KR20070016992A - 열 전도도 및 차폐 감쇠가 증가된 석고 건축 재료 - Google Patents

열 전도도 및 차폐 감쇠가 증가된 석고 건축 재료 Download PDF

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에스지엘 카본 악티엔게젤샤프트
리깁스 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 건축 재료 및 이로부터 제조되는 몰딩, 예를 들어 석고 카드보드의 열전도도 및 전자기 차폐 감쇠(shielding attenuation)를 증가시키기 위하여 석고-계 건축 재료에 압축된 팽창 그래파이트(compacted expanded graphite)로 구성되는 그라인딩된 스톡(ground stock)을 첨가하는 것을 제안한다.

Description

열 전도도 및 차폐 감쇠가 증가된 석고 건축 재료{GYPSUM BUILDING MATERIALS HAVING INCREASED THERMAL CONDUCTIVITY AND SHIELDING ATTENUATION}
본 발명은, 열전도도 및 전자기선에 대한 차폐가 증가된 석고-계 건축 재료(gypsum-based building materials)로 구성되는 몰딩 조성물 및 몰딩에 관한 것이다.
건축물의 인테리어 마무리(finishing)를 위해, 석고 보드, 특히 석고 복합(composite) 보드, 석고 카드보드(cardboard), 석고 섬유보드 및 석고 비직조(nonwoven) 보드가 바닥, 벽 및 천장 라이닝(linings)으로서 주로 사용된다. 석고는 또한 ()플라스터 바닥과 석고 플라스터 및 석고 충전제에 사용된다.
석고 보드 및 석고-계 건축 재료는, 석고가 이의 미세구조로 인해 열 전도도가 매우 낮기 때문에, 건축 공학에서 단열(thermal insulation)의 목적으로 거의 독점적으로 사용된다. 종래기술에 따르면, 석고 카드 보드의 열전도도는 예를 들어 약 0.18 내지 0.22 W/m*K이다.
그러나, 단열 목적의 사용에 추가하여, 높은 열전도도가 바람직한 건축 공학 에서의 다른 적용예도 있다. 통상적인 석고 건축 재료 및 석고 보드는 이의 낮은 열전도도로 인해 이러한 적용예에 적합하지 않다.
또한, 많은 적용예에서, 예를 들어 EDP 장비를 포함하는 룸에서 또는 이동 통신 또는 다른 송신소에 근접한 건축물에서, 사용되는 건축 재료의 전자기 차폐를 증가시키는 것이 바람직하다. 종래기술에 따르면, 석고 카드보드는 이러한 목적으로 납 호일로 라이닝된다(Gips-Datenbuch, Bundesverband der Gipsindustrie 2003, 37면).
그러나, 두 목적들은 원칙적으로 사용되는 건축 재료에 탄소를 첨가함으로써 달성될 수 있는 것으로 또한 공지되어 있다.
예를 들어, WO 99 62 076 A1은, 석고 코어(core)를 넣고, 셀룰로스 섬유에 추가하여, 직경 4 내지 10 ㎛ 및 길이 2 내지 10 mm인 탄소 섬유를 바람직하게는 8 내지 15%의 건조-질량-기준 함량(dry-mass-based-content)으로 포함하는, 30 내지 80 ㎛-두께의 층을 갖는 석고 카드보드를 개시한다. 이는 전자기선에 대한 차폐 감쇠(shielding attenuation)를 증진시킨다.
그러나, 탄소 섬유는 비교적 고가이다. 또한, 탄소섬유들은 거의 선형 구조이다. 즉, 이들은 매우 작은 표면적을 갖는다. 따라서 상기 보드들의 인접 가장자리들은 열 또는 전자기 신호들의 전방 전도를 위해 매우 작은 접촉 면적(contact area)을 제공한다: 인접 가장자리에 수직으로 배향되거나 이에 대해 경사진 섬유들은, 하나의 보드의 말단면 상의 섬유 단부가 다음 보드의 말단면 상의 섬유 단부와 정확하게 인접하는 경우에만 접촉하기 시작하고, 보드의 인접 말단면 상에 있는 섬 유들은, 섬유들이 서로 만나거나 교차하는 경우에만 접촉하기 시작한다.
WO 2004/065322 A1은 전자기선을 차폐하는 전기 전도성 석고-계 건축 재료를 개시한다. 전기 전도도 및 차폐 효과는, 12 ㎛ 이하의 크기를 갖는 그래파이트 및 비정질 탄소의 입자들의 혼합물을 첨가함으로써 얻어진다. 그래파이트 및 비정질 탄소의 혼합물의 함량은 건축 재료의 총 질량의 25 내지 75% 이다. 차례로, 비정질 탄소의 함량은 그래파이트 및 비정질 탄소의 혼합물의 총 질량의 10 내지 95%이다. 비정질 탄소는 소성된(calcined) 코크스 및/또는 유기 구성요소를 태워 생산되는 비정질 탄소를 포함하는 애쉬(ashs)를 포함한다.
