KR102248035B1

KR102248035B1 - 건축용 무석면 압출성형패널 및 그 조성물

Info

Publication number: KR102248035B1
Application number: KR1020200033193A
Authority: KR
Inventors: 김춘길
Original assignee: (주)에이치앤브이
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-05-04

Abstract

건축용 무석면 압출성형패널 및 그 조성물이 제공된다. 제공된 조성물은 시멘트, 규석분, 천연섬유, 합성섬유, 가소제 및 물을 포함하며, 상기 천연섬유는 면섬유를 주성분으로 하는 폐기지폐펄프를 적용하되, 조성물 전체 중량%에 대하여 폐기지폐펄프를 5 내지 15 중량%로 혼합하고, 크랙방지를 위해 규회석을 조성물 전체 중량%에 대하여 1 내지 2.9 중량%로 혼합한다.

Description

건축용 무석면 압출성형패널 및 그 조성물{Construction material composition without using asbestos for pressure extrusion type and its production}

본 발명은 압출성형패널 및 그 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축용 무석면 압출성형패널 및 그 조성물에 관한 것이다.

일반적으로, 압출성형패널은 시멘트, 규석질 원료, 골재, 광물 섬유 등을 사용하여 진공압출성형한 제품으로서, 주로 건물의 내, 외벽재 또는 도로방음벽 등에 사용되고 있다.

종래, 압출성형패널의 제조방법이 대한민국 특허청 공개특허 제10-2002-0013659호(2002년 2월 21일 공개)에 개시되어 있다. 개시된 압출성형패널의 제조방법은 시멘트, 규석분, 석면 및 가소제와 기타 혼화제를 건식혼합기에 투입한 후 약 120∼180초 동안 건식혼합을 실시하고, 혼합이 완료하면 물을 투입하여 건식혼합과 함께 습식혼합을 하는 단계와, 습식혼합(혼련)이 완료되면 니더기(kneader)로 균질혼합하고 압출기로 투입하여 퍼그스크류, 진공실, 오거스크류, 게이트 및 최종다이스를 통과하여 여러 가지 제품으로 압출성형하는 단계와, 압출성형된 제품을 컨베이어벨트로 이동하면서 필요한 길이와 폭으로 절단처리한 후 증기양생조에서 양생처리하는 단계를 거쳐 최종적인 제품으로 출하하는 단계를 통해 구현된다.

또 다르게, 1차로 양생이 된 제품의 물리적 휨, 표면상태를 검사하고 마지막으로 2차 절단하여 다시 오토클레이브에서 양생 처리한 후 오토클레이브의 고온고압 양생이 완료되면 최종적인 제품으로 출하하는 단계를 통해 구현된다.

하지만, 상기와 같은 조성물 및 제조방법을 통해 제조된 압출성형패널은 경량성이 우수하여 시공이 용이하고 차음성이 우수한 장점이 있으나, 압출성형 한 후 제품을 양생하는 과정, 특히 오토 클래이브를 이용하여 고온, 고압의 증기양생을 실시하는 2차 양생과정에서 조성물들의 특성에 적합한 환경을 만들지 못할 경우 양생한 이후 뒤틀림과 같은 변형이 발생하는 것은 물론 표면이 불균일하여 물리적, 화학적 특성을 충족하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 압출성형패널의 조성물로 사용되는 석면은 경제성 및 생산성이 우수하고, 내화성이 강하고 마찰에 잘 견딜 수 있으며 화학약품에 대한 저항성이 강할

뿐만 아니라 전기에 대한 절연성이 있으므로 건축용 자재로 사용하기에는 최고로 적합하지만, 인체에 대한 유해성으로 그 사용에 많은 제약을 받고 있는 실정이다.즉, 석면은 진공압출성형공정에서 강도보강, 압출성의 개선, 보형성 및 보습성의 역할을 하는 것으로 나타났다. 그래서, 석면을 대체하기 위해서는 단순하게 섬유만을 대체하여서는 만족할 만한 생산성과 물리적성능을 얻을 수가 없다.

한편, 상기의 대한민국 특허청 공개특허 제10-2002-0013659호는 석면을 조성물 전체중량%에 대하여 3중량%로 첨가하여 석면의 첨가를 최소화하거나, 석면대신에 셀룰로오스섬유, 세피오라이트 및 폴리프로필렌섬유를 혼합하는 방법을 제시하고 있다.

