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재활용 석고 부산물을 이용한 준불연 유무기 융합 단열재 개발 연구
Development of Organic-Inorganic Hybrid Insulating Materials with Semi-Non-Combustible Using by Recycling Gypsum 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.7 no.4, 2019년, pp.431 - 437  

하주연 (한국산업기술시험원 재료기술센터) ,  신현규 (한국산업기술시험원 재료기술센터) ,  송태협 (한국건설기술연구원 연구전략기획본부)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is to develop an organic-inorganic hybrid insulation materials which has an economic feasibility of organic level and excellent adiabatic performance and fire stability by impregnating organic materials with inorganic binder solutions. The organic base was commercial polyur...

주제어

표/그림 (14)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 균일한 기공 제어가 용이하고 형상제어가 자유로운 유기계 단열소재 구조와 화재 안전성과 기계적 강도를 확보할 수 있도록 무기계 소재 기술을 적용한 유무기 융합형 형상제어단열재의 상용화 소재 및 공정기술을 개발하고자 하였다. 유무기융합 구조와 관련하여 여러 가지 방식의 연구가 이루어져 왔으나(Yang et al.
  • 이는 KS M 3808, 3809 및 KS L 9102에 의한 해당 단열재 및 기타 단열재의 성능 기준과 국토교통부 고시제 2017-71호 건축물의 에너지절약설계기준을 고려한 수치이다. 따라서 역학적 특성, 난연 성능, 환경 유해성 시험에 대해서도 밀도 0.2g/cm3, 열전도율 0.048W/mK 급의 저밀도 준불연형 유무기융합 단열재를 대상으로 실시함으로써 최소한의 무기계 함침량에따른 성능 적합성을 확인하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 다공성 유기계 기재에 재활용 석고를 활용한 무기계 바인더 소재를 함침시킴으로써 유기계 수준의 경제성을 가지며 우수한 단열성능 및 화재 안전성을 보유한 유무기 융합형 단열재를 개발하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국토교통부에서 예정하고 있는 제로에너지 주택건설 의무화를 목표년도는? 건축물 및 플랜트 등에서 에너지 절감 및 단열을 목적으로 한 소재들은 지속적으로 사용량이 증가하고 있으며, 관련 정책 및 선진국 추이를 고려할 때 향후 증가 추세가 계속될 것으로 예상된다. 국토교통부에서는 2025년 제로에너지 주택건설 의무화를 목표로 녹색 건축물 조성지원법, 에너지절약설계기준 등을 통해 건축물의 에너지저감 대책을 강화하고 있으며 이에 따라 국내 단열재 시장은 급속하게 확대되고 있다(Villasmil et al. 2019; Viel et al.
내열성이 우수한 무기계 단열재의 단점은 무엇인가? 하지만 내열성이 우수한 무기계 단열재의 경우 단열성능이 유기계 단열재에 크게 못 미치고, 매우 고가이거나 글라스 울 및 미네랄 울 등처럼 섬유 분진에 의한 유해성 논란, 다양한 형태 생산의 어려움(판상형 위주), 높은 흡습성으로 인한 성능 저하 및 변질 등의 문제가 제기되고 있으며, 또한 높은 중량으로 시공성이 매우 떨어진다. 기존 유기계 단열소재를 대체하기 위해 화재 취약성에 대한 해결뿐만 아니라 단열재로서의 낮은 열전도율, 낮은 흡수율,시공 용이성, 형상 제어, 경제성 등을 만족하는 새로운 소재의 개발이 필요하다(Yang et al.
기존 유기계 단열소재를 대체하는 주된 사유와 사용추세는 무엇인가? 건축용 단열재는 소재에 따라 유기계와 무기계로 나뉘는데, 현재 국내 시장의 70% 이상의 점유율을 가지는 EPS, PUR 등의 유기계 단열재는 단열성능이 우수함에도 불구하고, 화재 취약성, 환경 유해성 및 구조적 취약성 등의 단점을 가지고 있어 점차 그 사용이 제한되고 있는 추세이다. 국내에서는 2010년부터 「건축물의 피난⋅방화구조 등의 기준에 관한 규칙」에서 건축물의 외벽 마감 재료는 불연 재료 또는 준불연 재료를 사용하도록 하고 있으며, 2015년 1월 의정부 아파트 화재사고를 계기로 외부 마감 재료의 불연 및 준불연 재료의 사용 의무가 기존 30층 이상에서 6층 이상의 건축물로 확대되었을 뿐만 아니라 2019년 8월 개정사항으로는 3층 이상 5층 이하 또는 높이 9미터 이상 22미터 미만인 건축물을 추가하는 등 안전 기준에 대한 사회적 인식 증대에 따라 화재 안전성에 대한 기준이 점차 강화되고 있다(Yu et al.
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참고문헌 (13)

  1. Ahn, W.S. (2012). Effects of GTR and unexpanded expancel powders on thermal conducting characteristics of rigid polyurethane foams, Journal of the Korean Academia-Industrial Cooperation Society, 13(6), 2846-2851 [in Korean]. 

  2. Barea, R., Osendi, M.I., Ferreira, J.M.F., Miranzo, P. (2005). Thermal conductivity of highly porous mullite material, Acta Materialia, 53(11), 3313-3318. 

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  4. Leisted, R.R., Sorensen, M.X., Jomaas, G. (2017). Experimental study on the influence of different thermal insulation materials on the fire dynamics in a reduced-scale enclosure, Fire Safety Journal, 93, 114-125. 

  5. Li, Y., Liu, X., Nie, X., Yang, W., Wang, Y., Yu, R., Shui, J. (2019). Multifunctional organic-inorganic hybrid aerogel for self-cleaning, Heat-Insulating, and Highly Efficient Microwave Absorbing Material, Advanced Functional Materials, 29(10), 1807624. 

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  7. Ng, S., Jelle, B.P., Sandberg, L.I., Gao, T., Mofid, S.A. (2018). Hollow silica nanospheres as thermal insulation materials for construction: Impact of their morphologies as a function of synthesis pathways and starting materials, Construction and Building Materials, 166(30), 72-80. 

  8. Noh, H.K., Song, H., Chu, Y.S., Park, J.S., Lee, J.K. (2012). Evaluation of an organic-inorganic hybrid insulation material using an inorganic filler and polyurethane with a foaming condition, Journal of the Korean Ceramic Society, 49(6), 654-658 [in Korean]. 

  9. Viel, M., Collet, F., Lanos, C. (2019). Development and characterization of thermal insulation materials from renewable resources, Construction and Building Materials, 214, 685-697. 

  10. Villasmil, W., Fischer, L.J., Worlitschek, J. (2019). A review and evaluation of thermal insulation materials and methods for thermal energy storage systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 103, 71-84. 

  11. Yang, H., Jiang, Y., Liu, H., Xie, D., Wan, C., Pan, H., Jiang, S. (2018). Mechanical, thermal and fire performance of an inorganic-organic insulation material composed of hollow glass microspheres and phenolic resin, Journal of Colloid and Interface Science, 530(15), 163-170. 

  12. Yang, T.Y., Kim, W.Y., Yoon, S.Y., Park, H.C. (2010). Macroporous silicate ceramics prepared by freeze casting combined with polymer sponge method, Journal of Physics and Chemistry, 71(4), 436-439. 

  13. Yu, Z.L., Yang, N., Kalkavoura, V.A., Qin, B., Ma, Z.Y., Xing, W.Y., Qiao, C., Bergstrom, L., Antonietti, M., Yu, S.H. (2018). Fire­retardant and thermally insulating phenolic­silica aerogels, Angewandte Chemie, 57(17), 4538-4542. 

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