KR101991635B1 - 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법 - Google Patents

황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법은, 전체 황토 모르타르 중량 대비, 황토 20 내지 45중량%, 모래 20 내지 40 중량%, 시멘트 10 내지 30 중량%, 소석회 5 내지 20중량%, 물 5 내지 25 중량%, 글리세린 1 내지 15 중량%, 로진 1 내지 10중량%를 혼합하여 황토 모르타르를 제조하는, 황토 모르타르 제조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써 친환경적이며 공기정화에 효과적이고 습도 조절력이 우수한 황토 모르타르를 제조할 수 있게 된다.
본 발명의 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법에 따르면, 친환경적이며 공기정화에 효과적이고 습도 조절력이 우수한 황토 모르타르를 제조할 수 있는 효과를 제시한다.

Description

황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF ECO MORTAR CONTAINING RED CLAY}
본 발명은 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 모르타르 제조 과정에서 황토를 추가함으로써 친환경적이며 공기정화에 효과적이고 습도 조절력이 우수한 황토 모르타르를 얻을 수 있는, 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법에 관한 것이다.
모르타르란 콘크리트의 한 종류로서, 일반적으로 물과 시멘트 모래 등을 혼합 반죽한 뒤 응결 및 접합하여 강도를 갖는 것을 말한다.
특히 모르타르는 건축물 내, 외벽의 미장(건축 공사에서 벽이나 천장, 바닥 따위에 흙이나 회, 시멘트 따위를 바름), 일반 벽돌 조적(돌이나 벽돌 따위를 쌓는 일), 아파트 및 일반 건축물의 바닥 미장 등에 사용된다.
이러한 모르타르는 보통 건축물 내, 외부에 적용되므로 견고할수록 좋으며, 내부에 쓰일 경우 인체와 밀접하기 때문에 친환경적일수록 좋다.
상술한 바와 같은 무수축 그라우트 모르타르를 제조하는 기술과 관련하여, 한국 등록 특허 제 10-1671438호(발명의 명칭 : ＰＣ 부재 접합부 충전용 무수축 그라우트 모르타르 조성물)는 건축용 프리캐스트 콘크리트 구조물 접합부용 충전재에 관한 것이다.
상기 발명은, 시멘트, 모래, 팽창재, 분산제, 성능개선제 등과 더불어 표면반응성 무기질 재료인 침상 마이크로 필러를 함께 적용함으로써 휨강도 및 수축저항성을 향상시켜 PC 부재간 일체성을 확보하기 위한 무수축 그라우트 모르타르 조성물을 제시하고 있다,
또한, 규석 모르타르를 제조하는 기술과 관련하여, 한국 공개 특허 제 10-2009-0098181호(발명의 명칭 : 고강도 규석 모르타르 조성물 및 그 제조방법)는 건축 내외벽용, 도로포장용, 사면 및 옥상 녹화 등의 구조물 설치 등에 이용할 수 있는 규석을 활용한 고강도 규석 모르타르에 관한 것이다.
상기 발명은, 비활성 필러인 규석, 활성 필러인 고로슬래그로 구성되며, 규석이 30~70중량%, 고로슬래그 40~70중량%의 건식 몰탈 100중량부에 대해서 축중합 조절제 15~35중량부로 조성되며, 내부에 규산칼슘 수화물 C-S-H, C-A-H와 비정질상의 Geopolymeric MatrixAl2O3··· 및 Zeolite를 생성하는 것에 의해서 고화되는 모르타르를 제시하고 있다. 특히 진동성형에 의해서 충진하여 25~80℃ 내외로 12~48시간 정도의 양생을 거친 후 탈형하고, 이것을 28일 재령하는 것만으로도 70.0㎫ 이상의 압축강도를 발휘할 수 있으며, 소성과정이 필요하지 않아 에너지 절감이 가능함에 따라 이는 종래의 시멘트 콘크리트나 폴리머 시멘트 등에 비하여 월등한 물성을 발휘함은 물론, 상기의 제품들에서는 발현될 수 없었던 초기에 높은 압축강도를 발휘하는 특징이 있는 모르타르를 제시하고 있다.
상기 두 발명은 공통적으로 높은 강도 및 내구성을 갖는 모르타르를 제조한다는 특성을 가지나, 모르타르 시공 과정에서 생기는 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 없고 친환경적이지 못하다는 문제점이 있다.
