KR101228590B1 - 개질 셀룰로오스계 １차 탄화물을 함유하는 친환경 모르타르 조성물 - Google Patents

개질 셀룰로오스계 １차 탄화물을 함유하는 친환경 모르타르 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개질 셀룰로오스계 １차 탄화물을 함유하는 친환경 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 기존의 바닥 시공용 모르타르의 물성을 유지하면서도 실내 유해가스를 제거할 수 있는 친환경 모르타르 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 친환경 모르타르 조성물은 기존의 바닥재용 모르타르 조성물의 슬럼프-플로우, 응결시간, 압축강도와 같은 기초 물성을 만족하면서도 톨루엔, 암모니아, 포름알데히드와 같은 유해 가스를 효과적으로 제거하는 우수한 효과를 갖는다.

Description

개질 셀룰로오스계 １차 탄화물을 함유하는 친환경 모르타르 조성물{ENVIRONMENTAL FRIENDLY MORTAR COMPOSITION COMPRISING MODIFIED CHARCOAL}
본 발명은 개질 셀룰로오스계 １차 탄화물을 함유하는 친환경 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 기존의 바닥 시공용 모르타르의 물성을 유지하면서도 실내 유해가스를 효율적으로 제거할 수 있는 친환경 모르타르 조성물에 관한 것이다.
급속한 경제성장에 따른 주택 수요증가에 부합하기 위하여 신도시 건설과 재건축 사업 등의 대규모 주택이 정책적으로 공급되면서 현재 시멘트 위주의 획일화된 주택이 대량 공급되어 있는 실정이나 최근 들어 이러한 주거환경에 대한 소비자의 인식이 점차 차별화 및 고급화되고 있는 추세이다.
삶의 질 향상에 따라 주택은 단순한 주거공간이 아닌 하나의 문화 공간으로서의 역할을 담당할 것을 요구받고 있고, 이러한 추세에 부응하기 위해 건축용 내장재의 경우 기존의 시멘트를 사용한 습식제품의 단점에 대해 각종 성능 개선 및 시공성 개선은 물론 웰빙적 측면 및 유해환경에 대처할 수 있는 친환경적 요소도 부가되고 있는 상태이다.
최근에는 건설재료 분야에서도 사회적 이슈인 환경적 가치 및 웰빙이 새로운 문화코드로 부각되면서 실내 주거환경 개선은 물론 지속적인 친환경 건설기술 개발 필요성이 더욱 증대되고 있으며, 정부의 "저탄소 녹색성장" 지원시책과 친환경 건축물 인증제도에 부응할 수 있는 친환경 건설소재의 실용화 기술을 구축하는 것이 필요하다.
한편, 실내 주거환경 개선을 위한 건설자재 중 기능성 바닥 모르타르의 경우 2000년대 초반에 건강주택에 대한 관심이 고조되면서 맥반석, 게르마늄, 황토 등을 이용한 원적외선을 활용하는 사례가 많아지고 있으나, 실질적인 효과에 대해서는 의문이 많은 실정이다.
또한 바닥 모르타르에 다양한 첨가제를 혼합하여 유해가스를 제거하기 위한 시도가 있으나, 유해가스 제거 효능이 미미하며, 첨가제의 혼합에 따라 모르타르의 물성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 기존의 바닥재용 모르타르에 요구되는 물성을 유지하면서도 실내 유해 가스를 효율적으로 제거할 수 있는 개질 셀룰로오스계 １차 탄화물을 포함하는 친환경 모르타르 조성물을 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 시멘트 10~50중량% 및 모래 50~90중량%를 포함하는 건조 모르타르 100중량부에 대하여, 물 10~30중량부 및 개질 셀룰로오스계 1차 탄화물 0.1~5.0중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 모르타르 조성물을 제공한다.
