KR100357895B1 - 폐유리의 직접발포에 의한 경량단열재 발포유리의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특별한 조성의 유리를 제조하기 위한 용융단계 또는 가수분해공정 등 발포유리제조를 위한 다른 특별한 전처리공정을 거치지 않고 상업용 또는 공업용의 폐유리를 직접 발포시켜 경량 단열재용 발포유리 블록을 제조하는 것이다. 본 발명에서 사용하는 발포용 원료분말은 비표면적 3,000∼50,000cm²/g로 분쇄된 폐유리 75∼98 wt%와 첨가제 2∼25 wt%를 혼합하여 얻어진다. 첨가제는 소듐 실리케이트(sodium silicate) 0.1∼5.5 wt%, 40∼500m²/g의 비표면적을 갖는 탄소 0.15∼3.5 wt%, 설페이트(sulfate) 0.1∼5.5 wt%, 활성실리카(active silica) 0.5∼20.0 wt%, 그리고 붕산(boric oxide) 0.1∼10.0 wt%로 조성된다. 유리와 이 첨가제는 -150mesh되게 분쇄 혼합한다. 이 혼합분말을 형틀에 담고 400∼700^oC까지 소성하고 750∼900^oC에서 발포시킨다. 발포공정후 만들어진 발포유리 블럭을 500∼700^oC에서 안정화시키고 20∼40^oC까지 소둔(annealing)과정을 거쳐 밀도 0.14-0.45g/cm³, 열전도도 0.039-0.053㎉/hm℃, 그리고 1.0% 미만의 수분흡수율, 0.5 MPa이상의 기계적인 응력을 견딜 수 있는 발포유리가 제조된다.

Description

폐유리의 직접발포에 의한 경량단열재 발포유리의 제조방법{Method for manufacturing lightweight heat insulating forming glass by direct forming}

본 발명은 발포유리 제조방법에 관한 것이며, 특히 폐유리를 용융이나 가수분해 등과 같은 전처리공정 없이 직접 발포하여 경량단열재용 발포유리를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 경량단열재용 발포유리를 제조함에 있어서 용융단계 또는 가수분해단계 등과 같은 특별한 처리공정을 거침이 없이 상업용 또는 공업용의 다양한 종류의 폐유리를 직접 발포시켜 밀도 0.14-0.45g/cm³, 열전도도 0.039-0.053㎉/hm℃, 그리고 1.0% 미만의 수분흡수율, 0.5 MPa이상의 기계적인 응력을 견딜 수 있는 경량단열재용 발포유리 블록을 제조하는 것이다.

발포유리 블럭은 경량이면서 불꽃차단, 단열, 내열, 방음 등에 탁월한 성능을 발휘하여 산업상 방수, 내열성, 내구성이 요구되는 경우에 반드시 사용되며, 특히 구조물이나 건축물에 있어서 훌륭한 보온단열, 방음재로 쓰인다.

발포유리의 제조 원리는 1930년대 후반에 이미 제안된 바 있다. 간단히 설명하면, 특별한 조성의 유리에 탄소재와 같은 환원제와 산화물, 설페이트(sulfate) 또는 다른 형태의 산화성분들을 함유하는 기포 형성제를 함께 혼합하여 이를 분쇄한 후, 이 분쇄된 혼합물을 일정한 용기 또는 틀에 넣어 연화 또는 용융 전까지 소성시킨다. 이 열처리 과정에서 탄소와 황산화물(또는 산화제 또는 유리의 산화물) 사이에 산화-환원반응이 일어나고 그 결과 용융된 유리는 SO₂, CO₂, N₂, H₂S 또는 다른 가스를 함유하게 되며 이것이 저밀도 및 열전도 및 복사에 저항이 되는 구조를 형성하게 하는 물질을 만들며 유리가스를 형성한다. 그 결과 가장 최상의 결과를 얻을 경우 유리의 구조는 물 또는 수증기, 또는 다른 액체 및 기체 등이 스며들지 않는 밀폐기공을 갖게 된다.

