KR100889805B1

KR100889805B1 - 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100889805B1
Application number: KR1020070095184A
Authority: KR
Inventors: 조용호
Original assignee: 주식회사 엘디씨홀딩스
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-03-20

Abstract

본 발명은 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형의 패널을 생산할 수 있을 만큼 기계적 강도가 우수하고 주원료 자체가 부산물 또는 산업 폐기물을 사용하고 건식 조합물 분말의 타설에 의한 무성형 실현 및 컨베이어 시스템을 이용한 생산 공정의 단순화 및 자동화로 인하여 제조원가를 크게 낮출 수 있고, 또한 팽창 퍼라이트를 사용하고 공정상의 열처리에 의한 팽창으로 흡음, 단열 효과가 우수하여 다양한 용도의 건축 자재로써의 적용이 가능하며 단순한 조합물의 조합비 및 열처리 시 승온 속도와 같은 소성 조건의 변화만으로 비중 및 발포 상태 등의 제어가 가능하여 고객의 요구 조건에 능동적으로 대처할 수 있는 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.

미립 퍼라이트, 폐유리 분말, 물유리, 수산화나트륨, 생석회, 제일인산칼슘, 황토 분말, 슬러리

Description

건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널 및 그 제조방법{Friendly Environmental Porous Ceramic Panel for Construction Materials and Preparation Method Thereof}

현재 건축 재료로 적용되고 있는 기능성 재료들은 그 재료가 가지고 있는 특 성만으로는 단열, 방음, 기계적 특성, 불연 등의 요구 기능들을 한꺼번에 충분히 충족시키지 못하므로 추가적인 마감재료 또는 여러 종류의 재료를 복합적으로 사용하고 있는 실정이다. 따라서 이로 인한 시공상의 번거로움 및 원가상승으로 인한 추가 비용 발생이 불가피하고, 또한 현재 시판되고 있는 대부분의 건축자재들은 콘크리트 계열 및 유기 고분자 화합물 계열이 대부분으로 이에 따른 환경호르몬 문제, 화재시 유독가스 발생에 의한 대형 인명 사고 등 많은 문제점들을 일으키고 있는 실정이다. 따라서 친환경 경량 다공성 세라믹 패널의 개발은 이러한 문제들을 해결함과 동시에 건축 자재로써의 다양하고 넓은 범위의 적용을 모색할 수 있어 그 활용성이 매우 크다고 할 수 있다.

그러나 종래의 발포 세라믹 패널은 불연, 흡음, 단열, 내화학성등 기능상의 특성은 비교적 우수하지만 기계적 강도 저하로 인한 낮은 비중의 한계성, 원재료의 제한적 선택, 기계적 강도 저하로 인한 대형 패널생산의 한계성 등 많은 문제가 있어 건축자재로써의 적용 및 사업화에 많은 문제가 있었다.

또한 종래의 발포 세라믹 패널의 주원료로 사용되고 있는 이산화규소가 다량 함유되어 있는 유리 분말의 경우 발포 상태를 재현성 있게 일률적이고 균일하게 제어하기가 매우 어렵기 때문에 미리 발포시킨 유리 비드를 2차 공정을 통하여 제품화하는 복잡한 생산 공정이 불가피한 것이 현실이었다.

