KR20180032134A - 건축용 다기능 단열복합판넬 - Google Patents
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Abstract
건축용 다기능 단열복합판넬이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능복합판넬은 실리케이트계 성분을 포함하는 결합제 및 팽창성 광물을 포함하여 성형된 심재; 상기 심재의 일면 또는 양면에 부착된 인테리어 부재; 및 상기 인테리어 부재의 외부면을 피복하는 광촉매 코팅층;을 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 단열성, 항균성, 공기정화 및 자기정화(self-cleaning) 특성이 발현됨과 동시에 열악한 환경에서도 이와 같은 물성이 오랜기간 유지될 수 있도록 내구성이 뛰어나다.
Description
본 발명은 건축용 다기능 복합 판넬에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 단열성,항균성, 공기정화 및 자기정화(self-cleaning) 특성이 발현됨과 동시에 열악한 환경에서도 이와 같은 물성이 오랜 기간 유지될 수 있도록 내구성이 뛰어난 건축용 다기능 복합 판넬에 관한 것이다.
일반적으로 펄라이트(Perlite)이라 함은, 광물질로서 1,000℃ 전후로 가열을 하면 부피가 5배 내지 20배 정도 팽창되는 성질을 띠고 있으며, 상기한 방법에 의하여 팽창된 퍼라이트 보드로 성형하면 중량이 매우 가볍고 보온 및 단열성이 우수하며, 다공질의 특성으로 인하여 공기정화와 탈취 효과는 물론 흡음 및 방음효과가 뛰어남과 아울러 습기가 접촉하면 흡수를 하였다가 공기가 건조해지면 습기를 방출하는 특성으로 인하여 보습기능 또한 뛰어난 것으로 알려져 있다.
이와 같은 퍼라이트 보드는 불연성이 탁월하여 화재가 발생되어도 타지를 않을 뿐만 아니라 유독가스를 배출하지 않는 특징이 있고, 흡음성을 포함하여 방사선과 전자파를 흡수하는 기능 및 원적외선이 배출되어 생체에 이로운 작용을 한다. 뿐만 아니라, 항균기능이 우수하며 성형이 되었을 경우 톱이나 절단공구를 이용한 컷팅이 순조롭게 이루어져 가공성 또한 우수한 등의 다수 유용한 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
그러나 상술한 것과 같은 퍼라이트, 질석 등의 광물질을 유기바인더를 사용하여 성형한 단열보드는 무기 단열재의 원료인 퍼라이트, 질석이 가지고 있는 불연성 유지하기 어렵고, 물유리와 같은 무기바인더만을 사용하여 단열보드를 성형할 경우 쉽게 부스러져 그 형상을 유지하기 어려우며, 이를 보완하기 위해 시멘트와 같은 바인더를 첨가하여 성형할 경우 단열성 등 상술한 팽창석이 본래 가지고 있는 물성이 저하되는 문제가 있다.
이에 따라서 단열보드의 제조 시에 적정 함량으로 결합제를 포함하는 것이 유리하나 이러한 경우에도 팽창석의 부스러짐 문제는 해결이 쉽지 않다.
한편, 상기 단열보드의 외부 면에는 외부 및 내부 인테리어에 이종의 기능을 발현하기 위한 부자재가 구비될 수 있는데, 단열보드의 표면이 잘 부스러지고 분진이 쉽게 발생할 경우 부자재가 쉽게 박리되거나 크랙이 발생하는 문제가 있다.
이에 따라서 상술한 문제점이 해소된 건축용 복합 판넬에 대한 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 더욱 상세하게는 단열성, 항균성, 공기정화 및 자기정화(self-cleaning) 특성이 발현됨과 동시에 열악한 환경에서도 이와 같은 물성이 오랜 기간 유지될 수 있도록 내구성이 뛰어난 건축용 다기능 단열복합판넬을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실리케이트계 성분을 포함하는 결합제 및 팽창성 광물을 포함하여 성형된 심재; 상기 심재의 일면 또는 양면에 부착된 인테리어 부재; 및 상기 인테리어 부재의 외부면을 피복하는 광촉매 코팅층;을 포함하는 건축용 다기능 복합 판넬을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 팽창성 광물은 퍼라이트, 흑요석, 진주암, 송지암, 경석, 질석 및 혈암 중 어느 하나 이상의 광물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 실리케이트계 성분은 탄소수 1 내지 4인 저급 알코올 95 중량% 이상 포함하는 용매 내에서 테트라에틸 오르소 실리케이트를 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 중성 계면활성제 하에서 산성 용액으로 가수분해한 다음, 알칼리 용액을 적가한 후 여과하여 제조된 나노실리케이트 분말을 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노실리케이트 분말은 상기 테트라에틸 오르소 실리케이트 100 중량부에 대하여 상기 중성 계면활성제 1 ~ 3 중량부, 상기 산성 용액으로서 염산 3 ~ 5 중량부 및 인산 3 ~ 5 중량부를 첨가하여 25 내지 60℃에서 가수분해한 다음, 상기 알칼리 용액으로서 수산화나트륨 용액이나 수산화칼륨 용액을 적가한 후 여과하여 제조된 것일 수 있다.
또한, 상기 결합제는 실리케이트계 성분 100 중량부에 대하여 염화나트륨 40 ~ 70 중량부, 탄산나트륨 20 ~ 30 중량부 및 수산화알루미늄 5 ~ 20 중량부를 더 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는 이때, 상기 결합제는 수산화알루미늄을 5 ~ 10 중량부로 포함할 수 있다.
