KR20090092443A - 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 제조방법 - Google Patents
플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 및 그 제조하는 방법에 관한 것으로, 산업폐기물로 배출되는 플라이 애쉬를 펄라이트와 바인더를 혼합하여 발포하고 소성함으로써, 흡음성과 단열성 및 무기성 원료에 의한 불연성과 내열성을 가지는 양질의 건축용 자재 등 다양한 산업분야에서 활용할 수 있는 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 플라이 애쉬 30~60중량％, 펄라이트 20~50중량％, 바인더 10~20중량％를 혼합하는 단계; 일정 형상으로 성형하는 단계; 건조로에서 발포 및 건조시키는 단계; 800~1,000℃의 소성로에서 소성시키는 단계; 서냉룸에서 서냉시키는 단계;를 포함하여 구성된 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 제조 방법과; 이에 의해 제조된 불연단열재가 제공된다.
Description
본 발명은 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 및 그 제조하는 방법에 관한 것으로, 산업폐기물로 배출되는 플라이 애쉬를 펄라이트와 바인더를 혼합하여 발포하고 소성함으로써, 흡음성과 단열성 및 무기성 원료에 의한 불연성과 내열성을 가지는 양질의 건축용 자재 등 다양한 산업분야에서 활용할 수 있는 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
플라이 애쉬(석탄회)는 석탄의 연소에 의해 발생되는 폐기물이다. 석탄을 연료로 하는 발전소의 경우 예외없이 미분탄 연소방식을 채택하고 있고, 미분탄 연료로는 연료인 석탄을 74㎛ 이하가 되도록 미세하게 분쇄하고 이를 공기와 함께 연소로 내에 분사하여 연소시킨다.
따라서 보일러에서는 미분탄이 연소된 후 배기가스와 함께 배출되어 집진기에 하부에 포집된다. 포집되는 물질은 고상 또는 입자가 큰 바텀 애쉬(bottum ash)와, 65％ 이상이 10㎛ 이하의 미분 상태인 플라이 애쉬(fly ash)이다. 바텀 애쉬를 플라이 애쉬와 같은 입도로 분쇄하여 회처리장으로 이송 후 매립되는 것이 일반적이다.
이와 같은 플라이 애쉬는 점차 그 발생량이 증대되는 추세이고, 매립장의 확보는 어려워지는 추세이 있다. 따라서 플라이 애쉬의 재활용이 절실이 요구되는데도 불구하고 전체 발생량의 50％를 소화하지 못하고 있다.
플라이 애쉬의 재활용 기술을 살펴보면, 한국 특허등록 제0768039호(2007.10.11)에 의해 바닥재로 활용되는 것이 개시되어 있다. 즉, 플라이 애쉬와, 숯을 혼합한 혼합물을 메틸메타크릴레이트와 혼합하여 150~200℃의 고온에서 시트형으로 압출 성형한 바닥재가 개시되어 있다. 이와 같이 성형된 바닥재는 플라이 애쉬 및 숯의 중량이 가벼워서 바닥재의 취급이 용이하고 특히 플라이 애쉬는 산화규소와 산화알루미늄과 같은 다공질이면서 경량성이어서 바닥재 전체의 중량을 가볍게 함은 물론이고 다공질에 의한 통풍효과에 의하여 습기 참을 예방하면서 다수개의 기공내로 열을 흡수하여 보관유지하게 되므로 탁월한 보온효과를 주게되며, 숯 역시 다공질이어서 통풍성과 보온성이 탁월하여 플라이 애쉬와 함께 바닥재를 제조했을 경우 다른 소재에 의한 바닥재보다 훨씬 우수한 보온효과를 갖게 되는 특징이 있다.
그리고 한국 특허공개 제10-2007-0104188호(2007.10.25)에 의해 플라이 애쉬를 포함하는 악취제거용 경량골재 조성물 및 이의 제조방법이 개시되어 있다. 이는 플라이 애쉬와, 시멘트와, 물과, 기포제로 이루어진 조성물이다.
이와 같이 플라이 애쉬는 다양한 방법과 조성물로 재활용되고 있으나, 그 횔용도가 아직 미미한 실정이다.
