KR101408693B1 - 토르마린 소결 담체를 포함하는 규조토 마감재 및 그 제조 방법 - Google Patents

토르마린 소결 담체를 포함하는 규조토 마감재 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

토르마린 소결 담체를 포함하는 규조토 마감재 및 그 제조 방법을 제공한다. 규조토 마감재는 10wt% 내지 40wt%의 규조토, 2wt% 내지 5wt%의 석회석, 5wt% 중량부 내지 10wt%의 흄드 실리카, 0.3wt% 내지 5wt%의 셀룰로오스, 1wt% 내지 5wt%의 이산화티타늄, 2wt% 내지 5wt%의 바인더, 0.01wt% 내지 1.5wt%의 점증 보조제, 10wt% 내지 15wt%의 토르마린 소결 담체, 그리고 나머지 물을 포함한다. 토르마린 소결 담체에는 식물 추출물이 담지된다.

Description

토르마린 소결 담체를 포함하는 규조토 마감재 및 그 제조 방법 {FINISHING MATERIALS COMPRISING DIATOMITES AND TOURMALINE POROUS MEDIAS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 규조토 마감재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 토르마린 소결 담체를 포함하는 규조토 마감재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
건축물의 실내를 마감하기 위해 다양한 소재들이 사용되고 있다. 예를 들면, 벽지, 페인트, 모르타르 등의 건축용 마감재가 사용된다. 일반적인 건축용 마감재는 인체에 해로울 수 있다.
즉, 일반적인 건축용 마감재는 유기휘발성 물질을 발생시킨다. 유기휘발성 물질은 외부의 미세먼지에 포함된 아황산가스, 질소산화물, 오존, 일산화탄소 등의 대기오염물질과 결합하여 실내공기를 오염시키면서 새집 증후군을 발생시킨다. 따라서 건축용 실내 마감재는 실내공기 중의 유해물질을 흡착 및 소취하여 냄새를 제거하고, 습기를 흡수 및 배출하며, 단열 및 난연 기능을 가지는 것이 좋다.
토르마린 소결 담체를 포함하는 규조토 마감재를 제공하고자 한다. 또한, 전술한 규조토 마감재의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 규조토 마감재는 10wt% 내지 40wt%의 규조토, 2wt% 내지 5wt%의 석회석, 5wt% 중량부 내지 10wt%의 흄드 실리카, 0.3wt% 내지 5wt%의 셀룰로오스, 1wt% 내지 5wt%의 이산화티타늄, 2wt% 내지 5wt%의 바인더, 0.01wt% 내지 1.5wt%의 점증 보조제, 10wt% 내지 15wt%의 토르마린 소결 담체, 그리고 나머지 물을 포함한다. 토르마린 소결 담체에는 식물 추출물이 담지된다.
좀더 바람직하게는, 토르마린 소결 담체의 양은 11wt% 내지 14wt%일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 토르마린 소결 담체의 양은 12wt% 내지 13wt%일 수 있다. 토르마린 소결 담체의 내부에 복수의 기공들이 형성되고, 복수의 기공들 중 하나 이상의 기공에 식물 추출물이 담지될 수 있다. 식물 추출물은 빈랑(Areca Catechu Linne), 관중(Dryopteris Crassirhizoma NaKai), 학슬(Carpeslum abrotanoides Linne), 박하(Mentha arvensis Var), 울금(CurCuma Longa Linne), 옻 및 계피(Cinnamomun Cassia Blume)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.
토르마린 소결 담체는, 토르마린 소결 담체 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 20 중량부의 제올라이트(modernite), 5 중량부 내지 10 중량부의 이산화티타늄, 5 중량부 내지 10 중량부의 벤토나이트, 5 중량부 내지 15 중량부의 티탄 자철광, 및 0보다 크고 1 중량부 이하의 금속 분말, 및 나머지 토르마린을 포함할 수 있다. 금속 분말은 99.99wt% 이상의 은을 포함할 수 있다. 점증 보조제는 무수글루코오스 단량체 사슬로 이루어진 셀룰로오스 유도체이고, 바인더는 비닐 아세테이트와 에틸렌을 결합한 공중합체 재분산수지일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 규조토 마감재의 제조 방법은, i) 혼합물 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 20 중량부의 제올라이트(modernite), 5 중량부 내지 10 중량부의 이산화티타늄, 5 중량부 내지 10 중량부의 벤토나이트, 5 중량부 내지 15 중량부의 티탄 자철광, 및 0보다 크고 1 중량부 이하의 금속 분말, 및 나머지 토르마린을 포함하는 혼합물을 제공하는 단계, ii) 혼합물을 1차 볼밀링하여 분쇄한 혼합 분말을 제공하는 단계, iii) 혼합 분말을 환원로에서 가열하여 소결체를 제공하는 단계, iv) 소결체를 2차 볼밀링하여 토르마린 다공체를 제공하는 단계, v) 토르마린 다공체를 진공 건조하는 단계, vi) 토르마린 다공체를 식물 추출물 용액에 진공 함침하는 단계, vii) 식물 추출물 용액에 진공 함침된 토르마린 다공체를 진공 열처리하여 토르마린 소결 담체를 제공하는 단계, viii) 토르마린 소결 담체를 분쇄하는 단계, ix) 토르마린 소결 담체를 입도 선별하는 단계, 및 x) 토르마린 소결 담체를 규조토, 석회석, 흄드 실리카, 셀룰로오스, 이산화티타늄, 바인더, 점증 보조제, 및 물과 혼합 및 여과하여 규조토 마감재를 제공하는 단계를 포함한다.
