KR100897956B1 - 경량불연보온재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수경성 석회염의 수경반응물을 포함하고, 독립기포군으로 구성되는 경량불연보온재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 경량불연보온재는 원료 혼합물 내에 포함되는 각 성분간의 반응에 의해 발생하는 열을 통하여 외부에서 별도의 가온 없이 자체적으로 발포 및 연쇄 결합 성장 반응을 진행시킴으로써, 보온재 내에 독립기포군을 균일하게 형성시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는 경량성, 내수성, 단열성, 불연성, 내화학약품성 및 물리적 강도가 우수하며, 친환경적인 경량불연보온재를 제공할 수 있다.

경량불연보온재, 기본조성물, 기본혼합수, 수경성 석회염, 황산칼슘, 과산화수소, 수불용성 무기산화물, 독립기포군, 연쇄 결합 성장

Description

경량불연보온재 및 그 제조 방법 {Lightweight incombustible lagging materials and manufacturing method thereof}

본 발명은 경량불연보온재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수경성 석회염의 수경반응물을 포함하고, 독립기포군으로 구성되어 경량성, 내수성, 단열성, 불연성, 내화학약품성 및 물리적 강도가 우수하며, 친환경적인 경량불연보온재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

보온재는 내부의 온도를 일정하게 유지시키려는 공간의 외부에 설치하여, 외부로의 열의 유출입을 방지하기 위한 재료로서, 건축 자재 등으로 자주 사용된다. 종래에 이와 같은 보온재로서는 폴리스티렌 폼, 폴리우레탄 폼, 유리섬유, 미네랄 섬유, 암면, 스래그울, 석면 또는 기포 발포 골재(LECA: Light Expanded Cley Aggregates) 등이 자주 사용되어 왔다.

상기에서 폴리스티렌 폼이나 폴리우레탄 폼의 경우 비중이 약 0.02로서 경량이며, 방한성, 보온성 및 방습성이 우수하고, 저가이기 때문에 각종 건축물 부재로서 자주 사용되고 있다. 그러나 상기는 가연성이며, 연소 시에 인체에 해로운 포름알데히드, 시안화수소(HCN) 및 매연 등이 다량으로 발생하여, 화재 위험, 인명 및 재산 피해, 그리고 환경오염을 유발시키는 문제점이 있다.

또한, 유리섬유, 미네랄 섬유, 암면 및 스래그울 등은 섬유결합체로서 페놀 수지, 멜라민 수지 및 요소 수지 등을 사용하여, 매트나 샌드위치 판넬 등과 같은 형태로 제조되고, 건축물의 방한, 보온재 및 칸막이 등으로 이용되고 있다. 상기는 난연성을 가져 화재 예방 효과가 있으며, 보온성이 우수한 장점을 가진다. 그러나, 작업 시 미세먼지가 다량 비산하기 때문에, 호흡기 장애와 피부 발진을 유발하며, 화재 시에는 섬유결합제로 사용한 페놀 수지 등에서 독성이 있는 페놀, 크레졸 및 포르말린 가스 등이 발생하여 그 사용이 제한되고 있다. 이 외에 석면의 경우도 우수한 열안정성, 단열성, 불연성 및 물리적강도 등의 장점을 가지나, 미세 석면의 비산은 발암의 원인이 되어 최근 그 사용이 극도로 제한되고 있다.

