KR101938265B1 - 방화문용 내장재 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 방화문용 내장재 - Google Patents

방화문용 내장재 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 방화문용 내장재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방화문용 내장재 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 방화문용 내장재에 관한 것으로, 폐유리의 난연 특성을 이용하고 아울러 폐유리의 단점인 고온에서 변형 현상을 해결하여 불연 특성을 극대화함으로써 화재 시 인명피해를 최소화하며, 폐기물인 석탄 경석의 자원화를 통해 석탄 경석으로 인한 환경오염 방지와 폐기처분을 위한 비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 방화문용 내장재 제조 방법은, 경석 40~50중량%, 폐유리 40~50중량%, 발포제 8~12중량%의 비율로 재료를 선정하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 준비한 경석과 폐유리 및 발포제를 혼합하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 혼합한 혼합물을 750℃ ~ 900℃의 온도로 1시간 ~ 3시간 동안 발포하는 제3단계와; 상기 제3단계를 통해 발포된 발포체를 방화문용 내장재의 형태로 가공하는 제4단계를 포함하며, 상기 제3단계는 1℃ ~ 3℃/min를 승온 속도로 하여 기공율을 제어한다.

Description

방화문용 내장재 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 방화문용 내장재{METHOD FOR MANUFACTURING FIRE DOOR CORE AND FIRE DOOR CORE MADE BY THIS METHOD}
본 발명은 방화문용 내장재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐유리 및 폐유리의 단점을 보완하면서 폐기물인 석탄 경석을 재료로 이용하고 건식 방법을 통해 방화문용 내장재를 제조하는 방화문용 내장재 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 방화문용 내장재에 관한 것이다.
이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.
건축법 등 관련 법령에 의해 화재확산방지와 인명보호를 위하여 일정 규모 이상의 건물은 방화구획을 하도록 규정하고 있으며, 출입구에는 방화문을 설치하도록 규정하고 있다.
1. 방화문 개요
가. 방화문 정의 : 건물 내에 화재가 발생하더라도 더 이상의 확산을 방지하고 이로 인한 피해를 경감하기 위하여 층별, 면적 별 또는 용도별로 건물을 구획화 한 방화구역에 설치하는 문.
나. 비차열 성능에 따른 방화문의 종류
- 갑종 방화문 - KS F 2268-1에 따른 내화시험결과 비차열 1시간 이상의 성능이 확보되어야 한다.
- 을종 방화문 - KS F 2268-1에 따른 내화시험결과 비차열 30분 이상의 성능이 확보되어야 한다.
다. 주요 원자재
(1) 철판 종류
- 전기아연도금 강판(EGI: Electrolytic Galvanized Iron)
전해법에 의해 냉연 또는 열연강판 표면에 아연피복을 입혀 내식성을 높인 제품으로 도금 부착량이 적고 균일하며 평활하기 때문에 도장 마무리성, 도장 후 내식성 뛰어나다. 도금처리가 상온에 가깝고 원판의 재질특성을 유지할 수 있어 가공성이 좋다. 표면처리를 한 후 도장해서 사용하는 경우가 많아 가전제품, 자동차, 선박기구, 컨테이너 등에 다양한 용도에 사용된다. GI에 비해 가공, 도장, 용접이 월등히 뛰어나다.
- 아연도금 강판(Galvanized Steel)
내식성을 목적으로 한 표면처리 강판과 알루미늄계 표면처리강판으로 대별되며 그 중 철강에 희생 방지 작용을 하는 아연도금을 하면 약 15배에 달하는 우수한 내식성을 개선할 수 있기 때문에 아연철강의 표면처리용으로 전세계 60%를 점유하고 있다. 알루미늄의 도금강판과 아연도금강판의 양쪽특징 즉 알루미늄 도금강판의 내구성, 내열성, 열반사상과 아연도금이 지니는 희생 방식 효과를 동시에 갖추고 있다.