이에 따라서 친환경적이며 공기정화에 효과적이고 습도 조절력이 우수한 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법을 개발할 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 친환경적이며 공기정화에 효과적이고 습도 조절력이 우수한 황토 모르타르를 제조하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 카올린을 유효 성분으로 하는 내구성 증진제를 추가적으로 포함하여 황토 모르타르를 제조하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 수산화알루미늄 및 황산제일철을 유효 성분으로 하는 불순물 제거제를 추가적으로 포함하여 황토 모르타르를 제조하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은, 활성탄 및 이산화타이타늄을 유효 성분으로 하는 흡착제를 추가적으로 포함하여 황토 모르타르를 제조하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법은, 전체 황토 모르타르 중량 대비, 황토 20 내지 45중량%, 모래 20 내지 40 중량%, 시멘트 10 내지 30 중량%, 소석회 5 내지 20중량%, 물 5 내지 25 중량%, 글리세린 1 내지 15 중량%, 로진 1 내지 10중량%를 혼합하여 황토 모르타르를 제조하는, 황토 모르타르 제조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 황토 모르타르는, 카올린을 유효 성분으로 하는 내구성 증진제를 추가적으로 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 내구성 증진제는, 준비된 카올린 표면의 불순물을 제거한 후 카올린을 분쇄한 후 탈수 처리하여 건조물을 생성하는, 건조물 생성 단계; 반응조에 상기 건조물을 투입한 다음 5℃/min의 승온 속도로 400 내지 600℃까지 온도를 올린 후 1 내지 5시간 동안 열처리 하여 1차적으로 활성화시키는, 활성 1 단계; 1차적으로 활성화된 건조물을 800 내지 1200℃까지 승온 시킨 다음 30 내지 180분 동안 열처리하여 2차적으로 활성화시키는, 활성 2 단계; 상기 2차 활성화된 건조물을 상온에서 냉각시킨 후 분쇄하여 중간 분말을 제조하는, 중간 분말 제조 단계; 전체 최종 분말 중량 대비, 상기 중간 분말 60 내지 95중량%, 황산암모늄 5 내지 40중량%를 혼합한 후 300 내지 600℃에서 하소 처리하여 최종 분말을 제조하는, 최종 분말 제조 단계; 상기 최종 분말을 황산 용액에 10 내지 60분 동안 담지 시킨 후 여과한 뒤, 잔여물을 물로 세척하고 건조하여 내구성 증진제를 완성시키는, 내구성 증진제 완성 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.
더하여, 상기 황토 모르타르는, 산화 마그네슘을 유효 성분으로 하는 난연성 물질을 함유하는 강화제를 추가적으로 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법은,
1) 친환경적이며 공기정화에 효과적이고 습도 조절력이 우수한 황토 모르타르를 제조할 수 있고,
2) 견고하며 온도나 습도의 변화에도 내구성이 좋아 시간이 흘러도 변화가 없는 황토 모르타르를 제조할 수 있으며,
3) 오염물질을 응집시켜 오염물질 제거를 용이하게 도와주므로 품질이 향상되고, 오염물질 응집을 통해 황토 모르타르 내의 오염 물질이 휘발되는 것을 방지할 수 있는 황토 모르타르를 제조할 수 있을 뿐만 아니라,
4) 황토 모르타르 내의 오염 물질 및 불순물 제거뿐만이 아니라 고형화 된 후에도 시멘트 내의 오염물질 및 시공 과정에서 방출되는 유해기체들을 흡착하여 제거할 수 있는 황토 모르타르를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 내구성 증진제 및 강화제 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 3은 본 발명의 불순물 제거제 및 흡착제의 제조 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 황토 모르타르를 대상으로 한 실험결과를 나타낸 표.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
모르타르란 콘크리트의 한 종류로서, 일반적으로 물과 시멘트 모래 등을 혼합 반죽한 뒤 응결 및 접합하여 강도를 갖는 것을 말한다. 이러한 모르타르는 건축물 내, 외벽의 미장(건축 공사에서 벽이나 천장, 바닥 따위에 흙이나 회, 시멘트 따위를 바름), 일반 벽돌 조적(돌이나 벽돌 따위를 쌓는 일), 아파트 및 일반 건축물의 바닥 미장 등에 사용되며, 보통 건축물 내외부에 적용되므로 견고할수록 좋으며, 내부에 쓰일 경우 인체와 밀접하기 때문에 친환경적일수록 좋다.
본 발명의 황토 모르타르는 기존의 모르타르에 황토를 추가하여 기존의 모르타르보다 고품질의 황토 모르타르를 제조할 수 있다.
황토는 여러 가지 효능을 가지고 있는데, 그 효능으로는 인체 세포의 생리 작용을 원활하게 하고 열에너지를 만들어 유해 물질을 빼주는 원적외선 효과, 아토피 개선 효과, 항습 기능과 흡착 탈취 기능이 있다.
따라서 이러한 효능을 가지는 황토를 유효 성분으로 하는 황토 모르타르를 제조함으로써 친환경적이며 공기 정화에 효과적이고 습도 조절력이 우수한 황토 모르타르를 얻을 수 있게 된다.
이러한 황토 모르타르 제조 시 글리세린과 로진을 추가적으로 더 혼합하여 황토 모르타르를 제조할 수 있는데, 글리세린 및 로진은 천연 물질로서 황토 모르타르에 점도를 부여하여 황토 모르타르의 견고함을 향상시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법은 황토, 모래, 시멘트, 소석회, 글리세린, 로진 등 황토 모르타르 제조 시 필요한 재료를 준비하는 재료 준비 단계(S100)와, 준비된 재료를 모두 혼합하는 혼합 단계(S200)를 통해 황토 모르타르를 제조할 수 있다.
