KR20060012497A - 발포제 및 이를 이용한 단열재의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 퍼라이트 1 내지 20 중량부, 플라이 애쉬 30 내지 60 중량부, 무기질 바인더 50 내지 100 중량부, 및 석회석, 고령토, 제올라이트 또는 이의 혼합물 50 내지 100 중량부로 이루어지는 무기질 발포제 조성물, 이로부터 제조된 발포제 및 이를 이용한 단열재에 관한 것이다. 본 발명에 따른 발포제는 분사로 벽면 또는 철구조물에 내화 단열 피복하는데 사용될 수 있고, 또는 발포제 조성물을 몰드 또는 샌드위치 판넬 등에 타설한 뒤 1차 양생 후 고온(100 내지 300℃) 및 고압(10 내지 20기압) 하에서 수열 양생하여 보드화하거나, 또는 상기 무기물 발포제 조성물에 무기 과산화물과 활성탄을 첨가하여 타설, 1, 2차 양생, 건조한 후 고온 용융 소성(800 내지 1100℃)시켜 보드화하면 다양한 단열재를 제조할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 발포제는 기존 발포제와 비교하여 초경량이어서 선박 거주구 인테리어용 초경량 불연, 단열, 흡차음용 박판 하드코아재(단열재)로의 이용이 기대된다.
발포제, 퍼라이트, 플라이 애쉬, 단열재, 불연성
Description
도 1은 본 발명에 따른 발포제를 피도체에 내화 단열 피복코팅하거나 또는 고온, 고압하에서 수열양생하여 단열재 보드류를 제조하는 공정의 구체예를 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2는 고온 용융 공정으로 보드 단열재를 제조하는 구체예를 나타낸 공정 흐름도이다.
본 발명은 퍼라이트를 이용한 초경량 불연성 발포제 및 이를 이용한 단열재의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 퍼라이트에 플라이 애쉬, 무기질 바인더, 소석회와 같은 충진제, 기포제, 발수처리제 및/또는 섬유 보강제를 첨가하여 제조되는 초경량의 불연성 발포제 및 이를 이용한 단열재의 제조방법에 관한 것이다.
현재까지 알려진 다공질 발포제(발포 세라믹)의 제조 방법은 크게 스펀지 법(polymeric sponge method), 충진법(stacking method), 기포발생법(bubble generation method)으로 나뉠 수 있다.
스펀지법은 가연성 폴리머를 세라믹 슬러리 또는 몰탈에 혼합하여 탈수, 건조, 및 경화함으로써 유기물에 있던 기공들을 이용하는 방법으로 스펀지 함침, 스치로폼 알갱이와 콘크리트 몰탈의 혼합 등의 방법이 있다.
충진법은 섬유상 또는 입상의 원료 입자를 예비가공하여 충진물 입자 사이에 발생된 간극 또는 기공을 이용하는 방법과 구조물이나 몰드를 설치하여 몰탈을 충진시켜 경화시키는 방법이다.
그리고, 기포발생법은 무기질 혼합 분말을 물로 슬러리화하여 여기에 기포 발생제를 투입하여 기포 반응을 일으켜, 고온 및 고압 하에서 경화 소성하는 경량기포 콘크리트(ALC) 제조 방법과 단백질 기포제 또는 유산 에스테르계 화합물을 물과 함께 희석하여 기포 발생기에서 기포를 발생시킨 후 몰탈과 함께 교반시키고, 몰드에서 1차 건조시켜 고압 수열 양생 또는 소성시키는 선기포 발생(PALC) 방법이 있다.
이상의 세 가지 다공성 발포제 제조방법들은 일반적으로 사용되는 방법이지만, 상기 방법들은 각각의 특성상 단점들이 많았다. 즉, 발포성 다공질을 제조하기 위해서는 균일한 기포의 생성과 용도에 적합하도록 작업자가 원하는 정도의 기포도를 얻을 수 있어야 하지만 상기 방법들은 기포가 불균일하고 원하는 기포도를 얻을 수 없었다.
본 발명은 이러한 단점들을 해소하기 위하여 상기 방법 중 기포 발생법을 응용하여 고온 소성 발포 가공 처리된 퍼라이트의 공극율(90%이상)을 최대한 이용하 여 기공률 80% 이상, 기공크기 1 내지 5mm인 초경량의 발포제 및 단열재를 제조하였다.