이들 건축 재료의 단점은, 적어도 25% 이상의 비교적 높은 그래파이트/탄소 함량, 및 재료의 제조시에 결이 매우 고운(fine-grained) 구조를 가지며 이에 따라 다량의 먼지를 형성하는 물질의 취급 필요성을 포함한다. 미세 그래파이트 입자, 및 특히 비정질 탄소를 수상(aqueous phase) 내에 혼입하는 것은 어렵다. 이들의 비교적 큰 표면적에서의 비교적 낮은 질량 및 이들의 열등한 물의 습윤성 때문에, 이들 입자는 두드러진 부유 경향을 갖는다. 상기된 특허 출원에서 재료의 제조시에, 물을 첨가하기 전에만 석고와 첨가제를 혼합하도록 제안하였지만, 석고-그래파이트/탄소 혼합물이 물과 결합될 때 탄소 및/또는 그래파이트 입자들의 부유 및 이에 따른 건축 재료의 적어도 일부의 분리의 문제점이 여전히 남아있다.
DE-A 100 49 230은, 열전도도를 증진시키기 위해 그래파이트를 50% 이하, 바람직하게는 5 내지 35% 건조-질량-기준 함량으로 시멘트 또는 석고와 같은 플로어링(flooring) 재료에 첨가하도록 제안한다. 그래파이트의 입자 크기는 0.001 내지 1 mm의 범위, 바람직하게는 0.5 mm 이하가 되어야 한다. 다음의 이유로 팽창가능한(expandable) 그래파이트의 사용이 특히 추천된다: 팽창가능한 그래파이트는, 개방-기공 포옴(open-pored foam)-형 구조로 인해 고체 그래파이트 그레인보다 열전도도가 낮더라도, 이의 탄성(resilient) 특성 및 이의 표면 구조의 결과로서 주변 바인더와 더 친밀하게 결합한다. 바인더는 팽창가능한 그래파이트 입자에 부분적으로 침투한다. 팽창가능한 그래파이트의 탄성 특성은 바인더의 상이한 팽창 계수의 문제를 보상하며(compensate), 따라서 그레인 경계에서 열 접촉 저항(thermal contact resistance)의 작용을 감소시킨다.
팽창가능한 그래파이트의 제조 및 특성은 Graphit Kropfmuhl AG 사의 기술 정보 문헌에 다음과 같이 기재되어 있다: 그래파이트의 층 격자 구조로 인해, 원자들 또는 작은 분자들은 탄소층들 사이에 끼워넣어진다(embedded)(삽입된다(intercalated)). 이를 통해 팽윤 염(swelling salt) 또는 GIC(그래파이트 삽입 화합물(intercalation compound))로 알려진 것이 생산된다. 고급 팽창가능한 그래파이트는 삽입된 층들을 큰 함량으로 갖는다. 끼워넣어진 분자들은 거의 황 또는 질소 화합물들이다. 열의 작용 하에서, 층들은 콘서티나(concertina)의 방식으로 열분해에 의해 산포되고, 그래파이트 플레이크(flakes)가 팽창한다. 팽창된 그래파이트의 형태에 따라, 팽창은 약 150℃만큼 낮은 온도에서 시작될 수 있으며, 비교적 급격하게 일어난다. 자유 팽창(free expansion)의 경우, 최종 부피는 초기 부피의 수백배에 이를 수 있다. 팽창가능한 그래파이트의 특징, 즉 개시 온도 및 팽윤 용량은, 층간 삽입 품질{얼마나 많은 기본-평행 층들(base-parallel layers)이 삽 입되었는지}에 의해 및 층간 삽입제에 의해 주로 결정된다.
Graphit Kropfmuhl AG 사 문헌에서 사용된 용어에서, "팽창가능한 그래파이트"라는 용어는 명백하게는 팽창 전구물질, 즉 팽창된 상태는 아니며 팽창할 수 있는 그래파이트 층간 삽입 화합물(그래파이트 염)을 나타낸다. 이러한 형태의 그래파이트 염의 방염(flame-retarding) 첨가제로서의 용도가 상기 기술에 공지되어 있다.
그러나, DE-A 100 49 230의 팽창가능한 그래파이트의 개방-기공 포옴-형 구조를 참조하면, 이 경우에 여전히 팽창가능한 그래파이트 염이 아니라 이미 팽창된 형태의 팽창가능한 그래파이트(이하에서는 명료하도록 팽창 그래파이트(expanded graphite)라 함)가 의미되었던 것으로 제시된다. 열 팽창의 결과로 얻어진 웜(worm)- 또는 콘서티나-형 입자들은 매우 부피가 크다(bulky). 팽창 그래파이트의 벌크 밀도(bulk density)는 2 내지 20 g/l로 매우 낮다. 따라서 팽창 그래파이트로 구성되는 입자들의 운반 및 계량은 상당한 기술적 문제점이 존재하며, 팽창된 재료의 가볍고 부피가 큰 입자들이 부유함으로써 수상으로의 혼입(incorporation)은 크게 방해받는다. 따라서, 석고 또는 시멘트 내에 팽창 그래파이트를 균질하게 분포시키기는 어렵다. 추가적인 문제점은, 팽창 그래파이트가 사용될 때 먼지가 두드러지게 형성되는 것이다. 따라서, 팽창 그래파이트로 구성되는 열-전도(heat-conducting) 첨가제가 실제로 건축 재료에 적합한 것으로 밝혀질 것 같지는 않다.
