KR20080095532A - 무기폴리머 복합 패널 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기폴리머 복합 패널 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명은 중량%로, 알루미나와 규산의 함량이 30~90%인 알루민산 규산염 광물: 25~75%, 규산 알카리 금속 수용액: 20~50%, 섬유질소재: 4.8~30%, 기포발생제: 0.1~5.0, 기능성 첨가제: 0.1~5.0%를 포함하고, 무기 폴리머 구조를 갖는 무기폴리머 복합 패널 조성물에 의해 달성되는 한편, 본 발명에 따르면 무기폴리머바인더와 섬유질소재를 혼합하여 몰딩, 가압성형, 가열 가압성형 및 압출성형 방법에 의해 패널로 제조되는 것을 특징으로 하는 무기폴리머 복합 패널 조성물의 제조방법에 의해 달성된다. 이에 의해, 알루민산 규산염 광물, 규산 알카리 금속 수용액 성분의 첨가 및 제어에 의한 무기폴리머 구조의 형성과 섬유질소재와의 혼합을 통하여 난연제의 첨가 및 난연처리 공정 없이 내화성을 개선함과 동시에 물리적 특성을 확보할 수 있으므로 내화성 및 마감성이 우수한 건축물의 비내력 내화벽의 내화보드, 건축물의 칸막이 벽체용 및 내장용 패널이 제공된다.

무기폴리머, 복합 패널, 복합 패널 조성물

Description

무기폴리머 복합 패널 조성물 및 그 제조방법{Composition of inorganic polymer compound panel and process of manufacture}

도 1은 무기폴리머 복합 패널 조성물로 제조된 시편의 내화성 및 차염성을 측정하기 위한 장치를 보인 참고도이다.

본 발명은 무기폴리머 복합 패널 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루민산 규산염 광물, 규산 알카리 금속 수용액과 섬유질소재 등을 혼합하여 무기폴리머 구조를 형성함으로써 경량이면서도 내화성 및 물리적 특성이 우수한 무기폴리머 복합 패널 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 건축물의 비내력 내화벽은 통상적으로 스티로폼을 내부재료로 하여 0.5mm 아연도금강판을 덧씌운 샌드위치패널이 주류를 이루었으나, 화재시 유독가스발생 및 내화성능의 확보가 용이하지 못한 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 내부재료를 암면이나 유리섬유를 사용하여 화재에 의한 유독가스 발생을 방지하고, 물리적 성능의 향상 및 내화성능의 보완을 위해 석고보드나 섬유보강 시멘트 패널을 내부에 보완하여 사용하고 있다. 그러나, 이러한 패널들은 유리섬유, 암면 등의 불연재료와 석고보드, 섬유보강 시멘트 패널 등의 이질재를 부착하여야하는 추가공정이 들어가게 된다. 또한, 바인더로 시멘트나 석고 등을 사용하고 있으며, 그 수화물은 고온에서 파괴되어 자체 강도 확보가 어려운 문제점을 가진다.

이러한 수화물들의 분해온도를 살펴보면, 석고의 수화물인 이수석고의 경우에는 100~200℃, 시멘트의 수화물인 에트린자이트나 C-S-H겔은 100~200℃, 수산화칼슘은 400~600℃에서 열분해하여 경화체로서의 특성을 잃어버리게 된다. 따라서, 화재시 발생하는 화염에 대하여 견디는 성능은 일부 갖고 있으나, 물리적 특성을 잃어버리게 되는 문제점을 가지고 있다.

또한, 유리섬유나 암면 등의 불연재료를 사용하여 내화성능을 확보하고 있으나, 그 두께가 75~100mm로 두꺼운 문제점을 가지고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 무기폴리머 결합재와 섬유질소재를 혼합하여 무기폴리머 구조를 형성함으로써 내화성 및 물리적 특성이 우수한 무기폴리머 복합 패널 조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 중량%로, 알루미나와 규산의 함량이 30~90%인 알루민산 규산염 광물: 25~75%, 규산 알카리 금속 수용액: 20~50%, 섬유질소재: 4.8~30%, 기포발생제: 0.1~5.0, 기능성 첨가제: 0.1~5.0%를 포함하고, 무 기 폴리머 구조를 갖는 무기폴리머 복합 패널 조성물에 의해 달성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자는 건축물에 범용적으로 사용하는 시멘트, 석고 등이 혼합수에 의해 형성된 수화물에 의해 경화된 패널이 화재시 내화성이 취약하여 발생하는 문제점을 개선하기 위한 방안을 모색하던 중 시멘트, 석고 등의 수경성 결합재를 배제하는 대신 무기폴리머 구조에 의해 내화성이 개선된 연구결과에 기초하여 본 발명을 완성한 것이다.

