KR101635984B1 - 건축용 보드 제조용 무기질 바인더 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

건축용 보드 제조용 무기질 바인더 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건축용 보드 제조용 무기질 바인더 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 불연성이며 내수성이 우수하고, 접착강도가 우수하여, 불연성으로 화제에 안전하고 강도가 우수하며 습기에 강한 건축용 보드를 제조할 수 있는 건축용 보드 제조용 무기질 바인더 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 바인더 총량에 대하여 규산 50~80중량부, 소석회 또는 칼슘수용액 5~15중량부, 붕산 수용액 또는 인산수용액 4~15중량부, 분말상의 실리카 3~15중량부 및 액상의 실리카졸 5~25중량부를 포함하여 이루어지는 건축용 보드 제조용 무기질 바인더 및 이의 제조방법이 개시된다.

Description

건축용 보드 제조용 무기질 바인더 조성물 및 이의 제조방법{Inorganic binder compositions and method of manufacturing it}
본 발명은 건축용 보드 제조용 무기질 바인더 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 불연성이며 내수성이 우수하고, 접착강도가 우수하여, 불연성으로 화제에 안전하고 강도가 우수하며 습기에 강한 건축용 보드를 제조할 수 있는 건축용 보드 제조용 무기질 바인더 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 안전에 대한 사람들의 관심이 증대하여 화재에 안전한 불연성 자재의 중요성이 강조되고 있다. 그리고, 건강에 대한 관심도 함께 증대하여 건강에 좋은 자재에 관한 관심 역시 증가하고 있다.
이러한 관심으로 최근에 건축자재 또는 가구 등의 생활용품의 자재로 사용할 수 있는 불연성, 기능성 광물질 자재가 많이 개발되고 있다. 이러한 광물질 자재 중 대표적인 것이 팽창질석(버미큘라이트) 또는 팽창진주암(펄라이트)이다. 이들 광물질은 분상 또는 입상의 광물질로 접착제 역할을 하는 바인더와 함께 배합하여 판재로 성형하여 보드로 제조하게 된다.
팽창질석(버미큘라이트) 또는 팽창진주암(펄라이트) 등을 원재료로 사용하여 보드를 제조하는 방법에 관한 기술로는, 대한민국공개특허공보 제10-2001-0102690호 질석 소성품 및 이를 이용한 질석판넬에서는 소성된 질석과 우레탄계 바인더를 혼합하여 질석판넬을 제조하는 방법을 기재하고 있고, 대한민국등록실용신안공보 제20-0326283호의 질석을 이용한 건축 내장재 구조에서는 팽창질석과, 붕산, 불연성규산소다용액, 물로 일어진 접착제를 혼합하여 질석판넬을 제조하는 방법을 기재하고 있고, 대한민국공개특허공보 제10-2005-0111300호의 질석보드 및 그의 제조방법에서는 질석과 실리카, 알루미나 바인더와 혼합하고 소성하여 질석보드를 제조하는 방법을 기재하고 있고, 대한민국공개특허공보 제10-2006-0092175호 건축용 내장재 제조방법에서는 발포질석과 아스베스트, 로진파우더, 글리세린, 규산나트륨, 산화아연을 혼합하고 압축성형하여 내장재를 제조하는 방법을 기재하고 있다.
그러나, 상기한 발명들은 모두 보드 제조에 있어서, 우레탄계 바인더와 같은 유기질 바인더를 사용하여 화재시에 불에 잘 탈수 있고, 유독가스를 방출하는 문제점을 안고 있다. 또한, 불연성인 무기질 바인더를 사용하는 것은 습기에 취약하고 강도가 취약하며, 바인더의 주요성분인 규산나트륨의 영향으로 표면에 분말이 형성되는 백화현상이 발생하여 건축자재나 가구용 자재로 실용화되지 못하고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명에서는 내수성이 우수하고, 접착강도가 매우 우수하며, 다공질의 팽창질석(버미큘라이트) 또는 팽창진주암(펄라이트) 및 운모 등의 무기질 재료를 혼합하여 강도가 우수하고 습기에 아주 강한 건축용 자재 또는 가구용 자재를 제공할 수 있는 건축용 보드 제조용 무기질 바인더를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
상기한 과제를 해결한 본 발명의 건축용 보드 제조용 무기질 바인더는 바인더 총량에 대하여 규산 50~80중량부, 소석회 또는 칼슘수용액 5~15중량부, 물 100중량부에 대하여 붕산 또는 인산 2~10중량부를 희석하여 된 붕산 수용액 또는 인산수용액 4~15중량부, 분말상의 실리카 3~15중량부 및 액상의 실리카졸 5~25중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 본 발명에서는
(a) 규산과 소석회수용액 또는 칼슘수용액을 일정 중량비로 배합기에 넣고 30~40분간 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계;와
