KR100800031B1 - 카본계 흡착재를 포함하는 친환경 미장용 모르타르 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 친환경 모르타르는 주성분으로서, 시멘트 10 ~ 40 중량% 및 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거하고 이를 분쇄한 다공질성 카본계 흡착재와 모래의 혼합물 60 ~ 90 중량 %를 혼합하여 이루어진다.

상기 구성을 통하여 본 발명은 종래에 석탄을 모르타르에 사용하는 것에 비해 석탄을 산으로 처리하여 함유회분을 용출시킨 후 공동을 생성하여 유해물질에 대한 흡착성능을 비약적으로 향상시켰다. 이를 통해 본 발명은 새집증후군의 예방에 매우 유용할 뿐 아니라 모르타르 성분 중 시멘트의 알칼리 성분의 흡착하는 등의 효과를 가져 건축자재산업에 있어 매우 유용한 발명이다.

모르타르, 친환경, 다공성 카본계 흡착재, 흡착성능, 새집증후군

Description

카본계 흡착재를 포함하는 친환경 미장용 모르타르 및 그 제조방법{ECO-PLASTER MORTAR INCLUDING CARBON TYPE ADSORBENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 카본계 흡착재의 전자현미경 사진이다.

도 2a는 통상의 모래의 입도분포곡선이고, 도 2b는 카본계 흡착재의 입도분포곡선이다.

도 3은 각 재령별 카본계 흡착재 치환율 변화에 따른 압축강도를 나타낸 그래프이다.

도 4는 각 재령별 카본계 흡착재 치환율 변화에 따른 휨강도를 나타낸 그래프이다.

도 5a ~ 5c는 재령경과에 따른 길이변화율을 나타내는 그래프이다.

도 6a ~ 6c는 시간경과에 따른 흡수량을 나타내는 그래프로서 각각 재령 21일, 56일 및 91일을 의미한다.

도 7a ~ 7c는 카본계 흡착재 치환율에 따른 이산화탄소의 농도를 나타내는 그래프로서, 도 7a는 재령 28일, 도 7b는 재령 91일, 도 7c는 재령 180일에 해당한다.

도 8a는 재령 3일에 카본계 흡착재 치환율에 따른 라돈방출량을 나타내는 그 래프이고, 도 8b는 재령 28일에 카본계 흡착재 치환율에 따른 라돈방출량을 나타내는 그래프이며, 도 8c는 모르타르 배합비 변화에 따른 라돈방출량의 상대비를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 카본계 흡착재를 포함하는 친환경 미장용 모르타르에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특수한 공정으로 제조된 카본계 흡착재를 포함하여 신규한 건축자재에서 발생하는 유해물질을 효과적으로 흡착하면서도 사용시 다른 재료와 혼입이 용이한 친환경 미장용 모르타르에 관한 것이다.

일반적으로 건축물을 지을 때는 주로 시멘트를 포함하는 미장용 모르타르가 광범위하게 이용되어 왔다. 하지만 이러한 시멘트를 이용한 미장용 모르타르의 경우 시멘트가 주성분으로 시멘트 자체에서 발생되는 유해물질과 모르타르 표면에 벽지 및 타일등 마감재료에서 방출되는 유해물질이 실내공기를 오염시킬 수 있으며, 최근 소음에 관한 소비자의 요구증가로 이에 별도의 방음 및 단열재를 시공해야 하는 번거로움이 있었다. 이런 경우 별도의 방음 및 단열재에는 화학성분이 들어 있는 것이 대부분 이어서 포름알데히드와 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 아세트알데히드, 일리디클로로벤젠, 스티렌 및 라돈 등이 특유의 자극적인 냄새와 더불어 인체에 해를 끼치는 문제점을 내포하고 있었다.

이에 근래에 들어서는 상기와 같은 유해한 물질로 인한 피해를 새집증후군(SHS : Sick House Syndrome)이라고 규정하고 많은 관심을 기울이고 있는 바, 새로 지은 건물의 화학성분이 들어간 마감재나 건축자재, 또는 새 가구에서 인체에 유해한 화학물질 및 발암물질 등이 배출되는 것을 막기 위해 은 또는 숯 및 황토 등의 인체에 유익한 성분을 포함한 기능성 재료들을 사용하였으나 새집증후군을 방지하기에는 효과적이지 못하고 비용이 많이 드는 문제점을 내포하고 있었다.

이에 본 발명자들은 수년간의 연구 끝에 특수한 공정으로 제조한 석탄을 카본계 흡착재로서 모르타르에 포함하여 유독가스에 대한 흡착성능이 매우 우수하면서도 모래를 대체할 수 있는 카본계 흡착재를 포함하는 친환경 모르타르를 개발하였다.

