KR20160011832A

KR20160011832A - 상온 경화형 세라믹 발포체, 이의 제조방법, 및 지지체 층을 포함하는 복합 발포체의 제조방법

Info

Publication number: KR20160011832A
Application number: KR1020140092947A
Authority: KR
Inventors: 손세구; 김영도; 권은자
Original assignee: 권은자
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-02-02
Also published as: KR101670950B1

Abstract

상온 경화형 세라믹 발포체가 제공되고, 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체는 무기질 필러, 인산 마그네슘, 황산 마그네슘, 또는 인산 칼슘 중 적어도 하나를 포함하는 무기질 결합재, 그리고 탄산염으로부터 발생된 금속 이온을 포함하고, 무기질 필러, 무기질 결합재, 또는 금속 이온 중 2 이상이 화학적으로 상호 결합하고, 불규칙적으로 분포되어 있는 기공을 포함할 수 있다.

Description

상온 경화형 세라믹 발포체, 이의 제조방법, 및 지지체 층을 포함하는 복합 발포체의 제조방법{AMBIENT TEMPERATURE CURING TYPE CERAMIC FOAM BODY, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND MANUFACTURING METHOD OF COMPLEX FOAM CONTAINING SUPPORT LAYER}

상온 경화형 세라믹 발포체, 이의 제조방법, 및 지지체 층을 포함하는 복합 발포체의 제조방법이 제공된다.

발포 세라믹은 경량소재, 담체, 필터, 식생재료 등으로 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 제조방법 역시 다양한 방법을 통해서 실행되고 있다. 일반적으로 알려진 발포 성형물은 경량기포 콘크리트의 제조방법인 금속성분을 포함하는 조성물을 오토클레이브에서 고온 고압 하에 알칼리성 분위기를 부여하면 알칼리성 물질과 금속분말이 반응하여 수소가스를 발생시켜 내부에 기포를 형성시키는 것과 시멘트의 수화반응에 의해서 경화체를 형성하는 것에 의해서 단단한 발포세라믹을 제조하는 방법을 통해 제조 될 수 있다. 또 다른 방법으로는 이산화탄소나 기타 가스를 제품을 성형 후 양생 및 건조하는 단계에서 흘려보내는 것에 의해서 내부에 강제로 기포를 형성시키는 것이며, 또 다른 방법은 기포제로서 계면활성제를 첨가하여 제조될 수 있다. 계면활성제를 첨가하는 방법은 혼합 시 입자들의 슬림을 촉진하고, 거품을 형성시키는 것에 의해서 성형물 내에 기포를 형성하고, 양생과정이나 건조에 의해서 단단한 성형체를 형성하는 방법이다.

본 발명의 일 실시예는 친환경적이면서도 인체에 악영향을 미치지 않는 상온 경화형 세라믹 발포체를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예는 건축자재, 흡음재, 화분, 식생매트, 수질정화재, 대기정화용 필터 등의 분야에 다양하게 활용할 수 있는 상온 경화형 세라믹 발포체를 제공하기 위한 것이다.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 무기질 필러, 인산 마그네슘, 황산 마그네슘, 또는 인산 칼슘 중 적어도 하나를 포함하는 무기질 결합재, 그리고 탄산염으로부터 발생된 금속 이온을 포함하고, 무기질 필러, 무기질 결합재, 또는 금속 이온 중 2 이상이 화학적으로 상호 결합하고, 불규칙적으로 분포되어 있는 기공을 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체를 제공한다.

무기질 필러는 약 5 내지 20 중량%일 수 있다.

무기질 결합재는 약 35 내지 75 중량%일 수 있다.

상온 경화형 세라믹 발포체는 경량골재를 더 포함할 수 있고, 경량골재는 약 5 내지 20 중량%일 수 있다.

상온 경화형 세라믹 발포체는 활성탄을 더 포함할 수 있고, 활성탄은 약 10 내지 20 중량%일 수 있다.

상온 경화형 세라믹 발포체의 포화 함수율은 발포체의 전체 중량 대비 약60 내지 90 %일 수 있다.

상온 경화형 세라믹 발포체의 비중은 약 0.55 내지 0.98 g/cm³이고, 압축강도는 약 0.4 내지 5.2 MPa일 수 있다.

상온 경화형 세라믹 발포체는 상온 경화형 세라믹 발포체의 적어도 한 면 위에 위치하고, 상온 경화형 세라믹 발포체와 물리적 또는 화학적 결합을 통해 결합하고, 유기물을 포함하는 지지체 층을 더 포함할 수 있다.

지지체 층은 스폰지, 플라스틱, 고분자 필름, 또는 스티로폼 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상온 경화형 세라믹 발포체는 상온 경화형 세라믹 발포체의 적어도 한 면 위에 위치하고, 상온 경화형 세라믹 발포체와 물리적 또는 화학적 결합을 통해 결합하고, 무기물을 포함하는 지지체 층을 더 포함할 수 있다.

지지체 층은 철 보드, 마그네슘 보드, CRC 보드, 질석 보드, 석고보드, 또는 천연석재보드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 무기질 필러, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 인산염, 또는 황산염 중 적어도 하나 포함하는 무기질 결합재, 탄산염을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 혼합물에 물을 첨가하고 교반하여 탄산염으로부터 금속이온이 해리되는 단계, 그리고 무기질 필러, 무기질 결합재, 탄산염으로부터 발생한 금속이온 중 적어도 2 이상이 화학적으로 결합하여 경화되는 단계를 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체의 제조방법이 제공된다.

무기질 결합재는 붕산, 붕사, 구연산, 폴리인산나트륨, 카르복실산, 폴리카르복실산, 할로겐의 알칼리 금속염, 수산화 나트륨, 수산화칼륨, 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 수산화암모늄, 탄산 알칼리 금속, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화칼슘, 규불화소다, 질산칼륨, 질산나트륨, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산마그네슘, 질산마그네슘, 탄산나트륨, 또는 탄산칼륨 중 적어도 하나를 포함하는 지연제를 포함할 수 있다.

혼합물 내의 탄산염은 약 0.5 내지 11 중량%일 수 있다.

혼합물에 물을 첨가하고 교반하여 탄산염으로부터 금속이온이 해리되는 단계 이후에, 탄산염은 CO₂의 형태로 분리되면서 CO₂ 가스에 의해 기포를 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

물은 혼합물의 중량 대비 약 30 내지 50 중량%일 수 있다.

혼합물에 물을 첨가하고 교반하여 탄산염으로부터 금속이온이 해리되는 단계 이후에, 혼합물에 물이 첨가된 슬러리에 진동을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

진동을 가하는 시간은 약 1 내지 2초일 수 있다.

경화하는 단계는 약 5 내지 20분 동안에 상온에서 경화하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 몰드 내에 지지체를 준비하는 단계, 지지체 위에 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체를 위치시키는 단계, 그리고 몰드를 탈형하는 단계를 포함하는 지지체 층을 포함하는 복합 발포체의 제조방법이 제공된다.

몰드를 탈형하는 단계 이후에, 지지체 층을 연마하여 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

지지체는 유기물을 포함하는 것일 수 있고, 지지체는 스폰지, 플라스틱, 고분자 필름, 또는 스티로폼 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.

