KR101573040B1 - 숯이 내장된 경량 황토 내외장재 제조방법 및 그 제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 숯이 내장된 경량형 황토 내외장재 및 그를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 가벼우면서 강도가 더욱 향상되고, 건조과정이나 소성과정에서 발생하는 미세 크랙이 발생되지 않아 더욱 미려한 외관을 가지는 숯이 내장된 새로운 경량형 황토 내외장재를 제공하는 것이다.

Description

숯이 내장된 경량 황토 내외장재 제조방법 및 그 제품 {Method of Light Charcoal-embedded Loess Board Production}

본 발명은 황토를 주재료로 하며, 혼합된 목분이 소성과정에서 탄화됨으로써 숯이 내장되는 황토 내외장재 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

특히 본 발명은 판상의 숯이 내장된 황토 내외장재에 있어서, 제조단계, 특히 건조 및 소성단계에서 발생하는 표면의 크랙이 발생하지 않아 불량이 생성되지 않고, 또한 강도가 특히 향상된 새로운 숯이 내장된 황토 내외장재 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 표면이 미려하고, 강도가 충분히 강하기 때문에, 얇은 판상으로 제조하는 경우에도 표면의 굴곡이니 비틀림이 생성되지 않아 치수안정성이 매우 우수한 새로운 숯이 내장된 황토 내외장재 및 그의 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 특히, 일라이트, 고령토 등을 사용하여도 제품강도를 향상시킴과 동시에 두께와 무게를 현저히 감소시키는 한편, 평탄도와 평활도를 증강시킴으로써, 바닥/벽체용 보드 뿐만 아니라 천정용 보드 등으로도 활용가능한 친환경적인 내외장재의 제조방법 및 그 제품에 관한다.

통상적으로 건물의 벽체 또는 천정 등은 시멘트와 페인트, 벽지, 목재, 석고보드 등을 사용하여 마감한다. 그러나, 시멘트와 페인트, 벽지 등은 각종 독성을 함유하고 있어 호흡기 및 피부과적 질환을 유발하는 문제점이 있으며, 습도 조절능력이 없다. 목재의 경우에는 습기에 약하여 쉽게 변형되고 인화성이 강한 문제점이 있다. 석고보드 역시 단열성 및 통풍성에 한계가 있으며, 인체에 유해한 성분으로 인해 많은 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 황토를 주재료로 하는 내외장재가 벽체 등의 마감용으로 많이 쓰이고 있다. 일례로, 황토몰탈을 이용한 방법은 황토방, 황토찜질방 등의 바닥, 천정 또는 벽면에 반죽 형태의 황토를 칠하여 건조하는 방법이 있고, 또는 소정 형상으로 압출성형하여 자연상태 또는 열풍 건조기에서 건조한 보드를 본드를 이용하여 부착시키는 방법등이 활용되고 있다.

그러나, 이러한 기술은 황토 내의 수분팽창, 수축으로 인해 균열이 발생하기 쉽고, 강도가 약하여 건축용 내외장재로서 한계점이 있었다. 대한민국 공개특허 제2007-0101649호에서는 불순물이 제거된 황토에 수분을 함침하고 프레스 압력을 가하여 규격화된 사각 형태를 갖되 10~20mm의 두께로 압축 성형하고, 노 내부에서 소성후 냉각하여 황토보드를 제작하는 기술이 제안되어 강도 향상을 꾀한 바 있다.

한편, 본 출원인에 의한 대한민국 등록특허 제0774087호에서는 황토에 목분 등을 혼합하고, 이를 프레스 성형한 다음, 650~900도에서 소성함으로써 목분을 숯으로 탄화시키는 황토숯보드를 개시한 바 있다.

특히, 대한민국 등록특허 제0774087호에 따른 황토숯보드는 i)수분함량이 20~40% 수준인 황토몰탈을 이용한 습식-압출 성형방식과는 달리, 수분 함량을 5~12% 수준으로 최소화시킨 건식-프레스 성형방식으로서 건조시간이 대폭 감소하고, ii)수분함유량이 줄어들어 프레스 성형이 용이하여, 대량생산이 가능한 장점이 있다. 아울러, iii)혼합 후 건조만으로 황토보드를 만드는 방식에서 진일보하여 소성과정을 거쳐 황토보드를 제조하였으며, iv)외부의 숯이 완전 연소됨으로써 황토보드의 표면으로부터 숯때가 묻어날 염려가 없고 외관이 미려하여 심미감이 우수하고, v)내부에 형성된 코어쉘 구조의 숯으로 인해 황토와 숯의 유용한 효과(원적외선 방출, 공기정화, 탈취, 습도조절 등)들이 동시에 충족되는 장점이 있다.

그런데, 상술한 종래의 숯을 내장한 황토보드는 통상적으로 300x300x30mm 정도로 규격화하여 사용한다. 이는 원료의 배합 또는 비중 등의 물성치 특성상 보다 대면적의 보드 또는 두께가 얇은 판상형의 보드를 제조하게 될 경우에는 다양한 문제점이 초래될 수 있기 때문이다.

즉, 종래의 제조방법에 의한 300x300mm 정도의 비교적 소면적의 보드는 두께 8mm 이하로 성형하는 경우, 강도가 저하되어, 프레스 성형이나, 건조 및 소성과정에서 깨지거나 크랙이 발생하기 쉽다.

도 8은 종래의 기술에 따른 황토보드에서 휨현상이 발생한 것을 나타내는 참고도이다. 도 8(a)는 장기 보존과정에서 보드에 휨이 발생한 것을 모식적으로 표현한 것이며, 도 8(b)는 시공후 습도의 유출입에 따라 보드에 휨이 발생하여 벽에서 뜨거나, 이탈되어 떨어져 버리는 것을 나타내는 참고도이다. 통상적으로 황토보드 등은 벽에 친환경성 접착제를 도포한 후 부착하게 된다.