이와 같은 제조원리에 따라 발포유리 블록의 제조 공정에 대해서는 많은 연구결과 및 관련 특허가 제안된 바 있으며, 이미 완성된 생산공장이 존재하고 있다. 도 1은 미국의 피츠버그 코닝(Pittsburg Corning)사에서 상용화한 발포유리 제조공정도이다. 이 공정도에 나타난 바와 같이 발포유리를 제조하기 위해서는 일차적으로 특별한 조성의 발포유리 제조용 원료유리를 제조하여야 한다. 이를 위해서 통상의 유리 제조용 원료 성분에다 발포유리가 될 수 있도록 Na₂SO₄, CaCO₃, MgCO₃, Na₂O, As₂O₃등의 여러 성분을 가하여 1300∼1600℃의 용융과정을 거쳐 발포유리를 만들 수 있는 발포유리제조용 원료유리를 만들고 있다. 그리고 이렇게 만들어진 유리를 분쇄하고 여기다 다른 성분과 반응하여 직접적인 발포제 역할을 하는 기체를 생성하는 발포조제인 탄소 등을 첨가하여 잘 혼합한 다음, 이 혼합된 발포유리제조용 원료유리 분말을 일정한 용기에 담아 400∼650^oC에서 예열하고, 800∼900^oC의 조건하에서 발포과정을 거친후 안정화를 위한 냉각, 서냉 등의 열처리 과정을 거친 것을 일정한 크기로 절단하여 포장 판매하고 있다.

그러나, 이 공정은 발포유리제조용 원료유리를 만드는 과정에서 상기한 바와 같이 1300∼1600℃의 다량의 에너지가 소요되고 그에 따른 시설투자 및 관리비용이 필요하기 때문에 발포유리 제조용 원료유리의 생산비용이 발포유리 생산원가의 절반 이상을 차지하고 있다. 그 외에도 제조된 발포유리를 일정크기로 절단할 때 파생되는 많은 량(많게는 20wt%까지 발생함)의 짜투리 발포유리의 발생은 발포유리블록의 생산원가를 낮추지 못하는 또 하나의 주요 요인으로 된다. 그러한 까닭에 기존의 이 피츠버그 코닝사의 발포유리 제조공장이 가동된 이후 현재까지 발포유리제조 공정개선과 관련하여 제안된 많은 특허와 연구결과는 대부분 그 목적을 발포단계 이전 이러한 고에너지가 소요되는 공정을 거치지 않고 직접 발포유리 제조를 위한 원료유리를 만드는 것에 촛점을 맞추고 있다.

예컨대, 일본 공개특허공보 소 59-116,151호에서도 기존공정의 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안의 하나로서 알칼리 용액에 의해 유리를 다음의 반응으로 가수분해시키고 반응에 관여한 수분을 발포공정에서 기화시킴으로서 발포유리를 얻는 방법을 제시하고 있다.

일본 공개특허공보 소 59-116,151호에서 가르치는 바에 따라 알칼리 수용액에 의해 가수분해된 유리에 발포조제로서 탄소를 첨가하여 발포시킬 경우 겉보기 비중 0.4∼0.5을 갖는 발포유리를 쉽게 제조할 수 있다. 그러나, 이 일본 공개특허공보 소 59-116,151호의 방법으로는 현재 단열재로서의 상품성을 갖는 발포유리 즉, 발포유리의 밀도 0.3 g/cm³(겉보기비중 0.3이하, 열전도도 0.05 Kcal/hm^oC이하)를 갖는 발포유리를 제조하는 것은 불가능하며 또한 알칼리수용액을 사용하여 가수분해처리된 유리를 발포유리제조를 위한 원료유리로 사용하는 경우 일본 공개특허공보 소 59-116,151호에 언급된 제 5공정 즉, 850∼1000℃의 발포공정 수행시 가수분해 과정에 의해 유리에 도입된 알칼리 성분이 수분의 발생과 함께 증기상태로 빠져 나오기 때문에 고온하에서 발포로(爐)내의 단열재가 알칼리 성분에 의해 엄청난 부식과 손상을 입게되는 치명적인 문제점이 있다.

