KR100468033B1 - 건축용 다공성 단열 판넬과 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물유리와 규석 등으로 조성된 혼합물에 마이크로웨이브를 방사하여 기포를 형성시킨 건축용 다공성 단열 판넬과 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 다공성 단열 판넬은 물유리 100중량부에 규석이나 황토 또는 규조토 중의 적어도 하나 이상을 20∼50중량부의 비율로 혼합시킨 혼합물을 건조발포시킨 후 소성한 것으로, 상기 물유리와 규석 등을 균일하게 혼합하는 단계와; 혼합물을 상부가 개방된 케이싱에 장입하는 반성형 단계와; 케이싱에 채워진 혼합물을 마이크로웨이브에 의해 건조발포시키는 단계와; 건조발포된 혼합물을 소성시키는 단계와; 소성된 직육면체상 단열재를 절단하여 다수의 단열 판넬로 만드는 절단 단계로 이루어지며, 별도의 발포제를 사용하지 않고 마이크로에이브 방사에 의해 혼합물을 자체적으로 발포시킴에 본 발명 방법의 기술적 특징이 있다.

본 발명 건축용 다공성 단열 판넬의 제조 방법은 외부 발포제 없이 자체적으로 발포시키므로써 외부 발포제 사용에 따른 안전사고의 위험이 없으면서도 균일한 발포 및 발포 정도의 제어가 손쉬운 장점이 있다.

Description

건축용 다공성 단열 판넬과 그 제조 방법{Porous insulation panel for building interior material and its production method}

본 발명은 물유리에 규석이나 황토 또는 규조토 중의 적어도 하나 이상을 혼합시킨 혼합물을 발포시킨 다공성 단열 판넬과 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 물유리 100중량부에 규석이나 황토 또는 규조토 중에서 적어도 하나 이상을 20∼50중량부의 비율로 혼합시킨 반죽상태의 혼합물에 마이크로웨이브를 방사하여 건조발포시킨 후 소성한 건축용 다공성 단열 판넬과 그 제조 방법에 관한 것이다.

산업의 발전과 함께 다양한 형태의 환경 오염문제가 발생되고 있으나, 특히 지구의 온난화에 의한 해수면의 상승은 육지의 축소라는 심각한 상황을 초래하고 있으며, 이러한 지구의 온난화 현상은 다양한 요인들에 의해 설명이 되기도 하나 화석원료의 연소에 의한 과다한 이산화탄소의 배출이 그 주범으로 알려져 있는 바, 각 나라별 이산화탄소 배출량을 줄이고자 하는 노력이 진행되고 있다.

자동차, 각종 공장, 화력발전소, 주택난방 등 이산화탄소의 주배출원들로부터 이산화탄소의 배출을 줄이기 위해서는 화석연료를 연소시키는 장치의 효율을 극대화하거나 대체 에너지를 개발하여야 하기 때문에 일반인들이 이산화탄소의 배출 감소에 직접적으로 기여하기는 매우 어려운 실정이다.

그러나, 일반인들은 일상 생활에서 사용하는 에너지를 절약하므로써 결과적으로 이산화탄소의 배출 감소에 일조를 할 수 있으며, 일상 생활에서 사용되는 에너지를 절감하기 위한 가장 기본적인 방법으로는 사람들의 주거 및 활동 공간의 단열을 들 수 있으며, 건축물의 단열을 통하여 냉·난방 에너지의 소비를 감소시키므로써 상당한 양의 이산화탄소 배출을 감소시킬 수 있을 것이다.

그러나, 상기와 같이 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 가장 기초적인 건축물의 단열에 사용되던 종래의 단열재들은 인체에 흡입시 매우 좋지 않은 영향을 끼치거나, 폐기시 심각한 환경오염을 야기시키는 바, 종래 사용되던 단열재들을 자세히 살펴보면 다음과 같은 문제점이 있다.

