KR100840571B1 - 산화아연 광촉매를 이용하는 점토벽돌 제조방법 및 기능성점토벽돌 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산화아연 광촉매를 구비하는 점토벽돌 제조방법 및 이로 인해 형성된 점토벽돌에 관한 것으로, 그 목적은 산화아연 전구체와 벤토나이트를 점토벽돌의 표면에 혼합/도포하여 벤토나이트의 점착력에 의해 산화아연의 위치를 고정함으로써, 균일한 산화아연 코팅박막을 형성할 수 있는 산화아연 광촉매를 구비하는 점토벽돌 제조방법 및 이로 인해 형성된 점토벽돌을 제공하는 것이다.

본 발명은 성형된 성형체의 표면에 벤토나이트와 산화아연 전구체로 이루어진 코팅혼합체를 분사도포하고, 이를 벽돌형상으로 커팅하여 건조한 후 고온으로 소성하여 벽돌의 표면에 산화아연 코팅층이 형성되도록 되어 있다.

벽돌, 건축자재, 블록, 산화아연, 광촉매, 방오성

Description

산화아연 광촉매를 이용하는 점토벽돌 제조방법 및 기능성 점토벽돌{A claybrick manufacturing method using oxidized zinc photocatalyst and its functional claybrick}

본 발명은 산화아연 광촉매를 이용하는 점토벽돌 제조방법 및 기능성 점토벽돌에 관한 것으로, 산화아연전구체와 벤토나이트를 일정비율로 혼합하고, 이를 점토벽돌에 도포하여 소성/건조시켜 방오성을 구비하도록 하는 산화아연 광촉매를 이용하는 점토벽돌 제조방법 및 기능성 점토벽돌에 관한 것이다.

종래의 소성벽돌은 일반적으로 점토 및 모래를 배합하여 분쇄, 성형, 건조한 후 소성시켜 건축자재로 생산하였다. 종래의 벽돌은 그 원료로 점토 60∼90wt%와 모래 10∼40wt% 를 혼합하여 이를 분쇄하고, 진공사출성형기로 성형하여 성형물을 약 100∼200℃에서 60∼80 시간 건조한 후, 1,100∼1,200℃ 온도에서 소성하여 냉각하는 방법으로 표면에 적색 계열의 색상을 가짐 무기입자 또는 유약을 바른 단순한 벽돌을 생산하였으므로, 대부분의 벽돌은 외장재로 용도가 한정되어 왔다.

그러나, 이와 같이 사용한 건축 및 보도용의 벽돌은 건축자재라는 단순한 기 능만으로 사용되어 왔고, 사용된 건축 및 보도용 벽돌이 오랜 시간이 경과함에 따라 공해로 인해 많은 먼지성분 등이 함유된 우수를 비롯하여 각종 오염물질 등에 의해 더러워지거나 오염되는 것은 정기적으로 화학적 처리등을 실시하여 그 청결상태를 유지할 수 밖에 없어서 보수 및 유지관리 비용이 계속해서 발생하고, 벽돌 제품이 설치되어 있는 현장 주위의 냄새제거의 분해 기능 등은 전형 기대할 수 없었다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 광촉매 기능을 가진 이산화티탄을 소성된 벽돌의 표면에 코팅하여 건조시키는 방법이 있으나, 상기 이산화티탄 코팅은 이산화티탄 자체가 지나치게 고가이고, 코팅 후 소성하게 되면 코팅된 이산화티탄의 구조가 변경되어 광촉매 기능을 수행할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 이산화티탄 코팅을 문제점을 해소하기 위하여 본 출원인이 기 출원한 산화아연을 코팅하는 방법(공개특허 10-2004-0061778 호)이 있으나, 스프레이나 로울러에 의해 점토벽돌의 표면에 콜로이드 산화아연을 코팅하여야 하므로, 코팅되는 산화아연의 위치가 고정되지 않아 점토벽돌의 공정간 이동 및 건조/가열공정 중, 콜로이드 상태의 산화아연에 흘러내림 현상이 발생되고, 이로 인해 균일한 코팅을 달성할 수 없게 되는 등 여러가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 산화아연 전구체와 벤토나이트를 점토벽돌의 표면에 혼합/도포하여 벤토나이트의 점착력에 의해 산화아연의 위치를 고정함으로써, 균일한 산화아연 코팅박막을 형성할 수 있는 산화아연 광촉매를 이용하는 점토벽돌 제조방법 및 기능성 점토벽돌을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 점토벽돌의 표면에 산화아연을 코팅처리하여 고온소성시에도 광촉매기능을 발휘하고 방오성 및 우수한 세척성을 구비하는 산화아연 광촉매를 이용하는 점토벽돌 제조방법 및 기능성 점토벽돌을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 산화아연을 코팅하여 이산화티탄에 비해 저비용으로 벽돌의 기계적 강도의 손상없이 물리적 특성을 향상시킬 수 있는 산화아연 광촉매를 이용하는 점토벽돌 제조방법 및 기능성 점토벽돌을 제공하는 것이다.

