KR20190071214A - 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬, 상기 판넬용 조성물 및 상기 판넬의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬, 상기 판넬용 조성물 및 상기 판넬의 제조방법에 관한 것이다.
구체적으로는, 플라이애시, 바텀애시, 고로슬래그 분말 및 레드머드를 선택적으로 포함하는 산업폐기물을 원료로 이용한 다공성 발포체의 성형체로 경량, 단열, 흡음, 및 기계적 강도 등이 우수한 건축재료의 조성물과 상기 조성물을 이용한 단열흡음성 발포체 판넬에 있어서,
복수 개의 판넬 간의 조립이 쉽도록 하기 위하여, 상기 조성물과 제조방법과 판넬이 형상이 유기적으로 작용된다.
구체적으로는, 플라이애시, 바텀애시, 고로슬래그 분말 및 레드머드를 선택적으로 포함하는 산업폐기물을 원료로 이용한 다공성 발포체의 성형체로 경량, 단열, 흡음, 및 기계적 강도 등이 우수한 건축재료의 조성물과 상기 조성물을 이용한 단열흡음성 발포체 판넬에 있어서,
복수 개의 판넬 간의 조립이 쉽도록 하기 위하여, 상기 조성물과 제조방법과 판넬이 형상이 유기적으로 작용된다.
Description
본 발명은 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬, 상기 판넬용 조성물 및 상기 판넬의 제조방법에 관한 것이다.
구체적으로는, 플라이애시, 바텀애시, 고로슬래그 분말 및 레드머드를 선택적으로 포함하는 산업폐기물을 원료로 이용한 다공성 발포체의 성형체로 경량, 단열, 흡음, 및 기계적 강도 등이 우수한 건축재료의 조성물과 상기 조성물을 이용한 단열흡음성 발포체 판넬에 있어서,
복수 개의 판넬 간의 조립이 쉽도록 하기 위하여, 상기 조성물과 제조방법과 판넬이 형상이 유기적으로 작용된다.
일반적으로 건축 및 토목용 단열 흠음재는 다공성 폴리에스텔, 폴리우레탄, 폴리프로필렌 등의 열경화성 또는 열가소성 고분자 재료나 콜크, 목분 등을 바인더를 사용하여 다공성 패널 형태로 제작한 유기물 흡음 제품 또는 무기질 원료로 질석, 퓨미스, 펄라이트 등의 다공성 광물질을 원료로 한 제품을 주로 사용하고 있다(비특허문헌 1 및 특허문헌 1).
한편, 산업폐기물인 바텀애시, 플라이애시, 폐유리분말 등을 재활용한 발포체를 성형하여 단열 흡음재로 사용하고 있으며 이러한 발포체의 성형방법은 수많은 연구결과가 발표되어 있다.
특허문헌 2는 플라이애시와 같은 잠재 수경성, 포졸란 성능을 가진 재료에 알칼리 금속수산화물, 알칼리금속규산염 등의 알칼리 활성제에 계면활성제를 첨가하여 지오폴리머 발포 조제물을 제조하는 방법에 대하여 개시되어 있으며,
비특허문헌 2 및 특허문헌 3에는 알루미나규산염 발포체(다공성 지오폴리머) 제조방법으로 알루미나규산염(플라애시)에 알칼리활성제(NaOH, Na2SiO3)와 기포제로 Al, Si, FeSi, SiC 분말, 혼화제로 흄드실리카 등을 첨가하여 80℃에서 발포시켜 다공성 발포체를 제조하는 방법에 대하여 개시하고 있다.
특허문헌 4에는 폐유리분말에 백운석[(Ca,Mg)CO3]에 C, SiC, CaCO3, 등의 발포제를 첨가하여 약 800∼900℃로 가열하여 발포체를 제조하는 방법에 대하여 개시되어 있다.
상기한 비특허문헌 1과 특허문헌 1의 조성은 주로 유기물로 구성되어 있어 단열 흡음 특성은 우수하나 기계적 강도와 내화성이 떨어지는 단점이 있다.