기포 발포 골재(LECA)는 대량의 생석회, 모래 및 물을 특정 중량 비율로 혼합하여 성형한 후, 압력반응기를 이용하여 약 180℃의 온도 및 7 내지 9 bar의 압력 조건에서 양생하여 제조된다. 상기와 같은 기포 발포 골재는 일반적으로 사용되는 건축물 골재보다는 다소 경량이나, 보온재로 사용되기에는 무게가 무거운 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제2007-1383호는 규산염 화합물 및 콜로이달 실리카에 탄산칼슘, 마이카 분말, 알루미나 및 클레이 등을 배합하고, 산처리하여 페이스트상으로 제조한 후, 발포제를 첨가하여 제조되는 무기 단열재를 개시한다. 상기 특허의 무기 단열재는 규산소다와 염화 알루미늄 및 염산의 반응에 의해 생성된 수 불용성 산화규소 알루미늄 및 이산화규소(SiO₂), 그리고 콜로이달 실리카로 이루어지는 것으로 단열성 및 물리적 강도는 어느 정도 충족된다. 그러나, 상기 제조 공정 중의 반응에서 다량의 수용성 염화 나트륨이 생성되고, 이는 무기 단열재 내에 혼재되어 존재하게 된다. 이에 따라 상기 염화 나트륨이 서서히 물에 용출되어, 몸체가 허물어지게 되는 등 내수성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한 상기 특허에서는 외부에서 열을 가하여 단열재의 경화 반응을 수행한다. 이 때 가해진 열은 표면에서 심부로 전열되게 되는데, 약 5 내지 10분 정도인 짧은 발포 시간에 표면에서 심부까지의 단열재 전체에서 균일한 온도를 유지하는 것이 곤란하다. 발포제의 발포 반응은 온도의 상승에 비례하여 진행하기 때문에, 상기와 같이 외부에서 열을 가하여 발포를 수행하게 될 경우에는, 단열재의 표면에서는 활발한 발포가 수행되는데 비하여, 심부에서는 발포가 불충분한 상태로 경화가 진행되게 된다. 그 결과 표면 부위에서 공동현상(空洞現像)의 발생과 불규칙한 기포의 배열로 인해, 내수성은 물론 단열성도 매우 저하된다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술을 고려하여 이루어진 것으로 균일하게 형성된 원형 독립기포군으로 구성되어, 경량성, 내수성, 단열성, 불연성, 내화학약품성 및 물리적 강도가 우수하며, 친환경적인 경량불연보온재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이에 따라 본 발명의 목적은 수경성 석회염의 수경반응물을 포함하고, 독립기포군으로 구성되는 경량불연보온재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 경량불연보온재의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 수경성 석회염의 수경반응물을 포함하고, 독립기포군으로 구성되는 경량불연보온재를 제공한다.

본 발명은 또한

발포제로서 산화칼슘을 포함하는 기본조성물과 전착제 및 발포제로서 과산화수소를 포함하는 기본혼합수를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 제 1 단계;

상기 기본조성물 내의 발포제와 기본혼합수 내의 발포제간의 반응에 의한 발열 및 발포를 진행시켜, 미세 독립기포군을 형성시키는 제 2 단계; 및

주형 내에서 상기 미세 독립기포군의 연쇄 결합 성장 및 숙성·경화반응을 진행시키는 제 3 단계를 포함하는 경량불연보온재의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 경량불연보온재 및 그 제조방법에서는 서로 상이한 발포제를 기본조성물 및 기본혼합수에 각각 분리하여 혼합한 후, 상기를 혼합함으로써 제조되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 또한 상기 기본조성물 및 기본혼합수의 혼합 시에, 혼합물 내에 포함되는 각 성분간의 반응에 의해 발생하는 열을 통하여 내부에서 균일하게, 발포 및 기포의 연쇄 결합 성장 반응을 진행시킴으로써, 보온재 내에 독립기포군을 균일하게 형성시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명에 의해 제공되는 경량불연보온재는 경량성, 내수성, 단열성, 불연성, 내화학약품성 및 물리적 강도가 우수하며, 친환경적인 장점을 가진다.

본 발명은 수경성 석회염의 수경반응물을 포함하고, 독립기포군으로 구성되는 경량불연보온재에 관한 것이다. 본 발명의 보온재는 서로 상이한 발포제를 기본조성물 및 기본혼합수에 각각 혼합하고, 이를 다시 혼합함으로써, 기본조성물 전체에 신속하고 균일한 가스 발포를 유도하여 제조되는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 보온재는 상기 각각의 발포제간의 반응열에 의해 외부에서의 별도의 가온 없이 원료 자체의 균일하고 신속한 발열에 의해 형성된다. 이에 따라 본 발명의 보온재는 독립기포군이 내부 전체에서 균일하게 형성되어, 경량성, 내수성, 단열성, 불연성, 내화학약품성 및 물리적 강도가 우수하며, 친환경적인 보온재를 저가에 제공할 수 있다.

