KR20210132930A - 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수집된 폐유리섬유에서 불순물을 제거하는 세척공정(S10); 불순물과 수분이 제거된 폐유리섬유를 일정 규격 이하의 크기로 절단 및 유리섬유조직을 개질시켜 섬유상조직을 복원시키는 개질공정(S20); 개질공정이 완료된 폐유리섬유를 고온상태에서 액상으로 만들기 위해 준비된 용융도가니에 개질된 폐유리섬유를 충진시키는 폐유리섬유 충진공정(S30); 금속열처리가 끝난 가열로의 내부 잔열을 체크하여 적정 온도가 유지되는지 여부를 확인하는 가열로 온도 확인공정(S40); 가열로 내부 온도가 설정된 온도범위에 도달할 경우 폐유리섬유가 충진된 용융도가니를 가열로 내부로 투입하여 폐유리섬유를 액상화시키는 폐유리섬유 용융공정(S50); 일정시간 경과 후 가열로에 투입된 용융도가니를 인출하여 폐유리섬유의 액상물에 무기충전제와 경화제를 일정 비율로 혼합한 후에 주형에 붓고 상기 용융공정에 이용되는 가열로의 내부 온도보다 낮은 가열로에 다시 투입하여 일정 형상의 블럭이 성형되도록 노내에서 냉각시키는 블럭성형 및 노냉공정(S60); 노냉공정이 완료된 후 가열로에서 인출된 주형에서 폐유리섬유블럭을 분리하여 표면 마감처리를 수행하는 후처리공정(S70);을 포함하여 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법{Manufacturing method of construction block using used glass fiber}

본 발명은 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 열처리용 가열로의 잔열을 이용하여 준비된 폐유리섬유를 용융시켜 주형에 부어 일정시간 냉각시켜 제조되는 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법에 관한 것이다.

유리섬유는 높은 내열성을 가지며, 흡수성이 적고 쉽게 부식되지 않으며, 인장강도와 전기 절연성 등이 커서 전기 절연재료로 사용되거나 건축용 보온 및 보냉재나 흡음 및 방음재 등에 많이 이용된다.

이러한 유리섬유의 다양한 특장점으로 인해 그 사용범위가 매우 넓어 여러 산업분야에 이용되고 있지만, 가공과정 및 사용 후 발생되는 폐유리섬유는 재활용이 어려워 전량 폐기되는 것이 일반적이다.

하지만, 폐유리섬유를 폐기하는 경우 환경 오염문제가 발생되고 자연 분해되는데 수많은 시간이 소요되기 때문에 사용 후 버려지는 폐유리섬유의 재활용에 대한 기술개발이 요원한 상태이다.

이러한 폐유리의 재활용에 대한 필요성에 따라 폐기되는 유리섬유를 재활용할 수 있는 방안으로 여러 특허출원이 이루어지고 있다.

그 일 실시예로, 특허등록 제295418호의 ‘유리섬유 파사를 이용한 보강섬유 제조방법 및 구성'에는 유리섬유 파사를 일정 길이로 절단 칩을 보직포상에 쌓은 후에 바늘을 통과시켜 부직포의 실이 유리섬유 파사를 깁어 보강섬유를 제조하도록 하는 방법에 제시되어 있다.

또 다른 일 실시예로, 특허등록 제0736745호의 ‘폐 유리섬유의 재활용을 통한 건축용 패널 제조방법’에는 폐유리섬유를 절단하는 폐유리섬유의 커팅 단계, 열경화성수지, 무기충진제와 경화제, 이형제를 배합하는 폴리에스터 수지의 배합 단계, 그리고 폐유리섬유와 폴리에스터 수지를 투롤믹서(Tworoll-mixer)에서 압착하여 웨팅(wetting)하는 유리섬유와 폴리에스터 수지의 웨팅(wetting) 단계, 반경화된 시트(sheet)를 금형으로 옮겨 성형하는 유리섬유 매트의 압축성형 단계;로 이루어지는 건축용 패널을 제조하는 방법을 제시하고 있다.

