KR100883056B1 - 질석을 이용한 흡음재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질석을 이용한 흡음재의 제조방법에 관한 것으로서 본 방법에 의하면 열처리에 의해 수분이 제거된 질석분말과 소지분말을 혼합하고 여기에 물유리를 적하시켜 그래뉼화하고 건조한 후 그래뉼의 표면에 물유리를 분무,도포하여 성형하고, 소성 및 탈형하는 것에 의해 흡음재가 제조되면, 이에 의하면 질석을 주원료로 이용하여 성형성이 우수하고 흡음성이 우수한 흡음재를 제조할 수 있다.

Description

질석을 이용한 흡음재의 제조방법{A method for manufacturing a sound-absorbing materials}

본 발명은 질석을 이용한 흡음재의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 질석분말을 주성분으로 하는 그래뉼을 이용하여 흡음재를 제조하는 방법에 관한것이다.

질석(蛭石)은 알루미늄과 철이 많이 포함되어 있는 화강암속의 흑운모가 분해된 3층 구조형 운모상의 광물질로서 건축재료, 내화재료, 농축산용, 원예용 등의 여러 분야에서 응용 사용되고 있는 무공해 재료이다. 이러한 질석(vermiculite)을 가열하게 되면 층간수가 탈수되는 현상이 일어나고, 이때 결정속에서 발생하는 수전기의 압력으로 인하여 밑면 방향으로 박리 팽창하여 거머리와 같이 늘어나는 성질이 있어서 이를 라틴어로 버미큘라이트(Vermiculite)라고도 한다.

상기 질석은 비중 약 2 ∼ 3, 경도 약 1.5로 연질이고, 요곡성은 있지만 탄성은 없으며, 입자 크기는 일반적으로 0.15 ∼ 5 mm 정도로서 미세한 입자의 것은 물로 이기면 큰가소성을 나타내는 물리적 성질을 가지고 있다.

이러한 질석 고유의 물리적 성질을 이용하여 상기에서 언급된 바와 같이, 다양한 용도로 사용되고 있는데 이를 설명하면 다음과 같다.

첫 번째, 건축물의 주요 철골 구조체를 화재로부터 보호하기 위해 철골표면을 내화단열재로 피복하여 고온의 화재시에도 건물의 붕괴를 최대한으로 방지하며, 인명피해를 막는 동시에 연소(延燒)를 방지하는 방화구획설치도 겸할 수 있도록 건물에 대한 내화단열피복은 절대적으로 필요한 설계요소로 되어 있다.

따라서, 이러한 요소들에 적합하도록 질석은 건축물의 충진단열재, 시멘트와 석고 등의 경량 단열 혼합재, 천장, 벽체 음향조절, 단열, 방음재, 온돌 바닥 및 난방파이프의 보온재, 파이프 보온커버, 냉장 단열/콘크리트 지붕보드와 같은 건축물의 충진 및 내화 단열재로의 용도로 사용될 수 있다.

둘째, 질석은 불연, 단열, 경량, 흡음 등의 다목적 성능을 갖춘 건축물의 신소재로서 주로 미장을 겸한 방화, 보온, 흡음 및 결로 방지의 목적으로 두께 5 ∼ 20 mm까지 신속하게 시공할 수 있는 분무식 코팅제(spray coating)로 사용되어 시간을 단축시키고 염가로 시공할 수 있다.

셋째, 질석은 토양미생물제로서 추비시 부숙을 촉진시키고 토양개량, 작물의 다수확 및 품질향상에 역점을 두어 퇴비 중에서 유효하고 중요한 균만을 분리하여 특별배양한 다음, 여러 가지 광물질 및 무수한 기공을 가지고 있는 팽창질석에 흡착 고정시켜 종합효소제로 사용될 수도 있다.

넷째, 현재 우리 나라의 일반 농가에서 가축을 사육하면서 미량요소와 항생 제를 투여 사육하고 있어 눈에 보이지 않는 피해와 비용증가 요인을 안고 있으나, 여러 가지 미량 요소들을 함유하고 있는 MKC 질석을 사료에 첨가 섭취시킴으로서 가축의 체질을 강화, 병해에 대한 저항력을 길러주며 각종 예방투약비를 절감할 수 있는 직접, 간접적인 효능이 있어 많은 호평을 받고 있다.