또한, 상기 실리케이트계 성분은 리튬실리케이트를 더 포함하고, 상기 리튬실리케이트는 나노실리케이트 분말 100 중량부에 대하여 5 ~ 20 중량부로 구비될 수 있고, 보다 바람직하게는 나노실리케이트 분말 100 중량부에 대하여 10 ~ 20 중량부로 구비될 수 있다.
또한, 상기 인테리어 부재는 HPM, LPM, 알루미늄, SUS, 판넬 및 타일로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 외부 또는 내부용 인테리어용 부재일 수 있다.
또한, 상기 인테리어 부재 상에 피복된 광촉매 코팅층은 상기 인테리어 부재가 내부용 인테리어 부재일 경우 공기정화 기능을 발현하고, 상기 인테리어 부재가 외부용 인테리어 부재일 경우 자기정화기능을 발현할 수 있다.
또한, 상기 상기 광촉매 코팅층은 아나타제 구조를 갖는 아산화티탄 나노 미립자가 1 ~ 5중량% 분산된 이산화티탄 콜로이드 용액이 도포되어 건조된 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 건축용 복합판넬은 단열성, 항균성, 공기정화 및 자기정화(self-cleaning) 특성이 발현됨과 동시에 열악한 환경에서도 이와 같은 물성이 오랜기간 유지될 수 있도록 내구성이 뛰어나다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 복합판넬의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 복합판넬의 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 복합판넬의 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 건축용 다기능 단열복합판넬(100)은 실리케이트계 성분을 포함하는 결합제 및 팽창성 광물을 포함하여 성형된 심재(10) 및 상기 심재(10)의 일면 또는 양면에 부착된 인테리어 부재(21,22) 및 상기 인테리어 부재 상에 피복된 광촉매 코팅층(31,32)을 포함하여 구현된다.
먼저, 상기 심재(10)는 광물을 주제로 결합제를 통해 성형된 것으로써, 상기 광물로 팽창성 광물을 포함함을 통하여 다수의 기공을 구비하여 난연성, 내수성, 단열성, 흡음성 등을 발현한다. 또한, 화재 시에도 연기를 발생시키지 않아서 인체에 유해한 가스에 대한 우려가 적다.
상기 팽창성 광물은 공지된 방법에 의해 채굴 또는 합성된 것일 수 있으며, 통상적으로 당업계에서 이용하는 팽창성 광물의 경우 제한 없이 사용할 수 있다. 일예로써, 상기 팽창성 광물은 퍼라이트, 흑요석, 진주암, 송지암, 경석, 질석 및 혈암 중 어느 하나 이상의 광물을 포함할 수 있다. 상기 팽창성 광물은 열처리를 통해 팽창처리된 것일 수 있는데, 일예로 수분 함유량은 10% 이상의 기본 성분 조건이 갖추어진 것을 선택하여 예열로에서 예열온도 및 고열로에서 고열온도를 적절히 조절하여 열처리함으로서 팽창된 광물을 얻을 수 있다. 이때, 구체적인 광물의 종류에 따라서 팽창비율이 달라질 수 있으나 바람직하게는 250~350℃ 예열로에서 10 ~ 60분 정도 예열시키고, 이를 인출하여 건조기에서 실온까지 냉각시킨 후 예열된 광물을 소결로에 투입하여 분산시키면서 1,100 ~ 1,300℃의 온도로 5 ~ 20초 정도 통과시키면서 팽창시켜 팽창성 광물을 수득할 수 있다.
상술한 팽창성 광물을 결합시켜 일정한 형상을 갖도록 하는 결합제는 공지된 광물을 이용한 단열재에 구비된 결합제를 사용할 수 있으나 향상된 광물 간 결합성 및 기계적 강도를 발현하고 실온에서 성형하여 고온에서 성형함을 통해 발생하는 이산화탄소의 배출을 억제함으로써 친환경적이며, 경제성을 높이기 위하여 실리케이트계 성분을 포함한다.
상기 실리케이트계 성분은 바람직하게는 탄소수 1 내지 4인 저급 알코올 95 중량% 이상 포함하는 용매 내에서 테트라에틸 오르소 실리케이트를 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 중성 계면활성제 하에서 산성 용액으로 가수분해한 다음, 알칼리 용액을 적가한 후 여과하여 제조된 나노실리케이트 분말을 포함할 수 있다. 상기 나노실리케이트 분말은 상기 테트라에틸 오르소 실리케이트 100 중량부에 상기 중성 계면활성제 1 ~ 3 중량부, 상기 산성 용액으로서 염산 3 ~ 5 중량부 및 인산 3 ~ 5 중량부를 첨가하여 25 내지 60℃에서 가수분해한 다음, 상기 알칼리 용액으로서 수산화나트륨 용액이나 수산화칼륨 용액을 적가한 후 여과 하여 제조될 수 있다. 테트라에틸 오르소 실리케이트 화합물을 알칼리로 가수분해하는 경우 경화 후 강도가 저하되는 현상이 발생할 수 있어서 본 발명에서는 알칼리가 아닌 산성 조건하에서 가수분해하여 나노 실리카 용액를 제조하고 여기에 수산화나트륨(NaOH) 용액이나 수산화칼륨(KOH) 용액을 적가하여 pH를 중성으로 한 후 여과하여 나노 실리케이트 분말을 제조할 수 있으며, 분말의 제조조건을 만족함을 통해 목적하는 물성의 발현에 보다 유리할 수 있다.
