• 한국결정성장학회지
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• 제29권3호
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• pp.132-139
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• 2019

EPS 단열재는 우수한 단열성능과 경제성, 초경량 등의 장점으로 각광받고 있는 건축재이다. 하지만 EPS 단열재는 가연성 물질로서 화재 시 연소되기 쉽고, 유해가스를 방출시킴으로써 대규모 인명피해를 유발 시킬 수 있다. 따라서 본 논문에서는 산업부산물인 IGCC fused slag 및 Si sludge를 활용하여 초경량 지오폴리머를 제작하고, EPS 단열재의 대체 가능성에 대해 확인하고자 하였다. 그 결과, 조분쇄 상태의 탄소 함량이 적은 IGCC fused slag를 이용하였을 경우 0.04 MPa, $0.064g/cm^3$의 압축강도 및 밀도를 갖는 초경량 지오폴리머를 제작할 수 있었고, 이때의 열전도율은 0.072 W/mK을 나타내었다. 이는 KS M 3808에서 제시하는 EPS 열전도율 값의 1.5~2배 정도의 높은 물성이지만 시중에서 판매하는 EPS 단열재와 큰 차이가 없으며 보통 매립되는 산업 부산물을 재활용한다는 점과 세라믹 재료 특성상 화재시에도 고온에서 버틸 수 있다는 큰 장점이 있기 때문에 화재시 쉽게 발화되어 다량의 유독가스를 방출시키는 EPS 단열재의 단점을 해결할 수 있는 차세대 단열재로서의 가능성은 충분하다고 판단되었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제27권6호
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• pp.319-326
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• 2017

본 연구에서는, IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle: 석탄가스화 복합발전)에서 배출되는 용융 슬래그로 부터 지오폴리머를 제조하여 알칼리 활성화제의 몰농도, W/S 비(water/ solid ratio), 재령일에 따른 비중과 압축강도 등 물리적 특성을 분석함과 동시에 발포제인 Si 슬러지를 첨가하여 경량화 소재로서의 가능성을 고찰하였다. 특히 경량 지오폴리머의 강도 특성향상을 위하여 복합 활성화제 및 pre-curing 공정을 적용하였다. 단일 활성화제를 사용한 경량 지오폴리머의 압축 강도는 9.5 MPa이었으나, 복합 활성화제로 제조할 경우 2~5배 정도의 압축강도 증진 효과를 나타내었다. 더군다나, pre-curing을 실시한 경량 지오폴리머의 경우, pre-curing하지 않은 시편들에 비해 18~48 % 가량 높은 압축강도 값을 보였다. 본 연구에서 복합 활성화제와 pre-curing 공정의 도입으로 얻어진 경량 지오폴리머의 최고 압축강도는 40 MPa(3일 재령하여 밀도가 $1.83g/cm^3$인 시편)로서 시멘트 콘크리트에 필적하였다. XRD 결정상 분석과 SEM을 이용한 미세구조 분석을 통하여 지오폴리머 표면에서 C-S-H 겔(sodium silicate hydrate gel)의 모상에 꽃봉오리 모양의 zeolite 결정상이 균일하게 분포된 것을 확인할 수 있었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제29권6호
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• pp.257-263
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• 2019

분쇄되지 않은 IGCC 슬래그와 Si 슬러지를 발포제로 사용하여 경량 지오폴리머를 제조하였다. 이때, Si 슬러지 첨가량에 따른 경량 지오폴리머의 물리/화학적 특성을 파악하고자 하였다. IGCC 슬래그, 알칼리활성화제, 그리고 Si 슬러지를 5 wt.% 이상 혼합하여 지오폴리머 페이스트를 제조하면 발열반응에 의해 페이스트의 온도가 수분내에 90℃ 이상 도달하였고, 이 발열반응으로 인해 지오폴리머 반응이 가속화되어 경화되었으나 너무 격렬한 발포반응 때문에 시편성형이 어려웠다. 시편의 압축강도와 밀도는 Si 슬러리의 첨가량이 증가할수록 모두 감소하는 경향을 보였으나, 10 wt.% 이상의 첨가에서는 압축강도와 밀도 모두 큰 변화를 보이지 않았다. 단순히 Si 슬러지의 첨가량 증가만으로 낮은 밀도를 달성하는 것에는 한계가 있으며 W/S 비의 조절을 통해 페이스트의 유동성을 조절하여 기공을 비교적 균일하게 제어하는 것이 중요하다고 판단되었다. 따라서, Si 슬러지 첨가량의 조절보다는 작업조건 및 기포형성에 적절한 W/S 비를 찾는 것이 중요하며, Si 슬러지 0~30 wt.% 첨가시에는 W/S 비를 0.2로, 실제 적용 가능성은 없으나 Si 슬러지 30 wt.% 이상 첨가시에는 0.28 이상으로 조절하는 것이 바람직한 것으로 사료되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제35권11호
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• pp.781-784
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• 2013

