위해서는 CaO/SiO2의 몰비가 0.60 내지 0.90로 사용되며, 바람직하게는 0.83이다.
고온 고압 증기 양생을 실시한 후에 수화물내의 함수율은 50% 이상이 된다. 흡음율과 강도 및 내구성, 특히 동결 융해 저항성이 향상되기 위해서는 수화물내의 함수유이 10%인 것이 바람직하므로 생성 수화물을 건조한다.
생성된 수화물은 이송중 열풍에 의한 방법이나 건조실 방법으로 건조할 수 있다. 건조실 방법에 따른 건조시에는 급격한 온도 상승과 냉각에 의해 수화물이 균열되기 쉽고 건조가 불량하게 되므로, 이송중 열풍에 의한 방법으로 건조한다.
수화물이 일정한 크기를 갖도록 건조시에 수화물을 절단하여 일정한 크기의 흡음 블럭을 제조한다. 흡음 블럭의 크기는 용도에 따라 다르게 할 수 있다.
제조된 흡음 블럭의 표면을 폴리머계 프라이머로 실러 처리하면 흡음 블럭의 표면 강도가 개선되고. 낙분이 방지되며 표면 도장이 가능하게 된다. 바람직하게는 폴리머계 프라이머로 아크릴 에멀젼 프라이머가 사용된다.
[실시예]
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
표 1에 나타난 칼슘 원료와 규산질 원료를 배합하여 고형분 슬러리 형태의 규산 칼슘질을 제조하고, 음이온 지방산계 식물성 기포제 0.66kg를 물 170kg에 희석하여 기포발생장치를 통해 기포군을 만든후, 구연산 0.44kg과 공기 연행 감수 지연제 0.33kg를 첨가하여 선발포 혼합 믹서에서 2분동안 혼합하고, 몰드에 주입하여 35 내지 50℃에서 3시간 동안 자연 양생을 한 다음, 10 내지 12기압의 고온 고압 증기 양생을 하고, 이송중 열풍에 의한 방법으로 함수율이 10%가 되도록 건조하였다.
제조된 흡음 블럭을 10×10×10cm3의 크기로 절단한 후 그린케익 경도, 절건 비중, 압축 강도 및 휨 강도 등의 일반 물성과 수직 입사음 흡음율을 측정하였다. 단, 휨 강도의 측정에 사용되는 흡음 블럭은 10×10×40cm3의 크기로 절단하였다.
절건 비중은 흡음 블럭을 105℃에서 완전히 건조한 후에 측정된 중량을 용적으로 나누어서 구한 값이다.
상기한 절건 비중, 압축 강도 및 휨 강도는 KS F 4914 에 준하여 측정하였으며, 비중이 동일한 경우 압축 강도와 휨 강도가 클수록 우수한 흡음재로 간주된다.
흡음율은 수직 입사음 흠음율 측정 방법으로 KS F 2814준하여 측정하였으며, 일반적으로 평균 흡음율이 0.60, 즉 입사음 100 중에서 60의 음이 흡수되면 우수한 흡음재로 평가된다.
상기 일반 물성과 수직 입사 흡음율의 측정 결과를 표 2에 기재하였다.
[실시예 2]
규산질 원료가 샌드 슬러리 90중량%와 플라이 애쉬 10중량%로 이루어지는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 흡음 블럭을 제조하였다. 제조된 흡음 블럭에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 그린케익 강도, 절건 비중, 압축 강도 및 휨 강도 등의 일반 물성과 수직 입사음 흡음율을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[실시예 3]
규산질 원료가 샌드 슬러리 95중량%와 플라이 애쉬 5중량%로 이루어지는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 흡음 블럭을 제조하였다. 제조된 흡음 블럭에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 그린케익 강도, 절전 비중, 압축 강도 및 휨 강도 등의 일반 물성과 수직 입사음 흡음율을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[실시예 4]
음이온 지방산계 식물성 기포제 100 중량부에 대하여 비이온계 기포제 약 10.6 중량부가 추가되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 흡음 블럭을 제조하였다.
제조된 흡음 블럭에 대하여 실시예 1과 동일한 방법으로 그린케익 강도, 절건 비중, 압축 강도 및 휨 강도 등의 일반 물성과 수직 입사음 흡음율을 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
[비교예 1과 비교예 2]
현재 상용화되고 있는 면밀도 64K 두께 50mm의 유리면(한국유리제조)과 ALC(쌍용양회제조)를 각각 비교예 1과 비교예 2로 하여 그린케익 강도, 절건 비중, 압축 강도 및 휨 강도 등의 일반 물성과 수직 입사음 흡음율을 측정하고, 그 결과를 표2에 나타내었다.
상기에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 강체형 경량 기포 흡음 블럭은 500Hz 이상의 모든 주파수에서 0.60 이상의 흡음율을 나타내었으므로 기존의 ALC에 비교하여 월등히 우수한 흡음재로 평가되며, 500Hz 이하의 주파수에서는 유리면보다 우수한 흡음율을 나타내었다.
본 발명의 강체형 경량 기포 흡음 블럭은 규산 칼슘질 원료에 음이온 지방산계 식물성 기포제를 기포주제로 하여 선발포 혼합에 의해 제조되는 것으로, 현재에 흡음율이 가장 우수한 것으로 알려진 유리면과 비교하여 각 주파수별대에서의 흡음율이 동등 이상으로 우수하고, 특히 500Hz 이하의 저음역에서는 흡음율이 기존의 유리면보다 우수한 것으로 증명되었다.
특히, 본 발명의 강체형 경량 기포 흡음 블럭은 유리면의 문제점으로 지적되어 온 인체에 대한 유해성이 없으며, 섬유상계 다공질 흡음재가 소프트하여 형상 유지력이 결여된 것과는 달리 강체형 경량이므로 바탕재 표면에 직접 접착할 수 있다.
또한, 본 발명의 강체형 경량 기포 흡음 블럭은 그린케익 강도, 절건 비중, 압축 강도 및 휨 강도 등의 일반 물성이 종래의 ALC보다 우수한 것으로 증명되었다.

Claims (5)

  1. 칼슘 원료와 규산질 원료를 사용하여 규산 칼슘질을 제조하고, 음이온 지방산계 식물성 기포제를 희석하여 만든 기포군에 응결 조절제를 첨가한 후, 규산 칼슘질과 기포군을 선발포 혼합 믹서에서 혼합한 다음, 몰드에 주입하여 자연 양생, 고온 고압 증기 양생 및 건조 과정을 거쳐 일정한 크기로 절단하여 제조되는 것을 특징으로 하는 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 칼슘 원료가 1종 시멘트, 알루미나 시멘트 및 소석회로 이루어지며, 1종 시멘트 100 중량부에 대하여 알루미나 시멘트 12 내지 18 중량부 및 소석회 3 내지 8 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 규산질 원료가 샌드 슬러리 단독 사용되거나 샌드 슬러리 100 중량부에 대하여 플라이 애쉬 5 내지 15 중량부가 첨가되어 사용되거나 샌드 슬러리 100 중량부에 대하여 실리카 흄 3 내지 10 중량부가 첨가되어 사용되는 것을 특징으로 하는 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 음이온 지방산계 식물성 기포제는 1종 시멘트와 알루미나 시멘트 100 중량부에 대하여 0.3 내지 0.6 중량부가 사용되는 것을 특징으로 하는 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제조된 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 표면을 폴리머계 프라이머로 도포하여 제조되는 것을 특징으로 하는 강체형 경량 기포 흡음 블럭의 제조 방법.
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