KR950009997B1 - 규산계 인조목재의 제조 방법 - Google Patents

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Description

규산계 인조목재의 제조 방법

본 발명은 규산 칼슘과 유기 결합제를 주재질로 하는 성형체에 제조 방법에 관한 것으로서 소위 인조 목재의 제조 방법에 관한 것이다.

이미 알려져 있는 바와 같이 규산 칼슘으로 구성된 성형체들은 650℃ 또는 1,000℃ 이상의 고온에서도 안정하여 물성의 큰 저하가 없는 우수한 열적 성질, 열전연성, 부 전도성, 경량성, 높은 비강도, 흡수·흡유 기능 및 조습 기능 등의 특성을 갖기 때문에 내화 재료, 건축 재료, 산업용 보온 단열재, 보강 재료, 흡수·흡유재 및 안료등으로서 널리 이용되고 있다.

그중 규산 칼슘과 유기 결합제를 주재질로 하는 규산 칼슘계 인조 목재는 상기에 언급한 규산 칼슘의 특성과 유기 결합체의 인장력, 탄성, 고강도, 내충격, 내마모성 등의 특성을 함께 갖춘 복합재료로서 천연 나무가 갖는 경량성, 가공성, 강도, 조습 기능 뿐만 아니라 불연·난연 등의 특성도 구비하고 있다.

종래에 알려져 있는 규산 칼슘계 인조 목재의 제조 방법은 일본국 특허 소 60-246251 등과 같이 규산질 원료와 석회질 원료를 물과 혼합하여 교반기가 달린 고압솥에서 고온 및 고압하에 수열 반응시켜서 규산 칼슘 결정의 수성 슬러리를 제조한 후 이 슬러리에 유리 섬유 등의 보강 섬유와 내알칼리성이 우수한 라텍스등의 에멀젼 형태의 유기 결합제를 첨가하고 응집시켜서 가압 탈수 성형하고 건조시켜서 성형체를 제조하는 것이다. 이러한 종래의 제조 방법은 제조되는 규산 칼슘 결정이 성형전에 결정화되며, 그의 결정상이 조노틀라이트로서 제조된 최종의 성형체가 경량이면서 고강도 및 열안정성을 갖는 장점이 있지만 규산 칼슘 결정의 슬러리를 제조시 교반하면서 온도 190℃, 압력 15kg/cm²이상의 고온 고압하에 수열 반응을 시켜야 하기 때문에 다량의 물이 필요하며 그 결과 생산성이 낮으며, 이러한 수열 반응을 시키기 위하여 많은 에너지가 필요하고 또한 이를 위한 대규모 설비도 필요하다. 또한 규산 칼슘 결정의 슬러리를 성형전에 제조하므로서 생성되는 규산 칼슘 결정의 체적 부피가 커서 목재와 같은 비중 0.5로 가압 탈수 성형하려면 그 규산 칼슘 결정 입자의 형상이 중공 구체라면 적어도 50kg/cm²이상이, 그 규산 칼슘 결정 입자의 형상이 중공구체가 아니라면 적어도 30kg/cm²이상의 성형 압력을 필요로 하게 되며 이에 대한 가압 탈수 성형설비를 크게 설계할 필요가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 규산 칼슘과 유기 결합제로 구성되는 비중 0.5 정도의 규산 칼슘 성형체를 제조함에 있어서 보다 적은 에너지를 사용하여 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

또 하나의 목적은 이러한 성형체를 제조함에 있어서 규산 칼슘 결정상을 조노틀라이트 뿐만 아니라 토보모라이트로도 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 있다. 또 하나의 목적은 이러한 성형체를 제조함에 있어서 종래의 방법보다 낮은 성형 압력으로 가압 탈수 성형할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

또 다른 목적은 규산 칼슘 성형체가 가벼우면서도 높은 기계적 강도를 가지고 있으며, 우수한 가공성과 고도의 칫수상의 안정도를 갖는 규산 칼슘 성형체로 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 이러한 목적은 이하의 설명으로부터 명료하게 될 것이다.

본 발명의 규산 칼슘 성형체는 상호 연결된 규산 칼슘들로 구성되어 있으며 규산 칼슘 입자들 사이에는 보강 섬유와 유기 결합제가 있으며 그 전체적인 구성이 3차원적이다. 이것은 종래의 규산 칼슘 성형체와 마찬가지로 건조된 성형체가 높은 강도를 갖게하는 원인을 제공하게 된다. 또한 유기 결합제의 역할은 규산 칼슘과 규산 칼슘, 규산 칼슘과 보강섬유의 사이에서 유기적인 결합을 유지하여 세라믹의 특성만을 갖는 규산 칼슘 성형체에 톱질, 대패질, 못질등의 가공이 가능하도록 하는 우수한 가공성과 규산 칼슘이 독립 입자로 구성되어 표면으로부터 분진이 발생되는 것을 억제시키며, 또한 일반적인 규산 칼슘 성형체가 갖추지 못한 내마모성도 갖추도록 하는 기능을 갖는다. 규산 칼슘 결정의 단일 입자의 크기는 두께 0.1~5μm, 길이 1~20μm 정도이며, 그 단일 입자는 일정한 중공구체나 덩어리로 재구성되어 있어서 약 5~100μm 정도의 입도를 갖는다. 그 결정상은 조노틀라이트 또는 토보모라이트이다. 공지의 사실과 같이 본 발명의 규산 칼슘이 토보모라이트로 제조된 것은 그 구성 입자가 두께가 얇은 판상 형태를 갖추고 있으며, 조노틀라이트로 제조된 것은 그 구성 입자가 침상 형태를 갖추고 있다.