본 발명의 목적은 특수한 공정으로 제조된 카본계 흡착재를 포함하여 신규한 건축자재에서 발생하는 유해물질을 효과적으로 흡착하면서도 미장용 모르타르의 제조시 다른 재료와 혼입이 용이한 친환경 미장용 모르타르를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 주성분으로서, 시멘트 10 ~ 40 중량%, 및 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거하고 이를 분쇄한 다공질성 카본계 흡착재와 모래의 혼합물 60 ~ 90 중량 %를 혼합하여 이루어지는 친환경 미장용 모르타르를 제공한다.

상기 모래와 다공질성 카본계는 2:8 ~ 8:2로 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 플라이애쉬 시멘트 및 고로슬래그 시멘트중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 다공질성 카본계 흡착재에서 사용되는 산은 강산인 것이 바람직하며 상기 흡착재는 0.3 ~ 5 mm의 크기로 분쇄하여 사용하는 것이 좋다.

상기 석탄은 탄화도가 30 ~ 50 % 이며, 발열량이 3,000㎉/㎏ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기에서 용출되는 함유 회분의 양은 60 ~ 80 %인 것이 좋다.

상기 주성분 100 중량부에 대하여 소석회 0.5 ~ 5 중량부를 더 첨가하는 것도 가능하다.

상기 주성분 100 중량부에 대하여 섬유 0.5 ~ 2 중량부를 더 첨가하는 것도 가능하며, 이 경우 섬유의 길이는 3 ~ 12 ㎜ 길이의 내알칼리 유리 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 비닐론 섬유, 폴리아크릴섬유 및 카본 섬유로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 주성분 100 중량부에 대하여 증점제 0.01 ~ 0.2를 더 첨가하는 것도 가능하며, 바람직하게는 셀룰로오와 폴리알킬렌옥사이드를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것이 좋다.

상기 주성분 100 중량부에 대하여 감수제 0.01 ~ 0.2 중량부를 더 첨가하는 것도 가능하다.

상기 주성분 100 중량부에 대하여 흡수제 0.01 ~ 1 중량부를 더 첨가하는 것도 가능하며 바람직하게는 점토광물 또는 흡수성 폴리머를 흡수제로 사용한다.

상기 주성분 100 중량부에 대하여 칼슘설퍼알루미네이트 0.5 ~ 10 중량부를 더 첨가하는 것도 가능하다.

본 발명은 또 다른 양태로서, 시멘트와 모래를 포함하는 미장용 모르타르에 있어서, 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거하고 이를 분쇄한 다공질의 카본계 흡착재를 포함하는 친환경 미장용 모르타르를 제공하며, 상기 석탄은 탄화도가 30 ~ 50 % 이며, 발열량이 3,000㎉/㎏ 이하인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기에서 용출되는 함유 회분의 양은 60 ~ 80 %인 것이 좋다.

이하에서는 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 주성분으로서, 시멘트 10 ~ 40 중량% 및 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거하고 이를 분쇄한 다공질성 카본계 흡착재와 모래의 혼합물 60 ~ 90 중량 %를 혼합하여 이루어지는 친환경 미장용 모르타르에 관한 것이다.

본 발명의 주성분은 시멘트, 모래 및 다공질성 카본계 흡착재로서, 이 중 모래와 다공질성 카본계 흡착재의 투입량은 주성분에 대하여 60 ~ 90 중량 %를 첨가 하며, 내부적으로 모래의 투입량이 많아지면 다공질성 카본계 흡착재의 투입량이 줄어들고 반대의 경우에는 다공질성 카본계 흡착재의 투입량이 늘어나는 반비례의 관계가 성립한다. 다시 말해 본 발명의 카본계 흡착재는 모래와 비슷한 입도분포를 가지면서, 모래보다 가벼우므로(도 2a, 2b참조) 모래를 치환하여 첨가될 수 있으며, 이를 치환하는 경우에도 모르타르의 압축강도, 휨강도 등의 기계적 물성이 기준치를 만족할 수 있다.

한편 상기 모래와 다공질성 카본계 흡착재는 2:8 ~ 8:2 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. 만일 상기 다공질성 카본계 흡착재가 80 %를 초과하는 경우에는 과소성되어 압축강도가 떨어지는 동시에 성형된 모르타르에 흡수율이 커 건조수축 및 각종 균열이 발생할 부작용이 있고, 20% 미만일 경우에는 소성이 덜이루어져 압축강도가 감소될 우려가 있는 동시에 유해물질 흡착성능이 감소되는 경향이 있다.

상기 시멘트는 일반적으로 모르타르의 제조에 사용할 수 있는 것이면 특별한 제한이 없으나 바람직하게는 통상 시판되고 있는 보통, 조강 (早强), 중용열, 초조강 또는 저열 등의 각종 포틀랜드 시멘트, 이들 포틀랜드 시멘트에 플라이 애시나 고로 (高瀘) 슬래그 등을 혼합한 각종 혼합 시멘트, 및 시판되는 미립자 시멘트 등을 사용한다. 이들 포틀랜드 시멘트 및 혼합 시멘트는 미분말화하여 사용해도 된다. 상기 시멘트 중에서는 강도 발현성의 관점에서 포틀랜드 시멘트가 바람직하다.

