KR100963907B1

KR100963907B1 - 시멘트나 석고를 이용하여 얻은 경량기포단열재의 제조방법

Info

Publication number: KR100963907B1
Application number: KR20090066426A
Authority: KR
Inventors: 조헌주; 박민화
Original assignee: 에스이엠 주식회사; 박민화
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2010-06-17

Abstract

본원은 일반 건축물이나 토목현장 또는 일반 산업형장에서 단열, 흡음, 방음효과를 얻기 위해 사용되도록 0.1~1.0 g/㎤ 범위의 비중과 15~50 ㎏f/㎠ 범위의 압축강도를 갖도록 제공되는 경량기포단열재에 관한 것이다.

종래의 무기소재를 이용하는 발포기술로 경량기포단열재를 얻기 위해서는 약 900~1,300 ℃의 높은 열원이 필요하였던 것에 비해 본원의 기술사상이 적용되는 경우, 압출, 성형을 위하여 일정한 형상을 유지하기 위한 몰드(Mold) 및 고압력장치 등 고가의 유틸리티 시설이 필요치 않으므로 제조공정을 최소화할 수 있고 단열효과도 종래의 단열재 제품보다 우수한 제품을 얻을 수 있는 새로운 경량기포단열재의 제조방법에 관한 것이다.

본원에서 개시되는 경량기포단열재 제조공정은 시멘트나 석고분말 중에서 선택되는 단열재 원료가 단독으로 물과 혼합되어 슬러리물로 사용되거나 또는 선택되는 경량기포단열재 원료에 기능성첨가제가 추가된 후 물과 혼합하여 슬러리물을 만들어 기포액혼합조로 보내주는 제1단계; 물에 농도 1-4% 농도로 동물성/식물성 기포제를 혼합하여 기포발생기에서 기포액을 만들어 기포액혼합조로 보내주는 제2단계; 상기 제1단계에서 보내진 슬러지물과 제2단계에서 보내진 기포액이 기포액혼합조에서 교반되어 미세기포가 형성된 슬러리혼합물을 얻는 제3단계; 상기 제3단계에서 형성된 슬러리혼합물을 라인믹서(Line mixer)로 압송/공급하는 제4단계; 상기 제4단계 공정의 라인믹서(Line mixer) 일측에서 경화촉진제/지연제를 선택적으로 공급하며 혼합기포액을 셋팅/조절하는 제5단계; 를 포함하는 구성으로 제공되는 경량기포단열재의 제조방법에 관한 기술사상이 제공된다.

경량기포단열재, 시멘트, 석고, 기포발생기, 라인믹서

Description

시멘트나 석고를 이용하여 얻은 경량기포단열재의 제조방법{foam feeding system of lightweight cement and gypsum which can control to setting speed}

본원은 일반 건축물이나 토목현장 또는 일반 산업형장에서 단열, 흡음, 방음효과를 얻기 위해 사용되는 경량기포단열재에 관한 것으로, 종래의 석유화학제품으로 제공되어 가연성을 갖는 발포성수지를 대체할 수 있는 경량기포단열재로 0.3~1.0 범위의 비중과 15~50 ㎏f/㎠ 범위의 압축강도를 갖는 경량기포단열재에 관한 것이다.

종래의 무기소재를 이용하는 발포기술로 경량기포단열재를 얻기 위해서는 약 900~1,300 ℃의 높은 열원이 필요하였던 것에 비해 본원의 기술사상이 적용되는 경우, 압출, 성형을 위하여 일정한 형상을 유지하기 위한 몰드(Mold) 및 압력장치 등 고가의 유틸리티 시설이 필요치 않으므로 제조공정을 최소화하면서 단열효과도 종래 무기단열재보다 우수한 제품을 얻을 수 있는 경량기포단열재 제조방법에 관한 것이다.

본원은 시멘트나 석고 중에서 선택되는 소재에 기포액을 혼합하여 미세기포가 포함된 슬러리혼합물을 얻고 이를 공급/이송하는 중에 경화촉진제/경화지연제를 혼합해주는 수단으로 경량기포단열재를 얻는 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 는 시멘트나 석고를 단독으로 이용하거나, 또는 시멘트나 석고에 기능성을 부가하기 위한 첨가제가 포함되는 구성에 기포액을 혼합하여 미세기포가 포함된 슬러리혼합물을 얻고 이를 공급/이송하는 중에 경화촉진제/경화지연제를 혼합해주는 수단으로 경량기포단열재를 얻는 기술로서 작업현장에 따라 경화속도를 임의데로 조절하면서 발포체가 사라지지 않고 발포형상을 그대로 유지하면서 경화되도록 하여 불연성뿐 아니라 다량의 미세발포체로 인한 단열 및 흡음효과가 우수한 경량기포단열재를 얻을 수 있음을 확인하고 완성된 발명이다.

급격한 산업화로 인한 이산화탄소 발생량 증가는 지구 온난화 현상을 가중시키고, 이로 인한 기후변화의 결과로 해수면의 상승과 국지성 폭우 및 폭설 등의 기상이변을 가져오며, 육상 및 해양생태계의 변화 및 인류 건강에 직·간접적인 영향을 끼치고 있는 것으로 보고되고 있다.

본원은 국내 전체 에너지 소비량의 약 30% 정도가 건축물을 통한 단열재와 관련이 있음을 주지하고 건축물을 통한 에너지가 낭비될 경우 자원낭비로 국가의 경쟁력이 떨어질 뿐만 아니라 지구온난화에도 영향을 끼칠 수 있다는 판단아래 건축물 내에서 열손실을 방지하고 단열효과를 극대화하기 위한 휴효한 단열수단을 제공하고자 하는 것이다.

건축물 내에서 열손실을 방지하고 단열효과를 극대화하기 위한 수단으로 제시된 종래기술로 난연성을 이루기 위해 개시된 무기단열재 유형으로 제공된 선행제 품을 살펴보면 유리면, 질석, 퍼라이트, 에어로겔 등이 개발되어 사용하고 있다.

