KR102183145B1

KR102183145B1 - 석고보드용 혼화제, 석고보드 형성용 조성물 및 이를 이용한 석고보드

Info

Publication number: KR102183145B1
Application number: KR1020190040621A
Authority: KR
Inventors: 차철용; 박광영; 주영길; 김대진; 이민재; 김주환
Original assignee: 주식회사 실크로드시앤티
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2020-11-25
Also published as: WO2020209504A1; KR20200118564A

Abstract

본 발명은 석고보드용 혼화제, 석고보드 형성용 조성물 및 이를 이용한 석고보드에 관한 것이다. 자세하게는 폴리스티렌 설포네이트계 화합물을 포함한 혼화제를 제공하며 혼화제의 분자량(Mw)을 조절하여, 석고보드의 기포크기, 혼화제의 유동성, 응결시간 등의 물성 조절이 가능한 기술에 관한 것이다.

Description

석고보드용 혼화제, 석고보드 형성용 조성물 및 이를 이용한 석고보드 {ADMIXTURE FOR GYPSUM BOARD, COMPOSITION FOR FORMING GYPSUM BOARD, AND GYPSUM BOARD USING THE SAME}

본 발명은 석고보드용 혼화제, 석고보드 형성용 조성물 및 이를 이용한 석고보드에 관한 것이다. 자세하게는 폴리스티렌 설포네이트계 화합물을 포함한 혼화제를 제공하며, 혼화제의 분자량(Mw)을 조절하여 석고보드의 기포크기, 혼화제의 유동성, 응결시간 등의 물성 조절이 가능한 기술에 관한 것이다.

석고보드는 주로 건축용 내장재료로서, 방화성, 차음성, 단열성이 우수한 특성을 갖고, 또한 저렴하기 때문에, 널리 사용되고 있다. 석고보드로는 보통보드, 경질보드, 강화보드, 화장보드 등의 종류가 있으며, 각각의 석고보드의 요구 특성에 따라, 첨가제의 종류, 조합량, 강화재의 첨가 등이 달라질 수 있다.

이러한 다양한 종류의 석고보드는 일반적으로 석고를 물과 혼합한 것을 원지에 흘려 끼우고, 두께와 폭을 조정한 후, 경화, 절단, 건조시켜 제조될 수 있다. 이때, 첨가제로서 석고를 물에 분산시키기 위한 혼화제가 사용될 수 있는데, 이는 물의 사용량을 줄이는 역할도 할 수 있어 석고보드 제조 시 건조 효율을 높이므로, 생산성을 높일 수 있다.

종래 석고보드용 혼화제로는 나프탈렌 설포네이트계 혼화제, 예를 들어 폴리나프탈렌 설포네이트(PNS) 등이 사용되어 왔으나(KR 2015-7036618 A), 이는 강한 자극성의 유해물질을 발생시킬 수 있어, 실내 건축 자재 등으로 생활에 밀접하게 이용되는 석고보드의 특성상 사용이 적절하지 않은 측면이 있다.

이에, PNS계 혼화제를 폴리카복실레이트 에테르(PCE)계로 대체하고자 하는 시도가 있다. 그러나, PCE는 PNS에 비해 응결시간이 지연되어 생산성이 저해되거나, 조성의 pH에 따라 감수 효과나 유동성이 크게 달라지게 될 뿐만 아니라(KR 2016-0021147 A), 석고보드 내의 기포 크기가 작고 그 크기를 제어하기 어려워 용도에 따른 물성 조절이 용이하지 않은 단점이 있다.

일각에서는 이러한 PCE계 혼화제의 단점을 보완하기 위해 멜라민계 혼화제(PMS)를 PCE계와 혼용하는 등의 방법이 제시되기도 하였으나(WO 2012/091914 A1), PMS의 제조 시에 체내에서 신장계통 질환을 유발하는 것으로 알려진 멜라민이 반응물로서 사용되므로, 독성의 PNS를 대체하고자 하는 본 목적을 달성하지 못하는 점에서 한계가 있다.

이에, PNS계 혼화제를 대체할 수 있도록 물성을 용이하게 제어가 가능하여, 석고보드 생산성을 높이고 동시에 환경 문제를 해소할 수 있는 혼화제 재료에 대한 개발이 절실히 필요하다.

본 발명의 목적은 폴리스티렌 설포네이트(PSS)계 석고보드용 혼화제를 제공하여 혼화제의 물성을 향상시키는 것이다.

특히, 석고보드용 혼화제의 폴리스티렌 설포네이트(PSS)계 화합물의 분자량(Mw)에 따라 PNS계 혼화제 대비하여 유동성(flow)을 향상시키고, 응결시간은 단축시키는 것을 목적으로 한다.