본 발명에서도 상기 이외의 자이롤라이트, 포샤가이트 등의 규산 칼슘 결정으로 성형체를 제조할 수 있었으나 열적 성질이 앞의 규산 칼슘 결정들 보다 뒤져서 산업적 이용도가 낮기 때문에 토보모라이트와 조노틀라이트가 주재질인 규산 칼슘 성형체의 제조만을 설명하였다.

본 발명에 의한 규산 칼슘과 유기 결합제가 주재질인 성형체를 제조함에 있어서 가장 중요한 점은 석회질 원료 또는 석회질 원료와 규산질 원료를 그 CaO 양과 SiO₂양이 CaO/SiO₂몰비가 0.48~1.30이 되도록 조합하여 혼합한 후 그 혼합물에 물을 첨가하여 교반기가 달린 고압솥에서 온도 120~180℃, 압력 2.67~10kg/cm²하에서 수열 반응시켜서 원료 슬러리보다 체적 부피가 크며 근본적으로 비정질 형태인 C-S-H(Ⅰ) 상의 수성 슬러리를 제조하고 이 슬러리에 보강 섬유와 에멀젼 형태의 유기 결합제를 혼합하고 응집제를 첨가하여 규산 칼슘, 보강 섬유, 에멀젼 수지로 구성된 혼성 응집체의 수성 슬러리를 제조한 후 가압 탈수 성형하고 얻어진 습상태의 성형체를 적재형 고압솥에서 고압 고압하에 수열 반응시켜서 상기의 비정질 규산 칼슘을 토보모라이트 또는 조노틀라이트로 결정화므로서 양생 경화시키고 이 성형체를 건조시켜서 원하는 성상의 규산 칼슘 성형체로 제조하는 것이다.

본 발명에서 제조되는 규산 칼슘계 인조 목재는 규산 칼슘 수화물 100중량부에 대하여 보강 섬유 0.25~30중량부, 유기 결합제 3~30중량부, 응집제 0.3~30중량부로 이루어진 것으로 상세 설명은 다음과 같다.

규산질 원료로서 결정성 물질인 규석분, 석영암, 석영, 사암, 시멘트 석영암, 재결정 석영암, 혼성 석영암, 규사 등이 유용하며, 비정질 물질인 규조토, 페로시리콘더스트 등도 유용하다. 이들은 일반적으로 그 평균 입도가 45μm까지, 바람직하게는 15μm 이하까지이다. 비정형 시리카를 함유하는 석영질 물질들은 이들이 주로 석영질 물질로 구성되는 한 역시 유용하다. 또한 결정성 석영질 물질로 50% 중량 미만의 비정형 시리카로 구성된 혼합물도 사용 가능하다. 이 규산질 원료의 순도는 규산질 원료가 고온 고압의 수열 반응 조건에서 석회질 원료에서 나오는 알카리성에 의하여 물에 많이 녹아서 석회질 원료와 결합하는 확률이 높기만 하면 순도가 낮더라도 문제가 없지만 석회질 원료와 반응성이 있으려면 바람직하게는 SiO₂의 순도가 80% 이상이며, 더 바람직하게는 90% 이상이 유리하다.

석회질 원료는 생석회, 소석회, 카바이드 슬래그, 시멘트 등이 이용될 수 있다. 그러나 규산질 원료와의 반응성을 고려하면 물에 수화하여 초미립의 소석회 입자가 될 수 있는 생석회가 적합하다. 이 생석회의 순도도 규산질 원료와 마찬가지로 순도가 좋을수록 규산질 원료와의 반응성이 높아지나 바람직하게는 90% 이상의 순도이면 제조하는데 문제가 없다. 그러나 이 생석회는 물에 수화될때에는 즉 소석회로 변환하여 석회유로 제조될 때에는 그 입도가 600메쉬 이하분이 적어도 98% 이상이 되어야 한다. 이러한 입도는 생석회의 순도와 생석회 수화시의 물 양, 그 물의 온도, 가수시의 교반 속도 등에 좌우된다. 이러한 생석회를 수화시킬 때에는 물은 생석회 고형분에 대하여 5배수 이상이, 그 물의 온도는 75℃ 이상이, 가수시의 교반 속도는 생석회의 입도가 5cm 이상의 괴상일 경우에는 교반하지 않고 가만히 물을 가수하여 정체시켜 두고 수화가 완료되어 발열 반응이 완료된 직후 500rpm 이상의 교반 속도로 10분 이상 교반시키고, 생석회의 입도가 5cm 이하의 조립일 경우는 물을 가수시 호모 믹서에서 적어도 500rpm 이상의 교반 속도로 교반하는 것이 600메쉬 이하의 입도를 갖는 석회유 제조에 바람직하다. 이렇게 얻은 석회유의 입도는 600메쉬의 망을 거의 통과하는 입도를 갖는다.

