KR20190107998A - 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 - Google Patents

바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록에 관한 것으로, 석탄재인 바텀애쉬 및 플라이애쉬를 주요 조성물로 이용하여 여기에 소량의 시멘트와 천연펄프와 폴리프로필렌 합성섬유와 증점제와 폴리머 개질제를 소정의 조성 비율로 혼합 조성하여 건축자재용 압출성형 패널 및 블록을 제조하여, 조성되는 시멘트의 양을 최소한으로 혼합되게 하여 제조원가를 절감하고 줄여진 시멘트의 양에 해당하는 시멘트 생산시에 발생하는 이산화탄소의 배출량을 줄여 온실가스의 배출량을 줄일 수 있고, 특히 그동안 재활용 비율이 낮고 환경폐기물로 폐기되던 바텀애쉬의 자원 재활용 범위를 확장한 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록에 관한 것이다.

Description

바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록 { Extrusion panels and blocks utilizing bottom ash, fly ash and polymer modifiers }
본 발명은 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록에 관한 것으로, 더욱 자세히 설명하면, 석탄재인 바텀애쉬 및 플라이애쉬를 주요 조성물로 이용하여 여기에 소량의 시멘트와 천연펄프와 폴리프로필렌 합성섬유와 증점제와 폴리머 개질제를 소정의 조성 비율로 혼합 조성하여 건축자재용 압출성형 패널 및 블록을 제조하여, 조성되는 시멘트의 양을 최소한으로 혼합되게 하여 제조원가를 절감하고 줄여진 시멘트의 양에 해당하는 시멘트 생산시에 발생하는 이산화탄소의 배출량을 줄여 온실가스의 배출량을 줄일 수 있고, 특히 그동안 재활용 비율이 낮고 환경폐기물로 폐기되던 바텀애쉬의 자원 재활용 범위를 확장한 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록에 관한 것이다.
일반적으로, 건축자재용 압출성형 패널은 시멘트, 규석계 물질, 조골재 및 세골재, 광물계 및 천연계 섬유 등을 사용하여 진공 압출성형한 건축자재로서, 주로 건물의 내장재 및 외장재, 방음벽의 방음패널, 조립식 데크 구조물의 데크보드 등에 사용되고 있으며, 이에 대한 선행기술을 매우 많이 개시되어 공개되어 있다.
공개된 선행기술에 따르면, 건축자재용 압출성형 패널 및 블록은, 조성 성분 및/또는 제조방법상에서 약간씩의 상이함은 있으나, 대체로 시멘트, 규석분과 같은 분체 무기질 원료에 석면과 가소제 등 기타 혼화제를 소정의 조성 비율로 혼합하여 건식혼합기에 투입한 후 일정 시간 건식혼합하고, 혼합이 완료하면 물을 투입하여 건식혼합과 함께 습식혼합(혼련)을 수행하여 혼합이 완료되면 혼합기(kneader)로 균질혼합하고 압출기로 투입하여 스크류, 게이트, 다이스 등을 통과하면서 여러 가지 제품으로 압출성형하고, 압출성형된 제품을 컨베이어 벨트로 이동하면서 필요한 길이와 폭으로 절단처리한 후 증기양생기에서 양생 처리하는 단계를 거쳐 최종적인 제품으로 출하하는 단계를 통해 구현하거나, 또는 1차로 양생이 된 제품의 물리적 휨, 표면상태를 검사하고 다시 오토클레이브에서 2차 양생 처리한 후 오토클레이브의 고온고압 양생이 완료되면 최종적인 제품으로 출하하는 단계를 통해 구현된다.
이와 같은 선행기술에 따른 조성물 및 제조방법을 통해 제조된 건축자재용 압출성형 패널 및 블록은 경량성이 우수하여 시공이 용이하고 차음성이 우수한 장점이 있으나, 주원료인 시멘트의 조성비가 전체 조성물에 대하여 40~60중량%를 차지하고 있어 제조원가의 상승요인으로 작용하는 문제점이 있고, 시멘트의 생산과정에서 발생하는 이산화탄소가 매우 많아 다량의 온실가스를 배출하게 된다는 점에서 철강 제조산업과 더불어 시멘트 제조산업은 온실가스 감축의무를 규제하는 교토의정서에 따른 우리나라의 이산화탄소 배출량 감소를 위해 노력해야 할 산업분야가 되었다.
