KR100653240B1 - Method for manufacturing Environmetally compatible Porous Inorganic Binder - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존 실리카졸에 pH를 낮추어 안정화된 산성 실리카졸을 제조하는 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는, 0.6%(w/w) 내지 0.7%(w/w) 수산화나트륨 수용액이 담긴 반응용기를 50℃까지 가열하여 상승시킨 다음, 97%이상의 규소 분말을 수산화나트륨 수용액 1000 중량부에 대하여 100 중량부 내지 150 중량부 첨가한 후 약 4시간 내지 5시간 방치하는 단계; 상기 반응용기에 다시 30 중량부 내지 50 중량부의 규소분말과 함께 암모니아수(25-28% NH4OH)를 총 반응물 100% (v/v)에 대하여 0.075%(v/v) 내지 0.085%(v/v) 첨가하고 4시간 내지 5시간 방치하는 단계; 상기 반응용기를 다시 밀폐 한 후 10시간 이상 방치하고 상기 반응용기의 내용물을 프레스 필터로 필터링한 실리카졸을 제조하는 단계; 및 상기 실리카졸에 산도를 조절하되 pH 농도를 3이하로 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환경친화형 기공성 무기계 바인더 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a stabilized acidic silica sol by lowering the pH in the existing silica sol, in detail, a reaction vessel containing 0.6% (w / w) to 0.7% (w / w) aqueous sodium hydroxide solution Heated to 50 ° C., and then, adding 97% or more of silicon powder to 100 parts by weight to 150 parts by weight based on 1000 parts by weight of an aqueous sodium hydroxide solution, and then leaving the mixture for about 4 hours to 5 hours; The reaction vessel was again mixed with 30 to 50 parts by weight of silicon powder with aqueous ammonia (25-28% NH 4 OH) from 0.075% (v / v) to 0.085% (v) based on 100% (v / v) of the total reactants. / v) addition and left for 4 to 5 hours; Preparing the silica sol after the reaction vessel is sealed again and left for at least 10 hours and filtered through a press filter. And it relates to an environmentally friendly porous inorganic binder manufacturing method comprising the step of adjusting the acidity to the silica sol, but lowering the pH concentration to 3 or less.
또한, 상기 산성화단계를 통하여 각종 첨가반응이 가능한 안정화된 산성 실리카졸을 MTMS(Methyltrimethoxysilane), 물 또는 에탄올 등의 첨가물을 첨가하여 첨가제의 효과에 따른 안정성, 코팅상태, 압축강도를 향상시키고, 또한 바인더로서의 고형물을 가리는 효과(Shielding Effect)를 최소화하게 된다.In addition, stabilized acid silica sol capable of various addition reactions through the acidification step is added to the additives such as MTMS (Methyltrimethoxysilane), water or ethanol to improve the stability, coating state, compressive strength according to the effect of the additive, and also binder The shielding effect is minimized as a solid.
Description
도 1는 본 발명의 실시예에 따른 실리카졸의 제조공정도.1 is a manufacturing process of the silica sol according to the embodiment of the present invention.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 실리카졸의 TEM사진.2 is a TEM photograph of a silica sol according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산성실리카졸의 응집체 형상을 보여주는 TEM사진.Figure 3 is a TEM photograph showing the aggregate shape of the acid silica gel according to an embodiment of the present invention.
도 4는 물유리계 바인더와 산성실리카졸의 탈취율 비교 그래프4 is a graph comparing the deodorization rate of the water glass-based binder and acidic silica sol
도 5은 실리카졸에 MTMS를 첨가 혼합한 기공성 무기계 바인더의 압축강도와 탈취율을 나타낸 그래프.5 is a graph showing the compressive strength and deodorization rate of the porous inorganic binder in which MTMS is added to and mixed with silica sol.
도 6는 실리카졸에 MTMS를 첨가, 혼합한 후에 물과 에탄올을 더 첨가한 기공성 무기계 바인더의 압축강도와 탈취율을 나타낸 그래프.6 is a graph showing the compressive strength and deodorization rate of the porous inorganic binder to which water and ethanol were further added after MTMS was added to and mixed with silica sol.
도 7는 실리카졸에 물과 에탄올을 첨가, 혼합한 후에 아크릴을 더 첨가한 기공성 무기계 바인더의 압축강도와 탈취율을 나타낸 그래프.7 is a graph showing the compressive strength and deodorization rate of the porous inorganic binder to which acrylic is further added after mixing and mixing water and ethanol to silica sol.
본 발명은 기공성 무기계 바인더에 관한 것으로, 기존 실리카졸에 산도를 조 절하여 pH가 3이하인 산성 실리카졸을 제조하고, 또한, 이를 출발물질로 하여 실리카졸 표면에 MTMS(Methyltrimethoxysilane)를 치환기로 도입하거나 실리카졸에 아크릴바인더를 혼합하거나 또는 물, 에탄올등의 첨가제를 첨가함으로써 압축강도와 탈취율을 향상시킨 환경친화형 기공성 무기계 바인더에 관한 것이다.The present invention relates to a porous inorganic binder, an acidic silica sol having a pH of 3 or less is prepared by adjusting the acidity to an existing silica sol, and using this as a starting material, MTMS (Methyltrimethoxysilane) is introduced to the surface of the silica sol as a substituent. The present invention relates to an environmentally friendly porous inorganic binder which improves compressive strength and deodorization rate by mixing an acrylic binder with silica sol or adding additives such as water and ethanol.
