KR101815018B1 - 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물과 친환경 건축자재 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물과 친환경 건축자재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 산업폐기물인 굴패각을 이용하여 자연 친화적인 보차용블럭, 가로수 보호판, 벽돌, 건축용 내외장재, 인공어초 등과 같은 건축 및 산업자재를 제조할 수 있는 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물과 친환경 건축자재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물과 친환경 건축자재 및 이의 제조방법{Manufacturing method of eco-friendly Building materials using oyster shell and eco-friendly Building materials}
본 발명은 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물과 친환경 건축자재 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 산업폐기물인 굴패각을 이용하여 자연 친화적인 보도블럭, 가로수 보호판, 벽돌, 건축용 내외장재, 인공어초 등과 같은 건축 및 산업자재를 제조할 수 있는 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물과 친환경 건축자재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
산업 폐기물인 굴 패각은 남해안을 중심으로 연간 28만톤이 발생하고, 굴 패각을 이용한 비료 및 굴 양식을 위한 채묘용으로 활용되지만 해양투기방지법에 따라 약 10만톤이 처리가 곤란한 상태이며, 현재 굴 패각은 땅에 뭍거나 태우거나 바다에 버릴 수도 없으며, 방치되거나 무단투기된 굴패각은 참기 힘든 악취가 발생하여 지역 주민들의 민원이 제기되는 등 해당 지역에서 해결이 어려운 환경 및 사회 문제로 대두되고 있다.
한편, 주성분인 CaCO3인 굴패각은 석고보드와 같이 단열성능이 우수하고, 굴패각의 입자는 건축자재로서 활용할 수 있는 산업폐기물이지만, 현재의 건축 시장은 건축 자재를 생산하는 과정에 발생하는 이산화탄소의 환경문제 고려 없이 저가 제품으로 시공만을 목적으로 하고 있으며, 그 건축물의 용도 폐기 및 철거 시 발생하는 산업 폐기물의 문제에 대한 고려는 하지 않고 있는 실정이다.
그리고, 건축 자재의 필수 원재료인 모래의 수급이 문제가 되어 바다 모래까지 쓰고 있는 실정이며, 한정된 모래도 점점 고갈되어 가는 중이다.
또한, 현재 건축자재의 기본 고화제는 시멘트로서 이 또한 새집 증후군의 주원인이며, 6가 크롬의 발암 물질을 발생시키고 있으나, 이를 대체할 수 있는 방식과 비용 문제로 해결이 어려운 상황이다.
현재 굴패각을 활용한 건축자재의 선행기술은 있으나 악취 및 불순물의 제거를 위한 고온의 소성과정과 강산성과 강알카리성의 화학적인 전처리 과정을 위한 고가의 설비와 과정의 복잡성 그리고 채산성문제로 사업화된 사례도 찾기 어려운 상황이다. 특히 화학적인 전처리과정은 강산성과 강알카리성의 폐기물이 발생하는 환경적인 문제가 발생한다. 그리고 다양한 건축자재를 제조하기 위한 방법의 한계 등으로 현실적인 사업화에 한계가 있다. 또한 산업폐기물의 재활용에 따라서 8개 중금속(납, 수은, 카드륨, 바룸, 크롬, 비소, 셀레늄, 안티몬)이 표출되지 않는 안전한 제품 제조가 중요한 항목이나 기존 기술 및 제조방법은 이러한 해결에 대한 언급이 없다.
따라서, 기존 기술을 혁신하고 8대 중금속의 표출이 없는 굴 패각을 활용한 안전한 제품 제조 기술이 필요하게 되었으며, 본 발명을 통해, 산업폐기물인 굴패각을 이용하여 자연 친화적이면서 독성이 없는 건축 자재를 생산할 수 있는 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물과 친환경 건축자재 및 이의 제조방법을 제안한 것이다.
대한민국등록특허공보 10-0270939호
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 제 1 과제는 굴패각분말 35 ~ 65 중량부와, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부와, 친환경 시멘트 10 ~35 중량부와, 폴리머 액상 경화제 5 ~ 30 중량부를 교반기(240)에 투입시켜 혼합하여 몰타르화시킨 원료를 건축자재용 성형장치에 넣고, 가압 성형하고, 건조장치에 투입하여 40℃ ~ 70℃에서 건조한 후, 상기 건축자재용 성형장치로부터 건축 자재를 분리함으로써 독성이 없는 건축 자재를 획득하는데 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 제 2 과제는 전처리과정으로서, 광합성미생물을 보관하고 있는 미생물반응장치에 굴패각을 투입하여 굴패각에서 발생되는 악취를 제거하면서 굴패각의 단백질을 분해하고, 미생물반응장치로부터 굴패각을 수득하여, 세척장치에 투입하여 물로 굴 패각을 세척하여 오염분 및 오염물질을 제거한 후, 건조시킨 후, 분쇄기에 굴 패각을 투입하여 분쇄 후, 직경 5mm의 채망을 통해 통과한 굴 패각 분쇄물을 수득하는 과정을 거침으로써, 굴 패각에서 발생하는 악취를 제거 및 오염도 및 처리시간 단축 효과를 제공하는데 있으며, 부산물로 미생물 비료로 활용할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 제 3 과제는 기존의 이산화탄소가 많이 발생하는 고온의 소성 과정이 없이 제조하는 것으로, 굴패각의 악취 원인인 단백질과 불순물 제거를 위하여 기존에 사용하는 강산성과 강알칼리성의 화학적 처리과정 없이 산업 자재를 제조하여 부수적으로 발생되는 강산성과 강알칼리성의 화학적 폐기물 발생을 방지하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 제 4 과제는 현장에서 쉽게 취득할 수 있는 마사토(백색토, 흙색토 등의 흙), 석분, 황토 등을 골재로 활용하여 굴패각 분말과 혼합하여 혼합 골재로서 활용할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 제 5 과제는 해양 산업폐기물로 납, 수은, 카드륨, 바룸 등 8대 중금속의 오염의 표출을 방지한 안전한 산업자재를 제조하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법은,
광합성미생물을 보관하고 있는 미생물반응장치(210)에 굴패각을 투입하여 굴패각에서 발생되는 악취를 제거하면서 굴패각의 단백질을 분해하기 위한 굴패각전처리단계(S210)와;
상기 미생물반응장치로부터 굴패각을 수득하여, 세척장치(220)에 투입하여 물로 굴 패각을 세척하여 오염분 및 오염물질을 제거한 후, 건조시키는 세척및건조단계(S220)와;
분쇄기(230)에 상기 세척및건조단계(S220)에서 처리된 굴 패각을 투입하여 분쇄후, 직경 5mm의 채망을 통해 통과한 굴 패각 분쇄물을 수득하는 굴패각분쇄물수득단계(S230)와;
굴패각분말 35 ~ 60 중량부와, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부와, 친환경 시멘트 10 ~35 중량부와, 폴리머 액상 경화제 5 ~ 30 중량부를 교반기(240)에 투입시켜 혼합하여 몰타르화시키는 원료혼합단계(S240)와;
상기 몰타르화된 원료를 건축자재용 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하는 건축자재용성형단계(S250)와;
상기 가압 성형된 건축 자재를 건조장치(260)에 투입하여 40℃ ~ 70℃에서 건조하는 건축자재건조단계(S260)를 포함한다.
