KR100503742B1

KR100503742B1 - 무석면 압출성형식 건축자재조성물 및 이를 이용한건축성형품

Info

Publication number: KR100503742B1
Application number: KR10-2003-0006742A
Authority: KR
Inventors: 임종복
Original assignee: 주식회사 코엠이엔지; 임종복
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2005-07-26
Also published as: KR20040070573A

Abstract

본 발명은 무석면 압출성형식 건축자재조성물 및 이를 이용한 건축성형품에 관한 것이다.

세멘트를 혼화제등으로 구성되는 개선제와 섬유재를 함께 혼련하여 고온고압으로 압출한 다음 증기양생처리하므로서 최단시간에 양생이 되므로, 목재나 금속재혹은 합성수지재를 대용하여 창문틀, 창호상부용인방재, 벽판넬과 같은 건축자재로 응용되고 있다. 이러한 제품에서 섬유재는 성형품에 인장강도를 부여하는 동시에 압출중에 발생하는 열수축변형, 수분변형등의 단점을 보완하기 위하여 필수적인 성분이다. 따라서 현재까지 이용되는 섬유재중에서 가장 저렴하면서도 효과가 있는 석면을 주요한 재질로 사용하고 있으나 석면이 갖는 발암성때문에 이를 대체하는 다양한 방법들이 강구되고 있다.

본 발명은 세피오라이트(해포석)를 사용하되 적어도 2mm이상의 길이를 갖는 세피오라이트를 사용하므로서 무석면상태에서 압출성형하고 이어서 고온고압으로 양생처리하여도 석면을 사용한 제품과 화학적물리적 안정성과 내구성을 갖춘 세멘트압출성형품을 개발하게 되었다.

Description

무석면 압출성형식 건축자재조성물 및 이를 이용한 건축성형품{Construction material composition without using asbestos for pressure extrusion type and its production}

본 발명은 무석면압출성형식 건축자재조성물 및 이를 이용한 건축성형품에 관한 것이다.

세멘트는 다양한 성능개선제, 부형제등을 함께 배합혼련하여 주어 일정한 형틀내에서 양생처리하면 암석과 같은 강도를 갖는 다양한 제품을 생산가능하게 하는 중요한 건축소재이다.

따라서 이 세멘트재를 이용하여 창문틀, 벽판넬등을 연속압출식 혹은 사출식으로 다양한 건축자재를 생산하고 있으며, 이중에서 창문틀, 벽판넬등으로 이용되는 것은 진공압출성형방법을 사용한다.

진공압출성형방법은 도 1에 도시하듯이 세멘트, 규석분과 같은 무기질분체원료를 중앙제어실에서 자동계량에 의하여투입하고, 석면과 가소제등 기타 혼화제도 계량하여 투입하며(S200),석면, 펄프등의 섬유사를 해섬하여 주는 해섬처리하는 단계(S210),

세멘트,규석문, 석면 및 가소제와 기타 혼화제는 건식혼합기에 투입한 후 약 120∼180초동안 건식혼합을 실시하고(S220),

혼합이 완료하면 물을 25∼30중량%투입하여 건식혼합과 함께 습식혼합을 하며(S230),

습식혼합(혼련)이 완료되면 니더기(kneader)로 균질혼합하고 압출기로 투입하여 퍼그스크류, 진공실, 오거스크류, 게이트 및 최종다이스를 통과하여 여러가지 제품으로 압출성형되는 것이다(S240).

이같이 압출성형된 제품은 컨베이어벨트로 이동하면서 필요한 길이와 폭으로 절단처리하며 이어서 증기양생조에서 양생처리한다(S250).

1차로 양생이 되면 제품의 물리적 휨, 표면상태를 검사하고 마지막으로 2차절단하여 다시 오토클레이브에서 양생처리한다(S260).

오토클레이브의 고온고압양생이 완료되면 최종적인 제품으로 여러가지검사후에 최종가공하는 공정을 거쳐 출하된다(S270).

이같은 과정에서 석면(石綿)은 우선 가격이 저렴하며, 내화성이 강하고 마찰에 잘 견디면서도 내화학성이 뛰어나고, 특히 압출성형시 성형품의 보형성유지, 세멘트와의 접착성, 안정된 내화학성등이 우수하여 최적의 첨가제로 이용되어 오고 있다.

