KR101353053B1 - 펄라이트를 이용한 경량 다공성 건축용 보드 및 이의 제조방법 - Google Patents

펄라이트를 이용한 경량 다공성 건축용 보드 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축용 보드 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펄라이트를 주성분으로 하여 난연성, 흡음성, 단열성 등이 우수한 경량의 다공성 구조를 가지면서 강도가 증대된 건축용 보드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 펄라이트를 이용한 경량 다공성 건축용 보드는 펄라이트(perlite)를 주성분으로 포함하는 세라믹층과, 상기 세라믹층의 일면에 결합되어 상기 세라믹층의 강도를 보강하는 보강기재를 구비한다.

Description

펄라이트를 이용한 경량 다공성 건축용 보드 및 이의 제조방법{light and porous construction board using perlite}
본 발명은 건축용 보드 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 펄라이트를 주성분으로 하여 난연성, 흡음성, 단열성 등이 우수한 경량의 다공성 구조를 가지면서 강도가 증대된 건축용 보드 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용하는 건축용 보드는 난연성 합성수지 섬유, 발포합성수지판, 석재, 유리섬유, 외부패널, 황토, 세라믹물질, 코르크, 석고 등의 다양한 재료를 사용한다.
특히, 단열성 및 흡음성이 우수하며 시공성을 향상시키기 위해 발포수지류를 혼합한 유기질을 이용한 건축용 보드가 널리 사용되고 있는데, 그 종류로는 화학적으로 합성한 스티로폼이라고 불리는 발포 폴리스티렌, 발포폴리우레탄, 발포염화비닐, 기타 플라스틱류 등이 있다.
그러나 이와 같은 건축용 보드는 열에 약하여 건물의 붕괴를 지연시키지 못해 화재진압의 시간적 여유를 얻을 수 없는 단점과 강도가 약하다는 단점이 있으며, 독자적으로 사용하지 못하고 다른 재료와 복합적으로 사용하여야 하는 문제점이 있다. 또한, 화재 발생시에 유독가스를 내뿜어 많은 인명피해를 유발하게 되는 원인이 되고, 시간이 지남에 따라 재질이 열화 되어 보온, 방음 등의 기능이 저하되는 단점이 있다.
최근에는 상기와 같은 문제점을 일부 해결하기 위해 난연성 합성수지를 사용하고는 있으나, 이는 화재시 초기 진압에 실패하여 섭씨 1,000℃ 부근까지 이르게 될 경우 역시 연소하기 때문에 종래의 문제점을 해소하지 못하고 있다. 또한, 쉽게 열화되는 것을 보완하기 위해 석재, 세라믹 물질 등을 사용하고는 있으나, 이 또한 열에는 강하지만 그 무게가 무겁고 방음 및 단열효과를 충분히 거둘 수 없다.
그리고 유리섬유를 사용하여 불연성, 방음, 단열 등의 효과를 거두려는 시도가 있었지만, 유리섬유는 제조 및 설치과정에서 미세한 유리섬유가 공기 중에 부유하게 되어 피부에 흡착되거나 호흡기를 통하여 인체 내부로 흡입되고 설치 후에도 미세한 유리섬유가 패널로부터 지속적으로 배출되어 인체 및 주거환경을 악화시키는 문제점이 있다.
상술한 종래의 건축용 보드의 문제점을 해결하기 위하여 펄라이트 등의 광물질을 분쇄하여 발포처리한 후 이에 무기 바인더를 혼합하여 사용하여 무게는 가벼우나 강도가 약함과 아울러 외부 충격에 쉽게 파손되는 문제가 있다.
