KR20050076271A

KR20050076271A - 표면코팅된 다공성 광물과 이를 이용한 건축제 및 그제조방법

Info

Publication number: KR20050076271A
Application number: KR1020040004189A
Authority: KR
Inventors: 정길례
Original assignee: 정길례; 주식회사 디엔에스
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-07-26

Abstract

본 발명은 단열성과 경량성이 우수한 건축제에 관련된 것으로서, 특히 팽창진주암이나 팽창질석 또는 화산재 등의 다공성 천연광물의 표면에 침습방지를 위한 표면코팅층이 형성되어 단열성 및 강도를 강화할 수 있는 표면코팅된 다공성 광물 및 이를 이용한 건축제와 이들의 제조방법에 관한 것이다.

Description

표면코팅된 다공성 광물과 이를 이용한 건축제 및 그 제조방법{An incombustible construction mineral material having coating surface, and the manufacturing method}

종래에는 팽창 진주암. 질석, 암면, 유리솜, 스티로폼 입자, 시멘트 등을 단독 혹은 조합하여 규산소다, 점토류, 석고 본드 등의 무기성 결합제 및 우레탄 수지, 라텍스 등의 유기성 결합제를 사용하여 성형한 단열재가 선보이고 있다, 이를테면 대한민국 특허 2001-0102690의 경우 팽창질석과 우레탄계 결합제를 사용한 패널, 대한민국 특허 1999-014648의 경우 10～20메시의 팽창 진주암 입자와 규산 소다, 석고 본드를 혼합 성형한 패널, 대한민국 실용신안 20--198804의 경우 폐수지와 암면, 유리솜을 혼합성형한 패널, 대한민국 특허 10-0193959의 경우 팽창 질석과 점토를 혼합성형한 패널 등이 있다.

이들 종래의 단열재는 단순하게 경량골재와 결합제를 혼합 성형한 것으로 경량 골재 입자 자체의 기공(pore)의 특성을 제어하지 않았기 때문에 입자간 공극 사이에 모세관 현상에 의한 수분의 침투로 인하여 단열성이 저하 되거나 규산 소다를 결합제로 사용할 경우 800℃이상의 고온 열처리 시에 제조 비용의 상승과 타 결합제와 병행하여 고온 열처리를 하지 않을 경우 입자 표면에 규산소다 성분중 Na₂O가 잔류하여 대기중의 수분 및 탄산가스와 반응하여 생성된 Na₂CO₃의 백화 현상이 발생하여 강도저하는 물론 단열성 저하를 초래한다.

또한 경량 골재와 점토류를 혼합할 경우 강도부여를 위하여 1000℃부근에서 고온 열처리를 하여야 하므로 이 또한 제조 비용의 상승 요인이 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 건축제가 갖는 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 종래의 다공성 광물입자의 표면을 방수코팅함으로써 표면코팅된 다공성 광물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 표면코팅된 다공성 광물을 이용하여 만들어진 단열성과 방수능력 및 강도가 우수한 건축제를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 상기와 같은 표면코팅된 다공성 광물 및 이를 이용한 건축제의 제조방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적은 다공성 광물의 표면에 실리카 화합물을 이용하여 방수코팅층을 형성한 본 발명에 의하여 달성될 수 있는 바, 첨부된 도면을 참조로하여 이하에 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 사용되는 원재료가 되는 일반적인 다공성 광물의 단위입자의 모식도이며, 도2는 도1의 광무의 표면을 코팅처리하여 방수막을 형성한 본 발명의 모식도이다.

상기 도면에서 보는 바와 같이, 표면 가공되지 않은 일반적인 다공성 광물의 경우는 그 몸체(1) 내부에 다수의 기공이 형성되며, 이러한 다수의 기공은 균열틈등을 통하여 표면에 까지 연결되어 외부와 통개된 개기공(2)이 있는 가 하면, 외부와 폐쇄되어 밀봉된 상태의 폐기공(2`)이 있다.

상기의 폐기공(2`)의 경우는 외기와 차단되어 있기 때문에 그 내부로 수분이 침투하지 못하지만, 상기 개기공(2)의 경우는 외부의 수분이 침투되어 함수하여 광물의 경량성과 단열성을 떨어뜨리는 주요한 원인이 되고 있다.

