KR100501214B1

KR100501214B1 - 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의제조방법

Info

Publication number: KR100501214B1
Application number: KR10-2003-0003371A
Authority: KR
Inventors: 김우철; 송종은; 정현구; 김종환
Original assignee: 주식회사 성현퍼라이트
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2005-07-18
Also published as: KR20040066339A

Abstract

본 발명은 퍼라이트 미분을 황토와 혼합하여 고형체 또는 소결체 형태의 경량재료를 만들어 난석이나 멀칭재와 같은 배양토나 경량재료를 이용한 건축자재를 제공하는 등의 퍼라이트 미분의 부가가치를 높이는 동시에 원가를 절감시키는데 목적이 있으며, 더욱이 본 발명에서는 황토를 포함시켜 원적외선을 방사하게 하여 건강에도 유익한 경량재료를 얻는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 퍼라이트 미분 100 중량부, 황토 10∼100 중량부 및 소결제 1∼10중량부를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계; 상기 조성물에 물 100∼400 중량부를 가하여 소정의 형상으로 성형하여 제1 성형체를 형성하는 단계; 상기 제1 성형체를 소결하여 소결체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다. 또한, 본 발명은 퍼라이트 미분 100 중량부, 황토 10∼100 중량부, 물 100∼400중량부 및 폴리머 바인더 30∼90중량부를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계; 상기 조성물을 소정의 형상으로 성형하여 제2 성형체를 형성하는 단계; 상기 제2 성형체를 건조하여 고형체를 형성하는 단계를 포함하는 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법을 제공한다.

Description

퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법 {A METHOD FOR PRODUCING LIGHTWEIGHT MATERIAL BASED ON PERITE POWDER AND YELLOW EARTH}

본 발명은 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 퍼라이트 미분과 황토 및 소결제를 소정의 비율로 혼합한 다음 물을 첨가하여 성형 후 소결하는 과정 또는, 퍼라이트 미분과 황토 및 폴리머 바인더 소정의 비율로 혼합한 다음 성형 후 건조하는 과정을 거친 가볍고 저렴하며, 흡수성이 뛰어나고 원적외선을 방사하는 경량재료의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 주요 구성요소인 퍼라이트와 황토에 관해 살펴보면, 퍼라이트(Perite)는 펄스톤(Pearl Stone)이라고도 부르며 2∼5%의 결정수를 가지고 있는 천연 glass로, 점성의 화산용암이나 마그마가 지표의 호수로 흘러들어 급격한 냉각에 의해 생성되며 보통 진주빛 광택을 가진다. 퍼라이트라고 불리는 광물에는 흑요석, 진주암, 송지암등이 있으며 가열감량을 제외하면 화학성분은 화강암과 비슷하나 고온에서 구우면 팽창하여 중공구상이 된다. 이러한 고온가열과정에서 완성품으로서의 가치가 없는 퍼라이트 미분이 4~5% 얻어지게 되는 것이다.

퍼라이트의 화학조성을 살펴보면 다음과 같고, 퍼라이트 화학조성-그리스(Greece) 산

성분	SiO₂	Al₂O₃	K₂O	Na₂O	CaO	Fe₂O₃	MgO	TiO₂
%	73.8	12.4	4.18	2.99	1.7	1.25	0.21	0.16

퍼라이트의 주요 물리적 특성을 살펴보면, 원석의 비중이 2.2∼2.4g/㎖, 모스경도가 5.5∼7, pH가 7∼8, 연화온도가 890∼1100℃이고, 융점 1280∼1350℃, 인화손실(Ignition Loss)이 1700℉, 3시간일 때 최고 1.5% , 수분 흡수율 195∼350 lbs 오일 또는 물/100 lbs, 오일 흡수율 120∼240 lbs 오일 또는 물/100 lbs, 물에 대한 용해도는 0.1∼0.3%으로, 이러한 화학조성과 물리적 특성은 퍼라이트 제조과정에서 발생하는 퍼라이트 미분도 동일하다.

