KR950000694B1 - 경량의 단열판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
경량의 단열판 및 그 제조 방법
[발명의 상세한 설명]
[발명의 분야]
본 발명은 단열판 및 석면없이 포틀랜드 시멘트와 섬유 및 충전재로 단열판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
[발명의 배경]
일반적인 조건의 대기중에서 또는 증기압하에서 경화되는 충전재, 보강 섬유재료 및 규산 칼슘을 함유하는 수경(水更)성 결합제의 수성(水性) 현탁액으로 경량 단열판을 제조하는 것이 공지되어 있다. 상기 방법에 있어서, 결합제의 성분, 즉, 규산 칼슘 또는 수화된 석회는 공지된 규산 칼슘 수화물 구조물을 형성하도록 실리카 및 물과 반응해야 한다. 응고 결합제의 구조는 반응 상태하에서 실제로 반응할 수 있는 수화된 석회 및 규소의 상대적 비율에 따라 달라지게 된다. 생성물의 특성은 수성 현탁액에 부가되는 보강 섬유재료에 따라 더 달라진다. 석면은 이러한 목적에 유용하다는 것이 증명됐다. 그러나, 환경 보호 문제로 인해 석면 섬유들의 사용을 금할 필요가 생겼다.
그 동안에, 매우 많은 소위 석면 없는 제품들이 개발되어 판매되어 왔다. 그러나, 이 생성물들은 석면을 함유하는 생성물 이상의 상당한 단점들을 지니는데, 이는 어떤 바람직한 특성이 희생돼야만 다른 바람직한 특성이 성취될 수 있기 때문이다. 따라서, 이것은 석면 함유 생성물의 유용성과 비교하여 석면이 없는 생성물의 일반적인 유용성을 제한한다.
석면 섬유를 사용하는 하나의 대표적인 분야는 특히 높은 내열성을 지니는 경량의 단열판이다. 석면 섬유들을 셀룰로스 섬유 및/또는 유기 섬유 및/또는 내알칼리성 유리섬유로 대체함으로써 경량의 단열판이 제조될 수 있다는 것이 알려졌다. 그러나, 이들 생성물은 기계적 성질이 좋지 못하며 난연성이 덜하다. 또한, 그것들은 DIN 53436에 따른 유독성 시험의 조건을 충족할 수 없는데, 이는 고온에서 유독 가스가 생성될 수 있기 때문이다.
난연성 단열판에 대한 충전재로서 운모가 유용한 것으로 입증되었는데 운모는 필요한 경우에 가벼운 충전재, 발포성 퍼얼라이트(expanded perlite) 또는 고온 건조된(puffed) 점토와 함께 사용되었다. 영국 특허 제 1,498,966호를 참고하라. 상기 특허 명세서에는 결합제로서 수경성 규산 칼슘 결합제, 포틀랜드 시멘트, 알루미나 시멘트, 용광로 용재(blast furnace slag) 시멘트가 언급됐다. 그러므로, 사용된 결합제들은 가압 상태하에서만 응고하게 되는 수경성 결합제 또는 보통 온도에서 물로 응고하는 결합제이다.
실온에서 응고되는 결합제는 기계적 성질이 좋지 못한데 특히, 오토클래이브(autoclave) 상태하에서 경화됐던 결합제보다 방수성이 떨어지고 굴곡강도도 좋지 못하다고 알려져 있다.
그러므로, 실제로 석면이 없는 난연성의 가벼운 단열판은 특히 오토클래이브내에서 토버모리트(tobermorite) 구조가 형성된 경화된 생성물로부터 만들어졌다. 그러므로, 지금까지는 이들 결합제의 규산 칼슘 구조물은 열적으로 인정할뿐 아니라 기계적 하중을 견디는 생성물을 얻는데 필수적 선행조건으로 생각되어왔다.
그러나, 오토클래이브내에서 응고시켜야하는 경우는 다음과 같은 상당한 단점을 지닌다.