유리면의 경우에는 유리섬유 사이에 밀봉된 공기층이 단열층으로 형성되어 단열성 외에 불연성, 흡음성, 시공성, 운반성 등에서 장점을 가지나, 압축이나 침하에 의한 유효두께 감소, 함수에 의한 단열성 저하의 우려가 있으며, 투습저항이 없으므로 별도의 방습층이 필요하다는 문제점을 갖고 있으며, 질석(Vermiculite)의 경우에는 운모계 광석으로 1000 ℃ 이상으로 소성한 유공형의 무기질로 단열, 보온, 불연, 방음, 결로방지에 장점을 가지고 있으며, 퍼라이트인 경우 화산석으로 된 진주석을 900~1200 ℃로 소성한 후 분쇄하여 소성 팽창시킨 것으로 내부에 미세공극을 가지는 경량 구상형의 작은 입자로 구성되어 경량골재 및 단열재료로 이용되고 단열, 보온, 흡음에 효과가 있으나, 질석이나 퍼라이트와 같은 광물을 발포시키기 위해서는 1,000 ℃ 이상의 높은 온도에서 일해야 하는 조건을 충족시켜야 하므로 다량의 에너지원이 필요할 뿐만 아니라 지구온난화에 크게 가속화시킬 수 있다는 문제점을 갖고 있다.

또한, 에어로겔의 경우 머리카락 1만 분의 1 굵기인 구조체들이 솜사탕처럼 얽혀서 공기구멍이 전체부피의 95 %를 차지함에 따라 단열과 방음효과가 매우 뛰어나다는 평가를 받고 있으나 가격이 매우 고가라는 단점으로 일부 첨단 산업에서만 제한적으로 이용되고 있는 실정이다.

상기와 같은 환경적, 경제적인 이유로 인하여 최근에는 ALC(Autoclaved Lightweight Concrete)가 각광을 받고 있다. ALC는 스웨덴에서 개발되고 네덜란드에서 크게 성공하여, 일본 및 유럽에서 널리 사용되고 있는 고온, 고압증기로 양생 된 경량기포 콘크리트인 ALC는 석회에 시멘트와 기포제를 넣어 발포시스템에 의해 다공질화한 혼합물을 고온, 고압(온도: 약 180 ℃, 압력: 10 kg/㎠)에서 증기양생시킨 경량 기포 콘크리트의 일종이나 종래의 발포시스템에 의해 다공질화된 경량기포 콘크리트인 경우 미세기포가 포함된 혼합물을 고온, 고압으로 양생시키는 과정 중에 다공질화된 혼합물 중에 포함된 무기물질들이 비중이 상당히 높기 때문에 소포될 가능성이 크고 또한 이에 따라 비중이 크게 높아지며 이로 인해 단열 및 흡음효과를 크게 떨어뜨리는 문제점을 갖고 있었다.

본 발명자는 상기 종래 무기소재의 발포시스템을 이용할 경우 다공질화된 혼합물 중에 포함되는 기공물질들이 비중이 크기 때문에 경화하는 과정 중 기포체를 소포되는 결과로 비중이 크게 높아지는 문제점, 단열 및 흡음효과를 크게 떨어뜨리는 문제점을 극복하기 위한 과제를 갖고 시작된 발명이다.

출원인은 수 많은 시행오차를 거친 연구와 실험결과로부터, 시멘트나 석고의 분말 또는 슬러리에 기포액을 혼합하거나, 또는 시멘트나 석고에 기능성을 부가하기 위한 첨가제가 포함되는 구성의 분말 또는 슬러리에 기포액을 혼합하여 미세기포가 포함된 슬러지혼합물을 얻고, 이를 공급/이송하는 중에 경화촉진제/경화지연제를 혼합해주는 수단으로 경량기포단열재를 얻는 방법으로 작업현장에 따라 경화속도를 임의데로 조절할 수 있으며, 발포체가 사라지지(소포되지) 않고 발포형상을 그대로 유지하면서 경화되도록 하여 불연성뿐 아니라 다량의 미세발포체 형성으로 인한 단열 및 흡음효과가 우수한 경량기포단열재를 얻을 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본원은 종래의 발포시스템에서와 같이 ALC의 경량기포 콘크리트를 얻기 위해 고온 고압의 반응조건이 아니며, 또한 종래의 석유화학제품으로 제공되어 가연성을 갖는 발포성수지를 대체할 수 있는 경량기포단열재로 0.3~1.0 범위의 비중과 15~50 ㎏f/㎠ 범위의 압축강도를 갖는 경량기포단열재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 발명의 목적을 갖는다.

본 발명은 시멘트나 석고 중에서 선택되는 무기소재나, 또는 이들 성분에 첨가제가 포함된 분말을 기포액혼합조로 보내거나 또는 이들 분말에 물을 분사시켜 슬러리를 만들어 공급장치의 밸브(Valve)에 의해 단열재의 원재료를 기포액혼합조로 보내줄 수 있는 원료를 선택/공급할 수 있는 단열재 원료 선택/공급수단과 기포발생기에 의해 형성된 기포액과 선택된 단열재 원재료가 기포액혼합조에서 교반되어 균일한 혼합기포액을 얻기 위한 혼합/교반수단과 혼합/교반수단에 의해 미세기포가 형성된 슬러리몰탈성분을 라인믹서(Line mixer)로 이동시키기 위한 압송/공급수단과 라인믹서의 일측에서 공급되는 경화촉진제/지연제가 선택적으로 유입되어 미세기포가 형성된 혼합기포액의 셋팅/조절수단이 포함되는 구성으로 제공되어 경량기포단열재 조성물을 얻고 이를 현장에 타설할 수 있도록 하는 기술사상을 갖는 발명이다.

본 발명은 다양한 형상으로 다량의 미세한 세라믹 발포체가 제조 가능하여 단열효과가 우수하면서 제조공정 및 경비를 최소화할 수 있는 경량기포몰탈 공급장치로서, 단독의 시멘트 또는 석고 및 첨가제가 포함된 기포몰탈의 미세기포를 형성하기 위한 기포액, 물 및 공기의 혼합비율을 일정하게 유지하고, 상기 혼합비율의 조정이 편리하며, 기포와 몰탈이 균일하게 섞여 양질의 기포몰탈이 공급되도록 조절되고, 동시에 기포몰탈의 배출라인에 경화촉진제/경화지연제를 선택/공급하여 작업현장에 따라 경화속도를 임의데로 조절할 수 있도록 구성되어 0.3~1.0 범위의 비중과 15~50 ㎏f/㎠ 범위의 압축강도를 갖는 경량기포단열재를 얻을 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

종래방법으로 세라믹분말을 포함하는 경량기포단열재를 얻고자 하는 경우 경화시간이 장시간 필요함에 따라 비중이 높은 세라믹분말이 혼합기포액에 포함된 미세기포를 소포시키는 결과로 인해 결과적으로 경량기포단열재의 비중이 커지고, 단열 및 흡음효과가 저조한 형상체를 제공할 뿐만 아니라, 일반적으로 무기 단열재를 제조하기 위해서 900~1,300 ℃의 높은 열원이 필요하였던 것에 비해 본원의 기술사상이 적용되는 경우 압출, 성형을 위하여 일정한 형상을 유지하기 위한 몰드(Mold) 및 압력장치 등 고가의 유틸리티 시설비가 필요치 않으면서 제조공정을 최소화하면서 단열효과가 우수한 경량기포단열재를 제공할 수 있는 장점을 갖는다.

