KR100698873B1 - 무기 경량 단열재 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 규산염 화합물과 콜로이달 실리카에 탄산칼슘, 마이카 분말, 클레이, 염화물, 알루미나, 제올라이트, 탈크, 고령토, 규조토, 탄산칼슘, 황토로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 배합하여 산처리하여 페이스트 상으로 한 후, 여기에 발포제를 가하여 제조한 무기 경량 단열재 및 그의 제조방법을 개시한다.
Description
본 발명은 무기 경량 단열재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
종래, 단열재로서는 스티로폼, 글라스 파이버, 세라믹 파이버, 록울, 실리카 보드, 우레탄 포움, 폴리에틸렌 발포물 등이 알려져 있고, 불연재로서 비중이 큰 것으로는 집섬 보드, 실리카 보드 등이 알려져 있다.
이러한 단열재들은 저렴하고, 단열효과가 높아 건축 자재 등으로 널리 사용되어 왔다. 그러나, 가장 널리 쓰이는 스티로폼은 화재시 유독 가스를 발생시켜 심각한 인명 피해를 주어 외장재로의 사용이 금지되고, 단지 패널이나 건축 벽의 중간층으로 사용되는 것에 한정되고 있다. 또한 글라스 파이버 등의 파이버류는 기관지에 심각한 피해를 주거나, 나아가 암을 유발하여 최근 각국 이의 사용을 금지하고 있으며, 석면은 발암 문제로 각국은 그의 사용을 완전히 금지하고 있다.
최근, 이러한 단열재를 대체하는 재료로서 발포 유리가 여러 분야에서 사용되고 있다. 발포유리는 미국 피츠버그 코닝사와 엘프 아토캠에서 개발하여 FGD 연 돌 라이닝 및 닥트의 절연재로 사용되고 있으며, 이들 발포 유리는 실리카 모래와 첨가제를 용융하여 원료 유리를 제조한 후, 분쇄하고, 여기에 발포조제를 첨가한 후 미분쇄하고, 혼합한 후, 소성하여 발포시키고, 서냉한 후, 성형함으로서 발포유리를 제조하여 판매하고 있다. 이러한 방법을 이용하거나 발전시킨 발명으로서는 다수 있으며, 예를 들면, 특허등록 제 10-0246755호, 동제 10-0357895호, 동제 10-0430437호 등을 들 수 있다.
그러나, 이들 방법들은 우선 발포 유리 제조용 유리를 만들기 위하여는 통상의 유리 제조용 원료에 각종 첨가물을 가하고 1300∼1600℃의 용융과정을 거친 후, 이를 분쇄하고, 여기에 발포(조)제를 혼합하고, 800∼900℃에서 발포시킨 후, 냉각 등의 열처리하여 얻는 것이므로, 다량의 에너지 비용과 시설비가 소요되고, 절단시 파손되는 부분이 많고, 절단면이 날카로워 취급이 용이하지 못한 것 등의 여러 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 개선하려는 많은 출원들이 이루어져 있으나, 아직까지 상온 내지 저온에서 단열재를 제조할 수 있는 발명은 제시되지 못하고 있다.
