KR20230053772A - 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
개시된 내용은, 포틀랜드 시멘트의 일부를 탄산칼슘과 유동층상 보일러 비산재로 대체함으로써 환경친화적일 뿐만 아니라 불연성, 경량성, 단열성 및 흡음성과 같은 물성이 매우 우수한 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이러한 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 제조방법은 (a) 원료를 혼합하여 슬러리화하는 단계, (b) 상기 슬러리를 몰드에 장입한 후 발포 및 응결하는 단계, (c) 상기 발포 및 응결된 슬러리를 1차 양생하는 단계, (d) 상기 1차 양생이 완료된 반경화체를 몰드로부터 탈형 및 컷팅한 후 2차 양생하는 단계, 및 (e) 상기 2차 양생이 완료된 경화체를 감온한 후 건조하는 단계를 포함한다.
이러한 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 제조방법은 (a) 원료를 혼합하여 슬러리화하는 단계, (b) 상기 슬러리를 몰드에 장입한 후 발포 및 응결하는 단계, (c) 상기 발포 및 응결된 슬러리를 1차 양생하는 단계, (d) 상기 1차 양생이 완료된 반경화체를 몰드로부터 탈형 및 컷팅한 후 2차 양생하는 단계, 및 (e) 상기 2차 양생이 완료된 경화체를 감온한 후 건조하는 단계를 포함한다.
Description
본 명세서에 개시된 내용은 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시하지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
샌드위치 판넬은 조립식 건축물의 주요자재로 널리 사용되고 있으며, 강판과 강판 사이에 심재를 넣어 접착 또는 발포시킴으로써 제조된다. 이때 심재로는 폴리우레탄폼과 스티로폼을 주로 사용하나 시공성, 단열성 및 경제성과 같은 측면을 고려하여 유기질 심재를 사용하기도 한다. 그러나 유기질 심재를 사용하는 경우 연소 또는 화재 발생 시 유독가스가 다량 발생함으로써 인명피해가 발생되는 문제점이 있다. 또한, 가연성이 높아 화재 초기진압이 어려우므로 대형 화재로 발전될 가능성이 높아 그 사용을 정책적으로 제한하고 있는 추세이다.
따라서, 기존 샌드위치 판넬용 심재의 취약점을 해결하고자 해당제품의 제조사들은 불연성이 우수한 초경량 무기심재에 대한 연구 및 개발에 매진하고 있다.
불연성이 뛰어날 뿐만 아니라 단열성, 경량성 및 흡음성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.
개시된 내용의 일 실시예에 의하면, 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물은 유동층상 보일러 비산재 40~90중량% 및 포틀랜드 시멘트 10~60중량%로 이루어진 결합재 100중량부, 혼합수 55~85중량부, 외할로 실리카흄 0.05~8중량부, 외할로 유동화제 0.05~2중량부, 섬유 0.05~1중량부 및 외할로 기포제 0.05~0.9중량부를 포함한다.
개시된 내용의 다른 실시예에 의하면, 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물은 탄산칼슘 0.1~40중량%, 유동층상 보일러 비산재 40~80중량% 및 포틀랜드 시멘트 5~50중량%로 이루어진 결합재 100중량부, 혼합수 55~85중량부, 외할로 실리카흄 0.05~8중량부, 외할로 유동화제 0.05~2중량부, 섬유 0.05~1중량부 및 외할로 기포제 0.05~0.9중량부를 포함한다.
개시된 내용의 다른 실시예에 의하면, 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 제조방법은 (a) 원료를 혼합하여 슬러리화하는 단계, (b) 상기 슬러리를 몰드에 장입한 후 발포 및 응결하는 단계, (c) 상기 발포 및 응결된 슬러리를 1차 양생하는 단계, (d) 상기 1차 양생이 완료된 반경화체를 몰드로부터 탈형 및 컷팅한 후 2차 양생하는 단계 및 (e) 상기 2차 양생이 완료된 경화체를 감온한 후 건조하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물 및 그 제조방법은 포틀랜드 시멘트의 일부를 탄산칼슘과 유동층상 보일러 비산재로 대체함으로써 환경친화적일 뿐만 아니라 불연성, 경량성, 단열성 및 흡음성과 같은 물성이 매우 우수한 효과가 있다.
