KR100451840B1 - 슬러지와 폐분체도료를 이용한 건축자제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본발명은 슬러지와 폐분체도료를 재활용하여 인조대리석이나 건축용 내외장제 등의 건축자제를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 소각한 슬러지와 폐분체도료와 시멘트를 혼합하여 금형에 넣고 이를 가열 건조하여, 성형한 것을 특징으로 하며, 이러한 방법으로 제조되는 건축자재는 특히 폐기물인 슬러지와 폐분체도료가 성형물의 70~80%를 차지하므로 기존의 산업폐기물 재활용방법에 비하여 자원재활용 효율이 높아 상기와 같은 제조비용절감과 환경친화적 효과가 배가된다

Description

슬러지와 폐분체도료를 이용한 건축자제의 제조방법 {The method of building materials by sludge and used powder paint}

슬러지는 예전에는 혐기처리에 의해 오니를 안정화한 후 탈수하여 매립하는 방법으로 처리되었으나 생활오수의 엄청난 증가로 인해 이러한 방법이 곤란하여 정수장 슬러지를 직접 기계 탈수한 후 소각하는 방법을 취하고 있다.

국내에서 소각되어 나온 소각 잔재물의 배출량은 년간 400만톤 이상으로 추정되고 있으며, 이 양의 일부분(약30%)만이 일반 벽돌 등으로 소량 재활용되고 나머지는 매립(약 70%)되고 있는 실정이다.

이러한 탈수된 슬러지케이크나 소각 잔재물을 매입하는 경우 매립지의 확보나 이로부터 용출되는 유해물질로 인한 지하수오염 등 여러 가지 문제를 야기하고 있다.

또한 분체도료는 각종의 산업현장에서 분체도장작업에 사용되는 것으로 액체도료와 달리 분말로 되어있는 것이 특징이며, 이는 각종의 산업현장에서 분체도장작업이 완료되고 나면 작업량의 20~30%의 분체도료가 도장작업과정에서 낙하되는 폐분체파우더가 분말 혹은 일정크기로 결합된 덩어리로 발생하게 된다.

이러한 폐분체도료는 팬이 부설된 회수장치 압축기에의해 수집하여 다시 신분체도료와 함께 사용되기도 하나, 도장과정에서 발생하는 여러 가지 불순물을 함유하고 있어 순도가 떨어져 피복성이 낮아 대부분 폐기물로 처리된다. 이 폐기물의 처리는 매립되거나 바다에 투기되어 왔는데 이에 따른 환경오염과 관련법규의 정비로 이러한 처리가 용이치 않아 재활용의 필요성이 절실하다.

따라서, 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 슬러지와 폐분체도료를 이용함으로서 자원과 에너지원의 낭비를 막고, 악취와 유독가스 등에 의한 대기, 토양 및 수질오염을 방지할 수 있다. 또한, 폐기물처리 및 이에 따른 공해문제도 해소하며 새로운 건축자재의 조성물을 만들어 폐자원의 재활용에 의한 환경보호와 경랑의 건축자재를 경제적으로 생산하는 방법을 제공 합에 목적이 있다.

즉, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 슬러지와 폐분체도료를 재활용하여 건축용 내외장재 및 바닥재, 인조대리석등의 건축자재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 슬러지와 분체도료를 재활용하여 건축용 내외장재 등의 건축자재를 제조하는 방법으로서, 건조중량비 60~70% 슬러지에 중량비 15~20% 시멘트와 중량비 15~20% 폐분체도료를 혼합하여 250∼350℃에서 2∼8분간 성형하여 건조시킨 것을 특징으로 한다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 먼저 본 발명에 이용되는 슬러지와 폐분체도료의 특성에 대해 살펴본다.

슬러지에는 정수장 슬러지, 제지 슬러지, 분뇨 슬러지 등이 있는데 이러한 것들 중 본원발명에서는 정수장 슬러지를 예를 들어 설명하기로 한다. 이 슬러지를 소각 처리하여 이용하게 되는데, 불필요한 성분인 유기물이나 수분을 제거하기 위해서는 약 1200도 이상의 고열로 약10분 이상의 처리를 거쳐야 한다.

이러한 처리를 거쳐 나온 슬러지의 성분비는 다음과 같다.

화학성분	SiO2	Al2O3	Fe2O3	Ca0	기타(TiO2외)
함유량	40.6%	33.3%	11%	6.4%	8.8%

일반적으로 분체도료는 폴리에스테르계 분체도료 및 에폭시-폴리에스터계 분체도료가 주로 사용되고 있다. 이들의 일반적인 조성은 하기 표와 같다.

조성성분	분체도료의 조성(%)
	폴리에스터계	에폭시-폴리에스터계
폴리에서터 수지	60	30
에폭시 수지	*	30
첨가제	0.5	0.5
소광제	2.0	2.0
경화촉매	2.0	2.0
체질안료	32.5	32.5
색상안료	3	3

분체도료는 정전도장방법이나 유동침지법에 의해 도장하는데 정전도장방법에 의하는 경우 20~30%의 비산되는 폐분체파우더가 발생한다. 본원발명은 폐기물로 처리되어 왔던 폐분체파우더를 팬이 달린 회수장치압축기에 의해 수집하여 재활용한다.

