KR100454753B1 - 고령토를 주원료로 사용한 미분말 세라믹활성탄 형태의라돈방사선차단제 - Google Patents

Abstract

고령토는 우리 나라에서 많은 양으로 산출되는 천연자원으로서, 과거에는 주로 도자기의 제조 원료로 사용되어 왔으나 최근에는 건축용 벽돌의 제작 및 시멘트 첨가제 등 건축 분야로 이용 분야를 넓혀가고 있는 추세에 있다. 본 발명은 견운모질 고령토를 물리·화학적으로 처리하여 시멘트 첨가제로 사용하기 위한 것으로, 완성된 시멘트 고화체 표면으로부터 방출되는 라돈의 방출율을 억제하기 위한 미분말 세라믹활성탄 형태의 라돈방사선차단제에 관한 기술에 해당하며, 본 발명품을 첨가하여 경화된 시멘트 고화체는 라돈가스 방출율 억제 효과 외에 방수, 항균 및 유해물질의 흡착·분해 기능은 물론 압축강도가 증가되는 부수적인 효과가 있다.

Description

고령토를 주원료로 사용한 미분말 세라믹활성탄 형태의 라돈방사선차단제 {Radon Blocking Material Shaped Powdered-Ceramic-Activated-Carbon Made From Kaoline}

본 발명은 우리 나라에서 많이 산출되는 고령토를 물리·화학적으로 처리하여 라돈가스의 방출을 억제하기 위한 시멘트 첨가제에 대한 기술에 해당하며, 콘크리트, 벽돌 및 미장용 모르타르 배합시 첨가하면 라돈가스 방출율의 감소뿐만 아니라 완성된 건축물의 항균기능, 방수기능 및 압축강도가 증가되는 특징이 있다.

세계적으로 유명한 고령토 산지에 해당하는 우리 나라에서는, 지금까지 산출된 고령토를 주로 도자기 및 알루미나 제조 원로로 사용하여 왔으나, 최근에는 고령토를 열처리하여 활성화시킨 후 시멘트에 첨가하여 콘크리트의 압축강도를 높이거나 원적외선을 발생시키기 위한 건축자재로 사용하는 등 이용 범위가 넓혀져가고 있다.

국제연합 방사선영향평가 과학위원회(UNSCEAR)는 자연방사선 피폭량의 약 절반 정도가 라돈에 의한 방사선 때문이라고 발표한 바 있으며, 전리작용이 강한 알파선을 방출하는 가스상의 라돈은 담배 연기와의 상승작용에 의해 폐암의 주범으로 밝혀진 바 있다. 도1은 본문의 이해를 돕기 위해 라돈의 발생원을 나타내기 위한 우라늄의 붕괴도를 그림으로 나타낸 것이며, 라돈은 비록 저농도로 존재하고 있기는 하지만 지각에 넓게 분포되어 있는 우라늄의 6번째 자핵종에 해당된다는 것과 우라늄 붕괴계열에서 유일한 기체상의 물질이라는 것을 알 수 있다. 그리고, 우라늄은 시멘트의 주요 원료에 해당하는 석회석과 점토에도 미량 포함되어 있으므로, 시멘트를 사용한 모든 건축물의 표면에서도 라돈 가스가 발생하고 있으며, 특히 최근에는 시멘트 문화권에서 생활하고 있는 우리나라 국민의 폐암 발생율이 기타 암발생율에 비해 급격히 증가하고 있는 실정에 있으므로, 시멘트 사용에 따른 라돈에 의한 영향을 평가하고 그에 대한 대책을 강구하는 것이 시급하다고 판단된다.

