KR100932865B1 - 목모 세라믹 패널 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알루미늄(Al)와 규소(Si)의 몰비가 1.0 : 0.2 ~ 10.0이 되게 조절 혼합하여 조성한 알루미노-실리케이트계 결합재 15.0 ~ 70.0wt%, R2O가 0.5~25.0wt%, 규산염이 10.0 ~ 40.0wt%, 물이 35.0 ~ 90.0wt%이 되게 조절 혼합하여 조성한 알칼리-규산염계 경화제 15.0 ~ 35.0 wt%, 목모 11.9 ~ 30.0 wt%, 충진재 3.0 ~ 15.0wt%, 분산제와 증점제 중 어느 하나 또는 하나 이상이 혼합된 기능성 첨가제 0.1 ~ 5.0 wt%로 혼합하여 구성되는 조성물과 상기 조성물이 몰딩, 가압성형, 가열 가압성형 및 압출성형 방법에 의해 제조되는 제조방법에 의해서 달성된다. 이에 의해, 산업부산물로 발생되는 메타카올린, 하소카올린, 고로슬래그미분말, 플라이애쉬, 실리카퓸 중 어느 하나 또는 혼합된 결합재, 원적외선 및 음이온 방사 광물을 사용하여 고부가가치의 상품인 목모세라믹패널 조성물 및 제조방법을 제공함으로써 포름알데히드나 휘발성유기화합물을 함유하지 않으면서도, 목모 세라믹패널의 물리적 특성을 크게 향상시킴과 아울러 원적외선 및 음이온 방사의 친환경성을 부여한 효과가 있다. 또한 시멘트의 사용으로부터 탈피함으로써 CO2(온실가스)의 배출 저감 효과를 얻을 수 있게 한 효과가 있다.
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Description

목모 세라믹 패널 조성물 및 그 제조방법{Wood wool ceramic pannel composition and product method}
본 발명은 건축물의 내장재로 사용될 수 있는 목모 세라믹 패널 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미노- 규산염 결합재와 알칼리 규산염 경화제로 구성되는 무기폴리머 구조를 갖는 알루미노-실리케이트계 바인더, 목모, 충진재 및 기능성 첨가제를 주성분으로 하는 건축용 목모 세라믹 패널에 있어서, 시멘트를 배제한 결합재를 활용하며, 이에 원적외선 방사 물질인 세라믹재를 열처리하여 충진재로서 사용하여 원적외선을 방사하는 목모 세라믹 패널 조성물 및 그 제조방법을 제공토록 하는 것이다.
환경유해물질이 없는 친환경 실내공간을 만들기 위해서 최근 다양한 제품들이 출시되고 있다. 이러한 목모보드의 경우 다공질의 재료이며, 특히 목질제품의 특성을 살려 흡습성이 우수하기 때문에 재료 자체의 유해물질 방출이 없고, 추가적으로 실내의 유해물질을 흡착할 수 있는 최적 조건을 가지고 있다.
국내특허(출원번호 : 10-2004-0018786, 목모 시멘트 판 제조방법)를 살펴보면 목모 및 경량재를 결합시키기 위한 바인더로서 시멘트만을 제시하고 있어, 목모 세라믹보드의 제조공정상 탈형이나 그 양생에 있어 시멘트의 경화시간에 절대적인 영향을 받게 되는데, 시멘트 자체의 응결시간을 촉진하는 것은 한계가 있어 제품 생산에 있어 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 본 출원인에 의해 선 출원된 특허등록 제0718244호(목모 세라믹 보드용 무기바인더 조성물) 및 실용신안등록 제0402736호(바이오세라믹 기능을 갖는 목모시멘트 보드)를 개량 발전시킨 것으로, 상기 선 출원 발명에 대하여 알루미노- 규산염 결합재와 알칼리 규산염 경화제로 구성되는 무기폴리머 구조를 갖는 알루미노-실리케이트계 바인더를 목모와 혼합하고, 충진재로서 원적외선 및 음이온 방사광물을 첨가하여 목모 세라믹 패널의 제조와 함께 별도의 코팅작업 없이 원적외선 및 음이온 방사 기능을 갖는 목모 세라믹 패널 조성물 및 그 제조방법을 제공토록 하는 것이다.