본 발명에 의하면, 산업폐기물인 굴패각을 광합성 미생물로 발효하는 전처리 과정에서 악취 및 지역 환경 문제를 해결하고, 위해 성분이 없는 건축자재로 재활용 및 산업화에 따른 경제 효과를 발휘한다.
또한, 굴패각 분말에 혼합되는 혼합골재는 지역에서 쉽게 얻을 수 있는 흙으로서 마사토, 고령토, 황토를 포함하며, 이들을 활용하여 자원이 고갈되는 모래를 대체하였으며, 새집증후군이 우려되는 기존 시멘트의 사용없이 친환경 시멘트와 독성이 없는 경화제를 사용하여 용도 폐기시 발생하는 산업 폐기물을 최소화 혹은 재활용할 수 있게 된다.
또한, 굴패각을 이용한 건축자재 제조 과정에서도 기존의 이산화탄소가 많이 발생하는 고온의 소성 과정이 없으며, 또한 기존 기술의 굴패각의 단백질 제거를 위한 강산성과 강알칼리성의 화학적 처리과정과 부수적으로 발생되는 강산성과 강알칼리성의 화학적 폐기물 발생을 제거할 수 있게 된다.
또한, 굴패각 분말은 자체 흰색을 기준으로 정마사토의 분홍색, 황토의 갈색, 고령토의 적갈색을 활용하여 천연 색상을 구현할 수 있고, 탄산칼슘이 주성분인 굴패각 분말의 물질적인 특성으로 난연성 및 단열성능을 제공할 수 있으며, 실내의 공기 정화 기능 및 황토 및 천연 포졸란을 이용한 원적외선 방출 기능으로 활력있는 실내 공간을 제공할 수 있는 건축 자재를 제작할 수 있게 된다.
그리고 본 발명으로 제조한 굴패각 건축자재는, 해양산업폐기물로 8대 중금속(납, 수은, 카드륨, 바룸, 크롬, 비소, 셀레늄, 안티몬)의 오염의 우려를 관련 중금속 위해성 시험(KS G ISO 8124-3:2010) 결과로 안전한 산업자재를 제조할 수 있음을 검증하여 외부용 건축자재는 물론 내장재로 제조가 가능하다.
또한, 굴패각 분말과 주변의 다양한 흙 성분인 혼합골재와 독성이 없는 경화제와 천연 시멘트의 각 물성과 함수비에 따른 중량비를 조절하여 다양한 기능과 강도의 제품 개발이 가능하여 보차용 블럭, 벽돌, 건축용 실내외장재 등의 제품 제조가 가능하고, 향후 기능성 인공어초, 가로수 보호판, 양식장용 블럭 등의 다양한 제품으로 확대할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 건축자재에 대한 제조 흐름도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 건축자재에 대한 제조 공정도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 건축자재에 대한 제조 흐름도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 건축자재에 대한 제조 공정도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법 중 원료혼합단계를 나타낸 제조 흐름도.
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법을 통해 실시한 제품 사진.
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법을 통해 실시한 블록의 8대 중금속 위해성 시험 결과서.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 실시 예에서 개시되는 "포함하다", "구비하다" 또는 '이루어지다"등의 용어들은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것으로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하고자 본 발명을 개시하게 된 것이며, 본 발명인 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 건축자재에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
그러나, 이하의 본 제조공정의 예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명인 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물은,
광합성미생물을 보관하고 있는 미생물반응장치(210)에 굴패각을 투입하여 굴패각에서 발생되는 악취 제거 및 단백질 분해를 수행한 후, 세척과 건조 및 분쇄단계를 통해 얻은 굴패각분말 35 ~ 60 중량부와, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부와, 친환경 시멘트 10 ~35 중량부와, 폴리머 액상 경화제 5 ~ 30 중량부를 포함한다.
상기 친환경 시멘트는 CaO 30 ~ 40 중량부, SiO2 20 ~ 35 중량부, Al2O3 10 ~ 20 중량부, SO3 1 ~ 5 중량부, MgO 1 ~ 5 중량부, Fe2O3 1 ~ 6 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리머 액상 경화제는 에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 ~ 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 ~ 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 ~ 10 중량부로 이루어진 폴리머 혼합제와 물을 1 : 4의 중량비로 희석한 폴리머 액상 경화제인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리머 액상 경화제는 폴리머 혼합제와 물을 1 : 4의 중량비 이외에 1;7 또는 1;8의 중량비로 희석한 폴리머 액상 경화제일 수 있다.
즉, 본원 발명의 건축자재 조성물은 하기에서 설명할 광합성미생물을 이용하여 굴패각에서 발생되는 악취 제거 및 단백질 분해를 수행한 후, 세척과 건조 및 분쇄단계를 통해 얻은 굴패각분말, 현장에서 취득할 수 있는 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재, 친환경 시멘트, 폴리머 액상 경화제를 혼합하여 몰타르화시킨 조성물인것을 특징으로 한다.
따라서, 보차용 블럭, 벽돌, 가로수 보호판, 건축용 내외장재, 인공어초 중 어느 하나를 제조하기 위한 건축자재용 성형장치에 상기 본 발명의 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물을 투입하여 건축자재를 제조하게 되는 것이다.
상기 조성물의 함량은 굴패각분말 35 ~ 60 중량부와, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부와, 친환경 시멘트 10 ~35 중량부와, 폴리머 액상 경화제 5 ~ 30 중량부를 포함하게 된다.
하기부터는 본 발명의 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 및 이의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 건축자재에 대한 제조 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 건축자재에 대한 제조 공정도이다.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법은 원료혼합단계(S110), 건축자재용성형단계(S120), 건축자재건조단계(S130)로 이루어진다.
제 1 실시예의 경우에는 친환경 시멘트, 폴리머 액상 경화제, 굴패각분말과 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재를 교반기에 투입시켜 혼합하여 몰타르화시키는 방식이다.
상기한 방식의 경우에는 친환경 시멘트, 폴리머 액상 경화제, 굴패각분말과 현장에서 취득한 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재를 혼합하여 몰타르화시킨 조성물을 보차용블럭, 벽돌, 가로수 보호판, 건축용 내외장재, 인공어초 중 어느 하나를 제조하기 위한 건축자재용 성형장치에 투입하여 친환경 건축자재를 수득하기 위한 방식이다.
이는 대량 생산 방식에 적합하고, 저렴한 건축 자재 생산을 위해서 필요할 수도 있기 때문에 상기한 방식으로도 제조할 수 있음을 개시한 것이다.
다음은 상기한 각 단계에 대하여 구체적으로 설명하도록 하겠다.
1. 원료혼합단계(S110)
상기 원료혼합단계(S110)는 굴패각분말 35 ~ 60 중량부와, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부와, 친환경 시멘트 10 ~35 중량부와, 폴리머 액상 경화제 5 ~ 30 중량부를 교반기(240)에 투입시켜 혼합하여 몰타르화시키는 과정이다.