지지체는 무기물을 포함하는 것일 수 있고, 지지체는 철 보드, 마그네슘 보드, CRC 보드, 질석 보드, 석고보드, 또는 천연석재보드 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체는 친환경적이면서도 인체에 악영향을 미치지 않고, 건축자재, 흡음재, 화분, 식생매트, 수질정화재, 대기정화용 필터 등의 분야에 다양하게 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체층을 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체의 모식도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조공정 및 상온 경화형 세라믹 발포체 사진이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 의해서 다양한 색상으로 제작된 세라믹 발포체 판넬(가로 500mm X 세로 500mm X 높이 10mm)이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 의해서 다양한 형태의 세라믹 발포체 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의해서 제조된 세라믹 발포체의 투수성능을 나타내는 사진이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 본 발명의 명세서 내 기재 또는 도면에서, 상부 또는 하부를 나타내는 방위는 절대적인 것이 아니고, 상대적인 것이므로, 본 발명의 구체적인 실시 태양에 따라 상부 또는 하부는 상호 역전될 수도 있다.

이하, 본 발명의 일 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지지체 층(101)을 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체(102)의 모식도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체(102)는 무기질 필러(105)와 인산 마그네슘, 황산 마그네슘, 또는 인산 칼슘 중 적어도 하나를 포함하는 무기질 결합재(106), 그리고 탄산염으로부터 발생된 금속 이온(103)을 포함할 수 있다.

또한, 무기질 필러(105), 무기질 결합재(106), 또는 금속 이온(103) 중 2 이상이 화학적으로 상호 결합하고, 불규칙적으로 분포되어 있는 기공을 포함할 수 있다.

무기질 필러(105)는 흙, 천연광물질, 또는 산업부산물 등일 수 있다. 무기질 필러(105)는 다공성 세라믹의 조성에 필요한 채움재 및 반응물로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 무기질 필러(105)는 일반적으로 지표에서 얻어지는 붉은 색의 진흙(적점토)과 황토 등의 점질토와, 고령토, 백토, 마사토 등의 사질토 등이 사용가능하며, 각종 석분류도 이에 해당된다. 또한, 규회석, 규조토, 해포석, 현무암, 천기석, 또는 맥반석 등과 같은 천연의 암석을 분쇄를 통하여 미분화한 것을 사용할 수가 있으며, 입자의 크기는 약 325 mesh 이상의 체분리를 통하여 얻어진 것을 사용할 수 있다. 또한, 고령토나 백토 등을 약 800 ℃에서 하소 처리하여 활성화시킨 활성점토를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 산성 혹은 알칼리성 분위기에서 이온용출이 빠르며, 원료의 가소성을 제거하였기 때문에 슬러리화시킬 경우에도 천연의 점토에 비하여 제조가 용이하다. 산업부산물에 있어서는, 화력발전소로부터 발생된 플라이 애시, 고로슬래그, 실리카퓸, 기타 소각회 등을 사용할 수 있고, 예를 들어, 중금속 등이 함유되지 않아 현재 시멘트 혼화재로서 사용 중인 플라이 애시나 실리카퓸을 사용할 수 있다. 그리고, 산업부산물의 입자의 크기는 제한하지 않으나, 정제되어 상품화된 원료를 사용할 수 있다. 무기질 필러(105)는 세라믹 발포체 내에서 입자와 입자 사이에 존재하면서 접촉하는 물 혹은 공기 중의 유해물질을 물리적으로 흡착하는 작용을 할 수 있고, 공기 중으로 원적외선 방사와 같은 효과를 나타낼 수 있다. 무기질 필러(105)의 입자크기 범위는 약 0.1 내지 30 ㎛ 범위를 가질 수 있다. 입자의 크기가 상기 범위보다 클 경우, 필러로서의 기대하는 효과를 얻을 수가 없다. 또한, 무기질 필러의 사용량은 전체 세라믹 발포체 중량 대비 약 5 내지 20 중량 %의 범위를 사용할 수 있다. 상기 무기질 필러(105)의 사용량 범위 내에서, 필러효과가 상승하고, 흙을 사용함으로써 기대되는 원적외선 방사효과, 유기물 흡착, 자정작용 등이 개선될 수 있고, 상대적으로 결합 작용물질들의 감소로 압축강도와 같은 물리적 특성이 감소함으로 내구성이 저하하는 것을 막을 수 있다. 또한, 발포되는 과정에서 과량의 불순물로 작용하여 기공을 파괴하는 소포현상을 막을 수 있다. 예를 들어, 무기질 필러(105)는 약 5 내지 20 중량%을 포함할 수 있다. 상기 무기질 필러(105)가 약 5 중량 % 미만의 경우, 발포세라믹 형성단계에서 충진성이 결여되며, 무기질 필러의 주요성분인 Si 성분과 Al 성분이 상대적으로 낮아지므로 마그네슘칼륨실리콘인산 등의 2차 생성물의 생성효과가 낮게 되며, 상대적으로 고가인 무기질 인산마그네슘 등의 주요 결합재의 사용량이 증가하므로써 경제적 부담이 가중되는 문제가 있고, 약 20 중량% 초과인 경우, 무기질 필러가 매우 작은 입자들로 구성 특성에 기인하여 무기질 인산마그네슘 등이 결합할 때 내부에 무기질 입자들의 고농도 및 농도 구배로 인해 결합재의 반응을 저해하는 등 최종 강도가 낮아지게 된다.

무기질 결합재(106)는 인산 마그네슘, 황산 마그네슘, 또는 인산 칼슘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인산 마그네슘을 포함할 수 있다. 무기질 결합재(106)는 약 35 내지 75 중량%일 수 있고, 상기 범위 내에서, 발포 후 경화에 의한 형태 유지 및 물리적 특성을 나타낼 수 있고, 경제성이 우수하고, 약 1.0 g/cm³ 이하의 밀도를 가질 수 있게 된다.

