KR101447989B1

KR101447989B1 - 황토 조성물, 황토 건축자재 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 황토 건축자재

Info

Publication number: KR101447989B1
Application number: KR1020130045672A
Authority: KR
Inventors: 김진국
Original assignee: 경상대학교산학협력단
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2014-10-15

Abstract

본 발명은 황토 조성물, 황토 건축자재 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 황토 건축자재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다량의 원적외선을 발생하고 항균, 탈취, 방습 작용 등을 하여 인체에 매우 유익한 영향을 주는 한편, 실내의 습도를 적절하게 조절하여 쾌적한 주거 환경을 제공하는 황토 20~50 중량%, 목재 화이버(fiber) 10~30 중량%, 천연접착제 5~15 중량% 및 강도보강제 30~45 중량%를 포함하는 황토조성물과 이를 이용한 황토 건축자재 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 황토 건축자재에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 황토조성물 내에 천연 접착제를 포함시킴으로써 내구성이 우수하면서 건강에도 유익한 황토 건축자재를 제공하며, 소성공정이 필요없는 황토건축자재 제조방법을 제공함으로써 에너지 절감효과가 뛰어나며, 따라서 가격경쟁력이 있는 황토제품을 제공할 수 있다.

Description

황토 조성물, 황토 건축자재 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 황토 건축자재{LOESS COMPOSITION, METHOD FOR MANUFACTURING LOESS CONSTRUCTION MATERIALS AND LOESS CONSTRUCTION MATERIALS MANUFACTURED BY THEREOF}

본 발명은 황토 조성물, 황토 건축자재 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 황토 건축자재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다량의 원적외선을 발생하고 항균, 탈취, 방습 작용 등을 하여 인체에 매우 유익한 영향을 주는 한편, 실내의 습도를 적절하게 조절하여 쾌적한 주거 환경을 제공하는 황토 조성물과 이를 이용하는 황토 건축자재 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 황토 건축자재에 관한 것이다.

기술의 발전에 따른 도시 및 농어촌의 산업화로 인하여 대부분의 주거 공간이 시멘트, 콘크리트로 건축되는 것은 이미 오래된 일이 되었으며, 시멘트, 콘크리트로 건축되는 건축물은 실내의 통풍과 습도 및 온도 등을 인위적으로 조절하게 됨으로써, 전자파에 거의 노출된 상태에서 살아간다 해도 지나치지 않고, 시멘트, 콘크리트에서 발생되는 나노 가스 등의 화학물질이 축적되어 인체에 나쁜 영향을 미치고 있어 소위 현대병을 더욱더 유발시키는 요인이 되고 있다.

따라서, 이러한 시대적 상황에 따라서 최근에 우리나라 고유의 건축자재 원료인 황토가 다시 각광받고 있으며, 이는 황토가 자체온도 조절능력이 뛰어나고 원적외선을 다량 방출하여 인체에 유익하며, 단열/보온효과가 뛰어나 여름에는 시원하고 겨울에는 따뜻할 뿐만 아니라 습도조절과 통풍기능이 여타 자재보다 탁월하며, 그 원료의 구입이 용이하여 아파트나 빌딩 등의 건축자재로서 각광을 받고 있는 실정이다.

이러한 황토는 한반도를 비롯한 중국의 화북지방 황하 연안 등 주로 동북아에 집중적으로 분포되어 있으며, 주로 석영을 함유하는 한편, 그 밖에 휘석, 각섬석 등을 함유하는 황갈색 석회질로서, 분해력, 자정력, 흡수력 등이 뛰어나며, 인체에 유익한 약성을 가지는 것으로 알려져 왔다.

최근에 들어서는 황토에 대한 과학적 규명에 많은 연구가 이루어져 황토가 많은 양의 원적외선을 방출하고 유해 전자파를 차단할 수 있으며, 황토 한 수저의 양에는 수억 마리의 미생물과 다양한 효소들이 촘촘히 들어 있어, 이들이 순환작용을 하여 여러 면에서 인체에 매우 유익한 영향을 준다는 것이 과학적으로도 입증되었다. 이에, 황토가 침구용 매트, 황토 침대 등의 생활가구나 음식 조리용 용기 또는 건축용 내, 외장재나 온돌 등과 같은 생활용품의 소재로서 각광받고 있으며, 그 활용범위도 급속히 늘어나는 추세에 있다.

