KR100730316B1 - 석회성분이 함유된 동물 껍질을 이용한 재활용 분필의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석회성분이 함유된 동물의 껍질을 수거하고 깨끗한 물로 충분히 세척하여 부착된 오염물을 제거하는 단계와; 상기 세척된 껍질들을 800 ~ 1200℃에서 5 ~ 10분간 가열하고 상온까지 자연냉각시키는 단계와; 상기 가열 및 냉각된 껍질들을 분쇄기로 보내어 미립상이 될 때까지 약 5분간 분쇄시키는 단계와; 상기 분쇄된 미립분말에 탄산칼슘을 첨가하고 적정량의 물을 투입하여 반죽하는 단계와; 상기 반죽물을 분필형의 성형틀에 넣고 130℃에서 24시간동안 굽는 단계;로 구성된 석회성분이 함유된 동물 껍질을 이용한 재활용 분필의 제조방법에 관한 것으로,

이와 같이 제조된 분필은 최근 폐자원으로 매년 발생량이 늘어나고 있는 어패류나 갑각류, 조류 알과 같이 석회성분이 함유된 동물의 껍질을 재료로 하여 친환경소재의 분필로 재활용함으로써 폐자원의 처리문제 해결 및 환경보호의 역할을 수행할 수 있다.

석회성분, 분필, 세척, 가열, 분쇄, 탄산칼슘

Description

석회성분이 함유된 동물 껍질을 이용한 재활용 분필의 제조방법{A manufacturing method for recycle chalk of using a shell lime}

본 발명은 재활용 분필의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 최근 폐자원으로 매년 발생량이 늘어나고 있는 어패류나 갑각류, 조류 알과 같이 석회성분이 함유된 껍질을 재료로 하여 친환경소재의 분필로 재활용할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.

현대 사회에서 산업의 발달과 함께 수반되는 환경오염은 심각한 사회적인 문제로 부각되고 있으며, 이를 위한 해결방안으로 각종 폐기물을 다시 회수하여 재사용 가능한 자원으로 리사이클링을 실시하고 있으나 그 양적인 면에 있어서는 아직도 미미한 실정이다.

특히, 최근 양식시설의 현대화로 굴을 비롯한 바지락, 꼬막, 조개 등과 같은 어패류의 생산량이 급증하여 통계에 따르면 굴의 경우 2004년 한해만 해도 28만톤이나 생산되고 있으나, 이에 따라 버려지는 어패류의 껍질, 즉 패각들은 적절한 재 활용 방안이 없어 그대로 방치하고 있다.

물론, 현재 패각들의 활용방안으로 농·어촌의 비포장도로에 아스팔트 대용이나 산성토양에 석회질 비료의 대체 재료로 사용하기는 하나, 그 처리량이 발생량에 비하여 현저히 적어 버려지는 패각에 대한 새로운 재활용 방안이 시급한 형편이다.

또한, 이러한 문제점은 어패류의 패각에만 한정되는 것이 아니라 게나 가재 등과 같은 갑각류의 껍질; 계란, 메추리 등과 같은 조류의 알 껍질;에 대해서도 동일한 문제점이 발생되고 있어, 이를 모두 해결할 수 있는 새로운 재활용 방안이 필요로 하고 있다.

한편, 분필은 칠판과 함께 글자나 그림을 표시하고 다시 지울 수 있도록 한 필기구의 한 종류로서, 주로 학교나 학원, 관공서 및 사무실 등에서 사용되고 있다.

이러한 분필은 재질에 따라 소석고제와 탄산칼륨제로 나뉘게 되는데, 소석고제 분필은 결정수를 함유한 황산칼슘을 곱게 분쇄하고 150℃에서 구워 수분을 제거한 소석고에 청수(淸水)를 가하여 만들어진 이상액(泥狀液)을 성형기에서 경화시켜 만들어지며, 탄산칼슘제 분필은 소석고 대신에 탄산칼슘을 주원료로 사용해서 만들어진다.

상기와 같이 현재 통용되고 있는 분필의 경우 그 원료로서 소석회와 탄산칼슘이 주를 이루고 있는바, 칠판에 쓰고 지우는 과정에서 발생되는 분필 분말들이 진폐증이나 알카리성 흡입에 의한 인체에 유해한 영향을 준다는 것은 이미 알려진 문제이다.

