KR101193482B1 - 친환경 세라믹 흡음재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 세라믹 흡음재의 골격을 이루는 폐점토벽돌, 상기 폐점토벽돌 사이의 공간을 연결하는 점토 및 상기 폐점토벽돌과 상기 점토를 서로 연결하여 강도를 유지시켜 주는 프릿을 포함하며, 상기 점토는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부 함유되고, 상기 프릿은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부를 함유되는 친환경 세라믹 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 점토 벽돌 생산시 부산물로 발생하여 매립 폐기되어지는 무해한 폐점토벽돌을 이용하여 저주파 영역의 흡음특성이 우수하고, 친환경적이며, 강도가 뛰어나고, 유기 휘발물질을 발생시키지 않으면서 불연성인 세라믹 흡음재를 제조할 수가 있다.
Description
본 발명은 세라믹 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점토 벽돌 생산시 부산물로 발생하여 매립 폐기되어지는 무해한 폐점토벽돌을 이용하고, 저주파 영역의 흡음특성이 우수하며, 친환경적이고, 강도가 뛰어나며, 유기 휘발물질을 발생시키지 않으면서 불연성인 세라믹 흡음재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 이용되고 있는 대부분의 세라믹 흡음재는 다공질의 소재로써, 사용하는 입자의 크기에 따라 그 흡음 성능이 구분되어지나 비교적 2000Hz 이상의 고주파 영역에서는 흡음 특성이 양호하지만, 1000Hz 미만의 저주파 영역에서는 흡음 특성이 아주 낮게 나타난다. 이것은 일반적으로 공명형 다공판의 흡음 특성과 유사하게 나타난다.
현재 사용되고 있는 대부분의 세라믹 흡음재는 항공소음, 기계소음 등의 고주파를 발산하는 소음 영역에서는 사용 가능하지만 인간생활과 밀접한 관련이 있는 실내용으로 적용하기에는 그 용도가 부적합하다.
대한민국 공개특허 특2001-0070597호 '경질의 다공성 세라믹 흡음재 및 그 제조방법'은 백토, 황토 등 세라믹 소재를 활용하지만 폴리우레탄을 이용하여 발포 효과를 내어 소재 내 기공을 형성시키는 것으로, 이는 폴리우레탄이 소성과정에서 타서 없어지면서 여러가지 환경 오염 물질을 배출하게 되어 최종 제품은 친환경 소재일지 모르지만 그 과정에서 다량의 유해물질이 배출되어 공기를 오염시키게 되며, 제조 과정이 13단계로서 매우 복잡하여 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2004-0076402호 '흡음재료용 다공질 세라믹 및 그 제조방법'은 하수슬러지 소각 슬래그 90～95중량%, 점토 5～10중량%를 혼합하여 물유리를 외삽으로 5～10중량% 첨가하여 제조한 다공질 세라믹을 제공한다. 여기서는 1100℃에서 용융되므로 소성 온도 범위가 매우 좁아 생산성이 떨어지는 문제가 있으며, 이로 인해 소재의 균질성이 떨어져 흡음 특성 변화에 영향을 주는 문제가 있다.
한편, 점토벽돌 및 타일 등을 생산하는 공정에서 폐기물로 발생하여 매립되어지는 폐벽돌, 폐타일이 연간 10만톤 이상으로 추정되는 바, 이를 재활용하여 사용함으로써 천연자원을 대체하여 자원 고갈을 방지하고, 매립에 사용되는 비용을 절감할 필요가 있다.
이에 본 발명의 연구자들은 폐기물로 매립되는 폐벽돌을 이용하여 실내 환경에 적합한 친환경 세라믹 흡음재를 개발하였다.
본 발명이 해결하려는 과제는 점토 벽돌 생산시 부산물로 발생하여 매립 폐기되어지는 무해한 폐점토벽돌을 이용하고, 저주파 영역의 흡음특성이 우수하며, 친환경적이고, 강도가 뛰어나며, 유기 휘발물질을 발생시키지 않으면서 불연성인 세라믹 흡음재 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 친환경 세라믹 흡음재의 골격을 이루는 폐점토벽돌, 상기 폐점토벽돌 사이의 공간을 연결하는 점토 및 상기 폐점토벽돌과 상기 점토를 서로 연결하여 강도를 유지시켜 주는 프릿을 포함하며, 상기 점토는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부 함유되고, 상기 프릿은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부를 함유되는 친환경 세라믹 흡음재를 제공한다.
상기 폐점토벽돌은 0.3～5mm의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
상기 친환경 세라믹 흡음재는 10～100mm의 두께를 갖고, 벽체로부터 10～50mm의 간격이 이격되게 설치되어 상기 친환경 세라믹 흡음재와 상기 벽체 사이에 공기층이 형성되게 구비될 수 있다.
