KR20200042246A

KR20200042246A - 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법 및 그 발포 세라믹 볼을 이용한 패널

Info

Publication number: KR20200042246A
Application number: KR1020180122590A
Authority: KR
Inventors: 김기현
Original assignee: 이디즘하우징 주식회사
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2020-04-23
Also published as: KR102129782B1

Abstract

본 발명은 발포 세라믹 볼을 이용한 패널에 관한 것으로서, 발포 세라믹 볼을 제조하는 단계와, 상기 발포 세라믹 볼 30~40중량부, 시멘트 40~60중량부, 보조재 10~20중량부, 첨가제 0.5~5중량부를 혼합하여 발포 시멘트 페이스트를 제조하는 단계와, 상기 발포 시멘트 페이스트를 패널 형틀 내부에 투입하는 단계 및 상기 발포 시멘트 페이스트를 경화시킨 후, 상기 패널 형틀을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법 및 이에 의해 제조된 발포 세라믹 볼을 이용한 패널을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 기존 자원을 활용(친환경 소재)하거나 산업 폐기물 등을 재활용하여 가공함으로써 경량의 고강도성을 가지는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널을 제공하여, 벽재, 바닥재, 플랜트용 등 내외부용 건축 자재의 원재료로 사용할 수 있으며, 발포 세라믹 볼의 경우 고온가공 처리함으로써 형상의 크기가 3배~5배 정도 발포됨으로써 경량화와 공극의 극대화로 단열 및 통기성이 우수해지고 미세하게 남을 수 있는 포름알데히드, 벤젠 등 유해 물질이 없는 인체 무해한 이점이 있다.

Description

발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법 및 그 발포 세라믹 볼을 이용한 패널{Manufacturing Method of Pannel Using Foaming Ceramic Ball and Pannel Using Foaming Ceramic Ball thereby}

본 발명은 발포 세라믹 볼을 이용한 패널에 관한 것으로서, 기존 자원을 활용하거나 산업 폐기물 등을 재활용하여 발포 세라믹 볼을 제조하고, 이에 시멘트를 혼합함으로써 경량의 고강도성을 가지는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널을 제공하기 위한 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법 및 그 발포 세라믹 볼을 이용한 패널에 관한 것이다.

전 세계적으로 자원의 고갈과 환경 오염의 문제를 해결하기 위해 많은 노력과 연구, 투자가 이루어지고 있다.

특히 우리나라는 필요로 하는 자원의 거의 대부분을 수입해 오고 있어 새로은 자원의 개발, 에너지 절약, 이의 효율적인 재활용 등에 대해 많은 연구가 이루어질 필요성이 있다.

현재 우리나라에서는 원자력, 수력, 화력 발전 중 원자력 다음으로 화력 발전의 비중이 크고 부산의 감천 화력을 비롯한 5개의 발전소에서 유연탄을, 삼천포 화력 및 3개소에서 무연탄을 사용하고 있다.

이러한 화력 발전소에서 생성되는 발전용 재(fly ash, bottom ash, CO₂ash 등)에 대한 재활용 여부에 대한 관심이 증대되고 있으며, 이미 이러한 재료를 다양한 산업분야에 적용하고 있다.

특히 이러한 재료들은 건축 자재의 원재료에 혼합되어 다양한 기능이 발현되는 건축 자재로 재가공되어 생산되고 있다.

종래의 가장 일반적인 건축 자재로는 시멘트 즉 콘크리트가 널리 사용되고 있으며, 여기에 상기의 발전용 재와 같은 재료가 혼합되어 경량성, 단열성, 흡음성 등의 기능이 발현되도록 하는 건축 자재를 생산하고 있다.

특히 최근 건축물의 고층화, 다양성, 기능성이 증가함에 따라 건축 자재의 경량성, 단열성, 흡음성, 난연성 등이 큰 관심사로 대두되고 있으나, 그에 따른 강도가 그만큼 따라주지 못하고 있는 실정이다.

최근에는 콘크리트 페이스트 자체에 경량골재, 질석, 바텀애쉬, 슬래그, EPS, 유리면, 스티로폴 입자와 같은 다공성 골재를 첨가하여 양생함으로써 경량 콘크리트를 제조하고, 이를 흡음재, 난연재 및 단열재로 사용하는 시도가 이루어지고 있다.