실제로, 상기 특허 출원의 실시예에서, 팽창 그래파이트보다는 입자 크기 0.05 mm 미만의 미세하게 그라인딩된(ground) 천연 그래파이트(상표명 EDM의 Graphit Kropfmuhl AG 사 제품)가 플로어링 도장(flooring coat)에 첨가되었다. 이에 따라 플로어링 도장의 열 전도도가 1 내지 1.4 W/m*K 로부터 2 내지 2.8 W/m*K까지 증가되었다.
상기된 종래 기술은, 석고-계 건축 재료 몰딩 조성물 및 이로부터 제조된 몰딩(mouldings)을 위한 열전도성 및 전자기 차폐 첨가제를 찾아내고자 하는 목적을 고무시키며, 첨가제는 종래기술의 단점이 극복되도록 한다.
이러한 첨가제는, 비교적 낮은 질량 분획에서도, 열 전도 및 전자기선의 차폐를 크게 증가시켜야 한다. 또한, 특정 먼지 추출 수단 등을 취할 필요 없이 취급이 용이해야 하고, 특히 수성 매질 내에서 운반, 계량 및 혼입이 용이해야 한다. 상기 첨가제는 또한 석고의 특성에 가능한 한 적게 영향을 주고, 특히 건축 몰딩의 기계적 안정성을 손상시키기 말아야 한다. 또한, 바람직하게는, -첨가제를 첨가하기 위해 요구되는 장치는 별도로 하고- 대응하는 통상적인 건축 몰딩과 동일한 장비를 사용하고 실질적으로 동일한 기술을 사용하여, 예를 들어 석고 카드보드와 같은 첨가제를 포함하는 건축 몰딩을 제조할 수 있어야 한다.
본 목적에 대한 해결책은, 석고-계 건축 재료에 압축된 팽창 그래파이트(compacted expanded graphite)로 구성되는 그라인딩된 스톡(ground stock)을 첨가하는 것이다. 이러한 첨가제에 의해 형성된 석고 건축 재료의 건조-질량-기준 비율은 5 내지 50%, 바람직하게는 25%이하이다.
본 발명의 추가적 장점, 상세내용 및 특정 실시예는 이하의 상세한 설명 및 실시예로부터 추론될 수 있다.
본 발명에 사용된 첨가제는, 팽창 그래파이트를 형성하기 위하여 팽윤가능한 그래파이트 침입형 화합물(interstitial compound)을 열팽창시키고, 2차원적 구조를 형성하기 위하여 팽창 그래파이트를 재압착한 후, 원하는 크기의 입자들을 형성하기 위하여 그라인딩함으로써 얻어질 수 있다. 1 내지 5 mm의 직경을 갖는 플레이트-형 입자들이 기본적으로 바람직하다. 벌크 밀도는 0.12 내지 0.25 g/㎤ 이다.
본 발명에 따른 석고-계 건축 재료 몰딩 조성물에 대한 그래파이트-계 첨가제는, 종래기술에서 알려진 탄소 또는 그래파이트 첨가제보다 다수의 장점을 갖는다.
첨가제 입자들은 압착으로 인해 비교적 콤팩트(compact)하다. 따라서, 이들은 먼지를 거의 형성하지 않고 취급, 운반, 계량 및 혼입이 용이하다. 특히, 이들은 수성 매질 내에 부유하는 문제점이 없이 석고 조성물 등에 쉽게 혼입될 수 있다.
1 내지 5 mm의 입경으로, 상기 입자들은 종래기술에서 알려진 첨가제 입자들에 비해 비교적 크다. 이것은, 큰 첨가제 입자 크기가 비-전도성 매트릭스 내에 전도 퍼컬레이션(percolation) 네트워크의 형성을 용이하게 하므로, 특히 장점이 된다.
낮은 전기 또는 열 전도도를 갖는 매트릭스 및 전기 또는 열 전도성 첨가제로 구성되는 입자 복합 재료에서, 전기 또는 열 전도도는 이러한 첨가제 함량의 함수인 것으로 일반적으로 알려져 있다. 전도도는, 전도성 첨가제의 함량에 대해 선 형으로 증가하는 것이 아니라, 일단 퍼컬레이션 역치가 도달되었으면, 즉 전도성 첨가제 함량이 전도 통로의 연속 네트워크를 형성하기에 충분하게 높아지자마자, 크게 증가한다. 퍼컬레이션 역치를 넘어 첨가제를 더 첨가하면 전도도는 약간만 증가하게 된다.
네트워크 형성 능력, 및 이에 따라 퍼컬레이션 역치에 도달하기 위해 요구되는 전도성 첨가제 함량은, 첨가제 입자 크기 및 크기 분포에 따라 크게 좌우된다. 넓은 크기 분포를 갖는 큰 입자로 구성되는 첨가제를 사용하면, 연속 네트워크를 형성하기 위해, 좁은 크기 분포를 갖는 작은 입자로 구성되는 첨가제를 사용하는 경우보다 첨가제가 낮은 함량 요구된다.