일반적으로 단열재는 사용온도에 따라 약 100 ℃ 이하, 100∼500 ℃, 500∼1,100 ℃ 및 l,100 ℃ 이상에서 각각 사용되는 보냉재, 보온재, 단열재 및 내화단열재 등으로 구분되며, 각 단열재는 소재 자체의 열전도율이 작은 것이 바람직하나, 대부분 열전도율이 그다지 작지 않기 때문에, 대개의 경우 열전도율을 작게 하기 위해서 다공질화 하여 기공들 속에 포획되는 공기의 단열성을 이용하게 된다.

사용온도에 따른 단열재들 중 일반 건축물에 주로 사용되는 것은 100∼500 ℃의 보온재 및 500∼1,100 ℃의 단열재로서, 그 소재의 종류에 따라 유기질과 무기질로 크게 나뉘며, 약 150 ℃ 이하에서 사용하는 데 적합한 유기질 소재로는 코르크, 면(綿), 펠트, 탄화코르크, 거품고무 등이 있고, 고온에서의 사용이 가능한 무기질 소재로는 석면, 유리솜, 석영솜, 규조토, 탄산마그네슘 분말, 마그네시아 분말, 규산칼슘, 펄라이트 등이 있다.

상기 여러 종류의 단열재들 중에서 저렴하고 가벼워 일반 건축물의 단열재로 많이 사용되고 있으며 '스티로폼'으로도 불리우는 발포 폴리스티렌은, 폴리스티렌을 발포제의 작용으로 팽창시킨 것으로, 희고 가벼우며, 내수성·단열성·방음성·완충성 등이 우수하여 건축물의 단열재 뿐 아니라 각종 운송용 포장재로도 널리 사용되고 있으나, 화재 발생시 유독가스를 방출하고 이 가스를 흡입시 인체에 치명적일 뿐 아니라, 폐기시 자연적인 분해가 어렵기 때문에 심각한 환경오염을 초래하게 되는 문제가 있다.

그리고, 무기질 재료의 대표적인 단열재로는 '아스베스토스'라고도 불리우는 석면을 들 수 있는 바, 단열재 외에도 석면 슬레이트 등의 건축자재, 브레이크 라이닝용 등 다양하게 사용되고 있으나, 석면 가루가 인체에 흡수되어 축적되는 경우 진폐증을 유발시키는 치명적인 단점을 가지고 있어 그 사용 용도가 점차 제한되고 있으며, 암면은 암을 유발하는 성분을 포함하고 유리섬유의 경우는 인체에 흡입시 심장에 치명적인 손상을 일으키는 것으로 알려지는 등 종래의 일반적인 단열재들은 많은 문제점들을 가지고 있다.

상기와 같은 종래 단열재들의 문제점을 해결하기 위하여 환경친화적인 황토나 폐지 등을 사용한 단열재들이 개발되기는 하였으나, 스티로폼이나 우레탄폼 등에 비하여 무거운 단점이 있으며, 중량을 줄이는 동시에 단열 효과를 증가시키기 위하여 발포시켜 기공을 형성시키기도 하나 스티로폼과 같은 합성수지에 비하여 무겁고 점도가 떨어지기 때문에 발포가 쉽지 않을 뿐 아니라, 화학발포제를 사용할 경우에는 다루기가 쉽지 않고 화재의 위험도 있는 등 여러가지 문제점들이 있다.

본 발명은 종래의 각종 단열재들이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결할 수 있는 자연친화적인 재질로 이루어진 단열재를 제조하기 위한 것으로, 규석 내지는 황토 등 자연친화적인 재료를 사용하고 표면과 내부에 기공들을 형성시키되, 외부에서 발포제를 공급하지 않고 자체적으로 발포시키면서도 발포정도를 손쉽게 제어할 수 있도록 하므로써 제조 생산성이 높은 다공성 단열 판넬과 그 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 본 발명 방법의 제조 공정 흐름도.

도 2는 본 발명 일실시예 건조 혼합물 및 단열재를 보인 것으로,

(가)는 건조 혼합물 또는 직육면체상 단열재의 사시도이고,

(나)는 단열 판넬의 사시도이다.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

16. 건조 혼합물 17. 직육면체상 단열재

18. 단열 판넬

본 발명의 상기 목적은 단열 판넬을 이루는 주 조성성분이며 바인더로서의 역할을 하는 물유리와, 마이크로웨이브를 이용한 유전가열에 의하여 달성된다.

