KR20110100989A

KR20110100989A - 닫힌셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재

Info

Publication number: KR20110100989A
Application number: KR20100020108A
Authority: KR
Inventors: 백범규; 이상윤
Original assignee: 주식회사 경동세라텍
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-15
Also published as: EP2543652A4; WO2011108856A4; ES2644227T3; JP2013522148A; WO2011108856A2; WO2011108856A3; EP2543652B1; WO2011108856A9; US9011708B2; JP5651714B2; CN102884022A; EP2543652A2; KR101142170B1; US20120326072A1

Abstract

본 발명은 닫힌 셀(Closed Cell) 형상의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재에 관한 것이다.
본 발명의 닫힌 셀(Closed Cell) 형상의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재는 퍼라이트 원광을 건조시킨 후 팽창시켜 표면은 닫힌셀(Closed Cell)형상을 갖는 입자들을 유효성분으로 포함하여 이루어진 팽창 퍼라이트 10 ~ 84 중량%와 액상바인더 15 ~ 85 중량%, 보강섬유 0.25 ~ 5 중량%로 구성된다.
본 발명에 의해 팽창 퍼라이트의 강도를 높이고, 팽창 퍼라이트 입자간의 공극과 공극률을 최소화하여 압축 성형시 압축비를 줄여 밀도를 낮추고 열전도율을 낮춤으로써 시공성을 향상하고 보온재의 두께를 얇게 하여, 자재 및 에너지 비용을 절감하고 설비 설치 공간 면적을 줄일 수 있는 보온재가 제공된다.

Description

닫힌셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재{HEAT INSULATION USING EXPANDED PERLITE OF CLOSED CELL}

본 발명은 닫힌 셀(Closed cell) 형상의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재에 관한 것으로, 특히 표면에 침상구조가 없는 중공형 닫힌 셀 형상의 팽창 퍼라이트를 사용함으로써 낮은 밀도에 의한 시공성 향상은 물론 우수한 열전도율로 보온재의 두께를 얇게 하여 자재 및 에너지 비용을 절감하고 설비 설치 공간 면적을 줄일 수 있는 보온재에 관한 것이다.

석유화학, 발전소, 제철소 등 플랜트 산업에 있어서, 그 생산 공정 및 라인은 복잡한 구조로 이루어져 있다.

특히, 고온이나 저온의 유체를 저장하거나, 이송하는 라인을 많이 사용하고 있다.

산업용 보온재는 이러한 고온이나 저온부의 플랜트 산업에 있어 에너지의 손실을 방지할 뿐만 아니라 제품의 품질과 밀접한 관계를 갖고 있어 매우 중요한 역할을 하고 있다.

특히, 에너지를 대부분 수입에 의존해 사용하고 있는 국가들은 고유가로 인한 에너지 절감과 기후변화 협약에 의한 탄소 배출 규제 등의 영향으로 산업 전반에 걸쳐 민감하게 대처하고 있다.

이러한 추세에 의해 산업 플랜트에 사용되고 있는 보온재도 여러 분야의 소재의 개발과 성능 향상을 위한 연구와 노력이 지속되었다.

산업용 보온재에 주로 사용되는 것에는 무기질의 섬유계, 분말계, 발포계 보온재가 있다.

섬유계 보온재는, 규사, 석회석, 장석, 소다회 등 유리계 광물질을 재료로 하는 유리면과 고로슬래그 및 현무암을 재료로 하는 암면, 알루미나계 섬유, 지르코니아 섬유, 탄소섬유 등의 무기질 섬유를 이용하여 제조된다.

한국등록특허공보 제10-0522568호 "유리섬유를 이용한 발수성 단열파이프 및 그 제조방법", 한국등록특허공보 제10-0760003호 "장치물 보온용 라운드형 유리섬유 보온재 및 그 제조방법"등 다수 자료에서 공지된 바와 같이, 무기질 섬유군 중 유리 장섬유를 이용하여 매트화하여, 이 매트를 여러 겹으로 다시 니들 펀칭하고, 바인더를 함침, 접착시켜 제조한다.

이러한 방법으로 제조한 제품은 섬유 형태의 특성상 운반이 편하고 기존의 무기질 섬유계 보온재에 비해 열전도율이 낮은 이점은 있으나, 제품의 밀도 편차가 많아 열적특성이 균일하지 않는 단점이 있다.

특히 수분에 매우 취약해서 표면을 발수처리 하여도 섬유의 특성상 절단면 등으로 수분이 쉽게 침투하여 여러 겹의 매트가 벌어지는 현상과 이로 인해 열전도율이 급격히 높아지고 제품의 내구성이 떨어지는 문제가 발생한다.

또한, 시공시 발생되는 유리섬유의 분진은 인체에 유해하여 작업현장에서 이를 기피하는 현상도 발생된다.

분말계 보온재는 칼슘실리케이트, 규조토, 염기성 탄산 마그네슘등을 사용한다.

특히 그중에서 많이 사용되는 칼슘실리케이트 보온재는, 규조토와 소석회를 과량의 물로 수열 반응 시킨 후 슬러리 상태로 습식 성형하여, 오토클레이브에서 고압 가열하여 경화시킨 제품이다.

경화시 결정 구조에 따라 토버모라이트(Tobermorite)와 조노트라이트(Xonotlite) 형상으로 강도가 우수하고, 결정 형상에 따라 열전도율이 낮아지는 이점이 있으나, 경화에 따른 제조공정이 복잡하여 생산성이 낮고, 특히 토버모라이트의 경우는 발수 성능을 형성시킬 수가 없는 문제점이 있다.

발포계 보온재는 팽창 질석이나, 팽창 퍼라이트를 사용하는 보온재로, 산업용으로 팽창 퍼라이트 보온재가 주로 사용된다.

팽창 퍼라이트 보온재는 제조 공정이 간단하고, 생산성도 높으며 재료비가 싼 이점에 의해 산업용 보온재 전반에 걸쳐 사용되어 왔다.

그러나 원재료인 팽창 퍼라이트는 입도분포가 침상구조의 열린 셀(Open cell)형태를 갖고 있는 대립자로 지나치게 치우쳐져 있는 반면 입자간 공극을 메워주는 소립자가 극히 적다.

이로 인해 입자간의 공극이 커지고 전체 공극률이 높게 형성되어 지기 때문에 성형공정 중 압축에 의해 팽창 퍼라이트 셀(Cell)이 파괴되어 열효율이 떨어지는 문제점을 안고 있다.

또한, 침상구조의 열린 셀(Open cell) 팽창 퍼라이트는 무기질 바인더인 규산염계 바인더의 흡수율이 높기 때문에 제조시 규산염계 바인더 사용량이 늘어나게 되는데, 규산염계 바인더는 자체가 비정질 형태를 갖고 있어, 유리섬유계나 분말계수화물 보온재에 비해 열전도율이 높고, 분말계수화물 보온재에 비해 강도가 낮은 단점을 갖고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 다각도로 연구 개발되고 있으나, 팽창 퍼라이트 자체를 개선하기 보다는 제조공법에 치중하여, 압축 성형에 따른 열전도율의 저하를 극복 하는데 한계를 갖고, 강도 보강을 위해서 건조공정에서 소성 또는 경화 등의 방법이 제시되면서, 제조공정이 복잡해지고 제조비용이 상승하는 문제점 등이 있다.

