KR20090120922A - Panel with formaldehyde adsorption, water adsorption and desorption functions and preparation thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 건축 내장재로 사용하기에 적합한 무기질 패널, 특히 조습기능과 휘발성 유기화합물의 흡착 및 분해 기능 등을 두루 갖춘 다기능성 무기질 패널 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an inorganic panel suitable for use as a building interior material, in particular a multifunctional inorganic panel having a humidity control function and the adsorption and decomposition function of volatile organic compounds, and a method of manufacturing the same.
대부분의 현대인은 하루 시간의 80~90% 이상을 실내에서 생활하고 있으며, 이에 따라 실내 환경(휘발성 유기화합물(T-VOC) 및 실내 온습도 등)의 중요성이 크게 대두되고 있다. 특히 유기 내장재의 경우, 화재 취약성 및 휘발성 유기화합물의 발생 정도가 더욱 심해져 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있다.Most modern people spend more than 80 ~ 90% of their time indoors, and the importance of indoor environment (volatile organic compounds (T-VOC) and indoor temperature and humidity) is increasing. Particularly in the case of organic interior materials, the fire fragility and the generation of volatile organic compounds may be more severe and may have a harmful effect on the human body.
따라서 본 발명은 상기의 여러 문제점들을 해결하기 위하여 조습기능과 휘발성 유기화합물의 흡착 및 분해 기능 등을 두루 갖춘 다기능성 무기질 패널을 제공하는 것을 과제로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a multifunctional inorganic panel having a humidity control function and a adsorption and decomposition function of a volatile organic compound.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면 소석회, 백시멘트 및 규석과 다공성 원료를 함유하는 원료 혼합물을 수열합성한 것을 특징으로 하는 포름알데히드 흡착과 수분 흡방습이 가능한 수열합성 건축 내장용 패널이 제공된다.According to the present invention for solving the above problems is a hydrothermal composite building interior panel capable of adsorption of moisture and moisture absorption, characterized in that the hydrothermal synthesis of the raw material mixture containing slaked lime, white cement and silica and porous raw materials do.
본 발명의 패널은 포름알데히드 흡착과 수분 흡방습이 가능하여 건축내장재로 사용하는 경우 쾌적한 주거 환경을 제공하는 매우 유용한 효과가 있다.The panel of the present invention has a very useful effect of providing a comfortable living environment when used as a building interior material to formaldehyde adsorption and moisture absorption and moisture absorption.
본 발명의 기능성 패널 제조를 위해 사용된 원료는 소석회, 백시멘트, 규석 등이며, 이들 원료에 대한 화학분석 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에서와 같이 소석회[Ca(OH)2]는 주성분인 CaO가 69.50%, 강열감량(LOI: Loss on Ignition)이 26.90% 이다. LOI는 수산화칼슘 중의 H2O로부터 기인하며, 이는 Ca(OH)2가 약 400~500℃에서 CaO와 H2O로 분해되기 때문이다. 규석은 SiO2 함량이 93.80%이며, Al2O3 함량은 3.08%이다. 백시멘트는 주성분인 CaO 함량이 68.42%, SiO2 함량이 22.80%, Al2O3 함량이 6.16%이다. Raw materials used for manufacturing the functional panel of the present invention are hydrated lime, white cement, silica, and the like, and the chemical analysis of these raw materials is shown in Table 1. As shown in Table 1, the slaked lime [Ca (OH) 2 ] has a main component of CaO of 69.50% and a loss on ignition (LOI) of 26.90%. LOI originates from H 2 O in calcium hydroxide because Ca (OH) 2 decomposes into CaO and H 2 O at about 400-500 ° C. The silica is 93.80% SiO 2 and 3.08% Al 2 O 3 . The white cement has a CaO content of 68.42%, a SiO 2 content of 22.80%, and an Al 2 O 3 content of 6.16%.
