KR101067962B1

KR101067962B1 - 인공어초 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101067962B1
Application number: KR1020090068573A
Authority: KR
Inventors: 김영일
Original assignee: 김영일
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-09-26
Also published as: KR20110011102A

Abstract

본 발명은 인공어초 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 모래, 자갈, 석분, 황토, 점토, 규사, 제올라이트, 알루미나, 전기석, 방해석, 펄라이트, 일라이트, 실리카 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 비금속 무기질 고체 재료 중량에 대하여 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 또는 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 액상의 결합제 제조시 사용되는 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 이하의 희토류 원소를 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 바인더 20 ∼ 100중량%를 첨가하고 혼합하여 인공어초를 제조함으로써 비금속 무기질 고체 재료 및 바인더 내부의 무기물 용탈(dissolusion) → 아쿠아졸 형성(formation of aquasols) → 응축(condensation) → 겔 형성(gel formation) → 결정화(crystallization)하는 반응으로 강한 결합력이 발휘되기 때문에 경화 후 일정 강도 이상을 발현하는 인공어초를 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 있고, 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않는 효과를 용이하게 달성할 수 있다.

인공어초, 비금속 무기질 고체 재료, 무기질 바인더

Description

인공어초 및 이의 제조방법{The artificial reef and its manufacturing method}

본 발명은 인공어초 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 모래, 자갈, 석분, 황토, 점토, 규사, 제올라이트, 알루미나, 전기석, 방해석, 펄라이트, 일라이트, 실리카 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 비금속 무기질 고체 재료 중량에 대하여 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 또는 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 액상의 결합제 제조시 사용되는 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 이하의 희토류 원소를 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 바인더 20 ∼ 100중량%를 첨가하고 혼합하여 인공어초를 제조함으로써 비금속 무기질 고체 재료 및 바인더 내부의 무기물 용탈(dissolusion) → 아쿠아졸 형성(formation of aquasols) → 응축(condensation) → 겔 형성(gel formation) → 결정화(crystallization)하는 반응으로 강한 결합력이 발휘되기 때문에 경화 후 일정 강도 이상을 발현하는 인공어초를 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 있고, 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않는 효과를 용이하게 달성할 수 있는 인공어초 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 인공어초라 함은 연안 어장의 수산자원 확보를 목적으로 해양생물의 산란 및 서식공간을 조성하고 치어의 은신처를 제공하기 위하여 연안이나 근해에 설치하는 인공적인 구조물로서, 폐선박을 침몰시키거나 지상 구조물을 바다에 투하하여 서식공간을 조성한 것에서부터 서식공간을 보다 효율적으로 조성하기 위하여 육면체형, 원통형, 요철형 구조물로 설계한 것에 이르기까지 다양한 형태로 변모되어 왔다.

또한, 인공어초를 만드는 재료도 다양하여 콘크리트, 폐타이어, 강재 등을 사용한 어초가 생산되고 있다. 그러나, 상기 콘크리트를 사용하는 경우에는 강알칼리성을 나타내는 콘크리트의 특성상 투하 초기에 해조류 등이 부착하여 증식하기가 어렵고, 일단 착생된 해조류가 떨어져 나간 자리에는 백화현상이 일어나 오히려 바다를 황폐화시키는 요인으로 작용하고 있다. 백화현상이라 함은 해저 암반에 번식하고 있는 미역, 다시마와 같은 엽상형 해조류가 해저 환경오염 등으로 인해 사라지고, 그 자리에 무절산호조류가 번식하여 암반을 분홍색 또는 백색으로 뒤덮는 현상을 말하며, 이 백화현상은 최근 우리 나라의 근해에서도 넓게 퍼져서 수산자원 고갈의 심각한 문제를 발생시키고 있다.

