KR100733543B1 - 유리분말을 이용한 경량단열재 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 경량의 단열재를 제조하는 방법으로서, 실리카 성분을 함유하는 실리카겔을 열처리하여 제조된 발포 다공질 실리카를 원료로 제공하는 단계와, 물유리와 유리분말을 혼합하여 결합제를 제조하는 단계와, 상기 발포 다공질 실리카에 상기 결합제를 혼합하여 성형틀에서 성형하는 단계와, 상기 성형틀과 함께 성형된 발포 다공질 실리카를 건조하는 단계와, 상기 건조된 발포 다공질 실리카 성형체를 열처리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 경량단열재의 제조방법은 고온에서 융착하기 위한 열처리 공정을 거치지 않고, 실리카겔을 이용하여 제조된 발포 다공질 실리카의 다공질 구조를 최적의 상태로 유지하면서 동시에 용이하게 성형할 수 있으며, 유리분말을 이용하여 경량단열재를 제조하기 때문에 별도의 고가 원료를 사용하지 않으며 폐자원을 사용할 수 있다.
유리분말, 실리카, 경량단열재, 다공질 실리카, 발포
Description
도 1은 본 발명의 유리분말을 이용한 경량단열재 제조방법에 의하여 제조된 경량단열재의 사진.
본 발명은 경량단열재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유리분말을 이용한 경량단열재의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 단열재는 보냉재(保冷材), 보온재(保溫材), 단열재, 내화단열재(耐火斷熱材)로 구분된다.
대략 300℃에서 사용되는 단열재로는 유리섬유 펠트(felt)를 사용하고 있으며, 이보다 더 고온에서는 고온용의 세라믹화이버(ceramic fiber) 펠트를 단열시키고자 하는 부분에 고정시켜 사용하거나 또는 일정한 형상을 유지해야 하는 경우는 상기의 세라믹화이버 또는 암면 같은 섬유상의 내화물질에 결합제를 첨가하여 판상으로 만들어 사용한다.
이러한 단열재는 소재 자체의 열전도율이 작은 것이 바람직하나, 대부분 열전도율이 그다지 작지 않다. 그러므로 대부분의 경우 열전도율을 작게 하기 위해서 다공질이 되도록 만들어 기공 속의 공기의 단열성을 이용한다.
단열을 위해서 사용되는 종래의 단열재로는 보통 3μ(미크론) 내외의 직경을 갖는 유리섬유 또는 단열을 하고자 하는 부분의 온도가 높을 경우에는 암면 또는 세라믹섬유를 이용하여 만들어진 펠트 또는 판상의 보드(board)를 이용하였다.
이러한 유리섬유 또는 세라믹섬유는 섬유의 형상 때문에 섬유의 사이마다 다수의 빈 공간들이 형성되며, 이 공간들이 열의 전달을 막아 단열 효과를 갖도록 해준다. 이와 같이 섬유 사이에 존재하는 빈 공간의 단열의 기능을 이용하여 섬유상의 재료를 단열의 재료로 사용하는 것은 보온의 목적으로서, 그 원리는 담요나 이불 등과 같은 것이 차갑게 또는 뜨겁게 보온하는 역할에 사용되는 것과 같은 원리이다.
상술한 유리섬유 또는 세라믹섬유를 이용한 단열재는 상대적으로 고가이며, 기존의 내화단열재와 같은 우수한 고온의 성질을 얻기가 불가능한 단점이 있고, 암면 등이 비산하여 공해문제를 일으키고 있기 때문에 활용이 제한되어 왔다.
이러한 문제를 해결하기 위한 종래기술로서, 대한민국 공개특허 제2001-0106171호(2001.11.29.)에 기재된 "내화 단열재용 발포유리의 제조방법"은 실리카겔을 제조하고 실리카겔을 습윤 공기중에 노출시켜 적당량의 수분을 흡수하게 하고, 이를 단열재로 사용하기 위하여 일정 형상을 하고 있는 내화 거푸집에 투입하여 이들을 980~1300℃의 온도에서 소성하여 성형체를 만드는 방법에 관한 것이다.
