KR100955621B1 - 부산석고 및 천연석고를 이용한 단열 및 방음효과가 우수한 발포세라믹 제조방법 - Google Patents

부산석고 및 천연석고를 이용한 단열 및 방음효과가 우수한 발포세라믹 제조방법 Download PDF

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Abstract

본원은 단열 및 방음 효과를 갖는 발포세라믹 제조방법에 관한 것이다.
본원의 발포세라믹 제조방법은 부산석고를 열처리에 의해 알파타입(α-type)의 반수(Hemihydrate)부산석고를 얻은 후 단독의 알파타입의 반수석고를 이용하거나 또는 알파타입의 반수석고와 세라믹 분말을 함께 혼합한 후 식물성 내지는 동물성 기포제를 미리 발포시킨 수용액과 혼합하여 성형을 하게 되면 알파타입의 반수석고에 의한 수경성반응에 의해 수십분 이내에 경화되어 미세한 발포체가 사라지지 않고, 발포된 형상 원상태를 유지하면서 건조, 경화하여 다량의 미세발포체가 형성됨으로 발포세라믹을 얻는 제조방법에 관한 것이다.
본원은 타 산업에서 폐기물로 발생되는 부산석고를 재활용하는 수단으로 환경보호 및 기업의 경쟁력을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 발포세라믹 내지는 발포시멘트(ALC)를 제조할 때와 같이 고온의 조건이나 장시간 반응조건이 필요치 않고, 상온에서도 짧은 시간에 견고하고 일정한 형상으로 단열 및 흡음효과가 우수한 발포세라믹을 얻음으로 종래의 합성수지 스치로폼 내지는 발포성폴리우레탄과 같은 발포성수지를 대체할 수 있는 발포세라믹 제조방법에 관한 것이다.
베타타입의 부산석고, 알파타입의 부산석고, 발포세라믹, 기포제

Description

부산석고 및 천연석고를 이용한 단열 및 방음효과가 우수한 발포세라믹 제조방법{Manufacture method of ceramic foam which superior to insulating effect by using by waste and natural gypsum.}
본원은 부산석고(Waste gypsum)/천연석고를 이용한 단열 및 방음효과가 우수한 발포세라믹 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수용액에 포함된 식물성 내지는 동물성 기포제를 미리 발포를 시키고, 이곳에 천연석고나 또는 인산비료 제조과정에서 발생하는 부산석고나 배기가스의 탈황과정에서 발생하는 부산석고를 열처리하여 얻은 알파타입(α-type)의 반수석고(Hemihydrate)를 제조하고, 알파타입의 반수석고를 단독으로 사용하거나 알파타입의 반수석고와 세라믹분말을 혼합하여 성형을 하게 되면 알파타입의 반수석고에 의한 수경성반응에 의해 수십분 이내에 경화되어 미세한 발포체가 사라지지 않고, 발포된 형상 원상태를 유지하면서 건조, 경화하여 다량의 미세발포체가 형성되는 사실을 확인하여 완성된 발포세라믹 제조방법에 관한 것이다.
본원에서는 가격이 저렴한 천연석고를 사용하거나 또는 인산비료 제조과정에서 발생되는 폐석고나 화력발전소의 아황산가스의 저감을 위한 탈황과정에서 발생된 폐석고를 재활용하여 알파타입의 반수석고를 얻는 공정을 이용함으로 환경보호 에 기여할 뿐만 아니라 기업의 경쟁력을 확보할 수 있음은 물론 열처리에 의해 생성된 알파타입의 반수석고들은 종래의 발포세라믹 또는 발포시멘트(ALC)를 제조할 때와 달리 장시간의 양생과정이나 높은 온도가 필요치 않고, 상온에서도 짧은 시간에 일정한 형상의 경량기포시멘트를 얻을 수 있는 제조방법에 관한 것이다.
오늘날 에너지원의 중요성은 재론할 필요가 없으며 에너지 소비량의 30%는 건축물을 통해 이루어지는바, 생활환경 속에 방음 및 흡음을 위한 방지책은 대부분 건축물에 의해 이루어지므로 건축물을 통한 에너지 낭비와 소음방지를 차단하려면 철저한 단열 및 흡음시공이 필수적이다.
또한 생활공간에서 안락하고 편안한 삶을 유지하기 위하여 단열재 및 방음재가 필요하고 열손실을 방지하기 위해 단열효과를 극대화하고, 흡음률을 높이기 위하여 우수한 미세기공층을 부여하기 위해 그동안 세라믹 내지는 발포성 고분자재료를 사용해 왔는바, 이는 발포성재료에 형성된 공기층 자체가 단열효과가 우수할 뿐만 아니라 가열 내지는 냉각과정 중의 대류현상을 막아 단열효과를 제공하며, 미세기포에 의해 형성된 거친 표면은 음(sound)의 난반사를 통하여 흡음효과를 제공함에 따라 단열 및 흡음을 극대화하기 위해서는 다량의 미세한 공기층을 부여하는 것이 필수적이다.
종래까지 제공되어온 단열재 및 방음재는 발포폴리스타이렌, 유리면, 발포폴리에틸렌, 폴리우레탄폼, 질석(Vermiculite), 퍼라이트(Perlite), 우레아폼, 셀룰로오즈보온재, 연질섬유판, 페놀폼 및 에어로겔 및 경량시멘트류 등 다양하게 제공 되어 왔다.
종래까지 개시된 단열재 및 방음재의 대부분은 석유화학제품인 경우 화재발생 시 유독가스 방출에 의한 인체에 치명적인 위해를 가할 위험성이 매우 높을 뿐만 아니라 환경오염을 가속화시킬 수 있으며, 발포세라믹이나 경량시멘트인 경우 대량의 설비시스템과 고온 및 제조공정의 장시간 등으로 에너지손실이 클 뿐만 아니라 생산력이 떨어지는 문제점을 갖고 있었다.
한편, 경남 진해시 장천동 119의 12 일대(구 진해화학)에 폐석고 40만여t이 장기간 야적된 채로 방치돼 장천항과 주변마을의 환경오염을 가중시키고 있는바, 진해화학은 지난 98년 부도로 공장 가동이 중단된 후 5년간 59만6천㎡ 공장터 곳곳에 복합비료 생산 뒤 나온 폐석고 등 인광석 40여만t을 쌓아둔채 방치되어 비바람에 침출수가 인근 장천항 부두로 유입되는가 하면 주변마을의 토양과 수질 오염을 부추기고 특히 석고 분진 가루가 바람에 날려 인근 주민들은 심각한 호흡기 질환에 시달린다고 하소연하는 실태가 매스컴에 보도된바 있다.
또한, 전남 여천공단내 남해화학(주)여천공장의 인산비료 제조과정에서 발생한 폐석고를 공유수면 매립지에 방치해 고농도의 중금속 산업폐수 유출로 광범위한 해양오염과 토양오염을 부추기고 있다는 비난을 받고 있는바, 환경운동연합과 전남 여수시민 사회단체연대회의는 정부과천청사 환경부 기자실에서 기자회견을 열고 환경부에 남해화학의 석고매립장 침출수를 포함한 산업폐수 방지대책을 마련해줄 것을 촉구하고 있다.
또한 인산비료 제조공정이나 탈황공정에서 폐석고가 다량 발생하고 또 다른 산업현장에서도 폐석고가 발생하고 있으나 폐석고의 뚜렷한 재활용처를 찾지 못하여 전전긍긍하고 있는 실정인바 본원은 상기와 같은 폐기물을 재활용함으로써 폐기물량의 감소와 처리비 절감효과와 동시 폐기물을 원자재로 활용함에 따라 재생자원의 판매수익을 높일 수 있는 경제적 효과를 도모하고자 한다.