한편, 상기 결합제를 통해 팽창성 광물이 결합 및 성형된 심재(10)는 후술하는 인테리어 부재(21,22)를 일면 또는 양면에 부착하게 되는데, 심재(10)에서 광물 간 결합력 약화에 따라 발생하는 분진은 인테리어 부재(21,22)의 부착을 어렵게 하고, 부착되더라도 쉽게 박리시킬 수 있는 문제가 있다. 또한, 인테리어 부재(21,22)가 부착된 후 부착면 중 어느 일부분에서 심재가 부스러질 경우 심재와 인테리어 부재 사이에 유격이 발생하고, 상기 유격은 심재와 인테리어 부재 간 크랙, 박리를 가속화시킬 수 있는 문제가 있다.
이에 따라서 심재(10)는 최대한 부스러짐이 억제되며, 겉 표면에 광물이 탈리된 분진이 최소화될 것이 요구되고, 후술하는 인테리어 부재들과 상용성 증가를 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 결합제는 실리케이트 성분으로써, 리튬실리케이트를 더 포함하고, 보다 바람직하게는 상기 리튬실리케이트는 나노실리케이트 분말 100 중량부에 대하여 5 ~ 20 중량부로 구비되며, 보다 더 바람직하게는 10 ~ 20 중량부로 구비될 수 있다. 만일 리튬실리케이트가 나노실리케이트 분말 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만으로 구비되는 경우 심재의 표면에 위치하는 광물입자의 탈리에 따른 분진이나 부스러짐을 방지하기 어려울 수 있고, 인테리어 부재를 부착시키기 용이하지 않을 수 있으며, 부착되더라도 쉽게 박리될 수 있고, 고온, 다습한 환경에서의 내구성도 저하될 수 있다. 또한, 만일 리튬실리케이트가 20 중량부를 초과하여 포함될 경우 오히려 심재의 기계적 강도가 저하되고, 인테리어 부재를 부착시키기 용이하지 않을 수 있으며, 부착되더라도 쉽게 박리될 수 있고, 고온, 다습한 환경에서의 내구성도 저하될 수 있는 등 목적하는 물성을 온전히 발현하기 어려울 수 있다.
또한, 상기 결합제는 상술한 실리케이트 성분 이외에 염화나트륨, 탄산나트륨, 수산화알루미늄을 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 실리케이트계 성분 100 중량부에 대하여 염화나트륨 40 ~ 70 중량부, 탄산나트륨 20 ~ 30 중량부 및 수산화알루미늄 5 ~ 20 중량부를 더 포함할 수 있다. 만일 상기 각 성분들이 바람직한 함량 범위를 어느 하나라도 만족하지 못하는 경우 심재의 표면에 광물이 쉽게 탈리되어 분진화됨에 따른 후술하는 인테리어 부재와의 결합력이 약화될 수 있는 등 목적하는 물성을 달성하기 어렵다.
또한, 상기 결합제는 보다 향상된 인테리어 부재와의 결합력을 위하여 실리케이트 성분 100 중량부에 대하여 상기 수산화알루미늄을 5 ~ 10 중량부로 포함할 수 있다. 만일 수산화알루미늄이 10 중량부를 초과할 경우 인테리어 부재와의 결합력 상승이 미미하고, 더 과도하게 포함시 상술한 염화나트륨, 탄산나트륨의 함량이 상대적으로 적어질 수 있어서 심재의 기계적 강도를 오히려 약화시킬 수 있는 문제가 있다.
또한, 상기 심재(10)는 기계적 강도의 강화를 위해 섬유 등을 더 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 심재(10)는 팽창성 광물 100 중량부에 대하여 결합제를 10 ~ 100 중량부 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 50 ~ 100중량부 포함시켜 성형될 수 있다.
한편, 상기 심재(10)는 심재용 조성물을 통해 형성될 수 있으며, 상기 심재용 조성물은 팽창성 광물 및 결합제를 포함하고, 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 팽창성 광물, 결합제 및 발포제를 용해 및/또는 분산시키기 용이한 성분의 경우 제한없이 사용될 수 있으며, 일예로 물일 수 있다. 상기 용매는 팽창성 광물 100 중량부에 대하여 10 ~ 200 중량부 포함될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 심재(10)의 두께는 사용하는 용도에 맞게 변경될 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않으며, 일 예로, 50 ~ 350 ㎜일 수 있다.
다음으로, 상술한 심재(10)의 일면 또는 양면에 부착되는 인테리어 부재(21,22)에 대해 설명한다.
상기 인테리어 부재(21,22)는 공지된 인테리어용 내장재 또는 외장재일 수 있으며, 어느 것이라도 사용이 무방하다. 이에 대한 일예로써, 상기 인테리어용 부재는 HPM, LPM, 알루미늄, SUS, 판넬 및 타일로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 외부 또는 내부용 인테리어용 부재일 수 있다.
상기 인테리어 부재(21,22)의 두께는 5 ~ 100㎜일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 상술한 인테리어 부재의 외부면을 피복하는 광촉매 코팅층(31,32)은 공기정화, 자기정화 및 항균기능을 발현하고, 외부의 물리/화학적 자극으로부터 인테리어용 부재(21,22) 및/또는 심재(10)의 표면손상을 저감시키는 기능을 수행한다.