황토 모르타르를 제조하는 방법은 전체 황토 모르타르 중량 대비, 황토 20 내지 45중량%, 모래 20 내지 40 중량%, 시멘트 10 내지 30 중량%, 소석회 5 내지 20중량%, 물 5 내지 25 중량%, 글리세린 1 내지 15 중량%, 로진 1 내지 10중량%를 혼합하여, 상술한 효능을 가지는 황토 모르타르를 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 내구성 증진제 및 강화제 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
황토 모르타르는 벽이나 바닥의 틈새를 메우는 그라우트 작업 및 건물 실내(백화점, 아파트, 전시장 등)의 평탄한 바닥면을 형성하는 데에 사용되는 등 다양한 분야에서 적용되고 있다. 따라서 견고하며 온도나 습도의 변화에도 내구성이 좋아 변화가 없는 황토 모르타르의 개발이 필요하다.
이에 따라, 상술한 황토 모르타르에 카올린을 유효성분으로 하는 내구성 증진제를 추가적으로 포함하여 외부의 환경(날씨, 온도, 습도) 변화에 강하며 내구성이 향상된 황토 모르타르를 제조할 수 있다.
이러한 내구성 증진제를 제조하는 과정으로는 건조물 생성 단계(S110), 활성 1 단계(S111), 활성 2 단계(S112), 중간 분말 제조 단계(S113), 최종 분말 제조 단계(S114), 내구성 증진제 완성 단계(S115)를 포함할 수 있다.
먼저, 건조물 생성 단계(S110)는 준비된 카올린 표면의 불순물을 제거한 뒤 카올린을 분쇄한 후 탈수 처리하여 건조물을 생성하는 과정으로서, 카올린은 불순물 제거 과정을 먼저 수행하는 것이 바람직하고 열과 전기 전도성이 낮으며 강도 및 내구성이 좋아 내구성 증진제의 유효성분으로서 바람직하다.
다음, 활성 1 단계(S111)는 반응조에 상술한 건조물을 투입한 후 5℃/min의 승온 속도로 400 내지 600℃까지 온도를 올린 후 1 내지 5시간 동안 열처리 하여 1차적으로 활성화시키는 과정이다.
여기서, 고온의 활성화 과정을 통해 카올린 내부의 에너지가 높아지게 되고, 그렇게 되면 카올린이 물과 접촉이 되어도 수화 반응이 일어나지 않게 되어, 건조 및 고형화된 황토 모르타르가 수분을 흡수하더라도 그 강도와 내구성을 유지할 수 있게 된다.
이후, 활성 2 단계(S112)는 1차적으로 활성화된 건조물을 다시 반응조에 넣은 후 800 내지 1200℃까지 승온 시킨 다음 30 내지 180분 동안 열처리하여 2차적으로 활성화시키는 과정이다.
이는 활성 1 단계(S111)보다 더 고온으로 건조물을 2차 활성화 처리하는 것으로서, 1차 활성화 처리된 카올린의 비표면적을 더욱 넓혀 고 활성도의 카올린을 얻는 과정이다. 이렇게 건조물을 800 내지 1200℃에서 열처리함으로써 건조물의 경도가 향상되어 활토 모르타르의 내구성을 증진시키는 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라, 카올린의 비표면적이 넓어짐으로 인해 오염 물질 및 공기 등의 흡착 기능이 향상될 수 있다.
다음, 중간 분말 제조 단계(S113)는 2차 활성화된 건조물을 상온에서 냉각시킨 후 분쇄하여 중간 분말을 제조하는 과정으로서, 이때 중간 분말의 입자 크기는 황토 모르타르 내에서 골고루 혼합될 수 있는 크기인 것이 바람직하다.
이후, 최종 분말 제조 단계(S114)는 전체 최종 분말 중량 대비, 중간 분말 60 내지 95중량%, 황산암모늄 5 내지 40중량%를 혼합한 후 300 내지 600℃에서 하소 처리하여 최종 분말을 제조하는 과정이다.
이는 중간 분말에 포함된 알루미나와 황산암모늄을 반응시키는 과정으로서, 후술할 담지 단계에서 황산을 통해 카올린 내의 알루미나를 제거하기 위한 준비 과정이다. 알루미나를 제거하는 이유는 알루미나가 내구성 증진제 내에 잔존하면 내구성 증진제의 내식성(외부 환경 변화에 의한 수분 흡수에도 안정함) 향상시키는 효과가 저해된다.
마지막으로, 내구성 증진제 완성 단계(S115)는 최종 분말을 황산 용액에 10 내지 60분 동안 담지 시킨 후 여과한 뒤, 잔여물을 물로 세척하고 건조하여 내구성 증진제를 완성시키는 과정이다. 이때, 최종 분말을 황산 용액에 담지 시키는 이유는 최종 분말 내의 알루미나를 제거하기 위해서이다. 또한, 세척과정은 잔여물에 잔여하는 황산을 제거하고 건조를 통해 세척 시 사용한 물을 완전히 제거시키는 기능을 제공한다.
