KR101855578B1 - 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 경량발포 흡음판넬 - Google Patents

플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 경량발포 흡음판넬 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 경량발포 흡음판넬에 관한 것으로, 구체적으로는 백화(白化) 현상이 없고, 휨파괴 강도, 발수성, 흡음기능, 탈취 및 항균력이 향상된 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 경량발포 흡음판넬에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 플라이애시 50~80중량%와 알칼리규산염 20~50중량%로 구성된 혼합물 100중량부에 대하여, 알칼리수산화물 4~8중량부, 산 1~5중량부, 강도보강재 1~5중량부 및 물 1~10중량부를 포함하는 조성물로서,
상기 조성물을 5~10분 동안 믹싱하고, 믹싱된 조성물을 형틀에 주입하는, 조성물 믹싱 및 형틀주입 단계; 조성물 믹싱 및 형틀주입 단계 후, 형틀에 8~10초 이내에 100℃의 열을 순간적으로 가열한 뒤 8~12분 동안 가열하여 수분을 제거하고 발포시키는, 수분탈취 및 발포 단계; 수분탈취 및 발포 단계 후, 형틀을 300℃의 온도를 갖는 오븐에 1~3시간 동안 가열하여 경량발포 흡음판넬로 제조하는, 양생 단계; 및 양생 단계를 통해 제조된 경량발포 흡음판넬을 사용목적에 따라 절단하는, 절단 단계;로 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 경량발포 흡음판넬{METHOD OF LIGHT-WEIGHT FOAMING ACOUSTIC ABSORBENT PANEL UASING A FLY-ASH, AND THE LIGHT-WEIGHT FOAMING ACOUSTIC ABSORBENT PANEL MANUFACTURED BY THE METHOD}
본 발명은 플라이애시를 이용하여 경량발포 성형되는 흡음판넬의 제조방법과 그 제조방법으로 제조되는 경량발포 흡음판넬에 관한 것이다.
더욱 구체적으로는, 백화(白化) 현상이 없고, 휨파괴 강도, 발수성, 흡음기능, 탈취 및 항균력이 향상된 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 경량발포 흡음판넬에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 플라이애시 50~80중량%와 알칼리규산염 20~50중량%로 구성된 혼합물 100중량부에 대하여, 알칼리수산화물 4~8중량부, 산 1~5중량부, 강도보강재 1~5중량부 및 물 1~10중량부를 포함하는 조성물로서,
상기 조성물을 5~10분 동안 믹싱하고, 믹싱된 조성물을 형틀에 주입하는, 조성물 믹싱 및 형틀주입 단계; 조성물 믹싱 및 형틀주입 단계 후, 형틀에 8~10초 이내에 100℃의 열을 순간적으로 가열한 뒤 8~12분 동안 가열하여 수분을 제거하고 발포시키는, 수분탈취 및 발포 단계; 수분탈취 및 발포 단계 후, 형틀을 300℃의 온도를 갖는 오븐에 1~3시간 동안 가열하여 경량발포 흡음판넬로 제조하는, 양생 단계; 및 양생 단계를 통해 제조된 경량발포 흡음판넬을 사용목적에 따라 절단하는, 절단 단계;로 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.
일반적으로 흡음판넬(acoustic absorbent panel)은, 소리를 흡수할 목적으로 사용하는 건축재료로서, 구조에 따라 다공질과 판상으로 나뉘며, 특히 다공질은 표면과 내부에 작은 기포(氣泡) 또는 관(管) 모양의 구멍이 있고, 이 구멍 속의 공기가 음파에 의해 진동하여 생긴 마찰 때문에 소리에너지가 열에너지로 바뀌어 흡수되는 것이다.
이러한 흡읍판넬은 종래에 다양하게 개발되고 있는 실정이다.
일예로, 대한민국 등록특허공보 제10-1073426호(특허문헌 1)의 이중 다공질 구조의 흡음재 제조방법 및 대한민국 등록특허공보 제10-1566176호(특허문헌 2)의 알루미나와 카본블랙을 이용한 다공성 흡음재 및 그 제조방법 등이 기재되어 있다.
그러나, 흡음판넬은 개발 방향이 다양하게 설정되면서 단순히 흡음 기능만 하는 것보다 나아가서 근래에는 조성물과 제조방법에 기반하여 강도 개선, 균열 방지 등의 목적을 달성하기 위해 제조되고 있다.
특히, 최근에는 다량 생산을 위해 제조공정이 단순하면서도 비용이 저렴하고, 흡음판넬에 따른 2차 공해가 없도록 개선되기 위해 조성물과 제조공정을 개선하는 기술이 개발되고 있다.
