KR100973744B1 - 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 벤토나이트와 식물 생장을 촉진하는 무기질을 원료로 하여 제조된 다공성 식재용 매질에 관한 것이다.

본 발명의 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질은 기공 및 무기질을 이용하여 식물이 생장할 수 있는 공간 및 생장환경을 충분히 제공할 수 있고, 식물이 식재된 상태에서 건축물에 시공함으로써 건축자재로서의 기능, 인테리어 효과 및 실내 환경을 보다 쾌적하게 할 수 있는 효과가 있다.

식재, 매질

Description

무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질 및 그 제조방법{Porous Planting Medium Containing Minerals and Method for Preparing Thereof}

본 발명은 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 벤토나이트와 식물 생장을 촉진하는 무기질을 원료로 하여 제조된 다공성 식재용 매질 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도시생활이 발달함에 따라 흙을 접하여 나무나 화초 등의 식물을 직접 가꾸거나 재배할 수 있는 기회가 줄어들고 있으며, 특히 아파트의 경우 텃밭이나 정원을 도입하기가 어려워 대부분 화분에 재배된 식물을 제한적으로 가꾸는 정도로 식물을 접하고 있다.

비단 일반 가정뿐만 아니라, 도로, 하천 등지에서도 식물의 식재를 통하여 심미적 또는 기능적인 이점을 얻으려는 노력들이 진행중이다.

일예로서, 보도에 설치하는 보도블록에 식재공을 형성하여, 보도 및 주차장 등에 식물의 생육이 가능하게 함으로써, 생태 친화적인 관경을 제공할 수 있는 식 재공을 가진 보도블록이 연구되어 공개된 바 있다 (한국공개특허 제2007-0036546호).

또한, 물가 또는 수생부에 수생식물을 식재할 수 있도록 표면에 미세다공이 형성되는 망체와, 상기 망체내에 충진되어 상기 수생식물의 생장 및 활착을 촉진시키는 채움재로 구비되는 식재용 인공매트(한국등록특허 제513704호), 하천의 법면에 조립 설치하여 유수에 의해 발생하게 되는 법면의 토사 유실을 방지함으로써 식물의 식재공간 내부에 법면의 토사가 항상 채워진 상태를 유지하게 하고, 장기간에 걸친 토사의 적층으로 오래된 토사가 부업토화되게 하여 식물의 자연 육생이 활발하게 이루어지도록 하여 양호한 자연친화 환경을 조성하는 동시에 법면을 보호토록 하는 식재용 호안 블록(한국등록실용실안 제295220호)이 개발되었다.

그러나, 실내용 건축자재에 이러한 식재 기능을 부가하여 일반 가정이나 사무실과 같은 실내에서 식물에 의한 기능적인 측면 및 심미적인 측면의 효과를 동시에 나타낼 수 있는 기술에 대한 연구실적은 미비한 실정이다.

이에 본 발명자들은 상기 종개기술의 문제점들을 해결하고자 예의 노력한 결과, 벤토나이트와 무기질을 원료로 하여 다공성 식재용 매질을 제조하고, 상기 다공성 식재용 매질에 형성된 기공에 무기질과 식물의 씨앗을 함께 식재하여 식물을 발아시킨 뒤, 실재 건축물에 시공을 함으로써, 기존의 건축자재가 가지고 있던 방음, 방화, 단열 효과 뿐만 아니라 실내 산소공급, 습도조절, 실내 조경효과까지 나타낼 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 건축물에 직접 시공할 수 있는 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 벤토나이트 및 상기 벤토나이트 100중량부에 대하여 5~15 중량부의 무기질을 배합하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 수득된 배합물 100중량부에 대하여 2~20중량부의 금강석 또는 탄화규소를 배합하는 단계; (c) 상기 (b)단계에서 수득된 배합물을 소성로에 투입하여 1100~1400℃의 온도에서 2~5시간 동안 소성하는 단계; 및 (d) 소성 후, 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질을 수득하는 단계를 포함하는 다공성 식재용 매질의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한 상기 방법으로 제조되고, 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질을 제공한다.