또 다른 종래의 일 실시예로, 특허등록 제10-1963201호의 ‘폐유리섬유를 이용한 재활용 방법과 그 장치’는 폐유리섬유를 공급하여 고속회전하는 회전체의 외경에 형성한 분리돌기를 통하여 찢어지도록 한 후 배출하여 포집탱크에 적층시키고 이를 다시 바이브레이션으로 원하는 폭과 두께를 갖도록 공급하는 과정에서 일정한 크기로 절단하여 제품을 성형하기 위한 금형에 공급하여 다양한 FRP 제품을 성형할 수 있도록 하는 폐유리섬유를 이용한 재활용 방법과 그 장치를 제공하고 있다.

이와 같이, 다양한 형태 및 방법으로 폐유리섬유를 재활용하기 위한 방법이나 장치들이 다수 안출되고 있지만, 대부분의 종래 폐유리섬유 재활용장치 및 방법은 장치의 구성이 복잡하고 방법이 대체로 까다로워 폐유리섬유 재활용설비를 구축하는데 많은 경제적 비용이 소요되는 단점과, 생산된 제품의 제한된 활용으로 그 이용성이 촉진되지 못하는 문제점을 가지고 있었다.

- 특허등록 제10-295418호(2001.04.27) - 특허등록 제10-0736745호(2007.07.02) - 특허등록 제10-1963201호(2019.03.22)

본 발명은 종래의 폐유리섬유의 재활용시 발생된 문제점을 개선하기 위한 것으로, 폐유리섬유의 원활한 재활용이 가능하도록 함은 물론 간단한 방법으로 폐유리섬유의 재활용성을 높일 수 있도록 하고, 재활용에 필요한 설비구축에 경제적 비용부담이 크게 발생되지 않도록 하는 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법을 제공하기 위함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법은 수집된 폐유리섬유에서 불순물을 제거하는 세척공정; 불순물과 수분이 제거된 폐유리섬유를 일정 규격 이하의 크기로 절단 및 유리섬유조직을 개질시켜 섬유상조직을 복원시키는 개질공정; 개질공정이 완료된 폐유리섬유를 고온상태에서 액상으로 만들기 위해 준비된 용융도가니에 개질된 폐유리섬유를 충진시키는 폐유리섬유 충진공정; 금속열처리가 끝난 가열로의 내부 잔열을 체크하여 적정 온도가 유지되는지 여부를 확인하는 가열로 온도 확인공정; 가열로 내부 온도가 설정된 온도범위에 도달할 경우 폐유리섬유가 충진된 용융도가니를 가열로 내부로 투입하여 폐유리섬유를 액상화시키는 폐유리섬유 용융공정; 일정시간 경과 후 가열로에 투입된 용융도가니를 인출하여 폐유리섬유의 액상물에 무기충전제와 경화제를 일정 비율로 혼합한 후에 주형에 붓고 상기 용융공정에 이용되는 가열로의 내부 온도보다 낮은 가열로에 다시 투입하여 일정 형상의 블럭이 성형되도록 노내에서 냉각시키는 블럭성형 및 노냉공정; 노냉공정이 완료된 후 가열로에서 인출된 주형에서 폐유리섬유블럭을 분리하여 표면 마감처리를 수행하는 후처리공정;을 포함하여 이루어진다.

특히, 상기 폐유리섬유 용융공정에 이용되는 가열로의 내부 잔열 온도 및 시간은 750~800℃에서 12~13시간 유지되고, 상기 블럭성형 및 노냉공정은 4~5시간 유지되도록 구성되어 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭을 제조할 수 있도록 구성된다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법은 금속 열처리가 끝난 가열로의 잔열을 이용하여 수집된 폐유리섬유를 용융화시킨 후에 용융상태의 폐유리섬유를 블럭형성의 주형에 충진시킨 후에 노냉시켜 일정한 크기와 형상의 폐유리섬유 블럭을 제조할 수 있어 별도의 가공설비를 구축하지 않고 폐유리섬유의 재활용이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법을 플로우 차트로 도시한 공정도,
도 2는 전처리 과정을 거친 폐유리섬유가 용융도가니에 충진된 상태도,
도 3은 폐유리섬유가 충진된 용융도가니가 가열로 내부로 투입하는 상태도이다.