시판되는 바인더는 가격이 저렴한 유기계 바인더가 대부분이며, 유기계바인더는 무기계 바인더에 비해 상대적으로 내화학성, 내열성, 내부식성등과 같은 물성이 많이 떨어지는 문제점이 있다.Commercially available binders are mostly inexpensive organic binders, and organic binders have a problem in that physical properties such as chemical resistance, heat resistance, and corrosion resistance are inferior compared to inorganic binders.
특히, 건축자재 중 단열패널이나 코팅제에 일반적으로 사용되고 있는 유기계 바인더는 적용시 열화가 쉽고, 열분해시 저분자량의 가연성 가스가 발생되어 주변에 착화점 이상의 화원이 있으면 가스에 인화되어 연소가 확대되고 유독가스를 발생시키는 문제점이 있고, 제올라이트나 원적외선이 방출되는 소재에 적용시에는 기재의 기공을 막아 소재가 갖고 있는 효과를 감소시키는 문제점이 있다. In particular, organic binders commonly used in thermal insulation panels and coatings among building materials are easy to deteriorate when applied, and low-molecular-weight flammable gases are generated during pyrolysis. There is a problem of generating a problem, and when applied to a material that emits zeolite or far infrared rays, there is a problem of reducing the effect of the material by blocking the pores of the substrate.
또한, 신축건물의 경우 상기 기존 바인더가 적용됨으로써 포름알데히드같은 각종 Solvent로 인하여 입주자로 하여금 두통, 알러지등 각종 질병을 유발하는 문제점이 있었다.In addition, when the new building is applied to the existing binder due to various solvents such as formaldehyde, there is a problem that causes the residents to cause various diseases, such as headaches, allergies.
따라서 기존의 건축자재 생산업체들은 유기계 소재에서 무기계 소재로의 전환을 시도하고 있으나, 이 때 필요한 물성이나 가격면에서 합리적인 무기계 바인더를 찾지 못하는 실정이다. Therefore, existing building materials producers are attempting to switch from organic materials to inorganic materials, but cannot find a reasonable inorganic binder in terms of physical properties and price.
특히, 상기 유기계 바인더의 문제점을 극복하기 위하여 물유리 혹은 대표적으로 실리카졸이 바인더에 적용이 되기도 하나, 기존에 시판되고 있는 물유기 무기 계 바인더는 결합력은 우수하나 내수성이 떨어지고, 염기성 실리카졸은 결합력이 떨어지는 단점으로 적용에 한계가 많았다.In particular, in order to overcome the problems of the organic binder, water glass or typically silica sol may be applied to the binder, but the conventional water-based inorganic binder is excellent in bonding strength but inferior in water resistance, and basic silica sol is inferior in bonding strength. There were many limitations in application due to the disadvantage.
따라서, 이러한 단점으로 물유리계 바인더를 적용하거나 염기성 실리카졸에각종 첨가제를 첨가함에 있어 기술적인 제약이 많았다.Therefore, there are many technical limitations in applying the water glass-based binder or adding various additives to the basic silica sol.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 기공성 무기계 바인더를 통하여 종래 유기계 바인더가 가지고 있는 내화학성, 내열성, 내부식성등과 같은 물성을 향상시키고, 신축건물에서 발생하는 포름알데히드같은 질병야기 solent의 발생을 근절시키는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, through the porous inorganic binder to improve the physical properties such as chemical resistance, heat resistance, corrosion resistance, etc. of the conventional organic binder, formaldehyde-like diseases that occur in new buildings Its purpose is to eradicate the occurrence of yagi solent.
또한, 기존의 염기성 실리카졸이 가지고 있는 낮은 결합력을 극복하기 위해서 첨가반응이 가능한 안정한 산성 실리카졸을 제조하고, 이때 첨가제가 첨가되었을 때에도 안정화 된 상태에서 반응이 잘 진행되어 첨가제의 효과를 용이하게 부여하는 데 그 목적이 있다.In addition, in order to overcome the low binding strength of the existing basic silica sol to prepare a stable acid silica sol capable of addition reaction, the reaction proceeds well in the stabilized state even when the additive is added, thereby giving the effect of the additive easily Its purpose is to.
특히, 본 발명은 안정화 된 산성 실리카졸에 MTMS, 아크릴바인더, 에탄올 또는 물 등과 같은 첨가제를 첨가함으로써 바인더로써 압축강도를 높이고, 코팅시에 도막 형성력을 향상시키는 데 그 목적이 있다In particular, the present invention is to increase the compressive strength as a binder by adding an additive such as MTMS, acrylic binder, ethanol or water to the stabilized acidic silica sol, and to improve the film forming ability during coating
그리고, 본 발명은 바인딩 되어지는 소재의 특성(탈취, 항균, 원적외선, 음이온, 통기성, 내후성, 내오염성 등)이 바인더에 의해 가려지는 효과를 극소화 하도록 기공성(Porosity)을 향상시키는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention has an object to improve the porosity (porosity) to minimize the effect that the properties of the material to be bound (deodorant, antibacterial, far-infrared, anion, breathability, weather resistance, fouling resistance, etc.) by the binder. .
