KR101418231B1 - 건축용 친환경 황토보드의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축용 친환경 황토보드의 제조방법에 관한 것으로, 천연 황토를 주원료로 하고, 물, 볏짚과 편백톱밥을 교반기를 이용하여 고르게 섞일 때까지 교반하여 혼합물을 조성한 후, 건조기에 넣어 1차 건조를 실시하고, 1차 건조가 된 상기 혼합물에 물, 해초접착제, 규산나트륨 및 소금을 혼합하고, 교반기를 이용하여 2차 교반을 실시한 후, 금형틀에 일정량씩 투입하여 롤러로 압착하여 성형을 하고, 2차 건조를 한 후, 성형틀을 벗겨내고, 고온으로 3차 건조를 하여 제조되는 것을 특징으로 하는 건축용 친환경 황토보드의 제조방법에 관한 것이다.

Description

건축용 친환경 황토보드의 제조방법{The manufacturing method of environment-friendly yellow soil panels for construction}

본 발명은 건축용 친환경 황토보드의 제조방법에 관한 것으로 더 자세하게는 천연 황토를 주원료로 하고, 물, 볏짚과 편백톱밥을 교반기를 이용하여 고르게 섞일 때까지 교반하여 혼합물을 조성한 후, 건조기에 넣어 1차 건조를 실시하고, 1차 건조가 된 상기 혼합물에 물, 해초접착제, 규산나트륨 및 소금을 혼합하고, 교반기를 이용하여 2차 교반을 실시한 후, 금형틀에 일정량씩 투입하여 롤러로 압착하여 성형을 하고, 2차 건조를 한 후, 성형틀을 벗겨내고, 고온으로 3차 건조를 하여 제조되는 것을 특징으로 하는 건축용 친환경 황토보드의 제조방법에 관한 것이다.

건축물의 벽면을 종래의 한옥에서는 황토를 이용하여 벽을 바르는 것이 일반적이었다. 황토를 이용하여 벽체를 바르는 과정은 기둥과 기둥 사이에 하인방과 상인방을 가로로 설치하고, 상인방과 하인방 사이의 공간에 몇 개의 중깃을 세로로 설치한 후, 중깃에 의지해서 가시새 또는 눌외라고 하는 대나무 조각을 중깃에 가로로 대고 새끼줄로 엮어 황토벽을 붙이기 위한 벽체의 뼈대를 준비하고, 황토와 잘게 썰은 볏짚을 혼합하여 고르게 이긴 후, 준비된 뼈대에 초벌 바르기를 하고, 3 ~ 5일이 지나 어느 정도 마르면 재벌 바르기를 하고, 3 ~ 5일이 더 지나 흙이 마르면 최종적으로 정벌 또는 미장 바르기를 하여 5일 정도 더 지나야 벽 바르기 작업이 완성된다. 이처럼 한옥의 황토 벽체는 뼈대를 완성한 후, 날씨가 좋을 때에도 최소 10일 이상 걸리므로 시공기간이 매우 길어 전체적인 건축기간이 너무 오래 걸리는 문제점이 있으며, 벽체의 무게가 무겁고, 강도가 약하여 건축 후 시간이 지남에 따라 흙벽에 따른 무게로 균열과 박리현상이 발생할 수가 있고, 벽과 기둥 사이에 틈이 많이 발생하여 단열과 방음이 우수하지 못하며, 미관상으로도 조악하다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점으로 미관상 깨끗하고, 여러 번 벽바르기를 할 필요가 없는 석고를 이용하여 벽면을 바르는 사례가 늘어났으며, 건축의 내장재로 화학제품을 많이 사용한 미려한 건축자재들이 다수 사용되게 되었다. 그러나 석고로 벽을 바를 경우 석면 등의 유해성분이 함유되어 환경오염을 유발하고 장기적으로 인체에 이롭지 못하다는 결론이 나왔으며, 건축물에 주로 사용하던 건축자재와 접착제에서 발생되는 포름알데히드, 암모니아 및 휘발성 유기 화합물(VOCs)로 인해 알레르기 발생과 두통이 생기거나 심리적인 피로감을 느끼게 하는 이른바 새집증후군이란 증상이 야기되어 사회적인 문제로 발전하게 되었다. 이러한 현대식 건축자재가 가진 여러가지 문제점을 극복하기 위한 대안으로 종래에 한옥에서 많이 사용하던 황토의 재평가가 이루어졌다. 황토에는 다량의 탄산칼슘과 다양한 광물이 함유되어 있으며 원적외선을 복사하여 인체의 신진대사 및 혈액순환을 활성화시켜 인체의 노화방지, 만성피로 등 성인병예방에 효과가 크며, 다양한 효소성분이 함유되어 공기의 정화작용과 분해력 및 각종 독소물질의 제거능력과 습도조절이 탁월하며, 인체의 생리작용을 활발히 하고 유해물질의 흡수효과가 우수하여 건축용 벽의 소재로 탁월하다는 평가가 나왔다.