- 스테인레스 강판(STS)
부식에 대한 저항성이 우수하여 도장, 도색 등 표면처리를 하지 않고도 다양한 용도로 사용이 가능하다. 철(Fe)에 상당량의 크롬을 넣어서 녹이 잘 슬지 않도록 만들어 필요에 따라 탄소(C), 니켈(Ni), 규소(Si), 망간(Mn), 모리브덴(Mo)등을 소량으로 포함하여 철을 주성분으로 하면서도 보통강이 가지고 있지 않은 여러 가지 우수한 특성을 가지고 있다.
(2) 충진제(사춤 및 코어제)
- 사춤 코어제: 폴사춤, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 그라스울, 미네랄울
- 문짝 코어제: 하니콤, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄보드, 그라스울, 미네랄울
본 발명의 배경기술을 확인할 수 있는 선행기술로서 등록특허 제10-1412523호, 등록특허 제10-1839310호, 등록특허 제10-1081405호 등이 있다.
특허문헌(등록특허 제10-1081405호)은 유리분말 44.00Wt% 내지 60.00 Wt%; 플라이애쉬(Fly Ash) 8.00Wt% 내지 15.00 Wt%; 인터크리트(Intercrete) 4.00Wt% 내지 8.00 Wt%; 및 물유리(Water Glass) 23.00Wt% 내지 29.00 Wt%로 이루어지며, 유리가 고온에서 열변형되는 단점을 갖고 있어 방화문용 내장재로서의 신뢰성이 떨어지고, 물유리에 의해 습식 분위기에서 제조하여 제조성(단위 시간당 생산성 낮음)이 좋지 못하다.
등록특허 제10-1081405호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐유리의 난연 특성을 이용하고 아울러 폐유리의 단점인 고온에서 변형 현상을 해결하여 불연 특성을 극대화함으로써 화재 시 인명피해를 최소화하며, 폐기물인 석탄 경석의 자원화를 통해 석탄 경석으로 인한 환경오염 방지와 폐기처분을 위한 비용을 절감하는 방화문용 내장재 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 방화문용 내장재를 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 방화문용 내장재 제조 방법은, 경석 40~50중량%, 폐유리 40~50중량%, 발포제 8~12중량%의 비율로 재료를 선정하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 준비한 경석과 폐유리 및 발포제를 혼합하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 혼합한 혼합물을 750℃ ~ 900℃의 온도로 1시간 ~ 3시간 동안 발포하는 제3단계와; 상기 제3단계를 통해 발포된 발포체를 방화문용 내장재의 형태로 가공하는 제4단계를 포함하며, 상기 제3단계는 1℃ ~ 3℃/min를 승온 속도로 하여 기공율을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 발포제는 탄산나트륨, 탄산칼륨 등 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 방화문용 내장재 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 방화문용 내장재에 의하면, 불연 특성이 우수한 폐유리와 화재 시 고열에 의해 변형되는 폐유리와 동질감을 갖고 결합되어 폐유리의 단점을 보완하는 석탄 경석을 주재료로 하 방화문용 내장재를 제조함으로써 화재 시 방화문의 성능 발휘를 통해 인명을 안전하게 보호함은 물론 화재 시 내장재의 변형으로 발생하는 인명피해(내장재의 변형 시 화재 열이 방화문의 반대쪽으로 전달되어 화상 사고 발생 등)도 막는 효과가 있고, 열전달 효율을 통해 방화문의 결로 현상 및 결로 현상으로 인한 방화문의 손상도 막는 효과가 있다.
아울러, 폐기물인 석탄 경석의 자원화를 통해 석탄 경석의 방치로 인한 환경오염 해결과 함께 석탄 경석의 폐기처분을 위한 막대한 비용을 절감하는 효과가 있다. 결과적으로 석탄 경석의 재활용을 위한 기술과 산업이 발전하여 지역 사회 및 국가 산업 발전에 큰 기여를 할 수 있다.
또한, 석탄 경석뿐만 아니라 폐유리를 사용하여 폐유리에 의한 환경오염(호흡기 장애의 원인으로 유해물질)을 방지하고 낮은 공급가를 통해 제조 원가를 낮추는데 큰 도움을 주기 때문에 부가가치를 극대화하는 효과가 있다.
