KR100492863B1

KR100492863B1 - 바이오세라믹 고화제를 이용한 섬유 고화판의 제조방법

Info

Publication number: KR100492863B1
Application number: KR10-2002-0055821A
Authority: KR
Inventors: 남 출 이; 최문규
Original assignee: 피티엘산업(주); 남 출 이
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2005-05-31
Also published as: KR20040024270A

Abstract

본 발명은 바이오세라믹 고화제를 이용한 섬유고화판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형틀에 바이오세라믹 고화제를 포함하는 고화혼화액에 의해 함침된 토목섬유를 투입하고, 고화혼화액이 고화되도록하여 섬유고화판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 섬유 고화판이 굳기 전에 토목섬유(Geotextile, 유리섬유, 폐섬유대등)의 유연성과 신장성을 이용하여 어떠한 형태로든 자유롭게 변형하는 것이 가능하며, 무기계 바이오세라믹 고화제의 사용으로 제품 사용시 석면과 같은 공해물질의 발생이 없는 친환경 제품이며, 섬유가 합성고분자 자재(PET, PE, PP등)로 되어 있어 내구성, 내열성, 내화학성, 내수성이 좋으며, 자외선과 박테리아, 미생물 등에 대한 저항력이 뛰어나서 자연상태에서는 반영구적으로 사용이 가능하고 무기계 색소 첨가시 색상표현이 자유로운 친 조경성 제품이며, 시공이 간단하고 제살붙임이 가능하여 보수유지가 용이한 경제적 제품이며, 강도가 높고 차수성이 뛰어나서 방수용으로도 사용이 가능하다.

Description

바이오세라믹 고화제를 이용한 섬유 고화판의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FIBER BOARD, USING BIO CERAMIC POWDER}

본 발명은 바이오세라믹 고화제를 이용한 섬유고화판의 제조방법에 관한 것으로, 형틀에 바이오세라믹 고화제를 포함하는 고화혼화액에 의해 함침된 토목섬유를 투입하고, 고화혼화액이 고화되도록하여 섬유고화판을 제조하는 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 토목섬유를 직포상태에서 바이오세라믹 고화제를 함침, 숏크리트하여 보호, 보강기능을 증대시키고 거푸집으로 한 차수기능, 격벽기능, 마감제기능, 조형성기능으로 이어지는, 토목섬유를 응용한 분야에서 처음으로 시도되는 방법에 관한 것이다.

토목섬유는 부직포, 유리섬유, 면타기한 폐섬유 등을 가리키는 용어로서 높은 역학적 강도와 우수한 내구성 및 유연성을 가지고 있으며, 이러한 효과를 이용하여 토목, 건축, 환경분야 시설에 보호, 보강기능을 높이고져 응용되고 있다.

하지만 종래의 토목섬유를 응용하는 기술로 토목섬유를 잘게 썰어 물과 시멘트, 석고, 석면 등을 혼합하여 반죽한 뒤 성형, 건조시켜서 제품을 생산하여 왔으나, 낮은 압축, 인장강도를 가지고 있었으며, 토목섬유를 직포상태로 사용하지 못하였고, 시멘트 재질의 경우 열화현상(PH 12∼13) 때문에 인장강도와 거푸집 기능을 약화시키는 단점과 시멘트의 특성(압축강도/210kg^-5/㎠)때문에 이 분야에 있어서 고강도의 경량제로 한 내열성, 내투수성(방수성)을 확보할 수 없었다.

또한, 토목공사에 사용되는 부직포는 부직포 그대로 사용하는 경우가 많으며 강도를 높이기 위하여 시멘트 등을 살포하면 시멘트의 입도가 커서 부직포에 시멘트가 침투하지 못하고 부직포와 분리된 채 시멘트만 결합되어 있다가 조그만 충격에도 떨어져 나가고 빗물이 침투하면 내부의 석회성분이 수화작용을 일으켜 외부로 흘러나오게 됨에 따라 외관이 흉해지고 수화 작용시 발생하는 알칼리 성분과 수화열로 인해 내부의 부직포가 열화현상 때문에 영구적인 시설이 되지 못하는 결점이 있었다.