상기와 같은 종래의 전통적인 황토 벽체의 단점인 긴 시공기간을 단축시키기 위해 근래에 들어 다양한 방법으로 시공기간을 단축시키고, 단열과 방음 성능을 향상시키기 위한 시도가 이루어지고 있다. 그러한 시도의 하나로, 대한민국 특허등록 10-0780608호의 건축내장용 황토보드의 제조방법에 있어서는 황토분말 35 - 45 중량%에 펄프 5 - 10 중량%, 소나무의 목분(톱밥), 쑥분말, 녹차분말, 현미겨, 볏집분말의 혼합물 20 - 25 중량%, 찹쌀풀과 고구마전분, 다시마풀을 1:1:1의 고른 비율로 섞은 것을 25 - 30중량%로 하여 혼합시켜 얻은 혼합재료를 65 - 70 중량%, 물은 30 - 35 중량%의 비율로 혼합하여 반죽하고, 건조실의 온도를 섭씨 60 - 80도로 1차 건조시켜, 성형틀내에 넣고 가압한 후, 인출하여 얻은 황토보드를 약 72시간 정도 자연건조시켜 제조하는 황토보드의 제조방법을 제시하고 있다.

그러나 상기와 같은 황토보드는 전통 한옥 벽체의 시공기간을 획기적으로 단축시키는 효과는 인정되나, 원재료 중 황토의 함유율이 35 - 45 중량%이고, 나머지 원재료의 65 - 55 중량%가 펄프, 톱밥, 풀 등으로 구성된 유기물로서 유기물의 함유량이 너무 많아 시간이 지나면 산화되거나 변질되고, 균이나 벌레가 서식하기 쉬울 뿐만 아니라 황토보드의 색상이 변할 수 있고, 제조과정에서 낮은 온도로 자연건조를 하여 황토보드가 견고하지 않고, 외관이 미려하지 않아 벽의 소재로 채택하기 쉽지 않다는 문제점이 있다.