그리고, 건식 제조를 통해 제조 공정을 단순화할 수 있고 따라서 제조원가를 절감하는 효과가 있다.
또한, 발포제의 선정을 통해 단열 성능을 극대화함으로써 방화문용 내장재로서의 신뢰성을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 방화문용 내장재 제조 공정도.
도 2는 본 발명에 의한 방화문용 내장재 제조 방법에 의한 발포 조건에 따른 기공율을 보인 사진.
도 3은 본 발명에 의한 방화문용 내장재 제조 방법에 의해 제조된 내장재의 사진.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 방화문용 내장재 제조 방법은 (S10) 재료 선정 - (S20) 건식 혼합 - (S30) 발포 - (S40) 가공의 공정으로 이루어진다.
(S10) 재료 선정.
본 발명에 의한 방화문용 내장재의 재료는 석탄 경석, 폐유리 및 발포제이다.
1. 석탄 경석.
석탄 경석은 환경오염 규제로 인해 폐기처리가 어려워서 탄광에 그대로 방치한 상태이며 그 양 또한 수억 톤(강원도 내 약 2억톤으로 추정)에 달하는 것으로 알려져 있으며, 물리화학적 특성상 재활용 가능성 높은 자원임에도 파쇄 후 도로지반용 골재로 소량 활용되는 경우 외에는 대부분 적치/방치되어 처리와 유지비용의 지속적인 증가로 지역적, 산업적 차원에서 실질적 대량 활용 방안이 절실한 실정이다.
석탄 경석은 대부분 규산알루미늄광물로서 실리카와 알루미나를 함유하는 원료이나 우리 나라에서는 산업적 용도로서 활용될 수 있는 고품위 원료는 거의 없으므로 그 활용이 매우 미진한 상태이다.
석탄경석은 연소 후 잔류성분이 주로 회분으로 주성분은 점토 광물과 유사하여 시멘트,세라믹 원료로 사용하는 것이 가능하고 연소 과정에서 생성된 미세 공극은 높은 공극이 요구되는 다공성 소재로도 응용이 가능하여 이 분야에서 기술들이 개발되고 있다.
본 발명은 석탄 경석이 갖고 있는 방화문용 내장재로서의 특성을 확인하여 석탄 경석을 재료로 사용하는데 특징이 있다.
석탄 경석은 고온 가공 시 중금속 등이 검출되지 않으면서 유리의 단점인 열화를 막아주는 특성을 갖고 있으며, 본 발명은 석탄 경석과 유리의 특성을 확인하여 이들 재료를 방화문용 내화재의 원료로 사용하도록 제안된 것이다. 특히, 석탄 경석이 폐기물인 점에 맞춰 유리 중에서도 폐유리를 사용하여 폐기물의 자원재활용을 극대화하고 환경보호와 부가가치를 향상하는 효과를 기대하기 위한 것이다.
석탄 경석의 주요성분은 대략적으로 탄소를 제외하고 SiO2가 40~70%, Al2O3가 10~30%, Fe2O3가 2~10%이고 TiO2, CaO, MgO 등이 포함된다.
석탄 경석은 미분 상태인 5마이크로미터(μm)(±10%) 입도로 선정된 것으로 예를 들어 분쇄와 입도 선별을 거쳐 선정되며, 주성분인 SiO2는 폐유리와 동질감을 주어 재료간의 분리를 막아주고 Al2O3는 결합력이 강하여 유리의 구조를 강하게 한다. 즉, 유리는 일정 온도에서 열변형하며 내화단열재로서 화재 시 열변형은 기능을 수행하지 못하는 단점이 있으며, 석탄 경석은 폐유리와 결합되어 폐유리가 열변형되는 것을 막아 준다.
석탄 경석은 수억 톤의 양이 적치되어 있기 때문에 원료로써 안정적 수급이 가능하고 원료가격이 저렴하여 낮은 단가로 수급이 가능하다.