오래 전부터 황토는 가옥의 벽이나 바닥, 부엌의 아궁이 등을 만드는 건축재료로 널리 사용되었다. 그밖에도, 적벽돌, 토기 및 기와의 요업원료를 비롯하여, 형질 개량을 위한 논의 객토용이나, 양어장 바닥, 외양간 바닥 깔개 등으로 사용되어 왔다. 이러한 황토의 화학조성을 살펴보면 다음과 같은 방법에 의해 제조된다.

성분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	Na₂O	MgO	K₂O	CaO	Ig.Ioss
중량(%)	40.0	32.9	7.79	1.73	1.54	0.79	0.39	13.7

또한, 황토의 효능으로는 원적외선 방출의 효과를 들 수 있는데, 황토는 유익한 원적외선을 복사하여 인체에 흡수되므로 신진대사 작용이 원활하여 혈액순환이 활발해지므로, 인체의 노화방지 및 신진대사의 촉진, 만성피로 등을 해소할 수 있는 효과가 있다. 특히 습도 조절효과가 탁월하여 황토에서 식물을 재배하면 잘 마르지 않고 건강하게 재배할 수 있다.

황토가 원적외선을 방출한다는 것에 관한 문헌은 허다한데, 특히, 「기능성 황토와 약쑥을 이용한 원적외선 방사용 황토온열 매트의 제조방법」(공개10-2002-0023265), 「황토를 이용한 바닥재의 제조방법」(공개10-2001-0026966), 「황토타일 제조방법」(공개10-2001-0035713), 「원적외선이 방사되게 한 건축용 패널 및 그 제조방법」(공개10-2000-0036357), 「원적외선을 복사하는 황토바닥재의 제조방법」(공개10-1997-0015518), 「황토를 이용한 원적외선 복사체 및 그 제조방법」(공개10-1998-0008256)에 이미 공개되어 있다.

현재 870℃이상의 온도에서 급속히 가열하여 결정수가 기화되면서 팽창 퍼라이트를 얻는 과정에서 4~5%으로 얻어지는 부가가치가 낮은 퍼라이트 미분은 퍼라이트와 같은 경량의 물리적 특성을 지니고 있음에도 활용되지 못하고 폐기되고 있어 경제성이 떨어질 뿐 아니라 환경오염에도 문제가 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 퍼라이트 미분을 황토와 혼합하여 고형체 또는 소결체 형태의 경량재료를 만들어 인공녹화시 기존표토층의 역할인 비산, 표면건조 방지 및 양분과 비료성분을 적정하게 공급되도록 함으로써 식물재배에 최적환경을 만들어 주거나, 미분의 장점인 경량성을 이용하여 시멘트와 혼합 경화시킨 경량재료를 이용한 건축자재를 제공하는 등의 퍼라이트 미분의 부가가치를 높이는 동시에 원가를 절감시키는데 목적이 있으며, 더욱이 본 발명에서는 황토를 포함시켜 원적외선을 방사하게 하여 건강에도 유익한 경량재료를 얻을 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 퍼라이트 미분 100 중량부, 황토 10∼100 중량부 및 소결제 1∼10중량부를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계; 상기 조성물에 물 100∼400 중량부를 가하여 소정의 형상으로 성형하여 제1 성형체를 형성하는 단계; 상기 제1 성형체를 소결하여 소결체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다. 또한, 본 발명은 퍼라이트 미분 100 중량부, 황토 10∼100 중량부, 물 100∼400중량부 및 폴리머 바인더 30∼90중량부를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계; 상기 조성물을 소정의 형상으로 성형하여 제2 성형체를 형성하는 단계; 상기 제2 성형체를 건조하여 고형체를 형성하는 단계를 포함하는 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법을 제공한다.

