KR970000441B1 - 폐기물을 이용한 다공질 세라믹 재료 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

폐기물을 이용한 다공질 세라믹 재료

본 발명은 폐기물을 이용한 다공질 세라믹 재료에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세라믹 원료에 결합제로서 펄프폐액, 가공매체로서 폐펄프, 폐합성 수지 또는 폐고무를 혼합 및 소성처리하여 제조함으로써 경량성, 단열성, 내화성 및 흡음성 등 제반성능이 매우 우수하게 개선된 새로운 다공질 세라믹 재료에 관한 것이다.

종래 다공질 세라믹 재료는 단열재, 경량건재, 저온 플랜트재 및 여과제 등에 사용되어 왔으며, 다공질 세라믹 재료의 제조방법으로는 첫째, 천연의 다공질 원석으로부터 벽돌 또는 패널상으로 잘라내어 반출하는 방법[일본 요업협회, 세라믹공학핸드북, p1734, 技報堂(1989)], 둘째, 천연 또는 인공의 경질원료를 결합시키는 방법[大庭誠一郞, 多賀玄治, 다공질무기분말재료, 공업재료, 33, 107(1985) 吉岡隆, 인공경량골재의 발포기구와 초경량골재의 시작, 콘크리트공학, 13(5), 22(1975)], 셋째, 슬러리 중에 화학적으로 발포시키는 방법[原尙道, 井上憲弘, 松田應作, 80∼100℃에 있어서 시라스-석회계수열반응, Yogyo-Kyokan Shi, 87, 28(1979);대한민국 특허 제47857호], 넷째, 기공매체로서 가연성 혹은 승화성 물질을 미리 원료에 첨가하는 방법[堀江銳二, 무기질단열재의 공업에의 응용, 공업재료, 27, 24(1979)]등이 알려져 있다.

이들 공지의 방법중 첫째, 둘째는 원광의 분포량 및 채굴에 한계가 있고, 셋째는 주로 고가의 인공원료가 사용됨과 동시에 고가의 특수장치 및 대규모의 설비를 필요로 하므로 원료의 수급이나 제품 생산면에서 불리한 결점이 있다.

이에 반해 넷째 방법은 세라믹 원료에 분산매와 목재칩, 전분, 석탄 등의 기공매체를 첨가하여 성형한 다음 가열 처리해서 세라믹 골격중에 산재해 있는 가공매체를 연소시켜 다공질 세라믹 재료를 형성하는 방법으로 원료의 수급이 용이하고 제조공정 또한 단순하여 채산면에서 보다 유리하다. 특히 가공매체로서 각종 폐기물의 응용이 가능하기 때문에 산업폐기물 재활용 및 환경보호 측면에서 매우 유효하다. 그러나, 이 방법 또한 사용원료가 비중 2이상의 무거운 재질만으로 구성·제안되어 있고, 기공매체의 사용량에도 한계가 있을 뿐만 아니라 세라믹 재료의 경량화 및 그에 상응하는 압축강도의 발현에 있어서도 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명자들은 상기 종래 방법의 문제점을 극복하고자 노력한 결과 상기 방법중 두번째 방법과 넷째 방법을 적절히 조합함으로써 즉, 비중 1 이하의 경질원료와 비중 2 이상의 중질원료로 조합구성된 세라믹 원료에 결합제로서 펄프폐액을 기공매체로서 폐펄프, 폐합성수지 또는 폐고무 등의 폐기물과 강도 증진제 등을 첨가 혼합하여 성형한 다음 건조 및 하소시키므로써 전체적으로 균일하게 분포된 미세기공을 가지며 나아가 실용에 상응할 수 있는 강도와 벌크밀도를 갖춘 본 발명의 다공질 세라믹 재료를 개발하게 되었다.

본 발명은 세라믹 원료에 펄프폐액과 폐펄프 등을 첨가하여 제조함으로써 기공을 부여하고 경량성 등 제반물성이 우수한 다공질 세라믹 재료를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 1) 고령토 45∼60중량%, 2) 납석, 점토 및 알루미나 중에서 선택된 하나 이상의 성분 15∼45중량%, 3) 규조토, 석탄회 및 제올라이트 중에서 선택된 하나 이상의 성분 5∼10중량%로 이루어진 세라믹 원료 70∼95중량%에다 물과 펄프폐액 5∼30중량%를 혼합시킨 후, 여기에다 폐펄프, 폐합성수지 및 폐고무 중에서 선택된 하나 이상의 폐기물 성분으로 구성된 기공매체와 규산염소다를 혼합시켜서 만든 성분을 하소처리시켜서 된 것을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 세라믹 원료에 결합제인 펄프폐액과 기공매체인 폐펄프 등을 첨가하여 제조함으로써 기공을 부여하고 경량성 등 제반물성이 우수한 다공질 세라믹 재료에 관한 것으로서, 본 발명에 있어서 다공질 세라믹 재료를 구성하는 세라믹 원료 중 중질원료로서는 고령토, 납석, 점토 또는 알루미나를 사용하고, 경질원료로서는 규조토, 석탄회 또는 제올라이트 등을 사용한다.