상기에서 살펴본 바와 같이 증대되는 플라이 애쉬를 적극적으로 활용하기 위한 방안이 절실하다. 이를 위해 본 발명은 수요가 많은 건축자재로 활용할 수 있도록 함으로써 매립 등으로 폐기되어 환경오염의 문제점을 야기하는 플라이 애쉬를 보다 효율적으로 재활용함에 목적이 있다. 따라서 본 발명은 플라이 애쉬와 펄라이트 및 바인더를 혼합하여 이를 발포 성형하여 불연단열재의 건축자재료로 활용하는 방법과 이에 의해 제조된 불연단열재를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 플라이 애쉬와 펄라이트 및 바이더를 일정 중량비로 혼합하고, 건조로에서 바인더를 발포시킴과 동시에 순간 건조시키며, 소성로에서 소성시킨 후 서냉로에서 서냉시킴으로써 경량, 불연 및 단열의 효과가 있는 건축용 자재를 제조하게 된다.
이와 같이 플라이 애쉬를 사용하여 불연단열재로 재활용함으로써, 대량으로 발생되는 플라이 애쉬의 매립 등으로 발생되는 환경오염 문제 등을 해소할 수 있게 된다. 그리고 미세 공극이 많고 매우 경량인 펄라이트를 이용하고, 바인더로 결합 및 발포됨으로써 매우 강한 강도와 경량화를 가짐과 동시에, 재료 자체의 미세 기공과 바인더 자체의 발포에 의해 형성된 미세 기공에 의해 단열성, 방음성, 제습 및 가습의 효과가 뛰어난 건축용 자재로 활용될 수 있게 된다.
본 발명의 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재는 플라이 애쉬 30~60중량％, 펄라이트 20~50중량％, 바인더 10~20중량％가 혼합되어, 발포 및 소성되어 일정 형상을 가짐을 특징으로 한다.
이와 같은 불연단열재는 플라이 애쉬를 이용함으로써 산업폐기물의 재활용하는 의미가 있다. 플라이 애쉬는 발전소 등의 보일러에 의해 배출되는 바텀 애쉬와 플라이 애쉬를 모두 지칭하는 것으로, 바텀 애쉬의 경우 플라이 애쉬와 같은 입도로 분쇄한 것을 의미한다.
그리고 펄라이트는 점성의 화산용암(흑요석, 진주암, 승지암 등)이 지표의 호수로 흘러들어 급냉된 것이다. 그러나 일반적으로는 상기 펄라이트를 870℃ 이상으로 가열하여 본래 부피의 4~20배까지 팽창시킨 것을 펄라이트라 하고, 본 발명에서도 이와 같이 팽창된 것을 펄라이트라 칭하기로 한다.
따라서 원석에 포함된 수분함량에 의해 팽창된 펄라이트는 미세 기공이 형성되어 단열, 보온, 흡음 등의 목적으로 경량골재, 단열재로 이용되고, 충진재, 몰탈, 플라스터 골재로 사용된다.
이와 같은 펄라이트는 본 발명에서는 플라이 애쉬와 바인더와 함께 사용되어 그 효과가 더욱더 향상된다. 즉 플라이 애쉬의 경량성과, 바인더의 결합력 및 발포에 의한 경량화가 건축자재로서의 경량화를 촉진하고 더구나 무기 원료들에 의해 불연, 내열, 단열 등의 효과를 가져 오게 된다. 즉, 펄라이트는 무게가 가볍고, 낮은 열전도율에 의해 단열성이 뛰어나며, 화학적으로 중성이고, 불연성 무기질로 이루어져 화재시에도 독성이 발생하지 않으며, 극저온과 극고온에서도 사용이 가능하다.
그리고 바인더는 무기 조성물로서, 강력한 접착제의 역할과 발포제의 역할을 하는 것으로, 탄산칼륨 10~30중량％, 물 20~40중량％, 물유리 40~60중량％가 혼합된 것이다.
상기와 같은 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재는 경량골재, 흡음단열재, 천정보드 등의 건축용으로 사용되고, 보온과 보냉을 위한 단열재, 필터, 흡유제 등의 산업용으로 사용된다.
이와 같은 불연단열재는 아래와 같은 단계로 제조된다.