한편 상기 시멘트의 첨가량이 10 중량% 미만이면 접착력이 현저히 떨어지며, 40 중량%를 초과하면 너무 쉽게 굳어질 뿐 아니라 강도가 저하된다.

본 발명의 카본계 흡착재는 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거하고 이를 분쇄한 것을 사용한다. 상기 석탄은 탄화도 및 발열량이 높아 산업적으로 가치있는 무연탄(탄화도 90% 이상, 발열량 7,000~ 8,000 ㎉/㎏), 유연탄(역청탄, 탄화도 70 ~ 90%, 발열량 6,000 ~ 8,200 ㎉/㎏), 갈탄(탄화도 60 ~ 70% , 발열량 5,000~ 6,000 ㎉/㎏)등을 모두 사용할 수 있지만, 보다 바람직하게는 탄화도가 30 ~ 50 % 이며, 발열량이 3,000㎉/㎏ 이하로서 산업적으로 가치가 거의 없는 산업폐기물 수준의 석탄도 본 발명의 카본계 흡착재로서 사용할 수 있어 자원의 재활용 및 생산비용의 절감차원에서 매우 유리하다. 다만 탄화도가 30% 미만일 경우 최종적으로 제조된 모르타르의 흡착성능이 떨어지는 단점이 있다.

한편 종래기술에서는 일반 석탄에 대하여 이를 가공 및 처리과정을 거치지 않고 모르타르의 구성재료로 사용하여 단순히 모르타르 재료의 다양화와 폐석탄의 재활용만을 추구하였다. 그러나 본 발명의 카본계 흡착재는 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분을 용출제거한 후 이를 분쇄하여 사용한다. 상기 석탄을 산으로 처리하면 함유 회분이 다량으로 용출되면서 공동(空洞)이 다수 생성되고 상기 생성된 공동을 통해 건축용 구조물에서 발생하는 포름알데히드 등의 유해물질을 흡착하는데 매우 유리하며 나아가 카본계 흡착재의 내부표면에 존재하는 탄소원자의 관능기가 주위의 액체 또는 기체에 인력을 가하여 피흡착질의 분자를 더 잘 흡착하게 된 다. 이를 통해 새집증후군 등의 문제점을 해결하고 쾌적한 환경을 유지할 수 있으며, 또한 모르타르의 주요 성분인 시멘트에서 분출되는 알칼리 성분 및 라돈 등을 효과적으로 흡착할 수 있다. 이 경우 최초 석탄에 포함된 함유회분을 60 ~ 80% 정도 용출제거시키는 것이 바람직하다. 만일 60 % 미만인 경우에는 공동의 생성이 저하되어 흡착성능이 떨어지고, 80 %를 초과하는 경우에는 강도가 약해질 뿐 아니라 타 재료와의 혼입이 어려워진다.

또한 유해물질에 대한 흡착성능이 우수하여 각종 건축용 자재의 재료로 사용되는 기존의 숯과 활성탄은 비중이 낮아 물에 뜨는 경향이 강하므로 상기 숯 등은 비중이 작아 물과 혼입할 경우 균일하게 혼합하기가 매우 어려웠다. 이에 반하여 본 발명의 카본계 흡착재는 비중이 1.4 ~ 2.0 정도로 일반 모래의 비중과는 작거나 거의 유사하므로 물과의 혼입시 혼합이 용이하여 다른 재료와 균일하게 혼합되는 장점을 가진다.

한편 본 발명에서 사용되는 산은 석탄과 반응하여 함유 회분을 용출시킬 수 있는 것이면 종류에 제한이 없으나, 바람직하게는 강산을 사용하는 것이 상기 함유회분을 용이하게 용출시킬 수 있으며 사용될 수 있는 강산으로는 염산, 황산 및 질산 등이 있다.

상기 카본계 흡착재는 모래와 비슷한 크기로 분쇄되어 사용될 수 있으나, 보다 바람직하게는 0.3 ~ 5 mm 정도의 크기가 적당하다. 상술한 크기로 카본계 흡착재를 분쇄하면 모래와의 혼입시 입도가 균일하여 크기의 대소에 따라 정밀한 모르 타르의 제조가 가능하다.

결국, 종래에 일반 석탄 또는 폐탄을 모르타르에 혼입하여 사용하는 것에 비하여 본 발명은 석탄을 산으로 처리하여 함유회분을 용출시켜 생성한 공동을 통해 유해물질에 대한 흡착성능을 비약적으로 향상시켜 새집증후군의 예방에 매우 유용하다. 또한, 폐석탄도 사용가능하므로 자원의 재활용의 측면에서 유용하며 주성분에 섬유 등을 첨가하는 경우 모르타르의 강도 등을 향상시킬 수 있다. 외부의 유해성분에 대한 흡착성능 외에도 모르타르 조성성분 중 시멘트에서 방출되는 알칼리 성분 및 라돈 등을 효과적으로 흡착할 수 있어 쾌적한 환경을 유지하는데 매우 유용하다.