이러한 노력의 일환으로, 대한민국 등록특허 제10-1013217호, 발명의 명칭으로 '석탄회 재활용 장치 및 방법'이 제안된바, 상기 제안에는 일반적인 화력발전플랜트에서 석탄재의 발생과정을 개시하고 있다.
상기 제안을 참조하면, 석탄을 원료로 하여 발전하는 화력발전 플랜트는 석탄의 연소효과를 높이기 위해 석탄을 소정의 크기로 분쇄, 즉 미분탄을 제조하여 보일러에 공급하여 연소시킴과 동시에 고온 고압의 수증기를 생산한 후에 생산된 수증기를 증기터빈에 공급함으로써 발전을 하게 되며, 특히 석탄에는 통상적으로 2~15% 정도의 불연성 회분, 즉 석탄재가 함유되어 있어, 분쇄된 미분탄을 보일러에 공급하면 미분탄의 대략 20%에 함유된 석탄재는 고온의 연소열에 의해 용융되며 여러 입자가 응결되어 보일러의 하부로 배출되고, 미분탄의 대략 80%는 각 입자별로 연소되어 연소가스 흐름에 따라 비산되며 비산된 미분탄에 함유된 석탄재는 전기집진기 등과 같은 집진 장치에 포집된다. 이와 같이, 보일러의 하부로 배출되는 석탄재는 바텀애쉬(bottom ash, 저회)로서 노벽, 과열기, 재열기 등에 부착되어 있다가 자중에 의해 보일러 바닥으로 떨어지며, 입경은 1~5mm 정도로 보일러 하부에 모여 분쇄기(grinder)로 분쇄된 다음, 애쉬 이송탱크로 보내지고 대부분은 애쉬 매립장(ash pond)에 폐기한다. 바텀애쉬는 입자의 크기와 분포가 일정하지 않고 품질이 좋지 않기 때문에 바다에 방파제를 구축하는 용도로 사용되는 일부 바텀애쉬를 제외한 나머지 전량은 매립하여 폐기하고 있는 형편이다.
한편, 유동층 보일러로부터 비산하여 전기집진기에서 포집되어 배출되는 석탄재는 플라이애쉬(fly ash, 비회)로서 절탄기나 공기 예열기 아래 전기집진기에 의하여 집진되어 집진기 하부 호퍼에 모이는 애쉬를 일컬으며, 절탄기나 공기 예열기 아래에 있는 호퍼에 모이는 플라이애쉬의 입경은 1~100㎛로 발생되는 석탄재의 약 5%이고, 전기집진기에 의해서 집진되어 집진기 하부 호퍼에 모이는 애쉬의 입경은 탄종이나 연소조건에 따라 다르나 발생되는 석탄재의 75~80% 정도로 대부분 재활용되고 있으며, 재활용되지 않는 플라이애쉬는 바텀애쉬와 마찬가지로 이송탱크로 보내져 애쉬 매립장에 버려지게 된다.
이처럼, 석탄재가 주로 사용되고 있는 재활용 분야는 크게 시멘트분야, 건축분야 및 토목분야로 나눌 수 있으며, 석탄재 중에서도 플라이애쉬가 대부분 재활용되고 있다.
시멘트분야는 시멘트원료 중 점토 대용으로 원료량에 4-5% 대체사용되고 있고, 시멘트 혼합재로는 포틀랜드 시멘트에 5% 이하로 혼화되고 있으며, 레미콘 혼합재로 사용할 때에는 종류에 따라 5-30% 혼화 가능한데, 일반 레미콘 혼합재로 약 10% 혼화 가능하고, 매스콘크리트는 20-39% 혼화 가능하다.
건축분야는 인공 경량골재에서 고층 건축물의 경량화를 가능케 할 수 있도록 자갈 대용으로 사용되고 있고, 기와, 세라믹에는 점토대용으로 사용되고 있으며, 기포콘크리트나 그 밖의 시멘트 2차 제품에는 포졸란 활성이나 잠재 수경성을 위해 시멘트 혼화재로 사용되고 있다.
토목분야는 아스팔트(아스팔트 안정화와 골재 틈새 채움재), 필러(시멘트 안정 처리 노반, 석회 안정 노반의 대체), 노반재(간척 사업, 육상 저습지 매립 또는 성토 매립), 노상재(회광, 갱내 충전재로 사용)로 사용되고 있다.