따라서 본원에서는 건축이나 토목현장 또는 일반 산업형장에서 단열 및 흡음효과를 얻기 위해 다량의 미세발포체를 형성하도록 제공되는 경량기포단열재 조성물의 제조방법이나 제조장치를 제공하는 구성으로, 시멘트나 석고분말 중에서 선택되는 단열재 원료가 물과 혼합되어 슬러리물로 사용되거나 또는 선택되는 단열재 원료에 기능성첨가제가 추가된 후 물과 혼합하여 슬러리물을 만들어 슬러리.기포액혼합조로 보내주는 제1단계 공정과 물에 농도 2-4% 농도로 동물성/식물성 기포제를 혼합하여 기포발생기에서 기포액을 만들어 슬러리.기포액혼합조로 보내주는 제2단계 공정과 상기 제1단계 공정에서 만들어진 슬러지물과 제2단계 공정에서 만들어진 기포액이 슬러리.기포액혼합조에서 교반되어 미세기포가 형성된 슬러리혼합물을 얻는 제3단계 공정과 상기 제3단계 공정을 통하여 얻은 슬러리혼합물을 라인믹서/스태틱믹서로로 압송/공급하는 제4단계 공정과 상기 제4단계 공정의 라인믹서/스태틱 믹서로 일측에서 경화촉진제/지연제를 선택적으로 공급하여 혼합기포량을 셋팅/조절하는 제5단계 공정이 포함되어 제공되는 제조방법이나 상기 제1단계에서 부터 제5단계의 공정을 하나의 시스템이나 장치로 결합 구성되어 제공되는 경량기포단열재 제조장치로 구현될 수 있다.

상기 기술구성을 구현하기 위한 원료성분을 상기 제조방법이나 장치에 구체적으로 적용시켜 실시될 수 있는 적용예를 살펴보면 다음과 같다.

본원에서 단독의 시멘트 또는 단독의 석고나, 또는 이들 성분에 첨가제가 포함된 분말에 물을 분사시켜 슬러리를 만들어 공급장치의 밸브(Valve)에 의해 단열재의 원재료를 슬러리.기포액혼합조로 보내줄 수 있는 원료 선택/공급수단과, 기포발생기에 의해 형성된 기포액과 선택/공급된 단열재 원재료가 슬러리.기포액혼합조에서 만나 혼합/교반되어 미세기포가 형성된 슬러리혼합물을 얻고 미세기포가 형성된 슬러리혼합물을 라인믹서(Line mixer)나 또는 스태텍믹서로 이동시키기 위한 압송/공급수단과 라인믹서나 또는 스태텍믹서의 일측에서 공급되는 경화촉진제/지연제가 선택적으로 유입되어 미세기포가 형성된 혼합기포액의 셋팅/조절수단이 포함되는 구성을 통하여 미세기포가 형성된 슬러리혼합물의 경화시간을 조절할 수 있어 다량으로 형성된 미세기포가 사라지지 않고 그대로 발포된 형상을 유지한 상태에서 경화되는 결과로 인하여, 종래의 경량기포단열재를 제조할 때와 같이 높은 열원이 필요치 않으며, 일정한 형상을 유지하기 위한 몰드(Mold) 및 압력장치 등 고가의 시설비가 필요치 않으므로 제조공정을 최소화하면서도 단열효과가 우수한 경량기포단열재를 얻을 수 있다.

상기의 공정 중 단열재 선택/공급수단은 필요에 따라 단독의 시멘트를 사용하거나 또는 단독의 석고가 이용되거나 시멘트나 석고의 혼합조성이 이용될수 있으며, 첨가제가 포함된 시멘트 또는 첨가제가 포함된 석고의 분말 중 한 개의 분말이 선택되어 이용될 수 있으며, 이곳에 물을 공급하고 혼합하여 시멘트나 또는 석고 분말 중에서 선택된 성분에 물을 가하여 슬러리(Slurry)를 만든 후 선택된 슬러리는 슬러리공급장치에 의해 공급라인을 통해 슬러리.기포액혼합조로 이송될 수 있는바, 예를들면 시멘트가 선택될 경우에는 석고 공급라인이 폐쇄되고, 석고 라인이 선택될 경우에는 시멘트 공급라인이 폐쇄되도록 슬러리의 공급 및 차단밸브가 작동되도록 구성될 수 있다.

시멘트가 선택되는 경우, 1종 보통 포틀랜드 시멘트(Normal portland cement), 2종 중용열 포틀랜드 시멘트(Moderate-heat p.c), 3종 조강 포틀랜드 시멘트(High-early-strength p.c), 4종 저열 포틀랜드 시멘트(Low-heat p.c), 5종 내황산염 포틀랜드 시멘트(Sulphate-resisting p.c) 중에 선택되어지는 1종 이상의 시멘트를 사용할 수 있으며, 가능한 건축 및 토목분야에 널리 이용되고, 경제성이 제공되는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것이 유리할 수 있다.

또한, 선택되는 소재가 석고인 경우 천연석고, 화학석고, 배연탈황석고 중에 선택되어지는 1종 이상의 석고를 사용할 수 있다.

