KR20090070942A

KR20090070942A - 천연섬유질을 이용한 단열재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20090070942A
Application number: KR1020070139113A
Authority: KR
Inventors: 김기종
Original assignee: 김기종
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-01
Also published as: KR100941180B1

Abstract

본 발명은 천연섬유질을 이용한 단열재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 목화솜, 짚단과 같은 섬유질을 일정 두께로 기판을 형성하고, 상기 기판의 상하부로부터 아교와 물 또는 아교와 물과 황토를 혼합시킨 접착용액을 분사하여 함침시킨 후 가압건조에 의해 압착시켜 단열재를 제조하고, 상기 단열재의 표면에 옻도막을 형성하여 단열과 세균억제 및 방염의 효과를 제공하는 천연섬유질을 이용한 단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 아교를 물과 혼합시켜 분사가능한 점성의 용액으로 제조하고 천연소재의 섬유질에 분사시켜 함침이 용이하게 이루어지도록 하는 제조방법을 통해 환경호르몬의 방출이 없는 친환경적인 건축내장재 및 인테리어판넬로 사용되는 단열재의 제공이 가능하게 되었다.

또한 천연섬유질의 다층구조에 의해 단열이 이루어지며, 도포되는 옻 도막층에 의해 세균 및 해충의 접근을 방지하고, 특히 산과 알카리 및 고열에 대한 저항성이 커서 방염재로의 사용도 가능하다. 따라서, 상기 옻도막이 형성된 천연소재의 단열재는 내화성이 강함으로 건축내장재 및 가구판넬로 사용하면 화재시 화염의 진행속도를 늦추어 대피시간을 확보할 수 있는 사용자의 안전을 도모할 수 있다. 또한, 열차단효과가 크기 때문에 난방비와 냉방비를 절감시킴은 물론 천연섬유질에 의해 습도조절도 가능한 유익한 제품의 제공이 가능하게 되었다.

옻, 단열재, 천연섬유질, 함침, 건조

Description

천연섬유질을 이용한 단열재 및 그 제조방법{Insulating Material using Natural Fiber and Manufacturing Method Thereof}

일반적으로 건축물의 내장재로는 판넬 사이에 발포성수지를 주입하는 샌드위치판넬을 사용하거나, 시멘트조성물에 의한 판체 및 유리섬유나 합성수지섬유를 사용하여 왔다. 특히 상기 유리섬유나 합성수지섬유의 경우에는 내부에 다층의 공기층을 형성하여 단열의 효과를 상승시키도록 한 것이다. 그러나 상기 단열재는 화학물질로 제조되기 때문에 환경호르몬이 방출되어 아토피를 유발하는 원인이 됨으로 화학물질의 사용을 최대한 억제한 내장재가 요구되고 있다.

한편 종래의 단열재는 단열의 기능만을 제공하고 있으나, 도료를 사용하여 내장뿐만 아니라 인테리어판넬로의 사용이 가능하도록 할 수 있다. 특히 상기 도료는 인체에 무해한 환경친화적인 성분을 사용하는 것이 바람직하며, 대표적으로는 옻진 또는 송진 등이 있다.

좀 더 상세히 살펴보면 옻나무에서 채취되는 생옻 또는 옻액에는 주성분이 우루시올(usushiol)이고, 그 밖에 소량의 고무질, 함질소물질, 수분들을 함유하고 있는 것으로 알려져 있다.

상기 옻은 도료로 사용하거나 한방의 생약으로 사용되는 것으로, 한방에서는 옻의 독기는 인체의 병을 없애 주고 갖가지 질병을 다스려 주는 효과가 있다고 한다. 또한 나무로 만든 생활 도구에 옻칠을 하면 표면이 견고해질 뿐만 아니라 광택이 나고, 오랫동안 사용해도 변하지 않는 장점이 있다.

이러한 특성 때문에 동양에서는 4,000년 전부터 칠기 문화가 발달했으며, 단 순한 생활 도구뿐 아니라 각종 예술품, 금속이나 목공 도장, 칠기류 등에 폭넓게 사용되었다.

또한 옻칠은 산이나 알칼리에 녹지 않으며 내염성, 내열성, 방수, 방부, 방충, 절연의 효과가 뛰어나 가구, 칠기, 공예품 등에 널리 사용되며, 옻칠의 우수한 특성 때문에 해저 케이블선, 선박, 비행기 등에 무공해 선업 도료로도 사용이 확대되고 있다.

