KR20210039158A - 왕겨 및 볏짚을 이용한 샌드위치 판넬용 단열재 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 왕겨, 볏짚 및 식물성 접착제를 포함하는 친환경적인 소재로 제조되는 샌드위치 판넬용 단열재로서 건조된 왕겨 및 볏짚과 식물성 접착제를 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 소금을 첨가하고 반죽하는 단계; 상기 반죽물을 단열재 형상으로 압축성형하는 단계; 상기 압축성형된 단열재를 스팀을 이용하여 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 단열재를 건조하는 단계;를 포함하여 단열재를 제조하여 화재에 대한 내구성이 높고 인체에 대한 유해성이 적은 샌드위치 판넬을 제공한다.
Description
본 발명은 왕겨 및 볏짚을 이용한 샌드위치 판넬용 단열재 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 이를 이용한 샌드위치 판넬에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.
일반적으로 샌드위치 판넬은 철판의 사이에 단열재를 넣어 철판이 감싸도록 형성하는 것으로 건축물의 시공에 사용하는 경우에는 공사시간을 절감하고, 시공비용을 절감할 수 있으며, 설치된 후에는 철판의 불연 및 방화성으로 인하여 건축자재로 널리 이용되고 있는 것이다.
이러한, 샌드위치 판넬은 단열재의 선택에 따라 강도와 화재에 대한 불연 및 방화성이 다양하게 나타남으로써 사용자의 선택에 따라 다양한 철판 및 단열재를 이용하여 샌드위치 판넬이 제작되고 있다.
예컨대, 샌드위치 판넬의 제작 시 가볍고 저렴한 가격으로 대량생산이 가능한 스치로폼을 단열재로 사용하여 제작하거나, 비싸지만 난연성능이 있는 우레탄을 단열재로 사용하거나, 우레탄보다 비싸지만 단열재로 인하여 화재가 확산되는 것을 방지하기 위하여 내화성이 높은 그라스울 또는 미네랄울을 단열재로 사용하여 샌드위치 판넬이 제작되고 있으며, 단열성, 경제성, 시공성, 위생성 등이 양호한 발포폴리스티로폼(EPS) 판넬이 거의 대부분을 차지하고 있다.
이러한 종래의 샌드위치 판넬은 상술한 스치로폼, 우레탄, 그라스울, 미네랄울 이외에도 샌드위치 판넬의 단열재를 사용자가 선택하여 단열재의 내화성을 더욱 높이도록 제작하여도 철판의 사이에 단열재가 넣어지는 샌드위치 판넬의 결합구조상의 특성에 의하여 건축물에 화재가 발생되는 경우에 단열재로 확산된 화재의 진화가 어려워 건축물의 화재를 신속하고 안전하게 진화하기 어려운 문제가 있었다.
더욱 구체적으로 발포폴리스티로폼을 심재로 사용한 발포폴리스티로폼(EPS) 판넬은 가볍고 저렴하며 전국 어디서나 생산 공장이 있으므로 공급이 원활한 반면, 화재가 발생하는 경우 철판사이에서 불이 확산되기 때문에, 옆 건물의 화재 확대를 방지하기 위한 조치만 가능할 뿐, 건물이 전소될 때까지 대책이 없을 정도로 열에 취약한 단점이 있다.
폴리우레탄을 심재로 사용한 폴리우레탄 판넬은 EPS 판넬보다 비싸지만, 그라스울 판넬보다는 저렴하고 난연성능이 있지만 무게가 무거운 것이 단점이다. 또한, 심재로 사용한 폴리우레탄은 단열성이 크고 공사현장에서 발포시공이 가능하며, 화학약품에 대해 안전하나, 시간의 경과에 따라 부피가 줄어들고 점차 열전도율이 높아지는 단점이 있다.
그라스울을 심재로 사용한 그라스울 판넬은 난연성능이 있으나 우선 비싸고 EPS 판넬 생산 공장보다 수가 적다. 더욱이, 그라스울은 무게가 상당히 무겁고, 국제암연구센터가 유리섬유를 발암물질로 분류하고 있고, 유리를 녹여 섬유형태로 만들어 사용하는 것으로서, 건물 시공 단계에서 작업자가 미세한 분진에 장시간 노출되는 단점이 있다.