이러한 일예로, 일본공개특허공보 특개2005-320188호(특허문헌 3)에서는 도시 쓰레기 소각회에 철산화물, 탄화규소 및 탄소를 발포제로 첨가하여 1000~1250℃에서 소성하여 무기발포 발포성형체를 제조하는 방법이 개시되어 있고, 일본공개특허공보 특개2004-123425호(특허문헌 4)에서는 무기물 폐재의 분쇄물에 조개껍질을 분쇄한 분체를 혼합하여 850~1100℃로 가열하여 용융 발포시켜 성형체를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이러한 무기발포체는 미생물 담지체나 농원예 토양개량재 또는 건축용, 토목용 등에 사용되는 경량 다공질 골재 등에 사용된다.
이러한 고온에서의 소성 발포체 제조방법은 물성은 우수하나 제품의 부가가치에 비하여 에너지 비용의 과다로 경제성이 문제점으로 되고 있는 경우가 많다.
무기질 분체를 800℃이상의 비교적 높은 온도에서 소성하지 않고 발포시키는 방법은 대한민국 등록특허공보 제10-0760040호(특허문헌 5) 및 대한민국 등록특허공보 제10-0785652호(특허문헌 6)에서 세라믹 분말, 규산염 발포제 및 첨가제를 적당량 배합하여 슬러리화 하고 이를 발포시킨 후 80~250℃에서 약 2시간 가열하여 발포 세라믹을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 이 방법은 성형체의 강도가 약하여 이를 보강하기 위해 첨가제로 섬유 및 수지 등을 첨가하여야 하며 사용 후 폐기 시에 유기물 첨가에 의한 자연분해가 어려운 단점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0550234호(특허문헌 7)에서는 메타규산염, 알루미나시멘트, 메타인산, 탄산나트륨 및 물을 배합하여 불연성 발포 단열재를 제조하는 방법이 개시되어 있으나 이 방법에 의해 제조된 단열재는 압축강도가 약 2.5~3.8㎏／㎠에 불과하여 구조재료로의 사용은 어려운 단점이 있을 것을 판단된다.
대한민국 등록특허공보 제10-0580230호(특허문헌 8)에서는 규산소다, 점토, 폐콘크리트, 산화칼슘, 시멘트 등을 혼합하여 비교적 저온(200~300℃)에서 발포시켜 경량골재를 제조하는 방법이 개시되어 있으나 이 방법은 규산소다의 사용량이 75~95%정도로 너무 과량 사용되어 경제성이 문제시 된다.
최근에는 일본공개특허공보 특개2008-162873호(특허문헌 9), 일본공개특허공보 특개2007-161559호(특허문헌 10) 및 일본공개특허공보 특개2006-231311호(특허문헌 11) 등에서 규산소다 중의 실라놀기를 축합시켜 분자량이 4000~8000 정도인 실록산 및 실라놀염 다분자량 용액을 제조하여 이를 석탄회, 맥반석, 메타카오린 등의 무기물 분체와 혼합하여 350~550℃의 온도범위에서 발포시켜 단열성, 투수성, 통기성, 흡음성 등이 우수하고 폐기 시에 환경문제를 일으키는 물질을 전혀 함유하지 않아 친환경 무기 발포체 성형체의 제조방법으로 알려져 있다.
그러나 상기 방법에 의한 발포체의 압축강도는 40~50㎏／㎠정도로 100㎏／㎠이상의 고강도가 요구되는 건축용 판재나 구조재로 사용하기에는 부적합하고 규산소다의 사용량이 너무 과다하여 경제성이 문제시 된다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1073426호(2011.10.07. 등록) 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1566176호(2015.10.30. 등록) 3. 일본공개특허공보 특개2005-320188호(2005. 11. 17 공개) 4. 일본공개특허공보 특개2004-123425호(2004. 04. 22. 공개) 5. 대한민국 등록특허공보 제10-0760040호(2007. 09. 12. 등록) 6. 대한민국 등록특허공보 제10-0785652호(2007. 12. 07. 등록) 7. 대한민국 등록특허공보 제10-0550234호(2006. 02. 01. 등록) 8. 대한민국 등록특허공보 제10-0580230호(2006. 05. 09. 등록) 9. 일본공개특허공보 특개2008-162873호(2008. 07. 17. 공개) 10. 일본공개특허공보 특개2007-161559호(2007. 06. 28. 공개) 11. 일본공개특허공보 특개2006-231311호(2006. 09. 07. 공개)
본 발명의 목적은, 백화(白化) 현상이 없고, 휨파괴 강도, 발수성, 흡음기능, 탈취 및 항균력이 향상된 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 경량발포 흡음판넬를 제공하는데 있다.
