KR100881859B1

KR100881859B1 - 제주화산석 및 송이제올라이트를 이용한 친환경 마감재

Info

Publication number: KR100881859B1
Application number: KR1020070082565A
Authority: KR
Inventors: 박광열
Original assignee: 주식회사 송이산업
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2009-02-06

Abstract

본 발명은 제주화산석 파우더, 송이제올라이트, 합성수지 및 분말 첨가제 및 시멘트를 포함하는 조성물, 또는 제주화산석 파우더, 송이제올라이트, 합성수지 및 액상 첨가제를 포함하는 조성물에 물을 혼합하고 교반하여 제조된 친환경 마감재에 관한 것으로, 포름알데히드 및 휘발성유기화합물(VOCs) 등과 같은 유해물질이 발생치 않는 특성을 가지며 원적외선 방사, 항균 및 항곰팡이 기능성을 가지고 있어 친환경 건축 마감재로 사용할 경우 주거환경개선 및 실내공간의 다양한 기능성을 부여 할 수 있다.

제주화산석, 송이제올라이트, 친환경, 마감재

Description

제주화산석 및 송이제올라이트를 이용한 친환경 마감재{Environment-friendly architecture material using Jeju volcano rock and Scoria zeolite}

도1은 본 발명에 의한 친환경 마감재 1의 제조공정도임.

도2는 본 발명에 의한 친환경 마감재 2의 제조공정도임.

본 발명은 제주화산석 파우더, 송이제올라이트, 합성수지 및 분말 첨가제 및 시멘트를 포함하는 조성물, 또는 제주화산석 파우더, 송이제올라이트, 합성수지 및 액상 첨가제를 포함하는 조성물에 물을 혼합하고 교반하여 제조된 친환경 마감재에 관한 것이다.

제주산 화산석의 대표적인 현무암과 송이를 이용한 건축내장 마감재 조성물에 관한 것으로, 제주산 화산석은 대부분 현무암과 화산 분출물인 송이로 이루어져 있고 주된 결정상이 사장석(plagioclase), 휘석(pyroxene) 및 자철석(hematite)으로 구성되어 있고, SiO₂ + Al₂O₃ + Fe₂O₃의 총 함량이 70.1~77.4%를 차지한다. 현무암과 송이는 화산 폭발시 생성과정에서 나누어지는데 지하로부터 고열의 마그마가 용출될 때 흐름이 용이한 점성을 지닌 마그마는 분출 후 지표로 그대로 흘러 식을 때 가스가 빠지면서 굳은 것으로 주로 검회색을 띠고 있다. 송이는 점성이 더욱 높은 마그마가 흐르지 못하고 내부 압력에 의해 공기 중에 비산 분출되면서 1600℃의 마그마가 산소와 결합하여 산화과정을 거쳐 불순물이 타버리면서 비중이 더욱 가벼워지고 높은 표면적을 가진 적갈색의 모습으로 나타난다.

이런 특성으로 제주 화산석 송이는 제올라이트 합성이 가능한 성질을 지니게 되어 2차가공이 용이한 상태가 된다. 이러한 송이를 제올라이트 물질로 합성할 경우 양이온치환능력(CEC)이 생송이 6.32meq/100g에서 최대 163meq/100g로 바뀌므로 무려 27배의 상승효과가 있다(한국공개특허 제2000-0073874호).

이러한 유용한 물성특징을 갖는 소재라는 것이 알려지면서 산업계에서는 화산석(송이)을 이용한 기술개발이 시작되었다. 송이의 천연상태를 이용한 기술들은 한국특허 제10-718822호, 제10-483475호, 제10-425796호, 제10-429854호, 제10-439622호 등에 나타나 있고, 모두 기타 물질과 혼합하여 성능을 향상시키려고 노력한 종래 기술이다. 천연상태의 화산석을 기능성 소재로 이용하려면 천연상태로 존재하는 불순물이 존재하여 결정상이 좋지 못하며 많은 양을 사용해야 효과를 볼 수 있고 시간이 흐르면서 지속성에서 문제가 나타나는 단점이 있다. 다른 광물질과 혼합할 경우 상승효과보다는 생성원리가 다른 이유로 물질끼리 결합에 충돌이 생기어 분리 현상들이 나타난다. 예를 들어 송이와 황토를 혼합한 모르타르의 경우 시간이 흐르면서 박리 현상과 결합도의 저하를 보여 크랙이 발생하는 등 실용화에 실패하고 있는 실정이다.