한편, 특허문헌 2와 비특허문헌 2의 플라이애시를 이용한 발포 성형체 제조방법은 제조비용은 상대적으로 저렴하나 내후성 및 기계적 강도 등이 저하되는 문제점을 내포하고 있다.
특히 고강도이면서 단열흡음성이나 충격 흡수성이 큰 무기질 발포 성형체는 건축물의 내장재(벽재, 바닥재, 천장재) 및 도로 흡음벽용 등 재료로의 시장성이 매우 크므로 현재 대량으로 사용되고 있는 ALC 경량판재나 석고보드, 유리섬유 흡음재 등과의 경쟁제품이나 상대적으로 가격이 저렴한 대체 제품으로의 개발이 필요하다.
Advances in Materials Science and Engineering 2015, Article ID 274913, p1-5
Ceramic-Slikaty 58(3) p188-197, (2014)
본 발명의 목적은, 플라이애시, 바텀애시, 고로슬래그 분말 및 레드머드를 선택적으로 포함하는 산업폐기물을 원료로 이용한 다공성 발포체의 성형체로 경량, 단열, 흡음, 및 기계적 강도 등이 우수한 건축재료의 조성물과 상기 조성물을 이용한 단열흡음성 발포체 판넬에 있어서, 복수 개의 판넬 간의 조립이 쉽도록 하기 위하여, 상기 조성물과 제조방법과 판넬이 형상이 유기적으로 작용되는, 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬, 상기 판넬용 조성물 및 상기 판넬의 제조방법에 관한 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬, 상기 판넬용 조성물 및 상기 판넬의 제조방법에 있어서,
판넬은,
플라이애시, 바텀애시, 고로슬래그 및 레드머드 중 어느 하나의 것 또는 둘 이상이 혼합된 것인 산업페기물과, 기포제, 유기실란 및 결합제를 조성물로 이루어지되, 측면에 홈(a)과 돌기(b)가 길이방향으로 형성되어, 복수 개 간에 인접한 것들 끼리 홈(a)과 돌기(b)의 결합으로 조립되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발포체 판넬의 홈(a)은 상측 내벽이 상부방향으로 만곡되어 공간이 확장되도록 제조과정에서 탈형되고, 자연 경화를 통해 상측 내벽이, 홈(a)에 결합된 돌기(b)와 인접하게 되면서 확장되어 있던 공간이 좁아지는 것을 특징으로 한다.
상기 판넬의 조성물은,
산업폐기물 100중량부를 기준으로 기포제 0.05~1중량부, 유기실란 0.1~1중량부 및 결합제 5~20중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 결합제는 85% 인산 1200g을 플라스크에 넣은 뒤, 플라스크에 수산화알루미늄 300g을 첨가하여 50℃까지 가열하다가, 100℃에서 반응이 시작되면 80℃로 90분 동안 냉각하고, 이후 상온으로 냉각시킴으로써, P2O5/Al2O3 몰비가 2.0~3.0인 투명한 인산알루미늄 수용액을 제조하고, 농도 50% 및 pH 1.2~1.8이 될 때까지 물을 첨가하여 희석시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산업폐기물은 50~100㎛으로 미분쇄하여 분말화시킨 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기포제는 과산화수소(H2O2), 탄산소다(Na2CO3), 탄산칼슘(CaCO3), 소디움도데실설페이트(sodium dodecyl sulfate) 및 소디움라우릴설페이트(sodium lauryl sulfate) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기실란은 테트라에톡시실란(TEOS), 메틸트리메톡시실란(MTES) 및 이소부틸트리메톡시실란(IBTS) 중 어느 하나를 선택하여 물 또는 에탄올 용매에 5% 희석한 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 판넬의 제조방법은,
플라이애시, 바텀애시, 고로슬래그 및 레드머드 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 배합된 것을 분말화시켜 원료로 준비하는, 원료준비단계(S1);
상기 원료준비단계(S1) 에서 준비된 원료에 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 혼합하는, 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계(S2);