또한, 팽창 퍼라이트 자체의 경우에도 다음과 같이 여러발명들이 공개되어 있다.

일본특허 특원2007-320805 "경질 발포 펄라이트 및 그 제조 방법"에는 팽창 퍼라이트의 압축강도별로 소성의 조건을 조정하여 미세한 구상의 고강도 경질 발포 퍼라이트를 제조하는 것이 공개되어 있다.

미국특허 "US 5,005,696 Round baler"은 간접열의 팽창 소성로를 이용하여 구상의 팽창 퍼라이트를 제조하는 것이 공개되어 있다.

그러나, 상기 발명들은 구상의 형태들에 의한 강도를 보강하고 흡수나 흡유가 덜 되도록 하는 수준으로, 구상의 비 다공성만을 목적으로 하여 팽창 퍼라이트의 비중이 높고, 내부 셀(cell)간의 벽체가 두꺼워져 보온재 제조시 강도의 보강은 되지만, 열전도율에 대해서는 오히려 역효과를 갖게 되는 문제점이 있다.

한국등록특허공보제10-0522568호"유리섬유를이용한발수성단열파이프및그제조방법" 한국등록특허공보제10-0760003호"장치물보온용라운드형유리섬유보온재및그제조방법" 일본특허특원2007-320805"경질발포펄라이트및그제조방법" 미국특허US5,005,696"Roundbaler"

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대부분의 팽창 퍼라이트를 표면에 침상구조가 없는 중공형 닫힌 셀(Closed Cell)의 형태로 만들어 단위 입자를 최대한 가볍게 하면서도 팽창 퍼라이트의 강도를 향상시켜, 압축 성형시 입자와 입자 사이의 큰 공극으로 인해 팽창 퍼라이트가 파쇄 되는 것을 방지하기 위해 대립자와 중간입자, 그리고 소립자의 입도분포를 적절하게 조절하여 입자간의 공극 사이가 최대한 메워질 수 있도록 체밀 충전시킴으로써, 압축 성형시 팽창 퍼라이트의 입자파쇄와 셀(Cell) 구조파괴를 최소화 한다.

또한, 팽창 퍼라이트 표면이 닫힌 셀(Closed cell) 형상이 되면서 규산염계 바인더가 팽창 퍼라이트 내부로 침투되는 양을 줄이고, 표면의 침상구조 제거로 코팅되어야할 비표면적을 작게 하여 표면에서의 접착성을 갖는 양만 사용함으로써, 더욱 낮은 밀도의 보온재를 제조할 수 있게 되어 복사와 전도에 의한 열전도율을 낮출 수 있고 보다 나은 강도와 경도를 갖게 하는 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재는 퍼라이트 원광을 건조시킨 후 팽창시켜 중공형을 이루며, 표면은 닫힌셀(Closed Cell)형상을 갖는 입자들을 유효성분으로 포함하여 이루어진 팽창 퍼라이트 10 ~ 84 중량%와 액상바인더 15 ~ 85 중량%, 보강섬유 0.25 ~ 5 중량%로 구성된다.

본 발명의 닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조방법으로는 퍼라이트 원광을 건조시켜 퍼라이트 중량대비 결정수의 중량%를 조절한 후, 팽창시키되, 중공형을 이루며, 표면은 닫힌셀(Closed Cell)형상을 갖는 입자들이 일정한 입도분포로 이루어지도록 팽창시켜 팽창 퍼라이트를 제조하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 제조한 팽창 퍼라이트에 액상바인더와 보강섬유를 넣고 혼합하여 혼합재를 제조하는 제2단계와, 상기 제2단계에서 제조한 혼합재를 압축하여 성형체를 제조하는 제3단계 및 상기 제3단계에서 제조한 성형체를 건조하는 제4단계로 구성된다.

상기 제3단계의 성형체 제조시, 제2단계의 혼합재를 진동이나 충격을 주는 체밀 충전방법을 더 거친 후, 압축하여 제조하기도 한다.

또한, 상기 제4단계의 건조공정으로는 직, 간접열풍 또는 마이크로웨이브를 이용하여 건조하는 것이 좋다.

상기 해결 수단에 의해, 본 발명의 보온재는 중공형 닫힌 셀(Closed cell) 형상의 팽창 퍼라이트를 이용하여 최대한 체밀 충전시켜 입자간의 공극을 최소화함으로써 낮은 밀도에 의한 시공성 향상과 보온재의 두께를 얇게 하여 자재 및 에너지 비용을 절감하고 설비 설치 공간 면적을 줄일 수 있는 보온재로서 산업 플랜트 등의 고온, 저온 공정에서 사용할 수 있다.

도 1은 기존 보온재용 팽창 퍼라이트를 나타낸 도면.
(A) : 800㎛ 초과 (30배율) (B) : 800~500㎛ (32배율)
(C) : 500~400㎛ (32배율) (D) : 400~250㎛ (48배율)
(E) : 250~160㎛ (84배율) (F) : 160~63㎛ (100배율)
(G) : 63㎛ (100배율)
도 2는 본 발명의 팽창 퍼라이트를 나타낸 도면.
(A) : 400㎛ 초과 (32배율) (B) : 400~250㎛ (48배율)
(C) : 250~160㎛ (84배율) (D) : 160~63㎛ (100배율)
(E) : 63㎛ (100배율)
도 3은 본 발명의 닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조공정도.

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

먼저, 기존의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재 제조방법은 광물상의 퍼라이트를 열린 셀(Open cell) 형태의 팽창 퍼라이트를 갖도록 하는 팽창 공정이, 이를 무기질 바인더와 혼합하는 믹싱공정, 목적 형상을 갖도록 하는 성형공정, 액상의 무기질 바인더의 수분을 물리적으로 제거하는 건조공정으로 구성된다.

상기 팽창 공정을 좀더 자세히 설명하면, 통상적으로 퍼라이트는 진주암, 송지암, 흑요석 등의 천연 광물로 분류되고 그 외에 유사한 성능을 갖고 있는 경석도 있다(이하 통칭하여 원광으로 표기).

원광은 종류에 따라 함수량의 차이는 있지만, 내부에 결정수라 불리는 수분을 포함하고 있는데, 소성공정에서 고온의 화염을 맞으면 표면은 유리질화 되고 내부의 수분이 증기화 하여 팽창된다.

일반적으로 팽창 퍼라이트 보온재는 전도와 복사의 영향을 많이 받는다.

전도는 동일한 물질의 경우 대부분 그 물질의 밀도에 영향을 받는데, 가벼우면 전도가 낮은 반면 무거워 질수록 전도가 높아지는 경향이 있다.

복사는 고온영역으로 갈수록 열전달에 미치는 영향이 커지는데, 이는 팽창 퍼라이트 입자가 갖는 셀의 형태와 크기에 영향을 받으며 닫힌 셀 형태와 셀의 크기가 작고 셀의 수가 많을수록 복사에 의한 열전달이 낮아지며 열린 셀 형태와 셀의 크기가 크고 수가 적을수록 열전달이 더욱 높아진다.

그러나 팽창 퍼라이트의 열전달을 좋게 하기 위해 낮은 밀도를 갖도록 보온재를 제조하면, 자체의 강도 부족현상을 유발하기 때문에 현재 상용되고 있는 기준이 거의 그 한계에 도달해 있으며, 사용되는 소재인 팽창 퍼라이트 단위 입자의 비중을 한계이상 가볍게 팽창시키면 과팽창에 의해 내부의 셀(Cell) 크기가 커지고 셀(Cell)의 격막이 얇아지면서, 결국 입자 표면이 터져 침상구조의 열린 셀 형태가 되고 박리된 조각 때문에 오히려 비중이 무거워지게 된다.