또한, 고부가가치를 창출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서에 개시된 내용의 다른 실시예에 따른 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2 내지 도 6은 실시예 1 또는 실시예 2에 따른 무기심재를 나타낸 사진이다.
도 2 내지 도 6은 실시예 1 또는 실시예 2에 따른 무기심재를 나타낸 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 개시된 내용의 바람직한 실시예의 구성 및 작용 효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.
본 명세서에 개시된 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물은 결합재로 포틀랜드 시멘트만을 사용하던 종래와는 달리 포틀랜드 시멘트의 일부를 탄산칼슘과 유동층상 보일러 비산재로 대체하였다. 따라서, 환경친화적일 뿐만 아니라 불연성, 경량성, 단열성 및 흡음성과 같은 물성이 매우 우수하다.
본 실시예에 따른 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물은 결합재, 혼합수, 외할로 실리카흄, 외할로 유동화제, 섬유 및 외할로 기포제를 포함할 수 있다.
결합재는 유동층상 보일러 비산재 40~90중량% 및 포틀랜드 시멘트 10~60중량%로 이루어지거나 탄산칼슘 0.1~40중량%, 유동층상 보일러 비산재 40~80중량% 및 포틀랜드 시멘트 5~50중량%로 이루어질 수 있다.
유동층상 보일러 비산재는 보일러에서 발생하는 부산물로 포틀랜드 시멘트의 혼화제 용도로 첨가될 수 있으며, 브레인 분말도 시험기에 의해 측정된 비표면적은 5,000~7,000cm2/g일 수 있다. 예컨대, 유동층상 보일러 비산재는 SiO2 성분이 다량으로 함유되어 있는 화력발전소에서 발생하는 비산재와는 달리 CaO와 CaSO4로 구성되며, 구체적으로는 CaSO4 44.2%, CaO 36.5%, SiO2 7.6% 및 CaCO3 11.6%로 구성될 수 있다.
이러한 유동층상 보일러 비산재는 결합재 전체 중량%에 대하여, 40~90중량% 로 포함될 수 있는데, 탄산칼슘이 포함되는 경우에는 40~80중량%로 포함될 수 있다. 유동층상 보일러 비산재가 40중량% 미만이면, 압축강도 증가 효과가 미미할 수 있고, 90중량%를 초과하면, 급열과 균열발생 또는 부피팽창 증대 우려가 있다.
포틀랜드 시멘트는 대표적인 수경성 시멘트로, 본 실시예에서는 포틀랜드 1종 시멘트를 사용할 수 있으며 주성분은 실리카, 알루미늄, 산화철 및 석회 등을 포함하고 있다.
이러한 포틀랜드 시멘트는 결합재 전체 중량%에 대하여, 10~60중량%로 포함될 수 있는데, 탄산칼슘이 포함되는 경우에는 5~50중량%로 포함될 수 있다. 포틀랜드 시멘트가 5중량% 미만이면, 강도 또는 내구성이 저하될 수 있고, 60중량%를 초과하면, 강도 또는 내구성은 개선되나 건조수축이 발생될 수 있으므로 바람직하지 못하다.
