KR20130005132U - 석탄회를 이용한 경량 불연보드 제조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 석탄재, 물유리, 수산화나트륨이나 수산화칼륨의 지오폴리머 반응을 이용하여 경량소재인 팽창된 소성 진주암과 톱밥등을 이용하여 경량 불연판넬을 제조하는 방법 및 그 방법에 의한 불연판넬에 관한 것으로, 본 고안의 경량 불연판넬은 상기 소성 팽창된 진주암 입자를 5~300메쉬 분말로 미분쇄하는 단계와 상기 미분쇄된 소성 팽창된 진주암 분말과 목분과 석탄회를 균일하게 혼합하는 단계, 상기 소성 팽창된 진주암 분말과 불연제를 발포제와 균일하게 혼합한 상태에서 물유리+수산화나트륨이나 수산화알루미늄 혼합용액을 첨가하여 판넬을 형성하는 단계를 포함하는 방법으로 제조됨으로써, 본 고안에 의한 불연판넬은 고화후 물에 용출되지 않는 지오폴리머 방법을 이용하여 경량화를 이룸과 함께 판넬의 강성과 단열 특성이 향상된다.

Description

석탄회를 이용한 경량 불연보드 제조{Manufacture of fire resistant light board using coal - fly ash.}

본 고안은 석탄회를 이용한 불연판넬 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 석탄재, 물유리, 수산화나트륨이나 수산화칼륨의 지오폴리머 반응을 이용하여 목분과 팽창 진주암을 성형, 고화시킨 경량의 불연판넬 및 그 제조방법에 관한 것이다

현재 난연재로서 널리 사용되고 있는 건축용 패널 내부에는 충진제로 스치로폼 판재나 폴리우레탄 스폰지, 유리솜(글라스울) 등을 패널을 이루는 양철판 사이에 삽입한 형태를 이루고 있으나, 스티로폼과 같은 충진제 열에 매우 약하고 화재 발생시에 많은 유독가스가 발생하여 인명 피해는 물론 다량의 대기오염 물질을 방출하여 대기오염의 주범이 되는 것은 물론 산업폐기물의 문제가 있었다.

또한, 다른 단열재로서 석면재를 포함한 보드도 사용되었으나, 이러한 석면재를 이용한 보드는 그 유해성으로 인하여 건축재로서 사용이 금지되었다.

이에 대하여, 파쇄된 진주암을 열처리하여 팽창된 경량의 입자들을 결합제로 결합하여 건축물용 단열재 또는 불연재로 사용하는 것이 제안되었다.

이러한 불연건축 패널의 예는 2003.12.18자 등록된 국내 실용신안등록 제20-0336361호에 개시되어 있으며, 상기 불연건축물 패널은 불연, 무가스, 경량 및 장구한 내구성을 해결하기 위해 광석의 한 종류인 진주암과 질석을 적당한 크기로 절단 분쇄한다. 1)상기 절단 분쇄된 진주암과 질석의 입자내에 기공이 형성되어 부피가 팽창되고, 상기 팽창된 부피를 갖는 진주암과 질석을 냉각시켜 비중이 0.01이하인 아주 가벼운 진주암과 질석의 발포입자를 제조한다. 2)배합의 일예로서, 발포진주암입자와 발포질석입자 80~90%와 무기 또는 유기접착제(라텍스, 멜라민, 규산소다, 시멘트분말 등)를 혼합한 후, 면재와 면재의 간격이 50~150mm의 간격을 갖도록 설계하고 측면이 철판구조로 구성된 서랍형의 패널구조물을 이동시키면서 충진제를 내부에 충진하여 120~200℃로 가열한 후 10~20분 경화시키고, 건조하여 제조하였다.

