KR100659537B1 - 다공성 광물과 황토를 함유하는 친환경 불연내장재 조성물및 그의 제조방법 - Google Patents

다공성 광물과 황토를 함유하는 친환경 불연내장재 조성물및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다공성 광물을 가열로에 넣고 800℃~1300℃의 온도로 가열하여 팽창시키는 단계와, 상기 팽창된 다공성 광물을 분쇄하여 3mm 이하로 입도 선별하는 단계와, 상기 선별된 다공성 광물에 피톤치드를 담지시키는 단계와, 상기 피톤치드가 담지된 다공성 광물에 섬유질과 수지를 혼합하여 만든 결합제를 첨가하여 교반하는 단계와, 상기 교반된 혼합물을 열판몰드에 충진시켜 프레스로 압축성형하는 단계로 이루어진 친환경 불연내장재 조성물 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 무엇보다 고온 소성에 의해 내구성이 강화됨과 동시에 다량의 기공에 의해 내장재의 중량이 가벼워져 건물의 하중을 줄일 수 있으며, 내화성도 강화되어 화재에 매우 강한 내장재를 제공할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
황토, 바이오 세라믹, 피톤치드, 불연, 친환경 내장재

Description

다공성 광물과 황토를 함유하는 친환경 불연내장재 조성물 및 그의 제조방법{An incombustible panel for construction and method of manufacturing thereof}
본 발명은 다공성 광물과 황토를 함유하는 친환경 불연내장재 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 황토와 다공성 팽창광물, 바이오 세라믹 분말, 식물에서 추출한 천연수지 등을 사용하여 각종 화재시 연기나 유독가스가 발생되지 않도록 함과 아울러, 고온에서 강도를 유지하여 인명피해와 재산손실을 감소할 수 있도록 한 인체에 유익하고 환경 친화적인 건축용 불연내장재 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
건축용 내장재는 시멘트나 조적조의 몰탈 미장면, 콘크리트 표면 등을 가리기 위한 수단이나 단열 또는 실내 장식의 효과를 부여할 목적으로 사용하는 것으로, 대개 합성수지계, 무기질계, 목질계 등의 소재를 사용하고 있다.
그러나 상기와 같은 건축용 내장재의 경우 강도가 약하고, 불에 잘 타는 재질이어서 화재의 위험에 쉽게 노출되는 단점을 갖는다. 특히 종래 멜라민수지나 페놀수지 등과 같은 유기물 수지를 주된 점결제(粘結劑)로 사용한 건축용 내장재의 경우는 유기물의 특성상 내열성 및 내화성에 한계가 있고, 화재 발생시 유독가스의 발생 위험성이 있으며, 고온에서 판재의 강도를 유지하지 못해 건물이 취약해지는 것이어서, 최근에는 각종 화재시 연기나 유독가스가 발생되지 않도록 하고, 고온에서도 강도를 유지하여 인명피해와 재산손실을 줄이기 위한 불연성 내장판넬에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다.
또한 지금까지 내열성 및 내화성만 강조하다 보면 석고나 유리섬유, 암면 등과 같이 저렴하고 고온에 잘 견디는 소재만으로 내장재를 제조하여 사용해 왔으나, 이들 일부는 발암물질로써 인체에 치명적인 악영향을 주고, 일부는 휘발성 유기화합물이나 포름알데히드 같은 유해물질이 다량 방출되어 공기질을 악화시켜 인체에 극히 유해한 환경을 만들어 발병의 원인이 되며, 결로나 습기 등 물에 약해 세균이나 곰팡이 등이 쉽게 번식하고, 원형이 쉽게 변형되어, 재시공해야 하는 단점을 갖는 것이다.
따라서 인간이 기준이 되는 건축물의 내장재는 인체에 유익하고 환경 친화적인 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 그와 같은 소재의 개발이 시급하다.
물론 이를 위해 대리석이나 석판, 타일 등이 고급 내장재를 사용하기도 하나, 이들은 가공성이나 생산성이 좋지 못하고, 고가의 구입비용 및 시공비가 소요되는 단점을 갖는다. 또한 무엇보다 상기와 같은 내장재는 상당한 무게를 갖는 것이어서 건물의 하중에 큰 부담을 주어 건축비의 상승과 화재시에는 강도가 떨어지고 변형이 쉬워 건물을 지탱하기 곤란한 단점을 갖는 것이다.