상기 소결체나 건조체에 시멘트가루 30∼90 중량부, 퍼라이트 0∼10 중량부로 코팅하고 경화액을 가한 후 시멘트가루 30∼90 중량부, 퍼라이트 0∼10중량부로 다시 코팅하는 단계를 더 포함하여 건축자재로 활용될 수 있는 퍼라이트 미분과 황토를 원료로 하는 경량재료를 제조할 수 있다. 이때, 상기 경화액은 탄산나트륨, 규산나트륨등 경화제를 사용할 수 있으나, 경화시간이나 경제적 측면에서 10% 탄산나트륨 수용액인 것이 바람직하다.

상기 소결체를 형성하는 단계는 약 600∼1100℃온도의 로(furnace)에서 15∼90분 동안 수행되거나 LPG 토치로 1분 이내로 행하고, 상기 고형체를 형성하는 단계는 상기 제2성형체를 상온에서 자연건조 하거나 건조기내에서 약 60%의 상대습도를 유지하면서 약 30∼40℃의 온도에서 약 24시간이상 건조함으로써 수행된다.

상기 소결제는 MgO, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, MnO, ZnO, 물유리, 글라스 플릿(Glass frit), 벤토나이트, 붕산(Boric acid), 붕사(Borax), CaCO₃, 질산나트륨(Sodium nitrate), 장석 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것이 바람직하고, 상기 폴리머 바인더는 폴리비닐아세테이트, 스티렌-부타딘엔 고무(SBR), 폴리졸(Polysol), 벤토나이트, 물유리 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 경량재료는 1) 물 빠짐이 나쁜 토양 구조의 지반에서의 배수재, 토양개량제, 빌딩 옥상 녹화용 식물 육성 토양 및 배수재, 양액재배 배지, 골프장 등의 잔디 배토재, 멀칭재(Top Soil) 및 난석 등의 배양토, 2) 벽돌, 타일, 노반재, 기층재, 옹벽 또는 경량골재 등의 건축/토목구조 재료로 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 사용되는 퍼라이트 미분은 팽창 퍼라이트를 생산하는 과정에 전체 공정의 약 4~5% 발생하는 부산물로서 건조부피밀도(Dry Bulk Density)는 0.073g/㎖∼0.087g/㎖이고, 습윤부피밀도(Wet Bulk Density)는 1∼1.1g/㎖이며, 함수율은 550∼570%로 우수하고, 황토는 입자크기 350 메쉬(mesh), 비중 0.7∼0.9g/㎖인 황토분말이나 수분 함유량이 평균 약 20%로 야산에서 흔히 볼 수 있는 천연황토가 사용된다.

경량재료의 제조방법(1)은 퍼라이트 미분과 황토 및 소결제를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계; 상기 조성물에 물을 가하여 소정의 형상으로 성형하여 제1 성형체를 형성하는 단계; 상기 제1 성형체를 소결하여 소결제를 형성하는 단계로 이루어지고 , 상기 과정 더하여, 상기 소결제를 시멘트가루와 퍼라이트 미분으로 코팅(OPC 코팅: Ordinary Portland Cement 코팅) 하고 경화액을 가한 후 시멘트가루와 퍼라이트 미분으로 다시 코팅하는 단계를 더 포함하여 얻어질 수 있다.

이때 조성물의 조성비는 퍼라이트 미분 100중량부, 황토 10∼100중량부, 소결제 1∼10중량부이며, 황토가 100중량부 이상 포함되면 비중이 높아져 경량성을 기대하기 어려우며 황토가 10중량부 이하로 포함되면 원적외선 방사 등의 효과를 기대하기 어렵다. 아래에 나타난 실시예들을 고찰해 볼 때, 퍼라이트 미분 100중량부, 황토 50∼70중량부, 소결제 2∼5중량부로 하는 것이 더욱 바람직하다. 황토의 첨가 비율은 색깔, 함수량 및 비중 등과 관련되어지므로 원하는 조건에 맞추어 최적의 첨가비율을 결정한다.