본 출원인은 일본 공개특허공보 소 59-116,151호의 이러한 문제점과 관련하여 1997. 10. 20일자 국내 특허출원 제97-53852호(1999년 특허 제246755호)에서 알칼리를 사용하지 않고 소정의 가온 가압 조건하에서 단지 수분만을 사용한 가수분해 반응을 거친 유리를 원료로 하여 발포유리를 제조하는 공정을 제안한 바 있으며 그 결과 일본 공개특허 59-116,151호를 통해서는 결코 얻을 수 없는 균일한 기공직경을 지닌 경량이면서(겉보기비중 0.3이하) 낮은 열전도(사용중인 시판용 발포유리의 열전도도 : 0.05 Kcal/hm^oC이하, 보온단열재로서의 기준 열전도도: 0.1Kcal/hm^oC 이하) 성능을 갖는 양질의 발포유리를 제조할 수 있었다.

그런데 이러한 가수분해를 이용한 공정들은 기존의 고에너지 사용을 통한 발포유리제조공정의 문제점을 해결하는 커다란 장점이 있으나 가수분해반응을 위한 별도의 반응장치와 관련되는 추가적인 공정이 소요된다는 점은 피할 수가 없다. 따라서 이러한 가수분해공정의 추가적인 공정이 소요됨이 없이 그리고 원료유리의 제조를 위한 고온 용융과정이 없이 폐유리 자체를 직접 발포하여 발포유리의 특성인 저밀도, 저 열전도도의 특성을 갖는 발포유리의 제조공정을 개발하는 것이 발포유리사업분야의 궁극적인 목표라고 볼 수 있다.

별도의 전처리공정 없이 유리분말의 직접발포에 의한 발포유리제조에 관한 공정은 발포유리제조에 관한 연구가 개시되기 시작한 1938년 미국 특허 제2,123,536에 여러 형태의 방법이 제안된 바 있으며, 이후 1956년 12월 25일 미국특허 제2,775,524호를 비롯하여 1996년 미국특허 제5,516,351에 이르기까지 계속 제안되어오고 있다. 그러나 중요한 점은 유리가 발포되어 단순히 발포유리 형태가 만들어 질 수 있다는 점이 아니라 결과물로서 제조된 발포유리가 경량단열재로서의 특성 즉, 저밀도 및 낮은 열전도도 그리고 또한 높은 기계적인 강도성능을 구비한 발포유리이어야 한다는 것이다.

이들 종래기술들을 좀더 구체적으로 살펴보면, 1956년 12월 25일 미국특허 제2,775,524에서는 5-50wt %을 갖는 탄소를 함유하며 10m²/g의 비표면적을 갖는 실리카(silca) 또는 규조토와 같은 물질로 형성된 유리를 대상으로 하여 여기에0.08-0.15wt%의 카본블랙(carbon black)을 가하여 일정온도에서 유리를 연화 및 발포시킨 후 냉각 및 서냉 소둔하여 발포유리를 제조하는 방법을 제안하고 있지만 경량 단열재로 요구되는 물성에 대한 언급은 전혀 없다. 이 제조방법은 탄소와 비소(Arsenic) 안티몬(Stibium), 바나듐(Vanadium), 몰리브덴(Molibdene), 텅스텐(Tungsten) 등의 산화 환원반응에 의해 기체가 생성되는 것을 이용한다. 실제로 산화제가 SO₃(또는 SO₂)를 생성하는 방법으로는 낮은 밀도를 갖는 양질의 발포유리를 제조하기가 적당치 못하다.