(b) 75~85의 온도로 가열한 물에 붕산을 투입하여 희석시킨 산수용액을 준비하고, 상기 산수용액을 상기 (a)단계에서 준비된 혼합물에 투입하여 2~3시간동안 혼합하는 단계;와
(c) 상기 (b)단계에서 준비된 혼합물에 분말상의 실리카와 액상의 실리카를 투입하고 30~60분간 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건축용 보드 제조용 무기질 바인더의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 (a)단계의 원재료는 상기 무기질 바인더의 총량에 대하여 규산 50~80중량부, 소석회 또는 칼슘수용액 5~15중량부를 포함하도록 혼합하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (b) 단계의 산수용액은 물 100중량부에 대하여 붕산 또는 인산을 2~10중량부를 희석하여된 붕산수용액 또는 인산수용액이며, 상기 무기질 바인더 총량에 대하여 산수용액 4~15중량부 포함되도록 투입하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (c)단계의 분말상의 실리카와 액상의 실리카졸은 상기 무기질 바인더 총량에 대하여 분말상의 실리카 3~15중량부 및 액상의 실리카졸 5~25중량부를 포함하도록 투입하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제공되는 무기질 바인더는 내수성이 우수하고, 접착강도가 매우 우수하여 다공질의 팽창질석(버미큘라이트) 또는 팽창진주암(펄라이트) 및 운모 등의 무기질 재료를 혼합하여 보드를 제조할 경우, 그 제조된 보드의 강도가 우수하고 습기에 아주 강한 건축용 자재 또는 가구용 자재를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서 제공되는 무기질 바인더는 건축용 자재 또는 가구용 자재 뿐만 아니라 각종 불연도료, 불연접착제 등의 원료로 사용되어질 수 있다.
도 1 은 본 발명의 무기질 바인더의 일제조공정을 도시한 블럭도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 건축용 자재 또는 가구용 자재를 제조함에 사용되는 무기질 바인더에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 건축용 보드 제조용 무기질 바인더는 바인더 총량에 대하여 규산 50~80중량부, 소석회 또는 칼슘수용액 5~15중량부, 붕산 수용액 또는 인산수용액 4~15중량부, 분말상의 실리카 3~15중량부 및 액상의 실리카졸 5~25중량부를 포함하여 이루어진다.
상기 붕산수용액 또는 인산수용액은 물 100중량부에 대하여 붕산 또는 인산 2~10중량부를 희석하여 된 희석액을 사용하며, 상기 희석액은 75~85℃의 온도범위로 가열한 물에 붕산 또는 인산을 투입하여 혼합시킨 것을 사용한다.
바람직하게 본 발명을 구성하는 상기 물은 정제수 또는 증류수를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 상기 무기질 바인더의 제조방법을 설명하면,
우선, 규산과 소석회수용액 또는 칼슘수용액을 일정 중량비로 배합기에 넣고 30~40분간 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계(S10);와
다음으로, 75~85℃의 온도로 가열한 물에 붕산을 투입하여 희석시킨 산수용액을 준비하고, 상기 산수용액을 상기 (a)단계에서 준비된 혼합물에 투입하여 2~3시간동안 혼합하는 단계(S20);와
상기 (S20)단계에서 준비된 혼합물에 분말상의 실리카와 액상의 실리카를 투입하고 30~60분간 혼합하는 단계(S30, S40)를 포함하여 이루어진다.
바람직하게, 상기 (S10)단계는 최종산물은 상기 무기질 바인더의 총량에 대하여 규산 50~80중량부, 소석회 또는 칼슘수용액 5~15중량부를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
만일, 상기 규산은 규소와 산소 및 수소가 혼합된 화합물의 일반적인 명칭이며 화학식은 [SiOx(OH)4-2X]n으로 표기된다. 규산은 흔히 오르쏘규산(H4SiO4)를 지칭하며, 메타규산(H2SiO), 메소이규산(H2Si3O8), 메소삼규산(H6Si4O1), 메소사규산(H4Si3O8)을 포함해서 지칭하기도 한다. 이들은 단독으로 존재하지 않으며, 혼합체로 이루어지는 일이 많다. 상기 소석회수용액 또는 칼슘수용액은 알칼리 성분으로, 상기 소석회는 경화재, 벽재료로 사용되며 알칼리성이다.
만일, 상기 규산이 그 포함범위를 벗어날 경우, 50중량부 미만이면 바인더의 점성이 떨어져 패널의 강도가 약해질 수 있고, 80중량부를 초과할 경우에는 점성이 높아져 패널의 강도가 높아질 수는 있으나 내수성이 약해져 물에 쉽게 풀어질 수 있고 산성분과 반응하여 결정체를 이루거나 바인더가 점성이 높아져 원료가 고루 섞이지 않아 부분적으로 강도의 편차가 생겨 제품의 품질이 균일하게 생산되지 않는 문제가 있다.
