KR20130025116A - 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내열성, 유연성 및 신축성이 우수한 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드를 제조하는 방법을 개시(introduce)한다. 본 발명에 따른 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드 제조방법은, 혼합물 생성단계, 슬러리화단계 및 석고보드 생성 단계를 구비한다. 상기 혼합물 생성단계는 실리카 에어로겔 분말, 석고분말, 계면활성제 및 물을 일정 비율로 혼합한다. 상기 슬러리화단계는 실리카 에어로겔 분말, 석고분말, 계면활성제 및 물의 혼합물을 반죽한다. 상기 석고보드 생성 단계는 반죽 된 혼합물을 응결 및 경화시켜 석고보드를 생성한다.

Description

실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법 {Manufacturing method for gypsum board including the silica aerogel}

본 발명은 석고보드의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법에 관한 것이다.

건축물의 내벽이나 외벽 또는 천장용 마감재로 사용되거나 실내공간을 원하는 대로 구획하여 공간을 최대한 효율적으로 활용할 수 있도록 하는 경량 칸막이의 재료로 주로 사용되는 발포 폴리스티렌(foamed polystyrene)은 체적의 98%가 공기이고 나머지 2%가 수지인 물체로써 100℃이상의 온도에서는 부드러워지고 185℃ 이상의 온도가 되면 점성의 액체가 되므로 내열성과 내화성이 낮아 이러한 발포 폴리스티렌을 재료로 시공한 건물이나 시설물 등은 화재가 발생하게 되면 순식간에 화염이 전이되어 막대한 재산피해와 함께 인명손실을 입히게 되는 문제점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위하여, 최근에는 건축용 마감재 또는 경량 칸막이 재로서 내열성과 내화성이 우수한 석고보드가 널이 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 석고보드는 무거워서 이동 및 시공이 용이하지 않고, 시공시 건물에 큰 하중부담을 주는 문제가 있다. 또한 경질의 석고로 이루어지므로 단열성 및 방음성이 떨어지는 문제점도 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 내열성, 유연성 및 신축성이 우수한 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드를 제조하는 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드 제조방법은, 혼합물 생성단계, 슬러리화단계 및 석고보드 생성 단계를 구비한다. 상기 혼합물 생성단계는 실리카 에어로겔 분말, 석고분말, 계면활성제 및 물을 일정 비율로 혼합한다. 상기 슬러리화단계는 실리카 에어로겔 분말, 석고분말, 계면활성제 및 물의 혼합물을 반죽한다. 상기 석고보드 생성 단계는 반죽 된 혼합물을 응결 및 경화시켜 석고보드를 생성한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드 제조방법에 의해 제조된 석고보드는, 단열성, 방음성, 내열성 및 내화성이 뛰어나고 가벼우면서도 강도가 우수하다는 장점이 있다.

또한 산업부산물인 폐석고의 활용도 가능하게 하므로 원료의 확보가 용이하고 자원 재활용에도 도움이 되며, 특히 실리카 에어로겔은 친환경 소재이므로 지구 환경을 훼손하지 않는다는 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리카 에어로겔 분말을 함유하는 석고보드의 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조방법에 따라 제조된 석고보드의 사진이다.
도 3은 종래의 방법에 따라 제조된 석고보드의 미세구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 석고보드의 미세구조를 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

에어로겔은 90%이상의 높은 기공률과 600㎡/g 이상의 비표면적을 가지는 나노 다공질 구조로 인하여 단열재뿐만 아니라 태양열 난방시스템, 촉매의 담체, 절연막 등 에너지, 환경, 전기 및 전자분야 등의 첨단 과학분야에 널리 사용될 수 있어 관심의 대상이 되고 있다. 그러나 일반적으로 기둥형태로 제조되는 에어로겔은 높은 취성으로 인해 작은 충격에도 쉽게 부서지는 등 매우 취약한 강도를 보이며, 분말이나 과립의 경우에도 다양한 두께 및 형태로의 가공이 어렵기 때문에 우수한 단열특성에도 불구하고 단독으로는 단열재로의 응용이 매우 어려운 실정이다.

본 발명에서는 기존에 사용되고 있는 석고에 실리카 에어로겔 분말을 혼합하여 성능이 우수한 석고보드를 제조하는 방법을 제안한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리카 에어로겔 분말을 함유하는 석고보드의 제조방법의 순서도이다.

도 1을 참조하면, 실리카 에어로겔 분말을 함유하는 석고보드의 제조방법(100)은, 크게 혼합물 생성단계(S1), 슬러리화단계(S2) 및 석고보드 생성 단계(S3)를 구비한다.