그리고 차수재로 쓰이는 HDPE는 시공이 어렵고 전기압착에 따른 완벽한 접합에 문제점을 안고 있으며 또 매립장 내 유공관, 배수시설과의 일체성을 갖추는데 있어서도 문제점이 유발되고 있다. 또한 내화성이 없고 자외선의 노출에 따른 많은 하자가 발생되고 있다.

또한 석면에 코팅할 수 있는 소재가 없기 때문에, 단독으로 이용한 제품의 경우 제품의 사용과정에서 석면이 대기로 누출되어 공해물질을 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,

BIO 세라믹 고화제를 일체화 소성공정으로 얻어지는 클링카에 최상의 침투성, 접착성을 극대화 시키고자 중합체(Polymer) 기능을 접목하고저 무기, 유기계 접착재료인 한가지 성분으로 고화 할수 있는 수용성 음이자형의 규소아크릴 수지를 공중합물(公衆合物)로 중합(Adhesiver) 극성을 개량시키고 에멀존 분말화 시켜 첨가 혼화제로 하여 최상의 침투성, 밀봉성, 내후성, 내수성을 높게 하므로서 토목섬유(부직포, 유리섬유, 폐섬유대등)를 모재료로 하여 철선, 매쉬방등과 동일한 유연성과 인장력을 확보하고 숏크리트공법을 사용하여 섬유대에 침투시킨 후 롤러로 접합 정지시켜 상온에서 건조하는 용도별 섬유고화판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 섬유고화판의 제조방법은,

① 형틀에 고화혼화액을 넣고 토목섬유를 함침시키거나, 형틀에 토목섬유를 넣고 고화혼화액을 분사하거나 주입하는 방법 중 어느 하나의 방법으로 고화혼화액을 토목섬유에 함침시키는 함침단계와; 상기 고화혼화액이 함침된 토목섬유를 포함하는 형틀을 적어도 상기 고화혼화액이 고화될 때까지 방치하는 고화단계와; 상기 고화단계후에 상기 형틀로부터 섬유고화판을 탈리시키는 탈리단계;를 갖는다.

상기 함침단계는 토목섬유에 고화혼화액이 침투되도록 하는 단계로서 형틀에 고화혼화액을 넣고 토목섬유를 넣어 함침시키는 방법과, 형틀에 토목섬유를 먼저 넣고 고화혼화액을 분사하여 함침되도록 할 수 있으며, 플라스틱을 사출하여 성형하는 것처럼 적어도 2개의 서로 맞물리는 형틀과 형틀의 사이의 공간에 토목섬유를 넣고 주입구를 통하여 고화혼화액을 주입하여 함침시킬수도 있다.

② 토목섬유를 고화혼화액을 담은 함침통에 넣어 함침시키는 함침단계와; 상기 함침단계를 거친 고화혼화액이 함침된 토목섬유를 형틀에 넣어 성형하는 성형단계와; 상기 성형단계후 적어도 상기 고화혼화액이 고화된 후에 상기 형틀로부터 섬유고화판을 탈리시키는 탈리단계;를 갖는다.

또한, 토목섬유를 고화혼화액은 유동물질로 하고 있으나 담그면 토목섬유의 사이사이에 부착된 공기에 의해 토목섬유의 공극에 고화혼화액이 침투하지 못할 가능성이 있으므로, 상기 함침단계 중간에 상기 형틀 또는 함침통을 진동시켜 상기 고화혼화액와 토목섬유사이의 공극을 제거하는 진동단계를 추가로 갖는 것이 바람직하다.

상기 고화혼화액은 세라믹고화제의 비율을 10%이하로 하는 경우에는 실제로 잘 섞이지 않으며, 세라믹고화제의 비율을 80%이상으로 하는 경우에는 너무 묽어 고화혼화액의 역할을 제대로 하지 못한다. 따라서, 상기 고화혼화액은 세라믹고화제를 100중량%에 물 65내지 70%가 혼화된 것이 바람직하며, 통상적으로는 세라믹고화제 100중량%와 물 70중량%가 되도록 하여서 시공한다.

