KR20060004557A - 초경량 세라믹패널 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발포성 점토광물을 이용한 비내력 벽체용 초경량 세라믹패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 발포특성의 점토광물 90 내지 98 중량%, 융제(폐유리) 1.5 내지 5 중량%, 탄화규소 0.5 내지 5 중량%의 조성을 갖는 점토조성물로 이루어진 초경량 세라믹패널 및 상기 점토조성물을 혼합하여 프레스 성형한 후 1,100 내지 1,200℃에서 소성함으로써 상기 초경량 세라믹패널을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 초경량 세라믹패널은 비중 0.3 내지 0.7 g/㎤, 꺾임강도 8 내지 50 kgf/㎠, 열전도율 0.10 내지 0.13 W/mㆍK(20℃)의 물성과 난연 1급의 난연성을 가지며, 세라믹 소재 내부에 폐기공을 형성시키는 방법을 통하여 소재의 초경량화는 물론 단열 및 방음성능이 향상된 소재이다.
본 발명에 의하여 고온의 소성공정을 거쳐 제조되는 초경량 세라믹패널은 무기소재인 세라믹스로서, 세라믹 고유의 기능은 보전하면서 폐기공(閉氣孔) 조직에 의해 경량성, 단열성, 방음성을 갖춰 건축자재산업 등에서 내외장재로서 유용하며, 저가의 국내 부존자원인 천연점토광물을 이용하여 경제성 높고, 친환경적인 새로운 벽체용 소재이다.
점토, 경량, 세라믹패널, 발포

Description

초경량 세라믹패널 및 그 제조방법{Super light weight ceramic panel and preparation thereof}
도 1은 본 발명에 따라 점토광물을 이용한 비내력 벽체용 초경량 세라믹패널의 제조공정도이다.
도 2는 본 발명에 따라 점토광물을 이용한 비내력 벽체용 초경량 세라믹패널을 제조하는 각 공정의 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 제조한 초경량 세라믹패널의 샘플 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4 내지 6에서 제조한 초경량 세라믹패널의 샘플 사진이다.
본 발명은 비내력 벽체(non-bearing wall)용으로 사용되는 세라믹패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점토광물의 발포특성을 이용하고 내부에 기공을 형성시키는 방법을 통하여 소재의 초경량화는 물론 난연성, 단열성 및 방음성능을 개선시킨 초경량 세라믹패널 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
산업용에 적합한 세라믹패널은 건축물의 구조 변경 시 시공이 간편해야 하며, 건축물의 대형화, 고층화에 따라 경량화가 선행되어야 한다. 또한 에너지절감을 위해 보온 및 단열효과와 도시의 밀집화로 인한 흡음 및 방음효과를 충족해야 한다.
기존의 ALC(Autoclaved Lightweight Concrete) Panel 또는 Black은 국내의 경우 일부 업체에서 생산되고 있는 ALC Panel을 건설업체에서 일부 적용하고 있으나, 흡수율, 배선, 배관의 부적절성, 중량과다 등의 문제로 범용화되지 못하고 있다.
드라이월(Dry Wall)은 석고보드, 글라스울, 스틸스터드(Steel Stud)를 이용하여 현장에서 개별부재를 조립, 시공하는 타입으로서, 시공편차가 크고 충격강도가 약하며 못 지지력이 약해 주거성능이 미약하다. 아울러 내수성이 약하여 누수에 의한 글라스울의 흡수가 발생시 곰팡이 발생 등의 문제가 있어 확산 적용되지 못하고 있다.
발포유리는 유리내부에 기포(氣泡)조직을 갖는 유리로서, 유리본래의 물성에 기포조직으로 인한 물성으로 단열성과 경량성을 갖는 비정질 재료이다. 발포유리는 석유화학공장, LNG 액화가스탱크 밑바닥, 냉동창고, 연돌라이닝 등에 보온재, 보냉 재 및 내부식재(耐腐蝕材)로 사용되고 있다.
기타로는 아코텍 패널 등의 압출성형 경량 기포 콘크리트 패널이 있으나 중량이 무겁고 가공성이 떨어져 거의 적용되지 않고 있다.
