KR102248124B1 - 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체 - Google Patents

탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체 Download PDF

Info

Publication number
KR102248124B1
KR102248124B1 KR1020190159578A KR20190159578A KR102248124B1 KR 102248124 B1 KR102248124 B1 KR 102248124B1 KR 1020190159578 A KR1020190159578 A KR 1020190159578A KR 20190159578 A KR20190159578 A KR 20190159578A KR 102248124 B1 KR102248124 B1 KR 102248124B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power generation
silicone rubber
carbonation
ash
rubber composite
Prior art date
Application number
KR1020190159578A
Other languages
English (en)
Inventor
심상은
안화승
유광선
황소산
김용하
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인하대학교 산학협력단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
Priority to KR1020190159578A priority Critical patent/KR102248124B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102248124B1 publication Critical patent/KR102248124B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24—Acids; Salts thereof
    • C08K3/26—Carbonates; Bicarbonates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/02—Flame or fire retardant/resistant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 실리콘 고무를 기반으로 하여 탄산화한 발전회를 첨가하여 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 (a) 발전회를 물에 첨가하여 물/발전회의 혼합액을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합액에 이산화탄소를 주입하여 발전회를 탄산화하는 단계; (c) 상기 탄산화된 발전회를 수용액으로부터 여과ㆍ건조하여 건조된 탄산화 발전회를 얻는 단계; (d) 상기 건조된 탄산화 발전회를 실리콘 고무에 첨가하여 실리콘 고무 복합체를 얻는 단계; 및 (e) 상기 실리콘 고무 복합체를 원하는 형상으로 경화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체{Manufacturing method of increased fireproof and flame-retardant silicon rubber composites filled with carbonated fly ash and silicone composites produced by the same method}
본 발명은 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연 실리콘 고무 복합체의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 실리콘 고무를 기반으로 하여 내화성 필러로 탄산화한 발전회를 첨가하여 내화 및 난연성은 물론이고 기계적 강도 또한 향상시키는, 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연 실리콘 고무 복합체의 제조방법에 관한 것이다.
석탄재(coal ash)는 화력 발전소 등에서 석탄 연소 후에 남아있는 물질로, 발전회(비회, fly ash)와 저회(bottom ash)로 구분되어 있다. 그 중 발전회의 주성분은 SiO2, CaO, Fe2O3, Al2O3, MgO, SO3, Na2O 등에 해당하며, 이들 석탄재는 그 사용 용도가 명확하지 않아 대부분을 매립하여 처리하고 있어 환경문제를 일으키고 있다.
이에 1990년대 후반 이후로 국내의 폐기물관리법에 의해 석탄재를 폐기물 및 재활용 대상 폐기물로 규정하였으며, 자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률의 시행령에서는 지정 부산물로 규정하는 등 석탄재의 재활용에 대한 노력이 점차 증대되어 왔다. 또한 동 법률과 철강 슬래그 및 석탄재 배출 사업자의 재활용 지침에서는 석탄재를 일정 비율 이상 재활용되도록 하였다.
이에 따라 석탄재를 활용하는 특허 기술이 다양하게 출원되어왔다. 그 예로서, 석탄재를 벽돌 및 바닥재 등의 건축 자재로 활용하거나 토양 개량제, 흡착제 및 유리 등의 첨가제로써 사용하여 원가 절감 및 기계적 물성 등의 특성을 향상하려는 노력이 있었다.
한편, 현대사회가 발전함에 따라 합성 고분자는 빠른 속도로 금속, 세라믹과 같은 종래의 재료들을 대체하며 중요한 역할을 차지해왔다. 그러나 합성 고분자들은 종래의 재료들과 비교하여 고온과 불에 약한 특성을 지니고 있다. 실제로, 2003년 대구 지하철 화재사고로 인해 192명의 사망자, 151명의 부상자가 발생한 적이 있다. 2003년 한국화재보험협회에서 실시한 화재조사 보고서에 의하면 전동차 내의 의자, 바닥 및 내장재가 불연재가 아닌 가연성 재료여서 더욱 화재를 키웠다는 보고가 있다. 또한 가연성 재료에서 연소 시 독성 가스를 발생시켜 부상자를 더 늘렸다는 분석도 있다. 따라서 보다 고온에서 안정적이며, 유독가스를 발생시키지 않는 고분자의 개발이 요구되어왔다.