상기 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계(S2)를 통해 혼합된 혼합제조액을 몰드에 주입하는, 몰드주입단계(S3);
상기 몰드주입단계(S3)에서 몰드에 주입된 혼합제조액을 1차적으로 경화시키는, 1차 경화단계(S4);
상기 1차 경화단계(S4)가 완료되면 몰드로부터 발포체를 탈형하여 제품화하는, 탈형단계(S5); 및
상기 탈형단계(S5)에서 탈형된 제품을 조립하여 자연 경화시키는 자연 경화단계(S6);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 경화단계는 상온의 조건에서는 1~10시간 수행되고, 100~200℃의 조건에서는 0.5~1시간 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계(S2)는 고체/액체비가 0.35인 슬러지 형태로 혼합되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 산업폐기물로 대량발생하고 있는 플라이애시, 바텀애시, 고로슬래그 및 레드머드 등을 이용하여 발포 성형체를 용이하게 제조 가능함으로써, 내열, 단열흡음성 및 기계적 강도 등이 우수한 건축재료를 저렴한 비용으로 제조하여 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 판넬에 의하면, 본 발명의 조성물과 조성물을 통한 제조방법을 통해 자연 경화되는 원리를 이용하여, 최종 제품인 판넬의 조립을 쉽게할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 건축재료용 단열흡음성 발포체의 제조방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체의 조성물의 함량별 발포체 특성을 평가한 것이다.
도 3은 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬의 구성과 조립이 쉬워지는 원리를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체의 조성물의 함량별 발포체 특성을 평가한 것이다.
도 3은 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬의 구성과 조립이 쉬워지는 원리를 나타낸 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 사항은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
본 발명은 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬, 상기 판넬용 조성물 및 상기 판넬의 제조방법에 관한 것이다.
구체적으로는, 플라이애시, 바텀애시, 고로슬래그 분말 및 레드머드를 선택적으로 포함하는 산업폐기물을 원료로 이용한 다공성 발포체의 성형체로 경량, 단열, 흡음, 및 기계적 강도 등이 우수한 건축재료의 조성물과 상기 조성물을 이용한 단열흡음성 발포체 판넬에 있어서,
복수 개의 판넬 간의 조립이 쉽도록 하기 위하여, 상기 조성물과 제조방법과 판넬이 형상이 유기적으로 작용된다.
실시예
1. 산업폐기물을 활용한 건축재료용
단열흡음성
발포체의
조성물
본 발명에 따른 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체의 조성물은 산업폐기물, 기포제, 유기실란 및 결합제가 배합됨으로써 이루어진다.
구체적으로는 분말화된 산업폐기물을 100중량부 기준으로 기포제 0.05~1중량부, 유기실란 0.1~1중량부 및 결합제 5~20중량부가 배합되며, 이들 각각의 조성물에 대해서는 이하의 서술을 참조한다.
산업폐기물
본 발명에 사용한 산업폐기물로는 석탄화력발전소에 배출되는 플라이애시 및 바텀애시와 제철공정에서 발생하는 고로슬래그 및 레드머드(보크사이트를 바이어프로세스로 처리하여 산화알루미늄 생산공정에서 발생하는 폐기물)등으로 [표 1]은 이들의 화학조성을 나타낸 것이다.
단열흡음 재료로의 사용은 이들을 개별적으로 각각 사용할 수도 있으며 적당한 비율로 서로 혼합하여 사용할 수도 있다. 특히, 레드머드를 단독으로 사용할 경우에는 슬러지가 강한 알칼리성을 나타내므로 산으로 중화시키거나 다른 재료와 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 바텀애시와 고로슬래그는 괴상 혹은 비교적 큰 입자로 발생하므로 본 발명에 필요한 50~100㎛으로 미분쇄 하여 사용할 수도 있다.