도 5를 참조하여 설명하자면, 상기 원료혼합단계(S110)는 친환경시멘트준비단계(S111), 폴리머액상경화제준비단계(S112), 혼합골재준비단계(S113)를 포함하도록 이루어진다.
즉, 친환경시멘트준비단계(S111)는 CaO 30 ~ 40 중량부, SiO2 20 ~ 35 중량부, Al2O3 10 ~ 20 중량부, SO3 1 ~ 5 중량부, MgO 1 ~ 5 중량부, Fe2O3 1 ~ 6 중량부를 준비하게 된다.
상기 폴리머액상경화제준비단계(S112)는 에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 ~ 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 ~ 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 ~ 10 중량부로 이루어진 폴리머 혼합제와 물을 1 : 4의 중량비로 희석한 폴리머 액상 경화제를 준비하게 된다.
상기 혼합골재준비단계(S113)는 굴패각 분말 35 ~ 60 중량부, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부를 준비하게 된다.
또한, 상기 원료혼합단계(S110)는 혼합골재준비단계(S113) 이후에, 제조되는 건축 자재의 고유 색상을 부여하기 위하여, 석분, 고령토, 천연 포졸란, 황토, 마사토, 일라이트, 제오라이트, 퍼라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 천연광물질 혼합물 5 ~ 20 중량부를 준비하는 고유색상용천연혼합제준비단계(S114)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기한 고유색상용천연혼합제준비단계(S114)는 후술하는 제 2 실시예에서 좀 더 구체적으로 설명하도록 하겠다.
2. 건축자재용성형단계(S120)
상기 건축자재용성형단계(S120)는 몰타르화된 원료를 건축자재용 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하는 단계이며, 건축자재용 성형장치는, 보도블럭, 벽돌, 가로수 보호판, 건축용 내외장재, 인공어초 중 어느 하나를 제조하기 위한 성형장치인 것을 특징으로 한다.
즉, 원하는 건축자재용 성형장치를 준비하고, 여기에 본 발명의 몰타르화된 원료를 투입한 후, 가압 성형을 거치게 되는 것이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 건축자재용 성형장치에 따라 굴패각을 이용한 벽돌, 굴패각 내장재, 혼합골재로 석분을 첨가한 굴패각 보도블럭, 혼합골재로 황토를 첨가한 굴패각 보도블럭 등을 제조할 수 있다.
3. 건축자재건조단계(S130)
상기 건축자재건조단계(S130)는 가압 성형된 건축 자재를 건조장치(260)에 투입하여 40℃ ~ 70℃에서 건조하는 단계이다.
상기와 같은 단계를 거치게 되면, 도 2에 도시한 바와 같은 건축자재를 획득하게 되고, 도 2의 실시예는 건축자재 중 벽돌의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 건축자재에 대한 제조 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법 및 이에 의해 제조된 친환경 건축자재에 대한 제조 공정도이다.
도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법은 굴패각전처리단계(S210), 세척및건조단계(S220), 굴패각분쇄물수득단계(S230), 원료혼합단계(S240), 건축자재용성형단계(S250), 건축자재건조단계(S260)를 포함한다.
다음은 도 3 내지 도 4를 참조하여 제 2 실시예에 따른 제조 방법을 구체적으로 설명하도록 하겠다.
A. 굴패각전처리단계(S210)
상기 굴패각전처리단계(S210)는 광합성미생물을 보관하고 있는 미생물반응장치(210)에 굴패각을 투입하여 굴패각에서 발생되는 악취를 제거하면서 굴패각의 단백질을 분해하는 단계이다.
폐기된 굴패각의 악취 원인은 굴패각에 붙어있는 육질 때문인데, 표 1과 같이 악취의 원인균인 staphylococcus aureus 및 proteus vulgaris 등이 번식하여 단백질, 요소, 염분 등을 분해 시켜 암모니아(NH3), 황화수소(H2S), 메틸 머캡탄(R-SH)이 발생하는 원인이 된다.
구분 학명 특징

Gram 양성
 staphylococcus aureus 썩은 냄새, 땀냄새의 원인, 공기중에서 장기간 생존
bacillus faecalis 요소분해 암모니아 생성
bacillus ammoniagens 요소 분해 암모니아 생성

Gram 양성
 escherichia coli 전형적 장내세균, 부패균
proteus vulgaris 단백질 분해, 요소분해, H2S 및 NH3 생성
psuedomonas areguinosa 요소를 분해 단백질 분해, 요소분해, H2S 및 NH3 생성
따라서, 광합성미생물을 보관하고 있는 미생물반응장치(210)에 굴패각을 투입하게 되면 상기한 암모니아(NH3), 황화수소(H2S), 메틸 머캡탄(R-SH) 등을 광합성 미생물로 제거 및 완화할 수 있게 되는 것이다.
광합성 미생물은 프로피온산, 락산, 인낙산, 초산, 길초산, 인길 초산의 악취 물질도 처리할 수 있으며, 불쾌도가 높고 맹독 2급인 아민인 푸트레신, 카다베린, 황화수소 또는 광합성 세균으로 제거할 수 있고, 불쾌도가 가장 높은 메르캅틴류도 제거할 수 있게 된다.
광합성 미생물은 다음과 같은 반응으로 악취(황화수소)를 제거한다.
2H2S + O2 -> 2H20 + 2S(Beggiatoa)
2S + 3O2 + 2H2O -> 2H2SO4(Thiobacillus thioparus)
상기 반응은 악취와 유기물을 미생물로 제거하는 기술로 사용되고, 현재 가축의 분료 처리, 하수 처리, 음식물 처리, 천연 비료 생성 등의 다양한 분야에서 적용되고 있으며, 그 친환경적인 처리 방법으로 더욱 발전할 것이다.
따라서, 본 발명의 굴패각을 이용한 건축자재 제조 과정에서도 상기와 같은 전처리 과정을 거치게 된다면, 기존의 이산화탄소가 많이 발생하는 고온의 소성 과정없이 굴패각의 악취와 유기물(단백질)를 제거할 수 있으며, 강산성과 강알칼리성의 화학적 처리과정을 생략하여 부수적으로 발생되는 강산성과 강알칼리성의 화학폐기물 발생을 방지 할 수 있게 된다.
또한, 광합성 미생물의 활용 방법에서 굴패각의 오염도 및 처리시간 단축을 위해서 별도의 광합성 미생물로 채워진 미생물반응장치(210)에 굴패각을 숙성하여 처리할 수도 있을 것이다.
그리고, 부수적으로 용도를 다한 광합성 미생물 잔존물은 미생물 비료로 활용할 수 있을 것이다.
한편, 다른 양태에 따라, 굴패각전처리단계(S210)는 미생물반응장치(210)를 이용하지 않을 경우에 수거한 굴패각에 분사장치를 이용하여 광합성미생물을 살포하는 것을 특징으로 한다.
즉, 분사장치에 광합성미생물을 함유시키고, 분사장치의 분사노즐을 이용하여 수거한 굴패각에 분사하는 방식으로 처리할 수도 있다.
이는 미생물반응장치보다는 신속하게 처리할 수는 있으나, 미생물반응장치보다 효과면에서는 떨어지나 설비 비용을 절감 할 수 있다.
