KR20130015960A - 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재 및 그의 제조방법 - Google Patents

다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용하고, 활성황토를 결합재로 사용한 친환경적인 복합단열재 및 그 제조방법에 관한 발명으로서, 생황토를 소성시킨 활성황토:시멘트가 1:1의 중량비율로 혼합되어 제조된 결합재 100중량부에 대하여 물 40~50중량부 및 다공성 세라믹볼과 천연섬유질로 구성된 심재 26~38중량부를 포함하여 이루어지는 천연섬유질과 다공성 세라믹볼을 심재로 사용한 복합단열재로서, 활성황토를 사용하여 천연섬유질의 방수성을 향상시키고, 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 단열재의 심재로 사용함으로써 준불연제품으로 단열성 및 강도가 우수하고, 인체에 독성이 없는 친환경적 복합단열재를 제공하는 효과가 있다.
국가연구개발사업에 따른 성과물
1) 연구비 지원부서 : 중소기업청
2) 연구사업명 : 기업부설연구소 설치사업
3) 연구과제명 : 친환경 복합단열재 개발
4) 주관기관 : 공주대학교 산학협력단
5) 연구기간 : 2010. 6. 1 - 2012. 5. 31
국가연구개발사업에 따른 성과물-1
1) 연구비 지원부서 : 한국연구재단
2) 연구사업명 : 지역거점연구단(에너지자립형 그린빌리지 핵심기술사업단)
3) 연구과제명 : 경량콘크리트 단열패널 개발
4) 주관기관 : 공주대학교 산학협력단
5) 연구기간 : 2011. 4. 1 - 2012. 3. 31

Description

다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재 및 그의 제조방법{Composite Insulation material using Porous Ceramic Ball and Natural Cellulose as a Core material and manufacturing method therof}
본 발명은 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용하고, 활성황토를 결합재로 사용함으로써 강도 및 단열성이 우수한 친환경 복합단열재 및 그의 제조방법에 관한 발명이다.
단열재는 무기단열재와 유기단열재로 구분되며 무기단열재는 석면, 암면, 유리면, 펄라이트 등이 있고, 유기단열재는 스티로폼, 폴리우레탄폼, 우레아폼 등이 대표적이다. 단열재 시장은 유기 단열재(스티로폼 55%, 폴리우레탄 29%, 압축보드 6% 등)가 71%를 차지하고 있으며, 무기 단열재(유리면, 암면, 석면 등)는 29% 정도의 시장 점유율을 나타내고 있다. 이와 같은 단열재들은 비교적 단열성능이 우수하고 화학적으로 비교적 안정되어 있으며, 물리적 강도나 흡수성, 시공성 등에서 성능이 우수하여 오랫동안 널리 사용되어 왔다.
그러나 이러한 단열재들은 인체 유해성 및 환경오염 측면에서 많은 문제점을 가지고 있다. 가장 일반적으로 사용되고 있는 유기단열재는 석유를 원료로 사용하기 때문에 자원고갈의 문제와 더불어 실내공기를 오염시키고 또 화재발생시 유독가스를 발생시켜 인적 및 물적 피해가 심각하다. 무기단열재는 원재료를 얻는 과정에서 자연을 파괴하고, 석면과 같은 재료는 인체 유해성 때문에 일반 건축용에는 쓰이지 않고 산업용으로 일부 쓰이고 있다.
이에 본 발명자들은 친환경 제품인 활성황토를 결합재로 사용하고, 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용함으로써 강도 및 단열성이 우수한 복합단열재를 개발하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용하고, 활성황토를 바인더로 사용함으로써 강도 및 단열성이 뛰어난 친환경적인 복합단열재 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재는 생황토를 소성시킨 활성황토:시멘트가 1:1의 중량비율로 혼합되어 제조된 결합재 100중량부에 대하여 물 40~50중량부 및 다공성 세라믹볼과 천연섬유질로 구성된 심재 26~38중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 심재는 결합재 100중량부에 대하여 다공성 세라믹볼 20~30중량부와 천연섬유질 6~8중량부로 구성되고, 상기 다공성 세라믹볼은 직경 4.45mm인 A type 다공성 세라믹볼:직경 2.60mm인 B type 다공성 세라믹볼이 1:1의 중량비율로 구성되며, 상기 천연섬유질은 목재칩:톱밥이 1:1의 중량비율로 구성된다.