규조토 마감재를 제공하는 단계에서, 규조토 마감재는 10wt% 내지 40wt%의 규조토, 2wt% 내지 5wt%의 석회석, 5wt% 내지 10wt%의 흄드 실리카, 0.3wt% 내지 5wt%의 셀룰로오스, 1wt% 내지 5wt%의 이산화티타늄, 2wt% 내지 5wt%의 바인더, 0.01wt% 내지 1.5wt%의 점증 보조제, 10wt% 내지 15wt%의 토르마린 소결 담체, 그리고 나머지 물을 포함할 수 있다. 혼합 분말을 제공하는 단계에서, 혼합 분말을 12시간 내지 18시간 동안 분쇄하고, 소결체를 제공하는 단계에서 혼합 분말을 800℃ 내지 900℃에서 48시간 내지 52시간 동안 가열할 수 있다. 토르마린 다공체를 제공하는 단계에서, 토르마린 다공체의 입도는 13㎛ 내지 23㎛일 수 있다.
토르마린 소결 담체를 포함하는 규조토 마감재를 건축물에 시공시 흡착, 소취, 흡습, 배출, 단열, 방열 등의 기능을 발휘할 수 있다. 또한, 규조토 마감재는 실내 공기에 포함된 유해 물질을 흡착할 수 있고, 건축물 내의 습도를 적절하게 유지시키며, 건축물을 쉽게 단열시킬 수 있다. 또한, 규조토 마감재를 사용하여 살균, 항균, 해충 기피성, 항곰팡이, 소취, 방부 등의 기능을 부여할 수 있고, 음이온, 미약전류 및 원적외선 등을 발현하므로, 인체에 유익하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 규조토 마감재의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 도 1의 규조토 마감재에 포함된 토르마린 소결 담체의 개략적인 사시도이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 실험예에 따라 제조한 규조토 마감재의 주사전자현미경 사진이다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 좀더 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다.
예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 사용하는 "마감재"라는 용어는 건물을 마감하는 데 쓰이는 재료를 의미한다. 여기서, 마감재는 주로 인체에 유익한 기능을 부여하도록 건물의 내부에 주로 도포될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 규조토 마감재의 제조 방법의 순서도를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 규조토 마감재의 제조 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 규조토 마감재의 제조 방법을 다른 형태로 변형할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 규조토 마감재의 제조 방법은, 토르마린, 제올라이트, 이산화티타늄, 벤토나이트, 티탄자철광, 및 금속분말을 혼합한 혼합물을 제공하는 단계(S10), 혼합물을 1차 볼밀링하여 분쇄한 혼합 분말을 제공하는 단계(S20), 혼합 분말을 환원로에서 가열하여 소결체를 제공하는 단계(S30), 소결체를 2차 볼밀링하여 토르마린 다공체를 제공하는 단계(S40), 토르마린 다공체를 진공 건조하는 단계(S50), 토르마린 다공체를 식물 추출물 용액에 진공 함침하는 단계(S60), 토르마린 다공체가 진공 함침된 식물 추출물 용액을 진공 열처리하여 토르마린 소결 담체를 제공하는 단계(S70), 토르마린 소결 담체를 분쇄하는 단계(S80), 토르마린 소결 담체를 입도선별하는 단계(S90), 그리고 토르마린 소결 담체를 규조토, 석회석, 흄드 실리카, 셀룰로오스, 이산화티타늄, 바인더, 점증 보조제, 물과 혼합 및 여과하여 규조토 마감재를 제공하는 단계(S100)를 포함한다. 이외에, 규조토 마감재의 제조 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.
먼저, 단계(S10)에서는 토르마린, 제올라이트, 이산화티타늄, 벤토나이트, 티탄자철광, 및 금속분말을 혼합한 다공체용 혼합물을 제공한다. 이러한 다공체용 혼합물을 이용하여 토르마린 다공체를 제조할 수 있다.
제올라이트는 알루미늄 산화물과 규산 산화물이 결합하여 생성된 음이온과 알칼리 금속 및 알칼리 토금속이 결합된 광물로서, 결정질 알루미늄 규산염 광물을 의미한다. 제올라이트는 음전하가 대전된 새장 등의 벌집(honeycomb) 모양 구조를 가지므로, 유해 중금속, 화학 성분, 자유 유리기를 끌어들여 배출시키는 선택적인 해독 작용을 가지므로, 인체에 유익하다. 여기서, 제올라이트의 양은 다공체용 혼합물 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 20 중량부일 수 있다. 제올라이트의 양이 너무 적은 경우 전술한 기능이 저하될 수 있다. 또한, 제올라이트의 양이 너무 많은 경우, 토르마린 다공체의 기능이 저하될 수 있다. 따라서 제올라이트의 양을 전술한 범위로 조절한다. 제올라이트로서 모데나이트(mordenite)를 사용할 수 있다. 모데나이트는 비석군에 속하는 수화된 나트륨·칼륨·칼슘 규산알루미늄 광물을 의미한다. 모데나이트는 변질 화산광상에서 산출되는 가장 풍부한 비석광물 중 하나로서, 주로 화성암 내의 맥이나 공동을 채우는 백색의 유리질 침상결정으로 산출된다. 모데나이트의 분자구조는 규산염과 알루미늄산염 4면체로 결합된 5개의 고리로 된 사슬을 포함하는 망상 구조로 되어 있다. 알루미늄에 대한 규소의 비가 높으므로, 다른 비석광물보다 산에 대하여 높은 저항도를 가진다.