본 발명은 점토 30~60중량%, 백토 30~65중량%, 산화망간 또는 산화철 2~3중량%를 혼합하여 분쇄 혼합하여 혼합분말을 형성하는 혼합단계와, 상기 혼합분말에 수분함량 16∼18 중량%가 되도록 물을 첨가하여 반죽하는 혼련단계와, 상기 혼련된 반죽을 토련기에 의해 압출성형하여 성형체를 형성하는 예비성형단계로 이루어진 성형단계; 산화아연 전구체와 벤토나이트를 혼합하여 코팅혼합체를 생성하는 코팅 혼합체 생성단계; 상기 코팅혼합체를 성형된 성형체의 표면에 두께 1∼5㎛로 도포하여 코팅하는 코팅단계; 상기 코팅혼합체가 코팅된 성형체를 커팅기에 의해 벽돌형상으로 커팅하는 커팅단계; 상기 커팅된 벽돌을 20~120℃에서 36~48시간 건조시키는 건조단계; 상기 건조된 벽돌을 자동소성로에 넣고 700~900℃에서 5~15시간 예열하고 1100~1250℃로 24~36시간 소성시키는 단계;로 이루어져 있다.

상기에서와 같이 본 발명은 광촉매 활성을 가지는 입자로 산화아연을 이용하고 있어, 1,100℃ 이상의 고온으로 벽돌을 소성해도 광촉매 활성이 대부분 저하되지 않고 충분한 광촉매 활성을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 벤토나이트가 혼합된 코팅혼합체를 도포하도록 되어 있어, 소성시 산화아연의 위치를 고정할 수 있으며, 이로 인해 산화아연의 균일분포를 가능하게 하고, 방오성 및 방취성 등의 물질적 특성 및 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 건축 및 보도용 점토벽돌이 산화아연에 의한 광촉매기능을 구비하도록 되어 있어, 각종 먼지나 대기오염물질이 부착되지 않으며, 이를 통해 깨끗한 외관을 구비하고, 오염물질의 제거에 따른 유지관리비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 소성시 융제역할을 하는 장석을 더 첨가하도록 되어 있어, 소결강도 및 압축강도를 향상시킴과 동시에 내후성을 부여하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 점토벽돌뿐만이 아니라, 보드, 블록 등등의 건축자재에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명은 점토벽돌의 표면에 산화아연이 균일하게 도포되어 있어, 산화아연 광촉매의 항균/살균/탈취 기능을 구비하고, 이를 통해 쾌적하고 위생적인 환경을 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 성형된 점토벽돌의 표면에 벤토나이트와 산화아연 전구체로 이루어진 코팅혼합체를 분사도포하고, 이를 건조한 후 고온으로 소성하여 벽돌의 표면에 산화아연 코팅층이 형성되도록 한다.

즉, 본 발명은 크게 성형단계(S100), 코팅혼합체 생성단계(S200), 코팅단계(S300), 커팅단계(S400), 건조단계(S500) 및, 소성단계(S600)로 이루어져 있다.

상기 성형단계(S100)는 점토벽돌을 성형하는 단계로, 점토, 백토, 산화철 또는 산화망간을 일정크기로 분쇄 혼합하여 혼합분말을 생성하는 혼합단계(S110)와, 상기 혼합분말에 물을 가하여 반죽하는 혼련단계(S120)와, 상기 혼련된 반죽을 토련기에 의해 압축성형하는 예비성형단계(S130)로 이루어져 있다.

상기 혼합단계(S110)는 배합비율에 따라 배합하여 믹싱하는 것으로, 점토, 백토, 산화철 또는 산화망간 등을 일정크기로 분쇄하여 균등하게 믹싱한다.

이때, 상기 점토는 백토를 제외한 벽돌로 성형하여 사용할 수 있는 통상적인 모든 흙을 의미하며, 이들을 단독으로 사용하거나 하나 이상을 혼용하여 사용할 수 있다. 즉, 상기 점토는 예를 들면, 적점토, 마사토, 황토, 현지토, 고령토 등등이 있다.

상기 혼합분말은 점토 30∼60중량%, 백토 30∼65중량%, 산화망간 또는 산화철은 2~3중량%를 혼합 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 혼합분말에는 소결강도 및 압축강도를 향상시키기 위하여 장석 3∼8 중량%를 더 첨가하여 혼합분쇄할 수 있다.

