KR20120009033A - 무기심재를 이용한 샌드위치 패널 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기심재를 이용한 샌드위치 패널 및 그 제조 방법에 관한 것으로,
복수의 금속판, 상기한 금속판 사이에 배치되는 종이 혹은 부직포 재질의 다수의 공간부를 갖는 구조체, 상기한 구조체의 공간부마다 충진되며 규산염에 내수성 및 강도 향상용 첨가제가 혼합되어 발포된 심재를 포함하여 구성되는 샌드위치패널 및;
하부 금속판 상에 구조체를 배치하고, 구조체의 공간마다 규산염과 내수성 및 강도 향상용 첨가제가 혼합되어 구성된 충진제를 투입한 후, 마이크로파를 조사하여 충진제가 발포되도록 하여 금속판 사이에 충진제의 발포로 심재가 형성되도록 하고, 발포 완료 후 상부 금속판을 더 접착제(규산염 혹은 규산염과 내수성 및 강도 향상용 첨가제가 혼합된 규산염)로 접착하는 샌드위치 패널 제조 방법에 관한 것이다.

Description

무기심재를 이용한 샌드위치 패널 및 그 제조 방법{sandwich panel with inorganic matter insulation form and manufacturing method thereof}

본 발명은 무기심재를 이용한 샌드위치 패널 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

샌드위치 패널은 건물이나 구조물의 벽체 등에 사용되는 건축자재로서 판 상의 심재 양측으로 금속판을 접착시켜 제조되며, 상기한 심재는 통상 스티로폼(EPS)이나 우레탄 폼과 같은 유기질 단열재류, 글래스 울이나 미네랄 울과 같은 무기질 단열재류, 스티로폼에 난연 처리한 난연 EPS 패널류 등과 같은 판 상의 심재 양측으로 금속판을 접착시켜 제조된다.

그러나 샌드위치 패널의 금속판 사이에 개재되는 스티로폼 등의 심재는 내화성(耐火性)을 가지지 않는 경우가 많아, 건축물에 화재가 발생하는 경우 등 샌드위치 패널이 화염에 노출되면 쉽게 전소(全燒)되어 버리는 문제가 있다.

또한, 종래의 심재와 금속판을 접착하는 데 일반적으로 사용되는 폴리우레탄 본드의 경우 화기에 약하고, 한번 점화되면 쉽게 진화되지 못하며, 유독가스와 검은 연기로 인하여 인체에 악영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

한편, 규산염은 접착 및 결합, 분산, 완충작용, 필름형성, 내부식성 등의 성질과, 환경적 안정성과 견고한 결합력, 사용취급상의 용이성, 방청성, 내열성, 난연성을 가지고 있어서 다양한 산업분야에서 활용도 높은 무기화합물로 사용되어지고 있다.

그러나, 상기한 규산염은 팽창 유도 후 건조시켰을 때 내수성과 강도가 매우 낮은 특성을 가지고 있어서, 빗물과 같이 수분과의 접촉이 많으며, 일정한 강도를 유지하여야 하는 건축재의 용도로는 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

더욱이 상기한 규산염을 이용한 선행기술인 공개특허 10-2009-0111707호에는 물유리의 축,중합 반응에서 습윤겔을 수득하고, 상기 습윤겔에서 10~50%의 수분을 건조한 후 200~500℃로 가열 발포하는 것이 공개되어 있으나, 이는 겔화, 건조, 발포의 공정을 거쳐야 하므로 공정이 복잡하고, 겔화가 진행되는 과정에서 혼합(Mixing)하는 것은 물유리의 점도로 인하여 현실적으로 매우 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 규산염에 내수성 및 강도 향상용 첨가제를 혼합하여 샌드위치패널의 심재 및 접착제로 사용하고, 샌드위치패널의 강도 향상 및 성형성을 위하여 금속판 사이에 다수의 공간부를 갖는 구조체를 삽입하여 심재의 원료가 금속판 사이에 형성되는 다수의 공간부에서 발포되도록 하여, 경량성과 내화성, 내수성 및 강도에서 우수한 특성을 갖는 샌드위치 패널을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 복수의 금속판, 상기한 금속판 사이에 배치되는 다수의 공간부를 갖는 구조체, 상기한 구조체의 공간부마다 충진되며 규산염 충진제 혹은 상기 규산염에 내수성 및 강도 향상용 첨가제가 혼합되어 발포된 심재를 포함하여 구성되는 샌드위치패널에 있다.

