KR100997914B1 - 불연성 재활용 건축자재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업폐기물로 버려지는 발포 폴리스티렌을 가공한 불연성 재활용 건축자재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발포 폴리스티렌을 분쇄하여 분말상태로 만든 후 물유리, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 탈크(혹은 황토나 화산재, 질석가루등) 및 방수제를 적당한 비율로 혼합 융착시켜 불연성, 흡음성 및 내열성을 향상시킨 불연성 재활용 건축자재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 발포 폴리스틸렌 수지 50 내지 70 중량%, 점결제 10 내지 20 중량%, 무기물 3 내지 10 중량%, 난연제 5 내지 15 중량%, 탈크 3 내지 10 중량%및 방수제 3 내지 10 중량%를 포함하는 불연성 재활용 건축자재 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

불연성 재활용 건축자재 및 그 제조방법{Nonflamable construction materials for recycling and and the same method}

본 발명은 산업폐기물로 버려지는 발포 폴리스티렌을 가공하여 재활용하는 불연성 재활용 건축자재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발포 폴리스티렌을 분쇄하여 분말상태로 만든 후 점결제로 가용성규산염, 무기물로 탄산칼슘, 난연제로 수산화알루미늄, 여기에 탈크와 방수제를 적당한 비율로 혼합 융착시켜 불연성, 흡음성 및 내열성을 향상시킨 불연성 재활용 건축자재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발포 폴리스티렌은 폴리스티렌(Polystyrene)을 발포제(發泡劑)로 팽창시킨 것으로 거품 폴리스티렌, 스티로폼(styrofoam), 발포스티렌, 스티로폴 등 다양한 명칭으로 불리고 있으며 영문 머리글자를 따서 EPS(Expanded Polysterene)로 약칭하기도 한다. 여기서 가장 널리 쓰이는 명칭으로는 스티로폴과 스티로폼이 있는데 그 유래는 스티로폴의 경우 독일의 종합화학회사인 바스프사(BASF AG)의 상표명이고, 스티로폼의 경우는 미국 다우케미컬사(社)의 단열재 상표명이다. 현재 한국에서는 상기 바스프사의 명칭인 스티로폴이 가장 널릴 통칭되고 있다. 이러한 발포 폴리스티렌은 희고 가벼우며 내수성(耐水性), 단열성, 방음성, 완충성 등이 우수하여 건축자재로서 널리 사용되고 있다.

그러나 상기 발포 폴리스티렌은 비교적 낮은 온도에서 용융되며 화염에 접하게 되면 쉽게 연소되고, 더욱이 연소시 유독성 가스가 발생하므로 건축자재로 사용하는 데 여러가지 문제점이 상존하고 있다.

따라서 상기 발포 폴리스티렌에 불연성을 부여하기 위해 유기물로 할로겐화합물과 염소계 화합물이 주로 사용되고 있다.

하지만 상기 할로겐 화합물인 데카브로모디페닐에테르, 에틸렌-비스(테트라브로모프탈이미드), 비스펜타브로모페녹시에탄, 테트라브로모 비스페놀 A-비스(2,3-디브로모프로필에테르) 등은 난연효과는 우수하지만 연소시 인체에 유독한 디옥신 화합물 및 푸란 화합물이 발생하기 때문에 불연용 첨가물로는 적합하지 않다.

또한 염소계 화합물인 퍼클롤시클로데칸, 포클로로시클로펜타데칸 등을 사용하고 있지만 이러한 화합물은 저분자량체이므로 시간이 경과함에 따라 폴리스테렌계 수지의 표면으로부터 이행이 용이하기 때문에 난연성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한 폴리스티렌의 제조시 발포제를 발포시키기 위하여 수증기를 사용하므로 수증기에 의해 난연제가 씻겨나가는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 폐 발포 폴리스티렌을 분쇄하여 분말상태로 만든 후 점결제로 가용성규산염, 무기물로 탄산칼슘, 난연제로 수산화알루미늄, 여기에 탈크 및 방수제를 소정의 비율로 혼합 융착시켜 불연성, 흡음성 및 내열성이 향상된 불연성 재활용 건축자재 및 그 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기 목적은, 폐 발포 폴리스틸렌 수지 50 내지 70 중량%; 가용성규산염 10 내지 20 중량%; 황토, 화산재, 질석가루 중 하나 또는 그 이상의 화합물 3 내지 10 중량%; 수산화알루미늄 11 내지 15 중량%; 탈크 3 내지 10 중량%; 및 메틸기산나트륨(NaSi-OH-CH₃) 3 내지 10 중량%; 를 포함하는 불연성 재활용 건축자재에 의해 달성된다.
상기 화합물은 탄산칼슘을 더 포함하고, 상기 탄산칼슘은 3 내지 10 중량%로
이루어짐을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적은, 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 세척하는 단계와; 상기 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 건조시키는 단계와; 상기 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 분쇄하는 단계와; 상기 폐 발포 폴리스틸렌 수지 50 내지 70 중량%, 가용성규산염 10 내지 20 중량%, 황토, 화산재, 질석가루 및 탄산칼슘 중 하나 또는 그 이상의 화합물 3 내지 10 중량%, 수산화알루미늄 11 내지 15 중량%, 탈크 3 내지 10 중량% 및 메틸기산나트륨(NaSi-OH-CH₃) 3 내지 10 중량%를 혼합하여 교반하는 교반단계; 상기 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 압출 또는 핫프레스 공정을 통해 판상으로 성형하는 성형단계; 를 포함하는 불연성 재활용 건축자재 제조방법에 의하여 달성될 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 폐 발포 폴리스티렌을 분쇄하여 분말상태로 만든 후 점결제로 가용성규산염, 무기물로 탄산칼슘, 난연제로 수산화알루미늄, 여기에 탈크와 방수제를 혼합 융착시켜 불연성, 흡음성 및 내열성이 향상된 불연성 재활용 건축자재 및 그 제조방법을 제공한다.