특히, 도 8을 참조하면, 황토보드 표면의 평탄도(flatness) 또는 평활도(smoothness)의 퀄리티 저하는 심각한 문제임을 알 수 있다. 마감용 내외장재는 평탄도가 저하되어 휨, 굴곡 등이 발생하거나, 표면이 울퉁불퉁하여 평활도가 저하되는 경우, 제대로 접착시공이 불가능하며, 외관상 심미성을 현저히 떨어뜨린다. 설령, 시공 당시에는 휨이 발생하지 않더라도 시공후 시간이 경과함에 따라 황토 내외장재의 습도유출입 과정에서 휨이 발생하면 접착이탈 현상이 발생하여 벽으로부터 유격이 생기거나 떨어져 나와버려 재시공이 불가피하므로 소비자 불만의 요소가 된다.

나아가, 실내 공기질 개선을 위해서는 천정 시공이 필요한 경우가 있는데, 다수의 소면적형 보드를 천정에 시공할 경우에는 시공 시간 및 인력 소모가 크다. 시공 편리성을 위하여 300x600mm 정도의 비교적 대면적을 갖는 보드를 제조하는 경우에는, 소면적 보드의 경우보다 두께가 증가하게 되고, 기간이 경과함에 따라 휨, 균열이 보다 빈번히 발생하게 된다.

즉, 종래의 제품들은 두께와 무게가 지나치게 커서 다량의 보드 적층시 운반 및 시공에 어려움이 있으며, 벽체용으로만 사용될 뿐, 천정 시공용으로 사용하기에는 한계가 있다. 또한, 두께가 얇아지더라도 휨발생 등의 평탄도, 표면의 평활도가 저하되어 시공 및 사후관리상 한계점이 존재하며, 심미적 만족도, 강도면에서 우수하지 못하고 미세 크랙이 발생하는 문제점들이 산재되어 있다.

본 출원인은 상술한 문제점을 해소하기 위하여, 대한민국 등록특허 제0774087호에 개시된 바와 같이 와이어메쉬 등을 내부에 추가하기도 하였으나, 이는 공정상 불필요한 공정일 뿐만 아니라, 사용자 측면에서도 황토 등의 유익한 효과와는 상관없는 구성에 불과하다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구 결과, 황토와 더불어 일라이트, 고령토 및 목분을 동시에 사용하여 경량화와 강도를 유지하면서 얇은 판상으로 제조하는 경우라도, 건조단계에서 표면의 미세 크랙이 방지되는 현저한 효과를 가지며, 소성단계 및 시공후에도 평탄도 및 평활도가 그대로 유지되어 기존 제품에 비하여 현저하게 우수한 숯이 내장된 코어쉘 구조의 황토 내외장재를 제조할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에서는 종래의 숯이 내장된 황토 내장재가 방출하는 i1)무게와 두께를 현저히 감소시키며, ii)평탄도 및 평활도가 우수한 황토 내외장재를 제조하는 방법 및 그 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, iii)숯이 내장된 황토 내외장재의 압축강도를 향상시킬 수 있도록 하며, iv)바닥과 벽체용 뿐만 아니라 천정 시공에 탁월한 용이성을 갖도록 하며, v)제조공정 및 최종 제품이 천연성분만을 이용함으로써 친환경적인 제품을 제공하도록 하기 위함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 판상의 숯이 내장된 황토 내외장재에 있어서, 제조단계, 특히 건조 및 소성단계에서 발생하는 표면의 크랙이 발생하지 않아 불량이 생성되지 않고, 또한 강도가 특히 향상된 새로운 숯이 내장된 황토 내외장재 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 표면이 미려하고, 강도가 충분히 강하기 때문에, 얇은 판상으로 제조하는 경우에도 표면의 굴곡이니 비틀림이 생성되지 않아 치수안정성이 매우 우수한 새로운 숯이 내장된 황토 내외장재 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 특히, 일라이트, 고령토, 목분 등을 사용하여도 제품강도를 향상시킴과 동시에 두께와 무게를 현저히 감소시키는 한편, 평탄도와 평활도를 증강시킴으로써, 바닥/벽체용 보드 뿐만 아니라 천정용 보드 등으로도 활용가능한 친환경적인 내외장재의 제조방법 및 그 제품에 관한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 황토 100중량부에 대하여, 일라이트 20~100중량부, 고령토 5~20중량부 및 목분 10~45중량부와 물을 포함하는 조성물을, 건조 및 소성하여 제조할 경우에, 강도가 향상된 숯이 내장된 황토 내외장재를 제공할 수 있었다.

또한, 본 발명의 또 다른 양태로는 상기 조성물에서 황토 100중량부에 대하여 0.0001 내지 1중량부의 락테이트계 결합제를 더 포함하는 경우 표면의 갈라짐이 없는 매우 우수한 표면 특성을 가지는 숯이 내장된 황토 내외장재를 제공할 수 있었다.

또한, 본 발명은 상기 발명의 양태에서 황토 100중량부에 대하여 0.001 내지 2중량부의 수산화알루미늄을 더 포함하는 경우에 특히, 상기 락타이트계 결합제와 수산화알루미늄을 함께 사용하는 경우, 표면의 미세 크랙이나 소성시 휨 및 비틀림이 방지되는 것을 알게 되어 매우 우수한 숯이 내장된 황토 내외장재를 제공할 수 있었다.

본 발명은 또한 상기 본 발명의 숯이 내장된 황토 내외장재를 제조하는 방법을 제공한다.