더불어, 석고보드용 혼화제의 폴리스티렌 설포네이트(PSS)계 화합물의 분자량(Mw)에 따라 석고보드 제조 시, 기포 사이즈를 조절할 수 있음을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 상기 PSS계 혼화제를 포함한 석고보드용 조성물 및 이를 이용한 석고보드를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 중량평균 분자량이 20,000 내지 400,000이며, 폴리스티렌 설포네이트(PSS)계 화합물을 포함하는 석고보드용 혼화제가 제공된다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 혼화제에 폴리카복실레이트 에테르(PCE)계 화합물을 더 포함할 수 있으며, 이 경우, 상기 폴리카복실레이트 에테르계 화합물 및 폴리스티렌 설포네이트계 화합물의 중량비는 10:90 내지 90:10일 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 중량평균 분자량이 20,000 내지 400,000인 PSS계 화합물을 포함하는 석고보드용 혼화제를 사용하여 석고보드 제조 시, 기존 혼화제와 비교하여 유사한 유동성과 응결시간을 가지면서, 석고보드의 기포사이즈를 조절할 수 있는 것이 특징이다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 혼화제는 수분산 타입인 것을 특징으로 한다. 상기 수분산 타입의 경우, 물 100중량부에 대하여, 혼화제는 1 내지 60 중량부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 석고, 혼화제, 경화제, 경량화제 및 물을 포함하고, 상기 혼화제는 중량평균 분자량이 20,000 내지 400,000인 폴리스티렌 설포네이트계 화합물을 포함하는 것인 석고보드 형성용 조성물이 제공된다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 석고는 반수석고(CaSO₄·1/2H₂O)일 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 석고보드 형성용 조성물은 석고 100 중량부에 대하여, 물 60 내지 150 중량부, 혼화제 0.1 내지 2 중량부, 경화제 0.1 내지 1 중량부 및 경량화제 0.01 내지 1 중량부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 혼화제는 폴리카복실레이트 에테르(PCE)계 화합물을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 경화제는 황산칼륨(K₂SO₄) 및 황산나트륨(Na₂SO₄)중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 석고보드 형성용 조성물은 경화지연제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 석고보드 형성용 조성물을 이용한 석고보드가 제공된다.

본 발명에 따른 PSS계 혼화제를 포함하여, 석고보드 제조 시, PSS계 화합물의 분자량(Mw)에 따라 석고보드 제조 시, 유동성 및 응결시간을 조절할 수 있다.

특히, PNS계 석고보드용 혼화제와 대비하여 유동성(flow)은 향상시키고, 응결시간은 단축시키는 효과를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 PSS계 혼화제를 포함하여, 석고보드 제조 시, PSS계 화합물의 분자량(Mw)에 따른 기포 사이즈를 조절할 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명의 석고보드 형성물 조성물을 이용하여, 석고보드 제조 공정 시, 응결시간이 단축되어 비용이 절감하면서 동시에 물성이 향상된 양질의 석고보드를 제조할 수 있다.

또한, 추가의 공정이나 첨가제 없이도, PSS계 화합물의 분자량을 조절함으로써 용도에 맞는 다양한 중량의 석고보드를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 폴리스티렌 설포네이트계 혼화제의 분자량에 따른 유동성(flow) 특성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 폴리스티렌 설포네이트계 혼화제의 분자량에 따른 겉보기 종결 특성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 폴리스티렌 설포네이트계 혼화제의 분자량에 따른 기포 크기 특성을 나타낸 것이다.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 폴리스티렌 설포네이트계 혼화제의 분자량에 따른 기포 크기 특성을 나타낸 것이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 폴리스티렌 설포네이트계 혼화제를 이용하여 제조한 석고보드의 기포 크기 특성을 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용 및 가능한 구현 예들을 설명한다. 다만, 하기에 구체적으로 명시되지 않은 구성에 관하여서는, 본 발명의 목적에 반하지 않는 한, 해당 기술분야에 알려진 내용이 적용될 수 있다.

본 명세서에서, 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재와 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 층 또는 부재가 다른 층 또는 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 층 또는 두 부재 사이에 또 다른 층 또는 또 다른 부재가 존재하는 경우를 포함한다.

또한, 본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 명세서에서 "분자량"은 달리 정의되지 않는 한 "중량평균 분자량(Weight Average Molecular Weight, Mw)"을 의미한다.

[치환기의 일반적인 정의]

본 명세서 중 C₁-C₂₀알킬기는, 탄소수 1 내지 20의 선형 또는 분지형 지방족 탄화수소 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, ter-부틸기, 펜틸기, iso-아밀기, 헥실기 등이 포함된다.

