KR101707060B1 - 방화 석고 보드 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내화 재료로서 고령토를 포함하는 방화 석고 보드 조성물을 제공한다.

Description

방화 석고 보드 조성물{Fireproof gypsum board coating}
본 발명은 방화 석고 보드 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 방화 석고 보드는 건축물의 내화, 차음 칸막이 벽이나 엘리베이터 홀용 칸막이 벽 등 건축물의 주요 구조부에 시공되는 석고 보드 중 특별히 내화 성능이 요구되는 분야에 사용되고 있다. 방화 석고 보드는 화재 발생 시 건물과 인명을 보호하기 위해서 건축물의 칸막이, 기둥, 보 등 주요 구조부에 시공하며, 화염이 인접 구획 공간이나, 석고 보드가 시공되어 있는 내부 주요 구조부로 전파되는 것을 방지하는 역할을 한다. 화염의 전파 정도는 석고 보드의 내화 성능과 석고 보드 시공 시스템에 따라 좌우되며, 특히 경량화, 시공 편의성, 경제성 등을 고려할 때 석고 보드 자체의 내화 성능이 화염의 전파 정도를 결정한다.
대한민국 공개 특허 제2003-43912호에서는 석고 보드에 내화 성능을 부여하기 위하여 질석, 점토류를 보조제로 투입하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 질석은 팽창 질석이나 미팽창 질석을 사용하는데, 팽창 질석의 경우 화염에 노출 시 내부로 열이 전달되지 못하게 하는 단열 효과는 우수하나, 석고가 열에 의해 수축함에 따라 균열을 보완해 주지 못하는 문제가 있다. 또한, 미팽창 질석은 고온에 노출 시 팽창 현상을 일으켜 그 부피가 석고의 수축 정도를 보안해 주고 단열 효과를 부여할 수 있으나, 입도나 입도분포 및 투입량을 석고 수축 정도에 비례하게 정확히 투입하지 않을 경우, 팽창력에 의해 석고 보드 소지 자체에 응력을 주어 쉽게 균열이 생기게 되고 내화 성능도 약화된다. 따라서 내화성을 부여하기 위해 미팽창 질석을 투입할 경우 주의를 기울이지 않으면 오히려 역효과를 낼 수 있는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개 특허 제1989-9801호에서는 석고 보드에 내화 성능을 부여하기 위하여, 침상 구조를 가진 광물로서 월러스터나이트, 에데나이트, 실리마나이트를 보조제로 투입하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 월러스터나이트 등의 원료는 수입에 의존하여야 하고, 고알루미나 내화성 원료인 실리마나이트 등이 고가인 관계로, 원료 수급과 제조 원가 상승이라는 문제점이 발생한다.
또한, 대한민국 공개 특허 제2002-76428호에서는 석고 보드에 내화 성능을 부여하기 위하여, 세라믹 섬유와 규석분을 투입하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 1300℃ 이상에서 사용되는 고온용 단열재인 고가의 세라믹 섬유를 투입할 경우 원재료비가 현저히 상승되는 문제가 있으며, 규석분 사용시 제조 설비(공압 이송 라인 및 믹서 설비)의 마모에 따른 유지 보수 비용이 증가하는 문제점이 발생한다.
또한, 대한민국 공개 특허 제2008-105776호는 암면, 납석분 및 운모를 일정량 혼합하여 구조적으로 견고하고 내화성능이 개선된 방화 석고 보드를 개시한다. 이 특허는 무기 섬유로서 암면 계열의 미네랄 울을 사용함으로써 내화 성능을 개선한 것이나, 산화 철 등을 함유하는 암면 자체의 어두운 색상(흑갈색 등)으로 인하여 석고 보드를 칼로 절단하였을 때, 절단면에 곰팡이가 생긴 것처럼 보여 외관과 관련한 사용자의 불만이 많은 상황이다.
즉, 종래의 석고 보드는 고가의 내화 성능 부여제를 첨가하더라도 화염/열에 노출시 균열이 발생할 수 있고, 내화성능도 저하되며, 제조설비의 유지 보수 비용이 증가하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제를 개선하기 위하여 규석분, 납석 등과 같은 고가의 원료 광물을 사용하지 않고, 원료 광물 광산 개발시 발생하는 부산물인 고령토를 적용함으로써 화염/열에 의한 수축율이 개선되고, 방화성능이 향상된 석고 보드 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 내화 재료로서 고령토를 포함하는 방화 석고 보드 조성물을 제공한다.
본 발명에서 고령토는 적색 고령토 및 백색 고령토의 혼합물일 수 있다.
