KR100415994B1 - 굴 패각을 활용한 황토벽돌의 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양산업폐기물인 굴패각을 활용화하여 건자재인 황토벽돌 제조에 적용하는 방법에 관한 것이다. 황토의 특성인 원적외선 방출, 온·습도조절, 탈취작용 등의 기능을 유지시키면서, 현재 환경오염의 문제가 되는 폐기물을 전처리 및 가공하여 활용하는 방식으로 이루어진다.

기존의 제조방법인 황토, 시멘트방수약, 적색산화철 등을 혼합하여 제조된 벽돌은 원적외선 방사율이 미량 방출되며, 탈취 및 온·습도 조절기능이 미약하다.

본 발명은 활성화된 황토와 슬래그, 굴 패각을 활용화한 생석회, 이산화티탄을 적정비율로 혼합하여 혼련한 후 프레스를 이용, 성형하고 자연건조를 10~100℃로 실시한 후 제조된 황토벽돌은 기존의 시멘트, 유기결합제 등을 이용한 황토벽돌과 비교시 원적외선 방사율이 92%로 높고, 실내공기정화 및 온·습도 조절기능과 탈취율 98%의 특성을 나타낸다.

Description

굴 패각을 활용한 황토벽돌의 조성물 및 그 제조방법{The Composition and Manufacturing Method of Hwangtho of Brick using Waste Oyster Shell}

본 발명은 해양산업폐기물인 굴패각을 활용화하여 건자재인 황토벽돌을 얻을 수 있는 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최근 해양오염의 원인이 되고 있는 굴패각을 부착 염분(Cl^-이온)을 제거하고, 조쇄한 후 700~1300℃로 소성과정을 거쳐 생석회(CaO)로 활용화한 생석회와 제철공정의 부산물인 슬래그, 활성화 황토, 촉매반응을 일으키는 이산화티탄을 복합물로하여 활성화를 시킴으로서 기존의 시멘트벽돌보다 온·습도 조절기능, 원적외선 방사율, 탈취·흡착성능이 우수한 황토벽돌을 얻을 수 있는 굴 패각을 활용한 황토벽돌의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 황토를 재료로하는 황토벽돌은 충분한 강도와 원적외선 방사율을 갖고 있기 때문에 제조하여 사용될 경우 온·습조절과 원적외선효능 등의 효과를얻을 수 있다.

종래의 황토벽돌에 관한 것으로서 특허등록 제029853호 및 공개특허 제 2000-0012566호, 공개특허 제2000-0033318호에서는 천연의 황토를 이용하여 볏짚, 유기결합제 등을 넣어 압축강도가 40~50kgf/㎠ 정도이기 때문에 내수성이 없으며, 공개 특허 제1999-0064871호 및 공개특허 제 2000-0012566에서는 강도를 보완하기 위하여 시멘트, 유기결합제 등을 첨가한 방법으로서 원적외선 방사율과 탈취·흡착, 온·습도 조절기능이 떨어지고 황토의 함유량도 제한된다. 또한 황토, 시멘트 방수약, 적색 산화철 등을 혼합한 벽돌 제조방법이 국내공개 특허공보 공개번호 제89-358호, 제85-5395호 및 제90-12862호에 기재되어 있으나 상기의 종래 방법은 원적외선 방사율 및 탈취 및 온·습도조절기능이 미약하여 내구성, 내마모성, 안전성 등이 부족하여 널리사용할 수 없는 문제가 있다.한편, 한국 등록실용신안공보 제0165053호와 같은 황토와 폐패각을 재활용한 건축자재에 있어서는 골제형태의 반응제를 사용하고 있으며, 또한 한국공개특허공보 2000-56382호와 같은 황토와 슬래그를 이용한 수경성몰탈의 조성물 및 그 제조방법에 있어서는 황토와 슬래그를 이용한 마감처리용 몰탈에 관한 것이다.상기 종래의 기술은 압축강도가 낮으며 형태변형이 이루어지며, 또한 건자재로서 적합한 사용을 이룰 수 없는 문제가 있다.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 기존의 황토고유의 특성을 유지하면서 압축강도가 높고, 원적외선 방사율 및 탈취흡착율이 높으며, 또한 현재 우리나라의 해양오염의 원인으로 작용하는 굴 패각을 이용 건자재로 활용함으로써 환경보호라는 국제화추세에 부응하며 제품단가를 낮추어 경쟁력 향상을 추구할 수 있는 굴 패각을 활용한 황토벽돌의 조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 황토벽돌의 생성공정 블럭도이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 굴패각으로 제조된 생석회, 활성화된 황토와 산업부산물인 고로슬래그, 이산화티탄을 첨가하여 혼합한 후 수분을 5~25%로 보정하고, 진동프레스로 가압 성형하여 10~100℃에서 24~72시간동안 건조시킨 것을 특징으로 한다. 재활용된 생석회는 굴패각 분쇄시 이물질과 염분을 제거하기 위해 수세한 후, 조쇄로 분쇄하여 700~1300℃로 소성한다. 이때 입자를 200메쉬(mesh)이하로 균일하게 분쇄에 유의하여야 한다. 활성화된 황토는 천연의 황토를 입자 크기가 최대 1.0㎜ 이하로 활성화시켜야 균열 발생을 억제할 수 있으며, 입자가 1.0㎜ 이상이 되면 표면이 거칠게 나타날 수도 있다.