이때, 황토 퍼라이트 미분과 젖은 상태의 황토를 얼마나 기계적으로 균일하게 혼합하는가 중요한 점인데, 이러한 기계적 조건이 충족되어 진다면 황토의 혼합 중량비는 10%이내로도 줄일 수 있다. 황토와 소결제는 미리 잘 혼합되어 있어야 한다.

상기 제조방법(1)에서 소결(sintering)이란 소성(firing)하는 동안에 제품이 합체를 기술하기 위해 사용하는 것으로 이 공정을 통해 분말 성형체가 가열에 의해 조립화 또는 치밀화를 이루게 되며 낮은 에너지 상태로 안정한 결과물이 나오게 되는 것이다. 이러한 소결과정은 약 600∼1100℃온도에서 15∼90분 동안 수행되는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 80∼100℃온도에서 30분 내외로 행하는 것이다.

본 발명의 사용되는 소결제로는 MgO, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, MnO, ZnO, 물유리, 글라스 플릿(Glass frit), 벤토나이트, 붕산, 붕사, CaCO₃, 질산나트륨, 장석등이 사용되는데, 이러한 소결제를 사용하면 고용체의 형성, 액상의 형성, 결정립 성장의 억제 등에 의해 소결이 촉진되어 소결온도와 시간을 훨씬 낮고 짧게 하여 제조공정상의 경제성을 높일 수 있다. 실시예 1∼10에서는 이러한 소결제를 사용하여 소결온도를 800℃로 하였을 때 원하는 강도를 얻을 수 있었다. 특히, 경제적이며 양이온교환용량을 감안하여 벤토나이트를 사용하는 것이 바람직하다.

소결제와 폴리머 바인더로 함께 사용되는 벤토나이트는 물과 접촉이 흡수 팽윤하고, Ca²⁺, Mg ²⁺ 이온이 많고 Na⁺, H⁺, K⁺등의 이온이 소량 존재하여 양이온교환능이 높고, 벤토나이트 층간에 존재하는 양이온의 존재에 따라 Ca계 벤토나이트와 Na계 벤토나이트로 구분된다.

실시예 1에서 얻어진 경량재료는 강도 10, 진비중 1.57g/㎖, 함수율 71.4%, 겉보기 비중 0.62 g/㎖의 물성을 가지는데, 시중에 판매되고 있는 멀칭재로서 황토의 소결에 의해 얻어진 제품의 경우 강도 10, 진비중 2.43g/㎖, 함수율 14.6%, 겉보기 비중 0.997 g/㎖의 물성을 가지고, 부석을 주성분으로 하는 혼합배양토로 사용되는 제품의 경우 강도 10, 진비중 1.13g/㎖, 함수율 94.4%, 겉보기 비중 0.38g/㎖의 물성을 가진다. 실시예 1에서 얻어진 경량재료가 황토만으로 이루어진 제품에 비해 경량이고 함수율도 우수하며, 부석을 주성분으로 하는 제품과 비교해 보았을 때 둘 다 진비중 2이항의 경량이고 비슷한 흡수율을 가지나 부석을 주성분으로 하는 제품의 경우 원료를 거의 수입에 의존하고 있는 실정에 비추어 보면 본 발명에 의한 경량재료가 경제적인 측면에서 유리하다.

경량재료의 제조방법(2)는 퍼라이트 미분, 황토, 물, 폴리머 바인더를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계; 상기 조성물을 소정의 형상으로 성형하여 제2 성형체를 형성하는 단계; 상기 제2 성형체를 건조하여 건조체를 형성하는 단계에 의해 이루어지고, 상기 과정 더하여 상기 소결제를 시멘트가루와 퍼라이트 미분으로 코팅(OPC 코팅: Ordinary Portland Cement 코팅)하고 경화액을 가한 후 시멘트가루와 퍼라이트 미분으로 다시 코팅하는 단계를 더 포함하여 얻어질 수 있다.