따라서 굴 패각의 상태, 현장 조건 및 처리의 시급성에 따라 탄력적으로 선택하여 적용하면 된다.
B. 세척및건조단계(S220)
상기 세척및건조단계(S220)는 미생물반응장치로부터 굴패각을 수득하여, 세척장치(220)에 투입하여 물로 굴 패각을 세척하여 오염분 및 오염물질을 제거한 후, 상온에서 건조시키는 단계이다.
즉, 미생물반응장치로부터 굴패각을 수득하여, 세척장치(220)에 투입하여 물로 굴 패각을 세척하여 굴 패각에 존재하는 염분 및 오염 물질을 제거하고, 상온에서 충분히 건조시켜 깨끗한 굴 패각을 수득하게 된다.
C. 굴패각분쇄물수득단계(S230)
상기 굴패각분쇄물수득단계(S230)는 분쇄기(230)에 상기 세척및건조단계에서 처리된 굴 패각을 투입하여 분쇄 후, 직경 5mm의 채망을 통해 통과한 굴 패각 분쇄물을 수득하는 단계이다.
상기와 같이, 분쇄하는 이유는 하기의 교반기에서 교반시에 교반 효율을 향상시키기 위하여 사전에 미리 분쇄하여 교반 시간을 절약하기 위한 것이다.
D. 원료혼합단계(S240)
상기 원료혼합단계(S240)는 굴패각분말 35 ~ 60 중량부와, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부와, 친환경 시멘트 10 ~35 중량부와, 폴리머 액상 경화제 5 ~ 30 중량부를 교반기(240)에 투입시켜 혼합하여 몰타르화시키는 단계이다.
상기 친환경 시멘트의 경우에, 상기 전술한 각 조성물의 중량부의 범위 내에서 자유롭게 양을 조절할 수 있지만, 상기 각 조성물의 중량부 미만으로 혼합하게 되면 고화가 늦어지게 되거나, 충분한 수화작용이 되지 못하거나, 시공성이 좋지 못하며, 각 조성물의 중량부를 초과하여 혼합하게 되면 고화 속도가 빨라 균일한 혼합이 상당히 힘들고 작업성이 떨어지게 되게 된다.
상기 폴리머 액상 경화제의 경우에, 상기한 중량부의 범위를 초과하게 된다면, 친환경 시멘트의 수화작용을 방해하는 문제점이 발생하거나, 접착력이 강해져서 추후 유연한 탄성을 제공할 수 없게 되어 크랙 발생의 우려가 있으며, 중량부의 범위 미만일 경우에는 접착력이 떨어져 충분한 하중을 견딤에 있어 문제가 발생하거나, 요구되는 인장(휨) 강도를 보장할 수 없게 된다.
구체적으로, 도 5를 참조하여 설명하자면, 원료혼합단계(S240)는, 친환경시멘트준비단계(S241), 폴리머액상경화제준비단계(S242), 혼합골재준비단계(S243)를 포함한다.
상기 친환경시멘트준비단계(S241)는 CaO 30 ~ 40 중량부, SiO2 20 ~ 35 중량부, Al2O3 10 ~ 20 중량부, SO3 1 ~ 5 중량부, MgO 1 ~ 5 중량부, Fe2O3 1 ~ 6 중량부를 준비하는 단계이다.
본 발명에서는 종래의 비소, 납, 수은, 안티몬 등의 8대 중금속이 우려되는 시중의 시멘트를 사용하지 않고, 상기 8대 중금속을 포함하지 않은 CaO 30 ~ 40 중량부, SiO2 20 ~ 35 중량부, Al2O3 10 ~ 20 중량부, SO3 1 ~ 5 중량부, MgO 1 ~ 5 중량부, Fe2O3 1 ~ 6 중량부를 준비하게 된다.
이때, 준비된 원료를 충분히 교반기에 골고루 혼합시키게 된다.
상기 폴리머액상경화제준비단계(S242)는 에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 ~ 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 ~ 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 ~ 10 중량부로 이루어진 폴리머 혼합제와 물을 1 : 4의 중량비로 희석한 폴리머 액상 경화제를 준비하는 단계이다.
또한, 바람직하게는 1 : 4의 중량비로 희석하여 사용하나 요구되는 품질기준(접착성, 휨강도 및 인장강도 등)과 제조원가를 고려하여 희석비를 적절히 조절하여 사용할 수도 있을 것이다.
이때, 준비된 원료를 충분히 교반기에 골고루 혼합시키게 된다.
그리고, 에틸렌비닐초산 에멀젼을 사용함으로써, 건축자재에 탄성을 부여하여 외부 충격에도 크랙 발생 및 파손 등을 방지할 수 있는 안정성을 향상시킬 수 있으며, 아크릴계 폴리머 에멀젼을 사용함으로써, 가교성을 매우 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 상기 합성고무 라텍스를 통해 라텍스 고유의 성질인 접착력 및 인장강도를 이용하여 건축 자재가 사용시에 충분한 하중을 견딜 수 있도록 하기 위한 것이며, 제품의 물성 변화를 일으키지 않는 장점도 제공할 수 있을 것이다.
또한, 혼합골재준비단계(S243)는 굴패각 분말 35 ~ 60 중량부, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부를 준비하는 단계이다.
상기한 혼합물 중 고령토는 물이나 탄산 등의 화학적 작용으로 인해 바위와 돌이 분해되어 생긴 진흙으로, 주광물은 카올리나이트 AlO·2SiO·2HO와 할로이사이트 AlO·SiO·4HO이며, 원적외선과 음이온을 방출하는 것으로 알려져 있어, 호기성 미생물이 고령토와 접하면 호적한 환경에 의해서 미생물이 활성화되는 특성이 있다.
상기한 혼합물 중 황토는 산화철과 무수 산화철을 함유한 규토와 흙으로 이뤄진 자연 상태의 흙을 의미하며, 상기 마사토는 화강암이 풍화되어 생성된 흙으로 화강토로도 불린다.
즉, 고갈되어가는 모래 대신에 지역에서 구할 수 있는 고령토, 황토, 마사토를 첨가하고, 유해 물질이 없는 친환경 시멘트와 경화제를 사용하게 되는 것이며, 친환경 건축자재를 제조하여 그 용도 폐기 시에도 편리한 재활용으로 산업폐기물의 처리에 대한 문제를 해결할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 원료혼합단계(S240)는 혼합골재준비단계(S243) 이후에 제조되는 건축 자재의 고유 색상을 더욱 부여하기 위하여, 고령토, 천연 포졸란, 황토, 마사토, 일라이트, 제오라이트, 펄라이트, 다양한 색상의 석분 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 천연광물질 혼합물 5 ~ 20 중량부를 준비하는 고유색상용천연혼합제준비단계(S244);를 더 포함할 수 있다.
굴패각 분말은 자체 흰색을 가지고 있는데, 여기에 예를 들어, 마사토를 혼합하게 되면 분홍색을 띄게 되고, 황토를 혼합하게 되면 적갈색을 띠게 되고, 다양한 색상의 석분을 혼합하게 되면 다양한 색상을 표출할 수 있게 된다.