시멘트나 또는 석고에 추가될 수 있는 첨가제는 원적외석 방사를 위하거나 또는 내구성 또는 내수성 향상을 위해 특정그룹으로 분류되는 세라믹 분말이 선택되어 첨가될 수 있는바, 예를들어 원적외선 방사를 위한 세라믹 분말을 첨가하고자 하는 경우 맥반석, 황토석, 감람석(Olivine), 고령토(Kaolin), 규산염 광물(Silica Mineral), 규조토(Diatomite), 규회석(Wollastonite), 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 중에서 1종 이상으로 세라믹 분말이 선택되어 사용될 수 있으며, 이 때 시멘트 또는 석고를 100 중량부로 기준으로 할 때 세라믹분말이 45 중량부 이하범위로 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 세라믹광물의 입자크기는 세라믹입자와 입자사이의 미세한 발포체를 제공하기 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 떨어지기 때문에 일부 특수한 분야에 만 사용할 수 있다는 단점을 가지고 있으며, 400 ㎛ 이상의 크기를 가진 세라믹분말은 비표면적이 적어 겔화단계에 의한 결합력이 떨어짐과 동시에 분말과 분말 사이에 다량의 미세한 발포체 형성률이 낮기 때문에 상기 범위의 입자크기를 가진 세라믹광물을 이용하는 것이 바람직하다.

경량기포단열재의 내구성 향상을 위해 첨가제를 추가할 경우, 시멘트나 석고로 구성된 발포성형체의 강도를 증진시키기 위해 강도보강제를 겸비한 섬유질 흡음재를 포함시킬 수 있는바, 섬유질의 경우 섬유질 자체에 형성된 미세기포에 의해 외부로부터 들어오는 소음을 난반사시켜 흡음효과가 우수할 뿐만 아니라 단독의 시멘트 또는 석고 분말과의 혼합물 사이에 섬유질이 충진되며 더욱 결합력을 증진시킬 수 있을 뿐만 아니라 흡음재에 의한 방음효과가 배가되는 효과를 부여한다.

본원의 경우 상온에서도 발포체가 형성되기 때문에 발포체의 강도를 더욱 증가시키기 위해 섬유질로 구성되는 강도보강제가 사용될 수 있으며, 천연섬유 내지는 인조섬유 중 어떠한 것이라도 사용할 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 내지 25 ㎛의 굵기가 유리하고, 가장 바람직하게는 5 내지 10 ㎛의 굵기가 유리한 바, 3 ㎛ 이하 굵기의 섬유질은 섬유질의 특성상 가늘수록 외관상 매 끄럽고 촉감도 부드러워지는 특징이 있어 물성이 우수하고 이용 가치도 높다는 장점을 가지고 있음에도 불구하고, 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 범위의 굵기의 섬유질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 강도보강제의 경우 흡음재의 섬유길이는 1~50 mm가 유리하며, 보다 바람직하게는 5 내지 35 mm가 유리하고, 가장 바람직하게는 10 내지 25 mm가 유리한 바, 섬유질의 길이가 1 mm 이하일 경우 본 발명의 발포시스템에 의한 경화된 미세한 다공성의 시멘트 및 석고 분말사이에 섬유질이 접속되는 길이가 짧아 결합력이 그다지 크기 않다는 단점을 가지고 있으며, 상기 혼합단계에서 섬유질과 슬러리형태의 단독의 시멘트 또는 석고와의 혼합물이 균일하게 분산되어야 하나, 50 mm 이상일 경우 섬유질끼리 서로 엉키게 되어 오히려 발포형상체의 물성을 저해하기 때문에 상기 범위의 길이를 가진 섬유질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 강도보강제로 첨가되는 섬유질의 량은 시멘트나 석고의 분말을 100 중량부로 기준으로 할 때 1~20 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2.5 내지 15 중량부가 포함되는 것이 유리하며, 가장 바람직하게는 5.0 내지 10 중량부가 포함되는 것이 유리한 바, 1중량부 이하로 첨가될 경우 발포형상체의 보강효과가 높지 않다는 단점을 가지고 있으며, 20 중량부 이상을 첨가할 경우 보강 효과는 상대적으로 커지는 장점을 가지고 있으나 상기 혼합단계에서 단독의 시멘트나 석고에 혼합된 세라믹 분말의 첨가제와 섬유질과의 균일한 혼합이 어려우며, 대체적으로 섬유질이 고가이므로 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있기 때문에 상기 범위의 량을 첨가하는 것이 바람직하다.

본원의 경량기포단열재에 내수성 및 강도보강을 증가시키기 위한 첨가제로 수분산성 고분자수지 나 미분말의 고분자수지가 포함되어 제공될 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 공중합체, 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 시멘트 및 석고 또는 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.

또한 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 분말이 시멘트 및 석고 분말을 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, 구체 적으로 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.

본원에서는 기포액.슬러리 혼합조에서 시멘트나 석고 중에서 선택되는 원료와 기능성 첨가제 및 물이 혼합되는바, 혼합슬러리물의 점도는 2,500∼250,000 cps의 범위의 반죽질기도로 이용될 수 있으며, 혼합슬러리의 점도에 따라 물의 공급량을 조절할 수 있고, 바람직하게는 10,000∼200,000 cps가 유리하며, 더욱 바람직하게는 25,000∼150,000 cps 유리하고, 가장 바람직하게는 50,000∼100,000 cps가 바람직한 바, 혼합된 슬러리의 점도가 2,500 cps 이하일 경우 점도가 낮아 작업성은 유리하나 발포 후 압축강도가 낮아진다는 문제점이 발생하고, 점도가 250,000 cps 이상일 경우 고강도 및 내수성이 우수한 발포성형체가 제조된다는 장점을 가지고 있으나 작업성이 느리다는 단점을 가지고 있기 때문에 상기 점도의 범위의 슬러리를 제조하는 것이 유리하다.

또한 본원에서 기포액을 압축공기에 의해 발포시킬 수 있는 기포발생기에서 형성된 기포액과 시멘트나 석고 중에서 선택되는 경량기포단열재 원료를 기포액.슬 러리 혼합조에서 교반시켜 균일한 혼합기포액을 얻기 위한 혼합/교반단계는 특별한 제한이 없으며, 기포발생기에 의해 발생된 미세한 기포액와 시멘트나 석고 분말 또는 첨가제와 균일하게 혼합이 되는 조건을 충족하는 것은 제한없이 사용 할 수 있는바, 예를들면, 레미콘 타입의 교반기와 같이 교반기 몸체가 중심축으로부터 회전하여 혼합하는 방법이 이용될 수 있으며, 메카니칼 교반기(Mechanical stirrer)와 같이 고정된 교반기에 날개가 장착된 회전봉의 움직임으로부터 혼합하는 방법을 사용할 수 있다.