황토를 이용하여 황토가 가진 친환경적인 단열, 보온, 보습, 원적외선과 음이온 방출 및 탈취작용 등의 장점을 효과적으로 이용하면서도, 과도한 유기 바인더의 사용을 줄이고 적당한 량의 무기 바인더를 추가하여 벽체가 오랜 기간이 지나더라도 산화하여 색상이 변하지 않도록 하고, 곰팡이, 세균이나 벌레의 접근을 막고, 견고하고 외관이 미려한 친환적인 황토보드를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 정제된 황토 40 ~ 50중량부를 투입되는 황토 1/2 부피의 물, 볏짚 20~ 25중량부와 편백톱밥 10-15중량부를 투입하고, 교반기를 이용하여 고르게 섞일 때까지 교반하여 혼합물을 조성한 후, 건조기에 넣어 70~90℃로 수분함량이 15~20중량부가 될 때까지 1차 건조를 실시하고, 1차 건조가 된 상기 혼합물에 투입된 황토의 1/4 부피의 물, 다시마 또는 우뭇가사리로 제조한 해초접착제 10~15중량부, 규산나트륨 10~15중량부 및 소금 1~3중량부를 혼합하고, 교반기를 이용하여 2차 교반을 실시한 후, 2차 교반이 이루어진 혼합물을 종이가 깔린 금형틀에 일정량씩 투입하여 롤러로 압착하여 성형을 하고, 70~90℃로 2차 건조를 한 후, 수분함량이 25%이하가 되면 성형틀을 벗겨내고, 250~300℃로 3차 건조를 하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 친환경 황토보드의 제조방법을 이용하여 제작된 황토보드는 황토가 가진 환경적으로 유해성분을 방출하지 않으면서도, 단열, 보온, 보습, 원적외선과 음이온 방출 및 탈취작용 등의 장점이 있으며, 유기물 바인더와 무기물 바인더를 적당량 사용하여 벽체가 오랜 기간이 지나더라도 산화하여 색상이 변하거나, 곰팡이나 세균이 번식되지 않으며, 해충의 접근을 막고, 견고하고 외관이 미려하다는 특징이 있고, 건축에 사용될 경우 시공기간을 획기적으로 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 황토보드의 제조과정을 나타낸 순서도임.

이하 본 발명인 건축용 친환경 황토보드의 제조방법을 첨부한 도면을 참고로 상술하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 조성물질들의 혼합 비율을 설명함에 있어서 '중량부' 라는 표현을 사용하는데 각 조성물질들이 표시된 수치는 최종 제조물의 중량에 따른 비율로 혼합된다는 것을 의미하며, 혼합된 전체 조성물이 100%가 되도록 각 조성 물질들이 각각의 혼합비율로 혼합된다. 단, 혼합과정에서 투입되는 물의 경우에는 혼합과정에서 투입되지만, 건조과정에서 다시 증발하게 되므로 혼합물 전체의 중량부 속에 포함되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 황토보드의 제조과정을 나타낸 순서도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 친환경 황토보드의 제작과정은 황토정제과정(S1), 유기 바인더 투입과정(S2), 1차 교반과정(S3), 1차 건조과정(S4), 가교제 투입과정(S5), 2차 교반과정(S6), 성형과정(S7), 2차 건조과정(S8), 금형해체과정(S9)과 3차 건조과정(S10)으로 구성된다.

먼저, 황토정제과정(S1)에서는 황토를 체로 걸러 돌이나 입자가 큰 것을 골라내고, 불순물을 제거하여 입자가 가늘고 균일한 황토를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 바인더 혼합과정(S2)에서는 정제된 황토40 ~ 50중량부와 황토의 1/2 부피의 물을 교반기에 투입하고, 1~3cm 크기로 잘게 썰은 볏짚 20~ 25중량부와 편백톱밥 10-15중량부를 투입하고, 황토, 볏짚과 편백톱밥이 고르게 섞일 때까지 1차 교반(S3)을 실시한다. 1차 교반과정(S3)을 거친 황토 혼합물은 컨베이어에 탑재하여 열풍건조기에 운반하고, 70~90℃로 수분함량이 15~20중량부가 될 때까지 1차 건조(S4)를 실시한다. 황토분말의 함량이 40중량부 미만이면 단열, 보온, 보습, 원적외선과 음이온 방출 및 탈취작용 등의 기능이 현저히 낮아지며, 50중량부를 초과하면 바인더 등과의 배합력이 저하되며, 보드의 무게가 너무 무거워져 바람직하지 않다. 본 발명에서 사용되는 볏짚은 한옥의 벽에 황토와 함께 오랫동안 전통적으로 사용되어 오던 것으로, 황토벽의 중량을 줄이고, 균열을 막는 기능을 하며, 마른 볏짚을 1~3cm 정도로 고르게 썰어 총 함량의 20~ 25중량부를 사용하도록 한다. 볏짚의 크기가 1~3cm범위를 벗어나 크기가 작으면 황토와 가교작용이 부족하게 되고 너무 크면 황토보드의 표면이 거칠어 지며, 함량이 너무 적으면 가교작용이 떨어지고, 너무 많으면 황토의 기능이 약해지고, 보드의 구조가 약해진다. 편백톱밥은 황토보드의 무게를 줄이고, 부드럽게 성형되게 하며, 피톤치드를 배출시키기 위해 포함시키는 것으로, 피톤치드는 실내 세균이나 집먼지 진드기의 번식과 휘발성 유기화합물(VOCs)을 억제하고, 주성분인 테르펜(terpene)는 알파파를 형성하여 심신안정 효과가 우수하며, 특히 실내의 인테리어 내장재에서 휘발되는 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스틸렌, 아세트 알데히드 등의 탈취 기능과 알레르기, 가려움증, 여드름과 같은 피부 트러블 및 아토피 피부염 완화 효과뿐만 아니라 항균, 제균, 살균 및 탈취작용에도 우수한 효과가 있음이 확인되어 다양한 분야로 그 응용범위가 확대되고 있다.