상기 광촉매 코팅층(31,32)은 아나타제 구조를 갖는 이산화티탄 나노 미립자가 1 ~ 5중량% 분산된 이산화티탄 콜로이드 용액이 도포되어 건조를 통해 형성된 것일 수 있다. 상기 이산화티탄 콜로이드 용액은 사용되는 용매에 따라서 수계 또는 알코올계 이산화티탄 콜로이드 용액일 수 있다.
먼저, 수계 이산화티탄 콜로이드 용액은 A) 알코올에 티탄 화합물과 안정화제를 순차적으로 첨가하여 녹여서 반응시키는 단계; B) 반응된 용액을 교반하면서 증류수에 서서히 첨가하는 단계; C) 생성된 용액에 염기성 용액을 첨가하여 중화시키는 단계; 및 D) 상기 용액을 85℃ 이상의 온도에서 가열하는 단계를 통해 제조된 것일 수 있다. 상기 단계 A)에서 티탄 화합물과 안정화제의 첨가 순서는 어느 것을 먼저 넣어도 무방하다. 또한 티탄 화합물을 첨가한 후, 안정화제를 첨가하기 전에, 40% 사염화티탄 수용액을 전체 용액에 대해서 0.01 ~ 2중량% 첨가하여 가수분해반응을 촉진할 수 있다. 이때 매우 격렬한 발열반응이 진행되는데, 충분히 교반하면서 발열이 멈추는 시점까지 반응시킨다. 단계 B)에서 증류수 첨가 후 충분한 시간 동안, 바람직하게는 1시간 이상 상온에서 교반을 지속한다. 단계 C)에서 염기성 용액은 서서히 첨가하면서 용액의 pH가 6~8이 되도록 조절한다. 단계 D)에서 7시간 이상 가열하면, 아나타제 구조를 갖고 10nm 미만의 균일한 크기를 갖는 이산화티탄 미립자가 분산된 맑고 투명한 콜로이드 용액이 생성된다.
다음으로, 알코올계 이산화티탄 콜로이드 용액은 a) 알코올에 티탄 화합물과 안정화제를 순차적으로 첨가하여 녹여서 반응시키는 단계; b) 생성된 용액에 염기성 용액을 첨가하여 중화시키는 단계; c) 상기 용액을 75℃ 이상의 온도에서 7시간 이상 가열하는 단계를 통해 제조된 것일 수 있다.
상기 단계 a)에서 티탄 화합물과 안정화제의 첨가 순서는 어느 것을 먼저 넣어도 무방하다. 또한 단계 b) 전에, 40% 사염화티탄 수용액을 전체 용액의 0.01~2중량%를 첨가하거나, 증류수는 전체 용액의 2~10 중량%를 첨가하여 가수분해반응을 촉진할 수 있다. 또한, 용액을 충분한 시간 동안, 바람직하게는 1시간 이상 상온에서 교반을 지속한다. 단계 b)에서 염기성 용액을 서서히 첨가하면서 용액의 pH가 6~8이 되도록 조절한다. 단계 c)에서 7시간 이상 가열하면, 아나타제 구조를 갖고 10nm 미만의 균일한 크기를 갖는 이산화티탄 미립자가 분산된 맑고 투명한 콜로이드 용액이 생성된다.
상기 수계 또는 알코올계 이산화티탄 콜로이드 용액의 제조방법에서, 단계 D) 및 c)의 가열단계는 고온, 고압 반응기에서 120℃ 이상의 온도에서 5시간 정도 수열반응을 시키는 것으로 대체할 수 있다. 이 수열반응에 의해 콜로이드 용액을 제조하면 반응시간이 짧고 구조적 결정성이 뛰어난 이산화티탄 콜로이드 용액을 제조할 수 있다.
용매로써, 사용될 수 있는 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올과 같은 C1-C4의 저급 알코올일 수 있다. 수계일 경우 생성되는 이산화티탄 콜로이드 용액을 100중량%로 할 때, 알코올은 1 ~ 50중량%로 용매에 구비될 수 있는데, 만일 알코올이 1중량% 미만이면 티타늄화합물을 희석시키는 용제로서 수행할 수 없으며, 또한 알코올이 50중량% 초과하면 용매가 알코올이 되므로, 상기 범위가 가장 적절하다. 또한, 알코올계일 경우, 생성되는 이산화티탄 콜로이드 용액을 100중량%로 할때, 알코올은 50 ~ 90중량% 사용될 수 있는데, 만일 알코올이 50중량% 미만이면 수계가 될 수 있으므로 50 중량% 이상이어야 하며, 만일 알코올이 90 중량%를 초과할 경우 티타늄 화합물 등의 성분과 증류수의 첨가량이 약 10중량% 되므로 90중량%를 초과하지 않는다.
상기 티탄 화합물로는 공지된 티탄 화합물은 모두 사용될 수 있으며, 용매에 따라 적절히 선택할 수 있다. 그러나, 사염화티탄이나 황산티탄 등과 같은 무기계 티탄 화합물을 사용하는 경우에는 중화시에 가성소다가 과량으로 첨가되며 또한 용액 내에 염의 농도가 너무 높은 문제점이 있으므로, 무기계 티탄 화합물을 단독으로 사용하기 보다는 유기 티탄 화합물과 혼합해서 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 티타늄(Ⅳ) 이소프로폭사이드(테트라이소프로판올티탄), 티타늄(Ⅳ) 부톡사이드, 티타늄(Ⅳ) 에톡사이드 (티타늄테트라에탄올레이트), 티타늄(Ⅳ) 메톡사이드, 티타늄(Ⅳ) 스테아레이트, 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있고, 보다 더 바람직하기는 티타늄(Ⅳ) 이소프로폭사이드(테트라이소프로판올티탄)가 사용될 수 있다. 티탄 화합물은 생성되는 이산화티탄 콜로이드 용액에서 1~5중량%의 농도가 되도록 환산하여 첨가한다.