또 다르게, 대한민국 등록특허 제10-0503742호(2005년 7월 26일 공고)에서는 세피오라이트(해포석)를 사용하되, 적어도 2mm이상의 길이를 갖는 세피오라이트를 사용하는 무석면 압출성형식 건축자재조성물을 개시하고 있다.

하지만, 통상적으로 석면을 사용한 석면건축자재는 석면을 1%이상 함유한 것으로 분류하고 있는데, 현재 사용되고 있는 세피오라이트는 석면과 매우 유사한 물질로 알려져 있고, 석면을 약 8±2%함유하고 있는 것으로 알려져 있다. 특히, 국제 암연구학회(IARC) 자료에 따르면, 세피오라이트에는 일부 석면이 혼재되어 있다고 보고 되었는 바, 세피오라이트의 위험성이 내포되어 있음에도 불구하고 아직까지도 많은 건설업체에서는 석면 대신에 세피오라이트를 사용하고 있는 실정이다.

이에, 본 발명은 종래 압출성형패널이 갖는 제반적인 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로,

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 석면을 사용하지 않고도 석면을 사용한 것과 동일한 수준의 혹은 그 이상의 보강성과 가공성을 확보할 수 있는 건축용 무석면 압출성형패널 및 그 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 조성물을 이용하여 다양한 패널 및 건축자재에 적용할 수 있는 건축용 무석면 압출성형패널 및 그 조성물을 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;

시멘트, 규석분, 천연섬유, 합성섬유, 가소제 및 물을 포함하는 건축용 무석면 압출성형패널 조성물에 있어서,

상기 천연섬유는 면섬유를 주성분으로 하는 폐기지폐펄프를 적용하되, 조성물 전체 중량%에 대하여 폐기지폐펄프를 5 내지 15 중량%로 혼합하고, 크랙방지를 위해 규회석을 조성물 전체 중량%에 대하여 1 내지 2.9 중량%로 혼합하는 것을 특징으로 하는 건축용 무석면 압출성형패널 조성물을 구비한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 구체적인 수단으로는;

무석면 압출성형패널에 있어서,

상기 압출성형패널의 패널본체의 전면에 프라이머층과 발포수지층이 구비되는 것을 특징으로 하는 건축용 무석면 압출성형패널을 구비한다.

바람직한 실시예로써, 상기 발포수지층은 60℃~ 70℃의 온도환경에서 성형되는 발포수지를 적용되고, 상기 발포수지에는 표면을 매끄럽게 만들어 이물질이 달라붙지 않도록 폴리에테르 변성 디메틸폴리실록산 계열 또는 중합처리된 왁스계열의 슬립제를 상기 발포수지 전체 중량%에 대하여 0.1 내지 0.5 중량%로 첨가할 수 있다.

본 발명에 따른 건축용 무석면 압출성형패널 및 그 조성물은 폐기지폐펄프를 펄프사로 성형하여 배합함으로써 석면을 사용하지 않고도 석면을 사용한 것과 동일한 수준의 혹은 그 이상의 보강성과 가공성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 발포수지층을 포함하여 패널본체의 전면을 평탄화함으로써 다양한 패널 및 건축자재에 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 건축용 무석면 압출성형패널을 설명하기 위한 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명하기로 한다.

<조성물>

본 발명은 시멘트, 규석분, 천연섬유, 합성섬유, 가소제 및 물을 포함하되, 상기 천연섬유로 폐기지폐펄프를 더 포함하고, 규회석을 더 포함한다.

상기 시멘트는 일반적인 포틀랜드 시멘트계열을 의미한다. 이와 같은 시멘트는 45중량%이하로 배합하면 양생 후 목적한 강도와 내구성을 발휘하기 어려우며, 65중량% 이상으로 배합하면 다른 제품의 사용량이 적어지면서 역시 목적한 성형품의 특성을 얻기 어렵다.

상기 규석분은 320메시(mesh)이하의 것으로 시멘트가 갖추지 못한 강도를 보강하는 역활과 부형제로서 기능한다. 이러한 규석분은 20중량% 이하로 사용하면 목적한 보강기능을 발휘하지 못하고, 45중량% 이상으로 사용하면 강도보강효과는 있으나 가공성을 떨어뜨리면서 제품의 인장강도가 낮아지고 외관이 불균일하게 된다.