따라서, 상기한 천연광물질 고유의 색상을 활용하여 천연 색상을 만들 수 있고, 탄산칼슘이 주성분인 굴패각 분말의 물질적인 특성으로 난연성 및 단열성능을 제공할 수 있으며, 실내의 공기 정화 기능 및 황토 및 천연 포졸란을 이용한 원적외선 방출 기능으로 활력있는 실내 공간을 제공할 수 있는 건축 자재를 제작할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 천연 포졸란은 미세 분말화된 것을 사용하게 되는데, 분쇄된 천연 게르마늄(포졸란) 분말을 체 등을 통해 분급하여 적정의 입도 크기를 가지는 것을 사용한다.
이때, 게르마늄(포졸란) 분말의 입도 크기가 0.1㎛ 미만으로서 너무 작은 경우, 굴패각 분말과 혼합 시 응집될 수 있고, 20㎛를 초과하여 너무 큰 경우 사용량 대비 표면적이 작아 원적외선 방사율이 낮으므로, 0.1 ~ 20㎛ 크기의 게르마늄 분말을 사용한다.
이러한 점을 고려할 때, 바람직하게는 1 ~ 10㎛ 입도 크기의 게르마늄 분말을 사용하는 것이 좋으며, 게르마늄 분말은 원적외선 방사를 위한 주요 광물로 사용되며, 이는 또한 음이온을 방출한다.
상기 일라이트(Illite)는 단사정계에 속하는 운모족 광물이며, 상기 제오라이트(Zeolite)는 비석이라고도 하며, 주로 알루미늄, 나트륨, 칼슘의 규산염수화물이다.
상기한 고령토, 천연 포졸란, 황토, 마사토, 석분, 일라이트, 펄라이트, 제오라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합물을 추가적으로 혼합하게 된다면, 고유의 색상뿐만 아니라, 해당 광물질이 가지고 있는 상기와 같은 기능을 제공할 수 있게 되어 다양한 기능성 건축자재로도 제조할 수 있게 되는 것이다.
결국, 최종적으로 준비된 굴패각분말 35 ~ 60 중량부와, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부와, 친환경 시멘트 10 ~35 중량부와, 폴리머 액상 경화제 5 ~ 30 중량부를 교반기(240)에 투입시켜 혼합하여 몰타르화시키게 되는 것이다.
예를 들어, 준비된 굴패각분말 50 중량부, 혼합골재 40 중량부, 친환경 시멘트 15 중량부, 폴리머 액상 경화제 20 중량부를 교반기에 투입하고 혼합하여 몰타르화시키게 되며, 해당 몰타르화된 혼합물 원료를 수득할 수 있게 되는 것이다.
상기 혼합량은 바람직하게는 슬럼프도를 기준으로 적절하게 혼합하게 된다.
그리고, 제조되는 건축자재에 따른 혼합골재와 친환경 시멘트 및 폴리머 액상 경화제의 배합에 맞는 물(수분)의 조정(슬럼프도)은 혼합물의 배합비, 그 함수비와 요구 압축(휨) 강도를 고려하여 조절한다.
이를 통한 친환경 건축자재를 다양한 모양으로 성형 및 건조하여 다양한 제품을 제조한다.
바람직하게는 에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 ~ 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 ~ 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 ~ 10 중량부로 이루어진 폴리머 혼합제와 물을 1 : 4의 중량비로 희석하여 사용하나 요구되는 품질기준(휨강도 및 인장강도)과 제조원가를 고려하여 희석비를 조절하여 사용할 수도 있다.
건축자재 조성물인 천연 시멘트와 폴리머 혼합제, 굴패각분말 및 혼합골재의 화학 반응은 3단계로 설명할 수 있다.
1단계는 천연시멘트의 수화반응이 먼저 일어나며, 2단계에서는 폴리머 입자들이 굴패각분말 및 혼합골재의 공극들을 점차적으로 채워가고, 3단계에서는 시멘트 수화물과 폴리머 입자들이 상호작용하여 폴리머 복합체를 형성하는 과정이다.
이를 구체적으로 설명하면, 1단계에서 C-S-H 겔이 천연 시멘트의 수화 반응에 의해 생성되며, 배합 수(물)는 수화 반응 과정 중에 형성되는 수산화칼슘으로 인해 포화상태에 이르게 되고, 또한 폴리머 입자들은 부분적으로 시멘트 겔, 미수화물, 그리고 골재 입자의 표면에 부착된다.
물에 의해 수산화칼슘은 규산염층(calcium silicate layer)을 형성하기 위해 각 골재의 실리카 표면과 반응하며, 시멘트 수화물과 골재 사이의 접촉 면에서 수산화칼슘과 에트링가이트(ettringite)가 형성되면서 부착력이 증진되는 과정으로서, 초기단계의 강도는 수화 반응이 중요하다.
상기 2단계에서는 시멘트 겔 구조화 과정에 탈수(증발)로 인하여 폴리머 입자는 점차적으로 모세관 공극 속에 갇혀지게 된다.
천연 시멘트의 수화 반응이 더욱 진행되고 모세관수가 감소됨에 따라 폴리머 입자는 시멘트겔, 미수화시멘트 입자 혼합물의 표면에서 연속적인 폴리머 입자의 막을 형성하기 위해 응집하게 되며, 동시에 골재 표면상의 실리케이트와 여러 시멘트 수화 혼합물에 부착하게 된다.
이러한 경우에 폴리머 입자보다 더 큰 공극들은 폴리머 입자의 부착력에 의해 충진되게 된다.
상기 3단계는 최종적으로 시멘트의 수화가 진행됨에 따라 결합 수(물)가 빠져나가면서 시멘트 수화물 상에 충진 된 폴리머 입자들이 응집하여 연속적인 막(필름현상)을 형성하게 된다.
이때, 폴리머 막이 시멘트 수화물과 결합하게 되면서 수화물 내에서 단단한 구조의 망(네트워크)를 형성하는 것이다.
상기 과정으로 해양산업폐기물인 굴패각과 혼합골재인 흙에 함유된 8대 중금속의 발현을 차폐하는 유용한 효과가 발생된다.
특히, 천연 시멘트의 수화 반응이 아크릴계 폴리머 에멀젼에 포함된 유화제와 폴리머 입자들의 콜로이드적인 성질(단백 오차)로 지연될 수는 있으나, 본 발명의 폴리머 경화제를 상기한 굴패각 분말과 천연 혼합 골재와의 함량 범위내에서 적정한 농도를 조절하여 품질이 우수한 건축 자재를 제조할 수 있게 될 것이다.
요약하자면, 본 발명은 미생물반응의 전처리 과정을 거친 굴패각분말과 주변의 천연재료인 흙을 포함하는 광물질들을 사용하고 비소, 납, 수은, 안티몬 등의 8대 중금속을 포함하지 않는 친환경 시멘트와 위해 성분이 없는 폴리머 액상 경화제를 사용하여 제조한다.
