KR101758634B1 - 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재의 조성물 및 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐기물을 원료로 사용하여 자원을 재활용하고 환경오염을 저감시키며, 발포 상태 및 비중을 최적의 상태로 제어할 수 있는 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재의 조성물 및 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 폐유리 분말에, 금속 알루미늄 성분이 완전히 제거된 알루미늄 드로스(dross)가 발포제로 포함된, 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재 조성물을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 폐유리 분말에, 금속 알루미늄 성분이 완전히 제거된 알루미늄 드로스(dross)가 발포제로 포함된, 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재 조성물을 제공한다.
Description
본 발명은 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재의 조성물 및 제조방법{omitted}에 관한 것이다. 보다 상세하게는 폐기물을 원료로 사용하여 자원을 재활용하고 환경오염을 저감시키며, 발포 상태 및 비중을 최적의 상태로 제어할 수 있는 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재의 조성물 및 제조방법에 관한 것이다.
건축 단열재로 널리 사용되고 있는 소위 샌드위치 패널은 한 쌍의 철판 사이에 폴리스티렌폼, 우레탄폼 등의 유기 단열재가 삽입되어 있는 형태이다. 샌드위치 패널은 단열성능이 뛰어나지만 화재에 취약하고, 화재발생시 유독가스를 발생시키는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 그라스울, 미네랄울과 같은 무기 단열재를 사용하기도 하나, 무기 단열재의 경우 흡수성이 있어 열전도율이 저하되고 시공시 유리가루가 날리는 관계로 시공환경이 좋지 않은 단점이 있다.
한편, 유리에 발포제를 첨가물로 첨가하여 소성시킴으로써 발포성 단열보드를 제작하는 기술이 소개되고 있다. KR 등록특허공보 제0403856호(2003.11.1.공고, 이하, "제1 선행기술")는 파유리 분말, 황토, 옥분말에 맥반석, 샤모트 또는 알루미나 또는 규사, 탄산나트륨 등의 기포발생제를 포함하는 무기질 건축재를 개시하고 있다.
제1 선행기술은 별도의 기포발생제를 사용하여 발포시킨다는 점에서 공정의 번거로움과 복잡함이 있으며, 발포 단열재의 성능과 품질에 관한 물성들, 이를테면 기공의 균일성을 향상시키고 기공 사이의 막 두께를 조절하며 비중을 감소시키는 기술은 개시하지 못하고 있다.
한편, KR 공개특허공보 제2016-0079018호(2016.7.5.공개, 이하 "제2 선행기술")는 알루미늄 제련시 발생하는 부산물인 알루미늄 드로스와 포졸란성 결합제, 수경성 결합제, 알카리성 활성화제를 포함하는 자기 발포성 지오폴리머 조성물을 개시하고 있다. 포졸란성 결합제로는 실리카와 분쇄유리 등을 예시로 들고 있다.
제2 선행기술에 따르면 알루미늄 드로스 내에 1~25 중량%의 금속 알루미늄을 함유하고 있으며, 이는 알루미늄 드로스를 발포제로 사용하기 위해 많은 양의 알루미늄 드로스를 유리 분말에 첨가하여야 함을 의미하고, 유리 분말에 첨가되는 알루미늄 드로스의 양이 증가하면 최종 생산물인 발포 단열재의 비중이 증가하여 시공성을 저하시키고 기공과 기공 사이의 막 두께가 두꺼워져 발포 단열재의 공극률이 저하되는 문제점이 있다. 더욱이 제2 선행기술은 발포 단열재의 성능과 품질에 관한 물성들을 조절하고 최적화하는 기술을 제시하지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 발포 상태 및 비중을 최적의 상태로 조절하여 다공성 세라믹 단열 내외장재의 성능과 품질을 극대화할 수 있는 조성물과 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재 조성물은 폐유리 분말에, 금속 알루미늄 성분이 완전히 제거된 알루미늄 드로스(dross)가 발포제로 포함된다.