또한, 본 발명의 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 제조방법은 a)소성시킨 활성황토:시멘트를 1:1의 중량비율로 혼합하여 결합재를 제조하는 단계; b)상기 a)단계의 결합재에 물을 넣어 페이스트상으로 만드는 단계; 및 c)상기 b)단계의 결합재에 다공성 세라믹볼과 천연섬유질로 구성된 심재를 넣고 혼합하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 물은 결합재 100중량부에 대하여 40~50중량부 첨가하고, 상기 심재는 결합재 100중량부에 대하여 26~38중량부 첨가하는데, 다공성 세라믹볼 20~30중량부와 천연섬유질 6~8중량부로 구성된다.
상기 다공성 세라믹볼은 직경 4.45mm인 A type 다공성 세라믹볼:직경 2.60mm인 B type 다공성 세라믹볼이 1:1의 중량비율로 구성되며, 상기 천연섬유질은 목재칩:톱밥이 1:1의 중량비율로 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 결합재는 활성황토의 난연특성과 포졸란 반응에 의한 결합력을 증진시키기 위하여 생황토를 800℃로 소성시켜 만든 활성황토를 활성황토:시멘트 1:1의 중량비율로 시멘트와 혼합하여 사용한다. 즉, 생황토를 800℃로 소성하면 SiO2, Al2O3가 활성화되어 Ca(OH)2와 포졸란 반응을 일으켜 3CaO·2SiO2·3H2O(C-S-H)상 및 2CaO·Al2O3·SiO2·8H2O(C-A-S-H)상의 결정을 생성하게 되어 결합력이 증가되는 것이다.
상기 시멘트는 시중의 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 복합단열재의 강도와 친환경을 위하여 활성황토:시멘트의 혼합비율은 1:1의 중량비율로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 심재는 우수한 단열성과 강도 발현을 위하여 다공성 세라믹볼과 천연섬유질로 구성되고, 상기 다공성 세라믹볼은 직경 4.45mm인 A type 다공성 세라믹볼:직경 2.60mm인 B type 다공성 세라믹볼이 1:1의 중량비율로 혼합되어 구성되며, 상기 천연섬유질은 목재칩:톱밥이 1:1의 중량비율로 혼합되어 구성된다.
상기 다공성 세라믹볼 A type은 기공이 커서 단열성은 좋으나 강도가 약하고, 다공성 세라믹볼 B type은 기공이 작아서 단열성은 떨어지나 강도에 강한 특성이 있으므로 다공성 세라믹볼 A type과 다공성 세라믹볼 B type을 1:1의 중량비율로 혼합하여 사용하면 서로의 단점을 보완하게 되어 단열재의 단열성과 강도를 유지할 수 있게 된다.
또한, 천연섬유질인 톱밥의 경우에는 단열성과 압축강도를 높이는데 유리한 효과를 가지고, 목재칩의 경우에는 섬유가 길어서 단열성과 휨강도를 높이는데 유리한 효과를 가지기 때문에 천연섬유질로서 목재칩:톱밥을 1:1의 중량비율로 혼합하여 사용함으로써 단열재의 높은 단열성과 강도를 유지할 수 있게 된다.
상기 심재는 심재의 충전에 따른 강도의 발현과 작업성을 고려하여 결합재 100중량부에 대하여 26~38중량부 첨가하는 것으로서 다공성 세라믹볼 20~30중량부와 천연섬유질 6~8중량부로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 상기와 같이 혼합하여 심재로 사용하는 것이 단열재의 단열성과 강도를 종합적으로 고려하여 볼 때 바람직하다.
본 발명의 물은 결합재 100중량부에 대하여 40중량부 미만의 경우에는 상대적으로 첨가된 물의 양에 비하여 심재의 양이 과다하여 혼합재료의 작업성이 떨어져 치밀한 공시체가 형성되지 못하는 문제가 있고, 50중량부 초과의 경우에는 과잉으로 사용된 물이 결합재의 수화반응이 끝난 후 성형체 내부에 남아 있어 기포를 형성하게 됨으로서 강도가 저하되게 되므로 결합재 100중량부에 대하여 물 40~50중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재는 소성시킨 활성황토와 시멘트를 1:1의 중량비율로 혼합하여 결합재를 제조한다. 그런 다음, 상기 결합재 100중량부에 대하여 물을 40~50중량부 넣어 페이스트상으로 만든다.