본 발명은 황토와 다공성 광물을 가열함으로써 팽창시켜서 더 많은 기공이 형성되도록 하고, 이를 분쇄하여 입도 선별한 다음, 바이오세라믹과 피톤치드를 담지시켜 무엇보다 가볍고, 인체에 유익하면서도 친환경적이며, 고열에 잘 견디고, 굽힘과 휨강도가 강화되어 화재에도 건물이 취약해지는 것을 방지할 수 있는 친환경 불연내장재 조성물 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 다공성 광물을 가열로에 넣고 800℃~1300℃의 온도로 가열하여 팽창시키는 단계와, 상기 팽창된 다공성 광물을 분쇄하여 3mm 이하로 입도 선별하는 단계와, 상기 선별된 다공성 광물에 피톤치드를 담지(擔持)시키는 단계와, 상기 피톤치드가 담지된 다공성 광물에 섬유질과 수지를 혼합하여 만든 결합제를 첨가하여 교반하는 단계와, 상기 교반된 혼합물을 열판몰드에 충진시켜 프레스로 압축성형하는 단계로 이루어진다.
다공성(多孔性) 광물이라 함은 고온으로 가열되면 내부의 수분이 증발하고 기공(氣孔)이 확장되면서 팽창하는 성질을 갖는 광물을 의미하는 것으로, 본 발명에서는 버미큘라이트, 세피오라이트 , 제오라이트, 펄라이트, 장석 중 어느 하나를 선택적으로 사용할 수도 있으며, 그 양은 75~90중량% 첨가함이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 다공성 광물 중 어느 하나 이상의 혼합물로 이루어질 수도 있으나, 각 다공성 광물들의 다양한 특성을 감안하여 버미큘라이트는 10~20중량%, 세피올라이트는 5~20중량%, 제올라이트는 5~15중량%, 펄라이트는 10~20중량%, 장석은 5~10중량% 범위 내에서 적당량 혼합하여 사용하는 것이 가장 바람직하다.
즉, 적당량이라 함은 어느 한 성분의 함량이 지나치게 적어져 부족한 성분의 특성이 발현되지 않는 경우와 일부 성분만 너무 많이 첨가될 경우에는 다른 성분의 특성 발현이 곤란하게 되지 않는 범위를 의미한다.
상기 버미큘라이트는 질석이라고도 하며, 화학성분은 CMg, Fe3 +, Al3(Al,Si)4O10(OH)2·4H2O로 알루미늄, 마그네슘, 철의 수산화규산염으로 된 점토광물이고, 굳기는 1∼2, 비중은 2.76이며, 회백색 또는 갈색으로 진주광택이 나는 광물로 방음재로 널리 사용된다.
세피올라이트는 해포석(海泡石)이라고도 하며, 화학성분은 Mg4Si6O15(OH)2 ·6H2O이다. 굳기는 2∼2.5, 비중 2이며, 섬유상의 결정도 있으나 보통은 토상(土狀)의 미소한 결정의 집합체로 건조제로 널리 사용된다.
제오라이트는 비석(沸石)이라고도 하며, 종류는 많으나 함수량(含水量)이 많은 점, 결정의 성질, 산상(産狀) 등에 공통성이 있다. 굳기는 6을 넘지 않고 비중은 약 2.2이며, 일반적으로 무색 투명하거나 백색 반투명한 광물로 흡착제로 널리 사용한다.
펄라이트는 페라이트와 시멘타이트가 번갈아 가며 층을 이루는 조직이며, 장석은 칼륨 K, 나트륨 Na,칼슘 Ca, 바륨 Ba의 함유한 알루미늄 규산염광물을 의미한 다.