본 발명에 따른 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법은 유리섬유제품을 제조하는 과정에서 발생되는 짜투리와 사용 후 폐기되는 폐유리섬유를 수거하여 일정한 준비공정을 거친 후에 금속 열처리 후 잔열이 남아 있는 가열로를 이용하여 폐유리섬유를 용융화시킨 후에 용융상태의 폐유리섬유를 미리 제작된 블럭형상의 주형에 충진시켜 잔열이 남아 있는 가열로에 재 투입하여 노냉시킨 후 일정한 형상의 폐유리섬유 블럭을 얻을 수 있는 제조방법을 제공한다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법은 수집된 폐유리섬유에서 불순물을 제거하는 세척공정과, 불순물과 수분이 제거된 폐유리섬유를 일정 규격 이하의 크기로 절단 및 유리섬유조직을 개질시켜 섬유상조직을 복원시키는 개질공정과, 금속열처리가 끝난 가열로의 내부 잔열을 체크하여 적정 온도가 유지되는지 여부를 확인하는 가열로 온도 확인공정과, 개질된 폐유리섬유를 준비된 용융도가니에 충진한 후에 적정 온도가 유지되는 가열로 내부로 투입하여 폐유리섬유를 액상화시키는 폐유리섬유 용융공정과, 일정시간 경과 후 가열로에 투입된 용융도가니를 인출하여 폐유리섬유 액상물에 무기충전제와 경화제를 일정 비율로 혼합한 후에 블럭형상으로 이루어진 주형에 붓고 상기 용융공정에 이용되는 가열로의 내부 온도보다 낮은 가열로에 다시 투입하여 일정시간 노내에서 냉각시키는 노냉공정과, 노냉공정이 완료된 후 가열로에서 인출된 주형에서 폐유리섬유블럭을 분리하여 표면 마감처리를 수행하는 후처리공정;을 포함하여 이루어진다.

특히, 상기 폐유리섬유 용융공정에 이용되는 가열로의 내부 잔열 온도 및 시간은 750~800℃에서 12~13시간 유지되도록 구성되고, 상기 노냉공정은 4~5시간 유지되도록 구성되는 특징을 갖는다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 용어는 본 발명의 구성에 대한 기능이나 공정을 고려하여 당업계에서 일반적으로 사용되는 용어 및 출원인이 임의로 선정한 용어를 사용했으며, 이 경우 그 용어가 가지는 의미는 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의된다.

또한, 본 발명의 상세한 설명에 사용되는 용어 중 ‘금속 가열로’는 금속재료의 열처리공정에 사용되는 SUS 가열로를 의미한다.

또한, 본 발명의 상세한 설명에 사용되는 용어 중 ‘폐유리섬유’는 재료의 성분 구성 중 SiO₂ 성분이 전체 50~60％ 이상을 차지하는 것으로, 유리섬유를 이용한 제품화 단계에서 배출되는 잔여 유리섬유 뿐만 아니라 특정 용도의 제품의 사용 된 후 폐기되는 유리섬유를 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 상세한 설명 가운데에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 ‘포함’한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