종래의 선행기술에서 석고의 장점을 이용하기 위하여 개시된 선행기술을 살펴보면, 한국공개특허 2006-0068170호 기술은 석고에 교반되는 섬유질과 결합강화제로 점토와 시멘트 및 점토와 시멘트의 혼합물을 사용하기 때문에 경량을 유지하면서 내구성을 가질 수 있고, 다공성에 의한 내화, 차음, 단열 및 휨강도를 높인 단열, 차음성능을 보일 수 있으나, 본원의 인산비료 공정 및 배기가스의 탈황공정에서 발생된 폐석고를 이용한 기술적 구성이 전혀 다르며, 한국공개특허 2007-0098288호 기술은 규사와 골재, α-반수석고, 안료 및 혼화재를 혼합하여 구성됨에 따라 기존의 인조대리석보다 우수한 강도를 갖는 동시에 점결의 목적과 강도 조절제로 사용되는 시멘트를 석고로 대체함으로서 보다 가볍고 운반이 용이하다는 장점을 가지고 있으나, 본원 발명의 인산비료 공정 및 배기가스의 탈황공정에서 발생된 폐석고를 이용한 기술적 구성이 없으며, 발명의 목적이 전혀 다르고, 한국공개특허 2003-0004432호 기술은 황토를 기포화하여 제품을 생산함으로서 경량, 방음, 보온, 원직선 등의 효과를 기대 할 수 있으나 본원의 기술적 구성과 전혀 다르고, 미국공개특허 US 2007/0048549호 A1기술은 분산제 첨가에 의한 석고의 유동성 향상으로 인한 작업성이 우수하며, 압축강도가 높다는 장점을 가지고 있으나, 본 발명과 달리 단열 및 방음을 위한 발포세라믹 내용을 제시하고 있지 않을 뿐만 아니라 본원 의 폐석고를 이용한 기술적 구성이 전혀 다르고, 미국공개특허 US 2007/0056478호 A1기술은 실리콘계 고분자 첨가에 의한 발수성을 제공하여 내수성을 향상시킬 수 있다는 장점을 가지고 있으나 발명과 달리 단열 및 방음을 위한 발포세라믹 내용을 제시하고 있지 않을 뿐만 아니라 본원의 폐석고를 이용한 기술적 구성이 전혀 다르며, 일본공개특허 2005-035866호 기술은 탄산수소나트륨(Sodium bicarbonate)에 의한 발포로 인하여 종래의 석고보드의 물리적 단점을 극복하면서 경량의 석고보드를 얻을 수 있는 기술사상이 개시되어 있으나 본원과는 기술구성이 본질적으로 다르다.
본원은 가격이 저렴한 천연석고를 이용하거나 또는 산업현장에서 다량 발생하는 폐석고를 재활용하여 고부가가치의 제품을 개발하여 기업의 경쟁력을 극대화하기 위한 과제를 갖고 시작된 발명이다.
황산칼슘의 반수화염인 반수석고의 화학식은 CaSO4·½H2O로 구운석고, 하소석고라고도 하며 석고를 120∼130℃로 가열하여 그 결정수의 3/4을 없앤 분말에 물을 가해서 반죽하면 다시 2분자의 결정수를 함유하는 원래의 석고 CaSO4·2H2O가 되어 경화(硬化)하게 된다.
이 때 반수석고는 α형과 β형으로 분류되며 α형은 표준혼수량이 35정도로서 적은 물로 큰 강도를 얻을 수 있고, β형은 표준혼수량이 90정도로서 α형보다 다량의 물을 공급해야 혼합되면서도 강도가 작은 특성을 갖는바, 본원은 천연석고 또는 부산(waste)폐석고를 촉매 존재하에 열처리하여 알파타입의 반수석고(CaSO4·½H2O)로 변환시킨 후, 표준혼수량이 적은 알파타입 반수석고를 단독으로 이용하거나 또는 알파타입 반수석고와 세라믹분말을 혼합하여 이용하되, 식물성 또는 동물성 기포제를 물로 희석하고 미세기포층을 형성한 미세기공의 폼(foam)과 혼합되도록 하여 알파타입의 반수석고의 수경성작용에 의해 발포된 발포체가 사라지지 않고 발포형상을 그대로 유지하면서 경화되도록 하여 발포세라믹을 얻고자 하는 목적을 갖는다.
본원은 경량의 발포세라믹을 얻는 제조공정에 산업폐기물로 버려지는 부산(waste)폐석고를 이용하면서 상온조건, 짧은 반응시간에 제조되면서 기존의 석유화학제품인 발포성수지를 대체할 수 있는 단열 및 방음효과가 우수한 발포세라믹 제조방법을 제공하는 목적을 갖는다.
본원의 또 다른 목적은 세라믹의 물성과 단열 및 방음을 요구하면서 경량의 지지체가 요구되는 건축자재로 제공하고자 하는 목적을 갖는다.
본원은 천연석고 또는 부산석고를 이용한 발포세라믹 제조방법에 관한 것으로, 발명의 특징부는 식물성 또는 동물성 기포제를 물로 희석하고, 기포발생장치에 의해 미세한 기포가 형성됨을 충족시키는 결과물 1을 얻는 제1공정과, 가격이 저렴한 천연석고나 인산비료 제조공정 및 탈황공정에서 발생하는 부산물인 폐이수석고 (CaSO4·2H2O)를 수거한 후 반응기에서 촉매존재하에 열처리하여 알파타입의 반수석고를 얻는 제2공정과, 상기 제1공정에서 얻은 결과물 1과 제2공정에서 얻은 결과물 2를 혼합시켜서 기포가 발생된 슬러리(Slurry)의 조건을 충족시키는 결과물 3을 얻고, 이를 성형체에 공급하여 상온에 방치한 후 슬러리에 포함된 알파타입의 반수석고의 수경작용에 의해 경화되도록 하여 성형체를 얻되 성형체 안에서 미세기포들이 소포되지 않고 원래상태를 유지할 수 있도록 하고 수분을 제거할 수 있는 조건을 충족시켜서 발포세라믹을 얻은 제조방법에 특징부를 갖는다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 산업현장에서 다량 발생하고 있는 부산석고(폐석고; Waste gypsum)를 이용하거나, 가격이 저렴한 천연석고(Natural gypsum)를 촉매존재하에 열처리 방법에 의해 알파타입의 반수석고를 얻어서 이용하고자 하는 것으로, 종래와 같이 발포세라믹을 얻기 위해 고온의 높은 열원이 필요하지 않고, 성형을 위하여 일정한 형상을 유지하기 위한 고압의 몰드(Mold)나 압력장치 등 고가의 시설비가 필요치 않은 상태에서 다양한 형상으로 단열재 및 흡음재로 사용될 수 있는 미세기공을 갖는 발포세라믹을 얻고자 하는 기술사상이다.
본원에서 사용되는 기포제는 동물성 기포제라 불리우는 아미노산계와 식물성 기포제라 불리우는 알킬벤젠 설포네이트계 내지는 소디움 라우릴 설페이트와 이의 에스테르를 주원료로 하는 기포제를 단독 내지는 혼합 후 물과 희석하여 사용할 수 있으며, 이 때 물은 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr)과 같은 센물의 원인이 되는 알칼리토금속류가 다량 포함된 물을 제외하고는 특별한 제한 없이 증류수, 역삼투압(RO; revers osmosis)수, 수돗물, 지하수, 공업용수를 사용할 수 있으며, 경제성을 고려할 때 수돗물, 지하수, 공업용수를 사용하는 것이 유리할 수 있다.
상기 기포제는 발포된 기포가 소포되지 않고 장기간 유지되기 위해서는 동물성 기포제를 사용하는 것이 유리하며, 기포발생 과정 중 기포제 자체에서 발생하는 냄새를 피하기 위해서는 식물성 기포제를 사용하는 것이 유리하므로 적절한 용도에 따라 선택적으로 사용될 수 있고, 기포제의 첨가량은 물을 100중량부로 기준으로 할 때 0.1~10 중량부를 첨가할 수 있으며, 바람직하게는 0.25~8.5 중량부가 유리하며, 더욱 바람직하게는 0.5~7.5 중량부가 유리하고, 가장 바람직하게는 1.0~6.0 중 량부를 혼합하는 것이 유리한 바, 기포제가 0.1 중량부 이하로 함유할 경우 발포력이 낮아 미세한 다공성의 기포가 형성될 가능성이 희박하다는 단점을 가지고 있으며, 기포제가 10 중량부를 초과하여 희석될 경우 다량의 미세한 기포를 형성할 수 있으나 가격이 비교적 고가이기 때문에 상기 제안한 비율로 첨가되는 것이 바람직하다.