한편, 종래 다공성 건축패널에 퍼라이트를 이용한 예가 있는데, 그 예로는 대한민국 등록특허 제536270호가 있다. 상기 특허에서는 50~70 메쉬 입자 크기로 비교적 상업적으로 사용 빈도가 많은 퍼라이트를 22~33 중량%와 50~70 메쉬 입자크 기의 실리카 샌드 30~40 중량% 와 참나무 입자10~13 중량%를 적용하여 별도의 분쇄공정을 거쳐 다시 혼합하고 별도의 공정으로 물유리 8~10 중량%, 탄산칼슘 7~12 중량%, 산화나트륨 7~10 중량%를 혼합하여 위의 각 공정에서 나온 조합물을 다시 재 혼합하여 성형, 소성, 가공 공정을 거쳐 다공성 건축패널을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 상기 특허는 공정 추가 및 폐자원을 사용하는 것보다 상대적으로 비싼 원료의 적용으로 인한 제조원가의 상승이 예상된다. 또한 실험을 통하여 주원료의 입자의 크기가 클수록 기계적 강도가 저하되어 건축자재로써 충분한 강도를 얻을 수 없는 문제점이 있었다(표 1 참조). 또한, 상기 특허에서 첨가된 톱밥은 전체적으로 제품의 강도 저하를 초래하는 문제점이 있다. 특히 상기 등록특허 제536270호에 기재되어 있는 기계적 강도는 최고 비중이 0.3일 때 최고의 강도를 나타낸다고 하였고 그 값이 무려 300N/mm² 즉, 3,000kg/cm²로 측정되었다고 하였는데 이는 고강도 콘크리트의 무려 10배 이상의 강도로써 다공성 발포체로서는 도저히 나올 수 없는 결과이므로 신뢰성이 떨어진다고 할 수 있다.

또한 대한민국 등록특허 제386882호에서는 폐유리를 이용한 무기질의 경량 발포 세라믹 제조방법을 개시하고 있는데, 상기 특허에서는 무알칼리계 폐유리에 균일 발포성을 증대시키기 위한 폐석고를 첨가하고 발포제를 일정 비율로 습식 혼합하면서 압출 성형하여 건조시킨 후 이를 일정온도에서 발포, 소결함으로써 각종 건축자재에 적용한다는 것이다. 그러나 비중이 0.5~0.9로써 비교적 높고 열처리 온도도 1,000~1,100℃로써 비교적 높아 생산성 및 제조원가를 근본적으로 낮추는데 문제가 있다.

본 발명은 상술한 여러 문제점들을 해결하고 건축 자재로써 보다 다양한 용도의 적용을 위해 개발된 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널 및 그 제조방법이다.

본 발명의 목적은 대형의 패널을 생산할 수 있을 만큼 기계적 강도가 우수하고 주원료 자체가 부산물 또는 산업 폐기물을 사용하고 건식 조합물 분말의 타설에 의한 무성형 실현 및 컨베이어 시스템을 이용한 생산 공정의 단순화 및 자동화로 인하여 제조원가를 크게 낮출 수 있는 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 팽창 퍼라이트를 사용하고 공정상의 열처리에 의한 팽창으로 흡음, 단열 효과가 우수하여 다양한 용도의 건축 자재로써의 적용이 가능한 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 단순한 조합물의 조합비 및 열처리 시 승온 속도와 같은 소성 조건의 변화만으로 비중 및 발포 상태 등의 제어가 가능하여 고객의 요구 조건에 능동적으로 대처할 수 있는 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1요지에 따른 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널은 미립 퍼라이트, 폐유리 분말, 물유리, 수산화나트륨, 생석회, 제일인산칼슘 및 황토 분말로 이루어진 혼합물과 물(일반수)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 혼합물은 미립 퍼라이트 50~70중량%, 폐유리 분말 5~15중량%, 물유리 7~15중량%, 수산화나트륨 5~15중량%, 생석회 3~7중량%, 제일인산칼슘 3~7중량% 및 황토 분말 2~5중량%로 이루어지고, 상기 물(일반수)은 상기 혼합물 100중량 대비 5~10중량부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 미립 퍼라이트는 150~250Mesh의 팽창 퍼라이트이고, 상기 폐유리 분말은 150~250 Mesh의 폐유리 분말이고, 상기 황토 분말은 150~250 Mesh의 황토 분말인 것을 특징으로 한다.

