KR100421069B1 - 폐기된 코코넛 껍질을 이용한 건축용 내장재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기된 코코넛 껍질을 이용한 신규한 건축용 내장재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 폐기된 코코넛 껍질을 수집하여 로타리 킬른(rotary kiln)에서 1,800℃ 이상의 온도로 가열하여 활성흑탄 응괴물을 제조하여 분쇄한 다음 여기에 식물성 천연수성 접착제를 혼합한 후 성형기에 투입한 다음 프레스로 열간압착하여 건조처리하여서 제조되며, 이와 같은 과정을 거쳐 제조된 코코넛 껍질 활성흑탄은 건축용 내장재로서 방음, 방습, 단열, 보온, 방화 효과가 뛰어나고 못질, 톱질이 용이하여 가공성이 뛰어나며 폐기물 재활용에 뛰어난 효과가 있다.

Description

폐기된 코코넛 껍질을 이용한 건축용 내장재 및 그 제조방법 {Novel material for building interior utilizing wasted coconut shell and manufacturing method of it}

본 발명은 폐기된 코코넛 껍질을 이용한 신규한 건축용 내장재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 폐기된 코코넛 껍질을 수거하여 로타리 킬른(rotary kiln)에서 1,800℃ 이상의 온도에서 가열하여 활성탄을 제조하고 이에 식물성 천연수성 접착제를 혼합한 후 성형기에 투입한 다음 프레스로 냉간 압착한 후 건조하여서 제조되는 코코넛 껍질 활성탄으로 구성된 신규한 건축용 내장재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 건축용 내장재는 주로 목재를 가공하여 사용하거나 왕겨, 볏짚, 톱밥등 농산 폐기물을 가공하여 공업용 접착제와 혼합하여 냉간 압착하여서 제조되는 것들이 있었다. 국내 특허공고번호 제86-1668호는 볏짚을 이용한 판재 제조방법에 관한 것이며, 국내 실용신안공고번호 제71-1753호는 합성수지재 판재에 관한 것이다.

상기 특허는 잘게 썬 짚, 밀짚 등 곡물줄기를 사용하여 여기에 아라비아검, 아교, 녹말풀 등 접착제를 사용하는 것이며, 상기 실용신안은 건축자재를 제조함에 있어서 볏짚과 왕겨를 그 구성재료로 사용하고 100℃로 열간 프레스(hot press) 하는 것이 개시되어 있다.

상기와 같은 선행기술들은 모두 폐기물을 사용하여 열간 압착하여 되는 건축재를 제공하는데 그 특징이 있으나, 제조 공정이 복잡하고 방음, 방습, 단열 효과가 낮은 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점들을 감안하여 안출한 것으로, 코코넛 껍질(coconut shell)은 지금까지 그 용도가 전혀 개발된 바 없고, 모두 그대로 폐기되어 왔으며 미생물에 의한 분해가 곤란한 생활 폐기물로 알려져 왔다. 목질의 주성분은 셀룰로오즈, 헤미셀룰로오즈, 리그닌 성분이 주로 함유되어 있고 탄소, 산소, 수소가 그 주성분이다.

일반적으로 건조된 코코넛 껍질은 280℃ 전후에서 급격히 산화 분해되어 CO₂, CO, H₂, CH₃등을 발산한다. 가열온도가 높아져 650∼700℃의 온도 범위에서 가열하면 O₂, H₂가 감소하고 숯으로서 결정화가 양호해지며 1,800℃ 이상의 고온으로 가열하면 결정형 다이아몬드 흑색 형상의 탄화물이 형성된다. 가열온도가 높을수록 탄소함량이 높아지고 본 발명자의 실험에 의하면 1,800℃ 이상에서 탄소함량이 95%에 이르는 최고치를 갖게 된다.

코코넛 껍질을 탄화하면 미세한 구멍이 엄청나게 형성되며 다공질 구조를 가지게 되어 탈취, 탈습, 여과기능을 보유하게 된다. 코코넛 껍질의 탄화물은 전기적으로 음성대전하여 다량의 음이온을 발생시키고, 양이온을 흡착하여 쾌적한 실내 환경을 조성하며 인체건강에 유익한 효과가 있다. 한편 코코넛 껍질의 탄화물은 각종 전자제품에서 방출되는 인체 유해전자파를 흡수시켜 실내공간에서 인체에 노출되는 전자파의 위험을 차단할 수 있다.

종래 공지·공용되고 있는 건축용 내장재에는 유해 화학물질로서 발암성 카시렌, DBP가 사용되거나 TOP, 데칸 등의 물질이 사용되고 있다. 따라서 신축주택에 입주한 후에는 가히 독가스의 공간이라 할 수 있는 주거공간에서 살게되며 그 결과 사람에 따라서는 천식, 아토피성피부염, 두통, 권태감 등이 호소되는 경우가 많다.

