KR100451645B1 - 인조 대리석용 건축자재 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인조 대리석용 건축자재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소비되고 남은 패류의 껍데기를 재활용하여 환경보호에 기여할 수 있으면서 탈취 및 항균성 등의 기능성을 갖는 건축자재 제조용 폐각조성물에 관한 것으로서, 5 내지 300 메쉬의 패각 10 내지 20 중량부, 합성수지 20 내지 30 중량부, 광촉매 20 내지 30 중량부, 내화안료 10 내지 20 중량부, 실란계 결합제 5 내지 10 중량부, 항균제 1 중량부 이하, 무기계 바인더 10 내지 25 중량부를 포함하여 이루어진다.

Description

인조 대리석용 건축자재 조성물{ARTIFICIAL MARBLE COMPRISING SHELL}

본 발명은 인조 대리석용 건축자재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소비되고 남은 패류의 껍데기를 재활용하여 환경보호에 기여할 수 있으면서 건축물 재료로 내, 외벽면에 사용시에 광촉매 효과로 인해 유해가스(NOx , SOx) 및 유기휘발용제(VOC)를 흡착분해 시키고 외벽면에 분해된 유기물들이 빗물등에 쉽게 씻겨 항상 깨끗한 외벽을 유지하며 항균효과 , 살균효과 등의 탈취효과 기능이 있어 항상 쾌적한 환경을 제공하는 환경 친화성 인조 대리석용 건축자재 조성물에 관한 것이다.

양식이나 채취를 통해 얻어진 가리비, 조개, 홍합 제첩 등의 패류들은 내용물을 소비한 후에는 그 껍데기인 패각이 남게 되어 이를 단순히 폐기물로서 매립하거나 무단 방치됨으로써 해양이나 토양의 환경오염을 유발할 수 있어, 이러한 환경문제를 방지하고 자원을 재활용할 수 있는 방법이 요구되어져 왔고, 이에 따라 가축용 사료나 비료에 혼합하거나 중금속 흡착제 등으로 활용되기도 한다.

이렇게 패각을 재활용하기 위한 용도 중 하나로서 각종 건축용 내외장재에 활용하는 방법이 또한 모색되고 있다. 특히 기존의 건축물 내외장용 장식 마감재로 활용되는 인조 대리석은 그 내용물인 암석을 수입하여 제조하는 경우가 일반적이었으므로, 원격지로부터 운반 및 각종 수출입 절차를 거쳐 반입하여야 하는데에서 오는 입수의 어려움과 장기간의 소요 시간 때문에 공기가 오래 걸리고 원료 수급의 탄력성이 좋지 않은 어려움을 개선하고 수입을 대체하여 외화의 유출을 줄일 필요성이 있으며, 인조 대리석의 구성성분인 수입 암석을 대신할 대체재를 찾아내는 것이 요구된다.

만일 패각을 재활용 및 수입 대체의 차원에서 인조 대리석의 성분으로 사용할 경우, 패각을 매트릭스로서의 합성수지와 함께 혼합하여 성형함으로써 사용하여야 한다. 이 때 합성수지인 에폭시 수지, 메틸메타아크릴레이트 수지 등과 패각을 혼합 교반한 후 주형으로써 성형하게 되는데, 통상적인 공정만을 따른다면 용매가 증발하고 성형물을 건조하여 제품이 완성되는데 수시간 이상의 상당한 시간이 소요되므로 공정이 적체되는 요인이 되어, 이를 개선할 필요성이 있다.

한편, 각종의 건축물 자재 제조에서 합성수지 및 이의 첨가물의 조성비가 바람직하지 못할 경우에는 제조된 건축용 내외장재에서 패각이 떨어져 나가거나 장기간 사용시 균열이 발생하거나 하는 문제가 있으므로 패각이 단단히 고정되면서 내구성이 우수한 건축용 내외장재의 적절한 조성 및 그 비율을 찾을 필요가 있다.

