KR100694199B1

KR100694199B1 - 고 내열성 단열재의 제조방법

Info

Publication number: KR100694199B1
Application number: KR1020060027543A
Authority: KR
Inventors: 김현배
Original assignee: 주식회사 알인텍
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-03-14

Abstract

본 발명은 고 내열성 단열재의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 해포석 장섬유와 알루미나 시멘트를 25∼40 : 60∼75의 중량비로 건식혼합시키는 단계; 상기 혼합물 100중량부에 및 물 300∼500중량부를 첨가하여 습식 혼합시키는 단계; 금형바닥에 그물망을 설치하고 상기 혼합물을 5∼10㎜두께로 고른 후, 외경이 0.2∼1.0mm 범위이고, 경사와 위사의 굵기를 같은 E-유리섬유로 직조하여 20∼40메쉬의 유리섬유 망을 10∼20%의 알루미나 졸 용액에 디핑 건조한 후, 에틸렌비닐아세테이트를 중량비로 2∼3배의 물로 희석시킨 에틸렌비닐아세테이트 용액으로 상기 망을 코팅 건조한 내열성 유리섬유 망을 한 겹 깔고, 다시 상기 혼합물을 5∼10㎜ 두께로 적층시키는 단계; 및 상기 적층물을 가압 성형한 후 탈형시킨 다음, 상온에서 양생시키는 단계;를 포함하는 고 내열성 단열재의 제조방법에 관한 것이다.

단열재, 해포석, 알루미나, 시멘트, 에틸렌비닐아세테이트

Description

고 내열성 단열재의 제조방법{Method for preparing the insulation panel having thermal resistance}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 단열재를 제조하는 개략적인 공정도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예 1에 따라 36 메쉬로 제조된 유리섬유 망의 조직을 간단하게 나타낸 개략도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예 1에 따라 제조된 내열성 유리섬유 망이 내열성 알루미나 졸과 알칼리성 폴리머로 코팅된 조직을 간단하게 나타낸 개략도이다.

도 4는 본 발명의 실시 예 2에 따라 제조된 단열재의 개략적인 측면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

10: 내열성 유리섬유 망

20: 해포석과 시멘트의 혼합물

본 발명은 고 내열성 단열재의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 간단한 공정으로 제조가 가능하고, 내열성 유리섬유 망을 보강제로 하고, 인체에 유해성이 없는 해포석를 충전재로 하며, 알루미나 시멘트를 결합제로 하여 어떤 강한 충격에도 파괴되지 않으며, 특히 내열성이 우수한 고 내열성 단열재의 제조방법에 관한 것이다.

종래에 800℃이상 고열에 사용되는 주조 설비나 고열프레스, 가류기, 철강, 몰딩, 고주파장치 등에 사용되는 단열재는 석면을 포틀랜드 시멘트로 결합 양생하였으나 석면의 유해성과 포틀랜드 시멘트의 내열도나 보강제로 사용되는 석면 섬유가 800℃ 고온에서는 그 기능을 유지하지 못하기 때문에 고열에서 장시간 사용해도 파괴 강도가 유지되고 고열의 팽창과 수축에도 그 조직이 와해됨이 없이 내열 강도나 기계적 강도가 유지되는 고열 단열재가 요구되고 있는 실정이다.

이와 관련된 선행기술을 살펴보면, 일본 특허공개 제2002-242447호 및 제2003-13352호에서는 콘크리트 구조물에 ZrO₂를 강화시킨 내 알카리성 유리섬유를 이용하는 방법을 개시하고 있고, 일본 특허공개 제2002-242445호는 콘크리트 구조물에 ZrO₂를 강화한 내 알카리성 유리섬유를 시트상 보강제로 매립시키는 방법을 개시하고 있다. 또한, 일본 특개평 제5-97488호는 운모 함유 섬유 강화물 제조에 해포석(sepiolite)을 사용하였으나, 해포석을 분말상태의 미세한 슬러리로 첨가하는 방법을 개시하고 있다.

한편, 현재 국내에 수입되고 있는 일본 톰보(Tombo)사나 영국의 텐메트사의 절연판은 내 알카리성 유리섬유에 수지계나 포틀랜드 시멘트 결합제를 혼합하여 성형한 제품이 수입되고 있으나, 일반 시멘트나 유리섬유는 500℃이상에서 장시간 사 용하면 그 기능이 급격히 저하되어 와해되며 가공시에 유리섬유로 인해 피부에 소야증이 유발되고, 강한 충격에는 파괴되는 현상이 나타난다.

따라서, 국내에 ZrO₂가 첨가된 내 알카리성 유리섬유가 생산되지 않는 현실에서 간단한 공정과 저렴한 가격으로 인체에 유해성 없이 고온 상태에서 어떤 강한 충격에도 파괴되지 않고 반영구적으로 사용할 수 있는 고내열성 단열재가 요구되는 실정이다.