편백톱밥의 함량은 10-15중량부가 적절한데, 너무 적으면 가교작용과 테르펜의 방출이 적어지고, 너무 많으면 황토 특유의 기능이 약해지고, 보드의 구조가 약해진다.

1차 건조가 완료된 황토 혼합물을 다시 교반기에 넣고, 황토의 1/4 부피의 물을 투입한 다음 가교제를 투입하는 가교제 투입과정(S5)으로, 해초접착제 10~15중량부, 규산나트륨 10~15중량부 및 소금 1~3중량부를 혼합한다.

본 발명에서 사용되는 해초접착제는 혼합물의 접합이 잘 이루어지도록 하는 친환경적인 유기 바인더의 하나로, 유독가스의 발생이 없고, 황토보드의 건조 중에 균열발생을 막아주며, 건조 후 황토보드의 촉감을 부드럽게 하면서도 황토보드를 견고하게 하는 효과가 있다. 해초접착제는 다시마 또는 우뭇가시리를 물과 함께 가마솥에 넣고 충분히 끓인 후 건더기를 체로 걸러내고 액체부분을 사용한다. 해초접착제의 투입량은 10~15중량부가 적절한데 그보다 적으면 접착력이 떨어지고, 너무 많으면 황토보드의 구조가 약해진다.

본 발명에 사용되는 규산나트륨은 규산소다 라고도 하며, 조성에 따라 메타규산나트륨 Na2SiO3, 그 수화물인 오쏘규산나트륨 Na4SiO4, 이규산나트륨 Na2Si2O5 등 여러 가지가 있으나, 보통은 메타규산나트륨을 말한다. 수화물(水和物)도 있으나, 무수물은 석영과 탄산나트륨의 혼합물을 1,000로 가열 융해하여 고체화(固體化)시켜서 만든다. 메타규산나트륨은 물에 잘 녹으며, 수용액은 가수분해되어 알칼리성을 띄게 된다.

규산나트륨은 본 발명에서 무기질 바인더로 작용하며, 황토입자와 볏짚, 편백톱밥, 해초접착제가 긴밀히 결합하는 역할을 하고, 후속되는 2차 건조과(S8)정에서 응고하여 황토보드의 표면이 단단하면서도 미려하게 완성되도록 한다. 기존의 유기물 바인더를 과도하게 투입하여 제작된 황토보드는 구조가 견고하지 않고 무르며, 유기물이 쉽게 산화하여 색상이 변하고, 곰팡이, 세균의 번식이 쉬운 것을 개선하기 위해 무기 바인더인 규산나트륨을 일정량 사용한 것이다. 규산나트륨이 건조과정에서 응고하여 황토보드가 견고해지며, 미려한 외관이 형성되어 오랜 기간이 지나더라도 산화하거나 색상이 변하지 않게 된다. 규산나트륨의 사용량은 10~15중량부가 바람직한데, 그 량이 적으면 황토보드의 견고성이 떨어지게 되고, 너무 많으면 황토가 가진 특징이 발휘되기 어려워지게 된다.