본 발명에서, 경화성을 향상시키기 위하여 상기 주성분 100 중량부에 대하여 소석회 0.5 ~ 5 중량부를 더 첨가하는 것도 가능하다. 상기 소석회 함유 물질의 예로서는, 소석회나, 칼슘카바이트를 물과 혼합하여 아세틸렌을 발생시킬 때에 부가 생성되는 칼슘 카바이트 침전물 등을 들 수 있다. 소석회 함유 물질의 입자 직경은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 용해성의 점에서 100 ㎛ 이하가 바람직하고, 60 ㎛이하가 보다 바람직하다. 소석회 함유 물질의 사용량은 시멘트 100 질량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부가 바람직하고, 2 내지 4 중량부가 보다 바람직하다. 0.5 중량부 미만으로 첨가하는 경우 충분한 경화성이 얻어지지 않아 만족스러운 강도 발현성이 기대되지 않을 우려가 있고, 5 중량부를 넘으면 타설한지 하루 이후의 강 도 발현성이 저하할 우려가 있다.

본 발명에서, 타설된 모르타르의 압력에 의한 박리 및 균열현상을 제어하기 위해 상기 주성분 100 중량부에 대하여 섬유 0.5 ~ 2 중량부를 더 첨가하는 것도 가능하다. 이 경우 첨가되는 섬유의 길이는 특별히 한정되는 것은 아니지만 3 ~ 12 ㎜ 정도인 것이 바람직하다.

상기 섬유 재료의 예로서는, 세라믹 위스커 섬유나 내알칼리 유리 섬유 등의 무기계 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 비닐론 섬유, 아라미드 섬유 및 폴리아크릴 섬유 등의 유기계 섬유, 스틸 섬유 등의 금속 섬유 및 카본 섬유 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 굽힘 내력이 크다는 점에서 내알칼리 유리 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 비닐론 섬유, 폴리아크릴섬유 및 카본 섬유로 구성되는 군에서 선택되는 1 종 이상의 섬유가 바람직하다.

본 발명에서 첨가되는 섬유의 양은 상기 주성분 100 중량부에 대하여 섬유 0.5 ~ 2 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 만일 0.5 중량부 미만으로 첨가하면 내력을 부여할 수 없어 모르타르의 박리현상을 제어하기 어렵고, 2 중량부를 초과하면 다른 재료와의 혼입시 베이링 볼의 문제로 비빔에 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서 모르타르의 점착성을 향상시키기 위해 상기 주성분 100 중량부에 대하여 증점제 0.01 ~ 0.2를 더 첨가하는 것도 가능하다. 상기 증점제로서는, 친수성의 고분자 화합물을 사용할 수 있고, 이들의 예는 카르복시메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 메틸에틸셀룰로오스 및 에틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 및 폴리부틸렌옥사이드 등의 폴리알킬렌옥사이드, 아밀로오스, 한천, 알긴산, 알긴산나트륨, 풀루란 등의 다당류, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산에스테르, 폴리아크릴산염 및 폴리아세트산비닐 등을 들 수 있다. 또한, 비닐알코올, 에틸렌옥사이드, 아크릴산, 아크릴산에스테르, 아크릴산염 및 아세트산비닐 등으로 이루어지는 공중합체 등을 사용해도 된다. 이들 중에서는, 리바운드의 저감 효과가 크고, 강도 발현성을 저해하지 않는다는 점에서 셀룰로오스와 폴리알킬렌옥사이드의 단독 또는 혼합물을 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 셀룰로오스 중에서는, 리바운드의 저감 효과가 크고, 강도 발현성을 저해하지 않는다는 점에서 메틸셀룰로오스가 바람직하다. 폴리알킬렌옥사이드 중에서는, 리바운드의 저감 효과가 크고, 강도 발현성을 저해하지 않는다는 점에서 폴리에틸렌옥사이드가 바람직하다.

본 발명에 첨가되는 증점제의 양은 상기 주성분 100 중량부에 대하여 증점제 0.01 ~ 0.2를 더 첨가한다. 만일 증점제를 0.01 중량부 미만으로 첨가하면 점착성의 향상이 미미하고, 0.2 중량부를 초과하면 점착성이 너무 강하여 모르타르의 골고루 혼입되기 어려울 뿐만 아니라 유동성이 저하하여 미장마감에 악영향을 미칠수 있다.

본 발명에서 모르타르의 유동성을 개선하기 위해 상기 주성분 100 중량부에 대하여 감수제 0.01 ~ 0.2 중량부를 더 첨가하는 것도 가능하다. 감수제의 예로서 는, 리그닌술폰산염이나 그 유도체 및 고성능 감수제 등을 들 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2 종 이상의 혼합물로 사용할 수 있다. 이들 중에서는, 초기 경화성이나 강도 발현성에 영향을 미치기 어렵다는 점에서 고성능 감수제가 바람직하다.