그러나 이같은 특징에도 불구하고 석면폐증, 폐암 및 중피종등의 무서운 불치의 질병발생원인물질로 지적되면서 석면을 대체하는 다양한 연구가 진행되고 있다.

석면의 사용량은 대개의 경우 세멘트와 기타 첨가물의 중량에 기준하여 건식상태에서 전체성분에서 10%이상이며, 이 이하로 첨가시 압출후 성형품이 도 3과 같이 심각한 형태변형 현상이 발생한다.

석면대체사용품으로 2000년특허출원제46984호의 경우 석면대신에 셀룰로오스섬유, 세피오라이트 및 폴리프로필렌섬유를 혼합하는 방법을 제시하고 있다.

상기한 특허의 경우 석면의 사용량을 3%정도로 낮추도록 하고 그 보완품으로 셀룰로오스섬유, 세피오라이트 그리고 폴리프로필렌섬유를 사용하므로서 석면를 대신한 기능을 갖추도록 개빌하였다. 그러나 일단 압출성형시 펄프가 수분을 배출하면서 도6에 압출 제조공정시의 사진에 나타나듯이 압출된 제품의 표면이 균일하지 못하고 변형이 발생하며, 특히 170내지 180℃로 유지되는 고온고압의 증기로 양생시 도 5에 나타나듯이 플리프로필렌섬유사가 열에 의하여 용해되면서 섬유로서의 기능을 상실하여 다양한 공극을 형성하게된다. 따라서 양생된 제품은 표면이 거칠음은 물론 다양한 공극의 형성으로 습기를 흡수하게된다. 습기가 차게되면 결국 동절기에는 균열의 원인이 되고, 하절기에는 수분의 침투문제를 발생한다. 특히 강도가 약하므로 창문틀이나 벽판넬의 경우 크랙이 발생하면서 심각한 사후처리의 중요한 문제로 지적되어오고 있다. 세피오라이트를 석면대신에 전량 사용하는 경우라하여도 석면의 사용으로 얻어지는 물리적 화학적 특성의 반도 나타나지 못하여 생산된 제품의 표면불균일, 압출후 형태유지불균일성등으로 제품으로서 거의 출하하지 못하고 있는 상태이다.

본 발명은 석면자체의 사용을 하지않으면서도 석면을 사용한 것과 동일한 수준의 혹은 그이상의 보강성과 가공성을 확보할 수 있는 압출성형용 조성물을 개발하고자 한다.

또한 이 조성물을 이용하여 다양한 창문틀이나 벽판넬과같은 건축자재를 생산토록 하여 기존의 석면함유제품을 대체한 건축자재를 제공하고자한다.

본 발명은 석면을 일부 대체하는 수준이 아니라 석면자체의 사용을 없앤 무석면 세멘트압출성형조성물과 그 조성물로 제조한 건축성형품에 관한 것이다.

일반적으로 상술한 특허출원제2000-46984호는 석면을 전면대체하지 못하고 그 사용량을 3%이하로 줄이는 대신에 세피오라이트일부와 셀룰로오스섬유, 펄프, 폴리프로필렌섬유를 함께 사용하여 비석면제품을 개발하였으나 본 발명은 석면을 완전대체한 무석면제품을 제공하면서도 석면을 사용한 것과 동일한 혹은 그이상의 보강성을 제공하는 제품을 개발하고자 한다.

본 발명은 세멘트 45내지 65중량%, 규석분 20.3 내지45중량%, 세피오라이트 9내지 13중량%, 가소제 0.7내지 1.7중량%로 구성된 무석면 세멘트압출성형품용 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서 세멘트는 일반적인 포트런트 세멘트계열을 의미하며, 45%보다 적게 사용하면 양생후 목적한 강도와 내구성을 발휘하기 어려우며, 65%보다 많게 배합하면 다른 제품의 사용량이 적어지면서 역시 목적한 성형품의 특성을 얻기 어렵다.

본 발명에서 규석분은 320메시이하의 것으로 세멘트가 갖추지 못한 강도를 보강하는 역활과 부형제로서 기능한다. 20%이하로 사용하면 목적한 보강기능을 발휘하지 못하여 45%보다 많게 사용하면 강도보강효과는 있으나 가공성을 떨어뜨리면서 제품의 인장강도가 낮아지고 외관이 불균일하게 된다.