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기공성 무기계 바인더의 제조방법에 있어서, 0.6%(w/w) 내지 0.7%(w/w) 수산화나트륨 수용액이 담긴 반응용기를 50℃까지 가열하여 상승시킨 다음, 97%이상의 규소 분말을 수산화나트륨 수용액 1000 중량부에 대하여 100 중량부 내지 150 중량부 첨가한 후 4시간 내지 5시간 방치하는 단계; 상기 반응용기에 다시 30 중량부 내지 50 중량부의 규소분말과 함께 암모니아수(25-28% NH4OH)를 총 반응물 100% (v/v)에 대하여 0.075%(v/v) 내지 0.085%(v/v) 첨가하고 4시간 내지 5시간 방치하는 단계; 상기 반응용기를 다시 밀폐 한 후 10시간 이상 방치하고 상기 반응용기의 내용물을 프레스 필터로 필터링한 실리카졸을 제조하는 단계; 및 상기 실리카졸에 산도를 조절하되 이온교환수지 통과 혹은 첨가하는 산의 농도, 속도, 및 첨가방법을 조절하는 형태로 pH를 3 이하로 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a porous inorganic binder, wherein a reaction vessel containing 0.6% (w / w) to 0.7% (w / w) aqueous sodium hydroxide solution is heated to 50 ° C. to raise the reaction container. Next, 100% to 150 parts by weight of 97% or more silicon powder is added to 1000 parts by weight of an aqueous sodium hydroxide solution, and then left for 4 to 5 hours; The reaction vessel was again mixed with 30 to 50 parts by weight of silicon powder with aqueous ammonia (25-28% NH 4 OH) from 0.075% (v / v) to 0.085% (v) based on 100% (v / v) of the total reactants. / v) addition and left for 4 to 5 hours; Preparing the silica sol after the reaction vessel is sealed again and left for at least 10 hours and filtered through a press filter. And while adjusting the acidity to the silica sol, characterized in that it comprises the step of lowering the pH to 3 or less in the form of adjusting the concentration, rate, and method of addition of the acid passing through the ion exchange resin.
또한, 바람직하게는 상기 실리카졸의 산도를 조절함에 있어서, 황산 또는 염산을 첨가하여 산성화시키는 것을 특징으로 한다.In addition, preferably, in controlling the acidity of the silica sol, it is characterized by acidification by adding sulfuric acid or hydrochloric acid.
또한, 바람직하게는 상기 실리카졸의 산도를 조절함에 있어서, 이온교환수지를 통과하여 산성화 시키는 것을 특징으로 한다.In addition, preferably, in controlling the acidity of the silica sol, it is characterized in that the acid through the ion exchange resin.
또한, 상기 실리카졸에 Ultramicromembrane을 이용하여 세척과정을 거쳐 Na이온농도를 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it characterized in that it comprises the step of lowering the Na ion concentration through the washing process using Ultramicromembrane in the silica sol.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해서 제조된 기공성 무기계 바인더를 포함한다.In addition, the present invention includes a porous inorganic binder prepared by the above production method.
또한, 상기 기공성 무기계 바인더 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부의 MTMS(Methytrimethoxysilane)를 혼합하여 일정시간 숙성시키는 단계를 더 포함하거나, 상기 기공성 무기계 바인더 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부의 MMA(Methylmetacrylate)를 첨가하여 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, 10 to 50 parts by weight of MTMS (Methytrimethoxysilane) by mixing with respect to 100 parts by weight of the porous inorganic binder further comprises the step of aging for a predetermined time, or 10 to 50 parts by weight of MMA with respect to 100 parts by weight of the porous inorganic binder (Methylmetacrylate) is characterized in that it further comprises the step of mixing by adding.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 기공성 무기계 바인더를 포함한다In addition, the present invention includes a porous inorganic binder prepared by the above production method.
또한, 상기 기공성 무기계 바인더 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부의 MTMS(Methytrimethoxysilane)를 혼합하여 일정시간 숙성시킨 후 물 및/또는 에탄올을 첨가하여 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, 10 to 50 parts by weight of MTMS (Methytrimethoxysilane) by mixing with respect to 100 parts by weight of the porous inorganic binder is aged for a certain time, characterized in that it further comprises the step of mixing by adding water and / or ethanol.
또한, 본 발명을 상기 제조방법에 의해서 제조된 기공성 무기계 바인더를 포함한다.In addition, the present invention includes a porous inorganic binder prepared by the above production method.
그리고, 본 발명은 상기 제조방법에 의해서 제조된 기공성 무기계 바인더를 함유하는 제올라이트계 탈취제, 건축자재용 코팅제 또는 시멘트를 포함한다.In addition, the present invention includes a zeolite-based deodorant, a coating material for building materials, or cement containing a porous inorganic binder prepared by the above method.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 염기성 실리카졸 제조방법(출원번호 1020000045376)의 특허권자인 영일화성(주)과 공동으로 개발한 발명으로써 기존의 염기성 실리카졸에 있어서의 문제점인 낮은 결합력을 보완하기 위해서 이를 출발물질로 하여 개발된 발명이다.The present invention was developed in collaboration with Youngil Hwasung Co., Ltd., a patent holder of a basic silica sol manufacturing method (Application No. 1020000045376). Invention.