상기 개질 셀룰로오스계 1차 탄화물은 (1) 셀룰로오스계 1차 탄화물에 수산화물 용액을 가하여 활성화시키는 제1단계; 및 (2) 상기 활성화된 셀룰로오스계 1차 탄화물을 불소 또는 산소 또는 불소와 산소의 혼합기체 중 어느 하나와 반응시켜 개질시키는 제2단계;를 포함하는 공정으로부터 제조되는 것이 바람직하다.
상기 제1단계의 수산화물 용액은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화루비듐, 수산화세슘 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 제1단계에서 사용되는 수산화물 용액의 농도는 2 내지 8M인 것이 바람직하다.
상기 제1단계의 활성화 과정은 5 내지 10℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 700 내지 900℃의 온도범위에서 0.5 내지 4시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
상기 제2단계에서 활성화된 셀룰로오스계 1차 탄화물을 불소 또는 산소와 반응시키는 경우, 불소 또는 산소의 압력은 각각 0.01 내지 2bar인 것이 바람직하며, 불소와 산소의 혼합기체와 반응시키는 경우에는 불소 또는 산소의 부분압은 각각 0.01 내지 2bar인 것이 바람직하다.
상기 친환경 모르타르 조성물은 바닥 시공용인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 친환경 모르타르 조성물은 기존의 바닥재용 모르타르 조성물의 슬럼프-플로우, 응결시간, 압축강도와 같은 기초 물성을 만족하면서도 톨루엔, 암모니아, 포름알데히드와 같은 유해 가스를 효과적으로 제거하는 우수한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 개질 셀룰로오스계 1차 탄화물을 포함하는 모르타르 경화 시편과 종래의 모르타르 경화 시편을 나타낸 사진이다.
도2a는 본 발명의 실시예 1에 의하여 활성화 및 개질이 이루어진 야자숯과 비교예 2에 사용된 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯의 XPS Survay 데이터이고, 도2b는 본 발명의 실시예 1에 의하여 활성화 및 개질이 이루어진 야자숯과 비교예 2에 사용된 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯의 XPS C1s 데이터이며, 도2c는 본 발명의 실시예 1에 의하여 활성화 및 개질이 이루어진 야자숯과 비교예 2에 사용된 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯의 XPS F1s 데이터이다.
도 3은 실시예 및 비교예에 대한 콘크리트의 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 및 비교예에 대한 포름알데히드 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 및 비교예에 대한 톨루엔 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 및 비교예에 대한 암모니아 제거율을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 개질 셀룰로오스계 1차 탄화물을 기존의 바닥 모르타르에 적용하여 실내 유해 가스의 저감 성능을 확인하고 요구되는 시공 물성을 지닌 실용적인 친환경 모르타르 조성물에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 친환경 모르타르 조성물은 기존 바닥 모르타르에 톨루엔, 암모니아 및 포름알데히드 등의 유해 가스를 제거하기 위해 적용된 유사 탄소 재료의 시공성 저하, 불충분한 탈취율, 높은 시공 단가 등의 문제점을 해결하기 위한 시도로서, 개질 셀룰로오스계 1차 탄화물의 배합에 따른 슬럼프-플로우, 응결시간 및 압축강도와 같은 기초 물성의 확보 방안을 제시하고, 톨루엔, 암모니아 및 포름알데히드와 같은 유해 가스에 대한 높은 탈취 효과를 확보하는 방안을 제시한다.
상기와 같은 방안을 확보하기 위하여, 본 발명은 시멘트 10~50중량% 및 모래 50~90중량%를 포함하는 건조 모르타르 100중량부에 대하여, 물 10~30중량부 및 개질 셀룰로오스계 1차 탄화물 0.1~5.0중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 모르타르 조성물을 제공한다.
상기 건조 모르타르는 시멘트, 바람직하게는 1종 포틀랜드 시멘트와 모래가 상기 조성비로 혼합된 조성물이며, 그 밖에 시판되는 바닥재용 모르타르 조성물을 사용할 수도 있다.
