KR100741514B1

KR100741514B1 - 나노복합 기능성 무기질 조성물과 이로 이루어진 건축자재

Info

Publication number: KR100741514B1
Application number: KR1020060025605A
Authority: KR
Inventors: 백종명
Original assignee: 백종명; 주식회사 매직스톤닷컴
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2007-07-20

Abstract

본 발명은 나노복합 기능성 무기질 조성물과 이로 이루어진 건축자재에 관한 것으로, 그 목적은 난연성을 부여함과 동시에 암면 및 석고의 대체용으로 사용가능하고, 우수한 방습 및 보온기능(단열성능)에 의해 에너지를 절약하며, 항균, 탈취 및 항곰팡성을 구비하는 것은 물론, 원적외선을 방출하여 실내 거주자의 건강을 유익하게 함과 동시에, 경량화를 구비하여 운반 및 시공을 용이하게 할 수 있는 나노복합 기능성 무기질 조성물과 이로 이루어진 건축자재를 제공하는 것이다.

본 발명은 바이오 기능성 경량재 100 중량부에 대하여, 각섬석군에 속하는 광물로 이루어진 기능성 바이오 광물 150∼200 중량부, 무기질 바인더 50∼150 중량부 및, 물 50∼250 중량부를 포함하도록 되어 있다.

무기질조성물, 황토, 모르타르, 함수운모, 경량재

Description

나노복합 기능성 무기질 조성물과 이로 이루어진 건축자재{Nano-composite inorganic compositions and construction material using its composition thereof}

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 일예시도

도 2 는 본 발명을 이용한 성형물 예시사진

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 벽돌 (20) : 블록

(30) : 보드 (40) : 기와

(50) : 성형물

본 발명은 나노복합 기능성 무기질 조성물과 이로 이루어진 건축자재에 관한 것으로, 건축구조물의 표면에 도포되거나, 벽돌, 블록 등의 형태로 성형되어 건축구조물의 방습성, 단열성 및, 내구성을 향상시키고, 원적외선 방출 및 시멘트 독성 을 흡수/차단하는 나노복합 기능성 무기질 조성물과 이로 이루어진 건축자재에 관한 것이다.

일반적으로 건축구조물을 신축 또는 보수하는데 가장 많이 사용되는 건축재의 하나가 모르타르이다. 이와 같은 모르타르는 통상적으로 소량의 자갈과 모래 및 시멘트를 혼합하고 여기에 물을 섞어 사용하였다.

그러나, 상기와 같은 건축재는 시멘트의 첨가로 인하여 시멘트의 독성과 함게 발생되는 발화물질을 제거할 수 없으며, 이로 인해 주거환경에 심각한 영향을 끼치게 되는 문제점이 있었다.

또한, 현대는 제한된 공간내에 인구의 집중으로 인하여 고층화되어 가고 있으며, 이러한 고층화에 따른 요건을 충족하기 위하여 대부분의 건축구조물들은 콘크리트 구조물로 이루어져 있다.

그러나, 상기와 같은 콘크리트 건축구조물의 내/외벽이나 바닥은 통상적으로 천장이나 외벽보다 빨리 경화되기 때문에 건조가 균일하게 진행되지 못하여 표면 균일이 일어나기 쉽고, 콘크리트 구조물 자체가 보온성, 내구성, 방습성이 떨어지고 특히 균열이 발생하면 이러한 특성이 더욱 떨어져서 겨울에는 결로현상이 발생하고, 여름에는 습기에 의해 곰팡이가 생기기 때문에 벽지를 손상시키게 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 방지하기 위하여, 콘크리트 구조물의 내/외벽에 스치로폼을 부착하고, 이에 콘크리트 모르타르 또는 벽돌을 축조하는 방식이 많이 사용되고 있으나, 이와 같이 스치로폼 및 벽돌의 시공은 그 효과가 미진하고, 건물 실내의 공 간면적이 감소하게 되며, 시멘트 벽돌은 비교적 고중량이므로, 운반 및 시공이 용이하지 못하게 되는 문제점이 있었다.

특히, 건축 구조물의 내벽에 스치로폼을 설치할 경우, 벽에 못을 치기 어렵고, 날카로운 물건에 의해 벽지 및 스치로폼이 파손될 우려가 매우 커 시공에 상당한 곤란성이 있는 등 여러가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 난연성을 부여함과 동시에 암면 및 석고의 대체용으로 사용가능하고, 우수한 방습 및 보온기능(단열성능)에 의해 에너지를 절약하며, 항균, 탈취 및 항곰팡성을 구비하는 것은 물론, 원적외선을 방출하여 실내 거주자의 건강을 유익하게 함과 동시에, 경량화를 구비하여 운반 및 시공을 용이하게 할 수 있는 나노복합 기능성 무기질 조성물과 이로 이루어진 건축자재를 제공하는 것이다.