이산화티타늄은 광촉매의 소재로서 주로 사용된다. 이산화티타늄은 생물체에 영향을 주지 않는 무독성을 가지며, 수용액, 산, 염기 용액 등에 녹지 않고 유기물을 광분해시킨다. 여기서, 이산화티타늄의 양은 다공체용 혼합물 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 이산화티타늄의 양이 너무 적은 경우 전술한 기능이 저하될 수 있다. 또한, 이산화티타늄의 양이 너무 많은 경우, 토르마린 소결 담체의 제조 비용이 상승할 수 있다. 따라서 이산화티타늄의 양을 전술한 범위로 조절한다.
벤토나이트는 특정 진흙광에서만 채취되는 고농축 천연 미네랄을 풍부하게 함유한 점토이므로 순수 천연 미용제로서 사용된다. 벤토나이트는 나노 크기의 미세한 극 미립자와 인체에 필수적으로 권장되는 양이온을 띈 천연미네랄을 함유한다. 여기서, 벤토나이트의 양은 다공체용 혼합물 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 10 중량부일 수 있다. 벤토나이트의 양이 너무 적은 경우 전술한 기능이 저하될 수 있다. 또한, 벤토나이트의 양이 너무 많은 경우, 토르마린 소결 담체의 제조 비용이 상승할 수 있다. 따라서 벤토나이트의 양을 전술한 범위로 조절한다.
티탄 자철광은 티탄 광물을 함유하고 있는 자철석이다. 티탄 자철광에는 철과 티탄이 합금화되므로, 녹이 슬지 않고 우수한 자성을 가진다. 따라서 토르마린의 전기적 특성과 티탄 자철광의 높은 가우스 특성을 이용하여 토르마린 소결 담체의 기능성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 티탄 자철광의 양은 다공체용 혼합물 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 15 중량부일 수 있다. 티탄 자철광의 양이 너무 적은 경우 전술한 기능이 저하될 수 있다. 또한, 티탄 자철광의 양이 너무 많은 경우, 토르마린 소결 담체의 제조 비용이 상승할 수 있다. 따라서 티탄 자철광의 양을 전술한 범위로 조절한다.
금속 분말은 은을 포함할 수 있다. 금속 분말에 포함된 은의 양은 99.99wt% 이상일 수 있다. 이 경우, 금속 분말은 우수한 살균 효과를 가진다. 따라서 토르마린 소결 담체에 금속 분말을 사용하여 마감재의 살균 기능을 향상시킬 수 있다. 여기서, 금속 분말의 양은 0 보다 크고 0.0006 중량부 이하일 수 있다. 금속 분말의 양이 너무 많은 경우, 토르마린 소결 담체의 제조 비용이 상승할 수 있다. 따라서 금속 분말의 양을 전술한 범위로 조절한다.
토르마린은 6각 주상형의 결정을 갖는 붕규산염으로서 육방정계에 속하는 천연광물이다. 토르마린은 전기장이 가해지지 않더라도 근본적으로 전기 분극을 가진 결정을 포함한다. 이를 극성 결정체라고 하며, 극성 결정체는 결정의 단위 격자의 양전하의 중심과 음전하의 중심이 본래의 위치에서 약간 벗어나 있다. 따라서 결정의 양단에서 전극을 만든다.
토르마린의 양전극과 음전극은 반드시 평행을 이루는 것이 아니고 항상 불안정한 상태를 유지한다. 따라서 음극으로부터 끊임없이 양극을 향하여 전자가 흐르면서 영구적인 전기 흐름을 유지한다. 이 전류는 약 0.06mA의 미약한 전류이고, 결정에 수분이 닿으면 순간적으로 분해된다. 토르마린을 사용하는 경우, 이 특성을 응용하여 실내 공기에 포함된 수분에 적용함으로써 전기분해를 일으킬 수 있다. 이 경우, 물분자(H2O)는 수소이온(H+)과 수산화이온(OH-)으로 분리된다. 분리된 수소이온(H+)은 음이온에 끌려서 방출되어 전자와 결합해 중화되면서 수소 가스가 증발된다. 즉 물이 알칼리 이온화된다. 또한, 수산화이온은 주변의 물분자와 결합하여 계면활성물질인 하이드록실 이온(H3O2 -)을 생성한다. 전술한 과정을 나타내면 하기의 화학식 1과 같다. 하이드록실 이온은 물을 pH 7.4 내지 pH 7.8로 약알칼리화하며, 살균, 항균, 및 소취 효과를 높여준다. 또한, 토르마린은 마찰과 온도의 영향을 받으면 압전 또는 초전의 특성을 가진다.
[화학식 1]
H2O → H+ + OH-
OH- +H2O → H3O2 - (하이드록실 이온)
바람직하게는, 토르마린의 양은 혼합물 100 중량부에 대하여 20 중량부 내지 30 중량부일 수 있다. 토르마린의 양이 너무 적은 경우, 음이온, 미약전류 및 원적외선 등의 발현 기능이 저하될 수 있다. 또한, 토르마린의 양이 너무 많은 경우, 토르마린 소결 담체의 제조 비용이 증가할 수 있다. 따라서 토르마린의 양을 전술한 범위로 조절한다. 전술한 바와 같이, 토르마린, 제올라이트, 이산화티타늄, 벤토나이트, 티탄자철광, 및 금속분말을 혼합하여 혼합물을 제조한다.
다음으로, 단계(S20)에서는 혼합물을 1차 볼밀링하여 분쇄한 혼합 분말을 제공한다. 볼밀링에 따라 혼합물이 분쇄되면서 그 입도가 균일하게 된다. 여기서, 1차 볼밀링은 12시간 내지 18시간 동안 실시할 수 있다. 1차 볼밀링 시간이 너무 짧은 경우, 혼합물의 입도가 균일화되기 어렵다. 또한, 1차 볼밀링 시간이 너무 긴 경우, 에너지 소모가 많다. 따라서 1차 볼밀링 시간을 전술한 범위로 조절한다.