상기 물은 건조 모르타르 100중량부에 대하여 목표 슬럼프를 확보하기 위하여 적절히 조절된 양으로 사용되며, 바람직하게는 건조 모르타르 100중량부에 대하여 10~30중량부를 사용하는 것이다.
상기 개질 셀룰로오스계 1차 탄화물은 (1) 셀룰로오스계 1차 탄화물에 수산화물 용액을 가하여 활성화시키는 제1단계; 및 (2) 상기 활성화된 셀룰로오스계 1차 탄화물을 불소 또는 산소 또는 불소와 산소의 혼합기체 중 어느 하나와 반응시켜 개질시키는 제2단계를 포함하는 공정으로부터 제조되는 것이 바람직하다.
상기 셀룰로오스계 1차 탄화물은 셀룰로오스를 함유하는 다양한 재료로부터 얻을 수 있으며, 셀룰로오스를 함유하는 재료로부터 1차 탄화물을 얻는 그 자체는 공지의 기술이므로 이의 상세한 설명은 생략한다. 즉, 셀룰로오스계 1차 탄화물을 얻기 위한 재료에 특별한 제한이 있는 것은 아니며, 예를 들어 묘목견, 떡갈나무, 참나무, 상수리나무, 밤나무, 낙엽송, 소나무, 삼나무, 노송나무, 대나무, 앙겨, 야자수, 잣나무, 뽕나무 및 이들의 혼합물을 이용하여 제조될 수 있다.
상기 단계 (1)의 수산화물 용액은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화루비듐, 수산화세슘 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 단계 (1)의 수산화물 용액의 농도는 2 내지 8M인 것이 바람직하다. 농도가 하한치 미만일 경우에는 활성화가 충분히 이루어지지 않을 우려가 있고, 농도가 상한치를 초과하는 경우에는 지나친 활성화로 탄화물의 일부 세공구조가 붕괴되는 변형이 일어나 유해가스의 흡착에 적합한 미세 기공구조를 형성하기 어렵고 수율이 너무 낮은 문제점이 있어 바람직하지 않다.
상기 단계 (1)의 활성화 과정은 5 내지 10℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 700 내지 900℃의 온도범위에서 0.5 내지 4시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 승온속도가 하한치 미만일 경우와 활성화 처리 온도가 상한치를 초과할 경우에는 공정시간이 불필요하게 증가되고 에너지의 낭비를 초래하게 되어 바람직하지 않다. 또한 온도가 상한치를 초과할 경우에는 낮은 수율, 미세 기공 붕괴 및 불필요한 부반응이 발생할 우려도 있어 바람직하지 않다. 승온속도가 상한치를 초과하는 경우에는 휘발되는 양이 많아지고, 중 기공 및 거대 기공 형성이 이루어질 우려가 있고, 온도가 하한치 미만일 경우에는 충분한 활성화가 이루어지지 않아 적정한 비표면적을 얻지 못할 우려가 있어 바람직하지 않다. 또한 활성화 시간이 하한치 미만일 경우에는 충분한 활성화가 이루어지지 않을 우려가 있고, 활성화 시간이 상한치를 초과할 경우에는 상한치의 경우와 별반 차이가 없으며, 오히려 원치 않는 부반응이 발생할 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기 활성화 과정을 거친 셀룰로오스계 1차 탄화물에는 미세 기공이 형성되고 비표면적이 증가하게 된다.
상기 단계 (2)의 셀룰로오스계 1차 탄화물을 개질시키는 과정은 셀룰로오스계 1차 탄화물을 불소 또는 산소 또는 불소와 산소의 혼합기체 중 어느 하나와 반응시켜 이루어진다.
셀룰로오스계 1차 탄화물이 불소와 반응하는 경우에는 셀룰로오스계 1차 탄화물에 불소 관능기가 유도되어 셀룰로오스계 1차 탄화물은 소수성으로 개질되며, 셀룰로오스계 1차 탄화물이 산소와 반응하는 경우에는 셀룰로오스계 1차 탄화물에 산소 관능기가 유도되어 셀룰로오스계 1차 탄화물은 친수성으로 개질된다. 또한, 셀룰로오스계 1차 탄화물이 불소와 산소의 혼합가스와 반응하는 경우에는 셀룰로오스계 1차 탄화물에 불소 관능기와 산소 관능기가 함께 도입되어 소수성 및 친수성의 성질을 동시에 가지도록 개질된다.