그러나, 이들의 낮은 벌크 밀도로 인해, 팽창 그래파이트와 같은 부피가 큰 입자들로 구성되는 첨가제들을, 매트릭스를 형성하는 몰딩 조성물에 혼입하는 것은 어렵다. 본 발명에 사용된 첨가제의 벌크 밀도는 0.12 내지 0.25 g/㎤로, 한편으로는 팽창 그래파이트(0.002 내지 0.02 g/㎤), 및 다른 한편으로는 천연 그래파이트(약 0.4 내지 0.7 g/㎤) 및 합성 그래파이트(0.8 내지 0.9 g/㎤)의 두 제한 케이스들 사이의 범위 내에 있다.
팽창 그래파이트의 압착은, 팽창 그래파이트의 장점을 잃지 않고 이의 불리한 특성을 제거한다. 부피가 큰 팽창 그래파이트 입자들과 대조적으로, 취급이 용이하고, 수성 매질 내에 부유하지 않으며, 따라서 통상적인 몰딩 조성물 내에 쉽게 혼입될 수 있는 입자들이 얻어진다. 팽창 그래파이트의 압착은 또한 입자 내 열 전도도를 크게 증가시킨다.
다른 한편으로, 훨씬 압축된 팽창 그래파이트(compacted expanded graphite)는, 압착되지 않은 팽창 그래파이트의 DE-A 100 49 230으로부터 공지된 장점, 즉 특정 탄성 및 바인더를 사용한 포화의 용이성을 여전히 고도로 갖는다, 이와 관련하여, 팽창 그래파이트의 압착에 의해 또한 제조되며 특히 밀봉 기술로부터 알려져 있는 그래파이트 호일은 또한, 특정 범위까지 탄성이며, 이의 자체 질량의 100%까지 혼입하여 결합제 또는 유사한 물질을 함침시킬 수도 있다는 것을 유념해야 한다.
압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡의 추가적인 장점은, 이의 흡습성이 석고의 흡습성과 유사하다는 것이다. 따라서, 상기 석고-계 건축 재료의 공기-조절(air-conditioning) 효과는, 다른 첨가제가 사용되는 경우(탄소 섬유, 합성 그래파이트, 카본 블랙 등)에서와 같이, 상기 첨가제에 의해 감소되지 않는다.
그래파이트 입자들은 또한 결합 및 윤활 효과를 갖는다. 따라서, 예를 들어 석고 보드와 같은 본 발명에 따른 몰딩의 기계적 가공(mechanical machining)시에, 먼지에 대한 노출 및 공구 마모도가 감소된다. 종래기술(카본 블랙, 탄소 섬유)로부터 공지된 첨가제들은 이러한 효과를 갖지 않으며, 이들 물질을 함유하는 몰딩의 가공 중 생산된 먼지는 탄소 섬유들 또는 매우 미세한 탄소 입자들의 함량으로 인해 유해하므로 가공 중 특별한 보호 수단이 취해져야 한다.
첨가제를 제조하기 위한 공정의 처음 두 단계들은 그래파이트 호일의 제조로부터 공지되어 있다. 층간 삽입 화합물은 천연 그래파이트로부터 제조되고 열적으 로 팽창되며, 이어서 상기 팽창된 입자들은 0.1 내지 3 mm, 바람직하게는 1 mm이하의 두께 및 0.8 내지 1.8 g/㎤의 밀도를 갖는 2차원 구조를 형성하도록 압착된다.
압착된 팽창 그래파이트는 바람직하게는 2 내지 4 mm의 메쉬 폭의 스크린을 갖는 커팅 밀(cutting mill) 내에서 그라인딩된다. 직경 1 내지 5 mm의 입자들이 주로 얻어진다.
압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡의 함량은, 달성될 수 있는 열 전도도의 개선을 크게 손상시키지 않고 제한된 범위까지 그라인딩된 천연 그래파이트로 대체될 수 있다. 예를 들어, 25%의 첨가제에 의해 형성된 건축 재료의 질량-기준 비율에 대하여, 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡에 의해 형성된 건축 재료의 총 질량의 비율은 5%이고 그라인딩된 천연 그래파이트의 비율은 20%이다. 다시 말해, 이 경우, 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡의 80%가 그라인딩된 천연 그래파이트로 대체된다. 이는 재정상 유리한데, 그라인딩된 천연 그래파이트는 팽창 및 압축 처리를 요구하지 않으므로 덜 고가이기 때문이다. 당업자는, 원하는 제품 특성(원하는 열전도도 등) 및 재료의 이용가능성을 고려하여, 개별 적용예에 따라 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡 및 그라인딩된 천연 그래파이트의 함량을 선택할 것이다.
또한, 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡과 천연 그래파이트와 같은 다른 열 전도성 첨가제의 조합도 유리한데, 이것이 첨가제의 입자 크기 분포의 폭을 증가시키기 때문이다. 이는, 차례로, 압축된 팽창 그래파이트의 그라인딩-업(grinding up)에 의해 얻어진 팽창된 입자들이 천연 그래파이트로 구성되는 작은 입자들 간에 전도 다리를 형성할 수 있으므로, 퍼컬레이션 네트워크의 형성을 용이하게 한다.