위와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법은, 플라이애시 50~80중량%와 알칼리규산염 20~50중량%로 구성된 혼합물 100중량부에 대하여, 알칼리수산화물 4~8중량부, 산 1~5중량부, 강도보강재 1~5중량부 및 물 1~10중량부를 포함하는 조성물로서,
상기 조성물을 5~10분 동안 믹싱하고, 믹싱된 조성물을 형틀에 주입하는, 조성물 믹싱 및 형틀주입 단계; 조성물 믹싱 및 형틀주입 단계 후, 형틀에 8~10초 이내에 100℃의 열을 순간적으로 가열한 뒤 8~12분 동안 가열하여 수분을 제거하고 발포시키는, 수분탈취 및 발포 단계; 수분탈취 및 발포 단계 후, 형틀을 300℃의 온도를 갖는 오븐에 1~3시간 동안 가열하여 경량발포 흡음판넬로 제조하는, 양생 단계; 및 양생 단계를 통해 제조된 경량발포 흡음판넬을 사용목적에 따라 절단하는, 절단 단계;로 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 경량발포 흡음판넬는, 플라이애시, 알칼리 규산염, 및 기타 첨가제만을 사용하여 고강도의 제반 물성이 우수한 다공성 경량 발포성형체를 제조 할 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 플라이애시 발포성형체의 제조방법에 의하면, 화력발전소에서 폐기물로 다량 발생하는 플라이애시와 농업부산물이 폐섬유를 사용하므로써, 폐기물의 재활용, CO2 발생량 저감 등의 친환경적 특성 및 그 제조비용을 절감할 수 있는 효과도 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법을 나타낸 흐름도 이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법에 의해 제조된 경량발포 흡음판넬에 사용되는 플라이애시 입자의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법에 따라 제조된 플라이애시 발포성형체의 절단표면을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법에 따라 제조된 경량발포 흡음판넬을 나타낸 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
본 발명에 따른 경량발포 흡음판넬의 제조방법을 첨부된 도면의 도면을 참조하여 설명한다.
실시예 1. 경량발포 흡음판넬 조성물
본 발명은 경량발포 흡음판넬의 제조를 위한 조성물을 제공한다.
이러한 조성물로 인해 고강고, 고내열성, 단열성 및 흡음성이 우수한 경량발포 흡음판넬의 제조가 가능한데, 이때 조성물은 플라이애시 50~80중량%와 알칼리규산염 20~50중량%를 포함하여 이루어진 혼합물 100중량부에 대하여, 알칼리수산화물 4~8중량부, 산 1~5중량부, 강도보강재 1~5중량부 및 물 1~10중량부를 혼합하여 이루어진다.
상기 플라이애시는 도 2에 도시된 바와 같이, 입자크기 50㎛이하이고, SiO2/Al2O3의 몰비가 1.5~2.5범위인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상술된 플라이애시는 소각(Incineration) 또는 연소(combustion) 후에 남아 있는 무기질 산화물로 정의된다. 플라이애시의 대부분이 화력발전소에서 발생하고 있으며 그 이외에도 폐기물 소각로와 열병합 발전소 및 기타 산업현장에서 석탄의 연소공정으로 인하여도 발생되고 있다.
플라이애시의 조성은 주로 SiO2, Al2O3, Fe2O3 등의 무기산화물로 구성되어 있으며, 비정질이거나 석영, 산화철, 뮬라이트 등의 결정질 금속산화물이 소량 생성되기도 한다.
본 발명에서는 석탄화력발전소에서 대량 발생하는 플라이애시를 사용하는 것으로, 상기 플라이애시는 도 2에 도시된 바와 같이, 입도가 약 50㎛이하인 구형의 미립자로 화력발전소에서 발생하는 플라이애시의 대표적인 화학조성은 하기 표 1과 같다. 이때, 상기 플라이애시의 입도가 50㎛이상인 것을 포함하고 있다면, 필요에 따라 입도가 50㎛이하를 만족하도록 분쇄하여 사용할 수 있다.