이러한 다공성 골재는 그 자체의 소재의 특성상 비중이 작아 경량의 콘크리트를 제조할 수 있는 장점이 있으나, 소재의 비중이 작아 콘크리트를 제작하는 과정 중에 쉽게 부상하여 다른 재료와 섞이지 못하여 균일한 품질의 재료 제조에 어려움이 있다.

또한, 이러한 다공성 골재를 이용한 경량 콘크리트는 밀도가 낮아 제품의 가공 및 연마가 어렵고, 이에 따라 불균일한 강도를 가지면서, 기계적 강도가 기준치 이상을 만족시키지 못해 건축 자재로의 적용에 어려움이 있다.

또한, 상기 경량 콘크리트의 가공 시 비산되는 문제, 부서지는 문제 등을 여전히 내재하고 있어 산업화에 그대로 적용하기에는 부족한 면이 있다.

따라서, 상기의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 자원의 개발이 필요하며, 단열성, 흡음성, 난연성 특성 뿐만 아니라 경량, 고강도 특성을 보유할 수 있는 건축 자재의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 기존 자원을 활용하거나 산업 폐기물 등을 재활용하여 발포 세라믹 볼을 제조하고, 이에 시멘트를 혼합함으로써 경량의 고강도성을 가지는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널을 제공하기 위한 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법 및 그 발포 세라믹 볼을 이용한 패널에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 발포 세라믹 볼을 제조하는 단계와, 상기 발포 세라믹 볼 30~40중량부, 시멘트 40~60중량부, 보조재 10~20중량부, 첨가제 0.5~5중량부를 혼합하여 발포 시멘트 페이스트를 제조하는 단계와, 상기 발포 시멘트 페이스트를 패널 형틀 내부에 투입하는 단계 및 상기 발포 시멘트 페이스트를 경화시킨 후, 상기 패널 형틀을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법 및 이에 의해 제조된 발포 세라믹 볼을 이용한 패널을 기술적 요지로 한다.

또한, 상기 발포 세라믹 볼은, 소재 A(진흙, 석탄맥석, 적니 및 점토) 20~40중량부, 소재 B(황토) 30~70중량부, 소재 D(석분) 3~15중량부 및 소재 F(과망산칼슘) 0.1~0.3중량부로 혼합되어, 볼 형상으로 형성된 원자재 혼합물에, 소재 E(폐유리분말) 1~5중량부를 첨가하여 발포하여 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 원자재 혼합물에는, 소재 C(석탄회 또는 산업폐기물) 20~40중량부가 더 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제3단계의 소재 E의 입도는, 200~250메쉬인 것이 바람직하다.

또한, 상기 발포는 예열온도 500~600℃, 예열시간 200~400분, 소결온도 900~1100℃, 보온시간 30~100분으로, 소결온도까지 온도 상승속도는 14~16℃/분의 조건 하에서 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 원자재 혼합물 중 석탄맥석 및 점토는, 혼합하기 전에 노에 넣어 예열로 건조한 후 분쇄하여 입도가 250메쉬 이하인 것만 선별하여 제공되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소재 A는, 진흙 65~75중량부, 석탄맥석 5~15중량부, 적니 5~10중량부 및 점토 13~16중량부인 것이 바람직하다.

또한, 상기 발포 세라믹 볼은, 평균 직경이 5~50mm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 보조재는, 석탄회, 황토, 모래, 토사 중 어느 하나 또는 이들을 둘 이상 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발포 시멘트 페이스트에는, 침투성 발수제가 0.5~3중량부 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 발포 시멘트 페이스트에는, 제올라이트, 펄라이트, 질석 및 진주암 중 어느 하나 또는 둘 이상의 재료가 5~10 중량부 첨가되는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 기존 자원을 활용(친환경 소재)하거나 산업 폐기물 등을 재활용하여 가공함으로써 경량의 고강도성을 가지는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널을 제공하여, 벽재, 바닥재, 플랜트용 등 내외부용 건축 자재의 원재료로 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 발포 세라믹 볼의 경우 고온가공 처리함으로써 형상의 크기가 3배~5배 정도 발포됨으로써 경량화와 공극의 극대화로 단열 및 통기성이 우수해지고 미세하게 남을 수 있는 포름알데히드, 벤젠 등 유해 물질이 없는 인체 무해한 효과가 있다.