한편, 순수한 황토는 물에 혼합된 상태에서는 점도(粘度)가 너무 커서 특정한 형상으로 성형되기 어렵고, 양생 후에는(수분이 증발되고 나면) 표면에 균열이 생기기 때문에, 그 자체만으로는 제품화되기 어렵다는 문제점이 있다.

이에, 종래에는 황토에 시멘트, 석회, 모래, 돌가루 또는 왕겨 등과 같은 다른 재료들과 혼합 반죽하여 강도를 보강하고, 특정한 틀에 넣은 다음 양생한 황토 제품들이 사용되어 왔다. 이외에도 황토제품의 강도를 높이기 위하여 첨가되는 재료로서 폴리비닐알콜(PVA), 아크릴계 바인더, 폴리비닐피로리돈(PVP), 카르복실메틸셀룰로오스(CMC) 등과 같은 접착제도 사용되어 왔다.

예를 들어, 특허문헌 1에서는 30~85 중량%의 천연산 황토와 10~70 중량%의 파유리 및 1~10 중량% 프리트(frit)를 포함하여 구성되는 황토타일 조성물과 이를 700~800℃의 온도에서 30분~4시간 소성하여 200kgf/㎠ 이상의 꺽임강도를 갖도록 한 저온 소성 고강도 황토타일 및 이의 제조방법이 개시되어 있고, 특허문헌 2에서는 비닐계 수성접착제로 에멀젼수지와 황토 분말 및 물을 주성분으로 하는 일액형 황토마감재 및 그 제조방법을 개시하고 있다.

그러나, 특허문헌 1의 경우에는 소성공정을 위한 고에너지가 소요된다는 단점이 있었고, 특허문헌 2의 경우에는 석유에서부터 유래된 비닐계 수성 접착제를 사용하므로 황토를 사용하는 고유의 목적인 건강에 유익하다는 효과를 저해하는 요소가 된다.

대한민국 공개특허 제10-2010-0097273호 대한민국 공개특허 제10-2010-0005586호

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 황토조성물 내에 천연 접착제를 포함시킴으로써 건강에 유익하면서 고강도인 황토 건축자재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 소성공정이 필요없어 경제적인 황토 건축자재의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 황토 20~50 중량%, 목재 화이버(fiber) 10~30 중량%, 천연접착제 5~15 중량% 및 강도보강제 30~45 중량%를 포함하는 황토조성물을 제공한다.

또한, 상기 황토조성물을 준비하는 재료준비단계; 상기 황토조성물을 전용교반기에 투입하여 교반하는 단계; 상기 교반단계를 거친 황토조성물을 금형에 넣고 가압성형하여 건축자재 성형체를 형성하는 성형단계; 상기 건축자재 성형체를 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 황토 건축자재 제조방법을 제공하며 그 방법에 의해 제조된 황토 건축자재를 제공한다.

본 발명에 따르면, 황토조성물 내에 천연 접착제를 포함시킴으로써 내구성이 우수하면서 건강에도 유익한 황토 건축자재를 제공할 수 있다.

또한, 황토조성물 내에 포함된 목재 화이버는 건축자재의 공극을 최대화하여 통기성을 향상시키며 습도조절에도 탁월한 효과를 가져 올뿐만 아니라, 강도 또한 증가시킬 수 있다.

본 발명의 황토건축자재 제조방법에는 소성공정이 필요없으므로 에너지 절감효과가 뛰어나며, 따라서 가격경쟁력이 있는 황토제품을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 황토조성물을 나타내는 현미경 사진이다.
도 2는 도 1의 황토조성물을 이용하여 제조된 황토벽돌의 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명에서 사용되는 천연접착제의 FT-IR 분석결과를 나타내는 그래프이다.

본 발명에 있어서 천연접착제는 해초알긴산 5~20 중량%(바람직하게는, 5~15 중량%), 인 5~10 중량%, 규산소다 10~20 중량%, 염화마그네슘 5~10 중량%, 염화칼슘 5~10 중량%, 염화코발트 5~10 중량%, 및 물 20~35 중량%(바람직하게는, 20~30 중량%)를 포함하여 구성된다.

본 발명은 황토조성물은 황토 20~50 중량%, 목재 화이버(fiber) 10~30 중량%, 천연접착제 5~15 중량% 및 강도보강제 30~45 중량%를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 황토는 건축자재에 포함되어 탈취, 보온, 수분조절 효과 및 통기성을 부여하는 역할을 하며, 그 함량은 황토조성물 전체 중량에 대하여 20~50 중량%가 바람직하며, 황토함량이 20 중량% 미만으로 첨가될 경우 상기한 황토의 역할을 충분히 발휘할 수 없고, 반면 50 중량%를 초과하여 첨가될 경우 제조된 황토 건축자재의 강도가 낮아지는 단점이 있다.