플라이애시는, 소각(Incineration) 또는 연소(combustion) 후에 남아 있는 무기질 산화물로 정의된다. 플라이애시의 대부분이 화력발전소에서 발생하고 있으며 그 이외에도 폐기물 소각로와 열병합 발전소 및 기타 산업현장에서 석탄의 연소공정으로 인하여도 발생되고 있다. 플라이애시의 조성은 주로 무기산화물로 구성되어 있으며, 비정질이거나 석영, 산화철, 뮬라이트 등의 결정질 금속산화물이 소량 생성되기도 한다.
바텀애시는, 석탄이 화력발전소 보일러 내에서 연소될 때 괴상 또는 입지의 입경이 큰 회 성분이 보일러의 하부로 낙하된 것을 사용한다.
고로슬래그는, 용광로에서 철광석으로부터 선철을 만들 때 생기는 슬래그[鑛滓]로서 철 이외의 불순물이 모인 것이며, 선철 1t당 500∼1,000kg이 나온다. 보온재·방음재로 사용되는 슬래그울, 특수비료, 고로시멘트·고로 벽돌의 원료 등 광범하게 사용된다.
레드머드는, 알루미늄 제련에 있어서, Bayer법에 의해서 보크사이트로부터 알루미나를 채취한 잔사이며, 철의 산화물을 다량으로 함유한 찌꺼기이다.
| CaO | Al2O3 | SiO2 | MgO | FE2O3 | K2O | Na2O | TiO2 | SO3 | |
| 플라이애시 | 3.41 | 22.8 | 52.2 | 0.89 | 3.85 | 1.49 | 0.13 | 1.18 | 2.90 |
| 바텀 애시 |
0.83 | 28.9 | 52.2 | 0.30 | 9.77 | 1.38 | 0.35 | 1.98 | - |
| 고로 슬래그 |
41.1 | 14.6 | 33.1 | 7.03 | 0.97 | 0.27 | 0.15 | 0.63 | 0.07 |
| 레드 머드 |
8.90 | 22.40 | 20.30 | 0.30 | 15.5 | 0.03 | 11.0 | 6.67 | 0.10 |
기포제
본 발명에 사용한 기포제는 산성 혹은 중성 용액 중에서 기포를 발생할 수 있는 것으로서, 과산화수소(H2O2), 탄산소다(Na2CO3), 탄산칼슘(CaCO3) 등이나 계면활성제로 소디움도데실설페이트(sodium dodecyl sulfate), 소디움라우릴설페이트(sodium lauryl sulfate) 등을 사용할 수 있다.
그 사용량은 산업폐기물 100중량부에 대하여 0.05~1.0중량부 첨가할 수 있다. 0.05중량부 미만의 첨가량은 기포 발생량이 적거나 기포의 크기가 너무 작아 원하는 공극을 가진 발포체의 형성이 어려워질 수 있으며 1중량부를 초과하는 함량은 경제성이 문제가 될 수도 있다.
유기실란
본 발명에 사용한 유기실란은 발포체의 소수성을 높이기 위하여 첨가하는 것으로 테트라에톡시실란[tetraethoxysilane, TSi(OC2H5)4 TEOS], 메틸트리메톡시실란[methyltrimethoxysilane, [CH3Si(OCH3)] MTES] 및 이소부틸트리메톡시실란[isobutyltrimethoxysilane, Si(OCH3)3(CH3)2 IBTS] 중 어느 하나를 선택하여 물 또는 에탄올 용매에 5% 희석한 것을 사용할 수 있다.
사용량은 산업폐기물 100중량부에 대하여 0.1~1.0중량부이며 0.1중량부 미만의 첨가량은 소수성능이 너무 떨어지는 경향을 나타내며 1.0중량부를 초과하는 함량은 필요 이상의 소수성이거나 경제성의 문제점이 될 우려도 있다.
결합제
결합제는 산성 인산알루미늄 수용액을 사용한다.
