KR102079898B1 - 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드 - Google Patents

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박재성
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Abstract

본 발명은 경량성을 가지고 규조토와 같은 기능성 소재가 갖는 특성을 유지하면서, 친환경 무기 고화제를 이용함으로써 비소성 방식으로 제조하여 경제성을 높일 수 있는 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 경량재 조성물, 기능성 소재, 무기 고화제 조성물, 규회석, 및 증점제를 혼합한 분말 혼합물에, 혼화제 및 물을 혼합하여 성형용 혼합물을 제조하는 재료 혼합 단계; 상기 성형용 혼합물을 소정 압력으로 가압 성형하여 성형물을 제작하는 가압 성형 단계; 및 상기 제작된 성형물을 소정 온도에서 소정 시간 동안 증기 양생한 후, 자연 건조시켜 경량 보드를 완성하는 경량보드 완성 단계;를 포함하며, 상기 경량재 조성물은 펄라이트 및 바텀애시 중 적어도 하나이고, 상기 기능성 소재는 규조토, 제올라이트, 및 흑운모 중 적어도 하나이고, 상기 증점제는 분말 셀룰로오스, 전분, CMC(Calcium-Carboxymethyl Cellulose) 중 적어도 하나이며, 상기 혼화제는 폴리카본산계 혼화제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법이 제공된다.

Description

비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드{MANUFACTURING METHOD OF FUNCTIONAL LIGHTWEIGHT BOARD FOR NON-FIRING CONSTRUCTION FINISHING MATERIAL AND FUNCTIONAL LIGHTWEIGHT BOARD FOR NON-FIRING CONSTRUCTION FINISHING MATERIAL MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량성을 가지고 규조토와 같은 기능성 소재가 갖는 특성을 유지하면서, 친환경 무기 고화제를 이용함으로써 비소성 방식으로 제조하여 경제성을 높일 수 있는 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드에 관한 것이다.
기능성재료로 사용되는 규조토는 단세포 식물성 플랑크톤인 규조류의 화석으로 수많은 크고 작은 다양한 아름다운 모양의 구멍이 있는 초 다공성 물질이다. 이라한 규조토는 숯보다 5,000배 이상 초미세 공간 구조를 가진 아주 가벼운 흙이다.
이 때문에 규조토는 강한 흡착력을 가지며 자신의 부피 절반가량의 수분을 흡수하는 실내 흡방습 기능이 있어 실내 습도가 높아지면 규조토 마감재가 수분을 흡수하고 건조 상태가 되면 반대로 수분을 방출하여 급격한 습도 변화를 조절하는 기능이 있다.
또한, 규조토의 미세구멍(초다공질:超多孔質)은 암모니아 등의 악취를 흡착 및 분해하고, 암을 유발하는 포름알데히드 등의 휘발성 유기 화합물질과 라돈가스 등을 흡착 분해하는 기능을 갖는다.
그리고 규조토는 열전도율이 낮고 단열 기능이 높기 때문에 여름에 시원하고 겨울은 따뜻한 쾌적한 공간 만들기가 가능하다.
그러나 규조토는 상기한 바와 같은 우수한 기능을 갖고 있음에도 불구하고 상대적으로 강도가 떨어지고 건조 후에는 타 물질과 결합력이 약하여 부서지거나 크랙이 발생하기 때문에 현대의 건축물에는 기능성 소재인 규조토나 목재 대신에 상대적으로 강도가 높고 결합력이 우수한 시멘트와 금속재가 사용되기 시작하였으며, 더욱이 현대 건축물 내장재에 내구성 및 접착성을 부여하기 위하여 휘발성 유기화합물질이 혼합된 소재를 이용하고 있는바, 이러한 화학제품에서 방출되는 유해물질은 두통, 구토, 알레르기(천신, 아토피)와 같은 실내증후군을 가져다주는 원인물질로 밝혀지고 있으며, 국내에서 생산 사용되는 시멘트에서도 6가 크롬이 다량 검출되어 시멘트 속의 유해물이 사람에게 치명적인 해를 줄 수 있다는 보고서 내용이 매스컴을 통하여 보도되면서 많은 사람들을 놀라게 하고 있지만 현재로서는 시멘트나 기존의 내장재류를 대체할 만한 재질을 제공하지 못하고 있는 안타까운 실정이다.