유기 무기 바인더와 함께 투입된 소금은 곰팡이나 세균의 번식을 막고 해충이 접근하지 못하도록 하는 작용을 한다. 소금의 투입량은 1~3중량부가 적절한데 1% 이하가 되면 잡균의 퇴치효과가 떨어지며, 3%가 초과되면 황토보드의 표면에 하얀 소끔결정이 맺히기 쉬우며, 황토보드가 습기에 약해지므로 바람직하지 않다.

이어서 유기 무기 바인더가 혼합된 혼합물이 고르게 반죽이 될 때까지 2차 교반(S6)을 실시한다. 2차 교반이 충분히 이루어 지면 형틀과 롤러를 이용하여 성형과정(S7)을 한다. 성형과정(S7)은 보통 넓이는 1.2m×0.6m이고, 두께는 약 1.5 - 2cm 정도의 바람직한 높이가 되나 성형틀의 크기는 다양하게 변경이 가능하다. 종이가 바닥에 깔린 금형틀에 혼합물을 투입하고 롤러로 압착하여 실시한다. 압착을 하면 황토 혼합물 속에 있는 공기가 빠져나가고, 불안정한 틈새가 압착되어 없어진다. 금형틀의 바닥에 깔린 종이는 혼합물이 금형틀에 들러붙지 않게 하는 작용을 하고, 이어지는 2차, 3차 건조과정(S8, S10)에서 황토보드의 건조를 촉진하는 기능을 한다.

성형이 이루어진 혼합물은 금형과 결합된 상태로 컨베이어를 이용 건조기로 이송되어 70~90℃로 2차 건조를 실시하고, 수분함량이 25%이하가 되면, 건조를 중단하고, 금형틀을 해체(S9)한다. 이어서, 금형틀을 제거한 상태로 250~300℃의 높은 온도로 3차 건조(S10)를 2~5분간 실시하면 우리가 목적으로 하는 건축용 친환경 황토보드가 완성된다.

이렇게 제작된 본 발명에 따른 친환경 황토보드는 황토가 가진 환경적으로 유해성분을 방출하지 않으면서도, 단열, 보온, 보습, 원적외선과 음이온 방출 및 탈취작용 등의 장점이 있으며, 유기물 바인더와 무기물 바인더를 적당량 사용하여 벽체가 오랜 기간이 지나더라도 산화하여 색상이 변하거나, 곰팡이나 세균이 번식되지 않으며, 해충의 접근을 막고, 보드의 구조가 견고하고, 미려한 외관이 형성되어, 건축에 사용되면 벽체를 형성하는 시공기간을 획기적으로 단축시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 정제된 황토 40 ~ 50중량부를 투입되는 황토 1/2 부피의 물, 볏짚 20~ 25중량부와 편백톱밥 10-15중량부를 투입하고, 교반기를 이용하여 고르게 섞일 때까지 교반하여 혼합물을 조성한 후, 건조기에 넣어 70~90℃로 수분함량이 15~20중량부가 될 때까지 1차 건조를 실시하고, 1차 건조가 된 상기 혼합물에 투입된 황토의 1/4 부피의 물, 해초접착제 10~15중량부, 규산나트륨 10~15중량부 및 소금 1~3중량부를 혼합하고, 교반기를 이용하여 2차 교반을 실시한 후, 2차 교반이 이루어진 혼합물을 종이가 깔린 금형틀에 일정량씩 투입하여 롤러로 압착하여 성형을 하고, 70~90℃로 2차 건조를 한 후, 수분함량이 25%이하가 되면 성형틀을 벗겨내고, 250~300℃로 3차 건조를 하여 제조되는 것을 특징으로 하는 건축용 친환경 황토보드의 제조방법
2. 제1항에 있어서,
   상기 해초접착제는 다시마 또는 우뭇가사리로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 건축용 친환경 황토보드의 제조방법
3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 방법으로 제조된 황토보드.
   

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