따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 무기폴리머 결합재의 사용으로 시멘트계 결합재를 비시멘트계 결합재로 전량 치환하여 CO2 저감효과로 인한 친환경성을 개선하고, 목모 및 충진재의 일부에 원적외선 및 음이온 방사광물을 혼합하여 별도의 코팅작업 없이 원적외선 및 음이온을 방출하는 목모 세라믹 패널 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 알루미노-실리케이트계 결합재 15.0 ~ 70.0wt%, 알칼리-규산염계 경화제 15.0 ~ 35.0 wt%, 목모 11.9 ~ 30.0 wt%, 충진재 3.0 ~ 15.0wt%, 기능성 첨가제 0.1 ~ 5.0 wt%로 구성되는 목모 세라믹 패널 조성물 및 그 제조방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 알루미노-실리케이트계 결합재는 알루미늄(Al)의 몰수 a와 규소(Si)의 몰수 s가 a/s = 0.1 ~ 0.7의 몰비인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 알루미노-실리케이트계 결합재는 알루미나염과 규산염의 함량이 30wt%이상이며, 분말도가 2,000 ~ 15,000㎠/g이고, 백색도가 90 이상인 것이 효과적이다.
상기 알루미노-실리케이트계 결합재는 Al2O3가 30.0 ~ 45.0wt%, SiO2가 55.0~ 70.0 wt%인 알루미나-규산염 광물이 어느 하나 또는 혼합된 것이 바람직하며, 알칼리-규산염계 경화제는 알칼리금속산화물(R2O)의 몰수 r과 규산염(SiO2)의 몰수 s가 r/s = 0.1 ~ 60.0 의 몰비이고, 알칼리금속산화물(R2O)의 몰수 r, 규산염(SiO2)의 몰수 s와 물의 몰수 h가 rs/h = 2.0 ~ 10.0의 몰비 인 것이 효과적이다.
여기서, 알칼리-규산염계 경화제는 pH가 11 이상이고, 점도가 200cps이하이며, 고형분이 10 ~ 50wt%인 것이 바람직하며, 알칼리-규산염계 경화제는 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트, 리튬실리케이트, 나트륨계 탄산염, 리튬계 탄산염, 소듐하이드록사이드, 포타슘하이드록사이드, 리튬하이드록사이드 및 규불화염 중 어 느 하나 또는 혼합되는 것이 효과적이다.
그리고, 충진재는 60 ~ 650℃로 열처리되어 원적외선 방사율이 90% 이상이며, 음이온 발생량이 100 ~ 70,000EA/cc이고, 입도가 0.200 ~ 0.005mm의 범위인 것이 바람직하며, 충진재는 규조토, 견운모, 황토, 맥반석, 제올라이트 중 어느 하나 또는 혼합되는 것이 효과적이다.
한편, 알루미노-실리케이트계 결합재 15.0 ~ 70.0wt%, 알칼리-규산염계 경화제 15.0 ~ 35.0 wt%, 목모 11.9 ~ 30.0 wt%, 충진재 3.0 ~ 15.0wt%, 기능성 첨가제 0.1 ~ 5.0 wt%로 구성되는 조성물이 몰딩, 가압성형, 가열 가압성형 및 압출성형 방법에 의해 원적외선 및 음이온 방사 기능을 갖는 목모 세라믹 패널로 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 산업부산물로 발생되는 메타카올린, 하소카올린, 고로슬래그미분말, 플라이애쉬, 실리카퓸 중 어느 하나 또는 혼합된 결합재, 원적외선 및 음이온 방사 광물을 사용하여 고부가가치의 상품인 목모세라믹패널 조성물 및 제조방법을 제공함으로써 포름알데히드나 휘발성유기화합물을 함유하지 않으면서도, 목모 세라믹패널의 물리적 특성을 크게 향상시킴과 아울러 원적외선 및 음이온 방사의 친환경성을 부여한 효과가 있다. 또한 시멘트의 사용으로부터 탈피함으로써 CO2(온실가스)의 배출 저감 효과를 얻을 수 있게 한 효과가 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명은 알루미늄(Al)와 규소(Si)의 몰비가 1.0 : 0.2 ~ 10.0이 되게 조절 혼합하여 조성한 알루미노-실리케이트계 결합재 15.0 ~ 70.0wt%, R2O가 0.5~25.0wt%, 규산염이 10.0 ~ 40.0wt%, 물이 35.0 ~ 90.0wt%이 되게 조절 혼합하여 조성한 알칼리-규산염계 경화제 15.0 ~ 35.0 wt%, 목모 11.9 ~ 30.0 wt%, 충진재 3.0 ~ 15.0wt%, 기능성 첨가제 0.1 ~ 5.0 wt%로 혼합하여 구성되는 조성물과 상기 조성물이 몰딩, 가압성형, 가열 가압성형 및 압출성형 방법에 의해 제조되는 제조방법에 의해서 달성된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
먼저 이하에서는 본 발명의 조성성분에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