한편, 소득의 증가에 따른 생활수준의 향상으로 인하여 소비자가 고품질 주거공간에 대한 요구가 높아지면서, 다양한 소비자의 욕구를 충족시키기 위하여 바이오 세라믹을 첨가한 여러 보드류가 생산되고 있다. 이 중 특히 많이 이용되는 석고보드는 기포재와 석고에 유기바인더 따위를 섞어 물로 반죽한 것을 두꺼운 종이에 끼운 판으로 내열성과 내구성이 좋아 벽, 칸막이, 천장 따위에 널리 사용된다. 그런데 석고보드가 물과 접촉할 경우 수분이 침투하여 석고보드에 곰팡이가 증식하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 10-0620866(2006.09.13. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1236604(2013.02.22. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1138828(2012.05.10. 공고) 대한민국 등록실용신안공보 20-0384157(2005.05.11. 공고) 대한민국 등록실용신안공보 20-0317115(2003.06.25. 공고) 대한민국 공개특허공보 10-2005-0122153(2005.12.28. 공개)
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 경량성을 가지고 규조토와 같은 기능성 소재가 갖는 특성을 유지하면서, 친환경 무기 고화제를 이용함으로써 비소성 방식으로 제조하여 경제성을 높일 수 있는 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 경량재 조성물, 기능성 소재, 무기 고화제 조성물, 규회석, 및 증점제를 혼합한 분말 혼합물에, 혼화제 및 물을 혼합하여 성형용 혼합물을 제조하는 재료 혼합 단계; 상기 성형용 혼합물을 소정 압력으로 가압 성형하여 성형물을 제작하는 가압 성형 단계; 및 상기 제작된 성형물을 소정 온도에서 소정 시간 동안 증기 양생한 후, 자연 건조시켜 경량 보드를 완성하는 경량보드 완성 단계;를 포함하며, 상기 경량재 조성물은 펄라이트 및 바텀애시 중 적어도 하나이고, 상기 기능성 소재는 규조토, 제올라이트, 및 흑운모 중 적어도 하나이고, 상기 무기 고화제 조성물은 고로슬래그 및 무수석고를 포함하고, 상기 증점제는 분말 셀룰로오스, 전분, CMC(Calcium-Carboxymethyl Cellulose) 중 적어도 하나이며, 상기 혼화제는 폴리카본산계 혼화제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법이 제공된다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 경량재 조성물, 기능성 소재, 무기 고화제 조성물, 규회석, 증점제 및 물이 30~45 : 3~5 : 40~55 : 7~9 : 3~5 : 24~26의 비율로 혼합되며, 상기 혼화제는 상기 분말 혼합물 100중량부 기준으로 0.8 ~ 1.2중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 재료 혼합 단계에서 무기 고화제 조성물은, 생석회, 수산화나트륨, 탄산나트륨 및 염화칼슘을 더 포함하고, 상기 무기 고화제 조성물은 포졸란 광물 소재를 포함하는 고로슬래그 미분말 80 ~ 90 중량부, 생석회 3 ~ 6 중량부, 무수석고 5 ~ 8 중량부, 수산화나트륨(NaOH) 2 ~ 4 중량부, 탄산나트륨(Na2CO3) 3 ~ 6 중량부, 염화칼슘(CaCl2) 1 ~ 3 중량부로 이루어지고, 상기 가압 성형 단계는 40~50kgf/㎠의 압력으로 가압 성형하도록 이루어지며, 상기 경량보드 완성 단계는 제작된 성형물을 45 ~ 50℃에서 8 ~ 10시간 동안 증기 양생하도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기한 일 관점에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드가 제공된다.
본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 기능성 소재인 규조토, 제올라이트, 흑운모 및 경량재인 펄라이트, 바텀애시 및 친환경 결합제인 무기 고화제를 이용함으로써 건축용 내장재로 벽면 및 천정의 마감재로 활용할 수 있으며, 미장효과가 우수한 건축자재를 생산할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 시멘트 등 기존의 건설재료에 비해 제조공정이 간단하므로 제조비용이 저렴하고, 비소성 양생방식으로 제조하기 때문에 물성변화가 없고 연료비가 적게 들어 경제성 있게 제조가 가능한 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 흡방습, 탈취, 공기정화, 습도조절, 오염물질 제거 등의 본래의 기능을 해치지 않으면서 원적외선 방출기능을 추가할 수 있는 효과가 있고 흡방습에 강하며 무기 광물질로 구성된 불연소재이기 때문에 화재예방은 물론이고 유해환경 물질(VOCs) 배출이 없어 쾌적한 실내환경을 조성 할 수 있는 친환경 무기 불연 경량 보드를 제공할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 흡음용 타공보드 제작이 가능하여 타공판의 일정한 타공 크기 및 배열 등의 구조에 의한 최적의 유공율에 의하여 흡음 효과를 높일 수 있으며, 구조적으로 기준 이상의 강도를 유지하고 있어 충분한 흡음용 타공보드로 사용할 수 있으며, 다양한 모양과 칼라가 가능하여 다양한 용도에 맞게 적절한 실내 분위기를 연출할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 과정을 나타내는 플로차트이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 시제작품을 각각 촬영한 사진이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법에 의해 제작되는 다른 실시 형태의 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드(타공 가공 경량 보드)를 각각 나타내는 사시도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본원 명세서 전체에서, 어떤 단계가 다른 단계와 "상에"또는 "전에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 단계가 다른 단계와 직접적 시계열적인 관계에 있는 경우 뿐만 아니라, 각 단계 후의 혼합하는 단계와 같이 두 단계의 순서에 시계열적 순서가 바뀔 수 있는 간접적 시계열적 관계에 있는 경우와 동일한 권리를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법은, 크게 건축용 벽면, 천정에 마감재로서 기능성 소재인 규조토를 포함하고, 경량재인 펄라이트 및 천연 무기 고화제, 규회석, 증점제, 혼화제 및 물을 혼합하여 금형몰드에 혼합물을 투입하며, 유압프레스로 성형하고 탈형한 후 저온 증기양생 및 자연건조 방식으로 제작된다.