이로 인해 표면이 열린 셀 형태가 심해지면서 내부 셀도 커져 복사에 의한 열전달도 높아지고, 입자의 강도가 약해져 보온재의 강도도 떨어지며, 보온재의 강도를 높이려 하면 오히려 성형시 팽창 퍼라이트 사용량이 증가되어 밀도가 올라가 전도에 의한 열전달이 높아지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점들을 개선하기 위해 팽창 퍼라이트 보온재의 성능을 극대화하기 위한 본 발명의 핵심기술을 먼저 설명하고 그에 따른 이점과 특성을 부가적으로 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명은 열전도율을 낮추기 위해 팽창 퍼라이트의 비중을 최대한 가볍게 하면서도 열린 셀의 발생을 최소화하여 대부분의 팽창 퍼라이트의 표면에 침상구조가 없고 입자강도가 강한 중공형 닫힌 셀의 형상을 만드는 것이다.

우선 표면에 침상구조가 없는 중공형 닫힌 셀 형상의 팽창 퍼라이트를 만들기 위해서는 건조를 시켜 내부 결정수 양의 조절을 통해 과팽창을 억제하면 팽창 퍼라이트의 형상을 표면에 침상구조가 없는 중공형 닫힌 셀 형태가 되도록 제조할 수 있다.

반면, 결정수의 양을 너무 적게 하면 팽창이 안되거나 팽창성이 떨어져 입자의 비중이 올라가기 때문에 전체 퍼라이트 중량대비 결정수의 중량%를 조절하여 팽창을 시켜야 한다.

그리고 결정수의 조절 정도는 퍼라이트 원광의 결정수 양과 특성에 따라 차이가 있어 획일적으로 정할 수는 없지만 원광의 종류에 따라 직접 실험을 통해 확인할 수 있다.

그러나 결정수의 중량%를 일정하게 조절하더라도 일반적으로 퍼라이트의 입도가 400㎛이상 커지게 되면 커질수록 결정수의 절대량이 많아짐으로, 결정수가 기체화하여 퍼라이트를 팽창시킬 때 압력이 높아져 표면을 파괴하여 열린 셀이 많이 발생한다.

따라서 제조 공정상 퍼라이트 정석의 입도 분포가 넓을수록 상위의 큰 입자를 닫힌 셀(Closed Cell)로 만들기가 어려워진다.

또한 63㎛미만의 입자는 미 팽창 현상이 발생하기 쉬워, 아예 소성과정에서 발생되지 않도록 퍼라이트 정석에서부터 미리 제거하는 방법과 전체 입도분포에 있어서 큰 입자를 줄이고 입도분포를 적절히 좁게 설계하여 팽창시켜야 한다.

이렇게 제조된 63㎛미만의 입자의 경우에는 기존의 퍼라이트와는 달리 대부분 중공 형태의 모양을 갖추게 되어 열전도나 입자강도에 있어서는 확연히 다르며, 단열성능이 확보된 미립자는 입자사이의 공극을 메워주는데 상당한 도움이 되기 때문에 오히려 바람직한 역할을 한다 할 것이다.

이때, 사용되는 팽창방법으로는, 일반적으로 직접화염법(화염이 원료에 직접적으로 닿는 방법) 또는 간접화염법(화염이 원료에 닿지 않는 방법)등이 있으며, 목적하고자 하는 입도 분포 범위를 한번에 팽창하는 방법과, 각각 입도별로 팽창하여, 이를 혼합하여 목적하고자 하는 입도 분포 범위로 만드는 방법도 있다.

이러한 방법을 통해 제조된 대부분의 팽창 퍼라이트는 입자 크기가 작은 것은 내부에 몇 개의 셀 형태로 형성되며 퍼라이트 입자 크기가 커질수록 많은 수의 셀 집합체로 입자 강도가 강한 중공형 닫힌 셀 형상을 갖게 되기 때문에 비중을 보다 더 가볍게 팽창할 수 있게 된다.

그러나 이러한 방법을 동원한다고 하더라도 팽창 퍼라이트 모두를 완전하게 중공형 닫힌 셀의 형상으로 만들 수는 없다. 일반적으로 사용되고 있는 수직 및 수평팽창로의 특성상 입자크기의 구간에 따라 약 10~30%의 입자는 열린 셀의 형태도 일부 가지며, 또한 닫힌 셀의 형상으로 만들어진 팽창 퍼라이트도 팽창 공정중 또는 공기이송 중에 부딪침으로 인해 표면의 일부가 열린 셀이 되기도 하기 때문에 보편적으로 약 70 ~ 80 % 정도가 닫힌 셀이 된다.

그렇다고 해서 본 발명에서 닫힌 셀의 범위를 상기와 같이 반드시 한정된 수치대로 적용하여 사용하는 것을 전제로 하지는 않는다. 이는 원광의 종류와 설비조건에 따라 차이가 있을 뿐만 아니라 닫힌 셀이 50% 정도만 되어도 기존 팽창 퍼라이트 보다 그 효과가 상당히 좋아 지기 때문이다.

상기 설명한 본 발명의 특성을 도 1,2를 통해 자세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 1은 기존 보온재용 팽창 퍼라이트의 주사전자현미경 사진을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 팽창 퍼라이트의 주사전자현미경 사진을 나타낸 도면이다.

도 1을 보면 전체적으로 기존 보온재용 팽창 퍼라이트는 대부분 입자가 열린 셀의 형태를 보일 뿐만 아니라 표면에 많은 침상이 형성되어 있으며, (E)250㎛ 이하부터는 과팽창에 의해 부서진 조각들이 포함되고, (F)160㎛ 이하에서는 파쇄 조각이 절반이상으로 증가되고, (G)63㎛ 미만은 셀 조차 갖고 있지 않는 파쇄분이 대부분이고 미팽창 입자도 상당 부분 포함되어 있음을 확인할 수 있다

이와 반대로 도 2는 본 발명의 팽창 퍼라이트로서 400㎛ 정도의 큰 입자에 의해 부분적으로 일부 열린 셀이 보이지만 이는 실제로 표면에만 국한된 형태며 내부 셀은 개별적인 독립 셀을 가지며, 과팽창 파쇄분이 거의 포함되어 있지 않는다. 특히 63㎛ 미만의 입자는 대부분 중공을 갖고 있다.

따라서, 기존 보온재용 팽창 퍼라이트는 400㎛ 이상 800㎛ 사이의 입자가 많고 심지어 800㎛ 이상의 입자도 상당량이 있어 전체적으로 팽창 퍼라이트 내부 셀의 크기도 커져 동일한 부피에서 갖는 셀의 수가 본 발명의 팽창 퍼라이트에 비해 훨씬 적고, 과량의 파쇄분(부서진 팽창 퍼라이트와 셀을 거의 갖지 않는 파쇄분) 때문에 열전달은 더 나빠질 수밖에 없다.

그러나 본 발명에서는 열린 셀의 발생을 최소화하여 대부분의 팽창 퍼라이트를 입자 강도가 강한 중공형 닫힌 셀 형상으로 팽창 퍼라이트의 비중을 최대한 가볍게 제조함으로써 열전달에 있어 가장 큰 영향을 주는 열전도율을 낮출 수 있는 것이다.