또한, 발포 세라믹 볼과 시멘트의 조합으로 기존 ALC 블럭의 성능과 원가대비 경량, 단열, 내화, 차단성 등이 우수하여 ALC 블럭의 단점을 획기적으로 보완하는 효과가 있다.

또한, 난연성과 내진, 내구성이 뛰어나며, 제올라이트와 같은 특성 성분이 포함되어 있어 항균작용과 휘발성 유기화합물 제거, 공기정화, 탈취, 제습효과까지 뛰어나며, 포름알데히드나 벤젠 등 기타 유해물질이 없는 제품을 생산할 수 있게 된다.

또한, 일반적 화재시 구조적 문제가 없다고 하더라도 가스유해성으로 많은 위협이 발생할 수 있으나 본 제품은 균열 및 가스유해성이 없는 불연제품으로 확인되었다.

또한, 일반 복합패널보다 변형이 없고 직접 패널에 세면대, 선반 등을 설치해봄으로써 600kg 중량의 하중을 견딜 수 있음을 확인할 수 있었고, 많은 기포 공극으로 인해 방음 및 습기방지, 단열에 효과적이었다.

또한, 본 발명에 따른 발포 세라믹 볼을 이용한 패널은 원하는 두께와 길이로 가공이 용이하여, 시공 loss가 없으며, 경량제품으로 1인이 두께 100mm의 경우 25m²를 시공할 수 있어 시공성이 매우 빠르며 전체 공정 중 양생 및 구조틀 작업이 필요치 않아 획기적으로 건축, 토목 공정 시간을 줄일 수 있다.

도 1- 본 발명에 따른 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법에 대한 모식도.
도 2 - 본 발명의 일실시예에 따른 발포 세라믹 볼의 제조방법에 대한 모식도.
도 3 - 본 발명의 일실시예에 따른 발포 세라믹 볼의 제조장치에 대한 모식도.
도 4 - 본 발명의 일실시예에 따른 발포 세라믹 볼의 사진을 나타낸 도.
도 5 - 본 발명의 일실시예에 따른 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 사진을 나타낸 도.
도 6 및 도 7 - 본 발명의 일실시예에 따른 발포 세라믹 볼을 이용한 패널에 대한 실험데이타를 나타낸 도.

본 발명은 기존의 친환경 소재와 같은 자원을 활용하거나 산업 폐기물 등을 재활용하여 가공함으로써 경량의 고강도성을 가지는 발포 세라믹 볼을 제공하여, 벽재, 바닥재, 플랜트용 등 내외부용 건축 자재의 원재료로 사용할 수 있도록 하는 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법에 대한 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발포 세라믹 볼의 제조방법에 대한 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발포 세라믹 볼의 제조장치에 대한 모식도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발포 세라믹 볼의 사진을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 사진을 나타낸 도면이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 발포 세라믹 볼을 이용한 패널에 대한 실험데이타를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법은 발포 세라믹 볼을 제조하는 단계와, 상기 발포 세라믹 볼 30~40중량부, 시멘트 40~60중량부, 보조재 10~20중량부, 첨가제 0.5~5중량부를 혼합하여 발포 시멘트 페이스트를 제조하는 단계와, 상기 발포 시멘트 페이스트를 패널 형틀 내부에 투입하는 단계 및 상기 발포 시멘트 페이스트를 경화시킨 후, 상기 패널 형틀을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

먼저, 상기 발포 세라믹 볼은 다음과 같은 공정에 의해 제조되게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 발포 세라믹 볼 제조방법은 소재 A(진흙, 석탄맥석, 적니 및 점토) 20~40중량부, 소재 B(황토) 30~70중량부, 소재 D(석분) 3~15중량부 및 소재 F(과망산칼슘) 0.1~0.3중량부를 혼합하여 원자재 혼합물을 생성하는 제1단계와, 상기 원자재 혼합물을 입자제조기를 통해 볼 형상으로 제조하는 제2단계와, 상기 원자재 혼합물 볼에 소재 E(폐유리분말) 1~5중량부를 첨가하여, 상기 원자재 혼합물 볼에 소재 E를 코팅하는 제3단계 및 상기 소재 E가 코팅된 원자재 혼합물 볼을 발포시키는 제4단계를 포함하여 이루어진 것이다.

