KR20060069414A

KR20060069414A - 폐자원을 이용한 불연성 단열재의 제조방법

Info

Publication number: KR20060069414A
Application number: KR20060049798A
Authority: KR
Inventors: 박정근
Original assignee: 박정근
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2006-06-21

Abstract

본 발명은 폐자원을 이용한 불연성 단열재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2~3mm의 입자로 분쇄된 폐 스티로폼과 폐 스펀지, 그리고 톱밥을 혼합 사용함으로써 단열의 효율을 극대화하고, 불연성을 동시에 가지도록 하는 한편, 시멘트와 경화제를 첨가하여 조성물 간의 결합력을 높여 적정한 강도가 유지되게 하여 폐 자원의 재활용에 기여할 수 있도록 하는 폐자원을 이용한 불연성 단열재의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 폐 스티로폼 및 폐 스폰지를 2~3mm의 크기로 분쇄하여 코팅막을 제거하는 분쇄공정과, 상기 분쇄공정을 통해 2~3mm 입자로 분쇄된 폐 스티로폼 3~5wt%, 폐 스폰지 1~3wt%, 톱밥 0.5~1.5wt%, 시멘트 9~13wt%, 급결 난연용 경화제 8~14wt%, 물 52~62wt%, 난연제 11.5~15.5wt%의 비율로 첨가하여 혼합하는 자재 혼합공정과, 상기 자재 혼합공정으로 형성된 자재 혼합물을 금형틀에 주입하고 200kg의 프레스로 압축하여 인장 강도를 높이는 주입 및 압축공정과, 상기 주입 및 압축공정 완료 후, 50~60℃에서 2~3시간 동안 건조시키는 건조공정과, 상기 건조공정 완료 후, 금형틀과 건조된 패널을 분리하는 분리공정으로 이루어지는 것에 특징이 있다.

스티로폼, 스폰지, 톱밥, 단열, 난연, 불연, 건축패널

Description

폐자원을 이용한 불연성 단열재의 제조방법{Method for manufacturing wasting resources into noncombustible insulation}

도 1은 본 발명에 따른 폐자원을 이용한 불연성 단열재의 제조공정도.

도 2는 본 발명에 따른 폐자원을 이용한 불연성 단열재의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타낸 폐자원을 이용한 불연성 단열재의 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 실시예에 의해 제작된 시험체를 한국화재보험협회 부설 방재시험연구원에서 실시한 배기온도곡선을 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 실시예의 한국화재보험협회 부설 방재시험연구원의 시험결과표.

를 나타낸 폐자원을 이용한 불연성 단열재의 단면도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 폐 스티로폼 2 : 폐 스폰지

3 : 톱밥 4 : 시멘트

5, 6 : 난연 스티로폼 7a, 7b : 접착제

10 : 불연성 단열재

일반적으로 주택 등과 같은 건축물 또는 산업에서 열에너지의 손실을 방지하기 위해 여러 종류의 단열재가 사용되고 있으며, 이러한 통상 단열재로는 주로 석유화학의 원료를 이용한 발포 폴리스틸렌(Expended Polystylene)(이하"스티로폼"이라함), 스펀지와 같이 유기화학제품으로 구성됨으로써 우수한 경량성과 단열성을 제공하고 있다.

그러나 상기의 스티로폼과 스펀지는 내열성이 취약하여 열 또는 불에 의해 쉽게 변형 또는 인화되는 단점이 있어 화재 발생과 발화시 유독 가스의 발생으로 인간에게 치명적 위해를 끼치게 되나, 대단히 가볍고 경제성이 뛰어남으로 인해 현재까지 광범위하게 사용되어지고 있다.

특히, 포장완충재, 경량단열건축재, 각종의 용기 등의 대부분이 스티로폼으로 제조되고 있고 사용용도 역시 증가하는 추세에 있으나, 이러한 스티로폼과 스펀지는 무게가 가볍기 때문에 유용하기도 하지만 그 경량성이 오히려 중요한 문제점 이 되고 있다.

즉, 스티로폼과 스펀지는 사용 후 폐기 시 많은 체적을 차지하게 되고, 천연의 상태에서는 거의 분해되지 않기 때문에 이것의 처리가 환경문제로 크게 대두되고 있으며, 현재 폐 스티로폼과 폐 스펀지의 처리방법은 매립, 소각, 연료화, 회수 재자원화 등이 있으나 매립은 여타 폐기물과 같이 2차 공해발생이나 매립지 등의 문제를 내포하고 있으며 소각처리에서는 다이옥신 등의 인체 유해가스 성분이 다량 배출되는 문제가 있다.