또한 본발명의 제2요지에 따른 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널의 제조방법은 미립 퍼라이트 부산물, 폐유리 분말, 생석회, 제일인산칼슘, 황토분말을 건식혼합하는 단계와, 일반수를 용매로 하여 물유리와 수산화나트륨을 첨가하여 교반기를 이용하여 침전물이 생기지 않을 때까지 용해시키는 단계와, 상기 건식혼합된 건식 분말에 상기 물유리와 수산화나트륨이 일반수에 용해된 용액을 투입하여 균일하게 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계와, 상기 혼합된 반 습식 상태의 슬러리를 건조하는 단계와, 상기 건조된 조합물을 내부에 체거름 장치가 있는 분쇄기를 통하여 분쇄하는 단계와, 상기 분쇄된 조합물 분말에 올레인산을 첨가, 혼합하여 패널을 생산하기 위한 최종 조합물 분말을 제조하는 단계와, 상기 최종 조합물 분 말을 연속타설하고 열처리하여 패널을 생산하는 단계와, 상기 열처리되어 연속적으로 나오는 패널을 서냉하여 주기적인 왕복운동을 하는 다이아몬드 휠을 이용한 가공기를 통하여 원하는 크기로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 최종 조합물 분말을 연속타설하고 열처리하여 패널을 생산하는 단계는, 상기 최종 조합물 분말은 컨베이어 메쉬벨트 위에 자동으로 타설되되, 온도 상승시 상기 최종 조합물 분말과 상기 메쉬벨트가 융착되는 것을 방지하기 위해 상기 메쉬벨트 상에 유리섬유 패드를 깔고 레벨링 지그를 이용하여 유리섬유 패드 상에 상기 최종 조합물 분말을 자동으로 타설하며 메쉬벨트가열로를 이용하여 750~900℃의 온도에서 연속적으로 열처리하여 패널을 생산하는 단계인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 최종 조합물 분말을 연속타설하고 열처리하여 패널을 생산하는 단계는, 열처리 시 승온 속도의 변화를 이용하여 패널의 비중 및 발포 상태를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 건식혼합된 건식 분말에 상기 물유리와 수산화나트륨이 일반수에 용해된 용액을 투입하여 균일하게 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계는, 혼합시간이 20~30분인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널 및 그 제조방법에 의하면 1M²이상의 크기의 패널을 생산할 수 있을 만큼 기계적 강도가 우수하고 주 원료 자체가 부산물 또는 산업 폐기물을 사용하고 건식 조합물 분말의 타설에 의한 무성형 실현 및 컨베이어 시스템을 이용한 생산 공정의 단순화 및 자동화로 인하여 제조원가를 크게 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 팽창 퍼라이트를 사용하고 공정상의 열처리에 의한 팽창으로 흡음, 단열 효과가 우수하여 다양한 용도의 건축 자재로써의 적용이 가능한 효과가 있다.

또한, 단순한 조합물의 조합비 및 열처리 시 승온 속도와 같은 소성 조건의 변화만으로 비중 및 발포 상태 등의 제어가 가능하여 고객의 요구 조건에 능동적으로 대처할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널 및 그 제조방법에 관한 것으로서 기존의 제품보다 기능적인 측면이나 경제적인 측면에서 우월성을 가지며 특히 주원료로써 효용가치가 떨어지고 상대적으로 값싼 폐자원을 이용하는데 그 의의가 있다. 기존의 건축 자재는 대부분이 콘크리트 계열 및 고분자유기화학 제품 및 유리섬유, 암면 등으로 이로 인한 화재 문제, 환경호르몬 문제, 제조 시 미세 먼지에 의한 인체에 치명적인 문제 등 여러 가지 사회적 문제가 발생되고 있는 것이 사실이다. 또한 현재의 친환경 건축 자재들도 황토 및 점토를 이용하거나 나무 섬유와 시멘트를 혼합하여 압축 성형하는 방법 등으로 비중의 증가 및 강도의 저하, 단열 및 흡음 기능의 저하로 인해 광범한 적용이 안되고 선택적으로 적용이 되고 있는 실정이다.