탄산염으로부터 발생된 금속 이온(103)은 Li⁺, K⁺, Na⁺, Mg² ⁺, Ba² ⁺, Ca² ⁺ 이온 등일 수 있다. 다만, 상온 경화형 세라믹 발포체(102)는 탄산염으로부터 발생된 금속 이온(103) 대신에, NH₄ ⁺ 등과 같은 비금속 이온을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체(102)는 경량골재(104)를 더 포함할 수 있다. 경량골재(104)는 펄라이트, 질석, 발포유리, 난석, 플라이 애시 잔사, 버텀애시 경량분, 또는 화산재 등을 포함할 수 있고, 예를 들어, 경제적으로나 수급 등의 측면에서 유리한 펄라이트를 포함할 수 있다. 경량골재(104)의 입자크기는 약 0.5 내지 10 mm 의 범위를 사용할 수 있고, 예를 들어, 약 1 내지 5 mm의 범위를 갖는 입자를 사용할 수 있다. 경량골재(104)는 약 5 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서, 강도발현에서 우수한 동시에, 발포 시 부피증대를 위한 가교역할을 하기에 충분하고, 발포 시 부피의 팽창으로 저밀도의 제품을 얻는 것에는 만족하는 동시에, 제품으로서 필요한 물리적 특성을 나타낼 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체(102)는 활성탄(107)을 더 포함할 수 있다. 활성탄(107)은 질정화 및 대기정화용도로 생산되는 활성탄으로서 약 1 mm이하, 약 1 내지 3 mm, 또는 약 3 내지 8mm 제품을 모두 사용할 수 있으며, 바람직하게는 약 3 내지 8 mm의 직경을 가지는 입자를 사용할 수 있다. 이는 잔 입자들보다는 굵은 입자의 부유성이 좋아, 발포 시 무게차이에 의한 소포성이 줄어들고, 입자가 크기 때문에 표면을 가공했을 경우, 뚜렷한 패턴을 줄 수 있기 때문이다. 수질정화 및 대기정화용도로 사용되는 분야에서는 보다 작은 입자를 사용하면 더욱 우수한 정화효과를 발현할 수 있다. 활성탄(107)의 사용범위는 10내지 20 중량%의 범위를 사용할 수 있고, 이 범위를 벗어나면 원하는 물리적 특성과 정화기능을 얻을 수 없게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체(102)는 물을 함유하는 성질이 우수하다. 예를 들어, 상온 경화형 세라믹 발포체의 포화 함수율은 발포체의 전체 중량 대비 약 60 내지 90 % 일 수 있다. 상기 범위와 같은 고함수율을 갖는 세라믹 발포체는 옥상녹화용 및 벽면녹화 등의 소재로 사용할 경우, 식물에 안정적 서식을 제공하고, 빠른 뿌리 활착을 유도할 수 있으며, 도심의 건물의 온도를 낮추는 것이 가능하여 열섬(Heat Island)효과의 저감을 가져올 수 있다. 또한 이와 같은 함수율을 보유할 수 있다는 것은 내부에 무수히 많은 기공이 존재하는 바, 같은 적용분야에서 미생물의 서식처를 제공하는 것이 가능하여 생태계를 교란하지 않으며, 보수량이 증가하여 관수주기가 길어지기 때문에 유지관리에 있어서도 우수하다.

또한, 일반적으로 세라믹 발포체의 기공율이 상승하면, 비중은 낮아지고, 따라서 압축강도도 낮아지게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체(102)는 낮은 비중을 유지하면서도 비교적 우수한 압축 강도를 유지할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체(102)의 비중은 약 0.55 내지 0.98 g/cm³이고, 압축강도는 약 0.4 내지 5.2 MPa을 가질 수 있다. 상기 비중 범위 내에서, 상기와 같은 적절한 압축강도를 유지하는 동시에, 기공율을 최대화시켜 단열, 보수, 조습, 흡음 등의 물성을 나타낼 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체(102)는 제조 단계에서 용이하게 이종 부재와 접합시킬 수 있고, 그 접합력이 우수하여, 이종 부재와 접합된 복합 발포체는 여러 분야의 산업에 이용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체(102)는 상온 경화형 세라믹 발포체(102)의 적어도 한 면 위에 위치하고, 상온 경화형 세라믹 발포체(102)와 물리적 또는 화학적 결합을 통해 결합하고, 유기물을 포함하는 지지체 층(101)을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 지지체 층(101)은 스폰지, 플라스틱, 고분자 필름, 또는 스티로폼 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 지지체 층(101)을 포함하지 않는 세라믹 발포체 단독의 경우, 건축소재 및 환경소재로서 사용하기 위해서는 일정한 두께 이상으로 구비하여야 하나, 세라믹 발포체 자체의 강도가 건축구조물이나 건설, 환경분야에서 구조적 재료로 사용이 어려울 정도로 낮을 수 있다. 반면에, 스폰지, 플라스틱, 고분자 필름, 또는 스티로폼 중 적어도 하나가 표면에 코팅된, 지지체 층(101)을 포함하는 세라믹 발포체는 지지체(101)에 의해 내화, 내열 특성이 부여되므로 화재 시 골든타임을 확대하여 인명피해를 줄일 수 있으며, 벽지 마감이나 무기질 보드 마감 후, 벽지마감 등의 기존 제품들의 마감방법을 지지체층(101)을 포함하는 세라믹 발포체 만을 시공하여 마감하기 때문에 시공기간을 단축할 수 있다. 또한, 상기 지지체 층(101)이 스폰지를 포함하는 경우에는, 흡음특성을 부여할 수 있어, 소음이나 음향효과가 요구되는 곳에 마감재로서 사용할 수 있다. 그리고, 상기 지지체 층(101)이 플라스틱, 고분자 필름, 또는 스티로폼을 포함하는 경우, 내화성능이 가미되어 지지체 층(101)의 활용도가 더욱 확대될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체(102)는 상온 경화형 세라믹 발포체(102)의 적어도 한 면 위에 위치하고, 상온 경화형 세라믹 발포체(102)와 물리적 또는 화학적 결합을 통해 결합하고, 무기물을 포함하는 지지체 층(101)을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 지지체 층(101)은 철 보드, 마그네슘 보드, CRC 보드, 질석 보드, 석고보드, 또는 천연석재보드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 지지체 층(101)이 무기물을 포함하는 경우, 기존 제품들은 단조로운 색상 및 무기능성으로 구조물의 외피로서의 사용에 한계가 있었으나, 지지체의 표면에 심미적 특성과 더불어 기능적 특성을 나타낼 수 있다. 즉, 천연의 화산석, 화강석 등의 마블과 같은 형태의 디자인, 황토색, 녹색, 검정 등의 다양한 색상표현, 더불어 발포세라믹 자체가 갖는 다공성에 의한 흡음, 조습, 대기정화기능, 수질정화 기능 등이 부여될 수 있다. 예를 들면, 상기 지지체 층(101)은 경량골재나 숯을 포함할 수 있다. 상기 지지체 층(101)의 경량골재는 건축물의 무게부담을 경감하고, 음의 흡수나 적절한 반사 등이 가능하다. 그리고, 상기 지지체 층(101)의 숯을 이용하여 다양한 패턴이 가능하고, 여기에 숯의 정화기능이 부여된 제품은 공기 중의 유기성 휘발물질을 효과적으로 흡착하기 때문에 실내에 있어서 공기를 정화하는 것이 가능하다. 또한, 상기 지지체 층(101)이 질석보드 또는 석고보드를 포함하는 경우, 기존 질석보드나 석고보드는 내수성이 약한 단점을 보완하여, 조습이 가능하게 하고, 수분의 이동에 의한 팽창 및 부서짐, 수축 등이 완화될 수 있어 기존 제품의 내구성을 증가하는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 무기질 필러, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 인산염, 또는 황산염 중 적어도 하나 포함하는 무기질 결합재, 탄산염을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 혼합물에 물을 첨가하고 교반하여 탄산염으로부터 금속이온이 해리되는 단계, 그리고 무기질 필러, 무기질 결합재, 탄산염으로부터 발생한 금속이온 중 적어도 2 이상이 화학적으로 상호 결합하여 경화되는 단계를 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체의 제조방법을 제공한다.

상기 무기질 필러, 상기 무기질 결합재, 상기 금속이온에 관한 설명 중 상기 언급한 내용과 중복되는 내용은 생략한다.

먼저, 무기질 필러, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 인산염, 또는 황산염 중 적어도 하나 포함하는 무기질 결합재, 탄산염을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계에서, 예를 들어, 무기질 결합재는 무기질 결합재 조성물 총 약 100 중량%에 대하여, 경소산화마그네시아와 반응성 산화마그네시아가 약 70 : 30 내지 85 : 15 중량%로 구성되는 산화마그네슘을 약 20 내지 60 중량%, 인산알루미늄 약 3 중량%와 1인산칼륨 약 30 내지 70중량%와 1인산암모늄 약 27 내지 67 중량%로 구성되는 인산염 약 20 내지 60 중량%, 붕산과 황산마그네슘이 혼합된 반응 지연제를 약 2 내지 10 중량%, 안료 약 0.5 내지 2 중량%를 포함할 수 있으며, 무기질 결합재의 사용범위는 전체 혼합물 중량 대비 약 35 내지 75 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서, 발포 후 경화에 의한 형태 유지 및 물리적 특성을 나타낼 수 있고, 경제성이 우수하고, 약 1.0 g/cm³이하의 밀도를 가질 수 있게 된다.