상기 친환경 세라믹 흡음재는, 소성 온도를 저감시키기 위한 플라이애쉬를 더 포함할 수 있으며, 상기 플라이애쉬는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 친환경 세라믹 흡음재는, 경량화시키고 흡음 성능을 향상시키기 위하여 바텀애쉬를 더 포함할 수 있으며, 상기 바텀애쉬는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～20중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 친환경 세라믹 흡음재는, 기공을 형성하여 기공율 및 흡음 성능을 향상시키기 위하여 흑연을 더 포함할 수 있으며, 상기 흑연은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 친환경 세라믹 흡음재는, 원적외선 방사율을 향상시키기 위하여 질석을 더 포함하며, 상기 질석은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 폐점토벽돌을 분쇄하여 폐점토벽돌 분말을 일정 크기로 체가름하여 균일한 입도의 폐점토벽돌 분말을 준비하는 단계와, 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 점토 5～20중량부, 프릿 5～20중량부 및 카르복시메틸셀룰로오스 1～8중량부를 건식 혼합하는 단계와, 상기 폐점토벽돌 분말과 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 수분 10～20중량부를 믹서기에 첨가하고, 건식 혼합된 원료를 상기 믹서기에 혼합하여 건식 혼합된 원료가 폐점토벽돌 분말의 표면에 코팅되게 하는 단계와, 믹서기에서 혼합된 결과물을 압축프레스를 이용하여 성형하는 단계와, 성형물을 60～100℃의 온도에서 1～24시간 동안 건조하는 단계 및 건조물을 900～1200℃의 온도에서 30분～12시간 동안 소성하여 친환경 세라믹 흡음재를 얻는 단계를 포함하는 친환경 세라믹 흡음재의 제조방법을 제공한다.
상기 폐점토벽돌 분말이 0.3～5mm의 입자 크기를 갖도록 상기 폐점토벽돌을 분쇄하는 것이 바람직하다.
소성된 친환경 세라믹 흡음재가 10～100mm의 두께를 갖도록 성형하고, 상기 친환경 세라믹 흡음재와 벽체 사이에 공기층이 형성되게 상기 친환경 세라믹 흡음재를 벽체로부터 10～50mm의 간격이 이격되게 형성할 수 있다.
상기 건식 혼합하는 단계에서, 소성 온도를 저감시키기 위하여 플라이애쉬를 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 첨가하여 함께 혼합할 수 있다.
상기 건식 혼합하는 단계에서, 상기 친환경 세라믹 흡음재를 경량화시키고 흡음 성능을 향상시키기 위하여 바텀애쉬를 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 0.1～20중량부 첨가하여 함께 혼합할 수 있다.
상기 건식 혼합하는 단계에서, 기공을 형성하여 기공율 및 흡음 성능을 향상시키기 위하여 흑연을 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 첨가하여 함께 혼합할 수 있다.
상기 건식 혼합하는 단계에서, 원적외선 방사율을 향상시키기 위하여 질석을 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 첨가하여 함께 혼합할 수 있다.
본 발명에 의하면, 점토 벽돌 생산시 부산물로 발생하여 매립 폐기되어지는 무해한 폐점토벽돌을 이용하므로 고갈되어지는 천연 자원을 대체하는 환경적인 효과는 물론, 점토벽돌 업계의 연간 폐기물 처리비용 절감 등의 경제적인 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의해 제조된 세라믹 흡음재는, 친환경적이고, 유기 휘발물질을 발생시키지 않으면서 불연성이고, 저주파 영역의 흡음특성이 우수하며, 강도가 뛰어난 특성을 갖는다.
도 1a 내지 도 1e는 입자 크기에 따라 체거름된 폐점토벽돌의 모습을 보여주는 사진이다.
도 2는 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수(frequency)에 따른 흡음계수(absorption coefficient) 특성을 보여주는 그래프로서, 폐점토벽돌의 입자 크기에 따른 흡음 성능을 비교하기 위하여 도시한 그래프이다.
도 3a 내지 도 3e는 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수에 따른 흡음계수 특성을 보여주는 그래프로서, 세라믹 흡음재의 두께에 따른 흡음 성능을 비교하기 위하여 도시한 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수에 따른 흡음계수 특성을 보여주는 그래프로서, 폐점토벽돌의 함량에 따른 흡음 특성을 비교하기 위하여 도시한 그래프이다.
도 5a 내지 도 5k는 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수에 따른 흡음계수 특성을 보여주는 그래프로서, 25mm 두께의 세라믹 흡음재를 단독으로 사용한 경우와 25mm 두께의 세라믹 흡음재를 벽체에서 25mm 간격을 두어 설치하여 25mm의 공기층(빈 공간)을 형성한 경우에 대한 흡음 성능을 비교하기 위하여 도시한 그래프이다.
도 6은 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 압축강도를 측정하여 그 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재 샘플 사진이다.
도 8은 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재의 표면을 관찰한 광학현미경 사진이다.
도 2는 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수(frequency)에 따른 흡음계수(absorption coefficient) 특성을 보여주는 그래프로서, 폐점토벽돌의 입자 크기에 따른 흡음 성능을 비교하기 위하여 도시한 그래프이다.
