KR20110111503A - 경화성 무기 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 관한 경화성 무기 조성물은 물유리 100중량부에 대해 플라이 애쉬를 25~35중량부와 금속 산화물을 미리 혼합하여 이루어지고, 이 결과 내열성 및 내화성을 가지는 접착제, 도료, 코팅제 또는 충전제 등으로서 양호한 시공성이면서 저비용으로 사용 가능한 경화성 무기 조성물을 제공할 수 있다.

Description

경화성 무기 조성물{Curable inorganic composition}
본 발명은 접착제, 도료, 코팅제 또는 충전제 등으로서 사용되는 경화성 무기 조성물에 관한 것으로, 특히 내열성 및 내화성을 가지는 것에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 합판이나 벽지 등의 건재로 사용되는 접착제는 유기계의 것이 대부분이었다. 이 유기계 접착제는 건조성이나 도포성 등의 시공성이 양호한 반면, 내열성이 떨어지는 결점이 있었다. 최근에는 방재 의식의 상승과 함께 건축 기준법이 개정되는 등 건재나 건물의 구조 등에 대해 종래 이상으로 내열성, 내화성이 요구되게 되었다. 이 때문에, 건축 분야에서 사용되는 접착제에 대해서도 종래 이상으로 내열성이 뛰어난 것이 요구되고 있는데, 유기계 접착제로는 내열성의 향상에 한계가 있고, 그 요구를 충분히 만족시키는 것은 없었다.
한편, 우수한 내열성, 내화성을 가지는 접착제로서 무기계의 접착제가 종래 알려져 있다. 이 무기계의 접착제로서는 일반적으로 물유리나 콜로이달 실리카를 바인더로 하고, 알루미나 등의 산화물을 필러로서 혼합한 것이 알려져 있다. 이 중에서 물유리를 이용한 무기계 접착제는 물유리가 공기 중의 탄산 가스를 흡수하여 겔상 규산이 석출되어 유리상이 되어 강한 접착력을 발휘하기 때문에 유리나 도자기 등의 접착제나 내화 코팅제 등에 이용되고 있다. 또한, 물유리를 이용한 무기계 접착제는 일반적으로 경화 속도가 느리기 때문에 특개평6-25610호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 오산화 안티몬을 가함으로써 경화 속도를 높이는 제안 등도 되어 있다.
그러나, 종래의 무기계 접착제는 알루미나 등의 산화물을 사용하는 점에서 유기계 접착제보다도 훨씬 고비용이 되는 문제가 있었다. 이 때문에, 접착제를 대량으로 사용하는 건축 분야, 예를 들면 합판의 제조나 벽지의 첩부(貼付) 등에는 채산면에서 사용할 수 있는 것이 아니었다. 또한, 종래의 무기계 접착제는 경화 속도가 느리기 때문에 시공성이 나빠 비바람에 노출되는 경우가 많은 건축 현장에서의 사용에 견딜 수 있는 것이 아니었다. 따라서, 종래의 무기계 접착제는 우수한 내열성, 내화성을 구비하면서도 건축 분야에서 접착제 또는 코팅제 등으로 사용되는 경우는 드물었다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 무기계 접착제는 경화 속도(건조 속도)를 높여 시공성을 향상시키고 있는데, 물유리와 오산화 안티몬의 반응 조제로서 알코올을 사용함과 동시에 교반 중의 온도 관리가 필요한 등 제조 공정이 복잡하기 때문에, 종래 이상으로 고비용의 것이 되었다. 따라서, 대량으로 사용되는 건축 분야에서 사용할 수 있는 것이 아니었다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 내열성 및 내화성을 가지는 접착제, 도료, 코팅제 또는 충전제 등으로서 양호한 시공성이면서 저비용으로 사용 가능한 경화성 무기 조성물을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 물유리를 100중량부에 대해 플라이 애쉬를 25~35중량부와 금속 산화물을 미리 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 경화성 무기 조성물이다.