알루미노-실리케이트계 결합재 : 15.0 ~ 70.0wt%
상기 알루미나 규산염 광물은 알루미나, 규산염을 주성분으로 하는 무기물로서, 본 발명에서 목표로 하는 시멘트계 결합재를 완전 배제하고 목모와의 결합력을 형성하기 위하여 첨가한다. 상기 알루미노-실리케이트계 광물은 알루미늄(Al)의 몰수 a와 규소(Si)의 몰수 s가 a/s = 0.1 ~ 0.7의 몰비를 갖는다. 상기 알루미나-규산염 광물은 그 함량을 15.0wt% 미만으로 첨가하면 보드 성형체의 형태를 유지하기 위한 강도를 확보하기 어려우며, 70.0wt%를 초과하면 패널의 비중이 2.0 이상으로 증가하여 건축물의 내장재로 사용하기에는 요구 비중보다 높게 된다. 따라서, 상기 알루미나-규산염계 결합재의 함량은 15.0 ~ 70.0wt%로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 목모세라믹패널의 제조 후 내장재로 사용하기 위해서는 자체적인 색상 뿐만아니라 미려한 색상의 도료를 도포하여 사용하기 때문에 결합재의 색상 및 제조후의 색상이 중요한데, 상기 문제를 해결하기 위해서는 알루미노-실리케이트계 결합재의 백색도가 90 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미노-실리케이트계 결합재는 알루미나과 규산염의 함량이 30wt% 미만일 경우, 하기 알칼리-규산염계 경화제와 반응하기위한 함량보다 낮게되어, 결합재로서의 역할을 다하지 못하는 문제점이 있어, 알루미노-실리케이트계 결합재의 알루미나과 규산염의 함량은 30wt%이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미노-실리케이트계 결합재는 시멘트계 결합재를 전량 치환이 가능하고, 제조된 패널의 물리적 특성을 유사하거나 향상시키기 위해 시멘트계 결합재의 분말도(3,400㎠/g)와 유사한 분말도 2,000 ~ 15,000㎠/g의 범위인 것이 바람직하다
또한, 상기 알루미노-실리케이트계 결합재는 산업부산물로 생성되는 알루미노실리케이트계 물질인 메타카올린, 하소카올린, 플라이애쉬, 고로슬래그미분말, 실리카퓸 중 어느 하나 이상일 수 있다.
알칼리-규산염계 경화제 : 15.0 ~ 35.0 wt%
상기 알칼리-규산염계 경화제는 규산염과 알칼리 금속이 물에 용해되어 있는 수용액으로서, 알칼리금속산화물(R2O)의 몰수 r과 규산염(SiO2)의 몰수 s가 r/s = 0.1 ~ 60.0이며, 알칼리금속산화물(R2O)의 몰수 r 및 규산염(SiO2)의 몰수 s와 물(H2O)의 몰수 h가 rs + /h = 2.0 ~ 10.0인 것이 바람직하며, 본 발명에서 목표로 하는 시멘트계 결합재를 완전 배제하고 목모와의 결합력을 형성하기 위하여 첨가한다. 그 함량을 15.0% 미만 첨가하면 알칼리 금속의 농도가 낮게 되어 상기 알루미노-실리케이트계 결합재와의 반응이 저하되어, 궁극적으로 목모세라믹패널의 물리적 성능을 확보하기 어려우며, 35.0wt%를 초과하면 알칼리-규산염계 경화제의 점도가 200cps 이상이 되어, 알루미노-실리케이트계 결합재 및 목모와의 혼합시 뭉치는 정도가 심하여, 내장재로 사용하기 위한 외관을 얻기가 어려우므로 알칼리-규산염 경화제는 그 함량을 15.0 ~ 35.0%로 점도를 200cps이하로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 알칼리-규산염 경화제는 pH가 11 미만인 경우, 상기 알루미노-실리케이트계 결합재와의 반응을 저하시켜, 결합재로서의 역할을 이루지 못하므로, pH는 11이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 알칼리-규산염 경화제는 점도가 200cps를 초과하게 되면 알루미나-규산염 결합재 및 목모와의 혼합시 뭉치는 정도가 심하여, 내장재로 사용하기 위한 외관을 얻기가 어려우므로 알칼리-규산염 경화제의 점도는 200cps 미만으로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 알칼리-규산염 경화제는 고형분이 10wt% 미만인 경우에는 상기 알루미노-실리케이트계 결합재와의 반응을 저하시켜, 결합재로서의 역할을 이루지 못하며, 35wt%를 초과하면 점도가 200cps를 초과하게 되어 알루미노-실리케이트계 결합재 및 목모와의 혼합시 뭉치는 정도가 심하여, 내장재로 사용하기 위한 외관을 얻기가 어려우므로 상기 알칼리-규산염 경화제의 고형분은 10 ~ 35wt%로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 알칼리-규산염 경화제는 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트, 리튬실리케이트, 나트륨계 탄산염, 리튬계 탄산염, 소듐하이드록사이드, 포타슘하이드록사이드, 리튬하이드록사이드 및 규불화염 중 어느 하나 이상일 수 있다.