실리콘 고분자는 "Si-O" 결합의 무기 분자 구조로 인해 다른 고분자에 비해 아주 우수한 열 안전성을 지닌 것으로 알려져 있다. 또한, 실리콘 고분자는 연소 시에 실리카 막을 형성하여 물질 전달 장벽으로 작용하여 열분해 물질의 확산을 저하시키며, 유독가스 또한 방출시키지 않는 특성을 가지고 있다. 그러나 실리콘 고분자는 한번 불이 붙으면, 지속적으로 타는 성질이 있어 필러를 첨가한 실리콘 복합체로서 많이 사용되고 있다.
이에 따라, 한국 등록특허공보 제 10-1286946호에서는 실리콘 고분자에 백색 다공질체인 펄라이트를 혼합 및 경화시켜 내화 및 난연성을 갖는 실리콘 고무 복합체에 관해 설명하고 있다. 그러나, 이 복합체의 경우 소량의 펄라이트로는 우수한 성능을 기대하기 어렵기 때문에 과량의 펄라이트를 첨가해서 제한적인 난연 및 내화 성능이 나타내고 있으며, 펄라이트는 다공성 구조를 가짐에 실리콘 매트릭스와의 인터락킹을 통한 인장강도 향상을 기대하기 어렵다.
또한, 한국 등록특허공보 제 10-0872766호에서는 난연성 실리콘에 소성알루미나, 가소제 및 내열제를 첨가한 방화용 실리콘 조성물에 관해 설명하고 있다. 그러나 이 조성물의 경우 초기 연소 환경에서만 내화 및 내연이 가능하고, 장시간 효과는 기대하기 어렵다.
한국 등록특허공보 제 10-1286946호(2013.07.11) 한국 등록특허공보 제 10-0872766호(2008.12.02)
이에 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 제조되는 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체를 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 발전회를 물에 첨가하여 물/발전회의 혼합액을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합액에 이산화탄소를 주입하여 발전회를 탄산화하는 단계; (c) 상기 탄산화된 발전회를 수용액으로부터 여과ㆍ건조하여 건조된 탄산화 발전회를 얻는 단계; (d) 상기 건조된 탄산화 발전회를 실리콘 고무에 첨가하여 실리콘 고무 복합체를 얻는 단계; 및 (e) 상기 실리콘 고무 복합체를 원하는 형상으로 경화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법이 제공된다.
일 실시예로서, 상기 (a) 단계에서 발전회의 함량은 혼합액 전체 무게의 5 ~ 30 wt% 일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 (b) 단계는 혼합액의 pH가 6 ~ 8 에 도달할 때까지 실시될 수 있다.
또한, 일 실시예로서, 상기 (b) 단계는 20 ~ 30℃의 온도범위에서 실시될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 (d) 단계는 실리콘 고무 100 phr에 탄산화 발전회를 5 ~ 70 phr로 첨가하여 혼련할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 과제를 해결하기 위하여, 상기 방법에 의하여 제조되는 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체가 제공된다.
본 발명의 실리콘 고무 복합체는 탄산화 발전회를 실리콘 고무에 첨가하여 제조한 것으로서, 연소 시 발전회 표면의 탄산염이 이산화탄소 기체를 방출하여 가연성 가스를 희석함은 물론이고, 승온 시 상기 탄산염이 열분해됨에 따라 흡열 반응을 나타내어 내화 및 난연 성능을 향상시킨다.
또한, 연소 시 발전회에 존재하는 Ca, Mg 및 Si 성분이 세라믹을 형성시켜 산소와 열을 차단하며, 내부에서 발생하는 휘발성 가스의 누출 방지와 동시에 고체 잔류물의 양을 증가시켜 물리적 형상을 유지하게 한다.
