KR102082004B1 - 폐합성수지를 이용한 건축자재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐합성수지를 이용한 건축자재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐합성수지 100중량부, 섬유질 충전제 30~80중량부 및 산화마그네슘 5~10중량부를 포함하되, 상기 폐합성수지는 폐폴리에틸렌, 폐폴리프로필렌 중 1종 이상의 것이고, 상기 섬유질 충전제는 왕겨, 옥수수 껍질, 옥수수대, 팜열매 껍질, 코코아 껍질 중 1종 이상의 것임을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 폐합성수지를 이용한 건축자재 및 그 제조방법에 의하면, 산업폐기물인 폐합성수지를 건축자재로 간단하게 재활용함으로써, 경제성이 우수하고, 환경을 보호할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 건축자재로서 각종 물성이 우수한 고품질의 제품을 저렴한 비용으로 공급할 수 있다는 장점이 있다.
Description
본 발명은 폐합성수지를 이용한 건축자재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업폐기물인 폐합성수지를 이용하여 고품질의 벽돌, 차음벽, 바닥재 등과 같은 건축용 내외장재를 제조할 수 있는 폐합성수지를 이용한 건축자재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
합성수지는 화학적으로 합성되는 고분자 화합물로, 대표적인 플라스틱 제품은 비닐이나 생활용구 및 가전제품의 용기나 케이스로 다양하게 활용되고 있다.
합성수지제 제품들은 제조공정이 쉽고, 다양한 형태로 제조가 가능하여 더욱 널리 이용되고 있다. 하지만, 내용물의 사용이나 제품의 수명이 다하면 폐기되어 소각 또는 매립 등의 방법으로 처리하지만, 폐기시 환경오염을 야기하는 것은 물론, 단기간에 자연분해가 어렵기 때문에 환경 파괴의 주요 원인으로 대책이 필요하다.
이에 근래에는 버려지는 폐합성수지를 이용하여 재생 플라스틱제품을 생산하는 공정이 개발되었지만, 이러한 폐합성수지는 파쇄, 세척, 탈수 공정 및 용융압출 등의 생산 공정 등을 거칠 때 이물질이나 수분 등이 포함되어 있어 양질의 재생 플라스틱을 생산하는 데 한계가 있다.
따라서, 폐합성수지를 파쇄 및 용융하고, 이를 이용하여 건축자재를 제조하는 방법이 이용되고 있다.
이러한 방법의 일례로 대한민국 공개특허 제10-2010-0079671호, 대한민국 등록실용신안 제20-0287262호가 있다. 상기 선공개 특허 및 선등록 실용신안은 폐합성수지를 포함하여 방음벽재를 제조하는 방법을 제안하였으나, 내부는 폐합성수지를 이용하고 외부는 신재 합성수지를 이용함으로써, 제조공정이 추가되어 제조비용이 증가됨은 물론, 폐재의 사용량이 적고, 재활용으로 인한 경제적 이점이 없다는 단점이 있었다.
그리고 대한민국 등록실용신안 제20-0450585호 역시 폐합성수지를 이용하여 판넬을 제조하는 방법을 제안하였으나, 내부는 폐합성수지를 외부는 신재 합성수지를 이용하고, 이 사이에 별도의 강화망을 주입하여 이음하는 방법으로, 그 제조비용이 상승하는 단점이 있었다.
아울러, 대한민국 등록실용실안 제20-0328444호, 대한민국 등록특허 제10-1389752호 등에서도 폐합성수지를 이용하여 건축재를 제조하는 방법을 제안하였으나, 재활용으로 인한 경제적 이점이 없어 실용화가 어려운 단점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 폐합성수지의 재활용률이 높아 환경 친화적이며, 제조공정이 간단하여 제조비용이 저렴하여 경제적이고, 제품의 품질이 우수한 폐합성수지를 이용한 건축자재 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 폐합성수지를 이용한 건축자재는, 폐합성수지 100중량부, 섬유질 충전제 30~80중량부 및 산화마그네슘 5~10중량부를 포함하되, 상기 폐합성수지는 폐폴리에틸렌, 폐폴리프로필렌 중 1종 이상의 것이고, 상기 섬유질 충전제는 왕겨, 옥수수 껍질, 옥수수대, 팜열매 껍질, 코코아 껍질 중 1종 이상의 것임을 특징으로 한다.
이산화티탄 0.1~5중량부, 그래핀 플레이크 0.1~5중량부 또는 이들 모두를 더 포함하되, 상기 이산화티탄은 입경이 1~50nm이고, 상기 그래핀 플레이크는 두께 0.1~10nm, 면적 0.1~100㎚2의 크기인 것을 특징으로 한다.