또한 1996년 5월 14일자 미국 특허 제5,516,351에서 제안한 발포유리블록 제조방법은 유리를 분쇄하고 여기에 다량의 CaCO₃또는 CaSO₄등의 발포조제를 첨가하여 잘 분산 혼합한 다음 이것을 형틀에 넣고 예열 및 소성하며, 이때 생성되는 기체인 SO_x또는 CO_x에 의해서 발포유리를 제조하고 냉각, 소둔(anealing)시키는 방법이다. 이 방법에서는 여러 형태의 다양한 유리를 사용한다. 이 방법은 화학적 성분을 사용하여 유리와의 화학적 반응에 의해 생성된 기체를 밀폐 기공 속에 잡아 둠으로써 발포유리를 제조하는 것이다. 이 공정에서 얻어진 발포유리는 그 부피밀도, 단열, 기계적 특성 및 단열재로서의 특성이 습기가 존재하는 분위기에서는 매우 급속하게 나빠지는 단점이 있다. 또한 SO_x및 CO_x가스의 사용은 생산비용을 증대시키고 대기환경을 나쁘게 함으로써 그 포집에 많은 비용이 들며 가스발생으로 인한 작업장 환겨경을 악화시켜 인명피해의 위험성이 높은 문제점이 있다.

본 발명은 창유리, 흰색병, 녹색병, 갈색병, 의약병, 농약병 등 다양한 종류의 폐유리를 구분 또는 구분없이 회수 이용하는 것으로서 특별한 조성의 유리을 제조하기 위한 용융과정을 배제하고 상기와 같은 문제점이 없는 산화제또는 다른 화합물조성를 갖는 물질을 도입하여 열전도도 0.039-0.053㎉/hm℃의 높은 단열효과를 나타내며, 밀도 0.15-0.45g/cm³의 경량의 발포유리를 제조하는 방법에 관한 것이다.

실현하고자 하는 발명은 유리의 용융과정 없이 분류 또는 분류되지 않은 여러 종류의 폐유리로부터 우수한 특성을 지닌 발포유리를 생산하고자 하는 것이다.

발포유리블럭의 품질과 특성인자는 그것의 밀도, 기포의 분포와 크기, 기포벽의 두께, 수분흡수율 등에 의해 좌우된다. 바꾸어 말해서 발포유리의 품질을 저하시키는 결함으로서는 발포유리 블록내 기포의 크기가 다른 점들, 블록의 부분에 비균질성, 기포벽 두께의 증가, 고밀도, 잔류 유리응력의 존재, 기계적 내구성의 저하, 투과성 기포의 과다존재, 물 또는 기포의 높은 흡입율 등이다.

본 발명은 저밀도 및 저열전도도를 갖는 효율적인 기능의 건축용 경량단열재로 유용하게 사용될 수 있는 발포유리를 제조하는 방법에 관한 것이다. 원료유리로서 도시 폐기물로부터의 폐유리 또는 산업 폐기물로부터 발생되는 폐유리를 이용할 수 있는 것으로서 특별한 조성을 만들기 위한 유리의 용융, 가수분해 또는 기타의 어떠한 사전 공정도 필요로 하지 않는 경량 발포유리 단열제 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 미국의 피츠버그 코닝(Pittsburg Corning)사에서 사용하고 있는 발포유리 제조공정도이다.

본 발명은 다양한 형태의 알칼리 알카라인 알루미노-실리케이트(alkalinealumino-slicate) 유리들을 대상으로 하여 이들 유리들을 용융시키지 않고 단지 연화상태에서 기체방울의 형성과 분리를 동반하는 산화-환원 반응에 의해 원하는 특성을 지닌 양질의 발포유리의 생산하는 제법이다.