뿐만 아니라, 상기 실리콘 고무 복합체의 발전회에 존재하는 탄산염은 실리콘 고무 복합체 내에서 기계적 인터락킹(interlocking)에 의한 물리적 작용으로 플라스틱 복합체의 기계적 강도를 향상시킨다.
본 발명은 발전회의 석회를 원료로 사용함으로써 실리콘 고무 복합체의 제조비용을 절감하고 용이하게 제조할 수 있음은 물론이고, 발전회의 폐기비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 탄산화 과정에서 이산화탄소를 사용함에 따라 대기 중 이산화탄소를 저감할 수 있어 친환경적이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산화 전/후의 삼척 발전회의 표면 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산화 전/후의 삼척 발전회의 X선 회절(X-ray diffractometer, XRD)그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산화 전/후의 삼척 발전회의 푸리에 변환 적외선 분광분석(Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR) 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산화 및 비 탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체의 파단면 SEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산화 및 비 탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체의 내화시간 비교 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산화 및 비 탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체의 X선 회절(X-ray diffractometer, XRD) 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산화 및 비 탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체의 열중량 분석(Thermogravimetric analysis, TGA) 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산화 및 비 탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체의 인장강도 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연 실리콘 고무 복합체의 제조방법을 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 또한 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 생략한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 발전회를 물에 첨가하여 물/발전회의 혼합액을 제조하는 단계; (b) 상기 혼합액에 이산화탄소를 주입하여 발전회를 탄산화하는 단계; (c) 상기 탄산화된 발전회를 수용액으로부터 여과ㆍ건조하여 건조된 탄산화 발전회를 얻는 단계; (d) 상기 건조된 탄산화 발전회를 실리콘 고무에 첨가하여 실리콘 고무 복합체를 얻는 단계; 및 (e) 상기 실리콘 고무 복합체를 원하는 형상으로 경화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법이 제공된다.
이하, 단계를 나누어 설명한다.
먼저, (a)는 물과 발전회를 혼합한 혼합액을 만드는 단계로, 상기 발전회의 함량은 제한되지는 않으나, 혼합액의 점도 등을 고려하여 혼합액 전체 무게의 5~30wt%, 바람직하게는 10~20wt%이다.
또한, 상기 발전회는 석탄이나 증유 등을 연소하였을 때 생성되는 미세한 입자의 재로서, 주로 발전소 등의 보일러의 연도 가스로부터 집진기로 채취한 재를 의미하며, 상기 발전회로는 CaO나 MgO와 같은 탄산화 반응을 일으킬 수 있는 원소가 함유되어 있다면 모두 사용될 수 있다.
또한, 상기 발전회는 건조 및 분쇄 후 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로 (b)는 발전회를 탄산화하는 단계로, 물/발전회의 혼합액을 교반하면서 이산화탄소를 상기 혼합액으로 주입하여 발전회의 탄산화 반응을 진행한다.
이때, 탄산화 반응을 실시하는 온도 범위는 제한되지는 않으나, 너무 낮은 온도 범위에서는 탄산화 반응이 느리고 너무 높은 온도에서는 이산화탄소의 포화량이 감소하기 때문에 20 ~ 30℃의 온도 범위에서 실행하는 것이 바람직하다.
또한, 물과 발전회의 pH는 염기성을 나타냄에 따라 이산화탄소가 상기 혼합액에 주입될 시 pH가 12에서 서서히 감소하기 시작하여 이론상으로는 pH 5.6까지 도달하게 된다. 따라서 상기 탄산화 반응의 정도는 pH값으로 판단할 수 있으며, 적절한 정도의 pH값에서 탄산화 반응을 종료할 수 있다.
바람직하게는 반응 종료 시의 pH는 반응 시간 등을 고려하여 pH 6 ~ 8인 것을 특징으로 한다.
다음 (c)는 상기 탄산화된 발전회를 수용액으로부터 여과ㆍ건조하여 건조된 탄산화 발전회를 얻는 단계로, 상기 여과는 모든 공지된 여과 수단을 사용하여 진행할 수 있다. 예로서, 필터 페이퍼를 이용하여 여과할 수 있다.
