KR100855122B1

KR100855122B1 - 고강도 슬래그 석고보드 조성물 및 고강도 슬래그석고보드의 제조방법

Info

Publication number: KR100855122B1
Application number: KR20070053794A
Authority: KR
Inventors: 김명욱; 하은수
Original assignee: 주식회사 케이씨씨
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-08-28

Abstract

본 발명은 건축 내장용 고강도 슬래그 석고보드 조성물 및 고강도 슬래그 석고보드의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 슬래그, 반수석고, 석회석, 크래프트 펄프, 폴리비닐알코올 섬유, 규회석, 소석회 및 음이온 응집제를 포함하므로써 생산효율과 초조성을 향상시키고, 난연 및 내화 성능을 향상시킴과 동시에 흡수에 따른 치수안정성을 향상시킨 건축 내장용 슬래그 석고보드 조성물 및 고강도 슬래그 석고보드 제조방법에 관한 것이다.

건축 내장용 슬래그 석고보드

Description

고강도 슬래그 석고보드 조성물 및 고강도 슬래그 석고보드의 제조방법{A composition for high-strength slag gypsum board and a manufacturing method of high-strength slag gypsum board}

종래의 슬래그 보드는 슬래그, 시멘트, 석고를 주원료로 하고, 알칼리 자극 촉진제인 소석회와 탄산칼슘, 퍼라이트, 펄프 및 스크랩(Scrap) 분말 등을 첨가한 혼합물에 3~10배의 물을 가하여 초조 방식으로 생판을 제조하고, 제조된 생판을 자연, 증기 또는 고온고압(Auto-Clave) 양생 등으로 수화시켜 제품화하였다(대한민국 공개특허공보 제1995-17818호).

또한, 종래의 슬래그 보드는 휨강도 보강을 위하여 석면을 사용하였으나, 미 세한 석면 분체가 폐암의 원인이 되는 문제가 있어 최근에는 펄프와 유기섬유를 통하여 강도를 보강하고 있으며, 초조 시에 생판의 압착과 제품 평활도의 저하를 해결하기 위하여 세피올라이트 등 고가의 무기섬유를 사용하였다(대한민국 공개특허공보 제2004-0021231호). 그러나, 이 기술의 경우, 고가의 무기섬유의 사용으로 제품의 원재료비가 상승되는 문제점이 있고, 또한 휨강도가 충분하지 않아 건축 내장용으로 적용하기에 적합하지 않으며, 흡수에 의한 길이변화율이 커서 타일 하지재 등과 같이 수분에 의한 치수 안정성이 요구되는 부위에 적용할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 건축 내장재에서 요구되는 높은 휨강도를 가지며, 오토클레이브 양생에 따른 전력비 상승 없이 자연 양생으로 흡수에 의한 길이변화율을 감소시켜 타일 하지재 등과 같이 수분에 의한 치수 안정성이 요구되는 부위 등의 많은 용도에 적용 가능한 슬래그 석고보드 조성물 및 이를 이용한 고강도 슬래그 석고보드의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 슬래그 석고보드 조성물은 슬래그 8~30중량%, 반수석고 30~55중량%, 석회석 20~40중량%, 크래프트 펄프 2~5중량%, 폴리비닐알코올 섬유 0.1~2중량%, 규회석 3~12중량%, 소석회 0.5~3중량% 및 응집제 0.01~0.1중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 슬래그는 고로수쇄 슬래그로서 8~30중량% 사용하는 것이 바람직한데, 8중량% 미만이면 휨강도가 20N/㎟ 이하로 낮아 슬래그 석고보드의 품질을 확보할 수 없고, 30중량%를 초과하면 흡수에 의한 길이변화율이 0.1% 이상이 되어 타일 하지재 등 수분에 의한 저항성이 요구되는 부위에 적용할 수 없어 바람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 반수석고는 수화반응을 통한 침상 결정화로 강도를 발현하기 위해 사용되며, 반수석고의 강도발현 효과는 슬래그에 비하여 비교적 작으나, 슬래그 석고보드에서 비중을 감소시키는 역할을 한다.