본 발명은 주원료로써 팽창 퍼라이트 제조 공정 중 집진 설비에 의해 걸러지 는 효용 가치가 없는 150~250 메쉬의 미립 팽창 퍼라이트 부산물을 50~70 중량% 사용하고 각각의 퍼라이트 입자들이 산업 폐기물로 지정되어 있는 폐유리 분말과 150~250메쉬의 황토 분말, 생석회, 제일인산칼슘, 수산화나트륨, 물유리 그리고 적절한 양의 물로써 이루어진 슬러리에 균일하게 분산되어 건조시 지름이 0.1~1.0 mm 크기의 2차 입자들로 생성되어 열처리시 적정한 팽창이 진행되어 초기의 퍼라이트 제조 과정에서 발생된 팽창효과와 열처리시 소체의 팽창으로 이중 팽창 효과가 나타나 단열, 초경량화, 흡음, 불연 등의 건축자재의 기능이 획기적으로 증가하는 결과를 얻었다. 또한 열처리 시간이 20~30분으로 비교적 짧아 생산성이 획기적으로 증대되어 제조원가의 절감을 가져올 것으로 예상되며 완전 건조 상태의 분말 투입으로 인한 별도의 성형공정이 필요치 않은 컨베이어 시스템을 이용한 자동화 생산이 용이한 장점이 있다.

결론적으로 본 발명은 상업적으로 효용가치가 떨어지는 집진 미분 퍼라이트 분말과 역시 산업 폐기물로 지정되어 있는 폐유리를 효율적으로 이용하여 친환경 복합기능을 갖는 건축 자재 패널을 제조하는데 그 목적이 있다. 현재 다공성 유리 패널은 비중과 기계적 강도의 밀접한 관계로 인하여 큰 면적의 제품을 생산하는데 많은 어려움이 있어 그 용도 또한 극히 제한적이다. 따라서 본 발명은 원료의 비중이 매우 낮은 팽창 퍼라이트 분말을 주 원료로 사용하고 그 사이를 폐유리 분말, 황토 분말, 물유리, 수산화나트륨 등을 이용하여 효과적으로 융착시켜 요구되는 적정한 기계적 강도를 유지하게 하여 이러한 문제를 해결하였으며 그 결과 압축강도 28Kg/cm² 이상, 꺾임강도 10Kg/cm² 이상의 높은 기계적 강도를 갖는 비중이 0.2~0.4 사이를 적용 용도에 따라 임의대로 제어가 가능한 친환경 다공성 세라믹 패널을 완성하게 되었다.

본 발명에 따른 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널은 팽창 퍼라이트 제조공정 중 집진 설비에 의해 처리되는 효용가치가 떨어지는 150~250 메쉬의 미립 퍼라이트 부산물 50~70 중량%, 산업 폐기물로 지정되어 있는 150~250 메쉬의 각종 폐유리 분말 5~15 중량%, 순도 98% 이상의 생석회(CaCO₃) 3~7 중량%와 제일인산칼슘 (Ca(H₂PO₄)2·0~2H₂O) 3~7 중량%, 물유리 (규산소다 3호) 7~15 중량%, 마이크로펄 타입의 순도 98% 이상인 수산화나트륨(가성소다 NaOH) 5~15 중량%, 150~250 메쉬의 황토 분말 2~5 중량%로 구성된 혼합물과 상기 혼합물 100중량 대비 물(일반수) 5~10중량부로 이루어진다.

본 발명에 따른 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널의 구성 중 퍼라이트는 화산 활동으로 발생된 진주암이란 천연 광물을 분쇄, 열처리를 통한 부피 팽창, 체거름을 통하여 얻어지며 비중이 매우 낮고 열전도율이 매우 낮아 단열성이 우수하며 약 85~95%의 공극율을 가지고 있어 흡음성이 뛰어나며 화학적으로 매우 안정되어 인체에 무해한 장점이 있다. 이러한 퍼라이트는 경량성, 단열성, 흡음성, 친환경성이 매우 뛰어나 그 동안 건축 재료로써 많은 수요가 있어 왔다. 그러나 퍼라이트 고유의 특성을 살려 패널로 제조하기가 용이하지 않기 때문에 고분자 유기화합물을 혼합하여 오히려 고유의 특성이 떨어지는 현상이 불가피하였다. 본 발명은 팽창 퍼라이트의 고유의 특성을 유지한 채 1M² 이상의 대형 패널을 개발, 제조하는데 그 발명의 의의가 있다. 본 발명에서 주원료로 사용되는 팽창 퍼라이트는 제조 공정상 발생되는 전체 생산량의 5~10% 정도인 집진기를 통해 걸러지는 효용가치가 극히 낮은 150~250 메쉬의 매우 작은 입자들로 이루어진다. 퍼라이트 입자 크기에 따른 기계적 강도의 변화를 다음 표 1 및 도 4에 나타내었다. 따라서 본 발명에 따른 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널의 퍼라이트 분말의 크기는 압축강도와 꺾임강도가 가장 높은 150~250 Mesh로 하는 것이 바람직하다.

