KR101614055B1 - 나노 실리케이트 분말을 포함하는 무기 단열재용 무기 경화제 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 실리케이트 분말 및 이를 포함하는 무기 경화제 조성물과 이를 이용한 무기 단열재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단열재로 원료로 사용되는 퍼라이트, 흑요석, 진주암, 송지암, 경석, 질석 및 혈암 등(이하, '퍼라이트 등'이라 함)과 같은 무기 화합물을 성형하기 위한 무기 경화제 조성물용 나노 실리케이트 분말, 이를 포함하는 무기 경화제 조성물, 그리고 이를 이용한 무기 단열재의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 나노 실리케이트 분말 및 이를 포함하는 무기 경화제 조성물과 이를 이용한 무기 단열재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단열재로 원료로 사용되는 퍼라이트, 흑요석, 진주암, 송지암, 경석, 질석 및 혈암 등(이하, '퍼라이트 등'이라 함)과 같은 무기 화합물을 성형하기 위한 무기 경화제 조성물용 나노 실리케이트 분말, 이를 포함하는 무기 경화제 조성물, 그리고 이를 이용한 무기 단열재의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 단열재의 원료로 사용되는 퍼라이트(Pearlite), 흑요석, 진주암, 송지암, 경석, 질석 및 혈암으로 (이하, 퍼라이트 등이라 함) 같은 무기 화합물을 성형하기 위해서 바인더로서 경화제를 사용하여야만 한다 . 기존의 사용하는 바인더는 폴리비닐아세테이트, 스티렌-부타딘엔 고무, 폴리졸, 벤토나이트, 물유리 등의 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 사용하여 퍼라이트 등과 같은 무기재료들을 이용하여 성형품을 제조하였는데 퍼라이트 등 100 중량부 기준으로 30 ~ 90 중량부를 사용한다.
이는 원료 무게 대비 바인더 사용량이 많고, 유기 바인더를 많이 사용할 경우 화재시 유기 단열재와 같이 많은 유해 가스를 발생시키는 단점이 있고 물유리만을 사용할 경우 바인더 효과가 떨어져서 성형품을 제조한 것이 매우 어렵다.
한편, 기존의 건축 폐기물을 사용하여 성형품을 제조하는 방법은 국내를 비롯한 일본 등의 외국에 많은 공법이나 공정이 소개되어 있으나 모든 공정을 살펴보아도 180 ~ 200℃ 이상의 고온에서 성형하는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단열재로 원료로 사용되는 퍼라이트 등과 같은 무기 화합물을 성형하기 위한 무기 경화제 조성물용 나노 실리케이트 분말, 이를 포함하는 무기 경화제 조성물, 그리고 이를 바인더로서 이용한 무기 단열재의 제조방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 퍼라이트 등과 같은 무기 단열재의 성형 혹은 시멘트와 혼합을 통한 분무 형식의 무기 단열재를 제조할 경우 접착력이 뛰어난 무기 경화제 조성물을 제공하는 것을 발명의 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 무기 단열재를 비롯한 퍼라이트 등의 성형품을 제조하는데 바인더로서 유용하게 사용될 수 있는 무기 경화제 조성물을 제공하고 유해 가스를 발생시키는 종래와는 달리 2차 공해 유출이 없는 친환경 무기 단열재 등의 성형품 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 무기 단열재를 비롯한 퍼라이트 등의 성형품을 제조함에 있어서 고온에서 성형하는 종래와는 달리 실온에서 성형할 수 있게 함으로써 고온에서 성형할 때 필요한 전기 사용을 하지 않고, 고온 성형 과정에서 발생하는 이산화탄소의 배출을 억제함으로 친환경적이며 경제적인 무기 단열재 등의 성형품 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 원료 무게 대비 바인더 사용량이 많은 종래와는 달리 바인더로서 무기 경화제 조성물이 사용량이 적어 경량화할 수 있는 무기 단열재 등의 성형품 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 여러 가지 성형을 통하여 소비자가 원하는 제품을 다양하게 제조할 수 있는 무기 단열재 등의 성형품 및 그 제조방법을 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결하고자 하는 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기와 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 나노 실리케이트 분말은 탄소수 1 내지 4인 저급 알코올 95 중량% 이상 및 잔량의 물로 이루어지는 용매 내에서 테트라에틸 오르소 실리케이트를 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 중성 계면활성제 하에서 산성 용액으로 가수분해한 다음, 알칼리 용액을 적가한 후 여과하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 나노 실리케이트 분말은 상기 테트라에틸 오르소 실리케이트 100 중량부에 상기 중성 계면활성제 1 ~ 3 중량부, 상기 산성 용액으로서 염산 