먼저, 재료를 혼합하는 제1단계로서, 플라이 애쉬 30~60중량％, 펄라이트 20~50중량％, 바인더 10~20중량％를 혼합하는 단계이다. 물론 플라이 애쉬는 바텀 애쉬가 분쇄된 것이 포함된 것일 수도 있다.
여기서 사용되는 바인더는 무기접착제 및 발포제로서, 탄산칼륨 10~30중량％, 물 20~40중량％, 물유리 40~60중량％를 혼합하여 사용한다. 물유리에 포함된 물의 함량은 물유리 전체 중량에 대하여 10~30중량％를 가진다. 따라서 본 발명에서 물유리라 함은 물유리 자체가 가지는 함수량을 포함한다. 그리고 바인더의 제조시에 추가되는 물은 물유리에 포함된 물과는 별도의 것으로 한다.
상기의 바인더는 무기물이 혼합된 것으로, 다른 물질을 접착시키는 역할과, 건조 및 소성시에 미세 기공을 형성시키는 역할을 하게 된다.
혼합은 스크류 타입의 혼합기를 이용하여 연속 혼합함이 바람직하다. 그리고 플라이 애쉬는 플라이 애쉬만으로 구성되거나, 바텀 애쉬만이 분쇄되어 구성되거나, 플라이 애쉬와 바텀 애쉬가 분쇄되어 혼합된 것으로 구성될 수 있다.
제2단계는 일정한 형상으로 성형하는 단계이다. 성형은 최종 제품의 형상으로 성형할 수도 있고, 판재의 경우 넓게 하여 후속 단계에서 절단할 수도 있다. 따라서 성형 단계에서는 후속 단계의 건조와 발포에 적합한 두께나 넓이 등을 고려하면 된다.
성형기의 구조 또한 성형하고자 하는 형상에 따라 다양할 수 있는데, 판재로 성형하는 경우 상하의 롤러로 연속 성형할 수 있고, 일정한 형상을 가진 경우는 형틀에서 성형할 수도 있다.
제3단계는 건조로에서 발포 및 건조시키는 단계이다. 건조로는 마이크로웨이브를 발생시켜 바인더를 순간 발포 및 건조시키는 구조를 가진다. 즉 성형된 재료가 벨트 컨베이어에 의해 이동되면서 상부에 설치된 마그네트론에서 발생된 마이크로웨이브에 의해 건조되고, 이 때 바인더가 발포되어 미세 기공을 형성시키게 된다.
이와 같이 마이크로웨이브로 건조시킴으로써 순간 건조가 가능하고, 이 때 최대의 기포가 발생되어 단열재로써의 품질을 높일 수 있게 된다. 그리고 순간 건조에 의하여 비틀림과 크랙 등의 발생을 방지하게 된다.
건조로의 온도는 재료의 함수율에 비례하여 높아질 수 있으나 통상 150℃ 이상을 유지시키고, 시간은 성형된 재료의 형상이나 두께 등에 따라 달라지므로 특정할 수는 없다. 따라서 성형된 재료의 상태에 따라 건조로를 지나는 시간을 조절하거나 건조로의 길이를 조절하여 건조의 정도를 정확히 조절하면 된다.
그리고 건조로를 거친 제품을 일정 크기로 절단하여 다음의 소성단계를 거칠 수도 있고, 그대로 소성 단계를 거칠 수 있는데, 이는 제품의 형상 등에 따라 달라지는 것이므로 부가적인 단계이다.
제4단계는 800~1,000℃의 소성로에서 소성시키는 단계이다. 소성로는 터널 타입일 수 있고, 벨트 컨베이어 또는 롤러 타입으로 구성할 수 있다. 따라서 건조된 제품이 벨트 컨베이어나 롤러에 의해 이동되면서 소성된다. 그리고 소성 시간은 소성로에서의 체류시간으로 조절하고, 이를 위하여 이동되는 시간을 조절하면 된다. 즉, 롤러 또는 벨트의 회전속도 또는 이동속도의 조절에 의하고, 이 또한 제품의 형상이나 두께 등의 상태에 따라 소성 시간이 달라질 수 있으므로 특정할 수는 없다.