둘째, 압축 성형공정에서 입자와 입자 사이의 큰 공극으로 인해 팽창 퍼라이트가 파쇄 되는 것을 방지하기 위해 대립자와 중간입자, 그리고 소립자 및 미립자의 입도분포를 적절하게 조절하여 입자간의 공극 사이가 최대한 메워질 수 있도록 체밀 충전시키는 것이다.

상기 설명한 본 발명의 특성을 일반적인 팽창 퍼라이트 보온재 제조공법과 비교하여 설명하자면, 성형 공정은 프레스에 의한 압축 성형으로 제조된다.

이때 벌크한 상태의 팽창 퍼라이트 및 혼합재를 프레스에 투입하는데, 보통 제조하고자 하는 성형체의 약 3.5배 이상의 부피로 투입한다.

이때 만약, 팽창 퍼라이트가 열린 셀의 침상구조의 형태를 갖고 있다면 입자간의 공극의 크기가 크고 입자의 강도가 약해 압축 성형 공정시 입자와 셀의 파쇄 현상이 많이 발생되는 반면, 충분하게 압축을 하지 않으면 제품의 성형 상태가 나빠지고 제품의 강도와 경도가 떨어지는 문제가 발생한다.

또한, 입자간의 공극을 최소화하기 위해 기계적으로는 팽창 퍼라이트를 벌크(bulk) 상태로 투입하고 진동이나 충격으로 체밀 충전을 한 다음 압축 성형을 하는 방법도 적용 되었으나, 이 또한 팽창 퍼라이트 자체가 열린 셀 형상의 침상 구조를 갖고 있다면 그 효과가 크지 않을 뿐만 아니라, 입도분포 자체가 적합하지 않기 때문에 궁극적으로 공극을 줄이는 데는 한계가 있다.

따라서, 기존의 팽창 퍼라이트 보온재는 팽창 퍼라이트 자체가 열린 셀 형태의 침상구조를 갖고 있고 입자 자체의 강도가 약하며, 적합하지 못한 입도 분포로 인하여 입자간의 공극의 크기가 크고, 이로 인해 압축 성형 공정에서 발생되는 팽창 퍼라이트 입자의 파쇄와 셀 파괴에 의해 복사와 전도에 의한 영향이 커져서 열전도율이 높아지는 문제점을 갖고 있다고 할 수 있다.

이에, 본 발명은 침상구조가 없는 중공형 닫힌 셀 팽창 퍼라이트를 사용함으로써 입자와 셀 자체의 강도를 보강하고, 대립자와 중간입자, 그리고 소립자 및 미립자의 입도 분포를 적절하게 조절하여 입자간의 공극 사이를 최소화하여 성형몰드에 투입시 입자간 공극이 극히 작고 치밀도가 좋아져 기존 팽창 퍼라이트 보다 적은 양의 부피에서 성형이 가능하도록 하고, 낮은 압축비에서도 보온재의 강도를 갖게 하여, 가압에 의한 팽창 퍼라이트 입자 및 셀의 파쇄를 최소화할 수 있다.

즉, 본 발명의 보온재는 분쇄과정에서의 자연 발생적인 입도 분포 비율을 감안하고, 침상구조가 없는 중공형 닫힌 셀 형상의 팽창 퍼라이트를 제조한다는 전제하에서 벌크비중(Bulk Density) 20~40㎏/㎥를 가지며, 팽창 퍼라이트에 함유된 입자들은 팽창 퍼라이트의 중량을 기준으로 400㎛초과입자 15± 10 중량%, 400~250㎛입자 40± 15 중량%, 250~160㎛입자 20± 10 중량%, 160㎛미만 입자 30± 15 중량%의 입도분포로 구성되고, 이를 최대한의 체밀 충전을 통해 입자간 공극을 최소화할 수 있도록 하는 것이 가장 합리적이라 할 것이다.

본 발명에 있어 400㎛ 정도의 입도 크기부터는 퍼라이트 팽창시 충분한 제어를 가하더라도 상당한 양의 열린 셀(Open cell)이 발생되기 시작하는데, 400㎛ 크기의 입도를 보다 많게 하는 이유는 적절한 입도 분포를 통해 입자간 빈 공극을 최소화 하여도 결국 압축 성형시 일부 입자가 파쇄되어 빈 공극을 채워야 하는데, 400㎛ 이상의 팽창 퍼라이트가 400㎛이하의 입도보다 강도가 약해 그러한 역할을 할 수 있도록 하기 위해서 이다.

더욱이 입도가 너무 작을 경우 팽창 퍼라이트가 액상의 바인더와의 혼합과정에 뭉쳐져 버리는 문제가 발생하고, 또한 압축성형을 하기 때문에 보온재 내부가 너무 치밀해져, 건조 공정 등에서 크랙이 발생되는 문제점이 있기 때문이다.

그렇다고 해서 본 발명에서 상기 입도 분포를 반드시 한정된 수치대로 적용하여 사용하는 것을 전제로 하지는 않는다.

본 발명에 있어 400㎛ 정도의 입도 크기부터는 퍼라이트 팽창시 충분한 제어를 가하더라도 부분적으로 열린 셀이 발생되는데, 결정수와 예열정도에 따라서는 500㎛를 기준으로 하는 것이 더 나을 수도 있다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 퍼라이트가 천연자원이므로 원광의 생성과정에 따라 원석의 결정수와 경도가 다르며, 또한 제조된 정석과 예열정도 그리고 팽창로의 종류에 따라 팽창 퍼라이트의 강도와 입도크기는 물론 열린 셀의 발생비율 등, 결과가 달라지는 특징 때문에 획일적으로 기준을 정하기는 어렵다.

뿐만 아니라 원석의 분쇄과정에서 입도를 작게 할수록 200메쉬 이하의 미분 발생이 많아지기 때문에 일정한 입도분포 비율의 유지나 분쇄된 입도를 일정하게 조절하고 나머지를 폐기한다는 것은 현실성이 없어, 가능한 범위 내에서는 오히려 입자를 키우는 것이 바람직하다 할 수도 있을 것이다.

또한, 목적하고자 하는 입도 분포 범위에 맞게 한번에 팽창하는 방법 또는 각각 입도별로 생산하여 이를 혼합하여 목적하고자 하는 입도 분포 범위로 만드는 방법 중 선택된 1종 이상의 방법으로 제조가능하다.

셋째, 결합재로 사용되는 액상의 무기바인더 사용량을 줄여 이로 인한 열전달 영향을 낮추는 것이다.

일반적으로 팽창 퍼라이트 보온재에 사용되는 무기질 바인더인 규산염은 “M₂O·nSiO_2·xH₂O”로 표시되고, “M”은 주기율표 제 1A족에 속하는 알칼리 금속을 나타내며 “n”과 “x”는 정수인 화합물이다.

1A족에 속하는 알칼리 금속의 구체적인 예로는 리튬, 나트륨 및 칼륨 등이 있다.

이 규산염 형태의 액상 무기질 바인더는 그 종류에 따라 차이가 있으나, 대부분 H₂O를 50%이상 함유하고 있다.

이러한 무기질 바인더는 팽창 퍼라이트 보온재의 결합재로 사용되며, 압축 성형 전에 팽창 퍼라이트 및 무기질 섬유와 혼합 및 믹싱 공정을 거친다.