상기 안정화제는 알코올기와 케톤기를 갖는 유기산 종류나 알코올기와 아세테이트기를 갖는 유기산 종류, 및 이들의 염이 사용될 수 있다. 상기 유기산의 예로는 글리콜산과 글리콜산 염, 글리콜산과 유사한 구조를 갖는 유기산과 이의 염화합물, 옥살산과 옥살산염, 또는 이들의 혼합물이 있다. 또한 상기 안정화제는 추가로 펜탄디올, 펜탄디온, 부탄디올, 부탄디온, 알킬아세토아세테이트, 폴리에틸렌글리콜, 세틸트리메틸암모늄하이드록사이드, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알코올, 트리알킬알코올 아민((RO)3N) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 안정화제의 첨가량은 안정화제의 분자량에 따라 달라질 수 있으며, 대체로 생성되는 이산화티탄 콜로이드 용액을 100중량%로 할 때, 0.1중량% 이상일 수 있다. 만일 0.1중량% 미만으로 구비되는 경우 안정화 작용이 충분하지 않아 입자가 커질 수 있다. 바람직하게는 안정화제는 1~3중량%로 첨가하는 것이 좋은데, 3중량%를 초과하면 비용상승의 우려가 있다.
상기 안정화제로 글리콜산염 수용액을 사용할 때는 중화에 사용되는 알칼리 수용액의 첨가량을 줄이는 것이 바람직하다. 또한, 폴리에틸렌글리콜을 사용할 경우, 첨가되는 양은 폴리에틸렌글리콜의 분자량에 따라 조절되며, 분자량이 3000 정도이면 약 0.1 ~ 2중량% 첨가한다. 폴리에틸렌글리콜과 글리콜산을 혼합하여 사용할 경우, 글리콜산을 첨가하고 충분히 반응시킨 후에 폴리에틸렌글리콜을 첨가해야 침전현상을 막을 수가 있다. 폴리비닐아세테이트를 사용할 경우, 분자량에 따라 다르지만 일예로, 10만 정도의 분자량인 경우에 약 0.1 ~ 2중량% 첨가한다. 폴리비닐아세테이트의 분자량이 커지면 용해도가 매우 작으므로 저분자량의 폴리머를 사용하는 것이 효과적이다. 폴리비닐알코올을 사용할 경우, 폴리비닐아세테이트 보다 용해도가 더 나쁘기 때문에 저분자량의 폴리비닐알코올을 사용하고 첨가 후에는 약간 열처리 해주면 용해도가 증가해서 생성되는 콜로이드 용액의 안정성에 더 효과적이다.
상기 중화단계에서 사용되는 염기성 용액으로는 모든 염기성 화합물의 용액이 가능하며, 생성되는 콜로이드 용액의 밀착성이나 쓰이는 용도에 따라 적절히 선택하여 사용한다. 바람직하게는 가성소다, 알칼리금속의 염기성 화합물, 암모니아, 알킬암모늄계의 염기성 화합물, 알칼리토금속의 염기성 화합물, 또는 알루미늄 이온과 같은 다가 양이온성 염기성 화합물 등을 들 수 있다. 특히, 암모니아는 강한 루이스 염기로 티탄 이온에 강한 리간드로 작용하여 이산화티탄의 응집을 방지하는 효과가 크다.
상기 염기성 용액의 첨가량은 안정화제의 종류에 따라 달라질 수 있으므로, 반응조에 pH 측정기를 장착하여 pH를 6-8의 범위 가 되도록 첨가량을 조절한다. 또한, 상기 중화단계에서 염기성 용액 대신에 물유리나 메타실리케이트 나트륨을 첨가하여 중화시킬 수 있으며, 이 경우 생성되는 이산화티탄 콜로이드 용액은 밀착성이 더욱 우수하게 된다.
또한, 상기 이산화티탄 콜로이드 용액은 티탄 화합물 이외에 유기 규소 화합물, 알루미늄 화합물, 지르코늄 화합물, 철 화합물 또는 이들의 혼합물을 더 첨가하여 반응시킬 수 있다. 상기 유기 규소 화합물은 알콕시기를 갖는 유기화합물, 알킬아세토아세테이트 작용기를 갖는 유기규소 화합물; 글리코네이드, 알코올기와 인접하는 아세테이트기, 혹은 케톤기를 갖는 유기 규소 화합물; 에스테르기와 아민기를 갖는 유기 규소 화합물; 케톤기와 에폭시기를 갖는 유기 규소 화합물 등이 있다. 상기 알루미늄 화합물로는 아세트산알루미늄염, 염화알루미늄염 등을 들 수 있다.
또한, 상기 유기 규소 화합물 등은 생성된 콜로이드 용액 중에서 분산된 TiO2 : SiO2 등의 비가 2:1 이하(이산화티탄 함량을 기준으로 50중량% 이하)가 되도록 환산하여 첨가한다. 유기 규소 화합물 등을 이산화티탄 화합물과 함께 첨가하여 가수분해시키면 생성되는 콜로이드 용액의 성형물에 대한 밀착성이 더욱 향상된다.