본 발명은 바이오 기능성 경량재 100 중량부에 대하여, 각섬석군에 속하는 광물을 포함하는 기능성 바이오 광물(이하 '기능성 바이오 매직 스톤(Bio-Magic Stone)'이라 칭함) 150∼200 중량부, 무기질 바인더 50∼150 중량부 및 물 50∼250 중량부를 포함하도록 되어 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 이루어진 조성물에 황토 50∼120중량부를 더 첨가할 수 있다.

상기 바이오 기능성 경량재는 금운모나 흑운모의 병질산물인 함수운모로서, 가열하면 팽창하는 성질을 구비하고 있으며, 흡수수와 층간수 및 결정수의 3가지 수분을 함유하고 있는 3층 구조형 층상 구조를 구비한다.

이와 같은 바이오 기능성 경량재는 아래의 [표1]과 같은 화학성분을 구비하며, 그 물리적 성질은 [표2]와 같다.

[표1]

[표2]

상기와 같은 물리적 성질을 구비하는 본 발명의 바이오 기능성 경량재는 팽창성을 구비하고 있으며, 무수한 다공성에 따른 경량화를 구비함과 동시에, 그 외의 물리적 성질은 다른 종류의 운모와 유사성을 구비하고 있으며, 이와 같은 바이오 기능성 경량재의 특성은 아래의 [표3]과 같다.

[표3]

상기와 같은 화학성분 및 특성을 구비하는 본 발명의 바이오 기능성 경량재는 상온에서 충분히 수화된 상태를 구비하며, 층간에 두층의 물층과 미량의 교환성 이온이 있어 층간 거리 14.2Å 을 구비한다.

이것을 가열하면 결정속에서 발생하는 수증기의 압력 때문에 탈수하여 박리 팽창하게 되는데 약 110℃에서 층간수의 반을 잃고 물층은 한층이 되게 되며, 이때의 층간거리는 11.8Å 을 구비하게 된다.

또한, 이것을 다시 500℃까지 가열하면 층간 수는 모두 탈수하게 되나, 500℃이하로 가열한 것을 실온에서 방치하게 되면, 공기중의 수분을 다시 수화하여 원상태로 되돌아가는 특성을 구비하고 있다.

그러나, 본 발명의 바이오 기능성 경량재는 700℃ 이상으로 가열해서 탈수시키면 원상태로 되돌아가지 않게 되며, 이때의 층간 거리는 9.26Å 을 구비하게 된 다.

이와 같이 상기 바이오 기능성 경량재는 내부에 무수히 많은 소공간들을 구비하고 있음을 알 수 있다.

또한, 상기 바이오 기능성 경량재는 사용되는 용도에 따라 ¼in 이상 ∼300 메쉬(mesh)의 범위내에서 입도를 조절하여 사용하며, 건축 구조물로는 ¼in∼120 메쉬(mesh)를 사용하며, 더욱 바람직하게는 40∼120 메쉬(mesh)를 사용한다.

또한, 상기 바이오 기능성 경량재는 분쇄하여 그냥 사용하거나, 500℃∼1200℃로 가열하여 탈수시킨 바이오 기능성 경량재를 사용할 수 있다.

상기 기능성 바이오 매직 스톤(Bio-Magic Stone)은 칼슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 철, 알루미늄, 수산기, 플루오르 등을 함유한 각섬석군에 속하는 광물로써, 입자의 크기가 150㎚∼25㎜를 구비한다.

상기 기능성 바이오 매직 스톤(Bio-Magic Stone)은 자체에서 원적외선과 음이온, 미네랄산등이 다량 방출하여 식생 및 인체에 유익한 기능성 친환경소재로써, 입자의 크기에 따라 내구성에 미치는 요인이 될 수 있으며, 상기 분말도가 150㎚미만일 경우 사용성 및 안정성에 우려가 있다.

상기 무기질 바인더는 무색,무취,무해,무독,난연성 ,부착력, 내오염성이 우수하고, 중성화와 염해방지 효과가 있으며, 입자의 크기가 0.002∼150㎚ 이상을 구비하는 것이 바람직하다.