본 명세서 중 C₂-C₂₀알케닐기는, 상기 C₂-C₂₀알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 이중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C₂-C₂₀알키닐기는, 상기 C₂-C₂₀알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 삼중 결합을 포함한 탄화수소 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 에티닐기, 프로피닐기, 등이 포함된다.

본 명세서 중 C₁-C₂₀알콕시기는, -OA₁₀₁(여기서, A₁₀₁은 상기 C₁-C₂₀알킬기임)의 화학식을 갖는 1가 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 메톡시기, 에톡시기, 이소프로필옥시기 등이 포함된다.

본 명세서 중 C₃-C₁₀시클로알킬기는, 탄소수 3 내지 10의 1가 포화 탄화수소 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체예에는 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C₃-C₁₀시클로알킬렌기는 상기 C₃-C₁₀시클로알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.

본 명세서 중 C₆-C₂₀아릴기는 탄소수 6 내지 20개의 카보시클릭 방향족 시스템을 갖는 1가(monovalent) 그룹을 의미한다. 상기 C₆-C₂₀아릴기의 구체예에는, 페닐기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 포함된다.

본 명세서 중 C₁-C₂₀헤테로아릴기는 N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함하고 탄소수 1 내지 20개의 헤테로시클릭 방향족 시스템을 갖는 1가 그룹을 의미한다. 상기 C₁-C₆₀헤테로아릴기의 구체예에는, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 카바졸일기 등이 포함된다.

[석고보드용 혼화제]

본 발명의 일 실시예를 따르면, 중량평균 분자량이 20,000 내지 400,000이며, 하기 화학식 1로 표시되는 폴리스티렌 설포네이트(PSS)계 화합물을 포함하는 석고보드용 혼화제가 제공된다.

<화학식 1>

상기 화학식 1에서,

R₁및 R₂는 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 니트로기, C₁-C₂₀알킬기, C₂-C₂₀알케닐기, C₂-C₂₀알키닐기, C₁-C₂₀알콕시기, C₃-C₁₀시클로알킬기, C₆-C₂₀아릴기, C₁-C₂₀헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,

a1은 1 내지 4 중에서 선택된 정수이고,

a2은 1 내지 5 중에서 선택된 정수이고,

M⁺는 H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺ 또는 NH₄ ⁺이고,

n1는 5 내지 50,000 중에서 선택된 정수이고,

n2는 0 내지 50,000 중에서 선택된 정수이다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 폴리스티렌 설포네이트(PSS)계 화합물은 바람직하게는 중량평균 분자량이 20,000 내지 400,000이 제공될 수 있다.

한편, 석고보드의 제조 시, 분산성인 유동성(Flow) 값과 응결시간(겉보기 종결)이 중요한 요소이다. 이에, 본 발명은 중량평균 분자량이 20,000 내지 400,000의 폴리스티렌 설포네이트(PSS)계 화합물을 제공하여 유동성 및 응결시간을 기존의 물성이 우수한 PNS와 유사한 수준으로 제공할 수 있다. 도 1의 경우 본 발명의 폴리스티렌 설포네이트계 혼화제의 분자량에 따른 유동성(flow)특성을 보여주는 그래프이다. 유동성의 경우 PNS계 대비하여 유사하거나 높을수록 물성이 우수함을 의미한다. 따라서, 본 발명에서 제공되는 PSS계의 중량평균 분자량이 20,000 내지 400,000의 범위 내에서 유동성 값이 유사하거나 높은 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 2는 본 발명의 폴리스티렌 설포네이트계 혼화제의 분자량에 따른 겉보기 종결 특성을 나타낸 것이다. 겉보기 종결은 응결시간을 의미하며, 이는 PNS계보다 짧을수록 물성이 우수함을 의미한다. 따라서, 본 발명에서 제공되는 PSS계의 중량평균 분자량이 20,000 내지 400,000의 범위 내에서 겉보기 종결이 단축됨을 확인할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 혼화제에 폴리카복실레이트 에테르(PCE)계 화합물을 더 포함하는 석고보드용 혼화제가 제공된다. 따라서, 기존의 PNS계 혼화제를 폴리카복실레이트 에테르(PCE)계로 대체함에 있어서, 대두되었던 유동성 및 석고보드 제조 시 기포 크기가 작은 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 폴리카복실레이트 에테르계 화합물 및 폴리스티렌 설포네이트계 화합물의 중량비는 10: 90 내지 90:10일 수 있다. 바람직하게는 40:60 내지 60:40일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 45:55 내지 55:45일 수 있다. 하기의 표 3의 결과와 같이, 폴리스티렌 설포네이트계 화합물을 PCE계와 함께 사용하여 PCE계의 경우에 기포 크기가 작은 문제점을 해소하고 종래의 PNS계보다 높은 경량화 수준을 달성할 수 있다.