또한, 상기 결합재 100중량부에 대하여 직경 4.45mm인 A type 다공성 세라믹볼과 직경 2.60mm인 B type 다공성 세라믹볼을 1:1의 중량비율로 혼합한 다공성 세라믹 볼 20~30중량부와 목재칩과 톱밥을 1:1의 중량비율로 혼합한 천연섬유질 6~8중량부를 혼합하여 심재를 제조한다.
이렇게 제조된 심재를 상기 페이스트 상의 결합재 100중량부에 대하여 26~38중량부를 첨가하여 혼합한다.
상기 혼합물을 시험체 제조 몰드에 넣은 후 양생하여 본 발명의 다공성 세라믹볼 및 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재를 제조한다.
이상에서와 같이, 본 발명은 활성황토를 사용하여 천연섬유질의 방수성을 향상시키고, 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용함으로써 준불연제품으로 단열성 및 강도가 우수할 뿐만 아니라 인체에 독성이 없는 친환경적 복합단열재를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 물/결합재(W/B)비가 40%일 때의 압축강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 물/결합재(W/B)비가 45%일 때의 압축강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 물/결합재(W/B)비가 50%일 때의 압축강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 물/결합재(W/B)비가 40%일 때의 휨강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 물/결합재(W/B)비가 45%일 때의 휨강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 물/결합재(W/B)비가 50%일 때의 휨강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 90℃의 열수에 28일간 내열수 시험을 행한 후 압축강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 90℃의 열수에 28일간 내열수성 시험을 행한 후 휨강도변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 6 내지 10(물/결합재비 45%)의 복합단열재 시험체에 대하여 90℃의 열수에 28일간의 내열수성 시험 전과 후의 총세공량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 6 내지 10(물/결합재비 45%)의 복합단열재 시험체에 대하여 90℃의 열수에 28일간의 내열수성 시험 전과 후의 세공의 평균직경의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예 6 내지 10(물/결합재비 45%)의 복합단열재 시험체에 대하여 90℃의 열수에 28일간의 내열수성 시험 전과 후의 밀도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 실시예 6 내지 10(물/결합재비 45%)의 복합단열재 시험체에 대하여 90℃의 열수에 28일간의 내열수성 시험 전과 후의 공극율의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 13은 실시예 8의 복합단열재 시편의 주사전자현미경 사진이다.
도 14는 실시예 6 내지 10의 복합단열재 시편에 대하여 열전도도를 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의한 통상적인 변화가 가능하다.
<실시예>
다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 제조
800℃로 소성시켜 만든 활성황토와 포틀랜드 시멘트를 1:1 중량비율로 혼합하여 결합재를 제조하였다.
상기 결합재에 물을 넣어 페이스트상으로 만든 후 천연섬유질 및 다공성 세라믹볼로 구성된 심재(Core materials)를 넣고 혼합하였다.
상기 혼합물을 시험체 제조 몰드에 넣은 후 양생하여 시험체를 제작하였다.
상기 물, 결합재(Binder), 천연섬유질(Natural cellulose) 및 다공성 세라믹볼(Porous ceramic ball)의 배합비율을 하기의 표 1에 나타내었다.
여기서, 상기 천연섬유질은 목재칩:톱밥을 1:1 중량비율로 혼합하여 제조하였으며, 상기 다공성 세라믹볼은 A 타입(직경 4.45mm):B 타입(직경 2.60mm)을 1:1 중량비율로 혼합하여 제조하였다.
Figure pat00001
<시험예 1>
물/결합재(W/B)비에 따른 압축강도 시험
상기 실시예 1 내지 15의 복합단열재 시험체에 대하여 KS F 2405에 의하여 압축강도시험을 수행하였다.
표 2 및 도 1 내지 3에 각각 물/결합재(W/B)비가 40, 45, 50%일 때의 3일, 7일, 28일의 압축강도변화를 나타내었다.
표 2 및 도 1 내지 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 도 1에서 물/결합재비가 40%의 경우에는 심재/결합재비가 29%에서 압축강도가 약간 증가되었으나 그 이상의 심재/결합재비에서는 압축강도가 약간씩 감소되는 것으로 나타났다. 이는 물/결합재(W/B)비 40%, 심재/결합재비 29%에서 심재의 충전효과와 작업성이 가장 양호하여 치밀한 공시체를 만들 수 있었기 때문에 가장 높은 압축강도가 나타난 것으로 생각된다. 전체적으로는 상대적으로 첨가된 물의 양에 비하여 심재의 양이 과다하여 혼합재료의 작업성이 떨어져 치밀한 공시체가 형성되지 못함으로서 심재/결합비 증가에 따라 압축강도는 점차 감소되는 것으로 나타나고 있다.