본 발명에서 세피오라이트는 길이 2에서 6mm, 습식부피(KS E 3803 습식부피시험기준)가 500~700ml인 섬유사로 9%보다 적게 사용하면 가공성이 떨어져 압출성형후 성형형태의 유지가 어려웁고, 인장강도가 낮아지게 된다. 반대로 13%보다 많게 사용하면 인장강도가 높아지면서 안정된 성능을 발휘하지만 압축강도나 휨강도는 오히려 약화되어, 혼합비율만큼 이상의 성능개선효과를 발휘하지 못하여 경제성이 낮아진다. 또한 길이가 2mm보다 적은 세피오라이트를 사용하는 경우 압출성형후에 성형품의 형태가 유지되지 못하고 표면이 거칠게 구성된다. 또한 습식부피가 200이하로 낮아지고 크랙의 발생이 되어 목적한 품질을 보이지 못한다.

본 발명에서 가소제는 일반적인 세멘트혼련시 여러가지 성분이 균일하게 혼합되면서 가소성을 유지토록하는 기능과 각성분간의 접착성을 확보하기 위한 것으로, 백색 미분말 상태의 히드록시메틸셀룰로스, 히드록시에틸셀룰로스, 에틸히드록시에틸셀룰로스등이며, 이들을 통칭하여 현장에서는 MC라고 칭한다. 본 발명에서는 이들 중에서 가격대 성능비를 비교하여 메틸 혹은 에틸기 치환된 셀룰로스계열가소제(MC)를 사용한다.

본 발명의 또다른 특징으로는 상기한 MC계열의 가소제와 함께 애터펄자이트클레이((Mg,Al)Si₄O₁₀(OH)4H₂O를 배합하여 사용하므로서 고가의 MC계열 가소제를 대신하는 동시에 보다 우수한 물성을 발휘토록 하는 것이다. 애터펄자이트 클레이는 자체적으로 무수한 기공을 갖춘 다공성 성분으로 주로 규산(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 산화철(Fe₂O₃), 칼슘, 마그네슘, 칼리, 망간, 티타늄등으로 구성된다. 가장 바람직하게는 2내지 3의 밀도를 갖는 것을 사용한다. 애터펄자이트클레이와 MC계열가소제는 건식혼합물 전체중량의 0.2내지 1.0: 0.5내지 0.7의 비율로 배합하여 사용한다.

상기한 구성에 의한 구체적인 제조실시예를 설명한다.

제조실시예1

세멘트52.5중량%, 규석분 35중량%, 세피오라이트 11.8중량%, MC계열가소제 0.5중량%, 애터펄자이트클레이 0.2중량%를 칭량하여 균질혼합하고 이어서 나머지 잔량을 물로 충진하여 습식혼련하였다. 균질혼련이 된 것을 스크류압출기를 통하여 창문틀의 다이스플 통하여 압출토록 하여 길이 1m의 성형품을 제조하였다. 제조된 것을 170내지 180 ℃ 그리고 8.0 ~ 10.0 kg/㎠ 의 오토클레이브내에 진입시켜 24시간 양생처리하여 가로,세로,길이가 각각 15cm, 10cm , 1m의 샘플을 제조하였다.

이하 나머지 실시예는 표I에 의하여 설명한다.

표Ⅰ (단위 중량%)

조성분	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7	실시예8	실시예9
세멘트	52.5	56.7	53.3	48.8	45.2	49.3	47.3	65
규석분	35.0	33	35.5	38.1	40.3	39.4	39.4	20.3
세피오라이트	11.7	9.3	9.8	11.7	12.8	9.8	11.8	13
MC	0.5	0.7	0.5	0.6	0.7	0.6	0.6	0.7
애터펄자이트클레이	0.2	0.3	0.9	0.8	1.0	0.9	0.9	1.0
건식합계	100	100	100	100	100	100	100	100
물	25	30	25	25	30	25	25	25

비교실시예1

세멘트55중량%, 규석분 35중량%, 세피오라이트 3중량%, 셀룰로오스섬유 2중량%, 폴리프로필렌 0.1중량%, 메틸셀룰로스 2중량%를 배합하여 실시예1과 동일한 조건으로 동일한 크기의 샘플을 제조하였다.

