KR100997938B1 - 발포유리, 이를 이용한 건축 단열재 및 샌드위치 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 견운모를 통해 융점을 높이고 원적외선을 방출할 수 있도록 한 발포유리와, 이 발포유리를 단열재로 사용함으로써 내열성이 우수할 뿐 아니라 원적외선을 방출하여 실내에 거주하는 사람의 건강에도 이로울 수 있는 건축 단열재 및 샌드위치 패널에 관한 것이다.
본 발명에 따른 발포유리는 폐유리 분말 60 ~ 85중량%와 견운모 15 ~ 40중량%를 포함하며, 기공률이 20 ~ 60%인 것을 특징으로 한다.

Description

발포유리, 이를 이용한 건축 단열재 및 샌드위치 패널 {FOAM GLASS, BUILDING INSULATION MATERIAL AND SANDWICH PANEL USING THE SAME}

본 발명은 폐유리를 사용한 발포유리와 이 발포유리를 이용한 건축 단열재 및 샌드위치 패널에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 견운모를 첨가하여 융점을 높이고 원적외선을 방출할 수 있는 발포유리와, 이 발포유리를 단열재로 사용함으로써 내열성이 우수할 뿐 아니라 원적외선을 방출하여 실내에 거주하는 사람의 건강에도 이로울 수 있는 건축 단열재 및 샌드위치 패널을 제공하는 것에 관한 것이다.

발포유리는 경량이면서 단열, 내열, 방음 등에 탁월한 성능을 발휘하므로 산업상 방수, 내열성, 내구성이 요구되는 경우에 사용될 수 있으며, 특히 구조물이나 건축물에 있어서 훌륭한 보온단열, 방음재로 사용될 수 있다.

이러한, 발포유리는 종래 Na₂SO₄, CaCO₃, MgCO₃, Na₂O, As₂O₃ 등의 여러 성분을 가하여 1300 ∼ 1600℃의 용융과정을 거쳐 발포유리를 만들 수 있는 발포유리제조용 원료유리를 만든 후, 이 원료유리를 분쇄하고 발포조제를 가하여 혼합한 다음 용기에 담아 400 ∼ 650℃에서 예열하고 800 ∼ 900℃의 조건하에서 발포과정을 거친 후 안정화를 위한 열처리 과정을 거치는 과정을 통해 제조된다. 그런데, 이러한 방법은 원료유리를 제조하는 과정에서 상당한 비용이 소요되어 상기한 장점에 불구하고 대량으로 사용되는 건축자재에 적용하기에는 한계가 있었다.

한편, 건축을 함에 있어서는, 흡음과 단열을 위하여 통상 건축물의 골격을 형성하는 슬라브(또는 철구조물)와 건축물의 미관을 결정하는 마감재의 사이에 차음 및/또는 단열을 위한 단열재를 시공해야 한다. 이러한 단열재로 종래 널리 사용되어 온 재료로는 글라스울, 미네랄울, 스티로폼, 폴리우레탄, PET 펠트, 재활용섬유 펠트 내에 양모를 혼합하여 제조한 펠트 등이 있다.

그런데 글라스울 및 미네랄울 등의 경우, 제조시 작업환경이 열악하며 시공시 발생하는 분진으로 인해 작업자의 거부감이 크고, 스티로폼 등의 유기질 재료의 경우 화염에 취약할 뿐 아니라 연소시 유독가스를 배출하는 단점이 있으며, 재활용 섬유 펠트 내에 양모를 혼합하여 제조한 펠트는 난연성능이 떨어지고 양모의 함량이 높아질수록 원면의 가격이 높아지는 단점이 있다. 더욱이, 섬유 상으로 이루어진 단열재의 경우, 일단 수분을 흡수하게 되면 단열성능이 떨어져 내부의 석고보드와 같은 내장재를 썩게 할 뿐 아니라 차음 성능이 떨어지는 문제도 있다.

샌드위치 패널은 건축물 내·외벽 및 지붕구조에 쓰이며 양면 도장한 철판 사이에 단열성능이 우수한 단열재를 심재로 구성한 합성 복합자재인데, 저렴한 가격과 편리한 시공성 등을 이점으로 시장규모가 급속하게 팽창하여 사용량이 증가하고 있는 건축용 자재로, 샌드위치 패널은 과거 공업용 건축 및 창고시설 등의 용도로 주로 사용되었지만 최근에는 주택 및 상업용 등으로도 확대되고 있는 경향을 보이고 있다.