석고-계 건축 재료들의 열 및 전기 전도도를 증가시키기 위해 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡에 첨가될 수 있는 다른 첨가제에는 탄소 및 금속 섬유가 포함된다.
본 발명에 따르면, 압착된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡이 석고-계 건축 재료들에 첨가된다. 그라인딩된 스톡은 건축 재료 내에, 건축 재료의 건조 질량의 5 내지 50%의 비율을 형성하는 양으로 혼입된다. "석고-계 건축 재료"라는 용어는, 본 명세서에서, 석고 및 통상적인 첨가제의 혼합물을 의미한다. 이들은 석고 충전제, 석고 플라스터, 석고 플로어링 도장 등과 같은 몰딩 조성물로서 사용되거나 -선택적으로 다른 구성요소과 조합하여- 예를 들어 석고 보드, 구체적으로 석고 카드보드, 석고 섬유보드, 석유 비직조 보드 및 석고 복합 보드와 같은 몰딩의 제조를 위한 출발 물질로서 작용한다. 따라서, 본 발명에 따른 몰딩은, 그라인딩된 압축된 팽창 그래파이트가 석고-계 건축 재료의 건조 질량의 5 내지 50%의 비율로 첨가되어 있는 석고-계 건축 재료를 포함한다.
본 발명은 또한, 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡이 건축 재료의 건조 중량의 5 내지 50%의 비율로 첨가되는 석고-계 건축 재료를 포함하는 하나 이상의 몰딩, 및 석고-계 건축 재료를 포함하지 않는 하나 이상의 몰딩으로 구성되는 복합 건축 구성요소에 관한 것이다. 석고-계 건축 재료를 포함하지 않는 이러한 몰딩은 예를 들어 하드보드, 단열 재료로 만들어진 보드, 타일, 내화점 토 벽돌 또는 공기혼입된(aerated) 콘크리트 벽돌 등이 될 수 있다.
본 발명에 따른 석고 보드는 예를 들어 건축물 내 케이블 도관(cable duct)의 보호 피복에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 몰딩, 예를 들어 석고 카드 보드는, 상당히 높은 열전도도 뿐 아니라 보드 또는 몰딩 내에서 고도로 균일하게 가열되고 열 분포되는 것에 의해 구별된다. 이러한 효과는 서모그래피 시험(thermographic test)을 사용하여 증명될 수 있다. 본 발명에 따른 석고 카드보드 표면이 균일하게 가열됨으로 인해, 예를 들어 태양광 조사가 상기 보드의 일부 표면에 제한된 경우에, 전체 보드에 걸쳐 효과적으로 열이 분포된다.
본 발명에 따른 석고 충전제 또는 석고 플라스터를 동시에 사용하면, 이에 따라 거주 장소의 전체 벽 표면이 예를 들어 더 신속하고 균일하게 가열되고, 예를 들어 건축 구성요소들 사이의 캐스트 쉐도우(cast shadows) 또는 접합부(junctions)로 인한, 국부 온도가 낮아지는 지점이 감소된다. 유리한 경우, 이는 심지어, 국부적으로 더 낮은 구성요소 온도들로 인해 초래된 몰드의 형성을 감소시키거나 방지되도록 한다. 또한, 2-차원 가열 또는 냉각 부재들 또는 공기-조절 요소들 및 구성요소들이 사용되면, 본 발명에 따른 매우 우수한 열 전도와 몰딩 및 건축 재료 내 열의 2-차원 분포의 장점은 매우 유용하며, 열 전달이 개선되어 차례로, 가열 매질이 흐르는 파이프가 통상적인 건축 재료의 경우보다 더 넓은 메쉬(meshes)를 갖는 구조(configuration)(뇌문(meander), 나선형, 격자 등)로 위치될 수 있음에 따라, 파이프가 더 적게 요구된다.
본 발명에 따른 석고 보드 또는 다른 몰딩은 선택적으로, 이들의 불투과성(impermeability)과 기계적 및 다른 환경적 영향에 대한 내성을 증진시키기 위하여, 예를 들어 수지 또는 열가소성 중합체와 같은 플라스틱 재료로 전체적으로 또는 부분적으로 함침된다.
선택적으로 또는 부가적으로, 석고 보드 또는 다른 몰딩의 하나 이상의 표면에는, 시각적인 외형 개선, 취급가능성 용이화(facilitating handleability), 방화, 수증기에 대한 장벽으로서의 작용, 외부 단열 증진 및 소리 흡수, 또는 충격에 대한 감도 감소를 포함하는 특정 기능을 수행하는 페인트의 도장 또는 다른 형태의 코팅 또는 커버링(covering)이 전체적으로 또는 부분적으로 제공될 수 있다. 이러한 형태의 코팅들의 예에는, 페인트의 도장, 플라스틱 재료 커버링, 종이를 사용한 라이닝, 나무 베니어(veneer), 금속 호일 또는 플라스틱 재료 막, 금속 시트, 금속 스트립, 직물 또는 2-차원 텍스타일 구조물이 포함된다.
