KR101927530B1 - 방화 석고보드 조성물 및 그로부터 제조된 석고보드를 포함하는 내화구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방화 석고보드 조성물 및 그로부터 제조된 석고보드를 포함하는 내화구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축재료로서 사용되는 방화 석고보드의 제조 시에 종래와는 달리 무기섬유, 점토를 일정량 혼합함으로써 화재시 구조적으로 견고하여 개선된 내화성능을 제공할 수 있는 방화 석고보드 조성물 및 그로부터 제조된 석고보드를 포함하는 내화구조체에 관한 것이다. 본 발명의 조성물로부터 제조된 내화성능을 갖는 방화 석고보드를 사용하여 제조된 내화구조체는 US263에 따는 내화시험 방법에 따라 평가 시 1시간 이상과 2시간 이상의 내화성능을 확보할 수 있는 등의 우수한 내화성능으로 인해 기존의 동일한 성능을 갖는 구조에 비해 더 얇은 벽체의 시공이 가능하여 시공시 건물활용도, 시공 편의성, 경제성 등의 효과가 있다.

Description

방화 석고보드 조성물 및 그로부터 제조된 석고보드를 포함하는 내화구조체{COMPOSITON FOR FIRE-RESISTANT GYPSUM BOARD AND A FIREPROOF STRUCTURE COMPRISING GYPSUM BOARD PREPARED BY THE SAME COMPOSITION}
본 발명은 방화 석고보드 조성물 및 그로부터 제조된 석고보드를 포함하는 내화구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건축재료로서 사용되는 방화 석고보드의 제조 시에 종래와는 달리 무기섬유, 점토를 일정량 혼합함으로써 화재시 구조적으로 견고하여 개선된 내화성능을 제공할 수 있는 방화 석고보드 조성물 및 그로부터 제조된 석고보드를 포함하는 내화구조체에 관한 것이다.
일반적으로 방화 석고보드는 건축물의 내화, 차음 간막이벽이나 엘리베이터 홀용 간막이벽 등 건축물의 주요 구조부에 시공되는 석고보드 중 특별히 내화성능이 요구되는 분야에 사용되고 있다. 방화 석고보드는 화재발생시 건물과 인명을 보호하기 위해서 건축물의 칸막이, 기둥, 보 등 주요 구조부에 시공하며, 화염이 인접 구획 공간이나, 석고보드가 시공되어 있는 내부 주요 구조부로 전파되는 것을 방지하는 역할을 한다. 화염의 전파 정도는 석고보드의 내화 성능과 석고보드 시공 시스템에 따라 좌우되며, 특히 경량화, 시공편의성, 경제성 등을 고려할 때 석고보드 자체의 내화성능이 화염의 전파 정도를 결정한다.
대한민국 공개특허공보 제2003-0043912호에서는 석고보드에 내화성능을 부여하기 위하여 질석(Vermiculite), 점토류를 보조제로 투입하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 질석은 팽창 질석이나 미팽창 질석을 사용하는데, 팽창 질석의 경우 화염에 노출시 내부로 열이 전달되지 못하게 하는 단열효과는 우수하나 석고가 열에 의해 수축함에 따라 균열을 보완해 주지 못하는 문제가 있다. 또한 미팽창 질석은 고온에 노출시 팽창현상을 일으켜 그 부피가 석고의 수축 정도를 보안해 주며 단열효과를 부여할 수 있으나, 입도나 입도분포, 투입량을 석고 수축 정도에 비례하게 정확히 투입하지 않을 경우 팽창력에 의해 석고보드 소지 자체에 응력을 주어 쉽게 균열이 생기게 되고 내화성능도 약화된다. 따라서 내화성을 부여하기 위해 미팽창 질석을 투입할 경우 주의를 기울이지 않으면 오히려 역효과를 낼 수 있는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 특허출원번호 제1987-0014936호에서는 석고보드에 내화성능을 부여하기 위하여 침상구조를 가진 광물로서 월러스터나이트(Wollastonite), 에데나이트(Edenit), 실리마나이트(Sillimanite)를 보조제로 투입하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 월러스터나이트 등의 원료는 수입에 의존하여야 하고, 고알루미나 내화성 원료인 실리마나이트 등이 고가인 관계로, 원료 수급과 제조원가 상승이라는 문제점이 발생한다.