본 발명에 따른 무기질 발포제의 성분은 퍼라이트, 플라이 애쉬, 소석회, 제올라이트, 고령토 등 모두가 저비중, 넓은 비표면적을 가지는 것으로서 많은 양의 무기질을 페이스트화하여도 중량이 비교적 작으며 넓은 비표면적으로 인하여 기포 발생된 공극과 공극 사이에서 시멘트화된 바인더와 함께 고형화되었을 때 높은 응력을 유지할 수 있도록 하여 제품의 강도를 높혀 준다.
본 발명은 퍼라이트와 혼합된 저비중 고비표면적의 페이스트를 약 300~400% 발포도로 발포시키거나, 기포화함으로써 초경량 저비중 제품을 얻을 수 있다. 최근까지 사용되고 있는 퍼라이트 가공 단열재류는 이미 발포 기공화된 퍼라이트 300%를 100%로 압축 응결 가공시키는 가공법을 이용한 것이나, 본 발명은 상기 가공법과는 반대되는 기포 응결 가공법을 이용함으로써 기존의 무기물 단열재 종류인 유리면, 암면, 석고보드 등의 단점을 보완하고 단열, 흡차음 성능이 우수하거나 적어도 동등한 효과를 얻을 수 있고 제조 원가 또한 현저하게 절감된다.
본 발명에 따라 고온 소성 가공된 세라믹 발포제로 제조되는 단열재는 경량이면서 불연성, 단열성이 우수하여, 특히 선박 공동거주지의 인테리어 내장재용 샌드위치 판넬의 대용품으로 사용할 수 있고, 흡음성 등이 우수하여 강체 흡음제로 사용할 수 있다. 현재 각 업체에서 제조되는 샌드위치 판넬은 스치로폼, 유리섬유, 암면, 우레탄 등을 함유하고 있다. 스치로폼, 우레탄폼 등을 활용하고 있는 샌드위치 판넬은 단열성이 우수하나 가연성 물질이며, 화재시 독성 물질을 발산한다. 또 한, 유리섬유, 암면 등은 고가이면서도 인체에 유해한 물질이다.
따라서, 본 발명에 따른 무기질 발포제 및 단열재는 기존 재료의 단점을 보완하여 낮은 유해성 및 우수한 불연성을 가지는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 단열재는 발수성이면서 기계적 강도가 우수하고, 내화성이면서 화재시 인체에 유해한 가스를 발생시키지 않는다. 그리고 종래의 무기질 단열재보다 단열성과 흡음성이 우수하고 생산비용이 낮아 경제적 가치가 높다. 상기와 같은 특성으로 인해 환경오염을 줄일 수 있고 화재로 인한 인명적, 재산적 손실을 방지할 수 있다.
본 발명자는 고령토와 같은 세라믹 재료를 사용함으로써 원적외선의 방사로 쾌적함을 줄 수 있고 유해성이 낮은 무기질 발포제 및 단열재를 제조하고자 하였다.
본 발명의 목적은 초경량의 불연성 발포제를 제조하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 초경량, 불연성 무기질 발포제의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 주거지의 내·외장 단열 및 흡음, 방음 효과를 갖는 단열재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 무기질 발포제로부터 열전도성이 낮아 단열성이 우수하며, 독립기공과 연속된 기공의 적절한 조합으로 흡차음 능력이 우수하며, 강체로서 기계적 강도와 취성이 좋은 단열재를 제조하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 발수성이면서 기계적 강도가 우수하고, 내화성이면서 화재시 인체에 유해한 가스를 발생시키지 않으며, 단열성과 흡음성이 우수하고 생산비용이 낮은 단열재를 제조하는 것이다.
퍼라이트 1 내지 20 중량부, 플라이 애쉬 30 내지 60 중량부, 무기질 바인더 50 내지 100 중량부, 및 석회석, 고령토, 제올라이트 또는 이의 혼합물 50 내지 100 중량부로 이루어지는 무기질 발포제 조성물을 제공한다.