또한, 상기 수계 또는 알코올계 이산화티탄 콜로이드 용액은 실온으로 냉각시킨 후, 1mL를 취해서 각각 물 또는 알코올 5mL에 희석하고 자외선/가시광선 분광기를 이용하여 자외선의 흡수형태를 분석하여 나노 미립자의 크기와 크기의 균일성을 예측할 수 있다.
또한, 상기 이산화티탄 콜로이드 용액은 이산화티탄 나노미립자가 1 ~ 5중량%로 분산되어 있는, 중성 및 투명한 수계 또는 알코올계 이산화티탄 콜로이드 용액일 수 있다. 만일 상기 이산화티탄 나노미립자 분산량이 1중량% 미만일 경우 코팅시 적절한 코팅층이 형성되지 않고, 5중량%를 초과할 경우 용액내 분산된 이산화티탄 나노 콜로이드가 응집되어 입자가 커질 수 있으므로 상기 분산범위가 적절하다.
또한, 상기 이산화티탄 나노미립자는 입경이 10㎚ 이하로 균일할 수 있다.
상술한 이산화티탄 콜로이드 용액은 심재의 외부면에 피복되어 코팅층을 형성하며, 상기 피복은 공지된 코팅방법, 일예로, 스프레잉, 디핑, 콤마코터 등의 방법을 통해 수행될 수 있다. 피복된 이산화티탄 콜로이드 용액은 별도의 열처리 없이도 20 ~ 30℃에서 건조되어 코팅층을 형성하거나 별도의 열을 가해 코팅층을 형성시킬 수도 있다.
이를 통해 형성된 광촉매 코팅층(21,22)은 두께가 0.01 ~ 5㎜일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 목적에 따라 변경하여 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합판넬의 제조방법에 대해 설명한다. 상기 복합판넬은 상술한 심재 및 인테리어 부재를 각각 독립적으로 제조한 후 이들을 후공정을 통해 결합시키거나 심재의 양생과정에서 인테리어 부재를 결합시켜 제조될 수 있다. 다만, 각각이 독립적으로 제조된 뒤 이들이 후공정을 통해 결합될 시, 별도의 바인더가 심재 및 인테리어 부재 사이에 개재되어야 하나 전술한 것과 같이 바인더로 인한 부작용으로 인해 건축용 복합판넬로써 좋지 않을 수 있고, 목적하는 물성도 온전히 발현되지 못할 수 있다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 복합판넬은 심재의 양생과정에서 인테리어부재와 결합시켜 제조되는 방법으로 제조되는 것이 바람직하다. 이때 광촉매 코팅층은 심재 양생 전 인테리어 부재 상에 구비되어 양생 전 심재 상에 위치할 수 있고, 또는 미코팅된 인테리어 부재가 심재와 결합된 후 인테리어 부재 표면에 구비될 수 있는 등 이에 대해 특별히 제한하지 않는다.
구체적으로 상술한 심재용 조성물을 목적하는 성형틀에 주입한 후 인테리어 부재를 상기 심재 조성물 상에 위치시킨 후 열 및/또는 압력을 동시 또는 순차적으로 가해 심재 및 인테리어 부재를 하나의 판넬로 일체화 시킬 수 있다. 만일 심재의 양면에 인테리어용 부재가 결합된 복합판넬의 경우 성형틀의 하면에 하부 인테리어용 부재를 배치시킨 후 상기 하부 인테리어 부재 상부에 심재용 조성물을 주입한 후 다시 상부 인테리어 부재를 상기 심재용 조성물 상에 배치시키는 방법을 통해 제조될 수 있음은 자명할 것이다.
상기 심재용 조성물이 건조 및 경화 전 인테리어 부재와 접하고, 심재용 조성물 내 결합제로 인해 팽창성 광물뿐만 아니라 인테리어 부재와 경화되는 심재 간에도 결합력이 발생함에 따라서 별도의 바인더 없이도 양자를 일체화시킬 수 있는 이점이 있다. 상기 심재용 조성물을 건조 및 경화시키기 위하여 열 및/또는 압력이 가해질 수 있는데, 보다 바람직하게는 열 및 압력이 모두 가해질 수 있고, 열과 압력은 동시 또는 압력이 먼저 가해진 뒤 열이 가해질 수 있으며, 이를 통해 보다 향상된 심재/인테리어 부재 간의 결합력, 심재의 기계적 강도를 발현할 수 있는 이점이 있다.
상기 열은 온도가 바람직하게는 50 ~ 150℃, 보다 바람직하게는 70 ~ 120℃로 가해질 수 있고, 열처리 시간은 5 ~ 60분일 수 있다. 다만, 가해지는 열의 온도와 시간은 이에 제한되는 것은 아니며, 가해지는 열의 온도에 따라서 적정한 시간으로 처리시간이 변경될 수 있다.
또한, 상기 압력은 5 ~ 20㎏/㎜2일 수 있고, 이를 통해 심재의 밀도가 증가할 수 있고, 보다 향상된 기계적 강도를 발현할 수 있는 이점이 있다. 다만, 상기 압력에 제한되는 것은 아니며 구현하고자 하는 심재의 두께, 밀도 등을 고려하여 변경될 수 있다.