또한, 펄라이트 등의 광물질을 형틀에서 성형 후 건조하는 과정에서 대량 생산을 위해 컨베어 벨트를 이용하여 성형체를 연속건조로 내부로 통과시켜 건조시키는 데, 이때 건조 전의 성형체는 입자 간의 결합력이 약해 컨베어 벨트에 의한 이송시 성형체의 형태가 변형되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 펄라이트를 주성분으로 하여 난연성, 흡음성, 단열성 등이 우수한 경량의 다공성 구조를 가지면서 강도가 증대된 건축용 보드 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 성형 후 컨베어 벨트에 의한 이송시 성형체의 형태 변형을 방지할 수 있는 건축용 보드 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 펄라이트를 이용한 경량 다공성 건축용 보드는 펄라이트(perlite)를 주성분으로 포함하는 세라믹층과; 상기 세라믹층의 일면에 결합되어 상기 세라믹층의 강도를 보강하는 보강기재;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹층은 바인더로 소듐 실리코 알루미네이트(sodium silico aluminate)와, 경화제로 실리카겔 및 요소가 더 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹층에서 용출되는 알칼리 물질로 인한 표면 백화현상을 방지하기 위해 상기 세라믹층 표면에 도료를 도포하여 형성한 도료층;이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹층은 용출되는 알칼리 물질로 인한 표면 백화현상을 방지하기 위한 도료를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 도료는 아크릴 수지, 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid), 안료, 충진재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보강기재와 마주하여 상기 세라믹층의 타면에 결합되며 상기 세라믹층의 표면을 노출시킬 수 있도록 다수의 관통홀들이 형성된 커버;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 펄라이트를 이용한 경량 다공성 건축용 보드의 제조방법은 펄라이트(perlite)와, 바인더로 소듐 실리코 알루미네이트(sodium silico aluminate)와, 경화제로 실리카겔 및 요소를 교반하여 배합물을 수득하는 교반단계와; 상기 배합물을 형틀에 투입하여 성형하되 상기 형틀의 하부에 판상의 보강기재를 설치한 후 상기 배합물을 투입하는 성형하는 성형단계와; 상기 형틀에서 분리하여 하부에 상기 보강기재가 결합된 성형체를 건조시키는 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 건조단계 완료 후 상기 성형체에서 용출되는 알칼리 물질로 인한 표면 백화현상을 방지하기 위해 상기 성형체의 표면에 도료를 도포하여 도료층을 형성하는 도포단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 배합단계는 상기 성형체에서 용출되는 알칼리 물질로 인한 표면 백화현상을 방지하기 위해 도료를 첨가하여 상기 배합물을 수득하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 펄라이트를 주성분으로 하여 난연성, 흡음성, 단열성 등이 우수한 경량의 다공성 구조를 갖는다.
그리고 세라믹층의 일면에 보강기재를 덧붙여 사용하므로 강도가 증대되고 외부 충격에 강하다. 또한, 제조과정에서 컨베어 벨트에 의한 이송시 성형체의 형태 변형을 방지할 수 있어 불량을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건축용 보드를 나타내는 사시도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 건축용 보드를 나타내는 사시도이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 건축용 보드를 각각 나타내는 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 건축용 보드를 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 건축용 보드(1)는 크게 세라믹층(10)과, 보강기재(20)를 구비한다.
도시된 예에서 세라믹층(10)은 사각의 판형으로 형성된다. 이와 달리 사각 외에도 다양한 형태로 형성될 수 있음은 물론이다.
세라믹층(10)은 펄라이트를 주성분으로 포함한다. 여기서 '주성분'이란 펄라이트가 세라믹층(10) 전체 성분 중에 50중량% 이상, 즉 50 내지 90중량% 함유되어 있는 것을 말한다.
펄라이트(perlite)는 진주석(pearlite)을 1000 내지 1200℃로 소성하여 팽창시킨 것으로서, 가벼운 백색의 다공질체로 다수의 모세관 상을 갖는 다공성을 형성하고 있다. 펄라이트의 기공율은 약 48%이며 비표면적이 약 1.1005m2/g으로서 다공성에 기인한 단열 및 흡음효과가 우수하다. 특히, 펄라이트는 비중 0.15 내지 0.25로서 보드를 경량화할 수 있다. 펄라이트는 0.5~8㎜의 입자 크기를 가지면서 0.15~0.18㎏/100ℓ의 인장강도를 가지는 것이 바람직하다.
상기 세라믹층(10)은 펄라이트를 주성분으로 하고, 바인더 및 경화제가 더 포함된다. 일 예로 펄라이트 50 내지 90중량%, 바인더 5 내지 40중량%, 경화제 1 내지 10중량%이다.
바람직한 바인더는 액상규산소다이고, 특히 소듐 실리코 알루미네이트(sodium silico aluminate)이다. 소듐 실리코 알루미네이트는 Na2O·Al2O3·nSiO2 )이며, n≤4이다. 소듐 실리코 알루미네이트는 알루미나와 실리카가 가교결합된 형태이므로 내화학성이 향상되고 알칼리 용출을 억제한다. 이러한 바인더는 접착성이 우수하고 배합작업을 용이하게 한다. 또한, 값이 저렴하고 불연성이며 수용성이여서 사용이 편리하고 인체에 무해하고 화재 시에도 공해 물질이 전무하다.