기공체인 퍼라이트는 20 중량부 이상일 경우, 독립기포의 과다 형성으로 각종 조형물 형성에 무리가 되어 역효과가 나타나며 너무 미량일 경우 원하는 발포제 물성을 얻을 수 없다. 플라이 애쉬, 소석회와 같은 충진재류의 함량은 상기 범위일 때 가장 최적의 발포제 물성을 얻을 수 있다. 각 구성성분의 구체적인 함량은 내화, 단열, 흡음 등의 요구되는 특성에 따라 그 정도의 가감을 조절하는 것이 좋으며, 이때 전체 중량과 비중, 원가를 고려하는 것이 좋다. 무기질 바인더는 제품의 필요강도, 접착력 등을 고려하여 50 내지 100 중량부의 범위 내에서 최소한으로 조절하는 것이 바람직하다.
상기 조성물은 단백질 기포제, 유산 에스테르계 화합물, 또는 이의 혼합물과 같은 기포제, 발수제, 및 섬유 보강제와 같은 첨가제를 발포제 조성물 100 중량부 당 각각 0.1 내지 5 중량부 더 포함할 수 있다.
상기 발포제 조성물은 상기 원료 혼합물의 유동성을 좋게 할 정도의 물을 첨가하여 페이스트화하여 이용되는 것이 바람직하며 적절한 물의 첨가량은 유동성을 고려하여 당업자가 용이하게 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 발포제 조성물의 구성성분을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
a) 퍼라이트
진주암을 1100℃ 정도의 고온에서 특수 열처리하여 얻어진 초경량, 불활성의 무독성 무기질 중공체이다. 화학적 안정성이 높고 입자가 구상이어서 표면 평활성이 우수하고, 수성, 유성, 분말상의 다른 재료와 쉽게 혼합, 분산되어 충진제(filler)로서 최적 효과를 나타낸다. 버블상 입자로 구성되어 열차단 효과가 크고 열전도율은 0.05㎉/mh℃로 낮아 단열성이 우수하다. 퍼라이트의 주성분은 SiO2와 Al2O3이다.
본 발명에 따른 발포제에서 퍼라이트는 독립 기공을 조성하고 충진제로서의 역할을 한다.
b) 플라이 애쉬
화력 발전소 또는 제지 회사 등에서 비탄분을 약 1,400 내지 1,500℃의 고온으로 소각시켰을 때 발생하는 연소보일러의 연소가스로부터 전기식 및 기계식 집진 장치를 이용하여 포집한 것으로 퍼라이트와 유사한 물성을 가진다.
플라이 애쉬는 매우 미세한 분말 상태이며, 주성분은 규사이고 입자는 구형이며, 천연 포졸란(Pozzolan)과 같은 특성을 가지므로 인공 포졸란 또는 인공 화산재라고도 한다.
그 자체로는 수경성이 없으나, 실리카 성분이 석회와 시멘트의 수화 생성물인 수산화칼슘과 상온에서 서서히 반응을 일으켜 안정된 수용성 화합물을 생성하여 경화하는 성질을 가지고 있다. 주성분은 SiO2(55%), Al2O3(25%), Fe2
O3(5%)이다.
본 발명에서는 혼화재 역할을 한다.
c) 소석회, 고령토(카올린), 제올라이트
자기 충진형(고유동) 고비표면적의 소석회는, 미분말로써 좋은 유동성과 적절한 분리 저항성을 동시에 갖고 있으며 충진성이 높고 저단가이다. 탄산칼슘(CaCO3)이 주성분이며 SiO2, Al2O3가 함유되어 있다.
또한, 활성 고령토 또는 제올라이트는 소석회와 반응하여 포졸란 반응을 유도하며 발포제의 점결성과 충진성을 높인다. 후가공에서의 소성과 고압수열 경화에 따라 혼합비율이 달라지며 주성분은 SiO2, Al2O3이며 역시 300℃ 이상 가열 소성 후 급냉시킨 저비중(1.5이하)의 백색 미분말이다.