본 발명의 기능성 패널에는 다공성 원료로서 규조토, 벤토나이트 및 제올라이트 등이 사용된다. 규조토는 철원지역의 제4기 규조토와 중국산 규조토를, 벤토나이트는 화순 및 포항 지역, 제올라이트는 경주 및 포항 지역산을 입수·분석하였으며 이 결과를 표 2에 나타내었다. 규조토의 주성분인 SiO2 함량은 66.60~91.15%이었으며, 강열감량은 0.22~9.53%로 넓게 분포하고 있었다. 벤토나이트의 SiO2 함량은 75.0%(H) 및 60.6%(P)이었으며, Al2O3 함량은 14.8%(H) 및 16.3%(P)이었다. In the functional panel of the present invention, diatomaceous earth, bentonite, zeolite and the like are used as porous raw materials. Diatomaceous earth was obtained from the 4th diatomaceous earth and the diatomaceous earth from China, bentonite from Hwasun and Pohang areas, and zeolite from Gyeongju and Pohang areas. The results are shown in Table 2. The content of SiO 2 , the main component of diatomaceous earth, was 66.60 ~ 91.15%, and the ignition loss was widely distributed (0.22 ~ 9.53%). The SiO 2 content of bentonite was 75.0% (H) and 60.6% (P), and the Al 2 O 3 content was 14.8% (H) and 16.3% (P).
본 발명에서는 1차적으로 규석, 소석회와 백시멘트 만을 사용하여, CaO/SiO2 비를 0.5, 0.7, 0.9 및 1.1로 변화시켰으며, 이때 각 원료의 배합비는 표 3과 같이 설계하였다(ref.). 배합이 완료된 혼합원료는 10%(혼합수/혼합원료)의 혼합수와 혼합하였으며, 이후 가압 성형하였다. 가압은 100kgf/㎠의 힘으로 1분 동안 가압한 후 탈형하여 수열합성 하였다. 수열합성은 180에서 7시간 동안 유지하였으며, 이후 패널의 특성을 분석하였다. In the present invention, the CaO / SiO 2 ratio was changed to 0.5, 0.7, 0.9, and 1.1 using only silica, slaked lime and white cement primarily, and the mixing ratio of each raw material was designed as shown in Table 3 (ref.) . The blended raw material was mixed with 10% (mixed water / mixed raw material) of mixed water, and then press-molded. Pressurization was performed for 1 minute by the force of 100kgf / ㎠ and demolded by hydrothermal synthesis. Hydrothermal synthesis was maintained at 180 to 7 hours, and then panel characteristics were analyzed.
수열합성으로 제조된 20×20cm 패널의 흡방습을 측정계산하기 위해 JIS A 1470-2002 (조습건재의 흡방습성 시험방법-제1부 습도응답법-습도변화에 의한 흡방습 시험방법)를 준용하여 실험하였다. 제조된 패널은 수분의 흡방습 시험면을 제외하고는 모두 알루미늄 테이프를 사용밀봉하여, 시험면 이외에서 수분의 흡방출이 일어나지 않도록 철저히 밀봉하였다. 또한 측정값이 얻어진 후 수분의 흡방습량을 1㎡으로 환산하기 위해 25(0.2m×0.2m ×25=1㎡)를 곱해 주었다. In order to measure and calculate the moisture absorption and moisture absorption of 20 × 20 cm panels manufactured by hydrothermal synthesis, JIS A 1470-2002 (Test of moisture absorption and moisture absorption of moisture-absorbing materials-
도 1은 C/S 비를 변화시킨 패널의 수분 흡습 및 방습량을 나타낸 것이다. 수분의 흡습량은 약 80g/㎡ 수준이었으며, 방습량은 약 40g/㎡ 수준이었다. 또한 C/S 비가 0.7인 경우, 가장 높은 흡습 특성을 보여 주었으나, 흡습량의 차이는 약 10g/㎡ 수준으로 그 차이가 크게 발생하지 않았다. 특히 C/S 비가 0.5인 경우, 가장 낮은 흡습량을 나타내었으며, 0.7 이상에서는 거의 유사한 특성을 발현하였다. C/S 비의 변화에 따라 도출된 흡습량은 80g/㎡와 유사하나, 방습량은 60g/㎡ 수준을 하회하는 수준이었다. 