이하 본 발명의 경량불연보온재에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 경량불연보온재는 그 비중이 0.2 내지 0.5의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기 비중이 0.2보다 작으면 물리적 강도가 저하될 우려가 있고, 0.5를 초과하면 무게가 지나치게 무거워지고, 시공성 등이 저하될 우려가 있다. 본 발명에서 보온재의 비중을 조절하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 이 분야의 평균적 기술자는 원료에 포함되는 성분 및 함량, 그리고 발포 및 경화 시간을 조절하여 목적하는 비중을 용이하게 달성할 수 있다.

본 발명에서 사용된 용어 "독립기포"는 보온재의 내부에서 인접 기포와 구별되어 존재하는 독립적인 기포를 의미한다. 구체적으로는 인접하는 기포간의 병합이나 기포의 파손 등이 발생하지 않고, 단독으로 존재하는 기포를 의미하며, 본 발명에서는 이러한 독립기포가 보온재 전체에 균일하게 존재하여 군을 이루고 있다. 본 발명의 보온재에서는 또한 상기 독립기포의 직경이 0.2 내지 5.0 mm의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 직경은 본 발명의 일례에 불과하며, 본 발명에서는 보온재가 적용되는 용도에 따라 상기 직경을 다양하게 조절하여 사용할 수 있다.

본 발명의 보온재는 수경성 석회염의 수경반응물을 포함하며, 이 때 상기 석회염은 친환경적이며, 수급이 용이하다는 장점을 가진다. 본 발명에서 사용할 수 있는 수경성 석회염의 예로는 반수화 황산칼슘 (CaSO₄·1/2H₂O), 규산 이석회 (2CaO·SiO₂), 알루민산 삼석회 (3CaO·Al₂O₃), CaO(Al₂O₃·Fe₂O₃) 및 4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기와 같은 수경성 석회염은 물과 접촉하면 자체 수화반응으로 상온에서도 용이하게 경화(수경반응)하는 특성을 갖는다.

이와 같은 수경성 석회염은 저렴한 가격으로 원료 수급이 용이하다. 예를 들어, 상기 수경성 석회염은 국내에 널리 분포되어 있는 방해석, 석회석 및 백운석 등을 하소(calcine)함으로써 얻어지는 탄산 칼슘, 산화 칼슘과 그 소화에 의해 얻어지는 수산화 칼슘, 천연 무수 석고 또는 HF의 제조 시에 배출가스의 탈황 공정에서 발생하는 이수화 황산칼슘(5CaSO₄·2H₂O) 등으로부터 공지의 방법으로 용이하게 수득할 수 있다. 예를 들어, 이수화 황산칼슘을 약 120 내지 180℃에서 가열 및 탈수하면, 하기 화학식 1에 따라 본 발명의 원료 중 하나인 수경성 반수화 황산칼슘 (CaSO₄·1/2H₂O)을 얻을 수 있다.

[화학식 1]

2CaSO₄·2H₂O → 2CaSO₄·1/2H₂O + 3H₂O↑

본 발명의 보온재는 또한 수불용성 무기 산화물을 추가로 포함할 수 있으며, 이로 인해 보온재의 내수성 및 불연성 등을 향상시킬 수 있다. 이러한 무기 산화물의 예로는 Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, 제올라이트 및 고령토로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 보온재는 또한 그 물리적 강도 등의 관점에서 표면에 일체화된 상태로 형성된 표피층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 표피층은 무기포층인 것이 바람직하다. 또한 상기 표피층의 소재는 보온재를 이루는 소재, 즉 수경성 석회염의 수경반응물인 것이 바람직하지만, 이에 제한되지 않고, 건축 자재의 강도 보강을 위해 사용되는 통상의 소재를 제한 없이 사용할 수 있다.

본 발명은 또한,

발포제로서 산화칼슘을 포함하는 기본조성물과 전착제 및 발포제로서 과산화수소를 포함하는 기본혼합수를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 제 1 단계;

