KR101408022B1

KR101408022B1 - 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널 및 그 제조 공정

Info

Publication number: KR101408022B1
Application number: KR1020127032354A
Authority: KR
Inventors: 진핑 쟈오; 수메이 리우; 잉 왕; 송린 이; 멩웬 저우; 얀링 딩; 샤오 왕
Original assignee: 베이징 뉴 빌딩 머티리얼스 퍼블릭 리미티드 컴퍼니
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2014-06-17
Also published as: KR20130038866A; WO2012019364A1

Abstract

본 발명에서는 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널을 제공하는 바, 시멘트 60~100 중량부, 칼슘 분말 10~20 중량부, 규소 분말 10~30 중량부, 팽창 펄라이트 2~10 중량부, 개질 목재 섬유 0.2~4 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0~1.5 중량부, 2급 플라이 애쉬 20~40 중량부, 메틸 셀룰로오스 0.2~0.4 중량부, 펄프 0~8 중량부, 초기 응결제(initial setting agent) 0~6 중량부, 석고 위스커 2~10 중량부, 편상 운모 0.2~8중량부를 포함하여 구성된다. 본 발명에서는 또 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널의 제조 공정은 각종 원료를 조성비에 따라 배합한 후, 배합 원료를 교반기로 교반하며; 이어 교반된 원료를 반죽기로 반죽함과 아울러, 균일하게 수분을 분사하며; 반죽된 원료를 압출기로 압출 성형시키고, 압력 스팀 처리를 거친 후 양생을 진행하는 단계를 포함한다.

Description

개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널 및 그 제조 공정{MODIFIED WOOD FIBER-REINFORCED CEMENT EXTERNAL WALL PANEL AND PRODUCING METHOD THEREFOR}

본 발명은 섬유 시멘트 외벽 패널 및 그 생산 공정에 관한 것이다.

건축업의 발전과 건축의 현대화에 따라 건축 공사 중의 외벽 패널의 사용량은 크게 증가하고 있다. 현재 종래의 외벽 패털, 특히 시멘트 외벽 패널의 생산 원료 중에서, 시멘트 강화용 섬유 재료는 대부분 폴리프로필렌(PP), 석면 등을 사용하며, PP는 시멘트 매트릭스와의 분산성이 좋지만 가격이 비싸고, 석면은 유해물질로서 친환경적이지 못하며, 소성제 재료는 대부분 가격이 비싼 메틸셀룰로오스(MC)를 사용하고 또 100 중량부의 시멘트에 대한 MC의 첨가량이 2.0중량부 이상에 달하기 때문에 종래의 시멘트 외벽 패널 제조 원료는 완성품의 원가가 높고 단위 중량이 1.6g/cm3이상 에 달하여 시공에 일정한 어려움이 있다. 그리고 종래 외벽 형식의 작업에는 또 습기 있는 작업이 있고, 작업 강도가 크다는 등의 공정 문제가 존재한다. 또한 지나치게 적은 외벽 기본 형식, 단조로운 장식면 등은 개성적인 건축을 추구하는 오늘날에 있어서 적절치 못하다.

그리고, 섬유 시멘트 외벽 패널의 생산 과정에 있어서, 제품의 밀도를 낮추기 위하여 배합용 물의 사용량을 증가시켜야 한다. 물의 사용량이 증가됨에 따라 제품의 흡습팽창성도 이에 따라 증가한다. 배합용 물 사용량이 50% 이상이면, 제품의 흡습팽창성이 0.25%에 달하거나 초과하여 제품의 부피 안정성과 사용 수명을 현저히 낮춘다.

그리고, 섬유 시멘트 외벽 패널은 생산 과정에 상압 스팀 양생을 진행하여 제품으로 하여금 일정한 초기 강도를 갖도록 하여 후속 생산 공정의 완성을 확보한다. 섬유 시멘트 외벽 패널의 배합용 물 사용량이 40% 이상일 때, 종래의 양생 방법을 이용하면 제품의 강도가 모자라고 기포가 발생하는 등의 문제를 일으키기 쉽다.