또한 건조온도는 특별히 제한되지는 않으나 상온 ~ 150℃의 온도일 수 있고, 건조 분위기는 진공 또는 공기 하에서 진행될 수 있다.
상기 단계에서 얻어진 탄산화 발전회는 도 1에 나타낸바와 같이 탄산화 전의 발전회와 비교할 때 표면이 더욱 거칠어져 기계적 강도 향상에 기여한다.
또한, 상기 탄산화 발전회는 발전회의 표면에 CaCO3, MgCO3, Na2CO3 등의 탄산염이 생성된 것을 특징으로 하며, 상기 탄산염은 발전회의 CaO, MgO, Na2O 등이 이산화탄소와 반응하여 탄산화될 때 생성된 것을 특징으로 한다.
다음으로 (d)는 실리콘 고무 복합체를 얻는 단계로, 상세하게는 실리콘 고무에 상기 건조된 탄산화 발전회를 첨가하여 혼련함으로써 실리콘 고무 복합체를 제조하며, 이때 실리콘 고무 100 phr에 탄산화 발전회는 5~ 70 phr, 바람직하게는 20 ~40 phr로 첨가하여 혼련하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계에서는 실리콘 고무에 탄산화 발전회 외에도 폴리오르가노실록산, 실리카 보강제, 가소제, 내화제, 난연제, 팽창제, 가교제 및 내화 보조제 중 선택되는 어느 하나 이상을 첨가하여 함께 혼련할 수 있다.
상기 (d)단계에서 내화제가 첨가될 시에는, 상기 혼련된 실리콘 고무에 내화제를 수 회에 거쳐 첨가하여, 수 회 혼련하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 혼련은 25 ~ 100℃에서, 바람직하게는 상온 및 상압에서 10-15번 이뤄지는 것을 특징으로 한다. 이는, 상기 첨가제의 혼련 온도가 25℃ 미만일 경우 혼합성의 저하로 인하여 기계적 성질 및 내화 성능이 하락될 수 있고, 100℃ 초과의 혼련은 수화물이 휘발되면서 내화 성능이 하락될 수 있기 때문이다.
또한, 상기 혼련된 내화실리콘 고무에 산화 방지를 위하여, 유기과산화물 가교제 및 내화 보조제를 더 첨가하여 상온 상태에서 롤밀에서 혼련할 수 있다. 상기 가교제 및 내화 보조제의 첨가 및 혼련은 실리콘 고무의 가교단계 직전, 즉 성형하여 경화하기 직전에 이뤄져야 한다.
이는, 상기 내화실리콘 고무 혼련 시에 가교제 및 내화 보조제를 첨가할 경우 산화 현상이 일어나 가교성 및 내화성이 상실될 우려가 있기 때문이다. 이에 따라 상기 내화실리콘 고무를 경화하기 1 ~ 168 시간 전에 가교제 및 내화 보조제를 첨가, 더욱 안전하게는 1 ~ 24 시간 전에 가교제 및 내화 보조제를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
마지막으로 (e)는 상기 실리콘 고무 복합체를 원하는 형상으로 성형 및 경화하는 단계로, 전 단계(d)에서 제조된 실리콘 고무 복합체를 가교하여 원하는 형상으로 성형 및 경화함으로써, 내화 및 난연 실리콘 고무 복합체를 제조하는 단계이다. 이때, 상기 가교는 사출, 압출 또는 압축 성형하고 열풍건조하여 이뤄질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 방법에 의하여 제조되는 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체가 제공된다.
상기 제조된 내화 및 난연 실리콘 고무 복합체는 연소 시 발전회에 존재하는 Ca, Mg 및 Si 성분이 세라믹을 형성시켜 산소와 열을 차단하며, 내부에서 발생하는 휘발성 가스의 누출 방지와 동시에 고체 잔류물의 양을 증가시켜 물리적 형상을 유지하게 한다.