본 발명은 또한 상기 수단의 경화성 무기 조성물에 있어서, 상기 금속 산화물로서 산화 아연을 물유리 100중량부에 대해 15~25중량부를 미리 혼합하고, 추가로 지르콘 플라워를 물유리 100중량부에 대해 5~15중량부를 미리 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 상기 수단의 경화성 무기 조성물에 있어서, 적어도 상기 물유리, 상기 플라이 애쉬, 상기 산화 아연, 상기 지르콘 플라워를 혼합한 결과, 이산화 규소를 22~40중량%, 산화 아연을 10~15중량%, 산화 나트륨을 3~15중량%, 산화 알루미늄을 3~10중량%, 산화 지르코늄을 2~8중량%, 물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한 상기 수단의 경화성 무기 조성물에 있어서, 상기 플라이 애쉬, 상기 금속 산화물 및 상기 지르콘 플라워는 각각 45μm 이하의 입자지름의 것이 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 경화성 무기 조성물에 의하면, 내열성 및 내화성을 가지는 접착제, 도료, 코팅제 또는 충전제 등으로서 양호한 시공성이면서 저비용으로 사용 가능하다는 우수한 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 접착 강도 시험의 결과를 나타낸 도면이다.
본 실시형태의 경화성 무기 조성물에 사용하는 물유리는 규산 나트륨의 농수용액으로, 규산 나트륨을 물에 녹이고 가열함으로써 얻어진다. 물유리의 조성은 Na2O·nSiO2로서, 물유리 중에는 Na2O(산화 나트륨) 및 SiO2(이산화 규소, 실리카)가 혼합하여 존재한다. 이 물유리는 시판의 것을 사용할 수 있지만, 몰비(n)의 값이 작은 경우는 제조한 조성물이 경화되기 어려운 것이 되고, 몰비(n)의 값이 큰 경우는 제조한 조성물의 보관시의 안정성이 악화된다. 따라서, 물유리는 경화성 무기 조성물의 경화 속도와 안정성의 균형의 점에서 예를 들면 JIS K1408의 1호(Na2O가 17~19중량%, SiO2가 35~38중량%) 또는 2호(Na2O가 14~15중량%, SiO2가 34~36중량%)로 규정되는 것이 바람직하고, 또 몰비(n)의 값이 2~2.3의 것이면 보다 바람직하다.
플라이 애쉬는, 예를 들면 석탄 화력 발전소의 미분탄 연소 보일러의 연소 가스로부터 집진기로 채취된 석탄회이다. 미분탄 연소 보일러에서 미분탄을 연소시켰을 때에 생기는 재의 입자는 용융 상태로 고온의 연소 가스 중을 부유한 후에 보일러 출구에서 냉각됨으로써 구형의 미세 입자가 된다. 이 구형의 미세 입자가 플라이 애쉬이고, 그 조성은 예를 들면 SiO2(이산화 규소, 실리카)가 40.1~74.4중량%, Al2O3(산화 알루미늄, 알루미나)가 15.7~35.2중량%, Fe2O3(산화철)이 1.4~17.5중량%, MgO(산화 마그네슘)이 0.2~7.4중량%, CaO(산화 칼슘)이 0.3~10.1중량%가 되어 있다.
플라이 애쉬는 보일러 등의 내부에서의 고온 연소에 의해 생긴 재로서, 가연 성분이 거의 잔존하지 않기 때문에 혼화함으로써 경화성 무기 조성물의 내열성, 내화성을 향상시킬 수 있다. 또, 플라이 애쉬는 구형의 미립자이기 때문에, 혼화함으로써 경화성 무기 조성물의 유동성을 높일 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 경화성 무기 조성물에서는 플라이 애쉬를 사용함으로써 제조시의 교반성을 향상시킴과 동시에 시공시의 도포성이나 충전성을 향상시키도록 하고 있다.
또, 종래 콘크리트에 플라이 애쉬를 혼화함으로써 CaO와 물이 반응하여 생성된 Ca(OH)2(수산화 칼슘)와 SiO2 또는 Al2O3이 상온에서 천천히 반응하는 포졸란 반응이 생겨 장기 강도가 향상되는 것이 알려져 있다. 또한, 콘크리트에 플라이 애쉬를 혼화한 경우, 콘크리트의 골재 중의 준안정적인 SiO2와 알칼리 이온·수산기 이온이 반응하는 알칼리 실리카 반응이 억제되는 것이 알려져 있다.
본 실시형태의 경화성 무기 조성물에서는 이러한 플라이 애쉬의 특성을 이용함으로써 경화 속도와 보관시의 안정성의 균형을 취하여 경화 속도를 높이면서도 보관시의 안정성을 유지하는 것을 가능하게 하고 있다. 또한, 경화 후의 무기 조성물의 장기적인 강도 및 접착력을 높이는 것을 가능하게 하고 있다.