탄산칼슘(CaCO3)은 널리 알려진 형태의 천연 탄산칼슘, 석회석, 방해석, 대리석 등을 단순 분쇄가공 하여 얻어진 중질탄산칼슘(Ground Calcium Carbonate, GCC), 널리 알려진 침전/제조 공정에 따라 제조된 침강성 탄산칼슘(Precipitated Calcium Carbonate, PCC) 및 광물재료 중에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 상기 언급한 탄산칼슘, 중질탄산칼슘 및 침강성 탄산칼슘 외에도 발전소, 폐기물 소각시설, 하수 슬러리 처리시설로부터 배출되는 이산화탄소(CO2)와 산화칼슘(CaO) 또는 산업부산물의 직접 반응, 구체적으로는 광물탄산화 반응을 통해 포집된 이산화탄소(CO2) 포집물을 더 사용할 수 있다. 상기 산업부산물은 산화칼슘(CaO)을 다량으로 포함하고 있는 제강슬래그, 폐콘크리트 미분 또는 생활 폐기물 소각재일 수 있으며, pH조절을 목적으로 산과 암모늄염을 용제로 추가하여 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
혼합수(w/b)는 보통 물을 사용하며, 이러한 혼합수는 결합재 100중량부에 대하여, 55~85중량부로 포함될 수 있는데, 이는 상기 언급한 범위를 벗어나는 경우 워커빌리티에 악영향을 미칠 수 있으므로 바람직하지 못하다.
외할로 실리카흄(Silica fume)은 실리콘(Si), 페로실리콘(FeSi), 실리콘 합금 등을 제조할 때에 발생되는 폐가스 중에 포함되어 있는 비결정질 SiO2를 집진기로 수집 여과하여 얻어지는 마이크로 실리카 입자로서 고강도 및 내구성이 요구되는 제품 제조에 필수적인 성분으로 알려져 있으며, 채움재, 그라우트재, 속경성 시멘트계 등 고강도 혼합제 역할을 한다. 한편, 외할로 실리카흄과 Ca(OH)2간에 포졸란 반응을 일으켜 칼슘실리케이트(C-S-H) 수화물(gel)이 생성되는 마이크로 필러 효과에 따라 콘크리트 조직이 치밀화되고 장기강도 상승 및 내구성 향상 등의 효과가 있으며, 콘크리트 재료분리 저항성 증대에 있어 상당히 효과적이기는 하나 고가이기 때문에 경제성을 고려하여 하기 언급한 함량으로 한정하는 것이 바람직하다.
이러한 외할로 실리카흄은 결합재 100중량부에 대하여, 0.05~8중량부로 포함될 수 있는데, 이는 외할로 실리카흄이 0.05중량부 미만이면, 높은 압축강도 발현이 어려울 수 있고, 8중량부를 초과하면, 경화가 빠르게 일어나 물성 및 내구성이 떨어질 수 있다.
외할로 유동화제는 슬러리(slurry)의 재료 분포성 및 혼합 작업의 용이성을 위해 첨가하는 물질로, 폴리카르본산계(polycarboxylate)를 사용할 수 있다.
이러한 외할로 유동화제는 결합재 100중량부에 대하여, 0.05~2중량부로 포함될 수 있는데, 이는 외할로 유동화제가 0.05중량부 미만이면, 탄산칼슘의 고분자 성분에 의한 유동성 부족 문제가 발생될 뿐만 아니라 교반 워커빌리티의 확보 및 강도보상 기능이 미미할 수 있고, 2중량부를 초과하면, 필요 이상의 사용으로 인한 효과는 그다지 크지 않을 수 있다. 따라서, 탄산칼슘의 고분자 성분에 의한 유동성 부족 문제를 방지하고, 교반 워커빌리티의 확보 및 강도보상의 기능이 배가되도록 상기 언급한 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
섬유는 내구성 향상을 위해 첨가하는 물질로, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 및 폴리에스테르 섬유 중에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
이러한 섬유는 결합재 100중량부에 대하여, 0.05~1중량부로 포함될 수 있는데, 이는 섬유가 0.05중량부 미만이면, 내구성 향상 효과가 미미할 수 있고, 1중량부를 초과하면, 성형성이 좋지 못할 수 있다.
외할로 기포제는 경화체의 경량성과 단열성의 개선을 위해 첨가하는 물질로, 기포의 안정성 및 발포성능 면에서 일반적으로 실용화되어 있는 알루미늄 분말을 사용할 수 있다.
