KR101179170B1 - 석면 대체용 규사질 불연제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 규사질 불연제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 규석, 석회석 및 소다장석을 주원료로 하여, 분쇄, 용융, 분사 및 성형으로 이루어진 일련의 공정을 거쳐 수득되며, 석면을 대체할 수 있는 규사질 불연제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 규사질 불연제는 규사질 광물을 이용하여 고온에서도 불연성을 나타내는 기능성 건축자재를 제조할 수 있고, 주원료로서 천연 광물만을 사용하므로 기존에 단열재, 방음재 등의 건축자재로서 널리 사용되었던 석면을 대체할 수 있는 인체에 무해한 건축자재로서 활용할 수 있다.

불연, 규사, 규석, 규회석, 석회석, 소다장석, 석면

Description

석면 대체용 규사질 불연제 및 그 제조방법 {Quartz Sand Nonflammable Material for Substituting Asbestos and Method for Preparing the Same}

본 발명은 규사질 불연제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 규석, 석회석 및 소다장석을 주원료로 하여, 분쇄, 용융, 분사 및 성형으로 이루어진 일련의 공정을 거쳐 수득되며, 석면을 대체할 수 있는 규사질 불연제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

석면(asbestos)은 섬유상으로 마그네슘이 많은 함수규산염 광물로서, 밀보드, 석면 슬레이트 등의 건축자재, 방화재, 내화재, 보온재, 단열재, 전기절연재, 전해막용재, 브레이크라이닝 용재 등의 용도로 사용되어 왔다.

특히, 석면은 단열성, 절연성, 내마모성 및 인장강도가 우수하고, 산이나 알칼리 등의 화학적 물질에 대한 내구성이 뛰어나며, 매우 저렴하여 건축자재로서 널리 이용되었으나, 최근들어 그 발암성이 확인되면서 점차 퇴출되고 있는 실정이며, 이와 더불어 석면을 대체하는 연구가 진행되고 있다.

대표적인 예로서, 내열성이 우수한 시리카섬유지의 양면에 탄소섬유지를 접착제로 접착한 불연시트 (한국등록실용 제351,515호); 풀을 해섬하여 얻은 섬유와 시멘트 물을 혼합하여 제작한 물과 불에 강한건축 내?외장용 보온, 단열, 차음 판재 (한국등록실용 제435,418호); 합성섬유 폐기물을 재생 가공한 흡음재의 제조방법과 건축용 흡음판재 (한국공개특허 제2007-0065854호) 등이 있다.

상기 기술들은, 석면에서 나타나는 유해성 문제를 일부 해소하고, 더불어 건축자재로서 추가적인 기능을 가지고 있으나, 사용되는 원료로서 유해물질이 일부 방출될 수 있는 물질들을 포함하고 있어, 여전히 유해성 문제를 완전히 해결하지 못한 문제점이 있다

이에 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 천연 광물인 규석, 석회석 및 소다장석 또는 규회석 및 소다장석을 분쇄, 용융, 분사 및 성형으로 구성되는 일련의 공정에 적용한 결과, 인체에 무해한 불연성 건축자재를 제조할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 석면을 대체할 수 있는 규사질 불연제 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 규석, 석회석 및 소다장석을 포함하는 천연 광물을 분쇄하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 분쇄된 규석, 석회석 및 소다장석을 포함하는 천연 광물 분말을 용융시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 수득한 용융물을 분사시켜 규사질 불연제를 수득하는 단계를 포함하는, 규사질 불연제의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된, 규석, 석회석 및 소다장석을 함유하는 규사질 불연제를 제공한다.

본 발명은 또한, (a) 규회석 및 소다장석을 포함하는 천연 광물을 분쇄하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 분쇄된 규회석 및 소다장석을 포함하는 천연 광물 분말을 용융시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 수득한 용융물을 분사시켜 규사질 불연제를 수득하는 단계를 포함하는, 규사질 불연제의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된, 규회석 및 소다장석을 함유하는 규사질 불연제를 제공한다.

본 발명에 따른 규사질 불연제는 규사질 광물을 이용하여 고온에서도 불연성을 나타내는 기능성 건축자재를 제조할 수 있고, 주원료로서 천연 광물만을 사용하므로 기존에 단열재, 방음재 등의 건축자재로서 널리 사용되었던 석면을 대체할 수 있는 인체에 무해한 건축자재로서 활용할 수 있다.