1. 오토클래이브에서 경화시키는데는 에너지가 매우 많이 소모되며 심지어 사용된 원료비의 10% 이상의 비용이 들 수 있다. 보강 섬유재료로서, 단지 셀룰로스 및 매우 비싼 몇몇 유기 섬유만이 사용될 수 있으며 오토클래이브의 온도 및 알칼리성 조건하에서 유리섬유는 물론 대부분의 유기 섬유들이 파괴된다.
2. 고온 고압 상태하에서, 예를들어, 수정같은 유리된 결정성 이산화 규소가 존재하는 경우에만 결정성 토버모리트 구조가 형성될 수 있다. 심지어 이상적인 상태하에서도 반응하지 않은 이산화 규소가 최종 생성물내에 어느 정도 남게 된다. 그러나, 수정 가루가 사람의 건강에 해롭기 때문에, 행정적인 규정은 단지 최소량의 결정성 수정이 최종 생성물에 존재할 것을 요구한다. 그러나, 예를들어 비정질 실리카, 분진 등과 같은 다른 이산화 규소원료가 사용될 때, 최종 생성물의 고온에서의 열적 안정성은 상당히 감소된다.
[본 발명의 요약]
따라서, 본 발명의 목적은 포틀랜드 시멘트, 섬유 및 충전재를 포함하며 최종 생성물내에 석면 및 유리상 이산화 규소를 지니지 않았으며 보통 온도에서 이미 물에 의해 응고된, 즉, 오토클래이브내에서 과열증기를 사용하여 경화시킬 필요가 없는 경량의 단열판을 만드는 것이다. 또한, 생성물은 기계적 성질, 난연성 및 유독성에 관한 국가적 표준에 적합한다. 최종적으로, 원자재 및 처리하는데 드는 비용면에 있어서 새로운 생성물은 이미 판매되고 있는 상품들과 경쟁할 수 있을만큼 경제적이다.
집중적이고 값비싼 연구의 결과로써, 정확하고도 서로 잘 조절된 양만큼의 포틀랜드 시멘트, 섬유 및 충전재, 이외의 약 8 내지 25%, 바람직하게는 약 10 내지 18중량%의 수화된 석회를 사용함으로써 의외의 간단한 방법으로 상기한 목적을 달성할 수 있다는 것을 발견하였다.
[바람직한 실시예의 상세한 설명]
본 발명은 a) 50-75wt%의 시멘트, b) 0-5wt%의 셀룰로스 섬유, c) 0.5-4wt%이 내알칼리성 섬유재료, d) 5-20wt%의 운모, e) 5-20wt%의 가벼운 충전재, f) 8-25wt%의 수화된 석회로 구성된, 포트랜드 시멘트, 섬유 및 충전재로 이루어진 경량의 단열판에 관한 것이다.
단열판이, a) 55-65wt%의 수경성 포틀랜드 시멘트, b) 2-4wt%의 셀룰로스 섬유, c) 0.8-1.5wt%의 내알칼리성 섬유재료, d) 10-15wt%의 운모, e) 8-18wt%의 가벼운 충전재, f) 10-18wt%의 수화된 석회를 포함하는 경우 특히 양호한 결과를 이룰 수 있다.
내알칼리성 섬유재료로서, 바람직하게, 0.8-2wt%의 폴리비닐 알콜(PVA) 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 폴리아미드가 사용될 수 있으며, 또는 내알칼리성이 되도록 피복된 1-4wt%의 유리섬유들 및 그 혼합물이 사용된다.
가벼운 충전재로서, 발포성 퍼얼라이트, 고온 건조된 점토, 구형 조노트라이트(xonotlite) 혼합제 및 분쇄된 발포성 콘크리트 또는 그 혼합물이 유용하다는 것으로 입증되었다.