그 외에도, 각종 건축용 내외장재에 있어 고기능화 고부가가치화가 당업계에서 필수적인 것으로 대두되고 있으며, 이를 위해 각종 건축물 마감재, 예를들면 드라이피트(내외장재용), 화분, 욕조, 보도블록 등의 경우, 특히 인조 대리석에도 다양한 기능성을 부여하는 것이 요구된다. 일례로서, 인조 대리석 조성물에 적절한 조성비로 기능성 물질을 첨가하여 공기청정 기능이나 항균 기능을 부여한 고부가가치 제품을 제조한다면 시장에서 더욱 환영받을 수 있다.

본 발명은 상기에서 제기된 문제점을 개선하고 해당 분야의 필요를 충족시키기 위하여, 폐각을 이용하여 여기에 각종의 첨가물의 적절한 조성비로 배합함으로써 각종의 건축자재 제조에 사용되는 폐각조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히 인조대리석 제조에 있어서, 그 성분으로서 수입 암석을 사용하지 않고 국내에서 손쉽게 얻어질 수 있는 각종 패각을 재활용하여 제조함으로써 수입대체 효과와 제조기간을 단축할 수 있는 인조 대리석을 제공하기 위한 것이다.

게다가, 본 발명은 단순히 매립 폐기할 수밖에 없어 토양을 오염시키는 각종 패각을 활용하는 방법을 제시함으로써, 토양과 주변 환경을 보호할 수 있는 방안을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 구성성분을 혼합 및 성형할 경우 유기용매를 신속하게 증발시켜 그 제조시간을 단축할 수 있는 성분 및 조성비로 이루어진 건축자재 제조용 폐각조성물을 제공하기 위한 것이다.

그 외에도 본 발명은 광촉매 효과로 인해 유해가스(NOx , SOx) 및 유기휘발용제(VOC)를 흡착분해 시키고 외벽면에 분해된 유기물들이 빗물등에 쉽게 씻겨 항상 깨끗한 외벽을 유지하며 항균효과 , 살균효과등의 탈취효과 기능이 있어 항상 쾌적한 환경을 제공하는 환경 친화성 인조 대리석용 건축자재 조성물을 제공하기 위한 것이다.

상기에서 제시된 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 5 내지 300 메쉬의 패각 10 내지 20 중량부, 합성수지 20 내지 30 중량부, 광촉매 20 내지 30 중량부, 내화안료 10 내지 20 중량부, 실란계 결합제 5 내지 10 중량부, 항균제 1 중량부 이하, 무기계 바인더(실리케이트류) 10 내지 25 중량부를 포함하여 이루어진 인조 대리석용 건축자재 조성물을 제공한다.

이하, 본 발명의 구성에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 패각의 굴, 조개, 홍합, 소라, 전복 등의 패류를 소비하고 남은 껍데기를 활용하는 것으로 한다. 이들 패각의 주성분은 탄산칼슘으로 물에서 불용성인 석회석이므로 본 발명에서와 같이 건축물의 내외장재, 예컨대 드라이피트(내외장재용), 화분, 욕조, 보도블록 등으로서 이용하는 것이 가능하고, 특히, 대리석의 제조에 이용할 경우 대리석에도 칼슘 성분이 다량 함유되어 있는 유사성으로 인해 인조 대리석에 포함시킬 경우 천연 대리석과 유사한 질감이나 성질을 가질 수 있다.

본 발명에서 사용되는 패각은 입수한 패각을 적절한 입자 크기로 분쇄하는 것이 필요하며, 본 발명에서 제시하고 있는 범위는 5 내지 300 메쉬의 범위로서 이 범위내의 크기로 분쇄된 다양한 패각을 사용하여 실제 대리석과 유사한 외관을 가져올 수 있도록 한다. 패각은 일반적으로 갑피층, 진주층 및 능주층의 다양한 외관을 갖고 있으므로 이들을 분말이나 판상의 다소 넓은 크기 범위의 분쇄물로 만들 경우 패각의 형상과 색깔이 유지되어 자연스러운 미감의 자재를 제조할 수 있다. 패각은 5 메쉬 미만이면 패류의 원형이 남아 있게 되어 외관상 바람직하지 않고 300 메쉬를 초과하면 지나치게 입자가 미세화하여 자연스런 외관이 나오지 않을 수 있다.

