KR19980018980A - 광물질 섬유판의 제조 방법(method for manufacturing a mineral fiber panel) - Google Patents

Abstract

본 발명은 60 내지 90 중량 % 의 광물질 섬유, 2 내지 19 중량 % 의 유기 결합제, 1 내지 20 중량 % 의 무기질 미섬유, 0.5 내지 3 중량 % 의 응집제, 그리고 (팽창 후의 직경 (팽창 배율은 3 배 이상임)이 0.03 mm 이상 3.0 mm 미만이고 50 내지 105 ℃ 의 팽창 개시 온도를 갖는) 0.5 내지 10 중량 % 의 열팽창성 수지 미립자를 조성 성분으로 물에 균일하게 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 슬러리를 습식 포밍하고 건조시키는 광물질 섬유판의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 생산 방법은 생산성을 향상시키는데, 상기 생산 방법에 의해 얻은 광물질 섬유판은 경량성이 있고 흡음성과 방화성이 탁월하다.

Description

광물질 섬유판의 제조 방법

본 발명은 슬래그(slag)섬유 등과 같은 광물질 섬유를 주성분으로 함유하고, 경량성이 있고 흡음성, 방화성 및 생산성이 탁월한 광물질 섬유판의 제조 방법에 관한 것이다.

주성분으로서 슬래그 섬유를 사용하는 습식 또는 반습식 생산 공정으로 얻은 광물질 섬유판은 주로 건축물의 천정면상의 내장제 재료로서 사용되었다. 물질에 요구되는 성질은 기본적으로 방화성 및 흡음성이다. 그러나, 잠재적 과제는 시공 효율의 향상, 흡음성의 향상, 경제적인 측면으로부터의 운송비의 절감, 원물질 비용 절감 및 생산성의 향상을 포함한다. 이들 요구를 만족시키는 수단으로서, 물질의 경량화를 고려할 수 있다. 통상 생산되는 광물질 섬유판의 밀도는 약 400 kg/m³이지만, 상기 문제를 만족시키기 위해 경량화의 수단으로서 예를 들어 200 ∼ 300 kg/cm³로 밀도를 감소시키려는 경우에, 팽창된 퍼얼라이트 (pearlite), 시라스 밸룬 (shirasu balloon)등과 같은 경량 골재를 고비율로 배합하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 고비율로 팽창된 퍼얼라이트, 시라스 밸룬 등과 같은 경량 골재의 배합으로 더 경량으로 만들 수 있고 흡음성을 약간 향상시킬 수 있지만, 습식 포밍 단계 후의 광물질 중의 수분 함량은 크게 증가하고, 따라서 건조 에너지도 크게 증가한다. 또한, 생산 스피드가 크게 저하되고, 결과적으로 비용이 증가해서 대부분의 경량화 장점이 상쇄된다.

상기의 경량 골재의 배합에 추가해서, 고복원성을 갖는 광물질 섬유를 고비율로 배합하는 것을 고려할 수 있지만, 고복원상을 갖는 광물질 섬유는 수(水)분산성이 열등하고, 각 부분의 판의 밀도가 크게 상이해서 외관과 물성이 만족스러운 광물질 섬유판을 얻지 못한다.

또한, 습식 생산 방법에 따라 형성된 성형판에 디자인하기 위한 전통적인 방법은 롤 엠보싱 (roll embossing), 롤 피수어 (roll fissure), 롤 프레스 (roll press), 분사기 3차원 가공 등을 포함하지만, 그들 모두는 기계적인 장치를 필요로 하고, 따라서 디자인하는 단계는 생산성에 대해 속도 결정 단계가 된다. 패턴이 부자연스럽고 규칙적인 것은 기계에 의해 만들어지기 때문이고, 자연스러운 느낌은 없다. 또한, 롤 또는 분사기에 의해 만들어진 패턴은 단지 표면 층에 존재하고, 따라서 3 차원 가공을 함께 사용하는 경우에, 골 분분에 패턴을 남겨둘 수 없다. 원물질의 전체 층에 걸쳐 패턴을 남겨두는 것은 사실 습식 생산 공정에서는 불가능하다.