상기 버미큘라이트, 세피오라이트 , 제오라이트, 펄라이트, 장석을 고열로 가열하여 팽창시키는 이유는 광석의 내부에 보다 많은 기공이 형성되도록 하여 광물의 무게를 가볍게 할 수 있으며, 피톤치드를 담지하기 용이하도록 하기 위함이다. 이로 인하여 본 발명에 의해 만든 내장재는 기존의 내장재보다 건축물의 하중을 현저히 줄일 수 있으며, 다량의 피톤치드를 기공 내에 담지시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명은 상기 다공성 광물에 적당량의 황토를 혼합하여 사용할 수도 있는데, 이는 다공성 광물만을 사용할 경우 다공성 광물이 비교적 고가여서 만든 내장재의 가격이 높아서 비경제적이 되기 때문이다. 따라서 보다 저렴하고 구하기 쉬운 광물인 황토를 적당량 보충, 즉 전체 중량 중 20~50중량% 정도를 보충함으로써 보다 경제성이 좋아지게 된다. 물론 황토는 널리 알려진 바와 같이 습도조절효과, 항균, 항곰팡이 효과, 축열기능, 시멘트 독성 중화기능, 중금속해독 및 제독작용, 탈취성, 방음성, 단열보완성, 전자파 흡수성과 원적외선 방사, 음이온방출, 양이온 중화, 공기 청정 효과 등으로 인해 주거환경 개선에 탁월한 효과를 가질 수 있는 것이다.
상기 다공성 광물에는 다수개의 기공이 형성된 상태이므로 피톤치드를 담지할 수 있게 되는데, 이때 피톤치드의 담지량은 다공성 광물 대 피톤치드의 비율이 중량비로 18:1 ~ 15:4의 비율이 바람직하다. 즉 너무 적은 피톤치드의 양은 피톤치드가 가지는 효능을 발산하기에 부족하며, 너무 많은 양은 비용 및 중량 증가의 단점을 갖기 때문이다. 또 상기 담지되는 피톤치드의 종류는 여러 가지를 사용할 수 도 있으나, 비용과 구입의 용이함을 감안할 때 소나무 또는 편백나무에서 추출한 피톤치드가 가장 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 피톤치드에 바이오세라믹을 혼합하여 다공성 광물과 황토혼합물에 피톤치드와 함께 바이오세라믹이 담지되도록 구성할 수도 있다. 상기 바이오세라믹의 종류로는 역시 다양한 성분을 사용할 수 있으나, 구입 및 경제성을 감안할 때 나노가공된 천연옥을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 따라서 본 발명에 있어 바이오세라믹은 미세한 분말상이어서 액상의 피톤치드와 함께 혼합하여 사용할 경우 다공성 광물의 기공 안에 담지가 가능하게 되는 것이다.
이처럼 기공 안에 담지된 바이오 세라믹과 피톤치드는 지속적이고 연속적으로 발산되어 해충기피효과 및 삼림욕효과를 주어 인체에 매우 유익하고, 주거환경을 개선할 수 있게 되는 것이다.
상기와 같이 피톤치드가 담지된 다공성 광물을 일정한 형태를 가질 수 있도록 성형해야 하는데, 이를 위해서 상기 다공성 광물을 섬유질과 수지를 혼합하여 제조한 결합제와 교반시킨 다음 이들 혼합물을 열판몰드에 충진시켜서 프레스, 바람직하기로는 유압프레스 롤러로 압축함으로써 성형되어진다.
상기 결합제에 첨가되는 섬유질은 마(痲), 갈포, 볏짚, 편백나무, 소나무, 잣나무, 전나무에서 추출된 섬유질을 잘게 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하며, 수지는 천연수지인 송진을 사용함이 바람직하다. 물론 다른 종류의 수지, 즉 무기재수지나 수용성 합성수지 등이 사용될 수도 있다. 이때 무기재 수지로는 물유리가 바람직하며, 수용성 합성수지로는 요소수지를 사용함이 바람직하다.
상기 결합제의 첨가량은 내장재 전체 중량비의 5~15%가 바람직한데, 이는 다공성 광물이나 황토입자의 결합에 있어 너무 적은 경우 결합력이 떨어지고, 너무 많을 경우 내장재의 중량이 증가하는 단점을 가지기 때문이다.
본 발명에서 내장재로 성형하기 위한 열판몰드의 온도는 200℃가 적당하며 상기 수지가 다공성 광물과 황토의 표면에 흡착되면서 다공성 광물과 황토를 접착시켜주고, 이때 섬유질들은 상기 다공성 광물과 광물분말입자, 또는 광물과 황토분말입자 사이의 틈을 메워 결착력을 더욱 견고하게 할 수 있게 된다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
버미큘라이트 750g를 가열로에 넣고 800℃의 온도로 가열한다.