상기와 같은 석탄재의 재활용은 고갈되어 가는 천연자원을 대체할 수 있으며 석탄재의 매립 등으로 인한 환경오염을 줄일 수 있는 대안이 되고 있는바, 그 대표적인 일례로는 대한민국 등록특허 제10-1733956호, 발명의 명칭으로 '비정제 플라이애시와 바텀애시를 함께 사용한 건축용 압출성형패널'이 제안되었고, 대한민국 등록특허 제10-1558328호, 발명의 명칭으로 '비정제 석탄회를 다량 사용한 건축내장재용 압출성형패널 및 그 제조방법'이 제안되었고, 대한민국 등록특허 제10-1165694호, 발명의 명칭으로 '플라이애시를 포함한 비소성 결합재 및 이를 이용한 콘크리트 조성물'이 제안되었으며, 이외에도 대한민국 등록특허 제10-0888531호, 대한민국 등록특허 제10-0608287호 등의 제안이 있어, 상기 선행제안들은 주로 석탄재 중에서 발생되는 양이 많은 플라이애쉬의 재활용 방안에 대하여 제안한 방안이었다.
종래 제안된 대부분의 상기 방안들은 석탄재의 바텀애쉬가 아닌 플라이애쉬를 시멘트 클링커 원료 또는 시멘트 혼화재로 적용하여 사용되는 건축자재용 압출성형 패널에 관한 것이어서, 석탄재 중 플라이애쉬는 이용할 수 있어도 그동안 활용도가 낮아 폐기되어 버려지는 바텀애쉬를 이용한 것은 아니므로 바텀애쉬의 활용 범위를 확장하지 못하는 한계점이 있는 제안들이었다.
한편, 플라이애쉬에 비해 상대적으로 석탄재 중에서 발생되는 양이 적은 바텀애쉬를 이용하여 건축자재용 압출성형 패널을 생산하는 종래의 방안으로는, 상술한 플라이애쉬를 이용한 활용 방안에 비하여 상대적으로 매우 적은 상황이지만, 대한민국 등록특허 제10-1043932호, 발명의 명칭으로 '바텀애쉬를 포함하는 비소성 결합재 및 이를 이용한 콘크리트 조성물'이 제안된바, 상기 제안에 따르는 바텀애쉬를 포함하는 비소성 결합재는 바텀애쉬, 알칼리성 무기질 재료 및 소듐실리케이트로 구성되며, 상기 바텀애쉬와 나머지 결합재인 알칼리성 무기질 재료 및 소듐실리케이트가 중량비로 70:30 ~ 80:20이고, 상기 알칼리성 무기질 재료와 소듐실리케이트가 중량비로 80:20 ~ 20:80인 것으로 하여, 콘크리트 조성물에 시멘트를 전혀 사용하지 않고 바텀애쉬로 대체하고 여기에 나트륨계, 칼륨계의 알칼리성 무기질 재료를 혼합 구성하여 친환경적인 결합재로 이루어지면서도 소정의 압축강도를 유지할 수 있는 방안을 제안하였다. 그러나 상기 제안을 제외하면 바텀애쉬를 이용하여 건축자재용 압출성형 패널을 생산 및 제조하는 방안은 거의 없는 실정이며, 방파제 구조물과 같은 투수형 콘크리트 조성물 또는 투수형 콘크리트 블록 등의 토목용 자재를 생산 및 제조하는 매우 제한적인 방안만이 제안되어 있어, 특히 바텀애쉬를 토목자재용뿐만 아니라 건축자재용 압출성형 패널의 조성물로도 널리 활용할 수 있는 방안이 더 많이 제안되어 바텀애쉬의 활용범위를 확장시킬 필요성이 커진 상황이다.