이때, 본 발명에서는 상기와 같이 규회석(Wollastonite)을 더 포함하는데, 상기 규회석은 분체로 성형한 것을 적용한다. 이와 같은 규회석은 침상구조로서 조성물의 혼합 및 제조과정에서 각 조성물 분자들이 용이하게 결합되도록 하는 역할, 즉 치밀성을 향상시키는 역할을 수행함으로써 제조이후 압출성형패널의 크랙을 방지하는 기능을 나타낸다. 이러한, 규회석은 조성물 전체 중량%에 대하여 1 중량%이하로 사용하면, 목적한 치밀성 향상기능을 발휘하지 못하고, 2.9 중량%를 초과할 경우에는 압출성형패널의 성형성능을 저하시키는 요인으로 작용한다.

상기 천연섬유는 면섬유를 주성분으로 하는 폐기지폐펄프를 적용한다. 이와 같은 폐기지폐펄프로는 시중에 유통되다가 환수된 지폐 중 정사(整査)과정을 거쳐 사용할 수 없는 폐기지폐를 사용한다. 상기 폐기지폐펄프는 일반 용지와는 달리 면, 아마 등 고급섬유를 사용하여 물리적 성질, 즉 촉감과 인쇄 적성이 좋고 오래 사용해도 훼손이 잘되지 않도록 만든 특수지로 일반 시중에서는 구할 수 없는 용지이다. 폐기지폐는 주성분이 면섬유로 되어 있어 하기의 표 1에서와 같이 인장강도, 파열강도, 내절도, 인열강도 등의 강도특성이 여타의 일반 폐지류와 비교할 때 매우 강한 특성을 나타낸다.

폐기지폐펄프의 특성비교표

구분	일반폐지펄프	폐기지폐펄프
비체적	212m³/g	214m³/g
인장강도	3940Nm²/g	5910Nm²/g
파열강도	041Nm²/g	246Nm²/g
내절도	100회	5000회
인열강도	259Nm²/g	2072Nm²/g

상기 표 1에 나타난 바와 같이 폐기지폐펄프의 경우 일반폐지펄프와 비체적은 거의 동일한 반면 각각의 강도특성에 있어서는 6배 내지 50배의 높은 강도를 나타내고 있음을 확인할 수 있다.

이때, 상기 폐기지폐펄프는 길이 1mm 에서 4mm인 펄프사로 성형하되, 별도의 해면기를 사용하여 해면한 이후 다른 조성물과 혼합하거나, 다른 조성물과 건식 혼합한 이후 물을 투입하여 해면한다. 이렇게 폐기지폐펄프를 길이 1mm 에서 4mm인 펄프사로 성형하면, 해면과정에서 보다 용이하고도 일률적으로 해면될 수 있어 타 조성물과의 혼합시 혼합성을 향상시킬 수 있고, 제조시에는 폐기지폐펄프가 패널전체에 균일하게 분포되어 기존의 뭉침현상을 방지할 수 있다. 상기 폐기지폐펄프는 5중량% 보다 적게 사용하면 가공성이 떨어져 압출성형후 성형형태의 유지가 어렵고, 인장강도가 낮아지게 된다. 반대로 15중량%보다 많게 사용하면 인장강도가 높아지면서 안정된 성능을 발휘하지만 압축강도나 휨강도는 오히려 약화되어, 혼합비율만큼 이상의 성능개선효과를 발휘하지 못하여 경제성이 낮아진다. 또한, 습식부피가 200이하로 낮아지고 크랙이 발생하여 목적한 품질을 보이지 못한다.

상기 합성섬유는 2차 오토클레이브 양생 온도를 견디는 약 140℃ 이상의 온도에 녹지 않는 내열성 화학섬유를 사용한다. 바람직한 합성섬유로는 폴리프로필렌 섬유, 예컨대 섬유의 길이가 6∼9mm로 성형된 폴리프로필렌 섬유를 적용하되, 조성물 전체 중량%에 대하여 0.1 내지 0.2 중량%로 혼합한다. 이와 같이 합성섬유로 적용되는 폴리프로필렌 섬유는 분산성 및 압축성은 우수하지만 섬유표면이 매끄러워 풀아웃(Pull-Out) 현상이 발생하여 강도보강 효과가 크지 않으며, 163℃에서 열화하는 현상을 보여 2차 오토클레이브 양생에서 녹아내리는 단점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 석면을 대체하기 위하여 폴리프로필렌 섬유가 적용되는 합성섬유를 적용제품과 용도에 따라 2가지 이상의 복합합성섬유를 사용하여 제품을 제조할 수도 있다.