상기 반수석고는 30~55중량% 사용하는 것이 바람직한데, 30중량% 미만이면 상대적으로 미분의 슬래그와 석회석 함량이 커져 제품 운반 시에 취급이 용이하지 않으며, 55중량%를 초과하면 상대적으로 슬래그의 함량이 적어지기 때문에 휨강도가 20 N/㎟ 이하로 낮아져 고강도 슬래그 석고보드의 품질을 만족하지 못하는 문제가 있다.

본 발명에 사용되는 석회석은 높은 휨강도는 유지하면서 흡수에 의한 길이변화율을 감소시키기 위하여 사용된다. 일반적으로, 슬래그는 그 함량을 증가시키면 휨강도를 증가시키나 흡수에 의한 길이변화율이 상승하는 문제점이 있다. 이에 미분의 석회석을 첨가하여 슬래그 감량에 따른 휨강도의 감소 없이 높은 휨강도를 유지하면서 낮은 흡수에 의한 길이변화율을 확보할 수 있으며, 또한, 석회석은 저가의 원료로 제품의 원재료비를 저감하는 효과가 있고, 이를 석회석과 동일한 입도를 가지는 백운석과 규석분 등으로 대체 적용이 가능하다.

상기 석회석의 사용량은 20~40중량%인 것이 바람직한데, 20중량% 미만이면 슬래그 석고보드 내의 공극이 증가하여 휨강도가 하락하는 문제가 있어 바람직하지 않고, 40중량%를 초과하면 과도하게 부피비중이 증가하는 문제가 있다.

본 발명에서 사용되는 크래프트 펄프는 휨강도를 보강하기 위하여 사용되는데, 상기 크래프트 펄프는 침엽수계 천연펄프로 표백 처리한 NBKP(Nadel Holze Bleached Kraft Pulp)와 표백처리 하지 않은 NUKP(Nadel Holze Unbleached Kraft Pulp)를 단독 또는 혼합하여 더블 데스크 정련기(Double Disk Refiner)로 고해하여 피프릴화한 것인데, 상기 펄프를 더블 데스크 정련기로 처리하지 않고 투입하면 펄프와 유기섬유의 뭉침에 의하여 초조시 생판의 평활도가 저하된다. 상기와 같이 더블 데스크 정련기를 사용하여 펄프를 고해하면, 슬래그 및 석고 등의 무기물질과 펄프의 접촉 비표면적을 증대시켜 실린더를 통하여 유실되는 고형분의 양을 줄일 수 있다.

상기 더블 데스크 정련기 처리는 펄프를 캐나다 표준형 210 ml(쇼퍼형 50 ^oSR) 이상의 여수도를 갖도록 고해하는데, 낮은 rpm으로 장시간 고해를 하여야 펄프의 절단 없이 강도보강 효과를 최대로 높일 수 있고, 고해 시간은 40~110분 정도가 바람직하다.

상기 크래프트 펄프의 사용량은 2~5중량%인 것이 바람직한데, 2중량% 미만이면 슬래그 석고보드의 휨강도 품질을 만족할 수 없어 바람직하지 않고, 5중량%를 초과하면 사용시에 제품 평활도가 저하되고, 원재료비가 상승하는 문제가 있어 바 람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 폴리비닐알코올 섬유(PVA fiber)는 인장강도와 탄성률이 커서 휨강도를 보강하기 위하여 사용된다.

상기 폴리비닐알코올 섬유의 사용량은 0.1~2중량%인 것이 바람직한데, 0.1중량% 미만이면 휨강도가 낮아 슬래그 석고보드의 품질을 확보하지 못해 바람직하지 않고, 2중량%를 초과하면 폴리비닐알코올 섬유가 단독으로 또는 펄프와 서로 뭉쳐 제품 평활도가 저하되어 바람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 규회석은 난연 및 내화성능 향상과 흡수에 의한 길이변화율을 감소시키기 위해 사용된다. 상기 규회석은 큰 가로세로비(Aspect Ratio)를 가지고 있어 슬래그 및 석고가 규회석과 결합하여 휨강도를 향상시키는 역할과 함께 수분에 의한 슬래그 및 석고의 팽창을 억제하여 흡수에 의한 길이변화율을 감소시키고, 또한, 낮은 열팽창계수를 가지고 있어 가열시에 슬래그와 석고의 결정수 탈락으로 인한 보드의 수축을 억제하여 난연 및 내화 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 규회석의 사용량은 3~12중량%인 것이 바람직한데, 3중량% 미만이면 난연 성능을 확보하지 못하여 바람직하지 않고, 12중량%를 초과하면 슬래그와 석고 함량의 감소로 인하여 휨강도가 하락하고, 원가가 상승하는 문제점이 있어 바람직하지 않다. 　　