도 3a 내지 도 3e는 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수에 따른 흡음계수 특성을 보여주는 그래프로서, 세라믹 흡음재의 두께에 따른 흡음 성능을 비교하기 위하여 도시한 그래프이다.
도 4a 내지 도 4c는 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수에 따른 흡음계수 특성을 보여주는 그래프로서, 폐점토벽돌의 함량에 따른 흡음 특성을 비교하기 위하여 도시한 그래프이다.
도 5a 내지 도 5k는 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수에 따른 흡음계수 특성을 보여주는 그래프로서, 25mm 두께의 세라믹 흡음재를 단독으로 사용한 경우와 25mm 두께의 세라믹 흡음재를 벽체에서 25mm 간격을 두어 설치하여 25mm의 공기층(빈 공간)을 형성한 경우에 대한 흡음 성능을 비교하기 위하여 도시한 그래프이다.
도 6은 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 압축강도를 측정하여 그 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재 샘플 사진이다.
도 8은 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재의 표면을 관찰한 광학현미경 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은, 점토 벽돌 생산시 부산물로 발생하는 폐점토벽돌을 재활용함으로써, 고갈되어지는 천연 자원을 대체하는 환경적인 효과는 물론, 점토벽돌 업계의 연간 폐기물 처리비용 절감 등의 경제적인 효과를 얻을 수 있으며, 유기 휘발성 물질이 발생하지 않고, 불연소재이며, 소음을 방지하여 인간의 정온한 생활환경을 유지시킬 수 있는 친환경 세라믹 흡음재 및 그 제조방법을 제시한다.
본 발명의 친환경 세라믹 흡음재는 점토벽돌의 생산과정에서 부산물로 발생하여 폐기되어지는 폐점토벽돌을 이용하고, 250～2,000Hz에 이르는 일반 생활의 소음을 저감할 수 있으며, 친환경적이고, 불연성이며, 강도와 흡음성능이 우수한 특성을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 친환경 세라믹 흡음재는 폐점토벽돌, 상기 페점토벽돌 100중량부에 대하여 점토 5～20중량부 및 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 프릿(Frit) 5～20중량부를 포함한다. 또한, 상기 세라믹 흡음재는 소성 온도를 저감시키기 위하여 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 플라이애쉬(Fly ash) 0.1～5중량부를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 세라믹 흡음재는 경량화시키고 흡음 성능을 향상시키기 위하여 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 바텀애쉬(bottom ash) 0.1～20중량부를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 세라믹 흡음재는 미세기공 형성하여 기공율 및 흡음 성능을 향상시키기 위하여 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 흑연(graphite) 0.1～5중량부를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 세라믹 흡음재는 원적외선 방사율을 향상시키기 위하여 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 질석 0.1～5중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 세라믹 흡음재는 10～100mm의 두께를 갖고, 벽체로부터 10～50mm의 간격이 이격되게 설치되어 상기 세라믹 흡음재와 상기 벽체 사이에 공기층이 형성되게 구비될 수 있다.
본 발명의 친환경 세라믹 흡음재는 폐점토벽돌 분말, 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 점토 5～20중량부, 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 프릿(Frit) 5～20중량부 및 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcelluose; CMC) 1～8중량부를 1차 건식 혼합하고, 이 혼합물에 수분을 페점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 10～20중량부 첨가하여 2차 혼합을 한 후, 압축프레스를 이용하여 일축 성형한 후, 1,000～1100℃의 온도에서 소성하여 제조할 수 있다. 상기 1차 건식 혼합 과정에서 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 플라이애쉬(Fly ash) 0.1～5중량부, 바텀애쉬(bottom ash) 0.1～20중량부, 흑연(graphite) 0.1～5중량부 또는 질석 0.1～5중량부를 함께 첨가하여 혼합할 수 있다.
점토벽돌 생산 공정에서 발생하는 폐점토벽돌은 5～4mm, 4～2mm, 2～1mm, 1～0.6mm, 0.6～0.3mm 등과 같이 입도를 분리하여 사용하며, 폐점토벽돌은 소재를 이루는 골격의 역할을 한다. 폐점토벽돌은 세라믹 흡음재 100중량부에 대하여 60～90중량부 함유되는 것이 바람직하며, 폐점토벽돌의 함량이 60중량부 미만일 경우에는 골격을 이루는 폐점토벽돌보다 미립분인 점토와 프릿의 양이 많아져 음(音)의 통로가 되는 공극을 막아 흡음 특성을 떨어뜨릴 수 있고, 90중량부를 초과하는 경우에는 가소성과 소결성을 향상시키는 미립분이 부족하여 과다한 성형압력과 1500℃ 이상의 소성 온도를 필요로 하므로 불필요한 에너지를 요구하게 되어 제조비용을 상승시킬 수 있다.