또한, 흡음성을 제공하는 전통적인 방법은 수 많은 단계의 증가 그리고 디자인에 대한 역효과 과제는 가지고 있기 때문에 핀 홀(pin hole) 등의 추가가 필요하다.

본 발명의 목적은 상기 잠재적인 과제를 해결하기 위해 경량성이 있고 흡음성, 방화성 및 생산성이 탁월한 광물질 섬유판을 제조하는 방법을 제공하는 것이고, 특히 광물질 섬유판을 경량화하고 그의 밀도는 약 200 내지 300 kg/m³, 바람직하게는 약 140 내지 160 kg/m³(전술한 바와 같이, 통상 생산된 광물질 섬유판의 밀도는 약 400 kg/m³이다)이다.

본 발명의 다른 목적은 기계적인 가공에 의한 전통적인 패턴과는 다른 기계적인 가공없이 광물질 섬유판에 자연스러운 오목-볼록 패턴을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명의 요지는 60 내지 90 중량 % 의 광물질 섬유, 2 내지 19 중량 % 의 유기 결합제, 1 내지 20 중량 % 의 무기질 미섬유, 0.5 내지 3 중량 % 의 응집제, 그리고 (팽창 후의 직경 (팽창 배율은 3 배 이상임) 이 0.03 mm 이상 3.0 mm 미만이고 50 내지 105℃의 팽창 개시 온도를 갖는) 0.5 내지 10 중량 % 의 열팽창성 수지 미립자를 조성 성분으로 물에 균일하게 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 슬러리를 습식 포밍하고 건조시키는 광물질 섬유판의 제조 방법이다.

본 발명에서 사용되는 광물질 섬유는 슬래그 섬유, 락 섬유 (rock wool) 등이고, 60 내지 90 중량 % 의 양으로 사용한다. 양이 60 중량 % 미만인 경우,당연히 유기성분의 양은 상당히 증가하고, 따라서, 방화성을 문제가 생기게 된다.양이 90 중량 % 이상인 경우, 당연히 유기 성분의 양은 상당히 감소하고, 강도는 불충분하게 된다. 특히, 밀도가 약 140 내지 160 kg/cm³일 정도로 광물질 섬유판을 경량화하는 것이 목적인 경우, 사용되는 광물질 섬유의 양이 70 내지 90 중량 % 로 조절되는 것이 필요하다. 양이 70 중량 % 미만인 경우, 당연히 유기 성분의 양은 상당히 증가하고, 방화성의 문제가 생기게 된다. 양이 90 중량 % 초과인 경우, 당연히 유기 성분의 양은 상당히 증가하고, 강도는 불충분하게 된다.

본 발명에 사용된 유기 결합제는 수지, 전분, 거품낸 펄프 등이고, 광물질 섬유 등과 같은 성분을 결합하기 위해 2 내지 19 중량 % 의 양으로 사용된다. 양이 2 중량 % 미만인 경우, 유기 결합제는 광물질 섬유의 결합력이 부족하고, 광물질 섬유판의 강도 유지에 문제가 있게 된다. 양이 19 중량 % 를 초과하는 경우, 광물질 섬유판은 방화성에 대해 준불연성을 해소할 수 없고 유기 결합제의 양의 상한은 19 중량 % 가 된다.