이러한 과정을 통해 제조된 내구성 증진제는 황토 모르타르에 추가적으로 함께 혼합되어(이때 내구성 증진제는 전체 황토 모르타르 중량 대비, 0.1 내지 10중량%가 포함될 수 있다.) 외부 환경의 변화에도 내구성이 좋은 황토 모르타르를 제조할 수 있게 된다.
이에 더하여, 상술한 내구성 증진제가 혼합된 황토 모르타르에 강화제를 더 추가하여 혼합할 수 있는데, 강화제의 추가로 황토 모르타르는 물리적인 내구성뿐만이 아니라 난연성의 성질이 더해져 화재 발생 시에도 화재의 확산을 효과적으로 막을 수 있는 화재에 대한 내구성을 갖게 된다.
이때 강화제는 내구성 증진제가 혼합된 전체 황토 모르타르 중량 대비, 0.1 내지 10중량%가 포함될 수 있다.
이러한 강화제를 제조하는 과정은 1차 혼합 용액 제조 단계(S120), 2차 혼합 용액 제조 단계(S121), 3차 혼합 용액 제조 단계(S122), 강화제 완성 단계(S123)를 포함할 수 있다.
먼저, 1차 혼합 용액 제조 단계(S120)는 전체 1차 혼합 용액 중량 대비, 물 50 내지 90중량%, 난연성 물질 10 내지 50중량%를 혼합하여 1차 혼합 용액을 제조하는 과정으로서, 난연성 물질은 수산화마그네슘, 우레아, 시아누르산을 함유하는 것으로서 난연성 물질 제조 과정은 후술하도록 하겠다.
다음, 2차 혼합 용액 제조 단계(S121)는 전체 2차 혼합 용액 중량 대비, 1차 혼합 용액 80 내지 95중량%, 멜라민 5 내지 20중량%를 혼합하여 2차 혼합 용액을 제조하는 과정으로서, 이때 멜라민은 난연성을 가지고 있는 물질로서 독성이 낮고 인체 및 환경에 무해하여 강화제의 유효 성분으로써 사용이 가능하다.
이후, 3차 혼합 용액 제조 단계(S122)는 전체 3차 용액 중량 대비, 2차 혼합 용액 95 내지 99.9중량%, 인산 0.1 내지 5 중량%를 혼합한 후 80 내지 100℃로 가열하여 3차 혼합 용액을 제조하는 과정이다.
여기서, 가열을 하며 3차 혼합 용액을 제조하는 이유는 상술한 멜라민이 물에 대한 용해성이 낮아, 멜라민을 잘 용해시키기 위해서이며 이 반응에서 인산은 2차 혼합 용액 내의 난연성 물질과 멜라닌의 반응을 촉진하는 촉매로서 역할을 수행한다.
마지막으로, 강화제 완성 단계(S123)는 3차 혼합 용액을 여과한 뒤 건조하여 얻은 잔여물을 건조하여 강화제를 완성하는 과정이다. 이때, 여과 과정은 필터 여과, 감압 여과 등이 사용 될 수 있으며 그 방법에는 제한이 없으며 건조 과정을 통해 여분의 수분을 제거하여 고형의 강화제를 얻을 수 있다.
상술한 강화제 제조 과정에서 첨가된 난연성 물질은 후술할 난연성 물질 제조 과정의 유효성분인 산화 마그네슘의 수화 반응을 통하여 우수한 난연성과 내구성을 가지게 되는데, 이러한 난연성 물질을 제조 과정은 제 1 용액 제조 단계, 제 2 용액 제조 단계, 난연성 물질 완성 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 제 1 용액 제조 단계는 전체 제 1 용액 중량 대비, 물 50 내지 80중량%, 산화마그네슘 20 내지 50중량%를 혼합하여 제 1 용액을 제조하는 과정이다.
여기서, 산화마그네슘은 난연성을 가진 물질이며, 산화마그네슘과 물이 반응하여 수산화마그네슘이 생성된다. (MgO + H2O → Mg(OH)2) 난연성 물질에 함유된 수산화마그네슘은 주변에서 열이 발생하면 수산화마그네슘의 반응기인 수산화기(-OH)가 열을 흡수하여 물을 발생시키면서 난연 효과가 발생하게 된다.
다음, 제 2 용액 제조 단계는 전체 제 2 용액 중량 대비, 제 1 용액 60 내지 90중량%, 우레아 1 내지 20중량%, 시아누르산 1 내지 20중량%, 과산화수소 0.1 내지 5중량%를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는 과정이다.
이때, 우레아 및 시아누르산은 난연 조제로서 역할을 수행하며, 특히 우레아는 산화마그네슘과 결합되면 수산화마그네슘 복합체로 침전되어 수산화마그네슘 복합체가 난연성 물질의 유효성분이 된다. 더하여, 시아누르산은 우레아와 수산화마그네슘이 반응하여 수산화마그네슘 복합체가 되는데 도움을 주며, 과산화수소는 상술한 산화마그네슘의 수화 반응(MgO + H2O → Mg(OH)2)을 촉진한다.