즉, 황토, 일라이트, 고령토 및 목분과 물을 함유하는 조성물을 혼합하는 조성물 혼합단계(S10); 상기 조성물을 성형체로 생성하는 성형단계(S40); 상기 성형체의 건조단계(S50); 및 상기 건조된 성형체를 650~890℃로 가열하는 소성단계(S60);를 포함하고, 상기 단계에 의하여 외부의 목분은 완전 연소되고, 내부의 목분은 숯으로 되는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법을 제공한다. 본 발명에서 외부의 목분이 완전히 연소되고 내부의 목분이 숯으로 제조하는 것은 온도와 두께 및 시간을 적절히 조절함으로서 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명에서 상기 상기 조성물 혼합단계(S10)는 황토 100중량부에 대하여, 일라이트 20~100중량부, 고령토 5~20중량부 및 목분 10~45중량부의 배합비로 물과 혼합하는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법을 제공하며, 또한, 본 발명은 상기 조성물 혼합단계에서 황토 100중량부에 대하여 0.0001 내지 1중량부의 락테이트계 결합제를 더 포함하거나 또는 동시에 또는 별도로 황토 100중량부에 대하여 0.001 내지 2중량부의 수산화알루미늄을 더 포함하는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 프레스 성형단계(S40) 전에, 상기 조성물을 수분 함량이 5~12중량%가 될 때까지 건조하는 성형전 건조단계(S30)를 더 포함하는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법을 제공할 수 있고, 상기 조성물 혼합단계(S10)는 필요에 의해 볼밀을 이용하여 교반, 분쇄하는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법을 제공할 수도 있다. 또한 본 발명은 상기 조성물 혼합단계(S10) 후 압력여과단계(S20)가 더 포함되되, 상기 압력여과단계(S20)는, 분쇄된 상기 조성물을 필터프레스로 가압하여 여과케이크를 형성하는 여과케이크 형성단계(S21); 상기 여과케이크를 건조하는 분쇄전 숙성단계(S22); 및 상기 여과케이크를 분쇄하여 분말로 형성하는 분쇄단계(S23)를 포함할 수도 있다.

본 발명에서는 다양한 성형체를 제조할 수 있지만, 예를 들면 블록형태,원반형태, 판상형태 등으로 제조할 수 있으며, 건축물 내외장재로 사용하는 경우라면 제한되지 않는다. 특히, 본 발명에서 판상으로 제조하는 경우에는 좋게는 3~10mm, 더욱 좋게는 프레스 금형기를 이용하여 5~8mm 두께의 보드 형상이 되도록 제조할 수 있으며, 이러한 얇은 판상의 경우에도 표면에 크랙이나 갈라짐이 없고 또한 소성한 후에도 휨이나 굴곡이 발생하지 않는 매우 우수한 품질의 판상 성형체를 제조할 수 있다.

본 발명의 선호되는 형태는 황토 100중량부에 대하여, 일라이트 20~100중량부, 고령토 5~20중량부, 목분 10~45중량부, 수산화알루미늄 0.001 내지 2중량부 및 락타이트계 결합제 0.001 내지 1중량부와 물을 포함하는 조성물을 건조 및 소성하여 제조되는 숯이 내장된 황토 내외장재를 들 수 있다.

좀 더 구체적으로 살피면, 본 발명은 황토, 일라이트, 고령토 및 목분을 물과 함께 혼합하는 조성물 혼합단계; 상기 조성물을 성형체로 생성하는 성형단계; 상기 성형체의 건조단계; 및 상기 건조된 성형체를 650~890℃로 가열하는 소성단계를 포함하고, 상기 소성단계에 의하여 외부의 상기 목분은 완전 연소되고, 내부의 목분은 숯으로 되는 것을 특징으로 하는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법을 개시한다.

바람직하게는, 상기 조성물 혼합단계는 황토 100중량부에 대하여, 일라이트 20~100중량부, 고령토 5~20중량부 및 목분 10~45중량부의 배합비로 물과 혼합하는 것이 좋다.

본 발명은 상기 조성물 혼합단계에서 황토 100중량부에 대하여 0.0001 내지 1중량부의 락테이트계 결합제를 더 포함하거나 또는 동시에 혹은 별도로 황토 100중량부에 대하여 0.001 내지 2중량부의 수산화알루미늄을 더 포함하는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법을 포함한다. 특히 결합제로 이유는 알 수 없지만 락타이트계 결합제를 사용하는 경우, 건조나 소성시에 표면의 갈라짐이 더욱 현저히 개선되고, 산화알루미늄과 함께 사용하는 경우 더욱 그러한 효과가 개선되고, 보다 더 표면의 휨 등의 현상이 발생되지 않는 매우 우수한 효과를 얻을 수 있었으며, 락타이트계 이외의 통상의 결합제를 사용한 경우와는 차별화되는 효과를 가지고 있었다. 상기 락타이트계 결합제는 락타이트계라면 크게 제한되지 않지만 예를 들면 젖산과 C2~C5의 모노, 디 또는 트리 알칸올아민에서 선택되는 어느 하나의 아민화합물의 젖산 에스테르화 반응에 의해 제조되는 락테이트 단위를 갖는 화합물, 이의 이성질체, 또는 이들의 혼합물이나, 젖산과 알킬렌옥시드와 C2~C5의 모노, 디 또는 트리 알칸올아민에서 선택되는 어느 하나의 아민화합물의 반응에 의해 제조되는 히드록시기를 갖는 화합물, 이의 이성질체, 또는 이들의 혼합물 또는 폴리락테이트 또는 폴리락테이트와 C2~C5의 모노, 디 또는 트리 알칸올아민에서 선택되는 어느 하나의 아민화합물의 에스테르화 반응에 의해 제조되는 화합물, 이의 이성질체, 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 어느 하나 이상을 예로들 수 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 숯이 내장된 황토 내외장재의 경우, 음이온 발생량이 상대적으로 적을 뿐만 아니라, 강도가 약한 문제점이 있었다. 더욱이 제조과정 또는 시공후에 제품의 평탄도 또는 평활도가 저하됨으로써 휨이나 미세 크랙 발생의 문제점이 지적되어 왔으며, 두께나 무게가 커서 바닥과 벽체용으로 제한되는 단점이 있었다.