따라서, 상기 실리카졸 제조방법(출원번호 1020000045376)에 따른 염기성 실리카졸 제조방법에 대하여 간략히 기술한 후, 이하 산성실리카졸 제조방법 및 첨가 제를 첨가한 기공성 무기계 바인더에 대해서 설명하기로 한다.Therefore, after briefly describing the basic silica sol production method according to the silica sol production method (Application No. 1020000045376), a method for preparing an acidic silica sol and a porous inorganic binder to which an additive is added will be described.
도 1의 본 발명의 출발물질인 염기성 실리카졸의 제조공정을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a process for preparing a basic silica sol as a starting material of the present invention.
규소함량이 97% 이상인 공업용 규소분말을 출발물질로 수산화나트륨과 같은 염기성 촉매를 사용하여 규소의 산화반응을 유도하여 균일한 규산미립자가 생성되도록 하는 것으로, 주요 반응식은 아래에서와 같다.Industrial silicon powder having a silicon content of 97% or more is used as a starting material to induce oxidation of silicon using a basic catalyst such as sodium hydroxide so that uniform silicate particles are produced. The main reaction equation is as follows.
반응식 1Scheme 1
mSi(s) + 2nNaOH(aq) → mSiO2·nNa2O(aq) + H2(g) m Si (s) + 2n NaOH (aq) → m SiO 2 · n Na 2 O (aq) + H 2 (g)
→ mSiO2·H2O + 2nNaOH(aq)¡Æ m SiO 2 H 2 O + 2 n NaOH (aq)
여기에서 m, m은 0이 아닌 양의 정수를 나타내며, 규소는 수산화나트륨과 과량의 물에 의해 전이 상태로 물유리의 형태를 거치는데 이때 물유리의 형성과정에서 수소기체가 함께 발생하게 된다. Here, m and m represent a non-zero positive integer, and silicon passes through the form of water glass in a transition state by sodium hydroxide and excess water, where hydrogen gas is generated together during the formation of the water glass.
전이 상태의 불안정한 물유리상은 규산(mSiO2·H2O) 형태로 변화되면서 실리카졸이 생성되고, 이때 수산화 나트륨이 다시 생성되는데, 생성된 수산화나트륨은 다시 반응의 처음으로 돌아가서 규소와 결합하여 물유리 형태를 만드는 과정을 반복하게 되면서 최종 생성물에는 수산화나트륨으로 존재하게 되어 자신은 변하지 않으면서 규소의 산화반응을 활성화시키는 촉매로 사용된다.The unstable water glass phase in the transition state is changed to the silicic acid (mSiO 2 H 2 O) form, which generates silica sol, and sodium hydroxide is produced again. By repeating the process of forming, the final product is present as sodium hydroxide, which is used as a catalyst to activate the oxidation of silicon without changing itself.
도 2는 상기 제조방법에서 제조된 실리카졸의 TEM사진을 보여주는 것이다.Figure 2 shows a TEM picture of the silica sol prepared in the above production method.
실리카졸의 입자크기는 수십나노미터의 입경을 가지고 있으며 이러한 나노입 자크기의 졸형상으로 인하여 기공성(Porosity)을 가지게 된다.The particle size of the silica sol has a particle size of several tens of nanometers, and due to the sol shape of the nano-particle size, it has porosity.
이러한 물질을 바인더에 적용하게 되는 경우, 바인더를 사용하는 원 소재의 특성(탈취, 항균, 원적외선, 음이온, 통기성, 내후성, 내오염성 등)이 상기 바인더의 기공성(Porosity)에 의해 가려지는 효과(Shielding Effect)를 극소화 되도록 하는 특성이 부여 되게 된다.When such a material is applied to a binder, the effect (deodorization, antibacterial, far infrared rays, anion, air permeability, weather resistance, pollution resistance, etc.) of the raw material using the binder is blocked by the porosity of the binder ( It is given the property to minimize the shielding effect.
다만, 상기 제조방법에 의해 제조된 실리카졸은 염기성 실리카졸로서 접착력 또는 부착력이 매우 부족하고 각종 첨가물에 의한 반응성 또는 혼화성이 떨어지는 문제점이 있으므로 이를 극복하기 위하여 산성화 시키는 단계를 실시예를 통해서 설명하기로 한다.However, since the silica sol prepared by the above-described manufacturing method is a basic silica sol, there is a problem in that the adhesion or adhesion is very insufficient and the reactivity or miscibility due to various additives is inferior. Shall be.
<실시예1>Example 1
상기 언급한데로, 염기성 실리카졸은 각종첨가물에 의해 안정성이 떨어지며, 특히 첨가물로서 MTMS, MMA, 물, 에탄올 등을 첨가했을때 안정성이 낮아서 쉽게 겔화되는 문제점이 있는바, 이하 산성화 단계를 도입하는 과정을 실시예를 통하여 설명하기로 한다.As mentioned above, the basic silica sol is inferior in stability by various additives, and especially when MTMS, MMA, water, ethanol, etc. are added as an additive, there is a problem that the gel is easily gelled due to low stability. It will be described through the embodiment.