화학성분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O K2O MgO TiO2 SO3
중량% 52.2 22.8 3.85 3.41 0.13 1.49 0.89 1.18 2.90
위 [표 1]에 따르면, 상기 알칼리규산염은 SiO2/(Na,K)2O의 몰비가 1.5~3.5범위인 것으로 수분 함량이 40~60중량%인 규산소다(Na2SiO3nH2O) 또는 규산칼륨(K2SiO3nH2O) 수용액을 사용하며, 필요에 따라 슬러리의 점도 조절을 위하여 소량의 물을 첨가할 수 있으며, 이때 상기 물은 알칼리규산염의 총량에 대하여 2.5~20중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
만일, 상기 임계치 범위를 벗어날 경우에는 발포가 충분히 일어나지 않거나 압축강도가 저하되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 알칼리수산화물은 순도 98%의 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH) 입상시료를 물에 희석하여 농도 8~16몰의 수용액으로 조제하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 농도를 한정하는 이유는 농도 8몰 미만의 수용액을 사용할 경우에는 지오폴리머 생성이 불완전하게 되는 문제가 있고, 16몰을 초과할 경우에는 과잉의 알칼리 첨가로 비경제적인 단점이 있다. 바람직하게 그 사용량은 플라이애시와 알칼리규산염의 혼합물 100중량부에 대하여 4~8중량부를 혼합하는 것이 좋다.
만일, 그 혼합량이 4중량부 미만일 경우에는 압축 및 휨강도가 저하되는 문제가 있고, 8중량부를 초과할 경우에는 균일한 발포가 일어나지 않는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 산은 알칼리 성분의 고정에 사용되는 것으로, 분말 상태 또는 수용액 상태의 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4), 아세트산(CH3COOH)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용한다. 이때, 상기 산의 사용량은 플라이애시와 알칼리규산염의 혼합물 100중량부에 대하여 1~5중량부를 혼합하는 것이 바람직하며, 만일 그 사용량이 1중량부 미만일 경우에는 거품 생성이 덜 되는 문제가 있고, 5중량부를 초과할 경우에는 발포력이 감소하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 강도보강재는 농업용으로 사용하고 난 후의 부직포, 폴리에스테르, 폴리아크릴 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 유기질 폐섬유, 폐유리섬유 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것에 그 특징이 있다.
특별하게 한정할 필요는 없으나, 인장강도가 0.95~1.5GPa이고, 비중은 0.9~1.3g/ ㎤, 단면의 굵기는 14~660㎛인 물성을 만족하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 강도 보강재는 플라이애시와 알칼리규산염의 혼합물 100중량부에 대하여 1~5중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 만일 그 사용량이 1중량부 미만일 경우에는 휨 및 압축강도를 증진시키지 못하는 단점이 있고, 5중량부를 초과할 경우에는 분산의 어려움이 발생하여 발포력이 감소되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 조성물을 구성하는 물은 최종적으로 준비되는 조성물을 혼합기에서 혼합시켜 점도를 조절하기 위하여 첨가되는 것으로, 그 사용량은 플라이애시와 알칼리규산염의 혼합물 100중량부에 대하여 1~10중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 만일 1중량부 미만일 경우에는 발포가 충분히 일어나지 않는 단점이 있고, 10중량부를 초과할 경우에는 압축강도가 저하되는 문제가 있다.
이상에서 설명되지 않은, 도 3은 본 발명에 따른 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법에 따라 제조된 플라이애시 발포성형체의 절단표면을 나타낸 사진이고, 도 4는 본 발명에 따른 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법에 따라 제조된 경량발포 흡음판넬을 나타낸 것이다.
특히, 첨부된 도면의 도 4를 참조하면 본 발명에 의해 제조된 경량발포 흡음판넬은 다공질 구성이 많음을 확연하게 알 수 있다.
실시예 2. 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법
(1) 조성물 믹싱 및 형틀주입 단계
조성물 믹싱 및 형틀주입 단계는, 실시예 1에 비롯한 조성물을 5~10분 동안 내알칼리성 용기의 혼합기에 넣어 충분히 교반(믹싱)하여 H×W×D=150×300×200의 규격을 갖는 형틀에 주입하는 단계이다.
이때, 조성물 믹싱 및 형틀주입 단계에서는, 상기와 같이 실시예 1에 비롯한 모든 조성물을 한번에 믹싱할 수도 있으나, 설계 조건에 따라서는, 조성물 중 물 1~10중량부는 제외하고 믹싱하면서, 이후 물 1~10중량부를 포함하도록 첨가하면서 페이스트 형태로 만들어, 상기 형틀에 주입하도록 할 수도 있다.
(2) 수분탈취 및 발포 단계
수분탈취 및 발포 단계는, 조성물 믹싱 및 형틀주입 단계를 통해 형틀에 조성물이 주입되면, 상기 형틀에 인가되는 열을 8~10초 이내에 100℃까지 상승하도록 하고, 8~12분 동안 열을 인가하여, 수분을 탈취함으로써 조성물을 발포시키는 단계이다.