본원에서 이용되는 기포발생장치는 큰 제한을 두지 않으며, 희석된 기포제를 다량의 미세한 기포를 발생시킬 수 있으면 무관하며, 기포발생장치는 모터의 축으로부터 장착된 회전날개를 이용한 발포방법 또는 콤프레셔(compressor)가 장착된 발포기를 이용할 수 있는바, 적은 량의 기포제가 필요한 경우 모터의 축으로부터 장착된 회전날개를 이용한 발포방법을 이용하는 것이 유리하며, 다량의 기포제가 필요할 경우 콤프레셔가 장착된 발포기를 사용하는 것이 유리하며, 모터의 축으로부터 장착된 회전날개를 이용할 경우 500~12,000 rpm의 회전속도를 이용할 수 있으며, 믹서(Mixer), 디졸버(Dissolver), 호머믹서(Homo mixer)류가 이용될 수 있다.
본원에서 석고의 열처리 방법은 천연석고나 부산물 이수석고(폐석고)를 알파타입(α type)의 반수석고(CaSO4·1/2H2O)로 변화시키기 위한 목적으로 촉매를 이용하여 열처리 공정을 수행하게 되는바, 열처리에 의해 형성된 알파타입의 반수석고는 물과 접촉하게 되면 반응식 2와 같이 수경반응에 의해 경화되면서 미세기포가 소포되지 않는 현상을 나타내고 따라서 양질의 단열재 및 흡음재가 제공될 수 있도록 열처리 공정이 수행된다.
[반응식 2]
CaSO4·½H2O + 1.5H2O ⇒ CaSO4·2H2O + 발열⇒응고·경화
본원에서 알파타입의 반수석고를 얻기 위한 열처리 방법 중 가열방법은 이수석고로부터 α-반수석고를 제조하는 방법으로 상압수용액법, 가압수열법, 극초단파법(마이크로웨이브법), 하이브리드형 수열반응법 중 선택되어지는 1종의 가열방법에 의해 수행될 수 있으며, 촉매를 첨가하고 가열방법에 의해 가열을 하게 되면 알파타입의 석고를 제조하기 위한 반응속도를 매우 촉진시킬 수 있다는 장점을 갖는다.
또한 상압수용액법의 경우는 베타타입의 천연석고 또는 부산석고를 방앗간에서 떡을 찌듯이 외부에서 가열된 포화수증기에 의해 얻을 수 있으며, 가압수열법은 90~160℃의 온도와 0.25~10 MPa의 압력조건에서의 오토클레이브(Autoclave) 반응기를 이용하여 얻을 수 있으며, 극초단파법(Microwave method)은 이수석고의 성형체를 마이크로 오븐(Micro oven) 안에서 2,450 메가헬쯔(MHz)의 극초단파를 조사하여 110~160℃의 온도로 가열하여 얻을 수 있고, 하이브리드형 수열반응법은 가압수열법과 마이크로웨이브법을 동시에 수행할 수 있는 제조방법으로 가압수열법의 긴 반응시간을 단축시키고 마이크로웨이브만을 사용할 때 발생할 수 있는 성형체의 외부확산 속도를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 알파타입의 석고를 제조하기 위한 반응속도를 매우 촉진시킬 수 촉매는 황산알루미늄(Aluminium sulfate), 염화암모늄(Ammonium chloride), 질산암모늄(Ammonium nitrate), 염화칼슘(Calcium chloride), 질산칼슘(Calcium nitrate), 염화마그네슘(Magnesium chloride), 질산마그네슘(Magnesium nitrate), 황산마그네 슘(Magnesium sulfate), 염화나트륨(Sodium nitrate), 질산나트륨(Sodium-nitrate), 염화칼륨(Potassium chloride), 염화아연(Zinc chloride) 중 선택되어지는 1종 이상의 무기염(Inorganic salts)이나, 모노카복실산(MonoCarboxylic acid), 포름산(Formic acid), 초산(Acetic acid), 프로피온산(Propionic acid), 낙산 (Butyric acid), 아디핀산(Adipic acid), 안식향산(Benzoic acid), 아스코빈산 (Ascorbic acid), 구연산(Citric acid), 푸마루산(Furmaric acid), 글루콘산 (Gluconic acid), 이소프탈산(Isophthalic acid), 말레인산(Maleic acid), 사과산 (Malic acid), 말론산(Malonic acid), 만델산(Mandelic acid), 멜리트산(Mellitic acid), 옥살산(Oxalic acid), 팔미트산(Palmitic acid), 프탈산(Phthalic acid), 피루빈산(Pyruvic acid), 살리실산(Salicylic acid), 호박산(숙신산; Succinic acid), 주석산(Tartaric acid) 중 에서 1종 이상이 선택되고 선택된 유기산의 칼슘 (Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 나트륨(Na) 칼륨(K)염 형태로 이용될 수 있다.
이때 선택되어진 무기염(Inorganic salts) 및 유기산 알카리염(Organic acid alkali salts)의 촉매는 베타타입의 이수(2Hydrate)석고를 100 중량부로 기준으로 할 때 0.001~0.6 중량부가 포함되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.08~0.4 중량부가 포함되는 것이 유리하며, 가장 바람직하게는 0.1~0.3 중량부가 포함되는 것이 유리한 바, 상기 선택된 촉매가 베타타입의 이수석고에 대하여 0.01 중량부 이하로 포함될 경우 알파타입의 반수석고가 만들어질 확률이 낮아지고, 베타타입의 반수석고가 만들어짐에 따라 본 발명의 기술사상에 어긋나며, 촉매가 0.6 중량부 이상 포함될 경우 알파타입의 반수석고가 형성될 확률은 높으나 촉매가 다량 포함 될 경우 본 발명의 발포형상체의 강도가 오히려 낮아질 뿐만 아니라 본 연구에 사용할 촉매들은 외부로부터 구입되어야 하기 때문에 다량 사용시 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있음에 따라 상기 비율을 적용시키는 것이 바람직하다.
상기 혼합단계에서 기포발생장치에 의해 형성된 미세기포들은 열처리 방법에 의해 만들어진 단독의 알파타입의 부산석고나 또는 알파타입의 부산석고와 세라믹 분말을 혼합하여 사용할 수 있는바, 내구성, 내수성 향상을 높이기 위하여 첨가제를 함께 혼합하여 사용할 수 있다.
이 때 최종의 혼합물들은 발포형상체를 제조하기 위한 몰딩(Molding)을 손쉽게 하기 위하여 물이 포함된 미세기포와 단독의 알파타입의 석고 또는 세라믹과의 혼합물들은 점도가 3,000~150,000 cps의 슬러리 상태로 구성하는 것이 바람직하다.
이러한 슬러리 상태의 발포혼합물을 구성하기 위해서는 단독의 알파타입의 부산석고 또는 단독의 알파타입의 부산석고와 세라믹 분말이 포함된 전체혼합물들의 고형분이 물이 포함된 미세기포를 100 중량부로 기준 할 때 100~1200 중량부가 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 더욱 바람직하게는 200~750 중량부가 포함되는 것이 유리하고, 가장 바람직하게는 250~450 중량부 포함되는 것이 유리한 바, 미세기포를 100 중량부로 기준할 때 전체의 고형분이 100 중량부 이하로 포함될 경우 고형분(단독의 알파반수석고 또는 알파반수석고 + 세라믹분말 및 첨가제)의 함량이 낮아 미세기포가 포함된 슬러리의 유동성이 좋아 작업성이 좋다는 장점을 가지고 있으나 상대적으로 수분의 량에 비해 적은 량의 알파타입의 석고가 포함되어 강도가 매우 약하다는 단점을 가지고 있으며, 1,200 중량부 이상의 고형분 이 포함될 경우 매우 견고한 강도를 가진 형상체를 제공할 수 있으나, 혼합단계 및 성형단계에서 점도가 높아져 작업성이 크게 떨어질 수 있다는 단점을 가지고 있기 때문에 상기 비율에 근거하여 혼합하는 것이 바람직하다.