플라이 애쉬는 석탄 화력 발전소의 부산물로서 대량으로 생산되기 때문에 실리카나 알루미나보다도 훨씬 저렴하게 구입하는 것이 가능하며 시판의 것을 사용할 수 있다. 플라이 애쉬를 조성물 내에 충분히 혼화시켜 경화성 무기 조성물의 균질성을 향상시키고, 경화성 무기 조성물의 성능을 안정되게 발휘시키기 위해서는, 플라이 애쉬는 입자지름이 45μm이하(예를 들면 1~45μm)의 것이 바람직하고, 입자지름이 30μm이하(예를 들면 1~30μm)이면 보다 바람직하다.
입자지름이 45μm이하 또는 30μm이하인 플라이 애쉬는, 예를 들면 45μm 체 또는 30μm 체를 사용하여 얻을 수 있다. 또, 플라이 애쉬의 입자지름은 전부가 45μm(30μm)이하일 필요는 없고, 45μm(30μm)이상의 것이 일부 포함되어 있어도 되는 것은 물론이다.
따라서, 비용면 및 입수의 용이함 등을 고려한 경우 플라이 애쉬는 예를 들면 JIS A6201의 II종(SiO2의 비율이 45%이상이고, 45μm 체 잔분이 40%이하, 또한 브레인법에 의한 비표면적이 2500㎠/g이상) 또는 I종(SiO2의 비율이 45%이상이고, 45μm 체 잔분이 10%이하, 또한 브레인법에 의한 비표면적이 5000㎠/g이상)으로 규정되는 것이 바람직하다.
금속 산화물은 본 실시형태의 경화성 무기 조성물에서는 산화 아연(ZnO)을 사용하고 있다. 이 산화 아연은 미분말상의 산화물로서, 도료의 도막 강화제 등으로서 일반적으로 사용되고 있는 것이다. 본 실시형태에서는 산화 아연을 적절히 혼입함으로써 경화성 무기 조성물의 점도를 조절하여 시공시의 도포성이나 점착성을 향상시키고 있다. 산화 아연은 시판의 것을 사용할 수 있지만, 충분히 혼화시켜 조성물 내에 균질하게 분산시키기 위해서는 입자지름이 45μm이하(예를 들면 1~45μm)의 것이 바람직하고, 입자지름이 30μm이하(예를 들면 1~30μm)의 것이면 보다 바람직하다.
입자지름이 45μm(30μm)이하인 금속 산화물은 예를 들면 체를 사용하여 얻을 수 있고, 45μm(30μm)이상의 것이 일부 포함되어 있어도 되는 것은 상술한 플라이 애쉬와 같다.
또, 금속 산화물은 상술한 산화 아연에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 마그네슘, 칼슘, 철, 붕소 등 다른 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 1종류의 금속 산화물만을 사용해도 되고, 복수 종류의 금속 산화물을 사용해도 된다.
본 실시형태의 경화성 무기 조성물에서는 상술한 성분에 덧붙여 지르콘 플라워를 더 혼입하고 있다. 이 지르콘 플라워는 지르콘 샌드를 기계적으로 분쇄 분구(分球) 생성한 분말 지르콘(규산 지르코늄, ZrSiO4)이다. 지르콘 플라워는 용융점이 높고 열팽창이 적기 때문에 경화성 무기 조성물의 내열성 및 내화성의 향상에 공헌한다. 또, 지르콘 플라워는 비수용성이기 때문에 경화성 무기 조성물의 내수성의 향상에 공헌한다.
또한, 지르콘 플라워는 혼입된 유리의 유리 연화점을 내리는 효과를 갖고 있기 때문에 경화성 무기 조성물이 가열되어 유리화한 경우의 유연성을 늘려 취화를 막을 수 있다. 이에 의해, 예를 들면 경화성 무기 조성물을 내화 코팅으로서 사용한 경우에 가열시의 도막의 유지성을 높여 쉽게 벗겨져 떨어지지 않도록 할 수 있다.
지르콘 플라워는 실리카나 알루미나보다도 비교적 저렴하게 구입하는 것이 가능하며 시판의 것을 사용할 수 있지만, 충분히 혼화시켜 조성물 내에 균질하게 분산시키기 위해서는 입자지름이 45μm이하(예를 들면 1~45μm)의 것이 바람직하고, 또 입자지름이 30μm이하(예를 들면 1~30μm)이면 보다 바람직하다.