이때 열의 인가는 다양한 방식을 채용할 수 있으나, 내부부터 외부까지 골고루 열이 인가되도록 하기 위해서 마이크로웨이브 방식을 채용함이 바람직하다.
(3) 양생 단계
양생 단계는, 수분탈취 및 발포 단계 후 수행되는 단계로서, 열이 인가된 형틀을 오븐을 통해 300℃의 온도에서 1~3시간 동안 가열함으로써 경량발포 흡음판넬을 제조하는 단계이다. 그리고 본 양생 단계에서는, 가열된 경량발포 흡음판넬을 실온까지 서서히 냉각시켜 형틀에서 탈형됨으로써 경량발포 흡음판넬을 제조할 수 있다.
이러한 양생 단계를 통해, 경량발포 흡음판넬의 백화(白化) 현상을 제거할 수 있고, 경량발포 흡음판넬의 휨현상을 제거할 수 있다. 또한 내구성 및 발수성과 강도가 향상되는 특성을 갖게 된다.
이러한 특성에 따라, 제조완료된 경량발포 흡음판넬은 동결 용해시 균열이 방지되는 특성을 갖게 되는데, 구체적으로는, 본 단계인 양생 단계와 상술된 수분탈취 및 발포 단계를 거침으로 인해 내부에 다수의 알갱이 구조가 형성되고, 통상적인 경량발포 흡음판넬의 경우 동결되는 경우 알갱이 사이에 유입된 수분이 동결되면서 팽창되어 균열을 발생시키는데 비해, 본 발명에 의한 경량발포 흡음판넬은 알갱이 구조가 수분을 흡수하여 동결이 잘 안될 뿐만 아니라 동결된다 하더라도 알갱이 구조가 수분을 흡수하여 알갱이 구조 사이에 수분이 존재하지 않아서 균열을 방지할 수 있다.
이러한 기술적 의의로는, 스폰지가 수분이 유입되어도 잘 얼지 않는 특성과 얼어도 파손되지 않는 특성을 예로 들 수 있다.
(4) 절단 단계
절단 단계는, 양생 단계를 통해 제조된 형틀의 형상을 갖는 경량발포 흡음판넬을 사용목적에 따라 절단(커팅)하는 단계이다.
이때, 절단의 방법은 다양하게 적용될 수 있다.
참조예 1. 경량발포 흡음판넬 특성
본 참조예에서는, 실시예 1의 조성물과 실시예 2의 제조방법을 비롯하여 제조된 경량발포 흡음판넬의 특성을 살펴보았다.
먼저, 실시예 1에 비롯한 조성물을 기반으로 조성물의 혼합비를 [표 2]와 같이 조절하였으며, 이를 각각 실시군 1 내지 6으로 지칭하여, 실시예 2의 제조방법을 비롯하여 경량발포 흡음판넬을 제조하였다.
발포성형체 실시군1 실시군2 실시군3 실시군4 실시군5 실시군6 비교군1 비교군2
플라이애시+알칼리규산염
혼합물		 플라이애시
(중량%)		 50 55 60 70 75 80 70 80
규산소다
(중량%)		 50 45 40 30 25 20 30 20
가성소다(중량부) 7 7 7 7 7 7 - -
붕산(중량부) 3 3 3 3 3 3 - -
폐아크릴섬유(중량부) 2 2 2 2 2 2 - -
폐유리섬유(중량부) 1 1 1 1 1 1 - -
물(중량부) 2 3 4 5 7 10 5 10
위 [표 2]에서, 알칼리규산염으로 규산소다를 사용하였고, 알칼리수산화물로 가성소다를 사용하였으며, 플라리애시와 규산소다는 각각의 단위가 중량%이고, 기타 각각의 조성물의 혼합량은 플라이애시와 규산소다의 혼합물 100중량부에 대한 중량비로 혼합하는 것으로 그 단위는 중량부이다.