본 발명에 따른 경량 발포유리 제조방법에서는 폐유리를 비표면적 3,000∼50,000cm²/g를 갖도록 분쇄하고 분쇄된 폐유리분말 75∼98 wt%에 첨가제 2∼25 wt%를 혼합하여 사용한다. 첨가제로서는 소듐실리케이트(sodium silicate) 0.1∼5.5 wt%, 40∼500m²/g의 비표면적을 갖는 탄소 0.15∼3.5 wt%, 설페이트(sulfate) 0.1∼5.5 wt%, 활성 실리카(active silica) 0.5∼20.0 wt%, 그리고 붕산(boric oxide) 0.1∼10.0 wt%로 구성되어 있다. 유리와 첨가제는 함께 혼합되어 -150mesh되게 분쇄되거나 분쇄된 유리에 첨가제가 가해져 균질하게 혼합될 수 있다. 이 혼합 분말을 형틀에 담고 400∼700^oC까지 소성하고 750∼900^oC에서 발포시킨다. 발포공정 후 만들어진 발포유리 블럭을 500∼700^oC에서 안정화시킨 후 20∼40^oC까지 소둔(annealing)과정을 거치는 것으로 구성되어 있다.

본 발명은 여러 가지의 다양한 형태의 유리, 즉 녹색병, 갈색병, 투명병, 제약병, 농약병, 창유리 등 모든 폐유리에 적용가능하며, 각각의 개별적인 유리병에 따로 따로 적용하는 경우 더욱 양질의 발포유리불럭을 제조할수 있다. 그러나 각각의 개별적인 유리에의 적용은 폐유리의 수집 및 회수 순환사용하는 등의 과정을 고려할 때 경제적인 측면에서 효율적이지 못하다. 그러므로 유리의 물리화학적특성과 공정의 기술적 특성을 고려하여 넓은 형태로의 분류 회수 및 적용이 바람직하다.

이를 위해서 폐유리를 현재 많이 채택하고 있는 세 가지의 분리 회수 방식 즉, 첫째 그룹으로 소주병 등 녹색을 띄는 유리 또는 유리병류, 둘째 그룹으로서 맥주병, 농약병, 제약병 등 갈색을 띄는 제잡병류, 셋째 그룹으로서 창유리, 투명병 등과 같은 투명한 폐유리류로 분류하여 본 공정을 적용하는 것이 바람직하다.

먼저 폐유리를 분쇄하여야 하며 이때 그 분말도는 공히 비표면적으로 3,000∼50,000cm²/g되도록 분쇄한다. 분쇄된 유리분말의 비표면적이 3,000cm²/g 미만인 경우에는 발포조제인 탄소의 첨가량이 0.35wt% 이상 요구되며 발포공정의 소성온도 또한 860∼950^oC로 높아질 뿐만 아니라 무엇보다도 밀도가 높아져 경량화를 저해한다. 폐유리의 분말도는 미세할수록 바람직하나 가능한 경제적인 분쇄가공 정도를 고려할 때 50,000cm²/g정도까지가 바람직하다. 유리분말도가 비표면적 3000∼50,000cm²/g를 갖는 경우 발포조제인 탄소의 첨가량이 0.05∼0.35wt%로 가능하며 발포공정의 온도조건도 750∼850^oC로 낮아진다. 그리고 발포유리의 밀도도 낮아지며 아울러 수분흡수율도 낮아지게 된다.

발포조제로서 첨가하는 0.1∼5.5wt%의 소듐실리케이트(sodium silicate)은 발포과정에 필요한 SOx, COx, N₂, H₂S가스의 생성을 동반하는 탄소와의 산화-환원반응을 일어나게 한다. 그러므로 이러한 산화제의 첨가량이 증가 할수록 발포유리블럭의 크기도 증가(밀도저하)하게 된다. 그러한 까닭에 이 첨가량이 0.1wt% 이하인 경우 0.2g/cm³이하의 저밀도를 갖는 발포유리의 제조가 어렵다. 그러나 또한 5.5wt% 이상의 경우는 탄소의 연소 등, 탄소와의 반응량이 많아지기 때문에 발포유리 블럭 내에 많은 개기공을 형성하며 그 결과 발포유리의 수분흡수율이 증대된다.