또한, 상기 소석회수용액 또는 칼슘수용액은 그 포함범위를 벗어날 경우, 5중량부 미만일 경우에는 패널의 강도에 미치는 영향이 미비하여 탁월한 강도향상을 기대할 수 없고, 15중량부를 초과하여 포함될 경우에는 산과 반응하여 결정체를 이루거나 바인더가 점성이 높아져 원료가 고루 섞이지 않아 부분적으로 강도의 편차가 생겨 제품의 품질이 균일하게 생산되지 않는 문제가 있다.
상기 (S20)단계의 산수용액은 물 100중량부에 대하여 붕산 또는 인산을 2~10중량부를 희석하여 된 희석액을 사용하며, 상기 산수용액은 바람직하게 상기 무기질 바인더 총량에 대하여 산수용액 4~15중량부를 포함하도록 투입하는 것이 좋다. 만일, 상기 산수용액이 그 투입량이 4중량부 미만일 경우에는 바인더를 사용하여 생산되는 패널의 내수성이 약해져 물에 풀어지거나 백화현상이 발생할 수 있고, 15중량부를 초과하여 포함될 경우에는 알칼리성분과 반응하여 결정체를 이루어 바인더가 원료와 혼합이 어렵고 점성이 강해져서 바인더가 원료와 혼합되어 성형기에서 성형되기 이전에 굳어 버리는 현상이 일어나는 문제가 있다.
바람직하게 상기 산수용액을 투입후 혼합하는 시간은 2~3시간 동안 이루어지며, 이는 산수용액의 투입과정에서 알칼리성과 산성이 섞이면서 침전물이 생성되게 되며, 이 생성되는 침전물이 완전히 용해될 때까지 혼합하여 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 그 혼합시간은 2시간 이상 혼합하여야 침전물이 완전히 용해됨을 알 수 있었다.
본 발명에 사용되는 상기 산수용액을 구성하는 붕산 또는 인산은 대략 75~85℃의 온수에 완전히 용해되며, 도자기 유약, 법랑재료로 사용된다. 본 발명을 구성하는 상기 소석회수용액 또는 칼슘수용액은 알칼리성이기 때문에 산수용액보다 먼저 혼합을 해야 하는 것이다.
상기 (S20)단계까지 준비된 혼합물은 상온에서 잘 굳지 않으며, 완전한 바인더의 성질을 갖추고 있지 않기 때문에, 상기 준비된 혼합물에 무기질 바인더 총량에 대하여 분말상의 실리카3~15중량부 및 액상의 실리카졸 5~25중량부 포함하도록 투입하고 30~60분간 혼합한다.(S30, S40)
이때, 사용되는 상기 분말상의 실리카는 경량단열재, 타일재료로 사용되는 것으로, 바람직하게 상기 실리카는 2~30㎛의 평균입자분포를 가지는 것을 사용하는 것이 좋다. 그 이유는 상기 범위를 벗어날 경우에는 조성된 바인더에 고르게 혼합되지 않아 뭉침현상이 발생할 수 있고, 액상에 잘 융해되지 않는 문제가 있다. 또한, 상기 액상의 실리카는 그 혼합량이 임계치를 벗어날 경우에는 바인더의 점성을 유지할 수 없는 단점이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 개시되는 본 발명의 무기질 바인더의 제조공정은 배합기의 온도를 일정수준 계속하여 유지하면서 혼합하는 것이 좋다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명하기로 한다. 단, 하기에 기술되는 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 바람직한 예시로 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1~3]
규산 600㎏를 배합기에 넣고, 소석회수용액 또는 칼슘수용액 75㎏을 투입하여 30분간 혼합한다. 여기에 80℃의 온도로 가열된 온수에 붕산 또는 인산을 희석한 65㎏의 산수용액을 준비하고, 상기 산수용액을 상기 규산, 소석회수용액 또는 칼슘수용액의 혼합물에 투입하여 알칼리성분과 산성분이 섞이면서 생성되는 침전물이 완전히 용해될 때까지 2시간 30분간 혼합한 혼합물을 형성하고, 다음으로, 상기 혼합물에 분말상의 실리카 60㎏, 액상의 실리카 95㎏을 투입하여 30~60분간 혼합하여 무기질 바인더를 제조하였다.