이하, 본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 과정을 나타내는 플로차트이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 시제작품을 각각 촬영한 사진이며, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법에 의해 제작되는 다른 실시 형태의 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드(타공 가공 경량 보드)를 각각 나타내는 사시도이다.
본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법은, 도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 펄라이트로 구성되는 경량재 조성물, 규조토를 포함하는 기능성 소재, 무기 고화제 조성물, 규회석, 및 증점제를 준비하여 혼합하여 분말 혼합물을 준비하고, 준비된 분말 혼합물에 혼화제 및 물을 더 혼합하여 성형용 혼합물을 제조하는 재료 혼합 단계(S100); 상기 재료 혼합 단계(S100)에서 마련된 성형용 혼합물을 소정 압력(바람직하게는, 40~50kgf/㎠의 압력)으로 가압 성형하여 성형물을 제작하는 가압 성형 단계(S200); 및 상기 가압 성형 단계(S200)에서 제작된 성형물을 소정 온도(바람직하게는, 45 ~ 50℃)에서 소정 시간(바람직하게는, 8 ~ 10시간) 동안 증기 양생한 후, 자연 건조시켜 경량 보드를 완성하는 경량보드 완성 단계(S300);를 포함한다.
상기 재료 혼합 단계(S100)는, 경량재 조성물과 규조토를 포함하는 기능성 소재, 무기 고화제 조성물, 규회석, 증점제를 혼합한 분말 혼합물에, 혼화제 및 물을 더 혼합하여 성형용 혼합물을 제조하는 공정이다.
상기 재료 혼합 단계(S100)에서 혼합물은 경량재 조성물, 기능성 소재, 무기 고화제 조성물, 규회석, 증점제인 분말 셀룰로오스 및 물이 30~45 : 3~5 : 40~55 : 7~9 : 3~5 : 24~26의 비율로 포함되며, 혼화제는 다른 분말 혼합물(경량재 조성물, 기능성 소재, 무기 고화제 조성물, 규회석, 증점제) 100중량부 기준으로 0.8 ~ 1.2중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 경량재 조성물은 펄라이트(pearlite) 또는 바텀애시(battom ash) 중 적어도 하나 이상으로 이루어져 사용할 수 있다.
상기 경량재 조성물로서 펄라이트는 유문암질 암석의 일종으로, 진주광택을 가진 연회색에서 암회색, 갈색, 녹색, 검은색을 띔으로 진주암이라고도 하는데, 암석의 조직에 따라 다르지만 900 내지 1100℃의 온도에서 결합수가 증발하면서 생기는 증발압력이 각각의 과립입자를 백색의 유리질입자로 변형시키기 때문에, 5 내지 20배 정도 팽창하여 상업적으로 사용할 수 있게 된다. 이렇게 팽창된 펄라이트는 저밀도에 다공질이고, 흡수능력이 좋으며, 불연성, 흡음성, 내열성, 방음성, 경량성 및 단열성 등의 성질을 있다.
또한, 상기 경량재 조성물로서 바텀애시 경량재는, 화력발전소에서 발생되는 산업부산물로서 비중이 1.2 ~ 1.4정도이며, 성분 중에 다량의 Free CaO(유리석회)를 포함하고 있는데, 이러한 Free CaO는 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 생성하게 되고, 초기에 강도를 발휘하게 한다. 또한, 수산화칼슘에서 방출되는 Ca2 + 이온은 고로슬래그 미분말에 포함되어 있는 규산염(SiO2)이나 알루민산염(Al2O3)과 반응하여 칼슘실리케이트 수화물(C-S-H) 및 칼슘알루미네이트 수화물(C-A-H) 등을 생성함으로써 경화되는 특징이 있어, 시멘트의 사용없이도 기계적 물성이 우수한 경량 보드를 제공할 수 있게 된다.
다음으로, 상기 기능성 소재로서 규조토는 질 좋은 규조토가 사용되는 것이 중요한 바, 부유성 조류(algae)로 이루어진 퇴적물의 집합체이며, 대부분 비정질 실리카로 구성된다. 규조토는 입자가 벌집모형의 단일 형태를 가지고 있으며, 우수한 입자 내구력과 높은 기공용적, 흡습성을 보이고 있으며, 색상은 백색 및 갈색을 띠며, 비중은 1.9 ~ 2.2 정도이다.