발포조제인 탄소는 40∼500m²/g의 비표면적을 갖는 탄소를 0.15∼3.5wt% 첨가한다. 이러한 조건하에서 발포유리는 30∼300μm보다 작은 독립된 폐기공을 주로 그리고 완전히 형성하게 된다. 비표면적이 40m²/g이하인 탄소를 사용하는 경우 발포유리의 생성을 위해 유리질 내에서 수반되어야 하는 가스의 생성을 수반하는 산화-환원반응의 효율을 떨어뜨리며 그 결과 높은 밀도를 갖는 발포유리가 생성된다. 반면 비표면적 500m²/g이상의 탄소를 사용하는 경우 발포과정 전에 흡수된 공기 또는 기체에 의해 탄소가 연소되어 버리기 때문에 이 역시 발포효율이 감소하게 된다

발포유리의 생성 메카니즘은 먼저 미분쇄된 유리입자의 표면이 녹거나 또는 연화되며 그 유리입자들 사이에 존재하는 탄소를 비롯한 발포조제의 반응으로 기포가 발생하고 생성된 이들 기체에 의해 유리의 발포화가 진행되는 것이다. 그러므로 유리의 발포화를 위한 발포공정 온도는 유리의 녹는점 또는 연화점까지 유지되어야 한다. 즉, 유리입자에 용융된 상태의 구조가 형성되어야 하는 것이다. 본 발명은 유리의 발포화를 위해 발포온도조건을 유리의 녹는점 또는 연화점에 이르지 않고서도 활성실리카(active silica)를 이용하여 유리의 용융상태구조를 형성하는 특징을갖는다. 활성실리카(active silica)의 사용은 유리의 구조를 안정화하고 균일화하여 수분 흡수율를 감소시키거나 막아주는 기능을 갖는다.

규조토, 에어로질(airosile) 또는 실리코겔(silicogel)를 이용한 활성실리카(active silica)를 0.1∼20.0wt% 첨가함으로써 유리분말을 연화점 이하에서 용융 상태의 구조로 유지시킬 수 있다. 활성실리카를 0.1wt% 이하로 첨가하는 경우에는 발포유리블럭의 형성과정에서 가열된 부분의 점도가 상대적으로 큰 편차를 나타내기 때문에 발포유리블럭의 안정화을 이루기 어려우며 반면에 20wt% 이상으로 과량을 사용하는 경우에는 유리입자의 뭉침으로 분말유리자체의 부피가 증가하게 되어 이 또한 발포효율을 떨어지게 한다.

발포조제 중의 또 하나의 첨가제로서 0.1∼10.0wt%의 붕산의 사용은 발포공정에서 발포유리블럭의 열응력(thermomechanical strain)를 감소시킴과 아울러 서냉, 소둔시 열응력을 단순화시켜 최종생산품인 발포유리블럭의 기계적인 물성을 크게 증가시켜준다.

발포전 400∼700^oC 온도조건의 예열은 발포유리가 두꺼운 껍질을 형성하는 것과 바깥쪽으로 유리분말의 내부를 비우게 되는 현상을 억제한다. 예열온도를 400^oC 이하로 하는 경우에는 바깥쪽으로의 부풀음을 억제하며 그 결과 발포상태가 심하게 나쁘거나 또는 발포가 일어나지 않게 된다. 또한 예열 온도를 700^oC 이상으로 하는 경우에는 열충격으로 인하여 유리의 조밀하게 형성된 구조를 파괴함과 아울러 발포유리블럭을 조각지게 만든다.

한편, 발포유리블럭을 형성하는 발포온도에 이르기 전 가열속도는 발포유리블럭의 부피를 좌우하는 용기의 재질에 좌우한다.

발포온도가 700^oC 이하인 경우에는 발포유리블럭의 밀도 0.15∼0.45g/cm³을 갖는 발포유리블럭의 생성을 억제하며 발포온도가 900^oC 이상인 경우에는 조밀한 기공벽의 손실로 인해 기공의 대형화 및 공동이 생성되어 균일성의 파괴로 유리의 다공 구조가 제한된다. 그 결과 경제성있고 실용성있는 양질의 발포유리블럭의 생산이 어렵게 된다.

발포구조가 형성된 유리분말들은 용기에 담겨져 있으나 전체적으로 연화 또는 용융된 상태에 있으므로 발포구조의 안정화가 이루어져야 하며 이는 발포된 유리를 500∼700^oC로 급냉시킴으로서 이루어진다.