또한, 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재 조성물은 폐유리 분말에, Al2O3, Na2O, MgO, K2O, CaO, Fe2O3, NiO, P2O5, TiO2, ZrO2, ZnO, CuO, BaO, SrO, Cr2O3, MnO, SiO2 중 하나 이상을 포함하는 알루미늄 드로스가 발포제로 포함되고, 탄소산화물, 칼슘산화물, 붕소산화물, 바륨산화물, 나트륨산화물 중 하나 이상이 첨가물로 포함된다.
본 발명에 따른 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재 제조방법은 (a) 폐유리를 300 ~ 800 mesh로 분쇄하는 단계; (b) 분쇄된 폐유리 분말에 Al2O3, Na2O, MgO, K2O, CaO, Fe2O3, NiO, P2O5, TiO2, ZrO2, ZnO, CuO, BaO, SrO, Cr2O3, MnO, SiO2를 포함하며 금속 알루미늄 성분이 완전히 제거된 알루미늄 드로스와, 탄소산화물, 칼슘산화물, 붕소산화물, 바륨산화물, 나트륨산화물 중 하나 이상을 혼합하는 단계; (c) 혼합된 원료를 몰드에 주입하고 다져서 평탄화하는 단계; (d) 평탄화된 원료를 700 ~ 1000℃에서 열처리하여 소성시키는 단계; 및 (e) 소성 이후 500℃까지 급냉후 몰드에서 탈형하고, 500℃ 이상의 분위기 하에서 상온까지 서냉시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 폐기물인 폐유리와 알루미늄 드로스를 사용하여 다공성 세라믹 단열 내외장재를 제조함으로써 자원을 재활용하고 환경오염을 저감시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 금속 알루미늄 성분이 완전히 제거된 알루미늄 드로스를 발포제로 사용함으로써, 상대적으로 적은 양의 알루미늄 드로스로도 발포제 역할을 충분히 수행할 수 있고, 최종 생산물인 발포 단열재의 비중이 상대적으로 감소하여 시공성이 향상되며, 기공 사이의 막 두께가 얇아져 발포 단열재의 공극률이 증가하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 원료의 입도, 원료의 조성비, 소성 온도, 냉각 온도를 제어하여 기공 모양의 균일성, 기공 사이의 막 두께, 기공의 크기를 비롯한 발포 상태를 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재 제조방법의 흐름도,
도 2 내지 도 5는 폐유리의 입도(mesh) 또는 조성물의 중량비를 바꾸어가면서 최종 생산된 내외장재의 비중과 발포 상태를 실험한 실험 결과이다.
도 2 내지 도 5는 폐유리의 입도(mesh) 또는 조성물의 중량비를 바꾸어가면서 최종 생산된 내외장재의 비중과 발포 상태를 실험한 실험 결과이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재 제조방법의 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재 제조방법은 원료 분쇄 단계(S10), 원료 혼합 단계(S20), 원료 투입 단계(S30), 열처리 단계(S40), 급냉 단계(S50), 탈형 단계(S60), 서냉 단계(S70), 및 가공 단계(S80)을 포함하여 이루어진다.
원료 분쇄 단계(S10)는 폐유리를 분쇄하여 유리 분말을 제조하는 단계이다. 폐유리로는 다양한 것들이 가능하며, 예컨대 브라운관 유리, 판유리, 병유리 등을 재활용할 수 있다. 여기서 폐유리의 종류를 한정하는 것은 아니다.
폐유리 분말의 입자 크기가 작을수록 발포에 의해 형성되는 기공의 모양이 균일하고, 기공과 기공 사이에 형성되는 막의 두께, 즉 기공에 의해 만들어지는 셀(cell)의 벽이 얇으며, 미세한 기공이 형성될 뿐만 아니라, 제조된 다공성 세라믹 단열 내외장재의 비중이 작아짐을 실험에 의해 확인하였다. 다만, 폐유리 분말의 입자 크기를 줄이는 데에는 한계가 있을 뿐만 아니라 경제성과 효율성이 저하되는 점을 고려할 필요가 있다.
구체적으로 폐유리 분말의 입도는 300 ~ 800 mesh인 것이 바람직하다.