<표1><Table 1>
(c: concetrated, d: dilute to 1 M, slow & fast : 산 첨가속도로 구분, 입도 측정은 1 wt% 되도록 희석한 조건에서 측정한 결과임)(c: concetrated, d: dilute to 1 M, slow & fast: divided by acid addition rate, particle size measurement is the result of dilution to 1 wt%)
상기 <표1>은 알칼리 상태의 실리카졸을 출발물질로 하여 다양한 방법으로 산성화한 실시예로서, 이온수지통과, 산의 종류, 산의 첨가 방법 등에 따라 산성졸의 특성에 영향을 미치는 것을 관찰한 표이다.Table 1 shows an example of acidification by various methods using an alkali silica sol as a starting material, and it was observed that the characteristics of the acid sol were affected by the passage of the ion resin, the type of acid, and the addition method of the acid. Table.
상기 표에서 알수 있듯이 이온교환 수지를 통과시켜 제조한 산성졸, 황산 또는 염산을 첨가하여 제조한 산성졸을 비교하면 그림에서와 같이 약 10nm 정도의 1차 입자가 구형 혹은 가지 모양으로 응집체를 이루고 있는 것을 관찰할 수 있다. As can be seen from the table above, the acidic sol prepared by adding an acidic sol, sulfuric acid, or hydrochloric acid prepared by passing an ion exchange resin, and the primary particles of about 10 nm are aggregated into a spherical or branched shape as shown in the figure. Can be observed.
또한 초산 혹은 Aluminum sulfate를 첨가하여 제조한 산성졸의 경우 황산을 첨가하여 제조한 산성졸에 비해 안정성이 떨어져 겔화가 더 빠르게 일어났다.In addition, the acidic sol prepared by adding acetic acid or aluminum sulfate resulted in less gel stability than the acidic sol prepared by adding sulfuric acid.
결론적으로 이온교환수를 통과하여 제조된 산성졸, 황산, 또는 염산을 첨가하여 제조된 산성졸에서 초기 겔화현상이 발생하지 않고 응집체를 형성시키므로써 보다 안정한 상태를 보여준다.In conclusion, the acidic sol prepared by adding acidic sol, sulfuric acid, or hydrochloric acid through ion-exchanged water shows a more stable state by forming an aggregate without initial gelation phenomenon.
도 3은 상기 제조된 산성실리카졸의 응집체현상을 보여주는 TEM사진이다.3 is a TEM photograph showing the aggregate phenomenon of the prepared acidic silica sol.
TEM사진을 통해서 산성 실키카졸이 보다 안정한 상태에서 응집체를 형성한다는 것을 확인할 수 있다.TEM images show that the acidic silicaxazole forms aggregates in a more stable state.
도 4을 참조하여 상기 산성실리카졸이 바인더로서의 우수한 물성을 보여준다는 것을 물유기계 바인더와 비교해서 설명하기로 한다.Referring to FIG. 4, it will be described in comparison with the water-organic binder that the acidic silica sol shows excellent physical properties as a binder.
본 실시예에서 진행된 탈취율 실험방법은 샘플 1g이 담긴 2L 밀봉 beaker( mini fan 장착)에 micro sylinge를 이용하여 NH3 5.5㎕를 넣고 시간(2, 5, 10, 20, 30, 60, 90, 120min)에 따른 암모니아 농도 변화를 gastec을 이용하여 측정하고, 시편이 없는 blank 상태와 비교하여 탈취율을 평가하였다. In the deodorization rate test method performed in this embodiment, 2 μl of beaker (mini fan) containing 1 g of sample was added 5.5 μl of NH3 using a micro sylinge (2, 5, 10, 20, 30, 60, 90, 120 min). The change in ammonia concentration was measured by gastec, and the deodorization rate was evaluated by comparing with the blank state without specimen.
탈취율(%) = [1-(샘플농도 / blank농도)] × 100 % Deodorization = [1- (Sample / Blank)] × 100
측정결과는 아래 <표2>과 같다.The measurement results are shown in <Table 2>.
<표2><Table 2>
( Z:제올라이트 단독, Z+WG: 제올라이트에 물유리계 바인더적용, Z+S:제올라이트에 산성실리카졸 적용, Z+S′: 제올라이트, 산성실리카졸, MSMS, 에탄올 및 물이 혼합된 샘플)(Z: zeolite alone, Z + WG: water glass-based binder applied to zeolite, Z + S: acidic silicasol applied to zeolite, Z + S ′: sample mixed with zeolite, acidic silicasol, MSMS, ethanol and water)
도 4 및 <표2> 을 참조하여 탈취율 실험 결과를 설명하면, 순수한 제오라이트의 경우 시간이 경과함에 따라 탈취율이 증가하게 되는데 120시간이 경과한 경우 탈취율이 93%의 값을 가진다. Referring to the results of the deodorization rate experiment with reference to Figure 4 and Table 2, in the case of pure zeolite, the deodorization rate increases as time passes, but the deodorization rate has a value of 93% after 120 hours.
물유리계 바인더를 사용한 경우 제오라이트 자체의 탈취율이 급격히 감소하 여 120시간이 경과한 후 24%의 값을 가지게 되는데 반해서, 상기 제조된 산성실리카졸의 경우 탈취율이 90%의 값을 보여줌으로써 순수한 제오라이트의 94%와 비교해서큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.In the case of using the water glass-based binder, the deodorization rate of the zeolite itself decreases rapidly and has a value of 24% after 120 hours, whereas in the prepared acidic silica sol, the deodorization rate of the zeolite shows a value of 90%. Compared with 94%, there is no big difference.
