• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제9권4호
• /
• pp.642-649
• /
• 2021

건축물의 에너지 절약기준이 강화되면서 외단열 공법의 적용과 단열재 두께가 증가하고 있다. 유기계 단열재는 시공성, 경제성 등 시공비용 절감 효과와 뛰어난 단열성능을 가지고 있다. 하지만, 유기계 단열재 특성상 열에 매우 취약하므로 화재 발생 시 급격한 화재확산과 유독가스 발생으로 심각한 피해가 발생한다. 무기계 단열재는 기본적으로 불연성능을 가지나 무겁고 유기계 단열재에 비해 단열성능이 떨어진다. 글라스 버블은 소다 라임 보로실리케이트 유리로 밀도가 매우 낮고, 내부가 비어 있는 구형의 입자로 볼베어링 효과로 유동성이 개선된다. 또한, 무기계 단열재에 혼입하여 사용할 경우 밀도와 단열성능이 개선된다. 본 연구는 시멘트계 재료와 글라스 버블을 혼합하여 무기 단열재를 제조하였고 단열, 난연 및 불연성능을 평가하였다. 연구 결과, 글라스 버블의 혼입률이 증가할수록 열린 기공을 형성하고 있으나, 기공 및 셀 벽에 분포됨에 따라 충분한 단열성능을 보인다. 또한, 글라스 버블의 혼입률은 10% 이하로 사용하는 것이 바람직하다.

• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제1권3호
• /
• pp.219-224
• /
• 2013

본 연구에서는 규석, 시멘트, 생석회 및 소량의 무수석고를 사용하여 미네랄 하이드레이트 단열소재를 제조하였다. 슬러리의 특성 분석을 선행한 후, $CaO/SiO_2$ 몰비 변화에 따른 배합설계를 통해 최적 배합비를 도출하였다. 도출된 배합 설계비를 기준으로 혼합수 함량 및 수열합성 조건에 따른 소재의 특성을 측정, 평가하였다. 초적 조건으로 제조된 미네랄 하이드레이트 소재의 특성은 각각 밀도 $0.26g/cm^3$, 압축강도 0.4MPa, 열전도율 0.064W/mK로 나타났다. 이는 기존의 ALC(Autoclaved Lightweight Concrete) 소재의 성능을 한층 개선한 결과로서, 향후 지속적인 열적특성 개선 연구를 수행하여 유기 및 무기 단열재를 대체하여 새로운 개념의 무기계 단열재로 사용 가능할 것이라 판단된다.

