KR100381734B1 - 폐피혁분을 이용한 석고계 경화체의 물성 개선 방법 - Google Patents

폐피혁분을 이용한 석고계 경화체의 물성 개선 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피혁 가공 공장에서 대량으로 발생되고 있는 폐피혁분(leather shaving dust)를 물성 개선재로 사용하여 석고를 주결합재로 사용하는 석고계 경화체의 물성을 개선하는 방법과 석고를 주결합재로 사용하고 폐피혁분을 물성 개선재로 사용하여 만든 석고-피혁 복합체의 물성을 개선하는 방법에 관한 것이다.
폐피혁분은 4.75mm(No.4) 체 통과분이 80% 이상되는 분말상의 물질이므로 입도분리, 산과 알칼리 용액에 의한 표면처리 등을 통하여 석고 경화체의 물성 개선효과를 더욱 증진 시킬 수 있다.
또한 석고계 반죽에 폐피혁분을 사용하여 만든 석고-피혁 복합체의 물성을 개선하기 위하여, 일반적으로 사용되고 있는 석고용 약품 즉 유동화제, 감수제, 발수제, 방수제, 증점제 등을 폐피혁분과 같이 사용할 수 있다.

Description

폐피혁분을 이용한 석고계 경화체의 물성 개선 방법{MODIFICATION METHODS OF THE PHYSICAL PROPERTIES OF GYPSUM MATERIALS WITH LEATHER SHAVING DUST}
본 발명은 석고를 결합재로 사용하고 폐피혁분을 물성 개선재로 사용하여 석고계 경화체의 물성을 개선하는 방법에 관한 것이다.
그리고 석고와 폐피혁분으로 만든 석고-피혁 복합체의 물성을 개선하는 방법에 관한 것이다.
석고(CaSO4)는 결합수의 상태와 결정 형태 및 반응성에 따라서 다양한 종류가 있으며, 고대 이집트 시대부터 인류는 건축재료로 석고를 사용하여 왔다.
국내에서 생산되는 석고는 주로 인광석으로부터 인산(H3PO4) 제조시에 발생되는 인산부수석고와 화력발전소의 탈황시설에서 발생되는 배연탈황석고 등이 있으며, 그외에 불산(HF)제조시에 발생되는 불산석고와 산화티탄(TiO2) 제조시에 발생되는 티탄석고 등이 있다.
석고는 주로 석고 보드용, 시멘트용으로 사용되며, 그 일부는 플라스터용, 소석고용 등으로 사용되고 있다.
최근 전세계적으로 석탄 석유와 같은 화석연료의 사용이 급증함에 따른 배연 탈황석고가 대량으로 발생되면서 독일을 중심으로한 유럽으로부터 석고는 석고 보드, 자기수평바닥재(self levelling materials) 등과 같은 각종 건축재료로 다양하게 개발되고 있다.
석고계 재료는 특히 시멘트계 재료와는 달리 중성이면서 경화시간이 빠르고 기계적 강도가 강하므로 최근 건축재료로 그 활용도가 급증하고 있다.
반면, 석고계 경화체는 플라스틱 재료에 비하여 비중이 무겁고, 내수성이 약하며, 압축강도에 비하여 휨/인장 강도가 1/12∼1/15 비율로 낮은 단점이 있음으로 이와같은 물성을 개선하고자 하는 노력이 선진국에서는 활발하게 진행되고 있다.
현재 일본에서 개발되고 있는 석고계 경화체의 물성개선 방법 중에서 경량화 방법을 살펴보면 다음과 같이 요약된다.
가. 분해가스 발생에 의한 발포 방법
석고와 물 혼합물 중에 분해가스를 발생하는 약제를 사용하여 경화체에 기포를 도입하는 방법으로,(1) 과산화수소/금속촉매에 의한 산소 발포[일본(日本) 특허(特許)공고(公告) 소(昭)61-11785], (2) 탄산칼슘/산 중화에 의한 이산화탄소발포[일본(日本) 공개(公開)특허(特許)공보(公報) 소(昭)50-155531], (3) 금속분/물 분해에 의한 수소발포[일본(日本) 특허(特許)공고(公告) 소(昭)60-16397] 등이 있다.
그러나 이 방법은 석고의 빠른 경화속도에 의해 높은 생산성을 추구하는 석고 보드 제조 공정에 적용하기에는 어려운 점이 있다.
나. 계면활성제에 의한 포말 도입 방법