본 발명의 건축용 다공성 단열 판넬은, 규석이나 황토 또는 규조토 중의 적어도 하나 이상을 물유리 100중량부에 대하여 20∼50중량부의 비율로 균일하게 혼합하여 반죽상태의 혼합물로 만들고, 이 혼합물에 마이크로웨이브를 방사하여 건조발포시킨 후 고온에서 소성하여 만들어지며, 각 성분의 역활에 대하여 자세히 살펴보면 다음과 같다.

물유리는 규석이나 황토 또는 규조토 등을 결합시키는 바인더의 역할을 하는 동시에 본 발명 단열 판넬의 내·외부의 수 많은 기공들이 형성되는 매체로서, 이산화규소와 알칼리를 융해해서 얻어진 규산알칼리염을 진한 수용액으로 만든 것이며, 기준 양보다 적을 경우에는 단열 판넬의 결합력이 떨어지는 동시에 기공 형성량이 부족하여 단열성능이 떨어지게 되고, 기준 양보다 많을 경우에는 유리 특유의 취성이 증가하여 취약하게 된다.

규석은 주로 석영으로 이루어져 유리, 도자기 등의 원료로 사용되는 광물로서, 물유리 100중량부에 대하여 20중량부에 미치지 못하면 최종 단열 판넬의 강도가 떨어지고 응고된 물유리에 의한 취성이 증가하게 되며, 50중량부를 초과하게 되면 제조 원가가 상승하게 되고 발포시키기 어려울 뿐 아니라, 단열 판넬의 중량이증가하게 되고 형성되는 기공의 크기도 미세하여 단열성도 떨어지게 된다.

황토는 옛부터 사용되어온 건축자재로서 인체에 유익하다고 알려지면서 근래 다시 각광받기 시작한 소재이며, 규조토는 습기를 흡수하거나 발산하는 습도 조절능이 있는 재료로서, 단열 판넬의 용도에 따라 황토와 규조토는 각기 상기 규석과 같은 중량비로서 규석을 대체하여 단독으로 사용될 수도 있으나, 상기 중량비 범위내에서 두 가지 이상이 혼합되어 사용될 수도 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 단열 판넬은, 규석이나 황토 또는 규조토 중에서 적어도 하나 이상과 물유리를 균일하게 혼합하여 제조한 반죽상태의 혼합물에 마이크로웨이브를 방사하여 상기 혼합물을 건조시키는 과정에서 발포가 일어나도록 하므로써, 최종 단열 판넬의 내·외부에 수 많은 기공들을 형성시킴에 그 기술적 특징이 있으며, 상기 규석 등의 함량에 따라 혼합물의 건조발포시 형성되는 수 많은 기공들에 의해 상기 혼합물은 대략 2.5∼4배 정도의 부피 팽창이 이루어져 60%∼80%의 기공율을 갖게 된다.

상기 마이크로웨이브는 전파법상 300MHz∼300GHz의 주파수를 갖는 전자파로서, 유리, 종이 등을 투과하나, 금속에 의해서 반사되며 식품이나 물 등에는 흡수되기 쉬운 성질을 가지고 있으며, 흡수된 전자파에너지가 열로 변화하여 그 물질을 발열시키는 특성을 갖는다.

즉, 마이크로웨이브가 피가열체에 방사되면 피가열체에 함유된, 분자의 구속력이 상대적으로 약한 액상 분자의 쌍극자가 마이크로웨이브의 진동수에 따라 극성이 바뀌면서 매우 빠른 속도로 회전 또는 진동을 하게 되기 때문에 분자 상호간에마찰열이 발생하고, 이것이 액상의 물질을 가열하고 건조시키는 근원이 되며, 이러한 가열방식은 종래의 전도가열이나 복사가열 등과 같이 외부로부터 열을 공급하는 것이 아니고, 마이크로웨이브의 피방사 물체 내부와 외부가 동시에 가열되는 특성을 갖게 되는데, 이러한 가열 방법을 유전가열 방식이라고 한다.