대한민국 등록특허 제10-1733956호 대한민국 등록특허 제10-1558328호 대한민국 등록특허 제10-1165694호 대한민국 등록특허 제10-0888531호 대한민국 등록특허 제10-0608287호 대한민국 등록특허 제10-1043932호
본 발명은 석탄재인 바텀애쉬 및 플라이애쉬를 활용하면서 토목자재용이 아닌 건축자재용 압출성형 패널의 조성물로 활용되도록 하여 특히 바텀애쉬의 활용 범위를 확장하기 위한 방안으로, 본 발명은 건축자재용 압출성형 패널을 제조함에 있어 바텀애쉬 및 플라이애쉬를 주요 조성물로 이용하여 여기에 소량의 시멘트와, 천연펄프, 폴리프로필렌 합성섬유, 증점제, 폴리머 개질제를 소정의 조성 비율로 혼합 조성한 건축자재 용도의 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록을 제조하여, 조성되는 시멘트의 양을 최소한으로 혼합되게 하여 제조원가를 절감하고 줄여진 시멘트의 양에 해당하는 시멘트 생산시에 발생하는 이산화탄소의 배출량을 줄여 온실가스의 배출량을 줄일 수 있고, 그동안 상대적으로 재활용 비율이 낮고 환경폐기물로 폐기되던 바텀애쉬의 자원 재활용 범위를 확장한 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 상기의 목적은, 바텀애쉬 및 플라이애쉬 50 ~ 60 중량%와, 시멘트 20 ~ 30 중량%와, 천연펄프 5 ~ 10 중량%와, 폴리프로필렌 합성섬유 5 ~ 10 중량%와, 증점제 2 ~ 5 중량%, 폴리머 개질제 2 ~ 5 중량%를 혼합하여 조성하는 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록에 의해 달성된다.
바람직하게는, 상기 바텀애쉬 및 플라이애쉬는 각각 바텀애쉬 0 ~ 100 중량% 및 플라이애쉬 100 ~ 0 중량%의 조성 중량비로 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 바텀애쉬는 입경은 0.3 ~ 0.6mm이고 분말도는 2,000 ~ 4,000cm2/g의 분말도를 가지고, 상기 플라이애쉬는 입경은 10㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록은 바텀애쉬 및 플라이애쉬 50 ~ 60 중량%와, 시멘트 20 ~ 30 중량%와, 천연펄프 5 ~ 10 중량%와, 폴리프로필렌 합성섬유 5 ~ 10 중량%와, 증점제 2 ~ 5 중량%, 폴리머 개질제 2 ~ 5 중량%를 혼합하여 조성되어, 압출성형 패널에 조성되는 시멘트의 양을 최소한으로 혼합되게 하여 제조원가를 절감하고, 줄여진 시멘트의 양에 해당하는 시멘트 생산시에 발생하는 이산화탄소의 배출량을 줄여 온실가스의 배출량을 줄일 수 있고, 그동안 상대적으로 재활용 비율이 낮고 환경폐기물로 폐기되던 바텀애쉬의 자원 재활용 범위를 확장하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능 등을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있는바, 그 실시예의 상세한 설명은 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술사상 및 권리범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록은 바텀애쉬, 플라이애쉬, 시멘트, 천연펄프, 폴리프로필렌 합성섬유, 증점제 및 폴리머 개질제를 조성물로 포함하며, 상기 각각의 조성물은 소정의 조성 중량비로 조성된다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 바텀애쉬 및 플라이애쉬는 본 발명에 따른 압출성형 패널 및 블록의 조성물 중에서 가장 많은 양으로 혼합 조성되는 조성물로서, 조성물 전체 100 중량%에 대하여 50 ~ 60 중량%로 조성되며, 상기 바텀애쉬는 입경이 1mm 이하, 바람직하게는 0.3 ~ 0.6 mm의 입경인 것을 적용하고, 상기 플라이애쉬는 입경이 10㎛ 이하의 입경인 것을 적용한다.
상기 바텀애쉬는 입경이 큰 석탄재가 보일러 하부로 낙하하여 포집된 것으로 석탄재의 약 20% 정도의 양을 차지하는 다공성 결정구조이며, 일반적인 밀도는 2.73 g/cm3이고, 조골재인 5mm 이상의 입경을 가지는 것이 약 35%, 세골재인 5mm 이하의 입경을 가지는 것이 약 65%이며, 분쇄기로 조성물 목적에 적합한 소정의 입경을 가지는 바텀애쉬로 분쇄하여 분급기로 입경별로 분류하게 된다.
상기 바텀애쉬의 화합물 조성은 입경에 따라 약간 상이한 조성을 나타내고 있는바, SiO2는 모든 입경에 공통으로 조성되어 있으며, 2.5mm 이하의 입경에는 산화철인 Fe3O4도 조성되어 있고 5mm 이상의 입경에는 Al2Si2O5도 조성되어 있으며, 0.3 ~ 0.6mm의 입경에는 Fe3O4, Fe2O3, FeO도 조성되어 있으며, 0.3mm 이하의 입경에는 CaO가 조성되어 있고, 특히 0.3 ~ 0.6mm의 입경의 산화물에는 Fe3O4, Fe2O3, FeO, Al2O3, CaO가 조성되어 있으며, 입경이 클수록 SiO2의 조성 함량은 증가한다고 알려져 있다. 특히 상기 SiO2는 시멘트 수화시 생성되는 Ca(OH)2와 상온에서 서서히 화합하여 불용성의 안정된 염인 규산칼슘(CaOㆍSiO2ㆍnH2O)을 생성시켜 내산성을 향상시키고 장기적으로 압출성형 패널의 압축강도를 증진시킨다.