이러한 샌드위치 패널은 통상 약 0.5 ~ 1mm 두께의 도장된 강판과 강판 사이에 단열성과 차음성이 있는 심재를 넣어 접착시켜 만들어지는데, 이때 사용되는 심재는 구조적인 지지성능이 필요하므로 일정수준 이상의 압축 강도를 필요로 한다. 현재 주로 사용되는 심재로는 폴리우레탄폼, 스치로폼과 같은 유기질 재료와, 글라스울, 미네랄울과 같은 무기질 재료가 있다.

그런데, 폴리우레탄폼이나 스치로폼과 같은 유기질 재료는 단열성이 우수하고 일정한 정도의 구조적 지지성능이 확보되며 가격이 매우 저렴한 장점이 있으나, 화재 발생시 심재가 화염전파 경로가 되어 일단 화재가 발생하면 샌드위치 패널로 이루어진 건축물의 진화가 거의 불가능하게 될 뿐 아니라, 연소시 유독가스가 대량으로 배출되어 많은 인명피해가 발생하는 문제점이 있다.

이에 비해, 글라스울이나 미네랄울과 같은 무기질 재료는 융점이 높아 내화성이 유기질 재료 심재에 비해 우수한 장점이 있으나 압축강도가 낮고 일정한 형상을 유지하기 어려워 심재로 사용함에 있어서 번거로운 작업이 필요할 뿐 아니라 환경변화에 따른 형태변형이 쉽게 일어나 재사용이 불가능하고 차음효과가 떨어지며 수분이 쉽게 흡수되어 곰팡이 등이 발생하기 쉬운 단점이 있다.

이에 따라, 저렴하면서도 단열성, 내화성 및 차음성이 우수하고 시공이 용이하며, 환경 변화에 따른 형태변형이 일어나지 않아 수명이 반영구적이고 재사용이 가능할 뿐 아니라 화재시 화염의 전파경로가 되지 않고 구조물의 안정성이 어느 정도 유지되고 유독가스를 배출하지 않는 건축 단열재 및 샌드위치 패널이 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 연구,개발된 것으로서, 건축물에 적용하였을 때, 저비용으로 제조가능하며 내열성과 단열성능이 우수하고 원적외선을 방출하여 거주자의 건강에 유익할 뿐 아니라 항균 내지는 억균 효과가 있어 건축물에 곰팡이 등의 발생이 억제될 수 있는 건축자재용 발포유리를 제공하는 것을 해결하려는 과제로 한다.

본 발명의 다른 과제는 상기 발포유리를 포함함으로써, 단열은 물론 화재 발생시 내화성이 우수하고 결로현상을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 간편하게 시공할 수 있는 건축 단열재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 심재에 상기 발포유리를 사용하여 화재발생시 유해가스를 발생시키지 않고 내화성이 우수하며 기계적 강도도 우수한 샌드위치 패널을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, 폐유리 60 ~ 85중량%와 견운모 15 ~ 40중량%를 포함하며, 기공률이 20 ~ 60%인 발포유리를 제공한다.

또한, 상기 다른 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, 요홈과 플랜지부와 상기 플랜지부에 형성된 체결공을 구비한 케이스와, 상기 요홈에 삽입되는 단열블록을 포함하여 이루어지는 건축 단열재로서, 상기 단열블록은 폐유리 분말 60 ~ 85중량%와 견운모 15 ~ 40중량%를 포함하며, 기공률이 20 ~ 60%인 발포유리로 이루어진 건축 단열재를 제공한다.

또한, 상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, 대향되게 배치된 금속판재의 사이에 심재가 배치된 샌드위치 패널로서, 상기 심재는 폐유리 분말 60 ~ 85중량%와 견운모 15 ~ 40중량%를 포함하며, 기공률이 20 ~ 60%인 발포유리로 이루어진 샌드위치 패널을 제공한다.

