KR100650498B1 - 무기물을 이용한 초경량 발포재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기물을 이용한 초경량 발포재의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 제조방법은

이산화규소를 알칼리 용액에 용융시켜 실리카겔을 제조하는 공정

규사파우더 및 제오라이트, 벤토나이트, 활성탄소 및 착콜에서 선택된 하나 이상을 배합하는 공정

익스트루더를 통과시켜 원하는 크기로 컷팅을 한 다음 건조시키는 공정 및

상기 공정에서 얻어진 비드를 질소분위기의 300℃ 고온로에서 10-30분간 가열하여 발포시키는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

실리카, 규사, 발포

Description

무기물을 이용한 초경량 발포재의 제조방법{Preparing method of ultra-light weight foam containing inorganic materials}

본 발명은 무기물을 이용한 초경량 발포재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이산화규소와 수산화알칼리를 주성분으로 하는 초경량 발포재에 관한 것이다.

종래 건축용 내화재는 주로 석면 또는 유리섬유 등으로 시멘트나 기타 바인딩 재료를 혼합하여 철골구조의 표면에 도포하여 사용하여 왔다.

그러나. 이러한 방법은 자체의 내열성이 높고 단열성이 낮은 반면, 공해물질로서 석면이나 유리섬유가 미세한 입자로서 비산하여 인체에 흡수됨으로서 건강에 유해한 영향을 주었다.

또, 일반 건축용 단열을 위한 발포재는 폴리우레탄이나 폴리스티렌 발포체를 사용하여 왔으나, 이러한 발포재는 불에 약하고 인체에 유해한 유기 화학물질을 다량 포함하고 있어 새집 증후군 등의 여러 부작용을 야기하는 요인이 되어 왔다.

따라서, 새로운 구성과 재료의 내화와 단열을 동시에 만족할 수 있는 난연성 단열재가 요구되어 온 것이 현실이다.

이러한 문제점을 감안하여 근래에 대두한 것이 발포유리로서, 발포유리란 유리내부에 기포(氣泡)조직을 갖는 유리를 말하는데, 발포유리는 유리 본래의 물성에 기포조직에서 기인하는 물성으로 인해 단열성, 가공성, 경량성, 내후성, 내화학성 등의 물성을 가지게 된다.

발포유리는 다포(多泡)유리, 다포초자(硝子)라고도 부르고 영문으로는 Foam Glass 또는 Multicelluar Glass 라고 하여 그 내부에 다수의 격리된 기체 공간을 가지는 다양한 종류로 제조할 수 있다.

발포유리는 석유화학공장, LNG액화가스탱크 밑바닥, 냉동창고, 선박 등에 단열 보온·보냉재 및 내부식재(耐腐蝕材)로 가장 바람직한 재료로서 널리 사용되고 있고 그 생산량 또한 증대되고 있는 현실이다.

종래 발포유리의 제조원리 및 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

유리 또는 폐유리 등을 분쇄하여 유리 분말로 만들고 이 유리 분말과 여러 종류의 발포제를 혼합하고 성형하여 이를 일정한 형상의 내열성 거푸집에 넣고 유리의 연화온도이상으로 가열,처리하여 발포제로부터 발생한 가스를 폐쇄시킴으로서 성형하였다.

그러나 상기하는 종래의 방법은 그 제조방법이 번거롭고 별도의 발포제를 사용하여야 하며 균질한 발포가 보장되기 어려운 문제점을 가진다.

따라서, 본 발명의 목적은 난연성과 단열성을 동시에 만족시킬 수 있는 초경량 발포재를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은

이산화규소를 알칼리 용액에 용융시켜 실리카겔을 제조하는 공정

규사파우더 및 제오라이트, 벤토나이트, 활성탄소 및 착콜에서 선택된 하나 이상을 배합하는 공정

익스트루더를 통과시켜 원하는 크기로 컷팅을 한 다음 건조시키는 공정 및

상기 공정에서 얻어진 비드를 질소분위기의 300℃ 고온로에서 10-30분간 가열하여 발포시키는 공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 무기물을 이용한 초경량 발포재의 제조방법에 의해 달성된다.

상기 알칼리 용액은 수산화나트륨 및 수산화칼륨을 7:3 비율로 혼합하여 사용하며 물 100중량부당 수산화 알칼리 40-50중량부의 수용액이 바람직하다. 여기에 이산화규소를 부가하는데, 이산화규소의 고형분(NOV)은 40-50%가 되도록 부가하며, 응집이 일어나지 않도록 서서히 부가하는 것이 중요하다. 부가 후, 가열하여 용융시키면서 수분 30% 이하로 건조하여 겔상태로 제조한다. 여기에 다시 규사파우더와 제오라이트, 벤토나이트, 활성탄소 및 착콜에서 선택된 하나 이상을 상기 겔 100중량부당 10-20중량부의 비율로 부가하는데, 여기서 규사파우더와 제오라이트, 벤토나이트, 활성탄소 및 착콜에서 선택된 하나 이상의 물질의 비율은 중량비로 8:2가 바람직하다.