그리고, 본 발명의 상세한 설명에 이용되는 장치 및 용어 중 당업계에서 일반적으로 널리 사용되거나 당업자의 통상의 지식 수준에서 공지된 기술로부터 용이하게 안출할 수 있는 기술구성에 대한 구체적인 기능이나 동작 설명은 가급적 생략하고 본 발명의 특징부 위주로 설명한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명의 실시예에 따른 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법에 대한 구체적인 공정을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법에 대한 전체 공정이 플로우차트로 간략하게 도시되어 있고, 도 2는 폐유리섬유가 용융도가니에 충진된 상태도, 도 3은 폐유리섬유가 충진된 용융도가니가 가열로 내부로 투입되는 상태도를 각각 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 폐유리섬유를 활용한 건축용 블럭의 제조방법은 폐유리섬유를 이용한 다양한 제품들에서 수집된 폐유리섬유를 한 곳으로 모아서 제품 성형시 사용된 각종 첨가제 및 경화제 등을 제거하고 다양한 형태의 불순물을 제거하는 전처리 공정으로 세척공정(S10)을 수행한다.

상기 세척공정(S10)은 단순한 수세식 세척 뿐만 아니라 다양한 제품으로 성형되어 사용된 유리서윰제품에 포함되어 있는 바인더 등의 불순물을 화학적 또는 물리적으로 제거하는 공정을 포함하여 이루어진다.

이와 같이, 각종 불순물 제거와 오물을 제거하는 세척공정(S1)이 완료한 후 유리섬유에 포함된 수분을 제거하기 위한 건조과정을 수행한다.

상기 건조과정은 자연건조 뿐만 아니라 열풍을 이용한 기계식 건조 및 본 발명이 이용되는 금속 열처리용 가열로의 잔열을 이용한 열풍 건조 등을 통해 폐유리섬유에 포함된 수분을 완전히 제거하는 공정을 수행한다.

그 다음으로, 수분이 제거된 폐유리섬유를 재활용하기 용이하도록 일정크기 이하로 절단하는 절단공정을 수행하고, 절단된 폐유리섬유에 포함된 각종 불순물이나 이물질을 제거하여 폐유리섬유의 섬유상 조직을 복원 또는 해면시키는 개질공정(S20)을 수행하게 된다.

상기 개질공정(S20)을 통해 폐유리섬유의 섬유상 조직을 일정기준 이상으로 복원 시킨 후에 폐유리섬유를 액상의 용융상태로 만들기 위해 개질된 폐유리섬유(10)를 도 2에 도시된 바와 같이 준비된 용융도가니(20)에 충진시키는 폐유리섬유 충진공정(S30)이 수행된다.

일정한 용적을 갖는 용융도가니(20)에 충진된 폐유리섬유(10)의 액상물을 최대한 많이 획득할 수 있도록 용융도가니(20)에 충진되는 폐유리섬유(10)는 가능한 최대의 밀도가 유지되도록 충진시키는 것이 더욱 바람직하다.

이와 같이, 폐유리섬유(10)가 고밀도로 충진된 용융도가니(20)는 금속 열처리에 사용된 가열로 내부로 투입하기 위해 가열로의 온도를 맞추는 것이 중요하다.

통상 유리섬유는 750℃ 이상에서 액상으로 녹기 때문에 가열로를 이용하여 폐유리섬유를 액상으로 만들기 위해 가열로 내부의 온도가 일정한 기준 온도로 유지되어야 한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 금속 열처리가 끝난 가열로의 내부온도가 750~800℃가 유지되는 상태를 적정온도로 설정하여 설정된 온도까지 가열로 내부 온도가 하강되는 것을 수시로 확인하는 가열로 온도 확인공정(S40)이 필요하다.

물론, 상기 가열로 온도 확인공정(S40)은 작업자가 수시로 가열로 내부 온도를 체크할 수 있지만, 작업의 효율성을 높이기 위해 가열로의 내부에 설치된 온도계의 온도정보가 가열로의 외부에 설치된 별도의 디스플레이부에 실시간 표시되도록 하여 설정된 범위 최고온도에 도달할 경우 알람신호가 발생되도록 하여 알람신호 발생시 작업자는 폐유리섬유가 충진된 용융도가니를 가열로 내부로 투입할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 3에 도시된 바와 같이, 폐유리섬유가 충진된 용융도가니(20)를 750~800℃ 온도가 유지되는 가열로(30) 내부로 투입하여 가열로(30) 내부에서 대략 12~13시간 정도 유치시키게 되면, 상기 폐유리섬유는 액상으로 상변환되는 용융공정(S50)이 수행된다.