하수슬러지의 해양투기가 금지됨에 따라 하수슬러지의 적정처리에 대한 요구가 커지고 있다. 따라서 본 연구에서는 하수슬러지와 폐유리를 이용하여 경량벽돌을 제조하고자 하였다. 건축자재인 벽돌은 통상 $1,200^{\circ}C$ 이상의 고온에서 제조되기 때문에 벽돌 제조시 다량의 에너지가 소비된다. 본 연구에서는 하수슬러지와 폐유리를 이용하여 경량벽돌 제조시 $CO_2$ 배출량을 줄이기 위해 $800^{\circ}C$ 이하의 낮은 온도에서 지오폴리머 기술을 이용하여 벽돌을 제조하였다. 경량벽돌 제조시 소성온도, 하수슬러지와 폐유리 및 물유리와 물의 혼합비 등이 주요 영향 인자이며, 이들의 변화에 따른 경량벽돌의 특성을 평가하였다. 본 연구결과에 따르면 경량벽돌의 최적 제조조건은 소성온도 $750^{\circ}C$, 물유리/물 혼합비 1.5, 하수슬러지/폐유리 비 10 : 90 wt%였다. 이때 제조한 경량벽돌의 압축강도 5.1 MPa, 비중 0.46으로 발포세라믹 경량벽돌 기준을 만족시키는 것으로 나타났다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제4권4호
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• pp.363-370
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• 2016

경량 지오폴리머는 경량 시멘트 콘크리트보다 단순한 공정으로 제조가 가능하고 탁월한 내열 성능까지 갖춘 재료이다. 고형 지오폴리머의 밀도는 발포제와 지오폴리머 배합물과의 화학반응으로 발생되는 가스가 기공을 형성함으로서 감소시킬 수 있기 때문이다. 본 논문에서는 다양한 함량의 알루미늄 분말을 첨가하여 다공성 지오폴리머의 특성에 어떤 영향을 주는지 살펴보고자 하였다. 경량 지오폴리머의 겉보기 밀도는 알루미늄 분말 함량이 0.025, 0.05, 0.10wt% 범위에서 0.7에서 $1.2g/m^3$로 나타났는데 이는 고형 지오폴리머의 겉보기 밀도 값 $1.96g/cm^3$의 약 37~60%에 해당하였다. 경량 다공성 지오폴리머의 압축강도는 고형 지오폴리머의 압축강도 45MPa의 6~18%에 불과하였다. 고형 지오폴리머와 경량 지오폴리머 겔의 미세조직 형상은 유사하였다. 폴리프로필렌 섬유를 첨가한 지오폴리머 배합물의 작업성은 섬유 보강 시멘트 콘크리트에서와 마찬가지로 개선될 필요가 있다. 경량 다공성 지오폴리머는 현무암과 유사한 외관뿐만 아니라 뛰어난 내열 성능을 갖기 때문에 타일이나 보드 등 건축용 내장재로서의 활용 가능성이 높다고 본다.

• 한국결정성장학회지
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• 제25권5호
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• pp.212-217
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• 2015

본 연구는 해상 양식장 내에 유해 조류로 인해 발생하는 수산 동, 식물의 폐사를 막고, 양식장을 주기적으로 정화하는 폰툰 시스템 내의 멤브레인 층(Membrane Layer)의 생물오손(Biofouling)을 막고자, ML에 적용되는 인공경량골재 및 골재의 구조에 따른 미생물 흡착을 비교하고자 지오폴리머에 은 나노 입자를 코팅하여 생물오손 정도를 확인하고 그 능력을 평가하였다. 이후 코팅에 따른 미생물 기능 억제 능력을 확인하고자 항균 테스트를 실시하였으며, 한국해양과학기술원 남해연구소 앞바다에 설치하여 생물오손 정도와 무게변화율을 관찰하였다. 항균 테스트 결과 은 나노 입자를 코팅한 인공경량골재에서 99.99 %의 세균 감소율을 확인하였으며, 생물오손 정도를 관찰한 결과 2개월부터 은 나노 입자의 효과에 의해 생물오손 정도가 억제되는 것을 확인하였다. 은 나노 입자 코팅에 의한 생물오손 억제기간은 인공경량골재에서 5개월, 지오폴리머에서 3개월 미만으로 나타났으며, 따라서 은 나노 입자가 코팅된 인공경량골재가 효과적으로 생물오손을 감소시킬 수 있는 친환경적이며 효과적인 방법임을 알 수 있었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제31권4호
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• pp.174-181
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• 2021