한편, 상기에서 심재와 구조체 및 금속판 사이의 결합력을 높이기 위하여 금속판의 심재와 접착면에는 접착제(규산염 혹은 규산염과 내수성 및 강도 향상용 첨가제가 혼합된 충진제)가 도포된 직물, 종이 혹은 부직포를 더 부착하여 접착층을 형성한다.

그리고, 상기한 바와 같은 구조를 갖는 샌드위치패널은 하부 금속판 상에 구조체를 배치하고, 구조체의 공간마다 규산염 충진제 혹은 상기 규산염과 내수성 및 강도 향상용 첨가제가 혼합되어 구성된 충진제를 투입한 후, 마이크로파를 조사하여 충진제가 발포되도록 하여 금속판 사이에 충진제의 발포로 심재가 형성되도록 하고, 발포 완료 후 상부 금속판을 더 접착제(규산염 혹은 규산염과 내수성 및 강도 향상용 첨가제가 혼합된 규산염)로 접착하는 샌드위치 패널 제조 방법을 제공한다.

상기에서 마이크로파 조사를 통한 충진제의 발포과정에서 상부면이 평탄하게 되도록 하기 위하여 구조체의 상부를 통공이 천공된 상부 플레이트로 차단하거나, 구조체의 상부 면에 롤러를 설치하여 발포높이가 제한되도록 한다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면 샌드위치패널의 내부 심재로 내열성과 단열성, 내수성, 경량성, 강도 등을 갖춘 규산염과 내수성 및 강도 향상용 첨가제를 혼합하여 사용하므로, 샌드위치 패널의 최대 문제점인 내열성을 확보하면서도 건축자재로서 사용에 적합한 내수성과 강도, 경량성 및 단열성을 갖게 되는 효과가 있다.

더욱이, 샌드위치패널의 내부에 구조체를 개재시켜 샌드위치 패널의 강도를 더 보강하여 샌드위치 패널의 사용용도가 더욱 다양해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 샌드위치 패널을 나타내는 도면
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 샌드위치 패널 제조를 위한 장치의 실시예를 나타내는 도면

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 살펴본다.

본 발명에 따른 샌드위치 패널은 복수의 금속판(1), 상기한 금속판(1) 사이에 배치되며 양측 금속판(1)을 향해서 개방된 다수의 공간부(2)를 갖는 종이 혹은 부직포 재질의 구조체(3), 상기한 구조체(3)의 공간부(2)마다 배치되며 규산염과 내수성 및 강도 향상용 첨가제가 혼합된 충진제(4)가 발포된 심재(5)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기에서 심재(5)와 구조체(3) 및 금속판(1) 사이에는 이들의 결합력을 높이기 위하여 접착제가 도포된 직물, 종이 혹은 부직포를 더 부착하여 접착층(6)을 형성하는데, 상기한 접착제는 규산염을 단독으로 사용하거나, 규산염과 내수성 및 강도 향상용 첨가제를 혼합한 상기한 충진제를 사용한다.

한편, 상기한 구조체(3)는 허니콤이나 허니셀을 사용한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 샌드위치 패널 제조방법을 하기에서 살펴본다.

본 발명에 따른 샌드위치 패널 제조 방법은 하부 금속판 상에 구조체를 배치하고, 구조체의 공간마다 규산염 및 상기 규산염의 내수성 및 강도 향상용 첨가제가 혼합되어 구성된 충진제를 정량 투입한 후 마이크로파를 조사하여 충진제가 발포되도록 하고, 충진제의 발포가 완료된 후 상부 금속판을 구조체 상부면에 접착제로 접착한다.