본 발명에서의 소석회, 고령토, 제올라이트를 선택적으로 사용하거나 이 중 두 가지 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
d) 무기질 바인더
일반적인 무기질 바인더가 사용될 수 있으나, 원하는 강도를 얻기에 가장 적합한 바인더는 알루미나 시멘트이다. 알루미나 시멘트는 Al2O3 함량이 50% 이상이면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 알루미나 시멘트는 발포제의 강도를 높이고 내열성(내열온도 1400℃ 이상)을 높이며, 제품의 바인더 역할을 한다.
e) 기포제
연속 기포를 만들기 위해서는 우선 기포를 발생시키는 선 발포 혼합기가 필요하다. 혼합기에 물과 기포제의 양을 70~80% 대 20~30%의 비율로 혼합, 투입하여, 안정적으로 혼합된 계면 활성제(기포제)를 교반기 밀에서 1000rpm 이상으로 고속으로 교반하면서 5㎏/㎠ 압력으로 기포 조절 비드를 통과시킨다. 이때 기포의 크기와 기포 표면 장력을 기포 조절 비드의 크기(φ)와 길이(㎝)로 선택하여 결정한다.
만들어진 기포는 먼저 믹서된 페이스트(몰탈)와 함께 로타리 믹서에 투입되어 저속 교반을 한다. 이때 투입되는 기포의 양은 전체 중량의 10~20%로 한다.
기포제는 단백질 기포제 또는 유산 에스테르계인 고점성 계면 활성제를 사용하는 것이 바람직하다.
f) 기타 첨가제
본 발명에서는 단열제의 완벽한 발수와 낙분을 없애기 위해 발수처리제, 인장력과 응력을 높이기 위한 섬유 보강제를 사용한다.
발수처리제는 당업자에게 잘 알려진 Polon-C(신네쯔사 제품)와 같은 시판 제품을 사용할 수 있으며, 중량비로 20배의 물에 희석하여 퍼라이트에 분사 전처리시킨 후 다른 무기물과 혼합 페이스트화할 수 있다. 적절한 사용양은 상기와 같은 발포제 조성물 100중량부에 0.1 내지 5중량부 첨가하는 것이다.
섬유 보강제는 미량으로서 폴리에틸렌섬유 또는 유리 단섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
이외에도 당업자는 필요에 따라 원하는 물성을 얻기 위하여 급결제, 방수제, 증점제, 방청제와 같은 첨가제를 더 첨가할 수 있다.
본 발명의 다른 한 면은 발포제 조성물을 이용한 발포제의 제조방법에 관한 것이다. 발수 코팅 가공된 퍼라이트, 플라이 애쉬, 무기질 바인더, 및 석회석, 고령토, 또는 제올라이트를 유동성(workability)이 좋을 정도의 물과 혼합하여 페이스트화한다. 단백질 기포제 또는 유산 에스테르계 기포제를 물에 희석(중량비로 20~30:70~80)한 다음 기포 발생기에 투입하여 기포화시킨다. 그 다음, 상기 기포화된 희석액을 상기 페이스트와 혼합하여 교반하여 발포제를 제조하는 방법을 제공한다. 상기에서 발포제 혼합물에 첨가되는 물의 양은 상기 원료 혼합물 100 중량부 당 5 내지 50 중량부 정도로서, 원료 혼합물의 유동성이 좋을 정도의 양이 바람직하다.
본 발명에 따른 발포제 조성물을 이용하여 제조된 발포제는 95% 이상 탈수 상태일 때, 비중이 200 ㎏/㎥~250 ㎏/㎥ 정도인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 상기한 바와 같이 얻어진 발포제의 다양한 응용방법을 제공한다.
첫째, 발포제를 피도체(단열시키고자 하는 재료, 예: 선박 벽면 또는 철 구조물)에 스프레이로 분사 및 건조하는 과정을 반복하여 발포제를 적층시키는 방법(1):
둘째, 발포제를 준비된 몰드(또는 샌드위치형 판넬 사이)에 타설한 다음 상온에서 1차 기건 양생시킨 후 몰드를 제거하고, 고온(100 내지 300℃) 및 고압(10 내지 20기압) 하에서 수열 양생시키는 방법(2):
셋째, 발포제 100 중량부에 무기 과산화물 0.1~5 중량부 및 활성탄 0.5~10 중량부를 첨가하여 교반한 후, 몰드(또는 샌드위치형 판넬 사이)에 타설하고, 1차 기건 양생시킨 후 고온(100 내지 300℃) 및 고압(10 내지 20기압) 하에서 수열 양생시키고, 다시 5시간 내지 10시간 동안 상온에서 건조시켜 충분히 건조된 성형체를 고온 소성로에 넣어 800 내지 1100℃의 온도에서 1 내지 5시간 소성 후 냉각시키는 방법(3).
