[논문]폴리프로필렌 섬유 혼입 슬러리와 미네랄 하이드레이트 단열소재의 물리적 특성에 관한 연구

라윤호; 박재완; 추용식

doi:10.4191/kcers.2015.52.1.13

폴리프로필렌 섬유 혼입 슬러리와 미네랄 하이드레이트 단열소재의 물리적 특성에 관한 연구
A Study of the Physical Properties of Slurry and Mineral Hydrate Insulation Mixed with Polypropylene Fiber 원문보기

한국세라믹학회지 = Journal of the Korean Ceramic Society, v.52 no.1, 2015년, pp.13 - 18

라윤호 (한국세라믹기술원 에너지환경소재본부) , 박재완 (한국세라믹기술원 에너지환경소재본부) , 추용식 (한국세라믹기술원 에너지환경소재본부)

Abstract ▼ AI-Helper

The fabrication method used for mineral hydrate is similar to that of ALC (autoclaved lightweight concrete), but the fabrication of normal slurry with a considerable amount of a foaming agent is difficult due to material separation and collapse of the slurry. Therefore, the development of fabrication methods for normal slurry is necessary. The final product, mineral hydrate insulation, has excellent thermal properties but poor strength characteristic given the many pores. In this study, in order to fabricate normal slurry, the viscosity and foaming time of the slurry were controlled. The mixing ratio of the starting material and the polypropylene fiber was controlled to improve the strength. Mineral hydrate with polypropylene fiber showed a higher strength than that without this type of fiber. Specifically, the compressive strength of mineral hydrate with 2% polypropylene fiber added to it was more than 40% higher than that without the fiber.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

PP 섬유 혼입 슬러리를 제조하기 위해서 슬러리의 기본 특성을 검토하였다. 즉 슬러리의 재료분리와 붕괴가 발생치 않는, 정상 슬러리를 제조하기 위해 원료 혼합비율(혼합수 포함) 및 슬러리 점도 등을 시험하였다.
상기에서와 같이, 본 연구조건에서는 슬러리 점도를 1,500 ~ 4,000 cP로 유지한 상태에서, 발포시간을 30분 이상으로 유지해야 함을 알 수 있었다. 그러므로 본 연구에서는 상기 슬러리 조건을 만족시킬 수 있는 배합조건 중, Table 1을 기초하여 미네랄 하이드레이트 단열소재의 물성을 검토하고자 하였다.
본 연구에서는 미네랄 하이드레이트 단열소재를 제조하기 위해, 슬러리의 기초특성을 분석하였다. 또한 정상성형 슬러리에 폴리프로필렌 섬유를 혼입하여 미네랄 하이드레이트 단열소재를 제조하였다.
본 연구에서도 정상 슬러리 제조방법 도출과 강도향상 방안을 검토하고자 하였다. 특히 출발원료 배합비율 제어와 폴리프로필렌 섬유(Polypropylene Fiber, 이하 PP 섬유)를 일정비율 혼입시켜 강도향상을 추진하고자 하였다.
또한 상기 배합비로 제조된 최종 단열소재의 물성도 검토하였다. 이때 섬유 첨가와 무첨가 조건도 비교하고자 하였다.
본 연구에서도 정상 슬러리 제조방법 도출과 강도향상 방안을 검토하고자 하였다. 특히 출발원료 배합비율 제어와 폴리프로필렌 섬유(Polypropylene Fiber, 이하 PP 섬유)를 일정비율 혼입시켜 강도향상을 추진하고자 하였다.