폐유리 분말의 입도가 300 mesh 미만이면 기공 모양의 균일성이 저하되고, 제조된 다공성 세라믹 외장 단열재의 비중이 상대적으로 크며, 기공과 기공 사이의 막 두께가 두꺼운 문제점이 있다. 폐유리 분말의 입도가 800 mesh를 초과하면 공정과 비용이 증가함에 비해 발포성의 향상 정도가 크지 않아 경제성과 효율성이 저하된다.
원료 혼합 단계(S20)는 원료 분쇄 단계(S10)를 통해 만들어진 폐유리 분말에 발포제를 혼합하는 단계이다.
발포제로는 알루미늄 드로스가 사용되는 데, 특히 금속 알루미늄 성분이 완전히 제거된 알루미늄 드로스를 사용하는 것이 바람직하다.
알루미늄 드로스는 알루미늄 금속 또는 스크랩을 용해시 용탕 표면에서 발생하는 산화물을 가리킨다. 산화가 쉽게 일어나는 알루미늄을 용해하는 경우 알루미늄 드로스와 같은 부산물이 다량 발생하게 되나, 이를 재처리하여 금속 알루미늄 성분을 회수하는 비율이 매우 낮고 대부분 전량 매립되고 있는 실정이다.
본 발명에서는 금속 알루미늄 성분이 완전히 제거된 알루미늄 드로스를 발포제로 사용한다. 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 바와 같이 금속 알루미늄 성분이 포함된 알루미늄 드로스를 사용할 경우 발포제로 사용하기 위해 많은 양의 알루미늄 드로스를 유리 분말에 첨가하여야 하고, 그에 따라 최종 생산물인 발포 단열재의 비중이 증가하여 시공성을 저하시키며, 기공과 기공 사이의 막 두께가 두꺼워져 발포 단열재의 공극률이 저하되는 문제점이 있다.
반면, 금속 알루미늄 성분이 완전히 제거된 알루미늄 드로스를 발포제로 사용할 경우 상대적으로 적은 양의 알루미늄 드로스로도 발포제 역할을 충분히 수행할 수 있고, 최종 생산물인 발포 단열재의 비중이 상대적으로 감소하여 시공성이 향상되며, 기공 사이의 막 두께가 얇아져 발포 단열재의 공극률이 증가하게 된다.
구체적으로 알루미늄 드로스는 Al2O3, Na2O, MgO, K2O, CaO, Fe2O3, NiO, P2O5, TiO2, ZrO2, ZnO, CuO, BaO, SrO, Cr2O3, MnO, SiO2 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
원료 혼합 단계(S20)에서는 폐유리 분말과 발포제에 첨가물이 추가로 혼합될 수 있다. 첨가물로는 탄소산화물, 칼슘산화물, 붕소산화물, 바륨산화물, 나트륨산화물 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 첨가물은 발포시 기공의 크기를 조절하는 등의 역할을 수행한다.
보다 구체적으로, 원료 혼합 단계(S20)에서는 분쇄된 폐유리 분말에, Al2O3, Na2O, MgO, K2O, CaO, Fe2O3, NiO, P2O5, TiO2, ZrO2, ZnO, CuO, BaO, SrO, Cr2O3, MnO, SiO2를 포함하며 금속 알루미늄 성분이 완전히 제거된 알루미늄 드로스와, 탄소산화물, 칼슘산화물, 붕소산화물, 바륨산화물, 나트륨산화물 중 하나 이상을 혼합할 수 있다.
원료 투입 단계(S30)는 원료 혼합 단계(S20)를 통해 혼합된 원료를 몰드에 주입하고 다져서 평탄화하는 단계이다. 원료 투입 단계(S30)에서 원료를 다지고 평탄화하는 이유는 원료 내부의 잔류공기를 제거하기 위함이다. 원료 내부의 잔류공기가 제거되지 않으면 열처리 후 정상적인 기공 형성에 영향을 미치게 된다.
상기에서 언급한 바와 같이 발포상태, 즉 기공 모양의 균일성, 기공 사이의 막 두께, 기공의 크기 등은 폐유리의 입도와 알루미늄 드로스의 성분으로 제어되어야 하며, 특히 기공의 크기는 폐유리의 입도와 알루미늄 드로스의 성분 이외에도 열처리 온도와 첨가물의 영향도 받게 된다.