한편, 방화 석고보드를 건물 구조부재 및 재료로 사용하기 위해서는 사전에 예상되는 화재 온도에 노출시키는 실험(내화시험)을 통하여 그 부자재의 화재안전성을 평가하는 것이 필수적이다. 이때 사용되는 예상 화재 온도 곡선을 표준시간온도 곡선이라 하며 각국마다 이를 내화시험방법에서 정하고 있다. 건축용 부재로 사용하기 위해서는, 미국보험협회 안전 시험소(Underwriters Laboratories Inc)에서 제공하는 UL263에서 명기한 내화시험 방법에 따라 평가시 각 내화구조체의 구조에 따라 1시간과 2시간의 내화성능 확보하는 것이 요구된다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 방화 석고 보드 제조 시 UL263에서 명기한 내화시험 방법에 의해 내화구조체의 파티션/샤프트월 구조에서 1시간과 2시간의 내화성능 확보가 가능한 방화 석고 보드 조성물 및 이를 포함하는 내화구조체에 관한 것이다.
본 발명은 반수석고 100 중량부에 대하여, 점토 5∼20 중량부 및 무기섬유 0.5∼2.5 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방화 석고보드 조성물을 제공함으로써, UL263에서 명기한 내화시험 방법에 의해 1시간과 2시간의 내화성능 확보가 가능한 방화 석고보드를 제조할 수 있다.
바람직하게는, 상기 점토는 점토 총 중량에 대하여 Al2O3와 SiO2 성분의 함량이 80 중량% 이상을 차지하는 점토인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 점토는 납석, 메타카올린 및 알루미노실리케이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 점토는 메타 카올린으로서, 화학조성이 SiO2 52.0∼57.0 중량%, Al2O3 37.0∼41.0 중량%, Fe2O3 2.0∼3.0 중량%, 기타 성분 3.0∼4.0 중량%이며, 평균 입도는 15.21∼19.35 ㎛인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 무기섬유는 유리 섬유 또는 세라믹 섬유인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 석고보드가 고정되는 공지의 내화 구조체에 있어서, 상기 석고보드는 반수석고 100 중량부에 대하여, 점토 5∼20 중량부 및 무기섬유 0.5∼2.5 중량부를 포함하여 이루어지는 방화 석고보드 조성물로부터 제조된 방화 석고보드인 것을 특징으로 하는 내화구조체를 더 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 내화구조체는 샤프트월용 내화구조체 또는 파티션용 내화구조체일 수 있다.
본 발명의 방화 석고보드 조성물은 방화 석고보드의 주된 요구특성인 내화성을 개선시키는 효과가 있다. 특히, 본 발명의 조성물로부터 제조된 내화성능을 갖는 방화 석고보드를 사용하여 제조된 내화구조체는 UL263에 따른 내화시험 방법에 따라 평가 시 1시간(파티션 구조)과 2시간(샤프트월 구조)의 내화성능을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방화 석고보드로 건축물을 시공할 경우 종래 석고보드에 비해 내화성능이 우수하여 기존의 동일한 성능을 갖는 구조에 비해 더 얇은 벽체의 시공이 가능하여 시공 시 건물활용도, 시공 편의성, 경제성 등의 효과가 있다.
본 발명에 따른 방화 석고보드 조성물은 반수석고 100 중량부에 대하여 점토 5∼20 중량부 및 무기섬유 0.5∼2.5 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 석고보드에 사용되는 주원료는 2분자의 결정수((W.C: Water of Crystallization)를 가진 황산칼슘(CaSO4)을 120℃∼150℃로 가열하여 결정수 중 3/2 H2O를 잃은 반수석고이다. 반수석고에 물을 가하면 수화반응이 일어나고 다시 이수석고로 돌아가며 굳게 되는데, 이러한 성질을 이용하여 2장의 원지 사이에 물과 혼합된 석고 슬러리를 흘려 넣고 판상으로 성형함으로써 석고보드를 제조할 수있다.
본 발명에 사용하는 점토는 석고보드 내에서 석고와 균일한 분산상태를 유지하여 존재하며, 석고가 고온에서 결정수 이탈에 의한 부피수축시, 부피수축을 감소시켜 고온에서 석고보드의 강도를 유지시킴으로써, 석고보드의 내화성능을 향상시키는 역할을 한다.