특히 본 발명에 따른 불연성 재활용 건축자재 및 그 제조방법은 방수제를 포함하는 것을 특징으로 하므로 가용성으로 인해 발생하는 구조의 취약성을 혁신적으로 개선한다.

본 발명에 따른 불연성 재활용 건축자재는 발포 폴리스틸렌 수지와, 점결제와, 무기물과, 난연제와, 탈크 및 방수제를 포함한다.

발포 폴리스틸렌 수지는 단량체(Monomer)인 폴리스티렌(Polystyrene)을 발포제(發泡劑)로 팽창시킨 수지로서 본 발명의 건축자재에서는 구조재의 역할을 한다. 상기 발포 폴리스틸렌 수지는 제조시 수집된 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 세척하여 이물질을 제거하고 수분을 완전히 제거한 후 분쇄하면 분말(粉末)의 상태로 만들어 사용한다. 여기서 상기 발포 폴리스틸렌 수지는 50 중량% 미만일 경우 구성요소인 다른 물질들이 침투할 수 있는 공극을 발생시키지 못하고 70 중량%를 초과할 경우 발포 폴리스틸렌 수지의 입자들끼리 과도한 면적으로 접촉되어 다른 물질들이 침투할 공극을 발생시키지 못하는 문제점이 있으므로 상기 발포 폴리스틸렌 수지는 50 중량% 내지 70 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

점결제는 상기 분말상의 발포 폴리스틸렌 수지를 점결시키기 위한 바인더로서 본 실시예에서는 가용성규산염(Soluble Silicates; 물유리)이 사용된다. 상기 가용성규산염은 알카리금속(MO₂)이 실리카(SiO₂)와 결합하고 있는 화합물로서 일반적으로 용해성성이 있어 물유리라고 통칭하고 있다. 이러한 물유리는 접착 및 결합, 필름의 형성,완충의 작용, 내식성 등의 규산염의 장점들을 가지고 있다. 이러한 장점으로 인하여 발포 폴리스틸렌 수지의 표면을 코팅하게 된다. 여기서 상기 점결제로서 가용성규산염이 10 중량% 미만일 경우 발포 폴리스틸렌 수지를 코팅할 수 없고, 상기 점결제로서 가용성규산염이 20 중량%를 초과하는 경우에는 다른 물질들이 발포 폴리스티렌 수지 사이의 공극으로 침투하지 못하여 난연성 또는 방수성 등에 문제가 발생할 수 있다. 따라서 상기 점결제는 10 내지 20 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

무기물은 점결제와 혼합될 경우 점결제의 점성을 높이므로 발포 폴리스틸렌 수지가 코팅이 잘될 수 있도록 하는 것으로서 탄산칼슘, 황토, 화산재 또는 질석가루를 사용할 수 있다. 본 실시예에서 무기물로는 점결제로서 가용성규산염을 사용하므로 이에 가장 적합한 탄산칼슘을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 무기물로 탄살칼슘을 사용할 경우 상기 탄산칼슘은 3 중량% 미만일 경우 점결제의 점성을 필요한 수준까지 높이지 못하여 발포 폴리스텔렌 수지의 코팅이 어려워지고, 탄산 칼슘이 10 중량%를 초과할 경우 점결제의 점도가 과도하게 높아져 흐름성이 불량하므로 발포 폴리스티렌 수지의 일부만이 코팅되는 문제점이 발생하므로 상기 탄산칼슘은 3 중량% 내지 10 중량%인 것이 바람직하다.