더욱이, 상기 내화 및 난연 실리콘 고무 복합체는 탄산화 발전회를 실리콘 고무에 첨가하여 제조한 것으로서, 연소 시 발전회 표면의 탄산염이 이산화탄소 기체를 방출하여 가연성 가스를 희석함은 물론이고, 승온 시 상기 탄산염이 열분해됨에 따라 흡열 반응을 나타내어 내화 및 난연 성능을 향상시킨다.
또한, 상기 실리콘 고무 복합체의 발전회에 존재하는 탄산염은 실리콘 고무 복합체 내에서 기계적 인터락킹에 의한 물리적 작용으로 복합체의 기계적 강도를 향상시킨다.
이하, 본 발명의 보다 구체적인 설명을 위하여 실시예를 들어 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 >
1. 내화 및 난연 실리콘 고무 복합체의 제조
(1) 탄산화 발전회의 제조
삼척 탄산화 발전회
발전회는 삼척 발전소에서 2017년에 채취된 것을 입수하여 사용하였다.
물 900 g에 상기 발전회 100g을 1000ml 비이커에 투여하여 물과 발전회의 혼합액을 형성한 뒤, 상기 혼합액에 이산화탄소를 1000 cc/min의 속도로 상온에서 불어 넣으며 혼합액의 pH 변화를 관찰하였다.
상기 혼합액의 pH가 7에 도달한 뒤, 이산화탄소의 주입을 중단하고, 여과지를 사용하여 상기 혼합액에서 발전회를 걸러내었으며, 이를 60~80 ℃ 건조로에서 6시간 이상 건조하여 탄산화 발전회를 수득하였다.
(2) 내화 및 난연 실리콘 고무 복합체의 제조
실시예1
하기 표 1에 기재된 비율로 투롤밀에 실리콘 고무 및 상기 제조된 탄산화 발전회를 첨가하여 상온 및 상압에서 10~15회 정도 섞은 후, 120℃로 예열된 핫-프레스로 5분간 실리콘 고무 복합체를 성형하고 상온으로 냉각하였다.
이에 따라, 실시예 1이 제조되었다.
비교예 1
비교예 1은 발전회가 첨가되지 않은 실리콘 고무를 120℃로 예열된 핫-프레스로 5분 간 성형하고 상온으로 냉각하여 제조하였다.
비교예 2
비교예 2는 비 탄산화 발전회(삼척 발전회)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조되었다.
2. 분석
(1) 발전회 및 탄산화 발전회의 표면 분석
도 1은 탄산화 전과 후의 삼척 발전회의 표면을 SEM 사진으로 나타낸 것이다.
이를 참고하면, 탄산화 후의 발전회는 탄산화 전과 비교하였을 때 표면이 더욱 거칠어진 것을 확인할 수 있고, 이러한 특성은 기계적 강도를 향상시킬 것으로 판단된다.
(2) 탄산화 발전회의 탄산화 확인
도 2 및 도 3은 삼척 발전회의 탄산화를 확인하기 위하여 X선 회절(X-ray diffractometer, XRD) 및 푸리에 변환 적외선 분광분석(Fourier-transform infrared spectroscopy, FT-IR)을 실시한 것이다.
도 2를 참고하면, 탄산화 전의 CaO결정이 탄산화 후에는 사라지고 CaCO3이 생성됨을 확인할 수 있고, 도 3을 참고하면, 872cm-1 및 1479 cm-1에 나타나는 CO3 2- 피크가 탄산화 후에 증가됨을 확인할 수 있다.
이에 따라, 발전회가 탄산화되었음을 알 수 있다.
(3) 실리콘 고무 복합체의 표면 분석
도 4는 비탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체(비교예 2)와 탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체(실시예 1)에 대한 SEM 사진을 나타낸 것이다.
상세하게는 도 4의 SEM 사진은 상기 각각의 복합체를 액체질소로 얼린 후 깨뜨려 파단된 표면을 분석하여 나타낸 것으로, 이를 참고하면, 비탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체는 파단 후 필러가 표면으로 드러나지만 탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체의 경우는 필러가 비교적 드러나지 않음을 확인할 수 있다.