3 ~ 5 중량부 및 인산 3 ~ 5 중량부를 첨가하여 실온 내지 60℃에서 가수분해한 다음, 상기 알칼리 용액으로서 수산화나트륨 용액이나 수산화칼륨 용액을 적가한 후 여과하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 나노 실리케이트 분말을 포함하는 무기 경화제 조성물은 상기 본 발명에 따른 나노 실리케이트 분말, 염화나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 염화암모늄 및 염화코발트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 나노 실리케이트 분말을 포함하는 무기 경화제 조성물은 나노 실리케이트 분말 30 ~ 40 중량부, 염화나트륨 25∼30 중량부, 황산나트륨 20 ~ 25 중량부, 탄산나트륨 8 ~ 10 중량부, 탄산칼슘 5 ~ 8 중량부, 염화암모늄 1 ~ 2 중량부 및 염화코발트 1 ~ 2 중량부인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 무기 단열재의 제조방법은 상기 본 발명에 따른 무기 경화제 조성물을 이용하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 의하면, 단열재로 원료로 사용되는 퍼라이트 등과 같은 무기 화합물을 성형하기 위한 무기 경화제 조성물용 나노 실리케이트 분말, 이를 포함하는 무기 경화제 조성물, 그리고 이를 바인더로서 이용한 무기 단열재의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 퍼라이트 등과 같은 무기 단열재의 성형 혹은 시멘트와 혼합을 통한 분무 형식의 무기 단열재를 제조할 경우 접착력이 뛰어난 무기 경화제 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 무기 단열재를 비롯한 퍼라이트 등의 성형품을 제조하는데 바인더로서 유용하게 사용될 수 있는 무기 경화제 조성물을 제공하고 유해 가스를 발생시키는 종래와는 달리 2차 공해 유출이 없는 친환경 무기 단열재 등의 성형품 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 무기 단열재를 비롯한 퍼라이트 등의 성형품을 제조함에 있어서 고온에서 성형하는 종래와는 달리 실온에서 성형할 수 있게 함으로써 고온에서 성형할 때 필요한 전기 사용을 하지 않고, 고온 성형 과정에서 발생하는 이산화탄소의 배출을 억제함으로 친환경적이며 경제적인 무기 단열재 등의 성형품 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 원료 무게 대비 바인더 사용량이 많은 종래와는 달리 바인더로서 무기 경화제 조성물이 사용량이 적어 경량화할 수 있는 무기 단열재 등의 성형품 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 여러 가지 성형을 통하여 소비자가 원하는 제품을 다양하게 제조할 수 있는 무기 단열재 등의 성형품 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하여 달성되는 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
이하, 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 본 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 부호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명은 무기단열재 제조시에 고형화 재료로 사용하는 시멘트의 양을 줄이고 단열재 성형체가 부서지는 현상을 방지하기 위하여 첨가하는 무기 경화제 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무기 경화제 조성물용 나노 실리케이트(SiO2) 분말 및 그 제조방법과, 무기 단열재 생산시에 시멘트와 이들을 고형화시켜주는 바인더로서 상기 나노 실리케이트 분말을 포함하는 무기 경화 조성물 및 그 제조방법을 제공하고, 이 바인더로서 무기 경화제 조성물과 시멘트, 퍼라이트 등과 인장강도 및 균열방지를 위한 섬유 그리고 물을 적당한 비율로 혼합하여 성형틀에 넣고 성형하여 단열재을 비롯한 퍼라이트 성형품을 제조하는 공법에 관한 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 상기 나노 실리케이트 분말은 탄소수 1 내지 4인 저급 알코올 95 중량% 이상 및 잔량의 물로 이루어지는 용매 내에서 테트라에틸 오르소 실리케이트(Tetra ethyl ortho silicate)를 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 중성 계면활성제 하에서 산성 용액으로 가수분해한 다음, 알칼리 용액을 천천히 적가한 후 여과하여 제조할 수 있다.
보다 구체적으로는 본 발명에 따른 상기 나노 실리케이트 분말은 상기 테트라에틸 오르소 실리케이트 100 중량부에 상기 중성 계면활성제 1 ~ 3 중량부, 상기 산성 용액으로서 염산 3 ~ 5 중량부 및 인산 3 ~ 5 중량부를 첨가하여 실온 내지 60℃에서 가수분해한 다음, 상기 알칼리 용액으로서 수산화나트륨 용액이나 수산화칼륨 용액을 적가하여 pH를 중성으로 한 후 여과하여 제조할 수 있다. 이와 관련된 반응은 [반응식 1]과 같다.