본 발명은 석탄 경석의 탄분 함량을 2~20%(중량 기준), 바람직하게 10%로 조절한 것을 사용한다.
2~20% 탄분을 함유한 석탄 경석은 밀도 0.590g/㎤, 압축강도 4301Kpa로서 다른 석탄 경석보다 단열재 재료로 적합하다.
상기와 같은 2~20% 탄분을 함유한 석탄 경석은 석탄 경석의 탄분을 먼저 측정한 후 서로 다른 탄분 함량의 석탄 경석의 혼합량 조절을 통해 제조된다.
2. 폐유리.
폐유리는 불규칙한 망목상 구조로 내화 및 내열성이 우수한 특성이 있고, 본 발명을 위하여 10마이크로미터(μm)(±10%) 입도의 미분으로 가공(분쇄와 입도 선별)된 것이 선정되고, 일정 온도에서 상변화가 이루어지는 단점은 석탄 경석에 의해 해결되었으며, 석탄 경석과 폐유리의 입도는 폐유리의 단점 보완을 위한 최적의 입도 수치이고 또한 내화단열재의 성형을 위한 최적의 입도 수치이다.
석탄 경석과 폐유리는 단열재 조성물의 지지체(주재료)로서 석탄 경석 40~50중량%, 폐유리 40~50중량%의 혼합비율로 지지체를 구성한다. 석탄 경석과 폐유리의 혼합비율은 단열 성능과 폐유리의 변형 방지 성능 등을 위한 최적의 혼합비율이며 상기 비율을 벗어나면 단열 성능이 떨어지거나 폐유리의 열화를 막지 못한다.
3. 발포제.
발포제는 석탄 경석과 폐유리의 발포를 위하여 사용되며 아울러 공극을 열전도도가 우수한 기체로 충진하도록 다양하면서도 최적의 발포제가 선정되며, 바람직하게 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3) 중 하나 이상이고, 전체 100중량%에 대하여 3~15중량%가 사용된다. 3중량% 미만은 발포 효과가 약하고 15중량% 초과는 과도한 발포로 강도 저하를 초래할 수 있다.
탄산나트륨과 탄산칼륨은 전술한 혼합비율 안에서 단독 또는 혼합 사용이 가능하고, 혼합 사용 시 전술한 혼합비율 안에서 자유롭게 조절 가능하다.
탄산나트륨과 탄산칼륨은 제1그룹이다. 상기 제1그룹은 기공에 이산화탄소를 충진할 수 있다.
본 발명은 기공에 일산화탄소와 이산화탄소를 혼합 충진하는 석탄 또는 코크스의 제2그룹이 사용된다.
제1그룹과 제2그룹의 발포제는 단독 사용 및 혼합 사용이 가능하다. 혼합 사용의 경우 3~15중량%의 혼합 비율 안에서 자유롭게 조절 가능하다.
(S20) 건식 혼합.
혼합기(볼밀)에 석탄 경석, 폐유리 및 발포제를 넣고 10시간 ~ 14시간(바람직하게 12시간) 동안 혼합한다.
볼밀에 의한 혼합 시 석탄 경석과 폐유리 및 발포제의 분쇄가 이루어지며, 분쇄를 거쳐 재료들을 최적 발포 조건의 입도로 만들 수 있다.
(S30) 발포.
재료의 혼합물을 발포틀에 넣고 750℃ ~ 900℃의 온도에서 1시간 ~ 3시간 발포한다.
발포 공정을 통해 육면체의 발포체가 만들어진다.
방화문용 내장재는 기공율에 의해 성능이 달라지며, 본 발명은 기공율을 80%(75~85%)로 제어한다.
본 발명은 방화문용 내장재를 최적의 기공율의 제어하는데 특징이 있으며, 승온 속도를 의도적으로 제어함으로써 기공율을 조절하였다.