이러한 종래의 경량패널은 흡수율이 높아 습도가 높은 계절에 세균이 번식할 위험성이 있고, 대형건축물에 설치함에 있어 중량과다와 못 지지력 등의 강도가 약하며, 밀집된 도시에서 차음 및 화재시 난연성 등의 많은 문제점을 안고 있다.
본 발명의 목적은 세라믹 고유의 기능은 보전하면서 폐기공(閉氣孔) 조직에 의해 경량성, 단열성, 방음성을 갖춰 건축 내외장재로 사용할 수 있는 초경량 세라믹패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고온의 소성공정을 거쳐 제조되는 무기소재인 세라믹스를 초경량 세라믹패널 형태로 제작하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 발포성 점토광물 90 내지 98 중량%, 융제로서 폐유리 1.5 내지 5 중량% 및 발포제로서 탄화규소 0.5 내지 5 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 초경량 세라믹패널 조성물이 제공된다.
또한, 본 발명의 초경량 세라믹패널을 제조하기 위하여 SiO2 60 내지 65 중 량%, Al2O3 15 내지 20 중량%, Fe2O3 1 내지 5 중량%, CaO 2 내지 4 중량%, MgO 1 내지 3 중량%, K2O 0.5 내지 1.5 중량% 및 Na2O 3 내지 5 중량%를 함유하는 발포성 점토광물 90∼98 중량%, 폐유리 1.5∼5 중량% 및 탄화규소 0.5∼5 중량%를 혼합하는 단계(A); 상기 혼합분말을 건조시킨 후 일축가압성형을 하는 단계(B); 상기 성형체를 금형에서 탈형하는 단계(C); 상기 성형체를 터널킬른 또는 셔틀킬른을 이용하여 1,100∼1,200℃에서 소성 및 발포하고 그 후 자연냉각하는 단계(D) 및 소성체 표면의 연마단계(E)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초경량 세라믹패널 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 상기 점토 및 폐유리에 의해 생성되는 유리상 안에 탄화규소 및 산화철이 산소와 반응하여 발생되는 가스를 내부에 가두어 폐기공 조직을 생성시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 초경량 세라믹패널을 제조함에 있어서, 점토광물의 발포 정도를 효과적이고 경제적으로 제어하는 것이 관건이다.
상기 점토광물의 발포 정도를 제어하기 위한 요건은 크게 세 가지로 분류되는데, 첫째 발포특성을 가진 점토광물과 탄화규소 및 융제(폐유리)와의 최적 조성범위 개발, 그리고 최적의 발포 소성조건을 위한 소성시간 및 유지시간 범위의 규명, 마지막으로 초경량 세라믹패널의 생산공정기술의 확립을 들 수 있겠다.
본 발명에서는 발포성 점토광물 90 내지 98 중량%, 융제로서 폐유리 1.5 내지 5 중량% 및 발포제로서 탄화규소 0.5 내지 5 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 초경량 세라믹패널 조성물이 제공된다. 본 발명의 조성물 중에서 무기광물을 구성하는 발포성 점토광물, 융제(폐유리), 탄화규소가 상기와 같은 범위에 있을 때, 본 발명의 목적에 적합한 초경량 세라믹패널을 제조할 수 있게 되는데, 그 구체적인 이유는 다음과 같다.
상기 점토광물의 함량이 증가할수록 초경량 세라믹패널의 발포특성이 저하하고 강도는 반대로 증가하며, 점토광물의 함량이 감소할수록 발포특성은 향상되고 강도는 반대로 감소하므로, 점토광물의 함량은 조성물 중에서 90 내지 98 중량%인 것이 적합하다.
상기 융제(폐유리)는 초경량 세라믹패널의 조성과 성질에 영향을 주는 역할을 한다. 융제(폐유리)는 소성시 낮은 온도에서 유리상을 형성시키며, 발생되는 가스(CO2)를 세라믹패널내부로 가두어 폐기공(閉氣孔) 조직을 생성시킨다. 그러나 과량 첨가의 경우에는 오히려 비중을 저하시키므로, 그 함량은 1.5 내지 5 중량%인 것이 바람직하다.