마지막으로, 난연성 물질 완성 단계는 제 2 용액을 여과한 뒤 잔여물을 세척 및 건조한 후 난연성 물질을 수득하는 과정이다.
이 과정 중 제 2 용액을 여과하기 전에 80 내지 120℃에서 제 2 용액을 교반할 수 있는데, 그 이유는 산화마그네슘으로부터 난연성 물질이 생성되는 반응을 촉진시키기 위해서이다. 또한, 교반 후 천천히 냉각하면 산화마그네슘이 응집하여 난연 기능이 떨어지게 되므로 교반 과정 후 급속 냉각 해주는 것이 바람직하다.
이러한 과정을 통해 제조된 강화제가 추가적으로 혼합된 황토 모르타르는 황토 모르타르 처리된 건축물에 화재가 발생할 때 화재의 진행 및 그 피해를 최소화하는데 도움이 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 불순물 제거제 및 흡착제의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
황토 모르타르는 황토 및 시멘트를 유효 성분으로 하기 때문에 제조 과정에서 불순물이나 기타 오염물질의 혼합으로 황토 모르타르의 균일함 및 품질이 떨어질 수 있다. 이러한 황토 모르타르 제조 과정에 불순물 제거제를 첨가하면, 황토 모르타르가 고형화 되기 전에 불순물 제거제가 오염물질을 응집 시켜 오염물질 제거를 용이하게 도와주므로 황토 모르타르의 품질이 향상되고, 오염물질 응집을 통해 황토 모르타르 내의 오염 물질이 휘발되는 것을 방지하여 오염물질이 공기 중으로 배출될 가능성이 적어지게 된다. 이때, 불순물 제거제의 유효 성분은 수산화알루미늄 및 황산제일철이다.
이러한 불순물 제거제는 전체 황토 모르타르 중량 대비, 0.1 내지 10중량%의 비율로 포함될 수 있다.
위와 같은 기능을 제공하는 불순물 제거제를 제조하는 과정은 1차 용액 제조 단계(S130), 2차 용액 제조 단계(S131), 3차 용액 제조 단계(S132), 불순물 제거제 완성 단계(S133)를 포함할 수 있다.
먼저, 1차 용액 제조 단계(S130)는 전체 1차 용액 중량 대비, 물 50 내지 85중량%, 수산화알루미늄 1 내지 15중량%, 황산제일철 5 내지 25중량%, 황산마그네슘 1 내지 15중량%를 혼합하여 1차 용액을 제조하는 과정이다.
이때, 수산화알루미늄 및 황산제일철은 고형화 되기 전의 황토 모르타르 내의 오염물질을 응집하는 역할을 수행하며, 황산마그네슘은 수산화알루미늄이나 황산제일철의 오염물질 응집을 보조하는 역할을 한다. 특히, 수산화알루미늄은 pH 5.6 내지 7.0에서 최적의 응집 효율을 보이는데, 황산마그네슘과 물이 반응을 하면서 부산물로 수소 이온이 생성되고, 이로 인해 1차 용액 내의 pH조절이 가능하게 되므로 pH가 5.6 내지 7.0이 되기 위해서는 황산마그네슘을 1 내지 15중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
다음, 2차 용액 제조 단계(S131)는 전체 2차 용액 중량 대비, 1차 용액 70 내지 99중량%, 황산 1 내지 30중량%를 혼합하여 2차 혼합 용액을 제조하는 과정이다.
여기서, 황산은 1차 용액의 pH를 낮추는 역할을 수행하며, 대개 음전하를 띄고 있는 응집된 오염물질을 전기적으로 중화시켜주어, 이들을 충돌 집합시킴으로써 플록을 형성시키는 기능을 제공한다.
이후, 3차 용액 제조 단계(S132)는 전체 3차 용액 중량 대비, 2차 용액 30 내지 50증량%, 분산제 30 내지 50중량%, 과산화수소 1 내지 20중량%를 혼합하여 3차 용액을 제조하는 과정이다. 이때, 분산제는 2차 용액 내의 수산화알루미늄, 황산제일철, 황산마그네슘을 고루 분산시켜 균일한 불순물 제거제가 제조될 수 있도록 도와주는 역할을 수행하며, 분산제로는 폴리아크릴아마이드가 사용될 수 있다. 더하여, 과산화수소는 수산화알루미늄, 황산제일철, 황산마그네슘의 중합반응을 개시하여 불순물 제거제의 제조를 돕는 역할을 수행한다.
마지막으로, 불순물 제거제 완성 단계(S133)는 전체 불순물 제거제 중량 대비, 3차 용액 60 내지 99중량%, 규산나트륨 0.1 내지 20중량%, 수산화나트륨 0.1 내지 20중량%를 혼합하여 불순물 제거제를 완성하는 과정이다.
여기서, 규산나트륨은 불순물 제거제를 안정화시키는 안정제로서 역할을 수행하며, 수산화나트륨은 염기물질로서 상술한 황산으로 인해 낮아진 pH를 다시 올려주어 pH를 중성으로 만들어 불순물 제거제를 안정화시키는 역할을 수행한다.