본 발명의 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질은 기공 및 무기질을 이용하여 식물이 생장할 수 있는 공간 및 생장환경을 충분히 제공할 수 있고, 식물이 식재된 상태에서 건축물에 시공함으로써 건축자재로서의 기능, 인테리어 효과 및 실내 환경을 보다 쾌적하게 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 일 관점에서, (a) 벤토나이트 및 상기 벤토나이트 100중량부에 대하여 5~15 중량부의 무기질을 배합하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 수득된 배합물 100중량부에 대하여 2~20중량부의 금강석 또는 탄화규소를 배합하는 단계; (c) 상기 (b)단계에서 수득된 배합물을 소성로에 투입하여 1100~1400℃의 온도에서 2~5시간 동안 소성하는 단계; 및 (d) 소성 후, 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질을 수득하는 단계를 포함하는, 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질의 제조방법에 관한 것이다 (도 1).

본 발명에서 사용된 용어 "식재용 매질"이란 식물의 씨앗 등을 심어 기를 수 있는 판넬(panel)을 의미한다.

본 발명에 따른 다공성 식재용 매질의 원료인 벤토나이트는, 몬모닐로나이트를 주성분으로 한 점토이다. 그 외에 석영, 장석 또는 제 올라이트를 포함하는 것이 많다. 진주광택, 납상광택을 가지며 지방감이 있는 치밀한 괴상으로 산출되는데, 물을 흡착하여 팽윤하고, 양이온 교환성이 뚜렷한 것 등 몬모릴로나이트의 성질과 흡사하다. 한편, 몬모릴로나이트(montmorillonite)는 단사정계에 속하는 광물로 화학성분은 (Al, Mg)₂Si₄O₁₀(OH)₂로 점토 광물의 일종이다. 괴상, 토상을 이루고 수분을 흡수하여 원래 부피의 7∼10배로 팽윤하는 성질이 있으며, 이온 교환성이 높다. 함수량 150%에서 점착력이 생기고, 약 500%의 함수량에서 점착력을 잃으며, 내부 마찰저항이 작은 점 등 특수한 성질을 가진 점토이다.

따라서, 본 발명에서 사용되는 벤토나이트는 다공성 매질의 주 원료로서 상기 다공성 매질의 제조과정 중에 첨가되는 금강석 또는 탄화규소와 반응에 의해 생성되는 기공으로써, 식물이 생장할 수 있는 공간을 제공하며, 일반적인 점토광물로서 식물의 생장에 무해하다.

특히, 본 발명은 생물체를 구성하는 주요한 무기적 구성요소인 무기질을 원료로 하여 다공성 식재용 매질을 제조함으로써, 식재된 식물의 성장 발달을 촉진시킬 수 있으며, 상기 다공성 식재용 매질을 건축물에 적용함으로써, 실내 산소공급, 습도조절 및 실내 조경의 효과까지 도모할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계에 인광석, 인회석, 백토, 지오라이트 및 가리장석으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 이상을 추가로 첨가하여 벤토나이트와 함께 배합하는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 인광석, 인회석, 백토, 지오라이트 및 가리장석으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나의 첨가량은 벤토나이트 100중량부에 대하여 100~150중량부인 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명에서 다공성 식재용 매질 제조과정 중의 '배합' 벤토나이트, 무기질 및 추가로 첨가될 수 있는 인광석, 인회석, 백토, 지오라이트 및 가리장석을 분쇄한 뒤 배합한다는 것을 의미한다. 이때, 분쇄되는 물질의 입도는 바람직하게는 20~150 mesh이고, 보다 바람직하게는 50~120 mesh이다.

본 발명에서 다공성 식재용 매질을 제조하는데 추가적인 원료로서 사용될 수 있는 인광석, 인회석, 백토, 지오라이트 및 가리장석은 상기 다공성 식재용 매질이 건축물에 시공할 수 있는 자재로서의 기능을 나타낼 수 있는 강도와 같은 물성을 부여할 수 있을 뿐만 아니라, 식물생장에 무해한 광물 또는 점토이므로, 본 발명에 따른 다공성 식재용 매질을 제조하기 위한 적합한 원료이다.

본 발명에 있어서, 상기 무기질은 황토, 맥반석, 게르마늄, 점토, 고령토, 석회석 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.