상기와 같은 스티로폼, 우레탄, 유리질의 그라스울 등의 화학적 소재는 화재의 취약성과 환경적인 측면에서 후처리 문제를 가지고 있어 친환경적인 소재의 개발이 요구된다. 친환경 건축소재의 일 예로는 대한민국 특허등록번호 제10-1349312호에 개시되어 있다. 그러나, 이러한 종래의 친환경 건축소재는 폐 원료 중 천연펄프로 만들어지기 때문에 화재 등에 취약해질 수 있고, 물질의 상태 변화에 한계가 있기 때문에 건축소재로서의 적용 분야가 내장 마감재 등으로 제한될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 친환경적인 소재를 사용하여 샌드위치 판넬의 단열재를 구성하여, 화학적 소재의 화재에 대한 취약성 및 폐기 처리 시 환경 문제 등 후처리 문제를 개선한 샌드위치 판넬을 제공한다.
본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 샌드위치 판넬용 단열재로서, 왕겨, 볏짚 및 식물성 접착제를 포함하며, 상기 식물성 접착제는 천연풀 및 나무진액 중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 천연풀은 쌀풀, 찹쌀풀 및 녹말풀로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함하는 샌드위치 판넬용 단열재를 제공한다.
또한 상기 샌드위치 판넬용 단열재 전체 중량에 대하여, 상기 왕겨는 40 내지 60 중량%, 상기 볏짚은 30 내지 50 중량%, 상기 식물성 접착제는 1 내지 20 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 샌드위치 판넬용 단열재는 소금을 포함하는 첨가제를 더 포함하며, 상기 첨가제는 상기 샌드위치 판넬용 단열재의 100 중량 대비 0.1 내지 5 중량부 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 식물성 접착제는 천연풀 및 나무진액을 포함하며, 상기 천연풀과 나무진액은 3:7 내지 6:4 비율로 혼합하여 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 건조된 왕겨 및 볏짚과 식물성 접착제를 혼합하는 단계; 상기 혼합물에 소금을 첨가하고 반죽하는 단계; 상기 반죽물을 단열재 형상으로 압축성형하는 단계; 상기 압축성형된 단열재를 스팀을 이용하여 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 단열재를 건조하는 단계;를 포함하는 샌드위치 판넬용 단열재의 제조방법을 제공한다.
또한 상기 압축성형하는 단계는 단열재의 형상과 같은 틀에 상기 반죽물을 넣고 1 내지 5 kgf/cm2 압력으로 1 내지 24시간 동안 압축하는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 열처리하는 단계는 상기 압축성형된 단열재를 200 내지 300℃의 스팀을 이용하여 30분 내지 2시간 동안 열처리하는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 건조하는 단계는 상기 열처리된 단열재를 상온에서 12 내지 48시간 건조하는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 한 쌍의 금속 판넬; 및 상기 한 쌍의 금속 판넬 사이에 구비되는 상기 샌드위치 판넬용 단열재;를 포함하는 샌드위치 판넬을 제공한다.
본 발명은 친환경적 소재인 왕겨 및 볏짚을 이용하여 샌드위치 판넬용 단열재를 제조하고, 상기 단열재를 이용하여 화재에 대한 내구성이 높고 인체에 대한 유해성이 적은 샌드위치 판넬을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 샌드위치 판넬의 구성을 나타낸 것이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 샌드위치 판넬용 단열재는 왕겨, 볏짚, 식물성 접착제 및 첨가제를 포함하여 친환경적이며 단열성뿐만 아니라 화재에 대한 내구성 및 폐기 시 환경적인 측면에서도 우수한 효과를 제공한다.
상기 왕겨는 벼의 겉껍질로, 단열재의 주성분으로 첨가되어 다공성을 제공함으로써 단열 및 방음효과를 제공한다. 왕겨는 통왕겨를 사용하거나 적절한 크기로 분쇄한 것을 사용할 수 있다. 왕겨의 함량은 단열재 전체 중량에 대하여 40 내지 60 중량% 포함되며, 바람직하게는 45 내지 55 중량% 포함되는 것이 좋다. 왕겨가 40 중량% 미만으로 포함되는 경우 단열성이 현저하게 저하되고, 60 중량% 초과하여 포함될 경우 내구성이 떨어지는 문제가 있다.
상기 볏짚은 벼를 탈곡하고 남는 줄기와 잎부분으로, 단열재에 결속력을 제공하기 위하여 첨가된다. 볏짚은 적당한 길이로 절단된 것을 사용하고 바람직하게는 3cm 이하로 절단된 것을 사용하는 것이 좋다. 볏짚의 함량은 단열재 전체 중량에 대하여 30 내지 50 중량% 포함되며, 바람직하게는 35 내지 45 중량% 포함되는 것이 좋다. 볏짚이 50 중량% 초과하여 포함될 경우 내습성이 현저하게 떨어지는 문제가 있고, 30 중량% 미만으로 포함될 경우 결속력이 떨어져 단열재 형상 형성이 어려운 문제가 있다.