세라믹 흡음재의 골격을 이루는 폐점토벽돌을 연결하기 위해 점토를 사용한다. 상기 점토는 천연상태의 점토를 물속에 넣어 불순물을 걸러낸 후 미세하고 부드러운 입자를 걷어서 건조하여 얻은 것(수비점토)으로, 상기 점토는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～20중량부 첨가되는 것이 바람직한데, 점토의 함량이 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5중량부 미만일 경우에는 가소성이 떨어져 성형의 어려움이 생길 수 있고, 20중량부를 초과하는 경우에는 미립분이 많아져 음(音)의 통로가 되는 공극을 막아 흡음 특성을 떨어뜨릴 수 있다.
상기 프릿(Frit)은 유약제조 시 사용되는 미분 유리로, 소결시 점토와 반응하여 폐점토벽돌을 서로 연결시켜 강도를 유지시켜주는 역할을 한다. 상기 프릿은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～20중량부 첨가되는 것이 바람직하며, 프릿의 함량이 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5중량부 미만일 경우에는 유리화 온도가 높아져 소결시 고온이 요구되어 에너지 소비가 심해질 수 있고, 20중량부를 초과하는 경우에는 유리상이 많이 형성되어 골격을 이루는 폐점토벽돌과 폐점토벽돌 사이의 공극을 메워 흡음 성능을 떨어뜨리거나 소결 온도 범위를 좁혀 생산의 어려움을 가져올 수 있다.
카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcelluose; CMC)는 유기바인더로서 흡음재의 모형을 형성하는 성형단계에서 물과 혼합되어 성형을 용이하게 한다. 상기 카르복시메틸셀룰로오스는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 1～8중량부 첨가하는 것이 바람직하며, 카르복시메틸셀룰로오스의 함량이 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 1중량부 미만일 경우에는 소량으로 성형성 향상에 도움이 되지 못하며, 8중량부를 초과하는 경우에는 폐점토벽돌을 코팅시킬 미립분인 점토와 프릿을 엉겨붙게 하여 균질한 코팅이 이루어지지 못하여 소성 완제품의 균질성을 떨어뜨릴 수 있으며 또한, 성형시 금형몰드를 오염시켜 작업성이 떨어질 수 있다.
상기 플라이애쉬를 첨가하게 되면 소성 온도를 저감시킬 수 있는 효과가 있다. 상기 플라이애쉬는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 첨가하는 것이 바람직하며, 플라이애쉬의 함량이 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 소성 온도 저감 효과가 미약하고, 5중량부를 초과하는 경우에는 탁한 색상이 발현되고 소성 온도 범위 축소로 작업성이 어려워질 수 있다.
상기 바텀애쉬는 가벼운 소재이므로 폐점토벽돌을 일부 대신하여 첨가하게 되면 세라믹 흡음재를 경량화시킬 수 있고 흡음 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 바텀애쉬는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～20중량부 첨가하는 것이 바람직하며, 바텀애쉬의 함량이 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 경량화 효과가 미약하고 흡음 성능 개선 효과도 미약하며, 20중량부를 초과하는 경우에는 온도에 민감해져 소성 과정에서 쉽게 변형될 수 있다.
상기 흑연은 추가적인 미세 기공을 형성시켜 기공율 및 흡음 성능을 향상시키기 위하여 첨가한다. 상기 흑연은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 첨가하는 것이 바람직하며, 흑연의 함량이 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 흡음 성능 개선 효과가 미약하고, 5중량부를 초과하는 경우에는 과다 발열과 과다 기공 형성으로 소성 후 강도 저하를 유발할 수 있다.
상기 질석은 원적외선 방사율을 향상시키기 위하여 첨가한다. 상기 질석은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 첨가하는 것이 바람직하며, 질석의 함량이 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1중량부 미만이면 원적외선 방사율 향상 효과가 미약하고, 5중량부를 초과하는 경우에는 팽창하는 성질로 인하여 소성 시 세라믹 흡음재를 변형시킬 수 있고 고가의 원료이므로 제조 원가를 상승시킬 수 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 친환경 세라믹 흡음재 제조방법을 설명한다.
먼저, 폐점토벽돌을 크러셔로 분쇄하여 폐점토벽돌 분말을 일정 크기로 체가름하여 균일한 입도의 폐점토벽돌 분말을 준비한다. 상기 폐점토벽돌 분말이 0.3～5mm의 입자 크기를 갖도록 상기 폐점토벽돌을 분쇄하는 것이 바람직하다.
상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 점토 5～20중량부, 프릿(frit) 5～20중량부 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 1～8중량부를 건식 혼합기로 건식 혼합한다. 이때, 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 플라이애쉬(Fly ash) 0.1～5중량부, 바텀애쉬(bottom ash) 0.1～20중량부, 흑연(graphite) 0.1～5중량부 또는 질석 0.1～5중량부를 함께 첨가하여 혼합할 수 있다.
믹서기(예컨대, 리본 믹서기)에 체가름된 폐점토벽돌 분말과 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 수분(물) 10～20중량부를 첨가하고, 건식혼합된 원료를 믹서기에 혼합하여 폐점토벽돌 분말의 표면에 코팅되게 한다.