스판덱스 폐사 0.1~5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 건축자재는 벽돌, 차음벽, 바닥재 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 폐합성수지를 이용한 건축자재의 제조방법은, 폐합성수지 100중량부, 섬유질 충전제 30~80중량부 및 산화마그네슘 5~10중량부를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 압출기에서 150~170℃로 가열, 용융시키는 단계와, 상기 용융된 용융물을 성형하는 단계를 포함하되, 상기 폐합성수지는 폐폴리에틸렌, 폐폴리프로필렌 중 1종 이상의 것이고, 상기 섬유질 충전제는 왕겨, 옥수수 껍질, 옥수수대, 팜열매 껍질, 코코아 껍질 중 1종 이상의 것임을 특징으로 한다.
상기 혼합하는 단계에서, 이산화티탄 0.1~5중량부, 그래핀 플레이크 0.1~5중량부, 스판덱스 폐사 0.1~5중량부 중 1종 이상을 더 혼합하되, 상기 이산화티탄은 입경이 1~50nm이고, 상기 그래핀 플레이크는 두께 0.1~10nm, 면적 0.1~100㎚2의 크기인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 폐합성수지를 이용한 건축자재 및 그 제조방법에 의하면, 산업폐기물인 폐합성수지를 건축자재로 간단하게 재활용함으로써, 경제성이 우수하고, 환경을 보호할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 건축자재로서 각종 물성이 우수한 고품질의 제품을 저렴한 비용으로 공급할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 건축자재의 제조공정도.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 건축자재는, 벽돌, 차음재, 바닥재 등의 각종 건축용 내, 외장재를 모두 포함하는 것으로, 폐합성수지를 재활용하여 가격이 저렴하면서도 품질이 우수한 건축자재를 제공한다는 데 가장 큰 특징이 있다.
이러한 본 발명에 의한 건축자재는, 폐합성수지 100중량부, 섬유질 충전제 30~80중량부 및 산화마그네슘 5~10중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 폐합성수지는 폐기된 폴리에틸렌, 폐기된 폴리프로필렌 중 1종 이상의 것으로, 이를 세척 및 분쇄하여 사용할 수 있다. 상기 폐폴리에틸렌과 폐폴리프로필렌을 세척 및 분쇄하는 방법은 이 기술이 속하는 분야에서 충분히 공지된 것으로 이에 대한 추가 설명은 생략한다. 이하, '중량부'는 상기 폐합성수지 '100중량부'를 기준으로 한다.
본 발명에서 상기 폐합성수지는 건축자재를 이루는 주성분으로써, 종래 재활용 기술과는 달리 폐합성수지의 사용량이 많아 자원 재활용의 효율성이 높음은 물론, 재료비가 감소하여 제조단가를 낮출 수 있다는 장점도 있다.
상기 섬유질 충전제는 건축자재의 강도를 보강하고, 경량성을 확보하기 위한 것으로, 폐합성수지만을 단독으로 사용하여 건축자재를 제조하거나, 기타의 충전제를 사용할 경우 강도가 충분히 확보되지 못하고, 경량성이 좋지 못해지는 단점이 있다. 따라서, 본 발명은 섬유질 충전제를 사용하여 건축자재의 강도를 보강함은 물론, 경량성을 확보하는 것이다. 아울러, 상기 섬유질 충전제로는 왕겨, 옥수수 껍질, 옥수수대, 팜열매 껍질, 코코아 껍질 중 1종 이상의 것을 건조하여, 0.1~2mm 정도의 크기로 파쇄한 것을 사용할 수 있는바, 이를 통해서도 폐자원을 재활용할 수 있게 된다는 장점이 있다.
상기 섬유질 충전제는 건축자재 내 30~80중량부로 포함됨이 바람직한데, 30중량부 미만으로 포함될 경우 강도의 확보가 어렵고, 80중량부를 초과할 경우 과량이 되어 분산성, 결합력 등이 저하되기 때문이다.
상기 산화마그네슘은 상기 폐합성수지의 용융 속도를 적절히 조절해줌은 물론, 폐합성수지와 기타 성분의 결합력을 높여주는 성분이다. 상기 산화마그네슘의 입도는 200~400mesh 정도면 족하다.
상기 산화마그네슘은 건축자재 내 5~10중량부로 포함됨이 바람직한데, 5중량부 미만으로 포함될 경우 그 기능이 미미하게 되고, 10중량부를 초과하면 오히려 전체적이 물성이 나빠질 수 있기 때문이다.
상기와 같이, 폐합성수지 100중량부, 섬유질 충전제 30~80중량부 및 산화마그네슘 5~10중량부를 포함하는 건축자재는, 건축자재로써 전체적인 물성이 우수할 뿐 아니라, 제조비용이 낮다는 장점이 있다. 또한, 버려지는 폐자원을 적극 활용함으로써, 친환경적이라는 장점도 있다.