본 발명에 따른 단열판을 제조하는 방법은, 많은 량의 물내에서 a) 50-75wt%, 바람직하게는 55-65wt%의 시멘트, b) 0-5wt%, 바람직하게는 2-4wt%의 셀룰로스 섬유, c) 0.5-4wt%, 바람직하게는 0.8-1.5wt%의 내알칼리성 섬유재료, d) 5-20wt%, 바람직하게는 10-15wt%의 운모, e) 5-20wt%, 바람직하게는 8-18wt%의 가벼운 충전재, f) 8-25wt%, 바람직하게는 10-18wt%의 수화된 석회를 혼합하고, 판을 성형하는 동안에 현탁액으로부터 공지된 방법으로 여분의 물을 분리시키고, 혼합물을 습기있는 대기상태에서 최소한 15일동안, 바람직하게는 28일동안 응고되도록 놔두므로써 수행된다.
현탁액을 판으로 성형하는 것과 현탁액으로부터 여분의 물을 분리시키는 것은 필터 프레스, 마그나니, 포우드리니어(Magnani, Fourdrinier)의 해츠첵 기계(Hatschek machine) 또는 소위 캐스팅 및 와인딩(winding) 기계를 사용하여 공지된 방법으로 실시된다. 희석된 현탁액은 일반적으로 물 5 내지 25부당 1부의 고체를 포함한다. 성형된 후에, 생성물은 바람직한 형상을 지니도록 절단된 뒤 충분히 응고되고 충분히 경화될 때까지 일반적으로 최소한 15일, 바람직하게는 28일동안 습한 공기중에 저장된다.
상기 방법을 수행하기 위해, 섬유재료의 슬러리를 만든 뒤 그후에 거기에 충전재 수화된 석회 및 시멘트를 부가한다. 물론, 통상적인 응집제 등이 현탁액에 부가될 수 있다.
본 발명에 따른 생성물은 통상적인 밀도, 즉, 0.7 내지 1.1g/㎤ 바람직하게는 0.8 내지 1.0g/㎤을 지닌다. 사용된 섬유재료의 양은 필요로 하는 굽힘 강도에 따라서 달라진다. 그러나, 셀룰로스 섬유의 양이 많아질수록 연소 특성이 나빠지기 때문에 셀룰로스 섬유의 양은 가능한한 적게 유지되야 한다. 내알칼리성 유기 섬유의 함량이 많을수록 비록 굽힘 강도가 증진되기는 하지만 또한 가연성 시험에서 재료의 작용에 나쁜 영향을 미친다.
피복을 시켜 내알칼리성이 된 유리섬유는 같은 정도의 굽힘 강도를 얻기 위해서는 어느 정도 더 많은 양이 부가되어야 한다. 본 발명에 따른 생성물은 습기에 의한 변형을 거의 영구적으로 받지 않게 되며, 생성물의 장기간 동안의 안정성은 생성물들이 피복에 의해 내알칼리성이 된 더 많은 유리섬유를 포함하는 경우에도 안전해진다.
충전재로서 사용되는 운모는 시판되고 있는 품위(grade) 정도의 것일 수 있지만 입자의 최소한 60%의 크기가 250㎛ 보다 작은 경우에 특히 훌륭한 결과를 얻을 수 있다. 크기가 500㎛ 보다 더 큰 입자들의 비율은 3% 미만이어야 하는데, 그렇지 않으면 제조 과정에서 다른 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
본 발명에서의 수화된 석회의 사용은 뜻밖의 양호한 결과를 제공한다. 어떤 수화된 석회를 지니지 않거나 8wt% 이하의 수화된 석회가 부가된 판들을 비교시험한 결과 이들은 "영국 표준" BS476, 파트 4에 따른 불연소성 시험같은 표준 조건을 충족시키지 못한다는 것을 알 수 있었다. 또한, 그러한 생성물은 950℃에서 크게 수축되었다.
수화된 석회의 양이 25wt% 이상인 경우에 판의 기계적 특성은 저하되기 시작하고 생성물은 요구되는 기계적 굽힘 강도를 지니지 못하게 된다. 그러므로, 10 내지 18wt% 되는 수화된 석회를 부가하는 것이 바람직하다. 그러므로 시멘트 대 수화된 석회의 비는 3 : 1 내지 9 : 1의 범위내에 있으며, 바람직하게는, 대략 4 : 1 내지 5 : 1의 범위내에 있다.