이는 발전회가 탄산화됨에 따라 매트릭스-필러 상호작용이 더욱 증가된 것으로, 기계적 강도 및 내화 성능의 향상에 긍정정 영향을 끼칠 것으로 예측된다.
3. 실리콘 고무 복합체의 내화 및 난연성 시험
상기 제조된 실리콘 고무 복합체(실시예 1 및 비교예 2)와 실리콘 고무(비교예 1) 각각에 가스토치를 사용하여 90분 간 한 곳을 집중적으로 가열하여 5분간 불이 닿는 전면과 후면의 온도를 적외선 온도계로 측정하였고, 그 결과를 표 1과 도 5에 나타내었다.
이를 참고하면, 발전회를 전혀 섞지 않은 실리콘 고무의 내화 시간은 3분인 반면에, 발전회를 첨가한 실리콘 고무 복합체의 경우에는 70분으로 내화시간이 약 20배 이상 현저히 향상되며, 특히, 탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체의 경우 탄산화전 발전회 대비 약 11%(70분에서 78분으로 향상) 이상 향상되어 탄산화에 의하여 내화성능이 더욱 증진됨을 확인할 수 있다.
구분 실리콘 고무 (phr) 삼척 발전회 (phr)
 내화 시간 (min)
탄산화 전 탄산화 후
실시예 1 100 - 40 78
비교예 1 100 - - 3
비교예 2 100 40 - 70
4. 실리콘 고무 복합체의 X선 회절 분석
상기 탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체(실시예 1)와 비탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체(비교예 2)를 상온에서 800 ℃까지 10 ℃/min의 승온 속도로 온도를 올린 후, 800 ℃에서 2시간 동안 연소시킨 후 X선 회절(X-ray diffractometer, XRD)분석을 실시하였다.
이는 도 6에 나타내었다.
도 6을 참고하면, 탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체의 경우 세라믹 결정을 생성함을 확인할 수 있고, 상기 생성된 세라믹 성분은 산소와 열을 차단하고 내부에서 발생하는 휘발성 가스의 누출을 방지함은 물론이고 고체 잔류물의 양을 증가시켜 물리적 형상을 유지하게 함에 따라 내화 성능을 향상시킴을 알 수 있다.
5. 실리콘 고무 복합체의 열중량 분석
탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체(실시예 1)와 비탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체(비교예 2)에 대해 열중량 분석(Thermogravimetric analysis, TGA)을 실시하여 도 7에 나타내었다.
상세하게는 도 7은 상기 실시예 1 및 비교예 2를 50℃부터 900℃까지 10℃/min의 속도로 질소 분위기에서 승온하며 CaCO3의 분해가 일어나는 550℃와 800℃에서의 질량 분율을 비교함으로써 실제 탄산화된 양을 정량화 하여 나타낸 것이다.
이를 참고하면, 탄산화 발전회를 포함한 실리콘 고무 복합체는 온도 증가에 따라 중량 손실이 발생되고, 특히 탄산화 발전회 필러의 CaCO3 분해가 일어나는 온도에서 중량 손실이 더 커지는 것을 확인할 수 있다. 이는, 상기 복합체로부터 CaCO3가 분해될 때 이산화탄소를 방출함에 따른 것으로, 연소시의 이산화탄소 방출은 가연성 가스를 희석하는 효과를 나타낸다. 또한, 상기 과정에서 탄산염의 열분해에 따른 흡열 반응은 내화 및 난연 성능을 향상시킴을 알 수 있다.
6. 실리콘 고무 복합체의 인장강도 시험
상기 제조된 실리콘 고무(비교예 1)와 실리콘 고무 복합체(실시예 1 및 비교예 2)를 만능재료시험기를 통해 ASTM D638 규격으로 아령형 3호 시편을 제작하여 인장 강도를 인장 속도 500 mm/min에서 측정하였다.
도 8은 인장강도 시험 결과를 나타낸 것이다.
이를 참고하면, 실리콘 고무 복합체는 실리콘 고무(비교예 1)에 비해 인장강도가 다소 저하됨을 확인할 수 있으나, 실리콘 고무만을 사용하였을 때에는 내화 및 난연성을 가질 수 없음을 상기 실험을 통해 확인한 바 있다.