즉 수열합성법(ALC 제조법)에 따라 CaO 소스(source)인 소석회, 시멘트와 SiO2 source인 규석만을 사용하고, C/S 비를 변화시키는 것만으로는 방습 특성이 발현되기 어려움을 확인할 수 있었다. Figure 1 shows the moisture absorption and moisture absorption of the panel with the C / S ratio is changed. The moisture absorption amount was about 80 g / m 2, and the moisture absorption amount was about 40 g / m 2. In addition, when the C / S ratio is 0.7, the highest moisture absorption characteristics, but the difference in the amount of moisture absorption is about 10g / ㎡ level, the difference did not occur significantly. In particular, when the C / S ratio was 0.5, the lowest moisture absorption was observed, and at 0.7 or more, almost similar characteristics were expressed. The moisture absorption amount derived from the change in the C / S ratio was similar to that of 80 g / m 2, but the moisture absorption amount was less than the level of 60 g / m 2. In other words, according to the hydrothermal synthesis method (ALC manufacturing method) using only CaO source (calcite) lime, cement and SiO 2 source silica, it was confirmed that the moisture-proof property is difficult to express only by changing the C / S ratio.
따라서, 수분의 흡습과 방습이 용이한 다공성 원료를 표 2의 조건으로 도입하였다. Therefore, a porous raw material that is easy to absorb moisture and moisture is introduced under the conditions of Table 2.
다공성 원료(규조토, 벤토나이트, 제올라이트 등)를 사용한 패널의 수분 흡방습 특성을 도 2에 나타내었다. 도 2에서와 같이 다공성 원료의 사용에 따라 수분의 흡방습성이 크게 향상됨을 확인할 수 있었으며, 특히 포항 제올라이트 및 철원 규조토 등의 흡습 및 방습 특성이 우수하였다. 포항 제올라이트 10% 패널의 흡습량은 약 180g/㎡ 수준이었으며, 철원 규조토 (P) 10% 패널의 흡습량은 약 170g/㎡ 이었다. 또한 포항 제올라이트의 방습량은 약 105g/㎡로, 목표치 60g/㎡를 크게 상회하는 수준이었다. 대부분의 패널에서 다공성 원료를 10% 첨가한 경우, 우수한 흡습 및 방습 특성을 발현하였다. The moisture absorption and desorption characteristics of the panel using porous raw materials (diatomaceous earth, bentonite, zeolite, etc.) are shown in FIG. 2. As shown in Figure 2 it can be seen that the moisture absorption and moisture absorption is greatly improved according to the use of the porous raw material, in particular, the moisture absorption and moisture-proof properties such as pohang zeolite and iron source diatomaceous earth. The moisture absorption of the
표 5 및 6은 다공성 원료의 종류 및 함량별 패널의 비표면적과 기공 부피를 나타낸 것이다. 포항 제올라이트 10% 패널에서 비표면적 30㎡/g, 기공 부피 0.14㎤/g이었으며, 제올라이트의 함량 증가에 따라 비표면적 및 기공 부피가 감소하였다. 철원 규조토(P)는 10% 첨가량 조건에서 비표면적 29㎡/g, 기공 부피 0.11㎤/g이었으나, 30%에서는 이보다 감소하였다. 포항 벤토나이트는 첨가량 조건에 따라 큰 차이가 도출되지 않았으나, 비표면적이 미미하게 감소하였다. 즉 다공성 원료의 첨가량 증가에 따라 비표면적과 기공 부피가 감소하는 일반적 특징을 나타내었으며, 이러한 비표면적과 기공 부피 감소는 최종적으로 수분의 흡습 및 방습 능력을 낮출 것으로 판단되었다. Tables 5 and 6 show the specific surface area and pore volume of the panel by type and content of porous raw materials. In the
패널의 포름알데히드 흡착 특성을 평가하기 위해 40ppm의 포름알데히드 가스를 사용하였다. C/S 비에 따른 패널의 포름알데히드 흡착 특성은 C/S 비가 0.7인 경우, 90% 이상의 흡착 성능을 발현하였다. 그러나 이외의 C/S 비에서는 90%를 하회하는 수준을 나타내었다. 40 ppm of formaldehyde gas was used to evaluate the formaldehyde adsorption characteristics of the panel. The formaldehyde adsorption characteristics of the panel according to the C / S ratio showed more than 90% of the adsorption performance when the C / S ratio was 0.7. However, the other C / S ratio was below 90%.