고성능 감수제의 예로서는, 폴리올 유도체, 방향족 술폰산계 고성능 감수제, 폴리카르복시산계 고성능 감수제, 멜라민계 고성능 감수제 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 초기 경화성이나 강도 발현성에 영향을 미치기 어렵다는 점에서, 방향족 술폰산계 고성능 감수제가 바람직하다. 여기에서, 방향족 술폰산계는 방향족 술포네이트를 포함하고, 폴리카르복시산계는 폴리카르복실레이트를 포함한다.

본 발명에서 첨가되는 감수제의 양은 상기 주성분 100 중량부에 대하여 감수제 0.01 ~ 0.2 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 만일 0.01 중량부 미만으로 첨가하면 감수제의 역할을 충분히 수행할 수 없으며, 0.2 중량부를 초과하면 응결지연 등으로 인하여 강도 발현성을 저해할 우려가 있다.

본 발명에서 상기 주성분 100 중량부에 대하여 흡수제 0.01 ~ 1 중량부를 더 첨가하는 것도 가능하며 바람직하게는 점토광물 또는 흡수성 폴리머를 흡수제로 사용한다. 점토 광물의 예로서는, 적층된 알루미노 규산염을 주성분으로 하는 바이델라이트, 카올리나이트, 할로이사이트, 몬트모릴로나이트, 파이로필라이트, 버미큐라이트, 운모, 클로라이트, 사포나이트, 세피올라이트 및 산성 점토 등을 들 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2 종 이상의 혼합물로 사용해도 된다. 이들 중에서는, 알루미늄 이온이나 칼슘이온 등의 2 가 이상의 금속 이온이 존재하여, 겔화하기 쉬워지고 저비용으로 대량 생산할 수 있다는 점에서, 몬트모릴로나이트를 주성분으로 하는 벤토나이트가 바람직하다.

상기 흡수성 폴리머의 예로서는, 폴리-N-비닐아세트아미드를 주성분으로 하는 3 차원 가교 폴리머, 전분-폴리아크릴로니트릴 공중합체, 비닐에스테르-에틸렌계 불포화 카르복시산 공중합체의 비누화물, 역상 현탁 중합법에 의해 얻어지는 자가 가교 폴리아크릴산염, 폴리비닐알코올계 중합체와 환상산무수물과의 반응물, 폴리아크릴산염 가교물, 비닐알코올-아크릴산염 공중합체 등을 들 수 있다.

본 발명에서 첨가되는 흡수제의 양은 주성분 100 중량부에 대하여 흡수제 0.01 ~ 1 중량부인 것이 바람직하다. 만일 0.01 중량부 미만으로 첨가할 경우에는 모르타르의 응집성이 저하될 우려가 있고, 1 중량부를 초과할 경우에는 모르타르의 유동성에 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서 모르타르의 팽창성을 향상시키기 위해 상기 주성분 100 중량부에 대하여 칼슘설퍼알루미네이트 0.5 ~ 10 중량부를 더 첨가하는 것도 가능하다. 상기 칼슘설퍼알루미네이트로서는, 칼시아 (산화칼슘) 를 함유하는 원료와, 알루미나 등을 함유하는 원료 등을 혼합하여 전기로에서의 용융 등의 열처리를 하여 얻어지는, CaO와 Al₂O₃를 주된 성분으로 하고 수화 활성을 갖는 물질의 총칭이며, CaO와 Al₂O₃의 일부가 알칼리금속 산화물, 알칼리토금속 산화물, 산화규소, 산화티탄, 산 화철, 알칼리금속 할로겐화물, 알칼리토금속 할로겐화물, 알칼리금속 황산염 및 알칼리토금속 황산염 등과 같은 물질로 대체될 수 있거나, 혹은 CaO와 Al₂O₃를 주성분으로 하는 물질에, 이들이 소량 고체 용해될 수 있다. 광물 형태로서는, 결정질, 비정질의 어느 것이어도 된다.

본 발명에서 첨가되는 칼슘설퍼알루미네이트의 양은 주성분 100 중량부에 대하여 칼슘설퍼알루미네이트 0.5 ~ 10 중량부인 것이 바람직하다. 만일 0.5 중량부 미만으로 첨가할 경우에는 팽창성의 발현이 미미하고, 10 중량부를 초과할 경우에는 급속 경화성이 심해질 우려가 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<합성 예 1> 다공질성 카본계 흡착재의 제조

탄화도가 40% 정도이고 발열량이 2,800㎉/㎏ 정도인 분쇄된 석탄 1㎏(삼천리 주식회사에서 구입)을 반응용기에 넣은 후 상기 석탄에 함유된 회분이 70 %정도가 용출되도록 황산을 가하여 4시간 정도 반응시켰다. 반응이 끝난 후 자연상태에서 24시간 건조시킨 후 2㎜ 정도의 크기로 분쇄하여 다공질성 카본계 흡착재를 제조하였다.