이에 본 발명에서는 석면을 전혀 사용하지 않고 해포석과 알루미나 시멘트를 건식 혼합한 다음, 습식 혼합하고, 내 알카리성 유리 섬유 망을 원료내에 일정한 간격으로 적층되게 성형한 다음, 적정한 함수율이 유지되도록 유압프레스로 가압 성형하고 양생하므로 공극을 극소화하고 조직을 치밀화시킬 수 있음을 발견하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 간단한 공정과 저렴한 가격으로 인체에 유해성 없이 고온 상태에서 어떤 강한 충격에도 파괴되지 않고 반영구적으로 사용할 수 있으며, 내열성이 우수한 단열재의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고온산업용 단열재의 제조방법은 해포석 장섬유와 알루미나 시멘트를 25∼40 : 60∼75의 중량비로 건식혼합시키는 단계; 상기 혼합물 100중량부에 및 물 300∼500중량부를 첨가하여 습식 혼합시키는 단계; 금형바닥에 그물망을 설치하고 상기 혼합물을 5∼10㎜두께로 고른 후, 외경이 0.2∼1.0mm 범위이고, 경사와 위사의 굵기를 같은 E-유리섬유로 직조하여 20∼40메쉬의 유리섬유 망을 10∼20%의 알루미나 졸 용액에 디핑 건조한 후, 에틸렌비닐아세테이트를 중량비로 2∼3배의 물로 희석시킨 에틸렌비닐아세테이트 용액으로 상기 망을 코팅 건조한 내열성 유리섬유 망을 한 겹 깔고, 다시 상기 혼합물을 5∼10㎜ 두께로 적층시키는 단계; 및 상기 적층물을 가압 성형한 후 탈형시킨 다음, 상온에서 양생시키는 단계;를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명에서는 석면을 전혀 사용하지 않고 해포석 장섬유와 알루미나 시멘트를 25∼40 : 60∼75의 중량비로 건식혼합시킨 다음, 상기 혼합물 100중량부에 및 물 300∼500중량부를 첨가하여 습식 혼합시킨다.

그 다음, 금형바닥에 그물망을 설치하고 상기 혼합물을 5∼10㎜두께로 고른 후, 외경이 0.2∼1.0mm 범위이고, 경사와 위사의 굵기를 같은 E-유리섬유로 직조하여 20∼40메쉬의 유리섬유 망을 10∼20%의 알루미나 졸 용액에 디핑(Dipping) 건조한 후, 에틸렌비닐아세테이트(EVA)를 중량비로 2∼3배의 물로 희석시킨 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 용액으로 상기 망을 코팅 건조한 내열성 유리섬유 망을 한 겹 깔고, 다시 상기 혼합물을 5∼10㎜ 두께로 적층시키는 공정을 원하는 두께까지 반복한다. 이렇게 얻어진 상기 적층물은 가압 성형한 후 탈형시킨 다음, 양생시켜 본 발명의 고 내열성 단열재를 제조한다.

본 발명에 있어서, 상기 해포석 장섬유의 길이는 10∼20㎜, 바람직하게는 10∼15㎜이고, 상기 장섬유의 길이가 10㎜ 미만이면 제품의 강도가 저하하고, 20㎜를 초과하면 해면하는데 섬유가 뭉치는 어려움이 있다. 또한, 상기 알루미나 시멘트의 알루미나 함량은 50∼80중량%, 바람직하게는 70중량% 이상이다. 상기 알루미나 시멘트의 알루미나 함량이 70중량% 미만이면 800℃이상 고열에 변형이 발생하는 경향이 있다.

한편, 상기 해포석의 혼합 중량비가 25 미만이면 밀도가 너무 높아 습식 혼합하여 성형하는 시간이 짧아야 하고, 40을 초과하면 내열도가 저하하는 단점이 있다. 아울러, 물의 사용량이 300중량부 미만이면 습식혼합하여 성형하는 시간이 짧아야 하는 어려움이 있고 , 500중량부를 초과하면 가압 성형할 때 시간이 많이 소요되는 경향이 있다.

또한, 상기 원료 혼합물의 두께를 5∼10㎜보다 더 얇게 하였을 경우 망과 망 사이에 배합된 원료가 고르게 적정한 간격으로 유지되어야 하는데 그 간격이 더 좁거나 망과 망이 붙게 될 때는 결합이 불량하며 갈라질 수 있다. 따라서 원료를 5∼10㎜을 유지하면 가압 성형 후에 그 간격은 3∼6㎜간격을 유지하게 된다. 또한 제품의 두께가 30㎜이상일 때는 가급적 양 외벽 가장자리에 2∼3겹으로 적층하고 중앙에는 배열하지 않아도 강도에는 영향을 주지 않는다. 두께가 10㎜이하가 되는 단열재일지라도 내열성 유리섬유 망이 양면 외각부근에 배열되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 사용되는 상기 고 내열성 유리섬유 망은 E-유리섬유망을 직조한 다음, 내열성 알루미나 졸 및 폴리머에 디핑한 후 건조 및 경화시켜 제조된다.