본 발명은 일 관점에서, (a) 규석, 석회석 및 소다장석을 포함하는 천연 광물을 분쇄하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 분쇄된 규석, 석회석 및 소다장석을 포함하는 천연 광물 분말을 용융시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 수득한 용융물을 분사시켜 규사질 불연제를 수득하는 단계를 포함하는, 규사질 불연제의 제조방법에 관한 것이다 (도 1).

규사(硅砂)는 규산(SiO₂) 성분의 함량이 높은 석영모래로서, 구체적으로는 암석의 풍화로 인하여 다른 광물은 분해되어 없어지고, 석영만이 잔류되거나 운반되어 이루어진 모래를 가리킨다. 국내의 규사 총매장량은 약 1억 9백만톤에 이르고, 규사는 오래전부터 콘크리트를 비롯한 각종 건축재료로서 사용되어 왔다.

따라서, 본 발명에서는 국내에서 쉽게 구할 수 있는 천연 광물인 규사의 일종으로서 규석과 규회석을 이용하여 인체에 무해한 규사질 불연제를 제시하고자 한다. 특히, 규석은 1400~1600℃의 비교적 높은 용융 온도를 가지고 있어, 규석의 용 융 온도를 낮추기 위해 석회석과 소다장석을 주원료로 함께 사용하였고, 규회석은 600~800℃의 비교적 낮은 용융 온도를 가지고 있어, 소다장석만을 함께 주원료로 사용하였다.

규석은 석영으로 이루어진 광물로서, 주 화학성분은 SiO₂이다. 내화성(耐火性)의 물리적 성질을 가지고 있어, 내화 모르타르, 내화 벽돌 등과 같은 내화성 건축자재의 주원료로 사용되며, 1400~1600℃의 고온에서 용융되는 특성이 있다.

따라서, 본 발명에서 규석은 최종적으로 제조되는 규사질 불연제에 '불연' 특성을 부여하는 기능을 수행하여, 불연성의 특성을 나타내는 기능성 건축자재의 제조를 가능하게 하며, 천연돌가루이므로 인체에 유해물질을 발산하지 않는 효과를 나타낸다.

석회석은 내화단열성, 방음성, 경량성, 성형성 등의 물리적 성질을 가지고 있는 광물로서, 주성분은 CaCO₃ 이며, 900~1100℃의 저온에서 용융되는 특성이 있다.

따라서, 본 발명에서 석회석은 용융 공정에서 용융 온도를 낮추는 기능을 하여, 규사질 불연제의 제조에 소요되는 비용을 절감시키는 효과를 나타낼 수 있다.

소다장석(Na₂O?Al₂O₃?6SiO₂)은 524.3의 분자량과 1000~1100℃의 용융점을 가지며, 비교적 저온에서 물체의 입자와 입자 사이를 잘 연결시켜주는 물리적 성질을 가지고 있는 광물이다.

따라서, 본 발명에서 소다장석은 전술한 바와 같은 물리적 성질로 인하여 규 사질 불연제의 주원료인 규석 분말들을 상호 연결시켜주는 기능을 수행하여, 낮은 용융온도에서 불연제 제조를 가능하게 하여 제조비용을 절감시켜주는 효과를 나타낸다.

본 발명에 있어서, 상기 석회석 및 소다장석의 함량은 상기 규석 100 중량부에 대하여 각각 60~90 중량부 및 60~90 중량부인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 석회석의 함량이 상기 규석 100 중량부에 대하여 60 중량부 미만이면 용융온도가 여전히 높다는 문제점이 있고, 90 중량부를 초과하면 첨가량 증가에 따른 이익이 없다. 또한, 상기 소다장석의 함량이 상기 규석 100 중량부에 대하여 60 중량부 미만이면 용융온도가 여전히 높다는 문제점이 있고, 90 중량부를 초과하면 첨가량 증가에 따른 이익이 없다.

본 발명에서 주요 원료로 사용되는 규석과 소다장석은 분말의 입도가 1~3mm가 되도록 분쇄하는 것이 바람직하다. 상기 분말의 입도가 1mm 미만이 되도록 분쇄하려면 많은 시간이 소요되고, 3mm를 초과하면 용융시키는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. 상기 규석, 석회석 및 소다장석을 각각 분쇄한 뒤 함께 용융하는 것도 가능하고, 함께 분쇄하여 용융하는 것도 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계의 용융은 700~1,300℃의 온도에서 20~50분 동안 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 용융 온도가 700℃ 미만이면 용융이 충분히 이루어지지 않고, 1300℃를 초과하면 온도 증가에 따른 이익이 없다. 용융 시간이 20분 미만이면 용융이 충분히 이루어지지 않고, 50분을 초과하면 시간 증가에 따른 이익이 없다.