난연제는 점결제와 함께 혼합되어 발포 폴리스티렌 수지의 불연성을 향상시키는 물질로서 수산화알루미늄 즉, Al(OH)₃으로 이루어지며 가열하게 되면 물을 방출하여 발포 폴리스틸렌 수지가 연소되는 것을 방지하게 된다. 여기서 상기 난연제로서 수산화알루미늄이 5 중량% 미만일 경우 난연의 효과가 현저히 떨어지고, 15 중량%를 초과할 경우 자재의 내부에서 물이 발생하여 점결제인 가용성규산염이 녹아 천공이 형성될 수 있으므로 상기 수산화알루미늄은 5 내지 15 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

탈크(talc)는 만지면 지방과 같은 감촉이 있으며 가용성규산염과 혼합하여 사용할 경우 흐름성을 개선하는 효과가 있다. 따라서 가용성 규산염이 발포 폴리스틸렌수지의 표면을 코팅할 수 있게 된다. 여기서 상기 탈크가 3 중량% 미만일 경우 가용성규산염의 흐름성이 불량하므로 발포 폴리스틸렌 수지의 코팅이 원활하지 못하고 , 상기 탈크가 10 중량%를 초과할 경우에는 가용성규산염의 점도가 너무 떨어져 발포 폴리스틸렌 수지의 표면에 정착이 잘 되지 않는 문제점이 발생하므로 상기 탈크는 3 내지 10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

방수제는 상기 점결제인 가용성규산염이 녹는 것을 방지하기 위한 방수제로서 본 발명에서는 메틸기산나트륨(NaSi-OH-CH₃)를 사용한다. 상기 방수제는 3 중량% 미만일 경우에 시간이 경과함에 따라 가용성규산염이 녹는 것을 방지하지 못하므로 건축 자재의 표면에 천공이 발생하고, 상기 방수제를 10 중량%를 초과하여 사용할 경우 발포 폴리스틸렌 수지에 점결제의 코팅시 불순물로 작용할 수 있는 문제가 있으므로 상기 방수제로서 메틸기산나트륨은 3 중량% 내지 10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 불연성 재활용 건축자재의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 표면에 붙어 있는 이물질을 제거하기 위하여 세척한다.

다음으로 폐 발포 폴리스틸렌 수지 표면이 이물질이 제거되면 세척하는 공정에서 제거되지 못한 수분을 완전히 제거하기 위하여 건조시킨다.

다음으로 폐 발포 폴리스틸렌 수지가 건조되면 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 50메시 내지 100메시의 파우더로 분쇄한다.

다음으로 상기 분쇄된 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 점결제로 가용성규산염을, 무기물로 탄산칼슘을, 난연제로 수산화알루미늄을, 탈크, 방수제로 메틸기산나트륨을 상기에서 설명한 소정의 비율로 혼합하여 폐 발포 폴리스틸렌수지와 함께 교반한다. 여기서 난연제로 수산화알미늄 이외에 황토나 화산재, 질석가루를 사용할 수 있음은 물론이다.

다음으로 여러 물질들이 혼합된 상기 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 판상으로 성형한다.

여기서 상기 성형은 제조량이 많아 연속생산해야 할 경우 압출공정을 통하여 판재를 제조하는 것이 바람직하고, 제조량이 소량이어서 배치타입으로 제조할 경우 핫프레스(hot press)를 이용하여 제조하는 것이 바람직하다.

Claims (7)

1. 폐 발포 폴리스틸렌 수지 50 내지 70 중량%;
   가용성규산염 10 내지 20 중량%;
   황토, 화산재, 질석가루 중 하나 또는 그 이상의 화합물 3 내지 10 중량%;
   수산화알루미늄 11 내지 15 중량%;
   탈크 3 내지 10 중량%; 및
   메틸기산나트륨(NaSi-OH-CH₃) 3 내지 10 중량%; 를 포함하는 불연성 재활용 건축자재.
2. 제1항에 있어서,
   상기 화합물은 탄산칼슘을 더 포함하고, 상기 탄산칼슘은 3 내지 10 중량%로
   이루어짐을 특징으로 하는 불연성 재활용 건축자재.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 세척하는 단계와;
   상기 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 건조시키는 단계와;
   상기 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 분쇄하는 단계와;
   상기 폐 발포 폴리스틸렌 수지 50 내지 70 중량%, 가용성규산염 10 내지 20 중량%, 황토, 화산재, 질석가루 및 탄산칼슘 중 하나 또는 그 이상의 화합물 3 내지 10 중량%, 수산화알루미늄 11 내지 15 중량%, 탈크 3 내지 10 중량% 및 메틸기산나트륨(NaSi-OH-CH₃) 3 내지 10 중량%를 혼합하여 교반하는 교반단계;
   상기 폐 발포 폴리스틸렌 수지를 압출 또는 핫프레스 공정을 통해 판상으로 성형하는 성형단계; 를 포함하는 불연성 재활용 건축자재 제조방법.
   
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