* 플라이 애시 : 보령화력발전소에서 발생된 입자크기 50㎛이하인 것을 사용
* 규산소다 : (주) 영일화성의 PH12~13인 3호를 사용
* 가성소다 : 영진화학의 순도98%의 공업용 제품을 사용
농도 10몰의 수용액상태로 조제하여 사용
* 붕산 : (주) 삼성켐텍의 칠레 수입산 제품을 사용
* 폐 아크릴 섬유 : (주)중천 것을 사용
* 폐유리 섬유 : 한국오웬스코닝 제품을 사용
실시군1 실시군2 실시군3 실시군4 실시군5 실시군6 비교군1 비교군2
물
성		 압축강도
(㎏/㎠)		 50 84 95 120 100 90 44 37
굽힘강도
(㎏/㎠)		 10 25 40 30 26 15 21 18
흡음률(%) 87 85 90 90 80 85 90 85
흡수율(%) 15 17 15 18 15 15 20 17
열전도도
(kcal/m.h)		 0.02 0.04 0.05 0.05 0.04 0.05 0.05 0.05
비중 0.3 0.4 0.5 0.6 0.9 1.3 0.6 1.3
[표 3]에서와 같이 참조예에 따라 제조된 실시군 1 내지 6에 따른 경량발포 흡음판넬은, 겉보기 비중이 약 0.5~1.3이고 압축강도 50~120㎏／㎠, 굽휨강도 10~40㎏／㎠이며, 흡수율 15~17%, 흡음률은 1000Hz에서 약 80~90%, 열전도도 약 0.02~0.05kcal/m.h. 로 매우 우수한 물성을 가지고 있음을 알 수 있었다.
한편, 상기한 참조예에서 제조한 경량발포 흡음판넬의 물성은 다음과 같은 방법으로 측정하였다.
압축강도는 KS F 2405 콘크리트의 압축강도 측정방법, 굽힘강도는 KS F2406 콘크리트의 휨강도 측정방법, 흡음률은 KS F 2805 잔향실법 흡음률 측정 방법에 의한 수직입사 흡음특성, 열전도도는 KS L3121 내화 단열벽돌의 열전도도 측정방법에 따라 측정하였고, 흡수율은 시료를 물속에 담근 후 약 30분경과 후 표면의 수분을 헝겊 등으로 닦아내고 낸 다음 흡수된 수분량을 측정하였다.
실험예 1. 균열 측정 실험
(1-1) 실험방법
본 실험에 따른 균열 측정 실험은, 실시예 1에 비롯한 조성물과 실시예 2에 비롯한 제조 방법으로 제조된 H×W×D=150×300×200 크기의 경량발포 흡음판넬에 물 1L를 흡수시킨 뒤, -3 ~ -8℃의 온도에서 냉각시키는 방법으로 수행되되, 실험군을 다음과 같이 설정하였다.
실험군 1 : 실시예 1 및 실시예 2를 비롯하여 제조된 경량발포 흡음판넬
실험군 2 : 실시예 2의 수분탈취 및 발포 단계에서 100℃의 열을 서서히 인가하여 제조된 경량발포 흡음판넬
실험군 3 : 실시예 2에서 양생 단계를 수행하지 않고 제조된 경량발포 흡음판넬
실험군 4 : 실시예 2의 수분탈취 및 발포 단계에서 100℃의 열을 서서히 인가하고, 양생 단계를 수행하지 않고 제조된 경량발포 흡음판넬
(1-2) 실험결과
실험예 1에 따른 실험결과는, 아래 [표 4]를 참조할 수 있다.
실험군 1 실험군 2 실험군 3 실험군 4
균열 파괴율 2% 11% 54% 57%
위 [표 4]와 같이, 양생 단계를 수행하지 않은 실험군 3 및 4에서 균열에 의한 파괴율이 50% 이상으로 높게 나타났다. 이로 인해 양생 단계가 냉각팽창에 따른 균열에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
다만, 양생 단계는 수행하였으나 수분탈취 및 발포 단계에서 열을 서서히 인가한 실험군 2의 경우, 실험군 3 및 4에 비해 균열 파괴율이 상대적으로 낮은 것으로 나타났으나, 11%의 결과 역시 실시예 1 및 2에 비롯한 실험군 1의 2% 수치에 비하면 균열에 의한 파괴율이 높은 것으로 나타나, 실제품 적용에 어려움을 알 수 있었다.
이하에서는, 냉각팽창에 따른 균열이 저하됨을 확인한 실험군 1 즉, 실시예 1 및 실시예 2에 비롯하여 제조된 경량발포 흡음판넬의 휨파괴, 난연성, 흡음성 및 탈취/항균 정도를 평가하였다.
실험예 2. 휨파괴 측정 실험
(2-1) 실험과정 및 결과
휨파괴 측정 실험은, 일반적으로 휨파괴 하중을 측정하는 KS F 3504 : 2007을 사용하였으며, 본 발명에 따른 경량발포 흡음판넬이 견딜 수 있는 최대 휨 하중을 측정하도록 한다.
이러한 휨하중은 아래 [표 5]와 같이 나타났으며, 302N의 휨 하중을 갖는 것으로 나타났다.