상기 조성물의 퍼라이트 미분 100중량부, 황토 10∼100중량부, 물 100∼400중량부, 폴리머 바인더 30∼90중량부를 가지며, 황토가 100중량부 이상 포함되면 비중이 높아져 경량성을 기대하기 어려우며 황토가 10중량부 이하로 포함되면 원적외선 방사 등의 효과를 기대하기 어렵다. 이때 아래 기재된 실시예를 고려해 볼 때, 퍼라이트 미분 100중량부, 황토 50∼70중량부, 폴리머 바인더 35∼40중량부로 하고 물은 100∼400중량부의 범위 내에서 퍼라이트 미분, 황토, 폴리머 바인더가 잘 혼합될 수 있도록 적절한 양으로 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 제조방법(2)에서 상기 폴리머 바인더로는 폴리비닐아세테이트, 스티렌-부타딘엔 고무, 폴리졸, 벤토나이트, 물유리 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 실시예 23∼26에 의해 얻어진 경화재료의 강도를 고려해 볼 때 스티렌-부타딘엔 고무, 폴리졸이 더욱 바람직하다.

단계별 실험기구로는, 성형은 퍼라이트 미분과 황토 등의 혼합물을 플라스틱 용기에서 수동으로 혼합한 후, 스크류 타입의 소형분쇄기를 사용하였으며, 건조는 자연건조 및 실험용 건조기로 행해졌으며, 소결은 실험실용 전기로(Muffle furnace)와 LPG토치를 사용하였다.

시험 방법은 다음과 같은 과정으로 행하여 졌다.

(1) 강도

손가락 관능법으로 최고강도 즉, 전혀 부서지지 않는 상태를 10으로 한 상대적인 값이다.

(2) 비중

비중은 비중병을 이용하여 진비중을 측정하였다.

비중 = ( W₁- W₀) / { ( W₃ - W₀ ) - ( W₂ - W ₁ ) }

W₀ : 빈 비중병의 무게, W₁ : (비중병 + 1/3시료)의 무게

W₂: (W₁ + 물)의 무게, W₃: (비중병 + 물)의 무게

(3) 함수율

500㎖ 비커에 시료 약 300g(정확한 건조 무게 : W₄ ), 채취 후 물 채운 후 약 30분간 방치한 후 거즈로 비커 위를 막은 후 거꾸로 기우려 12시간 방치 후 시료의 무게(W₅)를 측정한다.

함수율(%) = ( W₅ / W₄) × 100

이하, 바람직한 실시예를 중심으로 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 하기 실시예들은 본 발명을 한정하거나 제한하는 것은 아니다.

실시예 1

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 100중량부, 붕산 2중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 220중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표3에 기재하였다.

실시예 2

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 100중량부, 장석 10중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 200중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표3에 기재하였다.

실시예 3

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 45중량부, 벤토나이트 4중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 150중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표3에 기재하였다.

실시예 4

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 100중량부, 붕사 6중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 200중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표3에 기재하였다.

실시예 5

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 100중량부, 질산나트륨 2중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 220중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표3에 기재하였다.

실시예 6

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 100중량부, CaCO₃2중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 220중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표3에 기재하였다.

실시예 7

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 100중량부, 유리 2중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 200중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표3에 기재하였다.

실시예 8

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 100중량부, Al₂O₃ 10중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 200중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표3에 기재하였다.

실시예 9

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 100중량부, MgO 10중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 200중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표3에 기재하였다.

실시예 10

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 100중량부, MnO 1중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 150중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표3에 기재하였다.

시험항목	강도	진비중(g/㎖)	함수율(%)
실시예1	10	1.57	71.4
실시예2	10	1.79	57.6
실시예3	9.5	1.6	63
실시예4	10	1.6	72
실시예5	10	1.58	68
실시예6	10	1.63	67
실시예7	10	1.72	59
실시예8	10	1.59	70.4
실시예9	10	1.52	68
실시예10	9	1.61	59

실시예 11

퍼라이트 미분 100중량부, 생황토 30중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 160 중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 1000℃에서 15분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표4에 기재하였다.