단계(S30)에서는 혼합 분말을 환원로에서 가열하여 소결체를 제공한다. 이 경우, 800℃ 내지 900℃의 온도에서 혼합 분말을 48 시간 내지 52 시간 동안 환원로에서 가열하여 소결체를 제조한다. 혼합 분말의 가열 온도가 너무 높은 경우, 결정 구조가 변형되어 결정 양단의 전기성이 저하될 수 있다. 또한, 혼합 분말의 가열 온도가 너무 낮은 경우, 결정체 구조수를 제거할 수 없다. 따라서 혼합 분말의 가열 온도를 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 혼합 분말의 가열 시간이 너무 긴 경우, 에너지 소모량이 증가할 수 있다. 그리고 혼합 분말의 가열 시간이 너무 짧은 경우, 소결이 원하는 형태로 잘 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 혼합 분말의 가열 시간을 전술한 범위로 조절한다. 혼합 분말은 소결되면서 결정체 구조수가 증발되고, 구조 결정화된 소결체로 변환된다.
단계(S40)에서는 소결체를 2차 볼밀링하여 토르마린 다공체를 제공한다. 여기서, 토르마린 다공체의 입도는 13㎛ 내지 23㎛일 수 있으며, 소결 입자가 균일하게 분포한다. 토르마린 다공체의 입도가 너무 큰 경우, 입도가 불균일해져서 혼합시 분말이 안정적으로 분산되지 못하고 서스펜소이드(suspensoid) 현상을 일으킨다. 또한, 토르마린 다공체의 입도가 너무 작은 경우, 기공이 잘 형성되지 않아 식물 추출물이 토르마린에 잘 담지되자 않을 수 있다. 따라서 토르마린 다공체의 입도를 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
다음으로, 단계(S50)에서는 토르마린 다공체를 진공 건조한다. 예를 들면 진공 상태에서 혼합물을 가열하여 토르마린 다공체에 함유된 수분을 제거할 수 있다. 단계(S40)에서 제조한 토르마린 다공체는 수분을 매우 잘 흡수하여 70wt% 내지 80wt%의 수분을 함유할 수 있다. 따라서 진공 상태에서 토르마린 다공체를 건조함으로써 토르마린 다공체에 함유된 수분을 거의 전부 제거할 수 있다.
그리고 단계(S60)에서는 토르마린 다공체를 식물 추출물 용액에 진공 함침한다. 식물 추출물은 살균, 항균, 해충 기피성, 항곰팡이, 방부 등의 친환경적이면서 건강에 좋은 기능을 부여하기 위하여 사용한다. 식물 추출물로서 한방 식물로 사용되는 식물 또는 그 열매를 사용할 수 있다. 예를 들면, 식물 추출물은 빈랑(Areca Catechu Linne), 관중(Dryopteris Crassirhizoma NaKai), 학슬(Carpeslum abrotanoides Linne), 박하(Mentha arvensis Var), 울금(CurCuma Longa Linne), 옻 또는 계피(Cinnamomun Cassia Blume)일 수 있다. 식물 추출물을 분쇄한 후 에탄올 유기 용매에 혼합해 회전 농축기로 농축하여 식물 추출물 용액을 제조할 수 있다. 식물 추출물의 원료로서 다양한 종류의 한방 약제를 선택할수 있다. 식물 추출물을 토르마린 다공체 공극에 담지해 고착시킨다. 이러한 과정을 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 식물 추출물에 토르마린 다공체를 침적시킨 후 육안으로 기포 발생이 없어질 때까지 기다린다. 그리고 침적시킨 토르마린 다공체를 진공함침 건조기에 주입한 후, 진공조절밸브를 작동시켜 온도 및 진공도가 안정적으로 유지되는지 확인한다. 그리고 진공함침 건조기내의 순환 펌프를 작동시켜서 층분리된 식물 추출물을 챔버로 이송 회수한다. 그리고 챔버에서 온도 유지, 진공도 유지, 해제시간 유지/해제 과정을 반복한다. 진공도가 유지되었다가 1차 해제되면 토르마린 다공체에 식물 추출물을 첨가하면서 스포이드로 교반시켜서 침적 효과를 극대화하며 예정된 온도의 진공 유지 및 해제 주기가 완료될 때까지 계속 반복한다.
다음으로, 단계(S70)에서는 토르마린 다공체가 진공 함침된 식물 추출물 용액을 진공 열처리하여 토르마린 소결 담체를 제공한다. 즉, 챔버의 온도를 적절하게 유지하면서 수분간 감압하였다가 회복시키고 이를 반복한다. 그리고 초기 온도보다 높여서 식물 추출물이 담지된 토르마린 다공체를 열처리해 건조시킨다. 그 결과, 토르마린 다공체의 공극, 좀더 구체적으로 결정 구조체 내부에 식물 추출물을 고착시킬 수 있다. 이하에서는 단계(S70)에서 제조된 토르마린 소결 담체의 구조를 좀더 상세하게 설명한다.
단계(S80)에서는 토르마린 소결 담체를 분쇄한다. 토르마린 소결 담체를 분쇄하여 토르마린 소결 담체를 마감재에 혼합하기에 적당한 크기로 제조할 수 있다. 이하에서는 도 2를 통하여 토르마린 소결 담체의 구조를 좀더 상세하게 설명한다.