상기 유전가열에 일반적으로 사용되는 마이크로웨이브는 2,450 MHz 정도의 주파수를 가지며, 특수한 진공관인 마그네트론으로 발생시키게 되고, 마그네트론에서 발생한 마이크로웨이브는 오븐 또는 로 내에 유도되어 주위의 금속벽에서 반사되면서 피가열체에 흡수된다.

그리고, 마이크로웨이브를 반사하는 금속으로는 스테인리스나 철판이 사용되고, 마이크로웨이브가 직진하여 금속면에서 반사되면 진행파와 반사파가 합성되어 전기장에 강한 곳과 약한 곳이 생기기 때문에 마이크로웨이브가 균일하게 피가열체에 닿도록 하여 가열차(加熱差)가 생기지 않도록 할 필요가 있으며, 이를 위해 피가열체를 움직이든지 조사되는 마이크로웨이브를 움직여서 오븐 또는 로의 전기상태를 변화시키는 방법이 적용되어야 하는 바, 일반적인 조리용 오븐의 경우에는 받침접시를 회전하는 방식이 사용되나, 로에는 금속으로 된 마이크로웨이브 교반날개를 회전시키는 방식이 적용된다.

상기와 같은 마이크로웨이브에 의한 유전가열 방식은 열전도율이 작은 재료를 단시간내에 피가열체의 표면부터 중심까지 동시에 가열하는 경우에 유효한 바, 물유리와 규석 등으로 조성된 반죽상태의 혼합물에 마이크로웨이브를 방사하여 혼합물을 건조시키는 동시에 발포시킴에 본 발명 방법의 기술적 특징이 있다.

즉, 발포제를 사용치 않고 상기 반죽상태의 혼합물에 함유된 수분과 같은 액상의 물질을 증발시키고, 증발되는 액상의 물질에 의해 기포가 발생되는 발포 과정을 유도하게 된다.

본 발명의 단열 판넬을 구성하는 규석, 황토 또는 규조토를 분쇄하고 스크리닝(screening)한 후, 규석이나 황토 또는 규조토 가루 중 적어도 하나 이상을 물유리와 혼합하여 반죽상태의 혼합물로 만들고, 이 혼합물을 반성형, 건조발포, 소성 및 절단하는 일련의 다수 공정들로 이루어진 본 발명의 제조 방법을 도 1에 도시된 공정흐름도에 의거하여 자세히 살펴보면 다음과 같다.

분쇄 단계(100)는 규석(11)이나 황토(12) 또는 규조토(13) 중 적어도 하나 이상을 물유리(14)와 균일하게 혼합되고, 성형에 적합하도록 분말로로 분쇄하는 공정이다.

스크리닝 단계(200)는 분쇄된 규석이나 황토 또는 규조토 분말을 300메쉬(mesh) 이하의 크기로 선별하는 공정으로서, 300메쉬 보다 큰 입자들은 재분쇄 과정을 거치게 되며, 이와같이 스크리닝을 실시하는 것은, 선별된 규석이나 황토 또는 규조토 분말이 300메쉬를 초과하게 되는 경우 단열 판넬을 구성하는 규석이나 황토 또는 규조토의 충진율이 떨어져 단열 판넬의 강도가 떨어지게 되고, 기공율도 저하되기 때문이다.

혼합 단계(300)는 100 : 20∼50의 중량비로서 물유리(14)에 규석이나 황토 또는 규조토 분말들 중 적어도 하나 이상을 균일하게 혼합하여 반죽상태의 혼합물(15)로 만드는 공정이며, 상기 중량비의 범위내에서 그 조성비를 조절하여단열 판넬의 강도와 기공율을 조절하게 된다.

반성형 단계(400)는 상기 혼합물(15)를 일정한 형으로 건조되도록 상부가 개방된 사각함체상의 케이싱에 장입하는 공정으로서, 최종 제품에 따라 다양한 형상의 케이싱도 가능하나, 단열재는 일반적으로 사각 판상의 형상을 하므로 다수의 사각 판상으로 자를 수 있도록 보통 사각함체상의 케이싱이 사용된다.