본 발명에서 전기와 같은 규산질 원료와 석회질 원료는 혼합되어 교반형 고압솥으로 장입하게 되는데 이때의 물량은 규산질 원료와 석회질 원료를 혼합한 전체 고형분 양의 5배수 이상이면 교반을 하는 수열 반응에 무리가 없다. 그러나 이 물량은 1차 수열 반응 후에 얻어지는 C-S-H(Ⅰ) 슬러리의 유동성과 관계가 밀접하다. 그 물량이 적으면 교반형 고압솥에 넣을 수 있는 고형분 양이 증가되어 생산성이 높아지나 반응후 얻어지는 슬러리의 유동성이 낮아서 슬러리를 취출시 어려움이 있고, 물량이 많으면 유동성은 좋으나 교반형 고압솥에 넣을 수 있는 고형분 양이 상대적으로 감소되어 생산성이 낮아진다. 따라서, 이에 바람직한 물의 양은 고형분 양의 약 7배수이다. 그러나 이 물량은 1차 수열 반응시의 온도, 교반 속도, 규산질 원료와 석회질 원료의 특성과 그 반응 정도에 따라서 유동성이 차이가 나므로 필요한 물의 양을 가감하는 것이 좋다.

이렇게 혼합된 원료 슬러리는 교반형 고압솥에서 가열 가압에 의하여 포화 수증기압에서 교반하면서 수열 반응하게 되는데 이때의 온도는 120℃에서 160℃ 정도이다.

이때 반응 압력은 반응 온도에 의한 포화 수증기압이다. 또한 반응 시간은 원하는 반응 온도에 도달하는 시점으로부터 2시간 이상이면 원하는 부피의 슬러리를 얻을 수 있다. 반응 시간이 짧으면 원하는 부피보다 낮은 부피의 슬러리를 얻게 되어 성형시 원하는 밀도보다 높은 밀도의 성형체를 얻게 된다. 반응 시간이 길면 얻으려는 C-S-H(Ⅰ) 준결정보다 토보모라이트의 생성이 커져서 2차 양생 반응시 서로 얽혀서 3차원으로 구성된 토보모라이트의 생성보다는 독립된 결정도가 큰 토보모라이트가 생성되어 최종 건조된 성형체의 강도가 낮아지게 된다.

이러한 1차 수열 반응에서는 교반을 하게 되는데 그 교반 속도는 클수록 반응계에서는 유리하며, 제조되는 C-S-H(Ⅰ)의 입자 크기도 작아진다. 보통 고압솥의 크기와 내부 모양, 고압솥 내부에 채워지는 원료 슬러리의 양, 교반 날개의 모양에 따라서 교반 효율이 달라지게 되므로 최소의 동력으로 적어도 원료 슬러리가 반응중에 가라앉지 않을 정도의 교반 속도라면 C-S-H(Ⅰ)의 제조에 문제가 없으나 만약 내경이 20cm인 7.5ℓ 용량의 고압솥에서 날개의 길이가 6cm인 터빈형 교반 날개가 2개 달린 임펠러를 사용하고 물과 고형분의 부피양을 고압솥 용량의 7/10 이상을 채워서 수열 반응시킨다면 적어도 500rpm 이상의 회전수로 교반시켜야 5~20μm 정도의 입도를 갖는 C-S-H(Ⅰ) 입자를 생성시킬 수 있다.

상기와 같이 제조된 규산 칼슘 슬러리는 고형분이 C-S-H(Ⅰ) 상의 규산 칼슘 준결정이며 나머지가 물로 구성된 혼합물로서 규산 칼슘 성형체를 제조하는데 전기에서 언급한 바와 같이 성형할때와 최종 생성물의 물성에 중요한 역할을 하게 된다.

본 발명에서는 이와 같이 제조된 C-S-H(Ⅰ) 상의 규산 칼슘 슬러리에 성형시 성형된 케이크에 취급성을 주고 최종으로 건조된 성형체에 가공성을 주기 위하여 보강 섬유를 투입하게 된다. 그 첨가량은 규산 칼슘 100중량부에 대하여 0.25~30중량부의 범위내에서 사용할 수 있으며 섬유의 종류와 길이에 따라서 성형시에는 여수성에 의한 작업성, 성형 효율 및 생산성에 영향을 줄 수 있으며, 건조후에는 성형품의 기계적 강도와 가공성 및 내구성에 영향을 주게 된다.

본 발명에서 사용한 보강 섬유의 종류는 유기질 섬유는 셀룰로오즈계 및 아크릴계 합성 섬유 등이며, 무기질 섬유는 석면, 암면, 유리 섬유, 세라믹 섬유 등이다. 사용시 보강 섬유는 1종 또는 2종 이상으로 혼합하여 사용할 수 있으며, 유기질 섬유의 경우 내열성을 고려하여 5중량부 이내에서 사용하는 것이 유리하며, 무기질 섬유의 경우 제조하려는 성형체의 특성 및 성형 방법을 고려하여 10중량부내에서 사용하는 것이 유리하다. 또한 보강 섬유의 길이는 보통 12mm 이하가 바람직하며 더 바람직하게는 4mm 이하이다. 보강 섬유의 길이가 길면 최종 성형체를 가공시 섬유발이 표면에 드러나게 되며, 이때는 보강 섬유의 유연성도 섬유발의 드러남과 연관이 되므로 보강 섬유의 선택이 중요하다.