다공성 원료의 사용에 따라 포름알데히드의 흡착능력은 향상되었으며, 특히 포름알데히드 흡착속도 또한 빨라지는 특성을 나타내었다. 또한 포항 제올라이트, 철원 규조토 및 포항 벤토나이트 등에서 우수한 흡착 특성을 발현하였다. 이러한 특성은 수분의 흡착 특성과도 유사한 결과치이며, 이는 패널의 기공 특성과도 연관된 것으로 추측되어졌다. 즉 나노 기공의 함량이 증가할수록 포름알데히드 흡착 성능이 향상되는 것으로 판단되었다. Adsorption capacity of formaldehyde was improved with the use of porous raw materials, and in particular, the rate of formaldehyde adsorption was also increased. In addition, it exhibited excellent adsorption characteristics in Pohang zeolite, iron source diatomaceous earth, and Pohang bentonite. This characteristic is similar to the adsorption characteristic of water, which is assumed to be related to the pore characteristics of the panel. That is, it was determined that the adsorption of formaldehyde increased as the content of nanopores increased.
다공성 원료 10%를 첨가한 패널의 미세구조를 도 5의 사진에 나타내었다. 도 5에서와 같이 다공성 원료의 첨가에 따라 패널의 미세구조는 판상의 토베모라이트 결정과 lath 또는 fiber 형태의 결정 및 C-S-H gel이 공존·성장했음을 확인할 수 있었다. 특히 판상의 결정과 lath(또는 fiber)형의 결정은 철원 규조토, 포항 벤토나이트 등에서 관찰이 용이하였으며, 중국 규조토는 판상의 토베모라이트 결정이 주로 관찰되었다. 포항 제올라이트는 판상의 토베모라이트 뿐만 아니라 lath(또는 fiber)형의 결정도 관찰되었다.The microstructure of the panel to which 10% of the porous raw material is added is shown in the photograph of FIG. 5. As shown in FIG. 5, the microstructure of the panel according to the addition of the porous raw material was found to coexist and grow in plate-shaped tobemorite crystals, lath or fiber-shaped crystals, and C-S-H gel. In particular, plate-like crystals and lath (or fiber) crystals were easily observed in iron source diatomaceous earth and Pohang bentonite, and in Chinese diatomaceous earth, plate-shaped tobemorite crystals were mainly observed. Pohang zeolite was observed not only lamellar tobemorite but also lath (or fiber) crystals.
C/S 비와 다공성 원료의 종류 및 함량에 따른 휨강도 특성을 도 6에 나타내었다. 도 5의 a에서와 같이 C/S 비의 증가에 따라 휨강도 값은 약간씩 상승하였으며, 마이크로미터 크기의 기공 측정을 위한 Porosimeter 기공율 측정 결과는 도 7에 나타내었다. 이는 패널 내부의 마이크로 기공이 C/S 비가 0.5에서 1.1로 증가함에 따라 점차 작아지는 경향을 나타내었기 때문이다. 즉 패널의 C/S 비 증가에 따라 마이크로 기공 감소 및 이에 따른 강도 증진이 이루어졌을 것으로 추측되었다. The flexural strength characteristics according to the C / S ratio and the type and content of the porous raw material are shown in FIG. 6. As shown in FIG. 5A, the flexural strength value slightly increased as the C / S ratio was increased, and the porosimeter porosity measurement results for measuring the pore size of the micrometer are shown in FIG. 7. This is because the micropores inside the panel tended to decrease gradually as the C / S ratio increased from 0.5 to 1.1. In other words, as the C / S ratio of the panel increased, it was estimated that the micropores were reduced and thus the strength was increased.