소재 A(진흙, 석탄맥석, 적니 및 점토) 20~40중량부, 소재 B(황토) 30~70중량부, 소재 D(석분) 3~15중량부 및 소재 F(과망산칼슘) 0.1~0.3중량부를 혼합하여 원자재 혼합물을 생성하는 제1단계와, 상기 원자재 혼합물을 입자제조기를 통해 볼 형상으로 제조하는 제2단계와, 상기 원자재 혼합물 볼에 소재 E(폐유리분말) 1~5중량부를 첨가하여, 상기 원자재 혼합물 볼에 소재 E를 코팅하는 제3단계 및 상기 소재 E가 코팅된 원자재 혼합물 볼을 발포시키는 제4단계를 포함하여 이루어진 것이다.

본 발명에 따른 발포 세라믹 볼 제조방법은 원자재 혼합물을 제조하고 이를 볼 형상으로 제조한 후, 소재 E(폐유리분말)을 첨가하여 발포 성형하는 것을 주요 특징으로 하고 있다.

상기 원자재 혼합물은 소재 A(진흙, 석탄맥석, 적니 및 점토) 20~40중량부, 소재 B(황토) 30~70중량부, 소재 D(석분) 3~15중량부 및 소재 F(과망산칼슘) 0.1~0.3중량부로 혼합되어 생성된다.

상기 소재 A, B, D는 완성된 발포 세라믹 볼의 용도(무게, 강도)에 따라 적절히 조절하여 사용할 수 있으며, 소재 F는 발포를 촉진시키는 역할을 하게 된다.

상기 소재 A의 적니의 주성분은 Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂로 성분 분석에 의해 부족한 성분을 보충할 수 있도록 함량을 조절하여 첨가할 수 있다.

여기에, 소재 C(석탄회 또는 산업폐기물)가 20~40중량부 추가될 수 있으며, 소재 A는 진흙 65~75중량부, 석탄맥석 5~15중량부, 적니 5~10중량부 및 점토 13~16중량부로 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 석탄회는 석탄을 이용한 발전소에서 생성되는 발전용 재로서, fly ash, bottom ash, CO₂ash 등이 해당될 수 있으며, 화력발전소에서 발생된 석탄회를 가공없이 그대로 사용할 수 있다.

상기 산업폐기물은 폐기물 중 재활용할 수 있는 소재로, 하수슬러지, 제올라이트, 벤토나이트, 유리류연마슬러지, 제지슬러지, 슬러그(slug) 등을 사용할 수 있다.

상기 석탄회 또는 산업폐기물은 40중량부를 넘는 경우 볼의 크기가 작아지며 크랙이 발생할 수 있으므로, 석탄회의 성분을 먼저 분석하여, 성분 분석에 따라 배합 비율을 조절하도록 한다.

본 발명의 일실시예로 황토(소재 B) 성분을 분석한 것을 다음 표 1에 나타내었다.

Fe₂0₃	Al₂O₃	SiO₂	CaO	MgO	K₂O	Na₂0	S	SO₃
6.71%	21.55%	60.65%	0.09%	0.34%	1.30%	0.06%	0.11%	0.21%

본 발명의 일실시예로 석탄회(소재 C) 성분을 분석한 것을 다음 표 2에 나타내었다.

Fe₂0₃	Al₂O₃	SiO₂	CaO	MgO	K₂O	Na₂0	S	SO₃
1.2%	0.6%	89%	0.4%	0.6%	5.4%	0.06%	0.14%	0.27%

여기에서, 석탄회의 성분 분석 결과 시멘트와 교반하여 사용할 수 있는 성분이 있고, 입자의 크기가 작으면서도 균일하여 경량 구조물에 적합하게 사용될 수 있다.

본 발명의 일실시예로 상기 원자재 혼합물을 이용하는 것을 황토를 이용한 발포 세라믹 볼이라고 하며, 성분 비례표를 다음 표 3에 나타내었다.