그리고 경화제로 실리카겔 및 요소가 이용될 수 있다. 실리카겔(silica gel)은 비결정질의 규산의 일종으로, 소듐 실리코 알루미네이트 바인더와 함께 사용되는 것이 바람직하다. 그리고 요소(urea)는 화학식이 CO(NH2)2인 무색의 결정성 물질이다. 이러한 경화제는 적절한 경화시간을 갖도록 한다.
상기 세라믹층(10)은 유색을 발현시키기 위한 도료가 더 포함될 수 있다. 이 경우 세라믹층(10)의 조성은 펄라이트 50 내지 90중량%, 바인더 5 내지 40중량%, 경화제 1 내지 10중량%, 도료 1 내지 10중량%이다.
본 발명에서 도료는 알칼리 물질의 용출을 억제할 수 있는 것이 바람직하다. 펄라이트, 규산소다 물질 등을 함유하는 세라믹층은 경화 후 시간이 지남에 따라 Na, Ca등의 알칼리 물질이 표면으로 용출되어 표면에 하얗게 변하는 백화현상이 발생한다.
이러한 백화현상을 방지하기 위해 본 발명에서 도료는 아크릴 수지, 에틸렌다이아민테트라아세트산, 안료 및 충진재를 포함한다. 가령, 아크릴 수지 20 내지 40중량%, 에틸렌다이아민테트라아세트산 1 내지 5중량%, 안료 10 내지 16중량%, 충진재 48 내지 60중량%로 조성된다.
에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA)는 하기와 같은 화학식을 갖는 화합물로서, 대부분의 +1 , +2가 금속과 착물을 잘 형성한다.
Figure 112012010692195-pat00001
이러한 에틸렌다이아민테트라아세트산은 Na, Ca 등이 이온과 킬레이트(배위결합)반응을 하여 금속과 결합함으로써 알칼리 금속의 용출을 억제하여 백화현상을 방지할 수 있다.
안료로는 카본블랙, 산화철, 프탈로시아닌(Phthalocyanine) 등의 공지의 유,무기 안료가 적용될 수 있다. 그리고 충진재로 탈크, 카올린, 탈산칼슘 등이 이용될 수 있다.
보강기재(20)는 세라믹층(10)의 일면에 결합되어 세라믹층(20)의 강도를 보강한다. 세라믹층(10)은 상술한 바와 같이 펄라이트를 주성분으로 하므로 가볍고 다공성 구조를 가져 난연성, 흡음성, 단열성 등이 우수한 보드를 제조하기에 유리한 측면이 있으나, 강도가 낮고 충격에 약하다. 따라서 본 발명에서는 세라믹층(10)의 일면에 보강기재(20)를 덧대어서 보드(1)의 강도를 높이고 충격에 강하도록 구성한다.
보강기재(20)로 얇은 판상의 형태를 이용한다. 보강기재의 소재로 마그네슘, 알루미늄 등의 단일 또는 합금 금속, 목재, 수지 등이 적용될 수 있다. 바람직한 소재로 보드의 강도를 높이고 충격에 강하도록 함과 동시에 소음을 차단할 수 있는 차음재이다. 이러한 보강기재로 마그네슘 소재가 적합하다.
본 발명의 다른 실시 예로 세라믹층(10)의 표면에 도료층이 형성될 수 있다. 도료층은 세라믹층(10)의 유색을 발현시킴과 동시에 알칼리 물질의 용출을 억제하도록 하기 위함이다. 이러한 도료는 상술한 실시 예에 적용된 도료와 동일하다.
보강기재(20)가 결합된 부위를 제외한 나머지 세라믹층(10)의 표면에 도료를 도포하여 도료층을 형성한다.
본 발명의 또 다른 실시 예의 보드(5)를 도 2에 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, 세라믹층(10)의 저면에 판상의 보강기재(20)가 결합되고, 보강기재(20)와 마주하는 세라믹층(10)의 상면에 판상의 커버(30)가 결합된다. 커버(30)는 보강기재(20)와 동일한 소재로 형성될 수 있다.