따라서 본 발명자는 이러한 슬러지와 폐분체도료를 재활용하여 국가환경정책에 부응하고, 건축업체에도 경제적인 도움을 주며, 환경오염을 막을 수 있는 방법을 연구하게 되었으며, 그 결과 폐기물로부터 유용한 건축자재를 얻을 수 있는 방법을 알게되었다

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면 슬러지와 폐분체도료와 시멘트를 혼합하여 희망하는 형상의 금형에 넣고, 이를 가열 건조하는 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐분체도료를 이용한 건축자재의 제조방법이 제공된다.

본 제조방법에 있어서, 슬러지와 폐분체도료와 시멘트의 혼합비율은 목적하는 건축자재의 종류에 따라 다양하게 변경할 수 있으나 다음 (비교예2)에서 보는바와 같이 최소한의 강도를 유지하고 경제성을 고려해 보았을 때 분체도료가 전체중량비100%로 하였을 때 중량비15%이상 함유하여야 한다. 또한 시멘트의 함유가 없는 경우 발화의 위험이 있으므로 이를 보완하기 위해 시멘트를 함유시키는데 경제적 측면을 고려하여 전체중량비를 100%로 하였을 때 중량비15~20% 혼합하는 것이 적당하다. 따라서 건조중량비 60~70% 슬러지에 중량비 15~20% 폐분체도료와 중량비 15~20% 시멘트로 혼합하는 것이 바람직하다.

또한 가열건조는 슬러지와 폐분체도료, 시멘트가 충분히 혼합되고 수분이 증발 제거 되기에 적절한 온도에서 수행하는 것이 요구되며, 대부분의 건축자재 제조의 경우 250~350℃의 온도범위로 5~10분간 성형하는 것이 바람직하다. 위 범위 내에서 온도가 낮을 수록 필요한 건조시간이 길어진다.

희망하는 건축자제의 종류에 따라 첨가물을 혼합할 수 있는데 대리석, 화강암 등의 쇄석과 백색시멘트, 안료를 혼합물에 중량비15~20%로 혼합하여 성형틀에서 가열 건조시키면 슬러지와 폐분체도료를 혼합한 인조대리석을 얻을 수 있으며, 발포제를 혼합하여 성형틀에서 한정 발포시키면 각종의 판재나 패널 등의 경량 건축용 내외장제를 얻을 수 있다.

또한 가열 건조되어 나온 성형물에 자제의 용도에 따라 방수성 수지나 염료, 도포제, 항균제 등을 사용하여 성형물을 재 가공하여 사용할 수 있다.

이하 본 발명을 하기 한 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 하나 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시된 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시예1]

정수장 슬러지를 소각하여 건조시킨 후 폐분체도료와 시멘트를 전체중량 100%로 하였을 때 각각 건조중량비 60~70%:15~20%:15~20%로 혼합하고, 가열건조 온도 300℃, 건조시간 5분으로 하여 지름5㎝, 높이7㎝의 성형물을 제조하였다.

(비교예1)에서는 정수장 슬러지와 폐분체도료만으로 전체중량100%로 하였을 때 건조중량비 50%:50%로 혼합하여 위와 같이 가열건조 온도 300℃, 건조시간 5분으로 하여 지름 5㎝, 높이 7㎝의 성형물을 제조하였다.

(비교예2)에서는 정수장 슬러지와 폐분체도료, 시멘트를 전체중량100%로 하였을 때 건조중량비 65~75%:10~15%:15~20%로 혼합하여 위와 같은 가열건조 온도300℃에 건조시간 5분으로 하여 지름 5㎝, 높이 7㎝의 성형물을 제조하였다.

강도는 만들어진 성형물이 제품으로 활용되기 위한 최소한의 하중인 1㎏하중을 견딜 수 있는지 여부로 판단하였으며, 발화여부는 불꽃을 접했을 때 성형물 자체가 연소하는지 여부로 판단하였다.

구분	혼합비(중량%)	강도	발화여부
	슬러지			폐분체도료	시멘트
실시예1	60~70%	15~20%	15~20%	양호	×
비교예1	50%	50%	-	양호	◎
비교예2	65~75%	10~15%	15~20%	불량	×

위 표3에서와 같이 비교예1에서 슬러지와 폐분체도료로 이루어진 경우 성형물자체가 발화해버려 실시예1와 비교해 보았을때 안전성이 떨어져 제품으로서의 가치가 적다.

혼합비에서 시멘트의 혼합비를 늘이면 강도가 높아지는 것은 당연하지만 본 발명의 목적이 슬러지와 폐분체도료를 이용하여 환경친화적이고 경제적인 건축자재를 반드는 방법이므로 슬러지와 폐분체도료간의 혼합비를 생각해볼 필요가 있다.

비교예2에서는 슬러지와 폐분체도료, 시멘트를 건조중량비 65~75%:10~15%:15~20%로 혼합한 경우로서 실시예2와 비교해 보았을 때 강도가 불량하여 제품으로서의 가치가 떨어진다.