상기 무기질 바인더로는 친환경적이고 무독성을 구비하며, 부착력, 통기성, 내오염성이 우수하고, 열화방지에 따른 내구성을 확보할 수 있는 폴리디메틸실록산(polydimethysiloxane), 옥틸트리에톡시실란(Octyltriethoxysilane) 등을 사용하거나, 용수부위 결합력 및 부착성이 우수하고, 저알카리성 및 무독성을 구비하는 규산변성 무기질 바인더를 사용한다.

상기 황토는 분말 형태인 것을 사용하며, 황토분말의 입경은 0.002∼0.005㎜인 것이 좋다. 그 이유는 입경이 작을수록 분말도가 높아 입자간 공극이 치밀하여 부착력이 증대되기 때문이다. 한편 상기 황토는 석영, 장석, 점토광물, 산화철광물 등의 여러 가지 광물들로 구성되어 있으며, 그 산출지점에 따라 광물종과 그 함량이 다르다. 주로 적색을 띠는 것은 소량의 산화철광물에 기인되는 경우가 많다. 이 중에서 점토광물이 일반적으로 가장 많은 함량을 나타내며, 점토광물로는 버미큘라이트, 고령석광물, 일라이트, 스멕타이트 등의 많은 종류가 포함된다.

상기 점토광물은 황토 중 30∼70% 정도에 이르는 것으로 알려져 있으며, 본래의 모암에 포함된 장석 및 운모 등의 광물이 화학적 풍화작용을 받으면 일반적으로 고령석광물, 일라이트 등의 점토광물로 변하기 때문에 황토에는 점토광물이 많이 포함된다. 이러한 점토광물은 비교적 많은 함량을 차지할 뿐만 아니라 다른 광물에 비해 주변 환경에 대한 반응성이 매우 높은 물질이기 때문에 황토에서 나타나는 대부분의 물리화학적 특성은 주로 이 점토광물에 의해 기인되는 것으로 추정된다. 즉 점토광물의 특성인 미립성, 가소성, 이온교환성, 흡착성, 촉매성, 현탁성 등에 의해 그 성질이 여러가지 다르게 나타난다. 그 구성화학성분에 있어서는 유래된 암석의 종류와 생성과정에 따라 다소 다양하게 나타날 수 있다. 일반적으로 주로 Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, Mn의 산화물성분이 대부분을 차지하고, 그 외에 소량의 미량성분들이 포함된다.

또한, 상기 황토는 입자 사이의 빈공간이 불순물, 오염물질을 흡착 분해하며, 산소가 풍부하고, 원적외선을 방출한다. 황토에서 나오는 원적외선은 파장은 8∼14㎛으로 인체의 에너지 영역과 거의 일치한다. 따라서 황토의 원적외선은 세포의 분자를 활성화해 신진 대사를 촉진한다.

또한, 황토에서는 원적외선을 복사하여 인체에 흡수, 신진대사 및 혈액순환을 활성화시켜 인체의 노화방지, 만성피로 등 각종 성인병을 예방한다. 흙에서 원적외선을 방사 받게 되면 인체 내의 각종 발병의 원인이 되는 세균이 그 열작용으로 인하여 약화되며, 인체내 모세혈관을 확장시켜 혈액 순환을 촉진시킴은 물론 세포 조직의 생성 촉진 등을 도와준다.

또한, 상기 황토분말은 실내 내벽에 적용될 경우, 쾌적한 실내분위기를 조성하고, 습기의 침투를 방지함과 동시에, 결로현상 및 곰팡이의 번식을 방지하고, 시멘트 냄새를 차단할 뿐 아니라, 열보존 및 열복사 효과가 높아 열효율을 극대화시켜 에너지 절감효과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 기능성 무기질 조성물은 첨가되는 물의 함량을 조절하여, 건축자재간의 접착수단 또는 모르타르로 사용하거나, 건축구조물의 내벽 및 외벽의 표면처리재로 사용할 수 있으며, 벽돌, 블록, 보드, 기와, 식생기반재, 지반보강재, 흡음재, 층간 소음방지재 등과 같이 건축자재로 성형하여 건조시킨 후 사용할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

⅛in∼20 메쉬(mesh)를 구비하는 바이오 기능성 경량재 100 중량부, 입경 0.002∼0.005㎜를 구비하는 황토분말 85 중량부, 각섬석군에 속하는 광물을 포함하는 기능성 바이오 매직 스톤(Bio-Magic Stone) 180 중량부, 무기질 바인더로 입도 0.002∼150㎚ 을 구비하는 폴리디메틸실록산(polydimethysiloxane) 50 중량부를 혼합하고, 이에 물 100 중량부를 혼합하여 시험체(10㎝×10㎝×10㎝)를 제조하였으며, 이에 대한 특성을 측정하였다. 그 결과는 [표4]와 같다.