본 발명에서 사용되는 코코넛 껍질은 아열대 내지 열대지역에서 생산되는 어떤 재료라도 좋다. 또 본 발명에서 코코넛 껍질의 탄화정도는 400∼500℃의 건류탄 또는 평로탄도 좋으나 600∼700℃의 흑탄이나 1,000℃ 이상에서 탄화한 백탄이 더욱 바람직하다. 보통 탄화숯은 400℃에서 6,700cal/g이나 600℃에서는 8,000cal/g의 에너지가 방출되며, 1,000℃ 이상에서는 7,000cal/g의 에너지가 방출된다. 따라서, 흑탄단계에서 에너지 방출이 최대치가 되며 백탄단계에서는 에너지 방출이 감소하는데 이는 고온탄화 과정일수록 탄소가 증가하고 수소가 감소하기 때문이다.

한편, 코코넛 껍질을 300℃ 전후에서 가열하면 유기물이 급격히 탄화분해되고 CO₂, CO, H₂, CH₃등이 급격히 발생되며 점점 탄소함량이 많아지며 불규칙한 무정형 탄소체(응괴물)로 변화되며 더욱 가열온도를 높혀 700℃ 이상으로 가열하면 O₂, H₂가 점점 감소되면서 표면성질이 크게 변화되는데 이때 활성흑탄이 되면서 결정화가 더욱 진행되며 2,000℃ 이상으로 가열되면 결정형 다이아몬드처럼 된다. 코코넛 껍질의 재료와 산지에 따라 다르나 대체로 원료상태에서의 탄소함량은 50% 수준이지만 탄화온도가 400℃ 정도가 되면 탄소함량은 70% 수준, 700℃ 정도가 되면 90% 수준에 이르고 1,000℃ 이상에서는 95% 수준에 이른다.

이러한 코코넛 껍질의 중온이상에서 제조된 활성흑탄은 무정형 탄화체로서 다공질화되어 미세한 세공들이 종횡무진 막힌 곳이 없이 많게 되어 탈취, 제습, 여과효과가 있을 뿐만 아니라, 방음, 단열, 보온, 방화효과가 뛰어나고 못질 또는 톱질 등 가공이용성이 양호하며 전자파, 수맥파 등 유해파 차단효과도 뛰어나다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같이 방음, 단열, 보온, 방화효과가 뛰어나고 못질 또는 톱질 등 가공성이 양호하며 전자파, 수맥파 등 인체의 유해파 차단효과가 우수한 신규한 건축용 내장재를 제공하는데 그 목적이 있다.본 발명의 다른 목적은 상기 신규한 건축용 내장재를 생산하는 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 보인 공정도,

도 2는 본 발명 방법에 의하여 제조된 건축용 내장재를 나타낸 사시도이다.

본 발명의 상기 목적은 중온 이상에서 코코넛 껍질을 탄화시킨 다음 분쇄처리하고, 분쇄된 탄화활성 흑탄에 식물성 천연수성 접착제를 혼화한 다음, 이를 냉간 압착한 다음 건조시켜 판상내장재를 제조하고 이를 평가함으로써 달성하였다.이하, 본 발명의 구체적인 구성을 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하지만, 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에 한정하지 아니하고 제조단계의 변경 또는 제조조건의 수치를 변경하므로서 일어나는 어떠한 형태의 발명에까지 미치는 것은 물론이다.본 발명의 바람직한 실시예는 도 1의 공정별 설명에 기술되었다. 도 1에 따르면, 본 발명의 신규한 건축용 내장재는 수거된 코코넛 껍질을 중온이상의 온도에서 탄화하는 탄화공정과; 탄화된 활성탄 응괴물을 햄머형 분쇄기로 분쇄처리하는 공정과; 분쇄된 활성흑탄 분말에 식물성 천연수성 접착제 혼합공정과; 상기 원료를 냉간 압착하는 공정과; 냉간 압착된 판상 내장재를 건조 처리하는 건조공정으로 구성된다.

이하, 본 발명 건축용 내장재 제조방법을 공정별로 설명한다.

제1공정(탄화공정)

코코넛 껍질은 탄화 후에도 강도가 우수하고 기공분포율 즉 다공질성이 균일한 특징이 있다. 야자각을 로터리 킬른(rotary kiln)에 투입하고 등유버너를 사용하여 1,800℃ 이상의 온도로 가열하여 유기물을 분해시킨다.