또한, 상기 샌드위치 패널에 있어서, 상기 2개의 판재의 일부 또는 전부에는 요철부가 형성되어 있고, 상기 심재는 상기 판재에 형성된 요철부에 대응된 형상의 요철부가 형성되어 상기 판재 사이에 수용되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 샌드위치 패널을 구성하는 판재에 요철부를 형성할 경우 자체의 강성이 높아지게 되며, 하중이 요철부를 구성하는 산과 산에 개재된 발포유리의 단면두께가 두꺼운 부분이 하중을 분산하여 지지하기 때문에 압축강도가 커지게 되어 판재의 중량을 낮추면서도 압축강도를 높일 수 있을 뿐 아니라, 판재의 요철부는 디자인적으로도 활용 가능하기 때문이다.

이하 본 발명에 따른 발포유리를 구성하는 각 성분의 조성 및 기공률을 상기와 같이 한정한 이유에 대해 설명한다.

상기 폐유리는 판유리, 관유리, 병유리 등의 유리제품의 사용과정에서 발생하는 폐유리를 종류별로 분류한 것이나 이들을 혼합하여 볼밀과 같은 분쇄기로 분쇄한 것 등 어느 것이나 사용될 수 있으며, 다만 분쇄된 후의 폐유리의 입도는 100 ~ 400메시인 것이 바람직한데, 400메시를 초과하여 분쇄하기에는 비용이 많이 들고, 100메쉬 미만일 경우 첨가되는 견운모의 분포 및 기포의 발생이 불균일해지기 때문이다. 또한, 발포유리에 있어서 폐유리의 함량은 60 ~ 85 중량%가 바람직한데, 60중량% 미만으로 첨가할 경우 함께 첨가하는 견운모와 유리간의 결합력이 떨어져 발포 후 견운모 입자가 탈락하기 쉽고, 85중량%를 초과하여 첨가할 경우 점도가 떨어져 기포가 고르게 분산된 발포구조를 얻기 어려울 뿐 아니라, 제조된 발포유리의 무게가 커져 샌드위치 패널 등에 적용하였을 때 시공성이 떨어진다.

상기 견운모(sericite)는 단사정계(單斜晶系)에 속하며, 백색 또는 회백색에 진주광택이 있는 광물로서, 원래는 결정편암, 특히 견운모편암의 주성분 광물을 말하였으나, 오늘날에는 열수작용(熱水作用)으로 생긴 점토 모양의 미세한 백운모를 가리킨다. 견운모는 도자기나 내화벽돌의 혼입재로 사용되어 왔고, 기타 도료, 전기절연체, 활마재(滑摩材), 화장품용 등에도 적용되어 왔다. 이러한 견운모는 인체의 혈액 순환을 촉진하고 세포를 활성화하는 3.3 ~ 25㎛의 원적외선을 0.88 ~ 0.96의 비율로 다량 방사하는 물질로서, 강력한 음이온 발산 기능도 겸비하여, 항균, 탈취 기능도 겸비한 물질이다. 이와 같이 인체에 유익하고 세균을 억제하는 효과를 지닌 견운모는 용융점이 1050 ~ 1150℃로 폐유리의 연화온도(500 ~ 600℃)에 비해 용융점이 높기 때문에 폐유리에 첨가될 경우 견운모가 갖는 기능적인 효과 외에도 발포유리의 연화 및 용융점을 높여 건축물에 적용할 경우 화재 시 장시간 동안 구조 안정성을 높이는 역할도 기대할 수 있다. 한편, 상기 견운모는 15중량% 미만으로 첨가될 경우 제조된 발포유리의 용융점 향상과 인체에 유익하고 항균 및 억균 작용을 할 수 있을 정도의 원적외선 및 음이온의 방출을 기대하기 어렵고, 40중량%를 초과하여 첨가될 경우 유리함량의 부족으로 유리성분과 견운모 성분의 결합이 어렵기 때문에 상기 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.