그 밖에, 상기 질석은 화학 분야용으로는 흡수재, 매개제, 몰딩(MOLDING) 분말, 각종 합성수지, 고무, 페인트의 중량제로 사용된다. 그리고, 농수산 분야용으로 갯지렁이 포장용, 꽃게, 미꾸라지, 활어 포장용, 토양의 경화, 방지(토양 조절재), 토질 개량제(토양 조절재), 옥상 원예용 토분 제조, 고구마, 감자, 과실류 등의 저장용, 함수 활성용, 사료 첨가제(닭, 돼지, 소)로 사용된다. 일반 분야용으로는 포장용 패킹 재료, 유로화재의 소화재, 해상 오염 물질의 흡수재, 각종 폐기물 처리의 흡수재, 각종 미장 처리로 사용된다. 목재 분야용으로는 합판, 파티클 보드의 불연 미장재로 사용된다.

한편, 종래 건축단열 및 흡음 시공시 보온 단열재 또는 흡음재로는 일반적으로 제품가격이 저렴하고 무게가 경량이며 작업성이 좋은 플라스틱 발포체인 스티로폼 및 유리섬유를 사용하고 있다. 그러나, 상기 스티로폼의 경우 내열 온도가 낮고, 연소시 유독가스를 발생하고 폐기시 분해되지 않아 환경오염을 일으키는 원인이 되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 스티로폼, 유리섬유 이외의 다른 소재에서 흡음재로 사용하기 위한 연구가 진행되고는 있지만, 지금까지는 아직 뚜렷하게 상기 스티로폼을 대체하는 제품의 개발이 이루어지지 못하고 있다. 그 중에서 상기와 같은 여러 가지 물리적 성질을 갖는 질석을 이용하고자 노력한 바 있으나, 질석이 가지는 다층, 다공질, 미끌거림 등의 물리적 특성상 판넬 제작이 국내외에서는 아직 미흡한 실정이다.

본 발명은 질석을 이용하여 상기한 종래 문제점이 없이 고품질의 흡음재를 제조하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명자의 연구에서 열처리에 의해 수분이 제거된 질석 분말과 소지분말의 혼합물에 물유리(sodium silicate)를 적하하여 그래뉼화하고 이 그래뉼에 물유리를 도포하여 보드 등의 형상으로 성형하여 소성하면, 질석을 이용하여 성형이 용이하고 흡음성이 우수한 흡음재의 제조가 가능하다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.

그러므로 본 발명에 의하면 질석을 이용한 흡음재의 제조에 있어서, 질석을 이용한 흡음재의 제조방법에 있어서,

열처리에 의해 수분이 제거된 질석분말과 소지분말을 혼합하고 여기에 물유리를 적하시켜 그래뉼화하는 공정;

제조된 그래뉼을 1차 가열하여 건조하는 공정;

건조된 그래뉼의 표면에 물유리를 분무하여 도포하는 공정;

물유리가 도포된 그래뉼을 소정형상의 형틀에서 성형하는 공정;

제조된 성형물을 700~900℃에서 2차 가열하여 소성하는 공정 및

소성된 성형물을 형틀에서 분리하는 탈형공정순으로 제조하는 것을 특징으로 하는 질석을 이용한 흡음재의 제조방법이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 상기 그래뉼의 입자크기가 5mm이상인 것을 특징으로 하는 질석을 이용한 흡음재의 제조방법이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면, 상기 소지분말은 상기 질석 분말 100중량부에 대하여 30~60중량부의 양으로 배합되는 것을 특징으로 하는 질석을 이용한 흡음재의 제조방법이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면, 상기 질석분말은 질석 원석을 분쇄한 후 100℃ - 120℃ 범위 에서 8시간 ~ 12시간 열처리하여 질석에 함유되어 있는 수분을 제거한 것임을 특징으로 하는 질석을 이용한 흡음재의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 의하면 질석을 주원료로 이용하여 성형성이 우수하고 흡음성이 우수한 흡음재를 제조할 수 있다.

이하 본 발명을 바람직한 일 실시구현을 예시한 첨부도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

첨부도면 도 1은 본 발명인 질석을 이용한 흡음재 제조방법의 공정을 보여주는 공정도로서, 이에 따르면 본 발명은 질석 원석을 소정 크기로 분쇄하는 분쇄공정에 의하여 만들어진 소정 크기로 분쇄된 분말형태의 질석을 100℃ - 120℃ 범위 에서 8시간 ~ 12시간 열처리하여 질석에 함유되어 있는 수분을 제거하는 수분제거공정을 수행한다.상기 수분제거공정을 수행하는 이유는 질석의 부피팽창과 강도향상을 얻기 위함이다.