건조발포 단계(500)는 상기 케이싱에 채워진 혼합물(15)을 마이크로웨이브가 방사되는 건조로에서 건조와 함께 발포시켜 도 2에 도시된 건조 혼합물(16)로 만드는 공정으로서, 마이크로웨이브를 쪼이게 되는 케이싱내의 혼합물에 함유된 수분 내지는 액상 성분들은 마이크로웨이브에 의해 가열되어 기포를 발생시키게 되고, 이 과정이 발포 과정의 역할을 하게 되므로써 케이싱내의 혼합물은 직육면체의 형상으로 건조되면서 그 내·외부에 수 많은 기포를 갖게 된다.

소성 단계(600)는 상기 건조 혼합물(16)을 가열로에서 800∼900℃의 온도로 가열, 소성시켜 도 2에 도시된 직육면체상 단열재(17)로 만드는 공정으로서, 이때 가열 온도가 800℃에 미치지 못하면 단열 판넬의 강도가 부족하게 되고, 900℃를 초과하게 되면 에너지 소비가 많게 되고 과열에 의한 크랙이 발생되기 쉽다.

절단 단계(500)는 건조 및 소성된 상기 직육면체상 단열재(17)를 절단하여(또는 켜서) 다수의 단열 판넬(18)들로 만드는 최종 공정이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 방법에 있어서, 반성형 단계(400)에 사용되는 케이싱을 최종 단열 판넬의 형상으로 할 경우에는 상기 절단 단계(700)가 생략될 수도 있으나, 건조발포 단계(500)에서 기포 발생에 의한 혼합물의 부피 변화를 감안하면 케이싱을 크게 하고 절단 단계(700)를 통하여 최종 크기의 단열 판넬로 만드는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 소성 단계(600)를 거친 직육면체상 단열재(17)를 절단하기전 냉각을 시켜야 하는 바, 직육면체상 단열재(17)의 냉각이 빠르게 진행되면 크랙이 발생할 수 있기 때문에 가능한 서냉시키는 것이 바람직하다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 건축용 다공성 단열 판넬의 제조 방법은 마이크로웨이브를 이용하여 혼합물 자체에 함유된 수분 등이 증발하며 발생시키는 기포에 의해 외부 발포제 없이 자체적으로 발포시키므로써 외부 발포제 사용에 따른 안전사고의 위험이 없으면서도 균일한 발포 및 발포 정도의 제어가 손쉬운 장점이 있다.

Claims (3)

1. 물유리와 무기질 분말이 함유된 단열 판넬에 있어서, 주성분으로서의 물유리 100중량부와, 규석이나 황토 또는 규조토 분말 중의 적어도 하나 이상 20∼50중량부로 혼합 조성되며, 그 내·외부 조직은 마이크로웨이브의 방사에 의해 기공율이 65∼80%인 조직인 것을 특징으로 하는 건축용 다공성 단열 판넬.
2. 삭제
3. 규석(11)이나 황토(12) 또는 규조토(13) 중의 적어도 하나 이상을 분쇄하는 단계(100)와; 분쇄된 규석이나 황토 또는 규조토 분말을 300메쉬 이하의 크기로 선별하는 스크리닝 단계(200)와; 물유리(14) 100중량부에 분쇄 및 선별된 규석이나 황토 또는 규조토 분말 중의 적어도 하나 이상을 20∼50중량부의 비율로 혼합하여 반죽상태의 혼합물(15)로 만드는 혼합 단계(300)와; 상기 혼합물(15)을 상부가 개방된 사각함체상의 케이싱에 장입하는 반성형 단계(400)와; 상기 케이싱에 채워진 혼합물을 마이크로웨이브가 방사되는 건조로에서 건조발포시키는 단계(500)와; 건조발포된 건조 혼합물(16)을 가열로에서 800∼900℃의 온도로 가열, 소성하는 소성 단계(600)와; 소성된 직육면체상 단열재(17)를 절단하여 다수의 단열 판넬(18)들로 만드는 절단 단계(500)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 건축용 다공성 단열 판넬의 제조 방법.