뿐만 아니라, 상기 폐타이어를 사용하는 경우에는 복수개의 폐타이어를 상호 연결하여 구성하거나 폐타이어를 분말상으로 만들어 콘크리트 조성물에 혼합하여 사용하는 것 등이 있지만 이는 해조류 등이 타이어에 쉽게 착생하지 못하므로 재활용의 측면만을 고려한 것일 뿐 인공어초의 근본적인 목적을 달성하기에는 미흡한 점이 많고, 상기 강재를 사용하는 경우에는 인공어초의 제작이 용이하고 복잡한 구조를 만들 수 있다는 장점은 있으나, 부식 등에 의한 파단으로 인해 상대적으로 수명이 짧고 부식으로 산화된 자리에는 부착생물이 착생하기 어렵다는 단점이 있다.

이와 같이, 종래에 인공어초의 재료로 사용되는 것들은 각각 해양생물이 서식하기에 부적합한 요인를 가지고 있었다. 해양생물이 풍부한 천연의 바닷속을 살펴보면, 다양한 형태의 산호초가 형성되어 있고, 산호초가 제공하는 공간이나 산호와 더불어 형성되는 공간을 통해 해양생물이 번식 또는 서식하고 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 인공어초가 지향하는 궁극적인 구조 또한 천연의 해양 구조에 근접한 구조일 것이나, 상기한 요인으로 인해 종래의 인공어초의 재료만으로는 이러한 구조에 접근하는데 다소 한계가 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 인공어초로 사용될 새로운 재료의 개발이 활발히 이루어지고 있다.

예를 들어, 공개특허 제85-2938호에는 콘크리트제 표면에 해조류나 어패류가 좋아하고 생육에 필요한 산화철분을 제공하기 위하여 계면활성제로 된 콘크리트 침투제에 황산 제1철 또는 황산 제2철의 미분을 혼입한 용제 또는 콘크리트 침투제에 1 마이크론 이하의 산화철 미분과 황산을 혼입한 용제를 콘크리트제 블록의 표면에 도포하고 이로 인한 침투층을 콘트리트 블록의 표면에 형성하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 해양 생물에게 유용한 정도로 산화철분을 제공할 수 없고, 시간이 경과한 후에는 상기 침투층의 두께가 얇아져서 그 효과가 상실되는 문제점이 있었다.

또한, 특허 제105954호에는 인공어초의 내부식성과 생물 부착능력을 향상시키기 위하여, 고로 혹은 전로 조업시 파생되는 부생 폐기물을 파쇄하여 분말로 만든 슬래그 30∼65 중량％와 점결제로서 시멘트 10∼30 중량％ 및 밀, 쌀, 보리, 콩, 전분 및 옥수수 가루로 이루어진 곡분 중에서 선택된 1 또는 2종 이상을 첨가하여 만든 혼합물에 물 25∼50 중량％를 넣어 만든 조성물을 어초 표면에 0.2∼3.0㎜의 두께로 도포하는 방법이 개시되어 있고, 제122032호에는 산화철 1∼65 중량％, 슬래그 1∼65 중량％, 시멘트 10∼30 중량％ 및 물 25∼50 중량％를 혼합한 조성물을 어초 표면에 0.2∼3㎜ 정도로 도포하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 제105954호와 122032호에 기재된 방법은 상기 제85-29385호에 기재된 방법에 비해 지속 효과는 우수하지만, 그러한 방법들로 만들어진 인공어초는 인공어초 본체와 표면 도포제의 접착력이 강하지 못하여, 제조된 인공어초를 운반하는 과정 및 바다에 투여하는 과정에서 상기 표면 도포제가 쉽게 파괴되거나 분리되는 문제점을 안고 있었다.

뿐만 아니라, 공개특허 제96-33248호에는 철강산업 폐기물인 분말상의 슬러지와 분말상의 폐수지(PE, PP, PVC, PS)를 2:1로 혼합한 조성물을 압출성형하여 인공어초를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 인공어초는 폐수지를 사 용하고 있으므로, 폐수지 내에 묻어있는 오염물을 완전히 제거하야 하고 압출성형과정에서 수지 내에 포함되어 있는 각종 독성물질(가소제, 안정화제 등)과 열분해 생성물이 오히려 해조류 및 어패류 등의 서식을 방해하는 문제점이 있었다.

