KR102066508B1 - 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법 및 이로 제조된 건설재료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유분이 포함된 폐목재를 불완전 연소시켜 제조된 목탄의 표면을 소수화하여 목탄의 다공성을 보존할 수 있어 단열성을 향상시킬 수 있으면서 흡습성을 저하시키고 흡음성을 높일 수 있는 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법 및 이로 제조된 건설재료에 관한 것이다.
본 발명은 유분이 포함된 폐목재를 1cm 내지 2cm로 분쇄하여 준비하는 폐목재준비단계와, 상기 준비된 폐목재의 함수율이 30% 미만이 되도록 상기 준비된 폐목재를 70℃ 내지 80℃에서 6 내지 24시간 동안 건조하는 폐목재건조단계와, 상기 건조된 폐목재를 밀폐실에 넣어 400℃ 내지 800℃에서 90 내지 180분 동안 가열하여 탄화시켜 다공성 구조가 형성된 탄화목재를 제조하는 탄화단계와, 유분이 포함된 미연소 목재를 1cm 내지 2cm로 분쇄하여 준비하는 미연소목재준비단계와, 상기 준비된 미연소 목재의 함수율이 30% 미만이 되도록 상기 준비된 미연소 목재를 70℃ 내지 80℃에서 6 내지 24시간 동안 건조하는 미연소목재건조단계와, 상기 탄화목재와 상기 미연소 목재를 혼합하여 목재혼합물을 제조하는 목재혼합단계와, 상기 목재혼합물을 밀폐실에 넣어 250℃ 내지 300℃에서 30분 내지 90분 동안 가열하여 상기 미연소 목재의 유분이 기화하면서 상기 탄화목재에 흡착되어 상기 탄화목재의 표면을 소수화시키고, 상기 미연소 목재가 열분해되어 상기 미연소 목재의 표면을 소수화시킨 소수성목탄을 제조하는 반탄화단계와, 상기 소수성목탄을 분말화하여 소수성목탄분말을 제조하는 분말단계와, 상기 소수성목탄분말을 시멘트, 모르타르, 콘크리트 중 어느 하나인 원료에 배합하여 배합물을 제조하는 배합단계를 포함한다.

Description

폐목재를 이용한 건설재료 제조방법 및 이로 제조된 건설재료{CONSTRUCTION MATERIAL MANUFACTURING METHOD USING WASTE WOOD AND CONSTRUCTION MATERIAL THEREOF}

본 발명은 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법 및 이로 제조된 건설재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유분이 포함된 폐목재를 불완전 연소시켜 제조된 목탄의 표면을 소수화하여 목탄의 다공성을 보존할 수 있어 단열성을 향상시킬 수 있으면서 흡습성을 저하시키고 흡음성을 높일 수 있는 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법 및 이로 제조된 건설재료에 관한 것이다.

건설재료는 토목, 건축 등 건설공사에 쓰이는 재료이며, 목재, 석재, 금속재료, 시멘트, 콘크리트 제품, 모르타르 등이 포함된다.

건설재료 중 시멘트는 토목용이나 건축용의 무기질의 결합경화제를 뜻하며, 주성분은 석회·실리카·알루미나·산화철 등이다.

또한, 건설재료 중 콘크리트는 시멘트가 물과 반응하여 굳어지는 수화반응(水和反應)을 이용하여 골재(骨材)를 시멘트로 둘러싸서 다진 것이다.

또한, 건설재료 중 모르타르는 시멘트와 모래를 물로 반죽한 것으로, 고착재의 종류에 따라 석회모르타르·아스팔트모르타르·수지모르타르·질석모르타르·펄라이트모르타르 등으로 구분된다.

이러한 시멘트, 콘크리트, 모르타르 등과 같은 건설재료는 현재까지도 가장 많이 사용되고 있으며, 우리 주변에서 쉽게 접할 수 있다.

최근 환경과 건강에 대한 관심이 높아지면서 건설재료도 친환경적인 요소를 요구하고 있는 추세이다. 이에, 공개특허 제10-2003-0062664호(공개일자: 2003년 07월 28일)에 기재된 바와 같이, 시멘트 100중량부에 대하여 입경 0.1∼1mm이며 700∼1300℃에서 소성 건조된 모래 100∼400중량부 및 입경 100 메쉬∼30㎛이며 700∼1300℃에서 소성 건조된 숯 미분말 1∼150중량부를 혼합하여 구성된 것을 특징으로 하는 숯함유 시멘트 몰타르 조성물이 사용되고 있다.