본 발명에서는 유기 결합제로서 에멀젼 형태의 유기 수지를 첨가한다. 이러한 유기 수지의 첨가는 목재와 같은 가공성을 부여하는데 가장 중요한 역할을 하며 에멀젼형태의 수지를 선택하는 이유는 규산 칼슘이 독립 기공을 가진 다공체로서 일반적인 수지를 선택하면 그 수지 입자가 규산 칼슘의 기공으로 침투되어 결합력에 기여하는 확률이 크게 감소하며 또한 일반적인 수지는 유기 용매를 필요로 하기 때문에 규산 칼슘 수성 슬러리와 혼합되기도 어렵다. 따라서 본 발명에서는 규산 칼슘 입자와 잘 부착될 수 있고, 그의 수성 슬러리와 혼합이 용이하며, 최종 성형체에 탄성 및 가공성을 부여할 수 있으면서도 내알카리성이 우수한 카르보닐기를 함유한 스틸렌 부타디엔 공중합체 라텍스 에멀젼등이 유용하다. 그 중합도는 규산 칼슘 입자의 독립 기공속으로 침투되지 않을 크기인 20만 정도가 유리하며 규산 칼슘과 함께 3차원으로 구성되어서 건조시에는 높은 강도를 유지할 수 있다.

이러한 유기 결합체의 첨가량은 전기의 C-S-H(Ⅰ) 상의 규산 칼슘의 고형분(100중량당 3~30중량부 정도가 바람직하며 그 첨가량이 많을수록 불연성이 저하하고 생산 단가가 높아지는 점을 고려하여 5~20중량부 정도가 유리하다.

본 발명에서는 제조된 C-S-H(Ⅰ) 상의 규산 칼슘 슬러리에 보강 섬유와 유기 결합제를 혼합한후 여수성 개선, 보강 섬유의 포질 능력 개선 및 C-S-H(Ⅰ) 상이 규산 칼슘 입자와 에멀젼 입자가 성형시 망을 통과하는 것을 방지하기 위하여 응집제를 사용한다. 응집제를 사용하지 않고서도 성형은 가능하나 에멀젼 입자는 성형시 대부분 여과망을 통과하게 되어서 최종 성형체의 강도 및 경도가 크게 감소하며 표면의 분진 발생 및 가공성 저하의 원인이 된다.

따라서 본 발명에서 응집제의 사용은 필수적이다. 이러한 응집제의 사용은 성형시 슬러리중의 고형분의 여수성이 좋아져서 효율이 양호한 성형을 할 수 있으며, 응집제에 의해 규산 칼슘 결정의 표면 전하가 각 결정의 입자간에 인력으로서 작용하여 건조후에 양호한 표면과 강도를 갖게 할 수도 있다.

또한 응집 집괴의 입도가 고르게 되어서 자체 부피에 의해서 생성되는 성형 압력에 대하여 고른 반발력을 생성시켜서 성형시 슬러리가 부분 압력차에 의해 나타나는 밀도 편차를 감소시키는 효과도 있다.

본 발명에서 응집제의 사용은 보강 섬유 및 유기 결합제를 포함한 C-S-H(Ⅰ) 상의 규산 칼슘 슬러리에 양이온성 응집제, 음이온성 응집제 또는 비이온성 응집제를 1, 2차로 나누어서 투입하여 상기의 목적에 부합된 응집 집괴를 생성시키는 것이다. 그 생성 메카니즘은 먼저 1차 응집제로 양이온성 응집제를 상기의 규산 칼슘 슬러리에 투입하여서 응결체를 형성시킨 후 2차 응집제로 음이온성 또는 비이온성 응집제를 적정 투입하여 그 응결체들을 가교 결합에 의한 플록화로 집괴가 크고 안정화 응집체를 생성시키는 것이다. 1차 응집제와 2차 응집제의 순서를 바꾸어 투입하여도 응집이 가능하며 또한 1, 2차 응집제를 단독으로 사용하여도 좋으나 그 사용량은 증가한다.

본 발명에서 응집제를 사용시 슬러리의 온도는 60℃ 이하에서 실시하는 것이 유리하다. 이것은 슬러리의 온도가 높을 경우 응집제의 대부분이 응집제 고분자 유기 화합물이므로 응집제의 종류에 따라서는 고온에 의하여 응집 집괴의 가교 반응이 약화되거나 고분자가 가수 분해가 되어서 응집 효율의 약화를 초래하게 되는 원인을 제공하게 되고 그 결과 응집 집괴의 크기가 작게 만들어지거나 응집이 되더라도 교반등의 항력에 의하여 곧 풀어지게 되는 현상이 일어나게 할 수 있으며 이를 보완하기 위하여 응집제의 사용량을 증가시키는 결과를 만들기 때문이다. 응집제의 과량 사용은 응집제의 히드록시기가 규산 칼슘 결정의 히드록시기와 함께 수소 결합의 능력을 증대시켜서 슬러리가 요변성의 고점도가 되어서 성형시의 여수성을 불량하게 한다. 또한 본 발명에서 발견한 것은 응집제를 첨가할때 보강 섬유를 포함한 규산 칼슘 슬러리의 고형분 농도를 6% 이하로 희석시켜서 사용하는 것이 응집 효율에 있어서 유리하다는 것이다. 슬러리의 농도가 높으면 응집제 투입시 응집 집괴의 크기가 작아지며, 점도가 높아져서 여수성이 불량하게 된다.