본 발명에서, 상기 기능성 소재는 규조토 외에 제올라이트, 흑운모 중에서 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
여기에서, 제올라이트의 주요 광물은 Clinoptilolite, Mordenite광물이며, 다공성 구조를 하고 있어 비표면적 및 양이온 교환능력(CEC)이 높고, 이에 따라 암모니아 흡착성, 수분 흡수력, 가스흡착력이 우수한 특징이 있다. 또한, 색상은 백색 및 황백색이며, 양이온 교환능력은 100 ~ 160meq/100g이고, 비중은 2.2 정도이다.
그리고 흑운모는 운모와 같은 결정구조를 가지는 단사정계에 속하는 광물이며, 게르마늄 함유량이 높고, 원적외선 방사율이 높은 광물이고, 색깔은 흑색, 흑갈색을 띠며, 비중은 2.7 정도이다.
다음으로, 상기 무기 고화제 조성물은 고로슬래그와 무수석고를 포함하는 것으로 이루어질 수 있으며, 이에 더하여 생석회, 수산화나트륨, 탄산나트륨 및 염화칼슘 중 적어도 둘 이상을 부가적으로 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 무기 고화제 조성물이 고로슬래그, 무수석고, 생석회, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 및 염화칼슘으로 이루어지는 경우, 상기 무기 고화제 조성물은, 포졸란 광물 소재를 포함하는 고로슬래그 미분말 80 ~ 90 중량부, 생석회 3 ~ 6 중량부, 무수석고 5 ~ 8 중량부, 수산화나트륨(NaOH) 2 ~ 4 중량부, 탄산나트륨(Na2CO3) 3 ~ 6 중량부, 염화칼슘(CaCl2) 1 ~ 3 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기의 고화제의 각 수치범위에 의해 제조된 고화제는 그 성분 중 다량의 에트링가이트(Ettringite)가 생성되는데 이의 화학성분은 3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O이며, 이 성분은 다량의 물을 결합수로서 취하여 반응을 촉진시키는 동시에 흙이나 세라믹 입자의 이동을 제어하는 역할을 하게 되어 고화를 용이하게 하는 작용을 하게 되고, 수산화칼슘에 의하여 수화물이 생성되어 입자의 고화를 더욱 상승시키며, 입자에 포함되어 있는 SiO2, Al2O3 등의 성분이 수산화칼슘과 수화물을 생성하여 포졸란을 활성화시켜 경화를 촉진시키게 되는데, 이 수치범위 내에서 그 효율이 높은 것에 수치한정의 의의가 있음을 실험을 통해 확인하였다.
또한, 상기 무기 고화제 조성물은 포졸란(pozzolan)을 함유하는 광물소재를 적정 비율로 배합설계를 하게 되면, 원료 조성물 중 수화반응성 성분인 고로슬래그 미분말의 이온 응집반응 및 포졸란 반응 및 잠재수경성 반응을 통해 소성 공정 없이도 소정의 강도를 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 고로슬래그 미분말은 용광로에서 선철과 함께 생성되는 용융슬래그를 급랭시켜 얻은 입상의 수쇄슬래그를 건조 및 분쇄하여 미분화한 것으로 이는 잠재수경성을 갖고 있다. 고로슬래그의 반응성은 일반적으로 염기도 및 유리화율이 높을수록 크며 비중은 2.92 ~ 2.95 범위이며 분말도는 비표면적으로 3000 ~ 4000㎠/g이 적당하다. 고로슬래그 분말을 사용함에 따라 표면 활성도가 증가하며 Al2O3의 용출속도가 빨라지게 되어 에트링가이트의 생성이 촉진되며 또한 C-S-H계 수화물의 겔화를 촉진시키는 것과 동시에 미 반응 부분을 감소시키는 효과가 있다.
본 발명에 사용된 고로슬래그 미분말의 화학적 조성은 하기 표 1과 같다.
성분명 단위 화학조성비
SiO2 % 33.2
Al2O3 % 12.3
Fe2O3 % 1.3
CaO % 40.3
MgO % 5.5
계속해서, 상기 생석회는 일반 시중에서 판매되는 백색 분말상태로서 CaO 함량이 80% 이상의 공업용이며, 입도는 200mesh 90%이상의 것으로, 규조토 및 제올라이트, 흑운모 원료의 결합화를 통해 강도를 향상시키고 잠재수경성을 촉진시키는 자극제로서 이온 응집반응 및 포졸란 반응을 수행하는 역할을 한다. 이러한 생석회는 고로슬래그의 수화반응에 필요한 알카리성 부여하는 자극제로서 상기의 수치범위 내에서 수분과의 접촉에서 생성되는 내부 입자 막을 빠른 속도로 파괴할 수 있으므로 수화반응의 가속화에 따른 초기 휨강도를 증가시킬 수 있으며, 본 발명에서 이용되는 생석회의 화학적 조성은 하기 표 2와 같다.