한편, 본 발명에 의한 건축자재는, 이산화티탄 0.1~5중량부, 그래핀 플레이크 0.1~5중량부 또는 이들 모두를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화티탄은 광촉매로 사용되는 것으로, 상기 광촉매란 필요한 파장대의 빛을 흡수하여 화학적 반응이 일어나도록 도와주는 물질을 말한다. 이러한 광촉매는 광조사 하에서 산소나 물 등을 산화제로 하여 유독성 물질을 이산화탄소와 물로 완벽하게 산화시킨다. 즉, 산소의 공급만으로 유기 오염물을 충분히 처리함과 동시에, 살균효과를 제공하며, 내오염성 등을 제공해주는 것이다. 따라서, 이를 건축자재에 포함시키면 실내 환경을 쾌적하게 유지할 수 있다는 장점이 있다. 본 발명에서 상기 광촉매로 이산화티탄을 이용하는 이유는, 광촉매 활성이 우수하면서도 가격이 낮아 전체적인 제조비용을 낮출 수 있기 때문이다.
상기 이산화티탄은 입경이 1~50nm인 것을 적용함이 바람직한데, 이산화티탄의 입경이 1nm 미만일 경우 빛을 흡수하는 수광능력이 감소하여 광촉매로의 활용이 어렵고, 50nm를 초과할 경우 분산성이 떨어지기 때문이다. 또한, 아나타제(anatase)형, 루타일(rutile)형, 부룩카이트형 중에서 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 범용의 아나타제형을 사용할 경우 그 제조비용을 더욱 낮출 수 있다는 장점이 있다.
상기 이산화티탄은 건축자재 내 0.1~5중량부로 포함됨이 바람직한데, 0.1중량부 미만으로 포함되면 광촉매로의 효과가 미미하고, 5중량부를 초과하여 포함되라도 더 이상의 증진된 작용효과가 나타나지 않고, 제조비용만 증가하기 때문이다.
아울러, 상기 이산화티탄으로 하이드록시 아파타이트 피복된 이산화티탄을 사용함이 더욱 바람직하다. 이는 다공성 구조인 상기 하이드록시 아파타이트가 오염물질을 흡착시켜 이산화티탄이 오염물질을 더욱 효율적으로 분해하기 때문이다. 여기서, 상기 아파타이트는 유기물 및 세균을 흡착할 수 있는 능력을 가지고 있고, Cax(PO4)y(0H)z[x=5z, y=3z, z=1~50]의 분자식을 갖는 물질을 의미하는바, 아파타이트는 인회석이라고도 한다. 아파타이트 중 대표적인 것은 '하이드록시 아파타이트'이고 그 분자식은 Ca10(PO4)6(0H)2 이다. 그리고 상기 하이드록시 아파타이트의 피복률(물질의 전체 표면적을 기준으로 어떤 물질이 흡착 내지는 점유하고 있는 비표면적에 100을 곱한 값)은 5~20%임이 바람직한데, 상기 피복률이 5% 미만이면 오염물의 흡착성, 탈리현상 방지 효과가 발휘되기 어렵고, 20%를 초과할 경우 하이드록시 아파타이트가 이산화티탄 입자를 모두 감싸기 때문에 광촉매로의 성능이 저하되기 때문이다.
또한, 상기 그래핀 플레이크는 건축자재의 내구성, 강성, 난연성 등을 개선해주는 역할을 하는 것으로, 두께 0.1~10nm, 면적 0.1~100㎚2의 크기인 것이 바람직하다.
상기 그래핀 플레이크는 건축자재 내 0.1~5중량부로 포함됨이 바람직한데, 0.1중량부 미만으로 포함되면 그 효과가 미미하고, 5중량부를 초과되면 필요 이상으로 제조비용이 상승하기 때문이다.
아울러, 본 발명의 건축자재는 스판덱스 폐사 0.1~5중량부를 더 포함할 수 있다.
스판덱스는 폴리우레탄계 탄성 섬유를 통칭하는 것으로, 우수한 신도, 회복력, 내열성 및 내화학성이 우수하다는 특징이 있다. 상기 스판덱스는 다양한 분야에서 사용되고 있는 만큼, 다량의 폐사가 발생하는바, 이를 건축자재로 활용할 경우 건축자재의 내광성 및 강도를 개선할 수 있다. 상기 스판덱스 폐사는 뭉치 형태로 버려지는바, 이를 1~5mm 정도의 크기로 절단하여 사용할 수 있다.
상기 스판덱스 폐사는 건축자재 내 0.1~5중량부의 범위로 포함됨이 바람직한데, 0.1중량부 미만으로 포함되면 그 효과가 미미하고, 5중량부를 초과하여 포함되면 분산성이 좋지 못할 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명에 의한 건축 자재는 이외 안정제, 안료 등의 공지된 다양한 첨가제를 더 포함할 수 있음은 당연한바, 그 실시를 제한하지 않는다.