그러나 상기 옻성분은 도료로 제조되어 사용되기 때문에 물품의 외면을 도포하는 분야에만 적용하는 단점이 있다. 따라서, 상기 옻성분을 다양한 분야에 적용시킬 수 있는 제조방법의 제안이 필요한 실정이다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 천연섬유질을 이용한 단열재 제조방법은,

단열재 제조방법에 있어서, 아교와 물을 1 : 2~4의 비율로 혼합하는 접착용액제조과정과; 천연섬유질을 펴서 판상으로 형성하는 섬유기재준비과정과; 준비된 섬유기재를 컨베이어밸트에 의해 이동시키면서 상하부에서 고온으로 가열된 접착용액을 분사하는 함침과정과; 접착용액이 함침된 섬유기재를 가압하여 수분을 제거하는 압착과정과; 상기 압착된 섬유기재를 고온통풍에 의해 건조하는 건조과정;을 포함하여 이루어진다.

또한 상기 제조방법에 의해 제조된 단열재는 천연섬유질을 아교에 의해 결합 시키고, 표면에 옻도막층을 형성되도록 구성된다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 천연섬유질을 이용한 단열재 및 그 제조방법은,

아교를 물과 혼합시켜 분사가능한 점성의 용액으로 제조하고 천연소재의 섬유질에 분사시켜 함침이 용이하게 이루어지도록 하는 제조방법을 통해 환경호르몬의 방출이 없는 친환경적인 건축내장재 및 인테리어판넬로 사용되는 단열재의 제공이 가능하게 되었다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 천연섬유질을 이용한 단열재 제조방법은, 도 1을 참조한 바와같이 접착용액제조과정(P1)과, 섬유기재준비과정(P2)과, 함침과정(P3)과, 압착과정(P4)과, 건조과정(P5)을 포함하여 이루어진다.

상기 접착용액제조과정(P1)은 아교와 물을 혼합하여 분사가 가능한 용액형태로 제조하는 것으로, 상기 아교를 용해제인 물에 용해시켜 분사가 이루어지도록 한다. 상기 아교와 물의 혼합은 1:2~4의 비율로 혼합하여 분사가 용이하게 이루어지게 하는 것이 바람직하다. 이와같이 제조된 접착용액은 도 3에 도시된 바와같이 저장탱크(50)에 저장시키고 분사장치(20)에 공급되도록 하여 후술되는 함침과정(P4)이 수행되도록 한다. 이때 상기 저장탱크(50)는 저장된 접착용액이 응고되는 것을 방지하기 위해 25~40℃를 유지하도록 하는 것이 바람직하고, 상기 분사장치(20)는 저장탱크로부터 접착용액을 공급받아 80 ~ 120℃로 가열하여 분사가 이루어지도록 한다. 즉, 상기 분사장치(20)는 고열로 가열하여 공급받은 접착용액 중 일부 응고된 부분을 용융시키고 용액의 수분을 기상 또는 기상으로의 상변화온도와 근접되는 온도로 분사되도록 하여 후술되는 건조시간을 단축되도록 한 것이다.

한편, 상기 접착용액제조과정(P1)에는 황토가 더 첨가되어 단열재에 광물질이 혼합구성되도록 할 수 있다. 상기 황토를 수취하는 과정으로는 상부 표피층인 황토를 60cm정도 걷어내고 순수한 황토를 채취하여 100% 건조시킨다. 이때 건조온도는 200~300℃로 가열하여 내부까지 급속한 건조가 이루어지도록 하고, 건조된 황토를 분쇄가공하여 200~500 메쉬의 미립자화 시킨다.

상기 미립자화된 황토를 이용하여 접착용액제조에 사용하는데 먼저 물과 황토를 대략 6 : 2의 비율로 혼합하여 교반시키고, 40~50℃까지 가열한 상태에서 35~40℃로 녹인 아교를 혼합하여 교반이 이루어지도록 한다. 즉, 최종적인 아교와 물과 황토의 혼합비율은 1 : 2~4 : 0.3~0.8 의 비율로 혼합된다. 여기서 상기 물의 혼합량은 더 증가시킬 수 있으나 이는 건조시 건조시간을 증대시키는 단점이 있으므로, 상기 범위내로 혼합사용되는 것이 바람직하며, 상기 황토는 접착용액의 점성을 저하시키지 않는 범위내에서 최대의 량으로 혼합사용할 수 있으나, 분사를 용이하게 이루어지도로 하기 위해서는 상기 범위로 혼합사용하는 것이 바람직하다.