그리고, 직포(Woven Geotentile), 부직포(Nonwoven Geotentile), 복합포(Composite Geotentile) 등 기존의 토목섬유는 각각 역학적 인장강도 강화 등의 용도별 목적을 향상시킬 목적으로 제조되어 있는데 본 발명에 있어서 토목섬유는 통상의 직물 또는 섬유형태를 유지하는 어떠한 재질의 직물 또는 섬유라도 무방하다.

하지만 본 발명은 바이오세라믹 고화제가 포함되어 있는 고화혼화제를 토목섬유에 침투, 결합, 고화시키기 때문에 토목섬유 제조공정에서 기존제품보다 20∼30% 정도 느슨하게 제조한 토목섬유를 사용하는것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 바이오세라믹 고화제는 무기화합물이고, 그 화학성분은 표1과 같으며, 물성은 표2와 같다.

항목	SiO₂	Fe₂O₃	TiO₂	Al₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	SO₃	Zn	비표면적(㎡/kg)
%	6.8	2.29	0.52	11.57	56.9	1.4	0.49	0.26	9.5	0.05	5000
비고 : SO₃ : KSL5120-99, Zn : ICP분석, 기타 : KSL4007-96

항 목	단 위	물 성
내 연 성	-	불연성
인장강도	kgf/㎠	200
압축강도	kgf/㎠	600
휨 강 도	kgf/㎠	400
충격강도	kg.cm	9.0
밀 도	g/㎠	1.70
흡 수 율	%	0.01
내 열 성	100℃/2Hr	이상없음

본 발명에 사용된 바이오세라믹 고화제(PH11이하)는 Al₂O₃·SO₃함유량이 높은 포타시움 앨럼계[(CK₂SO₄·Al₂·(SO₂)₃·4Al₂(OH₃)] 보크사이트나 알루미나 광물과 CaO(석회), CaSD₄(석고) 광물을 이론적 배합비로 하여 1,200∼1,300℃에 2시간 소성공정으로 얻어진 클링커를 생성하고, 클링커를 분쇄하여 얻은 최상의 에트린자이트는 침상결정이 수화물을 생성, 에트린자이트 결정 성장압에 의하여 평창력이 시멘트의 경화수축을 보상하여, 균열, 방수, 고강도, 조강성을 개선증대 시킨다.

이렇게 제조된 클링커는 그 자체에 함유된 칼슘성분이 불안정한 알칼리인 K₂O로 존재하는 것이 아니고 수용성 황산염으로 중성염인 2CaSO₄·KSO₄로 존재하게 되어 시멘트의 알칼리 반응에 영향(PH11)을 받지 않으며, 토목섬유에 응용할 경우 시멘트/콘크리트(PH12∼14)와 같은 열화현상에 영향을 받지 않기 때문에 본 발명에 있어 토목섬유를 직포상태로 사용할 수 있는 특징을 가진 신소재이다.

특히 이렇게 제조된 클링커는 침투성, 접착성을 극대화시킬 수 있도록 두가지 물질을 한가지 성분으로 고화할 수 있는 수용성 음이자형의 무기접착제와 유기접착제인 중합계 접착제를 중합, 공유결합시켜 무기세라믹과 접착제 사이에 에멀죤상용성을 근접용이하게 하여 토입자와 접착제 간에 물리적 화학적 성질과 접착능력을 최상으로 극성을 개량한 무기 복합 세라믹 고화제로 조합된 고분자 (5,000~130,000) 무기계 복합신소재 BIO 세라믹 고화제이다.

또한 본 발명에서 사용하는 토목섬유중 Geotextile(PET, 장섬유)의 물성은 표3과 같다.

구 분	단위	SGFP200	SGFP300	SGFP400	시험방법
중 량	g/㎡	250	300	400	KST : KSK0514
인장강도	kg/㎠(kg/1")	11.00(71)	13.95(90)	19.68(127)	KSK0520
인장신도	%	60이상	60이상	60이상	KSK0520
투수계수	cm/sec	α×10^-1(α=1∼9)			KST2322

상기 표3과 같이 토목섬유의 자체에 높은 물성을 나타남을 특징으로 토목 기초지반의 지지력 및 침하방지 등으로 널리 쓰이고 있다.