따라서, 강한 자극성의 유해 물질인 PNS계의 단점을 보완하는 PCE계 화합물을 혼화제로 사용한 경우의 단점인 낮은 유동성 및 응결시간 문제를 해결하면서 기존의 PNS계 수준의 물성을 제공할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 폴리스티렌 설포네이트계 화합물의 중량평균 분자량 범위 20,000 내지 400,000내에서, 분자량에 따라 석고보드의 기포 크기가 제어될 수 있다. 도 3에 따르면, PSS계 화합물의 분자량이 커질수록 기포사이즈 역시 커지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 필요에 따라 분자량을 조절하여 기포사이즈를 조절이 가능한 점에서 추가의 공정이나 첨가제 없이도, 용도에 맞는 다양한 중량의 석고보드를 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 혼화제는 수분산 타입인 것을 특징으로 하는 석고보드용 혼화제가 제공된다. 상기 수분산은 별도의 용기에 물을 넣고 교반하면서 상기 활성화단계를 거친 반응액을 서서히 투입하여 이루어진다. 물의 함량은 특별히 제한되지는 않지만 작업성 등을 고려하여, 최종 제품에서 물 100 중량부에 대하여, 혼화제는 1 내지 60 중량부를 포함하는 범위 내에서 자유롭게 첨가할 수 있다.

[석고보드 형성용 조성물]

본 발명의 석고보드 형성용 조성물은 석고, 혼화제, 경화제, 경량화제 및 물을 포함하고, 상기 혼화제는 중량평균 분자량이 20,000 내지 400,000이며, 하기 화학식 1로 표시되는 폴리스티렌 설포네이트계 화합물을 포함한다.

<화학식 1>

상기 화학식 1에서,

a1은 1 내지 4 중에서 선택된 정수이고,

a2은 1 내지 5 중에서 선택된 정수이고,

M⁺는 H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺ 또는 NH₄ ⁺이고,

n1는 5 내지 50,000 중에서 선택된 정수이고,

n2는 0 내지 50,000 중에서 선택된 정수이다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 석고보드 형성용 조성물에 포함되는 석고는 반수석고일 수 있다.

석고(gypsum)는 황산 칼슘(CaSO₄)을 주성분으로 하는 매우 부드러운 황산염 광물을 의미한다. 석고는 결정 형태에 따라 여러 종이 알려져 있으며, 이 중 이수석고(CaSO₄·2H₂O)를 150℃ 내지 200℃의 온도로 가열하거나, 대기 중에서 수분을 흡수시켜 소성함으로써 반수석고(CaSO₄·1/2H₂O)를 얻을 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 반수석고는 원료 석고를 소성하여 제조될 수 있다. 상기 원료 석고로는 천연 석고 또는 탈황(flue gas desulfurization: FGD)석고, 인산석고(phospho gypsum), 티탄석고(titanogypsum), 시트로석고(citrogypsum), 타타로석고(tartarogypsum), 보로석고(borogypsum), 락토석고(lactogypsum)와 같은 화학 석고를 사용할 수 있다. 또는 상기 원료 석고로서 폐석고보드 등으로부터 회수된 재활용 석고를 사용할 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 원료 석고의 소성 시 산 또는 그 염, 예를 들어 시트르산 또는 그 염, 말산 또는 그 염, 석신산 또는 그 염, 타르타르산 또는 그 염 등이 함께 배합될 수 있다. 상기 산 또는 염이 함께 배합되는 경우에, 생성된 반수석고를 이용하여 석고보드 제조 시 혼수량이 저감될 수 있다.