본 발명에서 사용한 응집제들은 슬러리중의 규산 칼슘 100중량부에 대하여 각 응집제를 0.1%의 수용액을 기준하여서 양이온성 응집제는 0.1~10.0중량부, 음이온성 및 비이온성 응집제는 0.20~20중량부를 투입하고, 양자의 합계는 20중량부를 넘지 않도록 하면 양질의 응집 집괴를 생성시킬 수 있다. 양이온성 응집제의 경우 분자량이 수만 정도가 좋고, 음이온성 또는 비이온성 응집제는 분자량이 수 백만에서 수 천만 정도가 좋다. 사용이 가능한 양이온성 응집제는 폴리아크릴아미드의 아마이드기를 일부 양이온기로 치환시킨 변성물 또는 양이온성 메타크릴산에스테르의 폴리머 등이며, 무기질 양이온성 응집제로는 유산 반토, 명반, 알루미늄 암모늄 설페이트 등이 유용하다. 음이온성 응집제는 폴리아크릴산암모늄, 폴리아크릴산소다등의 염이나 아크릴산 공중합체 또는 폴리아크릴아마이드의 아마아드기를 음이온기로 치환시킨 변성물을 사용할 수 있으며, 비이온성 응집제는 폴리아크릴아마이드 또는 폴리에틸렌계 수화물등을 사용할 수 있다.

본 발명에서는 상기에서 설명한대로 C-S-H(Ⅰ) 상의 규산 칼슘과 보강 섬유 및 유기 결합제 등으로 구성된 수성 슬러리를 응집시켜서 가압 탈수 성형을 하게 되는데 그 성형 방법은 몰드 프레스법, 필터 프레스법, 판 캐스팅 성형법, 장망식 초조 성형법, 환망식 초조 성형법 등으로서 최종 성형체의 용도와 성상에 따라서 선택적으로 성형할 수 있지만 나무와 같은 형상을 유지하려면 몰드 프레스법이 유리하다. 이러한 성형시 성형 압력이 형성되는데 이 성형 압력은 최종 성형체의 비중을 결정한다. 만약 몰드 프레스를 사용하여서 비중 0.4의 규산 칼슘 성형체를 제조한다면 그 성형압은 약 8Kg/cm²정도가 필요하며, 비중 0.8의 규산 칼슘 성형체를 제조한다면 그 성형압은 약 20Kg/cm²정도가 필요하다.

상기와 같이 성형된 성형체는 C-S-H(Ⅰ) 상의 규산 칼슘, 보강 섬유, 유기 결합제 및 물로 구성된, 손으로도 취급이 가능할 정도의 습강도를 갖는 케이크이며, 이 케이크는 적재형 고압솥에 장입된다. C-S-H(Ⅰ) 상의 규산 칼슘이 토보모라이트 또는 조노틀라이트의 규산 칼슘으로 결정화 되고 경화된다. 경화는 C-S-H(Ⅰ) 상의 규산 칼슘 입자가 고압솥에서 고온 고압에 의하여 수열 반응이 진행되어서 결정화하는 것으로서 그 결정이 판상 또는 침상으로서 성장되어서 결합이 커지게 된다. 따라서 성형시 치밀하게 성형될수록 성형체의 강도가 크다. 이것은 성형 압력이 클수록 즉 가압 탈수가 많이 될수록 비중이 커지고 강도가 커지는 일반 규산 칼슘 성형체의 특성과 부합된다.

고압솥에서의 반응 조건은 180℃, 10kg/cm²압력하에서 4시간 이상 유지하면 토보모라이트를 제조할 수 있으며, 190℃, 15kg/cm²압력하에서 4시간 이상 유지하면 조노틀라이트를 제조할 수 있다. 반응 유지 시간은 제품의 두께가 두꺼울수록 수증기가 성형물 내부로 침투되어 반응되는 점을 고려하여 유지 시간을 더 길게 설정해야 한다. 이렇게 제조된 규산 칼슘 성형체는 X-선 회절 분석, 조성 분석, 열 분석, 전자 주사 현미경 등에 의하여 그 성상을 확인할 수 있다.

이렇게 제조된 규산 칼슘 성형체는 건조기에서 건조하게 되며, 이 성형체는 기계적 강도가 크고, 칫수 안정성이 양호하며, 내열성이 우수하여 건재로 사용할 수 있다. 건조 온도는 100~180℃ 정도이며 바람직하게는 105~150℃가 유리하다. 건조 온도가 너무 높으면 유기 결합제가 탄화되어서 최종 제품의 색상이 검게되며 건조 온도가 너무 낮으면 건조 시간이 많이 소요된다.

본 발명의 특징들은 아래의 실시예의 설명으로 더욱 명료해질 것이다.