그러나, 종래의 대부분의 인공어초는 시멘트를 점결제로 사용하기 때문에 시멘트 사용으로 인한 환경오염의 문제는 해결할 수 없는 실정이다.

즉, 시멘트를 생산하기 위해서는 석탄 또는 석유를 필요로 하며, 소비되는 석탄자원과 석유자원은 연소 과정에서 막대한 CO₂가스를 발생시키고, 시멘트의 원료로 사용되는 석회석은 CaCO₃로 구성되어 시멘트 생산시 CO₂가스를 발생시키는 주된 원료이기 때문에 시멘트의 사용 자체가 환경 오염을 유발하는 문제가 있다.

뿐만 아니라, 시멘트의 백화 현상으로 인하여 환경 오염이 유발되고, 아토피와 같은 피부 트러블이 발생되는 것으로 확인되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 시멘트를 전혀 사용하지 않으면서도 강한 결합력이 발휘되기 때문에 일정 강도 이상의 조건에 부합되는 인고어초를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않고, 인체에 해를 끼치지 않는 인공어초를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 인공어초를 용이하게 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적들 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 다른 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 모래, 자갈, 석분, 황토, 점토, 규사, 제올라이트, 알루미나, 전기석, 방해석, 펄라이트, 일라이트, 실리카 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 비금속 무기질 고체 재료 중량에 대하여 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 또는 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 액상의 결합제 제조시 사용되는 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 이하의 희토류 원소를 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 바인더 20 ∼ 100중량%를 첨가하고 혼합하여 인공어초를 제조함으로써 비금속 무기질 고체 재료 및 바인더 내부의 무기물 용탈(dissolusion) → 아쿠아졸 형성(formation of aquasols) → 응축(condensation) → 겔 형성(gel formation) → 결정화(crystallization)하는 반응으로 강한 결합력이 발휘되기 때문에 경화 후 일정 강도 이상을 발현하는 인공어초를 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 있고, 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않는 인공어초를 얻을 수 있다.

본 발명은 강한 결합력이 발휘되기 때문에 경화 후 일정 강도 이상을 발현하는 인공어초를 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 시멘트의 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 있고, 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않는 인공어초를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 인공어초는 모래, 자갈, 석분, 황토, 점토, 규사, 제올라이트, 알루미나, 전기석, 방해석, 펄라이트, 일라이트, 실리카 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 비금속 무기질 고체 재료 중량에 대하여 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 또는 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 액상의 결합제 제조시 사용되는 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 이하의 희토류 원소를 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 바인더 20 ∼ 100중량%를 첨가하고 혼합한 것으로 제조된 것을 특징지워진다.

또한, 본 발명에 따른 인공어초 제조 방법은 모래, 자갈, 석분, 황토, 점토, 규사, 제올라이트, 알루미나, 전기석, 방해석, 펄라이트, 일라이트, 실리카 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 비금속 무기질 고체 재료 및 상기 비금속 무기질 고체 재료 중량에 대하여 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 또는 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 액상의 결합제 제조시 사용되는 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 이하의 희토류 원소를 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 바인더를 준비하는 단계; 상기 비금속 무기질 고체 재료와 바인더를 혼합하는 단계; 상기 비금속 무기질 고체 재료와 바인더의 혼합물을 성형틀에 투입하고 압력을 가해 성형하는 단계; 탈형 후 자연 양생시키는 단계로 구성되는 것으로 특징지워진다.

또한, 상기의 인공어초 제조방법 중에서 성형하는 단계 후에 비금속 무기질 고체 재료와 바인더의 혼합물에 공지의 발포제를 혼합한 슬러리에 1차 성형품을 침지하여 1차 성형품 표면에 비금속 무기질 고체 재료와 바인더의 발포 혼합물이 접착되도록 하는 단계를 부가하여 해조류나 어패류의 착생을 용이하게 할 수도 있다.

본 발명에서 사용되는 바인더에서 광물질 분말은 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 것을 사용한다.