도 2는 토르마린 소결 담체(10)를 개략적으로 나타내고, 도 2의 확대원에는 토르마린 소결 담체(10)에 형성된 기공(101)을 확대하여 나타낸다. 도 2의 토르마린 소결 담체(10)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 토르마린 소결 담체(10)의 구조를 다른 형태로도 변형할 수 있다.
도 2의 확대원에 도시한 바와 같이, 토르마린 소결 담체(10)에는 복수의 기공들(100)이 형성된다. 여기서, 기공들(100)에는 식물 추출물(103)이 담지된다. 따라서 토르마린 소결 담체(10)는 토르마린을 통하여 몸에 유익한 음이온, 항균, 소취 및 원적외선을 방출할 뿐만 아니라 압전 및 초전의 특성을 가진다. 또한, 식물 추출물(103)을 통하여 살균, 항균, 해충 기피성 또는 항곰팡이, 방부 등의 기능을 제공할 수 있다. 따라서 토르마린 소결 담체(10)를 마감재 성분으로 사용하는 경우, 인체에 유해한 유기휘발성 물질 등을 흡착 및 소취할 수 있을 뿐만 아니라 인체에 유익한 성분을 지속적으로 방출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 토르마린을 그대로 사용하는 것이 아니라 토르마린을 소결 담체로서 사용한다. 토르마린을 소결함에 따라 토르마린에 포함된 결정체 구조수가 증발되고 그 자리를 식물 추출물이 대체한다. 따라서 토르마린을 그대로 사용하는 것이 아니라 규조토 마감재로 사용시 불필요한 결정체 구조수를 제거하면서 식물 추출물 등을 담지하여 사용하므로, 단순 토르마린에 비해 규조토 마감재에 포함되어 복합적인 기능을 발휘할 수 있다.
다시 도 1로 되돌아가면, 단계(S90)에서는 토르마린 소결 담체를 입도 선별한다. 그 결과, 상대적으로 큰 입도를 가지는 토르마린 소결 담체는 필터링하고, 상대적으로 작은 입도를 가지는 토르마린 소결 담체만 남겨서 입자 크기를 균일하게 조절할 수 있다. 따라서 단계(S100)에서 제조되는 마감재에 토르마린 소결 담체를 균일하게 혼합할 수 있다. 한편, 도 1에는 도시하지 않았지만 기설정된 크기를 초과하는 토르마린 소결 담체는 단계(S90)로 되돌아가서 분쇄된 후 단계(S100)에서 다시 입도 선별될 수 있다.
마지막으로, 단계(S100)에서는 전술한 토르마린 소결 담체를 규조토, 석회석, 흄드 실리카, 셀룰로오스, 이산화티타늄, 바인더, 점증 보조제, 및 물과 혼합 및 여과하여 규조토 마감재를 제공한다. 예를 들면, 토르마린 소결 담체, 규조토, 석회석, 흄드 실리카, 셀룰로오스, 이산화티타늄, 바인더, 및 점증 보조제를 혼합한 후 물과 섞어서 이를 여과해 규조토 마감재를 제조할 수 있다. 여과에 따라 입도를 균일하게 할 수 있으며, 점도를 안정시키며 밀착도 및 작업성을 용이하게 할 수 있다.
규조토는 규조류라 불리는 부유성 조류가 생존시 물로부터 실리카를 흡수해 세포벽을 만들고, 이러한 규조류들의 퇴적물이 숙성 작용을 받아 굳어진 퇴적암이다. 규조토는 물리화학적으로 매우 안정한 SiO₂를 주성분으로 한다. 규조토는 그 특유의 다공성으로 인하여 자체 중량의 50%가 넘는 수분을 흡수하면서 분말 상태를 유지하는 특성을 가진다. 또한, 규조토는 낮은 열전도율, 높은 용융점, 낮은 열팽창율, 고온에서의 낮은 수축율, 열충격 저항성, 온도 증가에 따른 강도 증가 등의 특성을 가진다. 이러한 특성으로 인하여 규조토는 흡착, 소취, 배출, 단열, 방열 등의 기능을 가진다. 좀더 구체적으로, 규조토는 최대온도 950℃ 내지 1000℃에서 단열 효과를 발휘한다. 따라서 규조토를 마감재로 사용하는 경우, 건축물의 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있고, 인체에 유해한 유기성 화합물을 제거할 수 있다. 규조토의 양은 규조토 마감재의 10wt% 내지 40wt%일 수 있다. 규조토의 양이 너무 적거나 너무 많은 경우, 전술한 기능을 발휘하기 어렵다.
석회석은 무기충전제로서 적절한 비중을 가지며, 고백색도 및 불연성 특성을 가진다. 석회석은 저가이며, 무독성이고, 분산성과 혼합성이 좋으면서 화학적으로 안정되어 있다. 석회석의 입도는 0.5㎛ 내지 30㎛이며, 마감재에 포함된 기능성 물질의 기능 발현에 크게 영향을 미친다. 또한, 석회석은 미관에도 영향을 주며, 평활화 및 입체화 등의 물리적 기능을 발휘하여 외관의 형상을 보호하기도 하고, 응집력을 향상시키며, 전도성 및 습도 조절의 기능을 가진다. 석회석의 양은 규조토 마감재의 2wt% 내지 5wt%일 수 있다. 석회석의 양이 너무 적거나 너무 많은 경우, 전술한 기능을 발휘하기 어렵다.