또한, 상기 목재 화이버로서는 섬유질이 유지될 수 있도록 가늘게 찢은 목재가 사용되고, 이는 건축자재에 공극을 발생시켜 통기성 향상 및 습도조절 역할을 하고, 건축자재의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 목재 화이버 함량은 황토조성물 전체 중량에 대하여 10~30 중량%가 바람직하며, 함량이 10 중량% 미만일 경우에는 건축자재 내의 공극발생율이 적어 통기성 및 습도조절 효과가 미미하고, 반면 30 중량%를 초과할 경우에는 계면간의 문제가 발생하여 이를 포함하여 제조된 건축자재의 강도가 저하된다.

상기 천연접착제의 제조방법은 상기와 같은 성분 및 함량의 재료를 준비하는 단계; 물을 전용교반기에 투입하는 단계; 상기 물에 규산소다, 염화마그네슘, 염화칼슘, 염화코발트를 투입하여 150~180rpm의 속도로 50~70분간 1차 교반 하는 단계; 상기 1차 교반에서 얻어진 재료에 인을 투입하여 150~180rpm의 속도로 50~70분간 2차 교반 하는 단계; 상기 2차 교반에서 얻어진 재료에 분말화 한 해초알긴산 분말을 투입하여 150~180rpm의 속도로 50~70분간 3차 교반하는 단계; 상기 교반과정에서 얻어진 경화제를 밀폐용기에 밀봉 포장하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 천연접착제는 황토조성물 전체 중량에 대하여 5~15 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 천연접착제 함량이 5 중량% 미만일 경우에는 이를 포함하여 제조된 황토 건축자재는 접착강도가 약해 제품으로서 사용이 불가능하고, 반면 15 중량%를 초과하여 사용될 경우에는 성형공정에 어려움이 있다.

도 3에 상기 천연접착제의 FT-IR 분석결과를 나타내었으며, 이에 따르면 3700∼3100cm^-1에서 O-H 신축진동, 3000∼2850cm^-1에서 지방족 C―H 진동이 나타났고 그외에 CH₂, =C-H 피크도 확인할 수 있었다.

또한, 건축자재의 강도를 보강하기 위하여 황토조성물 전체중량에 대하여 30~45 중량%의 강도보강제를 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 강도보강제로서는 모래, 시멘트 및 석고 중 선택된 하나 또는 둘 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 강도보강제의 함량이 30 중량% 미만일 경우 황토 건축자재의 강도가 약해 제품화하기에 어려움이 있고, 반면 45 중량%를 초과하여 사용될 경우 상대적으로 황토사용 비율이 줄어들게 되어 황토 건축자재의 강도 향상효과 대비 황토사용 본연의 목적인 인체 유익성, 친환경성 등의 효과를 충분히 발휘할 수 없다.

한편, 본 발명의 황토건축 자재 제조방법은 상기 황토조성물을 준비하는 재료준비단계; 상기 황토조성물을 전용교반기에 투입하여 교반하는 단계; 상기 교반단계를 거친 황토조성물을 금형에 넣고 가압성형하여 건축자재 성형체를 형성하는 성형단계; 상기 건축자재 성형체를 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 교반단계는 30~40rpm의 교반속도로 진행되는 것을 특징으로 하며, 교반속도가 30rpm 미만일 경우 황토조성물의 충분한 교반이 이루어지기에 다소 부족하고, 40rpm를 초과할 경우 고속에 비해 그 효과는 미미하다.

상기 성형단계는 2~10톤 압력 하에 진행되는 가압성형인 것을 특징으로 하며, 황토조성물을 프레스를 이용하여 압축 성형하거나, 압출기를 사용하여 압출성형하는 등 압력을 가하여 건축자재 성형체를 형성할 수 있는 방법이면 모두 가능한바, 그 방법에 제한을 받지 않는다. 이때, 성형단계에서 가하는 압력이 2톤 미만이면 황토조성물로 건축자재 성형체를 충분히 압축성형 하기에 부족한 면이 있으며, 반면 10톤을 초과할 경우 압력에 의하여 부스러질 염려가 있고 고압에 비해 그 효과는 미미하다.