상기 기본조성물 내의 발포제와 기본혼합수 내의 발포제간의 반응에 의한 발열 및 발포를 진행시켜, 미세 독립기포군을 형성시키는 제 2 단계; 및

주형 내에서 상기 미세 독립기포군의 연쇄 결합 성장 및 숙성·경화반응을 진행시키는 제 3 단계를 포함하는 경량불연보온재의 제조 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 제조 방법을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 제 1 단계는 기본조성물과 기본혼합수를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 단계이다. 이 때 기본조성물 및 기본혼합수를 혼합하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 기본조성물에 기본혼합수를 투입하는 방법이 바람직하다. 이러한 방법의 예로는 혼합기 내에 기본조성물을 투입한 후, 이를 서서히 교반하면서 기본혼합수를 주입하여 혼합하는 방법을 들 수 있다. 상기 기본조성물 및 기본혼합수는 서로 상이한 발포제를 각각 포함한다. 이와 같이 분리되어 있는 양 발포제는 기본조성물 및 기본혼합수가 혼합할 때, 접촉하여 반응하게 되고, 이에 따라 후술하는 미세독립기포군의 형성, 연쇄결합성장 및 숙성, 경화 반응이 진행되게 된다. 이 때 상기 기본혼합수 내에 포함된 전착제(展着制)는 기본조성물 및 기본혼합수가 신속하고 균일하게 혼합될 수 있도록 하며, 또한 기포제(起泡制)의 역할을 동시에 수행한다. 상기 조성물 및 혼합수의 혼합 비율은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 기본조성물 100 중량부에 대하여 기본혼합수가 88 내지 278 중량부로 혼합되는 것이 바람직하고, 중량을 기준으로 한 혼합비(기본조성물:기본혼합수)는 26.5:73.5 내지 53.1:46.9의 범위에 있는 것이 바람직하다.

상기 제 1 단계에서 사용되는 기본조성물을 제조하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만,

(a) 수경성 석회염에 부원료를 혼합하여 혼합원료를 제조하는 단계; 및

(b) 상기 혼합원료에 발포제를 첨가하는 단계를 포함하는 것이 바람직하고, 상기와 같이 혼합원료에 발포제를 첨가함으로써 본 발명의 기본조성물이 제조되게 된다.

상기 단계 (a)는 주원료로 사용되는 수경성 석회염에 부원료를 첨가하여 혼합원료를 제조하는 단계이다. 상기 수경성 석회염은 물과 접촉하면 자체 수화 반응을 하여 상온에서도 용이하게 경화(수경반응)되는 특성을 가지므로, 경화제로서 사용될 수 있다. 이러한 수경성 석회염의 예로는 CaSO₄·1/2H₂O, 2CaO·SiO₂, 3CaO·Al₂O₃, CaO(Al₂O₃·Fe₂O₃) 및 4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으며, 이 중 반수화 황산칼슘 (CaSO₄·1/2H₂O)이 특히 바람직하다. 상기와 같은 반수화 황산칼슘의 경우 하기 화학식 2와 같이 자체 수화 반응이 진행되게 된다.

[화학식 2]

2CaSO₄·1/2H₂O + 3H₂O → 2CaSO₄·2H₂O

반수화 황산칼슘의 경우 상기와 같은 자체 수화 반응을 통하여 이수화 황산칼슘을 형성하며, 이는 기본조성물과 함께 경화(수경반응)하여 경량불연보온재의 골간을 형성하게 된다.

상기 단계 (a)에서 첨가되는 부원료는 칼슘염 및 수불용성 무기 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이 때 칼슘염의 예로는 탄산칼슘(CaCO₃), 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 및 산화칼슘으로 이루어진 군으로 부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다. 또한 상기 수불용성 무기 화합물은 수불용성 및 불연성을 가지는 것이라면 특별히 한정되지 않고, 이 분야의 통상의 소재를 제한없이 사용할 수 있다. 이와 같은 수불용성 무기 화합물의 예로는 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화규소(SiO₂), 산화티탄(TiO₂), 제올라이트 및 고령토로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있다.

상기와 같은 수경성 석회염 및 부원료의 혼합 비율은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 수경성 석회염 100 중량부에 대하여 0 내지 400 중량부, 바람직하게는 80 내지 400 중량부의 부원료가 혼합되는 것이 바람직하고, 중량을 기준으로 한 혼합비(수경성 석회염:부원료)는 100:0 내지 20:80의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기 부원료의 함량이 400 중량부를 초과하면, 감도가 저하될 우려가 있다.