본 발명에서 사용되는 패각은 수집된 굴, 조개, 전복, 소라, 홍합을 수집하여 파쇄기에서 패각을 5 내지 300 메쉬의 크기로 분쇄한 다음 불순물들을 분리해 내고 건조로에서 가열을 통해 패각을 건조하고 기타 불순물을 분리한 이후에 적절한 크기의 입자들만을 선별기로 선별해 사용한다. 이후에 추가적인 수분 건조 및 선별 과정을 선택적으로 수행할 수도 있다.

본 발명의 패각은 전체 조성물에 대하여 10 내지 20 중량부로 사용되는데, 이 범위 이외의 경우 자연스런 미감을 갖기 어렵고 완제품의 내구성이나 다 기능성에 영향을 주게 된다.

본 발명에서는 이와 같이 어차피 폐기해야 할 패각을 인조 대리석 등 건축자재의 내용물로서 사용하는 것은 수입의 대체효과를 가져올 수 있으면서 원료를 외국으로부터 도입할 때 소요되는 상당한 시일을 보다 짧게 하여 생산에 탄력성을 부여할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에서와 같이 패각의 갑피층, 진주층, 능주층을 분쇄하여 인조 대리석으로 활용하는 것은 서로 외관과 질감이 상이한 분쇄물이 다양하고 고급스러운 미감을 부여할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 건축자재 제조용 폐각조성물은 합성수지 20 내지 30 중량부를 포함하여 제조된다. 본 발명의 합성수지는 인조 대리석 등 각종의 건축자재의 매트릭스 성분을 이루는 것이므로 내구성을 지닌 고형물을 이룰 수 있는 합성수지라면 어느 것이라도 관계가 없다. 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 아크릴레이트 수지 등의 예를 들 수 있다. 본 발명의 합성수지는 그 고형분으로서 20 내지 30 중량부를 사용하여야 하는데, 이 범위를 넘을 경우 자재의 매트릭스 형성이 제대로 되지 않고 내구성이 저하되거나 각종 기능성이 악화될 가능성이 있다.

본 발명에서 조성물을 이루는 성분 중 광촉매(photocatalyst)는 빛을 이용하여 휘발성 유기화합물을 분해·제거하는 역할을 하는 첨가제이다. 또한 본 발명의 광촉매는 본 발명의 구성 성분을 혼합하여 성형할 때 유기용매를 신속하게 증발시킴으로써 건축자재의 성형을 신속하게 할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 광촉매로 사용될 수 있는 화합물로는 TiO₂(anatase), TiO₂(rutile), ZnO, CdS, ZrO₂, V₂O₅, WO₃등이 있다. 그러나 ZnO 및 CdS는 할로겐 화합물의 분해에는 탁월한 효과를 갖지만, 촉매 자신이 빛을 흡수·분해되어 Zn, Cd와 같은 유해한 중금속을 발생시키는 문제점이 있다. 또한 WO₃는 특정 물질에 대해서만 광촉매로서의 역할을 하게 되는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서는, 광학적 활성이 있으면서 광부식은 없어서 안정하고 생물학적으로나 화학적으로는 비활성이며가시광선 및 자외선 영역의 빛을 이용할 수 있는 TiO₂(anatase)를 광촉매로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 조성물 중 광촉매의 함량은 20 내지 30 중량부로 하는 것이 바람직한데, 20 중량부 미만으로 첨가시에는 유기 용매 및 휘발성 유기화합물을 분해·제거하는 속도가 기대치에 미달되고, 또한 도료에 요구되는 물성을 위해 첨가되는 다른 첨가제와의 함량을 고려할 때 광촉매 함량의 상한치는 30 중량부로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 광촉매의 활성을 높여 유기 용매 및 휘발성 유기화합물의 제거 효율을 향상시키는 조촉매 (cocatalyst) 가 첨가된다. 본 발명에서 사용될 수 있는 조촉매로서는 MBL촉매가 사용될 수 있는데, MBL촉매는 촉매 전 중량에 대하여 산화망간 (manganese oxide) 40 중량부, 탄산리튬 (lithium carbonate) 30 중량부, 산화비스무트 (bismuth oxide) 30 중량부를 혼합하여 600℃에서 4시간 반응시키고, 다시 실온으로 냉각하여 잘게 부순 다음 800℃에서 6시간 동안 반응시켜 제조된다. 본 발명의 조촉매는 경제적인 측면을 고려하여 5 중량부 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 내화안료는 안티몬 및 BUSAN 11M을 적정비로 혼합하여 10 내지 20 중량부를 첨가하는 것이 바람직하며, 화재로부터 구조물을 보호하도록 한다. 내화안료가 10 중량부 미만으로 첨가되면 화재로부터 구조물을 보호하는 효과가 거의 없으며, 20 중량부를 초과하면 본 발명이 의도하는 유기 용매 및 휘발성유기화합물의 제거 및 항균이라는 목적을 위해 첨가되는 첨가제들의 양이 상대적으로 불충분해지게 되므로, 내화안료의 첨가량은 10 내지 20 중량부로 한다.