성분명 단위 화학조성비
CaO % 83.5
SiO2 % 2.1
MgO % 1.3
Fe2O3 % 0.2
Al2O3 % 0.8
상기 무수석고는 일반적으로 사용되는 있는 석고로서 슬래그와 생석회에 혼합하여 물과 반응시키게 되면 에트링가이트(3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O)가 수화반응을 일으키면서 감수(減水)효과 및 미세입자의 공극 충진으로 조직이 치밀화되므로 초기강도가 증가하며 수화가 촉진된다.
이와 같이 본 발명은 장기강도를 증진시키는 고로 슬래그와 초기강도를 증진시키는 무수석고와 생석회를 적정비율로 배합하여 구성함으로써 상당한 강도 증진의 효과를 가져올 수 있으며, 본 발명에서 이용되는 무수석고의 화학적 조성에 대하여 하기 표 3에 나타내었다.
성분명 단위 화학조성비
SiO2 % 0.7
Al2O3 % 0.9
Fe2O3 % 0.5
CaO % 42.8
MgO % 0.6
SO3 % 56.3
계속해서, 본 발명에서 수산화나트륨에서, 수산화나트륨(NaOH) 백색의 고체로 수용액은 강한 알칼리성으로 수화염이 존재한다. 수산화나트륨은 알칼리 자극제로서 고로 슬래그 미분말에 소량 첨가하면 고로 슬래그 미분말에 함유되어 있던 SiO2 CaO 등이 용출된 후에 시멘트의 수화반응과 같은 물질인 칼슘실리케이트(Calcium Silicate : C-S-H) 수화물을 생성하여 강도을 발현하는 경화체를 제조 할 수 있다.
또한, 탄산나트륨(Na2CO3)은 백색분말의 흡습성이 강한 소다회이며, 고로 슬래그 미분말의 알칼리 자극제로 사용되고, 비중은 2.5 정도이며, 순도는 99%정도이다.
상기 염화칼슘(CaCl2)은 염소와 칼슘이 반응하여 만들어진 이온성 화합물로서, 다른 조성과 함께 혼합된 혼합물에 가소성을 부여하여 수화물 반응을 촉진하여 초기에 경화하는데 기여한다.
특히, 이수화물의 염화칼슘 및 무수물의 염화칼슘은 조해성(deliquescence)이 강하여 수분을 잘 흡수한다.
계속해서, 상기 규회석(CaSiO3) 소재는 바늘 형태의 침상구조를 하고 있는데 이는 휨강도, 인장강도를 증대시키며, 저 흡습성이고 결정수가 없으므로 치수 안정성이 뛰어나며, 비중은 2.96 정도이며 입도는 평균 200mesh 입도분포를 나타낸다.
또한 상기 증점제는 혼합물의 점도를 유지시켜 이후 성형단계에서 진행되는 성형공정의 효율성을 향상시키는 역할을 하며, 또한 성형 후 표면강도를 향상시키는 역할을 하는데 분말 셀룰로오스나, 전분, CMC(Calcium-Carboxymethyl Cellulose) 중에서 단독으로 또는 필요에 따라 2종 이상 조합하여 사용할 수도 있다. 증점제의 사용량이 과다한 경우에는 성형성 및 강도의 저하 우려가 있고, 유기분이 많아짐에 따라 몰드 상,하부에 혼합물이 달아붙는 현상이 발생되며, 치수안정성이 저하되는 경향이 있으므로 3 ~ 5 중량부로 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 혼화제는 분말 혼합물 100 중량부 기준으로 0.8 ~ 1.2 중량부가 함유되며, 물의 양을 줄여주는 감수제 역할을 하는데 경량보드의 기계적 강도에 영향을 미치는 중요한 인자이며, 폴리카본산계 혼화제로 이루어지며, 고형분이 20%인 액상으로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따른 혼합물에는 경량재 조성물, 기능성 소재에 무기 고화제와 규회석, 점증제를 혼합하도록 하고 있어 소성과정을 거치지 않고도 가압 성형과 증기양생 공정만으로도 경량 보드를 제조할 수 있게 된다.
또한, 상기 재료 혼합 단계(S100)에서는, 경량보드 제품의 다양한 칼라가 가능하며 용도에 맞고 적절한 실내 분위기를 연출하기 위해 소정 색상의 분말 안료가 혼합되는데, 분말 안료는 국내 ㈜대진안료에서 생산되는 안료로서 혼합물 100 중량부 기준으로 청색(BL-2000)인 경우 0.15 ~ 0.17 중량부, 핑크색(P-6878)인 경우 0.14 ~ 0.16 중량부, 베이지색(O-140)인 경우 0.19 ~ 0.21 중량부 정도로 이루어지는 것이 바람직하며, 이들 세가지 색상에만 한정하는 것이 아니고, 그 외 다양한 색상을 내기 위해서 다른 안료를 사용할 수 있다.