압출기에서 성형한 후, 건조는 영하 10도 이하의 온도로 냉동건조를 시키는 방법과, 50℃ 이하에서 3시간 이상 건조, 200℃이하의 온도조건에서 30분씩 이상 건조를 시켜주는 방법 중 택일하여 함수된 수분을 97%이상 제거한다.

상기의 공정에서 얻어진 비드들을 발포를 시키기 위해서 질소분위기의 상태의 가열된 고온로에 투입 약10-30분 가량 가열을 하면 K과 Na들이 열팽창으로 기체의 활동이 커지면서 미세공극들을 얻을 수 있으며 이를 다시 상온에서 서냉을 하면 초경량의 비중 0.3 정도의 비드를 얻을 수 있다.

발포 비드는 실리카 바인더를 부가한 후 100℃ 이내의 온도에서 10분간 비드 표면을 코팅시킨 후, 여러가지 크기의 원하는 형틀에 주입하여 10℃ 이하 온도에서 형틀을 제거하여 패널을 얻을 수 있다.

혹은 조립식 패널을 얻고자 할때는 앞 뒷면에 원하는 철판을 주입시키고자 하는 두께를 고정을 시켜 바로 생산할 수도 있다. 이때 직접 주입시킨 비드는 약 1시간 후분터는 상온에서 50% 이상 경화가 진행되어 자유스럽게 이동을 하여도 패널에는 이상이 없는 것이 특징이다.

이하 본 발명을 실시에에 의해 상세하게 설명한다.

실시예 1

수산화나트륨 분말 70kg과 수산화칼륨 분말 30kg을 균일하게 혼합하였다. 물 100kg에 상기 혼합 수산화알칼리 분말 45kg을 용해시켰다. 순도 99% 이상의 입자크 기 325메쉬(43㎛) 이상의 이산화규소 분말을 고형분(NOV)가 40% 가 넘지않도록 정확하게 당량하여 30분에 걸쳐 서서히 투입하여 베이지 색상의 묽은 슬러리를 얻었다.

100-110℃에서 20분동안 가열하여 함수 수분의 10% 정도를 제거하고 다시 5℃ 이하 온도로 급냉하였다. 물을 20% 보충한 다음, 150-160℃에서 15분간 가열하여 20% 의 수분을 제거하고 80℃에서 3시간동안 유지하였다.

130℃ 온도에서 20-25분간 가열하여 수분 함유량을 30% 이하로 조절한 다음 20℃ 이하로 급냉시켰다.

상기 공정에서 제조된 실리카겔 100kg에 규사 파우더와 활성탄소를 8:2의 중량비로 혼합한 분말 15kg을 혼합하여 충분히 교반시켜 점토 형태의 슬러리를 얻은 후 익스트루더를 통과시키면서 컷팅하여 200℃에서 30분간 건조시켰다.

얻어진 비드를 질소분위기의 300℃의 고온로에서 30분동안 유지시킨 후 급냉하여 발포된 비드를 얻었다. 비드의 비중은 0.3이었다.

1-5mm 크기의 발포 비드 10kg에 실리카 바인더 1kg을 부가한 후 100℃에서 10분간 비드 표면을 코팅시킨 후, 4자x8자 형틀에 주입하여 10℃ 이하 온도에서 형틀을 제거하여 패널을 얻었다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 발포재는 초경량으로 가벼우면서도 내구성이 뛰어나 조립식 패널을 물론이고 건축용 내장재 등으로 사용할 수 있으며, 난연성과 단열성이 모두 우수하다.

또한, 공해를 유발하는 물질을 포함하고 있지 않아 인체에 무해한 것이 큰 장점이다.

Claims (4)

1. 이산화규소를 알칼리 용액에 용융시켜 실리카겔을 제조하는 공정

   상기 실리카겔에 규사파우더 및 활성탄소를 배합하는 공정;

   익스트루더를 통과시켜 원하는 크기로 컷팅을 한 다음 건조시키는 공정; 및

   상기 공정에서 얻어진 비드를 질소분위기의 300℃ 고온로에서 10-30분간 가열하여 발포시키는 공정

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초경량 발포재의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 용액은 수산화나트륨 및 수산화칼륨의 혼합수용액인 것을 특징으로 하는 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 규사파우더와 활성탄소의 비율은 중량비로 8:2인 것을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 건조는 영하 10도 이하의 냉동건조 또는 200℃ 이상에서 30분 이상 건조하는 고온건조인 것을 특징으로 하는 제조방법.