믹서기에서 혼합된 원료를 압축프레스를 이용하여 요구되는 모형대로 성형한다. 압축프레스에 의해 인가되는 압력은 폐점토벽돌 분말이 부서지지 않을 정도의 압력을 가한다. 소성되어 형성된 세라믹 흡음재가 10～100mm의 두께를 갖도록 성형하는 것이 바람직하다.
성형물을 60～100℃의 온도에서 1～24시간 동안 소정 함수분 미만(예컨대, 함수분 1중량% 미만)이 되도록 건조한다.
건조물을 900～1200℃, 바람직하게는 1000～1100℃의 온도에서 30분～12시간 동안 소성한다. 상기 소성 공정은 카르복시메틸셀룰로오스의 타는 온도보다 높고 프릿(frit)의 녹는점보다 낮으며 프릿(frit)의 유리전이점보다 높은 온도에서 실시하는데, 예컨대 900～1200℃의 온도에서 소성시킨다. 상기 소성은 연결식 가마(예컨대, 터널가마 또는 롤러식 가마)에서 30분～12시간 실시하는 것이 바람직하다. 카르복시메틸셀룰로오스는 승온 과정 및 소성 과정에서 태워져서 없어지게 된다. 소성 공정을 수행한 후, 퍼니스(furnace) 온도를 하강시켜 소성된 결과물을 언로딩한다. 상기 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10～15℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다.
소성이 완료되면, 수분 및 카르복시메틸셀룰로오스 성분은 모두 없어지고, 세라믹 흡음재의 조성을 이루는 성분만이 남아있는 세라믹 흡음재가 얻어진다. 이렇게 형성된 세라믹 흡음재는 세라믹 흡음재와 벽체 사이에 공기층이 형성되게 상기 벽체로부터 10～50mm의 간격이 이격되게 형성할 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 세라믹 흡음재의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
폐점토벽돌을 크러셔로 분쇄하여 폐점토벽돌 분말을 5～4mm, 4～2mm, 2～1mm, 1～0.6mm, 0.6～0.3mm 크기로 체가름하여 폐점토벽돌 분말을 준비하였다. 도 1a 내지 도 1e는 입자 크기에 따라 체거름된 폐점토벽돌의 모습을 보여주는 사진으로서, 도 1a는 5～4mm의 크기로 체거름된 폐점토벽돌의 모습을 보여주고, 도 1b는 4～2mm의 크기로 체거름된 폐점토벽돌의 모습을 보여주며, 도 1c는 2～1mm의 크기로 체거름된 폐점토벽돌의 모습을 보여주고, 도 1d는 1～0.6mm의 크기로 체거름된 폐점토벽돌의 모습을 보여주며, 도 1e는 0.6～0.3mm의 크기로 체거름된 폐점토벽돌의 모습을 보여주고 있다.
점토, 프릿(frit) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 건식 혼합기로 건식 혼합하고, 리본 믹서기에 체가름된 폐점토벽돌 분말과 물을 첨가하고, 건식혼합된 원료를 믹서기에 혼합하여 폐점토벽돌 분말의 표면에 코팅되게 하였다.
믹서기에서 혼합된 원료를 지름 70mm인 원형몰드에 넣고, 일축 압축프레스를 이용하여 25mm와 50mm의 두께로 성형하였다.
성형물을 60～100℃의 온도에서 12～24시간 동안 소정 함수분 미만(예컨대, 함수분 1중량% 미만)이 되도록 건조하였다.
건조물을 1100～1160℃에서 2시간 동안 소성하고, 자연 냉각하여 세라믹 흡음재를 얻었다.
실시예들에 따른 폐점토벽돌 입자의 크기, 성분의 함량 등을 아래의 표 1에 나타내었다.
| 샘플명 | 조성(중량%) | ||||||
| 폐점토벽돌 (입자 크기 별) | 점토 |
프릿 (frit) |
|||||
| 5～4㎜ | 4～2㎜ | 2～1㎜ | 1～0.6㎜ | 0.6～0.3㎜ | |||
| 실시예 1 | 75 | 10 | 15 | ||||
| 실시예 2 | 75 | 10 | 15 | ||||
| 실시예 3 | 75 | 10 | 15 | ||||
| 실시예 4 | 75 | 10 | 15 | ||||
| 실시예 5 | 75 | 10 | 15 | ||||
| 실시예 6 | 80 | 10 | 10 | ||||
| 실시예 7 | 85 | 5 | 10 | ||||
| 실시예 8 | 80 | 10 | 10 | ||||
| 실시예 9 | 85 | 5 | 10 | ||||
| 실시예 10 | 80 | 10 | 10 | ||||
| 실시예 11 | 85 | 5 | 10 | ||||
아래의 표 2에 각 실시예들에 따른 특성을 나타내었다.