본 발명에서 사용되는 실란계 결합제로는 아미노계 실란, 에폭시계 실란, 클로로계 실란, 메르캅토계 실란 등이 있으며, 그 첨가량은 5 ~ 10 중량부로 한다. 만일 실란계 결합제가 5중량부 미만으로 첨가되면 기타 첨가제의 혼합력이 떨어지는 문제점이 발생되며, 10 중량부를 초과하여 첨가되면 인조 대리석을 혼합할 때 혼합물이 쉽게 뭉쳐지는 현상이 일어나게 된다.

본 발명에서 사용되는 항균제는 병원성 대장균 O-157, 살모넬라 (salmonella) 등과 같은 세균류 및 흑곰팡이, 청곰팡이 등과 같은 진균류를 제거하기 위한 첨가제로서, 그 함량은 1 중량부 이하로 하며, 무기계 항균제를 사용하는 것이 바람직하다. 함량이 1 중량부를 초과하여도 성능에는 이상이 없으나, 경제적인 측면을 고려하여 1 중량부 이하로 첨가한다.

본 발명에서는 또한 무기계 바인더를 첨가하여 건축자재(인조 대리석)의 성형성 및 내구성을 개선시키도록 한다. 본 발명의 무기계 바인더는 통상사용되는 액상의 실리케이트로서 10 내지 25 중량부의 범위로 사용되는 것이 바람직하며, 이들 범위를 벗어날 경우 내구성이 저하되거나 기타 기능성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다.

본 발명의 조성물은 추가적으로 흐름방지제를 5 내지 10 중량부를 포함할 수 있는데, 그 예로서 aerosil-200, Benton-38, Clay Vallac super 등이 사용될 수 있다. 본 성분은 건축자재를 성형할 때 점성을 적절하게 조절함으로써 작업성을 효과적으로 하는데 사용된다.

그리고 본 발명의 조성물에는 Si 분말과 같은 내열 내화학 첨가제가 3 내지 10 중량부의 범위에서 추가될 수도 있다. 기타 당업계에서 일반적으로 사용되는 첨가제들, 예컨대 방향족 아민 화합물과 같은 안정제, 스테아린산염과 같은 활제 등이 적정한 범위에서 포함될 수 있다.

본 발명의 건축자재를 제조하는 방법으로서는 본 기술분야에서 이용되는 통상적인 성형 방법을 사용하는 것이 가능하며 특별히 제한되지는 않는다. 일반적으로, 각 성분들을 혼합하여 형틀에 넣고 프레스로 가압 및 가온하여 성형하는 것도 가능하고, 용융 후 압출 성형하는 것도 가능하다. 인조대리석을 제조하는 경우에는 시트나 판넬로 제조한 이후 표면 가공을 위해 코팅을 하거나 로울 처리를 하는 것도 무방하다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 구체화한다. 이하의 실시예에서는 본 발명의 조성물을 이용하여 인조대리석을 제조하였다.