이러한 외할로 기포제는 결합재 100중량부에 대하여, 0.05~0.9중량부로 포함될 수 있는데, 이는 외할로 기포제가 0.05중량부 미만이면, 표면장력 저하 효과가 미미할 수 있고, 0.9중량부를 초과하면, 필요이상의 사용으로 인한 효과는 그다지 크지 않을 수 있다.
이하, 본 명세서에 개시된 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 제조방법을 도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 1은 본 명세서에 개시된 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 생분해성 시트의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 우선 원료를 혼합하여 슬러리화한다(S10).
원료로 유동층상 보일러 비산재 40~90중량% 및 포틀랜드 시멘트 10~60중량%로 이루어진 결합재 100중량부, 혼합수 55~85중량부, 외할로 실리카흄 0.05~8중량부, 외할로 유동화제 0.05~2중량부, 섬유 0.05~1중량부 및 외할로 기포제 0.05~0.9중량부를 혼합하여 슬러리화 하거나 탄산칼슘 0.1~40중량%, 유동층상 보일러 비산재 40~80중량% 및 포틀랜드 시멘트 5~50중량%로 이루어진 결합재 100중량부, 혼합수 55~85중량부, 외할로 실리카흄 0.05~8중량부, 외할로 유동화제 0.05~2중량부, 섬유 0.05~1중량부 및 외할로 기포제 0.05~0.9중량부를 혼합하여 슬러리화 한다. 원료의 구체적인 성분 및 성분비의 한정사유에 대해서는 상기에서 자세히 설명하였으므로 생략하기로 한다.
그 다음, 슬러리를 몰드에 장입한 후 발포 및 응결시킨다(S20).
상기 S10단계에서 제조된 슬러리를 몰드에 장입한 후 발포반응으로 부피를 증가시키고, 20~25℃의 상온에서 1~3시간, 바람직하게는 2시간동안 수화반응에 의해 응결이 진행되도록 할 수 있다.
상기 언급한 온도 범위를 벗어나는 경우 온도 균열이 발생될 수 있으므로 바람직하지 못하다.
상기 시간이 1시간 미만이면, 결합재와 물과의 수화 작용이 완료되기 어렵고, 3시간을 초과하면, 필요이상의 시간 증가로 인해 업무 효율이 저조해질 수 있다.
그 후 발포 및 응결된 슬러리를 1차 양생한다(S30).
상기 S20단계에서 발포 및 응결이 완료된 슬러리를 60~70℃의 온도에서 5~7시간동안 1차 양생할 수 있다.
그리고, 1차 양생이 완료된 반경화체를 몰드로부터 탈형 및 컷팅한 후 2차 양생한다(S40).
상기 S30단계에서 1차 양생이 완료된 반경화체를 몰드로부터 탈형 및 컷팅한 후 60~70℃의 온도에서 5~7시간동안 2차 양생할 수 있다.
상기 언급한 1차 및 2차 양생 온도와 시간을 만족하지 않는 경우, 외부의 충격에 의해 쉽게 파손되고, 비중 0.2~0.3 및 압축강도 40MPa 이상의 확보가 어려울 수 있다.
마지막으로 2차 양생이 완료된 경화체를 감온한 후 건조한다(S50).
상기 S40단계에서 2차 양생이 완료된 경화체를 20~25℃의 상온까지 감온시킨 후 건조기를 이용하여 경화체가 완전히 건조될 때까지 건조를 실시할 수 있다.
<실시예 1>
유동층상 보일러 비산재 70kg, 포틀랜드 1종 시멘트 30kg, 외할로 실리카흄 0.6kg, 섬유 0.07kg, 외할로 유동화제 0.24kg, 알루미늄 분말 0.08kg을 물 63kg과 혼합하여 슬러리화한 후 몰드에 넣어 발포시킨 후 23℃의 상온에서 약 2시간동안 응결시켰다. 그리고, 약 65℃의 항온양생실에서 6시간동안 1차 양생한 후 몰드를 제거하고, 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이 가로 495mm, 세로 495mm, 높이 65mm로 컷팅한 다음 약 65℃의 항온양생실에서 6시간동안 2차 양생하고 감온 및 건조하여 무기심재를 제조하였다.