이렇게 제조된 불순물 제거제는 황토 모르타르 내의 불순물 및 오염 물질을 제거하여 황토 모르타르의 품질을 향상시켜주는 역할을 한다. 이러한 황토 모르타르에 다공성 흡착제의 추가로 고형화 되기 전의 황토 모르타르 내의 오염 물질 및 불순물 제거뿐만이 아니라 고형화 된 후에도 시멘트 내의 오염물질 및 시공 과정에서 방출되는 유해기체들을 흡착하여 제거할 수 있다.
상기 흡착제 역시 불순물 제거제가 포함된 전체 황토 모르타르 중량 대비, 0.1 내지 10중량%로 추가될 수 있다.
이러한 활성탄 및 이산화타이타늄을 유효 성분으로 하는 흡착제를 제조하는 과정은 혼합 1 용액 제조 단계(S140), 혼합 2 용액 제조 단계(S141), 흡착제 완성 단계(S142)를 포함할 수 있다.
먼저, 혼합 1 용액 제조 단계(S140)는 전체 혼합 1 용액 중량 대비, 물 40 내지 60중량%, 활성탄 10 내지 30중량%, 이산화타이타늄 10 내지 30중량%를 혼합하여 혼합 1 용액을 제조하는 과정이다.
여기서, 이산화타이타늄 및 활성탄은 다공성 물질로서 큰 내부표면적을 가져 오염물질 및 휘발성 유기 화합물을 흡착할 수 있으며, 특히 이산화타이타늄은 매우 안정하고 인체에 무해한 물질로서 다른 물질을 산화시키는 역할을 수행하고, 활성탄은 친환경 천연물질로서 공기 정화, 전자파 차단 및 조습 기능을 수행할 수 있다.
다음, 혼합 2 용액 제조 단계(S141)는 전체 혼합 2 용액 중량 대비, 혼합 1 용액 60 내지 85중량%, 산화알루미늄 1 내지 15중량%, 산화칼슘 1 내지 15중량%, 산화철 1 내지 15중량%를 혼합하여 혼합 2 용액을 제조하는 과정이다.
이때, 산화알루미늄은 흡착 기능이 있어 이산화타이타늄 및 활성탄을 보조하는 역할을 수행하고, 산화칼슘은 수분을 잘 흡수하고 공기 오염의 주된 물질인 이산화황을 제거할 수 있으며, 산화철은 다수의 기공을 포함하여 오염 물질을 흡착 할 수 있다.
마지막으로, 흡착제 완성 단계(S142)는 혼합 2 용액 50 내지 80중량%와 물 20 내지 50중량%를 혼합한 후 5 내지 10℃에서 30분 내지 5시간 교반하여 흡착제를 완성하는 과정이다.
여기서, 저온의 환경에서 흡착제를 완성하는 이유는 저온에서 흡착제를 완성시키는 것이 더 안정된 흡착제를 제조할 수 있기 때문이다.
이를 통해 제조된 흡착제는 활성탄 및 이산화타이타늄 뿐만 아니라 다수의 기공을 포함하는 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화철의 포함으로 오염물질 제거기능을 극대화할 수 있다.
여기서, 기존의 활성탄 대신 활성탄을 개질하여 활성탄의 오염물질 흡착 능력을 더욱 향상시킬 수 있는데, 이러한 활성탄 개질 과정은 세척 단계, 촉매 추가 단계, 중간 생성물 수득 단계, 개질 활성탄 완성 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 세척 단계는 활성탄을 세척한 후 건조시키는 과정으로서, 활성탄 표면의 불순물을 증류수로 제거하는 과정이다.
다음, 반응 용액 제조 단계는 전체 반응 용액 중량 대비, 세척된 활성탄 50 내지 70중량%, 질산철용액 15 내지 35중량%, 수산화나트륨 용액(NaOH, 10M) 5 내지 25중량%를 혼합하여 반응 용액을 제조하는 과정으로서, 질산철 용액과 수산화나트륨 용액이 혼합되면 철 촉매가 되는데, 철 촉매는 활성탄의 표면에 첨착되어 활성탄의 흡착 능력을 향상시켜준다.
이후, 중간 수득물 생성 단계는 반응 용액을 30분 내지 5시간 교반한 후 100 내지 200℃에서 12 내지 36시간 건조시켜 중간 수득물을 수득하는 과정으로서, 교반 과정은 활성탄 표면 개질을 충분히 진행하기 위해서이고 건조 과정은 활성탄 표면에 첨착된 철 촉매를 안정하게 굳히기 위해서이다.
마지막으로, 개질 활성탄 완성 단계는 철 촉매가 첨착되어 건조된 활성탄을 세척한 후 다시 100 내지 200℃에서 5 내지 24시간 건조시켜 개질된 활성탄을 완성시키는 과정으로서, 세척 과정은 활성탄 개질 과정을 통해 포함되었던 기타 불순물들을 세척하기 위함이고, 건조 과정은 세척 과정을 통해 사용되었던 물을 완전히 건조시기키 위함이다.