상기 광물질 분말에는 인체에 해를 끼치지 중금속이 함유되지 않는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 성분 이외에 미량의 원소들이 함유될 수도 있고, 상기 성분들 중에서 일부가 함유되지 않거나 다른 성분들로 치환된 광물질도 사용 가능하다. 또한, 광물질 분말의 원소 구성비는 특별히 제한되는 것은 아니지만, C, O, Mg, Al, Si, S, Cl 및 Ca는 반드시 함유되어야 하며, 각각의 원소들의 기능이 명확하게 규명되지는 않았지만 상기의 원소들 각각이 함유되지 않았을 경우에는 본 발명에 의한 효과를 얻을 수 없다.

상기 광물질 분말은 200 ∼ 325메쉬(mesh)의 입도를 갖는 것을 사용하는 것이 효과적이며, 입도가 200메쉬 미만일 경우에는 제조되는 인공어초의 경화 후 강도가 만족스럽지 못한 문제점이 있고, 325메쉬를 초과할 경우에는 제조 원가가 상승되어 경제적이지 못하다.

한편, 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로는 Li ,Na, K, Rb, Cs, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg의 염화물을 의미하는 것으로 1종 이상이 사용되어야 하고, 클러스터화된 물에 의해서 미네랄 입자가 콜로이드 용액을 형성하고, 형성된 콜로이드 용액은 광물질 분말의 미네랄과 결합하여 바인더로서의 기능을 나타내게 된다.

보통 물은 35개 내외의 물분자가 연결되어 대단히 큰 클러스터를 이루고 있으며, 아황산가스, 탄산가스, 일산화탄소, 염소 가스등이 물에 녹아 들어가면 이것 들이 물분자의 클러스터 사이에 붙어 엉키게 될 뿐만 아니라 이들 가스류가 물에 용해되어 황산, 아황산, 탄산, 염산등으로 되면서 물을 산성화시키고, 수은, 납, 카드뮴, 알루미늄을 비롯한 유독중금속류도 클러스터에 엉키게 된다. 이렇게 물을 산성화시키는 가스류나 유독금속을 포함하고 있는 클러스터가 큰 물은 인체에 유해한 효과를 나타낼 뿐만 아니라 본 발명에서는 결합력의 저하 원인이 되어 본 발명에서 얻고자 하는 효과가 발현되지 않게 된다.

따라서, 본 발명에서는 4 ∼ 14㎛대의 원적외선방사, 자화처리, 초음파처리 등을 통하여 물분자의 클러스터를 5 ∼ 6개의 분자로 세분화하여 물분자의 클러스터 사이에 엉키어있던 유독가스를 공중으로 날려보내고 중금속류는 침전시켜 상등액만을 취한 클러스터화된 물을 사용한다.

클러스터화된 물은 공지된 다양한 방법으로 제조 가능하고, 공지된 안정화 방법으로 안정화시킨 것을 사용하는 것이 바람직하며, 클러스터화되지 않은 물을 본 발명에서 사용할 경우에는 바인더의 결합력이 저하되는 문제점이 있다.

클러스터화된 물에 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 투입하여 용해한다. 이 때 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물의 사용량은 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1 ∼ 60중량%의 양을 사용하는 것이 효과적이며, 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물이 1중량% 미만으로 사용될 경우에는 광물질 분말로부터 유래되는 미네랄 성분과의 결합력이 저하되는 단점이 있고, 60중량%를 초과할 경우에는 첨가 상승 효과가 미약하다.

클러스터화된 물에 알칼리금속 또는 알칼리토금속염화물을 용해시킨 용액에 희토류 원소를 소량 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제를 제조한다.

희토류 원소로는 란탄늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로메튬, 사마륨, 유로피움, 가돌리늄, 테르비움, 디스프로슘, 홀미움, 에르비움, 투리움, 이트븀, 루테늄, 스칸듐, 이트륨 등이 사용 가능하며, 게르마늄도 사용 가능하다. 희토류 원소를 소량 함유하는 물은 알칼리금속 및/또는 알칼리토금속염화물의 보조제로서의 기능을 수행함과 동시에 살균 및 정균 작용에 의하여 미네랄과 콜로이드 용액의 결합이 용이하게 이루어지도록 하는 기능을 한다. 희토류 원소의 함유량은 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 미만으로 사용하는 것이 효과적이며, 희토류 원소를 함유하는 물에서도 물은 클러스터화된 물을 사용한다.