또한 섬유 시멘트 외벽 패널은 생산 과정에 착색을 진행하여야 하는 바, 현재 일반적인 처리방식은 도료 착색을 통하여 처리하는 것으로서, 도료가 유기물에 속하기 때문에 내구성이 낮고 사용 시간이 길어지면 외벽 패널에 코팅층의 노화, 퇴색과 박리 문제가 발생한다. 그리고, 섬유 시멘트 외벽 패널의 사용 수명은 50년이고, 일반적인 도료의 수명은 단지 8~10년이며, 고급 도료라할지라도 수명이 20년을 넘기지 못하기 때문에, 섬유 시멘트 외벽 패널의 사용 수명 기한 내에 적어도 3~5회의 보수 도장이 필요하여 후속 유지보수 원가가 지나치게 높다.

본 발명은 종래 기술에 존재하는 문제를 해결하고, 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널의 제조 공정을 제공하여 MC의 사용량을 0.5%이하로 낮추고, 생산 원가를 크게 낮출 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 이루기 위하여, 본 발명에서는 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널을 제공하는 바, 시멘트 60~100 중량부, 칼슘 분말 10~20 중량부, 규소 분말 10~30 중량부, 팽창 펄라이트 2~10 중량부, 개질 목재 섬유 0.2~4 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0~1.5 중량부, 2급 플라이 애쉬 20~40 중량부, 메틸 셀룰로오스 0.2~0.4 중량부, 펄프 0~8 중량부, 초기 응결제(initial setting agent) 0~6 중량부, 석고 위스커 2~10 중량부, 편상 운모 0.2~7 중량부를 포함하여 구성된다.

바람직하게는, 상기 개질 목재 섬유는 하기 방법을 통하여 취득하는 바, 즉 목재 섬유에 대하여 저압 스팀 폭발 처리를 진행하는 것으로서, 즉 목재 섬유를 150~170℃, 1~2.5MPa의 스팀 압력 용기에 넣은 후, 3~4초 내에 압력을 상압으로 낮추는 것이다.

바람직하게는, 상기 저압 스팀 폭발 처리를 거친 개질 목재섬유의 표면에 한 층의 실란 커플링제를 스프레이 코팅한다.

바람직하게는, 상기 성분에는 또 0.2~8 중량부의 편상 광물 재료가 포함되는 바, 상기 편상 광물 재료는 운모이다.

바람직하게는, 상기 운모의 입도는 40~80메쉬이다.

바람직하게는, 상기 성분에는 또 2~10 중량부의 석고 위스커가 포함된다.

본 발명에서는 또 개질 목재 섬유 강화시멘트 외벽 패널의 제조 공정을 제공하는 바, 상기 공정으로는, 여러 가지 원료를 조성비에 따라 배합한 후, 배합 원료를 교반기로 교반하며; 이어 교반된 원료를 반죽기로 반죽함과 아울러, 균일하게 수분을 분사하며; 반죽된 원료를 압출기로 압출 성형시키고, 압력 스팀 처리(autoclaving treatment)를 거친 후 양생을 진행한다.

바람직하게는, 상기 양생에는 하기 단계가 포함된다.

1) 섬유 시멘트 외벽 패널 압출 성형된 후, 20~30℃ 하에서 섬유 시멘트 외벽 패널에 대하여 10~20 시간의 저온 스팀 양생을 진행하는 바, 양생 습도를 60~80%로 제어하며, 섬유 시멘트 외벽 패널 중의 시멘트의 응결이 종결된 후, 다음 양생 단계로 진입하며;

2) 60~90℃ 하에서 5~15 시간의 고온 스팀 양생을 진행하는 바, 양생 습도를 70~90%로 제어하여 습도가 지나치게 커서 섬유 시멘트 외벽 패널이 흡수 포화되어 강도에 영향을 주는 것을 피한다.