1	원자재 혼합물 성분 비례	소재 이름	소재 B	소재 D	소재 A	소재 E	중량	밀도400kg/m³
		중량	598.50	100.00	300.00	1.50	1000	1000kg 원자재로 2.5m³ 생산
		비례	59.85%	10.00%	30.00%	0.15%	100.00%
		원자재의 주성분비례는 SiO2 50%-70%;Al2O3 14%-20%;Fe2O3 5%-10%； CaO+MgO 3%-7%;K2O+Na2O 1.5%-4%;유기질 1%-2%； 소실량 5%-10%

다른 실시예로 소재 C인 석탄회가 추가된 원자재 혼합물을 이용하는 것을 ash를 이용한 발포 세라믹 볼이라고 하며, 성분 비례표를 다음 표 4에 나타내었다.

2	원자재 혼합물 성분 비례	소재 이름	소재 B	소재D	소재C	소재A	소재F	중량	밀도400kg/m³
		중량	395.50	50.00	300.00	250.00	1.50	1000	1000kg 원자재로2.5m³ 생산
		비례	39.85%	5.00%	30.00%	25.00%	0.15%	100.00%
		원자재의 주성분비례는 SiO2 50%-70%;Al2O3 14%-20%;Fe2O3 5%-10%； CaO+MgO 3%-7%;K2O+Na2O 1.5%-4%;유기질 1%-2%； 소실량 5%-10%

상기 표 2에 따르면 Al₂O₃의 경우 0.6%일때는 18%까지 부족한 함량을 첨가해야 하며, SiO₂의 경우 89% 함량이 나와있는데, 63~70% 사이에 발포가 되기 때문에 발포제를 추가로 사용하였다. 일반적으로 발전소의 석탄회의 주성분은 SiO₂가 주성분인데, 60~89%까지 편차가 있었다. 이는 석탄의 원산지, 칼로리, 운전방법에 따라 차이가 있다.

이와 같이 상기 원자재는 용도에 맞게 적절히 선택하여 사용할 수 있으며, ash 또는 각종 산업폐기물을 이용한 경우 자원의 재활용이라는 측면에서 매우 유용하게 적용될 수 있다.

또한 100% 난연성과 내진, 내구성이 뛰어나며, 제올라이트와 같은 특성 성분이 포함되어 있어 항균작용과 휘발성 유기화합물 제거, 공기정화, 탈취, 제습효과까지 뛰어나며, 포름알데히드나 벤젠 등 기타 유해물질이 없는 제품을 생산할 수 있게 된다.

상기 원자재 혼합물은 원자재를 각각 또는 혼합하여 건조시킨 후 적정 크기로 분쇄되어 이루어진다. 여기에서 원자재 혼합물 중 석탄맥석 및 점토는 혼합하기 전에 노에 넣어 먼저 예열(150~200℃)로 건조한 후 분쇄하여 입도가 250메쉬 이하인 것만 선별하여 사용하며, 원자재 혼합물이 충분히 건조된 상태가 유지되도록 한다.

이러한 원자재 혼합물을 이용하여 볼 형상으로 성형이 완료되면, 상기 원자재 혼합물 볼에 소재 E(폐유리분말)를 1~5중량부 첨가하여, 상기 원자재 혼합물 볼에 소재 E를 코팅하게 된다. 여기에서 소재 E의 입도는, 200~250메쉬로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 소재 E를 적용함으로써 고온에서 기공의 생성을 가속화하고, 소결온도를 낮추며 강도를 높여주고 흡수율을 감소시키게 된다. 이에 의해 소재 E의 사용은 발포 세라믹 볼의 강도를 높이고 흡수율을 감소시키는 역할을 하게 된다.

상기 소재 E의 함량이 1중량부보다 낮거나 5중량부보다 높은 경우 기공이 형성되지 않고 균열이 발생하거나, 균일한 발포 형성이 제대로 되지 않게 된다.

이렇게 소재 E가 코팅된 원자재 혼합물 볼은 로터리 방식의 회전로에 투입되어 소정 온도 및 시간 동안 건조, 예열, 소결되어 발포 세라믹 볼을 완성하게 된다.

도 4는 본 발명의 발포 세라믹 볼을 제조하기 위한 장치에 관한 것으로서, 발포 세라믹 볼의 제조과정에 대해 보다 상세히 설명하고자 한다.