본 발명에 있어서, 상기 E-유리섬유는 외경이 0.2∼1㎜ 범위인 것을 사용하는데, 이때 상기 E-유리섬유의 외경이 0.2㎜ 미만이면 유리섬유 조직의 강도가 약하며, 1㎜를 초과하는 경우에는 유리섬유 조직 사이에 공극이 생겨서 유리섬유 망이 배합원료와의 결합력이 좋지 않은 문제점이 있다. 또한, 본 발명에서는 유리섬유 망의 위사와 경사의 굵기를 같게 하는데, 이는 균일한 조직과 강도를 같게 하기 위함이다.

상기 유리섬유 망은 20∼40메쉬가 되도록 직조되는데, 보다 바람직하기로는 30∼36메쉬이고, 알루미나 시멘트 혼합물과 적층하기에 가장 바람직하기로는 36메쉬이다. 이때, 직조방법은 평직으로 이루어지도록 하며, 유리섬유 망이 20 메쉬 미만으로 간격이 넓으면 유리섬유 망 자체의 보강 역할이 약화될 수 있고, 40 메쉬를 초과하여 간격이 좁으면 유리섬유 망이 적용된 배합제가 유리섬유 망 사이로 나와서 배합제의 결합력이 약화되는 문제점이 있다.

본 발명에서 사용할 수 있는 내열성 알루미나 졸의 농도는 10∼20%가 바람직하며, 상기 농도가 10% 미만이면 코팅되는 두께가 얇아 내열성이 저하하고, 20%를 초과하면 코팅 두께가 너무 두꺼워 접착성이 좋지 않는 경향이 있다. 본 발명에 따르면, 상기 폴리머는 에틸렌비닐아세테이트를 사용할 수 있다. 상기 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 용액의 농도는 5∼10중량%가 바람직하고, 5중량% 미만이면 내 알 칼리성이 저하되고, 10중량%를 초과하면 내열도가 저하될 수 있다.

유리섬유를 상기와 같은 내열성 알루미나 졸 및 내 알칼리성 폴리머에 충분히 디핑한 후 건조 및 경화시키는데, 상기한 건조 및 경화는 50∼70℃에서 수행되도록 한다. 이때, 상기 건조 및 경화 온도가 50℃ 미만이면 많은 시간이 소요되고 충분한 경화가 이루어지지 않으며, 70℃를 초과하면 과한 가열로 인하여 접착성이 불량해 질 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 방법에 의하면 다수의 유리섬유를 하나의 강한 유리섬유 존으로 결합시킬 수 있으며, 섬유망이 경사와 위사의 연결되는 점에서 아주 강하게 결합되어 콘크리트 구조물의 보강재로 적용될 경우 최상의 기능을 제공할 수 있다.

한편, 상기 양생 단계에서 혼합물을 5∼10㎜두께로 적층하고 망을 설치하여 필요한 두께가 되었을 때 탈수가 좋은 망을 맨 위에 덮고 서서히 가압하여 약 100kg/㎠까지 압축한 후 탈형시키면 제품의 함수율이 40중량% 이하의 성형체가 된다.

따라서, 시멘트 제품의 함수율은 낮을수록 기계적 강도가 높지만 본 발명에서는 혼합된 원료의 고른 분포와 망 사이로 원료가 나올 수 있게 하기 위하여 함수율의 한계를 규정하지 않았지만 유압 프레스의 압력을 이용한 탈수 방법으로 적절한 함수율을 유지하도록 하였다.

아울러, 가압 성형된 제품을 탈형시켜 상온에서 1일 양생시키면 초기 강도가 80% 이상 강도가 유지되어 양면을 표면 연마 후 절삭 가공할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 양생 단계에서 가열하지 않는 이유는 다량의 알루미나 시멘트가 수화 반응할 때 90℃ 이상의 수화열이 발생하기 때문이며 보강재로 설치된 내열성 유리섬유 망은 800℃ 고열에도 나노(NANO) 입자의 알루미나졸의 코팅과 알루미나 시멘트와 해포석의 조직속에서 그 효력을 유지하게 된다.

이렇게 제조된 단열재는 어떤 과격한 진동이나 충격, 또한 고열의 수축과 팽창이 반복되는 악조건에서도 반영구적으로 사용할 수 있으며, 특히 내열성이 우수하여 800℃이상 고온, 단열 등에 유용한 단열재를 제조할 수 있다.

