KR101059569B1

KR101059569B1 - 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 불연패널

Info

Publication number: KR101059569B1
Application number: KR1020110034965A
Authority: KR
Inventors: 이정진; 송은섭
Original assignee: 송은섭; 이정진
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2011-08-26

Abstract

본 발명은 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 불연패널에 관한 것으로서, 이는 유기화학재료를 사용하지 않고도 불연성, 단열성, 경량성 등이 우수한 건축자재를 제공하기 위한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 질석, 진주암 및 부석 중 하나 이상으로 이루어진 석재분말과, 도석분말과, 규조토분말과, HAP(Hydroxy-APatite)분말을 교반한 제1 혼합물을 제조하는 단계와; 상기 제1 혼합물에 무기질 바인더, 냄새 중화를 위한 식물성 중화제 및 건조시간 조절을 위한 조절제를 교반한 제2 혼합물을 제조하는 단계와; 상기 제2 혼합물을 가열하면서 성형하는 단계와; 성형된 상기 제2 혼합물을 접착제가 도포된 금속하판에 안착시킨 다음 접착제가 도포된 금속상판으로 덮으면서 일정압력으로 압축하여 불연패널을 제조하는 단계와; 상기 불연패널을 건조시킨 다음 불연패널 표면에 난연 페인트를 코팅하는 단계와; 코팅된 상기 불연패널을 일정크기로 절단하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 불연패널{NONFLAMMABLE PANEL MANUFACTURING METHOD USING EXPANDABLE CERAMICS AND NONFLAMMABLE PANEL MANUFACTURED BY THIS}

본 발명은 불연패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 불연패널에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 유기화학재료가 아닌 친환경 소재를 사용하여 불연성, 단열성, 경량성 등이 우수한 건축자재의 제조를 가능하게 하는 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 불연패널에 관한 것이다.

일반적으로 건축물 내에서 열손실을 방지하고 단열효과를 극대화하기 위하여 종래에는 발포성 고분자재료를 사용하고 있는데, 이러한 발포성 재료로는 발포폴리스타이렌, 유리면, 발포폴리에틸렌, 폴리우레탄폼 등이 있고, 이에 형성된 공기층은 단열효과가 매우 우수할 뿐만 아니라 냉각과정 중의 대류현상을 막아줌으로써 단열효과를 증가시키게 된다.

그러나 발포폴리스타이렌인 경우 단열효과가 높고 경량으로 운반 및 시공성이 우수하나 최고안전 사용온도가 70℃ 정도로 고온 및 자외선에 약하고 화재발생 시 착화가 쉽고 유독가스 발생 위험이 높아 인체에 치명적인 위해를 주는 문제점이 있고, 유리면을 사용하는 경우에는 유리섬유 사이에 밀봉된 공기층이 단열층으로 형성되어 단열성 외에 불연성, 시공성, 운반성 등에서 장점을 가지나 압축이나 침하에 의한 유효두께감소, 함수에 의한 단열성 저하, 투습저항이 없어 별도의 방습층을 필요로 하는 문제점이 있으며, 발포폴리에틸렌의 경우 폴리에틸렌수지에 발포제 및 난연제를 배합하여 압축발포시킨 후 냉각한 판상의 발포층을 열융착하여 자기소화성을 갖춘 보온판, 보온통 형식으로 제조되고 있는 것으로 단열효과가 우수하나 최고안전 사용온도가 80℃ 정도로 화재발생 시 유독가스의 방출로 인한 인체에 위해를 주는 문제점이 있는 한편, 폴리우레탄의 경우 폴리우레탄폼을 발포 성형한 유기발포체의 단열재로써 내열성(최고안전 사용온도 100 ℃)보다는 단열성이 우수하여 냉동기기 등의 보냉재료로 적합하나 시공 후 부피가 줄어들고 열전도율이 저하되고 화재발생 시 다른 발포성 고분자 재료와 동일하게 유독가스가 방출된다는 문제점을 갖고 있는 이유로, 화재로부터 안정적이면서도 친환경적인 건축자재의 개발이 절실한 상황이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 유기화학재료가 아닌 친환경 소재를 사용하여 불연성, 단열성, 경량성 등이 우수한 건축자재의 제조를 가능하게 하는 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 불연패널을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 질석, 진주암 및 부석 중 하나 이상으로 이루어진 석재분말과, 도석분말과, 규조토분말과, HAP(Hydroxy-APatite)분말을 교반한 제1 혼합물을 제조하는 단계와; 상기 제1 혼합물에 무기질 바인더, 냄새 중화를 위한 식물성 중화제 및 건조시간 조절을 위한 조절제를 교반한 제2 혼합물을 제조하는 단계와; 상기 제2 혼합물을 가열하면서 성형하는 단계와; 성형된 상기 제2 혼합물을 접착제가 도포된 금속하판에 안착시킨 다음 접착제가 도포된 금속상판으로 덮으면서 일정압력으로 압축하여 불연패널을 제조하는 단계와; 상기 불연패널을 건조시킨 다음 불연패널 표면에 난연 페인트를 코팅하는 단계와; 코팅된 상기 불연패널을 일정크기로 절단하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 제1 혼합물은 석재분말 35~40중량부에 대해 도석분말, 규조토분말 및 HAP(Hydroxy-APatite)분말 각각을 5~20중량부 첨가하여 이루어지고, 상기 제2 혼합물은 제1 혼합물 100중량부에 대해 무기질 바인더 5~7중량부와, 식물성 중화제 3~5중량부와, 조절제 0.5~1중량부를 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 불연패널은 질석, 진주암, 부석, 도석, 규조토, HAP와 같은 친환경 소재를 사용하여 불연성, 단열성, 경량성 등이 우수하면서도 유독물질을 배출하지 않고 항곰팡이, 원적외선 방출 기능 등을 갖는 건축자재의 제조를 가능하게 할 수 있다.