바람직하게는, 또 전반적인 착색이 포함되는 바, 즉 섬유 시멘트 외벽 패널을 생산하는 원자재 분말 원료 중에 배합된 무기 안료를 첨가하고, 고속 교반을 통하여 이로 하여금 다른 과립 표면에 흡착되도록 하여 충분하게 분산시키는 목적을 이룬 후, 이어 물을 넣고 교반을 진행한다.

본 발명은 하기 장점을 구비한다.

1) 성분 중에 변성을 거친 목재 섬유를 첨가함으로써 메틸 셀룰로오스(MC)의 사용량을 크게 감소시킬 뿐 아니라, 또한 원가를 크게 낮추고 신장강도를 향상시키며 판재 치수 안정성을 증가시키는 장점을 가진다.

2) 본 발명에서는 섬유 시멘트 외벽 패널을 생산하는 과정에 물 사용량이 50% 이상일 때 원료 중에 편상 광물 재료(본 발명에서는 운모를 사용함)를 첨가하여 제품의 흡습 팽창도를 0.17% 이하로 낮추었는 바, 종래 제품의 흡습 팽창도는 일반적으로 0.25% 이상이다.

3) 성분 중에 석고 위스커를 첨가하는 것을 통하여 종래의 유리 섬유를 대체함으로써, 외벽 패널의 밴딩 파괴 부하를 50% 이상 향상시킴과 아울러, 내충격성, 전단 강도 및 내균열성을 적어도 10% 향상시킨다.

4) 본 발명에서는 저온 스팀 양생과 고온 스팀 양생을 결합시키는 방식을 통하여 섬유 시멘트 외벽 패널에 대하여 스팀 양생을 진행함으로써, 제품으로 하여금 비교적 높은 초기 강도를 갖도록 하고 또한 제품에 쉽게 기포가 발생하지 않도록 하여 제품 품질과 생산 효율을 향상시킨다.

5) 본 발명에서는 무기 안료를 섬유 시멘트 외벽 패널에 첨가하고 적절한 생산과 양생 공정을 이용하여 섬유 시멘트 외벽 패널로 하여금 전반적으로 색채가 동일하도록 하고 색상이 선명하도록 하였으며 미려하고 고온에도 퇴색하지 않도록 하였다. 전반적으로 착색을 진행하였고 또 무기 안료를 사용하였기 때문에 색채는 제품의 전체 수명 동안 유지될 수 있다. 이는 종래 기술에서 도료를 사용하여 착색을 진행한 외벽 패널 코팅층의 수명이 짧고 쉽게 노화, 퇴색, 박리되고 다수회 보수 도장을 진행하여야 하는 문제를 해결하였다.

실시예1

(1) 원료 배합: 번호가 P.O.42.5인 일반 규산염 시멘트, 규소 분말, ?슘 분말, 분산 후의 폐기 신분, 즉 펄프, 팽창 펄라이트, 개질 목재섬유, 메틸 셀룰로오스(MC), 초기 응결제(initial setting agent) , 석고 위스커와 운모를 교반기에 투입하고 10분 동안 교반하는 바, 교반기 내의 온도를 50℃ 이하로 제어하고, 운모의 입도를 40~80 메쉬로 제어하며;

원료의 배합 성분(중량부에 의한)으로는,

시멘트: 100 중량부; 규소 분말: 20 중량부; 칼슘 분말: 15 중량부; 팽창 펄라이트: 5 중량부; 개질 목재섬유: 4 중량부; MC: 0.4 중량부; 펄프: 4 중량부; 초기 응결제: 3 중량부; 석고 위스커: 10 중량부; 운모: 8 중량부이다.

(2) 반죽: 혼합된 원료를 반죽기에 넣고 15분 동안 반죽시킴과 동시에, 균일하게 수분을 분사하는 바, 물 사용량은 46 중량부이다.

