KR100603031B1 - 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, Si, Na, Fe을 함유하는 SiO2, Na2O, Fe2O3가 혼합된 발포재 및 MgO, Al2O3, SiO2, Ca2O 성분의 분말형태로 된 발열재를 포함하여 이루어진 합성물 20∼35 중량%; 분말 규산나트륨 2(Na2O.nSiO2) 5∼40 중량%; 액상 규산나트륨 2(Na2O.nSiO 2) 5∼45 중량%; 규불화소다(Na2SiF6) 2∼10 중량%; 가성소다(NaOH) 2∼10 중량%; 소다(NaHCO3) 및 레몬산의 혼합물 0.5∼6 중량%; 및 물(H2O) 4.5∼15 중량%를 포함하여 이루어지는 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물을 제공하며, 본 발명에 의한 무기질 자연발열 경량기포 조성물은 내열성, 단열성, 방음성, 흡음성, 차음성 등이 우수한 효과가 있다.
무기질, 발포제, 발열제, 경량기포, 규산나트륨, 가성소다

Description

건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물 및 그 제조방법{Inorganic Lightweight Foam Composition and Method for Preparing the Same}
본 발명은 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 무기질 원료들만을 이용하여 혼합하여 원료들간의 반응에 의해 자연적으로 발열현상이 일어나면서 발포를 일으켜 기포구조를 갖게한 것으로서, 단열성, 흡음성, 절연성 및 강도가 우수한 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
기존의 보온재, 단열재, 바닥재, 건축 내외장재 등은 크게 무기질 제품과 유기질 제품으로 대별되어 각각의 사용용도에 따라 사용되고 있는 실정이다.
무기질 자재에는 암면, 석면, 유리면, 퍼라이트 등이 널리 사용되고 있으며, 내열성이 좋고 화재시 질식가스가 발생되지 않는 것이 가장 큰 장점이라 할 수 있다. 유기질 자재에는 폴리우레탄, 폴리스티로폼, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 그리고 이들을 혼합한 제품 등의 합성수지계의 제품이 널리 사용되고 있으며, 경제적으로 저렴하며, 취급이 간단하다는 것이 가장 큰 장점이라 할 수 있다.
그러나 상기 무기질 자재는 경제적인 면에서 유기질 자재에 비하여 고가이며 환경적으로 신체에 유해하기 때문에 그 사용이 점차 줄어들고 있는 실정이며, 상기 유기질 자재는 열에 약할 뿐만 아니라 화재 시 유독가스가 발생한다는 단점이 있다.
또한, 종래의 무기질 건축자재를 제조하는 기술은 외부에서 가열을 시켜 생산하는 방식이므로 제조공정이 까다롭고 경제적으로 고가의 제품으로 만들어지게 되는 문제점이 있다.
이에 본 발명자는 종래 기술의 단점을 개선할 수 있는 무기질 원료를 사용하여 화재시 유독가스의 발생이 전혀 없을 뿐만 아니라 내열성, 단열성, 방음성, 흡음성, 차음성 등이 우수한 자연발열 경량기포 조성물 및 그 제조방법을 완성하기에 이르렀다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 무기질 원료를 사용하여 내열성, 단열성, 방음성, 흡음성, 차음성 등이 우수한 자연발열 경량기포 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기에 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 Si, Na, Fe을 함유하는 SiO2, Na2O, Fe2O3가 혼합된 발포재 및 MgO, Al2O3, SiO2, Ca 2O 성분의 분말형태로 된 발열재를 포 함하여 이루어진 합성물 20∼35 중량%; 분말 규산나트륨 2(Na2O.nSiO2) 5∼40 중량%; 액상 규산나트륨 2(Na2O.nSiO2) 5∼45 중량%; 규불화소다(Na2SiF 6) 2∼10 중량%; 가성소다(NaOH) 2∼10 중량%; 소다(NaHCO3) 및 레몬산의 혼합물 0.5∼6 중량%; 및 물(H2O) 4.5∼15 중량%를 포함하여 이루어지는 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물을 제공한다.
상기 발포재인 SiO2, Na2O, Fe2O3의 혼합비는 34∼36 : 14∼15 : 0.03∼0.05 일 수 있다.
상기 발열재인 MgO, Al2O3, SiO2, Ca2O의 혼합비는 80∼25 : 20∼80 : 2∼10 : 3 ∼ 20 일 수 있다.
상기 소다(NaHCO3)과 레몬산의 혼합비는 3 ~ 6 : 4 ~ 7 일 수 있다.
상기 발열재의 밀도는 1.38∼1.59 g/cm3 일 수 있다.