즉, 산성실리카졸을 사용한 경우 제오라이트가 가지고 있는 고유의 특성을 가리는 효과(shielding effect)를 최소화 한다는 사실을 실험으로 증명하고 있다.In other words, experiments have demonstrated that acidic silica sol minimizes the shielding effect of zeolite.
이하, 상기 제조공정에 의해 생성된 산성 실리카졸을 출발물질로 하여 MTMS(Methyltrimethoxysilane), 물, 에탄올 또는 아크릴의 첨가효과를 설명하기로 한다.Hereinafter, the effects of the addition of MTMS (Methyltrimethoxysilane), water, ethanol or acryl will be described based on the acidic silica sol produced by the manufacturing process as a starting material.
<실시예 2><Example 2>
이하 본발명의 실시예로서 상기 실리카졸에 MTMS를 첨가 후 혼합했을 경우를 설명하기로 한다. Hereinafter, a case in which MTMS is added to the silica sol and mixed as an embodiment of the present invention will be described.
MTMS는 유기 작용기가 Si에 1개 부착되어 구조적으로 일부 유연성을 부여하는 것이 가능한 물질로 알려져 있다. 또한 Si에 결합하고 있는 3개의 -OCH3 작용기는 가수분해와 축합반응을 거쳐 실리카졸 표면에서 반응을 하여 부착하고 또한 축합으로 성장하는 형태로 자란다. MTMS is known to be capable of providing some structural flexibility by attaching one organic functional group to Si. In addition, the three -OCH 3 functional groups bonded to Si grow through the hydrolysis and condensation reaction to react and adhere on the surface of the silica sol, and grow in condensation.
즉, 일단계로 MTMS가수분해가 일어나고, 이단계로 축합반응이 진행되는데 이하 MTMS가 실리카졸 표면에서 이루어지는 반응식을 나타내면 아래와 같다.In other words, MTMS hydrolysis occurs in one step, and condensation reaction proceeds in this step.
반응식 2Scheme 2
물성실험을 함에 있어서, 본 실험은 상기 실리카졸에 pH를 떨어뜨려 산성으로 유지시킨후(이하 산성 실리카졸이라 함) MTMS를 실리카졸 대비 20 wt%를 첨가한 후 물성을 측정하였으며, 타사제품(N사)를 비교하여 정리하면 아래 <표1>과 같다.In the physical property test, the present experiment was to drop the pH in the silica sol to maintain the acid (hereinafter referred to as acidic silica sol) after the addition of 20 wt% MTMS compared to the silica sol and measured the physical properties, Comparing N company) shows in <Table 1> below.
부착시험은 제조된 여러 가지 바인더를 10분 교반 후 10분간의 숙성 (aging time)을 거친뒤 75mm × 25mm slide glass를 이용하여 바인더에 dipping 한다. 실온(20℃)에서 건조 시킨 후, 육안으로 코팅성과 표면의 색상을 관찰하고 sharp한 물질로 scratching하여 1차적으로 부착성을 간이 테스트 하였다.In the adhesion test, various binders prepared were subjected to 10 minutes of aging after stirring for 10 minutes, and then dipping into binders using 75mm × 25mm slide glass. After drying at room temperature (20 ℃), the coating and the color of the surface were visually observed and scratched with a sharp material to test the adhesion primarily.
<표3><Table 3>
(설명: 양호(○), 보통(△), 불량(×)) (Description: Good (○), Normal (△), Bad (×))
상기 <표3>에서 보는 바와같이 N사의 제품보다도 본 발명에 따른 바인더가 코팅성 및 부착성은 더 우수하다.As shown in Table 3, the binder according to the present invention has better coating property and adhesion than the N company product.
또한, 바인더의 점도가 더 높고, 코팅두께도 더 높은 특성을 보인다.In addition, the binder has a higher viscosity and a higher coating thickness.
도 5를 참조하여 실리카졸에 MSTM를 첨가한 바인더의 압축강도와 탈취율을 시험한 결과를 설명하기로 한다.Referring to Figure 5 will be described the results of testing the compressive strength and deodorization rate of the binder added to the MSTM to the silica sol.
압축강도 실험은 KS 5105에 따라 50mm 입방 시험체 틀에 여러 가지 고형물과 바인더를 적당한 비율 또는 일정한 비율로 mechanical stirrer로 잘 혼합한 뒤 몰드에 채우고 load cell 또는 press로 50kgf/cm2 압을 가하여 성형한다. 시편은 건조 시키고 만능시험기(Universial testing machine)로 크랙이 발생할 때 또는 load가 더 이상 오르지 않을때의 압력을 기록하고 이를 단위면적으로 나누어 압축강도를 평가하였다.Compressive strength test was carried out by mixing various solids and binders in a 50mm cubic specimen frame according to KS 5105 with a mechanical stirrer in an appropriate ratio or a constant ratio, filling the mold, and applying 50kgf / cm2 pressure by a load cell or press. The specimens were dried and the pressure at which the crack occurred or the load no longer increased with a universal testing machine was recorded and divided by the unit area to evaluate the compressive strength.