상술한 본 발명의 일 구현예에 따른 건축용 복합판넬은 단열성, 항균, 공기정화 및 자기정화 기능을 가짐에 따라서 건축용 자재로 널리 응용될 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
먼저, 결합제를 준비하기 위하여 나노실리케이트 분말을 제조하였다. 구체적으로 테트라에틸 오르소 실리케이트 100g을 이소프로필 알코올 200g 및 물 5g의 혼합 용매에 넣고 25℃에서 교반하면서 트리톤 X-100(시그마사) 1.0g을 넣고 인산 3.0g과 염산 3.0g을 첨가하여 30분간 50℃에서 가수분해 반응시킨 후 중량으로 10% 수산화나트륨(NaOH)을 pH를 7.0에서 7.5로 맞춘 후 25℃에서 10분간 방치한 후 여과하여 흰색결정의 나노실리케이트 분말 28.0g(수율 97.2%)을 수득하였다. 준비된 나노실리케이트 분말 100 중량부에 대해 염화나트륨 50 중량부, 탄산나트륨 25 중량부 및 수산화알루미늄 8 중량부를 혼합하여 제조하였다.
이후 팽창성 광물로 펄라이트 및 질석이 각각 50 중량% 혼합된 혼합 팽창성광물 100 중량부에 대하여 상기 결합제를 75 중량부 및 물 90 중량부를 교반하여 심재용 조성물을 제조하였다.
이후 가로, 세로 각각 40㎝, 높이 20㎝인 성형틀에 두께가 10㎜인 인테리어용 부재인 SUS를 하부에 배치시키고, 준비된 심재용 조성물을 성형틀에 채워 넣은 후 동일 두께의 다른 SUS를 심재용 조성물의 상부에 배치시켰다. 이후 성형틀 상/하부에서 8㎏/㎜2의 압력으로 성형한 후 건조로에 넣고 80℃에서 10분간 건조하여 총 두께가 약 10㎝인 복합판넬을 제조하였다.
이후 상기 인테리어용 부재인 SUS의 상부에 광촉매 코팅층을 형성시키기 위한 코팅액으로, 에탄올 100mL에 글리콜산 6g을 용해시킨 후, 티타늄테트라에탄올레이트 150g 및 TEOS (TetraEthoxySilane) 5g을 용해시켰다. 이 용액에 40% 사염화티탄 수용액 2mL를 첨가하여 가수분해 반응을 시킨후, 강력히 교반하면서 증류수 500mL에 서서히 첨가하고 1시간 동안 25℃에서 교반을 계속했다. 생성된 용액에 이 용액에 3M 가성소다 수용액을 서서히 첨가하여 용액의 pH가 7이 되도록 조절했다. 이 용액을 85℃에서 7시간 열처리하여 투명하고 맑은 콜로이드 용액을 생성하였다. 상기 생성된 콜로이드 용액을 인테리어용 부재인 SUS 상부에 도포한 후 25℃ 그늘에서 1일간 건조시켜 두께가 0.08㎜인 광촉매 코팅층이 형성된 하기 표 1과 같은 건축용 복합판넬을 제조하였다.
<실시예 2 ~ 7>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 결합제의 실리케이트계 성분에 리튬실리케이트 분말을 하기 표 1과 같은 함량으로 구비시킨 결합제를 이용하여 하기 표 1과 같은 건축용 복합판넬을 제조하였다.
<실시예 8 ~ 13>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 결합제의 수산화알루미늄 함량을 하기 표 1과 같이 변경시킨 결합제를 이용하여 하기 표 2와 같은 건축용 복합판넬을 제조하였다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 결합제를 구비시키지 않고 심재를 제조하여 하기 표 2와 같은 건축용 복합판넬을 제조하였다.
<실험예>
실시예 및 비교예에 따른 건축용 복합판넬에 대하여 하기의 물성을 측정하여 표 1 및 표 2에 나타내었다.
1. 심재의 부스러짐 평가
각 실시예 및 비교예별 10개의 시편을 준비하여 부스러짐 정도를 평가하였다.상기 부스러짐 정도는 각 시편의 초기중량을 측정한 후 인테리어 부재가 형성되지 않은 네 측면에 노출된 심재만 철재 자로 힘을 주지 않고, 가볍게 5회 긁은 후 붓으로 심재 네 측면의 표면에 있는 가루를 수집하여 수집된 가루의 무게를 측정하였고, 측정된 분진의 양을 초기중량에 대한 백분율로 환산 한 후 평균내었다.
2. 인테리어 부재와 심재의 부착력 평가
시편의 단면을 절단하여 육안으로 이종 기재간 부착정도를 평가하였다. 육안으로 평가한 결과 인테리어 부재가 들뜨거나 박리된 부분의 길이를 측정하였고, 측정된 총길이를 관찰한 시편 단면 전체길이에 대한 백분율로 나타내었다.
3. 복합판넬의 내구성 평가
시편을 85℃, 상대습도 85% 로 세팅된 신뢰성 챔버에 30일 동안 보관한 후 단면을 절단하여 육안으로 이종 기재간 부착정도를 평가하였다. 육안으로 평가한 결과 인테리어 부재가 들뜨거나 박리된 부분의 길이를 측정하였고, 측정된 총길이를 관찰한 시편 단면 전체길이에 대한 백분율로 나타내었다.