또한 높은 방사능을 보이는 암석은 포타슘이 많은 화강암이나 증발암, 우라늄 또는 토튬을 다량 함유한 사암이나 모래층, phosphater, 점토, black shale이 있고, 중간 정도 방사능을 보이는 암석으로 사암, 모래층, 편마암이 있으며, 낮은 방사능을 보이는 암석은 석회암 및 대부분의 탄층 염기성 암석이다.

화산활동으로 생성된 제주 화산석은 pH 7.7 정도의 염기성이며, 중금속 흡착능, 탈취, 항균, 항곰팡이, 전자파 차단 및 높은 원적외석 방출 등 인간에게 매우 유익한 기능을 지닌 광물이다. 방사능 감마선이 자연 상태(50 apt 이하)이며 제주 지역의 특성상 제주화산암은 화학적 구성 성분의 차이가 작기 때문에 자연 감마선 세기는 거의 동일한 범위를 지닌다. 무분별한 음이온 발생을 유도가기 위해 대부분 방사능 물질을 이용하여 소비자를 우롱하는 제품들이 많으나 이런 면에서 제주화산석의 제품은 안전하다고 할 수 있다.

건물의 각종 건축자재 및 가구의 페인트 등에서 나오는 휘발성 유기화합물(VOCs)과 같은 환경호르몬으로 인한 새집증후군, 아파트증후군의 문제점이 날로 심각해지고 있는 실정이다. 제주산 화산석(현무암, 송이)을 이용하여 건축물의 내장 기능성 마감재용 조성물을 제공함으로써 새집 아파트 증후군 원인 물질의 차단 제거로 인체에 유익한 내장재를 만들 수 있다. 본 발명은 환경적으로 안전하고 기능성을 지닌 화산석 및 송이제올라이트를 이용하여 청정공기를 유지시켜 주며, 인체에 유익한 에너지를 방사하는 새로운 친환경 기능성 내장재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이에 본 발명자들은, 기능성이 탁월하고, 제올라이트 가공 적성이 뛰어난 송이제올라이트를 기능성이 뛰어나고 방사능의 염려가 매우 적은 제주화산석 조성물에 첨가하여 화산석 특유의 효능을 지닌 건축용 내장제를 제조할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 제주 화산석의 특성을 상승적으로 높이기 위해 송이제올라이트를 최적의 비율로 첨가하여 타 광물질과의 혼합시 생기는 기능성의 충돌을 방지하고 지속성 있는 고 기능의 안전한 환경 친화용 건축 내장재 조성물을 제공할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제주화산석 파우더 및 송이제올라이트를 일정 비율로 포함하는 친환경 마감재 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 제주화산석 파우더 20 내지 50 중량부, 송이제올라이트 5 내지 10 중량부, 합성수지 및 분말 첨가제 3 내지 5 중량부 및 시멘트 30 내지 40 중량부의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 마감재 조성물에 관한 것이다.

또한 본 발명은 제주화산석 파우더 20 내지 50 중량부, 송이제올라이트 5 내지 10 중량부, 합성수지 및 액상 첨가제 20 내지 40 중량부의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 마감재 조성물을 제공한다.

상기 친환경 마감재 조성물 100 중량부에 대하여 20 내지 30 중량부의 물을 혼합하고 교반하여 친환경 마감재를 제조하는 방법을 포함한다.

상기의 친환경 마감재 조성물은 화산석 및 송이제올라이트의 기능성 및 효능을 최대한 살리면서, 마감재가 갖추어야 할 품질 요인을 고려한 최적의 조성비로 이루어진 것이다.

바람직하게, 제주 화산석의 특성을 상승시키기 위해 상기의 중량부 기준의 조성비에서 송이제올라이트를 5 중량부 이상 첨가하여야 타 광물질과의 혼합시 생기는 기능성의 출동을 방지하고 지속성 있는 고 기능의 안전한 환경 친화용 건축 내장재용 조성물을 얻을 수 있으며, 송이제올라이트를 10 중량부 이상 함유할 경우에는 마감재 품질 적성에 문제가 있는 것으로 나타났다.

