KR20120126203A - 나노 구조를 갖는 발포 유리 입자 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노 구조를 갖는 발포 유리 입자 제조방법에 관한 것으로서, (a)규산 나트륨 수용액(리퀴드 글라스)에 규산나트륨 수용액 100중량부에 대하여 마그네슘 카보네이트 1.5~4중량부, 마그네슘 옥사이드 1~3중량부, 소다 0.1~1중량부 및 붕산 3~10중량부를 혼합하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 5 ~ 40℃에서 건조시킨 후 분말화하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 분말을 200 ~ 500℃로 가열하여 발포시키는 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명은 단열 보도, 건축 자재의 충진제로서 사용 우수성이 높은 발포 유리를 저렴한 비용에서 나노 구조를 가지는 입자로 제조할 수 있는 장점을 가진다.

Description

나노 구조를 갖는 발포 유리 입자 제조방법{Manufacuring method of foamed glass have nano structure}

본 발명은 나노 구조를 갖는 발포 유리 입자 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 낮은 열전도율, 높은 열 저항, 낮은 밀도를 가져 단열 보도 등 다양한 건축 자제의 충진제로 사용될 수 있는 나노 구조를 갖는 발포 유리 입자 제조방법에 관한 것이다.

발포 유리로 된 단열 보드는 다른 재질의 단열 보드 보다 효과가 있고, 경제적이며, 보다 높은 온도에서 사용되며, 불에 타지 않고, 수명이 긴 장점을 가지고 있다.

이와 같은 발포 유리는 다양한 조성을 갖는 혼합 유리 가루 혼합에 발포제로서 실리콘 카바이드를 혼합하여 약 850℃까지 가열하여 발포시키는 방법으로 제조하는 방법이 알려져 있다.

또한 미세 분말 유리 조성물에 환원제로서 카보네이트계 물질과 산화제로서 다수의 설페이트, 옥사이드 등을 함유하는 발포제를 혼합시켜 발포 유리를 제조하는 방법도 알려져 있다.

상술한 바와 같은 알려진 기술을 적용하여 사용 안정성을 보장할 수 있는 충분한 품질을 가진 유리 단열 발포 보드를 얻을 수 있다. 그러나 이러한 방법으로 제조된 단열 발포보드는 작업의 난이도가 높고, 에너지의 소비가 많으므로 원가가 높아지게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하여 규산 나트륨 수용액(리퀴드 글라스)을 사용하면서도 낮은 온도 즉 상온에서 고체와 분말할 수 있으며, 발포 단계 역시 종래에 비하여 매우 낮은 온도에서 수행하여 적은 비용으로 나노 구조를 갖는 발포 유리를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은

(a)규산 나트륨 수용액(리퀴드 글라스)에 규산나트륨 수용액 100중량부에 대하여 마그네슘 카보네이트 1.5~4중량부, 마그네슘 옥사이드 1~3중량부, 소다 0.1~1중량부 및 붕산 3~10중량부를 혼합하는 단계;

(b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 5 ~ 40℃에서 건조시킨 후 분말화하는 단계; 및

(c) 상기 (b) 단계의 분말을 200 ~ 500℃로 가열하여 발포시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조를 갖는 발포 유리 입자 제조방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명은 단열 보도, 건축 자재의 충진제로서 사용 우수성이 높은 발포 유리를 저렴한 비용에서 나노 구조를 가지는 입자로 제조할 수 있는 장점을 가진다.

도 1은 실시예 1에 따라 제조된 입자의 표면을 촬영한 주사전자현미경이다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하기로 한다.

본 발명은

(a)규산 나트륨 수용액(리퀴드 글라스)에 규산나트륨 수용액 100중량부에 대하여 마그네슘 카보네이트 1.5~4중량부, 마그네슘 옥사이드 1~3중량부, 소다 0.1~1중량부 및 붕산 3~10중량부를 혼합하는 단계;

(b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 5 ~ 40℃에서 건조시킨 후 분말화하는 단계; 및

(c) 상기 (b) 단계의 분말을 200 ~ 500℃로 가열하여 발포시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조를 갖는 발포 유리 입자 제조방법을 제공한다.

상술한 바와 같은 본 발명은 규산 나트륨 수용액(리퀴드 글라스)를 사용하면서도 실질적으로 상온인 5 ~40℃에서 건조시켜 분말로 할 수 있으며, 즉 일 년 중 대부분을 자연의 열로 건조시킬 수 있어 생산 비용 절감을 기대할 수 있다.

또한 본 발명은 발포 단계의 온도를 종래의 보다는 매우 낮은 200 ~ 500℃ 범위에서 실시할 수 있는 장점, 발포 유리를 제조하기 위해 별도의 발포제를 사용하지 않는 등 희귀하거나 가격이 비싼 원료를 사용하지 않는 장점 등을 가진다.