이때, 숯은 공기를 제한한 상태에서 식물체의 불완전 연소에 의해 생기는 다량의 탄소를 갖는 고체로, 목탄(木炭)이라고도 한다.

이러한 숯은 재료로 보통 단단한 나무가 사용되는데 주로 참나무류를 사용하여 참숯을 얻는다. 숯을 만드는 제탄법에는 여러가지가 있고, 한국에서는 축요제탄법이 사용되는데, 숯가마를 이용하지 않더라도 만들 수 있지만 대체로 공기가 차단된 숯가마에서 나무를 탄화시켜 만들어낸다.

상기 공개특허와 같이 숯을 시멘트에 혼합하여 사용함으로써 숯의 다공성으로 인해 보온효과와 단열효과가 향상되는 효과가 있다.

그러나, 다공성인 숯은 흡습성이 높아 숯의 세공에 습기나 물이 침투하게 되어 열전도도가 상승하는 문제점이 있다. 다시 말해, 기체, 액체, 고체 순으로 열전도도가 상승하게 되는데, 상기 숯의 세공에 단열성을 갖는 공기를 대신하여 습기나 물이 채워지게 되어 열전도도가 상승하게 되어 장기적으로 단열성능이 점차 저하되는 문제점이 있다.

이에, 숯 즉, 목탄의 단열성, 보온성을 향상시키기 위해 목탄의 세공에 습기나 물이 침투하는 것을 방지하여 보존할 수 있도록 하는 기술개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 유분이 포함된 폐목재를 불완전 연소시켜 표면이 소수화되어 습기나 물이 침투되지 않도록 다공성 구조가 보존된 목탄을 시멘트, 모래, 자갈 등에 혼합하여 초기 단열성능을 유지시켜 장기적으로 단열성을 향상시킬 수 있으면서 흡음성 및 방수성을 높일 수 있는 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법 및 이로 제조된 건설재료를 제공하는 목적이 있다.

또한, 폐목재를 탄화시킬 때 불활성기체가 필요하지 않으며 탄화시간이 짧아 제조시간을 단축시킬 수 있는 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법 및 이로 제조된 건설재료를 제공하는 목적이 있다.

또한, 폐목재를 활용함으로써 환경보호 및 자원재활용할 수 있어 친환경적인 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법 및 이로 제조된 건설재료를 제공하는 목적이 있다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법은, 유분이 포함된 폐목재를 1cm 내지 2cm로 분쇄하여 준비하는 폐목재준비단계와, 상기 준비된 폐목재의 함수율이 30% 미만이 되도록 상기 준비된 폐목재를 70℃ 내지 80℃에서 6 내지 24시간 동안 건조하는 폐목재건조단계와, 상기 건조된 폐목재를 밀폐실에 넣어 400℃ 내지 800℃에서 90 내지 180분 동안 가열하여 탄화시켜 다공성 구조가 형성된 탄화목재를 제조하는 탄화단계와, 유분이 포함된 미연소 목재를 1cm 내지 2cm로 분쇄하여 준비하는 미연소목재준비단계와, 상기 준비된 미연소 목재의 함수율이 30% 미만이 되도록 상기 준비된 미연소 목재를 70℃ 내지 80℃에서 6 내지 24시간 동안 건조하는 미연소목재건조단계와, 상기 탄화목재와 상기 미연소 목재를 혼합하여 목재혼합물을 제조하는 목재혼합단계와, 상기 목재혼합물을 밀폐실에 넣어 250℃ 내지 300℃에서 30분 내지 90분 동안 가열하여 상기 미연소 목재의 유분이 기화하면서 상기 탄화목재에 흡착되어 상기 탄화목재의 표면을 소수화시키고, 상기 미연소 목재가 열분해되어 상기 미연소 목재의 표면을 소수화시킨 소수성목탄을 제조하는 반탄화단계와, 상기 소수성목탄을 분말화하여 소수성목탄분말을 제조하는 분말단계와, 상기 소수성목탄분말을 시멘트, 모르타르, 콘크리트 중 어느 하나인 원료에 배합하여 배합물을 제조하는 배합단계를 포함한다.