다른예로서, 2004.03.10 등록된 실용신안등록 제20-0344473호의 “건축용 불연패널”에는 바인더와 혼합한 발포 진주암 및 발포질석 혼합물을 혼합 예열기에 투입하여, 그 예열기 내에서 혼합과 동시에 100℃ 이상의 온도로(바인더의 종류에 따라 가변 적용) 가열하면서 충진제를 예열시키고, 예열된 충진제를 혼합 예열장치 밖으로 투출시켜, 충진제가 콘베어 위의 철판에 투입되도록 하고, 투입된 충진제를 압축롤러 아래로 통과시켜 압착한다. 롤러를 통과하면 상부의 철판을 덮어 접합한다. 상기와 같이 예열단계를 거친 충진제를 양 철판 사이에 충진한 건축용 불연패널을 제공하는 것이 기술되어 있다.

그러나, 상기한 종래 기술에서 불연판넬용으로 사용한 진주암은 예를 들어 820~1100℃로 급속히 가열하며 내포된 물이 수증기로 바뀌어 부드러워진 암석 내에 작은 기포가 형성되므로, 진주암은 원래 부피의 15~20배까지 팽창하는 특성이 있다. 따라서 종래 기술에서 1~10mm의 크기로 파쇄한 진주암 입자를 열처리하면 소위 왕모래라 불리우는 10mm정도 이상의 큰 입자로 된다.

그러나, 열처리로 팽창된 진주암 입자는 강도가 약하여 쉽게 부서지기 때문에 결합제에 의해 입자들을 일체화하여 판넬로 성형하더라도 입자 자체의 낮은 강도로 인하여 쉽게 부서지기 때문에 판넬 형상 유지에 어려움이 있었고, 판넬의 두께가 증가되는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 보완하기 위하여 종래 기술에서는 소정 간격의 철판들 사이에 열처리된 진주암과 질석 입자를 결합제와 함께 충진하여 판넬을 생산하여 제조비용의 상승 및 불연판재의 경량화에 한계가 있고, 외측에 철판을 사용하더라도 비교적 작은 외부 충격에 의해서 그 내부의 열처리된 진주암 입자 자체의 부서짐으로 인한 판넬 손상의 문제가 있었고, 외부 철판에 의해 불연판재의 경량화 효과가 작은 단점이 있었다.

또한, 종래 기술에서 열처리된 진주암 입자들을 결합하기 위한 결합제로 사용된 규산소다는 열에 약하고 강도가 약하여 작은 충격에도 판넬이 손상될 수 있을 뿐만 아니라, 미지근한 물에도 쉽게 결합력을 상당히 상실하여 판넬 사용에 많은 제약이 있는 문제가 있었다.

그러나 최근들어 지오폴리머를 이용한 결합기술이 개발되고 있다. 특히, 석탄재, 메타카올린 등과 수산화나트륨이나 수산화칼륨등을 이용한 고화공정이 확립되었다.

따라서 본 고안자는 이들 고화기술을 내열불연판넬 제조에 이용을 하고자 하였다.

본 고안의 목적은 상기한 석탄회, 물유리, 수산화나트륨이나 수산화칼륨은 결합재로 팽윤 진주암과 목분을 충진제로 혼합하여 성형, 고화하여 종래의 건축용 불연판재에 따른 문제점을 해결하고 보다 강성과 수분 흡수력이 저하된 증대된 불연판넬을 제공하는 것이다.

본 고안의 목적은 기계적 특성이 강화되고 경량화된 불연판넬의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 의한 불연판넬 제조방법은, 820~1100℃로 급속히 가열하여 팽창된 소성 진주암 입자와 목분을 충진제로, 물유리, 수산화나트륨과 수산화칼륨등을 고화결합제로 하여 불연판넬을 제조하는 방법에 있어서, 상기 목분과 소성 팽창된 진주암 입자를 5~300메쉬 분말로 미분쇄하는 단계와, 상기 미분쇄된 소성 팽창된 진주암 분말과 석탄회를 균일하게 혼합하는 단계, 상기 소성 팽창된 진주암 분말과 목분 및 석탄회를 중량부로 1.5~2.5 : 0.5~1.5 : 0.5~1.5 의 비율로 균일하게 혼합하여 물유리, 수산화나트륨 용액을 첨가하여 고화시키는 것이 바람직하다.

수분흡수기능을 저하시키고 강도를 증가시키기 위해서는 수용성 아크릴수지가 바람직하다.