상기 백토는 30중량% 미만으로 첨가될 경우, 소성강도가 떨어지고, 65중량% 초과하여 첨가될 경우, 가소성이 떨어지고 건조시 건조강도가 저하되며, 소결시에는 소성강도가 저하되는 현상이 발생되므로, 적정량 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 장석은 3 중량% 미만으로 첨가할 경우, 장석 첨가로 인한 효과를 기대하기 곤란하고, 8 중량%를 초과하여 첨가할 경우, 원가상승에 따른 문제가 발생되므로, 약 5중량% 정도 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 혼합분말에는 석분, 플라이애쉬 등의 각종 무기계 산업폐기물을 더 첨가하여 사용할 수 있다.

상기 혼련단계(S120)는 혼합분말에 수분함량 16∼18중량%가 되도록 물을 첨가하여 균등하게 섞이도록 반죽한다.

상기 성형단계(S130)는 혼련된 반죽을 토련기에 넣고 압출성형하여 성형체를 형성한다.

상기 코팅혼합체 생성단계(S200)는 아연전구체와 벤토나이트를 혼합하여 코팅혼합체를 형성하는 단계로, 상기 코팅혼합체는 벤토나이트 100 중량부에 아연염 수용액 150∼400중량부를 혼합하여 사용한다.

이때, 상기 벤토나이트는 무기결합제로 산화아연의 위치를 고정해주는 역할 및 점토벽돌의 내마모성을 향상시키는 역할을 하며, 아연염 수용액은 점토벽돌의 소성공정시 고온가열에 의해 산화아연 광촉매를 생성한다.

또한, 상기 아연염 수용액은 150 중량부 미만으로 첨가될 시, 벤토나이트의 점착력이 발생되지 않으며, 400 중량부 초과하여 첨가될 경우, 초과에 따른 특성개선의 정도가 현저하다 할 수 없을 뿐만 아니라, 고비용으로 인한 경제적 부담감이 가중되므로, 적정비율로 첨가하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 아연염 수용액은 아연 또는 아연화합물에 염산을 가하여 염화아연을 생성하고, 상기 생성 염화아연을 분리 정제한 후 건조하여 염화아연분말로 형성하고, 이를 물에 용해시켜 아연염 수용액을 생성한다.

이때, 상기 아연염 수용액은 25℃ 기준으로, 물 100 중량부에 대하여 염화아연 50∼400 중량부를 용해시킨다.

상기 코팅단계(S300)는 상기와 같이 생성된 코팅혼합체를 붓, 로울러 또는 스프레이에 의해 성형체의 표면에 도포하는 단계로, 성형체의 표면에 두께 1∼5㎛로 코팅한다. 이때, 1㎛ 미만으로 코팅할 경우, 초박막의 코팅으로 인하여 광촉매 기능을 발휘할 수 없으며, 5㎛ 초과하여 코팅할 경우, 점토벽돌 고유의 특성을 저해하게 되는 문제점이 있다.

상기 커팅단계(S400)는 코팅혼합체가 도포된 성형체를 커팅기에 의해 벽돌형상 즉, 필요한 형상 및 크기로 커팅하여 벽돌을 형성한다.

상기 건조단계(S500)는 코팅혼합체가 도포된 벽돌의 표면을 안정화시키는 단 계로, 20~120℃에서 36~48시간 건조시킨다. 이와 같은 건조조건에 의해 코팅혼합체가 흘러내림 현상없이 안정된 고착상태를 유지하게 된다.

상기 소성단계(S600)는 코팅혼합체가 도포된 벽돌을 건조시킨 후 고온소성하여 산화아연을 구비하는 점토벽돌을 생성하는 단계로, 상기 건조된 벽돌을 자동소성로에 넣고 700~900℃에서 5~15시간 예열하고 1100~1250℃로 24~36시간 소성시킨다.

상기 고온 소성에 의해 생성된 산화아연은 코팅혼합체의 벤토나이트에 의해 그 위치가 고정되므로, 소성된 점토벽돌 표면에 고르게 분산되게 된다.

상기와 같은 방법에 의해 산화아연 광촉매가 코팅된 본 발명의 점토벽돌은 빛이 닿으면 그 표면이 초친수성으로 변하여 방오작용과 오염의 주성분인 유분 등을 분해하여 더러움을 방지하게 된다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

적점토 55중량%와 백토 43중량% 및 산화철 2중량를 혼합하여 분쇄하여 혼합분말을 생성하고, 상기 혼합분말에 수분함량 18중량%가 되도록 물을 첨가로 하여 토련기에 의해 압축성형하여 1000×1000×60 (가로×세로×두께) 크기의 성형체를 형성하였다.