본 발명자는 상기 여러 문제점을 감안할 때, 경량 단열재로 사용할 수 있는 무독성 재료로서는 규산염 화합물, 실리카, 탄산칼슘, 염화물 화합물, 마이카 등의 광물질을 사용하여야 하고, 이를 용융, 분말화, 소성 등의 공정을 거치면 에너지 소비가 많고, 설비 투자 때문에 경제적이지 못하므로, 이를 피하여 경량 단열재를 만들기 위해서는 우선, 무기 화합물을 상온 내지 저온에서 용해 내지는 페이스트 상으로 할 수 있어야 유리하다고 생각되어 저렴한 규산나트륨과 같은 규산염과 실리카를 산, 알칼리로 처리하여 본 결과, 규산염 화합물 자체가 강알칼리성이므로 알칼리 처리로서는 목적하는 상태로 얻어낼 수 없고, 산으로 처리하여 중성 내지 산성으로 하는 경우, 규산으로 되어 딱딱하여 유동성이 없어 페이스트 상의 물질로 만드는 것은 불가능하고, 더욱이 물에 닿으면, 그대로 용해되므로 이를 단열재로 만드는 것은 불가능하고, 규산염에 수불용성인 실리카, 특히 콜로이달 실리카를 혼합하여 발포시키면, 발포체를 얻을 수 있으나, 물에 넣으면, 용해되어 발포체로서의 가치가 없었다. 그리하여 규산염 화합물에 콜로이달 실리카 및 마이카 분말, 클레이, 염화물 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 배합하고, 이를 묽은 산으로 pH를 7.5∼9.5로 조정한 바, 유동성이 있는 페이스트로 되고, 여기에 발포제를 가하여 정치하면, 다수의 미세한 독립 기공을 가지며, 단열성, 내수성, 내약품성을 가지며, 더욱이 그의 경도 및 강도가 만족할만한 정도로 얻어질 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
즉, 본 발명은 규산염과 콜로이달 실리카를 주재로 하는 무기 단열재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
규산염으로서는 규산나트륨(Sodium silicate) 및 규산칼륨(Potassium silicate)을 들 수 있으나, 오르토 규산나트륨, 메타 규산나트륨 등의 규산나트륨 이 입수의 용이성, 다른 성분들과의 배합성, 발포성 등에서 특히 유리하다. 콜로이달 실리카는 수중에서 수화에 의해 표면에 OH기를 갖는 이산화규소(SiO2)의 콜로이드 현탁액을 말하며, 규산나트륨의 수용액에 염산을 가하여 만들어진다. 최근 새로운 조제법이 개발되어 비수용액 중에 분산한 것이나, 기상법으로 만들어진 미분말상의 것이 있으며, 입자경이 수십 옹스트롬(Å) 내지 수 ㎛의 것까지 여러 가지가 있다. 입자표면은 다공성이며, 수중에서 일반적으로 음전하를 띄고 있다. 상기 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 이들 중 규산나트륨의 수용액을 이용하여 제조하여 판매되고 있는 콜로이달 실리카를 입수하기 용이하다.
상기 규산염 화합물을 페이스트 상으로 만드는 것은 산을 가함으로서 이루어진다. 그러나 강산을 가하여 규산염 용액을 산성으로 하면, 경화가 심하게 일어나서 페이스트 상으로 할 수 없다. 가능한 한 약산으로 중성 내지 약알칼리성, 즉, pH 7∼9.5, 바람직하기로는 pH 8.0∼9.5 정도로 하면 찰떡 반죽과 같은 페이스트 상으로 된다. 이는 규산나트륨을 사용하는 경우의 예를 들어 보면, 규산나트륨 용액을 소량의 묽은 산과 반응하는 경우, 규산, 규산수소나트륨, 규산나트륨 등으로 혼합 화합물로서 존재하게 되고, 이는 규산나트륨과 같이 수용성인 부분과 규산과 같은 수불용성 부분, 수용성 규산수소나트륨 등 규산염의 각종 화합물로 이루어지게 되어 pH에 따라 그의 물성이 딱딱한 페이스트 내지 부드러운 페이스트로 된다. 이 때, 사용되는 산으로서는 특히 한정되지 않으며, 농도도 한정되지 않는다.
상기에서 규산염만을 단독을 산으로 처리하여 중성 내지 약알칼리성으로 하 는 것도 가능하나, 이는 물에 용해되므로 단열재로서는 적합하지 못하다. 따라서, 규산염에 콜로이달 실리카를 1:9 내지 9:1의 중량비로 배합한 후, 산처리하고, 발포하면 얻어지는 발포체가 크랙의 발생을 억제할 수 있으며, 미세 독립 기공의 형성이 우수하다. 그러나, 이 발포체를 물에 넣으면, 용해하고, 다습한 실내에서도 흡습하므로 경량 단열재로 사용하는 것은 어렵다.
이 때문에 상기 혼합물에 다시 다른 성분을 첨가하여 수불용성, 내약품성 등의 최종 물성을 갖도록 하지 않으면 안된다. 이들 문제는 상기 성분들에 마이카 분말, 클레이, 각종 염화물, 알루미나, 제올라이트, 탈크, 고령토, 규조토, 탄산칼슘, 황토로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 상기 혼합물에 대하여 5∼70중량부로 배합하여 산처리하여 페이스트 상으로 한 후, 여기에 발포제를 가하여 정치하면, 내수성, 내약품성, 단열성이 우수한 발포체가 얻어진다.
상기에서 각종 염화물이란, 염화알루미늄, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화아연, 알루미늄 폴리클로라이드, 염화철(FeCl3) 등을 들 수 있다. 이들 염화물은 최종 발포제품의 내수성, 단열성을 향상시킨다.