이를 통해 개질된 활성탄은 기존의 활성탄보다 더욱 향상된 흡착능을 가지게 되고, 이를 반응물로 한 흡착제는 오염물질을 더욱 효과적으로 흡착할 수 있게 될 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 대조예를 들어 비교함으로서 설명하기로 한다. 후술될 실시예 및 대조예에 대해서는 25명의 평가단이 실시예 및 대조예의 견고함 및 균일함(황토 모르타르의 품질)을 관찰 및 평가하여, 본 발명의 황토를 함유한 모르타르가 건조된 상태에서의 견고함 및 균일함(황토 모르타르의 품질)을 각각 매우 좋음(5), 좋음(4), 보통(3), 나쁨(2), 매우 나쁨(1)의 5단계로 평가하여 그 평균점을 판정하였다.
이때 견고함은 본 발명의 황토를 함유한 모르타르와 시판 황토를 함유한 모르타르를 금속 부품으로 10회의 강한 스크래치를 준 후 평가단이 황토 모르타르 표면에서 관찰되는 황토 모르타르의 상태에 대한 평가를 표시하였다. 본 발명의 황토를 함유한 모르타르와 시판 황토를 함유한 모르타르 상태가 양호할수록 매우 좋음(5)에 가깝게, 불량할수록 매우 나쁨(1)에 가깝게 평가하도록 하였다.
또한 균일함(황토 모르타르의 품질)은 평가단이 건조 된 본 발명의 황토를 함유한 모르타르를 보았을 때 겉으로 보이는 균일함(황토 모르타르의 품질)에 대한 평가단의 평가를 표시하였다. 본 발명의 황토를 함유한 모르타르와 시판 황토를 함유한 모르타르의 균일함(황토 모르타르의 품질)이 잘 느껴질수록 매우 좋음(5)에 가깝게, 균일해 보이지 않을수록 매우 나쁨(1)에 가깝게 평가하도록 하였다.
<실시예 1>
준비된 불순물이 제거된 카올린 80g을 분쇄한 후 탈수 처리하여 생성된 건조물을 500℃에서 3시간 동안 1차 활성화 시키고 1000℃에서 1시간 동안 2차 활성화 시킨 후, 황산암모늄 20g을 첨가하여 내구성 증진제를 완성하였다.
이후, 물 70g, 난연성 물질 30g, 멜라민 10g, 인산 0.1g을 혼합한 후 80℃로 가열하고 여과한 뒤 건조하여 강화제를 제조하였다.
다음으로, 물 70g, 수산화알루미늄 10g, 황산제일철 10g, 황산마그네슘 10g, 황산 5g, 분산제 63g, 과산화수소 5g, 규산나트륨 5g, 수산화나트륨 5g을 혼합하여 불순물 제거제를 제조하였다.
이후, 물 50g, 활성탄 20g, 이산화타이타늄 20g, 산화알루미늄 5g, 산화칼슘 5g, 산화철 5g을 혼합한 뒤, 물 50g을 추가하고 5℃에서 3시간 교반하여 흡착제를 제조하였다.
다음으로, 내구성 증진제, 강화제, 불순물 제거제, 흡착제를 포함하는 황토 모르타르를 제조하였다.
<실시예 2>
황토 모르타르에 내구성 증진제 및 강화제가 포함되지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 황토를 함유한 모르타르를 제조한다.
<실시예 3>
황토 모르타르에 불순물 제거제가 포함되지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 황토를 함유한 모르타르를 제조한다.
<실시예 4>
황토 모르타르에 흡착제가 포함되지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 황토를 함유한 모르타르를 제조한다.
<대조예>
시판 황토를 함유한 모르타르.
도 4는 황토 모르타르를 대상으로 한 실험결과를 나타낸 표이다.
도 4에 나타난 바를 통해, 평가단이 실시예와 대조예로 제조된 건조 황토 모르타르 시판을 금속 부품으로 10회 강한 스크레치를 준 후 느껴지는 견고함을 평균 점수로 표현하여 표로 나타낸 것이며, 앞서 설명과 같이 실시예 1 내지 3은 대조예와 비교하여 높은 평가 점수를 얻었다. 따라서 본 발명의 황토를 함유한 모르타르(실시예 1 내지 3)은 대조예인 시판 황토를 함유한 모르타르보다 더 견고하다는 것을 알 수 있다.
또한, 평가단이 실시예와 대조예로 제조된 건조 황토 모르타르 시판의 균일함(황토 모르타르의 품질)을 평균 점수로 표현하여 표로 나타내었는데, 이 역시 실시예 1 내지 3은 대조예와 비교하여 높은 평가 점수를 얻었다. 따라서 본 발명의 황토를 함유한 모르타르(실시예 1 내지 3)는 불순물 제거제 및 흡착제에 의해 균일함(황토 모르타르의 품질)이 증가한다는 것을 알 수 있다.
