KR20120101946A - 무기질판, 및 무기질판의 제조방법 - Google Patents

무기질판, 및 무기질판의 제조방법 Download PDF

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KR20120101946A
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Abstract

굴곡 강도, 치수 안정성이 우수한 무기질판, 및 이의 제조방법을 제공한다.
시멘트와, 규산 함유물과, 목질 보강재로 이루어지는 층을 적층하여 이루어지고, 비중이 1.5 내지 2.0이고, 80℃에서 10일간의 방습 치수 변화율이 0.1% 이하이고, 7일간 흡수 치수 변화율이 0.1% 이하이고, 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율이 0.1% 이하이고, 굴곡 강도가 20N/㎟ 이상인 무기질판, 및, 시멘트와, 규산 함유물과, 목질 보강재로 이루어지는 원료 슬러리를 제조하는 공정과, 수득된 원료 슬러리를 초조하고, 적층 매트를 제조하는 공정과, 적층 매트를 50kg/㎠ 이상의 압력으로 프레스하고, 170 내지 200℃에서 오토클레이브 양생하는 공정으로 이루어지는, 무기질판의 제조방법.

Description

무기질판, 및 무기질판의 제조방법{Inorganic board and a method of manufacturing said inorganic board}
본 발명은, 건축판에 적합한 무기질판, 및 무기질판의 제조방법에 관한 것이다.
종래부터, 시멘트 등의 수경화성 무기 분체와, 목질 펄프 섬유 등의 목질 보강재를 주성분으로 하는 무기질판이 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는 시멘트류와 섬유물질을 주체로 한 원료 혼합물에 추가로 알칼리 처리한 무기질 중공 필러를 첨가하여 슬러리로 하고, 당해 슬러리를 초조(抄造) 탈수한 매트를 다수 적층하여 적층 매트로 하고, 당해 적층 매트를 성형 양생 경화시키는 무기질판의 제조방법이 개시되어 있다. 이러한 무기질판은 굴곡 강도 등의 물성이 우수하므로, 주택의 내벽재, 외벽재 등의 건축판으로서 사용되고 있다.
그러나, 최근에는 무기질판의 용도를 넓혀 당해 무기질판을 중층(中層) 빌딩 등에 시공하는 것이 검토되고 있다. 그러나, 중층 빌딩의 높이는 36m인 것도 있고, 이의 풍압은 높기 때문에, 시공하기 위해서는 무기질판의 내풍압성을 향상시킬 필요가 있다. 또한, 최근, 주택의 장기 내구성의 향상이 더욱 요구되고 있으므로, 당해 무기질판에도, 장기 내구성이 향상이 더욱 요구되고 있다.
일본 공개특허공보 제(평)9-227200호
무기질판의 물성 중에서도, 굴곡 강도는 내진, 내풍압에 크게 기여하고, 치수 안정성은 무기질판의 장기 내구성에 크게 기여한다. 따라서, 무기질판의 내풍압성을 향상시키기 위해서는 굴곡 강도가 우수한 것이 필요하고, 장기 내구성을 향상시키기 위해서는 치수 안정성이 우수한 것이 필요하다. 따라서, 본 발명의 과제는 굴곡 강도, 치수 안정성이 우수한 무기질판, 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 무기질판은 시멘트와, 규산 함유물과, 목질 보강재로 이루어지는 층을 적층하여 이루어지고, 비중이 1.5 내지 2.0이며, 80℃에서 10일간의 방습(放濕) 치수 변화율이 0.1% 이하이고, 7일간 흡수 치수 변화율이 0.1% 이하이고, 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율이 0.1% 이하이고, 굴곡 강도가 20N/㎟ 이상이다. 또한, 굴곡 강도는 JIS A 1408에 준거하여 측정한 값이며, 20N/㎟ 이상이면, 높이 36m, 풍압 46m/분이라는 엄격한 조건하의 내풍압 시험에 합격할만큼 내풍압성이 우수하다. 