본 고안에 따라 폐기물인 석탄회와 수산화나트륨의 결합제로 소성 팽창된 진주암과 목분을 혼합하여 판넬 형상으로 성형, 고화시킴으로써 분말 입자들이 판넬에서 고르게 분포되어 불연판넬의 경량화를 이루고 흡수능이 저하된 경량 판넬의 기계적특성과 단열 특성이 향상된다.

본 고안에 따라 폐기 석탄회를 이용하여 각종 고화제를 성형할 수 있고, 또한 다른 지오폴리머 구성물질을 이용하여 고강도의 판넬을 만들 수 있다.

<도1>에는 본 고안에 의한 석탄회와 물유리, 수산화나트륨 용액을 넣어 결합제로 사용한 불연판넬을 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 블록도이다.

이하에서는 본 고안의 불연판넬 및 그 제조방법에 대한 일 실시예를 첨부 도면은 참고하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도1에는 본 고안에 의한 석탄회와 물유리, 수산화나트륨 용액을 넣어 결합제로 사용한 불연판넬을 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 블록도이다.

본 고안에서 사용되는 원료로서의 석탄회는 시멘트 대체재료로서 입도 범위가 1~500㎛이고, 밀도 1.9~2.4g/㎤, 브레인방법에 의한 비표면적 2,800~5,400㎠/g, 45㎛체잔분 40%이하, 화학적 주요성분이 SiO₂ 58~68중량%, Al₂O₃ 24~30중량%, Fe₂O₃ 5~8중량%, CaO 2~4중량%, MgO 0.5~2중량%, Na₂O 0.3~1.5중량%인 석탄회 미분말을 시멘트 대체비(중량비)로 1.0~80.0중량% 혼입·사용한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 고안에 의한 불연판넬 제조방법의 단계1의 분쇄단계에서 열처리하여 팽창된, 소성 진주암 입자를 5~300메쉬로 미분쇄한 분말과 목분을 혼합한다.

본 고안의 불연판넬 제조방법에서는 결합제로 석탄회의 조성물 혼합단계에 투입하고, 석탄회와 결합을 촉진시키기 위해 물유리나 수산화나트륨 용액을 균일하게 혼합한다.

본 고안에 따른 불연판넬 제조방법에서는, 석탄회, 소성 진주암 분말, 목분을 중량비로 0.5~1.5 : 1.5~2.5 : 0.5~1.5 의 비율로 균일하게 혼합하여 사용한다.

특히, 목분, 소성 진주암 분말과 석탄회를 먼저 균일하게 혼합하고, 그후 물유리, 수산화나트륨 재혼합한 후 이를 성형, 고화, 양생하여 제조한다. 양생은 2차에 걸쳐 시행한다.

또한, 상기 성형시 2차에 걸친 롤러를 작동하고, 프레스로 압력을 가함으로써 각종 분말 조직이 보다 치밀하게 형성되게 하여 판넬 기계적 특성을 더욱 강화시킬 수 있다.

본 고안에 따라 제조된 판넬은 불연판넬 뿐만 아니라, 보온재, 흡음재, 단열판, 완충재로서도 사용될 수 있다.

Claims (3)

1. 석탄회를 이용한 경량판넬을 제조하는 방법에 있어서, 목분을 5~300메쉬로, 소성 팽창된 진주암 입자를 5~300메쉬 분말로 미분쇄하는 단계와, 상기 미분쇄된 소성 팽창된 진주암 분말과 목분을 정련 석탄회 혼합하는 단계, 상기 혼합물에 균일하게 혼합한 상태에서 지오폴리머 조성물인 물유리, 수산화나트륨이나 수산화칼륨을 첨가하여 판넬을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량 불연판넬 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 소성 팽창된 진주암 분말, 석탄회, 목분을 중량비로 1.5~2.5 : 0.5~1.5 : 0.5~1.5의 비율로 균일하게 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 경량 불연판넬 제조방법.
   
3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 흡수성을 저하시키기 위한 수지로 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 불연판넬 제조방법.
   
   

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