[실시예 1]

생석회(CaO 순도 93% 이상) 44중량부를 70℃ 이상의 물 267중량부로 수화하고 교반하여 물중에 석회를 분산시켜서 600메쉬 이하의 고형분 입도를 갖는 석회유를 얻었다. 평균 입도가 약 12μm인 규석분(SiO₂순도 95% 이상)의 미세 분말 56중량부를 상기 석회유에 가하고 물을 추가로 가하여 물대 고형분비가 7 : 1인 원료 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 내경 20cm, 용량 7.5ℓ, 터빈형 교반날개(직경 6cm)를 2개 가진 임펠러가 달린 고압솥에 장입하고 임펠리 구동속도 500rpm, 온도 120℃, 포화 수증기압 1.9kg/cm²하에서 3시간 동안 열수 반응시켰다.

상기에서 생성된 원료 슬러리를 일부 취하여 105℃에서 12시간 동안 건조시켜서 고형분 분말을 제조하고 그 분말을 X선 회절법으로 분석한 결과 C-S-H(Ⅰ), 토보모라이트, 소석회 및 석영 등의 혼합물들로 판독되었다. 또한 이 분말을 레이저 투광법으로 입도를 분석한 결과 5~20μm의 입도를 나타내었다. 상기에서 제조된 1차 슬러리에 보강 섬유로서 두께 약 25μm, 길이 약 4mm의 아크릴 섬유를 2중량부 첨가 혼합하고, 스티렌부타디엔 공중합체 아크릴라텍스 에멀젼(고려화학(주) 제조 H5251)을 5중량부(고형분 기준)를 첨가하고 잘 혼합 한후 상온의 물을 추가로 첨가하여 물대 고형분의 중량비가 20 : 1인 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리에 1차 응집제로서 양이온 응집제 0.1% 수용액((주)한수 제조 CL-105)을 5중량부를 첨가하여 슬러리 고형분들을 응결시키고, 2차 응집제로서 음0이온 응집제 0.1% 수용액((주)한수 제조 PA-328)를 3중량부를 첨가하여 슬러리 고형분들을 응집시켰다. 이 슬러리를 주형몰드에 장입하고 10kg/cm²의 압력으로 가압 탈수 성형하여 케이크상의 성형체를 제조하였다. 이 케이크는 손으로도 취급할만한 충분한 습강도를 갖는다. 이 케이크상의 성형체를 적재형 고압솥에 장입하고 온도 180℃, 포화 수증기압 kg/cm²하에서 6시간 동안 수열경화 반응시키고 건조기에서 120℃의 온도로 8시간 동안 건조하여 원하는 규산 칼슘 성형체를 얻었다.

이 규산 칼슘 성형체는 X-ray 회절 분석 결과 토보모라이트로 판독되었다. 이 성형체의 물성은 표 1과 같다.

[실시예 2~5]

스티렌 부타디엔 공중합체 아크릴 라텍스의 양을 표 1에 기재되어 있는 것과 같이 각각 달리하여 실시예 1과 같이 제조하였다.

[표 1]

규산칼슘 100중량부당 유기 결합제 증감에 따른 물성변화

*가공성 : 표면 상태, 도료 등의 도장 부착성, 못의 보지력 및 인발 지지력과 대패질 등의 가공 용이성을 판단함.

[실시예 6~10]

실시예 1의 유기 결합제로 사용된 스티렌 부타디엔 공중합체 아크릴 라텍스 에멀젼 대신에 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 메타크릴산으로 구성된 아크릴계 공중합체 에멀젼((주)유니온 고분자 제조 E394)를 유기 결합제로 사용하여 실시예 1~5와 같이 성형체를 제조하였다. 그 제조 결과는 표 2과 같다.

[표 2]

규산칼슘 100중량부당 유기 결합제 증감에 따른 물성변화

[실시예 11]

생석회(CaO 순도 93% 이상) 48중량부를 70℃ 이상의 물 286중량부로 수화하고 교반하여 물중에 석회를 분산시켜서 60메쉬 이하의 고형분 입도를 갖는 석회유를 얻었다. 평균 입도가 약 12μm인 규석분(SiO₂순도 95% 이상)의 미세 분말 52중량부를 상기 석회유에 가하고 물을 추가로 가하여 물대 고형분비가 7 : 1인 원료 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 내경 20cm, 용량 7.5ℓ, 터빈형 교반날개(직경 6cm)를 2개 가진 임펠러가 달린 고압솥에 장입하고 임펠리 구동속도 500rpm, 온도 120℃, 포화 수증기압 1.9kg/cm²하에서 3시간 동안 열수 반응시켰다.

상기에서 생성된 원료 슬러리를 일부 취하여 105℃에서 12시간 동안 건조시켜서 고형분 분말을 제조하고 그 분말을 X선 회절법으로 분석한 결과 C-S-H(Ⅰ), 토보모라이트, 소석회 및 석영 등의 혼합물들로 판독되었다. 또한 이 분말을 레이저 투광법으로 입도를 분석한 결과 5~20μm의 입도를 나타내었다.