계면활성제의 기포력을 이용하여 석고 경화체 중에 기포를 도입하여 경량화하는 방법으로 사전포말법(preforaming method)[일본(日本) 공개(公開)특허(特許) 공보(公報) 소(昭)49-45115] [일본(日本) 공개(公開)특허(特許)공보(公報) 평(平)07-291761]과 슬러리강제교반/공기연행법[일본(日本) 공개(公開)특허(特許)공보(公報) 소(昭)49-59119] 등이 있다.
이 방법은 계면활성제와 공기의 유입량을 정밀하게 제어하여 경화체의 비중을 자유롭게 조절할 수 있고, 석고 보드 등과 같은 고속연속성형 공정에 적합하지만, 계면활성제의 선택과 사용법이 중요하며 가격이 약간 비싼 단점이 있다.
다. 기타 경량화 벙법
(1) 발포수지소재 이용법[일본(日本) 공개(公開)특허(特許)공보(公報) 소(昭)57-51167] : 발포 폴리스틸렌 및 염화비닐리덴 발포체를 석고 경화체에 혼입시키는 방법으로 발포체가 소수성을 나타내므로 석고 반죽의 혼합 상에 문제가 있다.
(2) 미세섬유소재 이용법[일본국(日本國) 특허(特許) 제(制)1891259호(號)] : 펄프 섬유가 일반적으로 사용되며, 경량화 및 보강효과가 있으나 작업성이 떨어지는 단점이 있다.
(3) 기타 소재 이용법 : 톱밥, 왕겨 등을 이용하며, 경량화와 인성의 보강에 효과가 있다.
본 발명에서는 석고를 주결합재로 사용하는 반죽에 피혁 가공 공정에서 다량으로 발생되는 폐피혁분(leather shaving dust)을 일정량 첨가 함으로써 석고계 경화체의 부피를 증가시키고, 비중을 낮게 하며, 휨강도를 증가시키고, 흡습성 흡음성등과 같은 물성을 개선하는 방법을 특징으로 한다.
피혁공장에서 발생되는 폐피혁분은 동물성 단백질이 주성분인 콜라겐섬유로 구성되었으며, 이 섬유는 유성(tanning) 공정에 의해서 서로 강한 결합을 형성하고 있으므로 인장강도(200 kgf/cm2)가 강하고, 석고와 같은 중성 분위기에서는 부식되지 않으며, 흡습성과 보온성 등이 우수하다. 폐피혁분은 또한 4.75mm(No.4) 체 통과분이 80% 정도 되는 분말상으로 되어 있으며 친수성이 강하므로, 이들을 석고와 물 혼합물 중에 적당량 첨가하여 교반하면 잘 혼합된다.
또한 본 발명은 석고 반죽에 폐피혁분을 첨가하여 제조한 석고-피혁 복합체의 물성을 개선하기 위하여, 폐피혁분을 약산(1.0 N 이하)이나 약알칼리(1.0 N 이하) 용액으로 처리하여 석고 혼합물에 첨가하는 것을 특징으로 한다.
약산 용액을 제조하는데 사용할 수 있는 산으로는 염산, 질산, 황산, 인산, 불산, 초산 등 일반적으로 사용되고 있는 산화합물이 있으며, 약알칼리 용액을 제조하는데 사용할 수 있는 알칼리로는 수산화나트륨/칼륨, 수산화칼슘/마그네슘, 수산화암모늄, 탄산나트륨 등 일반적으로 사용되고 있는 알칼리화합물이 있다.
그리고 석고 반죽에 폐피혁분을 섞을 때 나타나는 유동성 저하 현상과 배합수의 증가 현상을 개선하고 석고-피혁 복합의 물성을 개선하기 위하여 유동화제 또는 감수제 등과 같은 화학 약품을 사용하는 것을 특징으로 한다.
여기서 사용될 수 있는 화학약품(혼화제)로는 페놀-포름알데하이드 부가중합체계, 알킬페놀부가중합체계, 나프탈렌슬폰산염축합물계, 폴리카르본산계, 리그닌슬폰산염계, 멜라민슬폰산축합물계 등이 있다.
또한 석고 반죽에서 기포의 안정화를 위해 일반적으로 사용되는 증점제, 방수성을 부여하기 위하여 일반적으로 사용되는 각종 약품을 첨가하여 석고-피혁 복합체의 물성을 개선하는 방법을 특징으로 한다.
석고 반죽에 폐피혁분을 첨가하여 석고 경화체의 물성을 개선하는 방법 또는 석고-피혁 복합체의 물성을 개선하는 방법을 사용하여 피혁보강석고판, 석고-피혁초조판 혹은 벽재, 석고-피혁 플라스터, 자기수평형재 등을 제조할 수 있다.
본 발명은 다음과 같이 3분야로 구성된다
가. 폐피혁분 전처리 기술
피혁 가공 공장으로부터 대량으로 발생되는 폐피혁분은 유성공정을 거친 피혁이므로 인장강도 등과 같은 물성과 내구성이 강하고, 수분이 60% 정도 함유되었으며, 직경 4.75mm 이하의 분말이 80% 이상으로 구성된 고체 폐기물이다.
이러한 폐피혁분을 석고 경화체의 물성 개선재로 사용하기 위해서는 다음과 같은 전처리를 해야 물성 개선효과가 증진된다.