한편, 제조되는 액상의 결합제에 pH 조절제를 사용하여 제조되는 제품의 pH가 약알칼리성이 되도록 하며, pH 조절제의 사용량은 요구되는 pH에 따라 적절히 조절될 수 있다.

상기와 같이 제조되는 액상의 결합제와 광물질 분말은 각각 10 ∼ 90중량%의 양으로 혼합되어 바인더가 제조된다. 액상의 결합제가 10중량% 미만이거나 광물질 분말이 90중량%를 초과할 경우에는 경화 시간이 오래 소요되는 단점이 있으며, 액상의 결합제가 90중량%를 초과하거나 광물질 분말이 10중량% 미만일 경우에는 인공어초의 경화 후 강도가 만족스럽지 못한 문제점이 있다.

액상의 결합제와 광물질 분말이 혼합되면 급격하게 응축 및 경화가 발생하게 되므로 사용하기 직전에 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 비금속 무기질 고체 재료는 모래, 자갈, 석분, 황토, 점토, 규사, 제올라이트, 알루미나, 전기석, 방해석, 펄라이트, 일라이트, 또는 실리카가 사용 가능하며, 통상적인 인공어초 제조시에 사용되는 재료 중에서 시멘트 이외의 모든 재료가 사용 가능하다. 또한, 비금속 무기질 고체 재료는 인공어초의 규격에 의거하여 25mm 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 바인더는 비금속 무기질 고체 재료 중량에 대하여 20 ∼ 100중량%를 첨가하는 것이 바람직하며, 바인더의 사용량이 20중량% 미만일 경우에는 인공어초의 결합력이 만족스럽지 못한 문제점이 있고, 100중량%를 초과할 경우에는 작업성이 저하되는 단점이 있다.

본 발명의 인공어초 제조 방법에 있어서 비금속 무기질 고체 재료와 바인더의 혼합은 건식, 반건식, 습식으로 상기 설명한 조성 비율에 따라서 배합할 수 있으며, 비금속 무기질 고체 재료의 함수율에 따라 조성 비율을 조절할 수 있다.

상기 비금속 무기질 고체 재료와 바인더의 혼합물을 성형틀에 투입하는 단계; 상기 성형틀에 진동을 가한 후, 비금속 무기질 고체 재료와 바인더의 혼합물을 2차 투입한 다음 프레스 성형하는 단계는 인공어초를 균일하게 성형할 수 있는 방법이라면, 특별히 한정되지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 선택하여 적용할 수 있다.

인공어초로의 성형이 완료되면 탈형하고 자연 양생을 행한다. 바람직하게는 25 ∼ 80℃의 온도에서 양생하는 것이 효과적이지만, 실온에서 양생하되 온도에 따 라 양생 기간을 조절할 수 있다.

또한, 상기의 인공어초 제조방법 중에서 성형하는 단계 후에 비금속 무기질 고체 재료와 바인더의 혼합물에 공지의 발포제를 혼합한 슬러리에 1차 성형품을 침지하여 1차 성형품 표면에 비금속 무기질 고체 재료와 바인더의 발포 혼합물이 접착되도록 함으로써 발포제의 발포로 인하여 표면에 요홈이 다수 발생되고 평탄한 면이 아닌 불규칙한 표면이 형성되도록 하여 해조류나 어패류의 착생을 용이하게 할 수도 있다.

상기의 발포제는 발포 콘크리트 제조시 사용되는 공지의 발포제를 모두 사용할 수 있다.

본 발명에 의한 인공어초로의 성형과 관련된 작용 기전은 명확히 밝혀지지는 않았지만 비금속 무기질 고체 재료 및 광물질 분말의 무기물이 클러스터화된 물과 함께 강하게 결합되어 높은 강도, 특히 인공어초의 규격 기준인 압축강도가 210kg/㎤ 이상을 나타낼 뿐만 아니라 종래의 시멘트계 인공어초에서 사용되는 시멘트의 사용없이 무기질만으로 인공어초의 제조가 가능해진다..