본원의 기포액.슬러리 혼합조에서 미세기포가 형성된 슬러리혼합물을 라인믹서(Line mixer)로 이동시키기 위한 압송/공급수단은 압송펌트 등이 사용될 수 있으며 교반단계에 의해 미세기포가 형성된 슬러리혼합물을 라인믹서로 이동시킬 수 있는 수단을 갖는 것이면 제한없이 사용 가능할 것이다.

이를 위해 압송펌프는 원심펌프, 기포펌프, 스크류 펌프, 모노 펌프, 다이어프램펌프, 슬러리 및 슬러지 이송 유압식 피스톤 펌프를 사용할 수 있으며, 미세기포가 형성된 슬러리혼합물은 점도가 매우 높기 때문에 점도와 점성이 높은 유체를 정량으로 이송할 수 있는 모노펌프를 이용하는 것이 유리하다.

라인믹서의 일측에서 공급되는 경화촉진제 또는 지연제가 선택적으로 사용됨으로 미세기포가 형성된 혼합기포액을 셋팅/조절하기 위한 수단은 상기 단열재 선택단계에서 선택된 시멘트나 석고의 혼합기포액 특성에 따라 시멘트 또는 석고의 경화지연제 및 경화촉진제의 차단밸브가 조절될 수 있는바, 예를들면 시멘트의 혼합 기포액이 라인믹서에 유입되면, 석고의 경화촉진제 및 경화지연제의 밸 브(Valve)가 차단되고, 시멘트의 경화지연제 및 경화촉진제가 개방되는 형식으로 적용된다.

이 때 라인믹서에 유입되는 시멘트 또는 석고의 혼합기포액과 각각의 경화촉진제 및 경화지연제가 이동경로를 거치면서 이동경로 내부의 많은 격벽이나 수세미와 같이 미세한 충진층을 만들어 이동경로를 거치게 되면 선택된 혼합기포액과 경화지연제 및 경화촉진제와 균일하게 혼합하면서 배출됨에 따라 임의데로 셋팅시간이 조절될 수 있고, 미세기포가 형성된 경량기포단열재가 경화하는 과정 중 비중이 큰 무기물 입자에 의해 소포되지 않아 고효율의 미세기포가 포함된 경량기포단열재를 제조할 수 있는 장점이 있다.

상기 공정에서 시멘트 경화촉진제는 이미 만들어진 미세발포된 시멘트슬러리와 시멘트 경화촉진제가 라인믹서에서 만나서 균일하게 혼합된 후 타설 직후 수초∼수십분 내에 경화가 시작될 수 있는 것이라면 어느 것이라도 제한없이 사용될 수 있는바, 알루미늄염(황산알루미늄, 염화알루미늄, 질산알루미늄, 초산알루미늄), 탄산염(중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 중탄산암모늄, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산암모늄, 탄산칼슘) 규산염, 실리카 졸(silica sol), 글리옥살, 에틸렌글리콜 디아세테이트 중에 선택되어지는 1종 내지는 1종 이상을 선택하여 혼합 사용하도록 구성될 수 있으며, 상기 경량기포단열재 선택단계에서 선택된 시멘트와 첨가제 혼합구성에 있어서 시멘트를 100 중량부로 기준으로 할 때 2.5∼70 중량부로 구성하는 것이 유리하며, 수분 이후에 경화하는 완결인 경우에는 5∼35 중량부가 유리하며, 가장 바람직하게는 10∼25 중량부가 유리하고, 수초 내에 경화하는 급결(속결)인 경우에는 35∼70 중량부가 유리하며, 바람직하게는 45∼60 중량부가 유리한 바, 급결제가 2.5중량부 이하로 함유할 경우 경화의 속도가 매우 느리기 때문에 이미 발포된 기포들이 소포되어 본 발명의 기술적 사상에 벗어나며, 70 중량부를 초과할 경우 매우 빠른 속도로 타설하기 전에 경화되어 단열 및 방음을 위한 경량기포시멘트를 제공할 수 없기 때문에 상기 농도범위를 유지하는 것이 유리하다.

본원에서 시멘트 경화지연제는 산화납, 산화붕소, 붕산, 염화아연, 산화아연, 규소플루오르화마그네슘, 각종 당류, 옥시카르복실산염, 리그노설폰산염, 글르콘산염 또는 그의 염(salts), 타타르산, 구연산, 피브루산, 알파 케토글루타르산 및 케토산 중에서 선택되어지는 1종 이상의 물질이 사용될 수 있으며, 상기 선택된 시멘트의 첨가제 중에 경화속도를 촉진시킬 수 있는 물질이 포함되지 않을 경우를 제외하고는 가능한 한 지연제는 공급하지 않는 것이 유리하고, 경화속도를 촉진시킬 수 있는 물질이 다량 첨가되어 경화지연이 필요할 경우 시멘트 경화지연제는 시멘트를 100 중량부로 기준으로 할 때 1 중량부 이하로 공급하는 것이 바람직하다.

또한 본원에서 단열소재 원료로 석고가 사용되는 경우의 경화촉진제는 염화나트륨, 명반, 혹은 황산칼륨 중 선택된 1종의 물질이 석고를 100 중량부로 기준으로 할 때 0.05∼2.5 중량부 포함될 수 있으며, 석고는 수경작용에 의해 첨가제가 포함되지 않을 경우 수십 분내에 경화되기 때문에 석고의 경화촉진제는 긴급한 경화를 제외하고는 사용하지 않는 것이 유리할 수 있다.