이때 접착제는 상기한 샌드위치 패널에서 살펴본 바와 같이 규산염을 사용하거나 상기 충진제를 사용한다.

그리고, 상기에서 하부 금속판과 구조체는 구조체의 공간부로 투입되는 충진제에 포함된 규산염에 의하여 직접 접착될 수도 있고, 접착면적을 향상시키기 위하여 상기한 하부 금속판 상에 상기한 접착제가 도포된 직물, 종이 혹은 부직포를 배치하여 접착층을 형성한 후 그 상부에 구조체를 배치할 수도 있다.

또한 상부 금속판과 구조체 사이의 접착에도 동일하게 접착층을 형성하고 접착할 수도 있다.

한편, 상기에서 규산염은 수분이 배출되면서 팽창하므로 규산염을 팽창시키고자 하는 부피만큼의 체적을 갖는 용기에 투입하고 마이크로웨이브를 조사하여 수분을 증발시켜 발포, 팽창을 시키는데 이때 팽창, 발포체는 상부표면이 둥글거나 요철이 생겨 표면이 고르지 못하므로, 상부면이 평평하도록 하면서 수분도 배출할 수 있는 수단으로 막아 주어야 한다.

이를 위하여 롤러를 사용하거나, 구멍이 천공된 차단판을 사용하거나, 구멍이 천공되지 않은 차단판을 개봉과 밀폐를 반복시켜 수분을 배출하여 팽창체의 표면을 고르게 할 수 있다.

그리고, 이상의 본 발명에서 사용된 규산염은 가용성 규산염으로, 액상규산나트륨, 규산칼륨, 리튬실리케이트 등이 있지만 규산칼륨, 리튬실리케이트는 액상규산나트륨에 비해 단가가 높고, 내수성 실험 결과 규산나트륨보다 효율이 나빠서 건축용으로 적용하기에는 적합하지 않아 액상규산나트륨을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 이러한 가용성 규산염은 일반적으로 100℃ 내외에서 수분증발에 의한 1차 팽창이 일어나고 200~400℃에서 Si-OH군 수화물의 열분해에 의해 2차 팽창이 일어나기 때문에 건조 시 기공과 팽창성을 제어하는데 어려움이 있다. 따라서 이를 해결하기 위해서는 외부와 내부에 동시 균일하게 열을 가할 수 있는 915MHz~2450MHz 주파수의 마이크로웨이브를 이용하여 조성물을 발포 건조한다.

한편, 본 발명에서 사용되는 915MHz 는 피가열체가 두께가 깊고 넓은 면적을 가질 때 사용하는 것이 용이하고 2,450MHz는 두께가 얇고 표면적이 작을 때 사용하는 것이 유리하다.

그리고, 상기 마이크로파는 금속에는 흡수되지 않고 표면에서 모두 반사되어 버리므로, 챔버 내부의 임의의 개소에 금속이 있으면 그 아래 부분은 전혀 가열되지 않는다. 또한 가는 금속편이나 금속물체로 되어 있는 부분은 그 선단에 마이크로파 전계가 집중해서 방전이 생기거나 그 근방이 과열되거나 하는 일이 있다. 그러므로 챔버내의 금속에는 알루미늄 테이프로 마스킹하여 스파크 발생을 막아주는데 이러한 알루미늄 테이프 마스킹 대상은 통상 챔버 내부의 기계장치들이다.

그리고, 상기한 첨가제는 각종 섬유보강재, 산화물(산화마그네슘, 산화아연 등), 규불화나트륨, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 실리카계열, 알킬기를 가지는 화합물등이 있다.

이상과 같은 샌드위치 패널 및 그 제조방법을 실현하기 위한 마이크로파 조사 장치의 구성을 하기에서 살펴본다.