목모 : 11.9 ~ 30.0 wt%
상기 목모의 함량이 11.9wt% 미만이면 목모 세라믹 패널의 특징인 섬유모양의 미려한 외관을 얻기 어려우며, 30.0wt%를 초과하는 경우에는 패널 성형체의 형태를 유지하기 위한 강도를 확보하기 어려율 수 있다. 따라서 상기 목모의 함량은 11.9 ~ 30.0wt%로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 목모는 일반적인 목모보드를 제조하는데 사용하는 길이 1 ~ 50cm, 두께 0.1 ~ 10mm의 것을 사용한다.
충진재 : 3.0 ~ 15.0wt%
뿐만 아니라, 원적외선 방사 및 음이온 방출 기능을 부여하기 위하여 충진재를 혼합하여 혼합하여 사용할 수 있는데, 상기 원적외선 방사 및 음이온 방출 기능을 갖는 충진재가 3.0wt% 미만이면, 원적외선 및 음이온이 제대로 발휘되지 않는다는 문제가 있고, 15.0wt%를 초과하면 무기폴리머 바인더의 작업성이 떨어져 목모와의 불균일한 혼합에 의해 목모 세라믹 패널의 물성을 저하시키기 때문에 충진재의 함량은 3.0 ~ 15.0wt%로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 충진재는 그 입도범위가 0.200 ~ 0.005mm의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 상기 충진재는 규조토, 견운모, 황토, 게르마늄, 맥반석 중 어느 하나 이상일 수 있다.
기능성 첨가제 : 0.1 ~ 5.0wt%
상기 기능성 첨가제의 함량이 0.1wt% 미만인 경우 보드 성형체를 제조하기 위한 조성물의 적정 작업성을 갖지 못하며, 5.0wt%를 초과하면 조성물의 유동성이 과도하게 증가되어 작업성이 저하되는 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 상기 기능성 첨가제의 함량은 0.1 ~ 5.0wt%로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기능성 첨가제는 분산제 및 증점제 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 분산제는 비중이 서로 다른 조성물 간의 분산 및 혼합을 위하여 재료들을 분산시키는 역할을 한다. 또한 상기 증점제는 보드 성형체를 제조하기 위한 조성물의 적정 작업성을 확보하기 위하여 점도를 증가시키는 역할을 한다. 본 발명에서는 통상적으로 상기와 같이 분산제 및 증점제의 작용을 하는 성분을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 조성물을 패널로 제조할 수 있다.
이러한 패널 형태로 제조하기 위한 방법으로는, 몰딩, 가압성형, 가열가압성형 및 압출성형 등이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
하기 표1과 같이 조성되는 실시예(1~2) 및 비교예 1을 너비 300× 200mm 두께 20mm의 패널형태가 되도록 몰딩한 후 10~20kgf/㎠의 압력으로 가압하여 성형하 였다.
각 시편들의 비중, 꺾임파괴하중, 원적외선 방사율 및 음이온 발생량을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표2와 같다.
<실시예>
(표 1)
재료 실시예1 실시예2 비교예1
알루미나-규산염계 결합재 43.0 53.0 -
백시멘트 - - 56.0
알칼리-규산염계경화제 25.0 20.0 -
물 - - 22.0
목모 25.0 20.0 22.0
충진재 5.0 5.0 -
기능성 첨가제 2.0 2.0
상기 표1의 알루미노-실리케이트계 결합재는 알루미늄(Al)과 규소(Si)의 몰비가 1.0 : 1.4이 되게 조절 혼합하여 조성한 것이고, 상기 알칼리-규산염계경화제는 Na2O가 12.5wt%, 규산염이 33.2wt%, 물이 54.3wt%이 되게 조절 혼합하여 조성한 것이다.