제안 방법

2를 기초로 하였다. PP 섬유 혼입 비율은 분말대비 0%에서 0.4%까지, 총 5가지로 설정하였다. 2차 시편 제작 방법 (슬러리 제조, 양생, 수열합성 및 건조 과정 등)은 1차 시편 제작 방법과 동일하게 진행하였다.
X-선 회절분석기(SIEMENS 社, D5005, 독일)를 사용하였으며, 이때 2Theta 범위를 5 ~ 70°로 측정하였다.
기공율 감소에 따라 강도 증진이 기대되는 No. 2 배합비를 기준으로, PP 섬유 혼입량을 달리하여 시편(Table 2)을 제조하였다.
09% 투입하였다. 기포 안정제 투입 후, 알루미늄 기포제를 0.5% 첨가하였으며, 이들을 충분히 혼합하여 최종 슬러리로 제조하였다. 슬러리는 24시간 항온항습기(23℃, RH 90%)에서 양생한 후, 오토클레이브에서 수열합성(180℃, 5시간)하였다.
더불어 최종 단열소재의 결정학적 특성을 분석하기 위해, XRD 패턴을 분석하였다. X-선 회절분석기(SIEMENS 社, D5005, 독일)를 사용하였으며, 이때 2Theta 범위를 5 ~ 70°로 측정하였다.
상기 과정을 통해 도출된 최적 배합조건은 Table 1과 같으며, 이를 1차 배합조건으로 설정하였다. 또한 상기 배합비로 제조된 최종 단열소재의 물성도 검토하였다. 이때 섬유 첨가와 무첨가 조건도 비교하고자 하였다.
본 연구에서는 미네랄 하이드레이트 단열소재를 제조하기 위해, 슬러리의 기초특성을 분석하였다. 또한 정상성형 슬러리에 폴리프로필렌 섬유를 혼입하여 미네랄 하이드레이트 단열소재를 제조하였다. 이후 단열소재의 열적, 기계적 특성 등을 분석하여 아래와 같은 결론을 도출하였다.
미네랄 하이드레이트 내부 기공 분석을 위해 실체현미경(Sometech社, CAMSCOPE, 한국)으로 시편의 절단면을 촬영하였다. 이후 상분석 프로그램(Leica社, QWin, 독일) 사용하여 기공 특성을 계산·분석하였다.
PP 섬유 혼입 미네랄 하이드레이트 단열소재의 밀도는 “경량 기포 콘크리트 블록”규격(KS F 2701)에 따라 측정하였다. 수열합성된 시편을 100^oC에서 24시간 동안 건조시킨 후 실온으로 냉각하여 부피와 질량을 측정하였다. 압축강도는 밀도 측정시와 동일한 방법(KS F 2701)으로 시험하였으며, 하중 측정은 만능재료시험기(Woojin社, WJ-100S, 한국)를 사용하였다.
열전도율 측정을 위한 시편 크기는 18 × 18 × 3 cm로 제작하였으며, 열전도율 측정기의 상판온도는 35℃ 하판온도는 15℃로 고정하였다.
3 비율로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 이후 PP 섬유를 혼입하였으며, 이때 기포 안정제도 0.09% 투입하였다. 기포 안정제 투입 후, 알루미늄 기포제를 0.
PP 섬유 혼입 슬러리를 제조하기 위해서 슬러리의 기본 특성을 검토하였다. 즉 슬러리의 재료분리와 붕괴가 발생치 않는, 정상 슬러리를 제조하기 위해 원료 혼합비율(혼합수 포함) 및 슬러리 점도 등을 시험하였다. 상기 과정을 통해 도출된 최적 배합조건은 Table 1과 같으며, 이를 1차 배합조건으로 설정하였다.
정상적으로 제조된 슬러리는 수열합성하여 미네랄 하이드레이트 단열소재화 하였다. 최종 단열소재의 기공과 열전도 등을 분석하였으며, 이를 Fig. 2와 3에 나타내었다.

대상 데이터

분체원료는 OPC, 규석, 생석회, 무수석고 등을, 기포제로는 알루미늄 분말을, 유기섬유는 PP 섬유를 외활로 사용하였다. 분체원료와 혼합수를 1.

데이터처리

즉 기공율 증가에 따라 열전도율은 감소하는 음의 상관관계가 도출되었다. 이러한 상관성을 정량화하기 위해 Origin Pro 8 프로그램을 사용하여, 상관관계방정식과 계수를 계산하였다. 상기 프로그램에 의해 계산된 상관관계계수 (r)는 −0.
이후 상분석 프로그램(Leica社, QWin, 독일) 사용하여 기공 특성을 계산·분석하였다.

이론/모형

PP 섬유 혼입 미네랄 하이드레이트 단열소재의 밀도는 “경량 기포 콘크리트 블록”규격(KS F 2701)에 따라 측정하였다.
수열합성된 시편을 100^oC에서 24시간 동안 건조시킨 후 실온으로 냉각하여 부피와 질량을 측정하였다. 압축강도는 밀도 측정시와 동일한 방법(KS F 2701)으로 시험하였으며, 하중 측정은 만능재료시험기(Woojin社, WJ-100S, 한국)를 사용하였다. 열전도율은 “보온재의 열전도율 측정방법”(KS L 9016)에 따라 시험하였으며, 이때 평판열류계법에 의한 열전도율 측정기(EKO社, HC-074, 일본)를 사용하였다.
열전도율은 “보온재의 열전도율 측정방법”(KS L 9016)에 따라 시험하였으며, 이때 평판열류계법에 의한 열전도율 측정기(EKO社, HC-074, 일본)를 사용하였다.