즉, 무기물이 클로스터화된 물에 용탈(dissolusion) → 아쿠아졸 형성(formation of aquasols) → 응축(condensation) → 겔 형성(gel formation) → 결정화(crystallization)하는 반응으로 강한 결합력이 발휘되어 우수한 강도를 얻을 수 있으며, 유기 결합제의 사용으로 인한 문제점 및 합성수지재의 사용으로 인한 문제점을 해결할 수 있고, 무기물로만 이루어진 바인더를 사용함으로써 오염물의 배출이 없어 환경 오염을 유발하지 않는 효과를 용이하게 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 방법으로 10 × 10 × 10cm의 크기로 시편을 제조하고, 공지의 시멘트 모르타르를 이용하여 10 × 10 × 10cm의 크기로 시편을 제조한 후, 각각 금붕어가 5마리씩 있는 수족관과 바다 어류인 광어가 3마리씩 있는 수족관에 각각 투입한 결과, 본 발명의 방법으로 제조된 시편은 1달이 경과하여도 금붕어와 광어가 모두 생존하였지만 시멘트 모르타르로 제조된 시편의 경우에는 금붕어가 2일 후에 모두 폐사하였고, 광어도 5일 후에 모두 폐사하였음을 확인할 수 있었는 바, 본 발명에 따른 인공어초는 유해한 것으로 판단된다.

도 1은 본 발명에 따른 인공어초의 경화 매카니즘을 설명하는 모식도이다.

Claims

모래, 자갈, 석분, 황토, 점토, 규사, 제올라이트, 알루미나, 전기석, 방해석, 펄라이트, 일라이트, 실리카 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 비금속 무기질 고체 재료 중량에 대하여 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 또는 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 액상의 결합제 제조시 사용되는 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 이하의 희토류 원소를 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 바인더 20 ∼ 100중량%를 첨가하고 혼합한 것으로 제조된 것을 특징으로 하는 인공어초.
모래, 자갈, 석분, 황토, 점토, 규사, 제올라이트, 알루미나, 전기석, 방해석, 펄라이트, 일라이트, 실리카 등으로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 비금속 무기질 고체 재료 및 상기 비금속 무기질 고체 재료 중량에 대하여 C 5 ∼ 71.7%, O 20 ∼ 86.7%, Mg 1 ∼ 67.7%, Al 1 ∼ 67.7%, Si 3 ∼ 69.7%, S 0.5 ∼ 67.2%, Cl 0.5 ∼ 67.2%, Ca 2 ∼ 68.7%, Ti 0.1 ∼ 66.8%, Mn 0.05 ∼ 66.75%, Fe 0.05 ∼ 66.75% 및 In 0.1 ∼ 66.8%의 원소 구성비를 갖는 광물질 분말 10 ∼ 90중량%와 알칼리금속염화물 및 알칼리토금속염화물로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 화합물을 클러스터화된 물에 투입하여 알칼리금속 또는 알칼리토금속을 용출시킨 용액에 액상의 결합제 제조시 사용되는 전체 클러스터화된 물의 중량에 대하여 1중량% 이하의 희토류 원소를 함유하는 물과 pH조절제를 혼합한 액상의 결합제 10 ∼ 90중량%로 구성되는 바인더를 준비하는 단계; 상기 비금속 무기질 고체 재료와 바인더를 혼합하는 단계; 상기 비금속 무기질 고체 재료와 바인더의 혼합물을 성형틀에 투입하고 압력을 가해 성형하는 단계; 탈형 후 자연 양생시켜 고화시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공어초 제조 방법.
청구항 2에 있어서, 성형하는 단계 후에 비금속 무기질 고체 재료와 바인더의 혼합물에 공지의 발포제를 혼합한 슬러리에 1차 성형품을 침지하여 1차 성형품 표면에 비금속 무기질 고체 재료와 바인더의 발포 혼합물이 접착 발포되도록 하는 단계를 부가하는 것을 특징으로 하는 인공어초 제조 방법.