따라서 상기 혼합물 제조단계에 있어서 적절한 배합비를 갖도록 하는 것이 중요한 바, 경량재 조성물, 기능성 소재, 무기 고화제 조성물, 규회석, 분말 셀룰로오스 및 물이 30~45 : 3~5 : 40~55 : 7~9 : 3~5 : 24~26의 비율로 포함되며, 혼화제는 상기 분말 혼합물 100중량부 기준으로 0.8~1.2중량부로 포함되는 것이 바람직한 것이다.
다음으로, 상기 가압 성형 단계(S200)는 제조한 혼합물로부터 경량보드 제조를 위한 성형물을 제조하게 되는데, 상기 혼합물을 금형몰드에 투입하며, 유압프레스로 성형하여 탈형함으로써 성형물이 제조된다. 이때 성형시 40~50 kgf/㎠ 가압성형 압력으로 3 ~ 5초 정도 가압하여 성형할 수 있다.
이러한 상기 가압 성형 단계(S200)에서 성형되는 보드는 도 2와 같이 판형 보드로 성형될 수 있다. 또한, 본 발명에서 경량 보드는 경량보드 완성 단계(S300) 이후, 선반 CNC타공 가공장비를 이용하여 완성된 보드에 타공 구멍이 형성된 경량 보드로 제작할 수도 있다(도 3 및 도 4 참조).
이러한 타공 구멍을 갖는 경량 보드로 제작되는 경우, 타공 구멍은 지름이 2 ~ 7mm 범위이고 인접한 다른 타공 구멍과의 이격은 10 ~ 40mm 범위인 것이 바람직하다.
이와 같이 타공구멍이 형성되고 소정 색상을 갖는 경량 보드는, 일정한 타공 크기 및 배열 등의 구조에 의한 최적의 유공율에 의하여 흡음 효과를 높일 수 있고, 구조적으로 기준 이상의 강도를 유지하며, 다양한 모양과 칼라가 가능하여 용도에 맞게 적절한 실내 분위기를 연출할 수 있게 된다.
그런 다음, 상기 제조된 성형물은 저온 증기양생 및 자연 건조함으로써 최종적으로 경량 보드를 제조하게 된다(경량보드 완성 단계(S300)). 이때 상기 증기양생은 45~50℃의 저온에서 유지시간 8~10 시간 동안 이루어지도록 한다. 또한, 상기 자연건조는 예를 들면, 20~30℃ 범위의 온도에서 3~7일 정도 범위에서 자연 건조시키는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하나 본 발명이 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
1. 원료 조성물의 준비
먼저 펄라이트 경량재 조성물과 기능성 소재인 규조토와 무기 고화제 조성물 및 규회석, 분말 셀룰로오스(증점제)를 준비하여 혼합하고, 혼화제 및 물을 더 투입하여 정밀혼합이 될 수 있도록 일정한 속도로 혼합하여 제조하였다.
이때, 고화제 조성물은 포졸란 광물소재를 함유하는 고로슬래그 미분말 80 ~ 90 중량부, 생석회 3 ~ 6 중량부, 무수석고 5 ~ 8 중량부, 수산화나트륨(NaOH) 2 ~ 4 중량부, 탄산나트륨(Na2CO3) 3 ~ 6 중량부, 염화칼슘(CaCl2) 1 ~ 3 중량부를 투입하여 정밀혼합이 될 수 있도록 일정한 속도로 혼합하여 고화제를 제조하였다.
2. 경량 보드의 제작
경량재 40kg, 규조토 3kg, 고화제 43kg, 규회석 9kg, 분말 셀룰로오스 5kg을 정밀혼합이 될 수 있도록 일정한 속도로 혼합과정을 거친 후 물 약 25ℓ를 원형 교반기 투입하여 원료가 뭉치지 않도록 분무식으로 분사하여 골고루 고른 분사가 이루어지도록 하였다.
함수비가 조절된 혼합물을 유압프레스(신창정공, SC-M2070-1P-1U, 200TON 유압프레스) 방식에 40 ~ 50kgf/ ㎠ 가압성형 압력으로 3 ~ 5초 정도 가압하여 성형 제작하였다.
위의 성형 틀에 의해 성형된 기능성 경량보드를 스팀 시설이 설치된 증기 양생실에서 45 ~ 50℃로 8 ~ 10시간 정도 양생을 실시한 후 야적장에서 자연 건조하여 기능성 경량보드 성형품을 완성하였다.
<실시예 2>
경량재 36kg, 규조토 4kg, 고화제 48kg, 규회석 8kg, 분말 셀룰로오스 4kg을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 기능성 경량보드 성형품을 제조하였다.
<실시예 3>
경량재 30kg, 규조토 5kg, 고화제 55kg, 규회석 7kg, 분말 셀룰로오스 3kg을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 기능성 경량보드 성형품을 제조하였다.