산화마그네시아는 마그네슘광산으로부터 채광된 암석을 약 800 내지 1,000 ℃의 온도범위에서 하소하여 제조한 순도 약 88 내지 90% 범위의 경소마그네시아, 약 1,450 내지 2,300℃의 온도범위에서 결정화 한 순도 약 90% 이상의 중소 및 사소마그네시아, 돌로마이트로부터 추출하여 제조한 산화마그네시아, 바닷물로부터 추출한 수산화마그네슘을 열처리하여 얻어진 고순도(약 97% 이상) 산화마그네아 반응성 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 내화물의 수명완료 후 발생된 사소산화마그네슘이 사용 가능하며, 이를 하나 혹은 그 이상의 것을 혼합하여 사용할 수 있다. 세라믹 발포체는 발포시작 후, 소포현상이 생기지 않도록 하여야 한다. 즉, 발포기구에 의해서 발포될 때 성형틀이 좁을 경우, 일정한 점력을 유지하고 있는 성형물에 의해서 소포(발포시 기포가 꺼지는 현상)가 억제된다. 이 경우, 경소마그네시아 만을 사용하면 저가의 우수한 제품을 생산할 수 있다. 반면에 제조하고자 하는 제품이 타일형태나 보드 형태, 판넬 형태의 경우, 노출면적이 넓기 때문에 발 포시 성형틀과 가까운 부분은 벽면을 기반으로 기포형성이 잘 일어나지만, 중앙부분으로 갈수록 지지기반이 없어지기 때문에 발생된 기포가 형성된 그대로 존재하기 위해서는 높은 점도를 유지하거나 지지기반을 중앙에 설치하여야 하는 경우가 있을 수 있다. 점도가 높을 경우에는 유동성이 현저하게 저하하기 때문에 발포 시 생성된 기포가 전체적으로 균일하고 잘 형성되기 위해서는 점도가 낮을 때에 비하여 매우 많은 에너지를 필요로하기 때문에 이 또한 어려움이 있다. 넓은 면적을 갖는 판재 등을 생산할 때에는 소포현상이 일반적으로 생성되는 바, 발포에 의해서 기포가 형성되는 것과 경화시간을 조절하게 되면, 소포현상을 억제할 수 있게 된다. 탄산염에 의해서 발포되는 시간은 약 1 내지 5분 정도의 범위이며, 약 5분 이후부터 경화반응이 진행되게 되면 소포현상을 억제할 수 있다. 그러나 경소마그네시아와 지연제 조성은 경화시간이 약 25분 이상 소요되며, 표면이 넓은 판재를 제조할 경우에는 소포현상을 억제하기 위한 조치가 필요로 한다. 반응성 산화마그네시아는 경화반응이 매우 급격한 물질이며, 경소마그네시아와 성분이 동일하고, 분말도가 높고 반응성이 우수하여 물리적 특성이 경소마그네시아에 비하여 높게 발현된다. 판재와 같이 넓은 발포를 생성시켜야 하는 공정에서는 반응성 산화마그네시아(순도 약 97% 이상) 약 15 내지 30 중량 %를 경소 산화마그네시아에 혼합하여 사용할 수 있다. 경소산화마그네시아는 경제적으로 저가이며, 순도가 높지 않아 반응성이 떨어지며, 해수로부터 추출한 반응성 산화마그네시아는 입자가 매우 미립이며(약 10㎛ 이하) 순도가 높아서 반응성이 뛰어나나 가격이 비싸서 시장 경쟁력이 떨어지는 문제가 있다. 경소산화마그네시아의 순도는 작업성과 경제성 측면에서 볼 때 약 90% 전후의 순도일 수 있다. 반응 산화 마그네시아를 약 15% 미만을 사용하게 되면 원하는 조기강도를 확보할 수가 없고, 약 30%를 초과하여 사용하면 가격 경쟁력이 나쁘게 되어 사업성이 떨어지는 문제가 있고, 급결하는 문제로 반응 지연제를 추가로 첨가하여야 하는 문제점이 있다. 그러나 이러한 경소마그네시아와 반응성 산화마그네시아의 사용에 있어서 특별히 제한하지는 않는다. 그 제품 생산의 용도에 맞춰 사용할 수 있다. 산화마그네슘은 첨가되는 인산염과 반응하여 마그네슘, 알칼리토금속 및 인산을 포함하는 복합체를 형성한다. 결합반응의 원리는 이온반응에 따르며, 보다 구체적으로는 마그네슘인산계 시멘트의 고화 원리를 따른다. 결합작용은 1인산칼륨을 사용할 경우, 첨가된 원료들이 물과 반응하여 MgKPO_4·H₂O를 생성시키고, 물과의 반응으로 생성된 OH- 이온에 의해서 규사표면을 자극하여 표면의 요철이 생성되면 열린 Si 이온은, Mg 이온과 복합적으로 M-S-H(마그네슘 실리케이트 하이드레이트)를 생성하여 경화하게 된다. 무기질 결합재 총 중량 대비 산화 마그네슘의 중량은은 약 20 내지 60중량%이며, 이 범위 미만의 경우에는 결합력이 저하되어 발포세라믹을 구성하는 입자들을 강력하게 결합할 수 없고, 이 범위를 초과하는 경우에는 매우 상대적으로 인산염이 감소하게 되므로 역시 결합력이 저하하는 문제가 있다. 또한 과량의 MgO 의 사용으로 물에 노출 시 물과 반응을 지속하면서 역수화반응에 의해서 장기강도가 저하될 수 있다. 게다가 마그네슘이온의 수화로 Mg(OH)₂의 양이 증가하여 pH 값이 상승하는 문제점이 있다.