이를 통해 황토 모르타르에 내구성 증진제, 강화제, 불순물 제거제, 흡착제의 포함을 통한 견고함 및 균일함(황토 모르타르의 품질) 향상 기능을 파악할 수 있어 각 공정의 중요성을 파악할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
S100: 재료 준비 단계 S200: 혼합 단계
S110: 건조물 생성 단계 S111: 활성 1 단계
S112: 활성 2 단계 S113: 중간 분말 제조 단계
S114: 최종 분말 제조 단계 S115: 내구성 증진제 완성 단계
S120: 1차 혼합 용액 제조 단계 S121: 2차 혼합 용액 제조 단계
S122: 3차 혼합 용액 제조 단계 S123: 강화제 완성 단계
S130: 1차 용액 제조 단계 S131: 2차 용액 제조 단계
S132: 3차 용액 제조 단계 S133: 불순물 제거제 완성 단계
S140: 혼합 1 용액 제조 단계 S141: 혼합 2 용액 제조 단계
S142: 흡착제 완성 단계

Claims (11)

  1. 황토를 함유한 친환경 모르타르의 제조 방법으로서,
    전체 황토 모르타르 중량 대비, 황토 20 내지 45중량%, 모래 20 내지 40 중량%, 시멘트 10 내지 30 중량%, 소석회 5 내지 20중량%, 물 5 내지 25 중량%, 글리세린 1 내지 15 중량%, 로진 1 내지 10중량%, 카올린을 포함한 내구성 증진제 0.1 내지 10중량%, 산화마그네슘을 포함한 난연성 물질을 함유한 강화제 0.1 내지 10중량%를 혼합하여 황토 모르타르를 제조하는, 황토 모르타르 제조 단계;를 포함하되,
    상기 강화제는,
    전체 1차 혼합 용액 중량 대비, 물 50 내지 90중량%, 상기 난연성 물질 10 내지 50중량%를 혼합하여 1차 혼합 용액을 제조하는, 1차 혼합 용액 제조 단계;
    전체 2차 혼합 용액 중량 대비, 상기 1차 혼합 용액 80 내지 95중량%, 멜라민 5 내지 20중량%를 혼합하여 2차 혼합 용액을 제조하는, 2차 혼합 용액 제조 단계;
    전체 3차 용액 중량 대비, 상기 2차 혼합 용액 95 내지 99.9중량%, 인산 0.1 내지 5 중량%를 혼합한 후 80 내지 100℃로 가열하여 3차 혼합 용액을 제조하는, 3차 혼합 용액 제조 단계;
    상기 3차 혼합 용액을 여과한 뒤 건조하여 강화제를 완성하는, 강화제 완성 단계;를 통해 제조되되,
    상기 난연성 물질은,
    전체 제 1 용액 중량 대비, 물 50 내지 80중량%, 산화마그네슘 20 내지 50중량%를 혼합하여 제 1 용액을 제조하는, 제 1 용액 제조 단계;
    전체 제 2 용액 중량 대비, 상기 제 1 용액 60 내지 90중량%, 우레아 1 내지 20중량%, 시아누르산 1 내지 20중량%, 과산화수소 0.1 내지 5중량%를 혼합하여 제 2 용액을 제조하는, 제 2 용액 제조 단계;
    상기 제 2 용액을 여과한 후 잔여물을 세척 및 건조 한 뒤 난연성 물질을 수득하는, 난연성 물질 완성 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 황토 모르타르 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내구성 증진제는,
    준비된 카올린 표면의 불순물을 제거한 후 카올린을 분쇄한 후 탈수 처리하여 건조물을 생성하는, 건조물 생성 단계;
    반응조에 상기 건조물을 투입한 다음 5℃/min의 승온 속도로 400 내지 600℃까지 온도를 올린 후 1 내지 5시간 동안 열처리 하여 1차적으로 활성화시키는, 활성 1 단계;
    1차적으로 활성화된 건조물을 800 내지 1200℃까지 승온 시킨 다음 30 내지 180분 동안 열처리하여 2차적으로 활성화시키는, 활성 2 단계;
    상기 2차 활성화된 건조물을 상온에서 냉각시킨 후 분쇄하여 중간 분말을 제조하는, 중간 분말 제조 단계;
    전체 최종 분말 중량 대비, 상기 중간 분말 60 내지 95중량%, 황산암모늄 5 내지 40중량%를 혼합한 후 300 내지 600℃에서 하소 처리하여 최종 분말을 제조하는, 최종 분말 제조 단계;
    상기 최종 분말을 황산 용액에 10 내지 60분 동안 담지 시킨 후 여과한 뒤, 잔여물을 물로 세척하고 건조하여 내구성 증진제를 완성시키는, 내구성 증진제 완성 단계;를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는, 황토 모르타르 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20070057015A (ko) * 2005-11-30 2007-06-04 (주)원건축사사무소 카본계 흡착재를 포함하는 친환경 조적벽돌 및 그 제조방법
KR101321977B1 (ko) * 2013-02-19 2013-10-28 주식회사 코뉴 비소성 무기 결합재를 이용한 흙블록 및 이의 제조방법

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