상기 방법 (3)에서 무기 과산화물과 활성탄은 이산화탄소와 무기산화물의 화학반응에 따른 반응열에 의하여 소성체 표면으로부터 내부로 들어갈수록 온도가 높아져 가는 용융현상이 나타나며 용융점이 낮은 무기물부터 용융되기 시작한다. 무기 과산화물은 CaO2, BaO2, 또는 SrO2 등을 사용하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 단열재 제조 공정 중 방법 (1)과 (2)의 구체예를 나타낸 공정 흐름도이다.
도 1에 개시된 바와 같이 퍼라이트를 코팅 가공하고, 플라이 애쉬, 알루미나 시멘트, 석회석, 고령토, 제올라이트와 같은 원료를 물과 함께 섞어 로터리 믹서에서 교반하여 무기질 페이스트를 제조한다. 기포제는 물에 희석하여 기포발생기에서 기포를 만든다. 무기질 페이스트와 기포화된 기포제를 함께 혼합하여 교반한다. 상기 혼합물을 믹서 스프레이기에 투입한 후 급결제를 첨가하여 피도체에 스프레이 분사, 급결 후 반복 적층시키고 자연 양생시키거나(방법 1), 배치식 오픈 몰드에 타설 또는 샌드위치 충진식으로 타설(방법 2)할 수 있다.
배치식 오픈 몰드에 타설한 경우 1차 기건 양생 후 치수 절단하고 고온(100 내지 300℃) 및 고압(10 내지 20기압) 하에서 양생시켜 내화 단열 보드, 외장용 마감재, 내장용 단열 보드, 강체형 흡음 보드로 제조하여 제품화할 수 있다.
또한, 점도 조절과 경화를 위하여, 방법 1에 따른 스프레이 분사 전 계면활성제를 본 발명에 따른 발포제 조성물 전체 중량의 1~3중량% 첨가할 수 있다. 계면활성제로는 물유리(Na2O, NSiO2)가 가장 바람직하다.
도 2는 고온 용융 공정으로 세라믹 보드를 제조하는 방법 (3)의 구체예를 나타낸 공정 흐름도이다.
퍼라이트를 코팅 가공한 후, 플라이 애쉬, 알루미나 시멘트, 석회석, 고령토, 제올라이트와 같은 원료에 무기 과산화물과 활성탄을 적당량(발포제 조성물 100 중량부에 무기 과산화물 0.1~5 중량부 및 활성탄 0.5~10 중량부) 첨가하여 고속으로 혼합한다. 이를 오픈식 몰드에 타설한 다음 1차 기건 양생시키고, 2차로 고온(100 내지 300℃), 고압(10 내지 20기압) 양생시킨 다음 자연 건조시키고, 고온(800 내지 1100℃) 용융 소성시키면 세라믹 단열 보드가 제조된다. 오픈식 몰드에 타설하여 필요 치수로 보드화하여 사용할 수도 있으나, 패널 구조체에서 충진재로 사용되는 스치로폼 또는 우레탄폼 대신 발포제 조성물을 충진하여 사용할 수도 있다.
상기 발포제의 응용방법에 따라 도 1 및 도 2에 개시된 바와 같은 다양한 용도의 재료가 얻어진다. 방법(1)에 따라 벽체 흡차음용 내화 단열용, 실링(천정) 철 구조물 적층용, 또는 각종 구조물 내화 코팅용으로 이용될 수 있다. 방법(2)에 따르면, 내화 단열 보드류, 건축용 건식 단열 판넬, 조립식 흡,차음재, 철판 샌드위치 판넬, CRC 또는 석고판 샌드위치 판넬을 제조할 수 있으며, 방법(3)에 따르면, 세라믹 단열 보드, 선박 가구용 속지, 장식용 마감재를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 단열제의 제조공정 중 방법 (2)와 (3)을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
a) 혼합 과정(Mixing)
퍼라이트, 플라이 애쉬, 알루미나 시멘트, 및 석회석, 고령토, 또는 제올라이트로 이루어진 발포제 혼합물을 상기 원료 혼합물 100 중량부 당 5~50 중량부 정도의 물과 혼합하여 교반한다. 이때 급결제와 발수제를 첨가할 수도 있는데, 일반적으로 사용되는 급결제나 발수제를 모두 사용할 수 있다. 또한, 혼합되는 물의 양은 당업자가 용이하게 조정할 수 있다. 여기서 얻어진 혼합물을 무기질 페이스트(또는 몰탈)이라고 한다. 상기 무기질 페이스트에 미리 기포화시킨 기포제를 혼합한다. 기포제의 기포화는 기포제를 물로 희석하여 기포발생기에서 기포를 만드는 과정으로 진행된다.