승온 속도는 1℃ ~ 3℃/min이다. 승온 속도 제어의 최초 온도는 바람직하게 생산성을 위하여 재료 중에서 최저 반응 온도인 폐유리의 연화온도(700℃) 내외이다. 즉, 연화 온도에서 시작하여 상기 승온 속도로 승온한 후 750 ~ 900℃ 범위(바람직하게 820 ~ 860℃)에서 발포한다.
본 발명은 승온 속도의 제어를 상온에서 시작하는 것도 가능하다.
도 2는 승온 속도를 1℃/min에서 시작하여 1℃ 올려 5℃/min까지 테스트한 결과를 보인 사진이며, 테스트 결과 1℃ ~ 3℃/min의 승온 속도에서 최적의 기공율 조건이 나타나는 것을 확인하였다.
(S40) 가공.
육면체의 발포체를 방화문용 내장재의 규격에 맞춰 재단 가공하여 방화문용 내장재를 제조한다.
<실시예>
1. 재료.
석탄 경석(5미크론 입도), 폐유리(10미크론 입도), 발포제로서 탄산나트륨(실시예 1), 탄산칼륨(실시예 2), 탄산나트륨과 탄산칼륨의 혼합물(실시예 3)을 준비하였다. 각 실시예별 혼합비율은 석탄 경석 45중량%, 폐유리 45중량%, 발포제 10중량%이다. 실시예 3은 탄산나트륨과 탄산칼륨이 동일한 혼합비율이다. 제2그룹인 석탄과 코크스도 동일하게 사용(석탄 또는 코크스 또는 석탄과 코크스의 혼합물)하여 테스트하였으며, 또한, 제1그룹과 제2그룹을 혼합(동일 비율)하여 테스트하였다.
2. 제조.
선정된 재료를 볼밀에 넣고 12시간 동안 혼합하고 발포 성형 조건(820℃ 온도, 2시간 유지)으로 발포 성형하여 방화문용 내화재를 제조하고, 도 3에서 보이는 것처럼, 가로(A) 300mm, 세로(B) 300mm, 두께(C) 38mm로 가공하여 방화문용 내장재를 제조한다.
720℃에서 시작하여 2℃/min의 승온 속도로 승온하여 발포한다.
3. 특성 시험.
본 실시예에 의한 방화문용 내장재의 테스트 결과, 기공율 80%이며, 열전도도(0.05 W/mㅇK)와 압축강도(900 kPa) 등이 KS 공인 성적을 만족하는 것으로 확인되었다.
본 실시예의 화염 테스트를 하였으며, 본 실시예의 일면에 99℃ 온도의 화염을 30분간 가한 후 화염을 가한 면을 확인한 결과 타지 않는 것을 확인하였고, 화염을 가한 면의 반대 쪽 면에서 온도를 측정한 결과 테스트 이전의 온도와 동일한 것을 확인하였다.

Claims (4)

  1. 탄분 함량이 2~20%인 경석 40~50중량%, 폐유리 40~50중량%, 발포제 3~15중량%의 비율로 재료를 선정하는 제1단계와;
    상기 제1단계에서 준비한 경석과 폐유리 및 발포제를 혼합하는 제2단계와;
    상기 제2단계에서 혼합한 혼합물을 750℃ ~ 900℃의 온도로 1시간 ~ 3시간 동안 발포하는 제3단계와;
    상기 제3단계를 통해 발포된 발포체를 방화문용 내장재의 형태로 가공하는 제4단계를 포함하며,
    상기 제1단계는 상기 발포제를 탄산나트륨과 탄산칼륨 중 하나 이상의 제1그룹과 석탄 또는 코크스의 제2그룹의 혼합물을 발포제로 선정하고,
    상기 제2단계는 볼밀에 석탄 경석, 폐유리 및 발포제를 넣고 10시간 ~ 14시간 동안 혼합하며,
    상기 제3단계는 폐유리의 연화온도를 시작으로 하여 1℃ ~ 3℃/min의 승온 속도로 승온한 후 발포하여 기공율을 제어하는 것을 특징으로 하는 방화문용 내장재 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 의한 방화문용 내장재 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 방화문용 내장재.



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