또한, 상기 목재혼합물은, 상기 탄화목재 100중량부에 대하여 상기 미연소 목재 30 내지 100중량부를 혼합한다.

본 발명에 있어서, 상기 어느 하나의 방법으로 제조된 건설재료이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 유분이 포함된 폐목재를 불완전 연소시켜 목탄의 표면에 소수성이 코팅되도록 함으로써 목탄의 다공성 구조가 보존되어 습기나 물이 침투되는 것을 방지하여 목탄의 세공이 보존된 상태로 시멘트, 모래, 자갈 등에 혼합되어 사용함으로 인해 초기 단열성능을 유지시켜 장기적으로 단열성을 향상시킬 수 있어 보온효과를 높일 수 있음은 물론 흡습성을 저하시키면서 흡음성을 높일 수 있고 방수성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 폐목재를 탄화시킬 때 불활성기체가 필요하지 않으며 탄화시간이 짧아 제조시간을 단축시킬 수 있어 경제적인 효과가 있다.

또한, 폐목재를 활용함으로써 환경보호 및 자원재활용할 수 있어 재료구매의 용이성을 향상시키고 단가를 낮추는데 도움을 줄 수 있음은 물론 탄소를 저장할 수 있고 시멘트 등과 같의 건설재료를 제조하는 과정에서 발생하는 다량의 이산화탄소를 저감시킬 수 있어 온실가스 배출 저감에 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 폐목재를 이용한 건설재료의 소수성목탄,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 폐목재를 이용한 건설재료와 일반 모르타르의 열화상이미지.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법 및 이로 제조된 건설재료를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 폐목재를 이용한 건설재료의 소수성목탄이며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 폐목재를 이용한 건설재료와 일반 모르타르의 열화상이미지이다.

상기 도면의 구성 요소들에 인용부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, '상부', '하부', '앞', '뒤', '선단', '전방', '후단' 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시 예의 구성요소는 다양한 배향으로 위치설정될 수 있기 때문에 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.

본 발명의 바람직한 일실시 예에 의한 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법은, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저, 폐목재를 선별한 후 1cm 내지 2cm로 분쇄하여 준비한다(S10).

여기서 폐목재는 유분이 포함된 목재를 선별하는 것이 바람직하며, 주로 야자열매 껍질을 사용할 수 있다. 상기 폐목재는 야자열매 껍질에 한정하지 않고, 유분이 포함된 다양한 목재 등을 재활용하여 사용할 수 있다.

상기 야자열매 껍질을 사용하는 이유는 다량의 유분을 포함하고 있으며, 분쇄가 용이하면서 쉽게 구입할 수 있고 가격이 저렴하여 단가를 낮추는데 도움을 줄 수 있기 때문이다.

상기 폐목재를 사용함으로써 환경보호 및 자원을 재순환시킬 수 있어 친환경적일 뿐만 아니라 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 특히, 유분을 포함한 폐목재를 사용하기 때문에 폐목재 내의 유분을 제거하기 위한 별도의 공정이 필요하지 않아 제조시간 및 제조비용을 절감시킬 수 있게 된다.

상기 폐목재는 1cm 미만으로 분쇄시킬 경우에는 추후 상기 폐목재를 건조시키거나 탄화시킬 때 크기가 너무 작아 제조 중 쉽게 흩어질 수 있어 낭비될 수 있는 문제점이 있으며, 상기 폐목재를 2cm 초과하여 분쇄시킬 경우에는 추후 상기 폐목재를 가열하여 탄화시킬 때 많은 시간이 소요될 수 있는 문제점이 있다. 이에, 상기 폐목재는 1cm 내지 2cm로 분쇄되어 준비하는 것이 바람직하다.

상기 준비된 폐목재를 건조오븐에 넣어 70℃ 내지 80℃에서 6 내지 24시간 동안 건조한다(S20).

이때, 상기 건조된 폐목재의 함수율은 30% 미만인 것이 바람직하다. 상기 건조 폐목재의 함수율이 30%를 초과할 경우에는 상기 폐목재 내의 수분으로 인해 추후 상기 폐목재를 가열하여 탄화시키는데 많은 시간이 소요될 수 있어 제조시간이 증가하는 문제점이 있으며, 이로 인한 제품의 품질을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.