인산염은 인산화합물 중에서 산성을 띠는 AlPO₄, LiH₂PO₄, Na₂H₂P₂O₇, (NaPO₃)_5~9, NH₄H₂PO₄, KH₂PO₄, NaH₂PO₄ 등이 가능하며, 하나 또는 그 이상의 물질을 혼합하여 사용할 수 있다. 예를 들어. 분말상의 인산알루미늄 약 3 중량 %, 인산수소칼륨 약 30 내지 70중량 %, 인산수소암모늄 약 27 내지 67 중량%의 범위를 사용할 수 있다. 인산알루미늄은 인산염의 액성을 약 pH 1 내지 2의 범위로 조절하여 MgO 와 인산염 자체의 용해도를 높이는 작용을 하며, 인산수소칼륨은 주요한 반응물질로서 스투루바이트(MgKPO_4·6H₂O)를 생성시켜 강도발현이 가능하도록 하며, 인산수소 암모늄은 최종 제품의 pH 값을 중성영역으로 유지하는 역할과 더불어 스투루바이트의 다른 형태인 NH₄MgPO₄ _·nH₂O의 화합물을 형성한다. 또한 이러한 인산염의 PO₄ ³ ^- 이온에 의해서 산화마그네슘, 해포석, 규사 등의 무기성 필러가 자극을 받으며, 각각 이온 용출되어 Mg² ⁺, Al³ ⁺, Si⁴ ⁺ 등으로 이온화되고, 이것과 첨가된 인산기와 반응하여 마그네슘 하이드로겐(또는 포타슘) 포스페이트 복합물을 생성하며, 마그네슘이온과 알루미늄 이온 등은 하이드로탈사이트(Mg₄Al₂(OH)₁₂CO₃·3H₂O)를 생성시키는 작용을 한다. 생성된 마그네슘 하이드로겐 포스페이트, 마그네슘 포타슘 포스페이트, 하이드로탈사이트 등은 중금속의 흡착효율이 좋은 것으로 알려져 있으며, 인의 흡착능력도 우수하다. 1인산 칼륨과 1인산 암모늄의 비율은 약 30 내지 70 : 67 내지 27의 범위로 혼합하여 사용할 때 단독으로 사용할 때와 비교하여 높은 압축강도를 나타낼 수 있다. 그러나 1인산암모늄 혹은 1인산칼륨 및 기타 사용가능한 인산염의 단독사용 상에 문제가 있는 것은 아니기 때문에 특별히 사용원료에 제한하지는 않는다.

인산염의 적절한 사용량은 약 20 내지 60 중량%이며, 이 범위 미만의 경우에는 산화마그네슘과 반응에 의해 마그네슘 하이드로겐 포스페이트, 마그네슘 포타슘 포스페이트, 하이드로탈사이트 등의 반응생성물의 생성량이 감소하여 강도저하로 나타나고, 이 범위를 초과하는 경우에는 과도한 인산염의 사용으로 미반응 인산기의 하천유입이나 호소유입에 의해서 부영양화나 녹조 등을 발생시킬 수 있다. 산화마그네슘 100중량부에 대해서 인산염은 100 중량부 내지 200 중량부 내에서 사용할 수 있다. 상기 범위 내에서 제조방법이 경제적일 수 있다.

본 발명에서 사용되는 반응 지연제는 특별히 제한되지는 않으나, 기존 문헌 등에서 잘 알려진 붕산, 붕사, 구연산, 폴리인산나트륨, Mg(OH)₂, 카르복실산, 폴리카르복실산, 할로겐의 알칼리 금속염, 수산화 나트륨, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 수산화암모늄, 탄산 알칼리 금속, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화칼슘, 규불화소다, 질산칼륨, 질산나트륨, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산마그네슘, 질산마그네슘, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등이 사용 가능하다. 지연제의 사용량은 약 2 내지 10 중량 %일 수 있다. 약 2 중량% 이하로 사용하게 되면, 반응성 산화마그네시아를 사용함으로써 발생되는 급결성을 제어하기 어렵고, 이로서 발포세라믹 제작에 필요로 하는 최소한의 시간인 5 분을 확보할 수 없고 기포가 완전하게 형성되지 않았기 때문에 원하는 밀도를 얻을 수 없는 문제가 있다. 반면에 약 10 중량%를 초과하게 되면, 초기 작업성을 확보할 수 있으나 반응성 산화마그네시아의 조기경화에 의한 소포현상 억제효과가 떨어지게 되므로 역시 원하는 밀도의 세라믹 발포체를 얻을 수 없다. 예를 들어, 지연제는 붕산 및 황산마그네슘(MgSO₄)을 포함하는 것일 수 있다. 붕산과 황산마그네슘의 비율은 황산마그네슘을 약 1중량%로 고정하고 나머지를 붕산으로 할 수 있다. 황산마그네슘의 사용량 상기 범위 보다 높거나 붕산의 사용량이 너무 낮으면 지연효과가 제품의 기포형성에 방해될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 안료는 제품의 색상을 발현하도록 하기 위한 것으로 특별히 제한되지는 않으나, TiO₂, Fe₂O₃, Fe₃O₄, 또는 MnO₂ 등을 사용할 수 있다. 안료는 전체 무기질 결합재 중량 대비 약 0.1 내지 2.0 중량%의 범위로 사용하며, 이 범위를 벗어나는 조건에서는 원하는 색상 발현이 어렵거나 비경제적 일 수 있다. 예를 들면, 안료는 약 1.5 중량%일 수 있다.

무기질 인산마그네슘 결합재 조성물은 약 35 내지 75 중량%의 범위로 사용할 수 있다. 약 35 중량% 미만 사용하게 되면, 발포 후 경화에 의한 형태 유지 및 물리적 특성 발현이 어렵고, 약 75 중량%를 초과하게 되면 물리적 특성은 매우 우수하나 가격 상승으로 경제성이 떨어지고, 더불어 1.0 g/cm³이하의 밀도를 얻는 것이 용이하지 않은 문제가 있다.

무기질 인산마그네슘 결합재는 금속염을 더 포함할 수 있고, 금속염은 특별히 제한되지는 않으나, 황산기를 포함하는 Cu, Ni, Fe, Al, Ba, Zn, Co 또는 Mg 등의 금속 황산염이 사용 가능하다. 이러한 금속 황산염을 단독 혹은 복합으로 사용할 수가 있다. 본 발명에서 금속염은 자체의 액성에 의해서 알칼리도를 낮추는 작용을 함과 동시에 표면에 불용성화합물을 형성하는 것으로부터 물질 내의 이온이 용출되지 않도록 하는 작용을 하도록 한 것이다. 또한, 금속염의 강한 산성 액성을 이용하여 마그네슘계 복합물의 용해를 촉진하여 반응성을 높이는 역할을 하며, 더불어 금속염에 포함된 금속성분들은 표면에 오픈되어 있는 Mg, Ca, K, Na 등으로 석출되는 수산화물의 OH- 를 선택적으로 소비하여 pH 값은 중성영역으로 변화시킨다. 작용원리는 다음과 같다. 첨가된 FeSO₄는 물과 접촉으로 이온상태로 되어 Fe²⁺로 되고 결합재 조성물 내에 생성된 OH^-이온과 반응하여 Fe(OH)₂, FeOOH 등의 불용성화합물로 재석출되고, 이 물질은 Ca(OH)₂(용해도 0.129%), CaSO₄(용해도 0.208%) 보다 용해도가 1/10,000 내지 1/100,000,000 이하이기 때문에 표면에 물이 접촉해도 내수성을 지속할 수 있는 특성을 발휘하게 된다. 또한, 이러한 수산화철, 수산화알루미늄, 수산화니켈, 수산화코발트 등과 같은 불용성 화합물들은 매우 낮은 용해도뿐만 아니라 유해한 중금속을 흡착하는 흡착물질로 잘 알려져 있기 때문에 수질 내의 유해한 중금속의 흡착을 통하여 정화하는 기능이 부여될 수 있는 특성이 있다. 또한, 금속염의 액성은 약 1.0 내지 4.0의 범위로 산성을 띠기 때문에 결합재 조성물의 pH 값을 낮추는 작용도 한다. 예를 들어, 금속염의 사용량은 약 0.1 내지 1.5 중량%일 수 있다.