그러나 이와 같은 방법은 실리카겔을 제조하기 위하여 통상의 방법 이외의 첨가제와 다수의 공정 변수를 조절하는 것으로 알려져 있으며, 성형체를 제조하기 위하여 실리카겔 원료를 내화 거푸집에 넣고 고온에서 발포시켜 성형한다.
따라서, 이 방법의 문제점을 구체적으로 살펴보면, 실리카겔이 발포되고 형성된 다공질의 실리카겔이 서로 융착되어 결합력을 갖도록 하기 위하여는 발포온도보다 높은 온도에서 열처리하여야 하므로, 그 과정이 용이한 것처럼 보이나 실제 융착시키기 위하여 높아지는 온도로 열처리하는 과정에 표면에서 우선적으로 발포되는 실리카겔이 단열재 역할을 하므로 내부의 실리카겔의 발포를 방해하는 역할을 한다.
또한, 고온에서 다공질의 구조가 무너지기 시작하여 형성된 다공질로 인한 단열 효과를 잃어 버리게 되며 온도가 낮을 경우에는 낮은 기계적 강도로 인하여 성형이 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 고온에서 융착하기 위한 열처리 공정을 거치지 않고, 실리카겔을 이용하여 발포된 다공질 실리카의 다공질 구조를 최적의 상태로 유지하면서 동시에 용이하게 성형할 수 있는 유리분말을 이용한 경량단열재의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 경량의 단열재를 제조하는 방법으로서, 실리카 성분을 함유하는 발포 다공질 실리카를 원료로 제공하는 단계와, 물유리와 유리분말을 혼합하여 결합제를 제조하는 단계와, 상기 발포 다공질 실리카에 상기 결합제를 첨가 혼합하여 성형틀에서 성형하는 단계와 상기 성형틀과 함께 성형된 발포 다공질 실리카를 건조하는 단계 및 상기 건조된 발포 다공질 실리카 성형체를 열처리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 결합제는 발포 다공질 실리카 1리터당 물유리 50g~67g과, 물유리 1g당 유리분말 0.55g~1.12g을 혼합하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 유리분말은 창유리를 사용하여 분쇄하거나 폐유리를 이용하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 열처리 단계는 600℃~1000℃범위인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저, 실리카 성분을 함유하는 발포 다공질 실리카를 원료를 준비한다. 본 발명의 발포 다공질 실리카는 공지된 기술에 의해 제조된 내열성을 갖으며, 98% 이상의 실리카 성분을 함유하는 경량의 발포 다공질 실리카를 원료로 준비한다.
다시 말하면, 발포 다공질 실리카란, 탈수 건조제·흡착제 등으로 사용하기 위한 구형의 실리카 겔을 열처리하여 얻어진 것으로서, 이러한 발포 다공질 실리카에 대해서는 등록특허 제10-0529059호에 기재되어 있다.
다시 말하면, 발포 다공질 실리카란, 탈수 건조제·흡착제 등으로 사용하기 위한 구형의 실리카 겔을 열처리하여 얻어진 것으로서, 이러한 발포 다공질 실리카에 대해서는 등록특허 제10-0529059호에 기재되어 있다.
다음으로, 물유리와 유리분말을 혼합하여 결합제를 제조한다. 이 결합제는 상기 발포 다공질 실리카에 원하는 형상의 유지와 충분한 기계적 강도를 갖기 위한 것이다.
물유리는 규석이나 규사의 주성분인 규산과 수산화나트륨이 결합된 염의 일종으로서, 일반적으로 나트륨(Na)의 함량에 따라 구분되며, 사용하는 물유리의 종류에 따라 그리고 전체적으로 사용하는 물유리의 양에 따라 내열성이 달라지므로 사용온도에 따라 선택사용하여야 한다.
유리분말의 조성은 일반적인 창유리의 조성과 비슷하며, 본 발명에서는 사용되는 유리분말로서 폐유리분말도 이용할 수 있는데, 폐유리분말은 고순도의 실리카 유리보다 낮은 온도에서 녹으므로 결합제로 작용할 수 있다. 이렇게 사용되는 유리분말은 인산 알루미늄, 통상의 시멘트 등과 유사한 기능을 할 수 있다.