(표 2)
물 성 실시예1 실시예2 비교예1
비 중 0.58 0.69 0.69
꺾임파괴하중 (N/cm2) 989 1024 780
음이온 발생량 (EA/cc) 756 532 15
원적외선 방사 ○ ○ ×
외 관 ○ ○ ○
(○: 양호,△: 보통,×: 불량)
상기 표2에서 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예(1, 2)인 경우, 물리적 특성이 시멘트계 결합재를 사용한 비교예1보다 우수한 결과를 나타내었으며, 원적외 선 방출 및 음이온 발생이 양호하였다. 또한 외관이 백색으로 자체적으로도 외관이 나무 섬유 모양으로 미려하였으며, 범용적인 페인트의 사용으로 색상을 구현하는데에 문제점이 없는 목모 세라믹 패널을 제조할 수 있었다.

Claims (10)

  1. 알루미노-실리케이트계 결합재 15.0 ~ 70.0wt%, 알칼리-규산염계 경화제 15.0 ~ 35.0 wt%, 목모 11.9 ~ 30.0 wt%, 충진재 3.0 ~ 15.0wt%, 분산제와 증점제 중 어느 하나 또는 하나 이상이 혼합된 기능성 첨가제 0.1 ~ 5.0 wt%로 구성되는 목모 세라믹 패널 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미노-실리케이트계 결합재는 알루미늄(Al)의 몰수 a와 규소(Si)의 몰수 s가 a/s = 0.1 ~ 0.7의 몰비인 것을 특징으로 하는 목모 세라믹 패널 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 알루미노-실리케이트계 결합재는 알루미나염과 규산염의 함량이 30wt%이상이며, 분말도가 2,000 ~ 15,000㎠/g이고, 백색도가 90 이상인 것을 특징으로 하는 목모 세라믹 패널 조성물.
  4. 제 2 항에 있어서,
    알루미노-실리케이트계 결합재는 Al2O3가 30.0 ~ 45.0wt%, SiO2가 55.0 ~ 70.0 wt%인 알루미나-규산염 광물이 어느 하나 또는 하나 이상이 혼합된 것을 특징으로 하는 목모 세라믹 패널 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    알칼리-규산염계 경화제는 알칼리금속산화물(R2O)의 몰수 r과 규산염(SiO2)의 몰수 s가 r/s = 0.1 ~ 60.0 의 몰비이고, 알칼리금속산화물(R2O)의 몰수 r, 규산염(SiO2)의 몰수 s와 물의 몰수 h가 rs/h = 2.0 ~ 10.0의 몰비 인 것을 특징으로 하는 목모 세라믹 패널 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    알칼리-규산염계 경화제는 pH가 11 이상이고, 점도가 200cps이하이며, 고형분이 10 ~ 50wt%인 것을 특징으로 하는 목모 세라믹 패널 조성물.
  7. 제 5 항에 있어서,
    알칼리-규산염계 경화제는 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트, 리튬실리케이트, 나트륨계 탄산염, 리튬계 탄산염, 소듐하이드록사이드, 포타슘하이드록사이드, 리튬하이드록사이드 및 규불화염 중 어느 하나 또는 하나 이상이 혼합되는 것을 특징으로 하는 목모 세라믹 패널 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    충진재는 60 ~ 650℃로 열처리되어 원적외선 방사율이 90% 이상이며, 음이온 발생량이 100 ~ 70,000EA/cc이고, 입도가 0.200 ~ 0.005mm의 범위인 것을 특징으로 하는 목모 세라믹 패널 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서,
    충진재는 규조토, 견운모, 황토, 맥반석, 제올라이트 중 어느 하나 또는 하나 이상이 혼합되는 것을 특징으로 하는 목모 세라믹 패널 조성물.
  10. 상기 1항의 조성물이 몰딩, 가압성형, 가열 가압성형 및 압출성형 방법에 의해 원적외선 및 음이온 방사 기능을 갖는 목모 세라믹 패널로 제조되는 것을 특징으로 하는 목모 세라믹 패널 조성물의 제조방법.
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