이 경우 불소와 산소의 투입비를 조절하여 소수성 및 친수성의 세기를 조절할 수 있다. 이렇게 산소와 불소를 이용한 개질은 활성화된 셀룰로오스계 1차 탄화물에 관능기를 도입하여 성능을 개선함과 동시에 미세기공을 발달하게 하여 유해가스 흡착에 유리한 작용을 하게 한다.
상기 불소는 불소를 포함한 다양한 기체가 이용될 수 있으며, 구체적인 예를 들어보면 불소(F2), 삼불화질소(NF3), 사불화탄소(CF4), 삼불화탄소(CHF3), 팔분화삼탄소(C3F8), 팔불화사탄소(C4F8) 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 셀룰로오스계 1차 탄화물을 개질시키는 과정에서 셀룰로오스계 1차 탄화물을 불소와 반응시키는 경우 불소의 압력은 0.01 내지 2bar인 것이 바람직하며, 셀룰로오스계 1차 탄화물을 산소와 반응시키는 경우 산소의 압력은 0.01 내지 2bar인 것이 바람직하고, 셀룰로오스계 1차 탄화물을 불소와 산소를 같이 포함하는 혼합기체와 반응시키는 경우 불소 및 산소의 부분압은 각각 0.01 내지 2bar인 것이 바람직하다. 또한, 셀룰로오스계 1차 탄화물을 개질시키는 과정은 0.01 내지 1시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
불소의 압력 또는 부분압이 하한치 미만일 경우와 반응시간이 하한치 미만일 경우에는 불소관능기가 셀룰로오스계 1차 탄화물에 충분히 유도되지 않아 셀룰로오스계 1차 탄화물이 소수성으로 개질되지 않을 가능성이 있어 바람직하지 않고, 불소의 압력 또는 부분압이 상한치를 초과하는 경우와 반응시간이 상한치를 초과할 경우에는 원치 않는 부반응이 발생할 우려와 더불어 기공구조가 붕괴될 우려가 있어 바람직하지 않다.
또한, 산소의 압력 또는 부분압이 하한치 미만일 경우와 반응시간이 하한치 미만일 경우에는 산소관능기가 셀룰로오스계 1차 탄화물에 충분히 유도되지 않아 셀룰로오스계 1차 탄화물이 친수성으로 개질되지 않을 가능성이 있어 바람직하지 않고, 산소의 압력 또는 부분압이 상한치를 초과하는 경우와 반응시간이 상한치를 초과할 경우에는 원치 않는 부반응(과산화)이 발생할 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기 개질 셀룰로오스계 1차 탄화물의 함량은 건조 모르타르 100중량부에 대하여 0.1~5.0중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1중량부 미만인 경우에는 만족할 만한 유해 가스의 제거율을 확보할 수 없고, 5.0중량부를 초과하는 경우에는 목표하는 유해 가스 제거율의 증가 효과가 상한치와 비교하여 별반 차이가 없을 뿐 아니라, 모르타르의 슬럼프, 응결시간, 압축강도와 같은 기초 물성이 저하되는 문제점이 있다.
상기 개질 셀룰로오스계 1차 탄화물은 고운 입자 형태로 모르타르에 혼합되는 것이 바람직하며, 건조 모르타르에 물을 첨가할 때 함께 첨가하거나, 또는 건조 모르타르와 먼저 혼합한 후 물을 첨가하여 사용할 수 있다.