실시예 12

퍼라이트 미분 100중량부, 생황토 50중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 180 중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 1000℃에서 15분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표4에 기재하였다.

실시예 13

퍼라이트 미분 100중량부, 생황토 70중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 180 중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 1000℃에서 15분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표4에 기재하였다.

시험항목	강도	진비중(g/㎖)	함수율(%)
실시예11	10	1.79	42.4
실시예12	10	1.82	44.7
실시예13	9.5	1.9	43.2

실시예 14

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 43중량부, 벤토나이트 3중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 160중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 소결체를 형성하는 단계; 상기 소결체를 시멘트가루 30중량부로 코팅하고 10% 탄산나트륨 수용액으로 경화하고 다시 시멘트가루 30중량부로 코팅하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표5에 기재하였다.

실시예 15

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 43중량부, 벤토나이트 3중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 160중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 소결체를 형성하는 단계; 상기 소결체를 시멘트가루 30중량부로 코팅하고 물스프레이로 경화하고 다시 시멘트가루 30중량부로 코팅하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표5에 기재하였다.

실시예 16

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 43중량부, 벤토나이트 3중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 160중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 소결체를 형성하는 단계; 상기 소결체를 시멘트가루 30중량부로 코팅하고 물스프레이로 경화하고 다시 시멘트가루 30중량부와 퍼라이트 미분7중량부로 코팅하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표5에 기재하였다.

실시예 17

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 43중량부, 벤토나이트 3중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 160중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 소결체를 형성하는 단계; 상기 소결체를 시멘트가루 30중량부로 코팅하고 10% 탄산나트륨 수용액으로 경화하고 다시 시멘트가루 30중량부와 퍼라이트 미분 7중량부로 코팅하여 경화하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표5에 기재하였다.

시험항목	강도	비중(g/㎖)	흡수율(%)
실시예 14	9	1.6	47
실시예 15	10	1.4	27
실시예 16	10	1.74	53
실시예 17	10	1.5	51

실시예 18

퍼라이트 미분 100중량부, 황토미분 100중량부, 붕산 3중량부를 포함하는 조성물은 균일하게 혼합하여 제조하는 단계; 상기 조성물은 물 175중량부 가하여 스크류과립 분쇄기에서 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 800℃에서 30분간 전기로에서 소결하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표6에 기재하였다.

실시예 19

황토미분 67중량부, 물 130중량부를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 18과 같은 방법에 의해 제조된다. 그 결과는 표6에 기재하였다.

실시예 20

황토미분 43중량부, 물 140중량부를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 18과 같은 방법에 의해 제조된다. 그 결과는 표6에 기재하였다.

실시예 21

황토미분 25중량부, 물 140중량부를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 18과 같은 방법에 의해 제조된다. 그 결과는 표6에 기재하였다.

실시예 22

황토미분 1.4중량부, 물 140중량부를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 18과 같은 방법에 의해 제조된다. 그 결과는 표6에 기재하였다.

시험항목	미분:황토비율	강도	비중(g/㎖)	함수율(%)
실시예 18	1:1	9.5	1.95	57.7
실시예 19	6:4	10	1.9	71.4.
실시예 20	7:3	10	1.8	63.2
실시예 21	8:2	10	1.68	60.8
실시예 22	9:1	10	1.6	63.2

실시예 23

퍼라이트 미분 100 중량부, 황토 50 중량부, 물 200중량부 및 스티렌-부타딘엔 고무 38중량부를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계; 상기 조성물을 스크류과립 분쇄기로 소정의 형상으로 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 건조기내에 투입한 후, 약 60%의 상대습도를 유지하면서 약 30∼40℃의 온도에서 약 24시간이상 건조하여 건조체를 얻었다. 그 결과는 표7에 기재하였다.