본 발명은 상기 도1에서와 같은 광물 입자의 표면에 도2에서와 같은 표면코팅층(3)을 형성함으로써 개기공(2)을 제거하여 폐기공(2`)만을 갖는 다공성 광물입자로 된 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에 따는 다공성 광물입자는 팽창진주암, 팽창질석 또는 화산재 등의 다공성 천연광물의 표면에 침습방지를 위한 표면코팅층(3)이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 표면코팅층(3)은 내구성과 내후성 및 불연성의 효과를 제공하기 위하여 실리카 화합물로 형성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 실리카원으로 TEOS(Tetra Ethyl ortho Silicate: 테트라 에틸 오르소 실리케이트: 이하 동일하다)을 포함하여 형성되도록 한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 표면코팅된 다공성 광물을 제조하기 위한 방법은 다음과 같다.

즉, 본 발명에 따른 표면개질된 다공성 광물의 제조방법은,

팽창진주암, 팽창질석 또는 화산재 등의 다공성 광물의 기공 내부에 함유된 수분을 제거하기 위한 건조과정과,

상기 건조과정에서 건조된 다공성 광물을 표면코팅재 및 반응개시촉매제와 함께 넣고 가열하며 교반하여 다공성 광물의 표면에 표면코팅재의 졸겔반응에 의한 실리카 미립자의 표면입자코팅을 일으키는 교반과정과,

상기 교반과정에서 생성된 표면코팅재가 다공성광물 입자의 표면에 결착되도록 열처리하여 건조시키는 열처리과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 건조과정은 다공성 광물을 130~150℃로 조절된 열풍식 건조기에 넣어서 항량이 될 때까지 2~3시간 행하여지며,

상기 교반과정은 건조과정에서 건조된 다공성 광물 1000중량부를 교반기가 조합된 반응기에 넣고 다공성광물을 적실 정도의 정세수 300~700ml를 가하고 교반하면서, 표면코팅재로서 실리카화합물인 TEOS(테트라 에틸 오르소 실리케이트) 104중량부와 에틸알콜 100중량부 및 정세수 20중량부 그리고 촉매제로서 암모니아수(17% 용액) 30중량부를 혼합한 용액을 30분~1시간에 걸쳐 추가한 다음, 30~70℃로 1~2시간 동안 가열·교반하여서 행하여지며,

상기 열처리과정은 200~300℃의 전기로 내에서 1~2시간 동안 가열하여서 되도록 하는 것이 바람직하다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.

다공성 (천연)광물의 기공 내부에 함유된 수분을 제거하기 위하여 130 ～150℃로 조절된 열풍식 건조기에서 항량이 될 때까지 2～ 3시간 가열 건조한다.

건조된 다공성 천연 광물 1000중량부를 교반기가 조합된 5L 용량의 반응기에 넣고 광물의 표면을 적실 정도의 정제 수 300～700ml 바람직 하게는 400～600ml 더욱 바람직 하게는 450 ～550ml를 가하고 100～150rpm 으로 교반 하면서 TEOS 104중량부(0.5mol), 에틸알콜 100중량부(2,17mol),정 제수 20중량부, 암모니아수(17% 수용액)30 중량부를 혼합 한 용액을 30분～1시간 에 걸쳐 추가한 다음 30 ～70℃ 바람직 하게는 40～50℃, 더욱 바람직 하게는 50℃로 가열하면서1～2시간 바람직 하게는 1시간동안 가열 교반한다(이 과정을 통하여 겔화된 실리 화합물은 상기 개기공(2)의 표면 개구부 및 균열틈 등을 매우면서 다공성 광물입자의 표면을 덮어서 코팅층을 형성하게 된다).

반응이 끝나면 내용물을 반응기로부터 꺼내어 200～300℃ 바람직 하게는 200～250℃의 전기로 내에서 1시간동안 열처리하여 졸겔 반응에서 생성된 실리카 입자가 다공성 천연 광물 입자에 결착 되도록 한다.

상기 교반과정에서 사용되는 다공성광물 100메시 200중량부와 2~3mm입자 800중량부의 팽창진주암을 혼합한 것을 사용할 수 있다.

물론 상기 다공성광물은 어느 일종의 광물을 사용할 수 있으며, 또는 여러 종류의 광물을 혼합하여 사용할 수 도 있다.

이상과 같은 과정을 통하여 다공성 광물의 표면은 실리카화합물로 코팅되어 강도가 보강되고, 폐기공을 제거하여 함수율을 최소화여 단열성능을 확보할 수 있게 되는 것이다.

이와 같이 하여 제조된 본 발명에 따른 표면코팅된 다공성 광물을 이용하여 단열성, 경량성, 불연성 및 강도가 우수한 건축제를 제조할 수 있다.

이와 같은, 발명에 따른 건축제는 상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 표면코팅된 다공성 광물과 가교제를 포함하여 조성할 수 있다.