이때 기존의 팽창 퍼라이트는 열린 셀 부위와 팽창시 파쇄된 입자들이 액상의 바인더를 흡수하는 현상과 파쇄 및 침상구조로 인한 비표면적이 커서 과량의 액상 무기질 바인더를 사용해야 한다.

그러나 본 발명의 닫힌 셀 팽창 퍼라이트는 표면이 대부분 닫혀있고 침상구조가 적어, 동일 부피의 팽창 퍼라이트 사용량에 대비하여 80%이하의 액상 무기질 바인더를 사용하여도 강도가 확보되는 이점이 있으며, 본 발명은 기존 보온재에 비해 팽창 퍼라이트의 사용이 적으므로 실제로는 무기질 바인더의 사용량이 대폭 줄어드는 것이다.

이것은 규산염 자체가 비정질 형태의 결정체이므로 열전도율이 높으며, 전체적으로 사용량의 축소로 낮은 밀도로 제작이 되므로 전도의 영향이 낮아지는 효과를 얻는다.

더욱이 수분은 열전도율에 악 영향을 미치는데, 무기질 바인더에 의해 보온재에 잔류되는 수분은 동일한 건조 조건에서 사용량이 적은 본 발명의 보온재가 수분의 함량이 적기 때문에 유리하다.

또한, 그만큼 에너지 비용과 건조 시간을 절약할 수 있는 이점도 있다.

그리고 본 발명에 있어 액상의 바인더는 추가적으로 유기 바인더를 사용하거나, 무기 바인더와 혼용으로 사용도 가능하다.

보온재 사용에 있어 액상의 바인더는 결합재의 역할을 수행할 수 있으면 가능하기 때문이다. 다만 이때는 보온재가 적용되는 사용상의 조건이 고려되어야 한다.

일반적으로 팽창 퍼라이트 보온재는 사용상에 있어, 열전도율에 영향을 주는 수분 흡수를 방지하기 위해 실리콘계의 발수제를 사용한다.

본 발명에 있어서도 기존 실리콘계 발수제를 사용하나 추가적으로 발수성 향상 및 흡수율 감소, 흐름성(여기서 표현하는 흐름성이란 입자와 입자의 마찰력 및 안식각의 영향이 낮아, 위치 이동이 쉽게 이루어짐을 말한다) 등을 향상시키기 위하여 실란 모노모 계통을 코팅할 수 있다.

팽창 퍼라이트 보온재는 수분의 영향을 제거하기 위해 실리콘계의 발수제를 사용하는데, 이를 실란계 모노모 코팅을 적용하면, 입자마다 발수 성능을 보이고 압축 성형전 치밀한 충전에 유리한 효과를 낼 수 있다.

실리콘계 발수제는 퍼라이트 표면에 반응성을 갖고 있는 것이 아니라, 실록산 올리고머 형태의 실리콘이 단순 접착하는 형태로, 발수제 역할만 할 뿐이지 흐름성을 향상시키지 못하다.

그러나 실란계 모노모는 말단에 퍼라이트와 화학적 결합을 유도하는 알콕시를 갖고 꼬리는 발수 특성을 나타내는 알킬기가 있어서, 퍼라이트 표면 전체에서 나뭇가지나 털송이처럼 외부로 벋어나와 하나의 층을 형성하여, 표면의 마찰저항을 낮추게 됨으로서 흐름성이 향상되어 압축성형 공정에 투입시 체밀충전이 보다 잘 되고, 기존방식의 실리콘계와는 달리 발수특성을 영구적으로 갖는 효과를 얻는다.

본 발명에서는 발수성능을 나타내는 목적인 표면코팅에 의한 발수제로 유기 실란 뿐 아니라 강도를 보강할 수 있는 티타네이트계, 지르코네이트계를 사용할 수 있는데, 보다 상세하게는 이소옥틸트리메톡시실란 (i-Octyltrimethoxysilane), 메틸트리메톡시실란(Methyltrimethoxysilane),옥틸트리에톡시실란(Octyltrietoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane),3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란 (3-glycidyloxytriethoxysilane), 3-메타크릴옥시프로필트리메특시실란(3-methacryloxypropyltrimethoxysilane),비닐트리에톡시실란(vinyltriethoxysilane), 비닐트리메톡시실란 (vinyltrimethoxysilane), 비닐트리(2-메톡시-에톡시)실란 [vinyltri(2-methoxy-ethoxy)silane 등을 포함하는 유기실란계 커플링제와 네오펜틸(디알릴)옥시,트리네오데카노닐티타네이트[neopentyl(diallyl)oxy,trineodecano titanate], 네오페닐(디알릴)옥시,트릴(도데실)벤젠-술포닐티타네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(dodecyl)benzene-sulfonyl titanate], 네오페닐(디알릴)옥시,트리(디옥틸)포스페이토티타네이트[neopentyl(diallyl)oxy,tri(dioctyl)phosphate titanate], 네오페닐(디알릴)옥시,트리(디옥틸)피로-포스페이토티타네이트[neopentyl(diallyl)oxy,tri(dioctyl)pyro-phosphato titanate], 네오펜틸디알릴옥시,트리(N-에틸렌디아미노)에틸티타네이트[neopentyl(diallyl)oxy,tri(N-ethylenediamino)ethyl titanate], 네오펜틸디알릴옥시,트리(m-아미노)페닐티타네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(m-amino)phenyl titanate] 등을 포함하는 티네테이트계 커플링제와 네오펜틸(디알릴)옥시,트리네오데카노닐지르코네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,trineodecano zirconate], 네오페닐(디알릴)옥시,트릴(도데실)벤젠-술포닐지르코네이트[neopentyl(diallyl)oxy,tri(dodecyl)benzene-sulfonyl zirconate], 네오페닐(디알릴)옥시,트리(디옥틸)포스페이토지로코네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(dioctyl)phosphate zirconate], 네오페닐(디알릴)옥시,트리(디옥틸)피로-포스페이토지로코네이트[neopentyl(diallyl)oxy,tri(dioctyl)pyro-phosphato zirconate], 네오펜틸디알릴옥시,트리(N-에틸렌디아미노)에틸지로코네이트 [neopentyl(diallyl)oxy,tri(N-ethylenediamino)ethyl zirconate], 네오펜틸디알릴옥시,트리(m-아미노)페닐지르코네이트[neopentyl(diallyl)oxy,tri(m-amino)phenyl zirconate] 등을 포함하는 지로코네이트계 커플링제등을 포함한다.

본 발명에서 팽창 퍼라이트 보온재의 성형성, 휨강도, 시공성 등을 보강하기 위해서는 길이가 5 ~ 30 mm인 보강섬유를 포함한다. 보강섬유는 무기질계 섬유나 유기질계 섬유를 각각 사용하거나 혼용하여 사용한다.

또한, 강도나 열전도율을 추가적으로 낮추기 위한 보강제를 사용할 수 있다.

강도를 보강하기 위해 50㎛ 미만의 흄드실리카나, 화이트 카본을 사용하는데, 이는 압축전의 팽창 퍼라이트 입자간 틈을 메워 성형 압축비를 줄이더라도 치밀한 성형상태를 갖게 되어 강도가 향상된다.

열전도율을 낮추기 위해 복사열 차단제를 사용할 수 있다.