| 샘플명 |
기공률 (%) |
25㎜ 단독소재 | 25㎜ 단독소재+공기층 25㎜ | 50㎜ 단독소재 | ||||||
| NRC |
저주파영역 (Hz) |
NRC |
저주파영역 (Hz) |
NRC |
저주파영역 (Hz) |
|||||
| 250 | 500 | 250 | 500 | 250 | 500 | |||||
| 실시예 1 | 30.6 | 0.29 | 0.16 | 0.29 | 0.35 | 0.33 | 0.33 | 0.36 | 0.24 | 0.66 |
| 실시예 2 | 29.5 | 0.29 | 0.14 | 0.29 | 0.29 | 0.39 | 0.3 | 0.47 | 0.24 | 0.58 |
| 실시예 3 | 32.4 | 0.4 | 0.17 | 0.2 | 0.47 | 0.25 | 0.79 | 0.46 | 0.22 | 0.56 |
| 실시예 4 | 35.5 | 0.35 | 0.1 | 0.2 | 0.46 | 0.3 | 0.6 | 0.45 | 0.23 | 0.49 |
| 실시예 5 | 37.4 | 0.29 | 0.09 | 0.23 | 0.34 | 0.27 | 0.35 | 0.34 | 0.19 | 0.32 |
| 실시예 6 | 40.0 | 0.4 | 0.12 | 0.18 | 0.52 | 0.22 | 0.78 | - | - | - |
| 실시예 7 | 41.3 | 0.42 | 0.13 | 0.18 | 0.51 | 0.21 | 0.64 | - | - | - |
| 실시예 8 | 41.8 | 0.42 | 0.18 | 0.2 | 0.50 | 0.27 | 0.64 | - | - | - |
| 실시예 9 | 43.8 | 0.43 | 0.2 | 0.2 | 0.50 | 0.3 | 0.5 | - | - | - |
| 실시예 10 | 44.9 | 0.34 | 0.14 | 0.23 | 0.33 | 0.21 | 0.21 | - | - | - |
| 실시예 11 | 45.7 | 0.36 | 0.14 | 0.24 | 0.41 | 0.29 | 0.42 | - | - | - |
위의 표 2에서 'NRC'는 감음계수(Noise Reduction Coefficient)를 의미한다. 또한, 표 2에서 '25mm 단독소재'는 25mm 두께의 세라믹 흡음재에 대하여 실험한 결과를 나타낸 것이고, '50mm 단독소재'는 50mm 두께의 세라믹 흡음재에 대하여 실험한 결과를 나타낸 것이며, '5mm 단독소재+공기층 25mm'는 25mm 두께의 세라믹 흡음재를 벽체에서 25mm 간격을 두어 설치하여 25mm의 빈 공간(공기층)을 형성한 것에 대하여 실험한 결과이다.
도 2는 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수(frequency)에 따른 흡음계수(absorption coefficient) 특성을 보여주는 그래프로서, 폐점토벽돌의 입자 크기에 따른 흡음 성능을 비교할 수 있다. 실시예 1은 5～4mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 경우이고, 실시예 2는 4～2mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 경우이며, 실시예 3은 2～1mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 경우이고, 실시예 4는 1～0.6mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 경우이며, 실시예 5는 0.6～0.3mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 경우이다.
도 2를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3에 해당하는 주파수(frequency)에 따른 흡음계수(absorption coefficient) 그래프를 보면 폐점토벽돌의 입자 크기가 작아질수록 고주파 쪽으로 피크(peak)가 이동하는 것을 볼 수 있다. 또한, 실시예 3 내지 실시예 5에 해당하는 주파수에 따른 흡음계수 그래프를 보면 폐점토벽돌의 입자 크기가 작아질수록 흡음률은 감소하지만 전체 영역은 넓어지는 것을 볼 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수(frequency)에 따른 흡음계수(absorption coefficient) 특성을 보여주는 그래프로서, 세라믹 흡음재의 두께에 따른 흡음 성능을 비교할 수 있다. 도 3a 내지 도 3e에서 실선으로 표시된 그래프는 25mm 두께의 세라믹 흡음재에 대한 것이고, 점선으로 표신된 그래프는 50mm 두께의 세라믹 흡음재에 대한 것이다.