이러한 변수만으로 통제하는 것이 원하는 성능과 품질의 단열 내외장재를 얻기에 유리하며, 원료 내부의 잔류공기와 같은 추가적인 변수는 미리 제거하는 것이 바람직하다.
열처리 단계(S40)는 원료 투입 단계(S30)를 통해 몰드 내에 평탄화된 원료를 열처리하여 소성시키는 단계이다.
유리와 같은 비결정질 고체는 녹는점이 뚜렷하지 않아 특정 온도에서 녹아 흐르는 상태가 되는 것이 아니라 유동성을 가지는 액체의 형태를 띠게 된다. 이러한 온도가 유리의 전이온도이고, 소성 중 전이온도에 이르면 발포가 시작된다.
열처리 단계(S40)의 소성온도는 700 ~ 1000℃인 것이 바람직하다. 온도가 700℃ 미만이면 전이온도에 미치지 못하여 원활한 발포가 이루어지기 어렵고, 온도가 1000℃를 초과하면 과발포로 인해 이상 기공이 발생하거나 기공 벽(기공과 기공 사이의 막)이 허물어지는 현상이 발생할 수 있다.
급냉 단계(S50)는 소성 이후 500℃까지 급냉시키는 단계이다. 500℃까지는 급속 냉각하여도 내외장재 제품의 성능과 품질에 큰 영향이 없으며, 몰드로부터의 탈형도 용이하다.
탈형 단계(S60)는 급냉 단계(S50) 이후 몰드로부터 내외장재를 탈형하는 단계이다.
서냉 단계(S70)는 탈형 단계(S60) 이후 500℃ 이상의 분위기 하에서 상온까지 서냉시키는 단계이다. 여기서, 상온의 범위는 대략 20℃ 내지 30℃이다. 탈형 이후에는 분위기 온도를 유지해 서서히 냉각시켜야 내외장재 제품의 외부와 내부의 온도차가 크지 않고 제품의 성능과 품질에 영향을 덜 미치게 된다.
가공 단계(S80)는 서냉 단계(S70) 이후 내외장재 표면을 가공하여 제품을 마무리하는 단계이다.
도 2 내지 도 5는 폐유리의 입도(mesh) 또는 조성물의 중량비를 바꾸어가면서 최종 생산된 내외장재의 비중과 발포 상태를 실험한 실험 결과이다.
도 2는 폐유리로 브라운관 유리(C_B)를 사용한 경우이고, 폐유리의 입도와 알루미늄 드로스의 입도를 바꾸어 가면서 실험한 결과이다. 실험번호 1 ~ 4는 알루미늄 드로스의 입도를 고정(200 mesh 이상)시키고 폐유리의 입도를 변경시킨 것이고, 5 ~ 7은 폐유리의 입도를 고정(200 ~ 270 mesh)시키고 알루미늄 드로스의 입도를 변경시킨 것이다.
도 2를 참조하면, 알루미늄 드로스의 입도를 고정시킨 경우 폐유리의 입도가 작아질수록 기공의 크기와 모양이 균일하고 비중이 감소하며, 기공 간의 막두께가 얇아지고 전체적으로 발포상태가 우수함을 확인할 수 있다. 특히 비중의 경우 폐유리 입도가 300 mesh 이상이 될 때 유의미한 비중 감소 효과를 보였다.
폐유리의 입도를 고정시킨 경우에도 알루미늄 드로스의 입도가 작아질수록 우수한 결과를 보였다.
도 3은 폐유리로 브라운관 유리(C_B)를 사용한 경우이고, 폐유리와 알루미늄 드로스의 중량비를 바꾸어 가면서 실험한 결과이다. 실험번호 1 ~ 3 그룹과 4 ~ 6그룹은 폐유리와 알루미늄 드로스의 입도를 서로 달리하였다.
실험번호 1 ~ 3의 경우 폐유리와 알루미늄 드로스의 중량비를 90:10으로 한 경우가 비중이 가장 작고 기공 사이의 벽도 얇아 발포상태가 우수함을 확인하였다.