또한, 실리콘 고무 복합체에 있어서는, 필러로서 탄산화 발전회를 포함한 복합체(실시예 1)가 비탄산화 발전회를 포함한 복합체(비교예 1)보다 인장강도가 향상됨을 확인할 수 있다.
이는, 발전회가 탄산화됨에 따라 표면 거칠기가 증가되며, 이를 필러로서 실리콘 고무에 첨가하여 복합체를 형성할 경우, 매트릭스-필러 상호작용 증가에 의해 기계적 강도가 향상되기 때문이다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적은 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. (a) 발전회를 물에 첨가하여 물/발전회의 혼합액을 제조하는 단계;
    (b) 상기 혼합액에 이산화탄소를 주입하여 발전회를 탄산화하는 단계;
    (c) 상기 탄산화된 발전회를 수용액으로부터 여과ㆍ건조하여 건조된 탄산화 발전회를 얻는 단계;
    (d) 상기 건조된 탄산화 발전회를 실리콘 고무에 첨가하여 실리콘 고무 복합체를 얻는 단계; 및
    (e) 상기 실리콘 고무 복합체를 원하는 형상으로 경화하는 단계;를 포함하여,
    상기 실리콘 고무 복합체는 연소 시, 발전회에 의해 세라믹을 형성하여 산소 및 열을 차단하는 것을 특징으로 하는, 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 발전회의 함량은 혼합액 전체 무게의 5 ~ 30 wt% 인 것을 특징으로 하는, 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 혼합액의 pH가 6 ~ 8 에 도달할 때까지 실시되는 것을 특징으로 하는, 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 20 ~ 30℃의 온도범위에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 실리콘 고무 100 phr에 탄산화 발전회를 5 ~ 70 phr로 첨가하여 혼련하는 것을 특징으로 하는, 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법.
  6. 제 1항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체.
KR1020190159578A 2019-12-04 2019-12-04 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체 KR102248124B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190159578A KR102248124B1 (ko) 2019-12-04 2019-12-04 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190159578A KR102248124B1 (ko) 2019-12-04 2019-12-04 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102248124B1 true KR102248124B1 (ko) 2021-05-03

Family

ID=75910598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190159578A KR102248124B1 (ko) 2019-12-04 2019-12-04 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102248124B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102584804B1 (ko) * 2023-02-24 2023-10-05 주식회사 스펙스테크 내화 격벽 복합패널 및 그 제조방법

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040072356A (ko) * 2003-02-12 2004-08-18 주식회사 금강고려화학 저장안정성 및 자기소화성을 가지는 열경화형 실리콘 고무조성물
KR100751073B1 (ko) * 2001-12-29 2007-08-21 주식회사 케이씨씨 자기소화성을 가지는 열가류형 실리콘 고무 조성물
KR100872766B1 (ko) 2008-06-12 2008-12-08 최기면 방화용 실리콘 조성물 및 이러한 방화용 실리콘 조성물을포함하는 가스켓의 제조방법
JP2010529259A (ja) * 2007-06-08 2010-08-26 ダウ・コーニング・コーポレイション 高温性能を目的としたシリコーンエラストマー
JP2010529258A (ja) * 2007-06-08 2010-08-26 ダウ・コーニング・コーポレイション 高温性能を目的としたフルオロシリコーンエラストマー
KR101286946B1 (ko) 2011-06-27 2013-07-23 동남이엔씨(주) 개량된 내화 및 난연성을 갖는 실리콘 고무 복합체 및 그의 제조방법