따라서, 분필의 원료로서 인체에 유해한 소석고나 탄산칼슘을 대체할 수 있는 친환경소재의 새로운 원료를 찾는 방안이 모색되고 있으나, 아직까지는 이를 만족할 수 있는 방법을 찾지 못하고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 최근 폐자원으로 환경오염의 원인이 되고 있는 어패류 및 갑각류, 조류 알과 같은 석회성분이 함유된 동물 껍질들을 재료로 하여 친환경소재의 분필로 재활용할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 석회성분이 함유된 동물 껍질을 원료로 하여 인체에 무해함과 동시에 강도가 좋고 사용성능이 우수한 분필을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

석회성분이 함유된 동물의 껍질을 수거하고 깨끗한 물로 충분히 세척하여 부착된 오염물을 제거하는 단계와;

상기 세척된 껍질들을 800 ~ 1200℃에서 5 ~ 10분간 가열하고 상온까지 자연냉각시키는 단계와;

상기 가열 및 냉각된 껍질들을 분쇄기로 보내어 미립상이 될 때까지 약 5분간 분쇄시키는 단계와;

상기 분쇄된 미립분말에 탄산칼슘을 첨가하고 적정량의 물을 투입하여 반죽하는 단계와;

상기 반죽물을 분필형의 성형틀에 넣고 130℃에서 24시간 동안 굽는 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 석회성분이 함유된 동물 껍질을 이용한 재활용 분필의 제조방법을 제공함으로써 달성된다.

이하에서는 본 발명에 대하여 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 재료로서 원료로서 석회성분이 함유된 동물의 껍질들을 수집하게 되는데, 그 대상으로는 굴을 비롯한 바지락, 꼬막, 조개 등과 같은 어패류의 껍질(패각) 및 게나 가재 등과 같은 갑각류의 껍질, 계란, 메추리 등과 같은 조류의 알 껍질 등이 사용된다. 이와 같이 수거된 껍질들은 깨끗한 물로 충분히 세척하여 껍질에 부착된 오염물을 제거하게 된다.

다음 단계로, 상기와 같이 세척된 동물의 껍질들을 노에 삽입하여 비교적 고온인 800 ~ 1200℃에서 5 ~ 10분간 가열하게 되는데, 이와 같이 고온에서 가열하는 것은 껍질들, 특히 어패류나 갑각류의 껍질들은 그 두께가 두껍고 물리적 결합력이 강하기 때문에 바로 분쇄를 하거나 저온에서 가열한 후 분쇄하더라도 고운 미립자 상태의 분말로 만들기가 어렵기 때문이다.

따라서, 상기와 같이 고온의 열을 가하여 껍질 내에 존재하는 유기질 성분을 연소 및 제거시킴으로써 다공질 형상으로 변환시키고 껍질의 입자와 입자 간의 결합력을 약화시켜 분쇄시 고운 미립자 상태의 분말을 얻을 수 있다.

다만, 껍질에 대한 가열온도를 800℃로 한정하는 것은 800℃ 이하로 가열한 경우 분쇄가 잘 이루어지지 않아 충분한 양의 미립분말을 얻지 못하고 입자상태로 불균일하기 때문이며, 1200℃ 이상으로 가열한 경우에는 고운 미립분말은 얻을 수 있으나 입자들이 탄화현상으로 인한 변색이 발생하여 분필로 제조시 제품의 질이 떨어지기 때문이다.

그 다음 단계로, 상기와 같이 가열된 껍질을 상온까지 자연냉각시키고 분쇄기에서 약 5분간 분쇄시킨 다음 100메쉬(mesh) 체를 이용하여 걸러진 미립분말만을 수거한다. 이와 같이 수거된 미립분말은 석회석과 거의 비슷한 명도를 갖고 있다.

그 다음 단계로, 상기와 같이 분쇄된 미립분말에 점결제로서 탄산칼슘을 첨가하게 되는데, 이는 일반적으로 통용되는 점결제를 사용할 경우 제조된 분필이 잘 써내려가지 않는 사용상의 문제점으로 인하여 분필의 원료 중 하나인 탄산칼슘을 점결제로 사용하는 것이다.

상기 탄산칼슘은 미립분말 100중량부에 대하여 10 내지 15중량부가 첨가되는 것이 바람직한데, 이는 탄산칼슘을 10중량부 미만으로 첨가되면 분필로 제조시 소정의 강도를 얻지 못하고 사용 중에 쉽게 부러지는 문제점이 발생하며, 탄산칼슘이 15중량부를 초과하여 그 첨가량이 많아질수록 제조되는 분필이 강알카리성이 되기 때문에 인체에 유해한 결과를 줄 수 있기 때문이다.