도 2에서 물/결합재비가 45%의 경우에는 심재/결합재비 32%에서 심재의 보강효과와 작업성이 우수하여 치밀한 공시체가 만들어짐으로서 최대 압축강도를 나타냄을 알 수 있었다.
도 3에서 물/결합재비가 50%의 경우에는 심재/결합재비의 증가에 따라 압축강도는 점차 감소되는 것을 알 수 있었다. 이는 심재에 의한 보강효과보다 물/결합재비가 증가됨으로서 과량으로 사용된 물이 매트릭스 내에서 공극을 형성하게 됨으로서 매트릭스와 심재와의 결합력이 떨어져 압축강도가 감소되는 것으로 생각된다.
이상의 결과를 종합하여 보면, 물/결합재비가 증가될수록 작업성이 우수하여 공시체를 성형하기는 쉽지만 과잉으로 사용된 물이 결합재의 수화반응이 끝난 후 성형체 내부에 남아 있어 기포를 형성하게 됨으로서 압축강도가 저하되게 되므로 물의 사용량은 성형하는데 지장이 없을 정도의 범위 내에서 최소한으로 사용하는 것이 고강도의 물성을 유지하는데 좋을 것으로 생각된다.
<시험예 2>
물/결합재(W/B)비에 따른 휨강도 시험
상기 실시예 1 내지 15의 복합단열재 시험체에 대하여 KS F 2408에 의하여 휨강도시험을 수행하였다.
표 2 및 도 4 내지 6에 각각 물/결합재(W/B)비가 40, 45, 50%일 때의 3일, 7일, 28일의 휨강도변화를 나타내었다.
표 2 및 도 4 내지 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 물/결합재비의 증가에 관계없이 심재/결합재비가 증가될수록 휨강도는 지속적으로 증가되는 것을 알 수 있었다. 이는 심재로 사용한 천연섬유질의 첨가량이 증가됨에 따라 압축강도에 미치는 보강효과보다 휨강도에 미치는 보강효과가 훨씬 크기 때문에 나타나는 결과로 생각된다.
또한, 압축강도와 마찬가지로 휨강도에서도 물/결합재비가 낮을수록 휨강도는 훨씬 높게 나타나고 있었다.
<시험예 3>
내열수성 시험
상기 실시예 1 내지 15의 복합단열재 시험체에 대하여 90℃의 열수에 28일간 내열수 시험을 행한 후 압축 및 휨강도를 측정하여 시험 전의 강도와 비교 검토하였다.
그 결과를 표 2 및 도 7 내지 도 8에 나타내었다.
표 2 및 도 7 내지 도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 표 2 및 도 7에서 물/결합재비의 변화에 관계없이 내열성시험 후에 측정한 압축강도는 내열수성시험 전에 측정한 압축강도에 비하여 저하되는 결과를 볼 수 있었다. 이는 결합재의 일성분인 활성황토가 열수 속에서 수화반응이 촉진되어 강도가 상승되는 요인보다 심재의 일성분인 천연섬유질이 장시간 열수 속에서 부풀어 팽창하게 됨으로서 강도가 감소되는 요인이 크기 때문에 나타나는 결과로 생각된다.
표 2 및 도 8에서 휨강도 측정결과에서는 압축강도에서 나타나는 강도 감소율보다 훨씬 크게 휨강도가 감소되는 것을 볼 수 있었다. 이는 천연섬유질의 보강효과가 압축강도보다 휨강도에서 더 크게 나타나는데 열수 속에서 팽창하게 됨으로서 보강효과가 떨어져 휨강도의 감소정도가 압축강도보다 더 크게 나타나는 것으로 판단된다.
Figure pat00002
<시험예 4>
세공분석
총세공량 측정
상기 실시예 6 내지 10(물/결합재비 45%)의 복합단열재 시험체에 대하여 상기 시험예 3과 같이 내열수성 시험 전과 후에 총세공량을 측정하여 그 결과를 도 9에 나타내었다.
도 9에서 확인할 수 있는 바와 같이, 총세공량은 심재/결합재비가 증가됨에 따라 감소되었고, 내열수성시험 후에 측정한 총세공량이 내열수성시험 전에 측정한 총세공량에 비하여 감소되는 것으로 나타났다.