도2는 시멘트가 경화할 때 조직 내부에 생성된 미세한 열린 기공에 라돈방사선차단제가 충진된 경우 라돈가스 방출율이 줄어들게 되는 원리를 그림으로 나타낸 것이다. 도2에서 점으로 표시된 라듐이 붕괴하여 라돈과 알파선을 방출할 때 생성되는 반조에너지에 의해 라돈이 기공 안에서 빠른 속도로 직선 운동을 하게 되는데, 라돈방사선차단제를 첨가하지 않은 시멘트 고화체(a)에서는 기공의 크기가 충분하게 크거나(2) 기공에 수분이 응축되어 있는 경우(3)가 많으므로, 반조에너지에 의한 운동에너지를 가진 라돈은 상대편의 고체 조직에 침투되지 않고 기공에 머무르게 될 확률이 높으며, 기공에 머무르게 된 라돈은 확산에 의해 서서히 고화체 표면으로 방출되게 된다. 그러나 라돈방사선차단제를 첨가한 시멘트 고화체(b)에서는 라돈방사선차단제의 충진효과와 방수효과 그리고 비표면적 증가효과 등으로 인하여 라돈 방출이 억제되며, 그 원리는 다음과 같다. ⅰ. 라돈방사선차단제가 시멘트 고화체의 기공에 충진되므로(b), 반조에너지에 의한 운동에너지를 가진 라돈은 기공에 머무르지 않고 기공에 충진된 라돈방사선차단제(4)의 내부로 침투되어 고정화되며(충진효과), ⅱ. 시멘트 고화체의 기공에 방수의 기능이 있는 라돈방사선차단제가 충진되는 경우 기공에 머무르는 응축수(3)의 양이 줄어들게 되므로, 반조에너지에 의해 직선운동을 하는 라돈이 응축수에 흡수되지 않고 상대편의 고체조직에 침투되어 고정화 되며(방수효과), ⅲ. 여러가지 원인으로 고체조직에 침투하지 못하고 기공에 잔류하게 된 라돈의 경우에도 충진된 라돈방사선차단제의 큰 비표면적으로 인하여, 라돈이 생성된 지점로부터 시멘트 고화체 표면까지 라돈이 확산되어 이동하는 경로가 길어지게 되므로, 반감기가 3.8일에 해당하는 라돈이 생성된 지점으로부터 고화체 표면으로 방출되는 라돈의 방출율은 작아지게 된다(비표면적 증가효과).

"도1"은 라돈의 발생원을 설명하기 위한 우라늄계열의 붕괴도에 해당하며,

"도2(a)", "도2(b)"는 라돈방사선차단제를 첨가하지 않았을 때와 첨가하였을 때에 해당하는 시멘트 고화체의 단면도에 해당하는 그림으로써, "1"은 시멘트 고화체의 고체영역을 나타내며, "2"는 시멘트 경화과정에서 발생한 기공을 나타내며, "3"은 기공에 존재하는 물의 형태를 나타내며, "4"는 기공에 충진된 상태의 라돈방사선차단제의 형태를 나타낸다.

본 발명은 고령토를 이용한 라돈방사선차단제와 그 제조방법에 관한 것으로서, 열처리한 고령토와 수산화나트륨 수용액 그리고 활성탄을 주원료로 하고 방수제 및 분산제를 부원료로 하여 제조한, 방수효과가 있는 미분말 세라믹활성탄 형태의 시멘트 첨가제에 해당하며, 시멘트의 경화 과정에서 발생하는 고화체 내부의 열린 기공에 방수효과가 있는 세라믹활성탄의 미분말이 충진되도록 하여, 시멘트 고화체 내부로부터 외부로 방출되는 라돈의 방출율을 낮추기 위한 라돈방사선차단제 및 이의 제조기술에 관한 것이다.

본 발명에 해당하는 라돈방사선차단제의 제조방법은 다음과 같다.