(3) 압출 성형: 반죽된 원료를 압출기로 압출 성형시키는 바(최대 단면 크기 340mm×16mm, 길이는 임의로 절단), 압출 압력은 2MPa 이상, 압출 성형 압출 속도는 6 m/min 이상이다.

(4) 양생

1) 우선 섬유 시멘트 외벽 패널 압출 성형된 후, 20~30℃ 하에서 섬유 시멘트 외벽 패널에 대하여 10~20 시간의 저온 스팀 양생을 진행하는 바, 양생 습도를 60~80%로 제어하며, 섬유 시멘트 외벽 패널 중의 시멘트의 응결이 종결된 후, 다음 양생 단계로 진입하며;

상기 저온 스팀 양생과 고온 스팀 양생을 결합시키는 방식을 통하여 섬유 시멘트 외벽 패널에 대하여 스팀 양생을 진행함으로써, 제품으로 하여금 비교적 높은 초기 강도를 갖도록 하고 또한 제품에 쉽게 기포가 발생하지 않도록 하여 제품 품질과 생산 효율을 향상시킨다.

종래의 양생 공정을 이용하면, 섬유 시멘트 외벽 패널의 배합용 물 사용량이 40% 이상일 때, 24 시간 내에는 제품에 강도가 없으며, 일반적으로 48~72 시간을 거쳐야 일정한 강도를 갖게된다. 하지만 본 발명의 양생 공정을 적용한 후, 제품은 24 시간 내에 우수한 강도를 갖게되어 생산 효율을 크게 향상시킨다. 아울러, 종래의 양생은 쉽게 제품 표면의 흡수 포화를 일으켜, 후속의 압력 스팀 양생에 있어서 표면 수분이 기화되어 기포를 형성한다. 일반적으로 기포의 발생율이 50% 이상이나, 본 발명의 양생 공정을 적용한 후, 표면 기포의 발생율은 0.5% 이하이다.

그리고, 전반적인 착색 공정은 구체적으로 하기 공정 단계를 포함하여 구성된다.

우선 섬유 시멘트 외벽 패널을 생산하는 원자재 분말 원료 중에 배합된 무기 안료를 첨가하고, 고속 교반을 통하여 이로 하여금 분말 원료 과립 표면에 흡착되도록 하여 무기 안료로 충분하게 분산되록 하는 목적을 이룬 후, 이어 물을 넣고 교반을 진행한다. 본 실시예에 있어서, 무기 안료는 적색 산화 제2철을 이용할 수 있다.

그리고, 상기 개질 목재섬유의 구체적인 제조 과정은 하기와 같다.

목재 섬유는 저압 스팀 폭발을 적용한 후, 이어 실란 커플링제를 이용하여 분무 방식으로 처리를 진행하여 성능이 우수하고 시멘트 등 비금속 재료와 양호하게 결합할 수 있는 개질 목재섬유를 취득한다.

저압 스팀 폭발:

저압 스팀 폭발을 이용하여 목재 섬유에 대하여 처리를 진행하여 섬유 성능을 개선하는 목적을 이룰 수 있다. 목재 섬유는 섬유소, 반섬유소, 목질소 및 추출물 등으로 구성된 천연 고분자 재료로서, 불균일한 이방성 재료이고 계면 특성이 아주 복잡하다.

증기 폭발 과정에 있어서, 식물 섬유 원료는 150~170℃, 1~2.5MPa의 스팀 압력 용기 내에서 섬유가 액체에 의하여 팽창되고, 공극 중에 스팀이 충만하며, 압력 스팀이 갑자기 감압될 때, 공극 중의 기체가 급격히 팽창하면서 일부 목질소가 박리되고 원료를 미세한 섬유로 해리시킨다. 아울러 반섬유소, 섬유소는 일부 가용성 당류로 가수분해되고, 목질소과 연화되면서 횡방향 강도가 감소되고 가소성이 증가된다. 폭발에 의한 섬유 분리는 주로 세포간층에 발생하고 섬유 자체는 거의 손상을 받지 않는다. 저압 스팀 폭발이 대다수의 부정(不定) 형태의 물질 반섬유소를 제거하기 때문에, 취득한 섬유는 비교적 우수한 안정성을 갖지고 있고, 시멘트 기저 재료의 강화 섬유로 사용할 수 있다.