본 발명에서는 기포제의 희석 비율을 높여 표면 장력을 낮게 하는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 희석 비율은 기포제 대 물이 20~30 중량부 : 70~80 중량부이 되도록 혼합하는 것이다. 연속기공과 독립기공의 적절한 비율은 8 : 2 정도가 바람직하고, 연속기공은 기포 발생비드를 통과한 거품의 양이 혼합된 무기물 페이스트의 체적비 1~1.5 : 1 로 조절, 중량비 0.3~0.5 : 1로 조절하여 약 10 내지 30 분간 저속(500rpm) 교반한다. 독립기공은 퍼라이트가 이룬다. 이에 따라 비중(0.2 내지 0.5)과 강도가 원하는 대로 조절될 수가 있다.
b) 응결 및 경화 과정
응결 및 경화 과정은 발포제 조성물을 혼합한 후 용도에 따라 각종 몰드 및 샌드위치 판넬 등에 타설한 다음 진행되는 과정이다.
독립적이고 구형인 기포는 상호 결속하려는 응결력을 가진다. 이러한 응결력에 의해 무기물 페이스트와 혼합된 기포는 주위를 둘러싼 무기물 페이스트를 밀어내며 기포와 기포가 접하는 현상을 나타낸다. 기포의 응결력은 각종 무기물의 분말도와 유화속도(유동성 및 점성)에 영향을 받는다. 여기서 기포의 주위를 둘러싼 무기물의 분말도가 낮거나 비중이 높으면, 입자가 크게 되어 자체 하중에 의해 기포를 소포시켜 침하 현상이 나타난다.
기포의 응결력에 의해 밀려난 무기물 페이스트가 경화되기 시작하면서, 무기물 내부에 연속기공 같은 발포체가 형성된다. 연속기공은 기포 상호간에 응결된 부위, 즉 무기물 페이스트가 묻어 있지 않고, 기포끼리 접한 부위가 경화되어 형성된다.
그러므로, 기포가 연속적으로 형성되도록 하는 것이 중요하며, 이것은 바인더가 경화되어 형태를 유지할 때까지 그 형태대로 기포를 존속시켜야 가능하다. 따라서 기포가 소포되기 약 30분 내지 1시간 전 무기물 페이스트(몰탈)를 응결시키는 것이 필요하면 이 때문에 급결제가 사용된다.
또한 양생은 자연 양생 또는 증기 양생의 방법으로 할 수 있는데, 무기물 페 이스트를 외부의 공기와 차단하도록 밀폐하여 양생하는 것이 바람직하다. 밀폐양생은 페이스트와 외부의 공기를 차단하여 외기의 온도차 공기의 건조와 동요 등의 요인을 제거하여 기포의 소포를 방지하는 것이다.
본 발명의 발포제는 기공 공극률을 40~90%까지 조절할 수 있어 경량이고(비중 조절이 가능), 단열성 및 방음성이 우수하며, 화재시 유해가스가 전혀 발생하지 않는 특징을 가진다.
본 발명은 하기 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
퍼라이트(삼손 퍼라이트) 5kg, 알루미나 시멘트(유니온사 제품) 80kg, 소석회(태영석회) 40kg, 고령토(왕표) 40kg, 플라이 애쉬 40kg, 발수제(신네쯔사 제품 Polon-C) 1kg, 폴리에틸렌 섬유 150g을 혼합한 후, 상기 혼합물의 유동성이 좋아질 정도의 물 20kg과 함께 교반하였다. 상기 혼합물(무기질 페이스트)에 단백질 기포제(한국 산업 제품, 비중 1.05) 5kg를 기포화하여 혼합하였다. 기포제의 기포화는 기포제를 물 15kg에 희석하여 기포발생기에서 기포를 만들었다.