• 한국건축시공학회지
• /
• 제9권4호
• /
• pp.63-73
• /
• 2009

최근 건설생산현장에서는 경제가 성장함과 동시에 사회적으로 급격하게 증가하는 건축물의 수요를 충족시키기 위해서 표준화, 대량 생산화가 가능한 건식 공법이 각광을 받고 있다. 이러한 현실에 부응하여 에너지 절감효과 및 공사기간 단축, 다양한 형태로 적용이 가능하고 경제성을 가지는 샌드위치 패널이 많이 사용되고 있다. 샌드위치 패널의 형태는 양면 도장 강판 사이에 유기계 및 무기계 단열재를 합성한 복합 자재이다. 유기계 단열재는 PUR(Poly-uretane foam) 및 EPS(Expanded poly-stylene foam) 등이 사용되며, 무기계 단열재는 Glass wool 및 Mineral wool 등이 사용된다. 유기계 단열재는 화재 시 불이 잘 붙어 대피할 수 있는 시간 부족과 유독가스의 발생으로 인명피해가 크게 발생할 수 있지만, 무기계보다 가격이 싸서 유기계 재료를 사용한 샌드위치 패널이 많이 사용되고 있다. 반면, 무기계 단열재 중 경량기포콘크리트는 단열성과 내화성, 경량성 등이 뛰어나기 때문에 샌드위치 패널에 적용하여 유기계의 단점을 해결하기 위한 많은 연구가 수행되어져 왔다. 단열성 및 내화성, 경량성이 뛰어난 경량기포콘크리트는 기포제를 활용하여 시멘트 경화체 내에 다량의 공극을 발생시켜 제조한 것으로서 역학적 특성은 사용되는 기포제와 발포제의 종류에 따라 많은 영향을 받게 된다. 기포제는 계면활성작용에 의해 물리적으로 기포를 도입하는 것으로써 공기량은 최고 85%까지 생성될 수 있으며, 크게 계면활성제계, 가수분해 단백질계로 구분될 수 있다. 계면활성제계 기포제는 수용액 상에서 기포시키면 안정되고, 점성이 높은 기포가 생기지만 시멘트 슬러리와 혼합 시 안정성이 저하되어 서로 연속된 형태의 기포를 형성한다. 가수분해 단백질계 기포제는 계면활성제계 기포제와는 달리 시멘트 슬러리와 혼합 시 안정되고 서로 독립적인 형태의 기포를 형성하게 된다. 발포제는 금속분말이 알칼리 용액과 접촉하여 수소가스를 발생시키는 원리를 이용하는 것으로써 현재 Autoclaved Light-Weight Concrete(ALC)의 제조에 사용되고 있다. 이와 같이 경량기포콘크리트 제조에 사용되는 기포제 및 발포제는 특성이 각기 다르기 때문에 내부 공극이 변화되고 이에 따라 경량기포콘크리트의 물리적, 단열특성이 변화될 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 기포제와 발포제를 사용한 경량기포콘크리트를 샌드위치 패널의 내부 단열재로 활용하는 기초적자료를 제공하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 즉, 경량기포콘크리트를 제조하는데 가장 일반적으로 사용하고 있는 기포제 및 발포제를 대상으로 하여 각각의 첨가량에 따른 경량기포콘크리트의 기포구조 및 열적특성을 검토함으로써 경량기포콘크리트의 높은 단열성능을 확보하기 위한 최적조건을 제시하기 위한 실험 실증적 연구를 수행하였다.

• 한국건축시공학회지
• /
• 제16권6호
• /
• pp.529-534
• /
• 2016

칼슘실리케이트계 무기단열소재는 주원료로 시멘트를 90%를 사용하는 다공성 무기단열소재이다. 기존 무기단열소재와 달리 고온의 수화반응 처리가 없기 때문에 가격이 저렴하며, 불연소재의 원료를 사용하여 화제의 위험성도 적다. 칼슘실리케이트 단열소재는 $0.13g/cm^3$의 밀도와 0.050W/mK이하의 우수한 열전도도를 갖는 단열소재이다. 칼슘실리케이트 단열소재는 경량화 될수록 내부 기포를 다량 함유해야 하며 기포를 다량 함유함에 따라 단열성 또한 우수해진다. 본 연구에서는 다량의 기포를 함유하며 일정강도발현을 목표로, 칼슘실리케이트계 무기단열소재의 주성분인 시멘트가 수화반응에 따라 초기 및 장기강도발현하는 특성을 이용하여 칼슘실리케이트계 무기단열소재에 적용하여 물리적 특성을 알아보고자 하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제7권4호
• /
• pp.431-437
• /
• 2019

본 연구는 유기계 기재에 무기계 바인더 소재를 함침시킴으로써 유기계 수준의 경제성을 가지며 우수한 단열성능 및 화재 안전성을 보유한 유무기 융합형 단열재 개발을 목적으로 한다. 유기계 기재는 폴리우레탄 소재의 상용 스펀지를 사용하였고, 함침용 무기 바인더 용액은 재활용 석고 부산물에 물과 첨가제를 혼합하여 제조하였다. 개발 소재의 성능평가 결과 열전도율 0.051W/mK 이하의 우수한 단열성능 뿐만 아니라 국토교통부 고시 제 2015-744호 기준에 명시된 준불연 재료임을 확인할 수 있었다. 또한 본 개발 소재는 제조 공정 과정에서 밀도 제어에 따른 열전도율 및 난연성 조절이 가능하여 다양한 용도의 단열재에 적용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제3권4호
• /
• pp.328-334
• /
• 2015