상기 가교제는 염화 마그네슘과 염화칼슘을 1:1 중량비로 혼합한 수용액에 알긴산,셀룰로우즈,장섬유 유리 또는 섬유상 세피오라이트 중 하나를 포함하도록 하여서 조성할 수 있다.

이상과 같은 건축제를 제조하기 위한 본 발명에 따른 제조방법을 이하에 설명한다.

본 발명에 따른 표면개질된 다공성 광물을 이용한 건축제 제조방법은,

상기 본 발명의 표면코팅된 다공성 광물을 혼합기에 넣고 무기결합제를 가하여 교반하는 2차 교반과정과,

상기 2차 교반과정 후에 상기 혼합기에 가교제 혼합 슬러리 수용액을 추가하여 다시 교반하여 혼합하는 혼합과정과,

상기 혼합과정에 의한 혼합물을 성형몰드에 붓고 가압 및 가열하면서 성형시켜 성형품을 만드는 성형과정을 포함하여 구성된다.

상기 가교제 혼합 슬러리는 염화 마그네슘 300중량부와 염화 칼슘 300중량부를 정세수 1000중량부에 용해시키고 여기에 알긴산,셀룰로오스,장섬유 유리 또는 섬유상 세피오라이트중 어느 하나를 50~100중량부 가하고 교반 혼합하여 된 것을 사용할 수 있다.

상기 무기결합제는 실리카졸, 규산소다 또는 알류민산소다 중의 어느 하나를 사용할 수 있다.

또한 상기 혼합과정에는 가교제 혼합 슬러리 수용액을 추가하여 혼합한 후, 여기에 유기 결합제(및 상기 무기결합제를 함께)를 더 추가하여 다시 혼합하는 과정이 더 포함되도록 할 수 있으며, 상기 유기 결합제는 EVA(Ethyl vinyl acetate: 에틸 비닐 아세테이트), PVA(Poly Vinyl acetate: 폴리 비닐 아세테이트) 또는 난연 라텍스 중의 어느 하나로 할 수 있다.

상기 제조방법을 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

표면 코팅한 다공성 천연 광물 1000중량부를 회전 날개가 장착된 리본형 혼합기에 넣고 실리카 졸(평균 입자 15～20nm, SiO₂함량 20～30중량%) 200～350중량부 바람직 하게는 250～300 중량부를 가하고 약 1시간 교반한다.

가교제 혼합 슬러리 수용액 200～400 중량부 바람직 하게는 250～300중량부를 추가하고 30분간 교반혼합 한 다음유기 및 무기 결합제를 300～400중량부 바람직 하게는 350중량부 가하고 교반 혼합후 혼합물을 성형 몰드에 붓고, 100톤 바람직 하게는 80～100톤의 압력을 가하여 성형하고 실온에서 150～200℃ 바람직 하게는 180～200℃ 까지 2～3시간에 걸쳐 온도를 상승 시키면서 가열하고, 이 온도에서 1～2시간 유지하여 경화 시킨다음 실온으로 냉각 하여 성형체를 제조한다. 여기서 온도를 상승 시키는 시간 및 유지 시간은 특별히 제한을 두지 않는다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.그러나 다음의 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될특허 청구 범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 물론이다.

<실시예 1>

건조 처리한 다공성 천연 광물중 팽창 진주암1000중량부(100메시200중량부 와 2～3mm 입자800 중량부 혼합한것)를 교반기가 조합된 5L용량의 반응기에 넣고 정제수 500중량부를 가하고 130rpm으로 교반 하면서 TEOS 104중량부, 에틸알콜100중량부, 정제 수 20중량부, 암모니아수 30중량부를 혼합한 용액을 1시간에 걸쳐 추가 하고 50℃로 가열 하면서 1시간동안 교반 반응 한다음 반응물을 꺼내어 250℃로 조절된 전기로에서 1시간 동안 열처리를 하여 표면 코팅된 팽창 진주암을 얻었다.

<실시예 2>

MgCI₂6H₂O 300중량부와 CaCI₂2H₂O 300중량부를 정제수 1000중량부에 용해 시키고 여기에 알긴산, 셀룰로오즈, 장섬유 유리, 섬유상 세피오라이트를 각각 50 중량부 가하고 교반 혼합하여 4종류의 가교제 혼합 슬러리를 제조 하였다.

<실시예 3>

건조 처리한 팽창 질석(100메시)과 화산재(200메시)을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 표면 코팅된 팽창 질석과 화산재를 얻었다.