입자지름이 45μm(30μm)이하인 지르콘 플라워는 예를 들면 체를 사용하여 얻을 수 있고, 45μm(30μm)이상의 것이 일부 포함되어 있어도 되는 것은 상술한 플라이 애쉬 및 금속 산화물과 같다.
본 실시형태의 경화성 무기 조성물의 제조는 물유리를 100중량부에 대해 플라이 애쉬를 25~35중량부, 산화 아연을 15~25중량부, 지르콘 플라워를 5~15중량부를 용기 내에서 교반하여 혼합함으로써 행해진다.
물유리 100중량부에 대한 플라이 애쉬의 비율은 경화성 무기 조성물의 경화 속도와 안정성의 균형의 점에서 25~35중량부인 것이 바람직하다. 플라이 애쉬의 비율이 25중량부 미만인 경우는 경화 속도가 저하되고, 35중량부보다 큰 경우는 보관시의 안정성이 악화되어 장기 보존이 어려워지기 때문에 바람직하지 않다.
물유리 100중량부에 대한 금속 산화물의 비율은 특별히 한정되는 것은 아니고, 경화성 무기 조성물의 용도에 따른 점도가 되도록 적절히 비율을 결정할 수 있다. 또한, 사용하는 금속 산화물의 종류에 따라 적절히 비율을 결정할 수 있다.
또, 금속 산화물로서 산화 아연을 사용한 경우의 비율은 물유리 100중량부에 대해 15~25중량부인 것이 양호한 시공성을 얻을 수 있는 적절한 점도가 되는 점에서 바람직하다. 단, 산화 아연의 비율은 경화성 무기 조성물의 용도에 따라 변경해도 된다. 예를 들면, 경화성 무기 조성물을 퍼티(putty)나 충전제로서 사용하는 경우는 산화 아연을 물유리 100중량부에 대해 25중량부 이상 가하도록 해도 된다.
물유리 100중량부에 대한 지르콘 플라워의 비율은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 적절한 내화성을 얻음과 동시에 적절한 유리 연화점을 설정하는 점에서 5~15중량부인 것이 바람직하다.
또, 경화성 무기 조성물의 점도를 조절하기 위해 소량의 물(예를 들면 1~15중량% 정도)을 가하도록 해도 된다.
혼합 방법은 공지의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 혼합은 실온에서 행할 수 있다. 또, 각 성분을 충분히 혼합한 후에 밀폐 용기 내에서 냉암소에 1일 정도 방치함으로써 조성물의 성상이 안정되어 소정의 점성과 광택이 나타난다.
얻어진 경화성 무기 조성물은 성분으로서 이산화 규소(SiO2)를 22~40중량%, 산화 아연(ZnO)을 10~15중량%, 산화 나트륨(Na2O)을 3~15중량%, 산화 알루미늄(Al2O3)을 3~10중량%, 산화 지르코늄(ZrO2)을 2~8중량%, 물을 포함하고 있는 것이 경화 속도와 안정성의 균형 및 시공성의 점에서 바람직하고, 이산화 규소를 25~36중량%, 산화 아연을 12~13중량%, 산화 나트륨을 6~11중량%, 산화 알루미늄을 5~6중량%, 산화 지르코늄을 4~5중량%, 물을 포함하는 것이면 보다 바람직하다.
실시예 1
다음에, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
본 실시예에서는 물유리는 시판의 시멘트용 급결제를, 플라이 애쉬는 JIS규격 II종의 것을, 산화 아연은 JIS규격 1종의 것을, 지르콘 플라워는 98% 이상이 입자지름 45μm이하의 것을 사용하였다.
물유리 100g, 플라이 애쉬 30g, 산화 아연 20g, 지르콘 플라워 10g, 소량의 물을 용기에 넣고 교반기를 이용하여 실온하에서 약 3분간 교반하였다. 교반 후, 조성물을 밀폐 용기로 옮기고 냉암소에서 약 1일간 보관함으로써 경화성 무기 조성물을 제조하였다.
얻어진 조성물은 회색의 점성이 있는 액체로서, 각종 재료의 표면에 주걱 또는 솔로 얇게 발라 넓힐 수 있어 양호한 시공성을 갖고 있는 것이 확인되었다. 또한, 얻어진 조성물은 비중이 약 1.8, pH가 약 12.2이고, 성분 및 함유량은 SiO2가 25~36중량%, ZnO가 12~13중량%, Na2O가 6~11중량%, Al2O3이 5~6중량%, ZrO2가 4~5중량%이었다.