[반응식 1]
테트라에틸 오르소 실리케이트 화합물을 알칼리로 가수분해하는 경우 경화 후 강도가 저하되는 현상이 발생할 수 있어, 본 발명에서는 알칼리가 아닌 산성 조건하에서 가수분해하여 나노 실리카 용액를 제조하고 여기에 수산화나트륨(NaOH) 용액이나 수산화칼륨(KOH) 용액을 적가하여 pH를 중성으로 한 후 여과하여 나노 실리케이트 분말을 제조하는 것으로 구성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 나노 실리케이트 분말을 포함하는 무기 경화제 조성물은 상기와 같이 제조된 본 발명에 따른 나노 실리케이트 분말을 염화나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 염화암모늄 및 염화코발트와 혼합하여 구성할 수 있다.
보다 구체적으로는, 본 발명에 따른 나노 실리케이트 분말을 포함하는 무기 경화제 조성물은 나노 실리케이트 분말 30 ~ 40 중량부, 염화나트륨 25∼30 중량부, 황산나트륨 20 ~ 25 중량부, 탄산나트륨 8 ~ 10 중량부, 탄산칼슘 5 ~ 8 중량부, 염화암모늄 1 ~ 2 중량부 및 염화코발트 1 ~ 2 중량부로 구성할 수 있다.
본 발명의 무기 경화제 조성물은 고체와 수용성 액체로 만들 수 있으며 성형품을 제조하는 공장이 가까울 경우에는 액상으로 제조하는 것이 편리하며 운반이 요구되는 곳이나 수출시에는 고체 타입이 유리하다. 본 발명에서는 고체 타입의 무기 경화제 조성물 및 그 제조 방법을 제공하며 액체 타입은 고체를 물에 녹여주므로 용이하게 제조할 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 본 발명에 따른 무기 단열재의 제조방법은 상기 본 발명에 따른 무기 경화제 조성물을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적은 퍼라이트 등을 이용한 무기 단열재의 제조시에 사용하는 시멘트의 사용량을 줄여 단열재의 무게를 가볍게 함으로 단열효과를 극대화시키는데 있다.
이에 시멘트의 사용상의 문제점을 면밀히 검토하고 무기 단열재를 비롯한 퍼라이트 등의 성형품 제조시에 각각의 구성 성분을 강하게 결합시켜 줌으로써 보다 가볍고 강한 성형체를 제조할 수 있다.
일례로, 본 발명에 따른 무기 경화제 조성물을 이용한 무기 단열재의 제조방법으로서, 상기 무기 경화제 조성물과 퍼라이트, 시멘트, 물 및 섬유의 총 중량을 1.0kg 으로 한다. 퍼라이트는 총 중량으로 40% 사용하여 단열재를 제조하였다. 시멘트 양은 중량으로 30%인 300g를 넣고 잘 섞어 준 다음 시멘트의 무게의 6g을 무기 경화제 조성물을 물 300g에 녹인 후 골고루 뿌려주면서 잘 섞어주면서 발포제를 4.0g을 첨가하면서 잘 섞어준 다음 성형틀에 넣고 성형하여 그늘에서 말려서 무기 단열재로서 퍼라이트 성형품을 제조한다.
이하, 이와 같은 본 발명에 따른 나노 실리케이트 분말 및 이를 포함하는 무기 경화제 조성물과 이를 이용한 무기 단열재의 제조방법을 실시예 및 시험예를 통하여 보다 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 이로 인하여 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
나노 실리케이트 분말의 제조
테트라에틸 오르소 실리케이트 100g을 이소프로필 알코올 200g 및 물 5g의 혼합 용매에 넣고 실온에서 교반하면서 트리톤 X-100(시그마사) 1.0g을 넣고 인산 3.0g과 염산 3.0g을 첨가하여 30분간 50℃에서 가수분해 반응시킨 후 중량으로 10% 수산화나트륨(NaOH)을 pH를 7.0에서 7.5로 맞춘 후 실온에서 10분간 방치한 후 여과하여 흰색 결정의 나노 실리케이트 분말 28.0g(수율 97.2%)을 제조하였다.
나노 실리케이트 분말을 함유하는 무기 경화제 조성물의 제조
아래와 같은 구성 성분 및 구성비로 혼합하여 실시예 1의 나노 실리케이트 분말을 함유하는 무기 경화제 조성물을 제조하였다.