이에, 상기 준비된 폐목재를 70℃ 미만이나 6시간 미만으로 건조시킬 경우에는 상기 폐목재가 건조되지 않아 폐목재 내에 함유된 높은 수분함량으로 인해 추후 상기 폐목재를 탄화시키기 어려운 문제점이 있고, 80℃를 초과하거나 24시간을 초과하여 건조시킬 경우에는 상기 폐목재를 지속적으로 건조시키더라도 건조효과가 미미하게 나타나는 문제점이 있다.

이에, 상기 준비된 폐목재의 함수율이 30% 미만이 되도록 70℃ 내지 80℃에서 6 내지 24시간 동안 건조시키는 것이 바람직하다.

상기 건조된 폐목재를 밀폐실에 넣은 후 가열하여 탄화시켜 다공성 구조가 형성된 탄화목재를 제조한다(S30).

상기 탄화는 상기 건조된 폐목재에 포함된 여러 소수성 물질까지 태워 다공성 구조를 형성하는 것이다.

상기 건조된 폐목재를 탄화시키기 위해서는 산소의 공급이 불충분한 상태에서 상기 건조된 폐목재를 불완전 연소시켜야 하기 때문에 상기 건조된 폐목재를 밀폐실에 넣어 가열해야 한다.

상기 건조된 폐목재를 밀폐실에 넣은 후 400℃ 내지 800℃에서 90 내지 180분 동안 가열하여 탄화시켜 탄화목재를 제조한다.

상기 건조된 폐목재를 400℃ 미만이나 90분 미만으로 가열할 경우에는 상기 건조된 폐목재의 탄화가 이루어지지 않아 다공성 구조가 형성되지 않고, 상기 건조된 폐목재를 800℃ 초과하거나 180분을 초과하여 가열할 경우에는 상기 건조된 폐목재의 다공성 구조변화가 미미하게 되는 문제점이 있다.

특히, 상기 건조된 폐목재에 다공성 구조를 형성시키면서 불필요한 에너지소모를 방지할 수 있도록 500℃ 내지 600℃를 유지하면서 120분 동안 가열하여 탄화시키는 것이 가장 바람직하다.

상기와 같이 제조된 탄화목재는 단열성을 갖는 공기가 유입될 수 있도록 다수의 세공이 형성된 다공성 구조를 갖게 된다.

한편, 유분이 포함된 미연소 목재를 1cm 내지 2cm로 분쇄하여 준비한다(S40).

상기 미연소 목재는 상기 폐목재와 같이 유분이 포함된 목재를 선별해야 하며, 야자열매 껍질 등을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 미연소 목재를 1cm 미만으로 분쇄할 경우에 추후 건조, 탄화의 공정상 흩날림 등이 발생할 수 있으며, 상기 미연소 목재를 2cm를 초과하여 분쇄할 경우에 건조시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

상기 준비된 미연소 목재는 건조오븐에 넣어 70℃ 내지 80℃에서 6 내지 24시간 동안 건조한다(S50).

상기 준비된 미연소 목재를 70℃ 미만이나 6시간 미만으로 건조시킬 경우에 상기 미연소 목재의 함수율이 높아 추후 상기 미연소 목재를 탄화하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있으며, 80℃를 초과하거나 24시간을 초과하여 건조시킬 경우에 상기 미연소 목재를 건조하기 위해 사용되는 에너지에 비해 상기 미연소 목재의 건조효과가 미미한 문제점이 있다.

상기 준비된 미연소 목재를 70℃ 내지 80℃에서 6 내지 24시간 동안 건조시키면 상기 준비된 미연소 목재의 함수율이 30% 미만이 되게 된다.

상기 건조된 미연소 목재와 상기 탄화목재를 혼합하여 목재혼합물을 제조한다(S60).

상기 탄화목재와 상기 건조된 미연소 목재를 혼합하는 이유는 상기 미연소 목재 내에 포함된 유분을 이용하여 상기 탄화목재의 세공 내로 습기나 물이 침투하는 것을 방지하도록 상기 탄화목재를 소수화해야 하기 때문이다.

이때, 상기 목재혼합물은 상기 탄화목재 100중량부에 대하여 상기 건조된 미연소 목재 30 내지 100중량부를 혼합하여 제조된다.