또 상기 바텀애쉬는 분말도가 2,000 ~ 4,000cm2/g의 분말도를 가지게 되며, 분말도가 2,000cm2/g 미만이면 반응성이 작아 강도발현이 미흡하고 분말도가 4,000cm2/g를 초과하면 반응성은 크지만 시공성이 다소 저하되고 현재 상용화된 제품으로 판매되지 않으므로 다시 미분쇄하거나 분급하는 과정을 거쳐야 하므로 제조비용면에서 경제성이 낮게 된다. 일반적인 포틀랜드 시멘트의 분말도가 2,800 ~ 3,200cm2/g 정도의 분말도임을 감안하여 본 발명에 따른 상기 바텀애쉬의 분말도는 3,000 ~ 3,500cm2/g 범위의 분말도가 바람직한 분말도로 적용되고 있다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 상기 바텀애쉬는 압출성형 패널의 조성물 중에서 플라이애쉬와 함께 가장 많은 조성량으로 조성되어 종래의 시멘트 조성량을 대체함으로써, 시멘트 대체재로서의 상기 바텀애쉬에 의해 비용 경제성이 제고되고, 시멘트 생산시의 이산화탄소의 배출량을 줄여 온실가스 배출 절감을 도모할 수 있으면서도, 그동안 폐기되어 환경을 오염시키던 바텀애쉬의 자원재활용의 범위를 더욱 확장시켜 압출성형 패널의 새로운 원료로 이용할 수 있는 환경친화적인 조성물인 것이며, 상기 바텀애쉬와 시멘트를 혼합하여 사용하게 되면 시멘트의 작업시공성이 개선되고, 수화열의 발생이 낮아지며, 초기강도는 떨어지나 장기 재령의 경우는 강도가 증진되고 수밀성과 황산염 침식(sulfate attack)에 대한 저항성이 향상되는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 플라이애쉬는 상기 바텀애쉬와 함께 조성물 전체 100 중량%에 대하여 50 ~ 60 중량%로 조성되며, 상기 플라이애쉬는 입경이 10㎛ 이하, 바람직하게는 6㎛ 이하의 입경인 것을 적용한다.
상기 플라이애쉬는 석탄 화력발전소에서 석탄 연소 후 발생하는 발전소 부산물로 집진기에서 포집되는 미분말 형태이며, 일반적으로 1~100㎛의 입자크기에 구형(球形)의 입자형태를 지니며 주로 이산화규소(SiO2) 성분이 50~60%, 알루미나(Al2O3) 성분이 20~25%으로 구성되며 그 외에 산화제2철(Fe2O3), 미량의 칼륨, 인, 붕소, 코발트, 마그네슘 등이 함유되어 있어, 화학적 특성상 알루미노 실리카 계열의 포졸란(Pozzolan)성을 지니고 있고 전체 석탄재 발생량 중 약 75% ~ 80%를 차지하는 우수한 시멘트 대체재료이다.
상기 플라이애쉬의 비중은 1.9 - 2.3 정도의 범위로 시멘트 비중의 약 2/3 정도이고, 철분의 함량이 많을수록 비중은 커진다. 플라이애쉬가 광물질이면서도 비중이 작은 것은 플라이애쉬 입자가 중공화 되어 있기 때문인데, 비중이 가벼우면 플라이애쉬 분말도가 거칠고 시멘트에 혼합할 경우 소기의 강도가 나오지 않는다. 또한, 플라이애쉬의 분말도는 이산화규소(SiO2)의 함유량과 함께 포졸란 활성을 지배하는 중요 인자이며 콘크리트의 작업시공성에도 큰 영향을 미친다. 분말도가 크면 분말도가 작은 경우보다 콘크리트 배합시 단위수량의 증가를 초래하지만, 입자가 미세하므로 콘크리트 내에서 공극을 충전시켜서 수밀성을 증대시킬 수 있다.