심재/결합재비가 증가됨에 따라 총세공량이 감소되는 이유는 심재로 사용한 천연섬유질과 다공성 세라믹볼의 첨가량이 증가될수록 유동성을 확보하기 위하여 과량으로 첨가한 물이 천연섬유질과 다공성 세라믹볼에 의하여 흡수됨으로서 결합재의 일성분인 활성황토의 수화반응 이후에 기공으로 존재할 수 있는 여분의 물량이 감소되기 때문으로 생각된다.
또한 내열수성시험 후에 총세공량이 감소되는 이유는 열수 속에서 결합재의 일성분인 활성황토의 수화반응이 촉진되어 치밀한 조직이 형성되기 때문에 나타나는 결과로 생각된다.
세공의 평균직경 측정
상기 실시예 6 내지 10(물/결합재비 45%)의 복합단열재 시험체에 대하여 상기 시험예 3과 같이 내열수성 시험 전과 후에 세공의 평균직경을 측정하여 그 결과를 도 10에 나타내었다.
도 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, 심재/결합재비 변화에 따른 세공의 평균직경은 거의 변화가 없는 것으로 나타났으나 내열수성시험 후에 측정한 세공의 직경은 내열수성시험 전에 측정한 세공의 직경에 비하여 50% 가깝게 작아지는 것으로 나타났다. 이는 열수 속에서 결합재의 일성분인 활성황토의 수화반응이 촉진되어 치밀한 조직으로 변화되기 때문에 나타나는 결과로 생각된다.
밀도의 측정
상기 실시예 6 내지 10(물/결합재비 45%)의 복합단열재 시험체에 대하여 상기 시험예 3과 같이 내열수성 시험 전과 후에 밀도를 측정하여 그 결과를 도 11에 나타내었다.
도 11에서 확인할 수 있는 바와 같이, 심재/결합재비가 증가됨에 따라 밀도는 약간씩 증가되는 경향을 보여주고 있으며, 내열수성시험 후에 측정한 밀도가 내열수성시험 전에 측정한 밀도에 비하여 약간 증가되는 결과를 보여주고 있다.
심재/결합재비가 증가됨에 따라 밀도가 증가되는 것은 천연섬유질과 다공성 세라믹 볼이 과잉으로 사용된 물을 흡수하여 조직이 치밀하게 형성되기 때문으로 생각된다.
또 내열수성시험에 의하여 밀도가 증가되는 것은 열수 속에서 결합재의 일성분인 활성황토의 수화반응이 촉진되어 치밀한 조직을 형성하기 때문에 나타나는 결과로 생각된다.
공극률 측정
상기 실시예 6 내지 10(물/결합재비 45%)의 복합단열재 시험체에 대하여 상기 시험예 3과 같이 내열수성 시험 전과 후에 공극률을 측정하여 그 결과를 도 12에 나타내었다.
도 12에서 확인할 수 있는 바와 같이, 심재/결합재비가 증가됨에 따라 공극률은 약간씩 감소되는 경향을 보여주고 있으며, 내열수성시험 후에 측정한 공극률이 내열수성시험 전에 측정한 공극률에 비하여 약간 감소되는 결과를 보여주고 있다.
심재/결합재비가 증가됨에 따라 공극률이 감소되는 것은 천연섬유질과 다공성 세라믹 볼이 과잉으로 사용된 물을 흡수하여 치밀한 조직이 형성되기 때문에 나타나는 결과로 생각되며, 내열수성시험에 의하여 공극률이 감소되는 것은 열수 속에서 결합재의 일성분인 활성황토의 수화반응이 촉진되어 치밀한 조직이 형성되기 때문에 나타나는 결과로 생각된다.
<시험예 5>
SEM 분석시험
상기 실시예 8 복합단열재 시편을 아세톤으로 세정하고, 건조시킨 다음 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 이용하여 시편의 미세조직을 관찰하였다.
그 결과를 도 13에 나타내었다.
도 13에서 확인할 수 있는 바와 같이, 활성황토의 수화물에서는 침상의 수화물결정이 잘 성장되어 있는 것을 관찰할 수 있다. 이러한 결과는 생황토는 포졸란 반응을 일으킬 수 있는 성분이 존재하지 않으나, 활성황토는 생황토를 800℃에서 소성하여 급냉시켜 제조하였기 때문에 포졸란 반응을 일으킬 수 있는 성분이 생성되었기 때문으로 판단된다. 이러한 침상의 결정이 성장되면서 재료들 간에 결합이 형성되어 강도가 발현되게 된다.