접착제, 접착 촉진제 또는 바인더를 포함하는 코팅도 가능하다. 이들 코팅들은 본 발명에 따른 몰딩들 간의 복합 형성물을 제조하거나, 본 발명에 따른 몰딩들, 및 예를 들어 내화점토 벽돌, 공기혼입된 콘크리트 벽돌 또는 타일과 같은 다른 건축 몰딩의 복합 형성물을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 이하에서 예로서 석고 카드보드를 참조하여 기재될 것이다; 그러나, 모든 형태의 석고-계 건축 재료에 대한 본 발명의 일반적인 적합성의 견지에서, 이러한 선택이 어떤 제한을 가하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
석고 카드보드의 제조방법은 공지되어 있다. 석고 카드보드들은 일반적으로, 연속적으로 작동하는 벨트 가공 라인 상에서, 파리(Paris)의 플라스터 및 석고 코어용 첨가제들로부터, 및 고급 카드보드로부터 제조된다.
석고 카드보드의 제조시, 보드의 보이는 쪽을 형성하는 카드보드가 우선적으로 하부로부터 공급된다. 가장자리를 형성(shaping)하기 위하여, 카드보드에 선을 긋는다(scored). 이어서 몰딩 스테이션에 의해 분배되는 석고 퍼티가 적용된다. 제조방법이 상기되었던 열전도성 및 전기 차폐 첨가제가 이러한 석고 퍼티에 첨가된다. 동시에, 카드보드가 상부로부터 적용된다. 여전히 매우 축축한 석고 카드보드의 판(slab)은 세팅 섹션(setting section)을 통과하며, 그 말단에서 개별 보드들은 절단 장치를 사용하여 길이들로 절단된다. 세팅 섹션의 길이 및 벨트 속도는 석고 코어의 세팅(setting behaviour)에 적합화된다. 턴테이블은 상기 보드들을 다단식 건조기에 공급한다. 일단 보드들이 건조되었으면, 보드들은 이들의 횡단 가장자리에서 다듬어지고 쌓아 올려진다.
석고 카드보드들에는 선택적으로 홈들, 조인트들 또는 오목부들이 제공된다. 이와 같이, 예를 들어 한쪽에 공급되어(boarded) 있는 석고 층에, 석고 코어를 통해 그리고 카드보드 층까지 연장되는 조인트를 제공하는 것이 알려져 있다. 따라서 감을 수 있는(rollable) 석고 카드보드 재료가 얻어진다.
실시예
첨가제의 입자 크기 분포
0.1 mm 내지 1 mm의 두께를 갖는 압축된 팽창 그래파이트의 혼합물을, 3 mm의 메쉬 폭을 갖는 스크린을 사용하여 커팅 밀에서 그라인딩하였다. 그라인딩된 스 톡의 입자 크기 분포를 스크린 분석으로 결정하였다. 표 1은 스크린 분석 결과를 도시한다. 모든 입자들의 약 2/3는 1 mm보다 큰 직경을 갖는다.
그라인딩된 스톡의 입자 크기 분포
분획/mm 백분율
<0.2 2
0.2 내지 0.5 10
0.5 내지 1.0 22
1.0 내지 2.0 49
2.0 내지 3.15 16
3.15 내지 5.0 1
5.0 내지 8.0 0
>8.0 0
본 발명에 따른 석고 카드보드의 열전도도
다양한 함량의 열전도성 첨가제를 갖는 본 발명에 따른 석고 카드보드에 대하여, 카드보드-커버링된 보드의 보드 면에 수직에서의 열 전도도, 석고 코어(즉, 카드보드 커버링의 작용이 없음)의 열 전도도, 및 상기 보드면과 평행에서의 열 전도도가 측정되었다. 비교의 목적으로, 통상적인 석고 카드보드, 및 상기 첨가제가 180 내지 300 ㎛ 크기 범위의 입자를 주로 포함하는 그라인딩된 천연 그래파이트에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 대체된 석고 카드보드도 검사하였다.
보드 면에 수직에서의 열 전도도를 측정하기 위해서 단일-플레이트(one-plate) 장치를 사용하였다. 이 장치는, 6 cm-폭의 제 1 프레임-형 보호 고리(guard ring)로 둘러싸이고 20 cm의 길이를 갖는 전기적으로 가열된 정사각형 중심(square central) 플레이트, 온도조절장치를 단(thermostated) 제 2 보호 고리 및 온도조절장치를 단 냉각 플레이트로 구성되었다. 보호 고리는 측정 표면의 영역에서 1-차원 수직 열 흐름을 보장하였다. 시료를 장치의 고온 쪽(중심 플레이트 및 제 1 보호 고리를 포함) 및 냉각 플레이트 사이에 위치시켰다. 중심 플레이트 및 제 1 보호 고리는 온도(Th)로 전기적으로 가열되었다. 냉각 플레이트는 온도(Tc)로 냉각되었다. 전력(Pc1) 및 온도(Th, Tc)를 갖는 중심 플레이트의 표면 영역(A)으로부터, 검사된 시료의 열저항(1/Λ)를 다음과 같이 계산한다:
Figure 112006055623944-PAT00001
시료의 두께가 알려지면, 플레이트 면에 수직에서의 시료의 열전도도는 실험적으로 결정된 열 저항으로부터 계산될 수 있다.