상기 플라이애쉬를 구성하는 가용성 이산화규소(SiO2)는 시멘트 수화시 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 상온에서 서서히 화합하여 불용성의 안정된 규산칼슘(CaOㆍSiO2ㆍnH2O)을 생성시켜 장기적으로 콘크리트의 압축강도를 증진시킨다.
상기 플라이애쉬는, 바텀애쉬와 같이, 시멘트를 혼합하여 사용하게 되면 시멘트의 작업시공성이 개선되고, 수화열의 발생이 낮아지며, 초기강도는 떨어지나 장기 재령의 경우는 강도가 증진되고, 수밀성과 황산염 침식에 대한 저항성이 향상된다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 바텀애쉬 및 플라이애쉬는 조성물 전체 100 중량%에 대하여 50 ~ 60 중량%로 조성되고, 상기 바텀애쉬 및 플라이애쉬 각각의 조성량은 바텀애쉬 0 ~ 100 중량%, 플라이애쉬 100 ~ 0 중량%로 혼합 조성될 수 있으며, 본 발명의 실시예에는 바텀애쉬 60 중량%, 플라이애쉬 40 중량%의 조성량으로 조성되어 있다. 상기 바텀애쉬 및 플라이애쉬의 중량이 조성물 전체 100 중량% 대비 50 중량% 미만이면 시멘트의 작업시공성이 좋지 않게 되고 장기 재령 강도가 향상되지 않으며 수밀성, 황산염 침식 저항성 향상이 미흡하게 되고, 바텀애쉬 및 플라이애쉬의 중량이 60 중량%을 초과하게 되면 시멘트의 조성량이 적게 되므로 시멘트의 강도가 저하되어 압출성형 패널의 강도 등의 물성 저하를 야기하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 시멘트는 통상적인 포틀랜드 시멘트를 적용하게 된다. 상기 시멘트는 분말이 미세할수록 초기강도의 발생이 빠르며 강도 증진율이 높기 때문에 본 발명의 실시예에는 2,800 ~ 3,200㎠/g 범위의 분말도를 갖는 포틀랜드 시멘트를 적용하고 있으며, 아울러 상기 시멘트는 조성물 전체 100 중량%에 대하여 20 ~ 30 중량%로 조성하는 것이 바람직하다. 통상적으로 콘크리트 제조시 단위시멘트량이 높은 경우 수화반응에 의해 수화열이 증가하며 체적변화 및 응력이 발생할 수 있는바, 본 발명에서는 시멘트의 조성 중량비율을 20 ~ 30 중량%로 조성하여 시멘트 사용량을 줄여 압출성형 콘크리트의 온도상승을 낮추고, 수화열에 의한 균열발생을 억제할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 천연펄프는 압출성형 패널의 휨강도를 확보하는 기능을 수행하는 조성물로서 온도 편차에 따른 길이변화가 적고 내수성, 내화성, 차음성이 우수한 소재이며, 침엽수계 천연펄프(NBKP), 침엽수계 비표백 크래프트 펄프(NUKP), 활엽수계 비표백 크래프트 펄프(LUKP) 중에서 적어도 하나 이상 선택되어 적용된다. 이때, 상기 천연펄프는 조성물 전체 100 중량%에 대하여 5 ~ 10 중량%로 조성되며, 상기 천연펄프의 조성량이 5 중량% 미만이면 휨강도의 품질을 확보할 수 없으며 10 중량%를 초과하면 압출 저하로 인한 제품 표면 및 평활도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 폴리프로필렌 합성섬유는 압출성형 패널의 크랙을 방지하고 내충격성을 향상시키고 내마모성을 향상시키는 보강기능을 수행하는 조성물로서, 조성물 전체 100 중량%에 대하여 5 ~ 10 중량%로 조성되며, 5 중량% 미만일 경우 보강재와 내크랙성 물질로서의 기능 발휘가 미흡하게 되고 10 중량%를 초과할 경우 압출 성능 저하 및 표면 품질이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 증점제는 압출성형 패널의 물리적 성질을 높이는 기능을 수행하는 조성물로서, 35,000 ~ 75,000 cPs의 점도 범위를 지닌 것이 바람직하며 조성물 전체 100 중량%에 대하여 2 ~ 5 중량%로 조성된다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 폴리머 개질제는 MCMP(Multi Concrete Modifier Polymer)로 불리는 폴리머 개질제로서 상기 조성물들의 부착성 및 작업성을 개선하기 위하여 사용하는 것이며, 입자간의 자착성 및 흡착성을 갖는 점성적 성질 및 계면활성작용으로 콘크리트의 첨가 시 유동성 증가를 통한 작업성 향상 및 단위수량을 감소시킬 수 있고, 시멘트 페이스트 및 골재 사이를 폴리머 입자로 채우고 필름막을 형성하여 콘크리트의 수밀성 및 내염화, 이온 투과성능 및 기존 구체와의 부착성능을 향상시킬 수 있는 폴리머 개질제이다.