[표 1]

또한 본 발명의 다른 주원료는 산업 폐기물로 지정되어 있는 폐유리 분말로써 바람직하게는 150~250 메쉬의 폐유리 분말을 사용하는데, 본 발명에서는 특별히 폐유리의 종류에 따른 최종 제품의 특성에 영향이 거의 없는 만큼 입자 크기만 제어된다면 원료의 선택과 수습은 그만큼 용이하다고 할 수 있다. 본 발명에서의 폐유리 분말은 수산화나트륨 및 물유리와 작용하여 제품의 기계적 강도를 유지시켜 대형 패널의 제작을 가능하게 하는 중요한 역할을 한다.

또한 본 발명의 수산화나트륨은 전체적인 열처리 온도를 낮추는 융제(Flux) 역할을 하며 첨가량에 따라 물유리와 작용하여 열처리시 제품의 팽창을 용이하게 하는 기능을 한다.

또한 본 발명의 물유리는 전체적인 조합물의 혼합과정에서 각각의 원료들을 서로 균일하게 결합시켜 2차 입자를 만들고 열처리시 제품의 열처리 온도를 낮추어 주고 적절한 팽창을 통하여 제품의 발포를 용이하게 하여 비중을 떨어뜨리는 중요한 역할을 한다. 이러한 물유리의 첨가량에 따라 비중, 발포정도, 제품의 기계적 강도 등이 변화한다.

또한, 본 발명의 생석회와 제일인산칼슘은 발포제로서의 역할을 수행하며 생석회는 탄산칼슘을 적용할 때 보다 발포 효과 및 제품의 기계적 강도를 증진시키는데 도움을 준다. 그리고 생석회는 제품의 개기공(Open Pore)을 제일인산칼슘은 제품의 폐기공(Closed Pore)를 생성하는데 용이하다. 따라서 이로 인하여 전체적인 최종 제품의 흡음 및 단열 기능이 향상되게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 황토 분말은 제품의 기계적인 특성을 향상시키고 제품의 생산을 안정화시키는데 많은 도움을 준다. 이러한 황토 분말의 첨가량에 따른 꺾임강도의 변화를 표 2 및 도 5에 나타내었다.

[표 2]

[실시예]

이하, 도 1 및 도 2를 사용하여 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널의 제조방법을 설명한다. 도 1은 친환경 건축자재용 다공성 세라믹 패널의 제조 공정도이고, 도 2는 연속 생산 공정 개략도이다.

먼저, 미립 퍼라이트 부산물 50~70 중량%, 폐유리 분말 5~15 중량%, 생석회 3~7 중량%, 제일인산칼슘 3~7 중량%, 황토분말 2~5 중량%를 전자저울에 칭량하여 파워믹서를 이용하여 20~30분간 건식혼합하는 단계를 거친다.

다음으로, 혼합물(미립 퍼라이트 부산물 + 폐유리 분말 + 물유리 + 수산화나트륨 + 생석회 + 제일인산칼슘 + 황토 분말로 구성됨, 이하 동일) 전체 중량 대비 5~10 중량부의 일반수를 용매로 하여 물유리 7~15 중량%, 수산화나트륨 5~15 중량%를 첨가하여 교반기를 이용하여 침전물이 생기지 않을 때까지 완전 용해시키는 단계를 거친다.