건축용 단열재는 에너지 절약을 목적으로 적용되며 불연 및 내화성능이 요구되는 부위는 무기계 섬유를 주재료로 사용하는 미네랄울 및 글라스울 소재가 적용된다. 하지만 무기계 소재인 미네랄울이나 글라스울은 특성상 수분에 취약하여 뭉침 및 처짐 현상 등이 발생하여 단열효과가 떨어지며 유기계 소재인 폴리스티렌폼이나 우레탄폼 등은 화재에 취약하고 일산화탄소 발생에 의한 가스유해성 등으로 적용에 한계를 갖고 있다. 본 연구에서는 폐유리분말과 플라이애시를 사용하여 가볍고 열전도율이 낮은 무기계 경량 발포소재를 제조하고 물리적 특성을 분석하여 단열용 제품으로서의 가능성을 확인하고자 하였다. 연구결과 폐유리분말과 플라이애시를 사용한 경량 발포소재는 균일한 공극을 형성하며 발포하였고 경량이며 불연재료이므로 불연성능 요구되는 부위에 사용이 가능하다.

• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제5권4호
• /
• pp.481-487
• /
• 2017

본 연구에서는 유기계 소재의 폴리우레탄 스펀지를 무기계 바인더 용액에 함침시킴으로써 유무기 하이브리드 구조의 흡음재를 개발하였다. 무기계 바인더 용액은 ${\alpha}$형 반수석고에 60%의 물과 경화 지연제, 유동화제, 아크릴 수지 등의 혼화 재료를 첨가하여 슬러리 용액으로 제조하였으며, 무기계 바인더 용액에 함침시킨 유기계 스펀지를 함침, 가압탈수, 건조시킴으로서 특성평가용 시료를 제작하였다. 개발 시료의 흡음률을 임피던스 관내법을 이용하여 시험 평가한 결과, NRC 흡음계수 값은 0.41로 기존에 시판되고 있는 흡음재들과 비교하여 2배 이상으로 우수한 흡음성능을 나타냈으며, 불연성능 시험평가 결과 준불연재료(2급) 기준을 만족함을 확인하였다. 또한 건축 내장재로서의 기초 시험평가 및 EL248. 규격에 따른 유해성분 시험평가를 통해 본 연구에서 개발한 유무기 하이브리드 소재가 흡음재뿐만 아니라 단열 및 보온재로서의 역할이 가능하며, 유해성 기준을 만족하는 친환경 건축소재로 활용 가능함을 확인하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
• /
• 제1권3호
• /
• pp.225-232
• /
• 2013

규석, 시멘트, 생석회 및 소량의 무수석고에 알루미늄 분말과 물을 첨가 혼합하여 오토클레이브 중에서 고온 고압 증기양생으로 미네랄 하이드레이트 소재를 제조하였다. 수열 합성된 미네랄 하이드레이트 소재는 균일한 세포조직을 갖는 다공질 경량 기포 콘크리트이다. 미네랄 하이드레이트 소재의 대표적인 특성으로는 다수의 기공으로 인해 뛰어난 경량성 및 단열성능을 들 수 있다. 제조된 미네랄 하이드레이트 소재의 특성은 각각 밀도 $0.26g/cm^3$, 압축강도 0.4MPa, 열전도율 0.064W/mK로 나타났다. 본 연구에서는 상기의 소재 특성을 증진시키기 위하여 "기포제의 종류 및 함량, 규석 및 시멘트의 입도 조건, 기능성 첨가제 종류 및 함량"에 따른 특성 평가 및 분석을 실시하였다. 그 결과 소재의 열적 특성을 개선할 수 있었으며, 특히 기능성 첨가제인 폴리디메틸실록산 혼화제를 첨가할 경우 밀도 및 열전도율을 개선하는 동시에 탁월한 강도 증진 효과를 나타내었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2009년도 추계학술발표대회
• /
• pp.13.1-13.1
• /
• 2009