특히, 밀도가 약 140 내지 160 kg/cm³일 정도로 광물질 섬유판의 중량을 가볍게하는 것이 목적인 경우, 유기 결합제로서 0.5 내지 5 중량 % 의 거품낸 펄프 그리고 1.5 내지 8 중량 % 의 완전히 비누화된 폴리비닐 알코올을 사용하는 것이 필요하다. 거품낸 펄프는 슬러리 분산을 균질화하기 위한 물질, 보유력을 향상시키는 물질 그리고 결합 물질로서 작용하고, 양이 0.5 중량 % 미만인 경우, 상기 작용은 발휘되지 않고, 양이 5 중량 % 초과이면, 열팽창성 수지 미립자의 팽창은 억제되고, 그 결과, 방화성이 약화된다. 완전히 비누화된 폴리비닐 알코올은 주요 결합 물질로서 작용하고 양이 1.5 중량 % 미만인 경우, 강도는 불충분하게 되고, 양이 8 중량 % 초과이면, 방화성은 약화되고 준불연성의 해소가 불가능하게된다. 완전히 비누화된 폴리비닐 알코올을 사용하는 이유는 응집과 점착 현상을 방지하는 것이다. 완전히 비누화된 폴리비닐 알코올은 부풀고 뜨거운 물에 용해되어 투명한 액체가 되지만, 습식 포밍에 의해 형성된 습식 매트에서, 수분 함량의 견해에서, 완전히 비누화된 폴리비닐 알코올은 10 중량 % 이상의 농도를 갖는 수용액에 상응하는 것과 같은 상태로 존재한다는 것을 고려한다. 그러나, 완전히 비누화된 폴리비닐 알코올은 폴리비닐 알코올과 동일한 농도를 갖는 전분과 비교해서 충분한 유동성을 갖고, 따라서 열팽창성 수지 미립자의 팽창 현상을 방지하지 못한다. 따라서, 팽창은 더 증가하고, 밀도는 전통적인 전분 기재의 부착물과 비교해서 감소될 수 있다.

본 발명에 사용되는 무기질 미섬유는 세피오라이트(sepiolite), 애터펄자이트 등을 포함하고, 유기 결합제와 열팽창성 수지 미립자의 보유력을 향상시키는 물질로서 작용하고, 본질적으로 정착제로서 강도 성질의 향상에 기여한다. 사용된 무기질 미섬유의 양은 1 내지 20 중량 % 이다. 양이 1 중량 % 미만인 경우, 보유력과 강도 특성을 향상시키는 효과는 불충분하고, 양이 20 중량 % 를 초과하는 경우, 당연히 주요 개시 물질인 광물질 섬유의 함량이 감소하고 밀도가 높게되고 생산 속도는 습식 포밍 단계에서 배수의 저화에 의해 낮게된다. 따라서, 바람직하지 않다.

특히, 밀도가 약 140 내지 160 kg/cm³일 정도로 광물질 섬유판의 중량을 가볍게하는 것이 목적일 경우, 무기질 미섬유를 1 내지 10 중량 % 의 양으로 사용한다. 양이 10 중량 % 를 초과하는 경우, 열팽창성 수지 미립자의 팽창은 억제되고, 더욱이, 양이 20 중량 % 를 초과하는 경우, 습식 포밍 단계에서의 배수의 저하는 현저하게되고 광물질 섬유의 비는 비교적으로 감소하고, 결과적으로, 밀도는 증가하게 된다.

본 발명에서 사용되는 응집제, 폴리아크릴아미드, 변성 폴리아크릴아미드, 황산 알루미늄 등을 포함하고 0.5 내지 3 중량 % 의 양으로 사용된다. 양이 0.5 중량 % 미만인 경우, 응집제의 충분한 효과를 얻지 못하고, 양이 3 중량 % 로 증가하는 경우, 효과의 향상은 더 보이지 않는다.

본 발명에 사용되는 열팽창성 미립자는 적어도 하나의 포밍제, 예컨대 프로판, 부탄, 펜탄, 이소부탄 등이 수지, 예컨대 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴과 염화 비닐리덴의 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 등으로 혼입되는 미립자이다. 상기 열팽창성 수지 미립자 중에서, 팽창 후 0.03 내지 3.0 mm 의 직경 (직경의 팽창도는 3 배 이상이다) 을 갖고 50 내지 105 ℃ 의 팽창-개시 온도를 갖는 것을 사용한다. 팽창 후의 직경이 0.03 내지 3.0 mm 인 이유는 상기 직경이 0.3 mm 미만인 경우, 수지 미립자가 주로 광물질 섬유로 이루어진 배열의 틈에 유지되고 따라서 광물질 섬유판의 두께를 증가시키는 효과를 나타내지 않기 때문이다. 상기 직경이 3.0 mm 를 초과하는 경우, 판의 형태는 거칠게되고 광물질 섬유판의 강도와 경도는 불충분하게 된다.