무기질의 첨가량이 벤토나이트 100중량부에 대하여 5중량부 미만이면, 최종 제조되는 다공성 식재용 매질에 식재되는 식물의 생장에 유익한 환경을 제공할 수 없고, 무기질 첨가량이 벤토나이트 100중량부에 대하여 15중량부를 초과하면 다공성 식재용 매질의 건축자재로서의 물성이 떨어지므로 무기질의 첨가량은 벤토나이트 100중량부에 대하여 5~15중량부인 것이 바람직하다.

상기에 사용된 금강석 또는 탄화규소는 다공성 식재용 매질에 기공을 생성시키기 위해 첨가하는 물질로서, 역시 인체에 무해한 물질이며, 식물 생장을 촉진시키는 효과도 나타내고, 고온에서만 용융되는 특성이 있으며, 소성공정 중에 기공을 생성시켜 최종적으로 제조되는 다공성 식재용 매질을 경량화시키는 기능 및 효과를 나타낸다.

한편, 상기 금강석 또는 탄화규소의 배합비율이 상기 (a)단계에서 수득된 배합물 100중량부에 대하여, 2중량부 미만이면, 기공이 원활하게 형성되지 않아, 경량화에 따른 효과를 확인할 수 없고, 상기 금강석 또는 탄화규소의 배합비율이 상기 (a)단계에서 수득된 배합물 100중량부에 대해 20중량를 초과하면, 과다한 기공 생성으로 인하여 제조되는 다공성 식재용 매질의 물성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 다공성 식재용 매질의 제조시 배합되는 금강석 또는 탄화규소의 비율은 무기질 100중량부에 대해 2~20중량부인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다공성 식재용 매질의 제조과정 중, 소성공정을 거치게 되는데, 이때, 소성온도가 1100℃ 미만일 경우에는 소성시간이 길어지고, 1400℃를 초과하게 될 경우에는 소성시간은 단축되나 기공의 크기가 지나치게 커져 제조되는 다공성 식재용 매질의 강도가 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 소성시간이 2시간 미만일 경우에는 생성되는 기공의 크기가 적고, 소성시간이 5시간을 초과하게 될 경우에는 기공의 수가 줄어들어 경량화가 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 소성공정의 소성온도 및 소성시간은 각각 1100~1400℃ 및 2~5시간인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다공성 식재용 매질은 상술한 바와 같은 제조방법에 의해 제조할 수 있되, 사용자의 선택에 따라 모양 및 크기를 조정하여 제조할 수 있고, 씨앗을 식재한 뒤 성장하게 될 식물의 크기에 따라 기공의 크기를 조절하여 제조할 수 있다.

본 발명은 다른 관점에서 상기 방법으로 제조되고, 무기질을 함유하는 다공성 매질에 관한 것이다.

상기 다공성 식재용 매질은 기공이 형성되어 기공이 형성되어 있지 않은 동일 부피의 매질에 비교하여 중량(w/v) 감소의 효과가 있으므로, 실제 건축 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 또한 상기 다공성 식재용 매질을 이용하여 시공하는 방법을 제공할 수 있다.

다공성 식재용 매질을 실내 건축에 적용할 때에는 먼저 다공성 식재용 매질에 식물을 발아시키는 것이 바람직하며, 구체적으로는, 무기질과 식물의 씨를 물에 배합한 다음 상기 매질의 기공에 뿌려서 발아시킨다.

다음으로, 상기 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질을 콘크리트 벽면에 상기 매질을 부착시켜 준다. 이때, 부착 방법으로서는 크게 하기에 설명되는 대표적인 네 가지 방법이 가능하다.

첫째, 제조된 다공성 식재용 매질의 모양에 따라, 예를 들어, 사각 또는 원형의 틀을 짜서 부착하며, 상기 틀에 부착된 다공성 식재용 매질은 사용자의 선택에 따라 탈착식으로 교체 가능하다.

둘째, 시멘트 또는 무기질용 바인더(binder)로 부착한다.

셋째, 다공성 식재용 매질의 모양에 따라 부착될 벽면에 홈을 형성하여 붙박이 형태로 고정시켜 부착하며, 상기 홈에 고정되어 부착된 다공성 식재용 매질은 사용자의 선택에 따라 탈착식으로 교체 가능하다.

넷째, 여러 가지 형상으로 틀을 만들어 상기 틀에 맞추어 다공성 식재용 매질을 고정시켜 부착할 수 있으며, 이로 인해 실내장식의 효과를 제공한다.