상기에서 제조된 1차 슬러리에 보강 섬유로서 두께 약 25μm, 길이 약 4mm의 내알카리 유리 섬유를 슬러리 고형분의 3% 중량 첨가 혼합하고, 스티렌 부타디엔 공중합체 아크릴라텍스 에멀젼(고려화학(주) 제조 H5251)을 5중량부(고형분 기준)를 첨가하고 잘 혼합한후 상온의 물을 추가로 첨가하여 물대 고형분의 중량비가 20 : 1인 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리에 1차 응집제로서 양이온 응집제 0.1% 수용액((주)한수 제조 CL-105)을 5중량부 첨가하여 슬러리 고형분들을 응결시키고, 2차 응집제로서 음이온 응집제 0.1% 수용액((주)한수 제조 PA-328)을 3중량부를 첨가하여 슬러리 고형분들을 응집시켰다. 이 슬러리를 주형몰드에 장입하고 10kg/cm²의 압력으로 가압탈수 성형하여 케이크상의 성형체를 제조하였다. 이 케이크는 손으로도 취급할만한 충분한 습강도를 갖는다. 이 케이크상의 성형체는 적재형 고압솥에 장입하고 온도 214℃, 포화수증기압 20kg/cm²하에서 6시간 동안 수열경화 반응시키고 건조기에서 120℃의 온도로 8시간동안 건조하여 원하는 규산 칼슘 성형체를 얻었다. 이 규산 칼슘 성형체는 X-ray 회절 분석 결과 조노틀라이트로 판독되었다. 이 성형체의 물성은 표 3과 같다.

[실시예 12~15]

스티렌 부타디엔 공중합체 아크릴 라텍스의 양을 표 3에 기재되어 있는 것과 같이 각각 달리하여 실시예 11과 같이 제조하였다.

[표 3]

규산칼슘 100중량부당 유기 결합제 증감에 따른 물성변화

[실시예 16~20]

실시예 1의 유기 결합제로 사용된 스티렌 부타디엔 공중합체 아크릴 라텍스 에멀젼 대신에 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 메타크릴산으로 구성된 아크릴계 공중합체 에멀젼((주)유니온 고분자 제조 E394)를 유기 결합제로 사용하여 실시예 11~15와 같이 성형체를 제조하였다. 그 제조 결과는 표 4와 같다.

[표 4]

규산칼슘 100중량부당 유기 결합제 증감에 따른 물성변화

[실시예 21]

생석회(CaO 순도 93% 이상) 44중량부를 70℃ 이상의 물 287중량부로 수화하고 교반하여 물중에 석회를 분산시켜서 600메쉬 이하의 고형분 입도를 갖는 석회유를 얻었다. 평균 입도가 약 12μm인 규석분(SiO₂순도 95% 이상)의 미세 분말 56중량부를 상기 석회유에 가하고 물을 추가로 가하여 물대 고형분비가 7 : 1인 원료 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 내경 20cm, 용량 7.5ℓ, 터빈형 교반날개(직경 6cm)를 2개 가진 임펠러가 달린 고압솥에 장입하고 임펠리 구동속도 500rpm, 온도 155℃, 포화 수증기압 5.4kg/cm²하에서 3시간 동안 열수 반응시켰다.

상기에서 생성된 원료 슬러리를 일부 취하여 105℃에서 12시간 동안 건조시켜서 고형분 분말을 제조하고 그 분말을 X선 회절법으로 분석한 결과 C-S-H(Ⅰ), 토보모라이트, 소석회 및 석영 등의 혼합물들로 판독되었다.

또한 이 분말을 레이저 투광법으로 입도를 분석한 결과 5~20μm의 입도를 나타내었다. 상기에서 제조된 1차 슬러리에 보강 섬유로서 두께 약 25μm, 길이 약 4mm의 내알카리 유리 섬유를 3중량부 첨가 혼합하고, 스티렌 부타디엔 공중합체 아크릴라텍스 에멀젼(고려화학(주) 제조 H5251)을 5중량부(고형분 기준)를 첨가하고 잘 혼합한후 상온의 물을 추가로 첨가하여 물대 고형분의 중량비가 20 : 1인 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리에 1차 응집제로서 양이온 응집제 0.1% 수용액((주)한수 제조 CL-105)을 5중량부를 첨가하여 슬러리 고형분들을 응결시키고, 2차 응집제로서 음이온 응집제 0.1% 수용액((주)한수 제조 PA-328)을 3중량부를 첨가하여 슬러리 고형분을 응집시켰다. 이 슬러리를 주형몰드에 장입하고 10Kgf/cm²의 압력으로 가압 탈수 성형하여 케이크상의 성형체를 제조하였다. 이 케이크는 손으로도 취급할만한 충분한 습강도를 갖는다. 이 케이크상의 성형체는 적재형 고압솥에 장입하고 온도 180℃, 포화 수증기압 10kg/cm²하에서 6시간 동안 수열경화 반응시키고 건조기에서 120℃의 온도로 8시간 동안 건조하여 원하는 규산 칼슘 성형체를 얻었다. 이 규산 칼슘 성형체는 X-ray 회절 분석 결과 토보모라이트로 판독되었다. 이 성형체의 물성은 표 5와 같다.

[실시예 22~25]

스티렌 부타디엔 공중합체 아크릴 라텍스의 양을 표 5에 기재되어 있는 것과 같이 각각 달리하여 실시예 21과 같이 제조하였다.

[표 5]

규산칼슘 100중량부당 유기 결합제 증감에 따른 물성변화

[실시예 26~30]

실시예 21의 유기 결합제로 사용된 스티렌 부타디엔 공중합체 아크릴라텍스 에멀젼 대신에 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 메타크릴산으로 구성된 아크릴계 공중합체 에멀젼((주)유니온 고분자 제조 E394)를 유기 결합제로 사용하여 실시예 21~25와 같이 성형체를 제조하였다. 그 제조 결과는 표 6과 같다.