상기 용융은 일반적인 용융, 소성 등의 열처리공정을 수행하기 위해서 사용하는 장치인 가마(kiln)에서 수행되는 것이 바람직하나, 분말을 용융시킬 수 있는 장치라면 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 (c) 단계에서의 분사는 고압분사기에 의해서 수행될 수 있고, 분사된 분사물은 솜과 같은 형태의 재질이다.

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계에서 분사된 분사물을 성형하는 단계를 추가로 수행하는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 성형은 압출성형인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 (c) 단계에서 분사된 분사물로서 수득된 규사질 불연제는 솜과 같은 재질이고, 상기 솜과 같은 재질의 규사질 불연제를 추가로 성형하는 단계에 적용하면 판넬(panel) 형태의 규사질 불연제를 수득할 수 있다.

구체적인 일 예로서, 롤러(roller)를 이용한 압출성형 공정을 설명한다.

가마(kiln)에서 용융 공정을 거친 용융물을 롤러(roller) 쪽으로 분사시켜, 분사물이 롤러를 통과하면서 압출된 판넬 형태의 규사질 불연제가 롤러에 감겨져 롤(roll) 형태로 수득되며, 실제 건축자재로서 사용할 경우 필요에 따라 절단하여 사용할 수도 있다.

한편, 상기 롤러를 이용한 압출성형시 성형을 좀더 용이하게 하기 위하여, 용융물을 롤러 쪽으로 분사할 때, 유기 바인더를 함께 분사할 수도 있다.

또한, 상기 롤러를 통과하면서 압출된 판넬 형태의 규사질 불연제가 롤러에 감겨진 롤이 서로 들러붙지 않도록 롤러에 폴리 수지류, 수지류 등을 바닥에 깔고 롤이 형성되도록 할 수도 있다.

본 발명은 다른 관점에서, 상기 방법으로 제조된, 규석, 석회석 및 소다장석을 함유하는 규사질 불연제에 관한 것이다.

전술한 바와 같이, 규석, 석회석 및 소다장석을 주원료로 하여 분쇄, 용융 및 분사 공정을 거쳐 솜과 같은 재질의 규사질 불연제를 수득할 수 있고, 또한, 분쇄, 용융, 분사 및 성형 공정을 거쳐 판넬 형태의 규사질 불연제를 수득할 수 있다.

본 발명은 또 다른 관점에서, (a) 규회석 및 소다장석을 포함하는 천연 광물을 분쇄하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 분쇄된 규회석 및 소다장석을 포함하는 천연 광물 분말을 용융시키는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 수득한 용융물을 분사시켜 규사질 불연제를 수득하는 단계를 포함하는, 규사질 불연제의 제조방법에 관한 것이다.

규회석은 화학성분이 CaSiO₃이며, 48.3%의 CaO와 51.7%의 SiO₂로 구성되어 있는 광물이다. 또한, 천연적으로 산출되는 광물로서 1000℃ 이상의 고온에서도 불연성을 유지하는 특성을 나타낸다.

따라서, 본 발명에서 규회석은 최종적으로 제조되는 규사질 불연제에 '불연' 특성을 부여하는 기능을 수행하여, 불연성의 특성을 나타내는 기능성 건축자재의 제조를 가능하게 하며, 천연적을 산출되는 광물이므로 인체에 유해물질을 발산하지 않는 효과를 나타낸다.

본 발명에 있어서, 상기 소다장석의 함량은 상기 규회석 100 중량부에 대하여 10~50 중량부 인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 소다장석의 함량이 상기 규회석 100 중량부에 대하여 10 중량부 미만이면 용융온도가 여전히 높다는 문제점이 있고, 50 중량부를 초과하면 첨가량 증가에 따른 이익이 없다.

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계의 용융은 600~700℃의 온도에서 10~30분 동안 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 용융 온도가 600℃ 미만이면 용융이 충분히 이루어지지 않고, 700℃를 초과하면 온도 증가에 따른 이익이 없다. 용융 시간이 20분 미만이면 용융이 충분히 이루어지지 않고, 50분을 초과하면 시간 증가에 따른 이익이 없다.

본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계에서 수득된 분사물을 성형하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 성형은 롤러를 이용한 압출성형인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 또 다른 관점에서, 상기 방법으로 제조된, 규회석 및 소다장석을 함유하는 규사질 불연제에 관한 것이다.