본 발명에 의하면, 첫째, 일라이트를 구성 재료로 사용함으로써 음이온 발생량은 증가시키되, 보드 성형시 종래보다 두께를 감소시키면서도 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명의 소정 배합비로 혼합, 건조, 성형 및 소성단계를 거친 결과, 평탄도와 평활도가 종래 제품에 비하여 현저히 우수한 퀄리티를 갖춤으로써 건조, 소성단계에서 뿐만 아니라 장기 보존 시에도 불량품 발생율이 현격하게 감소됨을 관찰하였다. 또한, 시공후에도 지속적으로 평탄도, 평활도를 유지함으로써 황토 내외장재가 접착후 탈리되거나 미세 크랙이 발생되는 문제점을 일거에 해소함으로써 사후 관리면에서도 탁월한 효과를 구비하게 되었다.

셋째, 무게와 비중을 낮추면서도 내구성, 평탄도 및 평활성이 향상된 황토 내외장재 제조가 가능함에 따라, 얇은 판상의 보드를 벽체 뿐만 아니라 천정 시공 용도로도 활용 가능하게 되었고, 종래의 소면적용 보드 뿐만 아니라 대면적용 보드를 제조하더라도 휨발생이 현저하게 줄어들게 되는 장점이 있다.

넷째, 목분이 탄화되어 숯(검탄)으로 잔존함으로써 황토, 일라이트 및 숯의 본연의 기능이 동시에 충족될 수 있는 장점이 있다. 아울러, 친환경적이며 표면 평활도, 광택성, 촉감이 뛰어난 황토 내외장재 제조방법 및 그 제품을 제공할 수 있는 장점이 있다.

또한, 표면의 갈라짐이 없는 숯이 내장된 황토 내외장재를 제조함으로써, 생산성을 높이고 불량률을 줄여주는 놀라운 효과를 얻을 수 있었다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 제조방법 흐름도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 제조방법 흐름도.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 제조방법 흐름도.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 세부적인 제조방법 흐름도.
도 5는 성형단계에 의한 성형체를 나타내는 황토 내외장재의 참고도.
도 6은 소성단계 후의 상태를 나타내는 황토 내외장재의 참고도.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 장방형의 황토 내외장재의 예시도.
도 8은 종래의 기술에 따른 황토보드에서 휨현상이 발생한 것을 나타내는 참고도.도 9는 본 발명에 따라 제조된 벽돌형상 황토 내외장재의 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 제조방법의 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법은 황토, 일라이트, 고령토 및 목분을 포함하여 물과 함께 혼합하는 조성물 혼합단계(S10); 상기 조성물을 성형체로 생성하는 성형단계(S40); 상기 성형체의 건조단계(S50); 및 상기 건조된 성형체를 650~890℃ 무산소 분위기에서 가열하는 소성단계(S60)를 포함하고,상기 소성단계에 의하여 외부의 상기 목분은 완전 연소되고, 내부의 목분은 숯으로 되는 것을 특징으로 한다.

상기 조성물 혼합단계(S10)에서는 황토, 일라이트, 고령토 및 목분을 물과 함께 혼합하는 과정이다. 황토는 실리카, 알루미나, 철분, 탄산칼슘, 마그네슘, 나트륨 등의 광물 구성되어 있고, 철분이 산화과정에서 황색 또는 적색 등의 색깔을 띄게 된다. 황토에는 카탈라아제, 디페놀 옥시다아제, 사카라제, 프로테아제 등의 효소가 함유되어 있어 독소 제거, 분해력, 정화 작용 등의 기능이 있다. 또한, 원적외선이 방출됨으로써 세포의 생리작용을 활발하게 하며, 온열효과가 뛰어난 것으로 알려져 있다.

아울러, 표면적이 넓은 분자구조(4면체와 8면체가 1:1로 형성되어 이층 구조)로 인해 습도조절능력이 우수하고, 무기질 불연재로 내화성 물질이다.

한편, 황토에 함유된 탄산칼슘으로 인해 황토는 점력이 있고, 물과 반응하여 찰흙으로 변하는 성질이 있으나, 건조후에는 압축강도가 떨어져 표면에 균열이 쉽게 생기고, 표면마감이 거칠어져 벽체의 미장재보다는 바닥 및 다짐재로서 널리 쓰여왔다.

또한, 황토는 원료채취시 황토속에 휴민산과 같은 유기물(R.COOH, R.OH)의 활성막이 유리상태의 Ca이온을 흡착하기때문에 소일시멘트(soil cemet)공법에 있어 수화반응을 방해하여 흙입자사이의 응결효과를 정지시키거나 저해하기 때문에 황토를 주재로 하여 내외장재를 제조할 경우에는 물의 유출입에 의한 수축 또는 팽창이 발생될 수 있다.

일라이트(Illite)는 암석의 풍화변질 혈암중의 주성분으로 존재하고 판상의 결정형태를 가지는 광물로서 무수한 기공을 갖고 있어 흡착성이 우수한 항균성 광물이다.

고령토는 카올리나이트와 할로이사이트가 주성분으로 장석류가 탄산, 물에 의한 화학적 풍화작용을 거쳐 생성된다. 맑은 백색을 원하는 도자기 원료에 주로 쓰인다.

목분은 후술할 소성단계(S60)에 의하여 숯으로 탄화되는데, 통상적으로 참나무 목분 등을 사용하여 탄화시킨다. 숯은 음이온과 원적외선을 방출하며, 제습, 공기정화, 탈취, 여과 등의 효과가 있는 것으로 알려져 있다.

한편, 황토 등이 미세한 입자들을 많이 함유하면, 물 입자가 둘러싸는 수화반응으로 인해 팽창하게 되며, 인접한 입자가 분리되면 잠재 팽창이 발생할 수 있다.