상기 기공률은 20% 미만일 경우 재료비가 많이 들고 단열재의 무게가 무거워져 시공이 용이하지 않을 뿐 아니라 충분한 단열 및 차음효과를 기대하기 어렵고, 기공율이 60%를 초과하게 되면 기계적 강도가 저하되고 기공 간에 상호 연결된 개기공의 비율이 높아져 단열, 수분 차단 및 차음효과가 떨어질 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명에 따른 발포유리에는 필요에 따라 망간, 산화니켈, 산화코발트 등의 발색제를 추가로 첨가할 수 있으며, 발포에 필요한 탄산나트륨, 탄산스트론튬, 탄소와 같은 발포제를 통해 첨가된 성분을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 발포유리는 세균 번식을 억제하는 효과를 갖기 때문에 주방 또는 식탁용 상판에 적합하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 발포유리는 폐유리를 활용하여 저렴할 뿐 아니라, 단열 및 차음 효과 외에 견운모의 첨가를 통해 항균 내지 억균 작용으로 곰팡이 발생에 대한 저항성이 좋아 건축물의 단열재 또는 주방이나 식탁용 상판재에 적합하게 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 건축 단열재 및 샌드위치 패널은 단열 및 흡음 효과가 매우 우수할 뿐 아니라, 인체에 유익한 원적외선을 방출하여 내부에 거주하는 거주자의 건강에 유익하고, 건축물에 화재 발생시 유독가스의 발생이 거의 없고 화염의 전파경로가 되지 않고, 항균 내지 억균 작용으로 곰팡이의 발생을 막을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 표면에 규칙적인 주름이 형성된 샌드위치 패널의 경우, 판재에 형성된 주름을 통해 강성의 증대를 꾀할 수 있고 동시에 주름을 구성하는 산과 산의 상대적으로 두꺼운 단면을 통해 하중을 지지하기 때문에 주름이 없는 샌드위치 패널에 비해 심재의 무게를 줄이면서도 동등 이상의 강성 및 압축강도를 유지할 수 있게 되며, 이와 같은 무게의 감량은 샌드위치 패널의 시공성을 크게 개선시킨다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 발포유리의 단면사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건축 단열재의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 샌드위치 패널의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 패널의 양면에 요철부가 형성된 샌드위치 패널의 단면도이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 발포유리와 이를 이용한 건축 단열재와 샌드위치 패널에 대해 상세하게 설명하나, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경할 수 있음은 자명하다.

발포유리의 제조

먼저, 폐유리를 볼밀을 사용하여 분쇄한 후 체를 이용하여 200메시의 입도를 갖는 분말을 제조하였다. 마찬가지로 견운모도 볼밀을 사용하여 분쇄한 후 체를 이용하여 200메시 이하의 분말을 제조하였고 기포발생제인 탄산나트륨(NaCO₃)도 200메시 이하의 분말상으로 제조하였다.

이와 같이 준비된 폐유리 분말 40kg과 견운모 분말 7.5kg과, 탄산나트륨 분말 2.5kg을 균질하게 혼합한 후, 발포유리용 용기에 장입하였다. 혼합 분말을 직사각형 형상의 주형에 장입한 후 850℃까지 가열하면 먼저 폐유리 분말의 일부 용해(표면 용해) 및 연화가 일어나게 되고 기포발생제에 포함된 탄산성분이 열분해되어 CO₂ 기체가 발생하여 점도가 높은 상태로 일부 용융 및 연화된 폐유리 내부에 포획됨으로써 발포공정이 이루어지는데 본 발명의 실시예에서는 850℃에서 30분간 유지하여 발포시킨 후, 650℃까지 주형을 급냉하여 생성된 기포가 그 형상을 유지하도록 하는 기포 안정화 공정을 수행한 후, 650℃부터는 서냉되도록 하는 과정을 통해 발포유리를 제조하였다. 한편, 본 발명의 실시예에서는 상기 발포과정에서 주형의 일 측을 프레스로 가압함으로써, 제조된 발포유리가 직사각형의 형상이 유지되고 생성된 내부의 기포가 지나치게 커지는 것을 방지하도록 하였다. 이러한 과정을 통해, 도 1에서 확인되는 바와 같이, 내부에 미세한 기공으로 이루어진 발포유리 블럭을 제조할 수 있었다.