상기 산 또는 그 염의 배합량은 상기 원료 석고 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 10 중량부, 또는 0.1 중량부 내지 5 중량부, 또는 0.5 중량부 내지 1 중량부일 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 원료 석고의 소성은 150℃ 내지 200℃의 온도 범위 내에서, 예를 들어 160℃ 내지 180℃의 온도에서 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 원료 석고의 소성은 당업계에서 이용되고 있는 케틀(kettle), 로터리 킬른(rotary kiln) 등의 소성장치를 이용할 수 있으며, 사용되는 소성 장치는 특별히 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 소성된 반수석고는 볼밀(ball mill)이나 튜브밀(tube mill) 등의 장치를 이용하여 조성물에 이용되기 적합한 형태로 더 분쇄될 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 혼화제는 석고보드 형성용 조성물은 석고 100 중량부에 대하여, 혼화제 0.1 내지 2 중량부 포함할 수 있고, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량부를 포함할 수 있다. 또한, 폴리스티렌 설포네이트계 화합물의 중량평균 분자량은 20,000 내지 400,000이며, 바람직하게는 20,000 내지 200,000이 제공될 수 있다. 상기 폴리스티렌 설포네이트계 화합물의 중량평균 분자량이 전술한 범위를 만족할 때, 상기 석고보드 형성용 조성물의 유동성이 높고 경화시간이 짧으므로 바람직하다. 상기 폴리스티렌 설포네이트계 화합물의 중량평균 분자량이 전술한 범위를 만족할 때, 즉, 중량평균 분자량이 커질수록 기포 사이즈가 역시 커질 수 있으므로, 필요에 따라 분자량을 조절하여, 기포 사이즈를 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 혼화제는 상기 폴리스티렌 설포네이트계 화합물 외에도, 폴리카복실레이트 에테르(PCE)계 화합물, 리그닌설폰산염계 화합물, 알킬아릴설폰산계 화합물, 폴리옥시에틸렌계 화합물, 알킬아릴에테르계 화합물, 옥시칼본산계 화합물, 폴리카본산계 화합물 및 아미노술폰산계 화합물 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 혼화제는 상기 PSS계 화합물 및 PCE계 화합물을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 혼화제 중 상기 PSS계 화합물 및 PCE계 화합물의 중량비가 10:90 내지 90:10, 예를 들어 40:60 내지 60:40, 또는 45:55 내지 55:45일 수 있다. 이에 대한 설명은 전술한 바와 동일하다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 석고보드 형성용 조성물은 경화제를 포함하며, 이는 석고와 물의 수화 반응을 촉진하여, 석고보드의 생산성을 높일 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 경화제는 무기계 화합물 및 유기계 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있고,

상기 무기계 화합물은 염화칼슘, 염화칼륨 등의 염화물; 아질산나트륨, 아질산칼슘 등의 아질산염; 질산나트륨, 질산칼슘 등의 질산염; 황산칼슘, 황산칼륨, 황산나트륨, 황산알루미늄 등의 황산염; 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 수산화물; 탄산칼슘, 탄산나트륨, 탄산리튬 등의 탄산염; 규산나트륨, 규산칼륨 등의 규산염; 수산화알루미늄, 산화알루미늄 등의 알루미나계 화합물; 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 황산칼륨(K₂SO₄) 또는 황산나트륨(Na₂SO₄)이 제공될 수 있다.

또한, 상기 유기계 화합물은 디에탄올아민, 트리에탄올아민 등의 아민류; 포름산칼슘, 아세트산칼슘 등의 유기산의 칼슘염; 및 무수 말레산; 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 석고보드 형성용 조성물은 석고 100 중량부에 대하여, 경화제 0.1 내지 1 중량부를 포함한다. 경화제의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우에, 상기 석고보드 형성용 조성물로부터 제조된 석고보드의 경화성이 증가되면서도, 과도한 경화로 인해 석고보드가 취성(brittleness)을 갖지 않도록 제어될 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 석고보드 형성용 조성물은 경량화제를 포함한다. 상기 경량화제는 상기 석고보드 형성용 조성물로부터 제조된 석고보드의 밀도를 제어하고, 석고보드 내에 기포를 발생시켜 석고보드가 경량화된다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 경량화제는 설페이트 화합물, 퍼설페이트 화합물, 바이설페이트 화합물, 카보네이트 화합물 또는 바이카보네이트 화합물을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 경량화제는 암모늄 퍼설페이트((NH₄)₂S₂O₈), 소듐 바이카보네이트(NaHCO₃), 암모늄 설페이트((NH₄)₂SO₄), 또는 소듐 바이설페이트를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예를 따르면, 상기 경량화제는 알킬 설페이트 화합물, 알킬 에테르 설페이트 화합물, 알킬 설포네이트 화합물, 알킬 에테르 설포네이트 화합물, 알킬 포스페이트 화합물, 알킬 에테르 포스페이트 화합물, 알킬 카보네이트 화합물 및 알킬 에테르 카보네이트 화합물과 같은 음이온성 계면활성제를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 경량화제는 라우릴 설포네이트, 이소트리데실 설포네이트, 라우릴 설페이트, 이소트리데실 설페이트 또는 스테아릴 설페이트와 같은 음이온성 계면활성제를 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 석고보드 형성용 조성물은 석고 100 중량부에 대하여, 상기 경량화제의 함량은 0.01 중량부 내지 1 중량부일 수 있다. 바람직하게는 0.01상기 경량화제의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우에, 상기 석고보드 형성용 조성물로부터 제조된 석고보드가 경량화되면서도, 과도한 기포 발생으로 인해 석고보드의 물성이 저하되지 않도록 제어될 수 있다. 바람직하게는 상기 경화제의 함량은 0.01 중량부 내지 0.1 중량부일 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 석고보드 형성용 조성물은 물을 포함한다. 상기 물은 상기 반수석고와 수화 반응하여 단단한 이수석고를 형성한다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상 상기 석고보드 형성용 조성물은 석고 100 중량부에 대하여, 상기 물의 함량은 60 중량부 내지 150 중량부가 제공되며, 바람직하게는 60 ~ 80 중량부가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 석고보드 형성용 조성물은, 경화지연제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화지연제로는 예를 들어, 글루콘산, 시트르산, 글루코헵톤 등의 옥시카르복실산 또는 이들의 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 암모늄 등의 무기 염류, 글루코오스, 프럭토오스, 갈락토오스, 사카로오스, 크실로오스, 아라비노오스, 리포오즈, 올리고당, 덱스트란 등의 당류, 붕산 등을 사용할 수 있다. 상기 경화지연제는 석고보드 제조 시 경화 속도를 제어하기 위해 첨가될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 석고보드 형성용 조성물은, 강도개선제를 더 포함할 수 있다. 상기 강도개선제로는 예를 들어 실리카흄, 플라이애쉬 등을 사용할 수 있다. 상기 강도개선제는 석고보드의 물리적인 특성을 보완하는 역할을 할 수 있다.