에어로젤은 인류가 개발한 소재 중에서 가장 가벼운 고체로, 기공률이 90%이상이고 비표면적은 ~1000m2/g, 기공의 크기는 10nm 크기로 이루어진 나노기공 물질이다. 1931년에 Kisley가 물유리로부터 실리카 에어로젤을 합성한 이래로 실리카 에어로젤에 대한 연구가 가장 많이 이루어져왔으며, 단열소재, 흡음재, 체렌코프우주선 디텍터, 반도체의 초저유전소재, 유출된 석유의 정제, 촉매 등에 대한 응용에 대해서도 연구가 많이 이루어져 왔다. 그리고TiO2와 같은 광촉매 에어로젤 소재, 카본 에어로젤 소재등 다양한 나노기공 소재에 대해서도 연구가 이루어지고 있으며, 카본 에어로젤의 경우 나노기공과 비표면적을이용한 전기이중층 커패시터 (EDLC)에 대한 연구도 이루어지고 이다. 본 연구에서는 첫째로, 실리카 에어로젤에 대한 연구결과를 소개하고 이의 단열소재로서의 응용가능성에대하여 언급하고자 한다. 실리카 에어로젤 나노기공 소재의 경우, 기공크기가 10nm크기로 매우 작고 공기의 자유이동길이와 거의 비슷하여서 대류에 의한 열전달을 낮출 수 있으며, 낮은 고체함량으로 인하여 포논에 의한 열전달을 낮출 수 있기 때문에 단열소재로서 최고의 성능을 나타낸다. 하지만, 문제는 높은 기공률로 인한 기계적인 취약성이 문제이다. 따라서 이를 보완하기 위항 섬유로 에어로젤을 보강할 수 있는데, 이를통하여 에어로젤 나노기공소재와 섬유보강에 의한 복합화에 대하여 말하고자 한다. 또 다른 하나의 연구방법은유기-무기 하이브리드 나노기공 소재를 합성하는 것이다. 여기서는하나의 방법으로 MTEOS-TEOS의 하이브리드화와 초임계 건조공정에 의한 나노기공 소재에 대한 연구결과를소개하고자 한다. 마지막으로 카본 에어로젤 나노기공소재의 합성과 나노기공 구조의 제어 및 물성평가에 대한 것을 말하고자하는데, 본 발표에서는 레소시놀과 포름알데히드를 촉매에 의한 중합반응을 통하여 유기 에어로젤 소재를 합성하고 분위기에서탄소화 공정을 통하여 카본에어로젤을 합성하였다. 또한 금속 니켈을 도입하는 것에 의하여 탄소/니켈 복합 하이브리드 에어로젤 소재를 합성하고 슈퍼커패시터 전기화학 특성에 대한 연구결과를 발표하고자 한다.

• 한국결정성장학회지
• /
• 제31권4호
• /
• pp.182-189
• /
• 2021

무기질 단열재 개발을 위해 포말법을 이용하여 다공성 세라믹스를 제조하였다. 실리카 흄과 SiO₂를 주 원료로 사용하였으며, 다공성 세라믹의 균일한 기공 형성을 위한 첨가제로 벤토나이트를 사용하였다. 다공성 세라믹은 1200℃에서 소결하였으며, 기공율, 밀도, 압축강도, 미세구조 그리고 열전도도 분석을 수행하였다. 다공성 세라믹은 SiO₂에 대한 실리카흄의 함량이 70~90 % 증가할수록 비중이 0.63에서 0.69로 증가하였으며, 압축강도는 9.41 Mpa에서 12.86 Mpa로 증가하였다. 그러나, 기공율은 비중과 반대로 72.07 %에서 70.82 %로 감소하는 경향을 나타내었다. 열전도도 측정 결과, 실리카 흄의 함량이 70 %인 F7S3 다공성 세라믹의 경우 25~800℃ 온도조건에서 0.75~0.72 W/m·K의 열전도도를 나타내었으며, 실리카 흄의 함량이 90 %인 F9S1 다공성 세라믹의 경우 0.66~0.86 W/m·K를 나타내어 실리카 흄 함량이 적을수록 낮은 열전도도를 나타내었다. 이는 기공율 결과와 일치한 것을 확인하였다. SEM(Scanning Electron Microscope)을 이용한 미세구조 분석 결과, 다공성 세라믹 내/외부에 전체적으로 수십~수백 ㎛ 범위 기공이 관찰되었으며 기공 분포가 비교적 균일한 것을 확인할 수 있었다.