상기 식물성 접착제는 쌀풀, 찹쌀풀, 녹말풀 등 쌀가루, 찹쌀가루, 녹말가루, 및 글루텐을 포함하여 물과 혼합하여 만들어진 천연풀이나 송진, 고무나무 진액 등의 나무진액을 사용한다. 바람직하게는 천연풀과 나무진액을 혼합하여 사용하는 것이 내습성 향상 측면에서 좋다. 식물성 접착제의 함량은 단열재 전체 중량에 대하여 1 내지 20 중량% 포함되며, 바람직하게는 5 내지 15 중량% 포함되는 것이 좋다. 천연풀과 나무진액을 혼합하여 사용할 경우 3:7 내지 6:4 비율로 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
상기 첨가제는 상기 성분들의 결합력과 단열재 형상 유지 및 내구성을 향상시키기 위해 다양한 첨가제를 사용할 수 있으나, 본 발명의 일실시예에서는 소금을 첨가하는 것이 특징이다. 소금은 첨가되어 바인더 역할을 함으로써 단열재의 형상 유지 및 내구성이 증가되는 것을 확인하였다. 소금의 첨가량은 단열재의 100 중량 대비 0.1 내지 5 중량부 포함되는 것이 좋다. 상기 범위 미만에서는 단열재의 내구성이 떨어지며, 상기 범위를 초과할 경우 물성 향상 효과가 포화되어 바람직하지 않다.
본 발명의 일실시예에 따른 샌드위치 판넬용 단열재의 제조방법은 건조된 왕겨, 볏짚 및 식물성 접착제를 혼합하는 단계, 상기 혼합물에 소금을 첨가하고 반죽하는 단계, 상기 반죽물을 단열재 형상으로 압축성형하는 단계, 상기 압축성형된 단열재를 스팀을 이용하여 열처리하는 단계 및 상기 열처리된 단열재를 건조하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 식물성 접착제인 천연풀의 경우 찹쌀풀을 예로 들면, 찹쌀가루 80 중량부 내지 98 중량부, 녹말가루 1 내지 10 중량부, 글루텐 1 내지 10 중량부를 혼합하고 물 20 내지 100 중량부를 넣고 혼합하여 제조할 수 있다.
상기 혼합 및 반죽하는 단계는 전술한 왕겨, 볏짚 및 식물성 접착제의 조성으로 혼합한 다음, 충분히 혼합한 혼합물에 소금을 첨가하고 충분히 반죽하는 단계이다.
상기 압축성형, 열처리 및 건조하는 단계는 충분히 반죽된 반죽물을 단열재 형상으로 성형하는 단계로서, 상기 단열재의 형상은 제한되지 않으며, 일례로, 5~10cm 정도의 두께를 갖는 판 형태일 수 있다.
상기 압축성형은 단열재의 형상과 같은 틀에 상기 반죽물을 넣고 압축하여 결속력을 증가시켜 형상을 형성하는 단계이다. 압축성형하는 단계는 제한되지 않으나 1 내지 5 kgf/cm2 압력으로 1 내지 24시간 동안 압축할 수 있다.
상기 열처리 단계는 200 내지 300℃의 스팀을 이용하여 30분 내지 2시간 동안 열처리함으로써, 단열재에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 바람직하게는 230 내지 270℃의 스팀을 이용하여 50분 내지 80분 동안 열처리하는 것이 좋다.
상기 건조하는 단계는 열처리된 단열재를 상온(15 내지 25℃)에서 건조하는 단계로서 12 내지 48 시간 건조함으로써 내습성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 샌드위치 판넬용 단열재를 금속 판넬의 사이에 넣어 건축물의 시공에 사용할 수 있다. 한 쌍의 금속 판넬 사이에 단열재를 구비할 수 있으며, 도 1에 나타낸 것과 같이 적어도 1개 이상의 홈을 갖는 금속 판넬(11)과 평편한 금속 판넬(12) 사이에 본 발명에 따른 샌드위치 판넬용 단열재(20)를 구비하는 경우 수직 강도가 향상되어 좋다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
건조된 왕겨 200g 및 길이 5cm 이하로 절단된 볏짚 160g 과 찹쌀풀 40g 을 충분히 혼합한 후 이 혼합물에 소금 12g을 넣고 충분히 반죽을 하였다. 그 후 상기 반죽물을 30cmㅧ30cmㅧ7cm 판 형상의 성형틀에 넣은 후 3kgf/cm2 의 압력을 10시간동안 가하여 압축성형하였다. 이 후 250℃ 스팀을 이용하여 1시간 열처리하고, 상온에서 24시간 건조시켰다.