얻어진 조성물을 접착제로서 이용한 경우의 접착 강도를 JIS K6849, K6850, K6857에 기초하여 시험한 바, 도 1에 나타내는 결과가 되었다. 도 1에 나타나는 바와 같이 상온에서 72시간의 건조 후에 충분한 접착 강도가 얻어지고, 고온 하에서도 접착 강도가 극단적으로 저하되는 일은 없었다. 또한, 1시간의 소성에 의해 충분한 내수성을 가지는 것이 확인되었다.
또한, 얻어진 조성물을 접착제로서 목제의 합판에 비닐제의 벽지를 첩부하고, 벽지를 가스 버너로 2분간 연속하여 가열(약 800℃)한 바, 벽지의 가열 부분이 탄화할 뿐으로 합판에 변화는 없었다. 또한, 3분간 연속하여 가스 버너로 가열한 경우도, 벽지 및 합판의 가열 부분이 탄화할 뿐으로 합판이 연소하는 일은 없었다. 이는 본 실시예의 경화성 무기 조성물이 가열에 의해 유리화하여 발포하고, 벽지와 합판 사이에 단열성의 불연층을 형성함으로써 합판의 연소를 방지하기 때문이다. 즉, 본 실시예의 경화성 무기 조성물을 합판이나 벽지의 접착제로서 사용함으로써 이들 건재에 내화성을 갖게 할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 경화성 무기 조성물은 플라이 애쉬를 사용함으로써 품질이나 기능을 열화시키지 않고 종래의 무기계 접착제보다도 저렴하게 제조할 수 있다. 이 때문에 건축 분야와 같이 종래 비용면에서 무기계 접착제가 그다지 사용되지 않았던 분야에서도 내열성, 내화성이 뛰어난 접착제로서 사용할 수 있다.
또한, 각 성분을 적절한 비율로 혼합함으로써 경화 속도를 높임과 동시에 양호한 시공성을 구비하고 있기 때문에 접착제 이외에도 코팅제, 도료, 충전제 등으로서 폭넓게 사용할 수 있다. 또, 보관시의 안정성도 구비할 수 있기 때문에, 냉암소에 보관함으로써 장기 보존이 가능하게 되어 있다.
또, 본 발명의 경화성 무기 조성물은 5~10℃의 온도로 냉장 보존함으로써 더욱 장기 보관이 가능하다.
또한, 본 발명의 경화성 무기 조성물은 가열된 경우에 유리화하여 발포하고 단열성의 불연층을 형성하기 때문에 각종 건재나 구조재 등에 접착제 또는 코팅제로서 도포함으로써 이들 부재의 내화성을 높여 화재시의 연소를 저지할 수 있다.
또한, 본 발명의 경화성 무기 조성물을 성형물의 결합재로서 사용함으로써 내화성이 뛰어난 내화 보드를 제조할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 경화성 무기 조성물은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.
본 발명에 관한 경화성 무기 조성물은 건축 분야 이외에도 내열성, 내화성이 요구되는 접착제, 도료, 코팅제 또는 충전제 등의 분야에서 이용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 물유리 100중량부에 대해 플라이 애쉬를 25~35중량부와 금속 산화물을 미리 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 경화성 무기 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 산화물로서 산화 아연을 물유리 100중량부에 대해 15~25중량부를 미리 혼합하고,
    추가로 지르콘 플라워를 물유리 100중량부에 대해 5~15중량부를 미리 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 경화성 무기 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    적어도 상기 물유리, 상기 플라이 애쉬, 상기 산화 아연, 상기 지르콘 플라워를 혼합한 결과,
    이산화 규소를 22~40중량%, 산화 아연을 10~15중량%, 산화 나트륨을 3~15중량%, 산화 알루미늄을 3~10중량%, 산화 지르코늄을 2~8중량%, 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 경화성 무기 조성물.
  4. 청구항 2 또는 청구항3에 있어서,
    상기 플라이 애쉬, 상기 금속 산화물 및 상기 지르콘 플라워는 각각 45μm 이하의 입자지름의 것이 포함되는 것을 특징으로 하는 경화성 무기 조성물.
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