또한, 굴패각분말을 건축 자재화하는 과정에서 압축강도를 조절하는 친환경 시멘트와 휨강도 인장강도를 조절하는 폴리머 액상 경화제를 활용하여 다양한 건축 자재를 제조하는 것이 특징이다.
고형의 폴리머 제품은 보관관리, 제조를 위한 혼합 과정이 번잡하고 비산먼지가 발생하는데 반하여, 상기한 바와 같이, 수용성 폴리머 경화제를 사용함으로써, 비산 먼지 없이 물과의 희석방법으로 농도를 조절하여 다양한 제품의 제조가 편리하고, 다양한 혼합 골재의 특성과 성형을 고려한 슬럼프도 조절이 편리하며, 다양한 산업자재의 제조 시 그 생산성관리 및 품질관리에 도움이 된다.
E. 건축자재용성형단계(S250)
상기 건축자재용성형단계(S250)는 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 몰타르화된 원료를 건축자재용 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하는 단계이다.
즉, 몰타르화된 원료를 건축자재용 성형장치에 넣고, 성형기를 이용하여 가압하여 다지게 되는 것이다.
성형기에서 성형이 완료된 건축 자재는 자동으로 깔판(Pallet)에 적재되어 다음공정으로 이동 할 수 있다.
F. 건축자재건조단계(S260)
상기 건축자재건조단계(S260)는 가압 성형된 건축 자재를 건조장치(260)에 투입하여 40℃ ~ 70℃에서 건조하는 단계이다.
예를 들어, 40℃ ~ 70℃의 온도로 건조장치에서 건조하게 되면, 2 ~ 4시간 정도 건조하는 것이 바람직하다.
그리고, 체계적인 제품생산을 위한 건조과정으로 날씨에 따라서 자연건조도 가능하다.
한편, 상기한 제 2 실시예에 따른 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법은 다음과 같다.
즉, 광합성미생물을 보관하고 있는 미생물반응장치(210)에 굴패각을 투입하여 굴패각에서 발생되는 악취를 제거하면서 굴패각의 단백질을 분해(S210)하게 된다.
이후, 상기 미생물반응장치로부터 굴패각을 수득하여, 세척장치(220)에 투입하여 물로 굴 패각을 세척하여 오염분 및 오염물질을 제거한 후, 상온에서 건조(S220)시키게 되며, 분쇄기(230)에 굴 패각을 투입하여 분쇄 후, 직경 5mm의 채망을 통해 통과한 굴 패각 분쇄물을 수득(S230)하게 된다.
이후, CaO 30 ~ 40 중량부, SiO2 20 ~ 35 중량부, Al2O3 10 ~ 20 중량부, SO3 1 ~ 5 중량부, MgO 1 ~ 5 중량부, Fe2O3 1 ~ 6 중량부의 친환경시멘트를 준비(S241)하고, 에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 ~ 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 ~ 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 ~ 10 중량부로 이루어진 폴리머 혼합제와 물을 1 : 4의 중량비로 희석한 폴리머 액상 경화제를 준비(S242)하게 되며, 굴패각 분말 35 ~ 60 중량부, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부를 준비(S243)하게 된다.
상기 중량 기준에 맞게 준비된 굴패각분말 35 ~ 60 중량부와, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부와, 친환경 시멘트 10 ~35 중량부와, 폴리머 액상 경화제 5 ~ 30 중량부를 교반기(240)에 투입시켜 혼합하여 몰타르화(S240)하게 된다.
예를 들어, 벽돌 건축자재를 제조하기 위한 실시예로서,
CaO 40 중량부, SiO2 35 중량부, Al2O3 20 중량부, SO3 5 중량부, MgO 5 중량부, Fe2O3 6 중량부로 이루어진 친환경시멘트를 준비(S241)하고, 에틸렌비닐초산 에멀젼 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼 30 중량부, 합성고무 라텍스 10 중량부로 이루어진 폴리머 혼합제와 물을 1 : 4의 중량비로 희석한 폴리머 액상 경화제를 준비(S242)하게 된다.
이때, 굴패각 분말 50 중량부, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 중량부를 준비하게 된다.
만약, 고유 색상을 발현 및 기능성 향상을 위하여, 고령토, 천연 포졸란, 황토, 마사토, 일라이트, 제오라이트, 퍼라이트 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 천연광물질 혼합물 10 중량부를 더 준비하면 된다.
이후, 상기 준비된 굴패각분말 50 중량부와, 혼합골재 40 중량부와, 친환경 시멘트 20 중량부와, 폴리머 액상 경화제 5 중량부를 교반기(240)에 투입시켜 혼합하여 몰타르화시키게 된다.
작업적으로는 굴패각분말과 혼합골재 및 친환경 시멘트를 충분히 혼합한 후에 폴리머 액상 경화제를 첨가하면서 성형을 위한 슬럼프도를 조절하는 것이 좋다.
예를 들어, 굴패각분말 40kg, 혼합골재 40kg, 친환경시멘트 20kg, 폴리머 액상 경화제 5L를 교반기에 투입시켜 혼합하게 된다.
이후, 몰타르화된 원료를 건축자재용 벽돌 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형(S250)하고, 분리하여 깔판(pallet)에 적재된 벽돌(건축자재)를 건조장치(260)에 투입하여 40℃ ~ 70℃에서 4시간 정도를 건조(S260)하게 된다.
이후, 상기 건조된 건축 자재의 품질 검사 및 출고를 위한 포장을 거쳐 최종적으로 납품하게 된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
아래 표2는 물성 시험을 위한 본원 발명의 조성비가 적용된 실시예 1~3과 본원 발명의 조성비가 적용되지 않은 비교예 1~4에 대한 조성물 대비표이다.
<실시예 1>
굴패각분말 50 중량부, 황토 35 중량부, 친환경 시멘트 10 중량부, 폴리머 액상 경화제 5 중량부를 혼합하여 몰타르화시킨 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물을 제조하고, 제조된 조성물을 벽돌 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하며, 가압 성형된 벽돌 성형장치를 건조장치(260)에 투입하여 70℃에서 12시간 건조한다.
<실시예 2>
굴패각분말 40 중량부, 황토 45 중량부, 친환경 시멘트 20 중량부, 폴리머 액상 경화제 15 중량부를 혼합하여 몰타르화시킨 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물을 제조하고, 제조된 조성물을 벽돌 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하며, 가압 성형된 벽돌 성형장치를 건조장치(260)에 투입하여 70℃에서 12시간 건조한다.
<실시예 3>
굴패각분말 40 중량부, 황토 55 중량부, 친환경 시멘트 35 중량부, 폴리머 액상 경화제 20 중량부를 혼합하여 몰타르화시킨 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물을 제조하고, 제조된 조성물을 벽돌 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하며, 가압 성형된 벽돌 성형장치를 건조장치(260)에 투입하여 70℃에서 12시간 건조한다.
<비교예 1>
굴패각분말 70 중량부, 황토 35 중량부, 친환경 시멘트 5 중량부, 폴리머 액상 경화제 20 중량부를 혼합하여 몰타르화시킨 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물을 제조하고 제조된 조성물을 벽돌 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하며, 가압 성형된 벽돌 성형장치를 건조장치(260)에 투입하여 70℃에서 12시간 건조한다.