본 발명에서 사용되는 소석회는 슬래그의 알칼리 자극제로 사용되며, 상기 소석회의 사용량은 0.5~3중량%인 것이 바람직하고, 소석회 함량이 0.5중량% 미만이면 슬래그의 수화 반응성이 낮아 휨강도가 하락하므로 바람직하지 않고, 3중량%를 초과하면 과도한 수화 반응과 함께 제품화 후에도 슬래그의 수화 반응을 촉진시켜 흡수에 의한 길이변화율이 상승하여 바람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 응집제는 슬래그 석고보드 생판 제조시 슬러리 내의 섬유와 무기물의 결합력을 높이고, 폐수 내 고형분 함량을 줄여 생산 효율을 높이기 위해 사용하며, 상기 응집제는 그 종류에 특별히 한정은 없다. 상기 응집제는 고체상과 액상 두 종류가 있으나, 고체상의 경우 실제 공정에서 응집제 입자의 완전한 용해가 이루어지지 않으므로 액상을 사용하여 응집 효율을 높이는 것이 바람직하다. 또한 응집제는 비이온계, 음이온계, 양이온계가 있으며, 이중 음이온 응집제는 비이온 응집제와 양이온 응집제에 비하여 분자량이 큰 특징이 있어, 음이온 응집제를 사용하여 비이온 응집제 또는 양이온 응집제를 사용할 때보다 생산 효율을 크게 높일 수 있다. 특히 바람직한 응집제로는 음이온계 폴리아크릴아미드(PAA) 등을 들 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면,

a) 물에 펄프를 투입 후 더블 데스크 정련기로 고해하여 피브릴화된 크래프트 펄프 슬러리를 제조하는 단계;

b) 상기 a)단계의 펄프 슬러리에, 규회석, 석회석 및 폴리비닐알코올 섬유를 혼합하여 해면하는 단계;

c) 상기 b)단계에서 해면된 슬러리에, 슬래그, 반수석고 및 소석회와 물을 투입하여 고형분 농도가 10~30중량%인 슬러리를 제조한 후 응집제를 투입하는 단계;

d) 상기 c)단계의 슬러리에 물을 첨가하여 전체 고형분의 농도가 5~25중량%가 되도록 하고, 이를 환망식 초조기를 통하여 생판으로 제조하는 단계;

e) 상기 d)단계로 제조된 생판을 고압 프레스로 150bar 이상 가압하는 단계; 및

f) 상기 e)단계를 통하여 제조된 생판을 자연 양생하고, 건조, 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 슬래그 석고보드의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 제조방법의 c) 단계에 있어서, 상기 고형분 농도는 10~30중량%인 것이 바람직한데, 10중량% 미만이면 농도가 너무 묽어 환망안으로 빠져나가 손실이 심하여 바람직하지 않고, 30중량%를 초과하면 농도가 너무 강하여 섬유류가 환망안으로 들어가서 제품의 분산이 어려우므로 바람직하지 않다.

본 발명의 제조방법의 d) 단계에 있어서, 상기 고형분의 농도는 5~25중량%인 것이 바람직한데, 5중량% 미만이면 농도가 너무 묽어 손실이 심하므로 바람직하지 않고, 25중량%를 초과하면 제품의 분산이 어려우므로 바람직하지 않다.

본 발명의 제조방법의 e) 단계에 있어서, 상기 압력은 150bar 이상인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 길이변화율이 상승하고 강도가 떨어지므로 바람직하지 않다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체적으로 이해될 수 있으나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않는 것으로서, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

실시예 및 비교예의 고강도 슬래그 석고보드 조성물은 하기와 같은 방법으로 제조하였다.