| 실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
실시예 4 |
실시예 5 |
실시예 6 |
실시예 7 |
|||
| 결합제 (중량부) |
실리케이트계 | 나노실리케이트 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 리튬실리케이트 | 0 | 3 | 6 | 9 | 11 | 18 | 22 | ||
| 염화나트륨 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | ||
| 탄산나트륨 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | ||
| 수산화알루미늄 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | ||
| 복합판넬 | 심재 부스러짐(%) | 30.8 | 14.5 | 5.8 | 5.5 | 2.1 | 2.4 | 4.8 | |
| 부착력(%) | 12.9 | 4.6 | 2.7 | 2.5 | 2.3 | 2.4 | 3.8 | ||
| 내구성(%) | 22.4 | 20.5 | 10.8 | 8.6 | 3.4 | 3.2 | 4.9 | ||
| 실시예 8 |
실시예 9 |
실시예 10 |
실시예 11 |
실시예 12 |
실시예 13 |
비교예 1 |
|||
| 결합제 (중량부) |
실리케이트계 | 나노실리케이트 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | - |
| 리튬실리케이트 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | - | ||
| 염화나트륨 | 35 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 100 | ||
| 탄산나트륨 | 25 | 15 | 25 | 25 | 25 | 25 | 50 | ||
| 수산화알루미늄 | 8 | 8 | 3 | 6 | 11 | 22 | 16 | ||
| 복합판넬 | 심재 부스러짐(%) | 13.6 | 15.6 | 14.1 | 6.6 | 6.4 | 10.8 | 68.2 | |
| 부착력(%) | 6.8 | 6.3 | 6.5 | 2.8 | 4.4 | 4.6 | 26.8 | ||
| 내구성(%) | 12.3 | 12.5 | 12.5 | 3.6 | 7.2 | 10.8 | 60.7 | ||
상기 표 1 및 표 2에서 결합제 중 실시예에서 염화나트륨, 탄산나트륨 및 수산화알루미늄의 함량은 실리케이트계 성분 100 중량부를 기준으로 한 중량부이며, 비교예 1의 경우 실리케이트계 성분이 불포함됨에 따라서 염화나트륨을 기준으로 탄산나트륨과 수산화알루미늄의 함량을 중량부로 나타내었다.
상기 표 1 및 표 2를 통해 확인할 수 있듯이,
실리케이트계 성분을 불포함한 결합제를 사용한 비교예1의 경우 실시예들에 비해 심재 부스러짐, 부착력 및 내구성에서 모두 현저히 조악한 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예들 중에서도 리튬실리케이트를 구비한 실시예2 내지7이 실시예 1보다 심재 부스러짐이 심한 것을 확인할 수 있다. 그러나 리튬실리케이트를 구비한 경우에도 본 발명의 바람직한 범위내인 실시예 3 내지 6이 실시예 2 및 7보다 심재 부스러짐이 적은 것을 확인할 수 있다.
한편, 결합제 중 염화나트륨, 탄산나트륨 및 수산화알루미늄 중 어느 한 성분이라도 본 발명의 바람직한 범위를 벗어난 실시예 8, 9, 10 및 13의 경우 동일한 실리케이트계 성분을 사용한 실시예 5와 대비했을 때 부수러짐, 부착력 및 내구성이 모두 저하되는 것을 확인할 수 있다. 특히, 수산화알루미늄의 함량이 본 발명의 바람직한 범위를 벗어난 실시예 10 및 13의 경우 실시예 3, 실시예 11, 12에 비해 심재의 부스러짐이 좋지 않고, 특히 부착력 및 내구성까지 저하된 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10: 심재
21,22: 인테리어 부재
31,32: 광촉매 코팅층
21,22: 인테리어 부재
31,32: 광촉매 코팅층
Claims (7)
- 실리케이트계 성분을 포함하는 결합제 및 팽창성 광물을 포함하여 성형된 심재;
상기 심재의 일면 또는 양면에 부착된 인테리어 부재; 및
상기 인테리어 부재의 외부면을 피복하는 광촉매 코팅층;을 포함하는 건축용 다기능 복합 판넬. - 제1항에 있어서,
상기 실리케이트계 성분은 탄소수 1 내지 4인 저급 알코올 95 중량% 이상 포함하는 용매 내에서 테트라에틸 오르소 실리케이트를 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 중성 계면활성제 하에서 산성 용액으로 가수분해한 다음, 알칼리 용액을 적가한 후 여과하여 제조된 나노실리케이트 분말을 포함하는 건축용 다기능 복합 판넬. - 제1항에 있어서,
상기 결합제는 실리케이트계 성분 100 중량부에 대하여 염화나트륨 40 ~ 70 중량부, 탄산나트륨 20 ~ 30 중량부 및 수산화알루미늄 5 ~ 20 중량부를 더 포함하는 건축용 다기능 단열복합판넬. - 제2항에 있어서,
상기 실리케이트계 성분은 리튬실리케이트를 더 포함하고,
상기 리튬실리케이트는 나노실리케이트 분말 100 중량부에 대하여 5 ~ 20 중량부로 구비되는 건축용 다기능 복합 판넬. - 제1항에 있어서,
상기 광촉매 코팅층은 아나타제 구조를 갖는 이산화티탄 나노 미립자가 1 ~ 5중량% 분산된 이산화티탄 콜로이드 용액이 도포되어 건조된 건축용 다기능 복합 판넬. - 제5항에 있어서,
상기 리튬실리케이트는 나노실리케이트 분말 100 중량부에 대하여 10 ~ 20 중량부로 구비되는 건축용 다기능 복합 판넬. - 제4항에 있어서,
상기 결합제는 수산화알루미늄을 5 ~ 10 중량부로 포함하는 건축용 다기능 복합 판넬.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160120993A KR101955395B1 (ko) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | 건축용 다기능 단열복합판넬 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160120993A KR101955395B1 (ko) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | 건축용 다기능 단열복합판넬 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2016
- 2016-09-21 KR KR1020160120993A patent/KR101955395B1/ko active IP Right Grant
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