다음으로 섬유기재준비과정(P2)은 천연섬유질을 일정두께를 갖도록 형성하는 단계이다. 상기 섬유기재로 사용되는 섬유질은 목화솜, 짚단과 같이 천연섬유를 사용하여 화학물질의 사용을 억제해 아토피를 예방하도록 한다. 이러한 섬유기재는 롤에 권취되어 연속적인 공급이 가능하도록 할 수 있으며, 상기 섬유기재는 사용되는 분양에 따라 두께를 조절할 수 있으나, 후술되는 접착용액의 흡습능력을 벗어나지 않는 정도로 한정하는 것이 바람직하다.

상기한 바와같은 섬유기재(60)는 도 4를 참조한 바와같이 공급롤(10)에 의해 연속적인 공급이 이루어지며, 공급과정에서 접착용액을 분사하는 함침과정(P3)이 이루어진다.

상기 함침과정(P3)은 이동되는 섬유기재의 상측 또는 상측과 하측에서 다수 의 노즐을 통해 접착용액을 분사하여 섬유기재 내부로 접착성분이 함침되도록 하는 과정이다. 이 과정에서 접착용액을 분사하는 분사장치(20)의 노즐은 진행방향으로 다수의 열로 설치하여 섬유기재 한 면에 반복적인 분사가 이루어져 함침효율이 상승되도록 할 수 있다.

이와같은 섬유기재준비과정(P2)과 함침과정(P3)은 도 4에 도시된 바와같이 하나의 라인상에서 이루어져 단층으로 진행되도록 하거나, 도 5에 도시된 바와같이 복수로 구비하여 각각 라인에서 각 공정이 수행되어 합류시킴으로써 다층의 구조를 갖도록 하는 적층과정(P6)이 더 이루어져 압착에 의해 일체로 형성하여 섬유기재의 두께를 증가시킬 수 있다.

상기 함침이 이루어진 단층 또는 복측의 섬유기재는 가압롤(30)로 압착시키는 압착과정(P4)이 수행된다. 상기 압착과정은 가압롤(30)에 의해 접착용액이 함침된 섬유기재(60)를 압착시켜 내부에 포함되어 있는 수분을 탈수시키도록 하며, 상기 가압롤(30)에 히팅수단을 구비시켜 압착과 동시에 열을 가해 탈수와 건조가 동시에 이루어지도록 할 수 있다. 이때 상기 가압롤의 가열온도는 85 ~ 95℃의 고온으로 설정하여 수분이 증발되도록 한다.

아울러 상기 과정에는 수분제거를 위해 건조과정(P5)이 더 이루어질 수 있다. 상기 건조는 압착된 압착섬유기재를 건조장치(40)에 유입시켜 35 ~ 40℃의 온 풍을 가하여 잔여수분을 제거하도록 한다. 상기 건조과정에서는 유입되는 압착섬유기재의 수분함유율이 낮으므로 고온으로 송풍시켜 접착성분을 액화시키기 보다는 접착성분이 상변화가 이루어지지 않는 범위 내의 온도로 송풍이 이루어지도록 한 것이 바람직하다.

상기 건조에 의해 제조된 단열재가 제조되는데 접착용액에황토를 혼합사용한 경우에는 제조된 단열재의 강도가 증가된다. 즉, 접착제로 아교만 사용시에는 단열재에 큰 탄성력을 갖는데 반하여, 황토가 혼합될 경우에는 탄성력은 감소하고 강도는 증가된다. 또한, 단열재의 단위면적당 유기물질인 아교의 비중이 줄어들고, 저렴한 무기물인 황토의 비중이 증가됨에 따라 제조비용을 축소시킴은 물론 방염효과를 극대화시킬 수 있다. 또한, 황토에서 발산되는 원적외선의 효과도 수득할 수 있으므로, 건축단열재로의 사용이 적합하다.

다음으로 상기 건조된 단열재의 표면에는 도포과정(P7)이 더 이루어질 수 있다. 상기 도포과정은 옻성분의 도료를 도포하는 과정으로 이때 도포되는 옻은 옻진과 물을 1 : 1~2의 비율로 혼합한 옻도료를 이용하여 도포가 이루어지도록 한다.

여기서 상기 옻진은 내부의 불순물을 제거하기 위해 정제한 후 혼합사용되도록 하는 것이 바람직하다. 특히 옻진에 포함된 미세한 분말형태의 함질소물질을 제거하여 도포시 표면을 균일하게 하여 외장재로 사용시 외관을 수려하게 하기 위함이다.