다음으로, 상기 파워믹서에 혼합된 건식 분말에 물유리와 수산화나트륨이 일반수에 용해된 용액을 투입하여 20~30분간 균일하게 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계를 거친다. 이때 너무 오랫동안 혼합하게 되면 오히려 혼합물 특유의 요변성(Thixotropy)에 의해 점도가 낮은 졸(Sol) 상태가 된 후 순간적으로 굳어버리는 현상이 발생되어 취급하기 매우 어려워지므로 주의해야 하며, 혼합시간은 20~30분인 것이 바람직하다.

다음으로, 혼합된 반 습식 상태의 슬러리를 로터리 건조기에 투입하여 완전 건조하는 단계를 거친다.

다음으로, 상기 건조된 조합물을 내부에 체거름 장치가 있는 분쇄기를 통하여 분쇄하는 단계를 거친다. 이때 분쇄기 내의 체거름 장치는 1.0 mm 이하의 크기 만을 통과할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 타설시 평활성을 좋게 하기 위해 조합물 분말 전체 중량 대비 약 0.3~0.5 중량부의 올레인산을 분쇄된 조합물 분말에 첨가하고 리본 믹서 또는 V 믹서를 이용하여 5~10분간 혼합하여 패널을 생산하기 위한 최종 조합물 분말을 제조하는 단계를 거친다.

마지막으로, 이렇게 하여 얻어진 최종 조합물 분말을 연속타설하고 열처리하는 단계를 거치게 된다. 이 단계에서는 상기 최종 조합물 분말은 컨베이어 메쉬벨트 위에서 자동으로 타설되도록 하는데, 온도 상승시 상기 최종 조합물 분말과 상기 메쉬벨트가 융착되는 것을 방지하기 위해 상기 메쉬벨트 상에 유리섬유 패드를 깔고 레벨링 지그를 이용하여 유리섬유 패드 상에 상기 최종 조합물 분말을 자동으로 타설하며 메쉬벨트가열로를 이용하여 750~900℃의 온도에서 연속적으로 열처리하는 단계를 거치면 패널이 연속적으로 생산된다. 여기서, 본 발명은 상기 최종 조합물 분말을 연속타설하고 열처리하여 패널을 생산하는 단계는, 열처리 시 승온 속도의 변화를 이용하여 패널의 비중 및 발포 상태를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다. 즉 본 발명은 단순한 조합물의 조합비 및 열처리 시 승온 속도와 같은 소성 조건의 변화만으로 도 3a 및 도 3b와 같이 비중 및 발포 상태 등의 제어가 가능하여 고객의 요구 조건에 능동적으로 대처할 수 있는 장점이 있다.

상기 단계들을 거쳐 연속으로 열처리되어 나오는 패널을 서냉하여 주기적인 왕복운동을 하는 다이아몬드 휠을 이용한 가공기를 통하여 원하는 크기로 절단하여 벨트 컨베이어를 이용하여 가공실로 옮겨지고 가공실로 옮겨진 반제품은 옆면, 상, 하면 칫수 가공을 통하여 완제품으로 완성된다.

다음으로, 상술한 본 발명에 따른 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널의 제조방법을 사용하여 다음 표 3의 조성으로 구성된 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널을 제조하였다.

[표 3]

상기 표 3의 조성으로 제조된 다공성 세라믹 패널의 열 처리시 승온 속도에 따른 비중 및 기계적 강도의 변화에 대한 결과는 아래의 표 4와 도 6a 및 도 6b에 나타냈다.