상기 친환경 모르타르 조성물은 바닥 시공, 특히 아파트, 주상복합건물 등의 다층 구조로 된 공동주택의 바닥 시공에 적합하다. 본 발명의 친환경 모르타르 조성물의 바닥 시공은 기존의 모르타르 조성물을 사용한 시공법을 그대로 적용할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 친환경 모르타르 조성물을 적용한 공동주택의 바닥재는 실내 유해가스의 흡착 기능이 우수하여, 포름알데히드, 톨루엔 및 암모니아 등의 유해 가스를 효과적으로 제거할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
[ 실시예 ]
본 실시예에서는 1종 포틀랜드 시멘트 30중량%와 모래 70중량%로 이루어지는 건조 모르타르를 사용하였다.
1. 실시예 1
시판되는 야자숯을 4M의 수산화칼륨 용액에 넣고 1시간 동안 쉐이킹 시킨 후, 5℃/min의 속도로 승온시켜 750℃에서 1시간 동안 반응시켜 활성화 과정을 수행하였다. 상기 활성화 과정을 거친 야자숯은 증류수로 세척을 한 후, 100℃ 오븐에서 12시간 건조시켰다.
다음으로 활성화 과정을 거친 야자숯을 불소와 산소의 혼합기체와 반응시켜 개질시켰다. 즉, 반응기에 활성화 과정을 거친 야자숯을 투입한 후, 반응기에 불소 0.3bar와 산소 0.7bar로 이루어지는 혼합가스를 공급하여 0.2시간 동안 야자숯과 반응시켜 개질하였다.
하기 표 1과 같이, 건조 모르타르 2,000g에 대하여 활성화 및 개질된 야자숯 10g을 혼합하고, 물 320g을 첨가하여 물결합재비를 16%가 되게 하여 모르타르 시편을 제조하였다.
2. 실시예 2
하기 표 1과 같이, 건조 모르타르 2,000g에 대하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 활성화 및 개질된 야자숯 20g을 혼합하고, 물 320g을 첨가하여 물결합재비를 16%가 되게 하여 모르타르 시편을 제조하였다.
3. 실시예 3
하기 표 1과 같이, 건조 모르타르 2,000g에 대하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 활성화 및 개질된 야자숯 40g을 혼합하고, 물 320g을 첨가하여 물결합재비를 16%가 되게 하여 모르타르 시편을 제조하였다.
4. 비교예 1
하기 표 1과 같이, 건조 모르타르 2,000g에 대하여 물 320g을 첨가하여 물결합재비를 16%가 되게 하여 모르타르 시편을 제조하였다.
5. 비교예 2
하기 표 1과 같이, 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 모르타르 시편을 제조하였다.
구분 W/B(중량%) 물(g) 건조 모르타르(g) 개질 야자숯(g) 야자숯(g)
실시예 1 16 320 2,000 10 0
실시예 2 16 320 2,000 20 0
실시예 3 16 320 2,000 40 0
비교예 1 16 320 2,000 0 0
비교예 2 16 320 2,000 0 10
W/B: 물/결합재비 (W: 물, B: 결합재)
6. 비표면적 및 세공구조 특성
상기 실시예 1에 의하여 활성화 및 개질된 야자숯과 비교예 2에 사용된 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯의 비표면적을 측정하여 이를 하기의 표 2에 나타내었다.
구 분 비표면적
BET
Surface area (m2/g)		 평균세공직경
Average pore Diameter
(Å)		 미세기공부피
Micro pore volume
(cc/g)		 총세공부피
Total pore volume
(cc/g)		 미세기공면적
Micro pore area
(m2/g)		 미세기공분율
Micro pore
volume
/Total pore volume
(%)
실시예 1 1,961 19.7 0.920 1.010 1,695 91.1
비교예 2 682 24.5 0.348 0.563 690 61.8
상기 표 2에 기재된 바와 같이 본 발명의 실시예 1에 의하여 활성화 및 개질이 이루어진 야자숯의 비표면적은 1,961m2/g이었고, 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯의 비표면적은 682m2/g이었다. 또한 활성화 및 개질이 이루어진 야자숯의 미세기공은 0.920cc/g이었고, 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯의 미세기공은 0.348cc/g이었다. 미세기공 분율(미세기공부피/총세공부피)은 활성화 및 개질이 이루어진 야자숯의 경우 93.2% 이었고, 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯은 61.8%이었다.