본 발명에서 적색 고령토 및 백색 고령토는 각각 독립적으로 SiO2 45 내지 52 중량%, Al2O3 25 내지 37 중량%, CaO 0.5 내지 15 중량%, Fe2O3 0.5 내지 5 중량%, MgO 0.1 내지 5 중량%, R2O(Na2O 및 K2O 중 1종 이상) 0.5 내지 10 중량%, TiO2 0.05 내지 3 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에서 적색 고령토 및 백색 고령토의 혼합비율은 중량 비율로서 1:0.1 내지 10일 수 있다.
본 발명에서 적색 고령토 및 백색 고령토의 입도는 각각 독립적으로 10 내지 200 ㎛일 수 있다.
본 발명에서 적색 고령토 및 백색 고령토의 함량은 각각 독립적으로 석고 성분 100 중량부에 대해 1 내지 20 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 방화 석고보드 조성물은 고가의 내화 성능 부여제를 사용하지 않더라도 화염/열에 의한 수축율이 개선되고 방화성능이 개선된다. 또한 종래의 내화 성능 부여제 사용에 의한 제조 설비의 마모에 따른 유지 보수 비용이 절감될 수 있으며, 원료 광물 광산 개발시 발생하는 부산물을 활용하므로 석고 보드를 경제적으로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 방화 석고 보드 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 조성물은 석고 성분 및 내화 재료를 기본적으로 포함할 수 있다.
석고 성분은 본 발명에 따른 방화 석고 보드 조성물의 주원료이다. 석고 성분으로는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 반수석고를 사용할 수 있다. 반수석고는 황산칼슘 반수화염으로 소석고라고도 한다.
내화 재료로는 유리 섬유(G/F), 세라믹 섬유(C/F), 고령토 등을 사용할 수 있다.
유리 섬유의 길이는 6 내지 15 mm인 것이 바람직하고, 그 함량은 석고 성분 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 0.1 중량부 미만이면 내화 효과가 낮아지므로 바람직하지 않고, 10 중량부를 초과하면 경제성이 떨어지고, 공정 투입 시 작업성이 떨어져 바람직하지 않다.
세라믹 섬유는 이산화규소(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 함유하는 무기 섬유로서 내화 성능과 외관 특성을 개선할 수 있고, 구체적으로 석고의 결정수 이탈에 의한 부피 수축을 감소시켜 기본적인 보드 구조 및 고온에서의 석고 보드 강도를 유지함으로써 석고 보드의 내화 성능 향상에 기여한다. 세라믹 섬유로는 예를 들어 일반용 세라믹 섬유 및 고온용 세라믹 섬유를 사용할 수 있다. 일 구체예에서, 세라믹 섬유는 이산화규소 및 알루미나의 합산 함량이 90 중량% 이상, 보다 바람직하게는 98 내지 100 중량%, 가장 바람직하게는 100 중량%인 백색의 무기 섬유이다. 이산화규소 및 알루미나의 합산 함량이 90 중량% 미만이면 내화 성능 저하를 유발할 수 있다. 바람직하게는, 세라믹 섬유는 안전 사용 온도(열간 수축률이 3% 이하인 온도)가 1300℃인 내열 섬유로서, 이에 함유되는 이산화규소:알루미나의 중량비가 1:0.75 내지 1:1.1, 보다 바람직하게는 1:0.85 내지 1:0.95인 것이다. 이산화규소에 대한 알루미나의 중량비가 상기 범위를 벗어날 경우 석고보드의 내화성능이 저하되거나 경제성이 저하되는 문제가 있다. 세라믹 섬유는 석고 성분 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5.0 중량부로 포함된다. 그 함량이 0.1 중량부 미만이면 내화 성능 개선 효과가 미미해지고, 그 함량이 5.0 중량부를 초과하면 공정 작업성이 저하되고 내화 성능 개선 정도 대비 경제성이 떨어지게 된다.
특히, 본 발명에서는 내화 재료로서 고령토를 사용하는 것을 특징으로 한다. 기존에 사용된 규석분 및 납석 대신에, 원료 광물 광산 개발시 발생하는 부산물인 고령토를 사용함으로써, 제조 설비의 마모에 따른 유지 보수 비용을 절감할 수 있으며, 또한 석고 보드의 제조 비용을 낮출 수 있다.
본 발명에서 사용하는 고령토는 바람직하게는 적색 고령토 및 백색 고령토의 혼합물일 수 있다.