상기 제조된 무기질 바인더를 사용하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 조성물을 준비하고, 가로×세로×높이=300mm×600mm×15mm의 건축용 보드를 제조한 다음, 상기 보드의 물성을 측정하여 보았으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
구 분 버비큘라이트
(㎏)		 펄라이트
(㎏)		 운모
(㎏)		 무기질 바인더
(㎏)
실시예 1 20 60 3.2 50
실시예 2 60 20 0.8 42
실시예 3 80 - - 42
항 목 실시예 1 실시예 2 실시예 3
표면균열강도 ◎ ◎ ◎
내수성 ◎ ◎ ◎
굽힘강도(kgf/㎠) 186 184 170
압축강도(kgf/㎠) 235 250 225
불연성시험 질량감소 18.6 17.9 18.5
최고-평형온도차(℃ 1.1 1.0 1.2
* 표면균열강도 시험
실시예로부터 준비된 보드를 지름 2㎜의 구상으로 제립하고 드라이오븐(dry oven)속에 삽입한 후, 강제적으로 열풍(90℃)을 가하여 순간건조에 따른 표면의 균열정도를 하기와 같이 조사하여 각각의 무기 바인더에 대한 표면강도를 측정하였다.
◎ : 균열이 전혀 없음
○ : 균열이 미세하게 있음
△: 균열이 있음
×: 균열상태가 심함
* 내수성 시험
실시예로부터 준비된 보드를 가로 150 세로 80로 제편하여 시편을 준비하고, 그 시편을 물이 채워진 용기에 넣고 24시간 침전시킨 다음 분해상태를 조사하여 각각의 무기 바인더에 대한 내수성을 측정하였다.
◎ : 물에 분해되지 않음
○ : 물에 약간 분해됨
△ : 물에 분해됨
× : 물에 완전히 분해됨
* 굽힘강도 시험
실시예로부터 준비된 시편을 UTM(모델:DTU-6207)장치를 이용하여 3등분점 제하법으로 평균변형속도를 약 5㎜/min으로 하여 하중을 가한 다음, 시험기가 나타내는 최대하중을 측정하고 하기 수학식 1에 의거 무기물 바인더에 대한 굽힘강도를 나타내었다.
(수학식 1)
굽힘강도(kgf/㎠)=(3/2)×(L/bt2)
(P:최대하중(N), L:시편의 길이(㎝), b: 시편의 나비(㎝), t: 시편의 두께(㎝))
* 압축강도 시험
실시예로부터 준비된 시편을 28일간 양생 후 압축강도를 만능재료 시험기(UTM)로 측정하였다.
* 불연성 시험
KSF ISO 1182:2004에 의거 불연성 시험을 하였음.
- 질량감소: 판정 30% 이하
- 최고-평형온도차: 판정 20% 이하
위 표 2의 시험결과로 보아, 본 발명에서 제공되는 무기질 바인더를 사용하여 제조된 건축용 보드는 그 물성이 매우 우수함을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 무기질 바인더를 사용할 경우 보드의 물리적 강도가 향상되고, 내수성 또한 우수해짐을 알 수 있고, 불연성 또한 우수함을 알 수 있다.
이상에 설명되는 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 바람직한 예시로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 변형가능한 것이다.

Claims (6)

  1. 바인더 총량에 대하여 규산 50~80중량부, 소석회 또는 칼슘수용액 5~15중량부, 75~85℃의 온도로 가열한 물 100중량부에 대하여 붕산 또는 인산 2~10중량부를 희석하여 된 붕산 수용액 또는 인산수용액 4~15중량부, 분말상의 실리카 3~15중량부 및 액상의 실리카졸 5~25중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건축용 보드 제조용 무기질 바인더.
  2. 삭제
  3. (a) 규산과 소석회수용액 또는 칼슘수용액을 일정 중량비로 배합기에 넣고 30~40분간 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계;와
    (b) 75~85℃의 온도로 가열한 물 100중량부에 대하여 붕산 또는 인산을 2~10중량부를 희석하여 된 붕산수용액 또는 인산수용액을 준비하고, 상기 수용액을 상기 (a)단계에서 준비된 혼합물에 투입하여 2~3시간 동안 혼합하는 단계;와
    (c) 상기 (b)단계에서 준비된 혼합물에 분말상의 실리카와 액상의 실리카를 투입하고 30~60분간 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것으로,
    상기 (a)단계의 원재료는 상기 무기질 바인더의 총량에 대하여 규산 50~80중량부, 소석회 또는 칼슘수용액 5~15중량부를 포함하도록 혼합하고,
    상기 (b) 단계의 수용액은 상기 무기질 바인더 총량에 대하여 산수용액 4~15중량부 포함되도록 투입하며,
    상기 (c)단계의 분말상의 실리카와 액상의 실리카졸은 상기 무기질 바인더 총량에 대하여 분말상의 실리카 3~15중량부 및 액상의 실리카졸 5~25중량부를 포함하도록 투입하여 혼합되는 것을 특징으로 하는 건축용 보드 제조용 무기질 바인더의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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