(1) 입도 분리 : 폐피혁분을 어느정도 건조한 다음 통과직경 4.75mm(No. 4) 체를 사용하여 폐피혁분의 입도를 분리한다.
(2) 폐피혁분의 표면처리 : 폐피혁분 용액의 산도(pH)가 3∼4 정도로 약산성을 나타내므로 폐피혁분을 중화시키거나, 폐피혁분의 표면 단백질 구조를 일부 분해시켜서 석고-피혁 걍화체의 물성 개선 효과를 증진 시키고자 약산(1.0 N 이하)이나 약알칼리(1.0 N 이하) 용액에 폐피혁분을 1∼2시간 동안 침지한 후 사용한다.
표면처리 용액에 사용하는 약산이나 약알칼리의 종류는 석고-피혁 복합체의 용도, 각종 첨가제의 특성 등을 고려하여 정한다.
나. 석고계 반죽에 폐피혁분의 첨가 방법
석고, 물, 모래 등을 혼합하는 과정에 석고 중량의 1∼15% 폐피혁분을 첨가하고 잘 혼합하여 석고-피혁 경화체를 성형한다.
폐피혁분의 첨가벙법은 피혁가공정에서 발생되는 폐피혁분을 그대로 참가하는 방법, 가-(2)항에서 표면처리한 폐피혁분을 슬러리로 만들어 직접 투입하는 방법과 표면처리한 폐피혁분을 여과 건조하여 분말상으로 투입하는 방법이 있다.
다. 약품 사용에 의한 석고-피혁 복합체의 물성 개선 방법
석고 반죽에 폐피혁분 혼입에 따른 유동성 감소현상과 석고-피혁 경화체의 압축강도/휨강도 등의 기계적 강도 저하현상을 개선하기 위하여, 나프탈렌슬폰산염축합물계 유동화제 등과 같은 석고 반죽에 일반적으로 사용되고 있는 유동화제 혹은 감수제를 사용할 수 있다.
석고-피혁 혼합물의 경화시간을 조절하기 위하여 석고에 사용되고 있는 각종 유기산, 염류, 무기 산과 알칼리 등을 첨가하여 사용할 수 있다.
석고-피혁 복합체의 내수성을 향상시키기 위하여 지방산알루미늄계, 비닐계 비닐리덴계 디엔계 등의 중합성 단량체, 파라핀계 및 왁스계 에멀젼 등을 사용할 수 있다.
석고 경화체는 배합비에 따라서 다르지만 일반적으로 비중은 1.2000∼1.5000, 압축강도(250kgf/cm2) 되고, 휨강도와 인장강도는 압축강도의 1/12∼1/15 정도를 나타낸다
석고 반죽에 폐피혁분을 석고 중량의 1∼15% 첨가하여 석고-피혁 복합체를 제조하면, 석고 경화체에 비하여 비중이 10∼30% 감소한다.
그리고 석고-피혁 복합체의 물성을 개선하기 위하여, 석고-폐피혁 혼합물에 감수제를 첨가하면 휨강도가 약 15% 상승되며, 압축강도는 20% 증가된다.
이에 관한 실시예는 다음과 같다.
가. 폐피혁분 첨가에 따른 석고 경화체의 물성
나. 폐피혁분 첨가에 따른 석고 콘크리트(석고:모래=1:2) 경화체의 물성
다. 유동화제(고성능감수제) 첨가에 따른 석고-피혁 복합체의 물성
그리고 석고-피혁 복합체는 석고 경화체에 비하여 흡습성과 흡음성, 보온성, 색상 등이 개선된다.

Claims (4)

  1. 폐피혁분을 물성 개선재로 사용하여 석고를 주 결합재로 사용하는 석고계 경화체의 물성을 개선하는 방법으로, 폐피혁분의 입도분리 단계와 폐피혁분의 표면처리 단계로 구성된 폐피혁분의 전처리 공정과 석고에 물을 넣고 반죽할 때 폐피혁분을 석고 중량의 1∼15% 첨가하여 석고 경화제의 물성을 개선하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐피혁분을 이용한 석고계 경화체의 물성 개선 방법
  2. 청구항 1에 있어서, 폐피혁분의 입도 분리 단계는 피혁 가공 공장에서 발생되는 폐피혁분을 함유 수분이 10% 이하가 되도록 건조한 다음 분쇄기로 분쇄하고 통과 직경 4.75㎜ 체로 입도 분리하는 단계이고, 폐피혁분의 표면 처리 단계는 피혁 분을 1.0N 이하의 약산성 또는 약알카리성 용액에서 1∼2시간 침지(浸漬)하는 단계이며, 이들 두 단계 모두 혹은 각 단계로 구성된 폐피혁분의 전처리 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐피혁분을 이용한 석고계 경화체의 물성 개선 방법.
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