이는 팽창 퍼라이트를 열린 셀 형태에서 닫힌 셀 형상으로 전환시 복사와 전도의 영향을 낮출 수 있으나, 고온으로 갈수록 복사의 영향이 커지고, 그 복사에 의한 영향을 차단하는데 한계가 있어, 추가적으로 복사를 차단하는 물질을 첨가함으로써, 열전도율을 더욱 낮출 수 있다.

특히 이는 고온 영역에서 더 큰 효과를 본다.

상기 언급한 내용의 근거로 보다 더 자세히 설명하기 위해, 아래와 같이 실시예와 실험예를 통해 상세히 설명하나, 이들이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

<실시예 1> 본 발명의 닫힌 셀 형태의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재1 제조

퍼라이트 정석을 사용하며, 밀도 30kg/㎥이고, 팽창 퍼라이트 전체중량을 기준으로 400㎛ 초과 입자- 15중량%, 400~250㎛ 입자- 40중량%, 250~160㎛ 입자- 20중량%, 160㎛미만 입자- 30중량%로 입도 분포 되고, 닫힌 셀의 비율이 입도 구간에 따라 70 중량%를 갖는 팽창 퍼라이트를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 닫힌 셀 팽창 퍼라이트 1000g에 무기질 섬유를 상기 팽창 퍼라이트 중량대비 1.5중량% 넣고 혼합하여 혼합재를 제조하였다.

33Be' 규산소다 1000g에 실리콘계 발수제를 규산소다 중량대비 0.5중량%를 넣고 혼합하여 액상 무기질 바인더를 제조하였다.

상기 제조된 혼합물 459g과 상기 제조된 액상 무기질 바인더 413g을 혼합한 후 초기 부피의 약 3.2배를 압축하여 300*300*50㎣ (부피 4.5L) 크기의 성형체를 제조하였다.(여기서 압축비는 인위적으로 조정한 것이 아니라, 상기 혼합양을 성형몰드에 투입했을 때 벌크상태 부피를 기준으로 성형체 4.5L부피로 제조시 발생하는 압축비로, 이하 실시예 및 비교예도 동일함)

제조한 성형체를 200℃ 열풍 건조기에 4시간 건조시켜 밀도 130± 5kg/㎥를 갖는 닫힌 셀의 팽창 퍼라이트 보온재1을 제조하였다.

<실시예 2> 본 발명의 닫힌 셀 형태의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재2 제조

상기 실시예 1에서 제조된 밀도가 30kg/㎥인 닫힌 셀 형태의 팽창 퍼라이트를 준비하였다.

상기와 같이 제조된 닫힌 셀 팽창 퍼라이트 1000g에 무기질 섬유를 팽창 퍼라이트 중량대비 1.5중량% 넣고 혼합하여 혼합재를 제조하였다.

상기 제조된 혼합재 405g과 상기 제조된 액상 무기질 바인더 365g을 혼합하여 초기 부피의 약 2.8배를 압축하여 300*300*50㎣ (부피 4.5L) 크기의 성형체를 제조하였다.

제조한 성형체를 200℃ 열풍 건조기에 4시간 건조시켜 밀도 115± 5kg/㎥를 갖는 닫힌 셀의 팽창 퍼라이트 보온재2를 제조하였다.

<실시예 3> 본 발명의 닫힌 셀 형태의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재3 제조

상기 제조된 혼합재 352g과 상기 제조된 액상 무기질 바인더 317g을 혼합하여 초기 부피의 약 2.5배를 압축하여 300*300*50㎣ (부피 4.5L) 크기의 성형체를 제조하였다.

조한 성형체를 200℃ 열풍 건조기에 4시간 건조시켜 밀도 100± 5kg/㎥를 갖는 닫힌 셀의 창 퍼라이트 보온재3을 제조하였다.

<실시예 4> 본 발명의 닫힌 셀 형태의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재4 제조

상기 실시예 1에서 제조된 밀도가 30kg/㎥인 닫힌 셀 형태의 팽창 퍼라이트에 메틸트리메톡시실란(Methyltrimethoxysilane)를 팽창 퍼라이트 중량대비 0.5중량%를 코팅하여 제조하였다.

상기 코팅된 닫힌 셀 팽창 퍼라이트 1000g에 무기질 섬유를 팽창 퍼라이트 중량대비 1.5중량% 넣고 혼합하여 혼합재를 제조하였다.

33Be' 규산소다 1000g 단독을 액상 무기질 바인더로 준비하였다.

상기 혼합재 459g과 상기 액상 무기질 바인더 413g을 혼합하여 초기 부피의 약 3.1배를 압축하여 300*300*50㎣ (부피 4.5L) 크기의 성형체를 제조하였다.

제조한 성형체를 200℃ 열풍 건조기에 4시간 건조시켜 밀도 130± 5kg/㎥를 갖는 닫힌 셀의 팽창 퍼라이트 보온재4를 제조하였다.

<실시예 5> 본 발명의 닫힌 셀 형태의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재5 제조

상기 제조한 혼합재 352g과 상기 제조한 액상 무기질 바인더 317g을 혼합하고, 여기에 상기 혼합재 중량대비 3중량%의 흄드실리카를 처리하여 다시 혼합한 후에, 초기 부피의 약 2.5배를 압축하여 300*300*50㎣ (부피 4.5L) 크기의 성형체를 제조하였다.

제조한 성형체를 200℃ 열풍 건조기에 4시간 건조시켜 밀도 100± 5kg/㎥를 갖는 닫힌 셀의 팽창 퍼라이트 보온재5를 제조하였다.

<비교예 1> 열린 셀 형태의 기존 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재1 제조

퍼라이트 정석을 사용하며, 밀도 40kg/㎥이고, 팽창 퍼라이트 전체중량을 기준으로 800㎛ 초과 입자 10중량%, 800㎛에서 500㎛ 입자 35중량%, 500㎛에서 250㎛ 입자 25중량%, 250㎛에서 160㎛ 입자 15중량%, 160㎛미만 입자 15중량%로 입도분포 된 열린 셀 형태의 기존 팽창 퍼라이트를 제조하였다.

상기 제조된 기존 열린 셀 팽창 퍼라이트 1000g에 무기질 섬유를 팽창 퍼라이트 중량대비 1.5중량%를 넣고 혼합하여 혼합재를 제조하였다.

상기 제조된 혼합재 635g과 상기 제조된 액상 무기질 바인더 571g을 혼합하여 초기 부피의 약 3.5배를 압축하여 300*300*50㎣ (부피 4.5L) 크기의 성형체를 제조하였다.

제조한 성형체를 200℃ 열풍 건조기에 4시간 건조시켜 밀도 180± 5kg/㎥를 갖는 열린 셀의 팽창 퍼라이트 보온재1을 제조하였다.

<비교예 2> 열린 셀 형태의 기존 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재2 제조

상기 비교예 1에서 제조된 밀도가 40kg/㎥인 열린 셀 형태의 팽창 퍼라이트를 준비하였다.

상기 혼합재 459g과 상기 액상 무기질 바인더 413g을 혼합하여 초기 부피의 약 3.2배를 압축하여 300*300*50㎣ (부피 4.5L) 크기의 성형체를 제조하였다.

제조한 성형체를 200℃ 열풍 건조기에 4시간 건조시켜 밀도 130± 5kg/㎥를 갖는 열린 셀의 팽창 퍼라이트 보온재2를 제조하였다.