본 발명에 따른 점토는 점토 총 중량에 대하여 Al2O3와 SiO2 성분의 함량이 80중량% 이상을 차지하는 점토이다. 즉, 본 발명의 점토는 Al2O3와 SiO2를 주원료로 포함하되 두 성분의 총 함량이 점토 총 중량에 대하여 80 중량% 이상을 만족하면 되고, 각 성분의 개별 함량 범위는 중요하지 않다.
바람직하게는 납석, 메타카올린 또는 알루미노실리케이트를 사용할 수 있으며, 특히 바람직하게는 메타카올린을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 납석의 화학 조성은 SiO2 71.0∼78.9 중량%, Al2O3 15.0∼21.0 중량%, Fe2O3 0.1∼0.5 중량%, 기타 성분(TiO2, K2O, Na2O, CaO, MgO, S) 6.0∼7.5 중량%이며, 평균 입도는 6.05∼8.30 ㎛이다.
본 발명에 따른 메타카올린의 화학 조성은 SiO2 52.0∼57.0 중량%, Al2O3 37.0∼41.0 중량%, Fe2O3 2.0∼3.0 중량%, 기타 성분(MgO, CaO, K2O, Na2O) 3.0∼4.0 중량%이며, 평균 입도는 15.21∼19.350 ㎛이다.
본 발명에 따른 알루미노실리케이트의 화학 조성은 SiO2 40.0∼45.0 중량%, Al2O3 37.0∼43.0 중량%, Fe2O3 0.4∼0.8 중량%, 기타 성분(MgO, B2O3, Na2O, K2O, F2) 3.0∼18.0 중량%이며, 평균 입도는 16.05∼19.11 ㎛이다.
상기 점토의 사용량은 반수석고 100 중량부에 대하여 5∼20 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 5 중량부 미만이면 점토 사용에 의한 내화효과가 낮아져 바람직하지 않고, 특히, 상기 점토를 사용하지 않을 경우 석고보드가 부서져 수축률 측정이 불가능하며, 20 중량부를 초과하면 성형에 필요한 슬러리 형상 제조에 문제가 있어 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 무기섬유는 제조된 석고보드에 휨파괴하중을 보완하는 역할을 하며, 유리 섬유 또는 세라믹 섬유를 사용할 수 있다.
세라믹 섬유는 내화 석고보드 내에서 안정한 망목구조를 형성하여 고온에서 석고가 결정수의 이탈에 의해 부피수축시 석고보드의 수축을 감소시킴은 물론 기본적인 보드구조를 유지하여 고온에서의 석고보드의 강도를 유지함으로써 석고보드의 내화성능을 향상시키는 역할을 하며, 본 발명에 사용하는 세라믹 섬유는 안전사용온도가 1,000∼1,400℃인 고온내열섬유로서 바람직하게는 알루미나-실리카계, 알루미나-실리카-지르코니아계 등이 좋다.
유리 섬유는 상온 또는 저온에서 석고보드의 강도를 향상시켜 휨파괴하중을 보완할 수 있으며, 본 발명에 사용되는 유리섬유는 장섬유를 절단해 사용하거나 미리 절단된 것으로서 섬유길이는 6∼15 ㎜인 것이 바람직하다.
상기 무기섬유의 사용량은 반수석고 100 중량부에 대하여 0.5∼2.5 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 5 중량부 미만이면 무기섬유에 의한 내화성능의 향상이 낮아져 바람직하지 않고, 20 중량부를 초과하면 경제성이 없고, 석고보드 제조시 무기섬유를 물에 해리시키기가 어렵고 공정투입시 작업성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 방화 석고보드 조성물에서, 상기한 성분들 이외에는 통상의 석고보드 제조에 사용되는 성분들이 통상의 사용량으로 포함되는데, 예를 들어 물, 석고의 경화를 촉진하기 위한 석고경화제, 전분 등이 포함될 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 물의 사용량은 반수석고 100 중량부에 대하여 60∼100 중량부를 사용하는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 슬러리를 제조하기에 적절하지 않으므로 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용될 수 있는 석고경화제는 석고와 물의 접촉에 의한 수화과정 진행시 수화반응을 촉진하는 역할을 하며, 바람직하게는 황산가리, 황산알루미늄, 또는 이수석고 자체를 미분시킨 것을 사용하는 것이 좋으며, 그 사용량은 반수석고 100 중량부에 대하여 0.3∼7 중량부 사용하는 것이 바람직하다. 상기 석고경화제가 0.3 중량부 미만인 경우에는 석고보드 강도가 저하되며, 7 중량부를 초과하는 경우에는 석고보드 물성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 전분은 석고보드 부재료와 석고가 석고보드 원지에 잘 결합하도록 하는 역할을 하며, 바람직하게는 산처리를 한 옥수수 전분을 사용하는 것이 좋으며, 반수석고 100 중량부에 대하여 0.2∼2 중량부 사용하는 것이 바람직한데, 0.2 중량부 미만인 경우에는 원지와 접착성능이 떨어지고, 2중량부를 초과하는 경우에는 경제성 및 석고 경화에 나쁜 영향을 미친다.