발포유리를 제조하는데 사용한 원료의 조성

구분	조성(중량%)
	폐유리 분말	견운모 분말	탄산나트륨 분말
실시예 1	83	12	5
실시예 2	70	25	5
실시예 3	60	35	5
비교예 1	83	16.5	0.5
비교예 2	70	10	20

제조한 발포유리의 특성

구분	특성
	기공률 (%)	열전도도 (W/mk)	원적외선 방사율 (%)	압축강도 (kgf/㎠)
실시예 1	43	0.055	0.901	1360
실시예 2	40	0.053	0.910	1410
실시예 3	42	0.057	0.920	1390
비교예 1	15	0.073	0.902	1350
비교예 2	65	0.038	0.793	900

발포유리를 이용한 건축 단열재

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건축 단열재의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 건축 단열재(100)는 크게 하우징(110)과 발포유리블럭(120)으로 이루어져 있다. 상기 하우징(110)은 평면에서 볼 때 직사각형 형상을 하고 있고 중심부에 사각형으로 드로잉 가공된 발포유리블럭수용부(111)와 네 측면의 플랜지부(112)를 구비하고 있고, 상기 플랜지부(112)에는 건축 구조물과의 결합을 위한 나사 체결공(113)이 형성되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 건축 단열재(100)는 건축 구조물에 설치한 프레임과 나사결합을 통해 손쉽게 설치된다. 이에 따라 기존의 글라스울이나 미네랄울과 같은 단열재를 시공하는 과정에서 필요한 단열재의 절단, 고정 등의 작업이 필요하지 않게 되어, 작업공수의 절감과 이에 따른 시공비용의 절감을 기대할 수 있다.

발포유리를 이용한 샌드위치 패널

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 샌드위치 패널의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 샌드위치 패널(200)은 2개의 0.5mm 두께의 도금강판(210)과 그 사이에 배치된 발포유리심재(220)로 이루어져 있다. 또한 상기 발포유리심재(220)와 상기 도금강판(210)은 접착제(230)층을 통해 접착되어 고정된다. 접착제(230)는 유리와 금속소재 간을 견고하게 접착할 수 있는 것이면 제한 없이 사용할 수 있다.

상기 발포유리심재(220)는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 발포유리블럭을 샌드위치 패널의 치수에 맞게 절단하여 제조한다. 한편, 발포유리블럭을 크게 제조하기 어려운 경우에는 상기 발포유리심재(220)는 여러 개를 접착제로 접합하여 제조할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 샌드위치 패널의 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 샌드위치 패널(300)은 도금강판(310)의 표면에 규칙적인 제 1 요철부(311)가 형성되어 있고, 상기 도금강판(310)의 사이에 배치되는 발포유리심재(320)도 상기 제 1 요철부(311)에 대응하는 제 2 요철부(321)가 형성되어 있다. 발포유리심재(320)의 제 2 요철부(321)는 절단가공에 의해서 형성될 수도 있으나, 발포유리를 제조할 때 발포유리심재의 제 2 요철부(321)에 대응하는 형상이 가공된 주형을 사용하는 것이 재료의 낭비를 없앨 수 있기 때문에 바람직하다.

이와 같이, 샌드위치 패널(300)에 요철부를 형성하게 되면, 압축하중을 지지하는 단면은 두께가 두꺼운 산 부분에서 지지하고 압축하중을 지지하지 않는 골 부분은 단면 두께를 얇게 유지할 수 있어서 샌드위치 패널의 중량을 줄일 수 있게 된다.

100: 건축 단열재
110: 하우징
111: 발포유리블럭수용부
112: 나사체결공
120: 발포유리블럭
200: 제 1 실시예에 따른 샌드위치 패널
210: 도금강판
220: 발포유리심재
230: 접착제
300: 제 2 실시예에 따른 샌드위치 패널
211: 제 1 요철부
321: 제 2 요철부

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 심재를 개재한 금속판재로 이루어진 샌드위치 패널로서,
   상기 심재는 폐유리 60 ~ 85중량%와 견운모 15 ~ 40중량%를 포함하며 기공률이 10 ~ 60%인 발포유리로 이루어지고,
   상기 금속판재의 일부 또는 전부에는 규칙적인 요철부가 형성되어 있고, 상기 심재는 상기 금속판재에 형성된 요철부에 대응된 형상의 요철부가 형성되어 상기 금속판재 사이에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널.
4. 삭제
5. 삭제

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