특히, 목적이 기계적인 가공없이 자연스런 오목-볼록 패턴을 제공하는 것인 경우, 팽창 후의 직경은 1.0 내지 3.0 mm 로 조절되는 것이 필요한다. 팽창 후의 직경이 1.0 mm 미만인 경우, 자연스런 오목-볼록 패턴이 양호한 벌레먹은 자국 같은 패턴의 형성은 불충분하다. 팽창 후의 직경의 팽창도가 3 배 이상인 이유는 광물질 섬유판의 중량 경량화의 충분한 효과를 얻는 것이 필요하기 때문이다. 팽창-개시 온도가 50 내지 105 ℃ 인 이유는 실온에서의 팽창은 피해야하고 유기 결합제의 경화가 개시하기 전에 팽창이 개시하거 종결하는 것이 바람직하기 때문이다.

사용되는 열팽창성 수지 미립자의 양은 0.5 내지 10 중량 % 이다. 양이 0.5 중량 % 미만인 경우, 충분한 경량을 얻지 못하고, 양이 10 중량 % 초과이면, 광물질 섬유판에서, 열팽창성 수지 미립자의 비균질성, 판 표면의 비규칙성, 낮은 강도, 방화성의 저하 등을 갖는 성질의 변동과 같은 문제가 있다.

특히, 목적이 광물질 섬유판의 중량을 가볍게하고 밀도가 약 140 내지 160 kg/cm³인 경우, 연소에서 크게 발열인 완전히 비누화된 폴리비닐 알코올을 접착제로서 사용하고, 사용되는 열팽창성 수지 미립자의 양을 0.5 내지 6 중량 % 로 조절하는 것이 필요하다. 양이 6 중량 % 를 초과하는 경우, 방화성은 저하되고 준불연성을 해소할 수 없다. 더욱이, 목적이 기계적인 가공없이 광물질 섬유판에 자연스런 오목-볼록 패턴을 제공하는 것인 경우, 사용되는 열팽창성 미립자의 양을 바람직하게는 0.5 내지 7 중량 % 로 조절한다. 양이 7 중량 % 를 초과하는 경우, 성질의 변동, 낮은 강도 등과 같은 문제는 광물질 섬유판에서 일어난다. 본 발명에서 사용되는 열팽창성 수지 미립자는 개시 슬러리가 존재하는 경우, 거품이 일지 않는 미립자이고, 약 1.0 의 비중을 갖고, 슬러리에서 쉽고 균일하게 분산되고, 생산품에서 밀도 반점 (density mottle) 을 일으키지 않는다. 슬러리가 습식 포밍된 다음 매트 형태로 절단된 후, 열팽창성 수지 미립자는 건조 단계에서 가열되어 팽창하기 시작하는 팽창 온도에 도달함으로써 매트의 두께는 증가한다. 배합된 결합제의 경화가 시작하기 전에 팽창은 시작하고 종결된다. 매트 중의 모든 수분이 증발되었을 때, 매트는 실질적으로 건조되고 결합제의 세팅은 실질적으로 종결된다. 매트의 온도는 더 상승되지만, 상기 과정에서 팽창된 수지 미립자는 그 자신의 용융점에 도달한다. 이점에서, 팽창된 미립자 거품은 용융-분쇄되어, 미립자의 체적은 팽창전의 체적으로 되돌아가고, 건조후, 미립자는 결합제의 일부로서 작용한다. 열팽창성 미립자에 의해 형성된 틈은 있는 그대로 남아 있고 효율적으로 경량 효과, 흡음성 그리고 단열효과에 도움이된다.

팽창전의 매트의 두께(전통적인 방법에 의해 제조됨)는 전통적으로 1/3 내지 2/3 이고,이고, 배수는 향상되어, 결과적으로 습식 포밍 속도가 향상되고, 건조 오븐에서 발생한 수분의 양은 전통적으로 1/3 내지 2/3 이고 건조 시간을 짧게하고, 사용되는 연료의 양을 감소시킨다.