이러한 문제로 폐 스티로폼의 경우 분쇄하여 시멘트, 석고 등의 슬러리 상에 이용하는 방법이 다수 공지되고 있지만, 분쇄된 폐 스티로폼 만의 사용으로 인해 단열과 불연성이 저하됨으로써 범용화 되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 2~3mm의 입자로 분쇄된 폐 스티로폼과 폐 스펀지, 그리고 톱밥을 혼합 사용하여 단열의 효율을 극대화하고, 불연성을 동시에 가지도록 하는 한편, 시멘트와 경화제를 첨가하여 조성물 간의 결합력을 높여 적정한 강도가 유지될 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 폐 스티로폼 및 폐 스폰지를 2~3mm의 크기로 분쇄하여 코팅막을 제거하는 분쇄공정과, 상기 분쇄공정을 통해 2~3mm 입자로 분쇄된 폐 스티로폼 3~5wt%, 폐 스폰지 1~3wt%, 톱밥 0.5~1.5wt%, 시멘트 9~13wt%, 급결 난연용 경화제 8~14wt%, 물 52~62wt%, 난연제 11.5~15.5wt%의 비율로 첨가하여 혼합하는 자재 혼 합공정과, 상기 자재 혼합공정으로 형성된 자재 혼합물을 금형틀에 주입하고 200kg의 프레스로 압축하여 인장 강도를 높이는 주입 및 압축공정과, 상기 주입 및 압축공정 완료 후, 50~60℃에서 2~3시간 동안 건조시키는 건조공정과, 상기 건조공정 완료 후, 금형틀과 건조된 패널을 분리하는 분리공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 불연과 단열 기능을 갖는 건축물 패널 및 그 제조방법을 첨부된 도 1 및 도 2에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 불연과 단열재의 제조공정도이며, 도 2는 본 발명에 따른 폐자원을 이용한 불연 및 단열재의 단면도로서, 먼저 폐 스티로폼과 폐 스폰지를 4~5mm 크기의 입자로 1차 분쇄한 후, 다시 2차 분쇄하여 최종 입자의 크기가 2~3mm가 되도록 하는 스티로폼 분쇄공정(L1)을 수행한다.

상기 스티로폼 분쇄공정(L1)에서 폐 스티로폼을 2~3mm 입자로 분쇄하는 이유는, 일반 스티로폼은 약 5mm 크기로 입자 표면이 코팅되어 있는 관계로 물과 불연, 내화, 난연 연료 즉, 시멘트, 질석, 석분, 경화제, 모래 기타의 물질과 배합을 해도 피막에 형성된 코팅막에 의해 불연 및 난연 원료를 흡입을 할 수 없게 된다.

따라서 폐 스티로폼을 5mm의 입차로 1차 분쇄하고, 다시 2~3mm 입자로 분쇄함으로써 표면에 형성된 코팅막을 제거함으로 인해 수분과 불연 및 난연 원료, 시멘트, 모래, 석분, 질석, 경화제, 난연재, 기타 물질을 흡수할 수 있도록 한 것이다.

여기서 폐 스티로폼을 2mm 이하로 분쇄할 경우 코팅막이 더욱 더 제거되어 수분과 불연 및 난연 원료의 흡수는 보다 효율적이나 경제성이 저하되며, 3mm 이상의 크기로 분쇄할 경우 코팅 막의 제거가 이루어질 수 없는 문제점이 있어 2~3mm 크기의 입자로 분쇄하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 2~3mm 입자로 분쇄된 폐 스티로폼 3~5wt%와, 폐 스폰지 1~3wt%와, 톱밥 0.5~1.5wt%와, 시멘트 9~13wt%와, 급결 난연용 경화제 8~14wt%와, 물 52~62wt%와, 난연제 11.5~15.5wt%의 비율로 투입하여 고르게 혼합하여 난연재 혼합물을 형성하는 자재 혼합공정(L2)을 수행한다.