제2공정(분쇄공정)

상기 제1공정의 원료 코코넛 껍질의 탄화과정에서 응괴된 활성흑탄은 냉각되면 매우 단단한 응괴물이 되므로 방냉전 햄머형 분쇄기를 사용하여 미립자로 분쇄처리한다.

햄머형 분쇄기에 의하여 원료가 되는 탄화응괴물을 분쇄한 다음 필요한 경우 활성탄소분진(active carbon dust)를 진공흡착하는 공정을 추가할 수 있다.

제3공정(수성접착제 혼합공정)

상기 제2공정의 결과 얻은 코코넛 껍질 탄화활성 흑탄 분쇄물에 별도로 제조된 식물성 천연수성 접착제를 혼합하여 판상 내장재 제조에 용이하게 한다.

이때, 별도로 제조되는 접착제는 건축 내장재로서 인체에 무해한 것을 사용하되 식물성 천연 수성접착제가 가장 바람직하다. 탄화활성탄 분말과 수성접착제 혼합비는 중량비 7∼8 : 3∼2가 바람직하다.

수성접착제는 상기 활성흑탄 4kg에 대하여 아밀로펙틴 600g, 아밀로오스200g, 물(H₂O) 3kg의 비율로 사용되도록 제조된다. 즉, 본 발명 활성흑탄으로부터 제조되는 내장재를 접착하기 위한 식물성 천연 수성접착제의 원료 조성은 물 75∼85 중량%, 아밀로펙틴 10∼20 중량%, 아밀로오스 1∼10 중량%가 바람직하다.

제4공정(열간 압착공정)

상기 제3공정의 결과 얻은 활성흑탄 분쇄물과 수성접착제가 혼합된 혼화물을 90℃ 이상에서 열간 압착기(Hot press)에 투입하여 압착시킨다. 이때 성형기에서 압축 성형할 경우 압축상태를 5∼10분간 유지시키는 것이 바람직하다.

제5공정(건조공정)

상기 제4공정의 결과 얻어진 열간 압축 판상제품은 90℃ 이상의 열풍으로 4시간 건조 경화시킨다. 건조 완성된 본 발명 제품은 일정한 크기로 절단하여 다양한 실험에 제공된다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다.

실시예 1

코코넛 껍질 10kg을 로타리 킬른에 투입하고 등유버너를 열원으로 사용하여 1,800℃로 1시간 가열하였다. 가열분해되고 남은 탄화응괴물 약 4.5kg을 꺼내어 햄머형 분쇄기에 투입하고 분쇄하였다. 분쇄처리된 활성흑탄 분말 4.5kg에 식물성 천연 수성접착제 2kg을 혼합하여 균일하게 혼화기(Homogenizer)를 사용하여 혼화하였다.

상기 혼화물 약 6kg을 90℃에서 열간 압축기(Hot press)에 투입하여 7분간 압축 유지한 다음 두께 3cm의 판상 압축물을 90℃의 열풍으로 4시간 건조처리한 다음 완제품은 가로 40cm, 세로 40cm의 활성탄 보드를 이용한 박스를 제조하였다(도 2 참조).

실시예 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 분쇄처리 후 활성흑탄 분말로부터 활성탄 분진(active carbon dust)를 제거하기 위하여 진공흡착기를 사용하여 탄소분진을 제거하였다.

상기와 같은 제조공정과 실시예로 제조되는 본 발명 건축용 내장재는 천연수성 접착제를 사용하기 때문에 건축내장재로 사용하게 될 때 종래 제품에서와 같이 인체에 유해한 독가스를 전혀 방출하지 않으며 오히려 그와 같은 독가스를 흡착하여 쾌적한 환경을 제공하는 효과가 있다. 또한 본 발명에서 식물성 수성접착제는 아밀로펙틴 성분의 끈기와 아밀로오스의 엉기는 성질을 이용하여 제조된 것이므로 80℃에서 물을 넣어 가열시켜 제조된 것이므로 α화 녹말풀로 반투명 액체로서 부드러운 특성이 있어 사용이 편리할 뿐 아니라 본 발명 건축용 내장재 제조과정에서 활성흑탄 분말과 혼화된 상태에서 90℃ 이상의 온도에서 5분 이상 열간프레스(Hot press)하는 과정에서 물분자가 증발되면서 아밀로오스와 아밀로펙틴이 결합되어 전분이 노화(retrogradation)되는 과정에서 활성흑탄 분말이 경화되고 다시 90℃ 이상에서 건조 처리하므로서 전분의 노화를 완성시키는 특징이 있다.

본 발명 제품 건축용 내장재로서 제품의 특성과 효과를 확인하기 위하여 몇가지 실험방법을 통하여 평가하였다.