실시예 24

퍼라이트 미분 100 중량부, 황토 50 중량부, 물 370중량부 및 폴리졸 40중량부를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계; 상기 조성물을 스크류과립 분쇄기로 소정의 형상으로 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 건조기내에 투입한 후, 약 60%의 상대습도를 유지하면서 약 30∼40℃의 온도에서 약 24시간이상 건조하여 건조체를 얻었다. 그 결과는 표7에 기재하였다.

실시예 25

퍼라이트 미분 100 중량부, 황토 35 중량부에 물 220중량부, 벤토나이트 15중량부 및 폴리비닐아세테이트 23중량부를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계; 상기 조성물을 스크류과립 분쇄기로 소정의 형상으로 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 건조기내에 투입한 후, 약 60%의 상대습도를 유지하면서 약 30∼40℃의 온도에서 약 24시간이상 건조하여 건조체를 얻었다. 그 결과는 표7에 기재하였다.

실시예 26

퍼라이트 미분 100 중량부, 황토 50 중량부에 물 200중량부, 스티렌-부타딘엔 고무 25중량부 및 물유리 12.5중량부를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계; 상기 조성물을 스크류과립 분쇄기로 소정의 형상으로 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 건조기내에 투입한 후, 약 60%의 상대습도를 유지하면서 약 30∼40℃의 온도에서 약 24시간이상 건조하여 건조체를 얻었다. 그 결과는 표7에 기재하였다.

시험항목	강도	비중(g/㎖)	함수율(%)
실시예 23	7	1.184	136.4
실시예 24	8	1.014	121
실시예 25	6	1.164	132
실시예 26	6	1.024	128

또한, 폴리머 바인더가 함유된 경량재료가 배양토나 난석, 멀칭재 등으로 사용될 경우 식물에 어떠한 영향을 미치지 않는지 살펴보기 위해 상기 실시예 23~26의 제조방법에 의해 얻어진 경량재료를 펄프질석 및 퍼라이트와 혼합하여 열무우와 알타리무우 씨를 파종하여 식물의 성장과정을 관찰해 보았다. 인공흙을 대조군으로 하여 그 성장 결과는 표8에 기재하였다. 결과에서 알 수 있는 바와 같이 폴리머 바인더를 함유한 경량재료가 식물의 성장에 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.

시험항목		큰길이	짧은 길이	평균길이	전체평균길이
실시예 23	열무우	130	85	107	83
실시예 23	알타리무우	70	50	60	83
실시예 24	열무우	110	45	80	77
실시예 24	알타리무우	100	50	75	77
실시에 25	열무우	145	95	120	112
실시에 25	알타리무우	120	90	105	112
실시에 26	열무우	140	70	105	96
실시에 26	알타리무우	115	60	87	96
인공흙	열무우	160	45	102	93
인공흙	알타리무우	130	40	85	93

(성장기간 19일, 단위 ㎜)

또한, 실시예 23~26에 의해 얻어진 경량재료를 동양란의 화분 위에 다량 복토하여 약 2개월간 물을 주어 재배하였을 때 동양란에 어떤 변화를 발견할 수 없었으며 성형된 형태도 유지되었다. 물에 장시간 침적하였을 때도 소프트해지는 느낌은 있었으나 형태가 완전 해체되지는 않았다.

실시예 27

실시예 24에서 얻어진 건조체를 실시예 14의 코팅방법과 같이 시멘트가루 30중량부로 코팅하고 10% 탄산나트륨 수용액으로 경화하고 다시 시멘트가루 30중량부로 코팅하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표8에 기재하였다.

실시예 28

실시예 24에서 얻어진 건조체를 실시예 15의 코팅방법과 같이 시멘트가루 30중량부로 코팅하고 물스프레이로 경화하고 다시 시멘트가루 30중량부로 코팅하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표8에 기재하였다.

실시예 29

실시예 24에서 얻어진 건조체를 실시예 16의 코팅방법과 같이 시멘트가루 30중량부로 코팅하고 물스프레이로 경화하고 다시 시멘트가루 30중량부와 퍼라이트 미분7중량부로 코팅하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표8에 기재하였다.