상기 수분이 제거된 질석분말과 도기나 자기제조에 사용되는 소지(素地) 분말을 혼합하고 이 혼합물을 그래뉼제조기에 넣고 스포이드 등과 같은 적하수단을 이용하여 물유리를 적하시키면서 그래뉼제조기를 가동하여 그래뉼화하는 공정을 수행한다. 이와 같이 하면 대체로 구상의 그래뉼이 얻어진다. 그래뉼의 입자크기는 적하되는 물유리 방울의 크기, 물유리의 적하량 등을 조절하여 제어할 수 있으며, 바람직하기로는 그래뉼의 입자크기가 5mm 이상이 되도록 제어하는 것이 소망하는 흡음률을 갖는 흡음재의 제조에 유용하다. 또한 질석분말과 소지분말의 배합비는 질석 분말 100중량부에 대하여 30~60중량부가 적당하다. 혼합물중 소지분말의 함량이 너무 적으면 흡음재의 물성이 취약하게 되고 너무 많으면 흡음특성의 다소 저하하는 문제점이 있다.

원할 경우 질석분말과 소지분말 외에 폐유리분말을 첨가할 수도 있으며, 이 경우 폐유리 분말은 질석 분말 100중량부에 대하여 2~6중량부의 비율로 배합하는 것이 적당하다. 그래뉼제조기는 일종의 믹서로 일정 속도로 회전하여 내용물을 결 합 및 혼합하여 주는 기계이다.

제조된 그래뉼은 1차 열처리하여 수분을 제거하는 건조공정을 수행한다. 특별히 제한하기 위한 것은 아니지만 1차 열처리는 100℃ 이상의 온도에서 12시간 이상 수행하는 것이 적당하다. 이러한 1차 열처리는 후속의 2차 열처리에서 그래뉼의 파손을 방지하거나 2차 열처리를 거쳐 제조되는 흡음재의 변형을 방지하는 작용을 한다.

그래뉼을 건조한 다음에는 그래뉼 표면에 물유리를 분무, 도포하고나서 소정 형상(예: 보드, 블럭 등의 형상)의 성형틀에 넣어 성형한다.

얻어진 성형물은 성형틀 안에서 2차 열처리하여 소성한 후 탈형하는 것에 의해 본 발명의 흡음재가 제조된다. 이때 2차 열처리는 700~900℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.

이와 같은 공정을 거쳐 제조되는 흡음재는 도 1a의 사진에 나타낸 바와 같이 그래뉼들이 붙어 이루어진 것으로 인접하는 그래뉼들 사이에 기공이 형성되어 비체적이 높게 되고 흡음특성이 우수하게 된다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명이 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

열처리에 의해 수분이 제거된 질석분말 100중량부에 대하여 소지분말 45중량부의 비율로 혼합한 후 얻어진 혼합물을 그래뉼제조기에 넣고 스포이드를 통해 물 유리를 적하시키면서 그래뉼을 제조하였다. 제조된 그래뉼을 체분리하여 5mm 이상의 그래뉼을 선별하였다. 선별된 그래뉼을 100℃ 이상의 온도에서 12시간 이상 열처리하여 수분을 충분히 제거하는 건조공정을 수행한 후 건조된 그래뉼의 표면에 물유리를 분무하여 그래뉼의 전체 표면에 물유리가 충분히 피복되도록 도포한 후 보드 형상의 성형틀에 충전하여 성형하였다. 성형틀내에서 성형된 성형물을 800℃의 온도에서 2차 열처리하여 산화소성하고( 승온속도 5℃/min, 체류시간 30분), 소성된 성형물을 성형틀에서 탈형하여 도 1a에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는 가로60mm, 세로길이60mm, 두께 30mm의 보드형 흡음재를 제조하였다. 제조된 흡음재에 대해서 후술하는 방법으로 흡음율을 측정하였다. 흡음률 측정결과는 도 1b에 제시된다.

[비교예]

유리섬유로 상기 실시예의 흡음재와 동일 크기의 보드형 흡음재를 제조하였다. 제조된 흡음재 시료의 사진은 도 2a에 제시되고, 그 흡음률 측정결과는 도 2b에 제시된다.