[표 4]

표 4에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널은 원료의 비중이 매우 낮은 팽창 퍼라이트 분말을 주 원료로 사용하고 그 사이를 폐유리 분말, 황토 분말, 물유리, 수산화나트륨 등을 이용하여 효과적으로 융착시켜 요구되는 적정한 기계적 강도를 유지하게 하여 압축강도 28Kg/cm² 이상, 꺾임강도 10Kg/cm² 이상의 높은 기계적 강도를 갖는 비중이 0.2~0.4 사이를 적용 용도에 따라 임의대로 제어가 가능한 것을 확인할 수 있다. 또한 열처리 시 승온 속도와 같은 소성 조건의 변화만으로 도 3a 및 도 3b와 같이 비중 및 발포 상태 등의 제어가 가능하여 고객의 요구 조건에 능동적으로 대처할 수 있는 장점이 있다는 것을 확인할 수 있다. 도 3a 및 3b는 열 처리시 다른 승온 속도에 따라 제조된 친환경 건축 자재용 다공성 세라믹의 샘플 사진이며, 도 3a는 승온 속도(7℃/분)에서 제조된 고 다공성 세라믹 패널(비중 0.23)이고 도 3b는 승온 속도(3℃/분)에서 제조된 저 다공성 세라믹 패널(비중 0.37)이다.

상기와 같은, 본 발명에 따른 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널의 제조방법의 공정은 비교적 간단하게 이루어지며 주원료인 퍼라이트 및 폐유리 분말의 종류에 많은 영향을 받지 않고 일정한 작업 조건을 유지하면 특성이 비교적 균일하 게 생산되는 장점 및 특징을 갖는다. 이는 생산시 불량률의 최소화로 인한 생산성 향상에 기여하며 원료구입의 용이성으로 인해 원가 절감에 많은 도움을 줄 수 있을 것이다. 본 발명은 흡음, 단열, 불연, 경량 등의 기능을 동시에 필요로 하는 모든 건축자재에 적용 가능한 발포 세라믹 패널로써 특성 향상과 경제성을 동시에 만족시키기 위해 주원료로 상업적 효용 가치가 떨어지는 부산물 또는 산업 폐기물을 사용하였으며 별도의 성형공정이 없이 이동식 컨베이어 타입의 전기로에 수평만을 유지하여 타설하는 연속 생산공정이 가능하여 대량생산을 도모한 것에 특징이 있다. 따라서 본 발명은 기존의 샌드위치 패널 크기의 대형 패널의 생산도 설비의 규모에 따라서 가능하게 되어 그 적용분야가 확대됨을 알 수 있다.

또한, 본 발명은 소성시 수축현상이 일어나 발생될 수 있는 비중의 증가 문제를 규산소다와 수산화나트륨과 같은 부원료의 투입량 및 주원료와 부원료의 입자크기 조절, 소성 조건의 확립 등 공정 제어를 통하여 해결하였으며 생석회, 황토 등의 부원료의 첨가로 인한 기계적 강도의 증가를 실현하여 대형 패널의 제조가 가능하게 하였다.

그 결과 팽창 퍼라이트가 가지고 있는 기능적인 특성보다 오히려 건축자재로서의 우수한 특성을 지닌 비중이 0.2~0.4 및 압축강도 30kg/cm², 꺾임강도 10kg/cm² 이상의 대형 패널의 개발이 가능하였다. 또한 소성조건을 변화를 통하여 다양한 비중과 기계적 강도를 갖는 패널의 생산이 가능하여 적용 용도의 다양화를 실현하였다.

본 발명은 조합물 각각의 첨가량도 제품의 특성에 많은 영향을 미치지만 무엇보다도 중요한 것은 각 공정에서 필요로 하는 중간 생성물의 요구되는 특성을 얼마나 일률적으로 관리하느냐가 최종 제품의 특성에 많은 영향을 미친다.

예를 들면 초기 주원료인 퍼라이트와 폐유리 분말의 철저한 품질관리, 균일한 혼합물을 위한 공정조건의 확립, 건조 후의 함수량 관리, 2차 입자의 입도분포 및 흐름성 관리, 소성시 조건 확립 및 냉각 조건의 확립 등이다.

이러한 조건들은 균일하고 일률적인 제품의 생산을 실현하는데 있어 필수적인 조건들이다. 상기 언급한 조건을 확립하기 위해 수많은 실험을 실시하였으며 그 실험을 통하여 얻은 데이터는 최상의 제품의 특성을 구현하기 위한 완벽한 생산 조건을 확립하는데 많은 도움을 주었다.