탈취율 실험은 sample 1g 이 담긴 2L 밀봉 beaker( mini fan 장착)에 micro sylinge를 이용하여 NH3 5.5㎕를 넣고 시간(2, 5, 10, 20, 30, 60, 90, 120min)에 따른 암모니아 농도 변화를 gastec을 이용하여 측정하고, 시편이 없는 blank 상태 와 비교하여 탈취율을 평가하였다. The deodorization rate experiment was carried out by adding 5.5 μl of NH 3 using a micro sylinge to a 2L sealed beaker (with a mini fan) containing 1g of sample and changing the ammonia concentration according to time (2, 5, 10, 20, 30, 60, 90, 120min). Was measured using gastec, and the deodorization rate was evaluated by comparing with the blank state without specimen.
탈취율(%) = [1-(샘플농도 / blank농도)] × 100 % Deodorization = [1- (Sample / Blank)] × 100
상기 실험방법에 따른, 실험결과를 분석해 보면 실리카졸 대비 MTMS의 함량에 따른 경향을 보면, 산성실리카졸에 MTMS 첨가량이 늘어날수록 압축강도(도 2 (a))는 향상되었고, 암모니아 탈취율(도 2 (b))도 증가하는 경향을 보인다.According to the experimental method, when analyzing the experimental results, the trend according to the content of MTMS compared to silica sol, the compressive strength (Fig. 2 (a)) was increased as the amount of MTMS added to the acid silica sol, deodorization rate of ammonia (Fig. 2) (b)) also tends to increase.
압축강도(도 5 (a))는 실리카졸에 MTMS가 첨가되었을 경우 80kgf/cm2 상당의 값을 나타내었고, 암모니아 가스에 대한 탈취율(도 5 (b))을 90%을 상회하는 결과를 보여준다.The compressive strength (FIG. 5 (a)) shows a value equivalent to 80 kgf / cm 2 when MTMS is added to the silica sol, and shows a result exceeding 90% of the deodorization rate (FIG. 5 (b)) for ammonia gas. .
<실시예 3><Example 3>
이하 산성 실리카졸에 MTMS를 첨가, 혼합한 후에 다시 물 및/또는 에탄올을 첨가한 경우를 설명하기로 한다.Hereinafter, a case in which water and / or ethanol is added again after MTMS is added to and mixed with the acidic silica sol will be described.
도 6는 산성 실리카졸 100 중량부에 대비하여 MTMS 10중량부, 물 200중량부를 혼합하여 고정하고 이후 에탄올의 첨가량에 따른 압축강도(도 6 (a))와 탈취율(도 6 (b))의 변화량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.6 is fixed by mixing 10 parts by weight of MTMS and 200 parts by weight of water with respect to 100 parts by weight of acidic silica sol, and then compressive strength (FIG. 6 (a)) and deodorization rate (FIG. It is a graph showing the result of measuring the amount of change.
도 6에서 도시하는 바와 같이 바인더의 안정성을 높이기 위하여 첨가된 에탄올의 함량이 증가할 수록 압축강도 및 탈취율에 좋은 영향을 보여주고 있으며, 이는 첨가된 에탄올은 알콜리시스 반응이 가수분해 반응과 경쟁적으로 일어나 가수분해의 속도를 완화하여 바인더의 급격한 변화를 방지하는 형태로 안정성을 향상시키게 되는 것이다.As shown in FIG. 6, as the content of the added ethanol increases to increase the stability of the binder, the compressive strength and the deodorization rate show a good effect. It is to improve the stability in the form to prevent the sudden change of the binder by reducing the rate of hydrolysis.
<실시예 4><Example 4>
이하 도 7을 참조하여 MTMS이외에 첨가물로 아크릴 바인더를 사용한 경우를 설명하기로 한다.Hereinafter, a case in which an acrylic binder is used as an additive in addition to MTMS will be described with reference to FIG. 7.
즉, 실리카졸 200 중량부에 대비하여 에탄올 10 중량부, 물 100중량부로 혼합하여 고정한 후 아크릴(MMA)의 첨가량에 따른 압축강도(도 7 (a)) 및 탈취율(도 7 (b))을 MTMS를 첨가할때와 비교해서 설명하기로 한다.That is, the mixture is fixed by mixing 10 parts by weight of ethanol and 100 parts by weight of water with respect to 200 parts by weight of silica sol, and then compressive strength (FIG. 7 (a)) and deodorization rate (FIG. This will be described in comparison with the addition of MTMS.
도 7의 그래프에서 나타내는 바와 같이 아크릴(MMA)의 첨가량이 많아 질수록 압축강도(도 7(a))는 변하지 않으나, 탈취율(도 7(b))은 향상되는 결과를 보여준다. As shown in the graph of FIG. 7, the compressive strength (FIG. 7 (a)) does not change as the amount of acrylic (MMA) added increases, but the deodorization rate (FIG. 7 (b)) is improved.
따라서 상기 실험 결과는 아크릴(MMA)을 첨가함으로써 탈취율을 높일 수 있는 바람직한 예가 된다고 할 수 있다.Therefore, the experimental results can be said to be a preferred example that can increase the deodorization rate by adding acrylic (MMA).
<실시예 5>Example 5
바인더를 적용하여 제조된 시편의 기공성을 측정하기 위해 Mercury porosimetry법을 적용하였다. 수은이 많은 물질에 대해 non-wetting한 독특한 수은의 성질을 이용, 외부에서 압력을 가해 시료가 갖고 있는 기공내에 수은을 관입시켜 그 관입한 양으로부터 근거하여 기공률(%)을 구하였다. 압력 범위는 0~55,000psia이다. Mercury porosimetry was applied to measure the porosity of the specimen prepared by applying the binder. Using mercury-rich non-wetting properties of mercury, the external pressure was used to inject mercury into the pores of the sample and determine the porosity (%) based on the amount. The pressure range is 0-55,000psia.