이때 버미큘라이트는 고온에 의해 가열되면서 팽창하게 되며, 이처럼 팽창된 버미큘라이트는 롤러분쇄기를 이용하여 분쇄하고 입도선별기에 의해 1mm 입도의 분말을 얻은 다음 상기 버미큘라이트 분말에 피톤치드 150g을 담지시켰다.
다음 마를 잘게 잘라 분쇄하거나, 끓여서 얻은 섬유질과 송진수지와 혼합하여 결합제를 제조하고 상기 결합제 100g을 피톤치드가 담지된 버미큘라이트 분말과 교반기에 넣고 교반시킨 후 상기 교반된 혼합물을 200℃의 열판몰드에 충진시킨 후 유압프레스 롤러로 압축성형하여 내장재를 얻었다.
실시예 2
먼저 버미큘라이트 900g을 가열로에 넣고 1300℃의 온도로 가열한다.
이때 버미큘라이트는 고온에 의해 가열되면서 팽창하게 되며, 이처럼 팽창된 버미큘라이트는 롤러분쇄기를 이용하여 분쇄하고 입도선별기에 의해 3mm 입도의 분말을 얻은 다음 상기 버미큘라이트 분말에 피톤치드 50g을 담지시켰다.
다음 마를 잘게 잘라 분쇄하거나, 끓여서 얻은 섬유질과 송진수지와 혼합하여 결합제를 제조하고 상기 결합제 50g을 피톤치드가 담지된 버미큘라이트 분말과 교반기에 넣고 교반시킨 후 상기 교반된 혼합물을 200℃의 열판몰드에 충진시킨 후 유압프레스 롤러로 압축성형하여 내장재를 얻었다.
실시예 3
버미큘라이트 250g, 세피올라이트 100g, 제올라이트 100g, 펄라이트 200g, 장석 100g를 각각 혼합하여 가열로에 넣고 800℃의 온도로 가열한다.
이때 각 다공성 광물들은 고온에 의해 가열되면서 팽창하게 되며, 이처럼 팽창된 다공성 광물들을 롤러분쇄기를 이용하여 분쇄하고 입도선별기에 의해 1mm 입도의 분말을 얻은 다음 상기 다공성 광물 분말에 피톤치드 150g을 담지시켰다.
다음 마를 잘게 잘라 분쇄하거나, 끓여서 얻은 섬유질과 송진수지와 혼합하여 결합제를 제조하고 상기 결합제 100g을 피톤치드가 담지된 다공성 광물 분말과 교반기에 넣고 교반시킨 후 상기 교반된 혼합물을 200℃의 열판몰드에 충진시킨 후 유압프레스 롤러로 압축성형하여 내장재를 얻었다.
실시예 4
버미큘라이트 300g, 세피올라이트 150g, 제올라이트 150g, 펄라이트 150g, 장석 100g를 각각 혼합하여 가열로에 넣고 1300℃의 온도로 가열한다.
이때 각 다공성 광물들은 고온에 의해 가열되면서 팽창하게 되며, 이처럼 팽창된 다공성 광물들을 롤러분쇄기를 이용하여 분쇄하고 입도선별기에 의해 1mm 입도의 분말을 얻은 다음 상기 다공성 광물 분말에 피톤치드 50g을 담지시켰다.
다음 마를 잘게 잘라 분쇄하거나, 끓여서 얻은 섬유질과 송진수지와 혼합하여 결합제를 제조하고 상기 결합제 50g을 피톤치드가 담지된 다공성 광물 분말과 교반기에 넣고 교반시킨 후 상기 교반된 혼합물을 200℃의 열판몰드에 충진시킨 후 유압프레스 롤러로 압축성형하여 내장재를 얻었다.
실시예 5
버미큘라이트 200g, 세피올라이트 100g, 제올라이트 100g, 펄라이트 200g, 장석 100g과 황토 200g를 각각 혼합하여 가열로에 넣고 800℃의 온도로 가열한다.
이때 각 다공성 광물들은 고온에 의해 가열되면서 팽창하게 되며, 이처럼 팽창된 다공성 광물들을 롤러분쇄기를 이용하여 분쇄하고 입도선별기에 의해 1mm 입도의 분말을 얻은 다음 상기 다공성 광물 분말에 피톤치드 50g을 담지시켰다.