저압 스팀 폭발 과정은 목제 섬유 원료가 고온 연화되고 섬유 사이의 결합력이 약해진 전제하에서 갑자기 감압될 때 스팀의 급속한 팽창 작용을 통하여 목재 섬유소의 순간 전화를 기하는 것으로서, 기폭 압력은 기폭 효과에 비교적 큰 영향을 미친다. 기폭 압력이 증가됨에 따라 반섬유소 전화 정도가 크고; 섬유소도 압력의 증가에 따라 일정 정도의 전화가 발생하나, 전화율이 높지 못하며; 고분자 중합체인 목질소에 해중합이 발생하도록 하는 것은 일정한 어려움이 있다.

실란 커플링제의 분사 코팅:

실란 커플링제는 특수한 구조를 가지는 유기 규소 화합물이다. 이의 분자 중에는 무기 재료(예를 들면 유리, 시멘트, 금속 등)와 결합할 수 있는 반응기와 유기 재료(예를 들면 합성 수지 등)와 결합할 수 있는 반응기를 동시에 구비한다. 일반적으로, 표면 상에서, 실란 커플링제가 가수분해되어 생성된 3개 실라놀 중에서 단지 1개만 기재 표면과 결합되고; 나머지 2개 si-OH는 다른 실란 중의 si-OH와 축합되거나 유리 상태로 된다. 그러므로, 실란 커플링제를 통하여 두 가지 성능 차이가 아주 큰 재료 계면을 커플링시켜 복합 재료의 성능을 향상시키고 접착 강도를 증가시켜 성능이 우수하고 안정적인 신형 복합 재료를 취득할 수 있다.

실란 커플링제를 무화시키고 개질 목재 섬유 표면에 분사하면 개질 목재섬유에 대하여 물리적 피복을 진행하여 유기 목재섬유로 하여금 무기 중합체와 긴밀히 결합되록 하여 재료의 강도, 접착력, 전기 성능, 소수성, 항노화 성능 등을 현저히 향상시킬 수 있다.

실란 커플링제는 두 가지 서로 다른 특성의 관능기를 가지고 있는 바, 친무기물 관능기는 무기물 표면(예를 들면 유리, 플라이 애쉬 등 규소 함유 재료)의 화학 관능기 반응을 통하여 강한 화학적 결합을 형성하고; 친유기물 관능기는 유기물 분자와 반응하거나 물리적으로 얽혀서 유기 및 무기 재료의 계면으로 하여금 화학적 결합을 진행하도록 하여 접착 강도를 크게 향상시킨다.

실시예2

원료의 배합 성분(중량에 의한)으로는,

시멘트: 60 중량부; 규소 분말: 10 중량부; 칼슘 분말: 10 중량부; 팽창 펄라이트: 5 중량부; 개질 목재섬유: 0.2 중량부; MC: 0.2 중량부; 펄프: 4 중량부; 초기 응결제(initial setting agent) : 3 중량부; 석고 위스커: 2 중량부; 운모: 0.2 중량부이다.

기타 제조 공정은 실시예1과 동일하다.

실시예3

원료의 배합 성분(중량에 의한)으로는,

시멘트: 80 중량부; 규소 분말: 30 중량부; 칼슘 분말: 20 중량부; 팽창 펄라이트: 5 중량부; 개질 목재섬유: 2 중량부; MC: 0.3 중량부; 펄프: 4 중량부; 초기 응결제 : 3 중량부; 석고 위스커: 6 중량부; 운모: 4 중량부이다.

기타 제조 공정은 실시예1과 동일하다.