커버(30)는 다수의 관통홀들이 형성되어 세라믹층(20)의 표면 일부를 외부로 노출시킬 수 있도록 한다. 이러한 커버(30)는 보드(5)의 강도를 더욱 증대시킴과 동시에 세라믹층(10)의 흡음, 단열, 흡습성 등의 장점을 그대로 이용할 수 있다. 한편, 도시된 바와 달리 커버(30)는 관통홀이 형성되지 않을 수 있다.
이하, 상술한 건축용 보드를 제조하기 위한 방법을 설명한다.
제조방법의 일 예로 펄라이트(perlite)와, 바인더로 소듐 실리코 알루미네이트(sodium silico aluminate)와, 경화제로 실리카겔 및 요소를 교반하여 배합물을 수득하는 교반단계와, 배합물을 형틀에 투입하여 성형하되 상기 형틀의 하부에 판상의 보강기재를 설치한 후 상기 배합물을 투입하는 성형하는 성형단계와, 형틀에서 분리하여 하부에 상기 보강기재가 결합된 성형체를 건조시키는 건조단계를 포함한다.
먼저, 교반단계를 위해 0.5~8㎜의 입자 크기를 가지면서 0.15~0.18㎏/100ℓ의 인장강도를 가지는 펄라이트를 준비하고, 그 외에 바인더와, 경화제를 더 준비한다.
준비된 재료들은 교반하여 골고루 반죽한다. 교반단계가 완료되면 보드의 모양 및 형태에 따라서 배합물을 형틀에 투입하여 성형한다. 성형은 진동 가압 성형기를 이용하여 가압성형하거나 유압프레스의 성형틀에 투입하여 성형할 수 있다. 이외에도 공지된 다양한 성형방식을 이용하여 배합물을 특정한 모양 및 형태로 성형할 수 있음은 물론이다.
바람직하게 교반단계에서 형틀에 배합물을 투입하기 전에 형틀 하부에 판상의 보강기재를 설치한다. 그리고 보강기재가 설치된 형틀에 배합물을 투입하여 성형한 다음 형틀을 분리하면 보강기재와 성형체가 남는다. 이때 성형체는 보강기재의 상부에 적층된 형태이다. 여기서 성형체는 건조되어 세라믹층이 된다.
다음으로, 보강기재가 결합된 성형체를 건조시키는 건조단계를 수행한다. 건조는 성형체에 열풍을 가하여 건조시킬 수 있다. 일 예로 60~90℃, 90~120℃ 및 120~150℃의 온도를 가지는 스팀찜통설비 및 200~250℃의 온도를 가지는 열풍건조설비가 마련된 연속건조로를 통과시켜 양생 건조시킨다.
연속건조로를 일정한 속도로 통과하는 컨베어 벨트에 상부에 성형체가 적층된 보강기재를 올려놓게 되면 컨베어벨트를 따라 이동한다. 성형체를 연속건조로를 통과하면서 스팀 및 열풍에 의해 양생건조된다. 이와 같이 성형체만을 컨베어벨트에 올려놓아 연속건조로를 통과시키는 것이 아니라 성형체를 보강기재에 올려놓은 상태에서 연속건조로를 통과시켜 건조시키므로 컨베어벨트에 의한 이송 시 성형체로 가해지는 컨베어벨트의 직접적인 진동을 차단하여 성형체의 변형을 효과적으로 방지할 수 있다.
건조가 완료된 성형체는 공기냉각장치에서 냉각시켜 건축용 보드를 제조한다.
(실시예)
2~6㎜ 입자 크기의 펄라이트 80중량%와, 소듐 실리코 알루미네이트 17중량%와, 실리카겔 2.8중량%와, 및 요소 0.2중량%의 비율로 배합한 후 유압 성형기의 형틀 하부에 마그네슘 소재의 보강기재(280×200×3mm)를 설치한 다음 형틀 내부에 교반된 배합물을 투입하여 보강기재 위에 적층된 직사각형(280×200×15mm)의 성형체를 성형하였다.
성형체가 적층된 보강기재를 컨베어 벨트 위에 올려놓아 스팀찜통설비 및 열풍건조 설비를 포함하는 연속건조로를 통과시켜 양생 및 건조시켰다. 스팀찜통설비에서는 60~90℃구간에서는 약 30분, 90~120℃구간에서는 약 20분 및 120~150℃구간에서는 약 10분간 양생을 실시하고, 열풍건조설비에서는 200~250℃의 열풍을 약20분 가하여 건조시켰다. 건조 후 성형체의 표면에 도료를 도포하여 건축용 보드를 제조하였다. 이때 도료는 아크릴 수지 30중량%와, 에틸렌다이아민테트라아세트산 3중량%와, 안료 13중량%와, 충진재 54중량%로 조성하였다.