본원에서 세라믹 분말의 혼합목적은 원적외선 방출에 의한 인체의 유익한 에너지를 얻고자 하는 것으로, 세라믹 분말은 맥반석, 황토석, 감람석(Olivine), 고령토(Kaolin), 규산염광물(Silica Mineral), 규조토(Diatomite), 규회석 (Wollast-onite), 납석(Pyrophyllite), 돌로마이트(Dolomite), 리튬광물(Lithium Minerals), 마그네사이트(Magnesite), 보크사이트(Bauxite), 벤토나이트(Bentonite), 부석 (Pumice), 붕산염광물(Borate), 사문석(Serpentine), 산성백토(Acid clay), 산화철 (Iron Oxide), 석류석(Garnet), 탄산광물(Carbonate Minerals), 애타풀자이트 (Attapulgite), 세피오라이트(Sepiolite), 연옥(Nephrite), 인회석(Apatite), 일라이트-운모(Illite-Mica), 장석(Feldspar), 진주암(Perlite), 질석(Vermiculite), 제올라이트(Zeolite), 중정석(Barite), 활석(Talc), 규조토(diatomaceous earth), 흑연(Graphite), 헥토라이트(Hectorite), 점토광물(Clay Minerals), 지르코늄 광물(Zirconium Minerals), 티타늄 광물(Titanium Minerals), 투어마린(Tourmaine; 전기석), 흄실리카(Fume silica), 에어로겔(Aerogel), 플라이에쉬(Fly ash), 고로슬래그 분말 중 1종 이상이 선택되어 사용될 수 있고, 세라믹 분말이 많은량 포함될 경우에도 강도가 상대적으로 떨어지기 때문에 가능한한 알파타입의 부산석고에 대하여 60 % 이하로 혼합 사용하는 것이 바람직하다.
상기 세라믹광물의 입자크기는 세라믹입자와 입자사이의 미세한 발포체를 제 공하기 위하여 가능한한 작은 것이 유리하며, 5 nm~400 ㎛의 크기를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 20 nm~250 ㎛의 입자크기가 유리하며, 가장 바람직하게는 50 nm~50 ㎛의 입자크기가 유리한 바, 5 nm 이하의 크기는 에어로겔을 제외하고 분쇄장치를 이용하여 수 nm의 미립자를 제조하기 위한 가능성이 희박할 뿐만 아니라 원재료비가 매우 고가이기 때문에 가격경쟁력이 떨어져 일부 특수한 분야에만 사용할 수 있다는 단점을 가지고 있으며, 400 ㎛ 이상의 크기를 가진 세라믹분말은 비표면적이 적어 상기 열처리 방법에 의해 제조된 알파타입의 부산석고가 수경반응에 의한 경화과정 중 결합력이 떨어짐과 동시에 분말과 분말 사이에 다량의 미세한 발포체 형성률이 낮기 때문에 상기 범위의 입자크기를 가진 세라믹광물을 이용하는 것이 바람직하다.
내구성을 위한 첨가제는 열처리된 알파타입의 부산석고로 구성된 발포세라믹의 강도를 증진시키기 위한 강도보강제를 겸비한 흡음재를 포함시킬 수 있으며, 대부분 금속산화물이나 섬유질로 구성되는바, 금속산화물의 강도보강제인 경우 본 발명의 첨가제가 금속산화물의 첨가제로 구성됨에 따라 고의로 첨가할 필요가 없으며, 섬유질의 강도보강제인 경우 섬유질 자체에 형성된 미세기포에 의해 외부로부터 들어오는 소음을 난반사시켜 흡음효과가 우수할 뿐만 아니라 단독의 알파타입의 부산석고 또는 세라믹 분말과의 혼합물 사이에 섬유질이 충진되며 더욱 결합력을 증진시킬 수 있을 뿐만 아니라 흡음재에 의한 방음효과가 배가된다.
섬유질의 강도보강제는 본원의 경우 상온에서도 발포체가 형성되기 때문에 발포체의 강도를 더욱 증가시키기 위한 섬유질로 구성된 것을 제외하고 큰 제한이 없으며, 천연섬유 내지는 인조섬유 중에서 선택되어 사용될 수 있는바, 천연섬유인 경우는 셀룰로오즈계 섬유(종묘섬유, 인피섬유, 염맥섬유, 과실섬유) 내지는 스태이플 내지는 필라멘트 형태의 단백질계 섬유 내지는 광물질계 섬유가 포함될 수 있으며, 인조섬유는 유기질섬유(재생섬유, 반합성섬유, 합성섬유) 내지는 무기질섬유(금속섬유, 유리섬유, 암석섬유, 광재섬유, 탄소섬유)가 포함될 수 있다.
상기 강도보강제를 겸비한 흡음재의 섬유 굵기는 3~50 ㎛가 유리하며, 바람직하게는 5~25 ㎛의 굵기가 유리하고, 가장 바람직하게는 5~10 ㎛의 굵기가 유리한 바, 3 ㎛ 이하 굵기의 섬유질은 섬유질의 특성상 가늘수록 외관상 매끄럽고 촉감도 부드러워지는 특징이 있어 물성이 우수하고 이용 가치도 높다는 장점을 가지나 유리섬유 이외에 천연섬유 및 인조섬유에서 생산되는 섬유질이 대부분 3 ㎛ 이상의 굵기를 가지고 있기 때문에 섬유질을 첨가하기 위한 선택권이 부족하다는 단점을 가지고 있으며, 50 ㎛ 이상 굵기를 가진 섬유질은 외관상 촉감이 매끄럽지 않으며, 대체적으로 미세섬유질보다 강도가 떨어진다는 단점을 가지고 있기 때문에 상기 범위 굵기의 섬유질을 사용하는 것이 바람직하다.
강도보강제를 겸비한 흡음재의 섬유길이는 1~50 mm가 유리하며, 보다 바람직하게는 5~35 mm가 유리하고, 가장 바람직하게는 10~25 mm가 유리한 바, 섬유질의 길이가 1 mm 이하일 경우 본 발명의 알파타입의 부산석회에 의한 수경작용에 의해 경화된 미세한 다공성의 석고 및 세라믹 분말사이에 섬유질이 접속되는 길이가 짧아 결합력이 그다지 크기 않다는 단점을 가지고 있으며, 상기 혼합단계에서 섬유질과 슬러리형태의 단독의 석고 또는 세라믹과의 혼합물이 균일하게 분산되어야 하 나, 50 mm 이상일 경우 섬유질끼리 서로 엉키게 되어 오히려 발포형상체의 물성을 저해하기 때문에 상기 범위의 길이를 가진 섬유질을 사용하는 것이 바람직하다.
발포형상체의 강도보강제를 겸비한 흡음재로 첨가되는 섬유질의 량은 단독의 알파타입의 부산반수석고 및 세라믹 분말과의 혼합물을 100 중량부로 기준으로 할 때 1~20 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2.5~15 중량부가 포함되는 것이 유리하며, 가장 바람직하게는 5.0~10 중량부가 포함되는 것이 유리한 바, 1중량부 이하로 첨가될 경우 발포형상체의 보강효과가 높지 않다는 단점을 가지고 있으며, 20 중량부 이상을 첨가할 경우 보강효과는 상대적으로 커지는 장점을 가지고 있으나 상기 혼합단계에서 단독의 알파타입의 반수석고 및 혼합된 세라믹 분말과 섬유질과의 균일한 혼합이 어려우며, 대체적으로 섬유질이 고가이므로 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있기 때문에 상기 범위의 량을 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 내수성 및 강도보강을 증가시키기 위한 첨가제는 수분산성 고분자수지 내지는 미분말의 고분자수지가 포함될 수 있는바, 수분산성 고분자수지인 경우 고분자수지가 물에 균일하게 분산되어 있는 것을 제외하고는 큰 제한을 두지 않으며, 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol)류; 폴리비닐 피로리돈(polyvinyl pyrrolidone)류; 폴리아크릴산, 스타이렌(styrene)-아크릴산 공중합체, 스타이렌-메타아크릴산 공중합체, 스타이렌-메타아크릴산-아크릴산 에스테르(ester) 공중합체, 스타이렌-α-메틸 스타이렌-아크릴산 공중합체 내지는 스타이렌-α-메칠스타이렌-아크릴산-아크릴산 에스테르 공중합체 등의 스타이렌 아크릴산 수지; 스타이렌-말레인산 공 중합체, 스타이렌-무수말레인산 공중합체, 아크릴산-아크릴 니트릴 공중합체, 초산비닐-아크릴산 에스테르 공중합체 내지는 아크릴산-아크릴산 에스테르 공중합체 등의 아크릴계 수지; 비닐 나프탈렌-아크릴산 공중합체, 비닐 나프탈렌-말레인산 공중합체 및 초산비닐-에틸렌 공중합체, 초산비닐-지방산 비닐 에틸렌 공중합체, 초산비닐-말레인산 에스테르 공중합체, 초산비닐-크로톤산 공중합체, 초산비닐-아크릴산 공중합체 등의 초산비닐계 공중합체 중 선택되어지는 1종 이상의 고분자가 포함되고, 상기 수분산성 고분자수지의 첨가량은 단독의 알파타입의 반수석고 및 혼합된 세라믹 분말의 총고형분을 100중량부로 기준으로 할 때 1.0~25 중량부가 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 2.5~25 중량부가 유리하며, 가장 바람직하게는 5.0~15 중량부를 첨가하는 것이 유리한 바, 1.0 중량부 이하로 첨가할 경우 발포성형체의 입자들간의 충분한 고분자피막을 씨워주는 역할이 적어 내수성이 크지 않다는 단점을 가지고 있으며, 25중량부 이상으로 첨가할 경우 내수성이 상당히 증가한다는 장점을 가지고 있으나, 화재발생 시 고분자 분해에 의한 유독가스가 다량 방출되어 인체에 치명적일 수 있다는 단점을 가지고 있기 때문에 상기 제안한 적정한 농도로 첨가하는 것이 유리하다.