본 발명에서 상기 Geotextile SGFP300과 SGFP400을 이용하여 제작한 섬유고화판의 두께별 물성은 표4와 같다.

구 분	단 위	SGFP300코팅제	SGFP400코팅제	시험방법
중량/두께/T	g/㎡/mm	300/T, 0.4(소재)	400/T, 0.5(소재)	KSK0514
인장강도	kgf/㎠(Kg/1")	1겹/30.8(198.7)2겹/37.5(241.9)	1겹/44.7(288.3)2겹/52.4(388.0)	KSM300-98
인장신도	%	100이상	100이상	〃
압축하중	kgf	1겹/131.52겹/421.53겹/1632.0		KSF-4004-97
굴곡강도	N/㎠	182이상	216이상	KSM-3008-98
비 고	본 시험에 있어 300에 코팅제는 1겹두께/6mm, 2겹두께/10mm400에 코팅제는 1겹두께/8mm, 2겹두께/10∼12mm, 3겹두께/13∼15이다.

상기 표3과 표4의 물성치를 비교해보면 바이오세라믹 고화제는 콘크리트에 비해 낮은 물의 계수(고화제 100%중량비, 물 60∼70%중량비)에서 인장강도와 휨 강도가 3∼10배가 높고, 낮은 온도에서도 뛰어난 유연성을 보인다.

또한 투수계수가 낮아서 방수용으로도 사용이 가능하며 섬유 두께를 조절하면 건축재로서 얇은 천정재는 물론 방화벽으로의 사용도 가능하며, 인장강도(300kgf/㎠)가 높아 자연환경 경과에도 오랜 기간 일정성을 유지하고 응력도가 뛰어나며 표면은 원하는 색상을 넣어 제작 할 수 있어 조경성도 뛰어나다.

특히 온도 팽창계수는 강철과 비슷하게 낮아 F에서 인치당 7×10^-6으로 충격에도 강하고 하중에 의한 손상이 적으며, 자체 균열이 없고, 어떤 건축재료제품과도 접착성이 좋아 각종 건축내, 외장재, 구조물 보수, 방수등 응용범위가 넓고 제품의 개, 보수가 용이하며, 공해물질의 발생이 없는 친환경적인 재료이다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예1]

도1은 본 발명에 따른 섬유고화판의 제조방법의 실시예1이다.

도1을 살펴보면, (a)에서는 형틀(10)이 준비되어 있다. 형틀(10)은 성형하고자하는 섬유고화판(50)의 형태에 따라 자유롭게 조절할 수 있다. 형틀(10)에 토목섬유(20)를 안치시키고 노즐(30)에서 고화혼화액(40)을 분사한다. 노즐(30)은 형틀(10)의 상부에서 이동하며 고화혼화액(40)을 분사하도록 되어 있다. 형틀(10)이 작은 경우에는 노즐(30)을 고정시켜도 무방하다.

(b)에서는 고화혼화액(40)이 함침된 상태를 나타내고 있다. 도면에서는 고화혼화액(40)이 일정 두께로 되어 있으나 노즐(30)에서 분사된 고화혼화액(40)의 양 또는 분사된 횟수에 의해 두께는 조절될 수 있다. 또한 도면에서는 토목섬유(20)가 고화혼화액(40)에 내포된 것으로 되어 있으나, 실제 제작시에는 토목섬유(20)가 고화혼화액(40)의 하부면으로 치중되어 위치하기도 한다.

(b)에서 일정시간이 경과되면 고화혼화액(40)이 고화되며, 생성된 섬유고화판(50)과 형틀(10)은 (c)와 (d)로 분리된다.

[실시예2]

도2는 본 발명에 따른 섬유고화판의 제조방법의 실시예2이다.

