KR20120053876A - 물유리 단열재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 물유리 단열재 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 물유리 단열재의 제조방법은, 물유리와 개질처리제인 알코올을 혼합하는 혼합단계와, 상기 혼합단계를 거치면서 발생한 겔 상태의 규산나트륨 중합체를 자연 상태에서 발수되도록 하는 발수단계와, 상기 발수된 겔 상태의 규산나트륨 중합체를 가열하여 발포하도록 하는 발포단계와, 상기 발포단계를 거친 규산나트륨 중합체를 분쇄하여 입자로 만드는 분쇄단계와, 상기 분쇄단계를 거친 입자들을 물유리와 혼합하는 물유리혼합단계와, 상기 물유리혼합단계를 거친 혼합물에 알코올을 투입하여 혼합하는 알코올 혼합단계와, 상기 알코올 혼합단계를 거친 혼합물을 겔 상태로 건조시키는 건조단계와, 상기 건조단계를 거친 혼합물을 성형틀에 넣어서 건조시키는 성형단계와, 상기 성형단계를 거친 단열재를 식혀서 응고시키는 냉각단계를 포함하여 구성되기 때문에, 인체에 무해하고, 공해를 발생시키지 않으며, 발포되어 구성되기 때문에 단열성이 우수한 물유리 단열재를 제조할 수 있는 특허에 관한 것이다.

Description

물유리 단열재의 제조방법 및 상기 제조방법에 의한 물유리 단열재{The manufacturing method of the insulayion material which used water glass}

본 발명은 물유리 단열재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 불연재로서 인체에 무해하고 단열효과가 우수한 단열재를 물유리로 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 단열재는 열의 이동을 차단하는 재료로서 건축물, 토목구조물, 전기제품, 차량 등에 단열 기능을 하도록 사용된다.

이러한 단열재는 주로 시트 형상으로 성형되어 사용되는데, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌. 폴리염화비닐, 게타포린, 타포린, 나일론, 스티로폼, 석면 등이 사용된다.

상기 단열재에서 석면을 제외한 재료들은 고열에서 용융시킨 상태에서 압연롤러를 통과하면서 시트 형상으로 성형한 후, 냉각시킨 것이다.

또한, 상기 석면은 화학접착제와 석면을 혼합한 상태에서 성형틀에 넣어서 압착하여 시트 형상으로 성형한 것이다.

이러한 단열재는 건축물의 내벽 또는 외벽에 시공되거나 터널의 내측면에 부착되기도 하고, 냉장고와 같은 전자제품의 케이스 내측면에 부착되거나, 차량의 커버 내측면에 부착되어 외부의 열이 흡열되는 것을 차단하고, 내부의 열이 외부로 방열되는 것을 차단하는 기능을 하게 된다.

상기 배경기술에 의한 단열재는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 인체에 유해하고 폐기 시, 환경을 오염시키는 문제점이 있었다. 즉, 상기 폴리프로필렌, 폴리에틸렌. 폴리염화비닐, 게타포린, 타포린, 나일론, 스티로폼은 모두 석유화학제품으로서 실내벽에 시공한 경우, 악취를 유발하면서 새집증후군을 발생시키면서, 호흡기질환 내지는 피부병을 발병시킨다. 또한, 폐기 시, 토양을 오염시키는 문제점이 있었다. 특히, 석면의 경우는 폐기 시, 석면 분진이 발생하면서 사람의 폐에 흡입된 후, 장기간 잔류하면서 폐암을 유발시키는 심각한 독성 물질이다.

둘째, 가연성의 물질이기 때문에, 연소 시, 유독가스를 발생시키는 문제점이 있었다. 상기 단열재 중 석면을 제외하고는 모두 가연성 물질로서, 착화가 용이하여 화재 발생의 주범이 되고 있는 실정이다. 특히, 화재 시, 다량의 유독가스가 발생하기 때문에 인명 사고에 치명적인 문제점이 있었다.

세째, 재료가 고가이므로 생산단가가 비싼 문제점이 있었다.

네째, 제조 시, 부산물이 환경을 오염시키는 문제점이 있었다. 석면 이외의 재료는 모두 석유화학원료를 사용하기 때문에 부산물에는 다량의 환경오염물질들이 포함되어 있고, 상기 석면은 제조 시, 공기 중으로 분진으로 유출됨으로써 사람에게 흡입되는 심각한 문제점이 있었다.