상기 폴리머 개질제는 SB(Styrene-Butadiene) 라텍스, PAE 에멀젼, EVA 에멀젼, 에폭시 수지, 아크릴 수지 및 폴리에스터 중에서 어느 하나가 선택될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 폴리머 개질제는 스틸렌(Styrene) 및 부타디엔(Butadiene)으로 이루어진 단량체 혼합물을 중합 반응하여 제조된 미세 구형의 폴리머 입자를 계면활성제로 코팅하여 물속에 분산시킨 반투명 상태의 수용액인 SB(Styrene-Butadiene) 라텍스가 선택되어 적용된다.
상기 폴리머 개질제는 조성물 전체 100 중량%에 대하여 2 ~ 5 중량%로 조성되는데, 폴리머 개질제의 조성량이 2% 미만이면 조성물의 부착성능이 떨어져 소요의 성능을 확보할 수 없고, 5%를 초과할 경우에는 부착성능, 작업성 등에서 좋은 물성을 얻을 수 있으나 제조원가의 상승으로 인해 경제적이지 못하다.
상기 바텀애쉬, 플라이애쉬, 시멘트, 천연펄프, 폴리프로필렌 합성섬유, 증점제 및 폴리머 개질제의 조성물로 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록의 제조방법은 다음과 같으며 본 실시예 설명에서는 압출성형 패널로 제조하는 방법을 예시한다.
본 발명의 실시예에 따른 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널은 조성물 전체 100 중량%에 대하여 바텀애쉬 및 플라이애쉬 50 ~ 60 중량%, 시멘트 20 ~ 30 중량%, 천연펄프 5 ~ 10 중량%, 폴리프로필렌 합성섬유 5 ~ 10 중량%, 증점제 2 ~ 5 중량%, 폴리머 개질제 2 ~ 5 중량%를 혼합하는 조성물 혼합단계를 수행한다.
상기 조성물 혼합단계가 수행되면, 상기 바텀애쉬, 플라이애쉬, 시멘트, 천연펄프, 폴리프로필렌 합성섬유, 증점제, 폴리머 개질제가 혼합 조성된 조성물에 첨가수를 투입하게 되는 첨가수 투입단계가 수행된다. 이때 상기 첨가수의 첨가량은 조성물 100 중량%에 대비하여 15 ~ 25 중량%의 비율로 첨가된다. 첨가수가 15 중량% 미만으로 첨가되면 압축강도는 향상되어도 유동성이 저하되는 문제점이 있으며 25 중량%를 초과하면 적절한 유동성은 유지될 수 있으나 압축강도가 급격하게 저하되어 압출성형 패널의 물성 기준에 미흡하게 되는 물성 결함이 나타나게 되며, 이와 같은 첨가수의 첨가량 범위는 통상의 시멘트가 포함되는 콘크리트에서는 거의 동일하게 나타나는 문제점에 해당한다. 본 발명의 실시예에 따른 압출성형 패널에서는 상기 첨가수는 조성물 100 중량% 대비 20 ~ 21 중량%로 첨가되어 압출성형 패널에서 요구되는 유동성 및 압축강도 조건을 충족하도록 하는 바람직한 중량으로 첨가된다.
상기 조성물 혼합단계 및 첨가수 투입단계는 단계별로 순차적으로 수행될 수도 있고 또는 하나의 공정단계로 함께 수행될 수도 있다.
상기 첨가수 투입단계가 수행되면, 상기 바텀애쉬, 플라이애쉬, 시멘트, 천연펄프, 폴리프로필렌 합성섬유, 증점제, 폴리머 개질제, 첨가수가 혼합된 상태에서 압출성형단계가 수행되게 된다. 상기 압출성형단계는 압출기에서 이루어지며, 압출기에 구비된 스크류, 게이트, 다이스 등을 경유하면서 배출구를 통과하여 압출성형되는 것이며, 상기 압출기의 구성 및 기능은 널리 공지되어 알려진 기술이므로 그 자세한 설명은 생략하기로 하며 또 압출기의 선택 및 적용에도 한정사항은 없다. 상기 압출성형단계에서 압출성형 패널에 소정의 원형 또는 다각형 중공부가 필요한 경우에는 본 압출성형단계에서 소정의 설계에 맞게 중공부가 형성되어 구비된다. 또 압출성형 패널의 공극을 감소하기 위해 압출기에 진동을 가하는 진동부를 더 구비할 수도 있다.