<비교예 3> 열린 셀 형태의 기존 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재3 제조

본 발명의 닫힌 셀 팽창 퍼라이트와 기존 열린 셀 팽창 퍼라이트를 동일한 밀도로 비교하기 위해, 본 발명의 실시예 1과 같은 밀도로 기존 팽창 퍼라이트를 팽창 시켰으나 밀도 35kg/㎥ 이하로 떨어지면, 오히려 과팽창된 팽창 퍼라이트가 약해져 팽창중이나 이후에 파쇄가 발생해 밀도가 다시 상승하였다.

따라서 밀도 35kg/㎥의 입도를 분석한 결과, 팽창 퍼라이트의 입자 크기가 전체적으로 상승하여, 밀도 35kg/㎥이고, 팽창 퍼라이트 전체중량을 기준으로 800㎛초과입자 15중량%, 800㎛에서 500㎛입자 40중량%, 500㎛에서 250㎛입자 20중량%, 250㎛에서 160㎛입자 10중량%, 160㎛미만 입자는 15중량%로 입도분포 된 열린 셀 형태의 기존 팽창 퍼라이트를 제조하였다.

상기 제조된 혼합재 635g과 상기 제조된 액상 무기질 바인더 571g을 혼합하여 초기 부피의 약 3.8배를 압축하여 300*300*50㎣ (부피 4.5L) 크기의 성형체를 제조하였다.

제조한 성형체를 200℃ 열풍 건조기에 4시간 건조시켜 밀도 180± 5kg/㎥를 갖는 열린 셀의 팽창 퍼라이트 보온재3을 제조하였다.

<비교예 4> 열린 셀 형태의 기존 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재4 제조

비교예 3에서 제조된 밀도 35kg/㎥인 열린 셀 형태의 팽창 퍼라이트를 준비하였다.

상기 제조된 혼합재 459g과 상기 제조된 액상 무기질 바인더 413g을 혼합하여 초기 부피의 약 3.3배를 압축하여 300*300*50㎣ (부피 4.5L) 크기의 성형체를 제조하였다.

제조한 성형체를 200℃ 열풍 건조기에 4시간 건조시켜 밀도 130± 5kg/㎥를 갖는 팽창 퍼라이트 보온재4를 제조하였다.

<비교예 5> 열린 셀 형태의 기존 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재5 제조

본 발명의 닫힌 셀 팽창 퍼라이트와 기존 팽창퍼라이트를 동일한 입도로 비교하기 위해, 본 발명의 실시예 1과 같은 입도로 기존 팽창 퍼라이트를 제조하고자 하였으나, 동일 또는 유사한 입도를 가질 때 밀도 51kg/㎥로 제조되었다.

밀도를 유사하게 비교하고자 밀도를 낮추면, 입도가 다시 커지면서 비교예 1에 사용된 팽창 퍼라이트 입도와 가까워졌다.

따라서 51kg/㎥ 보다 낮은 밀도로 팽창시 목적한 입도를 제조하지 못하므로, 밀도 51kg/㎥ 이고 팽창 퍼라이트 전체중량을 기준으로 400㎛ 초과 입자- 15중량%, 400~250㎛ 입자- 40중량%, 250~160㎛ 입자- 20중량%, 160㎛미만 입자- 30중량% 입도 분포로 구성된 팽창 퍼라이트를 제조하였다.

상기 제조된 팽창 퍼라이트 1000g에 무기질 섬유를 팽창 퍼라이트 중량대비 1.5중량%를 넣고 혼합하여 혼합재를 제조하였다.

실시예 1과 같이 밀도 130± 5kg/㎥인 팽창 퍼라이트 보온재를 제조하기 위해, 상기 제조된 혼합재 459g과 상기 제조된 액상 무기질 바인더 413g을 혼합하였다.

이때 팽창 퍼라이트 자체의 밀도가 51kg/㎥로 높아 압축전 부피가 낮았고, 압축비가 약 2배정도 이루어져 300*300*50㎣ (부피 4.5L) 크기의 성형체를 제조하였다.

제조한 성형체를 200℃ 열풍 건조기에 4시간 건조시켜 밀도 130± 5kg/㎥를 갖는 열린 셀의 팽창 퍼라이트 보온재5를 제조하였다.

<비교예 6> 열린 셀 형태의 기존 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재6 제조

비교예 5에서 제조된 밀도가 51kg/㎥인 팽창 퍼라이트를 준비하였다.

실시예 2과 같이 밀도 115± 5kg/㎥인 팽창 퍼라이트 보온재를 제조하기 위해, 상기 제조된 혼합재 405g과 상기 제조된 액상 무기질 바인더 365g을 혼합하였다.

300*300*50㎣ (부피 4.5L) 크기의 성형체를 제조하기 위해, 압축 성형시 압축비가 부피 대비 1.7배 정도만 이루어졌으며, 제품의 성형강도가 거의 없어 탈형시 파쇄되어 성형체를 제조할 수 없었다.

<실험예 1> 팽창 퍼라이트 보온재의 특성분석

상기 실시예와 비교예를 KS F 4714에 의거하여, 열전도율, 휨강도, 선수축율, 발수도를 측정 분석하여 아래의 표 1에 나타내었다.

구분	성형압축비	선수축율	열전도율 (W/mK, 70℃ 기준)	휨강도 (N/cm²)	발수도 (%)
실시예 1	3.2	2 % 이내	0.051	26.4	99.5% 이상
실시예 2	2.8		0.050	25.8
실시예 3	2.5		0.048	25.1
실시예 4	3.1		0.051	26.3
실시예 5	2.5		0.048	26.1
비교예 1	4	2 % 이내	0.061	25.3
비교예 2	3.2	4.1 %	0.055	17.5
비교예 3	4.3	2 % 이내	0.064	24.5
비교예 4	3.3	3.4%	0.057	17.2
비교예 5	2	3.7%	0.065	19.8
비교예 6	1.7	성형 불가

또한, 발수처리에 따른 효과를 추가로 비교하기 위해 실시예1과 실시예4를 KS M 3809의 흡수율 측정방법을 인용하여 비교하였다.

시험은 표피를 제거하고 100mm× 100mm× 25mm 시험편 3개를 잘라내어 23± 3℃ 맑은 물의 수면에서 50mm 아래에 담그고 10초 후에 시험편을 꺼내 연직에서 30° 기울인 그물 눈금의 크기가 3mm철망에 30초간 방치 시킨후 무게를 0.01g 정밀도로 측정하여 기준 무게로 하고, 다시 맑은 물에 담그고 24시간 흡수시킨 후 기준무게 측정하는 방법으로 무게를 측정하여, 기준 무게하고의 차이값을 표면적으로 나누어 아래의 표 2에 나타내었다.

구분	흡수량(g/cm²)
실시예 1	8.2
실시예 4	3.1

상기 표 1과 표 2에 나타나 있듯이, 본 발명의 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3의 보온재는 기존 보온재 비교예 1에 비하여 열전도율이 훨씬 낮아지고, 밀도가 낮은데도 불구하고 휨강도가 전체적으로 높게 나왔다.

또한 비교예 2는 본 발명의 실시예 1과 동일한 투입량으로 밀도를 같게 하였으나, 열전도율은 비교예 1에 비해 낮아질 뿐이지, 실시예 1보다 높고, 오히려 강도가 많이 떨어져 제품으로서 가치가 하락되었다.

본 발명과 동일한 밀도와 입도구조를 갖는 팽창 퍼라이트를 제조하여 본 발명의 팽창 퍼라이트 성형품과 비교하려고 하였으나, 이는 앞서 비교예 중에 삽입되었듯이 제조가 불가능하였다.