실리카 성분이 70%인 견운모질 고령토 분말을 550~850℃의 온도에서 10~60분 동안 열처리하여 결정수를 제거한 다음, 이중 100부를 취해 수산화나트륨 1노르말(1N-NaOH) 수용액 50~100부에 넣어 8~24시간 숙성시킨 후 95~100℃의 온도에서 4~6시간 동안 교반하면서 수열 반응시킨 다음, 0.5~5부의 방수제와 0.5~5부의 분산제 및 5~30부의 활성탄을 첨가하여 균일하게 분산시킨 다음, 80~100℃의 온도에서 5~24시간 숙성시킨 후 60~80℃의 온도에서 5~24시간 동안 건조시킨 다음, 생성된 괴상의 덩어리를 분쇄한 후 체질하여 200~325메쉬 체를 통과한 분체를 제품으로 한다.

본 발명의 실시를 위해 사용한 방수제와 분산제는 각각 플루오르화아크릴레이트 및 리그닌술폰산염 이었으나, 본 발명의 범위에 해당하는 방수제와 분산제는 이에 국한되지 않으며 시멘트 배합시 첨가하여 사용할 수 있는 모든 방수제 및 분산 효과를 높일 수 있는 모든 분산제를 포함한다.

본 발명품의 사용으로 인하여, 국내에 많은 양으로 매장되어 있는 고령토의 부가가치를 높이게 될 것이며, 시멘트를 이용한 구조물 중에서 특히 아파트 및 지하 건축물 표면으로부터의 라돈가스 방출을 억제하는 효과에 따른 국민 의 폐암 발생율을 낮추게 됨은 물론, 실내 주방에서 발생하는 NOx와 SOx 등 유독성 산화생성물 및 가구와 벽지에서 발생하는 휘발성 유기화합물 등의 흡착·분해 효과에 따른 쾌적한 주거문화 창출, 그리고 항균, 방수 및 압축강도 증가에 따른 건축물의 수명을 연장시킬 수 있는 부수적인 효과를 기대할 수 있다.

이하는 본 발명의 효과를 검증하기 위한 실시 예로, 본 발명은 다음의 실시 예에 국한되지 않는다. 표1은 라돈방사선차단제를 첨가하지 않았을 때와 첨가하여제작한 시편으로 부터 라돈가스의 방출율 뿐만 아니라 투수율과 압축강도를 측정한 결과에 해당한다. 시편-A는 시멘트 2.5kg, 모래 7.5kg, 물 1.35ℓ를 사용하여 제조한 시편에 해당하며, 시편-B는 시편-A의 배합비에 본 발명에서 제조한 라돈방사선차단제 250g을 첨가하여 제조한 시편에 해당한다. 라돈가스 방출율 측정용 시편 및 투수율 측정용 시편은 지름 15cm, 높이 4.4cm의 원판 형태로 제작하였고, 압축강도 측정용 시편은 지름 5cm, 높이 10cm의 원기둥 형태로 제작하였으며, 동일한 환경 조건에서 각각 10개의 시편의 제작하여 측정한 후 평균한 값을 취하였다.

시멘트 첨가제로서의 라돈방사선차단제 첨가 효과

구 분	시편-A	시편-B
라돈가스방출율(pCi/㎠)	5.5E-4	3.9E-4
투수율(g/㎠)	0.45	0.20
압축강도(ton/㎠)	0.11	0.17

Claims (2)

1. 고령토를 주원료로 사용한 라돈방사선차단제에 있어서,

   550~850℃의 온도에서 10~60분 동안 열처리하여 결정수를 제거한 고령토 분말과 1노르말 수산화나트륨 수용액의 혼합물을 95~100℃의 온도에서 4~6시간 동안 교반하면서 수열 반응시킨 후, 0.5~5부의 방수제와 0.5~5부의 분산제 및 5~30부의 활성탄을 첨가하여 균일하게 분산시킨 다음, 80~100℃의 온도에서 5~24시간 숙성시킨 후 60~80℃의 온도에서 5~24시간 동안 건조시킨 다음, 200~325메쉬의 미분말 세라믹활성탄 형태로 가공한 것을 특징으로 하는, 시멘트를 주 원료로 사용하는 배합에 있어서 첨가제로 사용하기 위한 라돈방사선차단제
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