KR100729849B1 - 내화 석고보드용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내화 석고보드용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축재료로 사용되는 내화 석고보드의 제조시 종래와는 달리 세라믹 섬유와 규석분을 일정량 혼합하여 내화 석고보드를 제조함으로써, 종래 제품에 비하여 구조적으로 견고하고, 방화성능, 보강기능 등이 우수하게 개선된 내화 석고보드용 조성물에 관한 것이다.

세라믹 섬유, 규석분, 내화, 석고보드

Description

내화 석고보드용 조성물{A gypsum board having fire resistance}

본 발명은 내화 석고보드용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축재료로 사용되는 내화 석고보드의 제조시 종래와는 달리 세라믹 섬유와 규석분을 일정량 혼합하여 내화 석고보드를 제조함으로써, 종래 제품에 비하여 구조적으로 견고하고, 방화성능, 보강기능 등이 우수하게 개선된 내화 석고보드용 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 내화 석고보드는 건축물의 내화, 차음 간막이벽이나 엘리베이터 홀용 간막이벽 등 건축물의 주요구조부에 시공되는 석고보드 중 특별히 내화성능이 요구되는 분야에 사용되고 있다.

내화 석고보드는 화재발생시 건물과 인명을 보호하기 위해서 건축물의 간막이, 기둥, 보 등 주요구조부에 시공하며, 내화 석고보드는 화재발생시 화염이 인접 구획 공간이나 석고보드가 시공되어 있는 내부 주요구조부로 전파되는 것을 방지하는 역할을 한다. 화염의 전파정도는 석고보드의 내화성능과 석고보드 시공시의 시스템에 따라 좌우되며, 특히 경량화, 시공편의성, 경제성 등을 고려할 때 석고보드 자체의 내화성능이 화염의 전파정도를 결정한다.

종래의 석고보드는 반수석고(Gypsum hemihydrate)와 경화촉진제로서 황산 알루미늄, 황산가리, 이수석고(Gypsum dihydrate)미분체 등과, 접착보조제로서 전분, 섬유재, 혼화제를 사용했으며, 별도로 내화성능을 부여하기 위해 질석(Vermiculite), 점토류, 유리섬유 또는 기타 무기섬유를 보조제로 투입하여 소석고와 혼합하여 수화반응을 일으켜 내화 석고보드를 제조하였다.

그러나, 상기의 내화성능을 부여하기 위해 첨가하는 질석은 주로 팽창 질석이나 미팽창 질석을 사용하는데, 팽창 질석의 경우 화염에 노출시 내부로 열이 전달되지 못하게 하는 단열효과는 우수하나 석고가 열에 의해 수축함에 따라 균열을 보완해 주지 못하는 문제가 있다. 또한 미팽창된 질석의 경우는 고온에 노출시 삼층 층상구조를 갖는 질석 내부 층간수가 빠져나오면서 수증기 압력으로 부푸는 팽창현상을 일으키는데 팽창되는 부피가 석고의 수축정도를 보완해 주며 단열효과를 부여할 수 있으나 입도나 입도분포, 투입량을 석고 수축정도에 비례하게 정확한 양을 넣어 주지 않을 경우 팽창력에 의해 석고보드 소지 자체에 응력을 주어 쉽게 균열이 생기게 되고 내화성능도 약화된다. 따라서 미팽창 질석을 내화성을 부여하기 위해 투입할 경우 상당한 주의를 기울이지 않으면 오히려 역효과를 낼 수 있다.

점토계 내화재로는 주로 벤토나이트를 사용하는데 이는 주광물이 몬모리나이트(Montmorillonite)로 화산회의 유리성분이 분해하여 생성된 점력이 강한 점토이다. 내화 석고보드에 첨가하는 점토류는 그 자체가 800 ℃ 이상에서 소결성이 있어 석고와 결합하여 고온에서 형체를 유지하게 하고 쉽게 붕괴되지 않도록 하는 작용을 한다. 그러나 점토류를 첨가하게 되면 온도가 상승함에 따라 균열을 발생시키는데 수축력이 크고 소결성능을 갖으므로 균열형태가 크고 석고보드가 고정되어 있는 강재 스터드 부분에서는 균열이 발생되지 않고 중심부에서 길이 방향으로 일정하게 발생되는 결함이 있다. 이런 균열 특성으로 인해 석고와 혼합해서 사용시 내화 성능이 일정치 않고 석고판 중심부에서 내화성능이 약화되는 경우가 많다. 또한 점토류는 성형시 점력에 의한 혼수량 증가로 석고경화체 강도가 하락하고 가격이 바싸며 수입에 의존하는 관계로 수급 등의 문제가 발생되는 단점이 있다.