- 실시예 1의 나노 실리케이트(SiO2) 분말 : 30 중량부
- 염화나트륨 : 25 중량부
- 황산나트륨 : 20 중량부
- 탄산나트륨 : 8 중량부
- 탄산칼슘 : 5 중량부
- 염화암모늄 : 1 중량부
- 염화코발트 : 1 중량부
무기 단열재의 제조
실시예 2의 무기 경화제 조성물을 이용하여 아래 [표 1]과 같은 구성 성분 및 구성비로 혼합하여 퍼라이트 무기 단열재 성형품을 제조하였다. 바인더로서 실시예 2의 무기 경화제 조성물은 시멘트의 2%인 6.0g 을 물에 녹여 넣었다. 한편, 성형 형태를 보기 위하여 섬유는 첨가하지 않았다.
| 퍼라이트 (g) |
시멘트 (g) |
물 (g) |
무기경화제 조성물(g) | 발포제 (g) |
|
| 실시예 3 | 400 | 300 | 300 | 6 | 8 |
[비교예 1 내지 2]
실시예 2의 무기 경화제 조성물을 사용하지 않고 아래 [표 2]와 같은 구성 성분 및 구성비로 혼합하여 퍼라이트 무기 단열재 성형품을 제조하였다. 마찬가지로 성형 형태를 보기 위하여 섬유는 첨가하지 않았다.
| 퍼라이트 (g) |
시멘트 (g) |
물 (g) |
무기경화제 조성물(g) | 발포제 (g) |
|
| 비교예 1 | 300 | 400 | 300 | 0 | 8 |
| 비교예 2 | 300 | 300 | 300 | 0 | 8 |
[시험예 1]
실시예 3 및 비교예 1 내지 2에 따라 얻어진 퍼라이트 무기 단열재 성형품의 형상을 관찰하고 그 부피를 측정하였으며 그 결과를 아래 [표 3]에 정리하여 나타내었다.
| 부피(cm3) | 형상 | |
| 비교예 1 | 1,115 | 모양 유지 |
| 비교예 2 | - | 부서짐 |
| 실시예 3 | 1,404 | 모양 유지 |
시험결과 비교예 1 및 실시예 3은 퍼라이트 무기 단열재 성형품의 취급시 성형품이 부셔지는 현상이 없으나 비교예 2의 경우 성형품이 부서지는 현상이 발생하였다. 시험결과 비교예 1 및 실시예 3의 성형품의 부피를 비교할 때 나노 실리케이트를 포함하는 무기 경화제 조성물을 사용한 실시예 3이 그렇지 않은 비교예 1의 경우보다 그 부피가 25 % 이상 증가하였다. 이는 단위 면적당 무게가 나노 실리케이트를 포함하는 무기 경화제 조성물을 사용한 퍼라이트 무기 단열재 성형품이 더욱 경량임을 증명한다.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Claims (5)
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- 무기 단열재용 무기 경화제 조성물에 있어서,
나노 실리케이트 분말, 염화나트륨, 황산나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 염화암모늄 및 염화코발트로 이루어지되, 나노 실리케이트 분말 30 ~ 40 중량부, 염화나트륨 25∼30 중량부, 황산나트륨 20 ~ 25 중량부, 탄산나트륨 8 ~ 10 중량부, 탄산칼슘 5 ~ 8 중량부, 염화암모늄 1 ~ 2 중량부 및 염화코발트 1 ~ 2 중량부이며,
상기 나노 실리케이트 분말은, 탄소수 1 내지 4인 저급 알코올 95 중량% 이상 및 잔량의 물로 이루어지는 용매 내에서 테트라에틸 오르소 실리케이트를 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 중성 계면활성제 하에서 산성 용액으로 가수분해한 다음, 알칼리 용액을 적가한 후 여과하여 제조되어지되, 상기 테트라에틸 오르소 실리케이트 100 중량부에 상기 중성 계면활성제 1 ~ 3 중량부, 상기 산성 용액으로서 염산 3 ~ 5 중량부 및 인산 3 ~ 5 중량부를 첨가하여 실온 내지 60℃에서 가수분해한 다음, 상기 알칼리 용액으로서 수산화나트륨 용액이나 수산화칼륨 용액을 적가한 후 여과하여 제조되는 것을 특징으로 하는 나노 실리케이트 분말을 포함하는 무기 단열재용 무기 경화제 조성물. - 삭제
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2014
- 2014-08-13 KR KR1020140105396A patent/KR101614055B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
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