<비교예 2>
굴패각분말 45 중량부, 황토 30 중량부, 친환경 시멘트 45 중량부, 폴리머 액상 경화제 20 중량부를 혼합하여 몰타르화시킨 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물을 제조하고, 제조된 조성물을 벽돌 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하며, 가압 성형된 벽돌 성형장치를 건조장치(260)에 투입하여 70℃에서 12시간 건조한다.
<비교예 3>
굴패각분말 40 중량부, 황토 23 중량부, 친환경 시멘트 35 중량부, 폴리머 액상 경화제 2 중량부를 혼합하여 몰타르화시킨 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물을 제조하고, 제조된 조성물을 벽돌 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하며, 가압 성형된 벽돌 성형장치를 건조장치(260)에 투입하여 70℃에서 12시간 건조한다.
<비교예 4>
굴패각분말 30 중량부, 황토 20 중량부, 친환경 시멘트 20 중량부, 폴리머 액상 경화제 35 중량부를 혼합하여 몰타르화시킨 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물을 제조하고 제조된 조성물을 벽돌 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하며, 가압 성형된 벽돌 성형장치를 건조장치(260)에 투입하여 70℃에서 12시간 건조한다.
조성(중량부) 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
혼합
골재		 굴패각
분말		 50 40 40 70 45 40 30
황토 35 45 55 35 30 23 20
친환경시멘트 10 20 35 5 45 35 20
폴리머액상경화제 5 15 20 20 20 2 35
<물성 항목>
아래는 건축자재에 필요한 물성 항목에 대한 것이고 실시예 1~3 및 비교예 1~4로 제조된 벽돌에 대한 물성을 측정하였으며, 이를 하기 표 3에 나타내었다.
1. 전공극율: '포러스 콘크리트의 공극율 시험방법(안)'의 용적법에 의한 전공율 측정을 한다.
- 전공극율(부)=[1-(W2-W1)/V1] X 100
(V1: 공시체의 용적, W1: 공시체의 수중중량, W2: 24시간 기중 방치후의 기중중량)
2. 투수계수: KS F 4419(콘크리트의 투수계수 시험방법)에 의한 측정을 한다.
3. 보습성(부): 벽돌의 표면을 수분측정기(카스인텍, HI-520)로 측정하여 보습성을 측정한다.
4. 흡수율(부): KS F 2459(콘크리트의 흡수율 시험방법)에 의한 측정을 한다.
5. 응결시간: KS L 5201 : 2006(시멘트의 응결시간 시험방법)에 의한 측정을 한다.
6. 휨강도: KS F 2408(콘크리트의 휨강도 시험방법)에 의한 측정을 한다.
7. 인장강도: KS F 2423(콘크리트의 인장강도 시험방법)에 의한 측정을 한다.
8. 압축강도: KS L 5201 : 2006(시멘트의 응결시간 시험방법)에 의한 측정을 한다.
9. 감열강도: KS L 5201 : 2006(시멘트의 응결시간 시험방법)에 의한 측정을 한다.
10. 6가 크롬용출시험: 환경부의 폐기물 공정시험법에 의해 실시한다.
벽돌(28일, 20 ℃, 기중양생) 100 g을 증류수(0.1N HCl용액을 가하여 pH 5.8-6.3으로 조정) 1000 ml가 담긴 2000 ml의 삼각플라스크에 넣은 후 상온, 상압에서 진탕횟수 약 200 회/min(진폭 4-5 cm)로 6 시간 연속 진탕한다.
그 후 1.0 ㎛의 유리섬유 여과지를 이용하여 진탕한 증류수를 여과하고 추출하여 6가크롬 용출시험을 실시한다.
11. 백화현상: 백화현상의 정도에 따라 1에서 5까지 표시한다.
(1. 전혀 백화되지 않았음. 2. 표시가 나타남. 3. 일부분 백화됨. 4. 백화됨. 5. 전체 표면에 걸쳐 백화됨)
12. 안정도: KS L 5201 : 2006(시멘트의 응결시간 시험방법)에 의한 측정을 한다.
아래 표3은 상기 물성 항목에 대해 본원 발명의 조성비가 적용된 실시예 1~3과 본원 발명의 조성비가 적용되지 않은 비교예 1~4에 대한 실험 데이타를 정리한 자료이다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
전공극율(부) 27.4 25.1 25.3 25.9 24.8 25.3 24.1
투수계수(mm/sec) 3.5 3.1 3.0 3.2 2.9 3.0 3.0
보습성(부) 12.8 11.9 11.7 12.2 11.7 11.5 11.6
흡수율(부) 5 4 4 3 4 4 4
응결시간-초결(분) 245 255 250 260 211 250 250
응결시간-종결
(시간:분)		 4:11 4:8 4:20 7:20 3:25 4:20 4:25
휨강도(kgf/cm2) 141 140 138 144 140 117 116
인장강도(kgf/cm2) 59 55 54 57 55 44 43
압축강도(N/mm2)
재령3일		 35.4 34.0 34.1 34.5 34.1 25.7 25.0
압축강도(N/mm2)
재령7일		 49.9 45.5 45.9 46.2 45.5 32.8 31.1
압축강도(N/mm2)
재령28일		 78.7 75.8 76.1 76.4 76.0 52.9 51.4
감열강도(부) 2.48 2.21 2.24 2.20 2.20 1.60 1.55
6가 크롬 무 무 무 무 무 무 무
백화현상 1 1 1 1 1 1 1
안정도(부) 0.07 0.05 0.05 0.04 0.05 0.03 0.04
비교예1의 경우에는 친환경시멘트가 본 발명에서 제시한 함량 미만일 경우에 응결시간이 늦어지는 결과를 초래하게 됨을 알 수 있으며, 이에 의해 시공성이 떨어질 수 밖에 없음을 나타낸 것이며, 비교예2의 경우에는 친환경시멘트가 함량 초과할 경우에 고화 속도가 빨라 균일한 혼합을 할 수 없음을 나타낸 것이며, 비교예3의 경우에는 폴리머 액상 경화제가 본 발명에서 제시한 함량 미만일 경우를 비교예4의 경우에는 폴리머 액상 경화제가 함량을 초과할 경우에 접착력이 떨어지거나, 접착력이 높아 이에 따른 강도가 떨어짐을 나타낸 것이다.
결국, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 벽돌은 비교예 1 내지 비교예4에 비하여 품질이 우수한 것을 확인하였으며, 특히, 품질 기준을 만족하고 있으므로 친환경 건축자재로서 역할을 충분히 감당할 수 있을 것이다.
한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 실제 굴패각 및 마사토를 이용한 블럭(좌측 시험성적서), 굴패각 및 황토를 이용한 블럭(우측 시험성적서)을 제조하고 이를 한국건설생활환경시험연구원을 통해 납, 카드뮴, 수은, 크롬, 비소, 바륨, 셀레늄, 안티몬 등의 8 대 중금속의 검출 여부를 시험하였다.(시험방법 : KS G ISO 8124-3:2010)
8대 중금속 위해성 시험 결과, 상기 8 대 중금속이 불검출되었음을 확인하였으며, 이를 통해 친환경 건축자재로 활용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명에 의하면, 산업폐기물인 굴패각을 광합성 미생물로 발효하는 전처리 과정에서 악취 및 지역 환경 문제를 해결하고, 독성이 없는 건축자재로 재활용 및 산업화에 따른 경제 효과를 발휘한다.