상기 경화지연제 및 강도개선제의 함량은 각각 기 석고보드 형성용 조성물은 석고 100 중량부에 대하여, 0.1 중량부 내지 10 중량부, 예를 들어 0.5 중량부 내지 5 중량부일 수 있다.

[석고보드]

본 발명의 일 실시예를 따르면, 석고, 혼화제, 경화제, 경량화제 및 물을 포함하고, 상기 혼화제는 중량평균 분자량이 20,000 내지 400,000이며, 상기 전술한 바와 동일한 화학식 1로 표시되는 폴리스티렌 설포네이트계 화합물을 포함하는 것인 석고보드 형성용 조성물을 이용한 석고보드가 제공된다.

이에, 상기 석고, 경화제, 경량화제, 폴리스티렌계 화합물 및 혼화제에 관한 설명은 본 명세서에 기재된 바를 참조할 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 석고보드는 외장재 시트 및 석고 코어를 포함하고, 상기 석고 코어에 상기 석고, 물, 경화제, 경량화제 및 중량평균 분자량이 20,000 내지 400,000인 폴리스티렌 설포네이트계 화합물을 포함한 혼화제가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예를 따르면, 상기 석고보드가 제1외장재 시트, 상기 제1외장재 시트와 대향하는 제2외장재 시트, 및 상기 제1외장재 시트 및 상기 제2외장재 시트 사이에 배치된 석고 코어를 포함할 수 있다.

상기 각각의 외장재 시트는 종이 외장재 시트 또는 섬유질 외장재 시트일 수 있고, 이에 한정되지 않고 당업계에 알려져 있는 것을 제한 없이 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 석고보드는 제조 시의 유동성이 높고 응결시간이 짧아, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 석고보드는 상기 혼화제 중 폴리스티렌 설포네이트계 화합물의 분자량에 따라 기포 크기가 제어될 수 있다.

나아가, 석고보드 형성용 조성물로 제조되기 때문에 유동성, 경화성, 경도 등이 우수하고, 더불어 기존의 PNS계 혼화제를 사용한 것에 비하여, 친환경적이며 인체에 무해하다.

따라서 본 발명의 석고 보드는 필요에 따라 적절하게 성형되어 건축 자재로써 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 하기 실시예들은 본 발명의 범위를 제한하지 않고 본 발명을 예시한다.

[실시예]

실시예 1: 석고보드 형성용 조성물의 제조

실제 석고보드 생산공장에서 사용이 가능한 반수석고 100 중량부에 대하여, 물 70 중량부, 혼화제로써 중량평균 분자량이 33,400인 폴리스티렌 설포네이트(PSS, 고형분 40%)를 0.6 중량부, 경화제(황산칼륨) 0.2 중량부 및 경량화제(암모늄 설페이트)로 0.06 중량부를 첨가하고 소형 믹서로 10초간 혼합을 행하여 실시예 1의 석고보드 형성용 조성물을 제조하였다.