본 발명의 광물질 섬유판은 하기에 따라 제조된다 : 배합 단계에서, 광물질 섬유, 유기 결합제, 무기질 미섬유, 응집제 및 열팽창성 수지 미립자를 소정의 양으로 도입하고, 물에 균일하게 분산시켜 약 5%의 전체 양으로 상기 성분을 함유하는 슬러리를 얻는다. 슬러리를 습식 포밍 단계에서 탈수해서 습식 매트를 얻는다. 습식 매트를 소정의 크기로 절단한 다음 건조하고 경화시켜 원래의 판을 얻는다. 원래의 판을 겉따기하고, 필요하다면, 표면을 편평하게 한 다음, 필요하다면, 롤에 의한 엠보싱, 판 모서리 마무리용 모서리 가공 그리고 코팅에서 선택되는 적어도 하나를 수행해서 최종 생성물을 얻는다.

실시예 1 내지 5

표 1 에 나타나 있는 각 성분을 표 1 에 나타나 있는 배합 비로 물에 도입하고, 물에 균일하게 분산시켜 5 중량 % 의 전체 양으로 상기 성분을 함유하는 슬러리를 얻는다. 슬러리를 포드리니에르 (Fourdrinier) 포밍기로 습식 포밍한 다음, 건조하고 경화시켜 본 발명의 광물질 섬유판을 얻는다.

비교예 1 내지 5

표 1 에 나타나 있는 각 성분을 표 1 에 나타나 있는 배합 비로 물에 도입하고, 물에 균일하게 분산시켜 5 중량 % 의 전체 양으로 상기 성분을 함유하는 슬러리를 얻는다. 슬러리를 포드리니에르(Fourdrinier) 포밍기로 습식 포밍한 다음, 건조하고 경화시켜 비교하기 위한 광물질 섬유판을 얻는다.

각 실시예 1 내지 5 그리고 비교예 1 내지 5 에서의 습식 포밍성 그리고 수득한 광물질 섬유판의 물성을 측정하는데, 얻은 결과는 표 1 에 나타나 있다.

표 1 내지 3 에 나타나 있는 물성을 참고로해서, 굽힘 파단 하중, 흡음 계수 및 방화성을 각각 JIS A 1408, JIIS A 1409 및 건설성 (建設省) 의 통지 No. 1231 및 1828 에 따라 측정한다.

실시예 6 내지 8

표 2 에 나타나 있는 각 성분을 표 2 에 나타나 있는 배합 비로 물에 도입하고, 물에 균일하게 분산시켜 5 중량 % 의 전체 양으로 상기 성분을 함유하는 슬러리를 얻는다. 슬러리를 포드리니에트 (Fourdrinier) 포밍기로 습식 포밍한 다음, 건조하고 경화시켜 본 발명의 광물질 섬유판을 얻는다.

비교예 6 내지 9

표 2 에 나타나 있는 각 성분을 표 2 에 나타나 있는 배합 비로 물에 도입하고, 물에 균일하게 분산시켜 5 중량 % 의 전체 양으로 상기 성분을 함유하는 슬러리를 얻는다. 슬러리를 포드리니에트 (Fourdrinier) 포밍 기계로 습식 포밍한 다음, 건조하고 경화시켜 비교하기 위한 광물질 섬유판을 얻는다.

각 실시예 6 내지 8 및 비교예 6 내지 9 에서의 습식 포밍성 그리고 수득한 광물질 섬유판의 물성을 측정하는데, 얻은 결과는 표 2 에 나타나 있다.

실시예 9 내지 14

표 3 에 나타나 있는 각 성분을 표 3 에 나타나 있는 배합 비로 물에 도입하고, 물에 균일하게 분산시켜 5 중량 % 의 전체 양으로 상기 성분을 함유하는 슬러리를 얻는다. 슬러리를 포드리니에트 (Fourdrinier) 포밍기로 습식 포밍한 다음, 건조하고 경화시켜 본 발명의 광물질 섬유판을 얻는다.

비교예 10 및 11

표 3 에 나타나 있는 각 성분을 표 3 에 나타나 있는 배합 비로 물에 도입하고, 물에 균일하게 분산시켜 5 중량 % 의 전체 양으로 상기 성분을 함유하는 슬러리를 얻는다. 슬러리를 포드리니에트 (Fourdrinier) 포밍기로 습식 포밍한 다음, 건조, 경화, 표면 평탄 그리고 장식 평탄해서 비교하기 위한 광물질 섬유판을 얻는다.