성능/효과

1,2) 이중 미네랄 하이드레이트 소재는 기존 단열소재보다 우수한 환경·인체 친화적 특성을 보유하고 있다.
1. 미네랄 하이드레이트 단열소재용 슬러리를 제조하기 위해서는 슬러리의 점도와 발포속도 등이 매우 중요한 관리인자임을 확인할 수 있었다.
2. 폴리프로필렌 섬유를 혼입할 경우, 단열성능은 소폭 하락하였으나, 압축강도 값은 큰 폭으로 상승였다. 특히 0.
PP 섬유 혼입량이 다른 시편들의 밀도값을 Table 3에 나타내었다. PP 섬유 0.2% 첨가시까지 밀도는 소폭 증가하였으나, 0.3%부터는 감소하는 경향을 나타내었다. 최소 밀도는 PP 섬유가 혼입되지 않은 Ref.
그러므로 열전도율에 미치는 영향은 섬유 혼입보다는 시멘트 배합조건의 변화가 좀 더 크다는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 혼합수 온도를 제어하여, 30분 이내에 발포를 완료시켰을 경우, 슬러리가 매우 쉽게 붕괴되는 현상이 관찰되었다. 특히 발포시간이 30분 이내이고, 슬러리 온도가 상승되었을 경우, 붕괴현상은 더욱 빈번히 발생하였다.
상기에서와 같이, 본 연구조건에서는 슬러리 점도를 1,500 ~ 4,000 cP로 유지한 상태에서, 발포시간을 30분 이상으로 유지해야 함을 알 수 있었다. 그러므로 본 연구에서는 상기 슬러리 조건을 만족시킬 수 있는 배합조건 중, Table 1을 기초하여 미네랄 하이드레이트 단열소재의 물성을 검토하고자 하였다.
흰 부분은 기공벽이며 어두운 부분은 기공을 나타낸다. 이를 이용한 상 분석 프로그램 적용 결과, 각각의 기공률은 No.1 80%, No.1-F 78%, No.2 77%, No.2-F 76%이었다.
4에서와 같이, 기공율과 열전도율은 밀접한 상관성이 도출되었다. 즉 기공율 증가에 따라 열전도율은 감소하는 음의 상관관계가 도출되었다. 이러한 상관성을 정량화하기 위해 Origin Pro 8 프로그램을 사용하여, 상관관계방정식과 계수를 계산하였다.
즉 시멘트 함량이 감소할수록, PP 섬유의 혼입에 따라 기공율이 소폭 감소하는 경향을 나타내었다. 따라서 상대적으로 높은 강도값을 도출하기 위해서는 기공율이 낮은 No.

후속연구

3. 섬유 혼입 비율 증가에 따라 수열합성 생성물인 토버모라이트 결정량은 감소하는 것으로 추정되었으며, 향후 이에 대한 체계적 연구가 추가 수행되어야 할 것으로 판단되었다.
053 W/mK 수준이었다. 따라서 단열특성만을 고려한다면, 오히려 섬유를 혼입하지 않는 방법도 충분히 검토되어야 할 것이다.
즉 PP 섬유의 혼입은 수열합성 반응을 저해하는 것으로 판단되었다. 향후 상기현상에 대한 체계적인 추가연구가 필요할 것으로 사료되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미네랄 하이드레이트 소재 제조방법은?	1,2) 이중 미네랄 하이드레이트 소재는 기존 단열소재보다 우수한 환경·인체 친화적 특성을 보유하고 있다. 미네랄 하이드레이트 소재는 ALC (Autoclaved Light weight Concrete)와 유사한 수열합성법으로 제조되나, 기포제를 좀 더 많이 첨가하여 다량의 기포를 생성시킨다. 따라서 ALC (≒0.
	미네랄 하이드레이트 소재의 특징은?	건축물 에너지 사용량 저감을 위해, 건축물의 천정과 벽체 등에 다양한 단열소재가 사용되고 있다.1,2) 이중 미네랄 하이드레이트 소재는 기존 단열소재보다 우수한 환경·인체 친화적 특성을 보유하고 있다. 미네랄 하이드레이트 소재는 ALC (Autoclaved Light weight Concrete)와 유사한 수열합성법으로 제조되나, 기포제를 좀 더 많이 첨가하여 다량의 기포를 생성시킨다.
	미네랄 하이드레이트 소재가 제조과정에서 기포제를 첨가해 다량의 기포를 생성시켜 가지는 이점은?	미네랄 하이드레이트 소재는 ALC (Autoclaved Light weight Concrete)와 유사한 수열합성법으로 제조되나, 기포제를 좀 더 많이 첨가하여 다량의 기포를 생성시킨다. 따라서 ALC (≒0.1 W/mK)보다 우수한 단열성능을 발현할 수 있는 것이다.3)