결합제에 혼합되는 물유리는 발포 다공질 실리카 3리터당(무게로 약600g~700g, 밀도의 변화가 있으므로 부피를 기준으로 함), 대략 150g~200g이 바람직하며, 그 이유는 150g보다 적게 혼합될 때에는 결합력이 약하여 강도가 저하되고, 200g보다 많게 혼합될 때에는 과잉의 양이 발포하여 다공질 실리카에 부착되지 않고 하부로 흘러 버려지게 되므로 효과가 없다.
그리고 결합제에 혼합되는 유리분말도 발포 다공질 실리카 3리터당, 물유리가 180g 일때, 100g~200g이 바람직하며, 그 이유는 100g보다 적게 혼합될 때에는 물유리의 수축율을 감소시켜주는 효과를 충분히 발휘하지 못하고, 200g보다 많게 혼합될 때에는 충분히 결합되지 않은 과잉의 유리분말로 인하여 발포 다공질 실리카를 충분히 결합시켜주지 못하여 강도가 저하된다.
다음으로, 상기 발포 다공질 실리카에 상기 결합제를 첨가 혼합하여 성형틀에서 성형한다.
이렇게 혼합된 결합제를 발포 다공질 실리카와 함께 혼합한 후 성형틀에 넣은 후 일정한 형상으로 성형한다.
다음으로, 상기 성형틀과 함께 성형된 발포 다공질 실리카를 건조한다.
상술한 바와 같이 결합제를 발포 다공질 실리카와 혼합한 후 성형틀에 넣고 적당한 방법으로 충진 시킨 후, 성형틀과 함께 50℃~200℃의 건조 오븐에서 건조시킨다. 건조가 완료된 후 틀에서 제거하면 원하는 형상의 성형체가 제조된다.
마지막으로, 상기 건조된 발포 다공질 실리카 성형체를 열처리한다.
건조된 발포 다공질 실리카를 열처리하는 온도는 600℃에서 1000℃ 적당하다.
600℃보다 이하의 온도에서 열처리를 할 경우에 강도가 다소 약해지는 경우가 발생하고, 1000℃보다 높은 온도에서 열처리를 하여도 단열재의 성형이 가능하지만 성능이 향상되지 않고 거의 동일하므로 비경제적이다.
그러므로 물유리와 폐유리를 혼합한 결합제를 이용하여 발포 다공질 실리카를 성형하여 열처리하는 온도는 600℃에서 1000℃사이가 바람직하다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 참조로 하여 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
<비교예 1>
| 물유리 | 유리분말 | 열처리 온도 | 결과 |
| 180g | 100g | 1050℃/1시간 | 불량 |
| 180g | 100g | 1100℃/1시간 | 불량 |
성형틀에 발포되지 않은 실리카겔을 넣고 1050℃로 승온하여 열처리하는 경우와 1100℃로 승온하여 열처리하는 경우로 나누어, 각각의 온도에서 1시간 유지 후 자연 냉각하였다. 이와 같은 두가지 경우, 제조되는 형상은 중앙 부위만 발포되고 일부는 거의 반응이 되지않고 부피의 변화도 없는 상태로서 서로의 결합력은 거의 없는 상태로서 취급이 곤란한 상태였다.
<비교예 2>
| 물유리 | 유리분말 | 열처리 온도 | 결과 |
| 180g | 100g | 1200℃/1시간 | 불량 |
| 180g | 100g | 1250℃/1시간 | 불량 |
성형틀에 발포되지 않은 실리카겔을 넣고 1200℃로 승온하여 열처리하는 경우와 1250℃로 승온하여 열처리하는 경우로 나누어, 각각의 온도에서 1시간 유지 후 자연냉각하였다. 이와 같은 두가지 경우, 발포는 가능하나 제조되는 형상이 가운데 부분이 산처럼 튀어 나와 그 밑부분은 빈 공간을 만들게 되어 목적하는 형상을 제조하기가 곤란하였다.
상기 <비교예 1> 내지 <비교예 2>에서와 같이 발포되지 않은 실리카겔을 원료로 사용하여 성형체를 제조하는 경우 열처리 온도에 상관없이 단열재의 성형이 불가능하거나, 성형이 가능하다 하더라도 원하는 형상을 제조하기가 힘들었다.