하기 표 1에 나타낸 조성으로 고강도 슬래그 석고보드 조성물을 제조하였으며, 제조방법은 상기 발명의 상세한 설명에 기재한 방법에 준하였다.

또한, 상기와 같이 하여 제조된 고강도 슬래그 석고보드에 대하여 물성을 하기와 같은 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 함께 나타내었다.

<측정 방법>

1. 초조시 평활도

고강도 슬래그 석고보드 생판을 육안으로 관찰하여 섬유 뭉침 등 불량 요소를 판단하여 초조 가능성을 판단하였다.

2. 부피 비중

KS L 5114에 의거 측정하며, 다음 식을 통하여 계산하였다.

m₀ : 건조시의 무게(g)

m₁ : 시험편을 수중에 매단 경우의 무게(g)

m₂ : 흡수시의 무게(g)

3. 흡수에 의한 길이 변화율

고강도 슬래그 석고보드의 흡수에 의한 길이변화율은 KS L 5114에 의거하여 측정하며, 다음 식을 통하여 계산하였다.

4. 휨강도 시험

고강도 슬래그 석고보드의 휨강도는 KS L 5114에 의거하여 측정하였으며, 시험편의 크기는 KS F 2263에 규정에 의거하였다.

5. 흡수율 시험

고강도 슬래그 석고보드의 흡수율은 KS L 5114에 의거하여 측정하며, 다음 식을 통하여 계산하였다.

6. 투수성 시험

고강도 슬래그 석고보드의 투수성 시험은 KS L 5114에 의거하여 측정하며, 24시간 방치 후에 뒷면에 물방울 발생 유무를 관찰하였다.

표 1

구분		실시예1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5
조성성분(중량%)	슬래그¹ ⁾	29.00	25.00	20.00	14.00	9.00	35.00	26.92	20.00	18.00	5.00
	반수석고	31.00	39.00	33.00	52.00	39.00	24.00	39.00	23.25	50.00	56.00
	석회석² ⁾	23.60	20.02	32.14	20.56	39.48	31.00	18.00	49.30	15.46	20.00
	DDR처리NUKP	2.10	2.80	3.60	4.20	4.80	2.10	-	1.30	7.00	2.80
	DDR미처리 NUKP	-	-	-	-	-	-	2.8	-	-	-
	폴리비닐알코올 섬유	1.90	1.50	1.10	0.60	0.20	0.90	3.10	0.05	0.90	1.18
	규회석	11.50	10.00	8.00	6.00	4.50	2.00	10.00	4.00	6.00	13.00
	소석회	0.80	1.70	2.10	2.60	3.00	4.92	0.12	2.10	2.60	2.00
	음이온 응집제³ ⁾	0.10	0.08	0.06	0.04	0.02	0.08	0.06	-	0.04	0.02
물성	초조가능성 ⁴⁾	○	○	○	○	○	○	×	×	×	○
	부피비중	1.52	1.53	1.49	1.46	1.44	1.65	1.63	1.69	1.39	1.41
	흡수에 의한 길이변화율(%)	0.09	0.09	0.08	0.06	0.04	0.16	0.05	0.15	0.14	0.03
	휨강도 (N/mm²)	22.86	24.13	23.26	22.97	21.03	27.49	14.28	16.21	21.21	15.44
	흡수율(%)	18.38	19.01	20.17	22.78	23.28	16.89	18.32	16.35	27.15	25.38
	투수성 시험	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음
	난연1급	합격	합격	합격	합격	합격	불합격	합격	합격	합격	합격

주) 1) 고로수쇄 슬래그 미분말(Blaine 6,500cm²/g 이상)

2) 석회석 입도(45㎛ 이하)

3) 음이온계 폴리아크릴아미드(PAA)

4) 불량률 상승없이 연속 생산 가능 여부

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예는 초조 시에 불량률 상승 없이 연속 생산 가능함을 나타내었고, 또한, 흡수에 의한 길이변화율 및 휨강도에서 모두 우수함을 나타내었다.