소성단계를 마치면, 연마와 표면처리를 할 수 있다. 연마는 롤러타입의 연마기를 사용하고, 소성된 제품이 판재일 경우 적합니다. 그리고 제품의 표면에 코팅액을 스프레이할 수 있는데, 이 경우는 규산나트륨 40~60중량％와, 물 40~60중량％의 비율로 혼합한 물유리를 스프레이한다. 물유리는 투명하기 때문에 제품의 원색을 살리고 표면을 깨끗하고 견고하게 하는 역할을 한다.
제5단계는 서냉룸에서 서냉시키는 단계이다. 서냉은 별도의 냉각 장치를 구비하지 않으며, 박스형의 공간이면 된다. 따라서 소성 후 소성 온도로부터 서서히 자연 냉각시킨다. 서냉 또한 건조로나 소성로와 같이 그 길이를 조절하여 서냉의 정도를 조절하게 된다.
그리고 서냉 단계에서 표면을 연마하거나, 물유리를 스프레이 하거나, 표면 연마와 물유리 스프레이를 함께 행함으로써, 연마와 코팅의 효과를 더욱 촉진할 수 있다. 이는 냉각 후보다 연마가 보다 용이하고, 물유리 코팅의 경우 별도의 건조를 거칠 필요가 없이 자체 열에 의해 건조되어 경화되는 특징을 이용한 것이다.
상기의 단계를 거쳐 제조된 불연단열재는 아래와 같은 시험에 의해 그 효과가 뛰어난 것으로 입증되었으며, 시험은 한국 건자재 시험 연구원에서 이루어졌다.
| 연번 | 시험,검사 항목 | 시험, 검사 방법 | 시험, 검사 결과 |
| 1 | 흡수율(％) | KS L 5114-'03 | 21 |
| 2 | 부피비중 | KS L 5114-'03 | 0.45 |
| 연번 | 시험,검사 항목 | 시험,검사방법 | 시험,검사 결과 | |||||
| 1 | 2 | 3 | ||||||
| 1 | 난연성(1급) | 표면시험 | 전체 두께에 걸친 용융 | KS F 2271-'06 | 없음 | 없음 | 없음 | |
| 방화상 해로운 변형 | KS F 2271-'06 | 없음 | 없음 | 없음 | ||||
| 뒷면의 균열(mm) | KS F 2271-'06 | 0.4 | 0.6 | 0.7 | ||||
| 잔염(초) | KS F 2271-'06 | 0 | 0 | 0 | ||||
| 발연계수(CA) | KS F 2271-'06 | 1 | 1 | 1 | ||||
| 온도시간면적(℃·min) | 3분 이내 | KS F 2271-'06 | 0 | 0 | 0 | |||
| 3분 이후 | KS F 2271-'06 | 0 | 0 | 0 | ||||
| 기재시험 | 온도차(℃) | KS F 2271-'06 | 0 | 0 | 0 | |||
Claims (5)
- 플라이 애쉬 30~60중량％, 펄라이트 20~50중량％, 바인더 10~20중량％가 혼합되어, 발포 및 소성됨을 특징으로 하는 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재.
- 플라이 애쉬 30~60중량％, 펄라이트 20~50중량％, 바인더 10~20중량％를 혼합하는 단계; 일정 형상으로 성형하는 단계; 건조로에서 발포 및 건조시키는 단계; 800~1,000℃의 소성로에서 소성시키는 단계; 서냉룸에서 서냉시키는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는, 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 제조 방법.
- 제 2항에 있어서, 바인더는 무기접착제 및 발포제로서, 탄산칼륨 10~30중량％, 물 20~40중량％, 물유리 40~60중량％를 혼합한 것임을 특징으로 하는, 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 제조 방법.
- 제 2항에 있어서, 건조로는 마이크로웨이브를 발생시켜 바인더를 순간 발포 및 건조시킴을 특징으로 하는, 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 제조 방법.
- 제 2항에 있어서, 서냉시키는 단계에서 표면을 연마하거나, 물유리를 분무하여 코팅하거나, 표면을 연마하고 물유리를 분무하여 코팅하는 과정이 포함됨을 특징으로 하는 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 제조 방법.
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| KR20080017687A KR100928418B1 (ko) | 2008-02-27 | 2008-02-27 | 플라이 애쉬를 이용한 불연단열재 제조방법 |
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