방습 치수 변화율은 20℃, 습도 60%의 항온 항습실에서 시험체를 평형 상태로 만든 후, 당해 시험체의 길이(l1이라고 함)를 측정하고, 그 후, 당해 시험체를 80℃의 건조기에 넣고, 10일 경과한 후에, 당해 시험체를 건조기로부터 꺼내고, 다시, 당해 시험체의 길이(l2이라고 함)를 측정하고, (l1-l2)를 l2로 나눈 값에 100을 곱하여 구한 값이다. 흡수 치수 변화율은 20℃, 습도 60%의 항온 항습실에서 시험체를 평형 상태로 만든 후, 당해 시험체의 길이(l3이라고 함)를 측정하고, 그 후, 당해 시험체를 물속에 침적하여, 7일 경과한 후에, 당해 시험체를 물속에서 꺼내고, 습포로 표면에 부착된 물을 닦아낸 후, 다시, 당해 시험체의 길이(l4이라고 함)를 측정하고, (l4-l3)을 l3으로 나눈 값에 100을 곱하여 구한 값이다. 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율은 20℃, 습도 60%의 항온 항습실에서 시험체를 평형 상태로 만든 후, 당해 시험체의 길이(l5이라고 함)를 측정하고, 그 후, 당해 시험체를 이산화탄소 농도 5% 환경하에서 7일간 노출시킨 후에, 다시, 당해 시험체의 길이(l6이라고 함)를 측정하고, (l5-l6)을 l5로 나눈 값에 100을 곱하여 구한 값이다. 80℃에서 10일간의 방습 치수 변화율은 방습에 의한 치수 변화의 정도를 나타내고, 7일간 흡수 치수 변화율은 흡수에 의한 치수 변화의 정도를 나타내고, 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율은 탄산화에 의한 치수 변화의 정도를 나타내고, 이들의 값이 모두 0.1% 이하인 무기질판은 시간 경과에 의한 열화가 작고, 치수 안정성이 우수하다. 따라서, 시공한 후 장기간 경과하여도 물성의 열화는 작아 장기 내구성 건축판으로서 유용하다. 또한, 본 발명의 무기질판에 있어서, 시멘트와 규산 함유물을 질량비로 35:65 내지 45:55의 범위로 함유하고, 목질 보강재를 7 내지 10질량% 함유하면, 당해 무기질판은 굴곡 강도, 휘어짐, 치수 변화율이 특히 우수하므로 바람직하다. 또한, 목질 보강재는 침엽수 펄프이거나, 침엽수 펄프와 고지(故紙)이면, 무기질판에 적당한 휘어짐이 수득되므로 바람직하다. 또한, 운모를 3 내지 5질량% 함유하면, 보다 치수 안정성이 우수하므로, 바람직하다.
또한, 본 발명은 무기질판의 제조방법도 제공한다. 본 발명의 무기질판의 제조방법은 시멘트와, 규산 함유물과, 목질 보강재로 이루어지는 원료 슬러리를 제조하는 공정과, 수득된 원료 슬러리를 초조하고, 적층 매트를 제조하는 공정과, 적층 매트를 프레스하고, 양생하는 공정으로 이루어진다. 프레스하고, 양생하는 공정에 있어서, 프레스압은 50kg/㎠ 이상이며, 양생은 오토클레이브에서 170 내지 200℃에서 실시한다. 이로써, 굴곡 강도, 장기 내구성이 우수한 무기질판을 제조할 수 있다. 또한, 적층 매트를 제조하는 공정에 있어서, 적층 매트의 제조는 원료 슬러리를 초조, 가압 탈수하여 수득된 시트를 적층함으로써 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 원료 슬러리를 제조하는 공정에 있어서, 원료 슬러리 중의 시멘트와 규산 함유물의 질량비를 35:65 내지 45:55로 하고, 목질 보강재를 원료 슬러리의 고형분에 대하여 7 내지 10질량%로 하면, 수득되는 무기질판은 굴곡 강도, 휘어짐, 치수 변화율이 특히 우수하므로 바람직하다. 또한, 원료 슬러리를 제조하는 공정에 있어서, 원료 슬러리 중의 목질 보강재를 침엽수 펄프나, 침엽수 펄프와 고지로 하면, 무기질판에 적당한 휘어짐이 수득되므로 바람직하다. 또한, 원료 슬러리를 제조하는 공정에 있어서, 원료 슬러리에 운모를 고형분 대비로 3 내지 5질량% 함유시키면, 보다 치수 안정성이 우수하므로, 바람직하다.
본 발명에 따르면, 굴곡 강도, 치수 안정성이 우수한 무기질판, 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 무기질판은 시멘트와, 규산 함유물과, 목질 보강재로 이루어지는 층을 다수 적층하여 이루어진다.
시멘트로서는, 포틀랜드 시멘트, 조강 시멘트, 알루미나 시멘트, 플라이 애시 시멘트, 고로(高爐) 슬러그 시멘트, 실리카 시멘트, 백색 시멘트 등이 있다. 본 발명에서는 이들 물질 중, 어느 1종만을 함유하거나, 2종류 이상을 함유해도 좋다.
규산 함유물로서는 규사, 규석분, 실리카분, 실리카 퓸, 플라이 애시, 고로 슬러그, 시라스 벌룬(shirasu balloon), 펄라이트, 규조토 등이 있다. 본 발명에서는 이들 물질 중, 어느 1종만을 함유하거나, 2종류 이상을 함유해도 좋다.
목질 보강재로서는 고지, 침엽수 미표백 크래프트 펄프(NUKP)나 침엽수 표백 크래프트 펄프(NBKP), 활엽수 미표백 크래프트 펄프(LUKP), 활엽수 표백 크래프트 펄프(LBKP) 등이 있다. 본 발명에서는 이들 물질 중, 어느 1종만을 함유하거나, 2종류 이상을 함유해도 좋다. 또한, 디스크 리파이너(disk refiner) 등의 고해기로 고해(叩解; beating)하여 캐나다 표준 여수도(freeness) 300 내지 600ml로 한 목질 보강재를 사용하면, 강도 등의 물성이 향상되므로, 바람직하다.
상기 이외의 원료로서, 운모도 사용할 수 있다. 운모는 평균 입자 직경이 200 내지 700μm이고, 애스펙트비가 60 내지 100의 플레이크상인 것이 바람직하다. 운모는 통상 층상 구조를 갖고, 흡습성이 없고, 강성을 갖는 고탄성체이며, 무기질판의 치수 안정성을 대폭 향상시킬 수 있으므로, 바람직하다.
또한, 시멘트 조성물도 사용할 수 있다. 시멘트 조성물로서는 제조 공정에서 발생한 경화 전의 무기질판의 불량판, 경화 후의 무기질판의 불량판, 건축 현장에서 발생한 무기질판의 단재(端材), 폐재(廢材) 등이 있다. 모두 충격식 분쇄기 및/또는 찰과식 분쇄기로 평균 입자 직경 50 내지 150μm로 분쇄하여, 사용한다. 당해 시멘트 조성물을 사용함으로써, 제조 비용을 저렴하게 할 수 있는 동시에, 산업 폐기물을 감소시킬 수 있다.
또한, 염화칼슘, 염화마그네슘, 황산칼륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 황산알루미늄, 알루민산나트륨, 알루민산칼륨, 포름산칼슘, 아세트산칼슘, 아크릴산칼슘, 물유리 등의 경화 촉진제나, 벤토나이트, 버미큘라이트 등의 광물 분말이나, 납, 왁스, 파라핀, 실리콘, 석신산, 고급 지방산의 금속염 등의 방수제, 발수제나, 발포성 열가소성 플라스틱 비즈, 플라스틱 발포체 등이나, 나일론, 폴리비닐알콜 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 아크릴 섬유, 폴리우레탄 섬유, 유리 섬유 등의 화학 섬유나, 폴리비닐알콜, 카복시메틸셀룰로스 등의 수성 호료(糊料), 스티렌부타디엔 라텍스, 아크릴 수지 에멀젼 등의 합성 수지 에멀젼의 강화제도 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명의 무기질판은 시멘트와, 규산 함유물과, 목질 보강재로 이루어지는 층을 적층하여 이루어지고, 비중이 1.5 내지 2.0이며, 80℃에서 10일간의 방습 치수 변화율이 0.1% 이하이고, 7일간 흡수 치수 변화율이 0.1% 이하이고, 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율이 0.1% 이하이고, 굴곡 강도가 20N/㎟ 이상이다. 이의 제조방법에 대해는 후술하지만, 이러한 물성을 가짐으로써, 굴곡 강도, 장기 내구성이 우수한 건축판으로서, 외벽, 내벽을 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 무기질판에 있어서, 시멘트와 규산 함유물을 질량비로 35:65 내지 45:55의 범위로 함유하고, 목질 보강재를 7 내지 10질량% 함유하는 것이 바람직하다. 시멘트와 규산 함유물을 질량비로 35:65 내지 45:55의 범위로 함유하면, 오토클레이브 양생에 의한 수열 반응이 양호하게 진행되고, 토버모라이트(tobermorite) 생성량이 많아지고, 매트릭스가 치밀화되어, 수득되는 무기질판은 충분한 강도를 발현할 수 있는 동시에, 치수 변화율이 작아진다. 목질 보강재를 7 내지 10질량% 함유하는 것은 10질량%보다 많으면, 시멘트의 경화가 저해되고, 수득되는 무기질판의 강도가 저하될 우려가 있고, 7질량%보다 적으면, 무기질판은 충분한 휘어짐이 수득되지 않을 우려가 있기 때문이다. 또한, 운모를 3 내지 5질량% 함유하면, 보다 치수 안정성이 우수하므로, 바람직하다.
그리고, 본 발명의 무기질판은 습식제법에 의해 제조할 수 있다.
본 발명의 제조방법은 시멘트와, 규산 함유물과, 목질 보강재로 이루어지는 원료 슬러리를 제조하는 공정과, 수득된 원료 슬러리를 초조하고, 적층 매트를 제조하는 공정과, 적층 매트를 프레스하여, 양생하는 공정으로 이루어진다.
원료 슬러리를 제조하는 공정은 시멘트와, 규산 함유물과, 목질 보강재를 혼합함으로써 실시한다. 시멘트와, 규산 함유물과, 목질 보강재는 분체(건조) 상태로 첨가하여도 좋고, 미리 각 원료를 다른 물에 혼합해 둔 후 첨가하여도 좋지만, 슬러리의 고형분 농도가 20질량% 이하로 되도록 조정한다. 슬러리의 고형분 농도를 20질량% 이하로 하는 것은 20질량%보다 많으면 슬러리를 탈수할 때에 시간이 걸리고, 탈수된 초조 시트에 균열이 생기기 쉬워, 초조하기 어려운 등의 문제가 발생하기 때문이다.
수득된 원료 슬러리를 초조하고, 적층 매트를 제조하는 공정에서는 우선, 펠트, 철망 등을 사용하여, 슬러리를 물과 고형물로 분리한다. 구체적으로는 펠트 위에 슬러리를 유하(流下)시켜, 슬러리를 탈수하는 방법이나, 슬러리를 원형의 철망으로 건져 올려 탈수하는 방법 등에 의해 실시할 수 있다. 그리고, 수득된 초조 시트 위에 다른 초조 시트를 적층함으로써, 적층 매트를 제조한다. 초조 시트의 적층 방법은 초조 시트의 반송 방향으로, 초조 시트를 제조하는 장치를 다수 준비하고, 각 장치에서 제조된 초조 시트를 적층하는 방법이나, 초조 시트를 롤에 감아 적층하여, 소정의 두께가 수득되면 당해 롤로부터 분리하는 방법 등에 의해 실시할 수 있다.
수득된 적층 매트를 프레스하고, 양생하는 공정은 적층 매트를 50kg/㎠ 이상의 압력으로 프레스하고, 그 후, 오토클레이브 양생함으로써 실시한다. 또한, 프레스시에, 적층 매트 위, 또는 아래에 형판을 배치하고, 적층 매트의 표면에 요철 모양을 형성할 수도 있다. 또한, 오토클레이브 양생은 170 내지 200℃, 0.5MPa 이상의 압력으로 7 내지 15시간 실시한다.
다음에, 본 발명의 실시예를 든다.
포틀랜드 시멘트와, 규사와, 목질 보강재와, 물을 혼합하여 슬러리로 하고, 당해 슬러리를 탈수 펠트 위에 유하시켜 탈수하면서 초조 시트를 부형(賦形)하고, 당해 초조 시트를 롤로 감음으로써 적층하고, 수득된 적층 매트를, 프레스, 오토클레이브 양생하여, 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 5의 무기질판을 제조하였다. 슬러리의 전고형분에 대한 각 원료의 비율, 고형분 농도, 프레스압, 오토클레이브 양생 온도는 표 1에 기재하는 바와 같다. 또한, 실시예 1, 2, 4 내지 6과, 비교예 1 내지 4는 목질 보강재로서 캐나다 표준 여수도 450ml의 침엽수 미표백 크래프트 펄프를 배합하고, 실시예 3, 비교예 5에서는 캐나다 표준 여수도 450ml의 침엽수 미표백 크래프트 펄프와 고지를 배합하였다. 또한, 실시예 1, 3 내지 6, 비교예 1, 3 내지 5에서는 추가로 운모를 배합하였다.
그리고, 수득된 실시예 1 내지 6, 및 비교예 1 내지 5의 각 무기질판에 대해, 비중, 두께, 굴곡 강도, 80℃에서 10일간의 방습 치수 변화율, 7일간 흡수 치수 변화율, 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율을 측정하였으므로, 그 결과도 표 1에 기재한다.
Figure pat00001
프레스압이 50kg/㎠보다 크고, 오토클레이브 양생 온도가 17O℃ 이상인 실시예 1 내지 6의 무기질판은 비중이 1.5 내지 1.6이고, 굴곡 강도가 20N/㎟보다도 크고, 굴곡 강도가 우수하였다. 또한, 80℃에서 10일간의 방습 치수 변화율, 7일간 흡수 치수 변화율, 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율이 모두 0.1% 미만이고, 이들의 물성도 우수하였다.
한편, 프레스압이 40kg/㎠, 오토클레이브 양생 온도가 100℃의 비교예 1의 무기질판은 비중이 1.35로 낮고, 굴곡 강도가 20N/㎟보다도 작고, 80℃에서 10일간의 방습 치수 변화율, 7일간 흡수 치수 변화율, 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율이 모두 0.1% 보다도 컸다.
프레스압이 100kg/㎠, 오토클레이브 양생 온도가 180℃이지만, 침엽수 미표백 크래프트 펄프를 11질량% 배합한 비교예 2의 무기질판은 비중이 1.41이고, 굴곡 강도는 20N/㎟보다도 작고, 80℃에서 10일간의 방습 치수 변화율, 7일간 흡수 치수 변화율, 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율은 모두 0.1%보다도 컸다.
프레스압이 100kg/㎠, 오토클레이브 양생 온도가 180℃이지만, 포틀랜드 시멘트를 44.5질량%, 규사를 44.5% 배합한 비교예 3의 무기질판은 80℃에서 10일간의 방습 치수 변화율, 7일간 흡수 치수 변화율, 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율이 0.1% 이하이었지만, 굴곡 강도가 18.4N/㎟ 미만이고, 굴곡 강도가 뒤떨어졌다.
프레스압이 100kg/㎠, 오토클레이브 양생 온도가 180℃이지만, 운모를 10질량% 배합한 비교예 4의 무기질판은 비중이 1.33으로 낮고, 굴곡 강도는 20N/㎟보다도 작고, 80℃에서 10일간의 방습 치수 변화율, 7일간 흡수 치수 변화율, 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율은 모두 0.1%보다도 컸다.
프레스압이 100kg/㎠, 오토클레이브 양생 온도가 180℃이지만, 고지를 8.0질량%, 운모를 3.0% 배합한 비교예 5의 무기질판은 80℃에서 10일간의 방습 치수 변화율, 7일간 흡수 치수 변화율, 이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율이 모두 0.1% 미만이고, 이들의 물성이 우수하였지만, 굴곡 강도가 20N/㎟ 미만이고, 굴곡 강도가 뒤떨어졌다.
이상으로 본 발명의 일 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 특허청구범위에 기재된 발명의 범위에 있어서 여러 가지 변형태를 취할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 굴곡 강도, 치수 안정성이 우수한 무기질판, 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 시멘트와, 규산 함유물과, 목질 보강재로 이루어지는 층을 적층하여 이루어지는 무기질판으로서,
    비중이 1.5 내지 2.0이고,
    80℃에서 10일간의 방습(放濕) 치수 변화율이 0.1% 이하이고,
    7일간 흡수 치수 변화율이 0.1% 이하이고,
    이산화탄소 농도 5% 환경하에서의 7일간 치수 변화율이 0.1% 이하이고,
    굴곡 강도가 20N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는, 무기질판.
  2. 제1항에 있어서,
    시멘트와 규산 함유물을 질량비로 35:65 내지 45:55의 범위로 함유하고,
    목질 보강재를 7 내지 10질량% 함유하는 것을 특징으로 하는, 무기질판.
  3. 제1항에 있어서, 목질 보강재는 침엽수 펄프인 것을 특징으로 하는, 무기질판.
  4. 제1항에 있어서, 목질 보강재는 침엽수 펄프와 고지(故紙)인 것을 특징으로 하는, 무기질판.
  5. 제1항에 있어서, 또한, 운모를 3 내지 5질량% 함유하는 것을 특징으로 하는, 무기질판.
  6. 시멘트와, 규산 함유물과, 목질 보강재로 이루어지는 원료 슬러리를 제조하는 공정과,
    수득된 원료 슬러리를 초조(抄造)하고, 적층 매트를 제조하는 공정과,
    적층 매트를 프레스하고, 양생하는 공정으로 이루어지고,
    프레스하고, 양생하는 공정에 있어서, 프레스압은 50kg/㎠ 이상이고, 양생은 오토클레이브에서 170 내지 200℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는, 무기질판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 적층 매트를 제조하는 공정에 있어서, 적층 매트의 제조는, 원료 슬러리를 초조, 가압 탈수하여 수득된 시트를 적층함으로써 실시하는 것을 특징으로 하는, 무기질판의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 원료 슬러리를 제조하는 공정에 있어서, 원료 슬러리 중의 시멘트와 규산 함유물의 질량비를 35:65 내지 45:55로 하고, 목질 보강재를 원료 슬러리의 고형분에 대하여 7 내지 10질량%로 하는 것을 특징으로 하는, 무기질판의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 원료 슬러리를 제조하는 공정에 있어서, 원료 슬러리 중의 목질 보강재를 침엽수 펄프로 하는 것을 특징으로 하는, 무기질판의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 원료 슬러리를 제조하는 공정에 있어서, 원료 슬러리 중의 목질 보강재를 침엽수 펄프와 고지로 하는 것을 특징으로 하는, 무기질판의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서, 원료 슬러리를 제조하는 공정에 있어서, 원료 슬러리에 운모를 고형분 대비로 3 내지 5질량% 함유시키는 것을 특징으로 하는, 무기질판의 제조방법.
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