상기 용융공정(S50)을 통해 액상으로 변한 폐유리섬유를 가열로에서 인출한 후에 폐유리섬유의 액상물에 무기충전제와 경화제를 일정 비율로 혼합한다.

이와 같이, 액상의 무기충전제와 경화제가 혼합된 폐유리섬유 액상물을 건축용 블럭으로 제작하기 위해 준비된 주형에 붓고 상기 용융공정(S50)에 이용된 가열로의 내부 온도보다 낮은 가열로에 다시 투입하여 일정 형상의 블럭이 성형되도록 노내에서 서서히 냉각시키면서 블럭을 성형하는 블럭성형 및 노냉공정(S60)이 이루어지게 된다.

상기 노냉공정(S60)은 온도가 서서히 떨어지는 가열로 내에서 주형에 채워진 액상의 폐유리섬유가 4~5시간 유지되면서 블럭 성형이 이루어지도록 하는 것으로, 노냉공정이 완료된 후에 가열로에서 주형을 인출하여 주형을 분리하여 일정한 블럭 형상으로 성형된 폐유리섬유 블럭을 분리한 후에 표면 마감처리를 수행하는 후처리공정(S70)을 수행함으로써 본 발명의 실시예에 따른 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 성형이 완료된다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법은 비교적 폐유리섬유의 재활용 방법이 단순하고, 특별한 제조장치를 다수 구비해야 하는 종래에 비해 막대한 비용 투자 없이 금속열처리에 사용된 가열로의 잔열을 이용하여 원하는 형태의 건축용 블럭을 손쉽게 제조할 수 있도록 한다.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 일 실시예 위주로 간략한 설명을 하였으나, 당업자는 본원발명의 기술범위 이내에서 다양한 방법으로 변형 실시하여 원하는 형태의 건축용 블럭을 제조할 수 있을 것이다.

10 : 폐유리섬유
20 : 용융도가니
30 : 가열로

Claims (2)

1. 수집된 폐유리섬유에서 불순물을 제거하는 세척공정(S10);
   불순물과 수분이 제거된 폐유리섬유를 일정 규격 이하의 크기로 절단 및 유리섬유조직을 개질시켜 섬유상조직을 복원시키는 개질공정(S20);
   개질공정이 완료된 폐유리섬유를 고온상태에서 액상으로 만들기 위해 준비된 용융도가니에 개질된 폐유리섬유를 충진시키는 폐유리섬유 충진공정(S30);
   금속열처리가 끝난 가열로의 내부 잔열을 체크하여 적정 온도가 유지되는지 여부를 확인하는 가열로 온도 확인공정(S40);
   가열로 내부 온도가 설정된 온도범위에 도달할 경우 폐유리섬유가 충진된 용융도가니를 가열로 내부로 투입하여 폐유리섬유를 액상화시키는 폐유리섬유 용융공정(S50);
   일정시간 경과 후 가열로에 투입된 용융도가니를 인출하여 폐유리섬유의 액상물에 무기충전제와 경화제를 일정 비율로 혼합한 후에 주형에 붓고 상기 용융공정에 이용되는 가열로의 내부 온도보다 낮은 가열로에 다시 투입하여 일정 형상의 블럭이 성형되도록 노내에서 냉각시키는 블럭성형 및 노냉공정(S60);
   노냉공정이 완료된 후 가열로에서 인출된 주형에서 폐유리섬유블럭을 분리하여 표면 마감처리를 수행하는 후처리공정(S70);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 폐유리섬유 용융공정(S50)에 이용되는 가열로의 내부 잔열 온도 및 시간은 750~800℃에서 12~13시간 유지되고,
   상기 블럭성형 및 노냉공정(S60)은 4~5시간 유지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 폐유리섬유를 재활용한 건축용 블럭의 제조방법.

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