<실시예 4>

실시예 1에서 얻은 표면 코팅된 팽창 진주암 1000중량부를 리본형 혼합기에 넣고 실리카졸 300 중량부를 가하여 1시간동안 혼합 하면서실시예 2의 알긴산이 함유된 가교제 혼합 슬러리 300중량부를 가하고 30분간 교반 혼합 하였다.

이 혼합물에 난연SRB라텍스 에멀젼 350 중량부를 첨가 하여 교반혼합후 성형 몰드에 붓고 100톤의 압력으로 성형하고 200℃에서 2시간동안 열처리 하여 성형체를 얻었다.

<실시예 5>

실시예 3에서 얻은 표면 코팅된 팽창 질석을 사용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 실시하여 성형체를 얻었다.

<실시예 6>

실시예 3에서 얻은 표면 코팅된 화산재를 사용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 실시하여 성형체를 얻었다.

<실시예 7>

실시예 1에서 얻은 표면 코팅된 팽창 진주암 1000중량부를 사용하여 실시예2중에서 셀룰로오즈, 장섬유 유리, 섬유상 세피오라이트가 함유된 가교제 혼합 슬러리를 각각 사용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 실시하여 성형체를 얻었다.

<실시예 8>

실시예 3에서 얻은 표면 코팅된 팽창 질석, 화산재를 각각 1000중량부 사용하여 실시예 7과 동일한 방법으로 실시하여 성형체를 얻었다.

<실시예 9>

실시예 1에서 얻은 표면 코팅된 팽창 진주암 1000중량부를 사용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 실시하되 실리카졸 대신 알루민산 소다 300중량부, 실시예 2에서 장섬유 유리 가 함유된 가교제 혼합 슬러리 300중량부를 사용 하여 실시하여 성형체를 얻었다.

<실시예 10>

실시예3에서 얻은 표면 코팅된 팽창질석, 화산재 각각 1000중량부를 사용하고, 실시예 9와 동일한 방법으로 실시하여 성형체를 얻었다.

<실시예 11>

실시예 1과 실시예 3에서 얻은 표면 코팅된 팽창 진주암, 팽창질석, 화산재 각각 1000중량부를 사용하고 알루민산 소다 300중량부, 실시예2중 알긴산, 셀룰로오즈, 섬유상 세피오 라이트가 함유된 가교제 혼합 슬러리300중량부를 각각 사용하여 실시예 4와 동일한 방법으로 실시하여 성형체를 얻었다.

이하 본 실시예들에 대한 실험결과치를 하기의 표1에 나타내었다.

[ 표 1 ]

상기 본 발명에 따른 표면코팅된 다공성 광물의 흡수율 측정을 위하여, 하부에 배출밸브가 부착되고 내경70mm, 길이 450mm인 유리제 원통형 실린더에 표면코팅된 다공성 광물 300중량부를 넣고,

정제수 1000중량부를 실린더에 부은 다음 5분간 방치하고,

정제수를 배출하고 배출된 양의 중량을 확인하였다.

이와 같은 실험을 통하여 얻은 5회 측정 평균치를 하기 표2에 나타내었다.

[ 표 2 ]

이상과 같은 본 발명에 따른 표면코팅된 다공성 광물은 그 내부에 다공이 형성되어 경량성 및 우수한단열성을 구비하면서도 그 표면에는 내구성과 내후성이 우수한 포면코팅층이 형성되어 함수를 방지하여 단열성과 경량성을 유지할 수 있도록 하여, 우수한 단열성과 경량성을 확보하는 불연성의 재료를 제공하게 되며, 특히 건축제로 사용될 경우 건축 내,외장재용의 단열재용도뿐 아니라, 밀폐된 기공이 보유하고 있는 특수성으로 인하여 경량 방음벽, 층간 흡음재, 실내공간의 구획용 파티션등의 용도록 활용될 수 있다.

또한 본 발명은 실리카 화합물로 표면코팅을 하였기 때문에 Si-O-Si 결합에 의한 내구성과 내후성이 뛰어나며, 불연성이어서 화재시 유해가스의 발생이 없어 안전한 건축제를 제공하게 된다.

또한 표면코팅에 있어서 함수율을 조절하면 다양한 기능의 건축제를 제공할 수 있게되는 등 실로 다대한 효과를 제공하게 되는 것이다.