[표4]

실시예 2

바이오 기능성 경량재의 입도를 20∼300메쉬(mesh)로 조정하고 그 외는 실시예 1 과 동일하게 하여, 시험체(30㎝×30㎝×2㎝)를 제조하였으며, 이에 대한 특성을 기존의 암면패널 및 석고패널과 대비하였다. 그 결과는 [표5]와 같다.

[표5]

실시예 3

바이오 기능성 경량재 15 중량부, 각섬석군에 속하는 광물을 포함하는 기능성 바이오 매직 스톤(Bio-Magic Stone) 28 중량부, 규산변성 무기질 바인더 20 중량부를 혼합하고, 이에 물을 30 중량부를 혼합하여 시험체(10㎝×10㎝×10㎝)를 제조하였으며, 이에 대한 압축강도를 측정하였다.

그 결과 재령 7일에는 81 ㎏f/㎠, 재령 28일 기준 141.2 ㎏f/㎠로 측정되었 으며, 이를 통해 우수한 압축강도를 구비함을 알 수 있다.

도 2 는 본 발명을 이용한 성형물 예시사진을 도시한 것으로, 본 발명에 의한 조성물 및 이를 성형한 성형물(50)은 도 2 에서와 같이 내부에 수많은 기공을 구비하는 경량체임을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 바이오 기능성 경량재 및 친환경 기능성 바이오 광물의 입자의 크기와, 무기질 바인더의 혼입량 조절에 의해 난연성, 내구성, 항균성, 내구성, 탈취성 등의 우수한 물성을 확보할 수 있으며, 원적외선 방출과 시멘트의 독성차단 및 전자파를 흡수하는 기능을 구비하므로, 쾌적한 주거환경 및 안전한 삶의 보호를 가능하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다수의 소공간을 함유하도록 되어 있어 인체 및 주변환경의 유해성으로부터 유해한 휘발성 유기화합물 등의 흡수가 용이하고, 우수한 방습, 보온성을 구비하며, 소음을 차단하는 효과를 구비하고 있다.

또한, 본 발명은 중량이 가벼워 운반 및 시공이 용이하며 이로 인해 작업능률을 향상시키는 등 많은 효과가 있다.

Claims

금운모나 흑운모의 병질산물인 함수운모로 이루어지고 흡수수와 층간수 및 결정수의 3가지 수분을 함유하고 있는 3층 구조형 층상 구조를 구비한 바이오 기능성 경량재 100 중량부에 대하여,

150㎚∼25㎜의 입자크기를 구비하고 각섬석군에 속하는 광물로 이루어진 기능성 바이오 광물 150∼200 중량부,

무기질바인더로 폴리디메틸실록산(polydimethysiloxane) 또는, 옥틸트리에톡시실란(Octyltriethoxysilane) 50∼150 중량부 및,

물 50∼250 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노복합 기능성 무기질 조성물.
제 1 항에 있어서;

상기 바이오 기능성 경량재는 SiO₂ 36∼46wt%,Al₂O₃ 6∼16wt%, MgO 16∼35wt%, Fe₂O₃ 6∼13wt%, CaO 1∼5wt%, K₂O 1∼6wt%, TiO₂ 1∼3wt%, H₂O 8∼16wt% 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 나노복합 기능성 무기질 조성물.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서;

상기 바이오 기능성 경량재는 ¼in∼300 메쉬(mesh)를 구비하는 것을 특징으로 하는 나노복합 기능성 무기질 조성물.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서;

상기 기능성 바이오 광물은 칼슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 철, 알루미늄, 수산기, 플루오르로 이루어진 각섬석군에 속하는 광물인 것을 특징으로 하는 나노복합 기능성 무기질 조성물.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서;

황토분말 50∼120 중량부가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 나노복합 기능성 무기질 조성물.
제 9 항에 있어서;

상기 황토분말은 분말입경이 0.002∼0.005㎜ 인 것을 특징으로 하는 나노복합 기능성 무기질 조성물.
제 1, 2, 6, 9, 10 항 중 어느 한 항으로 이루어진 기능성 무기질 조성물은 벽돌, 블록, 보드, 기와, 식생기반재, 지반보강재, 흡음재, 층간 소음방지재로 이루어진 군에서 선택된 하나로 성형되어지는 것을 특징으로 하는 나노복합 기능성 무기질 조성물로 이루어진 건축자재.