따라서 강도와 발화여부, 경제성을 고려하였을 때 슬러지와 폐분체도료와 시멘트의 적정혼합비는 각각 건조중량비 60~70%:15~20%:15~20%가 된다.

[실시예2]

실시예1의 혼합체에 대리석, 화강암 등의 쇄석과 백색시멘트, 안료를전체중량비100%로 하였을 때 중량비 15~30%로 혼합하여 성형과정을 거쳐 인조대리석을 제조한다.

[실시예3]

실시예 1의 혼합체에 발포제를 첨가하여 성형한 후 건조하여 각종 판재나 패널 등의 경량건축용 내외장제를 얻는다.

[실시예4]

실시예 1에서 나온 성형물에 염료를 첨가하여 다양한 색의 건축자재를 얻는다.

[실시예5]

실시예 1에서 나온 성형물에 방수성을 부여하기 위하여 에폭시수지, 우레탄수지, 페놀수지, 폴리에스테르수지, 멜라민수지, 폴리에틸렌수지 등의 방수성 수지를 첨가하여 건축자재를 얻는다. 이때 충분한 방수성을 나타내기 위해서는 전체중량비100%로 하였을 때 10중량%이상은 함유하여야하나 첨가량을 15중량%이상으로 할 경우 오히려 제조원가만 상승시키는 문제점이 있으므로 상기의 범위 내에서 방수성 수지를 첨가하는 것이 바람직하다.

[실시예6]

실시예 1에서 나온 성형물에 페놀수지도료나 비닐수지도료, 알키드수지도료등 다양한 도포제로 도포하여 건축자재를 얻는다.

이상에서 상세히 살펴 본 바와 같이 본 발명은 산업 폐기물로 처리할 슬러지와 폐분체도료를 재활용하여 건축자재를 제조함으로서 산업 폐기물 발생 억제 효과와 처리비용 절감, 건축자재제조시의 원재료비 절감의 효과가 있다.

특히, 본 발명에서는 폐기물의 활용비율이 성형물의 80~85%를 차지하므로 기존의 산업폐기물 재활용방법에 비하여 자원재활용 효율이 높아 상기와 같은 제조비용절감과 환경친화적 효과가 배가된다.

본 발명에는 슬러지와 폐분체도료의 혼합물에 희망에 따라 다른 혼합물을 부가 할 수 있어 다양한 건축용 내외장재 제조할 수 있다. 예를 들면, 대리석, 화강암 등의 쇄석과 백색시멘트, 안료 등을 첨가하여 인조대리석을 만들 수 있고, 발포제를 첨가하여 다공의 보온성 건축자재를 얻을 수 있다.

또한 슬러지와 폐분체도료를 재활용하여 제조된 건축자재는 경량으로 구조체의 무게부담을 줄여 건물의 내외장제로 효과적이며 강도 면에서 일반콘크리트와 같으면서도 무게를 줄일 수 있어 취급이 편하다. 2차가공성도 뛰어나 특수 공구가 필요 없이 쉽게 절단이나 가공이 가능하며, 필요에 따라 표면에 착색이나 도장이 가능하고 방수성 수지나 항균제를 첨가하는 등 성형물 가공이 용이하다.

이에 따라 각종의 판재나 블록, 벽돌, 패널, 스레이트, 기와, 판넬, 칸막이 등 다양한 구조물을 만들어 사용할 수 있고 금형에 따라 두께조절이 자유롭고 착색이 가능하며, 누구나 손쉽게 전문 시공기술 없이도 가공할 수 있는 자원재활용 건축용 내외장제를 만들 수 있다.

Claims (7)

1. 소각한 슬러지와 폐분체도료와 시멘트의 혼합비를 전체중량100%로 하였을 때 건조중량비 60~70%의 슬러지에 중량비 15~20%의 폐분체도료와 중량비 15~20% 시멘트를 혼합하여 금형에 넣고 이를 가열건조하여 성형한 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐분체도료를 이용한 건축자재의 제조방법
2. 제 1항에 있어서,

   상기 슬러지, 폐분체도료 및 시멘트의 성형온도는 250∼350℃이며, 성형시간은 5∼10분인 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐분체도료를 이용한 건축자재의 제조방법
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합체에 전체중량비100%로 하였을 때 중량비 15~30%로 대리석, 화강암 등의 쇄석과 백색시멘트, 안료를 첨가하여 성형하는 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐분체도료를 이용한 건축자재의 제조방법
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합체에 발포제를 첨가하여 성형하는 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐분체도료를 이용한 건축자재의 제조방법
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형물에 염료를 첨가하는 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐분체도료를 이용한 건축자재의 제조방법
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형물에 방수성 수지를 전체중량비100%에 대하여 중량비10~15% 로 첨가하는 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐분체도료를 이용한 건축자재의 제조방법
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형물에 도료를 첨가하는 것을 특징으로 하는 슬러지와 폐분체도료를 이용한 건축자재의 제조방법