시험항목 단위 구분 시험결과 시험방법
휨파괴 하중 N 1 302 KS F 3504 : 2007
실험예 3. 난연성 평가
(3-1) 실험과정 및 결과
난연성 평가는, 본 발명에 따른 경량발포 흡음판넬이 건축법 시행령 제2조에 따른 난연재료의 정의(불에 잘 타지 아니하는 성질을 가진 재료)에 충족하는 난연재료에 해당하는지 평가하는 실험을 수행한다.
실험방법은 일반적인 난연성 평가에 사용되는 방법으로서, 235℃의 열을 6분 동안 인가하였을 때 해로운 변형이 일어나는지와, 잔류불꽃이 30초 이상 존재하는지를 평가한다. 이는 건축물의 내장재료 및 구조의 난연성 시험방법 KS F 2271을 따른다.
실험결과, 실시예 1의 조성물과 실시예 2의 제조 방법을 따르는 본 발명의 경량발포 흡음판넬은, 3급 난연재료의 기준에 충족됨을 알 수 있었다.
실험예 4. 흡음성 측정 실험
(4-1) 실험과정
흡음성 측정 실험은, 실시예 1 및 실시예 2에 비롯하여 제조된 경량발포 흡음판넬을 대상으로 수행하며, 실험 환경은 15±1℃의 온도와 50±10%HR의 습도로 한다.
이때 실험방법은 KS F 2805 : 2009를 적용한다.
(4-2) 실험결과
실험결과는, 아래 [표 6]을 참조할 수 있다.
시험항목 시험결과
주파수(Hz) 흡음계수(as) 주파수(Hz) 흡음계수(as)




흡음계수		 100 0.02 800 0.62
125 0.05 1000 0.82
160 0.06 1250 0.83
200 0.09 1600 0.81
250 0.11 2000 0.90
315 0.18 2500 0.72
400 0.25 3150 0.65
500 0.34 4000 0.69
630 0.59 5000 0.71
위 [표 6]에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 경량발포 흡음판넬은, 특히 1000Hz 이상의 주파수에서 높은 흡음계수를 나타냈으며, 이 흡음계수는 수치가 클수록 흡음 기능이 우수함을 나타낸다.
실험예 5. 항균력 평가
(5-1) 실험과정
실험예 5에 따른 실험과정은, 4주 동안 1주 간격으로 곰팡이 균주의 배양정도를 살펴보는 방법으로 수행되었으며, 실험예 5에서 사용된 곰팡이 균주는 다음과 같다.
Aspergillus niger ATCC 9642 (검정 곰팡이) / Penicillium pinophilum ATCC 11797 (페니실리움 피노필럼) / Chaetomium globosum ATCC 6205 (토양사상균) / Gliosiadium virens ATCC 9645 / Aureobasidium pullulans ATCC 15233 (풀루란)
(5-2) 실험결과
실험결과는 아래 [표 7]을 참조한다.

시험항목		 항 곰 팡 이 시 험
배양 시험의 기간
1주 후 2주 후 3주 후 4주 후
시험결과 0 0 0 0
시험방법 ASTMG - 21 (2002)
[표 7]에서와 같이, 본 발명에 따른 경량발포 흡음판넬에 상술된 곰팡이를 배양한 뒤 4주 동안 1주 간격으로 살펴본 결과, 곰팡이를 접종한 부분에서 균사의 발육이 인지되지 않았으며, 이를 통해 항균력이 우수함을 알 수 있었다.
실험예 6. 탈취력 평가
(6-1) 실험과정
실험예 6은, 실시예 1 및 2에 비롯하여 제조된 경량발포 흡음판넬을 KICM-FIR-1085 : 2006의 시험방법을 통해 시간의존적인 탈취력을 평가하였다.
이때 사용되는 시료는, 일반적으로 사용되는 유해가스 또는 악취가스(암모니아, 아세트산, 트리메틸아민, 메틸멜캅탄, 포름알데히드, 아세트알데히드, 벤젠, 톨루엔 등)를 사용한다.
(6-2) 실험결과
실험결과는 아래 [표 8]을 참조한다.
시험항목 탈취시험(HCHO)
경과시간(분) Blank농도 (ppm) 시료농도 (ppm) 탈취율 (%)


시험결과		 0 80 80 -
30 75 42 52.5
60 72 26 61.9
90 69 20 76.9
120 68 17 85.0
시험방법 KICM-FIR-1085 : 2006
위 [표 8]에 따른, 본 발명의 경량발포 흡음판넬의 탈취력은 시간의존적으로 탈취율이 증가됨을 알 수 있었으며, 탈취력 측정을 위해 사용된 시료의 농도 역시 시간의존적으로 감소했음을 알 수 있었다.