본 발명의 각 단계를 좀 더 구체적으로 설명한다.

먼저, 규산 나트륨 수용액(리퀴드 글라스)에 마그네슘 카보네이트, 마그네슘 옥사이드, 소다 및 붕산을 넣고 상온(5 ~40℃)에서 세밀하게 혼합한다.

혼합 과정에서 구성물들이 응고 및 경화되는 화학 반응을 일으키고 이는 혼합물의 점도 증가로 확인할 수 있다. 지속적으로 혼합을 하게 되면 혼합물들은 분말화시킬 수 있는 정도까지 점도가 증가하게 된다. 즉 규산 나트륨 수용액 및 그 혼합물들의 건조는 외부의 열을 별도로 가열하는 것이 아니라 상온에서의 자연적인 화학반응으로 수행되는 것이다.

상술한 바와 같이 점도 증가된 혼합물을 널리 알려진 방법으로 분말화 한다. 이 때의 입자 크기는 특별한 제한이 없으나 통상 5mm 이하로 한다.

이어서 분말화된 원료 혼합물로 포트에 넣고 200 ~ 500℃로 가열하여 거품이 일도록 한다. 이때의 발포제는 규산 나트륨 수용액(리퀴드 글라스) 자체에 존재하는 분리된 수증기이다. 증기가 분자 사이의 거리만큼 떨어져 있는 수많은 위치에서 분리되므로, 초기 입자는 무질서하게 분열된다. 이 분열은 무질서하여 카오스 상태가 된다. 파편 간 거리는 10 나노미터가 된다. 때문에 발포된 입자는 나노 구조를 이루게 된다. 그 사이가 충분히 가까이 위치한 다른 지점에서는 구멍(거품)이 생기면서 미세 폭발이 일어난다. 거품 생성 결과 입자는 구멍 간 나노 구조의 벽이 있는 미세 거품 층이 된다. 열에너지와 소리 등이 이 층을 통해서 큰 저항을 받게 되어 열전도율은 낮게 된다. 본 발명에 따른 이 발포 유리 입자는 가장 널리 단열제로 사용되는 플라스틱 폼과 폴리우레탄 폼의 열전도율은 유사하다. 그러나 본 발명에 따른 발포 유리 입자와 이들의 차이점은 본 발명은 나노 구조를 가지는 무기 입자이어서 불연성이라는 것이다. 이 때문에 본 발명의 발포 유리 입자가 플라스틱 폼 및 폴리우레탄 폼 보다 열차단 재료로서 우수성을 가지는 것이다.

하기와 같은 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

<실시예 1>

규산 나트륨 수용액에 규산 나트륨 수용액 100g 대비 마그네슘 카보네이트 3g, 마그네슘 옥사이드 3g, 소다 1g 및 붕산 9g를 혼합했다.

혼합물의 점도는 점차적으로 증가하면 볼밀을 이용하여 이를 평균 입자 크기가 0.01mm ~ 3mm 가 되도록 분말화하였다.

이 가루를 금속 포트에 넣고 250℃로 가열하여 분말 입자 내에 있는 자체 수분은 분말 입자를 2 ~ 3배가량 팽창되도록 하였다. 팽창된 입자의 크기는 0.02 ~ 10mm 내에 있게 된다. 입자의 70% 는 0.1~ 5mm 의 크기를 가진다. 얻어진 가루에서 난방 벽돌, 블록과 같은 이동 건축 재료를 제조할 수 있다.

상기 실시예 1에 따라 제조된 입자의 표면을 주사전자현미경으로 촬영하여 도 1에 나타냈는데, 도 1을 보면 나노 구조의 입자임을 확인할 수 있다.

<실시예 2>

금속 포트의 가열 온도를 400 ~ 450℃까지 확대한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하였다.

이러한 온도에서 가루 입자는 7 ~ 15배 가량 팽창된 완전한 거품 생성이 된다. 플라스틱 폼과 유사한 이러한 폼 가루의 열전도율은 난방 코팅, 건축용 샌드위치 판넬과 같은 비이동 건축 재료의 제조를 위해 사용할 수 있다.

Claims (1)

1. (a)규산 나트륨 수용액(리퀴드 글라스)에 규산나트륨 수용액 100중량부에 대하여 마그네슘 카보네이트 1.5~4중량부, 마그네슘 옥사이드 1~3중량부, 소다 0.1~1중량부 및 붕산 3~10중량부를 혼합하는 단계;
   (b) 상기 (a) 단계의 혼합물을 5 ~ 40℃ 건조시킨 후 분말화하는 단계; 및
   (c) 상기 (b) 단계의 분말을 200 ~ 500℃로 가열하여 발포시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조를 갖는 발포 유리 입자 제조방법.

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