상기 산성 인산알루미늄 수용액은, 인산(85%)과 수산화알루미늄을 가열 반응시켜 인산알루미늄 농도가 65~75%이고, P2O5/Al2O3 몰비가 2.0~3.0인 투명한 인산알루미늄 수용액을 제조한 다음 여기에 물을 첨가하여 적당한 농도로 희석한 pH 1.2~1.8인 수용액이다.
구체적인 제조방법의 일예로 85% 인산 1200g을 플라스크에 넣고 여기에 수산화알루미늄 300g을 첨가하여 약 50℃까지 가열한다. 반응이 시작되면 발열반응을 온도가 약 100℃ 이상 상승하므로 약 80℃로 냉각하여 약 90분간 유지한 다음 상온으로 냉각시킨다.
이 수용액은 P2O5/Al2O3 몰비가 약 2.8이고 인산알루미늄 농도는 약 50%이다. 사용량은 산업폐기물 100중량부에 대하여 약 5~20중량부 첨가한다. 5중량부 미만을 첨가하면 고형물 입자 사이의 결합력이 감소하여 충분한 강도 발현이 어렵고 20중량부를 초과하는 함량을 첨가 시에는 강도가 더 증가하지 않으며 경제성이 문제 시 된다.
상술된 조성물의 함량 범위 내에서 본 출원인은 도 2의 실험을 수행하였다.
첨부된 도면의 도 2는 본 발명에 따른 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체의 조성물의 함량별 발포체 특성을 평가한 것이다.
이때, 각 조성물의 함량별로 제조된 발포체의 제조방법은 후술되는 본 발명의 제조방법을 이용하였고, 발포체의 특성인 압축강도(kg/cm2), 흡음률(NRC) 및 겉보기 비중(gcm3)은 일반적인 측정방법으로 측정되었다.
측정결과, 결합제인 인산알루미늄(AAP)의 첨가량을 증가시키면 발포체의 강도가 증가 되는 경향을 나타내고. 기포제의 첨가량이 증가하면 곡극율이 상대적으로 증가하며 다라서 흡음률이 증가하는 경향을 나타낸다.
압축강도는 결합제의 첨가량이 20중량부가 되면 평균 100㎏/㎠ 이상으로 증가함을 볼 수 있다.
또한, 겉보기 비중은 압축강도와 비례적으로 증가하는 것으로 나타났다. 흡음률은 일반적으로 겉보기 비중이 증가함에 따라 역으로 감소되는 경향을 나타낸다.
이러한 측정결과에 따르면, 전반적으로 종래 플라이애시, 바텀애시 또는 고로슬래그만 사용한 비교군들에 비해 발포체 특성이 증가하는 것으로 나타났다.
다만, 이러한 비교군들은 결합제에 대하여 본 발명에 따른 결합제를 사용한 것이 아니라, 일반적인 알칼리성 결합제를 사용한 것으로서, 이러한 결합제의 사용이 발포체 특성에 영향을 미친 것으로 알 수 있었다.
특히, 도 2를 참조하면, 실험군 8에 따라, 산업용폐기물로서 고로슬래그(BFS)만 사용하고, 고로슬래그 100중량부를 기준으로, 결합제 20중량부, 기포제로서 소디움도데실설페이트 0.1중량부 및 유기실란으로서 테트라에톡시실란 0.2중량부를 사용한 것이, 압축강도 128kg/cm2, 흡음률(NRC) 0.88 및 겉보기 비중 1.00gcm3으로 평균적인 발포체 특성이 우수한 것으로 나타났다.
실시예
2. 건축재료용
단열흡음성
발포체의
제조방법
상술된 조성물을 기반으로 제조되는, 건축재료용 단열흡음성 발포체의 제조방법은 도 1을 참조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 건축재료용 단열흡음성 발포체의 제조방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
첨부된 도면의 도 1에 따른 제조방법은 원료준비단계(S1); 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계(S2); 몰드주입단계(S3); 경화단계(S4); 및 탈형단계(S5);를 포함하여 이루어진다.