즉, 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯을 본 발명의 실시예 1에 따른 방법에 의하여 활성화 및 개질하였을 경우, 비표면적은 186%, 미세기공은 164%가 증가하였고, 미세기공 분율도 47%가 증가하여, 유해가스 흡착에 유리하도록 기공구조가 변화하였음을 알 수 있었다.
7. 표면특성
상기 실시예 1의 과정을 통하여 활성화 및 개질이 이루어진 야자숯과 비교예 2에 사용된 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯의 표면특성, 즉 화학적 결합상태를 알아보기 위하여 XPS 분석을 하여 이를 도 2a 내지 도 2c에 나타내었다.
도 2a의 XPS survey 데이터에서 실시예 1의 과정을 통하여 활성화 및 개질이 이루어진 야자숯은 결합에너지 284, 533, 687 eV에서 각각 C1s, O1s, F1s 피크가 관찰되었으며, 비교예 2에 사용된 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯은 결합에너지 284와 533 eV에서 각각 C1s와 O1s 피크가 관찰되었다. 즉, 실시예 1에서 F1s 피크는 산소 및 불소와의 반응을 통하여 야자숯에 불소 관능기가 도입되었음을 보여준다. 또한, 실시예 1과 비교예 2의 표면 원소 비율을 표 3에 나타내었다. 실시예 1의 표면 원소 비율은 탄소가 77.9 %, 산소가 12.1 %, 불소가 10.0 %로 나타났고, 비교예 2는 탄소가 97.7 %, 산소가 2.3 %로 나타났다.
샘플 성분 함량(%) O/C(%) F/C(%)
C O F
실시예 1 77.9 12.1 10.0 15.5 12.8
비교예 2 97.7 2.3 - 2.3 -
또한, 탄소와 불소의 XPS C1s, F1s core level scan spectra를 관능기 별로 분해하여 도 2b와 도 2c에 각각 나타내었고, 표 4에 각 관능기의 결합에너지 및 함량을 나타내었다. 실시예 1의 C1s 피크의 결합에너지에 따른 표면 구조를 C-C(sp2) (284.5 eV), C-O (285.8 eV), C-C(sp3) (286.6 eV), C=O (288.0 eV), C-F (289.4 eV)로 나눌 수 있었고, F1s는 Semi-covalent C-F (686.7 eV), Covalent C-F (687.8 eV)로 나눌 수 있었다. 비교예 2의 C1s 피크는 C-C(sp2) (284.5 eV), C-O (285.8 eV), C-C(sp3) (286.6 eV), C=O (288.0 eV)로 나눌 수 있었다. 비교예 2의 F1s 피크는 존재하지 않았다. 산소 및 불소와의 반응을 수행한 실시예 1의 야자춧의 C-O 와 C=O 결합의 비율이 각각 18.5와 8.5 %로 산소 및 불소와의 반응을 수행하지 않은 비교예 2에 사용된 야자숯의 6.2, 4.O %보다 큰 수치를 보였으며, Semi-covalent C-F 결합과 Covalent C-F 결합이 각각 79.2와 20.8 %로 얻어졌다. 즉, 산소 및 불소와의 반응에 의하여 야자숯에 불소 관능기가 생성되는 동시에 산소 관능기가 증가한다는 것을 확인할 수 있었다.