실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 8

혼화제로서 하기 표 1에 기재된 화합물 또는 조성을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 8의 석고보드 형성용 조성물을 제조하였다.

평가예 1: 석고보드 형성용 조성물의 유동성 및 겉보기 종결 평가

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 8에서 제조된 석고보드 형성용 조성물의 유동성 및 겉보기 종결을 하기와 같은 방법에 따라 측정하고, 그 결과를 표 1, 도 1 및 2에 나타내었다.

<유동성(Flow) 평가>

석고보드 형성용 조성물을 지름 70 mm, 높이 40 mm의 원형 몰드에 주입한 뒤 10초 후 탈형 했을 때 퍼지는 지름을 측정하였다. 이때, 원형의 퍼진 슬러리를 60 도 간격으로 세 군데에서 측정한 후, 측정 데이터 중 최대값 최소값을 더한 후 2로 나누어 유동성(Flow) 값으로 하였다.

<겉보기 종결 평가>

먼저, 상기 석고보드 형성용 조성물을 가로 50 mm × 세로 50 mm × 높이 50 mm의 고무 몰드에 붓고, 쇼어 경도계 (Shore durometer, type D)로 경도를 측정하여 측정값이 85가 되었을 때 시간을 겉보기 종결시간으로 하였다.

	혼화제 (중량평균 분자량)	유동성 (mm)	겉보기 종결 (초)
비교예 1	PSS (1,690)	89	178
비교예 2	PSS (5,580)	100	176
비교예 3	PSS (16,000)	110	188
실시예 1	PSS (33,400)	122	188
실시예 2	PSS (68,300)	125	186
실시예 3	PSS (88,700)	124	189
실시예 4	PSS (234,800)	123	201
비교예 4	PSS (587,600)	103	213
비교예 5	PSS (829,500)	96	262
비교예 6	PSS (1,207,000)	92	284
비교예 7	PSS (2,247,000)	77	300
비교예 8	PNS	125	199

표 1, 도 1 및 2를 참조하여, 상기 실시예 1 내지 4의 석고보드 형성용 조성물은, 비교예 1 내지 7의 석고보드 형성용 조성물보다 유동성이 우수하였으며, 비교예 4 내지 7의 석고보드 형성용 조성물에 비하여 겉보기 종결 시간이 짧은 것이 나타났다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 실시예 1 내지 4의 석고보드 형성용 조성물은 비교예 1 내지 7의 석고보드 형성용 조성물에 비하여 석고보드 생산성이 우수함을 알 수 있었다.

또한, 상기 실시예 1 내지 4의 석고보드 형성용 조성물은 PNS계를 사용한 비교예 8의 석고보드 형성용 조성물과 유사한 수준의 유동성 및 겉보기 종결 시간을 나타내었다. 따라서, 상기 폴리스티렌 설포네이트계 화합물을 혼화제에 포함함으로써, 종래에 혼화제로 널리 사용되어 온 PNS계 혼화제를 대체할 수 있음을 확인할 수 있다.

평가예 2: 석고보드의 기포 크기 평가(1)

상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 석고보드 형성용 조성물로부터 석고보드를 제조하고, 그 단면을 현미경(500배율)으로 관찰하여 평균 기포 크기를 측정하고, 그 결과를 표 2 및 도 4a 내지 4e에 나타내었다.

	혼화제 (중량평균 분자량)	평균 기포 크기 (mm)
비교예 3	PSS (16,000)	0.33
실시예 1	PSS (33,400)	0.42
실시예 2	PSS (68,300)	0.57
실시예 3	PSS (88,700)	0.65
실시예 4	PSS (234,800)	0.77
비교예 8	PNS	0.49

표 2 및 도 4a 내지 4e를 참조하여, 실시예 1 내지 4의 조성물로부터 제조된 석고보드는 충분한 크기의 기포 크기가 확보되어 경량화될 수 있으며, 또한 PSS계의 분자량에 따라 기포 크기의 조절이 가능한 것을 알 수 있었다.

실시예 5, 6 및 비교예 9

혼화제로서 하기 표 3에 기재된 화합물 또는 조성을 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 석고보드를 제조하였다. 실시예 5 및 6의 경우에 PSS계와 PCE계는 1:1의 중량비로 혼합하였다. 이 경우, 사용한 PCE계 혼화제는 석고보드용으로 판매중인 BASF사 Melflux PCE 541 이었다.

평가예 3: 석고보드의 기포 크기 평가(2)

상기 실시예 5 및 6에서 제조된 석고보드 형성용 조성물로부터 석고보드를 제조하고, 그 단면을 현미경(500배율)으로 관찰하여 평균 기포 크기를 측정하고, 그 결과를 표 3 및 도 5a 내지 5d에 나타내었다.