각 실시예 9 내지 14 및 비교예 10 및 11 의 제지성 (製紙性) 그리고 수득한 광물질 섬유판의 물성을 측정하는데, 얻은 결과는 표 3 에 나타나 있다.

표 1, 2 및 3 에 나타나 있는 습식 포밍성과 물성에서 이해되는 바와 같이, 팽창 전의 매트의 두께는 전통적으로 1/3 내지 2/3 이어서, 배수는 향상되고, 그 결과, 습식 포밍 속도가 개선되고, 건조 전의 매트의 수분 함량은 전통적으로 1/3 내지 2/3 으로 감소되어서, 건조 시간은 짧게 되고, 사용된 연료의 양은 감소한다. 따라서, 각 실시예의 선속도 지수는 전통적인 통상의 생성물의 표본인 비교예의 1.4 내지 1.7 또는 그 이상 배수인데, 이것은 실시예의 생산성이 비교예의 생산성보다 아주 우수하다는 것을 의미한다. 또한, 물성에 대해서, 표 1 에서, 건조 후의 밀도는 190 내지 300 kg/cm³인데, 그것은 목표값 200 내지 300 kg/cm³을 이루고, 즉, 광물성 섬유판의 경량화라는 목적을 이루고, 흡음 계수는 0.59 내지 0.75 인데, 충분한 효과를 나타낸다.

표 2 에서, 건조 후의 밀도는 140 내지 160 kg/cm³인데, 이것은 모표값180 kg/cm³이하를 이루고, 즉, 광물성 섬유판의 경량화라는 목적을 이루고, 흡음 계수는 0.85 인데, 충분한 효과를 나타낸다.

표 3 에서, 건조 후의 밀도는 180 내지 280 kg/cm³인데, 광물성 섬유판의 경량화라는 목적을 이루고, 흡음 계수는 0.60 내지 0.75 인데, 충분한 효과를 나타낸다. 또한, 천연 오목-볼록 패턴이 기계적 가공없이 제공된 본 발명의 중요한 목적은 충분히 성취된다.

본 발명은 광물질 섬유판의 제조 방법에 관한 것인데, 상기 생산 방법은 생산성을 향상시키고, 상기 생산 방법에 의해 얻은 광물질 섬유판은 경량성이 있고 흡음성과 방화성이 탁월하다.

Claims (6)

1. 60 내지 90 중량 % 의 광물질 섬유, 2 내지 19 중량 % 의 유기 결합제, 1 내지 20 중량 % 의 무기질 미섬유, 0.5 내지 3 중량 % 의 응집제, 그리고 (팽창 후의 직경 (팽창 배율은 3 배 이상임) 이 0.03 mm 이상 3.0 mm 미만이고 50 내지 105 ℃ 의 팽창 개시 온도를 갖는) 0.5 내지 10 중량 % 의 열팽창성 수지 미립자를 조성 성분으로 물에 균일하게 분산시켜 슬러리를 제조한 후, 슬러리를 습식 포밍하고 건조시키는 것을 포함하는 광물질 섬유판의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열팽창성 수지 미립자가 0.5 내지 7 중량 % 인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열팽창성 미립자의 팽창후의 직경이 0.03 mm 이상 1.0 mm 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유기 결합제가 거품낸 펄프 또는 완전히 비누화된 폴리비닐 알코올인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 조성 성분이 70 내지 90 중량 % 의 광물질 섬유, 0.5 내지 5 중량 % 의 거품낸 펄프, 1.5 내지 8 중량 % 의 완전히 비누화된 폴리비닐 알코올, 1 내지 10 중량 % 의 무기질 미섬유, 0.5 내지 3 중량 % 의 응집제, 그리고 (팽창 후의 직경 (팽창 배율은 3 배 이상임) 이 0.03 mm 이상 1.0 mm 미만이고 50 내지 105 ℃ 의 팽창 개시 온도를 갖는) 0.5 내지 6 중량 % 의 열팽창성 수지 미립자인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 열팽창성 수지 미립자의 팽창 후의 직경이 1.0 mm 이상 3.0 mm 미만인 것을 특징으로 하는 방법.