상기 원자재 혼합물은 적정한 크기로 파쇄기(1)를 통해 파쇄된 후 전자계량기(3)를 통하여 일정량 컨베어 벨트(4)를 이용하여 이송이 이루어지도록 한다. 이송된 원자재 혼합물은 믹스기(5)에서 최종 필요한 첨가물을 추가로 추가하여 배합할 수 있다.

여기서 첨가물은 원자재의 성분 분석 결과 부족한 성분이 있거나, 본 발명의 사용 용도, 제조 환경 등을 고려하여 투입될 수 있으며, 일반적으로 규산염, 발포제, 감수제 등이 해당될 수 있다.

혼합된 재료는 진동 계양기(8)를 통해 다시 한번 믹스되면서 뭉쳐진 재료를 롤분쇄기(9)로 분쇄한 후 창고(12)로 이송하게 된다.

이송된 재료는 믹스기(16)에 투입되어 물과 혼합하여 믹스 교반 후 체인지컨베어(18)를 통해 입자제조기(13)로 이송되게 된다.

상기 입자제조기(13)는 완제품 성능과 용도에 따라 직경 차이를 둘 수 있으며, 이는 건축 자재의 강도와 흡수율, 조밀도에 따라 응용하여 성능을 개선할 수 있도록 한다.

원형으로 만들어진 볼 반죽물에 소재 E(폐유리분말)를 1~5중량부 첨가하여, 상기 원자재 혼합물 볼에 소재 E를 코팅시킨 후, 진동 계양기(20)를 통해 창고로 이송되며, 직경이 2m 정도 되는 로터리 방식의 회전로(23)에서 건조하여 발포 세라믹 볼을 완성시킨다.

이때 예열온도 500~600℃, 예열시간 200~400분, 소결온도 900~1100℃, 보온시간 30~100분으로, 소결온도까지 온도 상승속도는 14~16℃/분으로 발포시키는 것이 바람직하며, 반죽된 재료가 회전로를 따라 골고루 열이 가해지면서 발포 작용을 한다.

상기 소재 E(폐유리분말)에 의해 화학반응이 70℃에서 반응하기 시작하여 회전로의 온도가 올라가는 동안 기포 형성이 적당히 생성되었으며, 800℃까지 도달하였을 때 볼의 조직과 형상이 완성되었다.

상기 발포 조건에서 크랙이 없으며, 균일한 기공이 생성되어 고강도, 고품질의 발포 세라믹 볼을 얻을 수 있었다. 상기 온도 상승속도보다 낮을 경우 기공이 무너질 수 있어 발포가 제대로 일어나지 않게 된다.

발포 세라믹 볼은 로울러체(26)에 의해 이물질 제거와 냉각기로 약 4시간 동안 열을 식혀 완제품을 만든다. 이렇게 제작된 발포 세라믹 볼은 발포 전 성형규격에 비해 250% 크게 발포되었으며, 평균 직경이 5~50mm로 관찰되었다.

도 3(a)는 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 ash를 이용한 발포 세라믹 볼 제품 사진을 나타낸 도이고, 도 3(b)는 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 황토를 이용한 발포 세라믹 볼 제품 사진을 나타낸 것이다.

이렇게 제조된 발포 세라믹 볼 30~40중량부, 시멘트 40~60중량부, 보조재 10~20중량부, 첨가제 0.5~5중량부를 혼합하여 발포 시멘트 페이스트를 제조한다.

상기 보조재는 석탄회, 황토, 모래, 토사 중 어느 하나 또는 이들을 둘 이상 혼합하여 사용한다. 특히, 패널의 사용 용도나 목적을 고려하여 상기 발포 세라믹 볼이 황토를 이용한 발포 세라믹 볼인 경우에는 상기 보조재는 황토, 모래, 토사 등을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 발포 세라믹 볼이 ash를 이용한 발포 세라믹 볼인 경우 석탄회나 산업폐기물 등을 사용하는 것이 바람직하나, 필요에 따라 이들 재료를 혼용하여 사용할 수도 있다.

상기 첨가제는 철망, 섬유, 발포제, 발포안정제, 강화제, 감수제 등이 건축 자재의 용도 및 사용처에 따라 적절한 양이 조절되어 사용될 수 있다.

다음 표 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발포 시멘트 페이스트에 대한 원자재 배합비를 나타낸 것이다.