상기 실험 방법(수은압착법)에 의하여 기동도를 측정한 결과를 이하 <표4>으로 정리하였다.Table 4 summarizes the results of the measurement of the mobility by the experimental method (mercury compression method).
<표4><Table 4>
(표에서 ()의 숫자는 산성실리카졸 10중량부에 대한 첨가제의 중량부)(The numbers in () in the table are parts by weight of the additive relative to 10 parts by weight of the acidic silicasol)
<표4>에서 보는 바와 같이 본발명에 따른 상기 각종 실리카졸 바인더가 적용된 시편에 대한 시험결과 약 40% 내외의 기공율을 보인다. 이 결과는 바인더가 가져야 할 중요한 특성인 가리지는 효과(Shielding Effect)를 최소화하여 바인더가 적용되는 재료의 기본물성(예를들면 탈취율, 원적외선 방출특성, 항균성 등)을 극대화시켜줄 수 있다는 것을 보여주는 결과이다.As shown in Table 4, the test results for the specimens to which the various silica sol binders were applied according to the present invention showed porosity of about 40%. This result shows that it is possible to maximize the basic properties (eg deodorization rate, far-infrared emission characteristics, antibacterial properties, etc.) of the material to which the binder is applied by minimizing the shielding effect, which is an important property of the binder. .
본 발명에 따른 산성 실리카졸은 그 자체로서 또는 첨가재로서 MTMS, 물, 에탄올 또는 아크릴이 포함되어 기공성 무기계 바인더 제올라이트계 탈취제, 건축자재용 각종 코팅재, 시멘트 배합 첨가물로써 이용이 가능하다.Acidic silica sol according to the present invention can be used as a porous inorganic binder zeolite deodorant, various coating materials for building materials, cement compounding additives by itself or MTMS, water, ethanol or acryl as an additive.
특히, 시멘트 배합 첨가물로 이용될시에 물에 의해서 시멘트의 고화과정이 진행되게 되는데, 이때 상기 기공성 무기계 바인더를 첨가하여 압축강도, 안정성, 탈취율등의 기능성을 부가할 수 있다.Particularly, when used as a cement compounding additive, the process of solidifying cement proceeds with water. At this time, the porous inorganic binder may be added to add functionality such as compressive strength, stability, and deodorization rate.
상기 본 발명의 실시예에 따른 탈취재, 코팅재, 시멘트의 형태, 모양 또는 색깔등은 당업자의 통상의 지식의 범위내에서 변형이 가능하다.Deodorant, coating, cement form, shape or color according to the embodiment of the present invention can be modified within the scope of ordinary knowledge of those skilled in the art.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아 니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited to drawings.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 환경친화형 기공성 무기계 바인더를 통하여 종래 유기계 바인더가 가지고 있는 물성(내화학성, 내열성 등)을 보다 향상시키며, 특히 유기계 바인더가 보유하고 있는 문제점인 실내공기 오염물질(VOC)방출량을 최소한으로 줄임으로써 인간의 복리 및 생활수준의 향상을 도모하는 효과가 있다.As described above, the present invention improves the physical properties (chemical resistance, heat resistance, etc.) of the conventional organic binder through an environmentally friendly porous inorganic binder, and in particular, indoor air pollutants, which is a problem possessed by the organic binder. Reducing the (VOC) emissions to a minimum has the effect of improving human welfare and living standards.
또한, 실리카졸을 pH를 3이하로 낮추어 산성실리카졸을 제조함으로써 실리카졸이 다른물질과 혼합되거나 반응하기 쉬운 상태 즉 개량 또는 개질되기 쉽고 자체적으로도 안정한 상태로 변형시킬수 있는 효과가 있다.In addition, by lowering the pH of the silica sol to 3 or less to prepare the acidic silica sol has the effect that the silica sol can be easily mixed or reacted with other substances, that is, easy to improve or modify and transform into a stable state on its own.
또한, 본 발명은 안정화 된 산성 실리카졸에 추가로 MTMS, 아크릴바인더, 에탄올, 물등의 첨가제의 첨가가 가능하고 이때 첨가제가 가지는 효과에 따라 안정성, 코팅상태, 탈취율, 압축강도 등을 향상 시키는 효과가 있다. In addition, the present invention is capable of adding additives such as MTMS, acrylic binder, ethanol, and water in addition to the stabilized acidic silica sol, and at this time, the effect of improving stability, coating state, deodorization rate, compressive strength, etc. have.
그리고, 상기 기공성 무기계 바인더는 원소재(예를 들면, 제오라이트 탈취제, 코팅제, 시멘트 등)의 바인더로 적용이 됨으로써 원소재의 특성이 바인더에 의해 가려지는 효과(Shielding Effect)를 극소화 함으로써 원소재의 특성을 최대한 살릴 수 있는 효과도 있다. In addition, the porous inorganic binder is applied as a binder of the raw material (for example, zeolite deodorant, coating agent, cement, etc.), thereby minimizing the shielding effect of the characteristics of the raw material is blocked by the binder. There is also an effect that can maximize the characteristics.
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