도2의 (a)를 살펴보면, 형틀(10)과 상부형틀(12)이 맞물리도록 되어 있다. 형틀(10)과 상부형틀(12)의 사이에는 사용자가 원하는 형태의 공간이 있으며, 형틀(10)에는 주입구(14, 상부형틀에 위치시킬 수도 있음)가 있다. 형틀(10)과 상부형틀(12)의 사이 공간에 토목섬유(20)를 설치하고 주입구(14)로 고화혼화액을 주입한다. 도면에는 표시하지 않았으나, 형틀(10)과 상부형틀(12)의 사이 공간에 있던 공기가 빠져나갈 공기배출구를 만들 수도 있다.

(b)에서는 상부형틀(12)를 분리하는 도면으로서, (a)에서 일정시간 경과하면 상부형틀(12)를 분리한다. (a)에서 고화혼화액(40)을 주입한 직후에 상부형틀(12)을 분리할 수도 있으며, 이 경우에는 (b)단계에서 고화혼화액(40)이 고화될 때까지 방치한다.

(b)를 거친 형틀(10)에서 섬유고화판(50)과 형틀(10)가 (c)와 (d)로 분리되어 섬유고화판(50)이 생산된다.

[실시예3]

도3은 본 발명에 따른 섬유고화판의 제조방법의 실시예3이다.

도3을 살펴보면, (a)에서는 고화혼화액(40)이 들어있는 함침통(60)에 토목섬유(20)를 담가 고화혼화액(40)을 함침시킨다. (a)의 토목섬유(20)을 함침통(60)으로부터 꺼내어 (b)와같이 고화혼화액(40)이 일정량 함침된 토목섬유(20)를 미리 준비된 형틀(10)에 올려 (c)와같이 위치시킨다.

(c)에서는 고화혼화액(40)이 함침된 상태를 나타내고 있다. 도면에서는 고화혼화액(40)이 일정 두께로 되어 있으나 노즐(30)에서 분사된 고화혼화액(40)의 양 또는 분사된 횟수에 의해 두께는 조절될 수 있다. 또한 도면에서는 토목섬유(20)가 고화혼화액(40)에 내포된 것으로 되어 있으나, 실제 제작시에는 토목섬유(20)가 고화혼화액(40)의 하부면으로 치중되어 위치하기도 한다.

(c)에서 일정시간이 경과되면 고화혼화액(40)이 고화되며, 생성된 섬유고화판(50)과 형틀(10)은 (d)와 (e)로 분리된다.

[실시예4]

도4는 본 발명에 따른 배수로 구조물 제조 방법의 실시예이다.

도4를 살펴보면, 기존 콘크리트 구조물 제작 방법과 같이 2개 용도별 형틀을 제작한 후 형틀(10)을 반대로(바닥쪽을 위로) 설치한 다음, 고화혼화액에 함침시킨 토목섬유(20)를 형틀(10)에 밀착 접착시킨 후 다시 겹쳐서 다른 토목섬유(20-1)를 그 위에 접착 시공한다. 그리고 상부형틀(12)을 설치하고 주입구(14, 형틀에 위치시킬 수도 있음)를 통해 고화혼화액을 형틀(10)내 주입한 후 일정시간이 경과되면 고화혼화액이 고화되며, 생성된 배수로 구조물(70)과 형틀(10)은 분리하게 된다.

위와 같은 방법으로 제조되는 배수로 구조물(70)은 시공현장에서 요구되는 두께 및 요구압축, 인장강도에 따라 토목섬유(20)를 1겹, 2겹, 3겹, 4겹 등 다양하게 구성하여 제작할 수 있다.

또한 토목섬유(20)과 다른 토목섬유(20-1)은 동일한 재질도 가능하며, 서로 다른 재질의 토목섬유도 가능하다.

실시예1 내지 실시예4에서 도면에는 나타나지 않았지만, 형틀(10) 또는 함침통(60)을 진동시키는 진동기(미도시)를 설치하면 보다 강도높은 섬유고화판(50) 내지 배수로 구조물(70)을 얻을 수 있다.

[실시예5]

도5의 (a)는 도4에 의해 생산된 배수로 구조물의 설치사시도이며 (b)는 도 5(a)에서의 연결부 단면도이다.