500^oC 이하의 조건으로 급냉하는 경우 열적인 충격으로 발포유리의 균열 또는 파괴의 원인이 되는 열응력이 생기고 700^oC 이상의 온도조건으로 급냉시키는 경우 형성된 발포유리블럭의 부피를 일정하게 조절하는 산화-환원반응의 억제력이 제한을 받게 된다. 그러므로 과발포가 될 수도 있다.

본발명에 따른 공정의 실용화는 상세히 언급된 발포유리블럭의 특성의 영향, 그 수준 그리고 여러 변수들의 기술적인 적용으로 이루어질 수 있다. 회수된 폐유리는 볼밀(ball mill) 또는 진동밀(vibratory mill) 등의 분쇄장치에서 분쇄된다. 활성실리카(active silica), 물유리, 탄소로서 활성카본블랙(active carbon black), 설페이트(sulfate), 붕산(boric oxide)은 함께 혼합하여 첨가할 수 있다. 회수된 유리분말, 즉 알칼라인 알루미노-실리케이트(alkaline alumino-silicate) 유리분말은 농도조절된 이들 첨가제들과 함께 혼합되어 실질적인 발포유리블럭의 모양을 결정짓는 용기에 담겨질 수 있다. 기능적인 성분과의 결합 및 제조순서가 양질의 발포유리를 만드는 데 있어 특별한 변수로 작용하지는 않는다. 발포유리원료 분말을 담은 용기는 소성을 위한 로, 발포, 구조의 안정화, 소둔, 발포유리블럭에서 열변형량의 제거 등 모든 공정에서 견딜수 있는 재질이어야 한다.

< 실시 예 1>

녹색병유리를 250마이크론보다 작은 크기로 분쇄한다. 분쇄된 유리는 14,000cm²/g의 비표적을 갖는다. 이 분쇄된 유리에 발포조제로서 전체첨가량에 대하여 각각 76.3wt%의 활성실리카로서의 규조토, 2.7wt%의 탄소로서의 활성카본블랙(active carbon black), 5.7wt%의 설페이트(sulfate) 및 15.3wt%의 붕산(boric oxide)이 함께 혼합되며, 이때 이러한 조성의 발포조제의 유리분말에 대한 혼합량은 발포조제 15wt%, 수화된 유리분말을 85wt%로 하여 균일하게 혼합한다. 이렇게 조합된 분말혼합물에 건조분말 기준으로 2.5wt%의 용해된 소듐 실리케이트(sodium silicate)을 가하여 잘 혼합하고 용기에 담는다. 원료분말을 담은 용기를 550∼700^oC까지 소성, 예열하고 연소적으로 750∼850^oC에서 발포시킨다. 그리고 다시 이것을 550∼650^oC의 온도에서 구조의 안정화 및 고정화를 시킨다. 형성된 발포유리는 20∼40^oC의 온도범위까지 서냉, 소둔한다.

이렇게 하여 제조된 발포유리블럭의 물성은 다음과 같다.

- 밀도 0.186g/cm³

- 열전도도 (20^oC기준) 0.045㎉/hm℃

- 수분흡수율(volume water capacity) 4.8%

- 압축강도 1.45MPa

< 실시 예2>

갈색병유리를 250μm이하되게 미분쇄한다. 분쇄된 유리분말의 비표면적은 15,000cm²/g이었다. 발포조제로서 전체첨가량에 대하여 각각 76.3wt%의 활성실리카로서의 규조토, 2.7wt%의 탄소로서의 활성카본블랙(active carbon black), 5.7wt%의 설페이트(sulfate) 및 15.3wt%의 붕산(boric oxide)을 함께 혼합하여 제조한다. 그리고 이 발포조제의 양을 20wt%, 수화된 유리분말을 80wt%되게 조절하여 가능한 균일하게 혼합한다. 이렇게 조합된 분말혼합물에 대해 건조분말 기준으로 2.5wt%되는 량의 용해된 소듐 실리케이트(sodium silicate)를 가하여 잘 혼합한다. 이 혼합분말을 금속 용기에 담아 로 속에 장입하고 500~600^oC까지 예열 소성하고 이어서 연소적으로 800∼860^oC로 가온하여 발포시킨다. 그리고 다시 이것을 520∼650^oC의 온도에서 구조의 안정화 및 고정화를 시킨다. 형성된 발포유리는 20∼40^oC의 온도까지 서냉, 소둔한다.