실시예 2
상기 실시예 1에서, 찹쌀풀 40g 대신에 찹쌀풀 16g 및 고무나무 진액 24g 을 혼합한 식물성 접착제를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서, 소금을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서, 열처리를 스팀 대신에 오븐에서 150℃로 열처리한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서, 볏짚을 첨가하지 않고 건조된 왕겨를 360g 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
비교예 4
상기 실시예 1에서, 왕겨를 첨가하지 않고 볏짚을 360g 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 단열재를 금속 판넬(30cmㅧ30cmㅧ1cm) 사이에 넣어 샌드위치 판넬을 제조한 후 일면의 금속 판넬에 가스노즐을 이용한 화염방사 시험을 하고 온도를 측정하여 형태를 유지하는 시간과 온도 및 화염방사하지 않은 금속 판넬 이면의 온도를 측정하여 단열성을 확인하고 이를 표 1에 기재하였다. 또한 내습성을 평가하기 위해 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 단열재를 습도 100% 환경에 30분 노출시킨 후 초기 무게 대비 무게 증가율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 강도는 유니버셜 테스팅 기계(Universal Testing Machine)로 측정하였으며 실시예 1을 100으로 하였을 때의 상대적 값으로 기록하였다.
| 구분 | 외관 | 내열성 및 단열성 | 내습성 | 강도 | ||
| 내열온도 (℃) |
이면온도 (℃) |
지속시간 (hr) |
무게 증가율 (%) |
인장강도 | ||
| 실시예 1 | 우수 | 1200 | 60 | 1.2 | 5 | 100 |
| 실시예 2 | 우수 | 1200 | 50 | 1.3 | 3 | 99 |
| 비교예 1 | 우수 | 1100 | 80 | 0.5 | 6 | 79 |
| 비교예 2 | 불량 (균열) |
1200 | 150 | 0.2 | 10 | 80 |
| 비교예 3 | 불량 (부서짐) |
1200 | 250 | 0.1 | 18 | 77 |
| 비교예 4 | 보통 | 1000 | 170 | 1.0 | 14 | 71 |
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- 샌드위치 판넬용 단열재로서,
왕겨, 볏짚 및 식물성 접착제를 포함하며,
상기 식물성 접착제는 천연풀 및 나무진액 중 어느 하나 이상을 포함하고,
상기 천연풀은 쌀풀, 찹쌀풀 및 녹말풀로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함하는 샌드위치 판넬용 단열재.
- 제1항에 있어서,
상기 샌드위치 판넬용 단열재 전체 중량에 대하여,
상기 왕겨는 40 내지 60 중량%,
상기 볏짚은 30 내지 50 중량%,
상기 식물성 접착제는 1 내지 20 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 단열재.
- 제1항에 있어서,
상기 샌드위치 판넬용 단열재는 소금을 포함하는 첨가제를 더 포함하며,
상기 첨가제는 상기 샌드위치 판넬용 단열재의 100 중량 대비 0.1 내지 5 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 단열재.
- 제1항에 있어서,
상기 식물성 접착제는 천연풀 및 나무진액을 포함하며,
상기 천연풀과 나무진액은 3:7 내지 6:4 비율로 혼합하여 포함되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 단열재.
- 건조된 왕겨 및 볏짚과 식물성 접착제를 혼합하는 단계;
상기 혼합물에 소금을 첨가하고 반죽하는 단계;
상기 반죽물을 단열재 형상으로 압축성형하는 단계;
상기 압축성형된 단열재를 스팀을 이용하여 열처리하는 단계; 및
상기 열처리된 단열재를 건조하는 단계;를 포함하는 샌드위치 판넬용 단열재의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 압축성형하는 단계는 단열재의 형상과 같은 틀에 상기 반죽물을 넣고 1 내지 5 kgf/cm2 압력으로 1 내지 24시간 동안 압축하는 단계인 것을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 단열재의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 열처리하는 단계는 상기 압축성형된 단열재를 200 내지 300℃의 스팀을 이용하여 30분 내지 2시간 동안 열처리하는 단계인 것을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 단열재의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 건조하는 단계는 상기 열처리된 단열재를 상온에서 12 내지 48시간 건조하는 단계인 것을 특징으로 하는 샌드위치 판넬용 단열재의 제조방법.
- 한 쌍의 금속 판넬; 및
상기 한 쌍의 금속 판넬 사이에 구비되는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 샌드위치 판넬용 단열재;를 포함하는 샌드위치 판넬.
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