<시험예 6>
열전도도 측정
심재의 첨가율에 따른 열전도도의 특성을 알아보기 위하여 실시예 6 내지 10의 복합단열재 시편을 가로(300mm)×세로(300mm)×두께(20mm)로 하여 ASTM C518, ISO 8301 및 KS M 3809, KS M 9016의 측정방법에 따라 열전도도 시험을 하였다.
그 결과를 도 14에 나타내었다.
도 14에서 확인할 수 있는 바와 같이, 천연섬유질과 다공성 세라믹볼로 구성된 심재의 첨가율이 증가됨에 따라 열전도율은 현저히 감소되어 단열재로서 우수한 성능을 나타내게 되는 것을 알 수 있었다.
일반적으로 콘크리트의 열전도율은 1.74 W/m·K 임을 감안할 때 본 발명의 복합단열재의 열전도율은 0.2~0.17 W/m·K 정도이므로 상기 콘크리트의 열전도율의 약 1/10 수준으로 단열성이 우수함을 알 수 있었다.
이는 천연섬유질과 세라믹볼이 다공성 물질로서 결합재의 일성분인 활성황토에 비하여 단열성이 우수하기 때문에 나타나는 결과로 생각된다.
<시험예 7>
준불연재 성능시험
상기 실시예 6 내지 10의 복합단열재 시험체를 3개씩 준비하고, 시험체의 크기는 가로(220mm)×세로(220mm)×두께(20mm)의 것을 사용하였다. 시험체는 제조 후 통풍이 잘되는 실내에 30일 이상 방치한 것을 35~45oC의 건조기에서 24시간 이상 건조한 후 데시케이터 안에서 24시간 이상 방치하여 양생한 것을 KS F 2271:2006(가스유해성 시험) 및 KS F ISO 5660-1:2008(열방출 시험) 준불연재 시험방법에 따라 시험하였다.
그 결과를 표 3에 나타내었다.
하기의 표 3은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 분석한 결과로서, 국토해양부 고시 제2009-866호(건축물 내부마감재료의 난연성능기준)에 의하면 준불연재로서 인증을 받으려면 유해가스분석과 열방출시험을 모두 합격해야 된다.
하기의 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 천연섬유질과 다공성 세라믹볼을 심재로 사용하고 활성황토를 결합재로 사용하여 제조한 본 발명의 복합단열재는 준불연재로 적합함을 알 수 있었다.
Figure pat00003

Claims (7)

  1. 생황토를 소성시킨 활성황토:시멘트가 1:1의 중량비율로 혼합되어 제조된 결합재 100중량부에 대하여 물 40~50중량부 및 다공성 세라믹볼과 천연섬유질로 구성된 심재 26~38중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 심재는 결합재 100중량부에 대하여 다공성 세라믹볼 20~30중량부와 천연섬유질 6~8중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다공성 세라믹볼은 직경 4.45mm인 A type 다공성 세라믹볼:직경 2.60mm인 B type 다공성 세라믹볼이 1:1의 중량비율로 구성되며,
    상기 천연섬유질은 목재칩:톱밥이 1:1의 중량비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재.
  4. a)소성시킨 활성황토:시멘트를 1:1의 중량비율로 혼합하여 결합재를 제조하는 단계;
    b)상기 a)단계의 결합재에 물을 넣어 페이스트상으로 만드는 단계; 및
    c)상기 b)단계의 결합재에 다공성 세라믹볼과 천연섬유질로 구성된 심재를 넣고 혼합하는 단계를 포함하여 제조되는 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 물은 결합재 100중량부에 대하여 40~50중량부 첨가하고,
    상기 심재는 결합재 100중량부에 대하여 26~38중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 심재는 결합재 100중량부에 대하여 다공성 세라믹볼 20~30중량부와 천연섬유질 6~8중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 제조방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다공성 세라믹볼은 직경 4.45mm인 A type 다공성 세라믹볼:직경 2.60mm인 B type 다공성 세라믹볼이 1:1의 중량비율로 구성되며,
    상기 천연섬유질은 목재칩:톱밥이 1:1의 중량비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹볼과 천연섬유질을 심재로 사용한 복합단열재의 제조방법.
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