본 발명에 따른 불연성 규사질은 솜과 같은 재질 또는 판넬 형태로 수득할 수 있어, 실제 건축 시공시에 적절한 임의로 선택하여 사용함으로써, 방음제, 단열 제 등올 활용할 수 있다. 또한, 건축자재로서 많이 사용되었으나 발암 물질의 방출과 같은 유해성이 확인되고 있는 석면과는 달리, 상기 불연성 규사질은 천연 광물을 주원료로 하여 인체에 무해하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1: 규석, 석회석 및 소다장석을 함유하는 규사질 불연제의 제조

규석 40kg, 석회석 30kg 및 소다장석 30kg을, 볼밀(한국세라믹(주), 한국)을 이용하여 입도가 1~3mm가 되도록 분쇄하였다. 상기 분쇄된 분말을 가마에 투입하여 1000~1150℃의 온도에서 30~40분 동안 용융시켰다.

고압에어기(한국 동아정밀(주), 한국)를 이용하여, 상기 가마에서 용융되어 흘러나오는 용융물을 분사시켜 솜과 같은 재질의 규사질 불연제를 수득하였다 (도 2의 (a)).

또한, 상기 솜과 같은 재질의 규사질 불연제를 롤러(한국세라믹(주), 한국)에 분사시켜 압출성형되면서 롤러 주위에 감기게 하여 판넬 형태의 규사질 불연제를 수득하였다 (도 2의 (b)).

실시예 2: 규회석 및 소다장석을 함유하는 규사질 불연제제의 제조

규회석 70kg 및 소다장석 30kg을, 볼밀(한국세라믹(주), 한국)을 이용하여 입도가 1~3mm가 되도록 분쇄하였다. 상기 분쇄된 분말을 가마에 투입하여 600~700℃의 온도에서 30~40분 동안 용융시켰다.

고압에어기(한국 동아정밀(주), 한국)를 이용하여, 상기 가마에서 용융되어 흘러나오는 용융물을 분사시켜 솜과 같은 재질의 규사질 불연제를 수득하였다 (도 3의 (a)).

또한, 상기 솜과 같은 재질의 규사질 불연제를 롤러(한국세라믹(주), 한국)에 분사시켜 압출성형되면서 롤러 주위에 감기게 하여 판넬 형태의 규사질 불연제를 수득하였다 (도 3의 (b)).

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 규사질 불연제의 제조공정을 나타낸 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 따라 제조된, 규석, 석회석 및 소다장석을 함유하는 규사질 불연제를 나타낸 사진이다 (a: 성형 전 규사질 불연제, b: 성형 후 규사질 불연제).

도 3은 본 발명에 따라 제조된, 규회석 및 소다장석을 함유하는 규사질 불연제를 나타낸 사진이다 (a: 성형 전 규사질 불연제, b: 성형 후 규사질 불연제).

Claims (12)

1. 다음의 단계를 포함하는, 단열 또는 방음효과를 가지는 규사질 불연제의 제조방법:

   (a) 규석 100 중량부에 대하여, 석회석 60~90 중량부 및 소다장석 60~90 중량부를 포함하는 천연 광물을 분쇄하는 단계;

   (b) 상기 (a) 단계에서 분쇄된 규석, 석회석 및 소다장석을 포함하는 천연 광물 분말을 700~1,300℃에서 20~50분 동안 용융시키는 단계;

   (c) 상기 (b) 단계에서 수득한 용융물을 분사시켜 솜 형태의 분사물을 수득하는 단계; 및

   (d) 상기 (c) 단계의 솜 형태의 분사물을 성형하여 규사질 불연제를 제조하는 단계.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 다음의 단계를 포함하는, 단열 또는 방음효과를 가지는 규사질 불연제의 제조방법:

   (a) 규회석 100중량부에 대하여 소다장석 10~50 중량부를 포함하는 천연 광물을 분쇄하는 단계;

   (b) 상기 (a) 단계에서 분쇄된 규회석 및 소다장석을 포함하는 천연 광물 분말을 600~700℃에서 20~50분 동안 용융시키는 단계;

   (c) 상기 (b) 단계에서 수득한 용융물을 분사시켜 솜 형태의 분사물을 수득하는 단계; 및

   (d) 상기 (c) 단계에서 수득한 솜 형태의 분사물을 성형하여 규사질 불연제를 제조하는 단계.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

Images