원자재 배합 비례	원자재 이름	시멘트	발포세라믹볼	보조재	철망	섬유	발포제	발포안정제	강화제	감수제	건조밀도
	중량	350	220	100	5	1	1	2	20	1	700
	비례	50.00%	31.43%	14.29%	0.71%	0.14%	0.14%	0.29%	2.86%	0.14%	100%

또한, 상기 발포 시멘트 페이스트에는, 침투성 발수제가 0.5~3중량부 포함될 수 있으며, 제올라이트, 펄라이트, 질석 및 진주암 중 어느 하나 또는 둘 이상의 재료가 5~10 중량부 첨가되어 방수성, 항균작용과 휘발성 유기화합물 제거, 공기정화, 탈취, 제습효과, 포름알데히드나 벤젠 등 기타 유해물질이 없는 제품을 생산할 수 있게 된다.

여기에서 상기 시멘트는 콘크리트 용도에 적합한 물시멘트비가 조절된 시멘트를 사용하며, 콘크리트의 제조시에는 상기 발포 세라믹 볼, 보조재, 첨가제 등의 성분과 콘크리트 용도에 적합한 물시멘트비가 조절된 시멘트 페이스트를 제조하게 된다.

특히, 패널의 설치 장소, 사용 용도, 목적 예컨대 흡음, 단열, 차음, 경량 등에 따라 적절한 조성비로 과감하여 사용하며, 물시멘트비가 조절된 시멘트를 사용함으로써, 상기 발포 시멘트 페이스트가 유동성을 가지도록 배합한다.

이렇게 제조된 상기 발포 시멘트 페이스트를 패널 형틀 내부에 투입한다. 상기 형틀은 본 발명에 따른 패널의 설치 장소, 사용용도, 목적에 따라 적절한 형태로 제공되며, 상기 발포 시멘트 페이스트 적정량을 패널 형틀 내부에 투입한다.

그리고, 상기 발포 시멘트 페이스트를 경화시킨 후, 상기 패널 형틀을 제거한다. 콘크리트의 제조시에는 발포 시멘트 페이스트를 완전 경화시킨 후 양생 과정을 거치게 된다.

이와 같이 상기 발포 시멘트 페이스트를 완전 경화시키고, 패널 형틀을 제거하고, 필요에 의해 패널 표면을 그라인딩하여 제공함으로써, 본 발명에 따른 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조를 완료하게 된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 발포 세라믹 볼을 이용한 패널에 대한 제품 사진을 나타낸 것으로, 원하는 두께와 규격으로 재단하여 사용이 가능하다.

이와 같이 본 발명은 기존 자원을 활용(친환경 소재)하거나 산업 폐기물 등을 재활용하여 가공함으로써 경량의 고강도성을 가지는 발포 세라믹 볼을 제공하여, 벽재, 바닥재, 플랜트용 등 내외부용 건축 자재로 사용할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 발포 세라믹 볼의 경우 고온가공 처리함으로써 형상의 크기가 3배~5배 정도 발포됨으로써 경량화와 공극의 극대화로 단열 및 통기성이 우수해지고 미세하게 남을 수 있는 포름알데히드, 벤젠 등 유해 물질이 없는 인체 무해한 특성을 갖게 된다.

또한, 발포 세라믹 볼과 시멘트의 조합으로 기존 ALC 블럭의 성능과 원가대비 경량, 단열, 내화, 차단성 등이 우수하여 ALC 블럭의 단점을 획기적으로 보완할 수 있다.

또한, KS F ISO 5660-1 : 2008(도 6, 도 7), KS F 2271(도 6, 도 8), KS L 9016:2010(도 9), SPS-KCIC0001-0703:2015(도 10)등 시험의뢰 결과 1000℃ 이상 1시간 가열 후 파열이나 손상이 없으며, 비중이 일반 벽돌벽체의 3분의 1 수준으로 가볍고 시공성이 용이하며 구조적 안정성을 높은 특성을 가진다.