흄드 실리카는 이산화규소로서, 백색의 고순도의 매우 가벼운 가루로서 무정형을 가진다. 흄드 실리카의 기본 입자는 극히 작고 구형을 가지며, 넓은 표면적과 독특한 표면 특성을 가진다. 흄드 실리카의 기본 입자의 평균 직경은 7㎛ 내지 40㎛이다. 흄드 실리카는 산소와 수소로 형성된 1000℃ 이상의 불꽃내에서 가수분해되며, 이때 만들어진 기본 입자가 서로 충돌하여 3차원 기지의 응집체로서 흐름을 개선하고, 블록 현상을 방지하며 단열 및 방열 효과를 탁월하게 향상시킨다. 흄드 실리카의 양은 규조토 마감재의 5wt% 내지 10wt%일 수 있다. 흄드 실리카의 양이 너무 적거나 너무 많은 경우, 전술한 기능을 발휘하기 어렵다.
한편, 셀룰로오스는 친환경소재인 목재 또는 면화에서 얻어진다. 셀룰로오스는 결정성을 가진 불용성의 천연 고분자로서 마감재내의 현탁 안정성을 높여 주고 친수성과 소수성을 동시에 가진다. 또한, 셀룰로오스는 혼합된 주원료입자들과 부원료입자들의 분산 안정성을 향상시킨다. 여기서, 셀룰로오스는 규조토 마감재의 0.3wt% 내지 5wt%일 수 있다. 셀룰로오스의 양이 너무 적거나 너무 많은 경우, 전술한 기능을 발휘하기 어렵다.
이산화티타늄은 백색 안료 중 높은 굴절률을 가지며, 작은 입도와 분산성을 가진다. 따라서 이산화티타늄은 우수한 은폐력과 착색력을 가지고, 화학적 및 물리적으로 매우 안정하다. 이산화티타늄은 루틸형 또는 아나타아제형 중에서 선택해 사용할 수 있으며, 살균, 방오, 방청 기능을 가진다. 여기서, 이산화티타늄의 양은 규조토 마감재의 1wt% 내지 5wt%일 수 있다. 이산화티타늄의 양이 너무 적거나 너무 많은 경우, 전술한 기능을 발휘하기 어렵다.
바인더로는 비닐 아세테이트와 에틸렌을 결합한 공중합체 재분산수지를 사용할 수 있다. 바인더를 이용하여 혼합물에 포함된 성분들을 잘 혼합할 수 있다. 여기서, 바인더의 양은 규조토 마감재의 2wt% 내지 5wt%일 수 있다. 바인더의 양이 너무 적거나 너무 많은 경우, 전술한 기능을 발휘하기 어렵다.
점증 보조제로서 무수글루코오스 단량체 사슬로 이루어진 셀룰로오스 유도체를 사용할 수 있다. 점증 보조제를 사용하여 마감재의 점도를 증가시킬 수 있다. 그 결과, 마감재를 건축물의 벽에 도포하는 경우, 마감재가 흘러내리는 현상을 방지할 수 있다. 여기서, 점증 보조제의 양은 규조토 마감재의 0.01wt% 내지 1.5wt%일 수 있다. 점증 보조제의 양이 너무 적거나 너무 많은 경우, 전술한 기능을 발휘하기 어렵다.
그리고 토르마린 소결 담체를 사용하여 마감재에 인체에 유익한 기능을 부여할 수 있다. 이를 위하여 토르마린 소결 담체의 양은 규조토 마감재의 10wt% 내지 15wt%일 수 있다. 토르마린 소결 담체의 양이 너무 적은 경우, 규조토 마감재가 인체에 유익한 기능을 발휘하기 어렵다. 또한, 토르마린 소결 담체의 양이 너무 많은 경우, 규조토 마감재의 제조 비용이 증대될 수 있다. 따라서 토르마린 소결 담체의 양을 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 좀더 바람직하게는, 토르마린 소결 담체의 양은 규조토 마감재의 11wt% 내지 14wt%일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 토르마린 소결 담체의 양은 규조토 마감재의 12wt% 내지 13wt%일 수 있다.
이하에서는 실험예를 사용하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
토르마린 다공체를 제조하였다. 토르마린 다공체를 325mesh의 토르마린 10g, 30g의 제올라이트, 10~20g의 이산화티타늄, 3~5g의 벤토나이트, 5~10g의 티탄 자철광 및 0.006g의 은을 혼합한 후 철로 된 볼들과 함께 용기에 주입하고 질소 가스로 밀봉한 후 14시간 동안 볼밀링하였다. 그리고 용기를 오픈하여 분쇄된 혼합 분말을 환원로에서 850℃에서 48~52시간 동안 가열하여 소결하였다. 얻어진 소결체를 다시 전술한 바와 동일한 방법으로 6~8시간 동안 볼밀링하여 토르마린 다공체를 제조하였다. 그리고 토르마린 다공체를 진공 건조하여 토르마린 다공체에 함유된 결정체 구조수를 제거하였다.
빈랑, 관중, 학슬, 박하, 울금, 옻 및 계피를 포함하는 식물을 10~50 메쉬로 분쇄한 후 에탄올 용매애 혼합하여 회전 농축기에서 식물 추출물을 제조하였다. 그리고 식물 추출물에 토르마린 다공체를 침적시키고 토르마린 다공체를 진공함침 건조기에서 건조하면서 잔여 식물 추출물을 순환시켜서 회수하였다. 그리고 진공 유지 및 해제를 2회 반복한 후 식물 추출물을 토르마린 다공체에 첨가하면서 스포이드로 교반시켜 좀더 잘 침적시켰다. 그리고 챔버의 온도를 35℃ 내지 45℃로 유지하면서 3~5분동안 350~450톤으로 감압하였다가 5~10분 상압으로 회복시키고 이를 2회 반복한 후 초기 온도보다 10℃ 높여서 식물 추출물이 담지된 토르마린 다공체를 20~30분 동안 열처리해 토르마린 소결 담체를 제조하였다. 그리고 토르마린 소결 담체를 분쇄한 후에 체를 이용하여 입도 선별하였다.