상기와 같이 제조된 발포제의 비중은 220 kg/㎥이었다.
상기 발포제의 물리적 특성을 KSF 2459 규정에 의거하여 측정하였다. 특히, 압축 강도, 비중, 및 흡수율을 다음과 같이 측정하였다.
- 압축 강도: Φ10㎝ ×높이 20㎝ 원추형 공시체를 채취하여 기건상태(75℃)로 건조하여 측정하였다.
- 비중: 절건상태(105℃)로 2시간 건조한 후 측정하였다.
- 흡수율(발수처리후): 10 ×10 ×13㎝의 공시체를 물에 1㎝ 이상 잠기게 한 후 21일(3주) 경과후의 무게 변화를 공시체의 체적으로 나누어서 측정하였다.
그 결과는 표 1에 나타내었다.
| 항 목 | 성능치 |
| 절건 비중 | 220 (㎏/㎥) |
| 압축 강도 | 13 (㎏/㎤) |
| 흡수율 (발수처리후) | 1.03 (%) |
| 열전도율 | 0.073 (㎉/mh℃) |
| 체적 변화율 | 0.1 (%) |
| 연속 공극율 | 52 (%) |
| 전 공극율 | 78 (%) |
실시예 2
상기 발포제를 이용하여 제조된 단열재의 불연성, 흡음률, 및 내화 가열성을 시험하였다. IMO(국제해상기구)의 SOLAS 규정에 따른 시험체 규격인 25㎜, 35㎜ 두께의 샌드위치 판넬(가로 2400mm ×세로 600㎜) 규격의 공시체 판넬을 15장 제작하여 불연성, 흡음율, 및 내화 가열성에 대하여 시험한 결과를 표 2에 나타내었다.
| 항 목 | 목 표 치 | 성능치 | 비고 |
| 불연성 | 내·외부 온도차 30℃ 이내 표면 온도 변화 30℃이내 불꽃번짐 10초 이내 무게 변화 50% 이내 | 만족함 만족함 만족함 만족함 | KIMM (IMO A.799(19)) |
| 흡음율 (수직입사법, %) | 200 ㎐ : STC 24 dB 500 ㎐ : STC 31.2 dB 800 ㎐ : STC 35.4 dB 1250 ㎐ : STC 36 dB | 25 35 37 39 | KIMM (ISO R 140/3) |
| 내화 가열성 (B-30 이상) | 차염성 시험 차열성 시험 (140℃이하) 내화 성능 시험(800℃, 30분 이상) | 만족함 96 ℃ 만족함 | 한국 건설 기술 연구원 (IMO A.754(18)) |
상기 표 1 및 2를 통하여 물리적 특성을 관찰한 결과 기존의 ALC(경량 기포 콘크리트) 제품으로는 비중 220 ㎏/㎤ 이하인 초경량 박판 단열재 제조가 불가능하였으나, 실시예에 따르면 압축 강도 10 ㎏/㎠ 이상의 우수한 강도를 유지하며 열전도율 0.073 이하는 퍼라이트의 독립기공과 연속 기공의 적절한 배분에 의하여 초경량의 단열재가 얻어질 수 있었다. 특히 표 2에서 보는 바와 같이 선박용 거주집 단열재의 특수 요구사항인 IMO 규정상의 불연성, 흡차음 성능, 내화가열성을 모두 만족하므로, 본 발명에 따른 단열재가 기존의 암면(rockwool)을 대체하여 선박용 거주집 단열재로 널리 이용될 수 있음이 증명되었다.
실시예 3
점도 조절과 경화를 위하여, 실시예 1의 무기질 혼합물에 토출 압력 5㎏/㎠의 믹서 스프레이기를 이용, 계면활성제 물유리(Na2O, NSiO2)를 본 발명에 따른 발포제 조성물 전체 중량의 2% 첨가하여, 벽면 또는 철 구조물에 적층 스프레이 한 후, 자연경화(20시간)시켰다. 이 작업방법은 기존 미네랄울과 알루미늄 호일 단열시공을 대체하여 작업 환경과 시간을 개선시킬 수 있음을 증명하기 위한 것이다.
내화시간에 따른 피복 두께, 밀도 및 부착강도를 측정한 결과를 표 3에 나타내었다.