1. 원료준비단계(S1)
원료준비단계(S1)는, 산업폐기물로 사용되는 플라이애시, 바텀애시, 고로슬래그 및 레드머드 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 배합된 것을 분말화시켜 원료로 준비하는 단계이다.
이러한 원료는 50~100㎛로 미분쇄하여 사용될 수 있다.
2. 결합제, 기포제,
유기실란
및 물을 원료에 혼합하는 단계(S2)
결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계(S2)는, 원료준비단계(S1)에서 준비된 원료에 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 혼합하는 단계이다.
이때, 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계(S2)를 통해 혼합된 것(아래의 혼합제조액)은 슬러지 형태로 고체/액체비가 0.35가 되도록 한다.
이러한 결합제, 기포제, 유기실란 및 물의 혼합은 한번에 이루어질 수도 있고, 순차적으로 혼합할 수도 있다.
특히, 설계 조건에 따라서는 결합제, 유기실란 및 물을 먼저 혼합하고, 혼합된 혼합액을 신축성 있는 재질의 통에 수용시킨 뒤, 주사기를 이용하여 기포제를 통의 하측에서 주입시켜 혼합되도록 한다.
그리고, 비어있는 다른 통에 액상에서 부유되지 않는 '∩' 형태의 함을 올려두되, 함의 내부에 분말상태의 원료를 가둬둔다. 이때, 함의 높이는 기포제까지 혼합된 혼합액 보다 낮은 높이를 갖도록 한다.
이후, 함을 도구를 이용하여 건져올림으로써, 분말형태의 원료가 혼합액의 저면에서부터 혼합되도록 하여 혼합이 골고루 이루어지도록 한다.
이때, 원료를 혼합할 때는 20~30℃의 가열교반을 수행하도록 할 수 있다. 20℃ 미만의 열을 가하는 경우에는 가열교반의 목적이 상실되고, 30℃의 온도를 초과하는 열을 가하는 경우, 기포제에 의한 발포가 진행될 우려가 있다.
3.
몰드주입단계
(S3)
몰드주입단계(S3)는, 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계(S2)를 통해 원료+결합제+기포제+유기실란+물이 혼합된 혼합제조액을 몰드에 주입하는 단계이다.
이때, 사용되는 몰드는 실리콘 몰드 일 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
4. 1차 경화단계(S4)
1차 경화단계(S4)는, 몰드주입단계(S3)에서 몰드에 주입된 혼합제조액을 1차적으로 경화시키는 단계이다.
이때, 100~200℃에서는 20~30분간 수행될 수 있다. 이러한 조건에 따른 경화는 몰드 내의 조성물을 완전히 경화시키기 위한 조건이 아닌, 경화가 완전히 이루어지기 전의 굳힘단계로 해석될 수 있다.
설계 조건에 따라서는, 경화단계의 수행시 마이크로웨이브파를 몰드로 인가시킬 수 있는데, 이에 따라 혼합제조액에 진동을 주어 입자 간의 마찰로 인해 열이 부가되어 발포가 진행될 수 있다.
즉, 몰드주입단계(S3)에서 실리콘 몰드를 사용함에 따라, 마이크로웨이브파가 몰드에 수용된 혼합제조액 전체 표면에 잘 전달될 수 있도록 할 수 있다. 만약, 몰드의 재질이 실리콘이 아니라면 마이크로웨이브파의 전달이 차단되어 발포가 혼합제조액 전체 표면에서 이루어지지 않을 우려가 있다.
5.탈형단계(S5)
탈형단계(S5)는, 1차 경화단계(S4)가 완료되면 몰드로부터 발포체 판넬을 탈형하는 단계이다.
6. 자연 경화단계(S6)
자연 경화단계(S6)는, 탈형단계(S5)를 통해 탈형된 판넬을 슬라이드 삽입 등으로 끼워 조립한 뒤, 상온에서 5~10시간 정도 자연 경화되도록 하는 단계이다.