또한, 본 발명의 조성물은 패널로 제조될 수 있다. 이러한 패널 형태로 제조하기 위한 방법으로는 몰딩, 가압성형, 가열가압성형 및 압출성형 등이 있다.

먼저 이하에서는 본 발명의 조성성분에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

알루미나와 규산의 함량이 30~90%인 알루민산 규산염 광물 : 25~75%

상기 알루민산 규산염 광물은 알루미나, 규산을 주성분으로 하는 무기물로서, 본 발명에서 목표로 하는 무기폴리머구조를 형성하기 위하여 첨가한다. 그 함량을 25% 미만 첨가하면 보드 성형체의 형태를 유지하기 위한 강도를 확보하기 어려우며, 75%를 초과하면 패널의 비중이 2.0 이상으로 증가하여 건축물의 내장재로 사용하기에는 요구 비중보다 높게 된다. 따라서, 상기 무기폴리머바인더의 함량은 25~75%로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 무기폴리머 바인더는 고로슬래그 미분말, 플라이애쉬, 메타카오린, 실리카흄, 카올린계광물, 칼슘실리케이트 광물 및 칼슘알루미네이트 광물 중 어느 하나 이상일 수 있다.

규산 알카리 금속 수용액 : 20~50%

상기 규산 알카리금속 수용액은 규산과 알카리금속이 물에 용해되어 있는 수용액으로서, 본 발명에서 목표로 하는 무기폴리머구조를 형성하기 위하여 첨가한다. 그 함량을 20% 미만 첨가하면 무기폴리머 구조를 형성하기 위한 알카리 금속 농도보다 낮게되어 물리적 성능을 확보하기 어려우며, 50%를 초과하면 규산 및 알카리금속의 농도가 높아, 빨리 굳게되어 제조시간을 확보하기 어렵게 된다. 따라서, 상기 규산 알카리 금속 수용액의 함량은 20~50%로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 규산 알카리 금속 수용액은 소듐실리케이트, 포타슘실리케이트, 리튬실리케이트, 나트륨계 탄산염, 리튬계 탄산염, 소듐하이드록사이드, 포타슘하이드록사이드, 리튬하이도록사이드 및 규불화염 중 어느 하나 이상일 수 있다.

섬유질소재 4.8~30%

상기 섬유질소재의 함량이 4.8% 미만이면 패널의 비중이 1.4 이상으로 증가하여 건축물의 내장재로 사용하기에는 요구비중보다 높게 되며, 30%를 초과하는 경우에는 패널 성형체의 형태를 유지하기 위한 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 따라서 상기 섬유질소재의 함량은 4.8~30%로 제한하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 무기폴리머 복합 패널 조성물은 전체가 100%가 되도록 섬유질소재의 함량이 적절히 선택될 수 있다.

또한, 상기 섬유질소재는 목모, 탄소섬유, 유리섬유 중 어느 하나 이상일 수 있다.

기포 발생제 : 0.1~5%

상기 기포 발생제의 함량이 0.1% 미만인 경우 보드 성형체를 제조 후 비중을 감소시키기 위한 기포 발생력을 갖지 못하며, 5.0%를 초과하면 발생되는 기포가 서로 결합하여 0.5mm 이상의 기포가 생성되게 되고 재료분리가 발생하는 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 상기 기능성 첨가제의 함량은 0.1~5.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 기포 발생제는 알루민산 규산염 광물, 규산 알카리 금속 수용액과 섬유질소재의 혼합시 기포를 발생시켜 작업 유동성을 확보하게 하고 내화성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 규산 알카리 금속 수용액중의 하이드록시기와 반응하여 기포를 발생시키며, 최종 제품의 중량을 감소시키는 역할을 한다.

기능성 첨가제 : 0.1~5.0%

상기 기능성 첨가제의 함량이 0.1% 미만인 경우 보드 성형체를 제조하기 위한 조성물의 적정 작업성을 갖지 못하며, 5.0%를 초과하면 조성물의 유동성이 과도하게 증가되어 작업성이 떨어지는 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 상기 기능성 첨가제의 함량은 0.1~5.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기능성 첨가제는 분산제 및 증점제 중 어느 하나 이상일 수 있다.

상기 분산제는 비중이 서로 다른 조성물 간의 분산 및 혼합을 위하여 재료들을 분산시키는 역할을 한다. 또한 상기 증점제는 보드 성형체를 제조하기 위한 조성물의 적정 작업성을 확보하기 위하여 점도를 증가시키는 역할을 한다. 본 발명에 서는 통상적으로 상기와 같이 분산제 및 증점제의 작용을 하는 성분을 사용할 수 있다.