<1. 불연 및 가스유해성 시험>
상기 실시 예의 건축용 보드에 대하여 한국건자재 시험연구원의 시험성적을 의뢰하였다. 불연성 시험(KS F ISO 1182:2004) 및 가스유해성 시험(KS F 2271:2006)에 대한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

항목		 결과 기준
1 2 3
가열로내의 최고온도와 최종평형온도의 차(K) 14.3 14.4 14.5 30이하
질량감소율(%)
 0.7 0.6 1.0 20을 초과하지 않을 것
가스유해성(쥐의 평균행동정지시간)(min:s) 14:58 14:59 - 9:00이상
상기 표 1의 결과를 살펴보면, 본 발명의 건축용 보드는 불연재료의 기준(국토해양부 고시 제 2009-866호)에 적합한 것으로 확인되었다.
<2. 백화현상 실험>
상기 실시 예의 건축용 보드에서 백화현상이 일어나는지를 살펴보기 위해 매일 동일한 양의 물을 보드의 표면에 분무한 후 건조시키는 과정을 반복하였다. 실험 시작 후 20일 후의 모습을 도 3에 나타내었다. 그리고 실시예와 비교하기 위해 실시예에 기재된 성형체의 표면에 통상적인 도료(KCC숲으로, 금강고려화학, 한국)를 도포한 건축용 보드를 동일한 조건으로 실험한 결과를 도 4에 나타내었다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시 예의 건축용 보드에서는 백화현상이 전혀 발생되지 않았다. 이에 반해 통상적인 도료를 도포한 건축용 보드는 약 10일째부터 백화현상이 발생하기 시작하였고, 20일 후에는 사진과 같이 눈에 띄게 백화현상이 나타났다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 세라믹층 20:보강기재
30: 커버

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 2~6mm 크기의 펄라이트(perlite) 80중량%, 바인더로서 소듐 실리코 알루미네이트(sodium silico aluminate) 17중량%, 경화제로서 실리카겔 2.8중량% 및 요소 0.2중량%로 교반된 배합물을 성형하여 형성시킨 세라믹층과;
    상기 세라믹층의 일면에 결합되어 상기 세라믹층의 강도를 보강하는 마그네슘 소재의 보강기재와;
    상기 세라믹층에서 용출되는 알칼리 물질로 인한 표면 백화현상을 방지하기 위해 상기 세라믹층 표면에 도료를 도포하여 형성한 도료층;이 구비되며,
    상기 도료는 아크릴 수지 20 내지 40중량%, 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid) 1 내지 5중량%, 안료 10 내지 16중량%, 충진재 48 내지 60중량%로 조성된 것을 특징으로 하는 경량 다공성 건축용 보드.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 보강기재와 마주하여 상기 세라믹층의 타면에 결합되며 상기 세라믹층의 표면을 노출시킬 수 있도록 다수의 관통홀들이 형성된 커버;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 경량 다공성 건축용 보드.
  7. 삭제
  8. 2~6mm 크기의 펄라이트(perlite) 80중량%, 바인더로서 소듐 실리코 알루미네이트(sodium silico aluminate) 17중량%, 경화제로서 실리카겔 2.8중량% 및 요소 0.2중량%의 비율로 교반하여 배합물을 수득하는 교반단계와;
    상기 배합물을 형틀에 투입하여 성형하되 상기 형틀의 하부에 마그네슘 소재인 판상의 보강기재를 설치한 후 상기 배합물을 투입하여 성형하는 성형단계와;
    상기 형틀에서 분리하여 하부에 상기 보강기재가 결합된 성형체를 건조시키는 건조단계;를 포함하고,
    상기 건조단계 완료 후 상기 성형체에서 용출되는 알칼리 물질로 인한 표면 백화현상을 방지하기 위해 상기 성형체의 표면에 도료를 도포하여 도료층을 형성하는 도포단계;를 더 포함하며,
    상기 도료는 아크릴 수지 20 내지 40중량%, 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid) 1 내지 5중량%, 안료 10 내지 16중량%, 충진재 48 내지 60중량%로 조성된 것을 특징으로 하는 경량 다공성 건축용 보드의 제조방법.
  9. 삭제
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