이때, 자연 경화에 의해 판넬의 최종 굳어짐(경화)이 가능하고, 도 3과 같이 조립을 위한 홈(a)이 인접한 다른 판넬의 돌기(b)와 갖는 사이공간이 좁아지게 될 수 있다.
실시예
3. 산업폐기물을 활용한 건축재료용
단열흡음성
발포체
판넬
본 발명에 따른 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬의 은 첨부된 도면의 도 3을 참조한다.
도 3을 참조하면, 상기 제2 실시예에 따른 몰드가 도 3에 따른 판넬의 형태가 되도록 구성됨을 알 수 있다.
도 3은 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬의 구성과 조립이 쉬워지는 원리를 나타낸 것이다.
첨부된 도면의 도 3에 따른 단열흡음성 발포체 판넬은 일측에 홈(a)이 길이방향으로 형성되고, 반대 일측에 홈(a)에 대응되는 돌기(b)가 형성된다.
이러한 홈(a)과 돌기(b)는 도 3에서는 1개씩 구성된 것으로 도시되어 있으나, 도면이 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니므로, 실제로 2개의 홈(a)과 2개의 돌기(b)가 판넬의 측면에 각각 형성되어, 사방(四方)으로 복수 개의 판넬 끼리 조립되도록 할 수 있을 것이다.
이러한 본 발명에 따른 단열흡음성 발포체 판넬은, 1차 경화 후, 탈형한 뒤, 복수 개의 판넬 간에 홈(a)과 돌기(b)를 이용하여 조립하고, 자연 경화시킴으로써, 자연 경화가 안료되면, 조립된 홈(a)과 돌기(b) 사이의 사이공간이 넓었던 것이, 좁아지도록 할 수 있다.
이를 위해, 1차 경화되어 탈형된 돌기(b)의 형태는 일반 돌기의 형태이나, 홈(a)은 이의 상측 내벽이 상부방향으로 만곡져 홈(a)의 내부공간이 넉넉할 수 있도록 구성된다. 즉, 홈(a)의 하측 내벽은 본래 홈이 가져야할 형태로 구성되고, 홈의 중심을 기준으로 상측 내벽은 상부방향으로 만곡지도록 형성되는 것이다.
이로 인해, 자연 경화 과정에서 중력에 의해 상측 내벽이 점점 내려앉으면서 경화되어 돌기(b)와의 간격이 좁아진 상태로 굳어지게 된다.
이를 위한 자연 경화를 위한 조건이, 상술된 바와 같이 상온에서 5~10시간이다. 5시간 미만에서는 경화가 제대로 이루어지지 않을 수 있고, 10시간을 초과하더라도 더 이상의 경화가 이루어지진 않는다.
종래에는 완성된 판넬에 대하여 홈과 돌기를 결합하려다 보니, 특히 슬라이드 삽입의 경우에는 삽입이 원활하지 않은 문제점이 있었다. 예를 들면, 슬라이드가 제대로 이루어지지 않는다거나, 슬라이드 조립된 이후에 조립된 판넬 간에 뒤틀리는 것이 그 예이다.
반면, 본 발명에 따른, 조립시 상술된 문제점을 극복할 수 있고, 또한 자연 경화까지 완료된 뒤에는 홈(a)과 돌기(b) 사이의 사이공간에 틈이 크게 형성되지 않는 효과를 갖는다.
상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.
a : 홈
b : 돌기
S1 : 원료준비단계
S2 : 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계
S3 : 몰드주입단계
S4 : 1차 경화단계
S5 : 탈형단계
S6 : 자연 경화단계
b : 돌기
S1 : 원료준비단계
S2 : 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계
S3 : 몰드주입단계
S4 : 1차 경화단계
S5 : 탈형단계
S6 : 자연 경화단계
Claims (10)
- 플라이애시, 바텀애시, 고로슬래그 및 레드머드 중 어느 하나의 것 또는 둘 이상이 혼합된 것인 산업페기물과, 기포제, 유기실란 및 결합제를 조성물로 이루어지되,
측면에 홈(a)과 돌기(b)가 길이방향으로 형성되어,
복수 개 간에 인접한 것들 끼리 홈(a)과 돌기(b)의 결합으로 조립되는 것을 특징으로 하는, 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬.