화산 활동으로 자연스럽게 생성된 제주 화산석은 염기성이며 중금속 흡착능, 탈취, 항균, 항곰팡이, 전자파 차단 및 높은 원적외선 방출 등 인간에게 매우 유익한 성질의 광물이다. 특히 방사능이 없는 안전한 광물로서 최근 무분별하게 자연 방사능 노출을 일으키는 광물의 사용에 비해 우월적으로 비교될 수 있다. 높은 방사능을 보이는 암석은 포타슘이 많은 화강암이나 증발암, 우라늄 또는 토튬을 다량 함유한 사암이나 모래층, phosphater, 점토, black shale이 있고, 중간 정도 방사능을 보이는 암석으로 사암, 모래층, 편마암이 있으며, 낮은 방사능을 보이는 암석은 석회암 및 대부분의 탄층 염기성 암석 정도이다. 제주 화산석은 pH 7.7 정도의 염기성이며 자연 방사는 감마선이 자연상태(50 apt 이하)이며 제주 지역의 특성상 제주화산암은 화학적 구성 성분의 차이가 작기 때문에 자연 감마선 세기는 거의 동일한 범위를 지닌다.

송이(scoria)는, 바람직하게 제주산 송이는 제주도 방언으로 구멍이 송송 뚫렸다하여 지어진 이름으로 수백만 년 전에서 수천만 년 전 화산 폭발시 1600℃의 고열에 의해 자연적으로 소성된 천연세라믹 숯돌로서 약알카리성의 신비의 효능을 지닌 천연광물질이다. 제주지역 송이는 물리화학적으로 매우 우수한 것으로 알려진 물질로 제주도 특별법으로 보존자원으로 분류되어 반출이 금지되고 있다. 송이에 수산화나트륨 용액을 첨가시켜 충분히 교반한 다음 고압 반응기 속에서 적당한 시간동안 수열 합성시켜 양이온치환용량(CEC)이 높은 다섯 가지 이상의 제올라이트를 얻을 수 있다. 생물체의 성장을 촉진시키는 대신 세균의 증식을 억제하는 효과를 갖고 있고, 광촉매 물질인 천연 이산화티타늄(TiO₂)의 함유율이 3%~10%이상으로 중금속 흡착율이 뛰어나고 독성제거에 탁월하다. 특히, 실내 공기정화 효과가 뛰어나며 음이온 및 원적외선 방사량이 우수한 약알칼리성 소재라고 할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1

제주도 5개 지역(봉개, 상명, 금악, 동광, 송당)에서 송이를 채취했으며 마감재 제조에 용이하게 200~325 메쉬(mesh)의 크기로 분쇄하여 입자크기 분포를 표준화시켰다. 송이제올라이트를 제조하기 위해 분쇄된 제주산 송이에 5N 수산화나트륨(NaOH) 용액을 동량으로 가하여 교반시킨 다음 고압 반응기에서 100℃에서 36시간동안 수열반응에 의해 제올라이트를 합성하였다. 분말 상태로 얻어진 반응 생성물은 증류수로 5회 이상 수세시켜 미반응 수산화나트륨용액을 제거하였으며, 80℃ 오븐에서 건조시켰다. 합성수지 및 분말 첨가제는 수용성 아크릴 에멀젼을 바인더(binder)로 사용했고 기본성능을 위한 기타 첨가제가 사용되었으나, 마감재에 사용되는 통상적인 바인더 및 첨가제가 사용되어 본 발명에서 그 종류와 범위가 제한되지 않는다.

준비된 제주화산석 파우더 35 중량부, 송이제올라이트 7.5 중량부, 합성수지 및 분말 첨가제 4 중량부 및 시멘트 35 중량부를 혼합하였고, 상기 혼합된 조성물 100 중량부를 기준으로 25 중량부의 물을 혼합하고 교반기에서 200 rpm으로 약 15분간 교반하여 친환경 마감재를 제조하였다.

실시예 2

준비된 제주화산석 파우더 35 중량부, 송이제올라이트 7.5 중량부, 합성수지 및 액상 첨가제 30 중량부를 혼합하였고, 상기 혼합된 조성물 100 중량부를 기준으로 25 중량부의 물을 혼합하고 교반기에서 200 rpm으로 약 15분간 교반하여 친환경 마감재를 제조하였다.

상기 실시예 1 및 2의 친환경 마감재의 성능시험을 위해 원적외선 방출, 항균, 항곰팡이, 총휘발성유기화합물 및 포름알데히드 방출에 대한 시험을 한국건자재시험연구원에 의뢰하여 다음과 같은 결과를 나타내었다.