미분말 고분자수지인 경우 폴리에틸렌테테레프탈레이트(PET), 저밀도 내지는 고밀도 폴리에틸렌(PE), 염화비닐수지(PVC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 폴리우레탄(PU), 폴리카프로렉톤(Polycaprolacton) 중 선택된 고분자수지 분말의 첨가량은 단독의 알파타입의 반수석고 및 혼합된 세라믹분말의 총 고형분을 100 중량부로 기준으로 할 때 0.5~15 중량부가 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 2.5~12중량부가 유리하며, 가장 바람직하게는 5.0~10 중량부를 첨가하는 것이 유리한 바, 0.5 중량부 이하로 첨가할 경우 발포성형체의 입자들간의 충분한 고분자피막을 씨워주는 역할이 적어 내수성이 크지 않다는 단점을 가지고 있으며, 15중량부 이상으로 첨가할 경우 내수성이 상당히 증가한다는 장점을 가지고 있으나, 상기 수분산성 고분자수지가 다량함유된 것과 같이 화재발생 시 고분자 분해에 의한 유독가스가 다량 방출되어 인체에 치명적일 수 있다는 단점을 가지고 있기 때문에 상기 제안한 적정한 농도로 첨가하는 것이 유리하다. 상기 미분말고분자 수지의 입자는 크기가 가능한 미분인 것이 좋으며, 구체적으로 0.1 ㎛ ~ 0.5 ㎜ 범위의 분말을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.5 ㎛ ~ 0.1 ㎜ 범위가 유리하며, 보다 바람직하기로는 5 ~ 50 ㎛ 범위를 유지하는 것이 유리한 바, 분말 입자의 크기가 0.1 ㎛ 미만이면 비표면적이 더욱 커져서 수중에 분산될 가능성은 높아지나, 미립자에 의한 분진으로 작업에 불편을 줄 수 있으며, 미분말고분자를 위한 내수성을 증가시키기 위한 보강제로써, 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있으며, 0.5 mm를 초과하는 경우에는 비표면적이 적고, 입자의 크기가 크기 때문에 균일하게 세라믹 분말에 융착될 확률이 상대적으로 저조한 문제가 발생하기 때문에 상기 제안한 입자의 크기를 가진 분말수지를 이용하는 것이 유리하다.
본원에서의 가열공정은 알파타입의 부산석고가 수경작용에 의해 경화단계까지 형성된 발포형상체에 포함되어 있는 수분을 제거하거나 상기 내수성을 향상시키기 위한 내수보강제의 수분산성 고분자수지 내지는 미분말의 고분자수지를 단독의 알파타입의 부산석고 또는 세라믹이 포함된 혼합물의 입자들 표면에 열융착에 의해 코팅하는 단계로써, 미세하게 발포된 다량의 발포체 내의 수분을 효율적으로 발포체의 물리적 변화없이 가능한한 빠른 속도로 제거하면서 열에 의해 알파타입의 부산석고 또는 세라믹이 포함된 혼합물의 입자들 표면에 융착되는 것을 제외하고는 특별한 제한이 없다. 석고의 수경작용에 의해 경화단계의 공정을 거친 발포형상체는 공기에 의한 상온건조, 오븐(Oven)에 의한 열풍가열, 극초단파(일명: 전자렌지)에 의한 급속 가열방법을 이용할 수 있으며, 상온건조방법을 이용할 경우 두께가 얇으면서 내수성이 크게 필요치 않는 발포형상체를 제조하는데 적합하며, 넓은 발포체를 적층으로 쌓고 대기의 바람으로 건조하므로 가열건조 과정에 필요한 연료비를 절감할 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 건조시간이 장시간 필요하기 때문에 많은 공간이 필요하고, 생산성이 낮다는 단점을 가지고 있다.
극초단파에 의한 가열방법은 2,450 MHz의 극초단파를 가하면 극성이 있는 물분자가 극초단파 만큼의 진동열에 의해 온도가 상승하는 것으로 매우 빠른 속도로 물체내부에 포함된 수분을 빠른 속도로 제거할 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 단열재와 같이 큰 재료를 건조시키기 위해 많은 설비비가 요구된다는 단점을 가지고 있기 때문에 산업현장에서 가장 많이 사용하고 있는 오븐에 의한 열풍 가열방법을 이용하는 것이 유리하다. 극초단파 내지는 열풍 가열방법을 이용한 가열온도는 80~250 ℃의 온도로 가열하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 90~220 ℃가 유리하며, 가장 바람직하게는 100~200℃의 온도가 바람직한 바, 80 ℃의 온도로 가열할 경우 발포단계까지 포함된 수분의 제거속도가 그다지 크지 않을 뿐만 아니라 내 수성 향상을 위한 수분산성 고분자수지 내지는 미분말의 고분자수지를 상기 발포단계에서 발포된 세라믹표면 위에 열원에 의한 열융착을 할 수 없다는 단점을 가지고 있으며, 가열온도가 250℃를 넘을 경우 빠른 속도로 수분을 증가시킬 수 있으며, 미분말 고분자수지의 녹는점보다 많이 상위하므로 짧은 시간에 세라믹표면에 쉽게 열융착이 되어 내수성이 크게 증가된다는 장점을 가지고 있으나, 고온에 의한 열에너지 손실이 커져 경제성이 낮아지며, 고온에 의한 고분자의 물성변화가 약화된다는 단점을 가지고 있기 때문에 상기 제안한 가열온도를 유지하는 것이 바람직하다.
본원에서는 경남 진해시 장천동 119의 12 일대(구 진해화학)에서 배출된 폐석고 40만여t, 전남 여천공단내 남해화학(주)의 인산비료 제조과정에서 발생한 폐석고 등의 폐기물을 재활용할 수 있으므로 환경보호와 더불어 기업의 경쟁력을 높일수 있을 뿐 아니라 단열효과가 우수하면서 화재발생 시 유독가스 방출에 의한 인명피해를 최소화 할 수 있는 발포세라믹을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
또한 타 제조공정에서와 같이 1,000℃ 정도의 고온이 필요하며, 압출, 성형에 의한 고가의 장비를 필요로하는 어려운 작업조건에서 이루어지지 않고, 본원에서는 식물성 또는 동물성 기포제를 물로 희석하고, 기포발생장치에 의해 미세한 기포가 형성됨을 충족시키는 결과물 1을 얻는 제1공정과, 가격이 저렴한 천연석고나 인산비료 제조공정 및 탈황공정에서 발생하는 베타타입의 부산물 폐이수석고(CaSO4 ·2H2O)를 수거한 후 반응기에서 열처리 방법에 의해 알파타입의 반수석고의 제조조건을 충족시키는 결과물 2를 얻는 제2공정과, 상기 제1공정에서 얻은 결과물 1과 제2공정에서 얻은 결과물 2를 균일하게 혼합시켜서 기포가 발생된 슬러리(Slurry)의 조건을 충족시키는 결과물 3을 얻고, 이를 성형체에 공급하여 상온에 방치한 후 슬러리에 포함된 알파타입의 반수석고의 수경작용에 의해 경화되도록 하여 성형체를 얻되 성형체 안에서 미세기포들이 소포되지 않고 원래상태를 유지할 수 있는 조건을 충족시켜 주고 수분을 제거할 수 있는 조건을 충족시켜서 발포세라믹을 얻을수 있는 제조공정에 큰 이점을 갖는다.