<실시예 1 ~ 15>

KS L 5109(수경성 시멘트 페이스트 및 기계적 혼합방법)에 따라, 하기 표 1에 표시된 혼합비와 같이 포틀랜드 시멘트, 상기 합성예 1에서 합성한 카본계 흡착재 및 모래를 혼합용기에 넣고 혼합기로 30초 동안 혼합하여 건비빔 모르타르를 제조하였다. 그 뒤 건비빔 모르타르에 물을 넣고 제 2속으로 30초 동안 혼합하여 혼합모르타르를 제조한다. 그 뒤 모르타르를 90초 동안 방치시켰다. 이 기간의 처음 15초 동안은 용기의 측면과 패들에 부착된 모르타르를 전부 배치안으로 스크레이퍼를 사용하여 긁어 내리고 이 기간의 나머지 시간은 용기에 뚜껑을 덮어두었다. 그 뒤 60초 동안 혼합한 후 혼합을 마치고 배출하여 최종 모르타르 조성물을 제조하였다.

<비교예 1 ~ 3>

상기 합성예 1에서 합성한 카본계 흡착재를 첨가하지 않은 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 최종 모르타르 조성물을 제조하였다.

[표 1]

상기 표 1에서 W는 물, C 는 시멘트, S는 모래를 의미한다. 배합비는 시멘트와 모래의 중량비를 의미하며, W/C는 물시멘트비로서 물과 시멘트의 혼합비(중량비)를 의미한다. 카본계 흡착재의 치환율은 모래를 대신하여 치환된 카본계 흡착재의 용적비를 의미한다.

<실험예>

실시예 1 ~ 15, 비교예 1 ~ 3에 대한 하기 1 ~ 의 물성을 평가하여 그 결과를 표 2 ~ ~에 나타내었다.

1. 탈취율 측정

챔버에 상기 합성예 1의 다공질성 카본계 흡착재 20g을 넣고 포름알데히드(새집증후군을 일으키는 주성분)를 주입한 후 30분 단위로 탈취율을 측정하였다. 그 뒤 시료를 넣지 않은 상태를 대조군으로 하여 동일한 실험을 수행하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 한편 상기 탈취율 측정시험은 KICM-FIR-1085의 방법으로 수행하였다. 한편 하기 표 1에서 대조군은 아무 것도 넣지 않고 측정한 것을 의미한다.

[표 2]

경과시간(분)	0	30	60	90	120
대조군(ppm)	81	78	75	72	70
합성예(ppm)	81	33	28	20	16
탈취율(%)	-	55.1	62.7	72.2	78.6

상기 표 2에서 나타난 바와 같이 본 발명의 특수공정을 거친 다공질성 카본계 흡착재의 2시간 후 탈취율은 78.6%로서 매우 뛰어난 흡착성능이 있음을 확인할 수 있었다. 나아가 장시간 건축 구조물에 사용할 경우 더욱 효과적으로 흡착성능을 발휘할 것으로 예측할 수 있다.

2. 압축강도 측정

KS L 5105에 의거 모르타르 조성물의 압축강도를 측정하였다. 그 결과로서 도 3은 각 재령별 카본계 흡착재 치환율 변화에 따른 압축강도를 나타낸 그래프이다. 재령 3일에서는 카본계 흡착재 치환율이 증가할수록 강도는 저하하는 경향을 나타내었고, 1:2의 부배합에서 가장 높은 강도를 나타내었다. 7일 재령에서는 3일 재령과 마찬가기로 치환율이 증가할수록 강도는 감소하는 경향을 나타냈으며 1:2 배합에서 3일재령보다 3.87～10.36MPa정도로 강도증진 경향이 가장 크게 나타났고 1:3, 1:4배합에서는 1.67～8.17MPa정도로 약간의 강도증진이 나타났다. 14일 및 28일 표준재령에서도 비슷한 경향을 나타내었고 약간씩의 강도가 증진되었다. 이는 카본계 흡착재 치환율이 증가할수록 골재입자를 감싸주는 시멘트 페이스트양의 부족 및 카본계 흡착재 자체의 질량이 작아 나타난 결과로 판단된다.

3. 휨강도 측정

ASTM C 348에 의거 모르타르의 휨강도를 측정하였다. 그 결과로서 도 4는 각 재령별 카본계 흡착재 치환율 변화에 따른 휨강도를 나타낸 그래프이다. 재령별 카본계 흡착재 치환율 변화에 따른 휨강도를 나타낸 그래프로써 모든 배합비에서 초기 3일재령에서 표준 28일 재령으로 경과할수록 휨강도는 증가하는 경향으로 나타났고, 카본계 흡착재 치환율이 증가할수록 휨강도가 강도증진이 감소하는 경향을 나타내었다.