실험시 소요되는 비용을 최소화하기 위하여 실제보다 적은 소량의 규조토 마감재를 제조하였다. 즉, 입도 선별한 9g의 토르마린 소결 담체와 30g의 규조토, 5g의 석회석, 12g의 흄드 실리카, 3g의 셀룰로오스, 12g의 이산화티타늄, 6g의 공중합체 재분산수지로 된 바인더, 1g의 셀룰로오스 유도체로 된 점증 보조제, 그리고 나머지 물을 혼합하여 100g의 규조토 마감재를 제조하였다.
마감재를 MDF(medium density fiberboard) 시편에 도포하여 건조시킨 후, 시간 경과에 따른 포름알데히드의 방출량을 측정하였다. 포름알데히드의 방출량은 실온에서 마감재가 도포된 MDF를 데시케이내에 방치하여 증류수에 흡수되는 포름알데히드를 아세틸아세톤 방법을 이용하여 적외선 분광기로 측정하여 정량하였다. 그리고 경과시간에 따라 적외선 분광기에 의해 측정되는 포름알데히드의 방출량을 측정하였다. 여기서, 경과시간은 각각 12시간, 24시간, 36시간, 48시간, 60시간 및 72시간으로 설정하였다.
실험예 2
입도 선별한 10g의 토르마린 소결 담체를 사용하여 규조토 마감재를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.
실험예 3
입도 선별한 11g의 토르마린 소결 담체를 사용하여 규조토 마감재를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.
실험예 4
입도 선별한 12g의 토르마린 소결 담체를 사용하여 규조토 마감재를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.
실험예 5
입도 선별한 13g의 토르마린 소결 담체를 사용하여 규조토 마감재를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.
실험예 6
입도 선별한 14g의 토르마린 소결 담체를 사용하여 규조토 마감재를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.
실험예 7
입도 선별한 15g의 토르마린 소결 담체를 사용하여 규조토 마감재를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.
실험예 8
입도 선별한 16g의 토르마린 소결 담체를 사용하여 규조토 마감재를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다..
실험예 9
입도 선별한 17g의 토르마린 소결 담체를 사용하여 규조토 마감재를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1과 동일하였다.
비교예
전술한 실험예 1 내지 실험예 9와의 비교를 위하여 토르마린 분말, 규조토, 수산화칼슘 및 물을 혼합하여 마감재를 제조하였다. 여기서 사용한 토르마린 분말은 소결체가 아니라 시중에 유통되는 일반적인 물질을 사용하였다. 마감재 100 중량부에 대하여 토르마린 분말 10 중량부, 규조토 10 중량부, 및 나머지 물을 800rpm으로 8시간 동안 교반하였다. 그리고 수산화칼슘 0.2 중량부와 물을 추가로 혼합하여 다시 8시간 동안 교반하여 마감재를 제조하였다. 나머지 실험 과정은 전술한 실험예 1 내지 실험예 9와 동일하였다.
실험결과
포름알데히드 방출 실험 결과
전술한 실험예 1 내지 실험예 9와 비교예에 따라 12시간, 24시간, 36시간, 48시간, 60시간 및 72시간 경과 시점에서 측정한 포름알데히드(HCHO)의 방출량을 하기의 표 1에 나타내었다.
Figure 112014021517151-pat00001
표 1에 도시한 바와 같이, 비교예에 비해 실험예 1 내지 실험예 9에서 시편의 포름알데히드 방출량이 크게 감소한 것을 확인할 수 있었다. 특히, 실험예 2에서 실험예 9로 갈수록 포름알데히드의 방출량이 점차 감소하였으며, 이는 규조토 마감재에 첨가되는 토르마린 소결 담체의 양이 증가함에 기인하는 것으로 판단되었다. 특히, 실험예 8과 실험예 9에서는 포름알데히드의 방출량을 궁극적으로 최소화할 수 있었지만 실험예 4 및 실험예 5와 큰 차이는 없었다. 오히려, 토르마린 소결 담체의 첨가량이 증가할수록 규조토 마감재의 가격이 상승하므로, 실험예 4와 실험예 5에서처럼 토르마린 소결 담체를 비교적 적게 첨가하고도 포름알데히드의 방출량을 줄이는 것이 오히려 좀더 효율적이었다. 특히, 실험예 8과 실험예 9의 경우, 비교적 많은 양의 토르마린 소결 담체를 사용하여 규조토 마감재의 가격이 비교적 높은 편이었다.
따라서 실험예 2 내지 실험예 7의 성분을 가지는 규조토 마감재를 사용하거나 좀더 바람직하게는 토르마린 소결 담체의 가격과 특성을 모두 고려시 실험예 3 내지 실험예 6의 성분을 가지는 규조토 마감재를 사용하는 것이 바람직하였다. 나아가, 토르마린 소결 담체의 가격을 함께 고려시 실험예 5 및 실험예 6의 성분을 가지는 규조토 마감재를 사용하는 것이 바람직하였다. 또한, 실험예 1 내지 실험예 9와 같이 토르마린 소결 담체를 사용하는 경우, 단순히 토르마린을 사용한 비교예에 비해 새집 증후군 등을 일으키는 유해 화합물이 크게 저감되었다는 것을 알 수 있었다. 이는 실험예 1 내지 실험예 9에서 토르마린 소결 담체에 식물 추출물 등의 기능성 성분이 포함되어 있을 뿐 아니라 소결을 통하여 그 기능이 더욱 잘 구현되도록 강화하였기 때문인 것으로 판단되었다.