상기 압출성형단계가 수행되면, 소정의 길이 및 폭을 갖도록 압출성형 패널을 절단기를 사용하여 절단하는 절단단계가 수행된다. 상기 절단단계를 통해 본 발명의 실시예에 따른 바텀애쉬, 플라이애쉬, 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널은 소정의 건축자재용 패널의 형상을 갖추게 된다.
상기 절단단계가 수행되면, 절단된 압출성형 패널에 대한 양생단계가 수행된다. 상기 양생단계는 실내 양생 및 자연 양생을 통해 수행될 수도 있고, 실내 양생만으로 예컨대 60℃ ~ 80℃의 온도에서 8 ~ 18시간 동안 1차 증기양생하고 150 ~ 180℃의 온도 및 8 ~ 10kg/cm2의 압력 조건의 오토클래브에서 10 ~ 18시간 동안 2차 양생하는 실내 양생만으로 상기 양생단계가 수행될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 상기 양생단계는 양생 온도나 양생 조건에 따라서 압출성형 패널의 물성이 현저하게 달라질 수 있으므로, 압출성형된 압출성형 패널의 바람직한 물성을 유지할 수 있도록 고온의 1차 증기양생 및 고온고압의 오토클래브 2차 양생을 통한 실내 양생단계가 적용되어 압출성형 패널의 물성 유지와 제조 기간의 절감 면에서 장점을 갖게 된다. 구체적으로는, 1차 증기양생은 공장 내에서 취급중에 발생하는 응력에 저항하기 위한 강도를 발현하도록 하는 것으로 시멘트의 수화반응에 의존하여 강도를 발현하게 하고, 오토클래브 2차 양생은 소정의 고강도를 신속하게 발현하기 위한 것으로 CaO와 SiO2의 수열 반응에 의해 토버모라이트를 생성함으로써 고강도를 발현하게 하며, 또 상기 양생단계를 1 ~ 2일의 단기간으로 종료되게 하여 제조 기간을 단축하게 되는 것이다.
이상에서 설명된 조성물 혼합단계, 첨가수 투입단계, 압출성형단계, 절단단계 및 양생단계가 단계별로 순차적으로 수행된 본 발명의 실시예에 따른 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널은 시멘트의 수화에 의해 생성된 Ca(OH)2가 바텀애쉬 및 플라이애쉬의 포졸란 반응으로 소비되고, 불용성 염으로 변화하기 때문에 내산성이 향상되고, 패널 조직을 치밀하게 하여 수밀성을 높이기 때문에 황산염 침식저항에 대하여도 우수한 장점을 갖게 되는 것이다.
본 발명에 따른 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록은 상술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 가능하거나 균등한 다른 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다고 할 것이다.
본 발명에 따른 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록은 일반적인 건축자재용 압출성형 패널 및 블록을 생산하는 기술분야에서 동일한 제품을 반복적으로 생산하는 것이 가능하므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이라고 할 것이다.

Claims (3)

  1. 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록에 있어서,
    상기 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록은, 바텀애쉬 및 플라이애쉬 50 ~ 60 중량%와, 시멘트 20 ~ 30 중량%와, 천연펄프 5 ~ 10 중량%와, 폴리프로필렌 합성섬유 5 ~ 10 중량%와, 증점제 2 ~ 5 중량%, 폴리머 개질제 2 ~ 5 중량%를 혼합하여 조성하는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바텀애쉬 및 플라이애쉬는 각각 바텀애쉬 0 ~ 100 중량% 및 플라이애쉬 100 ~ 0 중량%의 조성 중량비로 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 하는 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바텀애쉬는 입경은 0.3 ~ 0.6mm이고 분말도는 2,000 ~ 4,000cm2/g의 분말도를 가지고, 상기 플라이애쉬는 입경은 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 바텀애쉬, 플라이애쉬 및 폴리머 개질제를 활용한 압출성형 패널 및 블록.
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