또한 본 발명의 석고보드 조성물에는 상기한 성분 이외에도 통상의 석고보드 제조에 사용되는 각종 혼화제를 더 포함될 수도 있는데, 혼화제는 발포제, 석고지연제, 감수제, 방수제 등을 나타낸다. 상기 혼화제 중 발포제는 주로 음이온계 계면활성제를 사용할 수 있다. 또한 석고지연제와 감수제는 석고의 경화가 빠를때 경화를 늦춰주는 역할과 혼수량을 줄여주는 역할을 하며, 상기 방수제로는 고형분 45±5%, pH 6∼11인 파라핀 왁스 에멀젼을 주성분으로 하는 방수액 및 실리콘 오일을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 방화 석고보드는 상기의 조성물의 성분을 배합하여 혼합 슬러리를 제조한 후, 이를 성형기에서 성형, 건조하여 제조될 수 있다.
또한, 본 발명은 석고보드가 고정되는 공지의 내화 구조체로서, 상기 석고보드는 반수석고 100 중량부에 대하여, 점토 5∼20 중량부 및 무기섬유 0.5∼2.5 중량부를 포함하여 이루어지는 방화 석고보드 조성물로부터 제조된 방화 석고보드인 것을 특징으로 하는 내화구조체를 더 제공한다.
본 발명의 방화 석고보드 조성물로부터 제조된 방화 석고보드는 1000℃ 이상의 고온에서의 유지하는 특성을 부여하는 점토와 평균수축율과 휨파괴하중에 개선에 효과를 발휘하는 무기섬유를 통해 고 내화성능을 발휘할 수 있다.
방화 석고보드를 사용하는 내화구조체는 샤프트월용 내화구조체와 파티션용 내화구조체이다. 해당 내화구조체의 세부 구성 및 구조는 본 기술 분야에 널리 알려져 있으며, 예컨대, 한국등록실용신안 제20-020692호 등을 참조할 수 있다.
본 발명의 방화 석고보드가 샤프트월용 내화구조체의 상부 보드일 경우, 폭 600∼610 ㎜, 길이 3000∼3050 ㎜로 제작되거나, 또는 본 발명의 방화 석고보드가 샤프트월용 내화구조체의 하부 보드 또는 파티션용 내화구조체의 보드일 경우, 폭 1200∼1220 ㎜, 길이 3000∼3050 ㎜로 제작될 수 있다. 폭과 길이가 상기 수치범위 이내인 경우에는, 미국보험협회 안전 시험소에서 제공하는 UL263에서 명기한 내화시험 방법에 따른 내화 성능 측정 시 만족스러운 성능을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예와 비교예에 의하여 보다 구체적으로 설명하나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
방화 석고보드의 제조
하기 표 1의 조성대로 실시예 및 비교예의 방화 석고보드 조성물을 혼합하고 혼합 및 교반하여 균일하게 분산시켜 석고 혼합 슬러리를 제조하였다. 이 석고 혼합 슬러리를 성형기에서 성형 및 건조하여 12.5㎜의 석고보드 시편을 제작하였다.
구분 비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
반수석고1) 100 중량부 100 중량부 100 중량부 100 중량부 100 중량부 100 중량부
메타카올린2) - 15 중량부 15 중량부 15 중량부 15 중량부 15 중량부
세라믹섬유3) - - 0.5 중량부 1.0 중량부 2.0 중량부 2.5 중량부
물 70 중량부 70 중량부 70 중량부 70 중량부 70 중량부 70 중량부
석고경화제4) 0.5 중량부 0.5 중량부 0.5 중량부 0.5 중량부 0.5 중량부 0.5 중량부
전분5) 2 중량부 2 중량부 2 중량부 2 중량부 2 중량부 2 중량부
주 1) 반수석고 : 2분자의 결정수를 가진 황산칼슘(CaSO4)을 120℃∼150℃로 가열하여 결정수 중 3/2 H2O를 소성시킨 제품
주 2) 메타카올린: 화학 조성이 SiO2 56.7 중량%, Al2O3 37.3 중량%, Fe2O3 2.4 중량%, 기타 성분(MgO, CaO, K2O, Na2O) 3.6 중량%이며, 평균 입도는 15.21∼19.35 ㎛인 나이콘소재사 제품.