실시예

실시예 1

세척 및 건조한 후 파쇄기로 분쇄하여 5 내지 300 메쉬의 범위만을 선별해 낸 패각 15 g, 메틸메타아크릴레이트 25 g, 개시제인 BPO 0.5 g, TiO2 (anatase, 한국클리너지) 22 g, MBL촉매 (한국클리너지) 3 g, 안티몬 (일양화학) 10 g, BUSAN 11M (서광화학) 10 g, S-510 (Junsei) 5 g, Aerosil 200 (degussa) 5 g, AS116P (아성정밀화학) 1 g, 액상 실리케이트 (한국클리너지) 10 g, Si분말 (Junsei) 4 g을믹서기에 넣고 혼합을 하였다. 이후 중합기로 이송하여 130 ℃에서 2시간 동안 중합을 행한 후 150 내지 190℃의 온도 조건하에서 압출기로 성형하고, 150 내지 200℃의 온도하에서 롤러 가공을 실시하여 표면가공을 하였다. 건조시 20여분만에 합성수지, 개시제 및 무기바인더에 함유되어 있던 유기용매들이 증발하여 신속하게 경화되었고 표면에는 패각의 갑피층, 능주층, 진주층의 입자들이 고유한 미감을 보존한 채 고르게 분포되어 있었다. 5 ppm의 암모니아 가스를 가했을 때 2.5 시간 이내에 완전히 제거되었으며, 5 ppm의 황화수소 가스의 분해 제거에도 2.5 시간 정도 소요되었다. 또한 병원균 박멸에는 22 시간이 소요되었다.

실시예 2 및 비교예 1~3

하기의 표 1과 같이 성분을 변경한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 인조 대리석을 제조하여 실험하였다.

(표 1)

(표 2)

비교예 1과 비교예 2는 TiO2가 anatase이거나(비교예 1) rutile 구조 (비교예 2) 라는 점만이 다르나, rutile의 경우 촉매로서의 성능이 전혀 없는 것으로 나타났다. 비교예 3은 비교예 1에 비하여 조촉매인 MBL촉매가 첨가된 것으로 휘발성 유기화합물인 NH3와 H2S의 제거에는 탁월하였으나, 병원균 박멸에는 그 효과를 전혀 볼 수 없었다. 반면 본 발명에 따르는 실시예 1과 실시예 2는 용매 증발, 경화 및 NH3와 H2S의 제거뿐만 아니라 병원균 박멸에 소요되는 시간도 22시간 미만이라는 우수한 효과를 나타내었다.

본 발명은 폐기 또는 매립되어 해양이나 토양을 오염시키는 패각을 건축자재의 내용물로서 사용하여 수입의 대체효과를 가져오면서 원료를 외국으로부터 도입할 때 소요되는 상당한 시일을 보다 짧게 하여 생산에 탄력성을 부여할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

또한, 본 발명의 패각을 활용한 건축자재는 서로 외관과 질감이 상이한 패각의 갑피층, 진주층, 능주층의 형상을 그대로 간직하여 건축물에 다양하고 고급스러운 미감을 부여할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 본 발명의 건축자재 제조용 패각 조성물은 유기용매의 증발을 신속하게 하여 경화가 빠르고 휘발성 유기화합물 제거 및 항균성이 아주 탁월하며, 살모넬라균 등의 세균류의 제거효율이 우수한 것으로 나타났다.

Claims (3)

1. 5 내지 300 메쉬의 패각 10 내지 20 중량부, 유기용매를 이용한 용액중합을 통해 수득되는, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 아크릴레이트 수지로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 합성수지 20 내지 30 중량부, 휘발성 유기화합물을 분해 제거하는 활성을 갖는 TiO₂(anatase), TiO₂(rutile), ZnO, CdS, ZrO₂, V₂O₅, WO₃로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 광촉매 20 내지 30 중량부, 조촉매 5 중량부 이하, 내화안료 10 내지 20 중량부, 실란계 결합제 5 내지 10 중량부, 항균제 1 중량부 이하, 실리케이트 무기계 바인더 10 내지 25 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조 대리석용 건축자재 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광촉매는 TiO₂anatase형임을 특징으로 하는 인조 대리석용 건축자재 조성물.
3. 제 1항에 있어서, 상기 조촉매는 산화망간 (manganese oxide) 40중량부, 탄산리튬 (lithium carbonate) 30중량부, 산화비스무트 (bismuth oxide) 30중량부를 혼합하여 600℃에서 4시간 반응시키고, 다시 실온으로 냉각하여 잘게 부순 다음 800℃에서 6시간 동안 반응시켜 제조된 것임을 특징으로 하는 인조 대리석용 건축자재 조성물.