이하, 실험예를 참조로 하여 본 발명에 따른 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법 및 이에 의해 제조된 불연패널을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법은 질석, 진주암 및 부석 중 하나 이상으로 이루어진 석재분말과, 도석분말과, 규조토분말과, HAP(Hydroxy-APatite)분말을 교반한 제1 혼합물을 제조하는 단계와, 제1 혼합물에 무기질 바인더, 냄새 중화를 위한 식물성 중화제 및 건조시간 조절을 위한 조절제를 교반한 제2 혼합물을 제조하는 단계와, 제2 혼합물을 가열하면서 성형하는 단계와, 성형된 제2 혼합물을 접착제가 도포된 금속하판에 안착시킨 다음 접착제가 도포된 금속상판으로 덮으면서 일정압력으로 압축하여 불연패널을 제조하는 단계와, 불연패널을 건조시킨 다음 불연패널 표면에 난연 페인트를 코팅하는 단계와, 코팅된 불연패널을 일정크기로 절단하는 단계를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 제1 혼합물은 석재분말 35~40중량부에 대해 도석분말, 규조토분말 및 HAP(Hydroxy-APatite)분말 각각을 5~20중량부 첨가하여 이루어지고, 제2 혼합물은 제1 혼합물 100중량부에 대해 무기질 바인더 5~7중량부와, 식물성 중화제 3~5중량부와, 조절제 0.5~1중량부를 첨가하여 이루어지며, 제2 혼합물의 제조를 위한 교반속도는 200~400RPM으로 하고 가열온도는 100~120℃으로 한다.

상기 제1 혼합물 제조단계에서는 0.1~10mm의 입자크기를 갖는 질석, 진주암 및 부석 중 하나 이상을 혼합한 석재분말을 마련한 다음 이에 50~200메쉬 크기를 갖는 도석분말, 규조토분말 및 HAP(Hydroxy-APatite)분말을 종래 교반탱크에 투입하여 균일하게 교반하는 작업이 수행된다.

이와 같은 상기 제1 혼합물에서 특히 도석은 내화성과 점력이 강하여 제1 혼합물을 특정 형상으로 성형하기 위해 사용되는 무기질 바인더의 첨가량을 감소시키고 제1 혼합물간에 부착강도를 높여주는 효과를 나타내게 되는데, 기술된 바와 같은 첨가 범위 내에서 도석과 무기질 바인더가 사용되지 않을 시에는 불연패널 제조 후 건조과정에서 들뜸 현상이나 크랙이 발생하게 되기 때문에 정량을 혼합하는 것이 바람직하다.

하기에서는 제1 혼합물의 각 성분 특성을 살펴보기로 한다.

질석- 양이온 교환능력이 뛰어나고 회백색 또는 갈색을 띄고 다공질로 가열하면 팽창하는 성질을 가지며 흡수능력이 좋아서 내열재료 및 방음재로 널리 이용됨.