상기 단계 (b)에서는 혼합원료에 발포제를 첨가하여 기본조성물을 제조하는 단계이다. 상기 발포제는 후술하는 기본혼합수 내의 발포제와 반응하여 열 및 산소 가스를 발생시키며, 이에 의해 기본조성물을 미세 기포화시키는 역할을 한다. 이 때 사용되는 발포제는 분말상의 발포제로서 산화칼슘(CaO)인 것이 바람직하다. 상기 발포제는 혼합원료 100 중량부에 대하여 12 내지 25 중량부의 양으로 첨가되는 것이 바람직하고, 중량을 기준으로 한 혼합비(혼합원료:발포제)는 80:20 내지 88.9:11.1의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기와 같이 발포제의 함량을 제어함으로써, 기본조성물과 기본혼합수의 혼합 시에 발포 가스의 양을 제한하고, 발열온도를 100℃ 미만, 바람직하게는 90℃ 이하로 제한할 수 있다. 상기 함량이 12 중 량부보다 작으면, 발포율이 저하될 우려가 있고, 25 중량부를 초과하면, 기포가 과도하게 발생하여 보온재의 생산이 불가능해질 우려가 있다.

본 발명의 제 1 단계에서는 상기와 같이 제조된 기본조성물을 기본혼합수와 혼합한다. 이 때 기본혼합수는 기본조성물을 반죽하는 용수로서의 역할을 하며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일반 용수에 전착제(기포제(起泡制) 및 전착제의 역할을 동시에 수행), 발포제 및 황산용액을 순차로 첨가하여 혼합함으로써 제조할 수 있다.

상기에서 전착제(seperator)는 기포제의 역할을 함께 수행할 수 있다. 이에 따라, 상기 전착제는 기본혼합수가 기본조성물과 신속하게 혼합하게 함으로써 발포 및 기포 반응이 원활하고 균일하게 수행되도록 촉진시키는 역할을 한다. 상기와 같은 역할을 수행할 수 있다면, 사용되는 기포제겸 전착제는 특별히 한정되지 않으나, 카제인(casein)석회 및 젤라틴(gelatine)석회로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 바람직하다. 상기와 같은 전착제는 연소 시에 화염 발생이 없이 분해되어 화재의 초기 발화를 예방할 수 있으며, 인체에 무해하고 친환경적인 우유나 가축 등의 뼈로부터 추출된 단백질계 카제인(casein)이나 젤라틴(gelatine)을 수산화 칼슘과 반응시켜 얻을 수 있다. 이와 같이 형성된 전착제는 내수성, 현수성(懸垂性), 고착성(固着性), 분산성(分散性), 습전성(濕展性) 및 내화학반응성 등이 우수하다. 특별히 한정되는 것은 아니나, 상기와 같은 전착제는 일반용수 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부, 바람직하게는 11 내지 17 중량부의 양으로 사용 되는 것이 바람직하다. 또한 중량을 기준으로 한 혼합비(일반용수:전착제)는 80.9:19.1 내지 90.9:9.1의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기 전착제의 함량이 10 중량부 미만이면, 발포 및 기포 반응이 원활히 일어나지 않을 우려가 있고, 20 중량부를 초과하면 발포 반응이 과도하게 일어나 보온재의 강도를 저하시킬 우려가 있다.

상기 기본혼합수에 포함되는 발포제는 기본조성물 내의 발포제와 반응하여 열 및 산소 가스를 발생시키는 역할을 한다. 이와 같은 발포제의 예로는 과산화수소(H₂O₂)를 들 수 있으며, 35%-과산화수소 용액을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기와 같은 발포제의 양은 기본조성물 내에 포함되는 발포제(산화칼슘) 100 중량부에 대하여, 49 내지 100 중량부가 바람직하고, 중량을 기준으로 한 혼합비(기본조성물 내 발포제:기본혼합수 내 발포제)는 50:50 내지 66.7:33.3의 범위에 있는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 제시된 범위는 본 발명의 일례에 불과할 뿐이며, 본 발명에서는 목적하는 보온재의 용도에 따라 상기 양을 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 비중 및 강도가 높은 보온재를 얻기 위해서는, 상기 양을 적게 하는 것이 바람직하다.