4. 길이변화 측정

KS F 2424에 의거 모르타르의 길이변화를 측정하였다. 그 결과 도 5a ~ 5c는 각각 배합비 1 : 2, 1 : 3, 1 : 4일 때 재령 경과에 따른 길이변화율을 나타낸 그래프이다. 전반적으로 재령이 경과할수록 길이변화율은 크게 증가하는 경향을 나타났으며 1:2 배합에서는 카본계 흡착재 치환율이 증가할수록 Plain(치환율 0%)보다 길이변화율이 증가하는 경향을 나타내었다. 91일 재령에서는 카본계 치환율 20, 40, 50%에서 유사한 길이변화율을 나타내었다. 1:3 배합에서도 1:2 배합과 유사한 경향을 나타내었으며 56일 재령에서 카본계흡착재 치환율 20, 40, 50%에서 유사한 길이변화율을 나타냈었다. 1:4배합에서는 재령이 경과할수록 1:2, 1:3배합의 배합보다 큰 길이변화율을 나타냈으면 카본계 흡착재 치환율 80%에서 길이변화율이 가장 크게 증가하는 경향으로 나타내었다. 이와 같이 카본계 흡착재 치환율이 증가할수록 길이변화율이 증가하는 경향은 카본계 흡착재의 흡수율이 모래에 비해 크기 때문에 건조 수축에 의한 길이변화율이 증가된 결과로 사료된다.

5. 흡수시험

KS S 2451에 의거 모르타르의 흡수력을 측정하였다. 그 결과 도 5는 재령경과에 따른 흡수량을 나타내는 그래프로서 전반적으로 21일 및 56일 및 91 재령결과가 유사하게 나타났다. 또한 모든 배합비 1시간 경과 후에서는 카본계 흡착재 치환율이 증가할수록 흡수량도 증가하는 경향으로 나타났다. 1:2배합의 경우 5시간 경과 후에서는 카본계 흡착재 치환율 50%에서 가장 많은 흡수량을 나타났고, 24시간 경과 후에서는 카본계 흡착재 0(Plain)%에서 가장 많은 흡수량을 나타내었다. 1:3배합의 경우 24시간 경과 후에서만 카본계 흡착재 치환율 0(Plain)%이 가장 많은 흡수량을 나타내었고, 1:4배합의 경우는 5시간 경과 후에서 치환율 20%에서 가장 많은 흡수량을 나타내었고, 24시 경과 후에서는 치환율 0%에서 가장많은 흡수량을 나타내었다. 이와 같은 결과는 카본계 흡착재의 흡수율이 크므로 카본계 흡착재 치환율이 증가할수록 초기의 흡수량이 증가하는 것으로 판단된다.

6. 이산화탄소 흡착시험

이산화탄소의 흡착능을 측정하기 위해 10×10×30㎝의 밀폐용기에 담배 연기를 발생시킨 후 모르타르를 넣고 10분, 1시간, 2시간마다 가스측정기(Gastec coporation Japan, GV-100S)를 이용하여 이산화탄소농도를 측정하였다. 그 결과 7a ~ 7c는 카본계 흡착재 치환율에 따른 이산화탄소의 농도를 나타내는 그래프로서, 전체 배합에서 카본계 흡착재의 치환율 0%(plain)에서는 10분 경과에서는 이산화탄소 농도가 5000ppm으로 변화가 나타나지 않았고 1:2 배합에서 1시간 경과 후 치환율 50~80%에서 이산화탄소 농도가 2500~4500ppm까지 감소하였고 5시간 경과 후에서는 치환율 40~80%에서 2000~4700ppm까지 감소하는 경향을 나타내었다. 1:3 배합에서는 1시간 경과에서 치환율 40~80에서 3500~4500ppm까지 감소되었으며 5시간 경과 후에서는 plain을 제외한 모든 치환율에서 1500~4000ppm까지 감소되었으며 1:4 배합에서는 1시간 경과 후 부터 plain을 제외한 모든 치환율에서 이산화탄소 농도가 감소되었다. 5시간 경과 후 치환율 80%에서는 이산탄소 농도가 500ppm으로 90%이상 감소효과를 나타내었다. 이는 흡착 성능의 좋은 다공질의 카본계 흡착재 혼입양이 증가하였으므로 유해물질의 농도가 감소한 것으로 판단된다.

7. 라돈가스 발생량 측정

3일간 양생된 모르타르 조성물에 (Rn-tech, α-track Radon Detector)를 설치한 후 28일간 라돈을 포집하였다. 그 뒤 모르타르 표면에 라돈 및 자핵종에서 방출되는 알파 입자가 입사될 때 생성된 미세한 흔적을 알카리 등으로 포집하여 비적이 생성되도록 한 후 현미경을 통해 라돈의 농도를 측정하였다. 그 결과 도 8a는 재령 3일에 카본계 흡착재 치환율에 따른 라돈방출량을 나타내는 그래프이고, 도 8b는 재령 28일에 카본계 흡착재 치환율에 따른 라돈방출량을 나타내는 그래프이며, 도 8c는 모르타르 배합비 변화에 따른 라돈방출량의 상대비를 나타내는 그래프이다. 이를 구체적으로 살펴보면, 1:4 배합에 대한 각 배합의 라돈방출량의 상대비로 1:2 배합은 0.45, 1:3 배합은 0.58 정도로 배합비가 커질수록 라돈 방출량도 증가하는 것으로 나타났다.