도 3a 내지 도 3e를 참조하면, 입자 크기가 큰 폐점토벽돌을 사용한 경우(실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 세라믹 흡음재)에는 두께가 25mm에서 50mm로 증가함에 따라 흡음률이 증가하는 것을 볼 수 있다. 입자 크기가 작은 폐점토벽돌을 사용한 경우(실시예 3 및 실시예 4에 따라 제조된 세라믹 흡음재)에는 두께가 25mm에서 50mm로 증가함에 따라 저주파 대역으로 흡음대역폭이 확장되는 것을 볼 수 있다. 입자 크기가 아주 작은 폐점토벽돌을 사용한 경우(실시예 5에 따라 제조된 세라믹 흡음재)에는 시료(세라믹 흡음재) 두께에 따른 영향은 크지 않음을 볼 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수(frequency)에 따른 흡음계수(absorption coefficient) 특성을 보여주는 그래프로서, 폐점토벽돌의 함량에 따른 흡음 특성을 보여주고 있다. 도 4a는 실시예 3, 실시예 6 및 실시예 7에 따라 제조된 25mm 두께의 세라믹 흡음재에 대한 것으로서, 실시예 3은 폐점토벽돌을 75중량% 함유한 경우이고 실시예 6은 폐점토벽돌을 80중량% 함유한 경우이며 실시예 7은 폐점토벽돌을 85중량% 함유한 경우에 대한 것이다. 도 4b는 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 9에 따라 제조된 25mm 두께의 세라믹 흡음재에 대한 것으로서, 실시예 4은 폐점토벽돌을 75중량% 함유한 경우이고 실시예 8은 폐점토벽돌을 80중량% 함유한 경우이며 실시예 9는 폐점토벽돌을 85중량% 함유한 경우에 대한 것이다. 도 4c는 실시예 5, 실시예 10 및 실시예 11에 따라 제조된 25mm 두께의 세라믹 흡음재에 대한 것으로서, 실시예 5는 폐점토벽돌을 75중량% 함유한 경우이고 실시예 10은 폐점토벽돌을 80중량% 함유한 경우이며 실시예 11은 폐점토벽돌을 85중량% 함유한 경우에 대한 것이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 폐점토벽돌의 함량이 증가함에 따라 표 2에 나타난 바와 같이 공극(기공률)이 커지고 도 4a 내지 도 4c에 나타난 바와 같이 흡음률도 증가하는 것으로 나타났다. 흡음률은 실시예 3, 실시예 6 및 실시예 7을 비교할 때 폐점토벽돌의 함량이 가장 많은 실시예 7의 경우가 가장 높게 나타났고, 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 9를 비교할 때 폐점토벽돌의 함량이 가장 많은 실시예 9의 경우가 가장 높게 나타났으며, 실시예 5, 실시예 10 및 실시예 11을 비교할 때 폐점토벽돌의 함량이 가장 많은 실시예 11의 경우가 가장 높게 나타났다.
도 5a 내지 도 5k는 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 주파수(frequency)에 따른 흡음계수(absorption coefficient) 특성을 보여주는 그래프로서, 25mm 두께의 세라믹 흡음재를 단독으로 사용한 경우와 25mm 두께의 세라믹 흡음재를 벽체에서 25mm 간격을 두어 설치하여 25mm의 공기층(빈 공간)을 형성한 경우에 대한 흡음 성능을 보여주고 있다. 도 5a 내지 도 5k에서 실선으로 표시된 그래프는 25mm 두께의 세라믹 흡음재를 단독으로 사용하여 흡음 성능을 측정한 경우이고, 점선으로 표시된 그래프는 25mm 두께의 세라믹 흡음재를 벽체에서 25mm 간격을 두어 설치하여 25mm의 공기층(빈 공간)을 형성하여 흡음 성능을 측정한 경우이다.
도 5a 내지 도 5k를 참조하면, 모든 실시예에서 25mm의 공기층을 형성한 경우에서 저주파 대역의 흡음 성능이 향상됨을 볼 수 있다.
도 6은 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재에 대하여 압축강도를 측정하여 그 결과를 보여주는 그래프이다. 압축강도는 KS L 4201에 따라 측정하였다. 실시예 1은 5～4mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 경우이고, 실시예 2는 4～2mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 경우이며, 실시예 3은 2～1mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 경우이고, 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 9는 1～0.6mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 경우이며, 실시예 5, 실시예 10 및 실시예 11은 0.6～0.3mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 경우이다. 실시예 4 및 실시예 5는 폐점토벽돌을 75중량% 함유한 경우이고 실시예 8 및 실시예 10은 폐점토벽돌을 80중량% 함유한 경우이며 실시예 9 및 실시예 11은 폐점토벽돌을 85중량% 함유한 경우에 대한 것이다.
도 6을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 4에서 관찰되는 바와 같은 폐점토벽돌의 입자 크기가 작아짐에 따라 압축강도가 증가함을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 9를 비교할 때 폐점토벽돌의 함량이 증가함에 따라 압축강도는 감소하는 것을 볼 수 있다. 또한, 실시예 5, 실시예 10 및 실시예 11을 비교할 때 폐점토벽돌의 함량이 증가함에 따라 압축강도가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 실시예 4와 실시예 5를 비교할 때 0.6～0.3mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 실시예 5의 경우가 1～0.6mm 입자 크기의 폐점토벽돌을 사용한 실시예 4의 경우에 비하여 압축강도가 감소하는 것으로 나타났다.
도 7은 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재 샘플 사진이다. 도 8은 실시예에 따라 제조된 세라믹 흡음재의 표면을 관찰한 광학현미경 사진이다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 5에서 관찰되는 바와 같은 폐점토벽돌의 입자 크기가 작아짐에 따라 표면이 매끄럽고 공극이 작아짐을 볼 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
Claims (14)
- 친환경 세라믹 흡음재의 골격을 이루는 폐점토벽돌, 상기 폐점토벽돌 사이의 공간을 연결하는 점토 및 상기 폐점토벽돌과 상기 점토를 서로 연결하여 강도를 유지시켜 주는 프릿을 포함하며, 상기 점토는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부 함유되고, 상기 프릿은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부를 함유되며,
상기 친환경 세라믹 흡음재는,
기공을 형성하여 기공율 및 흡음 성능을 향상시키기 위하여 흑연을 더 포함하며, 상기 흑연은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재.