상기 기본혼합수는 또한 황산용액을 포함하며, 이는 기본조성물 내의 발포제 및 기본혼합수 내의 발포제가 반응할 때 pH를 약 8 정도로 조절하고, 내수성을 향상시키는 작용을 한다. 또한 상기 황산용액은 발포제간의 반응에 의해 생성된 부반응물, 예를 들면 수용성 수산화칼슘, 그리고 잔존하는 산화칼슘과 반응하여 이들 을 수불용성 이수화 황산칼슘으로 전환시켜 내수성을 향상시키고, 기본조성물을 경화시키는 작용을 하며, 이와 관련된 반응을 살펴보면 하기 화학식 3 및 4와 같다.

[화학식 3]

Ca(OH)₂ + H₂SO₄ → CaSO₄·2H₂O

[화학식 4]

2CaO + 2H₂SO₄ + 2H₂O → 2CaSO₄·2H₂O + 열

본 발명에서는 상기와 같은 황산용액으로서 20%-황산용액을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 황산용액은 기본조성물 내의 발포제, 예를 들면 산화 칼슘 100 중량부에 대하여, 320 내지 330 중량부의 양으로 사용되는 것이 바람직하다. 또한 중량을 기준으로 한 혼합비(기본조성물 내의 발포제:20%-황산용액)는 약 23.5:76.5가 바람직하다. 상기 사용량이 320 중량부보다 작으면 보온재의 내수성이 저하될 우려가 있고, 330 중량부를 초과하면 경제성이 떨어진다.

본 발명의 제 2 단계는 혼합된 기본조성물 내의 발포제와 기본혼합수 내의 발포제간의 반응에 의한 발열 및 발포를 진행시켜 미세 독립기포군을 형성시키는 단계이다.

구체적으로 기본조성물과 기본혼합수가 혼합되면, 상기 혼합수 내의 전착제로 인하여, 단시간 내, 구체적으로는 혼합과 거의 동시에 기본혼합수가 기본조성물과 균일하게 혼합된다. 그 결과 기본조성물 및 기본혼합수 내의 발포제가 반응하여 열 및 산소 가스를 발생시키게 된다. 이 때 상기 발포제간의 반응은 하기 화학식 5와 같다.

[화학식 5]

2CaO + 2H₂O₂ → 2Ca(OH)₂ + O₂↑ + 열

기본조성물과 기본혼합수가 혼합되며, 기포제(전착제의 역할도 수행)는 혼합 촉진 작용과 함께 원료 혼합물 내에 포말(泡沫)을 신속하게 형성하고, 상기 화학식 5의 반응을 통해 발생된 발포 가스를 포말 내에 가두어 미세 독립기포군이 형성되게 된다.

본 발명의 제 3 단계에서는 제 2 단계의 공정을 거친 원료 혼합물(미세 독립기포군)을 주형에 주입하여, 미세 독립기포군의 연쇄 결합 성장 및 숙성·경화 반응을 진행시킨다. 원료 혼합물 내의 각 반응물간에 일어나는 반응으로는 수경성 석회염의 수화 반응, 발포제간의 반응, 그리고 황산과 수산화칼슘 및 산화칼슘과의 반응을 들 수 있는데, 각각의 반응의 구체적인 화학식은 상기 화학식 2 내지 5에서 살펴본 바와 같다. 상기 각각의 반응들은 유기적으로 결합하여 원료 혼합물의 발포 및 연쇄 결합 성장 반응에 기여하게 된다. 구체적으로 상기 화학식 2, 3 및 4에서 생성된 이수화 황산칼슘은 기본조성물과 함께 경화하면서 본 발명의 보온재의 골간을 이루게 되고, 상기 화학식 4 및 5에서 발생한 열에 의해 외부에서의 별도의 가열이 없어도 발포 가스의 발산과 기본조성물의 숙성·경화가 촉진된다.

상기 원료 혼합물의 온도는 상기와 같은 반응을 통하여 발생된 열에 의해 100℃ 미만, 바람직하게는 90℃ 이하, 보다 바람직하게는 약 60 내지 70℃로 균일하게 유지되며, 이 때 미세독립기포는 근접 기포와 연쇄적으로 결합하며 성장하게 된다. 이와 같은 연쇄 결합 성장 반응은 약 5 내지 10분 동안 지속되는데, 그 후 두꺼워진 기포 피막의 경화가 시작되면 기포군은 정지된 채 척도 변화 없이 균일한 원형 독립기포군을 형성한다. 이 때 발포제 및 황산용액의 양 등을 적절히 제어하여 원료 혼합물의 온도를 100℃ 미만으로 제어하는 것이 바람직하다. 원료 혼합물의 온도가 100℃ 이상이면 수증기 증발에 의하여 후술하는 원형독립기포가 불규칙적으로 파괴되어 공동 현상이 발생할 우려가 있다.