발포제로서는 특히 한정되지 않으나, 예를 들면, 과산화수소, 중탄산암모늄, 이산화망간, 중크롬산칼륨, 탄산암모늄, 질산암모늄 등의 무기 화합물, 아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 아조비스아미드, 과벤조산, 4,4-옥시비스(벤젠술포닐 하이드로자이드) 등의 유기화합물을 들 수 있다.
상기 혼합물에 발포제를 가한 후, 반응온도는 실온 내지 200℃를 들 두 있으 나, 무기 화합물 발포제를 사용하는 경우, 실온 내지 40℃정도로 방치하면 2∼4시간 후에는 발포가 거의 완료된다. 유기 발포제를 사용하는 경우에는 110∼200℃로 하여야 발포가 원활히 이루어진다. 무기 발포제와 유기발포제 어느 것이라도 좋으나, 기포 발생의 용이성, 취급의 용이성, 에너지 절약 등의 점에서 무기 발포제가 유리하다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
실시예 1
규산나트륨 용액 (Na2Si3O7 약 40% 함유) 1리터를 교반하면서, 콜로이달 실리카 6리터와 염화알루미늄 60g을 넣고, 충분히 교반하면서, 여기에 0.1N 염산을 서서히 가하여 pH 9.0가 되는 부근에서 교반기의 동작이 거의 되지 않을 정도로 페이스트 상으로 되었다. 이를 꺼내 니이더로 30분간 반죽하고, 여기에 계속 반죽하면서 35% 과산화수소 100㎖를 서서히 가하고, 이를 10mm 두께로 펼쳐 놓았다. 4시간 후, 이를 다시 40℃ 오븐에 넣고 30분간 건조하여 발포된 경량 단열재를 얻었다.
얻어진 단열재의 하면에서 가스 토치로 가열하고, 상면의 온도를 측정한 결과, 열전도는 전혀 없었다. 또한, 3 x 3 ㎠의 절단편으로 한 후, 절단편을 비커에 넣고, 물을 채워 30일 동안 방치하였으나, 흡습은 전혀 없었고, 또한, 1N 염산, 1N 수산화나트륨으로 처리하였으나, 변화는 없었다.
실시예 2
실시예 1에서 염화알루미늄 대신에 염화칼슘, 마이카 분말을 각각 6g씩 가한 이외는 동일하게 하였다. 얻어진 발포 경량 단열재는 실시예 1과 동일한 단열성, 내수성, 내약품성을 나타내었다. 또한, 강도는 1m 상공에서 20g 스테인리스 볼을 떨어뜨렸을 때, 표면의 상태는 변함이 없었다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 규산염 화합물, 콜로이달 실리카, 마이카, 염화물 등을 혼합하고, 이를 발포제로 발포시킴으로서 환경을 오염시키지 않고, 경량 단열재로서 우수한 물성을 갖는 발포체를 얻을 수 있다. 본 발명에 의하면 상온 내지 저온에서 수행하며, 또한 페이스트 상을 만들어 발포시킴으로서 얻어지게 되므로 샌드위치 패널, 판상, 구형, 내장재, 포장용 충격방지재 등 어떠한 형상이라도 자유자재로 저렴하게 만들 수 있는 유용한 발명이다.
Claims (7)
- 규산염 화합물과 콜로이달 실리카를 1:9 내지 9:1의 비율로 혼합하고, 여기에 탄산칼슘, 마이카 분말, 클레이, 염화물, 알루미나, 제올라이트, 탈크, 고령토, 규조토, 탄산칼슘, 황토로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 상기 혼합물에 대하여 5∼70중량비로 배합하고, 혼합물의 pH가 7.5∼9.5가 되도록 산처리하여 페이스트상으로 한 후, 이를 발포제로 발포시킴을 특징으로 하는 무기 경량 단열재의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 규산염 화합물이 규산나트륨인 것을 특징으로 하는 무기 경량 단열재의 제조방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 염화물이 염화알루미늄, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화아연, 알루미늄 폴리클로라이드 및 염화철로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 무기 경량 단열재의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 발포제가 과산화수소, 중탄산암모늄, 이산화망간, 중크롬산칼륨, 탄산암모늄, 질산암모늄, 아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 아조비스아미드, 과벤조산 및 4,4'-옥시비스(벤젠술포닐 하이드라자이드)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 무기 경량 단열재의 제조방법.
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