도 1은 친환경 건축자재용 다공성 세라믹 패널의 제조 공정도.

도 2는 연속 생산 공정 개략도.

도 3은 승온 속도에 따른 다공성 세라믹 패널의 샘플 사진.

도 4는 퍼라이트 입자 크기에 따른 기계적 강도의 변화 그래프.

도 5는 황토 분말의 첨가량에 따른 꺾임강도의 변화 그래프.

도 6a 및 도 6b는 승온 속도에 따른 비중 및 기계적 강도의 변화 그래프.

Claims

건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널에 있어서,

미립 퍼라이트, 폐유리 분말, 물유리, 수산화나트륨, 생석회, 제일인산칼슘 및 황토 분말로 이루어진 혼합물과 물(일반수)을 포함하되,

상기 혼합물은 미립 퍼라이트 50~70중량%, 폐유리 분말 5~15중량%, 물유리 7~15중량%, 수산화나트륨 5~15중량%, 생석회 3~7중량%, 제일인산칼슘 3~7중량% 및 황토 분말 2~5중량%로 이루어지고,

상기 물(일반수)은 상기 혼합물 100중량 대비 5~10중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는, 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널.
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제1항에 있어서,

상기 미립 퍼라이트는 150~250 Mesh의 팽창 퍼라이트이고,

상기 폐유리 분말은 150~250 Mesh의 폐유리 분말이고,

상기 황토 분말은 150~250 Mesh의 황토 분말인 것을 특징으로 하는, 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널.
건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널의 제조방법에 있어서

미립 퍼라이트 부산물, 폐유리 분말, 생석회, 제일인산칼슘, 황토분말을 건식혼합하는 단계와,

일반수를 용매로 하여 물유리와 수산화나트륨을 첨가하여 교반기를 이용하여 침전물이 생기지 않을 때까지 용해시키는 단계와,

상기 건식혼합된 건식 분말에 상기 물유리와 수산화나트륨이 일반수에 용해된 용액을 투입하여 균일하게 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계와,

상기 혼합된 반 습식 상태의 슬러리를 건조하는 단계와,

상기 건조된 조합물을 내부에 체거름 장치가 있는 분쇄기를 통하여 분쇄하는 단계와,

상기 분쇄된 조합물 분말에 올레인산을 첨가, 혼합하여 패널을 생산하기 위한 최종 조합물 분말을 제조하는 단계와,

상기 최종 조합물 분말을 연속타설하고 열처리하여 패널을 생산하는 단계와,

상기 열처리되어 연속적으로 나오는 패널을 서냉하여 주기적인 왕복운동을 하는 다이아몬드 휠을 이용한 가공기를 통하여 원하는 크기로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 최종 조합물 분말을 연속타설하고 열처리하여 패널을 생산하는 단계는, 상기 최종 조합물 분말은 컨베이어 메쉬벨트 위에 자동으로 타설되되, 온도 상승시 상기 최종 조합물 분말과 상기 메쉬벨트가 융착되는 것을 방지하기 위해 상기 메쉬벨트 상에 유리섬유 패드를 깔고 레벨링 지그를 이용하여 유리섬유 패드 상에 상기 최종 조합물 분말을 자동으로 타설하며 메쉬벨트가열로를 이용하여 750~900℃의 온도에서 연속적으로 열처리하여 패널을 생산하는 단계인 것을 특징으로 하는, 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널의 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 최종 조합물 분말을 연속타설하고 열처리하여 패널을 생산하는 단계는, 열처리 시 승온 속도의 변화를 이용하여 패널의 비중 및 발포 상태를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는, 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널의 제조방법.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 건식혼합된 건식 분말에 상기 물유리와 수산화나트륨이 일반수에 용해된 용액을 투입하여 균일하게 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계는, 혼합시간이 20~30분인 것을 특징으로 하는, 건축 자재용 친환경 다공성 세라믹 패널의 제조방법.