또한 석고의 지연제는 글루콘산, 시트릭산, 타타릭산, 글루코헵톤산, 아라본산, 사과산 또는 구연산 및 이들의 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 암모늄, 트리에 탄올아민 등의 무기염 또는 유기염 등의 옥시카복실산; 글루코오스, 프럭토오스, 갈락토오스, 사카로오스, 크실로오스, 아비토오스, 리포오즈, 이성화당 등의 단당류나, 2당, 3당 등의 올리고당, 또는 덱스트린 등의 올리고당, 또는 덱스트란 등의 다당류, 이들을 포함하는 당밀류 등의 당류; 솔비톨 등의 당알콜; 규불화마그네슘; 인산 및 그의 염 또는 붕산 에스테르류; 아미노카복실산과 그의 염; 알칼리 가용 단백질; 푸민산; 탄닌산; 페놀; 글리세린 등의 다가알콜; 아미노트리메틸렌포스폰산, 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스폰산, 에틸렌디아민테트라(메틸렌포스폰산), 디에틸렌트리아민펜타(메틸렌포스폰산) 및 이들의 알칼리 금속염, 알칼리토류 금속염 등의 포스폰산 및 그 유도체 등을 사용할 수 있으며, 석고를 100 중량부로 기준으로 할 때 0.75 중량부 이하로 공급하는 것이 유리하다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 종래의 무기발포재를 제조할 때에는 1,000 ℃이상의 고온이 필요하며, 고온 고압의 압출, 성형에 의한 막대한 시설투자가 필요하여 작업성은 물론 경제성이 매우 저조할 뿐만 아니라 혼합기포액에 포함된 비중이 큰 무기물 입자에 의해 소포됨에 따라 단열효과도 훼손되는 결과를 감안하면, 본원에서와 같이 경화속도를 조절할 수 있는 경량기포 시멘트타입이나 또는 석고타입의 기포몰탈 공급장치를 이용하면 일정한 시간에 혼합기포액이 셋팅(setting)이 되어 슬러리에 포함된 미세기포들이 소포되지 않은 원상태를 유지하므로서 단열효과가 우수한 경량의 단열재를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 단열재의 기능이나 물성향상을 위한 첨가제를 동시에 공급할 수 있으므로 경량기포단열재의 내구성을 높이고 종래의 단열효과가 우수한 스치로폼 내지는 발포성폴리우레탄과 같은 발포성수지를 대체할 수 있는 경제성은 물론 작업성이 획기적으로 개선된 경량기포단열재를 제조하는데 매우 큰 이점을 갖는다.

본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 실시내용을 실시예로 기재하기에 앞서, 본 출원의 명세서나 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본원의 보호범위는 본원발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이며, 본 명세서에 기재된 예시는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 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.

또한 본원의 기술사상에서 아래에 기재되는 실시예는 수 많은 시행오차를 거치는 동안 밝혀낸 최적의 실시 예를 기재한 것으로 수치의 상한 및 하한을 나타내는 범위는 기재된 수치의 상한 및 하한을 벗어나는 경우에는 발명자가 원하는 목적을 달성할 수 없거나 미흡하기 때문에 정해진 수치임을 인식하여야 할 것이다.

이하, 본원의 기술사상이 구현되는 발명의 실시양태를 첨부된 도 1을 통하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본원의 기술사상이 구현되는 발명의 실시양태를 처리공정을 계통도 형식으로 나타낸 것으로, 본원에서 제공하고자 하는 경량기포단열재를 얻기 위한 수단을 일 실시양태로 설명하여 보면, 먼저 기포제는 아미노산계의 동물성 기포제 가 이용되거나 또는 알킬벤젠 설포네이트계 내지는 소디움 라우릴 설페이트계나 이의 에스테르를 주원료로 하는 식물성 기포제 중에서 선택되어 이용될 수 있는바, 먼저 기포제(10)가 물공급라인으로 보내져서 적절히 분산되도록 하기 위해 정량주입펌프(11)를 구비하여 물공급라인으로 기포제가 보내져서 분산되도록 하고, 물과 기포제가 혼합되어 형성된 기포액을 공급량을 조절하는 공급량조절펌프(12)를 통하여 공급되는 기포액에 에어펌프(13)로부터 공급되는 압축공기를 혼합하여 기포액에 기포가 발생되게 하는 기포발생기(14)를 구비한 기포액 공급수단을 통하여 기포액이 공급되도록 준비되는 단계와, 시멘트저류조(20)에 저장된 시멘트와 물을 혼합하는 스크류 콘베어 믹서(21)를 구비하고, 시멘트와 물이 혼합되어 세멘트슬러지물이 준비되는 단계와, 석고저류조(30)에 저장된 석고와 물을 혼합하는 스크류 콘베어 믹서(31)를 구비하고, 석고와 물이 혼합되어 석고슬러지물이 준비되는 단계와, 상기 단계에서 준비된 기포액과 세멘트슬러지물 또는 상기 단계에서 준비된 기포액과 석고슬러지물이 기포액.슬러리 혼합조(50)로 보내져서 내용물이 혼합/교반되어 미세기포가 형성된 슬러리혼합물(60)을 얻게되는바, 이 때 본원의 경량기포단열재에 원적외선 방사를 위한 세라믹 분말 첨가제(40)나 경량기포단열재의 내구성이나 강도를 증진시키기 위한 강도보강제 등의 각종 첨가제(41)를 추가하여 줄 수 있는바, 시멘트와 물을 혼합하는 스크류 콘베어 믹서(21)나 석고와 물을 혼합하는 스크류 콘베어 믹서(31)에 첨가제(40,41)를 추가하여 주는 수단으로 제공될 수 있다.

상기 기포액.슬러리 혼합조(50)에서 혼합/교반되어 얻은 미세기포가 형성된 슬러리혼합물(60)을 라인믹서(70)로 압송시키기 위한 튜브압축식 압송펌프(61)를 거쳐 라인믹서(70)로 유입된 미세기포가 형성된 슬러리혼합물(60)에 라인믹서(70)의 측부에서 경화촉진제(80)나 또는 경화지연제(90)를 공급하고 미세기포가 형성된 슬러리혼합물(60)의 세팅(Setting)시간을 조절하는 수단에 의하여 슬러리혼합물 내부에 미세기포가 소포되지 않고, 원상태를 유지하기 위한 경량기포 단열재의 조건으로 0.1~1.0 g/㎤ 의 비중과 15~50 ㎏f/㎠ 범위의 압축강도를 갖도록 혼합기포량을 조절/셋팅하여 현장포설하는 수단으로 본원의 경량기포단열재(100)를 얻을 수 있다.

이하에서는 본원의 실시예를 기재하고자 하는바 본원의 기술사상을 최소한 규모로 실시하기 위해 실험실규모로 기포발생장치, 기포액 공급펌프, 기포액.슬러리교반기, 미세기포가 형성된 슬러리혼합물 공급펌프 및 라인믹서에 경화촉진제 및 지연제가 유입되도록 장착된 발포시스템을 제작하고 아래와 같이 실험하였다.