참고문헌 (14)

M. Kayfeci, A. Kecebas, and E. Gedik, "Determination of Optimum Insulation Thickness of External Walls with Two Different Methods in Cooling Applications," Appl. Therm. Eng., 50 [1] 217-24 (2013).

상세보기
E. Setyowati, "Eco-building Material of Styrofoam Waste and Sugar Industry Fly-ash Based on Nano-technology," Procedia. Environ. Sci., 20 245-53 (2014).

상세보기
M. Jerman and R. Cerny, "Effect of Moisture Content on Heat and Moisture Transport and Storage Properties of Thermal Insulation Materials," Ener. & Build., 53 39-46 (2012).

상세보기
R. Zhang, J. Feng, X. Cheng, L. Gong, Y. Li, and H. Zhang, "Porous Thermal Insulation Materials Derived from Fly Ash Using a Foaming and Slip Casting Method," Ener. & Build., 81 262-67 (2014).

상세보기
Z. Pan, H. Li, and W. Liu, "Preparation and Characterization of Super Low Density Foamed Concrete from Portland Cement and Admixtures," Constr. & Build. Mater., 72 [15] 256-61 (2014).

상세보기
M. Jerman, M. Keppert, J. Vyborny, and R. Cerny,"Hygric, Thermal and Durability Properties of Autoclaved Aerated Concrete," Constr. & Build. Mater., 41 352-59 (2013).

상세보기
X. Chen, S. Wu, and J. Zhou, "Influence of Porosity on Compressive and Tensile Strength of Cement Mortar," Constr. & Build. Mater., 40 869-74 (2013).

상세보기
O. Unal, T. Uygunoglu, and A. Yildiz, "Investigation of Properties of Low-strength Lightweight Concrete for Thermal Insulation," Build. & Environ., 42 [2] 584-90 (2007).

상세보기
D. Gang, Development of Mineral Hydrate Thermal Insulation Materials with Micro Thin Wall Structured Pores and Thermal Breaker System for Energy Reduction on Bbuildings( in Korean); pp.8-10, Research Report, SYC, Chungnam, 2014.
W. Wongkeo, "Compressive Strength, Microstructure and Thermal Analysis of Autoclaved and Air Cured Structural Lightweight Concrete Made with Coal Bottom Ash and Silica Fume," Mater. Sci. & Eng., 527 [16] 3676-84 (2010).

상세보기
W. Wongkeo, P. Thong-sanitgarn, K. Pimraksa, and A. Chaipanich, "Compressive Strength, Flexural Strength and Thermal Conductivity of Autoclaved Concrete Block Made Using Bottom Ash as Cement Replacement Materials," Mater. & Design, 35 434-39 (2012).

상세보기
Y. Lin, Z. Shi, and P. L. D. Wildfong, "Thermal Conductivity Measurements for Small Molecule Organic Solid Materials Using Modulated Differential Scanning Calorimetry (MDSC) and Data Corrections for Sample Porosity," J. Pharm. & Biomed. Analy., 51 [4] 979-84 (2010).

상세보기
H. Elbel and D. Vollath, "Experimental Correlations between Pore Structure and Thermal Conductivity," J. Nuclear Mater., 153 50-58 (1988).

상세보기
K. Raoufi and J. Weiss, 6-The Role of Fiber Reinforcement in Mitigating Shrinkage Cracks in Concrete; pp.168-88, Ed. by R. Fangueiro, Woodhead Publishing Series in Textiles, Purdue University, 2011.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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