상기 건조단계에서는 자연건조방법을 사용하며 1주일 동안 건조하여 충분히 건조되는 것이 바람직하며, 이와 같이 본 발명에서는 소성공정없이 상기와 같이 자연건조만으로 고강도의 황토 건축자재를 얻을 수 있는 가격경쟁력이 있는 황토 건축자재 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 황토 건축자재를 제공하는 것을 특징으로 하며, 상기 건축자재로서는 황토벽돌, 황토타일, 황토바닥재 등 그 용도에 제한을 받지 않는다.

상기 건축자재의 함수율은 10~40%이며, 그 압축강도는 10~30kgf/㎠인 것을 특징으로 한다.

이하, 실시예로서 본 발명에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

실시예

혼합용기에 황토 30kg, 나무화이버 20kg, 모래 30kg, 시멘트 10kg, 천연접착제 10kg을 첨가하여 황토조성물을 만든다.

상기 황토조성물을 전용교반기로 투입하고 35rpm으로 교반하고, 교반된 황토조성물을 벽돌금형에 넣고 2톤의 압력으로 30초 정도 압축 성형한 후, 탈형하여 황토벽돌 성형체를 제조한다.

상기 황토벽돌 성형체를 1주일 동안 자연건조시켜 황토벽돌로 제조하였다.

비교예 1

혼합용기에 황토 85kg, 물 15kg를 첨가하여 황토조성물을 만든 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 황토벽돌을 제조하였다.

비교예 2

혼합용기에 황토 85kg, PVA(polyvinyl alcohol) 0.75kg, 물 14.25kg를 첨가하여 황토조성물을 만든 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 황토벽돌을 제조하였다.

상기 실시예 및 비교예들에서 제조된 황토벽돌의 함수율 및 압축강도를 측정하고, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.

측정방법

1) 함수율(%)

중량방법(gravimetric method)을 이용하여 ASTM C67-03a에 따라 함수율을 측정하였으며, 함수율(Wt%)의 계산식은 아래와 같다.

Wt% = 100(Ww-Wd)/Wd

(Ww : 젖은 샘플의 무게, Wd : 건조된 샘플의 무게)

2) 압축강도

외관에 흠집이 없는 시편을 만능시험측정기(Universal testing machine)로드셀 10KN으로 head speed 0.5mm/min의 조건으로 압축강도를 강도를 측정하였다.

	함수율(%)	압축강도(MPA)
실시예	14.8	25
비교예 1	31.4	5
비교예 2	25.3	15

상기 표 1을 통하여, 본 발명의 황토조성물로 제조된 황토벽돌의 경우 함수율이 현저히 낮았으며, 이와 같이 함수율이 낮다는 것은 수분투과성이 우수하다는 것을 의미하는 것으로, 황토와 함께 포함된 나무화이버로 인해 황토벽돌 내에 공극이 유지되기 때문이며, 도 1 및 2를 살펴보면 본 발명에 따라 제조된 황토벽돌의 공극이 많이 포함되어 있음을 명확히 알 수 있다. 또한, 천연접착제를 포함하는 실시예에 의해 제조된 황토벽돌의 경우 황토와 물만으로 구성된 비교예 1에 비해 압축강도가 월등히 높았으며, 합성 접착제인 PVA를 사용한 비교예 2보다도 현저히 높은 압축강도를 나타냈음을 확인할 수 있다.

이상, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

황토 20~50 중량%, 목재 화이버(fiber) 10~30 중량%, 천연접착제 5~15 중량% 및 강도보강제 30~45 중량%를 포함하는 황토조성물로,
상기 천연접착제는 해초알긴산 5~20 중량%, 인 5~10 중량%, 규산소다 10~20 중량%, 염화마그네슘 5~10 중량%, 염화칼슘 5~10 중량%, 염화코발트 5~10 중량%, 및 물 20~35 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 황토조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 강도보강제는 모래, 시멘트 및 석고 중 선택된 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 황토조성물.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항의 황토조성물을 구비하는 재료준비단계;
상기 황토조성물을 전용교반기에 투입하여 교반하는 단계;
상기 교반단계를 거친 황토조성물을 금형에 넣고 가압성형하여 건축자재 성형체를 형성하는 성형단계;
상기 건축자재 성형체를 건조하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 황토 건축자재 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 교반단계는 30~40rpm의 교반 속도로 진행되는 것을 특징으로 하는 황토 건축자재 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 성형단계는 2~10톤 압력 하에 진행되는 가압성형인 것을 특징으로 하는 황토 건축자재 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 건축자재 성형체는 자연건조방법을 이용하여 건조되는 것을 특징으로 하는 황토 건축자재 제조방법.
삭제
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