본 발명에서는 다른 성분들간의 결합을 강화하여 수축/팽창을 최소화하며, 강도를 향상하는 새로운 효과를 나타내는 숯이 내장된 황토 내외장재를 제공할 수 있었다. 이는 각 성분들간의 결합에 의해 오히려 결합력이 증가하고, 또한 원인을 알 수 없지만 표면의 갈라짐 현상이 줄어들거나 사라지는 것은 일라이트에 의한 유기적 결합이 영향을 미친 것으로 보인다.

바람직하게는, 상기 조성물 혼합단계(S10)는 물을 제외한 조성물의 배합비 황토 100중량부에 대하여, 일라이트 20~100중량부, 고령토 5~20중량부 및 목분 10~45중량부의 배합비가 되도록 하여 물과 혼합하는 것이 좋다.

일라이트를 20중량부 미만으로 사용할 경우에는 건조단계에서 표면의 크랙이 일부 나타날 수 있고, 100중량부를 초과하여 사용할 경우에는 황토보다 상대적으로 고가일 뿐만 아니라, 소성단계에서 표면의 크랙이 다소 나타나는 경향이 있어서 피하는 것이 좋다.

상기 조성물 혼합단계(S10)에서 물을 혼합할 때에는 조성물의 입자크기를 고려하여 함침한다. 황토, 일라이트, 목분 및 고령토가 미리 분쇄된 다음 혼합되는 경우라면 물의 함량을 상기 혼합된 조성물 85~95중량%에 대하여 5~15중량% 정도로 투입할 수 있으나, 미리 분쇄되지 아니한 경우라면, 물을 충분히 공급하여 볼밀(ball mill) 등의 공지된 분쇄 수단에 의해 분쇄 및 교반이 되도록 하는 것이 바람직하다.

볼밀을 사용하는 경우에는 상대적으로 분쇄가 쉽지 않은 황토나 목분을 먼저 투입하고, 일라이트, 고령토 등을 투입하는 것이 좋다. 또한, 볼의 장입량과 물을 제외한 조성물의 양을 대략 1 : 1 정도가 되도록 하되, 물을 제외한 조성물이 대략 65~75중량%가 되도록 하고, 나머지를 25~35중량%의 물로 채우는 것이 바람직하다. 성형을 위해서는 후술할 성형전 건조단계(S30)에 의해 소정 수치로 물 함유량을 감소시키는 과정이 포함될 수 있다. 볼밀을 통한 조성물 혼합단계는 대략 10~12시간 정도로 분쇄, 교반하고, 샘플링하여 50~300 메쉬의 체를 통과하여 호가인한다.

조성물 혼합단계(S10) 이후에는 성형단계(S40)에 의하여 소정 형상의 성형체로 조성물을 성형하게 된다. 성형방식은 물의 함유량이 5~15중량% 정도인 경우에는 프레스 금형으로 가압하여 성형이 가능하며, 물의 함유량이 15~35중량% 정도인 경우에는 압출 성형법이 수행될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 물의 함유량을 5~15중량%, 더욱 바람직하게는 5~10% 이내가 되도록 하여 금형틀에 의한 프레스 성형 방식을 채택하였다. 프레스 성형에서는 물의 함유량이 15중량%이상인 경우는, 금형에 조성물이 달라붙거나 제대로 형상이 유지되지 않는 문제점이 있다.

프레스 성형의 경우에는 프레스 금형틀에 상기 조성물 혼합단계(S10)에서 혼합된 조성물을 도포한 후 적정 압력으로 가압하여 성형체를 형성한다. 이 때, 추후 시공을 용이하게 하기 위한 구멍을 형성하거나 또는 심미감을 향상시키기 위한 패턴, 무늬 등이 표면에 형성되도록 할 수 있음은 물론이다.

상기 성형체는 사용 용도에 따라 바닥용 보드인 경우에는 가로x세로의 넓이를 대략 300x300mm 로 하고, 두께를 대략 20~30mm 로 하며, 벽체용 보드인 경우에는 넓이를 대략 300x300mm 로 하고, 두께를 대략 3~10mm 로 하도록 하여 규격화하는 것이 좋다. 특히, 본 발명에 의한 숯이 내장된 황토 내외장재는 기존 제품에 비하여 경량화된 것으로, 두께를 3~8mm, 더욱 바람직하게는 5~6mm로 프레스 성형할 경우 천정용 보드로서 활용도가 매우 높다.

다음으로, 건조단계(S50)에서는 상기 성형단계(S40)를 거친 성형체를 소정 시간 건조하는 단계로서, 후술할 소성단계(S60)를 거치기 전에 완전 건조시킴으로써 소성단계(S60)에서 성형체가 변형되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 성형체는 자연 건조의 경우에는 대략 2~3일 정도 건조시키거나, 또는 건조시간을 단축시키기 위하여 70~85℃의 온도의 대형 건조기를 이용한 인공 건조를 수행할 수 있다. 건조기를 통한 건조시간은 성형체의 두께에 따라 달라질 수 있으나 보드 형상인 경우에는 대략 12~24시간 건조시키도록 한다.

건조된 성형체는 소성로(또는 가마)에 적재된 후 650~890℃의 온도로 가열상태를 유지하는 소성단계(S60)를 거치게 된다. 이 때, 산소가 거의 공급되지 않는 무산소 분위기로 가열하여야 목분이 숯으로 탄화될 수 있으며, 승온속도는 1.5~5.0 ℃/min 정도로 서서히 가열하고 승온후 대략 0.1~5시간의 최적 유지시간을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

소성온도가 650℃ 미만인 경우에는 충분한 강도를 가질 수 있을 만큼의 소성이 이루어지지 않으며, 890℃ 를 초과할 경우에는 황토의 강도는 향상되나 황토의 물성을 상실하게 되므로 적정 온도를 유지하는 것이 중요하다. 상기 소성단계(S60)를 거친 숯이 내장된 황토 내외장재는 서서히 자연 냉각시킨 후에 보관장소로 옮겨진다.