다공성 원료 사용시 (도 5b)) 패널의 휨강도는 다공성 원료의 종류에 상관없이 대부분 다공성 원료가 20% 첨가되었을 경우, 가장 우수한 휨강도 특성을 나타내었다. 특히 흡방습 특성이 우수한 10% 첨가 조건에서는 포항 제올라이트가 62kgf/㎠의 우수한 휨강도 특성을 나타내었으며, 이는 마이크로 기공의 감소에 따른 효과로 추측되어진다. 또한 규조토 10% 첨가시와 벤토나이트 10% 첨가시에는 기공의 크기가 유사한 경향을 나타내었으며, 이러한 기공특성으로 인하여 휨강도 특성 (포항 벤토나이트 10%-51kgf/㎠, 철원 규조토(P)-49kgf/㎠)도 유사한 것으로 추정되어진다. Wasser 등은 소재의 강도가 단순히 기공율 만으로 결정되지는 않으며, 기공의 크기 및 형태, 고체의 광물학적 조성 및 결정상, 내부의 구조적 결함 등, 다양한 변수들이 영향을 미친다고 보고하였다. 압축강도는 C/S비 0.7 조건에서 120kgf/㎠이었으며, 포항 제올라이트 10%에서 183kgf/㎠ 이었다.When using a porous raw material (FIG. 5b)), the bending strength of the panel showed the best bending strength characteristics when 20% of the porous raw materials were mostly added regardless of the type of the porous raw material. In particular, Pohang zeolite exhibited an excellent flexural strength of 62 kgf / cm2 under the 10% addition condition with excellent moisture absorption and moisture absorption properties. Also, when the diatomite was added 10% and the bentonite was added 10%, the pore size showed similar tendency, and the flexural strength characteristics (Pohang bentonite 10% -51kgf / ㎠, Cheorwon diatomaceous earth (P) -49kgf / ㎠) It is assumed to be similar. Wasser et al. Reported that the strength of a material is not determined solely by porosity, but that various variables affect the size and shape of the pores, the mineral composition and crystal phase of solids, and structural defects inside. The compressive strength was 120kgf / cm2 at 0.7 C / S ratio and 183kgf / cm2 at 10% Pohang zeolite.
상기한 실험결과를 정리하면 다음과 같다, The above experimental results are summarized as follows.
1) 패널의 흡방습 특성은 C/S 비 0.7 조건에서 흡습량 약 80g/㎡ 수준이었으며, 방습량은 약 40g/㎡ 수준이었다. 그러나 다공성 원료의 혼합에 따라 수분의 흡방습 특성은 크게 개선되어, 포항 제올라이트 10% 패널의 경우에는 흡습량 180g/㎡, 방습량 105g/㎡ 수준이었다. 또한 패널의 비표면적 및 기공 부피와 수분 흡습량과의 상관성은 약 0.52 수준으로 도출되어, 비표면적 및 기공 부피와 수분 흡습량에는 일정 부분 상관성이 있음을 확인하였다. 또한 다공성 원료의 종류(특히 화순 벤토나이트와 포항 제올라이트 등)에 따라 패널의 수분 흡습량은 차이가 있었으며, 이는 다공성 원료의 영향으로 추측되었다.1) The moisture absorption and desorption characteristics of the panel were about 80 g / m 2, and the amount of moisture was about 40 g / m 2 under the C / S ratio of 0.7. However, the moisture absorption and desorption characteristics of the moisture were greatly improved according to the mixing of the porous raw materials. In the case of the 10% panel of Pohang zeolite, the moisture absorption amount was 180g / m 2 and the moisture absorption amount was 105g / m 2. In addition, the correlation between the specific surface area and pore volume of the panel and the moisture absorption amount was found to be about 0.52, and it was confirmed that there was some correlation between the specific surface area and the pore volume and the moisture absorption amount. In addition, the moisture absorption of the panel was different according to the type of porous raw material (especially Hwasun bentonite and Pohang zeolite), which was assumed to be due to the influence of the porous raw material.