또한, 굴패각 분말에 혼합되는 골재는 지역에서 쉽게 구할수 있는 마사토, 고령토, 황토를 활용하여 자원이 고갈되는 모래를 대체하였으며, 새집증후군이 우려되는 기존 시멘트의 사용없이 친환경 시멘트와 폴리머 액상경화제를 사용하여 용도 폐기 시 발생하는 산업 폐기물을 최소화 혹은 재활용할 수 있게 된다.
또한, 굴패각을 이용한 건축자재 제조 과정에서도 기존의 이산화탄소가 많이 발생하는 고온의 소성 과정이 없이 광합성미생물로 처리하며, 또는 굴패각의 악취와 단백질 제거를 위한 강산성과 강알칼리성의 화학적 처리과정으로 부수적으로 발생되는 강산성과 강알칼리성의 화학적 폐기물을 발생하는 기존 기술을 개선 하였다.
상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
210 : 미생물반응장치
220 : 세척장치
230 : 분쇄기
240 : 교반기
250 : 건축자재용 성형장치
260 : 건조장치

Claims (9)

  1. 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물에 있어서,
    광합성미생물을 보관하고 있는 미생물반응장치(210)에 굴패각을 투입하여 굴패각에서 발생 되는 악취 제거 및 단백질 분해를 수행한 후, 세척과 건조 및 분쇄단계를 통해 얻은 굴패각분말 35 ~ 60 중량부와,
    마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부와,
    CaO 30 ~ 40 중량부, SiO2 20 ~ 35 중량부, Al2O3 10 ~ 20 중량부, SO3 1 ~ 5 중량부, MgO 1 ~ 5 중량부, Fe2O3 1 ~ 6 중량부로 이루어진 친환경 시멘트 10 ~35 중량부와,
    에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 ~ 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 ~ 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 ~ 10 중량부의 폴리머 복합체와 물을 1:4로 희석한 폴리머 액상 경화제 5 ~ 30 중량부를 포함하여 몰타르화시킨 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물.
  2. 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법에 있어서,
    굴패각분말 35 ~ 60 중량부와, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부와, 친환경 시멘트 10 ~35 중량부와, 폴리머 액상 경화제 5 ~ 30 중량부를 교반기(240)에 투입시켜 혼합하여 몰타르화시키는 원료혼합단계(S110)와;
    상기 몰타르화된 원료를 건축자재용 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하는 건축자재용성형단계(S120)와;
    상기 가압 성형된 건축 자재를 건조장치(260)에 투입하여 40℃ ~ 70℃에서 건조하는 건축자재건조단계(S130);를 포함하며,

    상기 친환경시멘트는 CaO 30 ~ 40 중량부, SiO2 20 ~ 35 중량부, Al2O3 10 ~ 20 중량부, SO3 1 ~ 5 중량부, MgO 1 ~ 5 중량부, Fe2O3 1 ~ 6 중량부를 포함하는 친환경시멘트이고,
    상기 폴리머 액상 경화제는 에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 ~ 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 ~ 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 ~ 10 중량부를 포함하는 폴리머 복합체와 물을 1:4로 희석한 폴리머 액상 경화제인 것을 특징으로 하는 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법.
  3. 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법에 있어서,
    광합성미생물을 보관하고 있는 미생물반응장치(210)에 굴패각을 투입하여 굴패각에서 발생되는 악취를 제거하면서 굴패각의 단백질을 분해하기 위한 굴패각전처리단계(S210)와;
    상기 미생물반응장치로부터 굴패각을 수득하여, 세척장치(220)에 투입하여 물로 굴 패각을 세척하여 오염분 및 오염물질을 제거한 후, 건조시키는 세척및건조단계(S220)와;
    분쇄기(230)에 상기 세척및건조단계(S220)에서 처리된 굴 패각을 투입하여 분쇄후, 직경 5mm의 채망을 통해 통과한 굴 패각 분쇄물을 수득하는 굴패각분쇄물수득단계(S230)와;
    굴패각분말 35 ~ 60 중량부와, 마사토, 석분, 고령토, 황토, 천연포졸란, 일라이트, 펄라이트, 맥반석 중 적어도 어느 하나 이상이 혼합된 혼합골재 40 ~ 65 중량부와, 친환경 시멘트 10 ~35 중량부와, 폴리머 액상 경화제 5 ~ 30 중량부를 교반기(240)에 투입시켜 혼합하여 몰타르화시키는 원료혼합단계(S240)와;
    상기 몰타르화된 원료를 건축자재용 성형장치(250)에 넣고, 가압 성형하는 건축자재용성형단계(S250)와;
    상기 가압 성형된 건축 자재를 건조장치(260)에 투입하여 40℃ ~ 70℃에서 건조하는 건축자재건조단계(S260);로 이루어진 것을 특징으로 하는 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    건축자재용 성형장치는,
    보차용 블럭, 벽돌, 가로수 보호판, 건축용 내외장재, 인공어초 중 어느 하나를 제조하기 위한 성형장치인 것을 특징으로 하는 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 굴패각전처리단계(S210)는,
    굴패각에서 발생되는 악취를 제거하면서 굴패각의 단백질을 분해하기 위해 미생물반응장치(210)를 이용하지 않고 굴패각에 분사장치를 이용하여 광합성미생물을 살포하는 것을 특징으로 하는 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법.
  6. 제 2항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 굴패각을 이용한 친환경 건축자재.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 친환경 시멘트는 CaO 30 ~ 40 중량부, SiO2 20 ~ 35 중량부, Al2O3 10 ~ 20 중량부, SO3 1 ~ 5 중량부, MgO 1 ~ 5 중량부, Fe2O3 1 ~ 6 중량부를 포함하고,
    상기 폴리머 액상 경화제는 에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 ~ 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 ~ 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 ~ 10 중량부의 폴리머 복합체와 물을 1:4로 희석한 폴리머 액상 경화제인 것을 특징으로 하는 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리머 액상 경화제는 에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 ~ 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 ~ 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 ~ 10 중량부의 폴리머 복합체와 물을 1:4로 희석하는 대신 1:7 또는 1;8로 희석한 폴리머 액상 경화제인 것을 특징으로 하는 굴패각을 이용한 친환경 건축자재 조성물.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 폴리머 액상 경화제는 에틸렌비닐초산 에멀젼(Ethylene-Vinyl Acetate Emulsion) 50 ~ 60 중량부, 아크릴계 폴리머 에멀젼(Acrylate polymer Emulsion) 20 ~ 30 중량부, 합성고무 라텍스(Synthetic Rubber latex) 5 ~ 10 중량부의 폴리머 복합체와 물을 1:4로 희석하는 대신 1:7 또는 1;8로 희석한 폴리머 액상 경화제인 것을 특징으로 하는 굴패각을 이용한 친환경 건축자재의 제조방법.
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