이는 카본계 흡착재가 모르타르 조직에서 발생하는 라돈 가스를 흡착하고, 카본계 흡착재의 치환율이 증가할수록 모래의 양이 감소하기 때문에 이처럼 판단되고, 또한 배합비가 클수록 라돈 방출량은 증가하는데 우리나라의 골재의 모암은 화강암이 주종을 이루어 현재 사용되고 있는 강모래가 많은 양의 라돈을 방출하는 것으로 기인하여 판단된다.

본 발명의 다공질성 카본계 흡착재를 포함하는 친환경 모르타르는 다음과 같은 효과를 가진다. 먼저, 종래에 일반 석탄 또는 폐탄을 모르타르에 혼입하여 사용하는 것에 비하여 본 발명은 석탄을 산으로 처리하여 함유회분을 용출시켜 생성한 공동을 통해 유해물질에 대한 흡착성능을 비약적으로 향상시켜 새집증후군의 예방에 매우 유용하다. 또한, 폐석탄도 사용가능하므로 자원의 재활용의 측면에서 유용하며 주성분에 섬유 등을 첨가하는 경우 모르타르의 강도 등을 향상시킬 수 있다. 외부의 유해성분에 대한 흡착성능 외에도 모르타르 조성성분 중 시멘트에서 방출되는 알칼리 성분 및 라돈 등을 효과적으로 흡착할 수 있어 쾌적한 환경을 유지하는데 매우 유용하다. 나아가 모래를 대체하여 사용할 수 있으므로 모르타르의 경량화에 크게 기여하는 건축산업상 매우 유용한 발명이다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 기재되었지만, 본 발명의 기술사상 범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (20)

1. 주성분으로서, 시멘트 10 ~ 40 중량% 및 탄화도가 30 ~ 50 % 이며, 발열량이 3,000㎉/㎏ 이하인 석탄을 산으로 처리하여 함유 회분 60 ~ 80%를 용출제거하고 이를 0.3 ~ 5 mm의 크기로 분쇄한 다공질성 카본계 흡착재와 모래의 혼합물 60 ~ 90 중량%를 혼합하여 이루어지되 상기 모래와 다공질성 카본계 흡착재는 2:8 ~ 8:2의 중량비로 혼합되는 것을 특징으로 하는 친환경 미장용 모르타르.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 플라이애쉬 시멘트 및 고로슬래그 시멘트 중 어느 하나인 것을 특징으로 상기 친환경 미장용 모르타르.
4. 제1항에 있어서,

   상기 산은 강산임을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 주성분 100 중량부에 대하여 소석회 0.5 ~ 5 중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르.
7. 제1항에 있어서,

   상기 주성분 100 중량부에 대하여 섬유 0.5 ~ 2 중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르.
8. 제7항에 있어서,

   상기 섬유는 내알칼리 유리 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 비닐론 섬유, 폴리아크릴섬유 및 카본 섬유로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르.
9. 제7항에 있어서,

   상기 섬유의 길이는 3 ~ 12 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르.
10. 제1항에 있어서,

    상기 주성분 100 중량부에 대하여 증점제 0.01 ~ 0.2 중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르.
11. 제10항에 있어서,

    상기 증점제는 셀룰로오스와 폴리알킬렌옥사이드가 단독 또는 혼합된 것을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르.
12. 제1항에 있어서,

    상기 주성분 100 중량부에 대하여 감수제 0.01 ~ 0.2 중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르.
13. 제1항에 있어서,

    상기 주성분 100 중량부에 대하여 흡수제 0.01 ~ 1 중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르.
14. 제13항에 있어서,

    상기 흡수제는 점토광물 또는 흡수성 폴리머인 것을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르.
15. 제1항에 있어서,

    상기 주성분 100 중량부에 대하여 칼슘설퍼알루미네이트 0.5 ~ 10 중량부를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르.
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 시멘트 10 ~ 40 중량% 및 제1항 기재의 다공질성 카본계 흡착재와 모래의 혼합물 60 ~ 90 중량%를 혼합하되 상기 모래와 다공질성 카본계 흡착재는 2:8 ~ 8:2의 중량비로 혼합하여 1차 교반하는 단계;

    상기 교반물에 물을 첨가하는 단계; 및

    상기 물이 첨가된 교반물을 2차 교반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 미장용 모르타르의 제조방법.
20. 제19항에 있어서,

    상기 시멘트 100 중량부에 대하여 물 30 ~ 80 중량부인 것을 특징으로 하는 상기 친환경 미장용 모르타르의 제조방법.

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