Figure 112006055623944-PAT00002
이와 같이 측정된 값들은 반드시 일련 저항기(serial resistor)로 작용하는 카드보드 커버링의 분획들을 포함한다.
코어 재료의 열전도도는 동적 열선법(dynamic hot-wire method)을 사용하여 결정되었다. 이 방법에서, 시료 내에 끼워넣은 열선(직경 100 ㎛ 및 길이 6 cm의 백금선)은 가열 요소로서 및 온도 센서로서 동시에 이용된다. 측정동안, 선은 일정 전력 공급원을 사용하여 가열되었다. 시료의 열전도도에 따라 좌우되는, 열선의 평균 온도의 시간경과에 따른 변화(development)가, 온도-의존성 선 저항에 기초하여 확립될 수 있었다.
이러한 측정을 위하여, 시료 플레이트는 2등분되었고, 열선은 각 경우에, 두개의 절반의 시료 플레이트들 사이에 끼워넣어졌으며, 이로부터 카드보드 케이싱(casing)은 각 경우에 상기 선에 대면하는 표면에서 제거되었다. 표 2는 상기 시험 결과를 요약한다.
Figure 112006055623944-PAT00003
압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡의 10%의 건조-질량 기준 함량에서도, 카드보드-커버링된 보드 면에 수직에서의 열전도도의 2배가 되었다. 코어의 열전도도만 측정된 경우, 일련 저항기로 작용하는 카드보드 커버링이 부재함으로 인해, 이 효과는 훨씬 더 명백하다: 10%의 첨가제 함량으로 인해, 보드 면에 수직에서의 코어 재료의 열전도도가 거의 3배가 되었다.
질량-기준 첨가제 함량을 20%까지 더 증가시키면, 열전도도는 더 크게 증가되지 않았다(실험 오차의 한계 이내). 이는, 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡의 10 내지 15%만큼 낮은 질량-기준 함량으로 퍼컬레이션 역치에 도달된다는 것을 나타낸다.
그라인딩된 천연 그래파이트가 석고 코어에 대신 첨가되면, 비슷한 질량-기준 첨가제 함량(15%)에서 이러한 열전도도의 큰 증가는 얻어질 수 없었다.
그러나, 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡 및 천연 그래파이트의 혼합물로는, 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡만을 포함하는 첨가제의 경우에서와 유사한 열 전도도 증가가 얻어졌다. 이는 보드 입자 크기 분포에서 퍼컬레이션 네트워크의 형성이 용이해지기 때문이었다.
본 발명에 따른 석고 카드보드의 차폐 감쇠
통상적인 석고 카드보드, 및 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡을 다양한 함량 갖는 석고 카드보드의 차폐 감쇠는, DIN EN 50147-1에 따라 자기장, 평면파(plane wave) 및 마이크로파장 형태의 주파수에서 측정되었다(표 3 참조).
측정 시스템은 신호 발생기, 송신 안테나, 수신 안테나, 및 스펙트럼 분석기를 포함하였다. 시료는 송신 및 수신 안테나 사이에 위치되었다.
각 측정 주파수에 대해, 측정되는 재료의 차폐 감쇠(S)(표 3)는 통로 감쇠(path attenuation), 즉, 측정 장치 내에 넣어진, 검사되는 감쇠 재료(attenuating material)가 없는 경우의 통로 감쇠(Po) 및 검사되는 재료 시료가 있는 경우의 통로 감쇠(Ps)의 두 측정값(measurements)의 미분(differential)으로서 얻어진다. 안테나의 거리, 방위 및 분극과 신호 발생기의 출력은 두 측정에서 동일하였다.
Figure 112006055623944-PAT00004
첨가제가 없는 석고 카드보드는 검사된 임의의 주파수 범위에서 차폐 효과를 갖지 않았으며, 그래파이트를 첨가하면 평면파 및 마이크로파 주파수 범위에서 차폐 감쇠가 달성될 수 있었다. 차폐 감쇠는 첨가제의 함량과 제휴하여 증가되었다; 그러나, 차폐 감쇠의 증가는 15% 까지의 질량-기준 첨가제 함량의 경우에서보다 15% 보다 많은 질량-기준 첨가제 함량의 경우에 훨씬 낮았다. 이는, 열전도도에 대해 또한 관찰되었던 대로, 퍼컬레이션 역치를 넘어섰다는 것을 나타냈다.
본 발명에 의하면, 열전도도 및 전자기선에 대한 차폐가 증가된 석고-계 건축 재료로 구성되는 몰딩 조성물 및 몰딩이 얻어진다.