- 청구항 1에 있어서,
상기 발포체 판넬의 홈(a)은,
상측 내벽이 상부방향으로 만곡되어 공간이 확장되도록 제조과정에서 탈형되고, 자연 경화를 통해 상측 내벽이, 홈(a)에 결합된 돌기(b)와 인접하게 되면서 확장되어 있던 공간이 좁아지는 것을 특징으로 하는, 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬.
- 청구항 1에 있어서,
상기 조성물은,
산업폐기물 100중량부를 기준으로 기포제 0.05~1중량부, 유기실란 0.1~1중량부 및 결합제 5~20중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬.
- 청구항 1에 있어서,
상기 결합제는,
85% 인산 1200g을 플라스크에 넣은 뒤, 플라스크에 수산화알루미늄 300g을 첨가하여 50℃까지 가열하다가, 100℃에서 반응이 시작되면 80℃로 90분 동안 냉각하고, 이후 상온으로 냉각시킴으로써, P2O5/Al2O3 몰비가 2.0~3.0인 투명한 인산알루미늄 수용액을 제조하고,
농도 50% 및 pH 1.2~1.8이 될 때까지 물을 첨가하여 희석시켜 제조되는 것을 특징으로 하는, 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬.
- 청구항 1에 있어서,
상기 산업폐기물은 50~100㎛으로 미분쇄하여 분말화시킨 것을 특징으로 하는, 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬.
- 청구항 1에 있어서,
상기 기포제는,
과산화수소(H2O2), 탄산소다(Na2CO3), 탄산칼슘(CaCO3), 소디움도데실설페이트(sodium dodecyl sulfate) 및 소디움라우릴설페이트(sodium lauryl sulfate) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬.
- 청구항 1에 있어서,
상기 유기실란은,
테트라에톡시실란(TEOS), 메틸트리메톡시실란(MTES) 및 이소부틸트리메톡시실란(IBTS) 중 어느 하나를 선택하여 물 또는 에탄올 용매에 5% 희석한 것을 사용하는 것을 특징으로 하는, 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬.
- 청구항 1 내지 7 중 선택된 어느 한 항에 기재된 산업폐기물을 활용한 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬의 제조방법은,
플라이애시, 바텀애시, 고로슬래그 및 레드머드 중 어느 하나 또는 둘 이상으로 배합된 것을 분말화시켜 원료로 준비하는, 원료준비단계(S1);
상기 원료준비단계(S1) 에서 준비된 원료에 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 혼합하는, 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계(S2);
상기 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계(S2)를 통해 혼합된 혼합제조액을 몰드에 주입하는, 몰드주입단계(S3);
상기 몰드주입단계(S3)에서 몰드에 주입된 혼합제조액을 1차적으로 경화시키는, 1차 경화단계(S4);
상기 1차 경화단계(S4)가 완료되면 몰드로부터 발포체를 탈형하여 제품화하는, 탈형단계(S5); 및
상기 탈형단계(S5)에서 탈형된 제품을 조립하여 자연 경화시키는 자연 경화단계(S6);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬의 제조방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 경화단계는,
상온의 조건에서는 1~10시간 수행되고,
100~200℃의 조건에서는 0.5~1시간 수행되는 것을 특징으로 하는, 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬의 제조방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 결합제, 기포제, 유기실란 및 물을 원료에 혼합하는 단계(S2)는,
고체/액체비가 0.35인 슬러지 형태로 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하는, 건축재료용 단열흡음성 발포체 판넬의 제조방법.
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