상기 탄화규소는 융제(폐유리)가 생성시킨 유리상 안에서 가스를 생성시킴으로써 폐기공을 생성시킨다. 탄화규소를 과량 첨가하면 다량의 가스 생성으로 인해 비중은 낮아지지만, 폐기공이 개폐되면서 가스가 밖으로 분출되어 초경량 세라믹패널의 강도가 감소하므로, 그 함량은 0.5 내지 5 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 초경량 세라믹패널은 비중 0.3 내지 0.7 g/㎤, 꺾임강도 8 내지 50 kgf/㎠, 열전도율 0.1 내지 0.13 W/mㆍK(20℃)의 물성과 난연 1급(KS F 2271)의 난연성을 갖는다.
본 발명의 초경량 세라믹패널의 제조방법은 다음과 같다.
SiO2 60 내지 65 중량%, Al2O3 15 내지 20 중량%, Fe2O3 1 내지 5 중량%, CaO 2 내지 4 중량%, MgO 1 내지 3 중량%, K2O 0.5 내지 1.5 중량% 및 Na2O 3 내지 5 중량%를 함유하는 발포성 점토광물 90∼98 중량%, 폐유리 1.5∼5 중량% 및 탄화규소 0.5∼5 중량%를 혼합하고 상기 혼합분말을 건조시킨 후 일축가압성형을 한 후 성형체를 금형에서 탈형하고, 상기 성형체를 터널킬른 또는 셔틀킬른을 이용하여 1,100∼1,200℃에서 소성 및 발포하고 그 후 자연냉각한 후 소성체 표면의 연마를 하여 초경량 세라믹패널을 제조할 수 있다.
상기와 같이 혼합분말을 성형하여 소성하면, 유리질과 결정질이 생성되고 아래 화학식 1의 고온에서 탄화규소의 산화반응 및 화학식 2의 Fe2O3의 환원반응으로부터 기체가 발생되어 폐기공(閉氣孔) 조직이 생성된다.
SiC ＋ 2O2 = SiO2 ＋ CO2 ↑
Fe2O3 = 2FeO + 1/2O2 ↑
이하, 본 발명의 조성물을 이용하여 초경량 세라믹패널을 제조하는 방법의 일례를 설명하며, 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시 예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단 본 발명은 아래의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 3은 동일 조성에서 온도변화를 실험한 결과이고, 실시 예 4 내지 6은 1,170℃에서 탄화규소의 첨가량 변화에 따른 실험결과이다.
[실시예 1]
SiO2 65 중량%, Al2O3 15 중량%, Fe2O3 2 중량%, CaO 4 중량%, MgO 3 중량%, K2O 1.5 중량%, Na2O 2.5중량% 및 기타 유기물 7%를 함유하는 발포성 점토광물 96.0 중량%, 융제(폐유리) 3 중량%, 탄화규소 1 중량%로 이루어진 무기광물 100 중량부를 12시간 혼합한 후, 직경 36 ㎜ 몰드에 넣고 100 kgf/㎠의 압력에서 일축가압성형을 실시하였다. 얻어진 성형체는 전기로에서 1,140℃의 온도로 산화 소성하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 조성의 발포성 점토광물 96.0 중량%, 융제(폐유리) 3 중량%, 탄화규소 1 중량%로 이루어진 무기광물 100 중량부를 12시간 혼합한 후, 직경36 ㎜ 몰드에 넣고 100 kgf/㎠의 압력에서 일축가압성형을 실시하였다. 얻어진 성형체는 전기로에서 1,170℃의 온도로 산화 소성하였다.
[실시예 3]
발포성 점토광물 96.0 중량%, 융제(폐유리) 3 중량%, 탄화규소 1 중량%로 이루어진 무기광물 100 중량부를 12시간 혼합한 후, 직경36 ㎜ 몰드에 넣고 100 kgf/ ㎠의 압력에서 일축가압성형을 실시하였다. 얻어진 성형체는 전기로에서 1,200℃의 온도로 산화 소성하였다.
상기 실시예 1 내지 3에서 얻은 초경량 세라믹패널에 대하여 팽창률, 비중, 꺾임강도를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 1 (1,140℃) 실시예 2 (1,170℃) 실시예 3 (1,200℃)
선팽창률(%) 23.9 31.0 27.7
비중(g/㎤) 0.70 0.50 0.30
꺾임강도 (kgf/㎠) 40 19 8
[실시예 4]
발포성 점토광물 96.5 중량%, 융제(폐유리) 3 중량%, 탄화규소 0.5 중량%로 이루어진 무기광물 100 중량부를 12시간 혼합한 후, 직경36 ㎜ 몰드에 넣고 100 kgf/㎠의 압력에서 일축가압성형을 실시하였다. 얻어진 성형체는 전기로에서 1,170℃의 온도로 산화 소성하였다.