	혼화제 (중량평균 분자량)	평균 기포 크기 (mm)
비교예 8	PNS	0.59
비교예 9	PCE	0.39
실시예 5	PSS (68,300) + PCE	0.54
실시예 6	PSS (234,800) + PCE	0.66

표 3 및 도 5a 내지 5d를 참조하여, 실시예 5 및 6의 조성물로부터 제조된 석고보드는 충분한 크기의 기포 크기가 확보되어 경량화될 수 있으며, 또한 PSS계의 분자량에 따라 기포 크기의 조절이 가능한 것을 알 수 있었다. 이로써, 상기 폴리스티렌 설포네이트계 화합물을 PCE계와 함께 사용하여 PCE계의 경우에 기포 크기가 작은 문제점을 해소하고, 종래의 PNS계보다 높은 경량화 수준을 달성할 수 있었다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

중량평균 분자량이 33,400 내지 234,800이며, 하기 화학식 1로 표시되는 폴리스티렌 설포네이트(PSS)계 화합물을 포함하는 석고보드용 혼화제.
<화학식 1>

상기 화학식 1에서,
R₁및 R₂는 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 니트로기, C₁-C₂₀알킬기, C₂-C₂₀알케닐기, C₂-C₂₀알키닐기, C₁-C₂₀알콕시기, C₃-C₁₀시클로알킬기, C₆-C₂₀아릴기, C₁-C₂₀헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
a1은 1 내지 4 중에서 선택된 정수이고,
a2은 1 내지 5 중에서 선택된 정수이고,
M⁺는 H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺ 또는 NH₄ ⁺이고,
n1는 5 내지 50,000 중에서 선택된 정수이고,
n2는 0 내지 50,000 중에서 선택된 정수이다.
제 1항에 있어서,
상기 혼화제에 폴리카복실레이트 에테르(PCE)계 화합물을 더 포함하는 석고보드용 혼화제.
제 2항에 있어서,
상기 폴리카복실레이트 에테르계 화합물 및 폴리스티렌 설포네이트계 화합물의 중량비는 10:90 내지 90:10인 석고보드용 혼화제.
제 1항에 있어서,
상기 혼화제는 수분산 타입인 것을 특징으로 하는 석고보드용 혼화제.
제 4항에 있어서,
상기 수분산은 물 100중량부에 대하여, 혼화제는 1 내지 60 중량부를 포함하는 것인 석고보드용 혼화제.
석고, 혼화제, 경화제, 경량화제 및 물을 포함하고,
상기 혼화제는 중량평균 분자량이 33,400 내지 234,800이며, 하기 화학식 1로 표시되는 폴리스티렌 설포네이트계 화합물을 포함하는 것인 석고보드 형성용 조성물.
<화학식 1>

상기 화학식 1에서,
R₁및 R₂는 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 니트로기, C₁-C₂₀알킬기, C₂-C₂₀알케닐기, C₂-C₂₀알키닐기, C₁-C₂₀알콕시기, C₃-C₁₀시클로알킬기, C₆-C₂₀아릴기, C₁-C₂₀헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중에서 선택되고,
a1은 1 내지 4 중에서 선택된 정수이고,
a2은 1 내지 5 중에서 선택된 정수이고,
M⁺는 H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺ 또는 NH₄ ⁺이고,
n1는 5 내지 50,000 중에서 선택된 정수이고,
n2는 0 내지 50,000 중에서 선택된 정수이다.
제 6항에 있어서,
상기 석고보드 형성용 조성물은 석고 100 중량부에 대하여, 물 60 내지 150 중량부, 혼화제 0.1 내지 2 중량부, 경화제 0.1 내지 1 중량부 및 경량화제 0.01 내지 1 중량부인 석고보드 형성용 조성물.
제 6항에 있어서,
상기 혼화제는 폴리카복실레이트 에테르(PCE)계 화합물을 더 포함하는 석고보드 형성용 조성물.
제 8항에 있어서,
상기 폴리카복실레이트 에테르계 화합물 및 폴리스티렌 설포네이트계 화합물의 중량비는 10: 90 내지 90:10인 석고보드 형성용 조성물.
제 6항에 있어서,
상기 경화제는 황산칼륨(K₂SO₄) 및 황산나트륨(Na₂SO₄)중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 석고보드 형성용 조성물.
제 6항에 있어서,
경화지연제를 더 포함하는 석고보드 형성용 조성물.
제 6항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 석고보드 형성용 조성물를 이용한 석고보드.