무기질 필러, 인산 마그네슘, 황산 마그네슘, 또는 인산 칼슘 중 적어도 하나 포함하는 무기질 결합재, 탄산염을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계는 경량골재를 추가적으로 첨가 및 혼합하여 혼합물을 제조할 수 있다. 또한, 혼합물을 제조하는 단계는 활성탄을 추가적으로 첨가 및 혼합하여 혼합물을 제조할 수 있다. 상기 경량골재 및 활성탄에 관한 설명 중 상기 언급한 내용과 중복되는 내용은 생략한다.

탄산염은 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 과탄산소다, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 탄산암모늄, 탄산수소암모늄, 암모늄카바메이트, 우레아, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 콜라, 환타, 사이다, 스프라이트, 또는 맥주 등과 같이 탄산나트륨이 들어있는 탄산물 등을 사용할 수 있다. 탄산염은 하나 혹은 그 이상을 고체 혹은 액상의 형태로 혼합하여 사용할 수 있다. 탄산염의 사용량은 분말 혹은 과립의 경우, 전체 혼합물 중량 대비 약 0.5 내지 11 중량%일 수 있고, 액상의 경우, 물에 약 5 내지 30 중량%일 수 있다. 탄산염의 사용은 본 발명에 있어서 기포를 조성물 내에 형성시킴과 동시에 K⁺ 이온이나 Na⁺ 이온, NH₄ ⁺ 이온이 Mg² ⁺ 및 PO₄ ⁴ ^-이온과 반응하여 스투루바이트를 형성시킬 수 있다. 일반적으로 기포를 발생시키는 원리는 주로 이산화탄소를 강제 주입하는 거에 의해서 기포를 형성시키거나 금속분말에 강산이나 강알칼리성 분위를 조성하는 것에 의해서 수소가스를 발생시키는 것으로 기포를 발생시키거나 또는 유기성 기포형성제(계면활성제 등)를 첨가하는 것으로 조성물 내에 거품을 인위적으로 발생시켜 다공성 형태를 생성시키는 것이 일반적이다. 또한, 조성물에 탄산염이나 유기물을 혼합하여 성형한 후, 탄산가스가 발생할 만큼의 온도로 열처리하거나 유기물이 탄화할 수 있는 온도로 열처리하는 방법도 있다. 지금까지 마그네시아 인산염 시멘트계에서 사용된 탄산염은 탄산칼륨이 유일하며, 탄산칼륨의 역할은 지연제로서의 사용이다. 탄산칼륨은 조성물의 pH를 높여서 반응열을 효과적으로 낮추는 완충작용을 하며, 칼륨이온은 스투루바이트의 형성에 참여하도록 설계하였다. 이러한 작용기구에 의해서 제조된 조성물은 매우 단단하고 치밀한 밀도를 갖는 세라믹 제품이 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산염은 클링커 광물의 조합에 의해서 제조되는 시멘트를 주성분으로 하는 조성물, 지오폴리머 조성물, 마그네슘옥시클로라이드 시멘트 등에는 전혀 기포를 발생하지 않는 특성이 있으며, 산화마그네슘과 인산염을 포함하는 조성물에서 상온에서 이산화탄소를 발생시킬 수 있다.

다음으로, 혼합물에 물을 첨가하고 교반하여 탄산염으로부터 금속이온이 해리되는 단계를 수행하여 탄산염으로부터 금속이온을 해리시킬 수 있다. 예를 들어, 물은 혼합물의 중량 대비 약 30 내지 50 중량%로 첨가될 수 있다. 상기 범위 내에서, 적절한 점도를 유지할 수 있으며, 이를 통해 경화시간의 조절 및 적절한 기공율로 기공 형성이 가능하다. 다만, 탄산염은 혼합물을 제조하는 단계에서 첨가되지 않고, 혼합물에 물을 첨가하고 교반하여 탄산염으로부터 금속이온이 해리되는 단계 이후에 첨가되도록 수행할 수 있다.

이어서, 탄산염은 CO₂의 형태로 분리되면서 CO₂ 가스에 의해 기포를 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 불규칙한 기공의 형성 및 별도의 발포 장치 없이도 기포를 형성할 수 있다.

또한, 혼합물에 물을 첨가하고 교반하여 탄산염으로부터 금속이온이 해리되는 단계 이후에, 혼합물에 물이 첨가된 슬러리에 진동을 가하는 단계를 추가적으로 수행할 수 있다. 진동을 가함으로써, 슬러리가 소포현상을 나타내나 슬러리 내에 투입되어 있던 미반응 탄산염이 진동에 의해서 균일하게 포진하면서 MgO 와 PO₄ 이온과 접촉으로 기포발생이 촉진될 수 있다. 예를 들어, 진동을 가하는 단계는 약 1 내지 2초동안 수행할 수 있다. 상기 범위 내에서 내부에 에너지를 부여하여 기공발생을 촉진할 수 있고, 진동에 의해서 유동성을 부여하여 몰드 사각지대에 골고루 충진시킬 수 있으며, 발생된 기공이 소포(제거)되는 것을 막을 수 있다. 다만, 기공의 임의적 부여를 위해서는 진동시간에 제한을 두지는 않을 수 있다.

다음으로, 경화하는 단계에서는 무기질 필러, 무기질 결합재, 탄산염으로부터 발생한 금속이온 중 적어도 2 이상이 화학적으로 상호 결합을 통하여 경화하는 단계이다. 경화 되는 시간은 경화 단계 이전의 단계 수행 조건에 의해 결정될 수 있고, 약 5 내지 20분 동안에 경화할 수 있다. 또한, 상온에서도 용이한 경화가 가능하여 별도의 열처리 과정이 불요하다.

본 발명의 일 실시예에서는 몰드 내에 지지체 층을 준비하는 단계, 지지체 층 위에 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체를 위치시키는 단계, 그리고 몰드를 탈형하는 단계를 포함하는 지지체 층을 포함하는 복합 발포체의 제조방법을 제공한다. 여기서, '복합 발포체'는 상기 '지지체 층을 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체'와 동의어로 해석될 수 있다.

지지체는 유기물을 포함할 수 있고, 예를 들어, 스폰지, 플라스틱, 고분자 필름, 또는 스티로폼 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 지지체는 무기물을 포함할 수 있고, 예를 들어, 철 보드, 마그네슘 보드, CRC 보드, 또는 질석 보드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

먼저, 몰드 내에 지지체 층을 준비하는 단계에서 몰드 내에 지지체를 위치시켜, 세라믹 발포체를 제조하기 위한 조성물을 포함하는 혼합물을 위치시킬 준비를 한다.

다음으로, 지지체 층 위에 본 발명의 일 실시예에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체를 위치시키는 단계는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 발포체를 제조하기 위한 조성물을 포함하는 혼합물을 지지체 층 위에 위치시키고, 발포 및 경화시켜 지지체 층 위에 상온 경화형 세라믹 발포체를 위치시키는 단계이다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 발포체를 제조하기 위한 조성물을 포함하는 혼합물은 상온에서 경화되면서, 동시에 지지체 층과 물리적 또는 화학적 결합을 통해 우수한 접합력으로 접합할 수 있게 된다.

이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 >- 상온 경화형 세라믹 발포체의 제조

하기에 기재된 순서대로 수행하여, 상온 경화형 세라믹 발포체(실시예 1 내지 31 및 비교예 1 내지 8)를 제조한다.

1) 하기의 표 1 내지 5에 정리하여 나타낸 바와 같은 분말 조성물을 각각준비한다.