상기 중질원료와 경질원료를 포함한 세라믹 원료의 사용량은 전체 다공질 세라믹 재료중 70 내지 95중량%로 사용하는데 그 사용량이 70중량% 미만일 경우 혼합이 어렵고 재료 강도가 저하될 뿐만 아니라 크랙발생의 우려가 있고, 95중량%를 초과하면 재료 비중이 상승하고 가공부여가 어려운 문제가 있다. 또한 세라믹 원료로 사용되는 중질원료와 경질원료의 구성비는 95 : 5 중량비 내지 65 : 35 중량비 범위가 바람직하다.

세라믹 원료에 있어서 중질원료의 구성비가 65 중량비 미만일 경우 재료강도가 저하되는 문제가 있고 95 중량비를 초과하면 재료비중이 상승하여 재료 경량화에 역행되는 문제가 있다.

본 발명에서 사용하는 세라믹 원료의 입자경은 미세할수록 표면적이 커지고 합습상태로 한 경우 응집력이 증대한다. 다공질 세라믹 재료의 강도는 사용하는 세라믹 원료의 입자경이 작을수록 커지므로 입자경이 작은편이 유효하다. 따라서, 천연원료를 사용할 경우에는 분쇄처리하여 평균입자경이 50마이크로미터 이하로 조정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용한 함습 세라믹 원료는 세라믹 원료에 물이나 펄프폐액 등을 적가함으로서 얻을 수 있다. 필요에 따라 점도조정계, 계면활성제를 부가하여 함습 세라믹 원료의 성상을 변화할 수 있으나, 세라믹 원료 이외의 부가물은 가능한 한 적게 하여 다공질 세라믹 재료의 벌크밀도를 높여서 강도를 발현하도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 분산매로서는 물을, 결합제로서는 펄프폐액을, 기공매체로서는 폐펄프, 폐합성수지 또는 폐고무 등을, 그리고 강도증진제로서는 규산염소다 등을 사용한다. 세라믹 원료에 대한 분산매인 물의 첨가량은 세라믹 원료 100중량부에 대해 10 내지 40 중량부, 바람직하기로는 15 내지 30중량부이다. 분산매의 첨가량은 세라믹 원료 100중량부에 대해 10 내지 40중량부, 바람직하기로는 15 내지 30중량부이다. 분산매의 첨가량이 10중량부 미만이 되면 결합력이 부족하여 다공질 세라믹 재료의 강도가 충분하지 못한 경우가 있으며, 40중량부를 초과하면 유동성 및 가공매체와의 혼합성이 저하되어 교반이 어렵고 또한 균일혼합이 곤란해지는 경우도 있다.

본 발명에서 전술한 세라믹 원료에 기공매체를 첨가하여 예비 혼합을 행한 후 분산매, 결합제, 강도증진제 등을 추가하여 반죽한 후 성형하였다. 가공부여조작은 단순히 세라믹 성형물을 하소함으로서 이룩할 수 있다. 이 기공매체의 첨가에 의한 기공부여는 균일한 분포의 기공을 형성할 수 있다는 점에서 중요한 의미를 갖는다. 기공매체로서는 폐펄프, 폐합성수지, 폐고무 등을 적정 크기로 잘라낸 분쇄품을 사용하는 바, 그 사용량은 전체 다공질 세라믹 재료 100중량부에 대해 5 내지 30 중량부 범위가 적당하다.

일, 그 양이 30중량부를 초과하면 다공질 세라믹 재료의 강도가 저하되고, 5중량부 미만이면 벌크 밀도가 높아져서 경량성이 떨어진다.

또한, 규산염소다는 다공질 세라믹 재료의 강도를 높이기 위해 전체 다공질 세라믹 재료 100중량부에 대해 0.1 내지 5 중량부 사용되는데, 그 사용량이 많을수록 강도는 증가될 수 있지만 다공질 세라믹 재료의 균열을 초래할 수도 있다.

이상과 같이 하여 세라믹 성형물을 건조해서 얻은 세라믹 골격은, 예를 들어 1000 내지 1500℃의 온도에서 하소시켜 본 발명의 다공질 세라믹 재료를 얻을 수 있다. 여기서 하소온도가 상기 범위를 벗어나면 미소성으로 인한 강도저하나 과잉 소성으로 인한 글라스와 및 뒤틀림 현상 등이 발생된다.

본 발명의 방법에 의하여 제조된 다공질 세라믹 재료는 0.1 내지 1.7㎜의 미세한 기공을 가지고 다공체 전체에 걸쳐서 미세기공이 균일하게 분포해 있으며, 벌크밀도 0.5 내지 1.5g/㎤, 압축강도 10 내지 150kg/㎤의 실용물성을 갖추게 된다.