다음 마를 잘게 잘라 분쇄하거나, 끓여서 얻은 섬유질과 송진수지와 혼합하여 결합제를 제조하고 상기 결합제 50g을 피톤치드가 담지된 다공성 광물 분말과 교반기에 넣고 교반시킨 후 상기 교반된 혼합물을 200℃의 열판몰드에 충진시킨 후 유압프레스 롤러로 압축성형하여 내장재를 얻었다.
실시예 6
버미큘라이트 150g, 세피올라이트 50g, 제올라이트 50g, 펄라이트 100g, 장석 50g를 황토 500g를 각각 혼합하여 가열로에 넣고 1300℃의 온도로 가열한다.
이때 각 다공성 광물들은 고온에 의해 가열되면서 팽창하게 되며, 이처럼 팽창된 다공성 광물들을 롤러분쇄기를 이용하여 분쇄하고 입도선별기에 의해 1mm 입도의 분말을 얻은 다음 상기 다공성 광물 분말에 피톤치드 50g을 담지시켰다.
다음 마를 잘게 잘라 분쇄하거나, 끓여서 얻은 섬유질과 송진수지와 혼합하여 결합제를 제조하고 상기 결합제 50g을 피톤치드가 담지된 다공성 광물 분말과 교반기에 넣고 교반시킨 후 상기 교반된 혼합물을 200℃의 열판몰드에 충진시킨 후 유압프레스 롤러로 압축성형하여 내장재를 얻었다.
상기 실시예에 의해 얻어진 내장재 샘플들을 분석한 결과 고온 가열로 인한 다공성 광물의 내부에는 다량의 기공이 형성되었고, 상기 기공에는 피톤치드와 바이오세라믹이 담지 되어짐으로써 지속적이고 연속적인 피톤치드의 발산이 가능해지고 이로인한 주거환경의 개선이 가능해지게 된다.
또한 본 발명은 다공성 광물과 황토가 고온으로 소성(塑性)되면서 가벼워지면서 동시에 견고해져 굽힘과 휨강도가 강화되며, 또 내화성(耐火性)을 가지게 되 므로 화재에 의해 건물이 취약해지는 것을 방지할 수 있게 되어 친환경 불연내장재로 널리 활용할 수 있는 것이다.
이처럼 본 발명은 무엇보다 고온 소성에 의해 내구성이 강화됨과 동시에 다량의 기공에 의해 내장재의 중량이 가벼워져 건물의 하중을 줄일 수 있으며, 내화성도 강화되어 화재에 매우 강한 내장재를 제공할 수 있는 것이다.
또한 본 발명은 석고, 유리섬유, 암면, 스티로폴 등을 사용함으로써 인체에 유해하던 기존 내장재를 대체할 수 있는 효과를 가지며, 내장재의 재료를 친환경재료로 사용하고, 바이오세라믹과 피톤치드를 담지시킴으로써 인체에 유익하면서도 친환경적인 내장재를 제공할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (5)

  1. 다공성 광물을 가열하여 팽창시키고, 상기 팽창된 다공성 광물을 분쇄하여 입도 선별한 다음, 상기 선별된 다공성 광물에 피톤치드를 담지시켜 결합제를 첨가하여 교반하고 상기 교반된 혼합물을 압축성형함으로써 얻어지는 불연내장재 조성물 제조방법에 있어서,
    상기 버미큘라이트 10~20중량%, 세피올라이트 5~20중량%, 제올라이트 5~15중량%, 펄라이트 10~20중량%, 장석 5~10중량%, 황토 20~50중량%를 혼합하여 다공성 광물 혼합물을 얻는 단계와, 상기 혼합물을 분쇄하여 3mm 이하로 입도 선별하는 단계와, 상기 선별된 혼합물에 바이오세라믹이 혼합된 5~20중량%의 피톤치드를 담지시키는 단계와, 상기 피톤치드가 담지된 혼합물에 섬유질과 수지를 혼합하여 만든 5~15중량%의 결합제를 첨가하여 교반하는 단계와, 상기 교반된 혼합물을 열판몰드에 충진시켜 프레스로 압축성형하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 다공성 광물과 황토를 함유하는 친환경 불연내장재 조성물 제조방법.
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