부착강도는 후크가 달린 금속 접시와 저울을 이용하여, 응력을 가중시켜 시료가 탈락하는 순간의 값을 측정한 것이며, 피복재와 구조체의 피복면과의 부착력, 또는 내화 스프레이 재료 자체의 부착력을 측정하였다.
| 내화시간 | 피복두께 | 밀도(Kg/m3) | 부착강도*(Kgf/cm2) |
| 1시간 | 15mm | 250 | 0.30 |
| 2시간 | 35mm | ||
| 3시간 | 50mm |
*부착강도(CA)=F/A
F: 기록된 힘(kg), A: 금속 접시의 면적(㎠)
본 발명에 따른 무기질 발포제를 사용하여 제조된 단열재는 열전도성이 낮아 단열성이 우수하며, 연속기공과 독립기공이 적절한 비율로 존재하여 흡차음 능력이 우수하며, 강체로서 기계적 강도와 취성이 좋고, 고온 용융 소성하여 세라믹화하면 세라믹 특유의 원적외선 방사로 쾌적함을 느낄 수 있다. 본 발명에 따른 단열재는 특히 선박용 거주집 단열재의 특수 요구사항인 IMO 규정상의 불연성, 흡차음 성능, 내화가열성을 모두 만족하므로, 기존의 암면(rockwool)을 대체하여 선박용 거주집 단열재로 널리 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 단열재는 국내 선박 기자재 국산화 개발이 시급한 시점에서, 각종 기초 소재의 고급화와 수입품 대체 효과에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 본 발명에 따르면, 조선 업계에 서 요구되어 왔던 불연이면서 초경량인 박판인 단열재를 경쟁력 있는 가격으로 공급할 수 있을 뿐 아니라, 육상용으로는 주택 내, 외장 단열재 및 흡음, 방음재 등으로 산업상 널리 이용될 수 있다.
Claims (11)
- 퍼라이트 1 내지 20 중량부, 플라이 애쉬 30 내지 60 중량부, 무기질 바인더 50 내지 100 중량부, 및 석회석, 고령토, 제올라이트 또는 이의 혼합물 50 내지 100 중량부로 이루어지는 발포제 조성물.
- 제1항에 있어서, 단백질 기포제, 유산 에스테르계 화합물, 또는 이의 혼합물로부터 선택된 기포제, 발수제, 섬유 보강재, 급결제, 방수제, 증점제, 및 방청제 중 하나 이상의 첨가제를 발포제 조성물 100 중량부 당 각각 0.1 내지 5 중량부 더 포함하는 발포제 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원료 혼합물 100 중량부 당 5 내지 50 중량부의 물을 첨가하여 페이스트화된 발포제 조성물.
- 퍼라이트, 플라이 애쉬, 알루미나 시멘트, 및 석회석, 고령토, 제올라이트 또는 이의 혼합물을 물과 혼합하여 페이스트화하고, 단백질 기포제 또는 유산 에스테르계 화합물을 물에 희석하여 기포화하고, 그리고, 상기 희석된 기포제를 상기 페이스트와 혼합하여 발포제를 제조하는 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 페이스트에 발수제, 급결제, 섬유 보강제, 방수제, 증 점제, 및 방청제로부터 선택되는 첨가제 중 하나 이상을 더 첨가하는 제조방법.
- 제4항 또는 제5항에 따라 얻어진 발포제를 피도체에 분사 및 건조하는 과정을 반복하여 피도체를 단열화하는 방법.
- 제4항 또는 제5항에 따라 얻어진 발포제를 타설한 후 기건 양생시키고, 100 내지 300℃ 및 10 내지 20기압 하에서 수열 양생시켜 단열재를 제조하는 방법.
- 제7항에 따라 제조된 단열재.
- 제4항 또는 제5항에 따라 얻어진 발포제에 무기 과산화물과 활성탄을 첨가한 다음 타설하여 기건 양생시키고, 100 내지 300℃ 및 10 내지 20기압 하에서 수열 양생시키고, 그리고 800 내지 1100℃에서 소성 용융시켜 단열재를 제조하는 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 무기 과산화물은 CaO2, BaO2, 또는 SrO2에서 선택된 하나를 발포제 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부 첨가하고, 상기 활성탄은 발포제 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부 첨가하는 방법.
- 제9항에 따라 제조된 단열재.
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