실시예 1

기포제로 한국산업주식회사의 동물성기포제를 물 중량의 2 %를 혼합하고, 기포발생장치에 의해 미세기포를 형성시킨 다음 포틀랜드 시멘트(한일시멘트) 500 g과 중탄산나트륨(NaHCO₃) 10 g을 혼합하여 미세기포가 형성된 혼합기포액을 제조하였다. 슬러리혼합물 공급펌프 이용하여 라인믹서로 이동시킴과 동시에 규산나트륨(물유리 3종)을 20 g을 공급하고 타설하였다.

실시예 2

실시예 1의 중탄산나트륨 대신에 글리옥살을 동일량 첨가한 것을 제외하고는 실시 예 1과 동일하게 수행하였다.

실시예 3

실시예 1의 중탄산나트륨 대신에 에틸렌글리콜 디아세테이트를 동일량 첨가한 것을 제외하고는 실시 예 1과 동일하게 수행하였다.

실시예 4

실시예 1의 중탄산나트륨 대신에 구연산(Citric acid)을 0.25 g 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다.

실시예 5

실시예 1에서 포틀랜드 시멘트(한일시멘트) 450 g과 고창황토 50 g을 혼합한 것을 제외하고는 실시 예 1과 동일하게 수행하였다.

실시예 6

실시예 1에서 포틀랜드 시멘트(한일시멘트) 450 g과 (주)세진에서 구입한 전기석 50 g을 혼합한 것을 제외하고는 실시 예 1과 동일하게 수행하였다.

실시예 7

실시예 1의 포틀랜드 시멘트(한일시멘트) 500 g에 콘텍에스엔씨(주)에서 구입한 섬유질(제품명: PVA BLENDED) 10 g을 첨가한 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하였다.

실시예 8

실시예 1의 포틀랜드 시멘트(한일시멘트) 500 g에 (주)SNOGEN에서 구입한 아크릴에멀젼수지 5.0 g을 첨가한 것을 제외하고는 실시 예1과 동일하게 수행하였다.

실시예 9

기포제로 한국산업주식회사의 동물성기포제를 물 중량의 2 %를 혼합하고, 기포발생장치에 의해 미세기포를 형성시킨 다음 (주)유성테크의 석고 500 g과 혼합하여 미세기포가 형성된 혼합기포액을 제조하였다. 슬러지공급펌프를 이용하여 라인믹서로 이동시킴과 동시에 염화나트륨(NaCl)을 0.25 g을 공급하고 타설하였다.

실시예 10

실시예 9의 염화나트륨(NaCl) 대신에 구연산 2.0 g을 첨가한 것을 제외하고는 실시 예 9와 동일하게 수행하였다.

실시예11

실시예 9의 염화나트륨(NaCl) 대신에 트리에탄올아민(Triethanolamine) 2.0 g을 첨가한 것을 제외하고는 실시 예 9와 동일하게 수행하였다.

비교 예 1∼4

실시예 1의 중탄산나트륨(NaHCO₃), 실시예 2의 글리옥살, 실시예 3의 에틸렌글리콜 디아세테이트, 실시예 4의 구연산(Citric acid)을 첨가하지 않을 것을 제외하고는 실시예 1∼4와 동일하게 수행하였다.

비교예 5∼8

실시예 5∼8의 중탄산나트륨(NaHCO₃)을 첨가하지 않을 것을 제외하고는 실시 예 5∼8과 동일하게 수행하였다.

비교예 9∼11

실시예 9의 염화나트륨, 실시예 10의 구연산, 실시예 11의 트리에탄올아민을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 9∼11과 동일하게 수행하였다.

비교예 1∼11 및 실시예 1∼11의 결과를 표 1에 나타냈다.

구분	Setting 속도	밀도 (g/㎤)	압축강도 (kgf/㎠)	내수성
실시 예 1	1분 46초	0.38	22	보통
실시 예 2	4분 12초	0.45	22	보통
실시 예 3	14분 26초	0.88	33	보통
실시 예 4	약 15시간	2.25	21	보통
실시 예 5	1분 42초	0.40	39	보통
실시 예 6	1분 38초	0.42	30	보통
실시 예 7	1분 44초	0.42	42	보통
실시 예 8	1분 52초	0.40	35	매우 우수
실시 예 9	1분 12초	0.36	26	보통
실시 예 10	13분 28초	0.82	36	보통
실시 예 11	15분 12초	0.90	35	보통
비교 예 1∼4	약 9시간	1.87	22	매우 저조
비교 예 5∼8	약 9시간	1.84	20	매우 저조
비교 예 9∼11	6분 44초	1.66	16	매우 저조

상기 표 1의 비교 1∼11에서와 같이 미세기포가 포함된 시멘트 및 석고의 혼합기포액을 공급라인에 의해 라인믹서에 통과할 때 경화촉진제를 공급하지 않은 경우 비교 1∼9에서와 같이 비중이 시멘트의 경우 1.86, 석고의 경우 1.66의 높은 값이 나타남에 따라 저비중의 경량단열재를 얻고자 하는 발명의 목적을 달성할 수 없을 뿐 아니라 본원의 기술구성에서 완전히 벗어났다고 할 수 있는 반면, 실시예 1∼11에서와 같이 시멘트나 또는 석고가 포함된 혼합기포액에 경화촉진제 및 경화지연제를 공급하고, 균일하게 혼합하게 되면 임의데로 셋팅속도를 조절할 수 있었으며, 필요에 따라 형상체 내부에 미세기포를 적절히 포함시킬 수 있는 경량기포단열재를 생산할 수 있는 발포시스템을 확인할 수 있었다.

특히 본원의 무기발포시스템을 이용할 때 혼합기포액 운용과정 중 내수성 및 인장강도를 조절하고 기타의 물성을 향상시키기 위해 상술한 첨가제를 추가해주는 경우 매우 우수한 경량기포단열재를 다량으로 생산할 수 있으며 또는 현장에서 직접타설할 수 있는 우수한 발명이다.

도 1 : 본원의 기술사상을 이용하여 경량기포단열재를 얻기 위한 처리공정 계통도.