적색 고령토 및 백색 고령토는 각각 독립적으로 SiO2 45 내지 52 중량%, Al2O3 25 내지 37 중량%, CaO 0.5 내지 15 중량%, Fe2O3 0.5 내지 5 중량%, MgO 0.1 내지 5 중량%, R2O(Na2O 및 K2O 중 1종 이상) 0.5 내지 10 중량%, TiO2 0.05 내지 3 중량%를 포함할 수 있다. 바람직하게는, SiO2는 46 내지 51 중량%, Al2O3은 27 내지 36 중량%로 포함될 수 있다.
기존에 사용된 납석과 규석분과 비교할 때, 본 발명에서 사용되는 고령토는 SiO2의 함량이 상대적으로 적고, Al2O3, CaO, Fe2O3, MgO, R2O, TiO2의 함량이 상대적으로 많다(표 2 참조).
적색 고령토 및 백색 고령토의 혼합비율은 중량 비율로서 1:0.1 내지 10, 바람직하게는 1:0.1 내지 5, 더욱 바람직하게는 1:0.1 내지 2, 가장 바람직하게는 1:0.2 내지 1.5일 수 있다. 상술한 범위 내에서 적색 고령토 및 백색 고령토를 혼합함으로써, 적색과 백색 고령토의 수급상황에 따라 혼용 범위를 유연하게 조절할 수 있으며, 내화 성능 향상에 기여할 수 있는 이점이 있다. 특히, 적색 고령토가 백색 고령토보다 많이 혼합될 경우(예를 들어 적색:백색=1:0.5), 수축율 및 내화염성이 개선될 수 있다.
적색 고령토 및 백색 고령토의 입도는 각각 독립적으로 10 내지 200 ㎛, 바람직하게는 20 내지 100 ㎛일 수 있다. 적색 고령토 및 백색 고령토의 입도가 너무 작으면 석고 보드 제품 생산시 혼수율의 증가로 제조비용이 증가하고, 너무 클 경우 내화성능이 저하되는 문제가 있다.
적색 고령토 및 백색 고령토의 함량은 각각 독립적으로 석고 성분 100 중량부에 대해 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 5 내지 18 중량부, 더욱 바람직하게는 8 내지 17 중량부, 가장 바람직하게는 11 내지 16 중량부일 수 있다. 적색 고령토 및 백색 고령토의 함량이 너무 적으면 내화성능이 개선되지 않고, 반대로 너무 많으면 제조비용이 증가할 수 있다. 특히, 고령토의 함량이 증가할 경우 수축율 및 내화염성이 개선될 수 있다. 그러나, 고령토가 함량이 너무 많을 경우 파괴강도가 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 방화 석고 보드 조성물의 수축율은 바람직하게는 34.4% 이하일 수 있다. 수축율의 하한치는 예를 들어 25%일 수 있다.
본 발명에 따른 방화 석고 보드 조성물의 휨 파괴 하중은 바람직하게는 441 N 이상일 수 있다. 휨 파괴 하중의 상한치는 예를 들어 500 N일 수 있다.
본 발명에 따른 방화 석고 보드 조성물의 내화염성은 바람직하게는 8.6분 이상일 수 있다. 내화염성의 상한치는 예를 들어 15분일 수 있다.
본 발명의 방화 석고 보드 조성물에 있어서, 상술한 성분들 이외에는 통상의 석고 보드 제조에 사용되는 성분들이 통상의 사용량으로 포함될 수 있는데, 예를 들어 물, 석고의 경화를 촉진하기 위한 석고 경화제, 전분 등이 포함될 수 있다.
물의 함량은 석고 성분 100 중량부에 대하여 60 내지 100 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 상술한 범위를 벗어나면 슬러리를 제조하기에 적절하지 않으므로 바람직하지 않다.
석고 경화제는 석고와 물의 접촉에 의한 수화 과정 진행 시 수화 반응을 촉진하는 역할을 하며, 바람직하게는 황산가리, 황산알루미늄 또는 이수석고 자체를 미분시킨 것을 사용하는 것이 좋으며, 그 함량은 석고 성분 100 중량부에 대하여 0.3 내지 7 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 석고 경화제가 0.3 중량부 미만인 경우에는 석고 보드 강도가 저하되며, 7 중량부를 초과하는 경우에는 석고 보드 물성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
전분은 석고 보드 부재료와 석고가 석고 보드 원지에 잘 결합하도록 하는 역할을 하며, 바람직하게는 산 처리를 한 옥수수 전분을 사용하는 것이 좋으며, 석고 성분 100 중량부에 대하여 0.2 내지 2 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 0.2 중량부 미만인 경우에는 원지와 접착 성능이 떨어지고, 2 중량부를 초과하는 경우에는 경제성 및 석고 경화에 나쁜 영향을 미친다.