도 5는 성형단계(S40)에 의한 성형체를 나타내는 황토 내외장재의 참고도이며,도 6은 소성단계(S60) 후의 상태를 나타내는 황토 내외장재의 참고도이다.

도 5(a)는 소성전 보드형 성형체의 사시도이며, 도 5(b)는 A-A'선의 단면도를 모식적으로 나타내었다. 조성물 혼합단계 및 프레스 성형에 의해 비교적 균일하게 각 성분들이 혼합, 압축되어 있는 상태이다.

도 6(a)는 소성후 보드형 성형체의 사시도이며, 도 6(b)는 B-B'선의 단면도로서 소성단계(S60)에 의하여 목분이 탄화되어 내부에 코어쉘 구조를 형성하는 것을 나타낸 모식도이다.

즉, 상기 소성단계(S60)를 거치게 되면, 건조된 성형체의 외부(표면)에 위치하는 목분은 완전 연소되어 1~3mm 두께의 황토층이 형성되고, 내부에 위치하는 목분은 소실되지 않고 탄화 성형물로 흑연화되어 숯으로 존재하게 된다.

황토 내외장재의 심부에 숯이 잔존하는 코어쉘 구조로 인해서 표면을 만지더라도 숯이 뭍어나지 않고, 황토 본연의 색을 구현할 수 있으며, 숯과 황토, 일라이트의 효과를 동시에 구비하는 황토 내외장재의 제조가 가능해진다. 또한, 일라이트의 첨가로 인하여 평활도 및 평탄도가 우수하여 미려한 표면 질감의 구현이 가능하다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 제조방법의 흐름도이다. 도 2를 참조하면 성형전 건조단계(S30)를 제외한 나머지 제조과정은 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 제1실시예와 동일하므로 추가되는 구성만을 설명하기로 한다.

상술한 바와 같이, 미리 정선 및 분쇄된 황토, 일라이트, 고령토 및 목분을 물과 함께 혼합하는 경우라면 물을 제외한 조성물과 대비하여 물의 함량이 5~15중량% 이므로 상기 성형단계(S40) 중에서 프레스 방식을 취하는데 문제가 없다.

그러나, 미리 정선 및 분쇄하지 않고, 각각의 조성물을 볼밀(ball mill)을 이용하여 분쇄하는 경우에는, 볼밀의 동력 성능과 물의 함침을 위해 필요한 물의 함량이 25~35중량% 수준이므로 상기 성형단계(S40) 중에서 프레스 방식으로 가압하기 전에 물의 함량이 5~15중량% 이내가 되도록 성형전 건조단계(S30)가 필요하다.

물론, 상기 성형단계(S40)를 압출 방식을 채택하는 경우에는 물의 함량이 다소 많더라도 압출 성형이 가능하지만, 황토 내외장재의 두께를 최소화하고, 가압을 통해 조성물의 흙다짐을 수행하기 위해서는 프레스 방식이 보다 유리하므로 물의 함유량을 감소시키는 과정이 필요하다.

상기 성형전 건조단계(S30)는 수분이 입자내에 충분히 침투되어 고르게 분포되도록 하는 작용을 함과 아울러, 성형단계를 위한 적정 함수율이 되도록 건조시키는 과정으로서, 바람직하게는, 자연 건조일 경우 1~2일 동안 건조하거나, 대형 건조기에서 70~85℃ 분위기에서 12~24시간 건조시킨다. 건조기의 경우, 건조기의 온도가 70℃ 미만일 경우는 건조시간이 지연되고, 85℃를 초과할 경우에는 균열이 발생될 수 있다. 또한, 건조시간은 성형체의 두께가 얇은 경우에는 보다 시간이 단축될 수 있음은 물론이다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 제조방법의 흐름도이며, 도 4는 이에 대한 보다 세부적인 제조방법의 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 상술한 제조방법에 있어서, 압력여과단계(S20)가 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 압력여과단계(S20)는 공지의 필터프레스(filter press)를 이용하여 강제적으로 함수율을 적정비율로 저감시켜 조성물을 분말 형태로 형성하는 과정으로서, 볼밀기에서 투입되는 최초 물의 함량이 물을 제외한 조성물 전체에 대하여 대략 15중량% 이상인 경우에 추가적으로 수행되는 단계이다.

필터프레스는 여과기의 일종으로 볼밀기로부터 이송된 조성물을 스퀴징(squeezing)하여 탈수하고 필터판으로부터 여과케이크를 형성하는 공지된 장치이다. 경우에 따라서는, 필터프레스 자체에 열풍 건조장치가 구비됨으로써 상기 압력여과단계(S20)에서도 어느 정도 건조과정이 수행될 수 있으며, 후속하는 성형전 건조단계(S30)의 건조시간이 그만큼 단축될 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 조성물 혼합단계(S10)는 일련의 조성물 배합단계(S11), 조성물 분쇄단계(S12), 조성물 교반단계(S13) 및 조성물 이송단계(S14)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 압력여과단계(S20)는 여과케이크 형성단계(S21), 분쇄전 숙성단계(S22) 및 여과케이크 분쇄단계(S23)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 조성물 분쇄단계(S12) 및 조성물 교반단계(S13) 과정은 상술한 볼밀(ball mill)에 의해 일체적으로 수행될 수도 있지만, 여러 개의 볼밀을 구비하여, 각각의 볼밀로부터 이송된 조성물을 교반기가 구비된 저장탱크에 취합되도록 설계할 수 있음은 물론이다. 조성물 교반단계(S13)에서는 조성물이 균일하게 섞이도록 소정 시간 교반하여 보관토록 한다. 조성물의 충분한 교반이 이루어지면 상기 저장탱크로부터 펌프에 의하여 조성물을 펌핑하여 상기 필터프레스로 이송하는 조성물 이송단계(S14) 가 수행된다.