우선, 본 발명에 따른 샌드위치 패널의 충진제 발포 장치를 도 2를 참조하여 살펴본다.

상기한 충진제 발포장치는 도 2에 나타내는 바와 같이 충진물이 충진된 피가공물(10)이 투입되고 배출되는 투입구(22)와 배출구(24)가 형성된 챔버(20)와, 상기한 챔버(20)의 투입구(22)와 배출구(24)로 피가공물(10)을 이송하는 이송수단(30)(통상 컨베이어를 사용한다), 상기한 피가공물(10)의 발포 제한높이에 하종단이 위치되도록 챔버(20)의 내부에 설치되는 발포 제한 장치(40)와, 상기한 챔버(20)의 내부에 설치되는 마이크로파 발생 장치(50)와, 상기한 마이크로파 발생 장치(50)로부터 발생되는 마이크로파를 균일하게 피가공물(10)에 조사하기 위하여 챔버(20) 내부에 설치되는 다수의 반사날개를 가진 팬(fan)형의 분산장치(60)와, 상기한 투입구(22)와 배출구(24)에 설치되어 전자파 누설을 방지하기 위한 전자파 누설 방지 장치(70)로 구성된다.

상기에서 발포 제한 장치(40)는 도 2에 나타내는 바와 같이 챔버(20)의 이송수단(30) 상부에 롤러(42)를 이송방향으로 왕복 운동할 수 있도록 설치하여, 피가공물(10)의 챔버(20)내 투입이 완료되면 피가공물(10)의 상단부 일측 종단에서 타측 종단까지를 회전하면서 왕복하도록 한다.

그리고, 발포 제한 장치(40)의 다른 예로는 도 3에 나타내는 바와 같이 다수의 통공(44a)이 천공된 차단판(44)을 피가공물(10)의 상단과 접하는 높이로 승/하강시키며, 이 경우 승/하강은 실린더를 사용하거나 모터와 스크류봉, 래크와 피니언, LM가이드 등과 같은 통상의 승/하강 수단을 사용할 수도 있다.

이외에도 롤러를 고정시키고 이송수단을 통해서 피가공물을 이송하면서 발포 상부면을 평탄화할 수도 있고, 통공이 천공되지 않은 차단판을 승/하강을 반복시켜 편탄화를 할 수도 있다.

그리고, 상기에서 마이크로파 조사는 피가공물(10)이 챔버(20)내로 완전히 이송되면 구동이 시작되어 충진제의 발포정도에 따라 미리 설정된 주파수와 전원으로 제어되어 충진제의 발포 높이가 구조체의 상단에서 억제되면서 충진제의 상부 발포면이 평평하도록 한다.

한편, 상기한 실시예에서는 챔버를 단순히 하나의 室을 갖도록 형성하고 있으나 이 경우 투입과 배출시의 휴지 시간이 발생하므로 도 4에 나타내는 바와 같이 하나로 이루어진 챔버에 셔터 형태의 칸막이(26)를 두어 두 부분으로 챔버를 구획한다.

이와 같이 칸막이로 구분된 공간 중 투입구 측인 1室 부분에 피가공물을 두고 마이크로파를 조상하여 발포 중 발포 중반이나 종반에 칸막이를 열고 2室로 해당 피가공물을 이송시킨 후 칸막이를 차단하고 이 과정에 1室에는 다음 피가공물을 투입한다.

그리고 발포 과정 종반에 2室의 피가공물은 배출구로 배출하고 1室의 피가공물은 2室로 이송하는 과정을 반복적으로 진행하여 휴지 시간을 줄이고 효율적인 작업을 할 수 있다. (셔터와 각 室의 이동, 퇴실방식 설명 반자동)

이때 칸막이의 오픈(open)/클로즈(close) 및 이송수단의 구동, 마이크로파조사장치는 제어수단을 통해서 발포에 최적의 상태로 제어하거나 작업자가 발포정도를 확인하면서 수동으로 조작할 수 있다.