한편, 이상의 도 1 내지 도 4를 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 4의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 플라이애시 50~80중량%와 알칼리규산염 20~50중량%로 구성된 혼합물 100중량부에 대하여, 알칼리수산화물 4~8중량부, 산 1~5중량부, 강도보강재 1~5중량부 및 물 1~10중량부를 포함하는 조성물을 이용하는 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법에 있어서,
    상기 산은 알칼리 성분의 고정을 위하여 사용되는 것으로, 분말상태 또는 수용액 상태인 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4) 및 아세트산(CH3COOH)으로 이루어진 것 중 어느 하나의 것을 사용하되,
    상기 제조방법은,
    조성물을 5~10분 동안 믹싱하고, 믹싱된 조성물을 형틀에 주입하되, 물을 제외한 나머지 조성물을 혼합기에 넣은 뒤, 물을 첨가하면서 믹싱하는, 조성물 믹싱 및 형틀주입 단계;
    상기 조성물 믹싱 및 형틀주입 단계 후, 형틀에 100℃의 열을 8~10초 이내에 순간적으로 가열한 뒤, 8~12분 동안 가열하여 수분을 제거하고 경량발포시키는, 수분탈취 및 발포 단계;
    상기 수분탈취 및 발포 단계 후, 형틀을 300℃의 온도를 갖는 오븐에서 1~3시간 동안 가열하여 경량발포 흡음판넬로 제조하는, 양생 단계; 및
    상기 양생 단계를 통해 제조된 경량발포 흡음판넬을 사용목적에 따라 절단하는, 절단 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 조성물은,
    입자크기 50㎛ 이하이고, SiO2/Al2O3의 몰비가 1.5~2.5 범위인 플라이애시 50~80 중량%와, SiO2/(Na,K)2O의 몰비가 1.5~3.5 범위인 것으로 수분 함량이 40~60중량%인 규산소다(Na2SiO3nH2O) 또는 규산칼륨(K2SiO3nH2O) 수용액 20~50 중량%로 구성된 혼합물 100중량부에 대하여, 순도 98%의 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH) 입상시료를 농도 8~16몰의 수용액으로 조제하여 된 알칼리수산화물 4~8중량부, 분말 상태 또는 수용액 상태의 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4), 아세트산(CH3COOH)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 산 1~5중량부, 강도보강재 1~5중량부 및 물 1~10중량부를 포함하여 구성되는 것으로,
    상기 강도보강재는 농업용으로 사용하고 난 후의 부직포, 폴리에스테르, 폴리아크릴 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 것으로, 인장강도가 0.95~1.5GPa이고, 비중은 0.9~1.3g/㎤, 단면의 굵기는 14~660㎛인 물성을 만족하는 유기질 폐섬유, 폐유리섬유 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는, 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 조성물은,
    입자크기 50㎛ 이하이고, SiO2/Al2O3의 몰비가 1.5~2.5 범위인 플라이애시 50~80 중량%와, SiO2/(Na,K)2O의 몰비가 1.5~3.5 범위인 것으로 수분 함량이 40~60중량%인 규산소다(Na2SiO3nH2O) 또는 규산칼륨(K2SiO3nH2O) 수용액 20~50 중량%로 구성된 혼합물 100중량부에 대하여, 순도 98%의 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH) 입상시료를 농도 8~16몰의 수용액으로 조제하여 된 알칼리수산화물 4~8중량부, 분말 상태 또는 수용액 상태의 붕산(H3BO3), 인산(H3PO4), 아세트산(CH3COOH)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 산 1~5중량부 및 강도보강재 1~5중량부를 포함하도록 내알칼리성 용기의 혼합기에 넣고, 물 1~10중량부를 포함하도록 첨가하면서 교반하여 페이스트를 형성하여 구성되는 것으로,
    상기 강도보강재는 농업용으로 사용하고 난 후의 부직포, 폴리에스테르, 폴리아크릴 섬유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 것으로, 인장강도가 0.95~1.5GPa이고, 비중은 0.9~1.3g/㎤, 단면의 굵기는 14~660㎛인 물성을 만족하는 유기질 폐섬유, 폐유리섬유 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는, 플라이애시를 이용한 경량발포 흡음판넬 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 2 내지 4 중 선택된 어느 한 항에 기재된 제조 방법으로 제조된 경량발포 흡음판넬.
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