진주암- 유리질 유문암의 일종으로 비중이 낮아 경량골재의 원료로 쓰이고 다공성이어서 내열재료 및 방음재로 이용되며 고온에 노출되면 체적이 약 15~20배 정도 팽창하는 성질을 가짐.

부석- 비중이 작아 물에 뜨고 열전도도가 작기 때문에 열 차단을 위한 용도로 사용되며 내산성이 우수한 특성을 가짐.

도석- 내화재에 많이 사용되고 점력이 강한 성질을 가짐.

규조토- 이산화규소를 다량 함유하고 있으며 흡착제, 소성단열재, 연마재 등에 사용됨.

HAP- 인간의 뼈나 치아를 이루는 경조직과 화학적으로 유사한 물질로써 가볍고 강도가 우수하며 백화현상 방지와 유해냄새 제거의 특성을 가짐.

상기 제2 혼합물 제조단계에서는 제1 혼합물에 무기질 바인더, 예로써 액상규산소다, 식물성 중화제(쌀겨, 콩껍질, 밀 등을 함께 발효시킨 것) 및 건조시간 단축을 위한 조절제(셀룰로오스, 점토 등)를 첨가한 다음 20~30분간 교반속도는 200~400RPM으로 교반하여 제2 혼합물을 제조하게 되며, 교반속도가 지정된 범위에 속하지 않을 시에는 제1 혼합물의 팽창된 입자들이 균열 및 파괴되어 다공성이 저하될 수 있음에 주의한다.

참고로 상기 제2 혼합물에 첨가된 식물성 중화제 및 HAP는 백화현상을 막아주고 탈취기능을 갖도록 하기 위한 것으로 언급된 수치범위에 따라 첨가량이 조절될 시에 기능 저하나 재료 낭비와 같은 불합리한 요인이 발생되지 않는 한편, 조절제를 통해 제2 혼합물이 성형체가 평탄하게 가공되도록 한다.

상기 제2 혼합물 성형단계에서는 제2 혼합물을 가열 및 이송기능을 구비한 종래 성형기에 투입시켜 100~120℃에서 가열됨과 동시에 납작한 직육면체 형상을 갖도록 성형한 상태로 배출하게 되며, 여기서 가열온도를 100~120℃로 하지 않을 시에는 제2 혼합물간의 부착상태가 저하되어 크랙이 발생하게 된다.

상기 불연패널 제조단계에서는 금속상하판을 수작업을 통해 성형된 제2 혼합물에 부착할 수도 있으나, 바람직하게는 기존 무기질 접착제가 도포된 금속하판이 이송라인을 통해 운반되는 과정에서 직육면체 형상으로 성형된 제2 혼합물이 안착 및 고정되도록 한 다음, 다시 접착제가 도포된 금속상판을 이송중인 제2 혼합물 상면에 부착시키면서 롤러와 같은 압착기를 통해 일정압력(예로써 1차적으로 60~80kgf/cm²의 압력을 가한 다음 2차적으로 80~100kgf/cm²의 압력을 가함)을 가하여 금속상하판 및 제2 혼합물로 구성된 불연패널 두께가 50~100mm와 같은 일정두께를 갖도록 가공함과 동시에 금속상하판이 성형된 제2 혼합물에 견고히 부착되도록 한다.

상기 불연패널 코팅단계는 제조된 불연패널을 25~30℃로 자연 공냉시키거나 강제냉각시킨 다음 제2 혼합물 표면에 부착된 금속상하판에 스프레이기로 불소성분과 경우에 따라 다양한 색상을 연출하기 위한 안료가 함유된 난연 페인트를 균일하게 도포하여 불연패널에 난연기능과 심미감을 부여하게 된다.

마지막으로 상기 불연패널 절단단계에서는 코팅된 불연패널을 건축현장에 적용가능한 크기로 규격에 맞게 절단하는 작업이 수행된다.

이하에서는 실험예를 통해 본 발명에 따라 성형된 제2 혼합물의 물성과 금속상하판의 부착강도에 대해 살펴보기로 한다.

<실험예>

가. 원적외선 실험

표 1을 참조로 하면, KICM-FIR-1005 규정에 따라 FT-IR 스펙트로미터를 이용하여 40℃ 조건에서 측정한 원적외선 방사율은 0.933이고 방사에너지는 3.74X10²W/m²로 확인됨에 따라 원적외선 방출 효과가 있음을 알 수 있다.