실험예 1: 원적외선 방출량

원적외선 방출량 (40℃)	방사율 (5~20 μm)	방사에너지 (W/m²)
실시예 1	0.916	3.69×10²
실시예 2	0.921	3.71×10²

(비고) 40℃(인간의 체온 수준)에서 시험한 원적외선 방출실험 결과를 나타낸다. 원적외선방사 측정실험에 사용된 측정기는 파장별 방사조도계(FT-IR Spectrometer)를 이용하였으며 흑색몸체(Black Body)대비 측정결과이다. 한국건자재시험연구원 표준방법인 KICM-FIR-1005에 의해 측정되었다.

측정된 결과에 의하면, 실시예 1 및 2의 건축재 마감재의 방사율(5~20㎛)이 각각 0.916~0.921%, 방사에너지는 3.69~3.71×10²(W/㎡, 40℃)으로 원적외선이 방출됨을 확인 할 수 있다.

실험예 2: 항균 실험

	대장균 감소율 (%)	녹농균 감소율 (%)
실시예 1	99.8	99.8
실시예 2	99.8	99.8

(비고) 사용균주는 각각

균주1: 대장균 (Escherichia coli ATCC 25922)

균주2: 녹농균 (Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442)를 사용했으며,

시험방법은 한국건자재시험연구원 표준방법인 KICM-FIR-1002에 의해 측정되었다.

실험예 3: 항곰팡이 시험

	배양시험 기간
	1주후	2주후	3주후	4주후
실시예 1	0	0	0	0
실시예 2	0	0	0	0

(비고) 사용균주는

균주1: Aspergillus niger ATCC 9642,

균주2: Penicillium pinophilum ATCC 11797,

균주3: Chaetomium globosum ATCC 6205,

균주4: Gilosiadium virens ATCC 9645

균주5: Aureobasidium pullulans ATCC 15233의 혼합 곰팡이 균주를 사용했으며, 시험방법은 한국건자재시험연구원 표준방법인 ASTM G-21에 의해 측정되었다.

표 2와 표3은 각각 항균성 실험결과를 나타낸 것으로, 균 감소율 99.8%를 보여 높은 항균성을 보였고, 곰팡이 배양에서도 1주후부터 곰팡이가 검출되지 않았다.

실험예 4: 총휘발성유기화합물 및 포름알데히드 시험

	총휘발성유기화합물 (TVOC) (mg/m²h)	포름알데히드 (HCHO) (mg/m²h)
실시예 1	0.001	trace
실시예 2	0.016	0.003

(비고) 시험방법은 한국건자재시험연구원 표준방법인 실내공기질공정시험법(환경부고시 제2004-80호)에 의해 측정되었다.

이상으로 본 발명의 화산석 및 송이제올라이트를 함유한 마감재는 포름알데히드 및 휘발성유기화합물(VOCs) 등과 같은 유해물질이 발생치 않는 특성을 가지며 원적외선방사, 항균 및 항곰팡이 기능성을 가지고 있어 주거환경개선 및 실내공간의 다양한 기능성을 갖고 있다는 것이 확인되었다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 예에 불과할 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아니며 제반 권리가 보호되는 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항 및 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

포름알데히드 및 VOCs 등과 같은 유해물질이 발생하지 않는 특성을 가지며 제주 화산석과 같은 기능성 천연소재를 이용한 환경을 생각하는 친환경 내부 마감재로 원적외선 방사, 음이온 방출, 탈취 기능, 항균 및 항곰팡이의 부가 기능성을 지니고 있어, 환경호르몬으로 인한 새집증후군 및 아파트증후군을 억제하고 아토피 및 피부질환 억제효과를 지니며 반영구적 탈취효과로 인하여 주거환경 개선 및 실내공간의 다양한 분위기 연출이 가능하다.

Claims

제주화산석 파우더 20 내지 50 중량부, 송이제올라이트 5 내지 10 중량부, 합성수지 및 분말 첨가제 3 내지 5 중량부 및 시멘트 30 내지 40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 마감재 조성물.
제주화산석 파우더 20 내지 50 중량부, 송이제올라이트 5 내지 10 중량부, 합성수지 및 액상 첨가제 20 내지 40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 마감재 조성물.
제1항 또는 제2항의 조성물 100 중량부에 대하여 20 내지 30 중량부의 물을 혼합하고 교반하여 제조된 것을 특징으로 하는 친환경 마감재.