상기 탄화목재 100중량부에 대하여 상기 건조된 미연소 목재 30 중량부 미만으로 혼합하게 되면 상기 탄화목재의 표면을 소수화하기 위한 유분의 양이 적어 상기 탄화목재를 소수화하기 어려운 문제점이 있고, 상기 건조된 미연소 목재 100중량부를 초과하여 혼합하게 되면 다수의 세공이 형성되지 않은 미연소 목재의 함량이 상기 다공성의 탄화목재보다 많아져 단열성능이 저하되어 제품의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

상기 탄화목재의 표면을 소수화시키기 위해 상기 제조된 목재혼합물을 가열하여 소수성목탄을 제조한다(S70). 다시 말해, 상기 목재혼합물을 밀폐실에 넣어 250℃ 내지 300℃에서 30분 내지 90분 동안 가열하는 반탄화를 통해 소수성목탄을 제조한다.

상기 목재혼합물을 무산소 또는 희박산소 조건인 밀폐실에 넣어 가열함으로써 상기 미연소 목재에 포함된 유분이 기화하고 상기 탄화목재의 표면을 코팅하여 상기 탄화목재의 표면을 소수화시키게 되고, 상기 미연소 목재에 포함된 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌을 열분해하고 수산기(-OH)를 파괴하여 상기 미연소 목재의 표면을 소수화시키게 된다.

즉, 상기 목재혼합물을 가열하게 되면 상기 건조된 미연소 목재에 포함된 기름성분 수액, 에센셜 오일 등과 같은 유분이 기화하여 증기상태가 되고, 상기 건조된 미연소 목재의 유분으로 생성된 증기가 상기 탄화목재의 표면에 흡착되어 소수성을 부여할 수 있게 된다. 이때, 상기 건조된 미연소 목재의 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌이 열분해되면서 수산기(-OH)를 파괴하여 상기 미연소 목재의 표면이 소수성이 된다.

여기서, 상기 목재혼합물을 250℃ 미만이나 30분 미만으로 가열할 경우에는 상기 미연소 목재의 유분이 기화되지 않아 상기 탄화목재의 표면을 코팅하기 어렵고 상기 미연소 목재의 표면에 있는 수산기(-OH)가 파괴되지 않아 친수성을 띄게 되며, 상기 목재혼합물을 300℃ 초과하거나 90분을 초가하여 가열할 경우에는 상기 미연소 목재의 소수성 물질을 태워 소수성을 잃고 탄화되어 상기 탄화목재의 표면을 코팅할 수 없게 되는 문제점이 있다.

이에, 상기 목재혼합물을 250℃ 내지 300℃에서 30분 내지 90분 동안 가열하여 반탄화시킴으로 인해 상기 미연소 목재의 유분이 증발하면서 상기 탄화목재에 흡착되도록 하여 상기 목재혼합물의 탄화목재와 미연소 목재를 소수화시킨 소수성목탄을 제조하여야 한다.

상기 소수성목탄은 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 물에 대한 저항성을 갖게 되어 습기나 물이 침투하는 것을 방지할 수 있어 상기 탄화목재의 세공을 보존하면서 단열성을 갖는 공기가 채워지는 상태로 유지되기 때문에 단열성능을 장기적으로 유지시킬 수 있게 된다.

상기 소수성목탄은 분말화하여 소수성목탄분말로 제조한다(S80).

상기 소수성목탄을 분말화함으로 인해 추후 시멘트, 모르타르, 콘크리트 등의 원료에 혼합될 시 분산성을 향상시키면서 물리적인 강도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 시멘트, 모르타르, 콘크리트 등의 원료에 상기 소수성목탄을 분말화하지 않고 큰 입자상태로 첨가할 경우에는 상기 소수성목탄이 분산되지 않아 열전도도가 상승하게 되어 오히려 단열성능을 하락시킬 수 있고 강도가 약한 소수성목탄이 특정부분에 집중되어 있어 강도가 저하되는 문제점이 있지만, 시멘트, 모르타르, 콘크리트 등의 원료에 상기 소수성목탄을 분말화한 소수성목탄분말로 첨가할 경우에는 상기 소수성목탄분말이 분산되어 단열성능을 극대화시킬 수 있게 될 뿐만 아니라 강도가 저하되는 것을 상쇄시킬 수 있게 된다.

상기 소수성목탄분말을 시멘트, 모르타르, 콘크리트 중 어느 하나인 원료에 배합하여 배합물을 제조한다(S90).