여기서 셀룰로오스섬유란 목질계의 펄프(주로 폐지를 이용함)를 이용하였다.

상기한 제조실시예1에서 10의 샘플과 비교실시예의 제품을 비교한 시험결과는 다음과 같다.

	탄성계수(㎏/㎟)	인장강도(㎏/㎠)	흡수율(%)	함수율(%)	습식부피:세피오라이트	세피오라이트:길이(㎜)	길이변화율(%)	내동해성
제조실시예1	2050	42	9.8	4.4	670	2∼6	0.08	X
제조실시예2	2065	44	9.8	4.3	670	2∼6	0.078	X
제조실시예3	2072	45	9.8	4.4	672	2∼6	0.081	X
제조실시예4	2074	45.5	9.8	4.5	669	2∼6	0.082	X
제조실시예5	2076	45.8	9.9	4.56	672	2∼6	0.083	X
제조실시예6	2071	45.4	9.7	4.55	678	2∼6	0.078	X
제조실시예7	2067	45	9.8	4.57	688	2∼6	0.089	X
제조실시예8	2058	45	9.8	4.53	658	2∼6	0.84	X
제조실시예9	2052	48	10.1	4.43	668	2∼6	0.84	X
비교실시예 1	2316	29	11.5	4.9	110	2이하	0.6	X

*비고 : 인장강도시험 KS L 5104(수경성 세멘트 모르터의 인장강도 시험방 법)

휨강도 (KS F 2403)(단순보 중앙점 하중법)

탄성계수 (KSF 2273) 선형구간내에서 휨하중의 변화를 휨의 변형길이로 나누어서 탄성영역의 기울기를 구함.

상기한 표에 나타나듯이 본 발명의 조성물에 의한 제품은 습식부피:세피오라이트가 6배정도의 차이를 보이며, 특히 인장강도는 배가까운 차이를 보인다. 특히 문제로 되는 것은 비교실시예의 경우 고온(170 ℃이상)고압에서 양생시 폴리프로필렌이 용융되면서 섬유사로서의 인장보강기능이 사라지고, 이곳에 발생한 공극에 의하여 여러가지 문제를 야기한다. 또한 펄프의 사용으로 양생이 된 다음에 이 펄프섬유를 타고 습기의 흡수방출현상으로 동절기 동해의 문제도 예측되는 것이다.

또한 펄프섬유를 사용하므로서 펄프섬유의 흡수력에 의하여 부피변화가 심한 비교실시예의 경우 동하절기 외부노출된 창문틀로 사용시 심한 문제를 발생하게 된다.

본 발명에서 사용한 세피오라이트는 사용한 섬유사길이를 2내지 6mm로 이들 섬유사들이 서로 얽히면서 그물망구조를 형성하는 동시에 혼련압출시에는 적절히 습식부피의 팽창으로 압출저항을 없애고, 압출후에는 성형한 상태를 양생완료시까지 그대로 유지하는 효과를 발휘하여 종래 석면사용제품과 동일하거나 보다 우수한 강도특성을 보여주는 것이다.본 발명에서 세피오라이트를 0에서부터 15%까지 첨가하여 비교 사용량에 따른 파괴하중, 압축강도, 휨강도를 시험하였다. 세피오라이트의 성분비를 하기 표와 같이 0에서부터 15중량%까지 변화하면서 가로×세로×두께=5×5×5의 시편을 각경우 3개씩 성형하여 증기압력 양생한 것을 시험처리하였으며, 그 측정결과값은 아래 표와 같다.