<비교예 3>
| 물유리 | 유리분말 | 열처리 온도 | 결과 |
| 180g | 0g | 1000℃/1시간 | 불량 |
발포 다공질 실리카에 물유리만을 사용하여 혼합한 후 1000℃에서 열처리하여 로에서 냉각하였다. 이와 같은 경우, 형상은 기계적 강도가 매우 약하여 물유리만을 사용하는 것은 곤란하였다.
상기 <비교예 3>에서와 같이 결합제로 물유리만 사용한 경우에는 열처리 온 도가 1000℃로서 올바르게 설정되었지만, 결합제에 유리분말이 혼합되지 않아서 기계적 강도가 약하여 단열재의 성형이 불가능하였다.
<비교예 4>
| 물유리 | 유리분말 | 열처리 온도 | 결과 |
| 180g | 100g | 500℃/1시간 | 강도 약함 |
성형된 발포 다공질 실리카를 500℃로 승온하여 열처리하여 로에서 냉각하였다. 이와 같은 경우, 성형된 단열재의 강도가 약한 문제점이 있다.
<실시예>
성형틀에 발포 다공질 실리카를 3리터(무게로는 대략 600-700g, 밀도의 변화가 있으므로 부피를 기준으로 함)를 넣고, 여기에 물유리 180g과 유리분말을 아래와 같이 혼합하여 사용하였다.
| 실시예 | 물유리 | 유리분말 | 열처리 온도 | 결과 |
| 1 | 180g | 100g | 800℃/1시간 | 양호 |
| 2 | 180g | 100g | 1000℃/1시간 | 양호 |
| 3 | 180g | 100g | 600℃/1시간 | 양호 |
| 4 | 180g | 150g | 800℃/1시간 | 양호 |
| 5 | 180g | 200g | 800℃/1시간 | 양호 |
상기 실시예와 같이 물유리와 폐유리를 혼합한 결합제를 이용하여 발포 다공질 실리카를 성형하여 600℃에서 1000℃사이에서 1시간 열처리하면 양호한 경량의 단열재를 용이하게 제조할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 유리분말을 이용한 경량단열재의 제조방법에 의하면, 고온에서 융착하기 위한 열처리 공정을 거치지 않고, 실리카겔을 이용하여 실리카겔의 다공질 구조를 최적의 상태로 유지하면서 동시에 용이하게 성형할 수 있다.
또한, 유리분말을 이용하여 경량단열재를 제조할 수 있어서, 별도의 고가 원료를 사용하지 않으며 폐자원을 사용할 수 있다.
Claims (4)
- 경량의 단열재를 제조하는 방법으로서,구형의 실리카 겔을 열처리하여 얻어진 실리카 성분을 함유하는 발포 다공질 실리카를 원료로 제공하는 단계;물유리와 유리분말을 혼합하여 결합제를 제조하는 단계;상기 발포 다공질 실리카에 상기 결합제를 혼합하여 성형틀에서 성형하는 단계;상기 성형틀과 함께 성형된 발포 다공질 실리카를 건조하는 단계;와상기 건조된 발포 다공질 실리카 성형체를 열처리하는 단계;를 포함하며,상기 유리분말은 창유리를 사용하여 분쇄하거나 폐유리를 이용하는 것을 특징으로 하는 유리분말을 이용한 경량단열재의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 결합제는 발포 다공질 실리카 1리터당 물유리 50g~67g과, 물유리 1g당 유리분말 0.55g~1.12g을 혼합하는 것을 특징으로 하는 유리분말을 이용한 경량단열재의 제조방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 열처리 단계는 600℃~1000℃범위인 것을 특징으로 하는 유리분말을 이용한 경량단열재의 제조방법.
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| KR1020050128186A KR100733543B1 (ko) | 2005-12-22 | 2005-12-22 | 유리분말을 이용한 경량단열재 제조방법 |
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2005
- 2005-12-22 KR KR1020050128186A patent/KR100733543B1/ko not_active IP Right Cessation
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