여기서 상기 폐 스티로폼은 열을 차단하는 주 단열 기능을 가지는 것으로 3wt% 이하로 첨가할 경우 단열 효과가 저하되며, 5wt% 이상 첨가시 단열의 효과는 상승되나, 전체적으로 패널의 두께 상승을 가져옴으로써 건축자재규격에서 규정하는 단열 조건을 만족하기 위해서는 3~5wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 폐 스폰지는 폐 스티로폼과 함께 단열 기능을 가짐과 동시에 기공을 형성하여 전체적인 중량을 감소시키는 기능을 갖는 것으로 1wt% 이하로 첨가할 경우 단열효과가 저하되며, 3wt% 이상 첨가시 기공성과 단열효과는 상승되나, 전체적으로 패널의 강도 저하를 가져옴으로써 건축자재에서 규정하는 단열 조건을 만족하기 위해서는 1~3wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 톱밥은 폐 스폰지는 폐 스티로폼 및 폐 스폰지와 함께 단열기능을 가짐과 동시에 전체적인 중량을 감소시키는 기능을 갖는 것으로 0.5wt% 이하로 첨가할 경우 단열효과가 저하되며, 1.5wt% 이상 첨가시 단열효과는 상승되나, 전체적으로 패널의 강도 저하를 가져옴으로써 건축자재에서 규정하는 단열 조건을 만족하기 위해서는 0.5~1.5wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 시멘트는 전술한 단열기능을 갖는 폐 스티로폼, 폐 스폰지, 톱밥을 서로 응집 및 결합시킴과 동시에 적정한 강도를 유지하기 위한 것으로서 9wt% 이하로 첨가할 경우 강도가 약하여 쉽게 파손되는 현상이 발생되는 문제점이 있으며, 13wt% 이상 첨가시 패널의 강도는 높아지게 되나 전체 중량을 증가시키게 됨으로써 건축자재에서 규정하는 조건을 만족하기 위해서는 9~13wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 급결 난연용 경화제는 시멘트의 경화시간을 조절하는 기능을 갖는 것으로서 8wt% 이하로 첨가할 경우 시멘트의 경화시간이 증가되어 대량 생산에 제한을 받게 되며, 14wt% 이상 첨가할 경우 시멘트의 경화가 매우 급속히 진행됨으로써 크랙이 발생될 수 있어 폐 스티로폼, 폐 스폰지, 톱밥을 효과적으로 응집 및 결합시키기 위해서는 8~14wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하고, 상기 급결 난연용 경화제로서는 규산나트륨이 사용된다.

상기 난연제는 폐 스티로폼, 폐 스폰지, 톱밥이 연소되지 않더라도 연기가 나지 않도록 하는 기능으로써 11.5wt% 이하로 첨가할 경우 건축자재에서 규정하는 난연 조건을 만족할 수 없고,15.5wt% 이상 첨가할 경우 그 이상의 난연 효과를 기대할 수 없을 뿐만 아니라 원가 상승의 요인이 되므로 11.5~15.5wt% 범위내에서 투입하는 것이 바람직하며, 상기 난연제로서는 요소가 사용된다.

상기 물은 폐 스티로폼, 폐 스폰지, 톱밥, 시멘트를 혼합할 경우 점도를 조 절하기 위한 것으로 52wt% 이하 첨가시에는 시멘트와의 반죽이 원활하게 이루어지지 않게 되어 결합력을 기대할 수 없으며, 62wt% 이상 첨가시 농도가 묽어 후술되는 압착공정이 어려울 뿐만 아니라 건조시간이 많이 소요됨으로써 52~62wt% 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 자재 혼합공정(L2)의 실행으로 형성된 혼합물을 패널 형상의 금형틀에 주입한 후, 인장강도 200kg 정도의 프레스로 압축하여 인장 강도를 높이는 주입 및 압축공정(L3)을 실행하게 된다.

상기 주입 및 압축공정(L3)이 완료되면 프레스로 압축된 혼합물이 유입된 금형틀을 건조실에 유입시켜 50~60℃에서 2~3시간 동안 건조하는 건조공정(L4)을 실행하게 되고, 이러한 건조공정(L4)을 실행하는 과정에서 시멘트의 양생이 이루어짐과 동시에 경화제에 의해 급속히 경화되어 2~3mm 입자로 분쇄된 폐 스티로폼과 폐 스폰지 그리고 톱밥을 응집 결합시킴과 동시에 시멘트의 양생에 의해 적정한 강도를 가지게 되는 것이다.

여기서 건조온도를 50℃ 이하로 유지할 경우 저온에 의한 수분의 증발이 저하되어 건조시간이 많이 소요되고, 건조온도를 60℃ 이상 유지할 경우 수분의 증발이 빠른 속도로 이루어지게 되어 시멘트의 양생이 급속히 진행됨으로써 적은 충격에도 균열이 발생될 수 있으므로 50~60℃ 범위내에서 건조하는 것이 바람직하며, 시멘트 및 경화제의 배합량에 따라 다소 차이는 있을 수 있으나 2~3시간 동안 건조할 경우 적정한 강도를 유지할 수 있는 것으로 나타났다.

상기의 건조공정(L4)을 완료한 다음, 금형틀과 건조된 패널을 분리하는 분리 공정(L5)을 진행함으로써 본 발명에 따른 폐자원을 이용한 불연 및 단열기능을 갖는 건축물 패널의 제조공정을 완료하게 되는 것이다.