상기와 같이 본 발명은 기공매체로서 각종 폐기물을 사용하기 때문에 산업폐기물 재활용 및 환경보호 측면에서 매우 유용하며 본 발명에 의해 제조된 다공질 세라믹 재료는 미세하고 균일한 기공이 형성되고 경량성, 단열성, 내화성 및 흡음성 등 제반물성이 우수하여 일반 건축용 경량자재로서 이용할 수 있는 이외에 저온냉동 창고 단열재, 지하축열조 재료, 저유조 재료, LPG 및 LNG 저장조 재료 등으로서도 응용 가능하고 침탄로, 소둔로, 열풍로, 소각로 및 도자기 가마 등 각종 공업용 요로의 내장재 및 외장재 등에 널리 이용할 수가 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

고령토 50중량부, 납석 20중량부, 알루미나 5중량부, 규조토 5중량부, 점토 10중량부, 폐펄프 10중량부를 혼합기에 넣어 20분간 예비 혼합한 후, 혼합시료 대비 물 15중량부, 펄프폐액 5중량부, 규산염소다 3중량부를 부가하여 30분간 조습 반죽하였다. 이 반죽물을 성형틀(250×130×80㎜)에 주입하고 0.003kg/㎤의 압력조건하에서 가압 성형하여, 성형물을 실온에서 48시간 방치한 다음 80℃로 유지된 건조기내에서 24시간 건조하였다. 건조물을 1250℃에서 40분간 하소하여 벌크밀도 1.42g/㎤, 압축강도 136kg/㎤의 본 발명의 다공질 세라믹 재료를 얻었다.

[실시예 2]

고령토 50중량부, 납석 10중량부, 석탄회 5중량부, 점토 5중량부, 폐펄프 25중량부를 혼합기에 넣어 20분간 예비 혼합한 후, 혼합시료 대비 물 10중량부, 펄프폐액 15중량부, 규산염소다 3중량부를 부가하여 30분간 조습 반죽하였다. 이 반죽물을 성형틀(250×130×80㎜)에 주입하고 0.003kg/㎤의 압력조건하에서 가압 성형하여, 성형물을 실온에서 48시간 방치한 다음 80℃로 유지된 건조기내에서 24시간 건조하였다. 건조물을 1250℃에서 40분간 하소하여 벌크밀도 1.13g/㎤, 압축강도 67kg/㎤의 본 발명의 다공질 세라믹 재료를 얻었다.

[실시예 3]

고령토 45중량부, 납석 25중량부, 알루미나 10중량부, 규조토 5중량부, 점토 10중량부, 폐합성수지(폴리스티렌) 5중량부를 혼합기에 넣어 20분간 예비 혼합한 후, 혼합시료 대비 물 20중량부, 펄프폐액 5중량부를 부가하여 30분간 조습 반죽하였다. 이 반죽물을 성형틀(250×130×80㎜)에 주입하고 0.003kg/㎤의 압력조건하에서 가압 성형하여, 성형물을 실온에서 48시간 방치한 다음 80℃로 유지된 건조기내에서 24시간 건조하였다. 건조물을 1400℃에서 40분간 하소하여 벌크밀도 0.67g/㎤, 압축강도 24kg/㎤의 본 발명의 다공질 세라믹 재료를 얻었다.

Claims (3)

1. 세라믹원료에 펄프성분이 혼합되어 있고 하소처리되어 이루어진 다공질 세라믹 재료에 있어서, 1) 고령토 45∼60중량%, 2) 납석, 점토 및 알루미나 중에서 선택된 하나 이상의 성분 15∼45중량%, 3)규조토, 석탄회 및 제올라이트 중에서 선택된 하나 이상의 성분 5∼10중량%로 이루어진 세라믹 원료 70∼95중량%에다 물과 펄프폐액 5∼30중량%를 혼합시킨 후, 여기에 폐펄프, 폐합성수지 및 폐고무 중에서 선택된 하나 이상의 폐기물 성분으로 구성된 기공매체와 규산염소다를 혼합시켜서 만든 성분을 하소처리시크므로써 0.1 내지 1.7㎜의 기공을 가지며, 벌크밀도가 0.5 내지 1.5g/㎤, 압축강도가 10 내지 150kg/㎤가 되도록 한 것임을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 다공질 세라믹 재료.
2. 제1항에 있어서, 상기 기공매체는 전체 다공질 세라믹 재료 100중량부에 대하여 5 내지 30중량부로 구성된 것임을 특징으로 하는 다공질 세라믹 재료.
3. 제1항에 있어서, 상기 규산연소다는 전체 다공질 세라믹 재료 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부로 구성된 것임을 특징으로 하는 다공질 세라믹 재료.