2) 패널의 포름알데히드 흡착 특성은 기공 및 비표면적에 따른 수분의 흡착 특성과 유사한 경향을 나타내었으며, 특히 포항 제올라이트 패널의 경우에는 포름알데히드의 흡착 속도 또한 빠름을 확인하였다.2) Formaldehyde adsorption characteristics of the panel showed similar tendency to the adsorption characteristics of moisture depending on the pore and specific surface area, and in particular, the adsorption rate of formaldehyde was also fast in the case of Pohang zeolite panel.
도 1은 C/S 비를 변화시킨 패널의 수분 흡습 및 방습 특성을 나타낸 그래프,1 is a graph showing the moisture absorption and moisture absorption characteristics of the panel with the C / S ratio changed,
도 2는 다공성 원료를 사용한 패널의 수분 흡방습 특성을 나타낸 그래프 (a는 철원 규조토(G), b는 철원 규조토 (P), c는 중국 규조토 (W), d는 중국 규조토 (P), e는 포항 벤토나이트, f는 화순 벤토나이트, g는 경주 제올라이트, f는 포항 제올라이트)2 is a graph showing moisture absorption and moisture absorption characteristics of a panel using a porous raw material (a is iron source diatomaceous earth (G), b is iron source diatomaceous earth (P), c is Chinese diatomaceous earth (W), d is Chinese diatomaceous earth (P), e Is Pohang bentonite, f is Hwasun bentonite, g is racing zeolite, f is Pohang zeolite)
도 3은 도 1은 C/S 비를 변화시킨 패널의 포름알데히드 흡착특성을 나타낸 그래프, 3 is a graph showing formaldehyde adsorption characteristics of a panel having a C / S ratio varied;
도 4는 다공성 원료를 사용한 패널의 포름알데히드 흡착특성을 나타낸 그래프(a는 철원 규조토(G), b는 철원 규조토 (P), c는 중국 규조토 (W), d는 중국 규조토 (P), e는 포항 벤토나이트, f는 화순 벤토나이트, g는 경주 제올라이트, f는 포항 제올라이트), 4 is a graph showing formaldehyde adsorption characteristics of a panel using a porous raw material (a is iron source diatomaceous earth (G), b is iron source diatomaceous earth (P), c is Chinese diatomaceous earth (W), d is Chinese diatomaceous earth (P), e Is Pohang bentonite, f is Hwasun bentonite, g is racing zeolite, f is Pohang zeolite),
도 5는 다공성 원료의 종류 및 함량에 따른 패널의 미세구조를 보여주는 전자현미경 사진(a는 철원 규조토 10%, b는 철원 규조토 20%, c는 중국 규조토 10%, d는 중국 규조토 20%, e는 포항 벤토나이트 10%, f는 포항 벤토나이트 20%, g는 포항 제올라이트 10%, h는 포항 제올라이트 10%),Figure 5 is an electron micrograph showing the microstructure of the panel according to the type and content of the porous raw material (a is iron source
도 6은 다공성 원료의 종류 및 함량과 C/S 비 변화에 따른 패널의 열전도특성을 나타낸 그래프로서 a는 C/S 비 변화에 따른 그래프이고 b는 다공성 원료의 종류 및 함량에 따른 그래프,6 is a graph showing the thermal conductivity of the panel according to the type and content of the porous raw material and the change in the C / S ratio, a is a graph according to the change in the C / S ratio and b is a graph according to the type and content of the porous raw material,
도 7은 다공성 원료의 종류 및 함량과 C/S 비 변화에 따른 패널의 기공특성 을 나타낸 그래프로서 a는 C/S 비 변화에 따른 그래프이고 b는 다공성 원료의 종류 및 함량에 따른 그래프.7 is a graph showing the pore characteristics of the panel according to the type and content of the porous raw material and the change in the C / S ratio, a is a graph according to the change in the C / S ratio and b is a graph according to the type and content of the porous raw material.
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