기존 팽창 퍼라이트 조건에서 밀도를 30kg/㎥로 낮추려던 비교예 3과 비교예 4는 팽창 퍼라이트의 과팽창으로 인하여 열린 셀 형태의 팽창 퍼라이트가 더 많아지고, 그에 따라 입자 자체의 강도가 떨어져, 비교예 1과 비교예 2에 비해 오히려 열전도율과 휨강도가 나빠졌다.

이는 본 발명의 팽창 퍼라이트 표면이 닫힌 셀 형태인지 열린 셀 형태인지에 따라 미치는 영향을 명확히 확인할 수 있다.

기존 팽창 퍼라이트 조건에서 입도를 본 발명의 입도 분포 구조로 만들려고 했던 비교예 5와 비교예 6은, 낮은 밀도의 제품으로는 불가능하였고, 밀도 51kg/㎥ 일때 가능하였다.

그러나 이것은 단순히 입도 분포만 고려되어 외관상 본 발명의 팽창 퍼라이트와 유사해 보였으나, 입자의 내부 셀 사이의 벽체가 두껍고 높은 밀도로 인해 열전도율이 오히려 높아졌으며, 부피가 작아서 성형 압축비가 많이 낮아짐으로써 성형 불량도 초래하였다.

또한 실시예 1과 비교예 2, 비교예 4를 보면, 실시예 1은 밀도가 30kg/㎥이고, 비교예 2는 40kg/㎥, 비교예 4는 35kg/㎥로 동일 투입 무게 대비하여 실시예 1의 부피가 가장 많은데도 불구하고 압축비가 낮거나 비슷하다.

이는 앞서 말한 것과 같이 본 발명의 닫힌 셀 팽창 퍼라이트의 적절한 입도와 표면이 매끄러워 치밀하게 성형 몰드에 투입됨을 알 수 있다.

발수도는 전체적으로 좋게 나와 실리콘계 발수제와, 실시예 4의 실란 모노모계의 차이가 비교되지 않았으나, 상기 표 2의 흡수율 비교를 볼때 실란 모노모계로 입자마다 코팅이 된 경우가 흡수율이 낮음을 알 수 있다.

실시예 5는 흄드실리카를 사용함으로써 실시예 3보다 강도가 향상됨을 알수 있다.

상기와 같이 실시예를 통해 본 발명의 닫힌 셀 팽창퍼라이트를 이용한 보온재가 낮은 밀도에서 강도가 좋으며, 열전도율이 낮아짐을 알 수 있다.

상기 실시예 및 실험예, 특히 구조적 형태 등이 설명되었으나, 이는 이들의 범위를 제안하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면, 본 발명의 원칙을 벗어나지 않는 범위에서 변형 가능함을 알 수 있다.

Claims

퍼라이트 원광을 건조시킨 후 팽창시켜, 표면은 닫힌셀(Closed Cell)형상을 갖는 입자들을 유효성분으로 포함하여 이루어진 팽창 퍼라이트 10 ~ 84 중량%와 액상바인더 15 ~ 85 중량%, 보강섬유 0.25 ~ 5 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재.
제1항에 있어서,
상기 팽창 퍼라이트는 20 ~ 40 g/ℓ범위의 벌크비중(Bulk Density)을 갖는 것을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재.
제1항에 있어서,
상기 팽창 퍼라이트의 유효성분은 팽창 퍼라이트 중량을 기준으로 50 중량% 이상 포함됨을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재.
제1항에 있어서,
상기 팽창퍼라이트의 입자들은 팽창 퍼라이트의 중량을 기준으로 400㎛초과입자 15±10 중량%, 400~250㎛입자 40±15중량%, 250~160㎛입자 20±10중량%, 160미만입자 30±15 중량%의 입도분포로 구성됨을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재.
제1항에 있어서,
상기 팽창 퍼라이트의 원광은 진주암, 흑요석, 송지암, 경석 중 선택된 1종인 것이 특징인,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재.
제1항에 있어서,
상기 액상바인더는 무기질계 바인더 또는 유기질계 바인더 중 선택된 1종 또는 2종인 것이 특징인,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재.
제1항에 있어서,
상기 보강섬유는 무기질계 섬유 또는 유기질계 섬유 중 선택된 1종 또는 2종인 것이 특징인,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재.
제7항에 있어서,
상기 무기질계 섬유는 유리계 광물질을 재료로 하는 유리 섬유와 시리카 알루미나계 섬유, 지르코니아 섬유, 탄소 섬유 중 선택된 1종인 것이 특징인,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재.
제1항에 있어서,
상기 팽창 퍼라이트 표면에 유리 실란계 커플링제, 티네테이트계 커플링제, 지로코네이트계 커플링제 중 선택된 1종의 코팅막이 더 구성됨을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재.
퍼라이트 원광을 건조시켜 퍼라이트 중량대비 결정수의 중량%를 조절한 후, 팽창시키되, 표면은 닫힌셀(Closed Cell)형상을 갖는 입자들이 일정한 입도분포로 이루어지도록 팽창시켜 팽창 퍼라이트를 제조하는 제1단계;
상기 제1단계에서 제조한 팽창 퍼라이트에 액상바인더와 보강섬유를 넣고 혼합하여 혼합재를 제조하는 제2단계;
상기 제2단계에서 제조한 혼합재를 압축하여 성형체를 제조하는 제3단계;및
상기 제3단계에서 제조한 성형체를 건조하는 제4단계로 구성된,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 제1단계의 팽창 퍼라이트 제조시, 일정한 입도분포범위에 맞춰 한번에 팽창시켜 제조하는 방법 또는 입자크기별로 따로 팽창시킨 후 이를 혼합하여 제조하는 방법 중 선택된 1종으로 제조하는 것을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 제1단계의 팽창 퍼라이트 제조시, 직접화염법 또는 간접화염법 중 선택된 1종으로 팽창하는 것을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 제3단계의 성형체 제조시, 제2단계의 혼합재를 진동이나 충격을 주어 체밀 충전방법을 더 거친 후, 압축하여 제조하는 것을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 제2단계의 혼합물 제조시, 액상바인더로 무기질계 바인더 또는 유기질계 바인더 중 선택된 1종 또는 2종을 사용하는 것을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 제2단계의 혼합물 제조시, 보강섬유로 무기질계 섬유 또는 유기질계 섬유 중 선택된 1종 또는 2종을 사용하는 것을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조방법.
제15항에 있어서,
상기 무기질계 섬유로는 유리계 광물질을 재료로 하는 유리 섬유와 시리카 알루미나계 섬유, 지르코니아 섬유, 탄소 섬유 중 선택된 1종인 것을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 제2단계의 혼합물 제조시, 발수제, 보강제, 복사열 차단제 중 선택된 1 종이상을 더 첨가하여 제조하는 것을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조방법.
제17항에 있어서,
상기 발수제는 실리콘계 발수제, 유기 실란계 커플링제의 코팅, 티네테이트계 커플링제의 코팅, 지로코네이트계 커플링제이의 코팅 중 선택된 1종인 것을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조방법.
제17항에 있어서,
상기 보강제는 흄드실리카나, 화이트 카본 중 선택된 1종인 것을 특징으로 하는,
닫힌 셀의 팽창 퍼라이트를 이용한 보온재의 제조방법.