상기 정제과정은 먼저 수취한 생옻진을 100℃에서 약 2시간정도 가열한다. 상기 가열에 의해 옻진에 포함되어 있는 수분기와 휘발성물질을 제거하여 옻의 점도를 일정하게 유지시키기 위한 것이며, 내부에 포함된 알갱이 형태의 불순물은 원심분리기를 이용하여 분리제거하거나, 여과지에 솜과 옻진을 넣어서 짜내어 분리가 이루어지도록 할 수 있다.

이 때 상기 옻진은 유사한 천연접착성물질인 송진과 혼합사용할 수 있다. 상기 송진과 혼합사용시에는 옻진과 송진의 혼합비율은 1:1~3의 비율로 혼합하고, 바람직하게는 1:2의 비율로 혼합하는 것이다. 상기 옻진의 혼합비율이 높으면 재료비가 상승되고, 혼합비율이 낮으면 옻의 유용한 효과를 얻기 어려움으로 상기비율로 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 제조방법에 의해 제조된 단열재(70)는 단층구조인 도 6과 다층구조인 도 7을 참조한 바와같이 천연섬유질(71)을 기재로 하고, 섬유질의 접착성분(72)으로는 아교가 사용되기 때문에 환경호르몬을 배출하지 않는 친환경적 재질이므로, 다층구조로 제조하여 고급아파트, 유아시설등의 단열재 또는 충격완화 패드로 사용될 수 있다.

또한, 도포된 옻진은 옻진에 포함되어 있는 산화효소가 공기중의 산소와 반응하여 우루시울의 결합을 유도하여 도막을 형성한다. 상기 도막은 산과 알카리 또는 고열에 강함으로 방염재로써 사용이 가능하고 건축내장재 또는 가구에 적용시 화재의 진행속도를 지연시킬 수 있다.

따라서, 도포층(73)이 형성되지 않은 단열재는 두께에 따라 건축물 중간벽 체 또는 냉방기기 내의 단열재로 사용할 수 있고, 도포층이 형성된 단열판넬은 주방가구 등 인테리어 가구로 적용가능하는 등 다양한 제품으로의 적용이 가능하다.

한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 단열재 제조방법을 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단열재 제조방법을 도시하 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 분사장치를 도시한 구성도.

도 4와 도 5는 본 발명의 제조과정을 도시한 구성도.

도 6과 도 7은 본 발명에 의해 제조된 단열재를 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 공급롤 20 : 분사장치

30 : 가압롤 40 : 건조장치

50 : 저장탱크 60 : 섬유기재

70 : 단열재 71 : 섬유질

72 : 접착성분 73 : 도포층

P1 : 정제과정 P2 : 접착용액제조과정

P3 : 섬유기재준비과정 P4 : 함침과정

P5 : 압착과정 P6 : 건조과정

P7 : 적층과정

Claims

단열재 제조방법에 있어서,

아교와 물을 1 : 2~4의 비율로 혼합하는 접착용액제조과정(P1)과;

천연섬유질을 펴서 판상으로 형성하는 섬유기재준비과정(P2)과;

준비된 섬유기재를 컨베이어밸트에 의해 이동시키면서 상하부에서 고온으로 가열된 접착용액을 분사하는 함침과정(P3)과;

접착용액이 함침된 섬유기재를 가압하여 수분을 제거하는 압착과정(P4)과;

상기 압착된 섬유기재를 고온통풍에 의해 건조하는 건조과정(P5);을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 천연섬유질을 이용한 단열재 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 접착용액제조과정(P1)에는 황토를 더 혼합하되, 상기 아교와 물과 황토의 비율은 1 : 2~4 : 0.3~0.8의 비율로 혼합사용되는 것을 특징으로 하는 천연섬유질을 이용한 단열재 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 함침과정 다음으로는 개별적으로 진행되면서 함침된 다수의 섬유기재를 다층으로 적층하는 적층과정(P6)이 더 이루어짐을 특징으로 하는 천연섬유질을 이용한 단열재 제조방법.
제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 건조된 단열재의 양면에는 옻진과 물을 1 : 1 ~ 2로 혼합한 도료성분으로 칠을 하는 도포과정(P7)이 더 포함됨을 특징으로 하는 천연섬유질을 이용한 단열재 제조방법.
아교와 물을 혼합한 접착용액제조과정과, 천연섬유질인 섬유기재 준비과정과, 섬유기재에 접착용액을 함침시키는 과정과, 수분을 제거하는 압착과정과, 고온통풍에 의해 건조과정과 옻도료를 도포하는 도포과정에 의해 제조된 천연섬유질을 아교에 의해 응고 결합되고, 표면에 옻도막층이 형성된 천연섬유질을 이용한 단열재.