믹셔를 이용한 혼련은 전체적으로 함수율이 균일해야만 성형시에 입도의 몰림현상 및 이중층을 없앨 수 있다. 이러한 황토벽돌의 조성물은 기존의 건축물의 내, 외벽에 적용할 수 있으며, 음이온의 방출기능을 위하여 토루말린을 첨가할 수 있다. 황토의 활성화온도는 700~980℃로써 고온건조시 승온속도는 1.5~5.0℃/min 정도 로 서서히 가열하여야 하며, 최고온도 승온 후 최적의 유지시간은 1~5시간이다.

본 발명에서 사용되는 재료의 정의 및 특성은 다음과 같다.

〔1〕생석회(패각을 재활용한 원료)

패각류는 방해석이나 선석결정의 고순도 탄산칼슘으로서 분쇄성과 미세기공의 구조로 성분의 변동이 적고 해안의 일정한 곳에 대량으로 집적되기 때문에 이를 자원화하는데에는 암석상의 천연광물인 석회석에서 볼 수 없는 장점을 지니고 있는 훌륭한 무기질 재료이다.

굴양식장 패기물로된 굴 패각을 정제 가공하여 생석회, 소석회를 제조하고,산업부산물인 슬래그를 이용한 기술개발은 대부분 폐기 매립되고 있는 굴패각과 슬래그의 재활용 범위의 확대 및 고부가가치형 제품으로의 용도개발 뿐만 아니라, 적용 용도별 특성에 맞는 환경친화적 제품의 품질개발로 환경에 안정하고, 폐차원의 재활용면과 환경보전측면을 고려 할 때 본 기술개발이 절실이 필요하다.

구분	패각을 활용한 생석회의 특징
성인 및 산지	경남, 전라 남해안 연안
주성분	탄산칼슘(CaCO3)
범주 및 입자	분말도: 2400㎠/g 이상, 염분: 1% 이하강열감량: 5% 이하, 산화칼슘: 45% 이상

〔2〕황토

구분	황토의 특성
성인 및 산지	암석 풍화에 의해 생성되고, 주로 채굴되는 장소는 산(山)
주성분	SiO2:35~50%, Al2O3:25~40%, Fe2O3:3~20%
범주 및 입자	넓게는 1차 점토에 속하며, 입자크기는 조립

〔3〕슬래그

구분	슬래그의 특성
성인 및 산지	제철공정의 선철후 수냉슬러지
주성분	SiO2:20~35%, CaO:40~60%, Al2O3:5~15%
범주 및 입자	분말도 3200㎠/g~7600㎠/g

〔4〕이산화티탄

구분	이산화티탄의 특성
성인 및 산지	티탄철광형으로 산출 황산법·염소법으로 제조
주성분	주성분이 이산화티탄으로 결정상은 정방정으로 티탄철광형 금홍석형과 애주석형이 있다.
범주 및 입자	0.1~4.1㎛로서 광촉매, 항균, 탈취, 산화분해 작용

〔5〕활성화 황토조성물

구분	활성화 황토조성물의 특성
성인 및 산지	천연황토의 고온건조(300~980℃)에 의해 생성되고, 주로 나타나는 상(相)은 비정질(非晶質)이며, 화학적으로 활성도(活性度)가 높다.
주성분	SiO2:45~55%, Al2O3:30~45%, Fe2O3:3~10%, TiO2: 5~10%
범주 및 입자	300~980℃의 고온건조로 결정수가 탈수된 상태로 기공율과 흡수율이 큰 다공성 황토로 핑크색을 띤다.

이하 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.

해안에서 채취한 굴패각을 깨끗한 물은 이용 이물질을 제거한 후 2㎜이하의 입도로 분쇄한 후 700~1300℃로 가열 소성하여 생석회를 제조한다.

활용화된 생석회 및 활성화한 황토와 본 발명의 황토벽돌의 생성공정이 도1에 도시되어 있다.

본 발명의 배합비율(적정비율)은 황토가 40중량％, 슬래그중량부는 30중량％, 굴패각으로 제조된 생석회는 10중량％, 이산화티탄은 5중량％로 조성되며, 수분이 15중량％로 배합하여 진동프레스를 이용하여 성형한 후, 10~100℃ 범위로 24~72시간 건조를 유지한 후, 습윤양생을 통하여 최종 제품화한다.