실험예 1. 유독가스 실험

본 발명 내장재를 100℃에서 화재에 대비하기 위해 소성처리하여 유해가스 발생유무를 조사한 결과 암모니아, 아황산가스, 수소가스 등 유해가스가 전혀 검출되지 않았다.

실험예 2. 단열효과

본 발명 제품을 버너불에 접촉시켰을 때 열전도 효과를 측정하였으나 열전도가 극미하였다.

실험예 3. 시공성 측정

본 발명 제품의 시공용이성을 측정하기 위하여 길이 10cm의 대못질을 하였으나 제품에 균열이 생기지 않았고, 톱질을 한 결과 소망하는 방향으로 절단이 매우 용이하였다.

실험예 4. 방음효과

약 2평의 방에 본 발명 활성흑탄 보드를 시공하고 종래 석고보드를 대조구로하여 시공한 실내공간에서 방음테스트를 한 결과 본 발명 제품의 내장재가 보유한 다공질 표면에 의하여 음의 일정한 파장대를 흡수하기 때문에 대조구에 비해 약 3.5배의 방음효과가 확인되었다.

실험예 5. 실내환경 정화효과

본 발명 내장재 제품을 사용하여 상기 실험예 1과 같이 가로 ×세로 ×높이 각각 40 ×40 ×40cm의 공간을 가지는 박스를 제작하고 상추 1kg을 3일간 각각 보관한 후 상추의 신선도를 조사한 결과 본 발명 제품으로 제조된 상자에서는 신선도가 90% 이상 그대로 유지되었다.

실험예 6. 탈취 및 유해가스 흡착제거 효과

담배꽁초 각 30개씩을 상기 실험예 5에서 제조된 본 발명 제품으로 제작된 상자와 석고보드로 제작된 상자에 식빵 한쪽과 함께 2일간 보관한 다음 식빵에 냄새를 맡아본 결과 본 발명 제품으로 제작된 상자에 보관된 식빵에서는 냄새가 전혀 나지 아니하였다.

실험예 7. 방습효과

두 개의 샤알레의 물에 적신 솜을 깐 다음 못을 넣은 후 하나는 본 발명 제품에 의하여 제작된 시험예 5의 상자에 넣고 또 다른 샤알레는 석고보드로 제작된 상자내에 넣어 1주일 후 부식정도를 확인한 결과 본 발명 제품으로 제작된 상자내에 보관된 샤알레의 못에서는 붉은 녹을 확인할 수 없었다.

이상 실시예와 실험예를 통하여 확인되는 바와 같이, 본 발명의 코코넛 껍질을 이용한 건축용 내장재는 천연 수성접착제를 사용하여 제조되기 때문에 화재시에도 유독가스를 발생시키지 않아 안전성이 매우 높은 건축자재로서 가치가 있고 못질, 톱질 등 시공이 용이할 뿐만 아니라, 화재시 다른 연소물질이 방출하는 유독가스를 흡수할 수 있는 효과가 있다. 이밖에도 본 발명 건축용 내장재는 단열효과가 높고 방음, 방습, 보온, 방화 효과가 뛰어나며 활성탄소에 의하여 음이온을 발생하여 각종 유해 전자파와 양이온을 흡수하여 인체에 유용한 쾌적한 실내공간을 유지할 수 있는 뛰어난 효과가 있으므로 건축 내장재 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 코코넛 껍질을 1,800℃ 이상의 온도로 가열시켜 탄화응괴물을 얻는 코코넛 껍질 탄화공정과;

   상기 탄화응괴물을 방냉전 분쇄기를 사용하여 분쇄물을 얻는 분쇄공정과;

   상기 분쇄된 탄화활성흑탄에 식물성 수성접착제를 중량비 7∼8 : 3∼2로 혼합하는 혼합공정과;

   상기 혼합물을 90℃ 이상에서 열간 압착기로 5∼10분간 압축성형하는 압착공정과;

   동일한 온도에서 건조 처리하는 건조공정으로 구성되는 코코넛 껍질을 이용한 건축용 내장재의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 분쇄공정 후에 활성흑탄 분말로부터 활성탄 분진(active carbon dust)을 진공흡착 제거하는 공정을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 코코넛 껍질을 이용한 건축용 내장재의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 식물성 수성접착제는 아밀로오스 1∼10 중량%와 아밀로펙틴 10∼20중량% 및 물(H₂O) 75∼85 중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 코코넛 껍질을 이용한 건축용 내장재의 제조방법.
4. 제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 기재된 방법으로 제조되는 코코넛 껍질을 이용한 건축용 내장재.