***도면의 부호에 대한 설명***

10 : 기포제 11 : 정량주입펌프

12 : 공급량조절펌프 13 : 에어펌프

14 : 기포발생기 20 : 시멘트저류조

21 : 스크류 콘베어 믹서1 30 : 석고저류조

31 : 스크류 콘베어 믹서2 40 : 세라믹 분말 첨가제

41 : 강도보강 첨가제 50 : 기포액.슬러리 혼합조

60 : 슬러리혼합물 61 : 압송펌프

70 : 라인믹서 80 : 경화촉진제

90 : 경화지연제 100 : 경량기포단열재

Claims

건축이나 산업형장에서 불연, 단열, 흡음효과를 충족하기 위해 다량의 미세발포체를 형성하도록 제공되는 경량기포 단열재의 제조방법에 있어서,

시멘트나 석고분말 중에서 선택되는 단열재 원료가 단독으로 물과 혼합되어 슬러리물로 사용되거나 또는 선택되는 단열재 원료에 기능성첨가제가 추가된 후 물과 혼합하여 슬러리물을 얻는 단열재 원료의 선택 및 공급이 이루어지는 제1단계;

물에 농도 2-4 w% 농도로 동물성/식물성 기포제를 혼합하여 기포발생기에서 기포액을 만들어 기포액.슬러리 혼합조로 보내주는 제2단계;

상기 제1단계에서 만들어진 슬러지물과 제2단계에서 만들어진 기포액이 기포액.슬러리 혼합조에서 혼합되어 미세기포가 형성된 슬러리혼합물을 얻는 제3단계;

상기 제3단계에서 얻은 슬러리혼합물을 라인믹서/스태틱믹서로 압송/공급하는 제4단계;

상기 제4단계 공정의 라인믹서/스태틱믹서로 경화촉진제나 경화지연제를 선택적으로 공급하되, 경화촉진제는 알루미늄염(황산알루미늄, 염화알루미늄, 질산알루미늄, 초산알루미늄), 탄산염(중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 중탄산암모늄, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산암모늄, 탄산칼슘) 규산염, 실리카 졸(silica sol), 글리옥살, 에틸렌글리콜 디아세테이트, 염화나트륨, 명반, 황산칼륨 중에서 선택되어 공급되고, 경화지연제는 산화납, 산화붕소, 붕산, 염화아연, 산화아연, 규소플루오르화마그네슘, 옥시카르복실산염, 리그노설폰산염, 글르콘산염, 타타르산, 피브루산, 알파 케토글루타르산, 케토산, 시트릭산, 글루코헵톤산, 아라본산, 옥시카복실산, 단당류, 올리고당, 다당류 중에서 선택되어 공급됨으로 혼합기포량을 조절/셋팅하는 제5단계;

를 포함하는 구성으로 0.3~1.0 범위의 비중과 21~50 ㎏f/㎠ 범위의 압축강도를 갖는 경량기포단열재를 얻는 것을 특징으로 하는 경량기포단열재 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1단계에서 이용되는 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트(Normal portland cement), 2종 중용열 포틀랜드 시멘트(Moderate-heat p.c), 3종 조강 포틀랜드 시멘트(High-early-strength p.c), 4종 저열 포틀랜드 시멘트(Low-heat p.c), 5종 내황산염 포틀랜드 시멘트(Sulphate-resisting p.c) 중에서 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 경량기포단열재 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1단계에서 이용되는 기능성 첨가제가 맥반석, 황토석, 감람석(Olivine), 고령토(Kaolin), 규산염 광물(Silica Mineral), 규조토(Diatomite), 규회석(Wollastonite), 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 중에서 선택되고 시멘트나 석 고를 100 중량부로 기준 할 때 첨가제 분말이 45 중량부 이하로 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 경량기포단열재 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1단계에서 이용되는 기능성 첨가제가 셀룰로오즈계 섬유, 단백질계 섬유, 광물질계 섬유, 유기질섬유, 무기질섬유 중에서 선택되고 섬유굵기가 3~50 ㎛ 범위로 사용되는 것을 특징으로 하는 경량기포단열재 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1단계에서 이용되는 기능성 첨가제로 수분산성 고분자수지가 사용되는 경우 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, 스타이렌-α-메칠스타이렌-아크릴산-아크릴산 에스테르 공중합체, 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 선택되고 시멘트나 석고나 혼 합된 세라믹 분말의 총고형분양을 100중량부로 기준으로 할 때 1.0~25 중량부 범위로 사용되는 것을 특징으로 하는 경량기포단열재 제조방법.
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건축이나 산업형장에서 불연, 단열, 흡음효과를 충족하기 위해 다량의 미세발포체를 형성하도록 제공되는 경량기포 단열재의 제조장치에 있어서,

시멘트나 석고분말 중에서 선택되는 단열재 원료가 단독으로 물과 혼합되어 슬러리물로 사용되거나 또는 선택되는 단열재 원료에 기능성첨가제가 추가된 후 물과 혼합하여 슬러리물을 만들어 슬러리.기포액혼합조로 보내주는 제1수단;

물에 농도 2-4 w% 농도로 동물성/식물성 기포제를 혼합하여 기포발생기에서 기포액을 만들어 슬러리.기포액혼합조로 보내주는 제2수단;

상기 제1수단으로 만들어진 슬러지물과 제2수단으로 만들어진 기포액이 슬러리.기포액혼합조에서 교반되어 미세기포가 형성된 슬러리혼합물을 얻는 제3수단;

상기 제3수단을 통하여 얻은 슬러리혼합물을 라인믹서/스태틱믹서로 압송/공급하는 제4수단;

상기 제4수단이 수행되는 라인믹서/스태틱믹서로 경화촉진제나 경화지연제를 선택적으로 공급하되, 경화촉진제는 알루미늄염(황산알루미늄, 염화알루미늄, 질산알루미늄, 초산알루미늄), 탄산염(중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 중탄산암모늄, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산암모늄, 탄산칼슘) 규산염, 실리카 졸(silica sol), 글리옥살, 에틸렌글리콜 디아세테이트, 염화나트륨, 명반, 황산칼륨 중에서 선택되는 경화촉진제가 공급되고, 경화지연제는 산화납, 산화붕소, 붕산, 염화아연, 산화아연, 규소플루오르화마그네슘, 옥시카르복실산염, 리그노설폰산염, 글르콘산염, 타타르산, 피브루산, 알파 케토글루타르산, 케토산, 시트릭산, 글루코헵톤산, 아라본산, 옥시카복실산, 단당류, 올리고당, 다당류 중에서 선택되어 공급하며 혼합기포량을 조절/셋팅하는 제5수단이 하나의 장치로 구성되어 0.3~1.0 범위의 비중과 21~50 ㎏f/㎠ 범위의 압축강도를 갖는 경량기포단열재를 얻도록 제공되는 것을 특징으로 하는 경량기포단열재 제조장치.