Claims (22)

  1. 그라인딩된 압축된 팽창 그래파이트(ground compacted expanded graphite)를 건축 재료의 건조 질량을 기준으로 5 내지 50%, 바람직하게는 25% 이하의 함량으로 포함하는 것을 특징으로 하는 석고-계 건축 재료.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡(stock)은 0.12 내지 0.25 g/㎤의 벌크 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 석고-계 건축 재료.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡은 1 내지 5 mm의 직경을 갖는 플레이트-형(plate-like) 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 석고-계 건축 재료.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡에 그라인딩된 천연 그래파이트가 첨가되는 것을 특징으로 하는 석고-계 건축 재료.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡에 금속 또는 탄소 섬유들이 첨가되는 것을 특징으로 하는 석고-계 건축 재료.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 석고-계 건축 재료가 석고 충전제, 석고 플라스터 또는 석고 플로어링 도장인 것을 특징으로 하는 석고-계 건축 재료.
  7. 그래파이트 층간삽입 화합물(intercalation compound)을 제조하는 단계, 팽창 그래파이트를 형성하기 위해 상기 층간삽입 화합물을 열적으로 팽창시키는 단계, 0.1 내지 3 mm, 바람직하게는 1 mm 이하의 두께 및 0.8 내지 1.8 g/㎤의 밀도를 갖는 2-차원 구조를 형성하기 위해 상기 팽창된 그래파이트를 압착하는 단계, 상기 압착된 팽창 그래파이트를 그라인딩(grinding up)하는 단계, 및 상기 그라인딩된 스톡을, 상기 그라인딩된 스톡의 건조-질량-기준 함량이 5 내지 50%가 되는 함량으로 석고-계 건축 재료 내에 혼입하는 단계를 포함하는, 제 1항에 따른 석고-계 건축 재료의 제조 방법.
  8. 석고-계 건축 재료가, 그라인딩된 압축된 팽창 그래파이트를, 상기 건축 재료의 건조 중량을 기준으로 5 내지 50%, 바람직하게는 25% 이하의 함량으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 석고-계 건축 재료를 포함하는 몰딩.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡은 0.12 내지 0.25 g/㎤의 벌크 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 몰딩.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡은 1 내지 5 mm의 직경을 갖는 플레이트-형 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡에 그라인딩된 천연 그래파이트가 첨가되는 것을 특징으로 하는 몰딩.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡에 금속 또는 탄소 섬유들이 첨가되는 것을 특징으로 하는 몰딩.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 몰딩이 석고 보드, 석고 복합 보드, 석고 카드보드, 석고 섬유보드 및 석고 비직조 보드인 것을 특징으로 하는 몰딩.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 몰딩이 석고-계 건축 재료를 포함하는 하나 이상의 몰딩 및 석고-계 건축 재료를 포함하지 않는 하나 이상의 몰딩으로 구성되는 복합 구성요소인 것을 특징으로 하는 몰딩.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 몰딩은 함침물(impregnation)을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩.
  16. 제 8항에 있어서,
    상기 몰딩의 하나 이상의 표면들은 전체적으로 또는 부분적으로 페인트의 도장 또는 다른 형태의 코팅 또는 커버링이 제공되는 것을 특징으로 하는 몰딩.
  17. 제 8항에 있어서,
    상기 몰딩의 하나 이상의 표면들은 전체적으로 또는 부분적으로, 종이, 나무 베니어(veneer), 금속 호일 또는 플라스틱 재료 막, 금속 시트, 금속 스트립, 직물 또는 다른 2-차원 텍스타일 구조물로 라이닝되는 것을 특징으로 하는 몰딩.
  18. 제 8항에 있어서,
    상기 몰딩의 하나 이상의 표면들은 전체적으로 또는 부분적으로 접착제, 접착 촉진제 또는 바인더로 코팅되는 것을 특징으로 하는 몰딩.
  19. 제 8항에 있어서,
    상기 몰딩 내에 파이프가 끼워넣어지는(embeded) 것을 특징으로 하는 몰딩.
  20. 케이블 도관의 피복을 위한 제 8항에 따른 몰딩.
  21. 바닥, 천장 또는 벽 가열 시스템 또는 공기-조화(air-handling) 천장에 사용하기 위한 제 8항에 따른 몰딩.
  22. 그래파이트 층간삽입 화합물을 제조하는 단계, 팽창된 그래파이트를 형성하기 위해 층간삽입 화합물을 열적으로 팽창시키는 단계, 0.1 내지 3 mm, 바람직하게는 1 mm 이하의 두께 및 0.8 내지 1.8 g/㎤의 밀도를 갖는 2-차원 구조를 형성하기 위해 상기 팽창된 그래파이트를 압착하는 단계, 상기 압착된 팽창 그래파이트를 그라인딩하는 단계, 상기 그라인딩된 스톡을, 상기 그라인딩된 스톡의 건조-질량-기준 함량이 5 내지 50%가 되는 양으로 석고-계 건축 재료 내에 혼입하는 단계, 및 상기 압축된 팽창 그래파이트로 구성되는 그라인딩된 스톡을 5 내지 50%의 건조-질량-기준 함량 포함하는 석고-계 건축 재료 및 선택적으로 추가의 구성요소로부터 몰딩을 제조하는 단계를 포함하는, 제 8항에 따른 석고-계 건축 재료로 구성되는 몰딩의 제조 방법.
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