박편 충전재(운모) 대 구형 충전재(가벼운 충전재)의 비는 1 : 1 내지 1 : 1.5의 범위내에 있는 것이 바람직하다. 전체 충전재의 양은 10-40wt% 사이의 범위내에 있으며 20-30wt% 사이의 범위내에 있는 것이 바람직하다.
셀룰로스 섬유의 경우, 같은 목적으로 사용되는 통상적인 어떤 섬유들이 사용될 수 있으며 특히 아마, 대마, 사이잘 초(草), 유칼립투스(eucalyptus)로부터 얻어진 것과 목재로부터 얻어진 것, 더욱 특별하게 제지공업에도 사용될 수도 있는 침엽수로부터 얻어진 생성물들이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 있어서, 종래의 생성물에서보다 실제로 더 적은 양의 셀룰로스 섬유가 사용된다. 극단적인 경우에 셀룰로스 섬유를 전혀 사용하지 않는 것도 가능하다.
물론, 본 발명에 따른 생성물에는 안료, 여과 보조제, 응집제, 유화제 등과 같은 통상적인 부가제 및 규산 칼슘 및 규산 알루미늄같은 어떤 양의 분쇄된 폐기물이 혼합될 수 있다. 그러나, 결정성 이산화규소는 결코 부가되지 않는데, 왜냐하면 과량의 수화된 석회를 사용했음에도 불구하고 이산화 규소가 실온에서 규산 칼슘을 형성하도록 반응하지 않으므로써 최종 생성물내에 허용하지 못할만큼 많은 양의 결정성 이산화규소가 만들어지기 때문이다.
이후의 실시예에서, 대표적인 구체예와 그 제조 방법이 더욱 상세히 예시된다.
[실시예 1]
3중량부의 셀룰로스와 1중량부의 PVA를 물에 부유시켰다. 그런 뒤 12중량부의 운모와 15중량부의 수화된 석회, 11중량부의 발포성 퍼얼라이트 및 58중량부의 포트랜드 시멘트를 계속 부가하였다. 현탁액은 전체 고체양의 25배되는 양의 물로 이루어졌다. 현탁액을 해츠첵 기계로 가공하여 판을 만들었으며 판의 두께는 처리조건에 따라서 8 내지 25㎜가 되었다. 판을 절단한 뒤 습한 대기중에서 28일동안 저장하였다. 가벼운 단열판이 만들어졌으며 이것들은 굽힘 강도, 950℃에서의 열 수축, BS 476파트 4의 난연성 시험 및 DIN 53436에 따른 유독성 실험에 대한 모든 요구조건을 충족시켰으며, 건조시킨 뒤 다시 수분을 공급한 다음에는 각기 2㎜/m 이하의 신장 및 수축을 나타냈다.
[실시예 2]
4중량부의 셀룰로스, 1중량부의 PVA, 12중량부의 운모, 15중량부의 수화된 석회, 10중량부의 퍼얼라이트, 58중량부의 시멘트를 포함하는 혼합물을 사용하여 실시예 1을 반복하였다. 이 생성물의 굽힘 강도는 약간 향상되었으며 950℃에서의 열 수축이 작아지고 건조 및 수분을 재주입했을 때 동등한 수축 및 재신장치를 지녔다.
[실시예 3]
2중량부의 셀룰로스, 1중량부의 PVA, 15중량부의 운모, 10중량부의 수화된 석회 및 15중량부의 발포성 퍼얼라이트, 57중량부의 시멘트를 포함하는 혼합물을 사용하여 실시예 1을 반복하였다. 얻어진 생성물은 응고되었을 때 모든 요구조건을 충족시켰다.