유리섬유는 주로 보강재로 적용되는데 주로 낮은 온도에서는 효과가 있으나 내화시험에 필요한 고온에서는 그 기능을 쉽게 상실하여 보강기능이 취약하다. 특히 유리섬유를 석고보드에 첨가하는 이유는 석고경화체를 가열할 때 석고내의 수분이탈로 수축이 발생되는데 이때 수축시에도 석고보드의 형태를 그대로 유지할 수 있도록 보강기능을 부여하는 결합재 역할을 한다. 유리섬유의 내열온도는 800 ℃인데 내화가열시험의 경우 30분 경과시 842 ℃까지 상승하므로 그 시간 이상에서는 효과를 상실한다고 볼 수 있다. 보통 내화 가열시간이 1시간 경과시 925 ℃, 2시간 경과시 1010 ℃를 보면 유리섬유는 내화시험시 보강재로 한계가 있다.

이와같이, 종래의 내화 석고보드는 질석, 점토류, 유리섬유, 석고 및 기타 혼화제 등으로 구성되어 있다. 상기한 질석, 점토류 또는 유리섬유 등을 투입하여 제조한 석고보드는 내화보조재를 투입하지 않는 일반석고보드보다 내화성능이 향상되기는 하지만 원료의 취급이 까다롭고 내화성능의 한계로 인하여 내화 시스템 을 구성하기 위해서는 부득이 벽체의 두께를 늘리거나 겹수를 늘려 시공하여야 하는 문제가 있다.

이와 같이 종래의 내화 석고보드는 그 물성이 불완전하여 균열이 발생할 수 있으며, 내화성도 약하고, 가격이 비싸며, 제반물성이 약한 문제를 가지고 있기 때문에 구조적으로 견고하고, 방화성능, 보강기능 등이 개선된 내화 석고보드의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기 문제를 개선하기 위하여 내화성능이 탁월하고 보강기능을 가질 수 있는 세라믹 섬유와 규석분을 사용함으로써, 종래에 비해 구조적으로 견고하고, 방화성능 및 보강기능이 크게 개선된 내화 석고보드용 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 반수석고, 석고경화제 및 전분을 포함하는 성분으로 구성된 내화 석고보드에 있어서, 세라믹 섬유 1 ∼ 5 중량부, 규석분 5 ∼ 15 중량부, 반수석고 60 ∼ 95 중량부, 석고경화제 1 ∼ 7 중량부, 전분 0.2 ∼ 2 중량부를 포함하는 내화 석고보드용 조성물을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 내화 석고보드용 조성물에는 세라믹 섬유, 규석분, 석고, 석고경화제, 전분, 섬유재, 혼화제가 함유되어 있으며, 이들 각 조성성분에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 사용되는 세라믹 섬유는 내화 석고보드 내에서 안정한 망목구조를 형성하여 고온에서 석고가 결정수의 이탈에 의해 부피수축시 석고보드의 수축을 감소시킴은 물론 기본적인 보드구조를 유지하여 고온에서의 석고보드의 강도를 유지함으로써 석고보드의 내화성능을 향상시키는 역할을 하며, 본 발명에 사용하는 세라믹 섬유는 안전사용온도가 1,000 ∼ 1,400 ℃인 고온내열섬유로서 바람직하게는 알루미나-실리카계, 알루미나-실리카-지르코니아계 등이 좋으며, 그 사용량은 1 ∼ 5 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 만약 사용량이 1 중량부 미만이면 세라믹 섬유의 사용에 의한 내화성능의 향상이 낮아지며, 5 중량부를 초과하면 경제성이 없고, 석고보드 제조시 세라믹 섬유를 물에 해리시키기가 어렵고, 공정 투입시 작업성이 저하되는 문제가 있다.