상기 경량기포 조성물은 점토, 착색제, 황토, 분진, 플라이애쉬, 및 시멘트를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은
ⅰ) Si, Fe, Na가 함유된 발포재와 MgO, Al2O3, SiO2, Ca2O 성분의 분말형태로 된 발열재를 2∼6분 동안 혼합하는 단계;
ⅱ) 상기 ⅰ)의 혼합물에 분말 규산나트륨, 규불화소다, 소다와 레몬산을 넣 어 2∼3분 동안 더 혼합하는 단계;
ⅲ) 액상의 규산나트륨, 가성소다 및 물을 2∼3분 동안 혼합하는 단계;
ⅳ) 상기 ⅲ) 단계의 액상의 혼합물에 상기 ⅱ) 단계의 분말 혼합물을 넣어 동질의 상태가 될 때까지 2∼3분 동안 혼합하는 단계;
ⅴ) 상기 혼합원료를 원하는 모양과 사이즈로 제작된 몰드에 주입하는 단계;
ⅵ) 상기 혼합물을 0.2∼2시간 가량 방치시키면 자연적으로 발열 현상이 일어나 발포가 이루어지면서 혼합원료 내에 포함된 수분을 제거하고 경화시켜 건조시키는 단계; 및
ⅶ) 경화가 끝난 후 3∼5분 후 제품을 몰드와 분리하여 일정한 장소에 저장하여 양생시키는 단계;
를 포함하여 이루어지는 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 ⅶ) 양생단계는 상온에서 10∼15일 동안, 그리고 고온(200∼300℃) 또는 압력장치(증기압 1.0MPa일 때)에서 1.5∼2일 동안 실행될 수 있다.
본 발명에 의한 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물은 바닥재, 단열재, 샌드위치 판넬 중간재, 천장재, 내화피복재, 흡음재 및 파이프 보온재를 제조하는데 사용될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 자연발열 경량기포 조성물은 Si, Na, Fe 등이 함유된 SiO2, Na2O, Fe2O3가 혼합된 발포재 및 MgO, Al2O3, SiO2, Ca 2O 성분의 분말형태로 된 발열재를 포함하여 이루어진 합성물 20 ~ 35 중량%; 분말 규산나트륨 2(Na2O.nSiO2) 5 ~ 40 중량%; 액상 규산나트륨 2(Na2O.nSiO2) 5 ~ 45 중량%; 규불화소다 (Na2SiF 6) 2 ~ 10 중량%; 가성소다 (NaOH) 2 ~ 10 중량%; 소다(NaHCO3)+레몬산 0.5 ~ 6 중량%; 및 물(H2O) 4.5 ~ 15 중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 구성성분들 중에서 액상인 규산나트륨과 물을 제외하고는 분말이며, 본 발명의 구성성분들의 분말성분과 액상성분의 비는 60∼80 : 20∼40이다.
상기 발포재인 SiO2, Na2O, Fe2O3의 혼합비는 34∼36 : 14∼15 : 0.03∼0.05 이다. 상기 발열재인 MgO, Al2O3, SiO2, Ca2O의 혼합비는 80∼25 : 20∼80 : 2∼10 : 3 ∼ 20 이다.
상기 소다(NaHCO3)과 레몬산의 혼합비는 3 ~ 6 : 4 ~ 7 이다.
상기 경량기포 조성물은 점토, 착색제, 황토, 분진, 플라이애쉬, 및 시멘트를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 무기질 자연발열 경량기포 조성물의 제조방법은 다음과 같다.
ⅰ) Si, Fe, Na가 함유된 발포재와 MgO, Al2O3, SiO2, Ca2O 성분의 분말형태로 된 발열재를 2∼6분 동안 혼합한다.
ⅱ) 상기 ⅰ)의 혼합물에 분말 규산나트륨, 규불화소다, 소다와 레몬산을 넣어 2∼3분 동안 더 혼합한다.
ⅲ) 액상의 규산나트륨, 가성소다 및 물을 2∼3분 동안 혼합한다.
ⅳ) ⅲ) 단계의 액상의 혼합물에 ⅱ) 단계의 분말혼합물을 넣어 균질의 상태가 될 때까지 2∼3분 동안 혼합한다.
ⅴ) 상기 혼합원료를 원하는 모양과 사이즈로 제작된 몰드에 주입한다.
ⅵ) 상기 혼합물을 0.2∼2시간 가량 방치시키면 자연적으로 발열 현상이 일어나 발포가 이루어지면서 혼합원료 내에 포함된 수분을 제거하고 경화시켜 건조시킨다.