2) 상기 각 조성물은 경량골재, 활성탄, 무기질 필러, 무기질 인산 마그네슘 결합재의 순으로 키친 믹서기에 첨가하고, 여기서, 무기질 인산마그네슘 결합재의 조성물은 경소산화마그네시아 약 80 중량%와 반응성 산화마그네시아 약 20중량%로 구성되는 산화마그네슘을 약 40 중량%, 인산알루미늄 약 3중량%와 1인산칼륨 약 55중량%와 1인산암모늄 약 42 중량%로 구성되는 인산염 약 54중량%, 붕산 및 황산마그네슘의 혼합 지연제를 약 4.5 중량%, 산화티탄안료 약 1.5 중량 %로 구성되는 것을 이용한다.

3) 분말상을 키친 믹서 레벨 1(약 30rpm)에서 약 5 분간 느리게 균일 혼합하고, 레벨을 3(약 60rpm)으로 올려서 약 1 내지 2분간 빠르게 혼합한다.

4) 균일 혼합된 분말 조성물에 물을 첨가하고 같은 레벨의 속도로 빠르게 약 30초간 혼합하여 슬러리를 제조한다.

5) 제조된 슬러리에 하기의 표 1 내지 5에 따라 탄산염을 첨가하여 혼합한다.

6) 혼합된 슬러리를 레벨 5(약 120rpm)로 상승시켜 급격하게 교반하여 탄산염이 MgO 와 PO₄ 이온과 반응하면서 초기 형태를 잃어버리고 M⁺나 M⁺⁺(M=Na, K, NH₄, M⁺⁺=Ca, Mg, Ba 등) 및 CO₂ 의 형태로 분리되면서 CO₂ 가스에 의해 기포를 발생시킨다.

7) 발생된 기포가 소포되지 않도록 약 30초 이내에서 교반을 멈추고 즉시 이를 성형틀에 충진하고, 물리적 외부 충격이 가해지지 않도록 한다.

8) 충진한 원료가 성형틀 곳곳에 잘 스며들 수 있도록 약 1 내지 2초간 진동을 가하고, 이 단계에서 슬러리 내에 투입되어 있던 미반응 탄산염이 진동에 의해서 균일하게 포진하면서 MgO 와 PO₄ 이온과 접촉으로 기포발생이 촉진된다.

9) 성형틀에 채워진 성형물이 약 5 내지 20분 이내에 경화한다.

10) 경화된 세라믹 발포체는 약 30 내지 60분의 자연경화시간 경과 후에 탈형한다.

11) 탈형된 세라믹 발포체는 자연양생 약 28일 재령하여 최종제품을 완성한다.

12) 탈형된 세라믹 발포체를 약 30 내지 35℃의 온도 하에 약 24 내지 72시간 열풍 건조기내에 유지하여 상온경화형 세라믹 발포체를 수득한다.

No	분말 조성물								탄산염	물
	무기질필러					무기질 인산마그네슘 결합재	경량골재	활성탄	Na₂CO₃
	규회석	백운석	플라이애시	활성 점토	규조토	무기질 인산마그네슘 결합재	경량골재	활성탄	Na₂CO₃
실시예 1	300g	-	-	-	-	1,300g	펄라이트 250g (평규입경:1~5mm)	150g(평균입경:3-8mm)	5g	700g
실시예 2									10g
실시예 3									20g
실시예 4									40g
실시예 5									60g
실시예 6									100g
실시예 7									150g
실시예 8									200g
실시예 9	-	300g	-	-	-				40g
실시예 10	-	-	300g	-	-
실시예 11	-	-	-	300g	-
실시예 12	-	-	-	-	100g	1,500g	250g	150g		900g

다만, 실시예 9는 산화티탄안료 1.5 중량%를 Fe₃O₄ 흑색 안료로 변경한다. 또한, 실시예 11은 산화티탄안료 1.5 중량%를 Fe₂O₃ 황토색 안료로 변경한다.

No

분말 조성물

탄산염(분말 혹은 과립)

물

K₂CO₃

KH₂CO₃

NaHC-O₃

(NH₄)₂-CO₃

NH₄H-CO₃

2Na₂CO₃-3H₂O₂

NH₂CO-NH₂

NH₂CO-ONH₄

MgC-O₃

CaC-O₃

실시예 13

규회석
300g+
무기질 인산마그네슘 결합재 1,300g +
펄라이트
250g(1~5mm)+
활성탄 150g(3-8mm)

40g

700g

실시예 14

40g

실시예 15

40g

실시예 16

40g

실시예 17

40g

실시예 18

40g

실시예 19

40g

실시예 20

40g

실시예 21

40g

실시예 22

40g

No	분말 조성물	탄산염(액상)					물
No	분말 조성물	콜라	사이다	환타	스프라이트	맥주	물
실시예 23	규회석 300g + 무기질 인산마그네슘 결합재 1,300g + 펄라이트 250g(1~5mm) + 활성탄 150g(3-8mm)	80g					700g
실시예 24			80g
실시예 25				80g
실시예 26					80g
실시예 27						80g

No	분말 조성물							K₂CO₃	물
	규회석	무기질 인산마그네슘 결합재	경량골재				활성탄
	규회석	무기질 인산마그네슘 결합재	팽창질석	시라스(화산재)	바텀애시	발포유리	활성탄
실시예 28	300g	1,300g	250g				150g	40g	800g
실시예 29				250g			150g	40g	800g
실시예 30					250g		150g	40g	650g
실시예 31						250g	150g	40g	700g

No

분말 조성물

기포제

물

비고

규회석

무기질 결합재

펄라이트

활성탄

K₂CO₃

계면활성제

발포금속분말

무기질인산마그네슘

시멘트

지오폴리머

마그네슘옥시클로라이드
시멘트

비교예 1

300g

1,300g

-

250g

150g

-

600g

비교예 2

1,300g

-

80g

-

700g

비교예 3

-

1,300g

-

60g

-

비교예 4

-

1,300g

60g

-

비교예 5

-

1,300g

60g

-

600g^*

비교예 6

1,300g

-

60g

700g

Al

비교예 7

1,300g

-

250g

-

700g

비교예 8

1,300g

-

500g

-

800g

비교예 5의 '*'는 MgCl₂, 3.6M 수용액을 사용한 것이다.

< 실험예 >- 상온 경화형 발포체의 물성 평가

상기 실시예 1 내지 31 및 비교예 1 내지 8에 대하여, 압축강도(MPa), 밀도(g/cm³), 흡수율(%) 및 표면경화시간(min)을 측정하여 하기의 표 6에 나타내었다.