또한, 본 발명에 사용하는 규석분은 석고보드 내에서 입상의 규석분이 석고와 균일한 분산상태를 유지하여 존재하므로 석고가 고온에서 결정수 이탈에 의한 부피수축시 국부적인 역응력을 발휘하여 부피수축을 감소시켜 고온에서 석고보드의 강도를 유지시킴으로써, 석고보드의 내화성능을 향상시킬 뿐만 아니라 입자강화 복합체로서 석고보드의 기계적 물성을 향상시키는 역할을 한다.

본 발명에 사용되는 규석분은 함수율이 0 ∼ 30%이며, SiO₂ 성분이 85 ∼ 100%이고, 입도는 100 메쉬에 80% 이상 통과되는 것이 바람직하며, 내화 석고보드 공정 투입시에는 석고와의 혼련성을 좋게 하기 위해서 직경 100mm 이상의 덩어리가 유입되지 않도록 선별, 배제 하는 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명에 따른 내화 석고보드에 규석분의 사용량은 5 ∼ 15 중량부가 바람직하며, 만일 사용량이 5 중량부 미만이면 규석분 사용에 의한 강도열화 감소효과가 낮아 내화성능의 향상이 크지 않고, 15 중량부를 초과하면 경제성이 없으며, 석고보드의 강도를 저하시키는 문제가 있다.

본 발명에서 사용되는 석고는 원료석고를 140 ∼ 200 ℃ 온도에서 소성한 반수석고(CaSO₄·1/2H₂O)를 말하며 보통 5.5 ∼ 7.5%의 결정수를 함유하며, 제조된 석고보드는 이수석고(CaSO₄·2H₂O)를 말하며 보통 21±3%의 결정수를 가진다. 상기 반수석고는 물을 가함에 따라 경화되는 특성이 있으며 경화에 따라 내화부재료인 세라믹 섬유, 규석분과 결합하여 석고보드의 강도와 물성을 유지시키는 역할을 하며, 그 사용량은 60 ∼ 95 중량부 사용하는 것이 바람직하다.

석고경화제는 석고와 물이 만나 수화과정을 진행시 수화반응을 촉진하는 역할을 하며, 바람직하게는 황산 알루미늄, 황산가리, 이수석고 자체를 미분시킨 것을 사용하는 것이 좋으며, 그 사용량은 1 ∼ 7 중량부 사용하는 것이 바람직하다.

전분은 내화부재료와 석고가 석고보드 원지에 잘 결합하도록 하는 역할을 하며, 바람직하게는 산처리를 한 옥수수 전분을 사용하는 것이 좋으며, 그 사용량은 0.2 ∼ 2 중량부 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명은 상온 또는 저온에서 석고보드의 강도를 향상시키기 위해 상기 내화 석고보드에 유리섬유를 0.1 ∼ 10 중량부 추가로 첨가할 수 있으며, 본 발명에 사용되는 유리섬유는 장섬유를 절단해 사용하거나 미리 절단된 것으로서 섬유 길이는 6 ∼ 15mm 인 것이 바람직하다. 만일 사용량이 0.1 중량부 미만이면 석고보드의 강도를 향상시키는 효과가 낮고, 10 중량부를 초과하면 경제성이 없을 뿐만아니라 석고보드 제조시 작업성을 크게 저하시키는 문제가 있다.

또한 본 발명은 상기의 성분 이외에도 석고보드 제조시 통상으로 사용되는 섬유재와 각종 혼화제를 사용할 수도 있는 바, 섬유재는 유리섬유와 별도로 보강 보조역할을 하며, 바람직하게는 펄프를 사용하는 것이 좋으며, 혼화제는 발포제, 석고지연제, 감수제, 방수제 등을 나타낸다. 상기 혼화제 중 발포제는 주로 음이온계 계면활성제를 사용할 수 있다. 또한 석고지연제와 감수제는 석고의 경화가 빠를 때 경화를 늦춰주는 역할과 혼수량을 줄여주는 역할을 한다. 이외에도 통상적으로 사용하는 기타 분산제를 첨가할 수 있다. 방수제는 내화성능 외에 부가기능으로 방수성능을 동시에 갖도록하기 위해 고형분 45±5%, pH 6 ∼ 11인 파라핀 왁스 에멀젼을 주성분으로 하는 방수액을 본 발명에 따른 내화 석고보드에 첨가할 수 있다. 이러한 혼화제는 미리 물, 공기와 혼합하여 발포시킨 다음 석고보드 제조시 믹서에 투입한다.