상기 배합물은 상기 시멘트, 모르타르, 콘크리트 중 어느 하나인 원료 100중량에 대하여 상기 소수성목탄분말 10 내지 30중량부를 배합한다.

상기 배합물은 상기 원료 100중량부에 대하여 상기 소수성목탄분말을 10중량부 미만으로 배합할 경우에는 추후 완성된 건설재료의 단열성과 흡음성이 낮은 문제점이 있고, 상기 소수성목탄분말 30중량부를 초과하여 배합할 경우에는 강도를 저하시켜 추후 완성된 건설재료가 쉽게 부서질 수 있는 문제점이 있다.

특히, 상기 원료 100중량부에 대하여 상기 소수성목탄분말을 30중량부로 배합하였을 때 추후 완성된 건설재료의 단열성능과 흡음성능이 가장 높게 나타나게 된다.

그러나, 상기 원료에 배합되는 상기 소수성목탄분말의 배합양은 건축외장재, 내장재, 실내바닥재, 옥상바닥재 등의 사용용도에 따라 변경될 수도 있다.

한편, 상기 배합물에 무기질 금속산화물 분말을 첨가하여 상기 배합물의 강도를 보강한다(S100).

상기 배합물에 광촉매 미세입자나 실리카겔 분말과 이산화티탄 등과 같은 무기질 금속산화물 분말을 첨가함으로써 추후 완성된 건설재료의 강도를 보강할 수 있음은 물론 유해유분을 제거할 수 있게 된다.

상기와 같이 제조되는 건설재료는 유분이 포함된 폐목재를 불완전 연소시켜 제조된 목탄의 표면에 소수성이 코팅되도록 함으로써 목탄의 다공성 구조가 보존되어 습기나 물이 침투되는 것을 방지하여 목탄의 세공이 보존된 상태로 시멘트, 모르타르, 콘크리트 등에 혼합되어 사용함으로 인해 초기 단열성능을 유지시켜 장기적으로 단열성을 향상시킬 수 있어 보온효과를 높일 수 있음은 물론 흡습성을 저하시키면서 흡음성을 높일 수 있고 방수성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 폐목재를 탄화시킬 때 불활성기체가 필요하지 않으며 탄화시간이 짧아 제조시간을 단축시킬 수 있어 경제적인 효과가 있다.

또한, 폐목재를 활용함으로써 환경보호 및 자원재활용할 수 있어 친환경적일 뿐만 아니라 재료구매의 용이성을 향상시키고 단가를 낮추는데 도움을 줄 수 있게 된다.

따라서, 상기와 같이 제조되는 건설재료는 종래의 콘크리트보다 가볍고 단열성과 흡음성이 향상됨으로써 옥상 바닥 등에 사용 시 구조체의 철근 사용량을 줄일 수 있으며, 건물 내부의 냉난방에너지 효율 상승에 도움을 줄 수 있게 된다. 또한, 상기 건설재료를 내외장재로 사용 시에 건물의 단열성이나 외부소음을 효과적으로 차단할 수 있고, 바닥재로 사용 시에 기포시멘트를 대체할 수 있으면서 건물 내의 냉난방 효율을 높이고 층간소음 저감에 도움을 줄 수 있게 된다.

실시 예

(1) 폐목재 준비

유분이 포함된 폐목재를 1cm로 분쇄하여 준비한다.

(2) 폐목재 건조

상기 준비된 폐목재를 건조오븐에 넣어 70℃에서 6시간 동안 건조하여 상기 준비된 폐목재의 함수율이 30% 미만이 되도록 한다.

(3) 탄화

상기 건조된 폐목재를 밀폐실에 넣어 500℃에서 120분 동안 가열하여 탄화시켜 다공성 구조가 형성된 탄화목재를 제조한다.

(4) 미연소 목재 준비

유분이 포함된 미연소 목재를 1cm로 분쇄하여 준비한다.

(5) 미연소 목재 건조

상기 준비된 미연소 목재를 70℃에서 6시간 동안 건조하여 상기 준비된 미연소 목재의 함수율이 30% 미만이 되도록 한다.

(6) 목재혼합

상기 탄화목재 100중량부에 대하여 상기 미연소 목재 60중량부를 혼합하여 목재혼합물을 제조한다.