또한, 본 발명의 석고 보드 조성물에 있어서, 상술한 성분 이외에도 통상의 석고 보드 제조에 사용되는 각종 혼화제를 사용할 수도 있는데, 혼화제는 발포제, 석고 지연제, 감수제, 방수제 등을 나타낸다. 혼화제 중 발포제는 주로 음이온계 계면활성제를 사용할 수 있다. 또한 석고 지연제와 감수제는 석고의 경화가 빠를 때 경화를 늦춰주는 역할과 혼수량을 줄여주는 역할을 하며, 방수제로는 고형분 45±5%, pH 6 내지 11인 파라핀 왁스 에멀젼을 주성분으로 하는 방수액 및 실리콘 오일을 사용할 수 있다.
방화 석고 보드는 상술한 재료를 배합하여 석고 혼합 슬러리를 제조한 후, 이를 성형기에서 성형 및 건조하여 제조될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예와 비교예에 의하여 보다 구체적으로 설명하나, 이들은 본 발명을 예시하기 위한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 및 비교예]
반수석고 100 중량부, 내화재료로서 길이가 12 mm인 유리섬유와 세라믹 섬유, 경화제, 전분, 혼화제 등을 혼합 및 교반하여 균일하게 분산시켜 석고 혼합 슬러리를 제조한 후, 성형기에서 성형 및 건조하여 방화 석고 보드를 제조하였다. 내화 재료의 종류 및 함량(중량부)과 제조된 석고보드의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 내화 재료의 입도 및 구성성분과 함량(중량%)은 표 2와 같다.
수축율의 경우 두께×너비×길이가 9.5×100×150 mm인 시편을 1,050℃의 전기로에서 120분간 가열한 다음, 가열 전후의 부피 수축율(%)을 측정하였다.
휨파괴 하중의 경우 두께×너비×길이가 9.5×300×400 mm인 시편의 중앙에 250 N/min의 하중을 가하여 파단시 최대 하중값을 측정하였다.
내화염성의 경우 두께×너비×길이가 9.5×50×300 mm인 시편의 중앙부 양측면에 1,000±50℃의 열을 가하여 파단되는 시간을 측정하였다.
구분 비교예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
유리 섬유 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
세라믹 섬유 0.5 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
납석 5 - - - - -
규석분 15 - - - - -
고령토
(적색:백색)		 1:1 - 10 12 14 - -
1:2 - - - - 12 -
1:0.5 - - - - - 12
수축율(%) 34.5% 35.1% 34.3% 33.4% 36.5% 32.0%
휨파괴 하중(N) 440 N 465 N 462 N 451 N 460 N 458 N
내화염성(분) 8.5분 8.1분 8.6분 9.1분 7.2분 9.8분
구분 입도(D50,㎛) SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO R2O TiO2
납석 8 78.2 21.3 0.1 0.1 <0.01 0.2 0.1
고령토 적색 30 50.2 35.0 6.1 4.3 2.0 1.8 0.6
백색 32 48.7 29.5 13.7 2.1 1.4 4.3 0.3
규석분 212 94.5 4.6 - 0.9 - - -
　상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법으로 제조된 석고 보드는 납석, 규석분과 같은 종래의 내화 성능 부여제를 사용했을 경우보다 열에 의한 수축율, 휨파괴 하중, 내화염성이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 또한 납석, 규석분과 같은 원료 사용에 의한 제조 설비의 마모에 따른 유지 보수 비용이 절감될 수 있으며, 원료 광물 광산 개발시 발생하는 부산물을 활용하므로 석고 보드를 경제적으로 제조할 수 있다.

Claims (6)

  1. 내화 재료로서 적색 고령토 및 백색 고령토의 혼합물을 포함하며,
    적색 고령토 및 백색 고령토는 각각 독립적으로 SiO2 46 내지 51 중량%, Al2O3 25 내지 36 중량%, CaO 0.5 내지 15 중량%, Fe2O3 0.5 내지 5 중량%, MgO 0.1 내지 5 중량%, R2O(Na2O 및 K2O 중 1종 이상) 0.5 내지 10 중량%, TiO2 0.05 내지 3 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 방화 석고 보드 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    적색 고령토 및 백색 고령토의 혼합비율은 중량 비율로서 1:0.1 내지 10인 것을 특징으로 하는 방화 석고 보드 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    적색 고령토 및 백색 고령토의 입도는 각각 독립적으로 10 내지 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 방화 석고 보드 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    적색 고령토 및 백색 고령토의 함량은 각각 독립적으로 석고 성분 100 중량부에 대해 1 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 방화 석고 보드 조성물.
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