도1은 본 발명에 이용되는 다공성 광물의 모식도

도2는 본 발명에 따라 표면코팅된 다공성 광물의 모식도

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

1: 광물 몸체 2`: 폐기공

2: 개기공 3: 표면코팅층

Claims

팽창진주암, 팽창질석 또는 화산재 등의 다공성 천연광물의 표면에 침습방지를 위한 표면코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물.
제1항에 있어서;

상기 표면코팅층은 실리카 화합물로 된 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물.
제1항에 있어서;

상기 표면코팅층은 실리카원으로 TEOS(Tetra Ethyl ortho Silicate: 테트라 에틸 오르소 실리케이트)을 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물.
팽창진주암, 팽창질석 또는 화산재 등의 다공성 광물의 기공 내부에 함유된 수분을 제거하기 위한 건조과정과,

상기 건조과정에서 건조된 다공성 광물을 표면코팅재 및 반응개시촉매제와 함께 넣고 가열하며 교반하여 다공성 광물의 표면에 표면코팅재의 졸겔반응에 의한 실리카 미립자의 표면입자코팅을 일으키는 교반과정과,

상기 교반과정에서 생성된 표면코팅재가 다공성광물 입자의 표면에 결착되도록 열처리하여 건조시키는 열처리과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물의 제조방법.
제4항에 있어서;

상기 건조과정은 다공성 광물을 130~150℃로 조절된 열풍식 건조기에 넣어서 항량이 될 때까지 2~3시간 행하여지며,

상기 교반과정은 건조과정에서 건조된 다공성 광물 1000중량부를 교반기가 조합된 반응기에 넣고 다공성광물을 적실 정도의 정세수 300~700ml를 가하고 교반하면서, 표면코팅재로서 실리카화합물인 TEOS(테트라 에틸 오르소 실리케이트) 104중량부와 에틸알콜 100중량부 및 정세수 20중량부 그리고 촉매제로서 암모니아수(17% 용액) 30중량부를 혼합한 용액을 30분~1시간에 걸쳐 추가한 다음, 30~70℃로 1~2시간 동안 가열·교반하여서 행하여지며,

상기 열처리과정은 200~300℃의 전기로 내에서 1~2시간 동안 가열하여서 되는 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물의 제조방법.
제5항에 있어서;

상기 교반과정에서 사용되는 다공성광물은 100메시 200중량부와 2~3mm입자 800중량부의 팽창진주암을 혼합한 것인 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에서의 표면코팅된 다공성 광물과 가교제를 포함하여 조성된 것을 특징으로하는 표면코팅된 다공성 광물을 이용한 건축제.
제7항에 있어서;

상기 가교제는 염화 마그네슘과 염화칼슘을 1:1 중량비로 혼합한 수용액에 알긴산,셀룰로우즈,장섬유 유리 또는 섬유상 세피오라이트 중 하나를 포함하도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물을 이용한 건축제.
제4항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 의하여 된 표면코팅된 다공성 광물을 혼합기에 넣고 무기결합제를 가하여 교반하는 2차 교반과정과,

상기 2차 교반과정 후에 상기 혼합기에 가교제 혼합 슬러리 수용액을 추가하여 다시 교반하여 혼합하는 혼합과정과,

상기 혼합과정에 의한 혼합물을 성형몰드에 붓고 가압 및 가열하면서 성형시켜 성형품을 만드는 성형과정을 포함하여 구성되는 표면코팅된 다공성 광물을 이용한 건축제 제조방법.
제9항에 있어서;

상기 가교제 혼합 슬러리는 염화 마그네슘 300중량부와 염화 칼슘 300중량부를 정세수 1000중량부에 용해시키고 여기에 알긴산,셀룰로오스,장섬유 유리 또는 섬유상 세피오라이트중 어느 하나를 50중량부 가하고 교반 혼합하여 된 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물을 이용한 건축제 제조방법.
제9항에 있어서;

상기 무기결합제는 실리카졸, 규산소다 또는 알류민산소다 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물을 이용한 건축제 제조방법.
제9항에 있어서;

상기 혼합과정에는 가교제 혼합 슬러리 수용액을 추가하여 혼합한 후, 여기에 유기 결합제를 더 추가하여 다시 혼합하는 과정이 더 포함된 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물을 이용한 건축제 제조방법.
제12항에 있어서;

상기 유기 결합제는 EVA(Ethyl vinyl acetate: 에틸 비닐 아세테이트), PVA(Poly Vinyl acetate: 폴리 비닐 아세테이트) 또는 난연 라텍스 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물을 이용한 건축제 제조방법.
제9항에 있어서;

상기 혼합과정에는 가교제 혼합 슬러리 수용액을 추가하여 혼합한 후, 여기에 유기 결합제와 무기 결합제를 더 추가하여 다시 혼합하는 과정이 더 포함된 것을 특징으로 하는 표면코팅된 다공성 광물을 이용한 건축제 제조방법.