본 발명의 제 3 단계에서는 상기와 같은 미세 독립기포의 연쇄 결합 성장에 의해, 기포가 점점 배가된다. 동시에 기포의 피막이 점점 두터워지면서 원료 혼합물의 숙성·경화가 진행되는데, 미세독립기포의 연쇄 결합 성장은, 전술한 바와 같이, 약 5 내지 10 분 동안 계속되며, 그 후 기포 피막이 굳기 시작하면서 정지된다. 이어서 기포군은 정지된 채 척도 변화 없이 균일한 원형 독립기포군을 형성하여 상온에서 경화된다. 이와 같은 숙성·경화 반응의 시간은 약 5 내지 10 시간이 다. 본 발명의 방법에서는 상기와 같이 원료 혼합물 자체 내에서 발생하는 열을 통하여 반응을 진행시킴으로써, 균일한 발포 상태에서 수경화가 진행되게 되어 내수성 및 단열성 등이 우수한 경량불연보온재를 얻을 수 있다.

본 발명의 제조 방법에서는 또한,

제 3 단계에서 주형 내에 독립기포군을 주입하기 전에, 표피 형성용 재료를 주형 내벽에 도포하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 방법에서 제조된 경량불연보온재는 독립기포군으로 구성되어 있으므로, 개개의 단위 기포의 일부가 보온재의 표면에 노출되거나 또는 근접하여 형성될 수 있다. 그 결과, 보온재의 물리적 강도가 떨어지거나, 외관 불량이 발생할 우려가 있는데, 상기와 같이 주형 내에 표피 형성용 재료를 도포하는 단계를 거침으로써 이를 방지할 수 있다.

구체적으로, 상기와 같이 주형 내벽에 표피 형성용 재료를 도포한 후, 제 2 단계를 거친 원료 혼합물(미세 독립기포군)을 주입하면, 혼합물 내 미세독립기포군의 연쇄결합에 의한 성장 후에, 숙성 및 경화반응이 시작되면서, 상기 표피 형성용 재료와 함께 경화하여 일체화된다. 이러한 표피 형성용 재료는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전술한 수경성 석회염 등을 사용하는 것이 바람직하며, 또한 표피층은 무기포층으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기와 같은 일련의 단계를 거친 후에, 주형을 제거하고, 건조 등의 통상적인 마무리 작업을 거침으로써, 경량성, 내수성, 단열성, 불연성, 내 화학약품성 및 물리적 강도가 우수하며, 친환경적인 경량불연보온재를 저가에 얻을 수 있다.

이하 본 발명에 따르는 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 하기 제시된 실시예에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

반수화황산칼슘 100g, 산화티탄 30g 및 산화알루미늄 20g을 혼합기에서 균일하게 혼합하여 혼합원료를 제조하고, 이어서 산화칼슘 20g을 첨가하여 분말 상의 기본조성물을 제조하였다. 기본혼합수는 일반 용수 160g에 10%-카제인 석회 용액 20g, 35%-과산화수소 20g 및 20%-황산용액 65g을 순차로 첨가한 후, 서서히 교반하여 제조하였다. 제조된 분말상의 기본조성물을 혼합기에 넣은 후, 이를 서서히 교반하면서, 기본혼합수를 첨가하여, 발포를 진행시키고, 미세독립기포군을 형성시켰다. 상기를 주형 내에 흘려 넣어, 발포 및 기포의 연쇄 결합을 통하여 기포를 성장시키고, 또한 기포 피막은 두텁게 성장시켰다. 상기 상태를 약 10분 간 유지시킨 후, 다시 약 10 시간 동안 유지시켜 숙성·경화를 진행시켰다. 이어서 주형을 제거하여, 잔여 수분을 상온에서 건조, 제거하여 경량불연보온재를 제조하였다.