[비교예]
4중량부의 셀룰로스, 1중량부의 PVA, 12중량부의 운모, 15중량부의 퍼얼라이트 및 68중량부의 시멘트를 포함하는 혼합물을 사용하여 실시예 1을 반복하였다. 이렇게하여 얻어진 생성물은 950℃에서 뚜렷하게 더 큰 수축률을 나타냈으며 BS 476, 파트 4에 따른 난연성 시험의 조건을 만족시키지 못했다.

Claims (11)

  1. 포틀랜드 시멘트, 섬유 및 충전재로 구성되며 a) 50-75wt%의 시멘트, b) 5wt% 이하의 셀룰로스 섬유, c) 0.5-4wt%의 내알칼리성 섬유재료, d) 5-20wt%의 운모, e) 5-20wt%의 가벼운 충전재, f) 8-25wt%의 수화된 석회로 이루어진 경량 단열판.
  2. 제 1 항에 있어서, a) 55-65wt%의 시멘트, b) 2-4wt%의 셀룰로스 섬유, c) 0.8-1.5wt%의 내알칼리성 섬유재료, d) 10-15wt%의 운모, e) 8-18wt%의 가벼운 충전재, f) 10-18wt%의 수화된 석회로 이루어진 단열판.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 내알칼리성 섬유재료가 0.8 내지 2.0wt%의 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 폴리아미드를 포함하는 그룹 또는 내알칼리성이 되도록 피복된 1-4wt%의 유리섬유들 또는 그 혼합물로부터 선택되는 단열판.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 내알칼리성 섬유재료가 0.8 내지 2wt%의 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 폴리아미드를 포함하는 그룹 또는 4%의 내알칼리성이 되도록 피복된 1-4wt%의 유리 섬유들 또는 그것들의 혼합물로 선택되는 단열판.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가벼운 충전재가 발포성 퍼얼라이트(expanded pearlites), 고온 건조된 점토, 구형의 합성 조노트라이트(xonotlite) 혼합재를 포함하는 그룹 또는 분쇄된 발포성 콘크리트 또는 그들의 혼합물로부터 선택되는 단열판.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 가벼운 충전재가 발포성 퍼얼라이트, 고온 건조된 점토, 구형의 합성 조노트라이트 혼합재를 포함하는 그룹 또는 분쇄된 발포성 콘크리트 또는 그 혼합물로부터 선택되는 단열판.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 가벼운 충전재가 발포성 퍼얼라이트, 고온 건조된 점토, 구형의 합성 조노트라이트 혼합재를 포함하는 그룹 또는 분쇄된 발포성 콘크리트 또는 그 혼합물로부터 선택되는 단열판.
  8. 많은량의 물에 50-75wt%의 시멘트, 5wt% 이하의 셀룰로스 섬유, 0.5-4wt%의 내알칼리성 섬유재료, 5-20wt%의 가벼운 충전재, 8-40wt%의 수화된 석회를 넣어 화합시키고 ; 판으로 성형하는 동안 현탁액으로부터 여분의 물을 분리시키고 ; 습한 공기중에서 최소한 15일동안 혼합물을 응고시키는 것을 포함하는, 포트랜드 시멘트, 섬유 및 충전재로 구성된 경량 단열판 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 내알칼리성 섬유재료가, 0.8 내지 2wt%의 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 폴리아미드를 포함하는 그룹 또는 내알칼리성이 되도록 피복된 1-4wt%의 유리섬유들 또는 그 혼합물로부터 선택되는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 가벼운 충전재가 발포성 퍼얼라이트, 고온 건조된 점토, 구형의 합성 조노트라이트 혼합재를 포함하는 그룹 또는 분쇄된 발포성 콘크리트 또는 그 혼합물로부터 선택되는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 가벼운 충전재가 발포성 퍼얼라이트, 고온 건조된 점토, 구형의 합성 조노트라이트 혼합재를 포함하는 그룹 또는 분쇄된 발포성 콘크리트 또는 그 혼합물로부터 선택되는 방법.
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