이와 같이 미립분말에 탄산칼슘을 첨가하고 균일하게 혼합한 다음 적정량의 물을 투입하여 반죽가능한 상태로 만든다. 상기 물의 투입량은 주위 온도와 습도에 달라질 수 있으나, 미립분말과 탄산칼슘의 혼합물에 대하여 약 10중량%를 첨가하였을 때 가장 좋은 작업성을 나타낸다.

그 다음 단계로, 상기와 같이 미립분말과 탄산칼슘의 반죽물을 분필형의 성형틀에 넣고 130℃에서 24시간 동안 구운 다음, 성형틀로부터 내용물을 탈착시키면 분필이 완성된다.

이와 같은 제조단계를 갖는 본 발명은 최근 폐자원으로 매년 발생량이 늘어나고 있는 어패류나 갑각류, 조류 알의 껍질을 친환경소재의 분필로 재활용함으로써 폐자원의 처리문제 해결 및 환경보호의 역할을 수행할 수 있다.

또한, 상기와 같은 제조단계를 거쳐 제조된 분필은 이미 인체에 무해한 것으로 알려진 어패류 및 갑각류, 조류 알의 껍질을 원료로 하여 제조되었기에 칠판에 쓰고 지우는 과정에서 발생되는 분필 분말을 사용자가 흡입하더라도 인체에 해가 없으며, 부가적으로 현재 통용되고 있는 분필보다 좋은 강도를 갖고 사용성능이 우수함을 실험적으로 알 수 있었다.

이하 본 발명을 하기한 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기는 하나 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실시예 만으로 한정되는 것은 아니다.

<제조예 1 내지 5>

남해를 대표하는 여수와 동해를 대표하는 속초, 서해를 대표하는 서산에서 각각 수집한 굴 껍질 1㎏을 깨끗한 물로 충분히 세척하고 건조시킨 다음, 상기 세척된 굴 껍질들을 각각 500, 800, 1000, 1200, 1500℃에서 10분간 가열하고 상온까지 자연냉각시킨 후 분쇄기에서 5분간 분쇄하고, 상기 분쇄물을 100매쉬(mesh)로 걸러 통과되는 미립분말의 수득량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기와 같이 얻어진 미립분말의 색깔변화를 관찰하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.

	온도(℃)	여수		속초		서산
		수득량(g)	색깔변화	수득량(g)	색깔변화	수득량(g)	색깔변화
제조예1	500	240	변화없음	198	변화없음	225	변화없음
제조예2	800	774	변화없음	693	변화없음	827	변화없음
제조예3	1000	825	변화없음	750	변화없음	882	변화없음
제조예4	1200	874	변화없음	852	변화없음	884	변화없음
제조예5	1500	908	검회색 변화	889	검회색 변화	910	검회색 변화

상기 표 1에 나타난 결과와 같이, 수집된 지역과 상관없이 굴 껍질을 800℃이상에서 가열한 다음 분쇄하였을 때 100메쉬 체를 통과한 미립분말의 수득량이 점점 증가됨을 확인할 수 있었다. 다만 1500℃에서 가열한 굴 껍질의 경우 미립분말의 수득량은 조금 증가하였으나 색깔이 검회색을 띄고 있어 탄화현상이 발생되었음을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명의 가열온도는 800 내지 1200℃에서 이루어지는 것이 고운 미립자상태의 분말을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 탄화현상없이 양질의 분말을 얻을 수 있음을 도출하였다.

<실시예 1>

제조예 3과 같이 얻어진 굴 껍질의 미립분말을 각 지역별로 70g씩 취하여 10g의 탄산칼슘과 혼합하고, 추가로 20g의 물을 투입하여 반죽상태가 되도록 한 후 상기 반죽물을 분필형의 성형틀에 넣고 130℃에서 24시간 동안 구운 다음 자연냉각하여 길이 10㎝이고 직경 1㎝인 원통형의 분필을 제조하였다.

상기한 분필에 대하여 콘크리트 모르타르용 압축강도 시험기를 통해 압축강도를 3회 측정하여 그 평균값을 하기 표 2에 나타내었다.

또한, 비교군로서 시중에서 판매되고 있는 탄산칼슘제 분필도 함께 그 압축강도를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다. 이 때, 비교군의 탄산칼슘제 분필은 실시예 1과 동일한 길이와 직경을 갖는 것을 사용하였다.