실시예 30

실시예 24에서 얻어진 건조체를 실시예 17의 코팅방법과 같이 시멘트가루 30중량부로 코팅하고 10% 탄산나트륨 수용액으로 경화하고 다시 시멘트가루 30중량부와 퍼라이트 미분 7중량부로 코팅하여 경화하여 경량재료를 제조하였다. 그 결과는 표8에 기재하였다.

시험항목	강도	비중(g/㎖)	흡수율(%)
실시예 27	8.5	1.6	47
실시예 28	9	1.72	52
실시예 29	9	1.74	53
실시예 30	9	1.5	51

본 발명에 따르면, 현재까지 경제적 가치가 없어 버려지던 경량의 흡수율이 우수한 퍼라이트 미분을 활용하여 퍼라이트 미분과 황토를 원료로한 배수재, 토양개량제, 빌딩 옥상 녹화용 식물 육성 토양 및 배수재, 양액재배 배지, 골프장 등의 잔디 배토재, 멀칭재(Top Soil) 및 난석 등과 같은 재료나 벽돌, 타일, 노반재, 기층재, 옹벽 또는 경량골재 등의 건축/토목구조 재료로 이용되는 경량재료를 제조할 수 있다. 즉, 폐자원을 활용하여 재활용함으로서 뛰어난 산업상 이용가능성 및 경제성을 가지며 동시에 환경보전에 크게 기여 할 수 있고, 황토를 포함하여 원적외선이 방출에 따른 각종 재료로 활용할 경우 건강상의 이익을 확보할 수 있다.

도1 은 본 발명의 제조방법에 관한 절차 흐름도

Claims

퍼라이트 미분 100 중량부, 황토 10∼100 중량부 및, MgO, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, MnO, ZnO, 물유리, 글라스 플릿(Glass frit), 벤토나이트, 붕산, 붕사, CaCO₃, 질산나트륨, 장석 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것으로 된 소결제 1∼10중량부를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계;

상기 조성물에 물 100∼400 중량부를 가하여 소정의 형상으로 성형하여 제1 성형체를 형성하는 단계;

상기 제1 성형체를 소결하여 소결체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 소결체를 시멘트가루 30∼90 중량부 및 퍼라이트 미분 0∼10 중량부로 코팅하고 10% 탄산나트륨 수용액으로 된 경화액을 가한 후 시멘트가루 30∼90 중량부 및 퍼라이트 미분 0∼10중량부로 다시 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법.
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제1항에 있어서, 상기 소결체를 형성하는 단계는 약 600∼1100℃ 온도의 로(furnace) 내에서 15∼90분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법.
퍼라이트 미분 100 중량부, 황토 10∼100 중량부, 물 100∼400중량부 및 폴리머 바인더 30∼90중량부를 포함하는 조성물을 혼합하여 균일하게 제조하는 단계;

상기 조성물을 소정의 형상으로 성형하여 제2 성형체를 형성하는 단계;

상기 제2 성형체를 건조하여 고형체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 고형체를 시멘트가루 30∼90 중량부 및 퍼라이트 미분 0∼10 중량부로 코팅하고 경화액을 가한 후 시멘트가루 30∼90 중량부 및 퍼라이트 미분 0∼10중량부로 다시 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 경화액은 10% 탄산나트륨 수용액인 것을 특징으로 하는 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 폴리머 바인더는 폴리비닐아세테이트, 스티렌-부타딘엔 고무, 폴리졸, 벤토나이트, 물유리 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 고형체를 형성하는 단계는, 상기 제2 성형체를 건조기내에 투입한 후, 약 60%의 상대습도를 유지하면서 약 30∼40℃의 온도에서 약 24시간이상 건조하는 것을 특징으로 하는 퍼라이트 미분과 황토를 주원료로 하는 경량재료의 제조방법.