운모를 첨가한 효과

운모 첨가량 (중량부)	팽창율	팽창율 (운모 첨가하지 않음)
0.2	0.17%	0.25％
4	0.12%	0.25％
8	0.08%	0.25％

개질 목재섬유를 첨가한 효과

개질 목재섬유 첨가량	신장 강도 향상 (개질 목재섬유를 첨가하지 않는 것과 비교하여)	판재 치수 변화율	판재 치수 변화율 (개질 목재섬유 첨가하지 않음)
0.2	4％	0.14%	0.17%
2	15％	0.10%	0.17%
4	21％	0.08%	0.17%

석고 위스커를 첨가한 효과

석고 위스커 첨가량 (중량부)	밴딩 파괴 부하(N)	밴딩 파괴 부하(N) (석고 위스커 첨가하지 않음)
2	1440	1095
6	2035	1095
10	2714	1095

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

Claims

개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널에 있어서,
시멘트 60~100 중량부, 칼슘 분말 10~20 중량부, 규소 분말 10~30 중량부, 팽창 펄라이트 2~10 중량부, 개질 목재 섬유 0.2~4 중량부, 폴리프로필렌 섬유 0~1.5 중량부, 2급 플라이 애쉬 20~40 중량부, 메틸 셀룰로오스 0.2~0.4 중량부, 펄프 0~8 중량부, 초기 응결제(initial setting agent) 0~6 중량부, 석고 위스커 2~10 중량부, 편상 운모 0.2~8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널.
제1항에 있어서,
상기 개질 목재 섬유는 목재 섬유에 대하여 저압 스팀 폭발 처리를 하는 것으로, 상기 저압 스팀 폭발 처리는 목재 섬유를 150~170℃, 1~2.5MPa의 스팀 압력 용기에 넣은 후, 3~4 초 내에 압력을 상압으로 낮추는 것을 특징으로 하는 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널.
제2항에 있어서,
상기 저압 스팀 폭발 처리를 거친 개질 목재 섬유의 표면에 한 층의 실란 커플링제를 스프레이 코팅하는 것을 특징으로 하는 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널.
제1항에 있어서,
상기 운모의 입도는 40~80메쉬인 것을 특징으로 하는 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널의 제조 공정에 있어서,
각종 원료를 조성비에 따라 배합한 후, 배합 원료를 교반기로 교반하며;
이어 교반된 원료를 반죽기로 반죽함과 아울러, 균일하게 수분을 분사하며;
반죽된 원료를 압출기로 압출 성형시키고, 압력 스팀 처리(autoclaving treatment)를 거친 후 양생을 진행하는 것을 특징으로 하는 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널의 제조 공정.
제5항에 있어서,
상기 양생은,
1) 섬유 시멘트 외벽 패널을 압출 성형한 후, 20~30℃ 에서 섬유 시멘트 외벽 패널에 대하여 10~20 시간의 저온 스팀 양생을 진행하고, 양생 습도를 60~80%로 제어하며, 섬유 시멘트 외벽 패널 중의 시멘트의 응결이 종결된 후, 다음 양생 단계로 진입하며;
2) 60~90℃ 에서 5~15 시간의 고온 스팀 양생을 진행하고, 양생 습도를 70~90%로 제어하여 습도가 지나치게 커서 섬유 시멘트 외벽 패널이 흡수 포화되어 강도에 영향을 주는 것을 피하는 것을 특징으로 하는 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널의 제조 공정.
제6항에 있어서,
전반적인 착색이 포함되고, 상기 전반적인 착색은 섬유 시멘트 외벽 패널을 생산하는 원자재 분말 원료 중에, 배합된 무기 안료를 첨가하고, 고속 교반을 통하여 다른 과립 표면에 흡착되도록 하여 충분하게 분산시킨 후, 물을 넣고 교반을 진행하는 것을 특징으로 하는 개질 목재 섬유 강화 시멘트 외벽 패널의 제조 공정.