본 발명에 의한 물유리 단열재의 제조방법은, 물유리와 개질처리제인 알코올을 혼합하는 혼합단계와, 상기 혼합단계를 거치면서 발생한 겔 상태의 규산나트륨 중합체를 자연 상태에서 발수되도록 하는 발수단계와, 상기 발수된 겔 상태의 규산나트륨 중합체를 가열하여 발포하도록 하는 발포단계와, 상기 발포단계를 거친 규산나트륨 중합체를 분쇄하여 입자로 만드는 분쇄단계와, 상기 분쇄단계를 거친 입자들을 물유리와 혼합하는 물유리혼합단계와, 상기 물유리혼합단계를 거친 혼합물에 알코올을 투입하여 혼합하는 알코올 혼합단계와, 상기 알코올 혼합단계를 거친 혼합물을 겔 상태로 건조시키는 건조단계와, 상기 건조단계를 거친 혼합물을 성형틀에 넣어서 건조시키는 성형단계와, 상기 성형단계를 거친 단열재를 식혀서 응고시키는 냉각단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼합단계에서 상기 물유리는 물유리 3호를 선택하고, 상기 물유리 3호 300g 정도에 알코올 100㎖를 넣어서 혼합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 물유리 혼합단계에서 물유리는 물유리 3종이고 300g정도이고, 상기 알코올 혼합단계에서 상기 물유리 혼합단계를 거친 혼합물에 알코올을 100㎖ 넣어서 혼합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발포단계, 성형단계에서 마이크로 웨이브 건조기로 가열하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 성형단계에서 250℃에서 5분 정도로 가열한 후, 150℃에서 5분 정도 가열하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 물유리 단열재의 제조방법은, 발포되어 형성되기 때문에 내부에 다수의 기공이 형성되어 단열계수가 향상되고, 분쇄단계에서 형성된 입자가 구성되기 때문에, 강도 및 내마모성이 우수한 성질을 가지게 된다.

또한, 인체에 무해한 물유리로 제조되기 때문에 시공하고 나서도 새집증후군처럼, 인체에 해를 끼치는 나쁜 현상이 발생하지 않으며, 제조 시에도 부산물로 물이 발생할 뿐, 다른 공해 물질이 발생하지 않으므로 환경을 보호할 수 있다. 그리고, 폐기 시에도 전혀 환경을 오염시키지 않을 뿐만 아니라, 내연성이 우수하기 때문에 화재 시에 유독가스를 전혀 발생시키지 않으므로 유독가스로 인한 인명사고를 예방할 수 있으며, 생산단가가 기존의 단열재에 비해 저렴하므로 경제적인 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 물유리 단열재의 제조방법을 도시한 블록도.

이하, 첨부되는 도면과 관련하여 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 물유리 단열재의 제조방법을 도시한 블록도로서 함께 설명한다.

일반적으로 단열재는 열의 이동을 차단하는 재료로서 건축물, 토목구조물, 전기제품, 차량 등에 단열 기능을 하도록 사용되는 것이다.

본 발명에서는 상기 단열재를 물유리로 제조함으로써 인체에 무해하고 환경오염이 없고, 저가로 제조할 수 있고, 제조 시 유해한 부산물이 발생하지 않는 단열재의 제조가 가능한 것을 특징으로 한다.

이를 위하여 본 발명에서는 다음과 같이 제조방법이 이루어지도록 한다.

물유리와 개질처리제인 알코올을 혼합하는 혼합단계와, 상기 혼합단계를 거치면서 발생한 겔(gel) 상태의 규산나트륨 중합체를 자연 상태에서 발수되도록 하는 발수단계와, 상기 발수된 겔 상태의 규산나트륨 중합체를 가열하여 발포하도록 하는 발포단계와, 상기 발포단계를 거친 규산나트륨 중합체를 분쇄하여 입자로 만드는 분쇄단계와, 상기 분쇄단계를 거친 입자들을 물유리와 혼합하는 물유리혼합단계와, 상기 물유리혼합단계를 거친 혼합물에 알코올을 투입하여 혼합하는 알코올 혼합단계와, 상기 메틸알코올 혼합단계를 거친 혼합물을 겔 상태로 건조시키는 건조단계와, 상기 건조단계를 거친 혼합물을 성형틀에 넣어서 건조시키는 성형단계와, 상기 성형단계를 거친 단열재를 식혀서 응고시키는 냉각단계로 이루어진다.

상기 본 발명의 보다 상세한 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

상기 혼합단계에서 물유리는 규산나트륨이 물에 용해된 용액으로서, 물유리 1호?4호 중, 어느 하나를 선택해서 사용하는데, 3호 및 4호가 가장 적합하다. 만약, 물유리 1호 내지는 2호를 사용할 경우에는 물의 포함비가 물유리 3호 및 4호가 되도록 물을 더 추가하는 것이 바람직하다.