상기 여과케이크 형성단계(S21)에서는 필터프레스를 적정 압력(대략 60~80 psi)으로 스퀴징하고, 필터로부터 여과케이크를 탈리시킨다. 탈리된 여과케이크는 물의 함량이 8~15중량%가 되도록 1~2일간 분쇄전 숙성단계(S22)를 거친다. 이는 여과케이크 내의 수분이 내부에 균일하게 분포되도록 하여 성형성을 향상시키기 위함이다. 상기 분쇄전 숙성단계(S22) 후에는 여과케이크를 분쇄기에 넣어 곱게 갈아 분말로 형성하는 여과케이크 분쇄단계(S23)를 수행하고, 체갈음하여 보관한다. 분쇄된 조성물 분말은 상기 성형단계(S40), 건조단계(S50) 및 소성단계(S60)를 수행함으로써 숯이 내장된 황토 내외장재로 제조될 수 있다.

본 발명의 일실험예에 의하면, 황토 50중량%, 일라이트 15중량%, 고령토 15중량%, 및 목분 20중량% 을 배합(황토 100중량부에 대하여, 대략 일라이트 30중량부, 고령토 30중량부, 및 목분 40중량부)하여 300x300mm 넓이의 7~8mm 두께 황토숯보드로 제작할 경우, 동일한 부피의 황토만으로 구성된 기존 제품의 무게에 비하여 일라이트 첨가로 인해 10~20% 의 경량화를 관찰하였다.

또한, 황토 40중량%, 일라이트 25중량%, 고령토 10중량%, 목분 25중량% 를 배합(황토 100중량부에 대하여, 대략 일라이트 63중량부, 고령토 25중량부 및 목분 63중량부)하여 300x300mm 넓이의 5~6mm 두께 황토숯보드로 제작할 경우에는 두께가 7~8mm인 경우에 비하여 두께 감소로 인한 20~30% 정도의 경량화 효과와 더불어, 일라이트의 첨가로 인한 비중 감소로 10~20%의 추가적인 경량화 효과가 발생하여, 총 30~50%의 현격한 경량화를 관찰할 수 있었다.

아울러, 종래의 황토숯보드는 300x600x8mm 의 규격을 구비할 경우, 보관과정 또는 시공후에 휨이나 크랙이 발생하는 문제점이 발견되었으나, 본 발명에 따른 숯이 내장된 황토 내외장재는 그러한 문제점이 현저히 줄어듬을 관찰하였다.

또 다른 일 실시예로는 황토 100중량부에 대하여, 일라이트 70중량부, 고령토 25중량부, 목분 40중량부, 수산화알루미늄 0.1중량부를 함유하는 조성물을 이용하여 300x300mm 넓이의 5mm 두께 황토숯보드로 제작할 경우에는 두께가 7mm인 경우에 비하여 두께 감소로 인한 20~30% 정도의 경량화 효과와 더불어, 일라이트의 첨가로 비중 감소로 10~20%의 추가적인 경량화 효과가 발생하여, 총 30~50%의 현격한 경량화를 관찰할 수 있었으며, 건조단계 및 소성한 후에 표면의 미세 갈라짐 현상이 거의 해소됨을 알 수 있었다.

또 다른 일 실시예로 황토 100중량부에 대하여, 일라이트 70중량부, 고령토 25중량부, 및 목분 40중량부, 락타이트계 결합제로 중량평균분자량 55,000의 폴리락테이트 0.1중량부를 함유하는 조성물을 이용하여 300x300mm 넓이의 5mm 두께 황토숯보드로 제작할 경우에는 건조단계 및 소성한 후에 표면의 미세 갈라짐 현상이 거의 해소됨을 알 수 있었으며, 상기 실시예에서 0.5중량부의 수산화알루미늄을 더 사용한 경우에는 미세 갈라짐 현상이 나타나지 않고, 표면의 평활성으로서 20장을 쌓아놓아도 높낮이의 편차가 거의 없는 매우 우수한 강도를 가지고 수치안정성을 가지는 제품이 얻어짐을 알 수 있었다.

도 7은 본 발명에 따라 제조된 장방형의 황토 내외장재의 예시도이다. 도 7을 참조하면, 300x600mm의 면적을 갖는 보다 큰 면적의 보드를 제조하더라도 휨이 발생하지 아니하며, 심부에만 숯의 성분이 내장되어 있게 된다.

따라서, 천정 시공의 경우, 종래의 보드는 휨발생 등의 문제점으로 인해 대략 300x300x10mm 규격의 판을 시공해야 하므로 시공시간, 공임 등이 지나치게 발생할 뿐만 아니라, 제품의 무게가 큰 한계가 있었지만, 본 발명에서는 규격을 보다 크게 하더라도 휨, 크랙 등이 발생하지 않고, 현격하게 경량화됨으로써 시공의 편의성이 증대될 수 있다.

특히, 황토와 함께 일라이트, 고령토, 목분 및 물을 혼합, 성형, 건조 및 소성단계를 거침으로써 표면의 평활도와 평탄도를 증대시킴으로써 황토 내외장재의 제조 과정에서 뿐만 아니라 시공과정에서 벽이나 천정에 부착하더라도 휨 발생이 없어 시공이 우수하다. 나아가, 장기 보존 또는 시공후에도 평활도와 평탄도의 지속성이 탁월하여 사후 휨 발생, 미세 크랙 발생의 문제점이 현저히 줄어드는 효과가 있다. 또한, 휨으로 인한 보드의 접착 이탈 현상을 방지하여 외관상 트러블 발생이 없으며 유지면에서 탁월하다.