KR101831971B1 (ko) * 2017-08-30 2018-02-26 한국지질자원연구원 발전회를 이용한 복합탄산칼슘 제조방법
KR20180096441A (ko) * 2017-02-21 2018-08-29 한일시멘트 주식회사 광산 차수재 조성물

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100751073B1 (ko) * 2001-12-29 2007-08-21 주식회사 케이씨씨 자기소화성을 가지는 열가류형 실리콘 고무 조성물
KR20040072356A (ko) * 2003-02-12 2004-08-18 주식회사 금강고려화학 저장안정성 및 자기소화성을 가지는 열경화형 실리콘 고무조성물
JP2010529259A (ja) * 2007-06-08 2010-08-26 ダウ・コーニング・コーポレイション 高温性能を目的としたシリコーンエラストマー
JP2010529258A (ja) * 2007-06-08 2010-08-26 ダウ・コーニング・コーポレイション 高温性能を目的としたフルオロシリコーンエラストマー
KR100872766B1 (ko) 2008-06-12 2008-12-08 최기면 방화용 실리콘 조성물 및 이러한 방화용 실리콘 조성물을포함하는 가스켓의 제조방법
KR101286946B1 (ko) 2011-06-27 2013-07-23 동남이엔씨(주) 개량된 내화 및 난연성을 갖는 실리콘 고무 복합체 및 그의 제조방법
KR20180096441A (ko) * 2017-02-21 2018-08-29 한일시멘트 주식회사 광산 차수재 조성물
KR101831971B1 (ko) * 2017-08-30 2018-02-26 한국지질자원연구원 발전회를 이용한 복합탄산칼슘 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102584804B1 (ko) * 2023-02-24 2023-10-05 주식회사 스펙스테크 내화 격벽 복합패널 및 그 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102043429B1 (ko) 실리콘 고무 조성물 및 그 경화물
CN106832960A (zh) 一种陶瓷化阻燃耐火硅橡胶复合材料及其制备方法
KR101575989B1 (ko) 팽창흑연을 이용한 경량화된 흡음내화 단열재 및 그 제조방법
TWI504734B (zh) 防火耐燃複合材料、板材與塗層
KR102107600B1 (ko) 초임계 유동층 보일러 플라이애시를 이용한 파일충전재 조성물 및 그 파일충전재의 제조방법
KR102248124B1 (ko) 탄산화 발전회를 포함한 내화 및 난연성이 증가된 실리콘 고무 복합체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합체
KR101201924B1 (ko) 조강 특성을 발휘하는 이산화탄소 저감형 고기능성 결합재 조성물
KR100899636B1 (ko) 무연탄 석탄회와 무기성 오니를 포함하는 벽돌 및 이의 제조방법
KR20060104518A (ko) 중유회를 함유하는 경량기포 콘크리트 제조용 조성물, 이를이용한 ａｌｃ의 제조방법
KR101243377B1 (ko) 기계적 물성과 내수성이 개선된 친환경 보드 및 그 제조방법
CN112062586A (zh) 一种环保含碳砖的生产方法
KR20110125913A (ko) 석분오니를 함유하는 내장용 벽돌 및 그 제조방법
KR20180030372A (ko) 플라이애쉬와 팽창암석을 사용한 고강도 불연성 단열패널 및 그 제조방법
KR102626994B1 (ko) 경량 건축 내외장재용 불연성 세라믹 성형체 및 그 제조방법
KR100608287B1 (ko) 무연탄 매립 석탄회 함유 소성벽돌 및 그의 제조 방법
KR102174793B1 (ko) 방화제 조성물을 이용한 내화보드
KR101183535B1 (ko) 나노필러 효과 및 포졸란 반응성을 높인 건조수축 저감형 고강도 무기질 조성물
KR20130047229A (ko) 지오폴리머 반응을 이용한 ｃｄｑ 코크스 분진 고형물 제조방법
CN113773612A (zh) 一种阻燃环氧树脂绝缘材料及其制备方法和应用
CN111100400A (zh) 一种阻燃pvc木塑型材及制备方法
KR102141818B1 (ko) 발전회 첨가 고강도 플라스틱 복합체
KR101317639B1 (ko) 온돌바닥 미장용 조성물
KR102390008B1 (ko) 탄산칼슘을 첨가한 발포 경량보드의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조되는 발포 경량보드
KR102576734B1 (ko) 활성탄을 포함하는 불연성 조성물
KR102487765B1 (ko) 내열 및 내화 실란트 조성물 및 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant