KR20120110423A - 방화 석고보드 조성물 및 이로부터 제조된 방화 석고보드 - Google Patents

방화 석고보드 조성물 및 이로부터 제조된 방화 석고보드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방화 석고보드 조성물 및 이로부터 제조된 방화 석고보드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방화 석고보드 제조시 사용되는 무기섬유로서 종래의 미네랄울 대신 세라믹화이바를 (적절 비율로) 사용함으로써, 종래와 동등 이상의 내화성능을 확보하면서도 절단면의 외관특성을 크게 개선할 수 있는 방화 석고보드 조성물 및 이로부터 제조된 방화 석고보드에 관한 것이다.

Description

방화 석고보드 조성물 및 이로부터 제조된 방화 석고보드{FIRE PREVENTING GYPSUM BOARD COMPOSITION AND FIRE PREVENTING GYPSUM BOARD PREPARED THEREFROM}
본 발명은 방화 석고보드 조성물 및 이로부터 제조된 방화 석고보드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방화 석고보드 제조시 사용되는 무기섬유로서 종래의 미네랄울 대신 세라믹화이바를 (적절 비율로) 사용함으로써, 종래와 동등 이상의 내화성능을 확보하면서도 절단면의 외관특성을 크게 개선할 수 있는 방화 석고보드 조성물 및 이로부터 제조된 방화 석고보드에 관한 것이다.
방화 석고보드는 화재발생시 인명과 건물을 보호하기 위해 건축물의 간막이벽, 기둥, 보 등 주요 구조부에 시공하는 것으로서, 화염이 인접 구획공간 내지 석고보드가 시공되어 있는 내부의 주요 구조부로 전파되는 것을 방지하는 역할을 한다. 화염의 전파 정도는 석고보드의 내화성능과 석고보드 시공 시스템에 따라 좌우되는데, 특히 경량화, 시공 편의성, 경제성 등을 고려할 때 주로 석고보드 자체의 내화성능이 화염의 전파 정도를 결정한다. 이렇듯 방화 석고보드에 있어 내화성능은 기본적으로 요구되는 물성이며, 방화 석고보드를 이용한 내화구조체는 국가 공인기관의 내화인정을 필수적으로 획득하여야 한다.
대한민국 특허출원 제1997-0059957호는 소정의 탄소섬유를 사용하여 전자파의 차폐가 가능하도록 하는 전자파 차폐용 석고보드를 개시하고 있으나, 이는 전자파 차폐에 주안점을 둔 것으로서, 방화 석고보드로서의 기본적인 요구물성인 내화성능을 효과적으로 확보할 수 없게 되어 그 용도가 제한되는 문제가 있다.
또한, 대한민국 특허출원 제2007-0053793호는 암면, 납석분 및 운모를 일정량 혼합하여 구조적으로 견고하며 내화성능이 개선된 방화 석고보드를 개시한다. 이는 무기섬유로서 암면계열의 미네랄울(예컨대, 상품명 "하이울")을 사용함으로써 내화성능을 개선한 것이나, 산화철 등을 함유하는 암면 자체의 어두운 색상(흑갈색 등)으로 인하여 석고보드를 칼로 절단하였을 때 절단면에 곰팡이가 생긴 것처럼 보여 외관과 관련한 사용자의 불만이 많은 상황이다.
이에, 내화성능이 우수하면서도, 절단시 절단면의 깨끗한 상태가 동반되어 외관특성을 개선할 수 있는 방화 석고보드에 대한 기술의 개발이 필요한 시점이다.
대한민국 특허출원 제1997-0059957호 대한민국 특허출원 제2007-0053793호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 우수한 내화성능을 확보하면서도 절단면의 외관특성을 크게 개선할 수 있는 방화 석고보드 조성물 및 이로부터 제조된 방화 석고보드를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 (A) 반수석고 100 중량부에 대하여, (B) 이산화규소 및 알루미나를 함유하는 세라믹화이바 1 ~ 5 중량부; (C) 납석분 3 ~ 10 중량부; 및 (D) 운모 5 ~ 15 중량부;를 포함하는 방화 석고보드 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면으로 상기 방화 석고보드 조성물로부터 제조된 방화 석고보드 및 이러한 방화 석고보드를 포함하는 내화구조체를 제공한다.
본 발명의 방화 석고보드 조성물은 내화성능이 우수(국가 공인기관의 내화인정 획득)할 뿐만 아니라, 이를 사용하여 제조된 석고보드 절단시 절단면의 깨끗한 상태가 동반되어 그 외관특성을 크게 개선할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 방화 석고보드 시편의 가열 후 표면상태를 나타낸 사진이다.
도 2는 실시예 2에 따른 방화 석고보드 시편의 가열 후 표면상태를 나타낸 사진이다.
도 3은 실시예 3에 따른 방화 석고보드 시편의 가열 후 표면상태를 나타낸 사진이다.
도 4는 비교예 1에 따른 방화 석고보드 시편의 가열 후 표면상태를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
[방화 석고보드 조성물]
(A) 반수석고
본 발명의 조성물에는 주제로서 반수석고(소석고, CaSO4?½H2O)(또는 "성분 (A)")가 포함된다.
(B) 세라믹화이바
본 발명의 조성물에 포함되는 세라믹화이바(ceramic fiber)(또는 "성분 (B)")는 이산화규소(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)를 함유하는 무기섬유로서, 종래의 미네랄울(mineral wool) 내지 광물섬유(mineral fiber)를 대체하여, 석고보드에 우수한 내화성능과 함께 개선된 외관특성을 제공하는 성분이다. 구체적으로, 세라믹화이바는 석고의 결정수 이탈에 의한 부피 수축을 감소시켜, 기본적인 보드 구조 및 고온에서의 석고보드 강도를 유지함으로써, 석고보드의 내화성능 향상에 기여한다.
일반적으로, 석고보드의 수축률과 내화성능은 반비례 관계에 있다. 수축률이 작을수록 석고보드의 형태 안정성이 강화되어 고온의 화염에서 석고보드 간의 이음매 부위로 열이 방출되는 것을 막아줄 뿐 아니라, 큰 변형 없이 석고보드가 구조체에 견고히 고정되어 화염을 막아주기 때문이다.
세라믹화이바로는, 예를 들어 일반용 세라믹화이바 및 고온용 세라믹화이바를 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구체예에서, 세라믹화이바는 이산화규소 및 알루미나의 합산 함량이 90 중량% 이상, 보다 바람직하게는 98 ~ 100 중량%, 가장 바람직하게는 100 중량%인 백색의 무기섬유이다. 이산화규소 및 알루미나의 합산 함량이 90 중량% 미만이면 내화성능 저하 및 절단면의 외관 저하를 유발할 수 있다.
바람직하게는, 세라믹화이바는 안전사용온도(열간 수축률이 3% 이하인 온도)가 1300℃인 내열섬유로서, 이에 함유되는 이산화규소 : 알루미나의 중량비가 1:0.75 ~ 1:1.1, 보다 바람직하게는 1:0.85 ~ 1:0.95인 것이다. 이산화규소에 대한 알루미나의 중량비가 0.75 미만이면 내열성이 떨어져 석고보드의 내화성능이 저하될 수 있고, 이산화규소에 대한 알루미나의 중량비가 1.1을 초과하면 석고보드 절단면의 외관 저하를 유발할 가능성이 있다.
세라믹화이바는 반수석고 100 중량부에 대하여, 1.0 ~ 5.0 중량부, 보다 바람직하게는 1.5 ~ 2.5 중량부 포함된다. 그 함량이 1.0 중량부 미만이면 내화성능 및 외관특성 개선 효과가 미미해지고, 그 함량이 5.0 중량부를 초과하면 공정작업성이 저하되고 내화성능 및 외관특성 개선 정도 대비, 경제성이 떨어지게 된다.
(C) 납석분
무기재료는 일반적으로 내화성 및 내열성이 우수하다. 이러한 무기재료 중 고온에서 녹지 않으며 공업용 가마의 최고온도에 직면하더라도 그 불과 열에 잘 견디어 원상을 유지할 수 있는 것을 내화재료라 한다.
본 발명에서는 이러한 내화재료 중 하나로서 납석분(또는 "성분 (C)")을 사용한다. 본 발명의 조성물에 포함되는 납석분은 석고보드 내에서 석고와 균일한 분산상태를 유지하며 존재하고, 고온에서 결정수 이탈에 의한 석고의 부피 수축을 감소시켜 석고보드의 강도 및 내화성능을 유지, 향상시키는 역할을 한다.
납석분으로는, 예를 들어 이산화규소 및 알루미나가 주성분인 엽랍석(파이로필라이트, Pyrophyllite)을 사용할 수 있다. 일 구체예에서, 납석분은 이산화규소 70 ~ 85 중량%; 알루미나 10 ~ 25 중량%; 및 물 3 ~ 5 중량%;를 함유하고, 평균입경이 5.5 ~ 7.5㎛인 것일 수 있다. 납석분 중 알루미나 함량이 일정량 이상이어야 내화재료로 적용이 가능하고, 평균입경 5.5 ~ 7.5㎛ 정도의 납석분이 석고보드 내 분산성이 우수하다.
납석분은 반수석고 100 중량부에 대하여, 3 ~ 10 중량부, 보다 바람직하게는 5 ~ 8 중량부 포함된다. 그 함량이 3 중량부 미만이면 석고보드의 강도 및 내화성능이 저하되고, 10 중량부를 초과하면 석고보드 심재와 원지의 접착에 문제가 발생하며 경제성이 떨어지게 된다.
본 발명에서는, 납석분과 후술하는 운모를 적절 함량으로 혼합 사용함으로써, 납석분 단독 투입시와 유사한 수축률 및 강도를 발현하면서도 방화 석고보드 생산 원가를 절감할 수 있게 되었다. 운모 단독 사용, 운모 및 납석분 혼합 사용, 납석분 단독 사용의 경우 수축률 및 강도에 관한 데이터를 하기 표 1에 예시하였다.
[표 1] 납석분 및 운모 함량별 수축률/강도 시험결과
Figure pat00001
(D) 운모
본 발명에서는 또 다른 내화재료로서 운모(또는 "성분 (D)")를 사용한다. 본 발명의 조성물에 포함되는 운모는 석고보드 내에서 석고와 균일한 분산상태를 유지하며 존재하고, 고온에서 결정수 이탈에 의한 석고의 부피 수축과 휨 발생을 감소시켜 석고보드의 내화성능을 유지, 향상시키는 역할을 한다.
운모는 칼륨, 마그네슘, 철, 나트륨, 불소 및 리튬을 함유하는 알루미나 규산염군 광물로서, 일반적으로 절연성 및 단열효과가 우수하고 가볍기 때문에 매우 많은 분야에 사용되고 있다. 통상적으로, 운모는 마이카(Mica) 10 ~ 60 중량%, 규석분 40 ~ 90 중량%로 구성된다.
본 발명에서 사용가능한 운모에는 특별한 제한이 없으며, 예를 들어 이산화규소가 주성분인 석영(Quartz), 백운모(Muscovite) 등을 사용할 수 있다. 또한, 유리용 규사 정제공정 중에 부산되는 운모를 사용할 수 있으며, 이 경우 석고보드 생산원가를 절감하고 친환경적으로 석고보드를 제조할 수 있게 된다.
일 구체예에서, 운모는 이산화규소 70 ~ 80 중량%; 및 알루미나 20 ~ 30 중량%;를 함유하고, 평균입경이 0.1 ~ 0.6mm인 것일 수 있다. 운모 중 알루미나의 함량이 일정량 이상이어야 내화재료로 적용이 가능하고, 평균입경 0.1 ~ 0.6mm 정도의 운모가 석고보드 내 분산성이 우수하다.
운모는 반수석고 100 중량부에 대하여, 5 ~ 15 중량부, 보다 바람직하게는 8 ~ 12 중량부 포함된다. 그 함량이 5 중량부 미만이면 석고보드의 내화성능이 저하되고, 15 중량부를 초과하면 석고보드 심재와 원지의 접착에 문제가 발생하게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는, 납석분과 운모(예컨대, 유리용 규사 정제공정 중에 부산되는 운모)를 적절 함량으로 혼합 사용함으로써, 납석분 단독 투입시와 유사한 수축률 및 강도를 발현함과 더불어, 방화 석고보드 생산원가를 절감할 수 있게 된다.
본 발명의 방화 석고보드 조성물은 상기한 성분들 이외에 석고보드 제조에 있어 통상적으로 사용되는 성분을 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리섬유, 석고경화제, 전분, 물 및 각종 혼화제가 적절량 첨가될 수 있다.
유리섬유(예컨대, 섬유 길이가 6 ~ 15mm인 것)는 반수석고 100 중량부에 대하여, 0.1 ~ 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 그 함량이 0.1 중량부 미만이면 내화성능이 저하될 수 있고, 그 함량이 10 중량부를 초과하면 공정작업성 및 경제성이 저하될 수 있다.
석고경화제는 석고와 물의 접촉에 의한 수화과정 진행시 수화반응을 촉진하는 역할을 하는 것으로서, 황산알루미늄(유산반토), 황산가리, 또는 이수석고 자체를 미분시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다. 석고경화제는 반수석고 100 중량부에 대하여, 0.3 ? 7 중량부 사용하는 것이 바람직하다. 그 함량이 0.3 중량부 미만이면 석고보드의 강도가 저하될 수 있고, 그 함량이 7 중량부를 초과하면 지나친 경화로 인한 부작용이 발생할 수 있다.
전분은 석고보드 부재료 및 석고와, 석고보드 원지 간의 결합을 용이하게 하는 성분으로서, 산처리를 한 옥수수 전분을 사용하는 것이 바람직하다. 전분은 반수석고 100 중량부에 대하여, 0.2 ~ 2 중량부 사용하는 것이 바람직하다. 그 함량이 0.2 중량부 미만이면 원지와의 접착력이 저하될 수 있고, 그 함량이 2 중량부를 초과하면 석고 경화에 악영향을 미치고 경제성이 저하될 수 있다.
물은 반수석고 100 중량부에 대하여, 60 ~ 100 중량부 사용하는 것이 바람직하다. 그 함량이 60 중량부 미만이거나 100 중량부를 초과하면 적절한 슬러리를 제조하기 어려울 수 있다.
혼화제의 예로는 발포제, 석고지연제, 감수제, 방수제 등을 들 수 있다. 발포제로는 주로 음이온계 계면활성제가 사용된다. 석고지연제 및 감수제는 각각 석고의 경화를 늦추고, 혼수량을 줄여주는 역할을 하는 것으로서, 석고보드 제조에 있어 통상적으로 사용되는 제제를 사용할 수 있다. 방수제로는 고형분이 45±5%이고 pH가 6 ~ 11인 파라핀 왁스 에멀젼을 주성분으로 하는 방수액 및 실리콘 오일을 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 방화 석고보드 조성물은 반수석고 100 중량부에 대하여, 유리섬유 0.1 ~ 10 중량부; 석고경화제 0.3 ~ 7 중량부; 전분 0.2 ~ 2 중량부; 및 물 60 ~ 100 중량부;를 추가로 포함하는 것이다.
[방화 석고보드 및 내화구조체]
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 바와 같은 본 발명의 방화 석고보드 조성물로부터 제조된 방화 석고보드가 제공된다. 본 발명의 조성물로부터 방화 석고보드를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 석고보드 제조 분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 제조할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 조성물에 포함되는 각 성분들을 배합하여 석고 혼합 슬러리를 제조한 후, 이를 성형기에서 성형, 건조시켜 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기한 바와 같은 본 발명의 방화 석고보드를 포함하는 내화구조체가 제공된다. 내화구조체란 화재시 인명 및 재산의 피해를 극소화하기 위해 건축물의 주요 구조부(기둥, 보, 벽, 바닥, 지붕 등)가 일정 기간 내화성능을 지니도록 설계된 구조체이다. 예컨대, 내화구조체 중 건축물의 경계벽, 간막이벽 및 방화구획용으로 건설교통부(국토해양부) 장관이 인정하여 지정한 석고보드 구조체를 석고보드 내화구조 간막이벽이라 한다.
후술하는 바와 같이, 본 발명의 조성물을 사용하여 제조된 방화 석고보드는 7가지의 내화구조체에 대해 국가 공인기관의 인정을 획득하였다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 3
하기 표 2와 같은 성분 및 함량의 원료 물질을 혼합 및 교반하여 석고 혼합슬러리를 제조하였다. 알루미늄 몰드(400mm*375mm*12.5mm)에 원지를 장착 후, 상기 슬러리를 투입하여 LAB보드를 성형하였다. 성형한 LAB보드를 150℃에서 약 100분간 건조시킨 후, 40℃에서 항량 건조시켰다.
상기 LAB보드를 180mm*100mm*12.5mm의 크기로 재단하여 방화 석고보드 시편을 제조하였다.
물성평가
실시예 및 비교예에 따라 제조된 석고보드 시편에 대해 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 수축률은 시편을 1050℃의 전기로에서 120분간 가열한 다음, 가열 전후의 길이 및 면적 수축률(%)을 측정하였다 (또한, 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따른 시편의 가열 후 표면상태(크랙)를 사진으로 촬영하여 도 1 내지 4에 나타내었다). 절단면 색상은 각 시편을 칼로 절단한 다음, 절단면의 색상을 육안으로 관찰하였다.
[표 2] 방화 석고보드 조성물 배합 및 물성평가 결과
Figure pat00002

상기 표 2 및 도 1 내지 도 4에서 보듯이, 실시예의 경우 수축률이 작고(즉, 내화성능 우수) 석고보드 절단면의 색상이 흰색으로 깔끔하였다. 반면, 비교예 1의 경우 실시예보다 내화성능이 불량하였고, 비교예 2의 경우 세라믹화이바의 양이 너무 많아 공정작업에 어려움이 있었으며, 비교예 3의 경우 절단면 색상이 흑갈색으로서 그 외관특성이 불량하였다.
시험 생산 및 목표물성 만족여부 평가
상기 실시예 3에서 사용한 배합(단, 납석분은 6 중량부)을 적용하여, 석고보드 생산공장에서 인산 방화 석고보드 시험 생산을 실시하였다. 실시예 3에 나타난 공정 외의 나머지 공정에 대해서는 실제 생산공장의 공정조건에 맞추어 실시하였다. 시험 생산 제품의 목표물성치 및 실제 물성평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3] 인산 방화 석고보드 시험 생산 제품의 물성평가 결과
Figure pat00003

상기 표 3에서 보듯이, 본 발명에 따른 석고보드는 목표물성을 모두 만족하는 것으로 나타났다.
또한, 상기 방화 석고보드를 사용하여 총 7개의 내화구조체에 대한 국가 공인기관 인정을 획득할 수 있었고, 이에 실제 건물에의 시공이 가능하게 되었다. 인정을 획득한 내화구조체는 하기 표 4와 같다.
[표 4] 본 발명의 방화 석고보드를 사용하여 인정 획득한 내화구조체
Figure pat00004

Claims (7)

  1. (A) 반수석고 100 중량부에 대하여, (B) 이산화규소 및 알루미나를 함유하는 세라믹화이바 1 ~ 5 중량부; (C) 납석분 3 ~ 10 중량부; 및 (D) 운모 5 ~ 15 중량부;를 포함하는 방화 석고보드 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹화이바 성분 (B)가, 안전사용온도가 1300℃인 내열섬유로서, 이에 함유되는 이산화규소 : 알루미나의 중량비가 1:0.75 ~ 1:1.1인 것을 특징으로 하는 방화 석고보드 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 납석분 성분 (C)가, 이산화규소 70 ~ 85 중량%; 알루미나 10 ~ 25 중량%; 및 물 3 ~ 5 중량%;를 함유하고, 평균입경이 5.5 ~ 7.5㎛인 것을 특징으로 하는 방화 석고보드 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 운모 성분 (D)가, 이산화규소 70 ~ 80 중량%; 및 알루미나 20 ~ 30 중량%;를 함유하고, 평균입경이 0.6 ~ 0.1mm인 것을 특징으로 하는 방화 석고보드 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반수석고 성분 (A) 100 중량부에 대하여, 유리섬유 0.1 ~ 10 중량부; 석고경화제 0.3 ~ 7 중량부; 전분 0.2 ~ 2 중량부; 및 물 60 ~ 100 중량부;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방화 석고보드 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 조성물로부터 제조된 방화 석고보드.
  7. 제6항에 따른 방화 석고보드를 포함하는 내화구조체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210013972A (ko) * 2019-07-29 2021-02-08 주식회사 케이씨씨 방수 석고보드 조성물 및 이로부터 제조된 방수 석고보드

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