시험항목		시험결과	시험방법
원적외선 방출량(40℃)	방사율(5~20㎛)	0.933	KICM-FIR-1005
	방사에너지(W/㎡)	3.74X10²

나. 항곰팡이 실험

표 2를 참조로 하면, ASTM G-21 규정에 따라 4주간의 배양시험 기간을 거쳐 확인된 항곰팡이 결과에서는 전혀 곰팡이가 배양되지 않는 것으로 확인됨에 따라 매우 우수한 항곰팡이 특성을 갖는 것을 알 수 있다.

시험항목	항곰팡이 시험
	배양 시험의 기간
	1주후	2주후	3주후	4주후
시험결과	0	0	0	0
시험방법	ASTM G-21

다. 탈취실험

표 3을 참조로 하면, KICM-FIR-1085 규정에 따라 탈취실험을 수행한 결과, 80%가 넘는 탈취율을 나타내는 것이 확인됨에 따라 우수한 탈취효과가 있음을 알 수 있다.

시험항목	탈취시험(HCHO)
시험항목	경과시간(분)	Blank(ppm)	시료농도(ppm)	탈취율(%)
시험결과	0	82	82	-
	30	79	20	74.7
	60	76	17	77.6
	90	73	15	79.5
	120	71	13	81.7
시험방법	KICM-FIR-1085

라. 열전도율 실험

표 4를 참조로 하면, KS F 2277 규정에 따라 측정한 열전도도는 0.0178cal/hr.m℃이로 확인됨에 따라 단열성이 매우 우수함을 알 수 있다.

시험항목	시험결과	시험방법
열전도도(cal/hr.m℃)	0.0178	KS F 2277

마. 불연성 실험

표 5를 참조로 하면, KSM 3015-95 규정에 따라 테스트한 결과 불연성인 것으로 확인되었다.

시험항목	시험결과	시험방법
내연성	불연성	KSM 3015-95

바. 부착강도 실험

표 6을 참조로 하면, KS M ISO 4624 규정에 따라 금속상하판과 성형된 제2 혼합물간의 부착강도 실험결과는 126N/㎠로 확인됨에 따라 기존 발포폴리스타이렌, 유리면, 발포폴리에틸렌, 폴리우레탄폼에 금속판을 부착하였을 때보다 우수한 부착강도를 나타내는 것을 알 수 있다.

시험항목	단위	결과	시험방법
부착강도	N/㎠	126	KS M ISO 4624

이상과 같이 본 발명에 따른 불연패널은 실험예에서와 같은 물성을 갖는 제2 혼합물 성형체에 금속상하판을 고정시키는 구조를 가짐에 따라 불연성, 단열성, 경량성, 항곰팡이성, 원적외선 방출능 등이 우수하고 금속상하판 및 제2 혼합물이 상호간에 견고히 고정된 상태를 유지할 수 있으면서도 친환경 소재를 사용하여 화재시에도 유독물질을 배출하지 않게 된다.

Claims

질석, 진주암 및 부석 중 하나 이상으로 이루어진 석재분말과, 도석분말과, 규조토분말과, HAP(Hydroxy-APatite)분말을 교반한 제1 혼합물을 제조하는 단계와;
상기 제1 혼합물에 무기질 바인더, 냄새 중화를 위한 식물성 중화제 및 건조시간 조절을 위한 조절제를 교반한 제2 혼합물을 제조하는 단계와;
상기 제2 혼합물을 가열하면서 성형하는 단계와;
성형된 상기 제2 혼합물을 접착제가 도포된 금속하판에 안착시킨 다음 접착제가 도포된 금속상판으로 덮으면서 일정압력으로 압축하여 불연패널을 제조하는 단계와;
상기 불연패널을 건조시킨 다음 불연패널 표면에 난연 페인트를 코팅하는 단계와;
코팅된 상기 불연패널을 일정크기로 절단하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 혼합물은 석재분말 35~40중량부에 대해 도석분말, 규조토분말 및 HAP(Hydroxy-APatite)분말 각각을 5~20중량부 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 혼합물은 제1 혼합물 100중량부에 대해 무기질 바인더 5~7중량부와, 식물성 중화제 3~5중량부와, 조절제 0.5~1중량부를 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법.
청구항 3에 있어서,
상기 제2 혼합물의 제조를 위한 교반속도는 200~400RPM이고 가열온도는 100~120℃인 것을 특징으로 하는 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 팽창성 세라믹을 이용한 불연패널 제조방법에 의해 제조된 불연패널.