그리고, 본 발명의 충진제 종류에 따른 강도 및 내수성 향상 예를 하기에서 살펴본다.

본 발명의 실시예에서 규산염은 액상 규산나트륨을 사용하고, 내수성 평가방법으로는 일정한 크기의 용기 안에 본 발명에 따란 발포형성된 심재를 넣고, 침식된 시료 심재에 수도수를 채운 뒤, 핸들링 10회 후 풀어짐을 관찰하였고, 강도 평가 방법으로는 일정한 넓이와 높이의 2Point 거치대 위에 일정한 크기의 심재를 올리고, 3kg의 무게를 가지는 추를 단계별 높이에서 심재중심으로 낙하시켜 그 변화를 육안으로 관찰, 측정하여 크랙이 발생되는 시점을 측정하였다.

이러한 내수성 및 강도는 표 1의 4단계 이상일 경우에 건축용 재료로 사용가능하다.

이하 첨가제의 종류에 따른 충진제의 조성비교와 내수성 및 강도를 살펴본다.

실시예 1.

규산소다 100중량 기준으로 10중량부 이내의 섬유보강재를 투입한 후 교반기를 이용하여 5분간 믹싱(Mixing) 한다. 이 혼합물을 틀에 넣어서 마이크로파를 조사하여 4분간 발포하는데, 상기에서 틀은 혼합물의 부피보다 1~10% 더 크게 하여, 발포 후 비중 및 강도를 고려하여 1~10%내/외에서 발포(팽창)를 억제한다.

상기에서 섬유보강제는 콘크리트와 혼합하여 일반적으로 사용되어지는 것으로, 초기 건조 수축의 균열억제와 충격강도 증진의 효과가 뛰어나다. 이러한 섬유보강제 종류에는 나일론, 천연셀룰로오스, 파워메쉬 화이버, 유리섬유, 습/건식 셀룰로오스 등이 있다.

이와 같이 섬유보강제가 첨가된 충진제의 특성을 표 2에서 살펴본다.

상기한 섬유보강재를 혼합하여 발포, 팽창시켰을 경우, 단면에 공극이 발생하지 않고, 결합강도가 뛰어난 특징을 관찰하였으며, 다수의 섬유보강제 중 나일론이 강도를 포함하여 전체적으로 특성이 가장 우수하였다.

실시예 2.

규산소다 100중량 기준으로 규불화나트륨 1~10중량부, 탄산칼슘 1~20중량부를 첨가하여 믹싱기로 5분간 혼합 후, 상기 섬유보강제와 마찬가지로 발포하였다.

이와 같이 제조된 충진제는 728시간을 끝으로 자체 평가 등급 4단계를 확보하고 실험을 종료하였으나 2800시간 경과후에도 우수한 내수성을 보였다.

한편, 실시예 2에서 규불화 나트륨을 제외하고 규산소다와 탄산칼슘만을 혼합한 실험군은 내수성 평가에서 214시간 기준으로 내수성이 현저히 떨어졌다.

실시예 3.

규산소다에 수산화알루미늄을 규산소다 100중량 기준으로 10중량부를 첨가 후 교반기를 이용하여 5분간 믹싱(Mixing) 하여, 실시예 1과 동일한 방법으로 5분간 마이크로파를 이용하여 발포한다.

이와 같이 제조된 충진제는 139시간을 기준으로 풀림 현상이 심하게 나타났다.

실시예 4.

물(H₂O) 100g에 탄산칼륨 70g을 넣어 교반하여 완전히 용해된 후 탄산칼슘 30g을 첨가하여 수용액을 제조한다.

상기 수용액을 규산소다 100 중량 기준으로 10~50중량부 첨가하고 잘 교반하여 틀에 위치한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 발포한다.

실시예 5.

규산소다 100g 기준으로 메타카오린 또는 카오린을 10g을 넣어 교반하여 틀에 위치시켜 발포한다.