조직관찰 실험 결과
도 3 및 도 4는 본 발명의 실험예에 따라 제조한 규조토 마감재의 주사전자현미경 사진이다. 도 4의 규조토 마감재의 확대 비율은 도 3의 규조토 마감재의 확대 비율보다 크다. 여기서, 규조토 마감재는 물을 혼합하기 전의 상태에서 주사전자현미경 사진을 촬영하였다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 다양한 형상의 규조토가 마감재 내부에 분산되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 도 4에서 확대하여 나타낸 바와 같이. 원통형 등의 형상을 가지는 규조토의 표면에 토르마린 소결 담체와 긴 형상의 셀룰로오스 등이 부착되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10. 토르마린 소결 담체
101. 기공
103. 식물 추출물

Claims (12)

10wt% 내지 40wt%의 규조토, 2wt% 내지 5wt%의 석회석, 5wt% 내지 10wt%의 흄드 실리카, 0.3wt% 내지 5wt%의 셀룰로오스, 1wt% 내지 5wt%의 이산화티타늄, 2wt% 내지 5wt%의 바인더, 0.01wt% 내지 1.5wt%의 점증 보조제, 10wt% 내지 15wt%의 토르마린 소결 담체, 그리고 나머지 물을 포함하고,
상기 토르마린 소결 담체에는 식물 추출물이 담지된 규조토 마감재.
제1항에 있어서,
상기 토르마린 소결 담체의 양은 11wt% 내지 14wt%인 규조토 마감재.
제2항에 있어서,
상기 토르마린 소결 담체의 양은 12wt% 내지 13wt%인 규조토 마감재.
제1항에 있어서,
상기 토르마린 소결 담체의 내부에 복수의 기공들이 형성되고, 상기 복수의 기공들 중 하나 이상의 기공에 상기 식물 추출물이 담지된 규조토 마감재.
제4항에 있어서,
상기 식물 추출물은 빈랑(Areca Catechu Linne), 관중(Dryopteris Crassirhizoma NaKai), 학슬(Carpeslum abrotanoides Linne), 박하(Mentha arvensis Var), 울금(CurCuma Longa Linne), 옻 및 계피(Cinnamomun Cassia Blume)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 규조토 마감재.
제1항에 있어서,
상기 토르마린 소결 담체는, 상기 토르마린 소결 담체 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 20 중량부의 제올라이트(modernite), 5 중량부 내지 10 중량부의 이산화티타늄, 5 중량부 내지 10 중량부의 벤토나이트, 5 중량부 내지 15 중량부의 티탄 자철광, 및 0보다 크고 1 중량부 이하의 금속 분말, 및 나머지 토르마린을 포함하는 규조토 마감재.
제6항에 있어서,
상기 금속 분말은 99.99wt% 이상의 은을 포함하는 규조토 마감재.
제1항에 있어서,
상기 점증 보조제는 무수글루코오스 단량체 사슬로 이루어진 셀룰로오스 유도체이고, 상기 바인더는 비닐 아세테이트와 에틸렌을 결합한 공중합체 재분산수지인 마감재.
혼합물 100 중량부에 대하여 10 중량부 내지 20 중량부의 제올라이트(modernite), 5 중량부 내지 10 중량부의 이산화티타늄, 5 중량부 내지 10 중량부의 벤토나이트, 5 중량부 내지 15 중량부의 티탄 자철광, 및 0보다 크고 1 중량부 이하의 금속 분말, 및 나머지 토르마린을 포함하는 혼합물을 제공하는 단계,
상기 혼합물을 1차 볼밀링하여 분쇄한 혼합 분말을 제공하는 단계,
상기 혼합 분말을 환원로에서 가열하여 소결체를 제공하는 단계,
상기 소결체를 2차 볼밀링하여 토르마린 다공체를 제공하는 단계,
상기 토르마린 다공체를 진공 건조하는 단계,
상기 토르마린 다공체를 식물 추출물 용액에 진공 함침하는 단계,
상기 식물 추출물 용액에 진공 함침된 토르마린 다공체를 진공 열처리하여 토르마린 소결 담체를 제공하는 단계,
상기 토르마린 소결 담체를 분쇄하는 단계,
상기 토르마린 소결 담체를 입도 선별하는 단계, 및
상기 토르마린 소결 담체를 규조토, 석회석, 흄드 실리카, 셀룰로오스, 이산화티타늄, 바인더, 점증 보조제, 및 물과 혼합 및 여과하여 규조토 마감재를 제공하는 단계
를 포함하는 규조토 마감재의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 규조토 마감재를 제공하는 단계에서, 상기 규조토 마감재는 10wt% 내지 40wt%의 규조토, 2wt% 내지 5wt%의 석회석, 5wt% 내지 10wt%의 흄드 실리카, 0.3wt% 내지 5wt%의 셀룰로오스, 1wt% 내지 5wt%의 이산화티타늄, 2wt% 내지 5wt%의 바인더, 0.01wt% 내지 1.5wt%의 점증 보조제, 10wt% 내지 15wt%의 토르마린 소결 담체, 그리고 나머지 물을 포함하는 규조토 마감재의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 혼합 분말을 제공하는 단계에서, 상기 혼합물을 12시간 내지 18시간 동안 분쇄하고, 상기 소결체를 제공하는 단계에서 상기 혼합 분말을 800℃ 내지 900℃에서 48시간 내지 52시간 동안 가열하는 규조토 마감재의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 토르마린 다공체를 제공하는 단계에서, 상기 토르마린 다공체의 입도는 13㎛ 내지 23㎛인 규조토 마감재의 제조 방법.
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