상술한 바와 같이, 석고보드나 석고제품은 건축재료로서 우수한 내열성능을 갖는데 이는 건축용으로 사용되는 이수석고가 21% 결정수와 약 70 ∼ 80%의 황산칼슘(Calcium Sulfate)를 함유하고 있어 보통 40 ℃ 이하에서 열적 안정성을 갖으며 45 ∼ 200 ℃에서 결정수가 이탈하여 5.5 ∼ 7.5%의 결정수를 가진 반수석고가 되 기 때문이다. 그러나 반수석고는 200 ∼ 1180 ℃ 에서는 3,2,1형 무수석고를 거쳐 1180 ℃ 이상에서는 CaO와 SO₃로 완전히 분해되게 된다. 즉, 석고보드는 이수석고형태로 존재하며 열을 가함에 따라 21%의 결정수분이 서서히 수증기 상태로 바뀌어 이탈되고 결국은 21% 만큼 부피 수축을 일으키게되어 화재시와 같은 고온에서는 강도가 크게 저하되는 문제가 있는 것이다. 따라서, 본 발명은 기계적 물성과 고온물성이 우수한 세라믹 섬유와 규석분을 사용하여 섬유상의 세라믹 섬유와 입상의 규석분이 각각 고온에서 석고보드의 미세구조를 제어함으로써 종래에 비해 획기적으로 내화성능이 향상된 효과가 있다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

다음 표 1에 나타낸 바와 같이 유리섬유를 0.3 중량부, 세라믹 섬유 3 중량부, 규석분 10 중량부(함수량 0 ∼ 30%) 및 반수석고 86.7 중량부를 성형라인으로 이동시키고, 이 혼합물 100 중량부를 기준으로 물 90 중량부와 석고경화제 6 중량부, 전분 0.2 중량부를 혼합하여 통상의 제조방법에 따라 석고보드를 제조하였다.

상기 제조된 석고보드의 물성은 표 1에 나타낸 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 표 1에 나타난 바와 같이 굽힘파괴하중이 73.7kgf이었고, 내화염성은 8시간 51분이었다. 이러한 물성은 굽힘파괴하중이 61.4kgf이고 내화염성이 2분 45초 인 내화보강제가 들어있지 않은 통상의 석고보드(비교예 1)에 비해 굽힘파괴하중은 10kgf 이상 상승하였고, 내화염성능은 8시간 30분이상 상승한 결과를 얻어 내화성능이 탁월함을 알 수 있다.

실시예 2

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 유리섬유를 0.3 중량부, 세라믹 섬유 3 중량부, 규석분 10 중량부(함수량 0 ∼ 30%) 및 반수석고 81.7 중량부를 성형라인으로 이동시키고, 이 혼합물 100 중량부를 기준으로 물 90 중량부와 석고경화제 6 중량부, 전분 0.2 중량부, 방수액 5 중량부를 혼합하여 통상의 제조방법에 따라 석고보드를 제조하였다.

상기 제조된 석고보드의 물성은 표 1에 나타낸 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 표 1에 나타난 바와 같이 굽힘파괴하중이 69.4kgf이었고, 내화염성은 8시간 24분이었다. 이러한 물성은 비교예 1에 비해 내화성능이 탁월함을 알 수 있으며, 부가기능으로서 전흡수율이 4%로서 방수성능이 가미되었음을 확인할 수 있었다.

실시예 3

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 세라믹 섬유 3 중량부, 규석분 15 중량부(함수량 0 ∼ 30%) 및 반수석고 76.7 중량부를 성형라인으로 이동시키고, 이 혼합물 100 중량부를 기준으로 물 90 중량부와 석고경화제 6 중량부, 전분 0.2 중량부를 혼합하여 통상의 제조방법에 따라 석고보드를 제조하였다.

상기 제조된 석고보드의 물성은 표 1에 나타낸 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 표 1에 나타난 바와 같이 굽힘파괴하중이 56.4kgf이었고, 내화염성은 7시간 41분이었다. 이러한 물성은 비교예 1에 비해 내화성능이 탁월함을 알 수 있었다.

비교예 1

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 통상의 석고보드로서, 반수석고 100 중량부를 성형라인으로 이동하고, 이 반수석고 100 중량부를 기준으로 물 90 중량부와 석고경화제 6 중량부, 전분 0.2 중량부를 혼합하여 통상의 방법으로 석고보드를 제조하였다.