ⅶ) 경화가 끝난 후 3∼5분 후 제품을 몰드와 분리하여 일정한 장소에 저장하여 양생시킨다.
상기에서 설명한 바와 같이, 분말과 액상의 2단계로 혼합물을 만든다. 혼합물의 액상부분을 액상유리나(그의 밀도는 1.4g/㎤ 보다 적지 않게 그리고 몰비는 1.5∼3.5) NaOH으로 만든다. 또 다른 방법은 물 속에 NaOH 성분이 30∼40% 함유된 물용액을 이용하여 만든다.
이와 같이 제조된 경량기포 조성물은 단독모양의 금형이나 자동화 금형라인(line)에 넣고 발열반응을 거쳐 혼합원료의 가열온도가 110∼130℃까지 올라가면서 발포와 경화과정이 이루어진다. 상기 과정 중에서 발생하는 수증기는 필수적으로 제거되어야 한다.
상기 제조방법에서 높은 계수(몰비)를 가진 액상 규산소다의 투입은 경화시 작의 단계에서 기포의 가소성을 상당히 높이는 역할을 한다. 이러한 조건에서 이산화탄소 가스방출의 방법으로 110∼130℃의 발열반응시 액상 규산소다 성분은 빠르게 경화될 수 있다. 여기서 형성되는 CO2는 기포 제품의 증기를 메우고 빠른 경화가 일어나도록 해준다. 따라서 점성이 증가되며 발포현상이 안정적으로 이루어진다.
이러한 방식으로 발열반응의 결합식은 다음과 같다.
Si + 2NaOH → Na2SiO2 + 2H2 ↑
본 발명의 발포제품은 경화될 때 여러 모양을 가진 제품으로 만들 수도 있다. 예를 들면, 파이프 보온재모양, 블록형(block), 그리고 판형 등 크기와 모양이 다양한 제품들을 만들 수 있다.
이러한 과정을 거쳐 얻어진 제품은 경화된 후 완전하게 물적특성이 갖추어지기 까지는 일정한 양생시간이 필요하다. 여기에는 두가지 방법을 따른다. 첫째, 상온에서 양생을 시키는 경우는 약 10∼15일 동안 양생하고, 고온(200∼300℃)에서나 압력장치에서(증기압 1.0MPa일 때)는 1.5∼2일 정도 양생하면 된다.
또한, 본 발명에 따른 무기질 자연발열 경량기포 조성물은 건축현장에서 건축자재에 직접 적용하여 사용할 수 있다. 즉, 건축현장에서 액상성분과 분말성분 원료들을 준비하여 고속 혼합기로 혼합 후, 건축구조물 사이에 혼합물을 필요량만 큼을 부으면 그 건축구조물 내에서 자연적으로 발포와 경화가 일어나 건축구조물 내에서 안전하게 건축자재를 만들 수 있다. 그리고 상기 혼합물을 일정한 압력을 주어 분사할 수 있는 기기를 사용할 경우 현장타설이 용이하지 않은 건축현장에서 원하는 종류의 건축자재를 얻을 수 있다.
이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
Si, Na, Fe이 함유된 발포재 17g과 MgO, Al2O3, SiO2, Ca2O 성분의 분말형태로 된 발열재 15g과의 합성물 32g을 4분간 혼합하고, 분말 규산소다 35g, 규불화소다 3g, 레몬산 0.5g과 소다(NaHCO3) 0.5g의 혼합물 1g을 넣어 3분 동안 더 혼합시켰다. 그리고 액상 규산소다 7g과 가성소다 NaOH 9g 및 물 13g을 3분 동안 혼합시켰다.
그 다음 분말혼합물을 액상 혼합물에 넣고 동질의 상태가 될 때까지 3분 동안 혼합시켰다. 이렇게 혼합이 완성된 혼합물을 원하는 모양의 금형(300 X 300 X 50mm 금속몰드)에 붓고 실내온도에서 20분 정도 놔둔다. 그 후 혼합물간의 반응에 의해 발열현상이 일어나면서 발포가 이루어지어 기포구조를 형성하면서 경화되어 건축자재 완제품을 제조하였다.