(실시예 1)

굴 패각 황토벽돌의 시간경과에 따른 탈취율

경과시간(분)	블랭크(Blank)농도(0㎝)	시료농도(0㎝)	탈취율(%)
초기	500	500	-
30	480	90	81
60	470	60	87
90	450	40	91
120	440	30	93

(실시예 2)

경과시간(분)	블랭크(Blank)농도(0㎝)	시료농도(0㎝)	탈취율(%)
0	500	500	-
30	480	220	54
60	470	200	57
90	450	180	60
120	440	170	61

(실시예 3)

시험체의 흡방수량의 측정결과

시험체	방습비
발명한 굴 패각 황토벽돌	66%
시멘트 벽돌	13%

(실시예 4)

벽돌의 표면온도 변화

구분	시멘트벽돌 온도(℃)	황토벽돌 온도(℃)
가열진행중	34.93	36.29
가열종료 30분 후	28.19	31.91
가열종료 1시간 후	25.93	27.40

(실시예 5)

황토벽돌과 일반벽돌의 물리적 특성

구분	압축강도(kgf/㎠)	기공율(%)	원적외선 방사율(%)
굴 패각 황토벽돌	204	39.57	92
시멘트벽돌	250	12.00	79
기존 황토벽돌	40	측정불가	89
적벽돌	305	22.10	88

본 발명으로 제품화된 황토벽돌은 압축강도가 150kgf/㎠ 이상이며, 원적외선 방사율은 92%, 탈취흡착율은 98%로 건축용 벽돌의 KS규격을 충족시키며, 본 발명에 의한 황토벽돌로 시공된 건물은 타제품으로 시공된 건물보다 오랫동안 실내온도를 일정하게 유지시키며, 뛰어나 흡착력으로 악취를 제거하고 우수한 항균성으로 세균의 번식을 억제하는 것으로 나타났다. 또한 환경요염의 주요인이 되는 패각을 처리, 가공하여 건축용 자재로 재활용함으로서 환경보호라는 현추세에 부응하며 제품의 경쟁성을 확보하게 된다. 무엇보다도 우리나라의 전통 건자재인 황토를 현대건축에 사용하여 우리의 주거환경의 변화를 도모한다.

본 발명에 의한 산업부산물을 이용한 활성화된 황토벽돌은 압축강도와 흡방수량, 기공율 등이 건축용 내·외장용 자재에 적합한 물성을 충분히 만족시켰으며 뛰어난 축열효과로 실내공간을 적정온도로 유지시켜준다.

또한 원적외선이 방사되고 탁월한 흡착력과 항곰팡이성 등의 특성으로 인하여 실내거주공간을 인간에게 적합한 쾌적조건을 제공하여 준다.

그리고 현재 남해안을 비롯 우리나라 해양을 오염시키는 패각을 이용 건자재로 활용함으로써 적극적인 환경보호이념을 실현시키면서 제품단가를 기존보다 낮춤으로써 시장 경쟁성을 확보할 수 있다.

상술한 바와같이, 활성화된 황토벽돌은 압축강도와 수축율이 건축용 내, 외장용으로 적합한 물성으로 되어 마감재로 시공된 건물은 원적외선 복사에너지가 방사되고 알카리성 시멘트를 중화시키며 전통의 특성을 재현할 수 있으며 전체적으로 실내가 따뜻하고 습기가 차지 않으며 탁월한 흡착력으로 냄새를 제거하고 우수한 항균성으로 곰팡이등 세균의 번식을 억제하며 우리의 주거환경에 적합하고 쾌적한 실내공간을 제공하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 황토와 이산화티탄 등을 주성분으로 조성된 황토벽돌에 있어서;

   골패각으로 제조된 생석회 10중량％, 활성화된 황토 40중량％와, 산업부산물인 고로슬래그 30중량％, 이산화티탄 5중량％와 수분이 15중량％의 혼합비로 혼합 반죽하여 제조되는 것을 특징으로 하는 굴 패각을 활용한 황토벽돌의 조성물.
2. 제 1항에 있어서;

   상기 재활용된 생석회는 굴패각 분쇄시 이물질과 염분을 제거하기 위해 수세한 후, 조쇄로 분쇄하여 700~1300℃로 소성됨을 특징으로 하는 굴 패각을 활용한 황토벽돌의 조성물.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 재활용된 생석회의 입자는 200메쉬(mesh)이하인 것을 특징으로 하는 굴 패각을 활용한 황토벽돌의 조성물.
4. 황토벽돌의 제조방법에 있어서,

   굴패각으로 제조된 생석회 10중량％, 활성화된 황토 40중량％, 산업부산물인 고로슬래그 30중량％, 이산화티탄 5중량％, 수분이 15중량％로 배합하여 진동프레스로 가압 성형하여 10~100℃에서 24~72시간동안 건조시킨 것을 특징으로 하는 굴 패각을 활용한 황토벽돌의 제조방법.
5. (삭제)