Claims

발포 세라믹 볼을 제조하는 단계;
상기 발포 세라믹 볼 30~40중량부, 시멘트 40~60중량부, 보조재 10~20중량부, 첨가제 0.5~5중량부를 혼합하여 발포 시멘트 페이스트를 제조하는 단계;
상기 발포 시멘트 페이스트를 패널 형틀 내부에 투입하는 단계; 및
상기 발포 시멘트 페이스트를 경화시킨 후, 상기 패널 형틀을 제거하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 발포 세라믹 볼은,
소재 A(진흙, 석탄맥석, 적니 및 점토) 20~40중량부, 소재 B(황토) 30~70중량부, 소재 D(석분) 3~15중량부 및 소재 F(과망산칼슘) 0.1~0.3중량부로 혼합되어, 볼 형상으로 형성된 원자재 혼합물에, 소재 E(폐유리분말) 1~5중량부를 첨가하여 발포하여 형성된 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 원자재 혼합물에는,
소재 C(석탄회 또는 산업폐기물) 20~40중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 제3단계의 소재 E의 입도는,
200~250메쉬인 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 발포는
예열온도 500~600℃, 예열시간 200~400분, 소결온도 900~1100℃, 보온시간 30~100분으로, 소결온도까지 온도 상승속도는 14~16℃/분의 조건 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 원자재 혼합물 중 석탄맥석 및 점토는,
혼합하기 전에 노에 넣어 예열로 건조한 후 분쇄하여 입도가 250메쉬 이하인 것만 선별하여 제공되는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 소재 A는,
진흙 65~75중량부, 석탄맥석 5~15중량부, 적니 5~10중량부 및 점토 13~16중량부인 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 발포 세라믹 볼은,
평균 직경이 5~50mm인 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 보조재는,
석탄회, 황토, 모래, 토사 중 어느 하나 또는 이들을 둘 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 발포 시멘트 페이스트에는,
침투성 발수제가 0.5~3중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 발포 시멘트 페이스트에는,
제올라이트, 펄라이트, 질석 및 진주암 중 어느 하나 또는 둘 이상의 재료가 5~10 중량부 첨가되는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널의 제조방법.
발포 세라믹 볼 30~40중량부, 시멘트 40~60중량부, 보조재 10~20중량부, 첨가제 0.5~5중량부를 혼합한 발포 시멘트 페이스트를 패널 형틀 내부에 투입 후 경화하여 제조되는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널.
제 12항에 있어서, 상기 발포 세라믹 볼은,
소재 A(진흙, 석탄맥석, 적니 및 점토) 20~40중량부, 소재 B(황토) 30~70중량부, 소재 D(석분) 3~15중량부 및 소재 F(과망산칼슘) 0.1~0.3중량부로 혼합되어, 볼 형상으로 형성된 원자재 혼합물에, 소재 E(폐유리분말) 1~5중량부를 첨가하여 발포하여 형성된 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널.
제 13항에 있어서, 상기 원자재 혼합물에는,
소재 C(석탄회 또는 산업폐기물) 20~40중량부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널.
제 13항에 있어서, 상기 제3단계의 소재 E의 입도는,
200~250메쉬인 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널.
제 13항에 있어서, 상기 발포는
예열온도 500~600℃, 예열시간 200~400분, 소결온도 900~1100℃, 보온시간 30~100분으로, 소결온도까지 온도 상승속도는 14~16℃/분의 조건 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널.
제 13항에 있어서, 상기 원자재 혼합물 중 석탄맥석 및 점토는,
혼합하기 전에 노에 넣어 예열로 건조한 후 분쇄하여 입도가 250메쉬 이하인 것만 선별하여 제공되는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널.
제 13항에 있어서, 상기 소재 A는,
진흙 65~75중량부, 석탄맥석 5~15중량부, 적니 5~10중량부 및 점토 13~16중량부인 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널.
제 12항에 있어서, 상기 발포 세라믹 볼은,
평균 직경이 5~50mm인 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널.
제 12항에 있어서, 상기 보조재는,
석탄회, 황토, 모래, 토사 중 어느 하나 또는 이들을 둘 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널.
제 12항에 있어서, 상기 발포 시멘트 페이스트에는,
침투성 발수제가 0.5~3중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널.
제 12항에 있어서, 상기 발포 시멘트 페이스트에는,
제올라이트, 펄라이트, 질석 및 진주암 중 어느 하나 또는 둘 이상의 재료가 5~10 중량부 첨가되는 것을 특징으로 하는 발포 세라믹 볼을 이용한 패널.