이상과 같은 실시예에 따른 내수성과 강도는 상기 평가기준을 적용한 결과, 표 3과 같이 실시예1, 2, 5가 가장 우수한 결과를 보였다. 그렇지만 자체평가기준이 절대적인 것은 아니다

상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이 규불화나트륨의 첨가로 내수성 및 강도가 현저하게 향상됨을 알 수 있으며, 섬유보강재, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 탄산칼륨과 탄산칼슘 수용액 및 메타카오린, 카오린의 첨가로 내수성 및 강도가 규불화나트륨만을 사용했을 때와 비교하여 개선됨을 알 수 있다.

이에 따라 본 발명에서는 가용성 액상 규산염에 규불화나트륨을 필수구성요소로 첨가하고, 이에 추가적으로 섬유보강재, 수산화알루미늄, 탄산칼륨과 탄산칼슘 수용액 및 메타카오린, 카오린을 더 첨가하며, 상기에서 섬유보강재와 메타카오린 미 카오린은 강도 향상에 탁월한 효과를 보이고, 탄산칼슘, 수산화알루미늄, 탄산칼륨과 탄산칼슘 수용액은 건축용 내장재로서 사용하기에 필요한 난연성을 보강하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명은 규산염을 겔화 하거나 탈수의 공정을 거치지 아니하고 첨가제에 따른 내수성 향상을 유도하며, 이는 규산염류의 Si 구조식에 치환기가 적용되어 내수성 유도를 이끌어 내며, 또한 규불화나트륨의 산성성질이 액상규산소다와 함께 섞였을 경우 급속한 겔화 반응을 보이지 않고 서서히 반응을 유도하여 중성 상태의 pH를 확보하여 우수한 내수성을 띄게 된 것으로 판단된다. 또한 섬유보강재를 사용하였을 경우는 섬유보강재로 인해 크로스 형태의 엉킴으로 치밀한 표면을 형성하여, H₂O의 침투를 막은 것으로 판단된다.

1 : 금속판 2: 공간부
3 : 구조체 5 : 심재

Claims (4)

1. 샌드위치 패널은 복수의 금속판(1), 상기한 금속판(1) 사이에 배치되며 양측 금속판(1)을 향해서 개방된 다수의 공간부(2)를 갖는 구조체(3), 상기한 구조체(3)의 공간부(2)마다 배치되며 규산염 충진제 혹은 상기 규산염과 내수성 및 강도 향상용 첨가제가 혼합된 충진제가 발포된 심재(5)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무기심재를 이용한 샌드위치 패널.
2. 제 1항에 있어서, 상기한 심재(5)와 구조체(3) 및 금속판(1) 사이에는 이들의 결합력을 높이기 위하여 접착제가 도포된 직물, 종이 혹은 부직포를 더 부착하여 접착층(6)을 형성하며, 상기 접착제는 규산염을 단독으로 사용하거나, 규산염과 내수성 및 강도 향상용 첨가제를 혼합한 상기한 충진제를 사용하는 것을 특징으로 하는 무기심재를 이용한 샌드위치 패널.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 첨가제는 섬유보강재, 산화물, 규불화나트륨, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 실리카계열, 알킬기를 가지는 화합물 중에서 하나 이상 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 무기 심재를 이용한 샌드위치 패널.
4. 하부 금속판 상에 다수의 공간부를 갖는 종이 혹은 부직포 재질의 구조체를 배치하고,
   구조체의 공간마다 규산염 및 상기 규산염의 내수성 및 강도 향상용 첨가제가 혼합되어 구성된 충진제를 정량 투입한 후 마이크로파를 조사하여 충진제가 발포되도록 하고,
   충진제의 발포가 완료된 후 상부 금속판을 구조체 상부면에 접착제로 접착하는 것을 특징으로 하는 무기 심재를 이용한 샌드위치 패널 제조 방법.

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