실시예 2

벤토나이트 100 중량부에 수산화아연 수용액 300 중량부를 첨가하여 코팅혼합체를 생성하고, 이를 실시예 1 과 같은 방법에 의해 형성된 성형체의 표면에 스프레이 분사에 의해 2㎛ 두께로 도포한 후 이를 커팅기에 의해 커팅하여 30×30×20 (가로×세로×두께) 크기의 성형 블록을 형성한 다음, 다시 이를 100℃에서 42시간 건조시키고, 800℃에서 15시간 예열하고, 1,200℃ 의 온도에서 28 시간 소성하였다. 이와 같이 형성된 블록에 대한 항균성 시험을 실시하였으며, 결과는 [표1] 과 같다. 이때, 상기 수산화아연 수용액은 25℃ 기준으로, 물 100 중량부에 대하여 염화아연 300 중량부가 용해된 것을 사용하였다.

상기 항균성 시험은 상기 블록이 담지되도록 증류수를 투입하고, 이에 대장균 및 검은곰팡이균을 주입하여 24시간 배양시킨 후, 그 감소율을 측정하였다.

[표1]

실시예 3

실시예 1 과 같은 방법에 의해 압출성형된 성형체를 커팅하여 100×100×60 (가로×세로×두께)의 점토벽돌을 형성하고, 실시예 2 와 같은 방법에 의해 코팅혼 합체가 도포되어 소성된 점토벽돌(100×100×60)에 대한 방오성을 테스트하였으며, 그 결과는 [표2]와 같다. 방오성 테스트는 1개월, 2개월, 3개월, 6개월의 차이를 두고 오일을 오염액으로 하여 붓으로 도포 오염시킨 후, 24시간 후에 오염된 부분에 점토벽돌이 균일하게 젖어 물막이 형성되도록 물을 분무시키고 오염의 제거 정도를 확인하였으며, 그 오염정도를 0 내지 100 의 비율로 평가하였다. 이때, 100 은 오염이 제거된 상태를, 0 은 오염이 제거되지 않고 그대로 남아있는 상태를 의미한다.

[표2]

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.

도 1 은 본 발명에 따른 흐름을 보인 블록예시도

Claims (5)

1. 삭제
2. 점토 30~60중량%, 백토 30~65중량%, 산화망간 또는 산화철 2~3중량%를 혼합하여 분쇄 혼합하여 혼합분말을 형성하는 혼합단계와, 상기 혼합분말에 수분함량 16∼18 중량%가 되도록 물을 첨가하여 반죽하는 혼련단계와, 상기 혼련된 반죽을 토련기에 의해 압출성형하여 성형체를 형성하는 예비성형단계로 이루어진 성형단계;

   벤토나이트 100 중량부에 아연염 수용액 150∼400중량부가 혼합된 코팅혼합체를 생성하는 코팅혼합체 생성단계;

   상기 코팅혼합체를 성형된 성형체의 표면에 두께 1∼5㎛로 도포하여 코팅하는 코팅단계;

   상기 코팅혼합체가 코팅된 성형체를 커팅기에 의해 벽돌형상으로 커팅하는 커팅단계;

   상기 커팅된 벽돌을 20~120℃에서 36~48시간 건조시키는 건조단계;

   상기 건조된 벽돌을 자동소성로에 넣고 700~900℃에서 5~15시간 예열하고 1100~1250℃로 24~36시간 소성시키는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 산화아연 광촉매를 이용하는 점토벽돌 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서;

   상기 아연염 수용액은 아연 또는 아연화합물에 염산을 가하여 염화아연을 생성하고, 상기 생성된 염화아연을 분리 정제한 후 건조하여 염화아연분말로 형성한 다음, 상기 염화아연분말을 물에 용해시켜 아연염 수용액을 생성하되,

   상기 아연염 수용액은 25℃ 기준으로, 물 100 중량부에 대하여 염화아연 50∼400 중량부가 용해된 것을 특징으로 하는 산화아연 광촉매를 이용하는 점토벽돌 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서;

   상기 혼합분말에는 장석 3∼8 중량% 더 첨가되어 혼합분쇄되는 것을 특징으로 하는 산화아연 광촉매를 이용하는 점토벽돌 제조방법.
5. 제 2 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 표면에 벤토나이트가 혼합된 산화아연 광촉매를 구비하도록 형성된 것을 특징으로 하는 산화아연 광촉매를 이용한 점토벽돌.

Images