<실시예 2>
탄산칼슘 20kg, 유동층상 보일러 비산재 55kg, 포틀랜드 1종 시멘트 25kg, 외할로 실리카흄 0.4kg, 섬유 0.06kg, 외할로 유동화제 0.5kg, 알루미늄 분말 0.08kg을 물 63kg과 혼합하여 슬러리화한 후 몰드에 넣어 발포시킨 후 23℃의 상온에서 약 2시간동안 응결시켰다. 그리고, 약 65℃의 항온양생실에서 6시간동안 1차 양생한 후 몰드를 제거하고, 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이 가로 495mm, 세로 495mm, 높이 65mm로 컷팅한 다음 약 65℃의 항온양생실에서 6시간동안 2차 양생하고 감온 및 건조하여 무기심재를 제조하였다.
개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.
Claims (9)
- 유동층상 보일러 비산재 40~90중량% 및 포틀랜드 시멘트 10~60중량%로 이루어진 결합재 100중량부;
혼합수 55~85중량부;
외할로 실리카흄 0.05~8중량부;
외할로 유동화제 0.05~2중량부;
섬유 0.05~1중량부; 및
외할로 기포제 0.05~0.9중량부;를 포함하는 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물.
- 탄산칼슘 0.1~40중량%, 유동층상 보일러 비산재 40~80중량% 및 포틀랜드 시멘트 5~50중량%로 이루어진 결합재 100중량부;
혼합수 55~85중량부;
외할로 실리카흄 0.05~8중량부;
외할로 유동화제 0.05~2중량부;
섬유 0.05~1중량부; 및
외할로 기포제 0.05~0.9중량부;를 포함하는 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유동층상 보일러 비산재의 비표면적은 5,000~7,000cm2/g인 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외할로 유동화제는 폴리카르본산계인 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재 조성물.
- (a) 원료를 혼합하여 슬러리화하는 단계;
(b) 상기 슬러리를 몰드에 장입한 후 발포 및 응결하는 단계;
(c) 상기 발포 및 응결된 슬러리를 1차 양생하는 단계;
(d) 상기 1차 양생이 완료된 반경화체를 몰드로부터 탈형 및 컷팅한 후 2차 양생하는 단계; 및
(e) 상기 2차 양생이 완료된 경화체를 감온한 후 건조하는 단계;를 포함하는 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 (a)단계에서 원료는 유동층상 보일러 비산재 40~90중량% 및 포틀랜드 시멘트 10~60중량%로 이루어진 결합재 100중량부, 혼합수 55~85중량부, 외할로 실리카흄 0.05~8중량부, 외할로 유동화제 0.05~2중량부, 섬유 0.05~1중량부 및 외할로 기포제 0.05~0.9중량부를 포함하는 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 (a)단계에서 원료는 탄산칼슘 0.1~40중량%, 유동층상 보일러 비산재 40~80중량% 및 포틀랜드 시멘트 5~50중량%로 이루어진 결합재 100중량부, 혼합수 55~85중량부, 외할로 실리카흄 0.05~8중량부, 외할로 유동화제 0.05~2중량부, 섬유 0.05~1중량부 및 외할로 기포제 0.05~0.9중량부를 포함하는 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 (b)단계에서 응결은 20~25℃의 상온에서 1~3시간동안 실시되는 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 (c)단계의 1차 양생과 상기 (d)단계의 2차 양생은 60~70℃의 온도에서 5~7시간동안 실시되는 불연성 및 경량성이 우수한 샌드위치 판넬용 무기심재의 제조방법.
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2021
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Also Published As
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