몰드로부터 경량기포 조성물을 꺼내어 물성치를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
발포재 13g와 발열재 12g과의 합성물 25g, 분말 규산소다 15g, 규불화소다 5g, 레몬산 2.5g과 소다(NaHCO3) 2.5g의 혼합물 5g, 액상 규산소다 40g, 가성소다 3g 및 물 7g을 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 그 물성치를 하기 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
당 업계에서 일반적으로 사용되고 있는 시멘트, 기포재 및 물을 혼합하여 제조된 경량기포 콘크리트를 상기 실시예와 동일한 방법으로 그 물성치를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3
압축강도(㎏/㎠) 11 12 8
단열성능(㎉/mh℃) 0.04∼0.042 0.043∼0.045 0.10∼0.12
차음성능(dB) 44∼48 46∼49 65∼72
비중(g/㎤) 0.19 0.21 0.5
발포성능(배) 6 5.5 0
환경유해성 친환경적 소재 친환경적 소재 -
상기 물성치를 측정하는데 사용한 장치는 당 업계에서 일반적으로 사용되는 유압식 압축강도시험기, 전자저울, 측정범위 0.05∼0.5Kcal/mh℃의 열전도율 시험기, 화염토치, 온도계, 마이크로폰 등을 사용하여 물성치를 측정하였다.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2는 비교예 1과 비교하여, 압축강도, 단열성능, 흡음성능, 비중, 발포성능에 있어서 모두 우수함을 나타내었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 무기질 자연발열 발포 조성물은 화재시 불에 타지않고 가스가 발생되지 않으며, 압축강도, 단열성, 흡음성, 불연성, 절연성 등에 우수한 효과가 있으며, 본 발명에 따른 제조방법은 간단한 공정을 취함으로써 제조단가를 낮출 수 있으며, 건축현장에서 시공하기 편리한 효과가 있는 유용한 발명이다.
상기에서 본 발명은 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명되었지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

Claims (9)

  1. Si, Na, Fe을 함유하는 SiO2, Na2O, Fe2O3가 혼합된 발포재 및 MgO, Al2O3, SiO2, Ca2O 성분의 분말형태로 된 발열재를 포함하여 이루어진 합성물 20∼35 중량%;
    분말 규산나트륨 2(Na2O.nSiO2) 5∼40 중량%;
    액상 규산나트륨 2(Na2O.nSiO2) 5∼45 중량%;
    규불화소다 (Na2SiF6) 2∼10 중량%;
    가성소다 (NaOH) 2∼10 중량%;
    소다(NaHCO3) 및 레몬산의 혼합물 0.5∼6 중량%; 및
    물(H2O) 4.5∼15 중량%;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발포재인 SiO2, Na2O, Fe2O3의 혼합비는 34∼36 : 14∼15 : 0.03∼0.05 임을 특징으로 하는 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열재인 MgO, Al2O3, SiO2, Ca2O의 혼합비는 80∼25 : 20∼80 : 2∼10 : 3 ∼ 20 임을 특징으로 하는 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소다(NaHCO3)과 레몬산의 혼합비는 3 ~ 6 : 4 ~ 7 임을 특징으로 하는 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열재의 밀도는 1.38∼1.59 g/cm3 임을 특징으로 하는 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 경량기포 조성물은 점토, 착색제, 황토, 분진, 플라이애쉬, 및 시멘트를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물.
  7. ⅰ) Si, Fe, Na가 함유된 발포재와 MgO, Al2O3, SiO2, Ca2O 성분의 분말형태 로 된 발열재를 2∼6분 동안 혼합하는 단계;
    ⅱ) 상기 ⅰ)의 혼합물에 분말 규산나트륨, 규불화소다, 소다와 레몬산을 넣어 2∼3분 동안 더 혼합하는 단계;
    ⅲ) 액상의 규산나트륨, 가성소다 및 물을 2∼3분 동안 혼합하는 단계;
    ⅳ) 상기 ⅲ) 단계의 액상의 혼합물에 상기 ⅱ) 단계의 분말 혼합물을 넣어 동질의 상태가 될 때까지 2∼3분 동안 혼합하는 단계;
    ⅴ) 상기 혼합원료를 원하는 모양과 사이즈로 제작된 몰드에 주입하는 단계;
    ⅵ) 상기 혼합물을 0.2∼2시간 가량 방치시키면 자연적으로 발열 현상이 일어나 발포가 이루어지면서 혼합원료 내에 포함된 수분을 제거하고 경화시켜 건조시키는 단계; 및
    ⅶ) 경화가 끝난 후 3∼5분 후 제품을 몰드와 분리하여 일정한 장소에 저장하여 양생시키는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 ⅶ) 양생단계는 상온에서 10∼15일 동안, 그리고 고온(200∼300℃) 또는 압력장치(증기압 1.0MPa일 때)에서 1.5∼2일 동안 실행되는 것을 특징으로 하는 건축용 무기질 자연발열 경량기포 조성물의 제조방법.
  9. 제 1 항의 조성물로 제조된 바닥재, 단열재, 샌드위치 판넬 중간재, 천장재, 내화피복재, 흡음재 및 파이프 보온재.
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