상기 가소제는 일반적인 시멘트 혼련시 여러가지 성분이 균일하게 혼합되면서 가소성을 유지토록 하는 기능과 각 성분간의 접착성을 확보하기 위한 것이다. 상기 가소제로는 백색 미분말 상태의 히드록시메틸셀룰로스, 히드록시에틸셀룰로스, 에틸히드록시에틸셀룰로스 등이 적용되며, 이들을 통칭하여 메틸셀룰로오스(MC)라고 칭한다. 본 발명에서는 이들 중에서 가격대 성능비를 비교하여 메틸 혹은 에틸기 치환된 셀룰로스계열가소제(MC)를 사용한다. 또한, 상기한 MC계열의 가소제와 함께 애터펄자이트 클레이((Mg,Al)Si₄O₁₀(OH)4H₂O)를 배합하여 사용함으로써 고가의 메틸셀룰로오스(MC)계열 가소제를 대신하는 동시에 보다 우수한 물성을 발휘토록 하는 것이다. 애터펄자이트 클레이는 자체적으로 무수한 기공을 갖춘 다공성 성분으로 주로 규산(SiO₂), 알루미나(Al₂O₃), 산화철(Fe₂O₃), 칼슘, 마그네슘, 칼리, 망간, 티타늄등으로 구성된다. 가장 바람직하게는 2 내지 3의 밀도를 갖는 것을 사용한다. 애터펄자이트 클레이와 메틸셀룰로오스(MC)계열 가소제는 건식혼합물 전체중량의 0.2 내지 10 : 0.5 내지 0.7의 비율로 배합하여 사용한다.

상기한 구성에 의한 구체적인 제조실시예를 설명한다.

시멘트 52.8중량%, 규석분 35중량%, 폴리프로필렌 섬유 0.1 중량%, 규회석 2 중량%, 메틸셀룰로오스(MC)계열 가소제 0,5중량%, 애터펄자이트 클레이 0.2중량%를 균질혼합하되, 상기 조성물 전체 중량%에 대하여 폐기지폐펄프를 10중량%로 혼합하고, 나머지 잔량(건식 혼합된 조성물 전체 중량%에 대하여 20 내지 30중량%)을 물로 충진하여 습식혼련하였다. 균질혼련이 된 것을 스크류압출기를 통하여 압출패널의 다이스플 통하여 압출토록 하여 길이 1m의 성형품을 제조하였다. 제조된 것을 170내지 180 ℃ 그리고 80 ~ 100 kg/㎠ 의 오토 클레이브내에 진입시켜 24시간 양생처리하여 제조하였다.

성분표

조성물	단위(중량%)
시멘트	52.2
규석분	35
폴리프로필렌 섬유(합성섬유)	0.1
규회석	2
메틸셀룰로오스(MC)계열 가소제	0.5
애터펄자이트 클레이	0.2
폐기지폐펄프(천연섬유)	10
합계	100

또한, 비교실시예로는 시멘트52중량%, 규석분 35중량%, 세피오라이트 5중량%, 셀룰로오스섬유 5중량%, 폴리프로필렌 01중량%, 메틸셀룰로스 1.9중량%를 배합하여 본 발명의 실시예와 동일한 조건으로 동일한 크기의 샘플을 제조하였다. 이때, 셀룰로오스섬유는 목질계의 펄프로서, 신문지 등의 폐지를 적용하였다.

본 발명의 실시예와 비교예의 제품을 비교한 시험결과

구분	탄성계수 (㎏/㎟)	인장강도 (㎏/㎠)	흡수율 (%)	함수율 (%)	습식부피: 폐기지폐펄프	폐기지폐펄프의 펄프사: 길이(㎜)	길이변화율 (%)	내동해성
본발명의 실시예	2065	45	9.8	4.5	650	1~4	2~6	유
비교예	2316	29	11.5	4.9	110	10내외(셀룰로오스섬유)	0.6	무

상기 표2에서 확인되는 바와 같이 본 발명의 조성물에 의한 압출성형패널은 습식부피:폐기지폐펄프가 최대 6배 정도의 차이를 보이며, 특히 인장강도는 1.5배 이상의 차이가 있는 것으로 나타났다. 특히 문제로 되는 것은 비교실시예의 경우 폐지펄프의 사용으로 양생이 된 다음에 이 폐지펄프의 펄프섬유를 타고 습기의 흡수방출현상으로 동절기 동해의 문제도 예측되는 것이다.