구분 실시예 1 비교예 2
결합에너지
(eV)		 FWHM
(eV)		 농도
(%)		 결합에너지
(eV)		 FWHM
(eV)		 농도
(%)
C(1) C-C(sp2) 284.5 1.50 56.2 284.5 1.17 83.2
C(2) C-O 285.8 1.96 18.5 285.8 1.41 6.2
C(3) C-C(sp3) 286.6 1.82 8.0 286.6 1.33 6.5
C(4) C=O 288.0 1.71 8.5 288.0 1.59 4.0
C(5) C-F 289.4 2.29 8.7
F(1) 반공유 C-F 686.7 2.95 79.2
F(2) 공유 C-F 687.8 2.21 20.8
8. 기초 물성
상기 실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2에 따른 모르타르 성능 평가는 기초 물성으로서 유동성(슬럼프)과 압축강도(재령 7, 28일)를 KS L 5220:2007(건조시멘트 모르타르(바닥용))의 기준에 따라 평가하였다.
아래의 표 5는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2에 따라 제조된 콘크리트의 슬럼프 결과를 나타낸 것이다.
구 분 슬럼프 플로우(mm)
실시예 1 183.7
실시예 2 182.5
실시예 3 181.4
비교예 1 184.7
비교예 2 183.6
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 슬럼프는 활성화 및 개질이 이루어진 야자숯을 혼합한 실시예 1, 2, 3과 활성화 및 개질이 이루어지지 않은 야자숯을 혼합한 비교예 2 모두 야자숯을 혼합하지 않은 비교예 1과 마찬가지로 KS L 5220:2007[건조시멘트 모르타르(바닥용)]에서 정한 목표 슬럼프 값을 충족하는 것을 확인할 수 있었다.
아래의 표 6 및 도 3은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2에 따라 제조된 콘크리트의 압축강도 결과를 나타낸 것이다.
구분 압축강도(MPa)
7일 28일
실시예 1 26.8 42.0
실시예 2 24.4 38.5
실시예 3 21.5 30.9
비교예 1 29.6 42.0
비교예 2 25.7 40.5
상기 표 6 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 압축강도는 비교예 1보다 실시예 1, 2, 3에서 약간 저하되는 것으로 나타났으나, KS L 5220:2007(건조시멘트 모르타르(바닥용))의 기준인 7일(14MPa 이상), 28일(21MPa 이상)은 모두 충족하는 것으로 나타났다.
9. 유해 가스 제거율
실시예 및 비교예에 의한 모르타르의 유해 가스 탈취율을 평가하였다. 유해 가스로서 포름알데하이드, 톨루엔, 암모니아를 대상으로 하였으며, KICM-FIR-1085(2010)의 시험방법으로 평가하였다.
아래의 표 7 및 도 4는 포름알데하이드를 대상으로 한 실험 결과를 나타낸 것이다.
구 분 경과시간에 따른 포름알데하이드의 탈취율(%)
0분 30분 60분 90분 120분
실시예 1 0 28.6 45.3 56.2 62.0
실시예 2 0 32.3 52.1 64.3 68.2
실시예 3 0 35.7 57.2 69.4 75.8
비교예 1 0 22.1 32.0 38.4 42.3
비교예 2 0 25.0 38.5 41.0 48.7
상기 표 7 및 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 포름알데히드의 경우 실시예 1~3은 경과시간 120분에서 62.0~75.8%의 우수한 유해가스 제거율을 나타낸 반면, 기존 바닥 모르타르인 비교예 1은 42.3%, 일반적인 야자숯을 사용한 비교예 2는 48.7%의 제거율을 나타내어 실시예가 모두 비교예 1 및 비교예 2 보다 우수한 제거효율을 나타내었다. 또한 활성화 및 개질된 야자숯의 첨가량이 많을수록 포름알데히드의 제거효율이 더욱 우수함을 알 수 있었다.
아래의 표 8 및 도 5는 톨루엔을 대상으로 한 실험 결과를 나타낸 것이다.