이하 본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 구체적인 적용양태를 실시예를 참조하여 설명하고자 하는바, 본 출원의 명세서나 청구범위, 실시예에 사용된 용어나 사용량 등의 기재는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되지 않고본원의 기술사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이며, 본원에서 제시되는 실시양태는 본원의 목적을 달성하기 위한 하나의 적용예에 불과할 뿐이고 본원의 기술사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
이하 본원 발명의 기술사상을 바람직하게 구현한 일 실시예를 상세하게 설명하고자 하나 얼마든지 등가물로 변형적용될 수 있음은 물론이다.
실시 예 1
콘크리트 건조수축방지용 천연 이수석고(Natural CaSO4·2H2O) 250 gr을 취하고 이를 알파타입의 반수석고(CaSO4·½H2O)로 변환시키기 위한 촉매로 동양제철화학(주)에서 구입한 염화칼슘 1.0 gr을 측량하여 증류수 20 ㏄에 녹여 천연 이수석고와 혼합시키고 이를 상압스팀법을 이용하여 1시간 정도 가열한 후 다시 150℃의 오븐(oven)에서 2시간 동안 가열하여 상압스팀법에 의한 알파타입의 반수석고(CaSO4·½H2O)원료를 얻었으며, 이를 X-선회절분석(XRD)결과를 통하여 도 4a의 XRD 분석결과를 얻었다.
기포제로서 한국산업주식회사에서 구입한 동물성기포제를 물 중량의 2%를 첨가하고, 호모믹서를 이용하여 발포수용액을 제조한 후 이곳에 상기에서 얻은 알파타입의 반수석고 200 g을 분취하여 점도가 약 100,000 cps되도록 조절하여 발포 석고슬러리를 제조하고 직경 10㎝ 높이 30㎝ 크기의 원기둥 형태의 실험몰드에 넣고 석고의 수경작용에 의해 고형화를 시킨 후, 100℃의 오븐에서 2시간 가열, 건조시켜 도 2에 제시된 발포세라믹을 제조하였다.
실시 예 2
보령화력발전소에서 탈황공정에 사용한 후 폐기물로 나온 탈황석고를 250gr 취하여 실시예 1과 같은 동일한 방법으로 알파타입의 반수석고를 얻어서 이용하고, 기포제로서 (주)한일콘의 식물성기포제(상품명 인포머)를 물 중량의 2%를 첨가한 것 이외에 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
실시 예 3
남해화학(주)에서 인산비료 제조과정에서 발생하는 부산물인 인산비료 폐석고 250gr을 취하여 실시예 1과 같은 동일한 방법으로 알파타입의 반수석고를 얻어서 이용하고, 기포제로서 한국산업주식회사에서 구입한 동물성기포제를 물 중량의 4%를 첨가한 것 이외에 실시예 1과 동일하게 수행하였다.
실시 예 4
콘크리트 건조수축방지용 천연 이수석고 250 gr에 알파타입의 반수석고로 변환시키기 위한 촉매로 동양제철화학(주)에서 구입한 염화마그네슘 1.0 gr을 측량하고 균일한 농도의 염화마그네슘을 제공하기 위하여 증류수 20 ㏄에 녹여 천연 이수석고와 혼합시키고 이를 140℃의 온도와 5 MPa의 압력조건으로 오토클레이브 반응기에서 30분간 반응시킨 후 다시 150℃의 오븐(oven)에서 2시간 동안 가열하여 가압수열법(Autoclave)에 의한 알파타입의 반수석고를 얻었다.
(주)한일콘의 식물성기포제(상품명 인포머)를 물 중량의 4%를 호모믹서를 이용하여 발포수용액을 제조한 후 이곳에 상기의 알파타입의 반수석고분말 200 g, 맥반석 100 g, 딘텍스코리아에서 구입한 섬유 7.5 g, (주)오공본드의 수분산성 아크릴수지(에멀젼 아크릴수지) 5 g을 각각 혼합하여 점도가 80,000 cps되도록 조절하여 발포 석고슬러리를 제조하고 직경 10㎝ 높이 30㎝ 크기의 원기둥 형태의 실험몰드에 넣고 석고의 수경작용에 의해 고형화를 시키고, 100℃의 오븐에서 2시간 가열, 건조시켜 도 3에 제시된 발포세라믹을 제조하였다.
실시 예 5
보령화력발전소에서 탈황공정에 사용한 후 폐기물로 나온 탈황석고를 250gr 취하여 실시예 4와 같은 가압수열법(Autoclave)으로 알파타입의 반수석고(CaSO4·½H2O)를 얻었다.
기포제로서 한국산업주식회사에서 구입한 동물성기포제를 물 중량의 4%를 첨가하고 호모믹서를 이용하여 발포수용액을 제조한 후 이곳에 상기의 알파타입의 반수석고분말 200 g, 황토석 100 g을 사용한 것 이외에는 실시예 4와 동일한 방법으로 발포세라믹을 제조하였다.
실시 예 6
남해화학(주)에서 인산비료 제조과정에서 발생하는 부산물인 인산비료 폐석고 250gr을 취하여 실시예 4와 같은 가압수열법(Autoclave)으로 알파타입의 반수석고를 얻어, 사용한 것 이외에는 실시예 4와 동일한 방법으로 발포세라믹을 제조하였다.
실시 예 7
콘크리트 건조수축방지용 천연 이수석고 200 gr에 알파타입의 반수석고로 변환시키기 위한 촉매로 시그마(Sigma)사의 호박산나트륨(Sodium succinate) 1.0 gr을 측량하고 균일한 농도의 호박산나트륨을 제공하기 위하여 증류수 20 ㏄에 녹여 천연 이수석고와 혼합시키고 이를 CEM사의 MDS(Microwave digestion system)를 30분간 가동시킨 후 다시 150℃의 오븐(oven)에서 2시간 동안 가열하여 마이크로웨이브법에 의한 알파타입의 반수석고를 얻었다.
(주)한일콘의 식물성기포제(상품명 인포머)를 물 중량의 4%를 호모믹서를 이 용하여 발포수용액을 제조한 후 이곳에 상기의 알파타입의 반수석고분말 200 g, 맥반석 100 g, 딘텍스코리아에서 구입한 섬유 7.5 g, (주)오공본드의 수분산성 아크릴수지(에멀젼 아크릴수지) 5 g을 각각 혼합하였으며, 점도가 약 80,000 cps되도록 조절하여 석고슬러리를 제조하고, 슬러리의 일부를 종이컵에 옮기고 석고의 수경작용에 의해 경화시킨 후 100℃의 오븐에서 2시간 가열, 건조시켜 도 3에 제시된 발포세라믹을 제조하였다.
실시 예 8
보령화력발전소에서 탈황공정에 사용한 후 폐기물로 나온 탈황석고를 200gr 취하여 MDS(Microwave digestion system)를 사용한 것 이외에는 실시예 7과 같은 동일한 방법으로 발포세라믹을 제조하였다.
실시 예 9
남해화학(주)에서 인산비료 제조과정에서 발생하는 부산물인 인산비료 폐석고 200gr을 취하여 MDS(Microwave digestion system)를 사용한 것 이외에는 실시예 7과 같은 동일한 방법으로 발포세라믹을 제조하였다.
비교 예 1.
콘크리트 건조수축방지용 천연 이수석고를 취하여 반수석고를 얻는 공정을 실시하되 실시예 1의 촉매를 사용하지 않고 150℃ 온도를 유지하는 오븐에서 2시간 가열한 후 분쇄하여 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 수행하여 반수석고 원료를 얻고자 하였으며, 이를 X-선회절분석(XRD)결과를 통하여 도 4b의 촉매 미첨가 XRD 분석결과를 얻었다.