실시예 2

반수화황산칼슘 120g 및 산화티탄 30g을 혼합기에서 서서히 혼합하여 혼합원료를 제조하고, 이어서 산화칼슘 20g을 첨가하여 기본조성물을 제조하였다. 기본혼합수는 일반용수 130g에 10%-젤라틴 칼슘 30g, 35%-과산화수소 20g 및 20%-황산용액 65g을 순차로 혼합하여 제조하였다. 상기 제조된 기본조성물 및 기본혼합수를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 경량불연보온재를 제조하였다.

시험예 1. 경량불연보온재의 내수성 시험

상기 실시예 1에서 제조된 경량불연보온재를 5cm×5cm×1.5cm (가로×세로×높이)의 크기로 절단하여 두개의 시험편을 제조하고, 이를 물에 넣은 상태로 2 개월 동안 유지하였다. 상기 시험 결과 2 개월이 경화한 후에도, 시험편은 물 위에 부상되어 있었으며, 그 표면에 아무런 변화가 관찰되지 않았다.

시험예 2. 경량불연보온재의 내화학성 시험

상기 시험예 1에서 제조된 것과 동일한 시험편을 1N-염화수소 및 1N-수산화나트륨에 각각 처리하였을 때, 시험편에 아무런 변화가 관찰되지 않았다.

시험예 3. 경량불연보온재의 물리적 강도 시험

상기 실시예 2에서 제조된 경량불연보온재를 10cm×10cm×1.5cm (가로×세로×높이)의 크기를 절단하여 시험편을 제조하였다. 미세 모래 상에 상기 시험편을 평평하게 위치시킨 후, 수직으로 상공 1 m 지점에서 상기 시험편의 중앙을 향하여 무게 20 g의 스테인레스 볼을 낙하시켜 충격을 가하였으나, 시편 표면에는 낙하에 의한 흔적이 발생하지 않았다.

시험예 4. 경량불연보온재의 단열성 시험

상기 시험예 3에서 제조된 것과 동일한 시험편을 부탄가스 버너를 통하여 가열한 후, 표면에서 열을 측정하였으나, 열이 감지되지 않았다.

Claims (8)

1. 수경성 석회염 및 발포제로서 산화칼슘을 포함하는 기본조성물과 전착제 및 발포제로서 과산화수소를 포함하는 기본혼합수를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 제 1 단계; 상기 기본조성물 내의 발포제와 기본혼합수 내의 발포제간의 반응에 의한 발열 및 발포를 진행시켜, 미세 독립기포군을 형성시키는 제 2 단계; 및 주형 내에서 상기 미세 독립기포군의 연쇄 결합 성장 및 숙성·경화반응을 진행시키는 제 3 단계를 포함하는 방법으로 제조되고,

   내부에 독립기포가 형성된, 수경성 석회염의 수경반응물을 포함하며, 비중이 0.2 내지 0.5인 경량불연보온재.
2. 제 1 항에 있어서,

   Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, 제올라이트 및 고령토로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 수불용성 무기 산화물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 경량불연보온재.
3. 수경성 석회염 및 발포제로서 산화칼슘을 포함하는 기본조성물과 전착제 및 발포제로서 과산화수소를 포함하는 기본혼합수를 혼합하여 원료 혼합물을 제조하는 제 1 단계;

   상기 기본조성물 내의 발포제와 기본혼합수 내의 발포제간의 반응에 의한 발열 및 발포를 진행시켜, 미세 독립기포군을 형성시키는 제 2 단계; 및

   주형 내에서 상기 미세 독립기포군의 연쇄 결합 성장 및 숙성·경화반응을 진행시키는 제 3 단계

   를 포함하는 경량불연보온재의 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   기본조성물은

   (a) 수경성 석회염에 부원료를 혼합하여 혼합원료를 제조하는 단계; 및

   (b) 상기 혼합원료에 발포제로서 산화칼슘을 첨가하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   부원료는 칼슘염 및 수불용성 무기 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
6. 제 3 항에 있어서,

   기본혼합수는 일반 용수에 전착제, 발포제로서 과산화수소 및 황산용액을 순차로 첨가 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   전착제는 카제인석회 및 젤라틴석회로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
8. 제 3 항에 있어서,

   제 3 단계에서 독립기포군을 주입하기 전에, 표피 형성용 재료를 주형 내벽에 도포하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.