세피오라이트배합비(중량%)	시편번호	세로양생완료후측정값(㎝)	가로양생완료후측정값(㎝)	두께양생완료후측정값(㎝)	파괴하중(㎏/㎠)	압축강도(㎏/㎠)	휨강도(㎏/㎠)
0	1	5.06	5.21	5.17	17600	653.4	150.5
	2	5.08	5.17	5.20	15950	593.3	120.0
	3	5.05	5.24	5.24	17950	653.7	150.5
3	1	5.02	5.10	5.14	16350	623.7	130.5
	2	5.13	5.22	5.20	16800	618.9	125.0
	3	5.02	5.27	5.29	17000	609.8	120.0
5	1	5.02	5.13	5.10	14700	561.9	105.0
	2	5.04	5.09	5.11	15250	586.3	108.5
	3	5.01	5.08	5.08	16900	616.1	123.5
7	1	4.95	5.00	5.08	17100	673.2	160.5
	2	5.03	5.07	5.08	16750	650.3	155.0
	3	5.10	5.07	5.08	17500	674.2	160.5
9	1	5.07	5.04	5.04	17250	680.4	168.0
	2	4.99	5.03	5.03	16050	635.6	160.5
	3	5.00	5.06	5.06	18250	717.0	180.0
11	1	5.08	5.06	5.06	15300	597.6	110.5
	2	5.04	5.06	5.07	15700	612.0	120.5
	3	5.00	5.06	5.05	16100	630.1	158.5
13	1	5.00	5.06	5.04	16450	647.6	150.5
	2	5.05	5.04	5.04	16900	665.3	160.0
	3	5.01	5.04	5.07	16950	660.7	158.5
15	1	5.10	5.06	5.09	14350	557.2	110.5
	2	5.13	5.06	5.06	14450	564.4	107.5
	3	5.06	5.06	5.04	14250	558.8	108.5

* 비고 :기자재명:만능재료시험기 2.모델명:AG-10TE 3.제작회사: SIHMADZU(일본) 4.Capacity: 1gf ~ 10,000kgf (0.01N ~ 100KN) 5.시험항목:압축강도, 휨강도,인장강도 등을할 수 있는 시험기계 입니다상기 시험결과표에 나오듯이 세피오라이트의 첨가가 9%보다 적은 경우 일반적으로 건축콘크리트 구조물에 대한 휨강도기준(KSF 4735)에서 정한 140보다 낮아 지며, 13%보다 많은 15%의 경우에도 역시 휨강도가 급격히 낮아지는 현상을 보인다. 또한 7%의 배합비의 경우 압축강도나 휨강도는 규정 수준에 근접하여도 시편의 가로, 세로, 두께의 변화율이 양생전후에 크게 차이를 보여 제품으로 출하시 생산현장에서 크기 오차에 따른 조립오차로 공사하자의 문제를 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서 세피오라이트의 최적 배합비율을 9내지 13%임을 알 수 있다.

도 1 은 세멘트를 이용한 진공성형압출의 공정을 도시한 공정도,

도 2 는 본발명의 압출 조성물을 압출하는 성형장치의 단면구성도,

도 3 은 걱면이 첨가되지 아니한 경우의 제품 압출성형상태의 실물사진,

도 4 는 펄프, 세피오라이트, 폴리프로필렌 섬유사의 현미경 확대사진,

도 5 는 양생후 변형된 플리프로필렌 섬유사의 현미경 확대사진,

도 6 은 셀룰로스 섬유사를 첨가하여 압출하는 제조공정 사진임.

Claims

세멘트 45내지 65중량%, 규석분 20.3 내지45중량%, 세피오라이트 9내지 13중량%, 가소제 0.7내지 1.7중량%로 구성된 무석면 압출성형식 건축자재조성물.
제 1 항에 있어서,

세피오라이트는 길이 2에서 6mm, 습식부피가 500~700ml인 섬유사인 것을 특징으로 하는 무석면 압출성형식 건축자재조성물.
제 1 항에 있어서,

가소제는 애터펄자이트클레이와 MC계열 가소제의 혼합물로서, 전체 중량을 기준으로 0.2내지 1.0: 0.5내지 0.7의 비율로 배합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 무석면 압출성형식 건축자재조성물
세멘트 45내지 65중량%, 규석분 20.3 내지45중량%, 세피오라이트 9내지 13중량%, 가소제 0.7내지 1.7중량%로 구성된 무석면 세멘트압출성형품용 조성물을 건식혼합후 물을 첨가하여 습식혼련하여 연속압출성형후 170내지 180℃ 그리고 8.0 ~ 10.0 kg/㎠ 압력하에 증기양생처리하여 얻어지는 무석면 압출성형식 건축자재조성물로 구성되는 압출성형품.