상기 물유리 3호 300g에 알코올 100㎖를 넣어서 혼합하면, 알코올에 의해 물유리는 겔(gel) 상태로 변하면서 서서히 경화되기 시작하는데, 이때, 부산물로 물이 배출된다. 상기 물유리가 알코올에 의해 경화되는 것은, 일반적인 기술로서 결합수소로서 규산나트륨 중에 존재하는

가 탈수현상에 의해 빠져나가면서

가 사면체의 중합이 일어나고 이로 인해서 응고되기 때문에 일어나는 현상이다. 본 발명에서는 상기 겔 상태의 물유리를 규산나트륨 중합체라고 지칭한다.

또한, 상기 알코올은 메틸알코올, 에틸알코올, 프로필알코올, 이소프로필알코올 중 어느 하나를 선택해서 사용하는데, 메틸알코올이 물유리와 반응성이 가장 높기 때문에 본 발명의 개질처리제로서 제일 적합하다.

상기 알코올은 100㎖일 때, 물유리 3종 300g과 모두 반응할 수 있었다. 100㎖ 이상일 때에는 반응하지 않고 남는 알코올이 다량 발생하였으며, 그 이하일 때에는 반응하지 않는 물유리가 많이 발생 되었다. 따라서, 물유리 3종 300g과 알코올 100㎖의 배합이 가장 적합하였다.

상기 발수단계에서는 상기 규산나트륨 중합체를 약 2시간?3시간 동안 발수가 되도록 한다. 이 경우 함수율은 10?15%인 겔 상태가 된다. 물론, 상기 혼합단계보다는 응고된 상태가 된다.

일례로서 발수를 용이하게 하도록 규산나트륨 중합체를 스크린(screen)에 받쳐서 물이 신속히 발수되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 발포단계에서는 상기 발수단계를 거친 겔 상태의 규산나트륨 중합체를 건조기에 넣어서 약 300℃에서 10분정도 가열시키면 함수된 물이 증발하면서 기포를 형성하게 되어 부피가 약 85% 팽창하면서 발포 현상이 일어난다.

이때, 가열수단으로서는 마이크로 웨이브(micro wave) 가열기가 적합한데, 그 이유는 고주파가 상기 규산나트륨 중합체의 내부 깊숙히 침투함으로써 고르게 발포시킬 수 있기 때문이다. 그러나, 일반적인 가열기를 사용할 경우에는 표면이 먼저 발포되면서 단열기능을 하게 되어, 원활한 발포가 어려울 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 마이크로 웨이브 가열기를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 일반적인 가열기도 본 발명의 권리에 포함됨은 물론이다.

상기 분쇄단계에서는 상기 발포된 규산나트륨 중합체를 분쇄하여 입자 형상이 되도록 하는데, 발포된 규산나트륨 중합체는 금세 경화되어 부서지기 쉬운 상태가 된다. 상기 입자의 크기는 모래알 정도가 바람직하다.

상기 물유리 혼합단계에서는 상기 분쇄된 입자 형상의 규산나트륨 중합체에 물유리 3종을 300g 정도 넣어서 혼합하게 된다. 상기 물유리는 물유리 1호?4호 중, 어느 하나를 선택해서 사용하는데, 3호 및 4호가 가장 적합하다. 만약, 물유리 1호 내지는 2호를 사용할 경우에는 물의 포함비가 물유리 3호 및 4호가 되도록 물을 더 추가하는 것이 바람직하다.

상기 알코올 혼합단계에서는 상기 물유리 혼합단계를 거친 혼합물에 알코올을 100㎖ 넣어서 혼합한다. 상기 알코올은 메틸알코올, 에틸알코올, 프로필알코올, 이소프로필알코올 중 어느 하나를 선택해서 사용하는데, 메틸알코올이 물유리와 반응성이 가장 높기 때문에 본 발명의 개질처리제로서 제일 적합하다.

상기 건조단계에서는 20℃?30℃의 상태에서 발수되면서 겔 상태로 응고시키는데 3시간?5시간 정도 건조되도록 한다. 건조는 건조기를 통해서 실시할 수도 있고, 외부에서 햇빛을 통해서 건조시킬 수도 있다. 이렇게 건조단계를 거치면 물엿정도의 점도를 구비한 겔 상태가 된다.