[실시예 5]
발포성 점토광물 96.0 중량%, 융제(폐유리) 3 중량%, 탄화규소 1 중량%로 이루어진 무기광물 100 중량부를 12시간 혼합한 후, 직경36 ㎜ 몰드에 넣고 100 kgf/㎠의 압력에서 일축가압성형을 실시하였다. 얻어진 성형체는 전기로에서 1,170℃의 온도로 산화 소성하였다.
[실시예 6]
발포성 점토광물 95.5 중량%, 융제(폐유리) 3 중량%, 탄화규소 1.5 중량%로 이루어진 무기광물 100 중량부를 12시간 혼합한 후, 직경36 ㎜ 몰드에 넣고 100 kgf/㎠의 압력에서 일축가압성형을 실시하였다. 얻어진 성형체는 전기로에서 1,170℃의 온도로 산화 소성하였다.
상기 실시예 4 내지 6에서 얻은 초경량 세라믹패널에 대하여 팽창률, 비중, 꺾임강도를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예 4 (탄화규소 0.5%) 실시예 5 (탄화규소 1.0%) 실시예 6 (탄화규소 1.5%)
선팽창률(%) 13.8 30.9 40.2
비중(g/㎤) 0.60 0.5 0.3
꺾임강도 (kgf/㎠) 50 19 10
이상의 설명에서 알 수 있듯이, 본 발명의 초경량 세라믹패널은 비중 0.3 내지 0.7 g/㎤, 꺾임강도 8 내지 50 kgf/㎠의 물성을 가지며 원적외선 방출 특성은(40℃)은 기기분석(FT-IR) 결과 방사율 0.90 내지 0.93, 방사에너지는 3.718×102 (W/㎡), 열전도율은 KS L 9016-'95에 의해 시험한 결과 0.10 내지 0.13 W/mㆍK(20℃), 난연성은 KS F 2271-'98에 의해 시험한 결과 난연 1급의 특성을 나타내며, 매우 가벼우면서 불에 타지 않은 세라믹의 특성으로 다양한 건축 내외장재로 적용이 가능하며, 적은 원재료로 발포함으로써 원재료비와 에너지 비용이 절감되어 경제성이 우수할 뿐만 아니라 천연재료의 사용으로 친환경적이다.

Claims (4)

  1. 발포성 점토광물 90 내지 98 중량%, 융제로서 폐유리 1.5 내지 5 중량% 및 발포제로서 탄화규소 0.5 내지 5 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 초경량 세라믹패널 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발포성 점토광물은 SiO2 60 내지 65 중량%, Al2O3 15 내지 20 중량%, Fe2O3 1 내지 5 중량%, CaO 2 내지 4 중량%, MgO 1 내지 3 중량%, K2O 0.5 내지 1.5 중량% 및 Na2O 3 내지 5 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 초경량 세라믹패널 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 초경량 세라믹패널은 밀도 0.29∼0.69 g/㎠, 꺾임강도 8∼50 kgf/㎠, 열전도율은 0.10∼0.13 W/mㆍK(20℃) 및 난연 1급의 난연성을 가지는 것을 특징으로 하는 초경량 세라믹패널.
  4. SiO2 60 내지 65 중량%, Al2O3 15 내지 20 중량%, Fe2O3 1 내지 5 중량%, CaO 2 내지 4 중량%, MgO 1 내지 3 중량%, K2O 0.5 내지 1.5 중량% 및 Na2O 3 내지 5 중량%를 함유하는 발포성 점토광물 90∼98 중량%, 폐유리 1.5∼5 중량% 및 탄화규소 0.5∼5 중량%를 혼합하는 단계(A); 상기 혼합분말을 건조시킨 후 일축가압성형을 하는 단계(B); 상기 성형체를 금형에서 탈형하는 단계(C); 상기 성형체를 터널킬른 또는 셔틀킬른을 이용하여 1,100∼1,200℃에서 소성 및 발포하고 그 후 자연냉각하는 단계(D) 및 소성체 표면의 연마단계(E)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초경량 세라믹패널 제조방법.
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