순환자원인 IGCC 슬래그와 Si 슬러지를 활용하여 경량 지오폴리머를 제작하였다. 양생방법 및 침지기간에 따른 압축강도 및 밀도의 변화를 관찰하기 위해 세 가지 양생 방법을 시도하였고, 장기공용성 확인을 위해 침지 기간을 21일까지 변화시켰다. Oven(건조기) 양생 시편의 경우, 침지 기간이 증가할수록 압축 강도가 급격하게 감소하였다. 오토클레이브(autoclave)에서 양생된 시편은 3일과 7일에서는 낮은 압축 강도를 보이다 21일에서 급격한 증가를 보인 반면, 오토클레이브에서 양생 후 oven에서 양생한 시편은 반대로 3일과 7일에서 높은 압축 강도를 보였으나, 21일에서 급격한 감소를 보였다. 따라서 초기강도 발현을 위해서는 oven을 이용한 양생이 효과적이나, 장기간 물에 침지할 경우에는 오토클레이브를 이용한 양생이 바람직 한 것으로 사료되었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제30권1호
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• pp.33-39
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• 2020

본 연구에서는ALC 패널을 대체하고자 석탄가스화 복합발전에서 배출되는 용융 슬래그를 주원료로 실리콘 웨이퍼 부산물로 발생하는 Si sludge를 발포제로 경량 지오폴리머를 제조하여 알칼리 활성화제의 몰 농도, W/S 비, Fiber, Polystyrene(스티로폼) 첨가에 따른 비중과 압축강도 등의 물리적 특성을 측정하고 ALC 판넬 대체 가능성을 분석/비교 하였다. W/S 비, 알칼리 활성화제의 몰 농도 조절을 통해 ALC 기준에 부합되는 시편을 만들 수는 없었으나 이를 섬유상 물질 및 스티로폼 등의 외부물질을 첨가하여 물성향상 한계의 벽을 뛰어넘고자 하였다. 유리섬유와 탄소섬유 첨가 지오폴리머는 ALC 패널의 기준에 도달하지 못했지만, 유리 섬유 0.3 wt.%를 첨가한 경우 압축강도가 3배 이상 증가했다는 면에서 경량 지오폴리머의 압축강도를 크게 향상시키는 방법으로 제시될 수 있었다. 스티로폼 첨가 시편의 경우 스티로폼 최대 첨가량은 5 0 vol.%였으며, 삽입물의 첨가 방법에 따라 물성이 크게 변화하였다. 단일 삽입물을 첨가한 경우 강도 17.8 MPa 밀도 0.996 g/㎤으로 ALC 패널 기준과 유사한 물성을 얻을 수 있었다. 향후연구를 통해 시편제조 재현성 및 제조방법의 어려움을 극복한다면, 스티로폼 삽입 지오폴리머는 ALC 패널을 대체할 가능성이 충분히 있다고 판단되었다.

• Composites Research
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• 제35권3호
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• pp.201-215
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• 2022

본 연구에서는 초고온 환경에서 내화학성 및 열적 안정성이 우수한 지오폴리머 기반의 알루미노실리케이트 레진과 세라믹 섬유를 활용한, 목표주파수 X-band(8.2 GHz to 12.4 GHz)에서 전자파를 흡수하는 세라믹 복합재(Radar-absorbing ceramic composite, RACC)를 구현하였다. 주 성분이 FeSi인 판형 구조의 샌더스트 자성 입자를 분산시킨 알루미노실리케이트 레진은 목표 주파수 대역에서 자성 및 유전손실 특성을 발휘하였고, 입도와 무게분율별 유전특성을 Cole-Cole Plot으로 표현하였다. 샌더스트가 분산된 알루미노실리케이트 레진의 미세구조, 화학적 성분 및 결정, 자기 및 열적 특성 등을 분석하기 위해 SEM, EDS, VSM 및 TGA를 측정하였다. 샌더스트의 입도 크기 35 ㎛, 무게분율 40 wt.%를 분산시킨 레진의 유전손실 특성을 활용하여, X-band에서 약 1.51 GHz 대역폭에 대해 -10 dB 이하의 반사손실 성능을 발휘하는 단층형(t = 1.585 mm) RACC를 설계 및 제작하였다. 제작된 RACC의 초고온(25℃ to 1,000℃)에서 전자파 흡수 거동을 살피기 위해 개발된 초고온 환경 자유공간측정 장비를 활용하여 X-band 대역에서 그 성능을 검증하였다.