상기 제조된 석고보드의 물성은 표 1에 나타낸 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 표 1에 나타난 바와 같이 굽힘파괴하중이 61.4kgf이었고, 내화염성은 2분 45초이었다.

비교예 2

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 유리섬유 0.3 중량부와 반수석고 99.7 중량부를 성형라인으로 이동하고, 이 혼합물 100 중량부를 기준으로 물 90 중량부와 석고경화제 6 중량부, 전분 0.2 중량부를 혼합하여 통상의 방법으로 석고보드를 제조하였다.

상기 제조된 석고보드의 물성은 표 1에 나타낸 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 표 1에 나타난 바와 같이 굽힘파괴하중이 67.2kgf이었고, 내화염성은 4분 37초이었다. 내화염성은 비교예 1에 약간 상승하였으나 기준치인 8분에는 아직 미달되는 수치이었다.

비교예 3

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 유리섬유 0.3 중량부, 질석 3 중량부, 점토류 10 중량부 및 반수석고 86.7 중량부를 성형라인으로 이동하고, 이 혼합물 100 중량부를 기준으로 물 100 중량부와 석고경화제 6 중량부, 전분 0.2 중량부를 혼합하여 통상의 방법으로 석고보드를 제조하였다.

상기 제조된 석고보드의 물성은 표 1에 나타낸 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 표 1에 나타난 바와 같이 굽힘파괴하중이 65.9kgf이었고, 내화염성은 38분 22초이었다. 비교예 1에 비하여 강도가 다소 상승하였고 내화염성은 기준치를 상회하는 것으로 나타났으나 내화성능이 아직까지는 미흡하다고 볼 수 있었다. 또한 배합상 점토류가 포함되어 석고와 혼합된 슬러리의 점도가 높아지게 되고 높아진 점도로 인해 작업성에 영향을 주게되어 혼수량이 높아진 것을 확인 할 수 있었다.

비교예 4

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 유리섬유 0.3 중량부, 규석분 10 중량부 및 반수석고 89.7 중량부를 성형라인으로 이동하고, 이 혼합물 100 중량부를 기준으로 물 90 중량부와 석고경화제 6 중량부, 전분 0.2 중량부를 혼합하여 통상의 방법으로 석고보드를 제조하였다.

상기 제조된 석고보드의 물성은 표 1에 나타낸 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 표 1에 나타난 바와 같이 굽힘파괴하중이 60.3kgf이었고, 내화염성은 45분 52초이었다. 비교예 1에 비해 내화염성은 기준치를 상회하였으나 강도가 하락함을 확인할 수 있었다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 ∼ 3의 내화석고보드는 비교예 1 ∼ 4에 비해 내화염성이 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 내화염성이 우수한 내화 석고보드를 제조하는데 있어서, 종래와는 달리 세라믹 섬유와 규석분을 적절히 배합함으로써 각종 물성이 우수함과 동시에, 내화염성능이 월등하게 향상된 효과가 있다.

그리고, 본 발명에 따른 내화 석고보드로 건축물을 시공시 종래 석고보드에 비해 내화성능이 우수하여 종래에 비해 두께를 얇게 시공하거나 부착겹수를 줄일 수 있어 시공시 건물활용도, 시공 편의성, 경제성 등의 효과가 있다.

Claims (5)

1. 반수석고, 석고경화제 및 전분을 포함하는 성분으로 구성된 내화 석고보드에 있어서, 세라믹 섬유 1 ∼ 5 중량부, 규석분 5 ∼ 15 중량부, 반수석고 60 ∼ 95 중량부, 석고경화제 1 ∼ 7 중량부, 전분 0.2 ∼ 2 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 내화 석고보드용 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 내화 석고보드 100 중량부에 대하여 추가적으로 유리섬유 0.1 ∼ 10 중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 내화 석고보드용 조성물.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 섬유는 알루미나-실리카계 또는 알루미나-실리카-지르코니아계인 것을 특징으로 하는 내화 석고보드용 조성물.
5. 제 1 항에 있어서, 규석분은 함수율이 0 ∼ 30%이며, 입도는 100메쉬에 80 ∼ 100%가 통과되는 것을 특징으로 하는 내화 석고보드용 조성물.