이하 실시 예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명 하지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시 예 1

내열성 유리섬유 망의 제조

도 1에 도시한 바와 같은 굵기가 같은 약 0.26㎜인 E-유리섬유로 직조한 36메쉬의 유리섬유 망을 약 15%의 알루미나 졸 용액에 디핑(Dipping) 건조한 후, 약 8%의 EVA 용액으로 상기 유리섬유 망을 코팅시킨 다음, 건조시켜 도 2와 같은 내열성 유리섬유 망을 제조하였다.

실시 예 2

내열성 단열재의 제조방법

약 10㎜∼20㎜의 해포석 장섬유를 해면기에 해면하면서 20메쉬망으로 채 가름하여 섬유화되지 못한 숏트(Shot)를 분리시켰다.

도 4를 참조하면, 정제된 해포석과 알루미나 시멘트 중량비를 30 : 70으로 건식혼합하고, 약 400중량부의 물에 희석하여 습식, 혼합시켜 해포석과 알루미나 시멘트의 혼합물을 얻었다. 유압 프레스의 금형바닥에 40메쉬의 PP망(Net)를 설치하고 상기 혼합물(20)을 약 8㎜두께로 고른 후, 상기 실시 예 1에서 제조된 내열성 유리섬유 망(10)을 한 겹 깔고 잘 문질러서 망 사이로 상기 혼합물(20)이 나올 수 있게 한 후, 다시 상기 혼합물(20)을 약 8㎜ 두께로 고른 후 망을 깔고 잘 문질러 고르는 방법으로 도 4와 같은 구조(약 32㎜ 두께)가 되면, 상부에 PP망을 덮고 100㎏/㎠압력으로 가압 성형한 후 탈형하여 상부의 PP망을 걷어내고, 상온에서 1일 양생하면 초기 강도가 80% 이상이 된다. 가급적 비비기가 끝난 후, 30분 이내에 성형하는 것이 좋으며, 30분을 초과하게 되면 수화 반응이 이루어지면서 고열이 발생하여 경화속도가 빨라지기 때문에 불량해 질 수 있다. 본 제품은 초기 강도는 좋으나 말기 강도가 다소 약하다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

일반 단열재와 내열성 단열재의 비교표

구분	초기강도	말기강도	내열도	흡수율(%)	양생	보강재
일반단열재	약	강	균열발생	10∼15	상압 증기양생	내알카리성 유리섬유망
실시 예 2	강	약	변화없음	10∼15	상온 양생	내열 내알카리성 유리섬유망

1. 강도: KSC 2346

2. 내열도: 800℃×60min 측정

3. 흡수율: KSC 2346

전술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따른 단열재는 간단한 공정으로 제조가 가능하고, 내열성 유리섬유 망을 보강제로 하고, 인체에 유해성이 없는 해포석를 충전재로 하며, 알루미나 시멘트를 결합제로 하여 어떤 강한 충격에도 파괴되지 않으며, 특히 내열성이 우수하여 800℃ 이상 고열에 효과가 있다.

Claims

해포석 장섬유와 알루미나 시멘트를 25∼40 : 60∼75의 중량비로 건식혼합시키는 단계;

상기 혼합물 100중량부에 및 물 300∼500중량부를 첨가하여 습식 혼합시키는 단계;

금형바닥에 그물망을 설치하고 상기 혼합물을 5∼10㎜두께로 고른 후, 외경이 0.2∼1.0mm 범위이고, 경사와 위사의 굵기가 같은 E-유리섬유로 직조하여 20∼40메쉬의 유리섬유 망을 10∼20%의 알루미나 졸 용액에 디핑 건조한 후, 에틸렌비닐아세테이트를 중량비로 2∼3배의 물로 희석시킨 에틸렌비닐아세테이트 용액으로 상기 망을 코팅 건조한 내열 내알카리성 유리섬유 망을 한 겹 깔고, 다시 상기 혼합물을 5∼10㎜ 두께로 적층시키는 단계; 및

상기 적층물을 가압 성형한 후 탈형시킨 다음, 상온에서 양생시키는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 내열성 단열재의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 적층 단계는 원하는 두께까지 반복되는 것을 특징으로 하는 고 내열성 단열재의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 해포석 장섬유의 길이는 10∼20㎜인 것을 특징으로 하는 고 내열성 단열재의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 양생 단계는 약 100㎏/㎠압력으로 가압 성형한 후 탈형하여 상온 양생실에서 가열하지 않고 양생시키는 것을 특징으로 하는 고 내열성 단열재의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 알루미나 시멘트의 알루미나 함량은 50∼80중량%인 것을 특징으로 하는 고 내열성 단열재의 제조방법.