이하, 무기폴리머 구조에 대하여 설명한다.

본 발명에서 목표로 하는 내화성을 확보하기 위해서는 무기폴리머 구조를 형성하는 것이 중요하다. 상기 구조는 알루미나와 규산의 함량이 30~90%인 알루민산 규산염 광물이 함유된 분말을 규산 알카리 금속 수용액의 강알카리 조건에서 혼합하여 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 조성물을 패널로 제조할 수 있다.

이러한 패널 형태로 제조하기 위한 방법으로는, 몰딩, 가압성형, 가열가압성형 및 압출성형 등이 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

[실시예]

하기 표1과 같이 조성되는 발명예(1~3) 및 비교예(1, 2)를 너비 200x200mm 두께 25mm의 패널형태가 되도록 몰딩한 후 10~20kgf/㎠의 압력으로 가압하여 성형하였다.

도 1은 무기폴리머 복합패널 조성물로 제조된 시편의 내화성 및 차염성을 측정하기 위한 장치로서, 상기 시편들을 도 1의 장치에서 내화물로 단열하여 표면 온도가 1,100~1,200℃가 되도록 직화를 0.5~3시간 동안 가하였다. 각 시편들의 외관상태, 차염성 및 30분 가열 후 휨파괴하중을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.

또한, 상기 시편들의 물리적 특성을 실험하기 위하여, 겉보기 비중(시편의 질량/시편의 부피)과 휨파괴하중을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 같다.

[표 1]

구분	발명예1	발명예2	비교예1	비교예2
시멘트	-	-	50	25
석고	-	-	-	25
알루민산 규산염 광물	60	50	-	-
규산 알카리 금속 수용액	24	34	-	-
물	-	-	34	34
섬유질소재	15	15	15	15
기포발생제	0.5	0.5	0.5	0.5
기능성첨가제	0.5	0.5	0.5	0.5
계	100	100	100	100

[표 2]

구분	발명예1	발명예2	비교예1	비교예2
겉보기 비중	0.7	0.6	0.6	0.6
휨파괴하중(kgf)	87	72	75	65
30분 가열 후 휨파괴하중(kgf)	70	58	-	-
3시간 차염성	양호	양호	화염 통과	화염 통과
3시간 가열 후 외관	양호	양호	균열 파괴	균열 파괴

상기 표 1 및 표 2에서 나타난 바와 같이 본 발명의 발명예(1, 2)인 경우, 차염성 및 가열 후 외관이 양호하였고, 비중이 0.6~0.7로서 경량이면서도 휨파괴하중이 24~28kgf, 또한 가열 후 휨파괴하중이 19~22kgf로서 물리적 특성이 우수한 무기폴리머 구조를 갖는 복합패널을 제조할 수 있었다.

그러나, 시멘트 또는 석고, 물 및 섬유질소재로 조성된 비교예(1, 2)의 경우, 본 발명에서 목표로 하는 내화성 및 차염성을 확보할 수 없었다. 또한, 가열후 균열 파괴되는 문제점이 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 알루미나와 규산의 함량이 30~90%인 알루민산 규산염 광물이 함유된 분말과 규산 알카리 금속 수용액의 첨가 및 제어에 의한 무기폴리머 구조의 형성과 섬유질소재와의 혼합을 통하여 내화성을 개선함과 동시에 물리적 특성을 확보할 수 있으므로 내화성 및 마감성 우수한 건축물의 비내력 내화벽의 내화보드, 건축물의 칸막이 벽체용 및 내장용 패널을 제공된다.

Claims (3)

1. 중량%로, 알루미나와 규산의 함량이 30~90%인 알루민산 규산염 광물: 25~75%, 규산 알카리 금속 수용액: 20~50%, 섬유질소재: 4.8~30%, 기포발생제: 0.1~5.0, 기능성 첨가제: 0.1~5.0%를 포함하는 무기폴리머 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 무기폴리머 복합 패널 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 규산 알카리 금속 수용액은 그 함량이 중량%로 규산:15~35%, 알카리 금속 : 5~60%인 수용액인 것을 특징으로 하는 무기폴리머 복합 패널 조성물.
3. 상기 1항의 조성물이 몰딩, 가압성형, 가열 가압성형 및 압출성형 방법에 의해 비내력벽 내화 보드, 건축물의 칸막이 벽체용 및 내장용 패널로 제조되는 것을 특징으로 하는 무기폴리머 복합패널 조성물의 제조방법.

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