[표 6]

규산칼슘 100중량부당 유기 결합제 증감에 따른 물성변화

[실시예 31]

생석회(CaO 순도 93% 이상) 48중량부를 70℃ 이상의 물 286중량부로 수화하고 교반하여 물중에 석회를 분산시켜서 600메쉬 이하의 고형분 입도를 갖는 석회유를 얻었다. 평균 입도가 약 12μm인 규석분(SiO₂순도 95% 이상)의 미세 분말 52중량부를 상기 석회유에 가하고 물을 추가로 가하여 물대 고형분비가 7 : 1인 원료 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 내경 20cm, 용량 7.5ℓ, 터빈형 교반날개(직경 6cm)를 2개 가진 임펠러가 달린 고압솥에 장입하고 임펠리 구동속도 500rpm, 온도 155℃, 포화 수증기압 5.4kg/cm²하에서 3시간 동안 열수 반응시켰다.

상기에서 생성된 원료 슬러리를 일부 취하여 105℃에서 12시간 동안 건조시켜서 고형분 분말을 제조하고 그 분말을 X선 회절법으로 분석한 결과 C-S-H(Ⅰ), 토보모라이트, 소석회 및 석영 등의 혼합물들로 판독되었다. 또한 이 분말을 레이저 투광법으로 입도를 분석한 결과 5~20μm의 입도를 나타내었다.

상기에서 제조된 1차 슬러리에 보강 섬유로서 두께 약 25μm, 길이 약 4mm의 아크릴 섬유를 2중량부 첨가 혼합하고, 스티렌부타디엔 공중합체 아크릴 라텍스 에멀젼(고려화학(주) 제조 H5251)을 5중량부(고형분 기준)를 첨가하고 잘 혼합한후 상온의 물을 추가로 첨가하여 물대 고형분의 중량비가 20 : 1인 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리에 1차 응집제로서 양이온 응집제 0.1% 수용액((주)한수 제조 CL-105)을 5중량부를 첨가하여 슬러리 고형분들을 응결시키고, 2차 응집제로서 음이온 응집제 0.1% 수용액((주)한수 제조 PA-328)을 3중량부를 첨가하여 슬러리 고형분을 응집시켰다. 이 슬러리를 주형몰드에 장입하고 10Kg/cm²의 압력으로 가압 탈수 성형하여 케이크상의 성형체를 제조하였다. 이 케이크는 손으로도 취급할만한 충분한 습강도를 갖는다. 이 케이크상의 성형체를 적재형 고압솥에 장입하고 온도 214℃, 포화 수증기압 20kg/cm²하에서 6시간 동안 수열경화 반응시키고 건조기에서 120℃의 온도로 8시간 동안 건조하여 원하는 규산 칼슘 성형체를 얻었다. 이 규산 칼슘 성형체는 X-ray 회절 분석 결과 조노틀라이트로 판독되었다. 이 성형체의 물성은 표 7과 같다.

[실시예 32~35]

스티렌 부타디엔 공중합체 아크릴 라텍스의 양을 표 3에 기재되어 있는 것과 같이 각각 달리하여 실시예 31과 같이 제조하였다.

[표 7]

규산칼슘 100중량부당 유기 결합제 증감에 따른 물성변화

[실시예 36~40]

실시예 31의 유기 결합제로 사용된 스티렌 부타디엔 공중합체 아크릴 라텍스 에멀젼 대신에 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 메타크릴산으로 구성된 아크릴계 공중합체 에멀젼((주)유니온 고분자 제조 E394)를 유기 결합제로 사용하여 실시예 21~25와 같이 성형체를 제조하였다. 그 제조 결과는 표 8과 같다.

[표 8]

규산칼슘 100중량부당 유기 결합제 증감에 따른 물성변화

Claims (2)

1. 규산질 원료와 석회질 원료의 수화물 100중량부를 물과 혼합하여 교반기가 달린 고압솥에서 120~160℃의 고온 및 고압의 포화수증기압 하에서 교반하면서 수열반응시켜서 C-S-H(Ⅰ)의 규산 칼슘 준결정이 주재인 슬러리를 제조한 후 보강 섬유 0.25~30중량부 및 에멀젼 형태의 유기결합제 3~30중량부를 첨가 혼합한 후 응집제를 첨가하여 슬러리 고형분들을 응집시켜서 규산 칼슘, 보강 섬유 및 에멀젼 수지로 구성된 혼성 응집제의 2차 슬러리를 제조한 후 그 슬러리를 가압 탈수 성형하고 얻어진 습상태의 성형체를 적재형 고압솥에서 170~250℃의 고온 및 고압의 포화 수증기압하에서 수열 반응시켜서 양생 경화함을 특징으로 하는 규산 칼슘계 인조 목재의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서 석회질 원료의 CaO 양과 규산질 원료의 SiO₂양이 CaO/SiO₂몰비가 0.48~1.30으로 조합되어서 유기 결합제와 함께 성형한 후 고압솥에서 수열반응 되도록 하여 제조함을 특징으로 하는 규산 칼슘계 인조 목재의 제조 방법.