한편, 도 9는 본 발명에 따라 제조된 벽돌형상 황토 내외장재의 예시도이다. 도 9를 참조하면, 보드 형태 뿐만 아니라 벽돌 등의 내외장재로도 다양한 활용이 가능하다. 벽돌 제작시에는 성형단계(S40)에서 도 8(a)과 같이 체결공을 형성하는 것이 바람직하다. 도 8(b)는 황토숯 벽돌의 내부에 숯이 코어쉘 구조로 형성된 것을 모식적으로 나타내었다.

한편, 본 발명의 다른 양태로서, 상기 조성물 혼합단계(S10)는 황토, 일라이트, 고령토 및 목분 외에도 천연경화제인 알긴산을 황토 100중량부에 대하여 0.1~3.0중량부를 첨가할 수도 있다. 상기 알긴산은 미역, 다시마, 우뭇가사리, 해조류 등에서 추출될 수 있다.

천연경화제인 알긴산의 첨가로 인해 상기 성형단계(S40) 내지 소성단계(S60)에서 부서지지 않고 성형체의 형상을 보다 잘 유지할 수 있다.

아울러, 알긴산을 첨가할 경우, 건조 과정에서 발생할 수 있는 미세 크랙을 줄일 수 있으며, 황토 내외장재의 표면이 매끄럽게 유지되어 표면감촉, 평활성 및 광택성이 우수한 효과가 있다.

특히, 천연경화제의 경우, 상기 소성단계(S60)에서 대부분 소실되므로 통상적인 시멘트 경화제에 비하여 친환경적이다. 시멘트 경화제의 경우, 650~890℃의 소성단계(S60)후에도 잔존하게 되어 황토 본연의 효과인 습도조절능력과 통기성 등에 악영향을 끼치게 되지만, 천연경화제는 그러한 부작용이 없다.

한편, 상기 조성물 혼합단계(S10)에서 보다 다양한 효과 창출을 위하여 맥반석, 제올라이트, 토르말린 등이 첨가될 수 있음은 물론이며, 향발산을 위하여 허브추출물, 한방재, 율토(비가 내리기 시작할 때의 흙내음을 유발시키는 흙성분) 등을 적정 비율로 추가할 수 있음은 물론이다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

S10 : 조성물 혼합단계
S11 : 조성물 배합단계 S12 : 조성물 분쇄단계
S13 : 조성물 교반단계 S14 : 조성물 이송단계
S20 : 압력여과단계
S21 : 여과케이크 형성단계 S22 : 분쇄전 숙성단계
S23 : 여과케이크 분쇄단계
S30 : 성형전 건조단계
S40 : 성형단계
S50 : 건조단계
S60 : 소성단계

Claims (13)

1. 황토 100중량부에 대하여, 일라이트 20~100중량부, 고령토 5~25중량부, 목분 10~45중량부, 락테이트계 결합제 0.0001~1중량부 및 물을 포함하는 조성물을, 건조 및 소성하여 제조되는 숯이 내장된 황토 내외장재.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은 황토 100중량부에 대하여 0.001 내지 2중량부의 수산화알루미늄을 더 포함하는 숯이 내장된 황토 내외장재.
   
4. 황토, 일라이트, 고령토,목분 및 물을 함유하는 조성물을 혼합하는 조성물 혼합단계(S10); 상기 조성물을 성형체로 생성하는 성형단계(S40);
   상기 성형체의 건조단계(S50); 및 상기 건조된 성형체를 650~890℃로 가열하는 소성단계(S60);를 포함하고, 상기 단계에 의하여 외부의 목분은 완전 연소되고, 내부의 목분은 숯으로 되고,
   상기 조성물의 혼합단계(S10)은 황토 100중량부에 대하여, 일라이트 20~100중량부, 고령토 5~25중량부, 목분 10~45중량부, 락테이트계 결합제 0.0001~1중량부의 배합비로 물과 혼합되는 것인 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 4항에 있어서, 상기 조성물은 황토 100중량부에 대하여 0.001 내지 2중량부의 수산화알루미늄을 더 포함하는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법.
   
8. 제4항에 있어서, 상기 조성물을 성형체로 생성하는 성형단계(S40) 전에, 상기 조성물을 수분 함량이 5~12중량%가 될 때까지 건조하는 성형전 건조단계(S30)를 더 포함하는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법.
   
9. 제4항에 있어서, 상기 조성물 혼합단계(S10)는 볼밀을 이용하여 교반, 분쇄하는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법.
   
10. 제4항에 있어서, 상기 조성물 혼합단계(S10) 후 압력여과단계(S20)가 더 포함되되, 상기 압력여과단계(S20)는, 상기 조성물을 필터프레스로 가압하여 여과케이크를 형성하는 여과케이크 형성단계(S21); 상기 여과케이크를 건조하는 분쇄전 숙성단계(S22); 및 상기 여과케이크를 분쇄하여 분말로 형성하는 분쇄단계(S23)를 포함하는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법.
    
11. 제4항에 있어서, 상기 성형단계(S40)는 프레스 금형기를 이용하여 5~8mm 두께의 보드 형상이 되도록 가압 성형하는 숯이 내장된 황토 내외장재 제조방법.
    
12. 황토 100중량부에 대하여, 일라이트 20~100중량부, 고령토 5~20중량부, 목분 10~45중량부, 수산화알루미늄 0.001 내지 2중량부 및 락타이트계 결합제 0.001 내지 1중량부와 물을 포함하는 조성물을 건조 및 소성하여 제조되는 숯이 내장된 황토 내외장재.
    
13. 제 12항에 있어서, 상기 숯이 내장된 황토 내외장재는 3~10mm의 두께의 판상형태인 것을 특징으로 하는 숯이 내장된 황토 내외장재
    

Images