비교 예 2.
보령화력발전소의 탈황석고를 취하여 실시예 2에서와 같은 촉매를 사용하지 않고 150℃ 온도를 유지하는 오븐에서 2시간 가열한 후 분쇄하여 사용한 것 이외에는 실시예 2와 동일하다.
비교 예 3.
남해화학에서 인산비료 제조공정 중 발생하는 폐석고를 취하여 실시예 3에서와 같은 촉매를 사용하지 않고 150℃ 온도를 유지하는 오븐에서 2시간 가열한 후 분쇄하여 사용한 것 이외에는 실시예 3과 동일하다.
비교 예 4, 7.
콘크리트 건조수축방지용 천연 이수석고를 취하여 반수석고를 얻는 공정을 실시하되 실시예 4 및 실시예 7의 촉매를 사용하지 않고 150℃ 온도를 유지하는 오븐에서 2시간 가열한 후 분쇄하여 사용한 것과 딘텍스코리아의 섬유 및 (주)오공본드의 에멀젼아크릴수지를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 4 및 실시예 7과 동일하다.
비교 예 5, 8.
보령화력발전소의 탈황석고를 취하여 실시예 5, 8에서와 같은 촉매를 사용하지 않고 150℃ 온도를 유지하는 오븐에서 2시간 가열한 후 분쇄하여 사용한 것과 딘텍스코리아의 섬유 및 (주)오공본드의 에멀젼아크릴수지를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 5, 8과 동일하다.
비교 예 6, 9.
남해화학에서 인산비료 제조공정 중 발생하는 폐석고를 취하여 실시예 6, 9에서와 같은 촉매를 사용하지 않고 150℃ 온도를 유지하는 오븐에서 2시간 가열한 후 분쇄하여 사용한 것과 딘텍스코리아의 섬유 및 (주)오공본드의 에멀젼아크릴수지를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 6, 9와 동일하다.
구분 XRD결과 전자현미경결과 압축강도 (MPa) 인장강도 (MPa) 내수성
실시예 1 CaSO4·½H2O 결과 나타남 침상형상구조 0.76 0.84 우수
실시예 2 상기와 동일 침상형상구조 0.77 0.82 우수
실시예 3 상기와 동일 침상형상구조 0.76 0.82 우수
실시예 4 상기와 동일 침상형상구조 0.88 1.08 매우우수
실시예 5 상기와 동일 침상형상구조 0.87 1.10 매우우수
실시예 6 상기와 동일 침상형상구조 0.87 1.10 매우우수
실시예 7 상기와 동일 침상형상구조 0.80 1.12 매우우수
실시예 8 상기와 동일 침상형상구조 0.82 1.10 매우우수
실시예 9 상기와 동일 침상형상구조 0.81 1.12 매우우수
비교예 1,4,7 상기와 동일 불규칙한 덩어리형상구조 0.14 0.18 미흡
비교예 2,5,8 상기와 동일 불규칙한 덩어리형상구조 0.17 0.22 미흡
비교예 3,6,9 상기와 동일 불규칙한 덩어리형상구조 0.16 0.21 미흡
상기 표 1에 나타난 바와 같이, X-선회절분석(XRD)결과 실시예 1~9 및 비교예 1~9 모두에서 CaSO4·½H2O의 동일한 상(phase)이 나타남을 확인할 수 있으나, 전자현미경 분석결과 비교예 1~9에서는 매우 불규칙한 형상과 크기를 나타내고 있는 반면, 실시예 1~9 에서는 모두 규칙적 침상(needle)구조를 나타내고 있음을 확인할 수 있었는바, 이는 베타타입의 석고에 촉매 및 열처리방법을 적절히 선택하여 사용하는 경우 침상구조의 알파타입 반수석고를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 본발명에 의하여 제조된 발포세라믹은 알파타입의 석고에 의해 압축강도 및 인장강도 수치가 높은반면, 비교예 1~9의 베타타입의 발포세라믹은 표면혼수량이 크기 때문에 압축강도 및 인장강도 수치가 매우 낮음을 알 수 있으며, 실시예를 통하여 얻은 각각의 샘플을 30일 동안 물에 담가서 내수성을 실험한 결과, 실시예 1~3샘플은 30일이 지난 후 약간 색이 옅어지고 표면에 얇은 막이 생긴듯한 느낌으로 관찰되었으나, 실시예 4~9샘플은 30일이 지난 후에도 전혀 변동을 느낄 수가 없었으며, 비교예 1~9샘플은 약20여일이 지나면서 부터 균열이 나타나는 사실을 확인할 있었다.
또한 본원의 실시예 1~ 9에서 얻는 알파타입의 반수석고는 표준혼수량이 약 30±5 범위를 나타내고 규칙적인 침상구조를 나타내고 있었으나, 비교예 1~ 9에서 얻는 베타타입의 반수석고는 표준혼수량이 90±5 범위를 나타내고 있음에 따라 베타타입의 반수석고는 알파타입의 반수석고보다 압축강도가 매우 낮다는 사실을 확인할 수 있었다.
또한, 본원에서 제시되는 기술사상이 구현되는 간단한 예로서 도 1에서는 베타타입의 부산석회를 열처리에 의해 생성시킨 단독의 알파타입의 반수부산석고 및/또는 세라믹 분말을 함께 혼합시키고, 석고의 수경성 반응에 의해 발포세라믹을 얻기 까지의 간단한 제조공정도를 나타낸 것이며, 상기의 실험결과와 관련하여 도 2에서는 본원의 열처리에 의해 생성시킨 알파타입의 반수(Hemihydrate)부산석고 분말을 기포제와 혼합시키고, 석고의 수경성 반응에 의해 얻은 발포세라믹의 사진을 나타낸 것이고,도 3는 본 발명의 실시예에 의해 얻은 발포세라믹 샘플을 30일 동안 물에 침적한 후 내수성 확인을 위한 발포성세라믹 사진을 나타낸 것이다.
또한 도 4a는 본원의 실시예 1 전반부에서 얻은 알파타입의 반수석고의 X-선회절분석(XRD)결과 그래프를 나타낸 것이고, 도 4b는 본원의 비교예 1에서 얻은 반수석고의 X-선회절분석(XRD)결과 그래프를 나타낸 것이며, 도 5a는 본원의 실시예 1 전반부에서 얻은 알파타입의 반수석고를 2000배로 확대한 전자현미경 사진이고, 도 5b는 본원의 비교예 1에서 얻은 반수석고를 2000배로 확대한 전자현미경 사진이며, 도 6a는 본원의 실시예 1 전반부에서 얻은 알파타입의 반수석고를 7000배로 확대한 전자현미경 사진이고, 도 6b는 본원의 비교예 1에서 얻은 반수석고를 7000배로 확대한 전자현미경 사진이다.
본원의 도면 사진에서는 비록 실시예 1과 비교예 1의 사진만을 제시하고 있으나 실시예 1~9 및 비교 예 1~9에서도 X-선회절분석(XRD)결과에 모두 반수석고(CaSO4·½H2O)의 동일한 상(phase)이 나타나 있으며, 전자현미경(FESEM)분석결과 비교예 1~9에서는 매우 블규칙적인 형상과 크기를 나타내고 있는 반면, 실시예 1~9에서는 모두 규칙적인 침상(needle)의 형상을 나타내고 있으며 표준혼수량이 약 3배정도 감소됨에 따라 천연석고나 탈황석고 인산공정 제조과정중 부산물 석고를 이용하여 본원의 기술사상을 이용하여 촉매 및 열처리공정을 수행하는 경우 침상구조의 알파타입 반수석고(CaSO4·½H2O)를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한 상기 표 1의 결과를 통하여 확인할 수 있는바와 같이 실시예 1 내지 9와 같이 알파타입 반수석고(CaSO4·½H2O)를 이용하여 식물성 또는 동물성 기포제를 물로 희석하고 기포발생장치를 통과시켜 미세기포층을 형성시켜 알파타입의 반수석고와 미세기포층을 혼합시켜 기포가 발생된 석고슬러리(Slurry)를 얻고 이를 성형체에 공급하여 상온에 방치하여 슬러리물에 포함된 알파타입의 반수석고의 수경작용에 의해 경화시켜 경화물을 얻고 이를 건조/가열시키는 수단에 의해 발포세라믹을 얻을 수 있다.