상기와 같은 과정을 거쳐 제조되는 본 발명에 따른 폐자원을 이용한 불연성 단열재는 도 2에 도시된 바와 같이 분쇄된 폐 스티로폼(1)과 폐 스폰지(2) 및 톱밥(3)에 의해 우수한 단열효과를 가질 뿐만 아니라, 첨가된 난연제에 의해 불연성을 지님으로서 화재발생시 연기가 거의 생성되지 않으며, 첨가되는 시멘트(4)로 인해 적정한 강도를 유지하게 되고, 특히 시멘트(4)와 경화제에 의해 입자형태의 폐 스티로폼(1)과 폐 스폰지(2) 및 톱밥(3)을 강력하게 결합시키게 되어 적정한 강도를 갖는 불연성 단열재의 제작이 가능하게 되는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타낸 폐자원을 이용한 불연성 단열재(10)의 단면도로서 전술한 과정을 통해 제조된 불연성 단열재(10)의 상.하면에 난연 처리된 스티로폼을 접착제로 결합시켜 단열의 효과를 더욱 높일 수 있도록 한 것이다.

즉, 통상적으로 제조 및 판매되고 있는 두께 5mm의 스티로폼 표면에 바늘로서 일정 깊이 만큼 타공하여 수 많은 미세 홀(hole)을 형성한 후, 그 홀에 액체상태의 난연액을 주입하여 난연 스티로폼(5)(6)으로 만든 다음, 불연성 단열재(10)의 상.하면에 접착제(7a)(7b)를 도포하여 상기 난연 스티로폼(5)(6)을 고정 접착하도록 한 것이다.

이러한 다른 실시예의 불연성 단열재(10)는 길이와 폭이 크게 제작될수록 이동시 중심점을 기준으로 휘어지게 되며, 그 한계점을 벗어날 경우 파손되는 현상이 발생되나, 상.하면에 접착된 난연 스티로폼(5)(6)에 의해 강도 보강에 의한 유연성을 가지게 되어 휨 현상을 억제할 수 있는 효과가 있음은 물론, 상기 난연 스티로폼(5)(6)에 의해 단열 효과를 2중으로 가지게 되는 것이다.

이하 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.

(실시예)

2mm 입자로 분쇄된 폐 스티로폼 200g, 2mm 입자로 분쇄된 폐 스폰지 100g, 톱밥 60g, 시멘트 600g, 급결 난연용 경화제 550g, 물 3,000g, 난연제 700g의 비율로 첨가하여 혼합하여 금형틀에 주입하고 200kg의 프레스로 압축하여 55℃에서 3시간 동안 건조시켜 불연성 단열재(10)를 형성하고, 이 불연성 단열재(10)의 양면에 난연 스티로폼(5)(6)을 접착하였다.

상기 실시예에 의해 제조된 불연성 단열재(10)를 크기 220X220mm, 두께 45mm로 3개(시험체 1, 2, 3)를 제작한 후, 한국화재보험협회 부설 방재시험연구원에 의뢰(수탁번호 제2005-2136호)하여 난연2급을 취득하였다.

즉, 상기 실시예에서 제조된 시험체 1, 2, 3을 도 4의 (가) 내지 (다)에서와 같이 배기온도곡선을 측정한 결과 도 5에 도시된 도표에서와 같이 모두 기준치에 훨씬 못 미치는 매우 우수한 결과를 얻을 수 있었다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 폐 스티로폼과 폐 스폰지를 2~3mm의 크기로 분쇄 후, 톱밥, 시멘트, 경화제, 물, 난연제를 첨가하여 자재 혼합물을 형성하고, 이 자재 혼합물을 금형틀에 주입하여 200kg의 프레스로 인장 강도를 높인 다음, 적정 온도에서 건조시켜 불연성 단열재를 제조함으로써 폐 스티로폼과 폐 스펀지 및 톱밥에 의해 단열 효율을 극대화하고, 불연성을 동시에 가지도록 하는 한편, 시멘트와 경화제를 첨가하여 조성물 간의 결합력을 높여 적정한 강도를 유지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

폐 스티로폼 및 폐 스폰지를 2~3mm의 크기로 분쇄하여 코팅막을 제거하는 분쇄공정(L1)과,

상기 분쇄공정(L1)을 통해 2~3mm 입자로 분쇄된 폐 스티로폼 3~5wt%, 폐 스폰지 1~3wt%, 톱밥 0.5~1.5wt%, 시멘트 9~13wt%, 급결 난연용 경화제인 규산소다 8~14wt%, 물 52~62wt%, 난연제인 요소 11.5~15.5wt%의 비율로 첨가하여 혼합하는 자재 혼합공정(L2)과,

상기 자재 혼합공정(L2)으로 형성된 자재 혼합물을 금형틀에 주입하고 200kg의 프레스로 압축하여 인장 강도를 높이는 주입 및 압축공정(L3)과,

상기 주입 및 압축공정(L3) 완료 후, 50~60℃에서 2~3시간 동안 건조시키는 건조공정(L4)과,

상기 건조공정(L4) 완료 후, 금형틀과 건조된 패널을 분리하는 분리공정(L5)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐자원을 이용한 불연성 단열재의 제조방법.