혼합물 생성단계(S1)는 실리카 에어로겔 분말(101), 석고분말(102), 계면활성제 및 물을 일정 비율로 혼합(103)한다. 슬러리화단계(S2)는 실리카 에어로겔 분말, 석고분말, 계면활성제 및 물의 혼합물을 반죽(104)한다. 석고보드 생성 단계(S3)는 반죽 된 혼합물을 몰드에 투입(105)하여 응결 및 경화(206)시켜 석고보드(108)를 생성(107)한다.

도 1에는 분명하게 도시되어 있지 않지만, 물과 계면활성제를 먼저 충분히 혼합하여 보조혼합물을 생성시킨 후에, 보조혼합물에 실리카 에어로겔 분말 및 석고분말을 혼합하는 것이 바람직하다. 또한 보조혼합물을 제조하는 과정에 혼합물을 교반하는 것이나, 보조혼합물에 실리카 에어로겔 분말 및 석고분말을 더 혼합할 때 교반하는 작업을 병행하는 경우 혼합이 보다 용이하고 짧은 시간 안에 혼합이 이루어 질 것이다. 본 발명의 유효성을 실험하는 도중에 취득한 결과로는 교반속도가 300~600 rpm인 경우가 최적이라는 것이다.

혼합물의 구성비도 중요한데, 실제로 석고보드의 구성요소가 되는 석고분말과 실리카 에어로겔은 80~98중량%와 2~20중량%인 것이 가장 좋은 특성의 석고보드를 제조할 수 있다. 석고보드의 구성요소가 되지는 않지만, 석고보드를 제조하는 보조 역할을 하는 물과 계면활성제는 석고분말의 중량 대비 80~100중량%와 0.1~4중량%인 것이 최적이다.

실험결과 실리카 에어로겔은 석고분말과의 혼합중량 대비 2~20중량%가 바람직한데, 0.1g/㎤ 이하인 실리카 에어로겔은 석고분말에 비해 비중이 현저하게 낮기 때문에 미량만 혼합하여도 석고보드의 비중을 현저히 낮추어 단열 및 경량 효과를 발현시킬 수 있다. 그러나 20중량%를 초과하면 점도가 높아지고 혼합성이 떨어지게 되는데, 이를 해결하기 위하여 물이나 계면활성제의 양을 늘려야 하며, 이러한 조건에서 제조된 석고보드는 강도가 상대적으로 떨어져 건축재료로서의 역할을 감당하기 어렵다.

실리카 에어로겔의 입자는 균일한 것으로 사용하는 것이 바람직한데, 실험결과 직경이 1~50㎛인 실리카 에어로겔을 사용하여 제조한 석고보드의 특성이 우수하였다. 또한 비중의 증가 및 단열성을 최대로 하기 위하여 실리카 에어로겔이 소수성인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에서는 석고분말은 반수석고 및 이수석고 중 하나를 사용하거나 반수석고 및 이수석고를 혼합한 석고를 사용할 것을 제안한다.

천연의 석고 광석은 2분자의 결정수를 포함하는 이수석고(CaSO₄·2H₂O)와 결정수를 포함하지 않은 무수석고(CaSO₄)가 있다. 이수석고(CaSO₄·2H₂O)를 가열하여 결정수를 증발시키면 반수석고가 된다. 반수석고는 황산칼슘 반수화염(CaSO₄·½H₂O)에 대하여 관용적으로 사용하고 있는 용어이다.

슬러리(Slurry) 상태는 석고가 반죽 된 상태를 의미한다.

본 발명에서는 실리카 에어로겔 분말이 석고분말과 고르게 혼합이 될 수 있도록 계면활성제 특히 음이온 계면활성제를 사용할 것을 제안한다. 상술한 바와 같이 계면활성제는 0.1~4중량%를 사용하는 것이 적당하지만, 실험결과 0.1~0.5중량%를 사용하여 제조한 석고보드의 특성이 최고로 우수하였다.

음이온 계면활성제로는 알킬황산염(alkyl sulfate), 알킬에테르황산염(alkyl ether sulfate), 황산염알카놀 아마이드(sulfate alkanolamide) 및 글리세라이드 황산염(glyceride sulfate) 등이 있다.