도 1은 베타타입의 부산석회를 열처리에 의해 생성시킨 단독의 알파타입의 반수부산석고 또는 세라믹 분말을 함께 혼합시키고, 석고의 수경성 반응에 의해 발포세라믹을 제조하기 위한 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는 열처리에 의해 생성시킨 알파타입의 반수(Hemihydrate)부산석고와 세라믹 분말을 혼합시키고, 석고의 수경성 반응에 의해 제조된 발포세라믹의 사진
도 3는 본 발명에 의해 제조된 발포세라믹을 실시 예를 통하여 30일 동안 물에 침적한 후 내수성 확인을 위한 발포성세라믹 사진.
도 4a는 본원의 실시예 1 전반부에서 얻은 알파타입의 반수석고의 X-선회절분석(XRD)결과 그래프를 나타낸 것이고, 도 4b는 본원의 비교예 1에서 얻은 반수석고의 X-선회절분석(XRD)결과 그래프를 나타낸 것임.
도 5a는 본원의 실시예 1 전반부에서 얻은 알파타입의 반수석고를 2000배로 확대한 전자현미경 사진이고, 도 5b는 본원의 비교예 1에서 얻은 반수석고를 2000배로 확대한 전자현미경 사진임.
도 6a는 본원의 실시예 1 전반부에서 얻은 알파타입의 반수석고를 7000배로 확대한 전자현미경 사진이고, 도 6b는 본원의 비교예 1에서 얻은 반수석고를 7000배로 확대한 전자현미경 사진임.

Claims (9)

  1. 단열 및 방음효과를 갖는 발포세라믹의 제조방법에 있어서,
    이수석고(CaSO4·2H2O)를 황산알루미늄, 염화암모늄, 질산암모늄, 염화칼슘, 질산칼슘, 염화마그네슘, 질산마그네슘, 황산마그네슘, 염화나트륨, 질산나트륨, 염화칼륨, 염화아연 중에서 선택되어지는 무기염(Inorganic salts)촉매 존재 하에 열처리 수단에 의해 알파타입의 반수석고(CaSO4·½H2O)로 변환시키는 제1단계 공정과,
    식물성 또는 동물성 기포제를 물로 희석하고 기포발생장치를 통과시켜 미세기포층을 형성시키는 제2단계 공정과,
    상기 제1단계 공정에서 얻은 알파타입의 반수석고분말을 단독으로 사용하거나 또는 알파타입의 반수석고분말과 세라믹분말을 혼합하여 제2단계 공정에서 얻은 미세기포층을 혼합시켜 점도지수가 3,000~150,000 cps 범위로 기포가 발생된 슬러리(Slurry)물을 얻는 제3단계 공정과,
    상기 제3단계 공정에서 얻은 슬러리(Slurry)물을 성형체에 공급하여 슬러리물에 포함된 알파타입의 반수석고의 수경작용에 의해 성형체의 모양대로 경화시켜 발포경화물을 얻는 제4단계 공정과,
    상기 제4단계 공정에서 얻은 발포경화물을 건조/가열시키는 수단에 의해 압축강도(MPa)가 0.76~0.88 범위를 갖는 발포세라믹을 얻는 제5단계 공정
    을 포함하여 제공되는 것을 특징으로 하는 단열 및 방음효과를 갖는 발포세라믹 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계 공정에서 사용하는 무기염(Inorganic salts) 촉매 대신 모노카복실산(MonoCarboxylic acid), 포름산(Formic acid), 초산(Acetic acid), 프로피온산(Propionic acid), 낙산 (Butyric acid), 아디핀산(Adipic acid), 안식향산(Benzoic acid), 아스코빈산 (Ascorbic acid), 구연산(Citric acid), 푸마루산(Furmaric acid), 글루콘산 (Gluconic acid), 이소프탈산(Isophthalic acid), 말레인산(Maleic acid), 사과산 (Malic acid), 말론산(Malonic acid), 만델산(Mandelic acid), 멜리트산(Mellitic acid), 옥살산(Oxalic acid), 팔미트산(Palmitic acid), 프탈산(Phthalic acid), 피루빈산(Pyruvic acid), 살리실산(Salicylic acid), 호박산(숙신산; Succinic acid), 주석산(Tartaric acid) 중에서 선택되는 유기산의 칼슘 (Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 나트륨(Na) 칼륨(K)염 형태의 촉매가 이용되는 것을 특징으로 하는 단열 및 방음효과를 갖는 발포세라믹 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계 공정에서 알파타입의 반수석고를 세라믹분말과 혼합하여 사용하고자 할 때 사용되는 세라믹 분말은 맥반석, 황토석, 감람석(Olivine), 고령토(Kaolin), 규산염광물(Silica Mineral), 규조토(Diatomite), 규회석 (Wollast-onite), 납석(Pyrophyllite), 돌로마이트(Dolomite), 리튬광물(Lithium Minerals), 마그네사이트(Magnesite), 보크사이트(Bauxite), 벤토나이트(Bentonite), 부석 (Pumice), 붕산염광물(Borate), 사문석(Serpentine), 산성백토(Acid clay), 산화철 (Iron Oxide), 석류석(Garnet), 탄산광물(Carbonate Minerals), 애타풀자이트 (Attapulgite), 세피오라이트(Sepiolite), 연옥(Nephrite), 인회석(Apatite), 일라이트-운모(Illite-Mica), 장석(Feldspar), 진주암(Perlite), 질석(Vermiculite), 제올라이트(Zeolite), 중정석(Barite), 활석(Talc), 규조토(diatomaceous earth), 흑연(Graphite), 헥토라이트(Hectorite), 점토광물(Clay Minerals), 지르코늄 광물(Zirconium Minerals), 티타늄 광물(Titanium Minerals), 투어마린(Tourmaine; 전기석), 흄실리카(Fume silica), 에어로겔(Aerogel), 플라이에쉬(Fly ash), 고로슬래그 분말 중에서 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 단열 및 방음효과를 갖는 발포세라믹 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3단계 공정에서 슬러리물을 얻을 때 알파타입의 부산석고와 세라믹 분말이 포함된 전체혼합물들의 고형분이 물이 포함된 미세기포를 100 중량부로 기준 할 때 100~1200 중량부가 포함되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단열 및 방음효과를 갖는 발포세라믹 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계의 슬러리(Slurry)물을 얻는 공정에서 강도보강제가 추가되고 강도보강제는 천연섬유, 인조섬유, 유기질섬유, 무기질섬유 중에서 선택되어 섬유 굵기가 3~50 ㎛범위로 사용되는 것을 특징으로 하는 단열 및 방음효과를 갖는 발포세라믹 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계의 슬러리(Slurry)물을 얻는 공정에서 내수보강제가 추가되고 내수보강제는 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol)류; 폴리비닐 피로리돈(polyvinyl pyrrolidone)류; 폴리아크릴산, 스타이렌(styrene)-아크릴산 공중합체, 스타이렌-메타아크릴산 공중합체, 스타이렌-메타아크릴산-아크릴산 에스테르(ester) 공중합체, 스타이렌-α-메틸 스타이렌-아크릴산 공중합체 내지는 스타이렌-α-메칠스타이렌-아크릴산-아크릴산 에스테르 공중합체 등의 스타이렌 아크릴산 수지, 스타이렌-말레인산 공중합체, 스타이렌-무수말레인산 공중합체, 아크릴산-아크릴 니트릴 공중합체, 초산비닐-아크릴산 에스테르 공중합체, 아크릴산-아크릴산 에스테르 공중합체, 비닐 나프탈렌-아크릴산 공중합체, 비닐 나프탈렌-말레인산 공중합체, 초산비닐-에틸렌 공중합체, 초산비닐-지방산 비닐 에틸렌 공중합체, 초산비닐-말레인산 에스테르 공중합체, 초산비닐-크로톤산 공중합체, 초산비닐-아크릴산 공중합체 중에서 선택되는 수분산성 고분자수지가 사용되는 것을 특징으로 하는 단열 및 방음효과를 갖는 발포세라믹 제조방법.
  9. 삭제
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