구 분 경과시간에 따른 톨루엔의 탈취율(%)
0분 30분 60분 90분 120분
실시예 1 0 19.4 25.8 35.2 42.7
실시예 2 0 25.2 34.4 43.6 48.6
실시예 3 0 30.4 38.5 49.2 53.4
비교예 1 0 11.2 13.5 13.8 14.1
비교예 2 0 13.0 19.4 21.9 23.7
상기 표 8 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 톨루엔의 경우 비교예 1은 초기 30분에서 120분까지 시간이 경과해도 제거율에서 큰 차이를 보이지 않았으나, 실시예 1~3의 경우 경과시간에 따라 높은 탈취효과를 나타내어 경과시간 120분에서는 실시예 1이 비교예 1보다 약 3배 이상의 높은 제거율을 나타내었다. 또한, 동일한 양의 야자숯을 첨가한 실시예 1이 비교예 2에 비하여 약 2배 정도 톨루엔 제거율이 우수함을 확인할 수 있다.
아래의 표 9 및 도 6은 암모니아를 대상으로 한 실험 결과를 나타낸 것이다.
구 분 경과시간에 따른 암모니아의 탈취율(%)
0분 30분 60분 90분 120분
실시예 1 0 34.9 47.9 54.8 60.0
실시예 2 0 42.9 55.8 62.2 68.1
실시예 3 0 47.2 62.1 72.9 75.1
비교예 1 0 19.0 27.6 34.0 38.4
비교예 2 0 22.5 31.4 37.6 43.3
표 9 및 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 암모니아에 대한 탈취효과에서도 비교예 1은 120분 경과시 38.4%의 제거율을 나타내고, 비교예 2는 43.3%의 제거율을 나타낸 반면, 실시예 1~3은 60.0~75.1%의 높은 제거율을 나타내어 실시예 1~3 모두 비교예 1 및 비교예 2 보다 높은 제거효율을 나타내었다.
이와 같이 3종의 유해가스 제거효율에 있어서, 비교예 1 및 비교예 2에 비해 실시예 1~3이 모두 매우 높은 제거효율을 나타내었으며, 이러한 경향은 야자숯의 개질여부, 야자숯의 사용량 및 경과시간 증가에 따라 더욱 차이를 보이는 것으로 확인되었다.
즉, 본 발명에 의할 경우 활성화 및 개질에 의하여 미세기공 및 비표면적이 증가하고, 불소관능기 및 산소관능기가 도입되어 유해가스의 제거에 효율적임을 알 수 있었다.
본 발명은 상기한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지는 않는다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 시멘트 10~50중량% 및 모래 50~90중량%를 포함하는 건조 모르타르 100중량부에 대하여, 물 10~30중량부 및 개질 셀룰로오스계 1차 탄화물 0.1~5.0중량부를 포함하는 친환경 모르타르 조성물에 있어서,
    상기 개질 셀룰로오스계 1차 탄화물은 다음의 단계들을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 친환경 모르타르 조성물:
    (1) 셀룰로오스계 1차 탄화물에 수산화물 용액을 가하여 활성화시키는 제1단계; 및
    (2) 상기 활성화된 셀룰로오스계 1차 탄화물을 불소 또는 산소 또는 불소와 산소의 혼합기체 중 어느 하나와 반응시켜 개질시키는 제2단계.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1단계의 수산화물 용액은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화루비듐, 수산화세슘 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 친환경 모르타르 조성물.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제1단계의 수산화물 용액의 농도는 2 내지 8M인 것을 특징으로 하는 친환경 모르타르 조성물.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제1단계의 활성화 과정은 5 내지 10℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 700 내지 900℃의 온도범위에서 0.5 내지 4시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 친환경 모르타르 조성물.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제2단계의 개질시키는 단계에서 활성화된 셀룰로오스계 1차 탄화물을 불소 또는 산소와 반응시키는 경우, 불소 또는 산소의 압력은 각각 0.01 내지 2bar인 것을 특징으로 하는 친환경 모르타르 조성물.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 제2단계의 개질시키는 단계에서 활성화된 셀룰로오스계 1차 탄화물을 불소와 산소의 혼합기체와 반응시키는 경우, 불소 또는 산소의 부분압은 각각 0.01 내지 2bar인 것을 특징으로 하는 친환경 모르타르 조성물.
  8. 삭제
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