상기 성형단계에서는 건조단계를 거친 혼합물을 성형틀에 넣어서 마이크로 웨이브 건조기로 가열시킨다. 그러면, 발포하면서 성형틀 내부 구석구석에 꽉 차게 되어 성형틀의 형상이 고스란히 제조되도록 한다. 이때 온도는 250℃에서 5분 정도 로 한다. 그리고 이후에, 150℃에서 5분 정도 가열하여 수분이 완전히 증발되도록 한다. 상기 성형틀은 상형과 하형으로 구성되기 때문에 상형과 하형의 틈으로 상기 수분은 충분히 증발될 수 있다. 따라서, 상기 분쇄단계에서 형성된 입자를 응고된 물유리가 접착제 역할을 하면서 굳은 상태가 된다. 즉, 강정과 같은 상태가 된다.

상기 냉각단계에서는 상기 성형단계를 거친 뜨거운 단열재를 인출하여 자연상태에서 냉각되도록 하는데, 20℃?25℃ 정도의 온도에서 1시간 정도 식히는 게 바람직하다.

상기 제조방법에 의한 물유리 단열재는 분쇄단계에서 형성된 규산나트륨 입자가 규산나트륨 중합체와 혼합되어 강정처럼 응고되어 구성된다. 상기 규산나트륨 중합체는 물유리와 알코올이 섞여서 응고되는 혼합물을 일컫는데, 상기 제조방법에 서 사용하는 규산나트륨 중합체인 것을 특징으로 한다.

상기 제조방법에 의해 만들어진 물유리 단열재는 성형단계에서 발포되기 때문에 내부에 다수의 기공이 형성되어 단열계수가 향상된다. 또한, 상기 분쇄단계에서 형성된 입자와 상기 입자의 접착제 역할을 하도록 건조단계에서 발포된 규산나트륨이 본래 단열계수가 높은 물질이므로 단열 기능을 더욱 보강하게 된다. 아울러, 상기 분쇄단계에서 형성된 입자가 구성되기 때문에 강도 및 내마모성이 우수한 성질을 가지게 된다. 또한, 인체에 무해한 물유리로 제조되기 때문에 시공하고 나서도 새집증후군처럼, 인체에 해를 끼치는 나쁜 현상이 발생하지 않는다. 제조 시에도 부산물로 물이 발생할 뿐, 다른 공해 물질이 발생하지 않으므로 환경을 보호할 수 있는 이점이 있다. 그리고, 폐기 시에도 전혀 환경을 오염시키지 않는 이점이 있다. 뿐만 아니라, 내연성이 우수하기 때문에 착화가 불가능하고, 화재 시, 유독가스가 전혀 발생하지 않으므로 유독가스로 인한 인명사고를 예방할 수 있으며, 저가이므로 생산단가가 적게 드는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 물유리와 개질처리제인 알코올을 혼합하는 혼합단계와,
   상기 혼합단계를 거치면서 발생한 겔 상태의 규산나트륨 중합체를 자연 상태에서 발수되도록 하는 발수단계와,
   상기 발수된 겔 상태의 규산나트륨 중합체를 가열하여 발포하도록 하는 발포단계와,
   상기 발포단계를 거친 규산나트륨 중합체를 분쇄하여 입자로 만드는 분쇄단계와,
   상기 분쇄단계를 거친 입자들을 물유리와 혼합하는 물유리혼합단계와,
   상기 물유리혼합단계를 거친 혼합물에 알코올을 투입하여 혼합하는 알코올 혼합단계와,
   상기 알코올 혼합단계를 거친 혼합물을 겔 상태로 건조시키는 건조단계와,
   상기 건조단계를 거친 혼합물을 성형틀에 넣어서 건조시키는 성형단계와,
   상기 성형단계를 거친 단열재를 식혀서 응고시키는 냉각단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물유리 단열재의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 혼합단계에서 상기 물유리는 물유리 3호를 선택하고,
   상기 물유리 3호 300g 정도에 알코올 100㎖를 넣어서 혼합하는 것을 특징으로 하는 물유리 단열재의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 물유리 혼합단계에서 물유리는 물유리 3종이고 300g정도이고,
   상기 알코올 혼합단계에서 상기 물유리 혼합단계를 거친 혼합물에 알코올을 100㎖ 넣어서 혼합하는 것을 특징으로 하는 물유리 단열재의 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 발포단계, 성형단계에서 마이크로 웨이브 건조기로 가열하는 것을 특징으로 하는 물유리 단열재의 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 성형단계에서 250℃에서 5분 정도로 가열한 후, 150℃에서 5분 정도 가열하는 것을 특징으로 하는 물유리 단열재의 제조방법.
6. 규산나트륨 입자가 규산나트륨 중합체와 혼합되어 응고되어 구성되고,
   상기 규산나트륨 중합체는 물유리와 알코올이 섞여서 응고되는 혼합물인 것을 특징으로 하는 물유리 단열재.

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