실험번호 4 ~ 6의 경우 폐유리와 알루미늄 드로스의 중량비를 88:12로 한 경우가 비중이 가장 작고 기공 사이의 벽도 얇아 발포상태가 우수함을 확인하였다.
도 4는 폐유리로 판유리(C_T)를 사용한 경우이다. 마찬가지로 알루미늄 드로스의 입도가 작을수록 발포상태가 우수하였다.
도 5는 폐유리로 병유리(C_G)를 사용한 경우이다. 마찬가지로 알루미늄 드로스의 입도가 작을수록 발포상태가 우수하였다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S10 - 원료 분쇄 단계 S20 - 원료 혼합 단계
S30 - 원료 투입 단계 S40 - 열처리 단계
S50 - 급냉 단계 S60 - 탈형 단계
S70 - 서냉 단계 S80 - 가공 단계
S30 - 원료 투입 단계 S40 - 열처리 단계
S50 - 급냉 단계 S60 - 탈형 단계
S70 - 서냉 단계 S80 - 가공 단계
Claims (3)
- 삭제
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- (a) 폐유리를 300 ~ 800 mesh로 분쇄하는 단계;
(b) 분쇄된 폐유리 분말에 Al2O3, Na2O, MgO, K2O, CaO, Fe2O3, NiO, P2O5, TiO2, ZrO2, ZnO, CuO, BaO, SrO, Cr2O3, MnO, SiO2를 포함하며 금속 알루미늄 성분이 완전히 제거된 알루미늄 드로스를 혼합함으로써, 금속 알루미늄 성분이 포함된 알루미늄 드로스에 비해 첨가해야 하는 알루미늄 드로스의 양을 상대적으로 감소시키고, 최종 생산물의 비중을 상대적으로 감소시키며, 기공과 기공 사이의 막 두께를 상대적으로 얇게 하여 발포 단열재의 공극률을 상대적으로 증가시키는 단계;
(c) 혼합된 원료를 몰드에 주입하고 평탄화하여 원료 내부의 잔류공기를 제거함으로써 열처리 후 정상적인 기공형성이 가능하도록 하며, 기공 모양의 균일성, 기공 사이의 막 두께, 기공의 크기를 포함한 발포상태를 제어하는 변수를 통제하는 단계;
(d) 평탄화된 원료를 700 ~ 1000℃에서 열처리하여 소성시킴으로써, 비결정질 고체의 전이온도를 확보함과 동시에 이상기공의 발생을 방지하고 기공벽이 허물어지는 현상을 방지하는 단계; 및
(e) 소성 이후 500℃까지 급냉후 몰드에서 탈형하고, 500℃ 이상의 분위기 하에서 20 ~ 30℃의 상온까지 서냉시킴으로써, 내외장재 제품의 외부와 내부의 온도차를 줄이는 단계
를 포함하는, 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020170018646A KR101758634B1 (ko) | 2017-02-10 | 2017-02-10 | 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재의 조성물 및 제조방법 |
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| KR1020170018646A KR101758634B1 (ko) | 2017-02-10 | 2017-02-10 | 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재의 조성물 및 제조방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR101758634B1 true KR101758634B1 (ko) | 2017-07-17 |
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| KR1020170018646A KR101758634B1 (ko) | 2017-02-10 | 2017-02-10 | 폐유리를 이용한 다공성 세라믹 단열 내외장재의 조성물 및 제조방법 |
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| KR (1) | KR101758634B1 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102173245B1 (ko) * | 2020-02-28 | 2020-11-03 | 부림산기 (주) | 바텀애시를 포함한 단열 내외장재 조성물 |
| CN113716931A (zh) * | 2021-10-13 | 2021-11-30 | 辽宁工业大学 | 一种免蒸压硅锰渣加气混凝土保温砌块及其制备方法 |
| CN113788704A (zh) * | 2021-11-01 | 2021-12-14 | 山东瀚实环保设备有限公司 | 一种梯度孔隙结构的多孔陶瓷的制备方法 |
| KR20240005292A (ko) | 2022-07-05 | 2024-01-12 | 주식회사 착한도공 | 유리가 함유된 점토를 이용하는 도자기 성형 방법 |
-
2017
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