(7) 반탄화

상기 목재혼합물을 밀폐실에 넣어 250℃에서 60분 동안 가열하는 반탄화를 통해 상기 미연소 목재의 유분이 기화하면서 상기 탄화목재에 흡착되어 상기 탄화목재의 표면을 소수화시키고, 상기 미연소 목재의 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌이 열분해되어 수산기(-OH)를 파괴시켜 상기 미연소 목재의 표면을 소수화시킨 소수성목탄을 제조한다.

(8) 분말

상기 소수성목탄을 분말화하여 소수성목탄분말을 제조한다.

(9) 배합

상기 소수성목탄분말을 모르타르에 배합하여 배합물을 제조한다.

상기 배합물은, 상기 모르타르 100중량부에 대하여 상기 소수성목탄분말 30중량부를 배합한다.

실험 예1

상기 실시 예에 의해 제조된 모르타르와 목탄만 혼합된 모르타르와 일반 모르타르를 준비하여 흡수성 실험을 진행한다.

이때, 상기 목탄만 혼합된 모르타르는 모르타르 100중량부에 대하여 목탄 30중량부를 배합하여 제조한다.

물에 48시간 동안 넣은 후 건조오븐에 넣고 70℃에서 30분 동안 가열하여 표면 물기를 제거하고 무게를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

모르타르 종류	흡수한 물의 무게(g)
실시 예에 의해 제조된 모르타르	16.9
목탄만 혼합된 모르타르	20.7
일반 모르타르	25.1

이에, 상기 실시 예에 의해 제조된 모르타르가 흡수한 물의 무게와 일반 모르타르가 흡수한 물의 무게는 8.2g이 차이가 나며, 상기 실시 예에 의해 제조된 모르타르의 흡수성이 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 실시 예에 의해 제조된 모르타르가 일반 모르타르와 목탄만 혼합된 모르타르보다 높은 방수성능을 갖는다는 것을 알 수 있다.

실험 예2

상기 실시 예에 의해 제조된 모르타르와 일반 모르타르를 준비한 후 동일 열원으로 가열하여 열화상카메라를 통해 열전도도를 비교하였다. 이에, 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실시 예에 의해 제조된 모르타르가 일반 모르타크보다 약 6.1℃ 더 낮게 나타났다.

즉, 일반 모르타르의 단열성보다 상기 실시 예에 의해 제조된 모르타르의 단열성이 높은 것을 알 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (3)

1. 유분이 포함된 폐목재를 1cm 내지 2cm로 분쇄하여 준비하는 폐목재준비단계와,
   상기 준비된 폐목재의 함수율이 30% 미만이 되도록 상기 준비된 폐목재를 70℃ 내지 80℃에서 6 내지 24시간 동안 건조하는 폐목재건조단계와,
   상기 건조된 폐목재를 밀폐실에 넣어 400℃ 내지 800℃에서 90 내지 180분 동안 가열하여 탄화시켜 다공성 구조가 형성된 탄화목재를 제조하는 탄화단계와,
   유분이 포함된 미연소 목재를 1cm 내지 2cm로 분쇄하여 준비하는 미연소목재준비단계와,
   상기 준비된 미연소 목재의 함수율이 30% 미만이 되도록 상기 준비된 미연소 목재를 70℃ 내지 80℃에서 6 내지 24시간 동안 건조하는 미연소목재건조단계와,
   상기 탄화목재와 상기 미연소 목재를 혼합하여 목재혼합물을 제조하는 목재혼합단계와,
   상기 목재혼합물을 밀폐실에 넣어 250℃ 내지 300℃에서 30분 내지 90분 동안 가열하여 상기 미연소 목재의 유분이 기화하면서 상기 탄화목재에 흡착되어 상기 탄화목재의 표면을 소수화시키고, 상기 미연소 목재가 열분해되어 상기 미연소 목재의 표면을 소수화시킨 소수성목탄을 제조하는 반탄화단계와,
   상기 소수성목탄을 분말화하여 소수성목탄분말을 제조하는 분말단계와,
   상기 소수성목탄분말을 시멘트, 모르타르, 콘크리트 중 어느 하나인 원료에 배합하여 배합물을 제조하는 배합단계를 포함하는 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 목재혼합물은, 상기 탄화목재 100중량부에 대하여 상기 미연소 목재 30 내지 100중량부를 혼합하는 폐목재를 이용한 건설재료 제조방법.
   
3. 청구항 1 내지 청구항 2 중 어느 하나의 방법으로 제조된 건설재료.

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