(b)를 살펴보면, 배수로 구조물(70)을 연결시공함에 있어 각각의 배수로 구조물(70)과 배수로 구조물(70) 사이를 약간 띄우고 밑면에 고화혼합액에 함침시킨 토목섬유테이프(22)를 접착시킨 후 내부공간을 몰타르 또는 고화혼합액에 함침시킨 토목섬유(20)를 잘게 썬 조각으로 채우고 정지 마감 작업한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 기존의 섬유를 모재로 하고 시멘트, 석고, 석면 등의 혼화액을 함침시켜 제조한 천장재, 벽 등의 건축자재와, 토목섬유를 모재로 한 시멘트 숏크리트 제품을 대신하여 바이오세라믹 고화제를 섬유에 함침시키거나 숏크리트 공법으로 침투시켜 제조한 섬유고화판으로 종래의 기술보다 뛰어난 다음과 같은 여러 가지 효과를 수반하게 된다.

① 섬유고화판이 굳기 전에 섬유의 유연성을 이용하여 어떠한 형태로든 자유롭게 변형하는 것이 가능하다.

② 무기계 바이오세라믹 고화제의 사용으로 제품 사용시 석면과 같은 공해물질의 발생이 없는 친환경 제품이다.

③ 섬유가 합성고분자 자재(PET, PE, PP등)로 되어 있어 내구성, 내열성, 내화학성, 내수성이 좋으며, 자외선과 박테리아, 미생물 등에 대한 저항력이 뛰어나서 자연상태에서는 반영구적으로 사용이 가능하고 무기계 색소 첨가시 색상표현이 자유로운 친 조경성 제품이다.

④ 시공이 간단하고 제살붙임이 가능하여 보수유지가 용이한 경제적 제품이다.

⑤ 강도가 높고 차수성이 뛰어나서 방수용으로도 사용이 가능하다.

도1은 본 발명에 따른 섬유고화판의 제조방법의 실시예1.

도2는 본 발명에 따른 섬유고화판의 제조방법의 실시예2.

도3은 본 발명에 따른 섬유고화판의 제조방법의 실시예3.

도4는 본 발명에 따른 배수로 구조물 제조 방법의 실시예4.

도5의 a는 도4에 의해 생산된 배수로 구조물 설치사시도.

도5의 b는 도5의 a에서의 연결부 단면도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ***

10. 형틀 12. 상부형틀 14. 주입구

20. 토목섬유 22. 토목섬유테이프 30. 노즐

40. 고화혼화액 50. 섬유고화판 60. 함침통

70. 배수로 구조물

Claims

형틀에 고화혼화액을 넣고 토목섬유를 함침시키거나, 형틀에 토목섬유를 넣고 고화혼화액을 분사하거나 주입하는 방법 중 어느 하나의 방법으로 고화혼화액을 토목섬유에 함침시키는 함침단계와;

상기 고화혼화액이 함침된 토목섬유를 포함하는 형틀을 적어도 상기 고화혼화액이 고화될 때까지 방치하는 고화단계와;

상기 고화단계후에 상기 형틀로부터 섬유고화판을 탈리시키는 탈리단계;를 갖되,

상기 고화혼화액은 pH11이하의 약알칼리인 것을 특징으로 하는 섬유고화판의 제조방법.
토목섬유를 고화혼화액을 담은 함침통에 넣어 함침시키는 함침단계와;

상기 함침단계를 거친 고화혼화액이 함침된 토목섬유를 형틀에 넣어 성형하는 성형단계와;

상기 성형단계후 적어도 상기 고화혼화액이 고화된 후에 상기 형틀로부터 섬유고화판을 탈리시키는 탈리단계;를 갖되,

상기 고화혼화액은 pH11이하의 약알칼리인 것을 특징으로 하는 섬유고화판의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 함침단계 다음에,

상기 형틀을 진동시켜 상기 고화혼화액과 토목섬유사이의 공극을 제거하는 진동단계를 추가로 갖는 섬유고화판의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 고화혼화액은 바이오세라믹 고화제 10 내지 80중량%와 물 20 내지 90중량%가 혼화된 것을 특징으로 하는 섬유고화판의 제조방법.