상기 흡음율은 다음과 같은 방법으로 측정한 것이다.

실험조건

세로길이 60mm, 가로길이 60mm, 두께 30mm

실험측정방법

임피던스관은 60mm×60mm인 정사각형이며, 길이는 1300mm 그리고 두께는 10mm인 아크릴판으로 제작하였다. 관의 입구측에는 스피커가 부착되어 있으며, 출구측에는 음파가 수직으로 입사하도록 다공판이 설치되어 있다.

또한, 출구측 다공판 뒤에는 음의 누출이 없도록 O링이 부착된 강체피스톤으로 밀봉하였다. 측정주파수의 상한범위는 3200Hz로 하였으나, 본 측정에 쓰인 사각형 임피던스관의 등가지름이 67.7mm이므로 고차모드에 의한 차단주파수를 감안하면, 평면파 음장조건을 유지하는 주파수의 상한범위는 2900Hz가 된다.

흡음계수는 임피던스관의 두 지점에 설치된 두 개의 마이크로폰간의 음향전달함수 측정값으로부터 구하였다. 마이크로폰(B&K, 4938)은 1/4인치 압력형 마이크로폰을 사용하였으며, 다공판으로부터 첫 번째 마이크로폰까지의 거리와 두 마이크로폰의 간격은 각각 60mm와 40mm이다.

상기와 같은 측정방법으로 실험을 해 보았더니 본 발명의 질석을 이용한 흡음재는 첨부도면 도 1b에 도시된 바와 같은 그래프를 얻었으며, 종래 유리섬유를 이용한 흡음재는 첨부도면 도 2b에 도시된 바와 같은 그래프를 얻었다.

상기 실험결과에서 알 수 있듯 종래 유리섬유재로 이루어진 흡음재와 본 발명의 질석을 이용한 흡음재의 차이점은 0.5~0.8 kHz 소음 주파수 영역대에서 본 발명의 질석을 이용한 흡음재는 0.9 이상 종래 유리섬유를 이용한 흡음재는 0.15 정도의 흡음율을 나타내는 것을 알 수 있습니다. 좀더 구체적으로 본 발명의 질석을 이용한 흡음재는 1 kHz 이상의 고주파수 영역대에서 0.7~0.8 이상의 흡음률을 나타내고 있으며 종래 유리섬유를 이용한 흡음재는 0.5~1 kHz 대의 생활환경 소음을 흡 수는 하나 흡음율이 저하되는 것을 알 수 있으며 본 발명의 흡음재는 철도나 비행기 같은 고주파수 영역대의 흡음에 적합하다는 것을 알 수 있었다.

도 1a는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 흡음재의 형태를 보여주는 사진.

도 1b은 본 발명의 기술이 적용된 질석을 이용한 흡음재의 제조방법의 공정에 의하여 제조된 흡음재의 흡음률 측정 그래프.

도 2a는 종래 유리섬유를 이용하여 제조된 흡음재의 형태를 보여주는 사진.

도 2b는 종래 유리섬유를 이용하여 제조된 흡음재의 흡음률 측정 그래프.

Claims (4)

1. 질석을 이용한 흡음재의 제조방법에 있어서,

   열처리에 의해 수분이 제거된 질석분말과 소지분말을 혼합하고 여기에 물유리를 적하시켜 그래뉼화하는 공정

   제조된 그래뉼을 1차 가열하여 건조하는 공정

   건조된 그래뉼의 표면에 물유리를 분무하여 도포하는 공정;

   물유리가 도포된 그래뉼을 소정형상의 형틀에서 성형하는 공정,

   제조된 성형물을 700~900℃에서 2차 가열하여 소성하는 공정 및

   소성된 성형물을 형틀에서 분리하는 탈형공정순으로 제조하는 것을 특징으로 하는 질석을 이용한 흡음재의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 그래뉼의 입자크기가 5mm이상인 것을 특징으로 하는 질석을 이용한 흡음재의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 소지분말은 상기 질석 분말 100중량부에 대하여 30~60중량부의 양으로 배합되는 것을 특징으로 하는 질석을 이용한 흡음재의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 질석분말은 질석 원석을 분쇄한 후 100℃ - 120℃ 범위 에서 8시간 ~ 12시간 열처리하여 질석에 함유되어 있는 수분을 제거한 것임을 특징으로 하는 질석을 이용한 흡음재의 제조방법.

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