<비교예 1>
경량재 21kg, 규조토 6kg, 고화제 65kg, 규회석 6kg, 분말 셀룰로오스 2kg을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 기능성 경량보드 성형품을 제조하였다.
<비교예 2>
경량재 52kg, 규조토 2kg, 고화제 30kg, 규회석 10kg, 분말 셀룰로오스 6kg을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 기능성 경량보드 성형품을 제조하였다.
<시험예 1>
상기 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 기능성 경량보드에 대하여 휨파괴 하중, 비중, 함수율를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다(단, 물성시험는 KS L 5509 : 2016의 측정방법을 이용하였다).
Figure 112019057700182-pat00006
(※ 무공보드 : 보드 표면에 구멍이 없는 보드, 타공보드 : 보드 표면에 일정한 간격으로 흡음기능을 위해 구멍을 낸 보드)
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 혼합 중량 범위 내로 포함하는 경량 보드는, 실시예 1 내지 실시예 3의 경우에서, 규조토 및 규회석과 무기 고화제 간에 포졸란 수화반응 및 고로슬래그의 잠재수경성 반응을 통해 휨파괴 하중이 131N 이상이고 비중은 0.99 이하이며, 함수율이 1.2% 이하로 기존 석고 시멘트 보드에 비해 물성면에서 손색이 없는 것으로 확인되었다.
특히 산업부산물인 고로슬래그 미분말과 펄라이트 원료를 사용하므로서 친환경적이고 경량성이면서도 기계적 물성이 우수하고 저온에서 양생이 가능하여 제조비용이 저렴한 기능성 경량 보드를 제공할 수 있음을 확인하였다.
반면에 무기 고화제의 함량이 많고 경량재의 함량이 상대적으로 적은 비교예 1의 경우에는 휨파괴 하중은 높으나 비중이 다소 높은 현상을 보여주고 있는 것을 알 수 있으며, 무기 고화제의 함량이 적고 경량재의 함량이 상대적으로 높은 비교예 2의 경우에는 비중은 낮으나, 함수율이 높고, 휨파괴 하중값이 약해 시공시 하자의 우려가 있을 것으로 생각된다.
따라서 본 발명에 따르면 비소성 양생방식으로 경제적인 경량보드를 제조하면서도 물성변화가 없고, 불연성, 원적외선, 탈취 및 흡방습에 강하며 유해환경 물질(VOCs) 배출이 없어 쾌적한 실내환경을 조성 할 수 있는 친환경 경량 보드를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법은, 상기 재료 혼합 단계(S100)에서 유리 섬유, 탄소 섬유, 분말형 산화티탄 및 소정 입도의 동슬래그 중 적어도 하나의 부가 기능성 재료가 더 혼합되도록 하는 것을 포함할 수 있다.
상기 부가 기능성 재료는 상기 분말 혼합물 100중량부 기준으로 5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다.
이와 같은 부가 기능성 재료 중 유리 섬유 및 탄소 섬유 중 적어도 하나가 포함되는 경우 경량보드의 휨 강도가 더욱 향상될 수 있으며, 소정 입도를 갖는 산화티탄 및 동슬래그 중 적어도 하나가 포함되는 경우 경량보드의 항균성을 갖도록 할 수 있다.
그리고 상기 부가 기능성 재료는 무기계 난연제로서 수산화알루미늄(Al(OH)8))을 더 포함할 수 있으며, 이러한 수산화알루미늄은 상기 분말 혼합물 100중량부 기준으로 5~10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법은 상기 가압 성형 단계(S200)에서 횡방향 및 종방향으로 하나 이상의 장착홈 또는 장착구멍이 형성되도록 형성할 수 있다. 상기 장착홈 또는 장착구멍은 앞서 설명한 바와 같이 타공구멍의 일부로 구성될 수 있다.
그리고 상기 경량보드 완성 단계(S300) 이후, 상기 장착홈 또는 장착구멍에 제습 수단이 구비된 경량보드로 완성할 수 있다.
상기 제습 수단은 장착홈 또는 장착구멍에 충전되는 제습물질, 및 상기 장착홈의 개구부 또는 장착구멍의 양 개구부를 폐쇄하는 메쉬형 마감 마개로 이루어질 수 있다. 상기 제습물질은 외부 습도에 따라 습기를 흡수하고 방출할 수 있는 고분자 흡수체, 예를 들면 폴리아크릴산염계 고분자로 이루어질 수 있으며, 장착홈 또는 장착구멍의 공간의 1/2 또는 2/3을 차지하는 양으로 이루어질 수 있다.
여기에서, 상기 개구부 또는 장착구멍은 일측에서 타측으로 확장된 형태로 이루어질 수 있으며, 이때 고분자 흡수체는 개구부 또는 장착구멍의 형상에 상응하며 메쉬망으로 구획된 구획체에 일측에서 타측으로 갈수록 충전양을 달리하여, 예를 들면 일측에서 타측으로 갈수록 충전양이 감소되도록 하여 구비될 수 있다.