- 제1항에 있어서, 상기 폐점토벽돌은 0.3～5mm의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재.
- 제1항에 있어서, 상기 친환경 세라믹 흡음재는 10～100mm의 두께를 갖고, 벽체로부터 10～50mm의 간격이 이격되게 설치되어 상기 친환경 세라믹 흡음재와 상기 벽체 사이에 공기층이 형성되게 구비되는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재.
- 친환경 세라믹 흡음재의 골격을 이루는 폐점토벽돌, 상기 폐점토벽돌 사이의 공간을 연결하는 점토 및 상기 폐점토벽돌과 상기 점토를 서로 연결하여 강도를 유지시켜 주는 프릿을 포함하며, 상기 점토는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부 함유되고, 상기 프릿은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부를 함유되며,
상기 친환경 세라믹 흡음재는,
소성 온도를 저감시키기 위한 플라이애쉬를 더 포함하며, 상기 플라이애쉬는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재.
- 친환경 세라믹 흡음재의 골격을 이루는 폐점토벽돌, 상기 폐점토벽돌 사이의 공간을 연결하는 점토 및 상기 폐점토벽돌과 상기 점토를 서로 연결하여 강도를 유지시켜 주는 프릿을 포함하며, 상기 점토는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부 함유되고, 상기 프릿은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부를 함유되며,
상기 친환경 세라믹 흡음재는,
경량화시키고 흡음 성능을 향상시키기 위하여 바텀애쉬를 더 포함하며, 상기 바텀애쉬는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～20중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재.
- 삭제
- 친환경 세라믹 흡음재의 골격을 이루는 폐점토벽돌, 상기 폐점토벽돌 사이의 공간을 연결하는 점토 및 상기 폐점토벽돌과 상기 점토를 서로 연결하여 강도를 유지시켜 주는 프릿을 포함하며, 상기 점토는 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부 함유되고, 상기 프릿은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 5～15중량부를 함유되며,
상기 친환경 세라믹 흡음재는,
원적외선 방사율을 향상시키기 위하여 질석을 더 포함하며, 상기 질석은 상기 폐점토벽돌 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 함유되는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재.
- 폐점토벽돌을 분쇄하여 폐점토벽돌 분말을 일정 크기로 체가름하여 균일한 입도의 폐점토벽돌 분말을 준비하는 단계;
상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 점토 5～20중량부, 프릿 5～20중량부 및 카르복시메틸셀룰로오스 1～8중량부를 건식 혼합하는 단계;
상기 폐점토벽돌 분말과 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 수분 10～20중량부를 믹서기에 첨가하고, 건식 혼합된 원료를 상기 믹서기에 혼합하여 건식 혼합된 원료가 폐점토벽돌 분말의 표면에 코팅되게 하는 단계;
믹서기에서 혼합된 결과물을 압축프레스를 이용하여 성형하는 단계;
성형물을 60～100℃의 온도에서 1～24시간 동안 건조하는 단계; 및
건조물을 900～1200℃의 온도에서 30분～12시간 동안 소성하여 친환경 세라믹 흡음재를 얻는 단계를 포함하는 친환경 세라믹 흡음재의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 상기 폐점토벽돌 분말이 0.3～5mm의 입자 크기를 갖도록 상기 폐점토벽돌을 분쇄하는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 소성된 친환경 세라믹 흡음재가 10～100mm의 두께를 갖도록 성형하고, 상기 친환경 세라믹 흡음재와 벽체 사이에 공기층이 형성되게 상기 친환경 세라믹 흡음재를 벽체로부터 10～50mm의 간격이 이격되게 형성하는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 상기 건식 혼합하는 단계에서,
소성 온도를 저감시키기 위하여 플라이애쉬를 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 첨가하여 함께 혼합하는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 상기 건식 혼합하는 단계에서,
상기 친환경 세라믹 흡음재를 경량화시키고 흡음 성능을 향상시키기 위하여 바텀애쉬를 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 0.1～20중량부 첨가하여 함께 혼합하는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 상기 건식 혼합하는 단계에서,
기공을 형성하여 기공율 및 흡음 성능을 향상시키기 위하여 흑연을 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 첨가하여 함께 혼합하는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재의 제조방법.
- 제8항에 있어서, 상기 건식 혼합하는 단계에서,
원적외선 방사율을 향상시키기 위하여 질석을 상기 폐점토벽돌 분말 100중량부에 대하여 0.1～5중량부 첨가하여 함께 혼합하는 것을 특징으로 하는 친환경 세라믹 흡음재의 제조방법.
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