	압축강도 (㎏/㎤)	저항(ohm)
		1분	2분	3분	4분	5분
속초 굴껍질 분필	355	이상없음	이상없음	이상없음	이상없음	부러짐
여수 굴껍질 분필	331	이상없음	이상없음	이상없음	부러짐	-
서산 굴껍질 분필	334	이상없음	이상없음	이상없음	부러짐	-
탄산칼슘제 분필	288	이상없음	부러짐	-	-	-

상기 표 2에 나타난 결과와 같이, 굴 껍질의 미립분말을 재료로 하여 만들어진 분필의 경우 일반 시중에서 통용되고 있는 탄산칼슘제 분필에 비하여 압축강도가 현저하게 높을 뿐만 아니라 분필이 부러지는 시간도 굴 껍질 분필이 훨씬 오래 걸 확인할 수 있었다.

또한, 상기 굴 껍질 미립분말로 제조된 분필의 성능시험을 위하여, 남녀 각각 5명(총 10명)의 선생님을 대상으로 칠판에 각 분필들을 1분간 사용하도록 한 다음, 하기 표 3에 기재된 5가지의 항목에 대하여 좋은 순서대로 각각 1 ~ 5점의 점수를 부여하고 그 평균값을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.

또한, 각 분필마다 그 길이가 5㎝까지 될 때까지 동일한 내용의 글자를 동일한 크기로 반복하여 쓰도록 하고 칠판에 쓴 글자수를 조사하여 하기 표 3에 나타내었다.

항목	설문내용	속초 굴껍질 분필	여수 굴껍질 분필	서산 굴껍질 분필	탄산칼슘제 분필
a	글씨가 선명하다	4.3	4.5	4.3	3.7
b	필기감이 부드럽다	4.6	4.5	4.7	4.2
c	칠판에서 잘 지워진다	4.2	4.1	4.4	3.2
d	잘 부러지지 않는다	4.7	4.6	4.9	2.9
e	가루가 발생되지 않는다	4.9	4.3	4.6	3.4
f	칠판에 쓴 글자수	421자	420자	416자	250자

(아주 좋음 : 5점, 좋음 : 4점, 보통 : 3점, 나쁨 : 2점, 아주 나쁨 : 1점)

상기 표 3에 나타난 결과와 같이, 굴 껍질의 미립분말을 재료로 하여 만들어진 분필의 경우 일반 시중에서 통용되고 있는 탄산칼슘제 분필에 비하여 대부분의 성능시험에서 좋은 결과를 얻을 수 있었으며, 글자수에 있어서도 훨씬 많은 글자를 쓸 수 있어 경제성이 뛰어남을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명은 최근 폐자원으로 매년 발생량이 늘어나고 있는 어패류나 갑각류, 조류 알과 같이 석회성분이 함유된 동물의 껍질을 재료로 하여 친환경소재의 분필로 재활용함으로써 폐자원의 처리문제 해결 및 환경보호의 역할을 수행할 수 있는 효과를 가져온다.

또한, 본 발명은 인체에 무해한 것으로 알려진 어패류 및 갑각류, 조류 알의 껍질을 원료로 사용하여 칠판에 쓰고 지우는 과정에서 발생되는 분필 분말에 의한 각종 질병을 예방할 수 있으며, 부가적으로 현재 통용되고 있는 분필보다 좋은 강 도를 갖고 사용성능이 우수한 효과를 가져온다.

Claims (4)

1. 석회성분이 함유된 어패류의 껍질, 갑각류의 껍질, 조류의 알 껍질 중에 선택된 동물의 껍질을 수거하고 깨끗한 물로 충분히 세척하여 부착된 오염물을 제거하는 단계와;

   상기 세척된 껍질들을 800 ~ 1200℃에서 5 ~ 10분간 가열하고 상온까지 자연냉각시키는 단계와;

   상기 가열 및 냉각된 껍질들을 분쇄기로 보내어 미립상이 될 때까지 약 5분간 분쇄시키는 단계와;

   상기 분쇄된 미립분말에 점결제로서 탄산칼슘을 미립분말 100중량부에 대하여 10 내지 15중량부를 첨가하고 적정량의 물을 투입하여 반죽하는 단계와;

   상기 반죽물을 분필형의 성형틀에 넣고 130℃에서 24시간동안 굽는 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 석회성분이 함유된 동물 껍질을 이용한 재활용 분필의 제조방법.
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