No	압축강도(MPa)	밀도(g/cm³)	흡수율(%)	표면경화시간 (min)
실시예 1	5.2	0.98	46	18
실시예 2	3.9	0.95	55	18
실시예 3	2.4	0.88	56	15
실시예 4	1.5	0.70	55	17
실시예 5	1.3	0.66	57	19
실시예 6	1.6	0.57	59	15
실시예 7	2.1	0.75	55	11
실시예 8	2.5	0.88	47	7
실시예 9	1.4	0.73	55	14
실시예 10	0.7	0.77	62	17
실시예 11	1.2	0.79	56	18
실시예 12	0.6	0.55	73	20
실시예 13	1.8	0.76	52	15
실시예 14	1.4	0.66	62	17
실시예 15	2.2	0.75	56	17
실시예 16	1.8	0.75	62	15
실시예 17	1.4	0.71	61	18
실시예 18	3.4	0.93	43	19
실시예 19	1.8	0.72	61	16
실시예 20	2.1	0.71	66	18
실시예 21	1.9	0.82	51	13
실시예 22	3.4	0.86	47	15
실시예 23	0.7	0.77	54	19
실시예 24	0.6	0.73	53	17
실시예 25	0.8	0.78	58	17
실시예 26	0.8	0.75	53	19
실시예 27	0.4	0.77	52	18
실시예 28	1.6	0.64	67	16
실시예 29	2.1	0.75	64	18
실시예 30	2.1	0.89	47	17
실시예 31	2.8	0.87	56	13
비교예 1	15.8	1.46	10	36
비교예 2	0.3	0.77	65	46
비교예 3	11.9	1.44	17	245
비교예 4	66.8	1.55	14	37
비교예 5	48.5	1.45	13	420
비교예 6	16.3	1.44	12	32
비교예 7	3.2	1.08	53	2
비교예 8	7.5	1.22	32	1

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

101: 지지체 층 102: 세라믹 발포체
103: 금속 이온 104: 경량골재
105: 무기질 필러 106: 무기질 결합재
107: 활성탄

Claims

무기질 필러,
인산 마그네슘, 황산 마그네슘, 또는 인산 칼슘 중 적어도 하나를 포함하는 무기질 결합재, 그리고
탄산염으로부터 발생된 금속 이온
을 포함하고,
상기 무기질 필러, 상기 무기질 결합재, 또는 상기 금속 이온 중 2 이상이 화학적으로 상호 결합하고,
불규칙적으로 분포되어 있는 기공을 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체.
제1항에서,
상기 무기질 필러는 5 내지 20 중량%인 상온 경화형 세라믹 발포체.
제1항에서,
상기 무기질 결합재는 35 내지 75 중량%인 상온 경화형 세라믹 발포체.
제1항에서,
상기 상온 경화형 세라믹 발포체는 경량골재를 더 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체.
제4항에서,
상기 경량골재는 5 내지 20 중량%인 상온 경화형 세라믹 발포체.
제1항에서,
상기 상온 경화형 세라믹 발포체는 활성탄을 더 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체.
제6항에서,
상기 활성탄은 10 내지 20 중량%인 상온 경화형 세라믹 발포체.
제1항에서,
상기 상온 경화형 세라믹 발포체의 포화 함수율은 발포체의 전체 중량 대비 60 내지 90 % 인 상온 경화형 세라믹 발포체.
제1항에서,
상기 상온 경화형 세라믹 발포체의 비중은 0.55 내지 0.98 g/cm³이고, 압축강도는 0.4 내지 5.2 MPa인 상온 경화형 세라믹 발포체.
제1항에서,
상기 상온 경화형 세라믹 발포체는,
상기 상온 경화형 세라믹 발포체의 적어도 한 면 위에 위치하고,
상기 상온 경화형 세라믹 발포체와 물리적 또는 화학적 결합을 통해 결합하고,
유기물을 포함하는 지지체 층을 더 포함하는
상온 경화형 세라믹 발포체.
제10항에서,
상기 지지체 층은 스폰지, 플라스틱, 고분자 필름, 또는 스티로폼 중 적어도 하나를 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체.
제1항에서,
상기 상온 경화형 세라믹 발포체는,
상기 상온 경화형 세라믹 발포체의 적어도 한 면 위에 위치하고,
상기 상온 경화형 세라믹 발포체와 물리적 또는 화학적 결합을 통해 결합하고,
무기물을 포함하는 지지체 층을 더 포함하는
상온 경화형 세라믹 발포체.
제12항에서,
상기 지지체 층은 철 보드, 마그네슘 보드, CRC 보드, 질석 보드, 석고보드, 또는 천연석재보드 중 적어도 하나를 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체.
무기질 필러,
산화 칼슘, 산화 마그네슘, 인산염, 또는 황산염 중 적어도 하나 포함하는 무기질 결합재,
탄산염을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계,
상기 혼합물에 물을 첨가하고 교반하여 탄산염으로부터 금속이온이 해리되는 단계, 그리고
상기 무기질 필러, 상기 무기질 결합재, 상기 탄산염으로부터 발생한 금속이온 중 적어도 2 이상이 화학적으로 상호 결합하여 경화되는 단계
를 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체의 제조방법.
제14항에서,
상기 무기질 결합재는 붕산, 붕사, 구연산, 폴리인산나트륨, 카르복실산, 폴리카르복실산, 할로겐의 알칼리 금속염, 수산화 나트륨, 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 수산화암모늄, 탄산 알칼리 금속, 염화나트륨, 염화칼륨, 염화칼슘, 규불화소다, 질산칼륨, 질산나트륨, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산마그네슘, 질산마그네슘, 탄산나트륨, 또는 탄산칼륨 중 적어도 하나를 포함하는 지연제를 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체의 제조방법.
제14항에서,
상기 혼합물 내의 탄산염은 0.5 내지 11 중량%인 상온 경화형 세라믹 발포체의 제조방법.
제14항에서,
상기 혼합물에 물을 첨가하고 교반하여 탄산염으로부터 금속이온이 해리되는 단계 이후에,
상기 탄산염은 CO₂의 형태로 분리되면서 CO₂ 가스에 의해 기포를 발생시키는 단계를 더 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체의 제조방법.
제14항에서,
상기 물은 상기 혼합물의 중량 대비 30 내지 50 중량% 인 상온 경화형 세라믹 발포체의 제조방법.
제14항에서,
상기 혼합물에 물을 첨가하고 교반하여 탄산염으로부터 금속이온이 해리되는 단계 이후에,
상기 혼합물에 물이 첨가된 슬러리에 진동을 가하는 단계
를 더 포함하는 상온 경화형 세라믹 발포체의 제조방법.
제19항에서,
상기 진동을 가하는 시간은 1 내지 2초인 상온 경화형 세라믹 발포체의 제조방법.
제14항에서,
상기 경화하는 단계는,
5 내지 20분 동안에 상온에서 경화하는 것인
상온 경화형 세라믹 발포체의 제조방법.
몰드 내에 지지체 층을 준비하는 단계,
상기 지지체 층 위에 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 상온 경화형 세라믹 발포체를 위치시키는 단계, 그리고
몰드를 탈형하는 단계
를 포함하는 지지체 층을 포함하는 복합 발포체의 제조방법.
제22항에서,
상기 몰드를 탈형하는 단계 이후에,
상기 지지체 층을 연마하여 가공하는 단계를 더 포함하는 지지체 층을 포함하는 복합 발포체의 제조방법.
제22항에서,
상기 지지체는 유기물을 포함하는 것인 지지체 층을 포함하는 복합 발포체의 제조방법.
제24항에서,
상기 지지체는 스폰지, 플라스틱, 고분자 필름, 또는 스티로폼 중 적어도 하나를 포함하는 지지체 층을 포함하는 복합 발포체의 제조방법.
제22항에서,
상기 지지체는 무기물을 포함하는 것인 지지체 층을 포함하는 복합 발포체의 제조방법.
제26항에서,
상기 지지체는 철 보드, 마그네슘 보드, CRC 보드, 질석 보드, 석고보드, 또는 천연석재보드 중 적어도 하나를 포함하는 것인 지지체 층을 포함하는 복합 발포체의 제조방법.