이렇게 하여 제조된 발포유리블럭의 물성은 다음과 같다.

- 밀도 0.198g/cm³

- 열전도도 (20^oC기준) 0.05㎉/hm℃

- 수분흡수율(volume water capacity) 4.9%

- 압축강도 1.45MPa

< 실시 예 3>

폐 투명병유리를 분쇄하고 기계적으로 시료의 입자크기가 200μm이하되게 분쇄하여 비표면적 18,000cm²/g의 유리분말을 얻었다. 발포조제로서 전체첨가량에 대하여 각각 76.3wt%의 활성실리카로서의 규조토, 2.7wt%의 탄소로서의 활성카본블랙(active carbon black), 5.7wt%의 설페이트(sulfate) 및 15.3wt%의 붕산(boric oxide)을 함께 혼합하여 제조한다. 그리고 이 발포조제의 량을 20wt%, 수화된 유리분말을 80wt%되게 조절하여 가능한 균일하게 혼합한다. 이렇게 조합된 분말혼합물에 대해 건조분말 기준으로 2.5wt%되는 양의 용해된 소듐 실리케이트(sodium silicate)를 가하여 잘 혼합한 다음 이것을 금속용기에 담는다. 원료분말을 담은 용기는 550∼690^oC까지 예열 소성하고 그리고 연소적으로 800∼870^oC로 가온하여 발포시킨다. 그리고 다시 이것을 500∼660^oC의 온도에서 구조의 안정화 및 고정화를 시킨다. 형성된 발포유리는 20∼40^oC의 온도범위까지 서냉, 소둔한다.

이렇게 하여 제조된 발포유리블럭의 특성은 다음과 같다.

- 밀도 0.171g/cm³

- 열전도도 (20^oC기준) 0.042㎉/hm℃

- 수분흡수율(volume water capacity) 4.27%

- 압축강도 1.02MPa

경량단열재로서의 저밀도 및 낮은 열전도를 갖는 발포유리를 화학적 성분을 이용하여 유리의 분말을 직접발포시켜 제조함으로써 기존의 공법에서 요구되는 고온 용융공정이나 가수분해공정 등이 필요하지 않으므로 높은 경제성이 보장되는 발포유리제조공정이 확립된다.

Claims (1)

1. 폐유리를 분말도 3,000∼50,000cm²/g의 비표면적으로 분쇄하는 유리분쇄공정과;

   소듐 실리케이트(sodium silicate) 0.1∼5.5 wt%, 40∼500m²/g의 비표면적을 갖는 탄소 0.15∼3.5 wt%, 설페이트(sulfate) 0.1∼5.5 wt%, 활성실리카(active silica) 0.5∼20.0 wt%, 그리고 붕산(boric oxide) 0.1∼10.0 wt%의 조성으로 된 첨가제혼합물 조성공정과;

   상기 분쇄된 폐유리 75∼98 wt%와 상기 첨가제혼합물 2∼25 wt%를 혼합하여 균질한 원료분말혼합물을 조성하는 공정과;

   상기 원료분말혼합물을 발포형틀에 담아 400∼700^oC로 예열소성한 후 750∼900^oC에서 발포시켜 발포유리블럭으로 만드는 공정과; 그리고

   상기 발포유리블럭을 500∼700^oC에서 안정화시키고 20∼40^oC까지 소둔(annealing)하는 공정

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐유리의 직접발포에 의한 경량단열재 발포유리의 제조방법.