반면에, 슬래그가 본 발명의 범위를 초과하여 첨가된 비교예 1은 휨강도는 아주 높으나, 부피비중과 흡수에 의한 길이변화율이 증가하는 반면에, 본 발명의 범위 미만인 비교예 5는 슬래그의 함량이 적어 부피비중은 낮아지는 효과가 있었으나, 휨강도가 떨어지는 결과를 나타내었다.

DDR처리한 펄프가 2중량% 미만인 비교예 3은 휨강도가 떨어지고, 부피비중이 크게 증가하는 반면에, 5중량%를 초과한 비교예 4는 흡수율 및 흡수에 의한 길이변화율이 증가함을 알 수 있다.

또한, 폴리비닐알코올 섬유가 0.1중량% 미만인 비교예 3은 휨강도가 매우 낮음을 나타내었다.

실시예 1~5에서 나타내는 바와 같이, 슬래그의 함량이 증가하면 흡수에 의한 길이변화율이 크게 증가하여야 하나, 규회석 함량의 증가로 인하여 흡수에 의한 길이변화율은 거의 동등하게 유지됨을 알 수 있다.

실시예 5에서는 석회석을 첨가하여 슬래그 감량에 따른 휨강도의 하락 없이 높은 휨강도를 유지하면서 낮은 흡수에 의한 길이변화율을 확보함을 알 수 있다.

또한, 석회석 함량이 40중량%를 초과한 비교예 3은 부피비중이 과도하게 증 가함을 알 수 있다.

소석회가 0.5중량% 미만 사용된 비교예 2는 휨강도가 하락하였으며, 3중량% 를 초과한 비교예 1은 흡수에 의한 길이변화율이 상승함을 알 수 있다.

이상에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 슬래그와 반수석고에 더블 디스크 정련기로 피브릴화한 펄프와 응집제를 첨가하므로써 폐수 내 고형분의 함량을 저감하여 생산효율과 초조성이 향상되고, 침상의 규회석을 사용하여 난연 및 내화 성능이 향상되며, 이와 같이 제조된 생판을 고압 프레스로 가압하여 투입 원료들의 최대 물성이 발현되고, 또한, 건축 내장재에서 요구되는 높은 휨강도와 오토클레이브 양생에 따른 전력비 상승 없이 자연 양생으로 흡수에 의한 길이변화율을 감소시켜 타일 하지재 등과 같이 수분에 의한 치수 안정성이 요구되는 부위 등 많은 용도에 적용 가능한 슬래그 석고보드를 제조할 수 있다.

Claims

슬래그 8~30중량%, 반수석고 30~55중량%, 석회석 20~40중량%, 크래프트 펄프 2~5중량%, 폴리비닐알코올 섬유 0.1~2중량%, 규회석 3~12중량%, 소석회 0.5~3중량% 및 응집제 0.01~0.1중량%를 포함하고, 상기 크래프트 펄프는 표백처리한 침엽수계 천연펄프 또는 표백처리 하지 않은 침엽수계 천연펄프를 더블 디스크 정련기로 고해하여 피브릴화한 것으로 캐나다 표준형 210ml(쇼퍼형 50 ^oSR) 이상의 여수도를 갖고, 상기 응집제는 액상의 음이온계 폴리아크릴아미드인 것을 특징으로 하는 고강도 슬래그 석고보드 조성물.
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a) 물에 펄프를 투입 후 더블 데스크 정련기로 고해하여 피브릴화된 크래프트 펄프 슬러리를 제조하는 단계;

b) 상기 a)단계의 펄프 슬러리에 규회석, 석회석 및 폴리비닐알코올 섬유를 혼합하여 해면하는 단계;

c) 상기 b)단계에서 해면된 슬러리에 슬래그, 반수석고, 소석회와 물을 투입하여 고형분 농도가 10~30중량%인 슬러리를 제조한 후 응집제를 투입하는 단계;

d) 상기 c)단계의 슬러리에 조합수를 첨가하여 전체 고형분의 농도가 5~25중량%가 되도록 하고, 이를 환망식 초조기를 통하여 생판으로 제조하는 단계;

e) 상기 d)단계로 제조된 생판을 고압 프레스로 150bar 이상 가압하는 단계; 및

f) 상기 e)단계를 통하여 제조된 생판을 자연 양생하고, 건조, 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 슬래그 석고보드의 제조방법.