본 발명의 조성물에 따른 압출성형패널은 폐기지폐펄프를 사용한 펄프사 길이를 1mm 내지 4mm로 하여 이들 펄프사들이 서로 얽히면서 그물망구조를 형성하는 동시에 혼련압출시에는 적절히 습식부피의 팽창으로 압출저항을 없애고, 압출후에는 성형한 상태를 양생완료시까지 그대로 유지하는 효과를 발휘하여 종래 석면사용제품과 동일하거나 보다 우수한 강도특성을 얻을 수 있다.

아울러, 규회석은 침상구조로서 조성물의 혼합 및 제조과정에서 각 조성물 분자들의 치밀성을 향상시켜서 압출성형패널로 제조한 이후에는 크랙을 방지할 수 있다.

<압출성형패널>

도 1을 참조하면, 압출성형패널(1), 예컨대 시멘트, 규석분, 면섬유로 된 폐기지폐펄프가 적용되는 천연섬유, 합성섬유, 가소제 및 물을 포함하며, 크랙방지를 위해 규회석이 혼합되는 조성물로 이루어진 압출성형패널(1)은 패널본체(2)의 전면에 프라이머층(6)과 발포수지층(7)을 구비한다. 이는 패널본체(2) 전면의 거칠기와 평탄도를 향상시키기 위한 구성이다.

상기 프라이머층(6)은 압출성형패널(1)과 발포수지층(7)의 견고한 결합을 위해 패널본체의 전면에 도포된다. 이와 같은 프라이머층(6)은 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 합성접착제인 프라이머를 도포(스프레이방식을 포함한다.)하여 형성된다.

상기 발포수지층(7)은 60℃~ 70℃의 온도환경에서 성형되는 발포수지(발포성 폴리스틸렌(Expandable Polystyrene.EPS)수지)를 적용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게 상기 발포수지층은 발포수지에 유색 산화철입자를 혼합하여 다양한 색상을 부여함으로써 심미감을 줄 수 있다.

또 다르게, 상기 발포수지층(7)을 구성하는 발포수지에는 폴리에테르 변성 디메틸폴리실록산 계열 또는 중합처리된 왁스계열의 슬립제를 상기 발포수지 전체 중량%에 대하여 0.1 내지 0.5 중량%로 첨가할 수 있다. 이와 같은 슬립제는 발포수지층(7) 표면을 매끄럽게 만들어 이물질이 달라붙지 않도록 하는 기능을 수행한다.

이에, 상기와 같은 발포수지층(7)은 압출성형패널(1)을 성형한 이후 패널본체(2)의 전면에 프라이머층(6)을 도포한 후, 이 프라이머층(6)의 상부에 발포수지를 소정두께로 적층한 상태에서 소정 압력을 가하여 형성된다. 이때에는 프레스 또는 롤러에 의해 발포수지층(7)의 평탄화과정을 거침으로써 발포수지층(7)이 압출성형패널의 전면에서 일률적으로 평탄화된다.

따라서, 본 발명의 압출성형패널(1)은 기존에 별도로 진행되는 평탄화공정, 즉 샌딩방식으로 패널본체(2)의 전면을 가공하는 평탄화공정을 생략할 수 있어, 제조수율을 향상시킬 수 있는 것이다. 아울러, 발포수지층(7)에 다양한 색상을 부여하여 외장재로 사용시 심미감을 줄 수 있고, 슬립제를 더 포함시켜서 방오기능을 수행할 수 있는 것이다.

1 : 압출성형패널
2 : 패널본체
6 : 프라이머층
7 : 평탄층

Claims

시멘트, 규석분, 면섬유로 된 폐기지폐펄프가 적용되는 천연섬유, 합성섬유, 가소제 및 물을 포함하며, 크랙방지를 위해 규회석이 혼합되는 건축용 무석면 압출성형패널 조성물에 있어서,
상기 천연섬유인 면섬유로 된 폐기지폐펄프는 조성물 전체 중량%에 대하여 5 내지 15 중량%로 혼합되고, 상기 규회석은 조성물 전체 중량%에 대하여 1 내지 2.9 중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 건축용 무석면 압출성형패널 조성물.
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