본 발명에 따라, 식물의 발아된 다공성 식재용 매질을 건축 자재로서 시공할 경우, 상기 다공성 식재용 매질에 포함된 무기질로 인하여 인체에 유익하며 악취제 거, 산소공급, 공기청정기능이 있어, 최근 문제가 되고 있는 새집증후군과 관련된 대표적인 피부질환인 아토피 증상의 개선에 효과적이다.

또한, 본 발명의 다공성 식재용 매질은 건축자재로서의 기능에 실내장식의 기능까지 겸하고 있어, 실내 건축 후 필요한, 벽지, 페인트, 실내장식 등에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

하기 실시예에서 배합기, 소성로, 중량기 및 무기질용 바인더는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특정 제품에 구애되지 않고 사용할 수 있다.

실시예 1: 벤토나이트 및 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질의 제조

벤토나이트 및 무기질인 황토를 이용하여 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질을 제조하였다.

벤토나이트 93kg 및 황토 5kg를 50~120 mesh의 크기로 분쇄하여 배합한 다음, 50~120 mesh의 크기로 분쇄된 금강석 2kg을 첨가하고 배합기를 이용하여 배합하였다. 상기 배합물을 소성로에 투입하여 1200℃에서 5시간 동안 소성시킨 뒤, 다 공성 식재용 매질을 수득하였다 (도 2).

황토 1g, 잔디씨 1g, 및 물 1g을 혼합하여 상기 다공성 식재용 매질에 식재한 후 상온에 두었다 (도 3). 28시간 뒤, 잔디가 발아된 것을 확인하여, 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질을 수득하였다 (도 4).

실시예 2: 벤토나이트, 인회석 및 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질의 제조

벤토나이트, 인회석 및 무기질인 황토를 이용하여 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질을 제조하였다.

벤토나이트 93kg, 인회석 95kg 및 황토 5kg를 50~120 mesh의 크기로 분쇄하여 배합한 다음, 50~120 mesh의 크기로 분쇄된 금강석 2kg을 첨가하고 배합기를 이용하여 배합하였다. 상기 배합물을 소성로에 투입하여 1200℃에서 5시간 동안 소성시킨 뒤, 다공성 식재용 매질을 수득하였다.

황토 1g, 잔디씨 1g, 및 물 1g을 혼합하여 상기 다공성 식재용 매질에 식재한 후 상온에 두었다. 28시간 뒤, 잔디가 발아된 것을 확인하여, 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질을 수득하였다.

실시예 3: 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질을 이용한 실내건축

실시예 1에서 제조된 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질을 가정의 거실 벽면에 시공하였다.

거실 벽면에는 상기 다공성 식재용 매질과 동일한 원료인 벤토나이트 및 황 토를 이용하여 가로 30cm, 세로 30cm 및 깊이 3cm인의 틀을 가로·세로 각각 3개씩 연결된 전체 틀을 만들었다.

상기 전체 틀에 잔디씨가 발아한 다공성 식재용 매질을 무기질 바인더로 고정시켜 부착하였다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 다공성 식재용 매질의 제조과정을 나타낸 흐름도이다.

도 2는 본 발명에 따른 다공성 식재용 매질을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 다공성 식재용 매질에 잔디씨를 식재한 모습을 나타낸 사진이다.

도 4는 본 발명에 따른 다공성 식재용 매질에 잔디가 발아한 모습을 나타낸 사진이다.

Claims (5)

1. 다음의 단계를 포함하는, 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질의 제조방법:

   (a) 50~120mesh의 벤토나이트(bentonite) 100중량부; 100~150 중량부의 인회석; 및 황토, 맥반석, 게르마늄, 점토, 고령토, 석회석 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 5~15 중량부의 무기질을 배합하는 단계;

   (b) 상기 (a)단계에서 수득된 배합물 100중량부에 대하여 2~20중량부의 금강석을 배합하는 단계;

   (c) 상기 (b)단계에서 수득된 배합물을 소성로에 투입하여 1100~1400℃의 온도에서 2~5시간 동안 소성하는 단계; 및

   (d) 소성 후, 무기질을 함유하는 다공성 식재용 매질을 수득하는 단계.
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