주 3) 케이씨씨사 제품.
주 4) 황산칼륨
주 5) 산화전분
상기와 같이 제조된 석고보드의 물성을 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 수축률의 경우, 시편을 1000℃의 전기로에서 1시간 전후의 길이와 두께 변화를 측정하여 얻었다.
구분 비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
두께변화율(%) - 7.5 7.6 7.3 7.4 7.3
길이변화율(%) - 4.7 4.7 4.7 4.6 4.6
폭변화율(%) - 5.1 5.2 5.0 5.2 5.6
평균수축률(%) - 5.8 5.8 5.7 5.7 5.6
휨파괴하중(N) - 520 531 533 541 565
* 휨파괴하중: KS F 3504에 명시된 방법에 따라 시험편의 표면을 아래 방향으로 하여 스팬은 350mm로 하고, 집중 하중을 스팬 중앙의 전체 나비에 가하여 측정한다.
상기 표 2로부터 확인할 수 있듯이, 메타카올린과 세라믹 섬유를 사용하여 제조된 본 발명의 방화 석고보드는 평균수축율과 휨파괴하중의 측면에서 모두 우수한 특성을 나타내었음을 확인할 수 있다. 메타카올린과 세라믹 섬유를 사용하지 않은 비교예 1의 경우 전기로에서 1시간 가열 후 시편이 모두 부서져 수축율을 측정할 수 없었고, 세라믹 섬유를 사용하지 않은 비교예 2의 경우 수축율은 유사한 수치를 나타내지만 휨파괴하중 특성이 본 발명에 비해 현저히 열등함을 확인할 수 있다.
내화구조체의 제조
상기 실시예 4에서 제조한 석고보드를 이용하여 각기 다른 구조의 내화구조체를 제조한 후 UL263 방법에 따른 내화성능시험을 진행하여 그 결과를 표 3에 나타냈다.
구분 구조 및 샘플 규격 시험 결과
실시예 5
Figure 112011088455961-pat00001

(두께 25㎜*폭 600㎜*길이 3000㎜)
(두께 15㎜*폭 1200㎜*길이 3000㎜)		 131분
샤프트월 구조
실시예 6
Figure 112011088455961-pat00002

(두께 15㎜*폭 1200㎜*길이 3000 ㎜)		 63분
파티션 구조
상기 표 3의 결과로부터, 본 발명의 방화 석고보드를 사용하여 내화구조체를 제조하면 샤프트월 구조의 경우 2시간 이상, 파티션 구조의 경우 1시간 이상의 우수한 내화 성능을 나타냄을 확인할 수 있다.

Claims (7)

  1. 반수석고 100 중량부에 대하여, 점토 5∼20 중량부 및 무기섬유 0.5∼2.5 중량부를 포함하여 이루어지고,
    상기 점토는 메타카올린이며,
    상기 메타카올린은 화학 조성이 SiO2 52.0∼57.0, 중량%, Al2O3 37.0∼41.0, 중량%, Fe2O3 2.0∼3.0 중량%, 기타 성분 3.0∼4.0 중량%인 것을 특징으로 하는 방화 석고보드 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 점토는 점토 총 중량에 대하여 Al2O3와 SiO2 성분의 함량이 80 중량% 이상을 차지하는 점토인 것을 특징으로 하는 방화 석고보드 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 메타카올린은 평균 입도가 15.21∼19.35 ㎛인 것을 특징으로 하는 방화 석고보드 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 무기섬유는 유리 섬유 또는 세라믹 섬유인 것을 특징으로 하는 방화 석고보드 조성물.
  6. 석고보드가 고정되는 공지의 내화 구조체로서,
    상기 석고보드는 제1항의 방화 석고보드 조성물로부터 제조된 방화 석고보드인 것을 특징으로 하는 내화구조체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 내화구조체는 샤프트월용 내화구조체 또는 파티션용 내화구조체인 것을 특징으로 하는 내화구조체.

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