이와 같이 구성되어 제조되는 경량보드는 규조토가 갖는 제습 기능에 더하여 내부 상황에 따라 제습 기능을 더 제공할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법 및 이에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드에 의하면, 기능성 소재인 규조토, 제올라이트, 흑운모 및 경량재인 펄라이트, 바텀애시 및 친환경 결합제인 무기 고화제를 이용함으로써 건축용 내장재로 벽면 및 천정의 마감재로 활용할 수 있으며, 미장효과가 우수한 건축자재를 생산할 수 있으며, 시멘트 등 기존의 건설재료에 비해 제조공정이 간단하므로 제조비용이 저렴하고, 비소성 양생방식으로 제조하기 때문에 물성변화가 없고 연료비가 적게 들어 경제성 있게 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 흡방습, 탈취, 공기정화, 습도조절, 오염물질 제거 등의 본래의 기능을 해치지 않으면서 원적외선 방출기능을 추가할 수 있는 효과가 있고 흡방습에 강하며 무기 광물질로 구성된 불연소재이기 때문에 화재예방은 물론이고 유해환경 물질(VOCs) 배출이 없어 쾌적한 실내환경을 조성 할 수 있는 친환경 무기 불연 경량 보드를 제공할 수 있으며, 흡음용 타공보드 제작이 가능하여 타공판의 일정한 타공 크기 및 배열 등의 구조에 의한 최적의 유공율에 의하여 흡음 효과를 높일 수 있으며, 구조적으로 기준 이상의 강도를 유지하고 있어 충분한 흡음용 타공보드로 사용할 수 있으며, 다양한 모양과 칼라가 가능하여 다양한 용도에 맞게 적절한 실내 분위기를 연출할 수 있는 이점이 있다.
상기한 바와 같은 실시 예들은 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S100: 재료 혼합 단계
S200: 가압 성형 단계
S300: 경량보드 완성 단계

Claims (4)

  1. 경량재 조성물, 기능성 소재, 무기 고화제 조성물, 규회석, 및 증점제를 혼합한 분말 혼합물에, 혼화제 및 물을 혼합하여 성형용 혼합물을 제조하는 재료 혼합 단계;
    상기 성형용 혼합물을 소정 압력으로 가압 성형하여 성형물을 제작하는 가압 성형 단계; 및
    상기 제작된 성형물을 소정 온도에서 소정 시간 동안 증기 양생한 후, 자연 건조시켜 경량 보드를 완성하는 경량보드 완성 단계;를 포함하며,
    상기 재료 혼합 단계에서 유리 섬유, 탄소 섬유, 분말형 산화티탄, 소정 입도의 동슬래그, 및 수산화알루미늄(Al(OH)8))을 포함하는 부가 기능성 재료가 상기 분말 혼합물 100중량부 기준으로 5 내지 15 중량부로 더 혼합되고,
    상기 경량재 조성물은 펄라이트 및 바텀애시 중 적어도 하나이고,
    상기 무기 고화제 조성물은 고로슬래그 및 무수 석고를 포함하고,
    상기 기능성 소재는 규조토, 제올라이트, 및 흑운모 중 적어도 하나이고,
    상기 증점제는 분말 셀룰로오스, 전분, CMC(Calcium-Carboxymethyl Cellulose) 중 적어도 하나이고,
    상기 혼화제는 폴리카본산계 혼화제로 이루어지고,
    상기 경량재 조성물, 기능성 소재, 무기 고화제 조성물, 규회석, 증점제 및 물이 30~45 : 3~5 : 40~55 : 7~9 : 3~5 : 24~26의 비율로 혼합되고,
    상기 혼화제는 상기 분말 혼합물 100중량부 기준으로 0.8 ~ 1.2중량부로 포함되고,
    상기 재료 혼합 단계에서 무기 고화제 조성물은 생석회, 수산화나트륨, 탄산나트륨 및 염화칼슘을 더 포함하고,
    상기 무기 고화제 조성물은, 포졸란 광물 소재를 포함하는 고로슬래그 미분말 80 ~ 90 중량부, 생석회 3 ~ 6 중량부, 무수석고 5 ~ 8 중량부, 수산화나트륨(NaOH) 2 ~ 4 중량부, 탄산나트륨(Na2CO3) 3 ~ 6 중량부, 염화칼슘(CaCl2) 1 ~ 3 중량부로 이루어지고,
    상기 가압 성형 단계는 40~50kgf/㎠의 압력으로 가압 성형하도록 이루어지며,
    상기 경량보드 완성 단계는 제작된 성형물을 45 ~ 50℃에서 8 ~ 10시간 동안 증기 양생하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
    비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 따른 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드의 제작 방법에 의해 제작된 비소성 건축마감재용 기능성 경량보드.
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