물은 석고분말과 실리카 에어로겔 분말 및 계면활성제의 혼합이 용이하도록 하고, 이 혼합물을 점성을 갖도록 슬러리화하여 몰드에 의해 희망하는 형상으로의 성형이 용이하도록 한다. 또한, 이후 단계인 성형 단계에서 반수석고를 수화, 응결시켜 이수석고가 생성되게 한다. 상술한 바와 같이, 물은 반수석고 중량 대비 80~100중량%의 양이 사용되는데, 이들 중 일부는 반수석고를 이수석고로 수화시키는 데 사용되며, 그 나머지의 초과 수분은 이후 단계인 성형 단계에서 건조에 의해 증발된다.

본 발명의 유효성을 나타내기 위하여 아래와 같은 실험을 하였다.

종래의 방법과 본 발명을 비교하기 위하여, 종래의 방법으로 그리고 본 발명에 따른 방법으로 석고보드를 만들었다. 비교를 위해 그 크기(300×300×20 ㎣)는 동일하게 하였다.

상기와 같이 제조된 석고보드는 크기는 동일하였지만, 종래의 방법에 따라 제조된 석고보드의 무게(1800g)는 본 발명에 따른 제조방법에 따라 제조된 석고보드의 무게(950g)에 비해 약 2배 정도 무거웠고, 비중(g/㎤)도 종래의 방법에 따라 제조된 경우(1.0)가 본 발명에 따라 제조된 경우(0.53)에 비해 약 2배 컸다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조방법에 따라 제조된 석고보드의 사진이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 석고보드는 외형상 종래의 방법에 따라 제조된 석고보드와 차이가 없으므로, 사용자가 아무런 차별 없이 사용할 수 있다.

도 3은 종래의 방법에 따라 제조된 석고보드의 미세구조를 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따라 제조된 석고보드의 미세구조를 나타낸다.

도 4의 가장 위쪽에 도시된 사진이 도 3에 도시된 종래의 방법에 따라 제조된 석고보드와 동일한 배율로 촬영된 것이다. 두 사진만을 두고 볼 때, 자세하지는 않지만 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 석고보드가 종래의 방법으로 제조된 석고보드에 비해 치밀하다는 것을 알 수 있다.

특히, 도 4에 추가로 도시된 확대된 사진을 보면 실리카 에어로겔 입자를 함유하고 있는 석고보드의 미세구조를 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.

101: 보조혼합물에 투입될 실리카 에어로겔 분말
102: 보조혼합물에 투입될 석고분말
103: 물과 계면활성제가 혼합된 보조혼합물 104: 슬러리화 단계
105: 몰드에 투입단계 106: 응결 및 경화 단계
107; 탈형 단계 108: 제조된 석고보드

Claims (12)

1. 실리카 에어로겔 분말, 석고분말, 계면활성제 및 물을 일정 비율로 혼합하는 혼합물 생성단계;
   상기 혼합물을 반죽하는 슬러리화단계; 및
   반죽 된 상기 혼합물을 응결 및 경화시켜 석고보드를 생성하는 석고보드 생성 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합물 생성단계는,
   물과 계면활성제를 혼합하여 보조혼합물을 생성하는 제1혼합단계; 및
   상기 보조혼합물에 상기 실리카 에어로겔 분말 및 상기 석고분말을 추가로 혼합하여 상기 혼합물을 생성하는 제2혼합단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1혼합단계는,
   300~600rpm의 속도로 교반하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 석고분말과 상기 실리카 에어로겔의 중량% 비는,
   80~98 %중량 대 2~20 %중량인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 보조혼합물을 구성하는 물은 상기 석고분말 중량 대비 80~100 중량%이고, 상기 계면활성제는 0.1~4 중량%인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 실리카 에어로겔 분말은 소수성 실리카 에어로겔 분말인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 실리카 에어로겔 분말의 크기는 균일한 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 실리카 에어로겔 분말의 직경은 1~50㎛인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 석고분말은,
   반수석고 및 이수석고 중 하나이거나 상기 반수석고 및 상기 이수석고를 혼합한 석고분말인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제는 음이온 계면활성제인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 음이온 계면활성제는,
    알킬황산염, 알킬에테르황산염, 황산염알카놀 아마이드 및 글리세라이드 황산염 중 하나인 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 석고보드 생성 단계는,
    상기 반죽을 금형에 투입하는 몰드에 투입단계;
    몰드에 투입된 반죽을 응결 및 경화시키는 응결경화단계; 및
    응결 및 경화된 석고보드를 몰드로부터 분리하는 탈형단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리카 에어로겔을 함유하는 석고보드의 제조방법.
    

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