상기와 같이 조성되는 본 발명의 건축자재는 앞서 설명된 바와 같이, 품질이 우수하면서도, 버려지는 폐자원의 재활용률이 높아 환경오염을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 의한 건축자재의 제조방법에 대하여 설명한다. 다만, 앞서 건축자재의 설명시 설명된 내용은 중복을 피하기 위하여 생략한다.
본 발명에 이한 건축자재의 제조방법은, 도 1에서와 같이, 폐합성수지 100중량부, 섬유질 충전제 30~80중량부 및 산화마그네슘 5~10중량부를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 혼합물을 압출기에서 150~170℃로 가열, 용융하는 단계와, 상기 용융된 용융물을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
폐합성수지
100중량부
, 섬유질 충전제 30~
80중량부
및 산화마그네슘 5~
10중
량부를 혼합하는 단계.
먼저, 폐합성수지, 섬유질 충전제, 산화마그네슘을 혼합한다. 여기서, 상기 폐합성수지는 폐폴리에틸렌, 폐폴리프로필렌 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있는데, 폐기된 합성수지를 세척 및 건조하고, 이를 2~3mm 정도의 크기로 파쇄하여 사용하면 족하다.
아울러, 상기 섬유질 충전제는 왕겨, 옥수수 껍질, 옥수수대, 팜열매 껍질, 코코아 껍질 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있는데, 상기 섬유질 충전제 역시 세척 및 건조 후 0.1~2mm 정도로 파쇄하여 사용하면 족하다.
그리고 상기 산화마그네슘은 200~400mesh 정도의 입도의 것을 준비하여 혼합한다.
이때, 필요에 따라 이산화티탄 0.1~5중량부, 그래핀 플레이크 0.1~5중량부, 스판덱스 폐사 0.1~5중량부 중 1종 이상을 더 혼합할 수 있는데, 상기 이산화티탄은 입경이 1~50nm인 것을, 상기 그래핀 플레이크는 두께 0.1~10nm, 면적 0.1~100㎚2의 크기인 것을 사용하며, 상기 스판덱스 폐사 1~5mm 정도로 입도로 절단하여 사용한다.
상기 혼합된 혼합물을 압출기에서 150~170℃로 가열, 용융하는 단계
다음으로, 상기 혼합된 혼합물을 압출기에서 150~170℃로 가열하여 융용한다. 이때, 가열온도를 150~170℃로 하는 이유는, 가열온도가 너무 낮으면 폐합성수지의 용융이 어렵고, 170℃를 초과하면 섬유질 충전제가 탄화되기 때문이다.
상기 용융된
용융물을
성형하는 단계
다음으로, 상기 용융된 용융물을 각 건축자재의 형상, 크기에 맞게 적절한 방법으로 성형한다. 이러한 성형방법은 이 기술이 속하는 분야에서 충분히 공지된 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같은 방법으로 제조되는 본 발명의 건축자재는 폐합성수지를 주재로 하여 자원 재활용률이 높을 뿐 아니라, 제조공정이 간단하여 제조비용이 저렴하면서도, 품질이 우수한 건축자재의 생산이 가능하다는 장점이 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
(실시예 1)
폐 폴리프로필렌과 연질 폐 폴리에틸렌이 5:5 중량비로 혼합된 폐합성수지를 준비하고, 이를 깨끗이 세척, 건조한 후, 2mm 정도의 크기로 파쇄하였다. 그리고 왕겨 역시 깨끗이 세척, 건조한 후, 1mm 정도의 크기로 파쇄하였으며, 250~300mesh 정도의 입도를 갖는 산화마그네슘을 준비하였다.
상기 폐합성수지 100중량부에 왕겨 60중량부, 산화마그네슘 5중량부를 혼합하고, 압출기에서 160℃로 가열하여 폐합성수지를 충분히 용융시킨 후, T-die로 인조 판재의 형태로 압출하여, 진공 사이징 후 냉각방식으로 고형화시켰다. 제조된 판재의 규격은 두께 15mm, 너비 800mm, 길이 2000mm였다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일하게 실시하되, 이산화티탄 1중량부, 그래핀 플레이크 1중량부를 더 혼합하였다. 이때, 상기 이산화티탄은 입경이 30~50nm인 것을 사용하였고, 상기 그래핀 플레이크는 두께 8~10nm, 면적 80~100㎚2의 크기인 것을 사용하였다.
(실시예 3)
실시예 2와 동일하게 실시하되, 스판덱스 폐사 1중량부를 더 혼합하였다. 이때, 상기 스판덱스 폐사는 2mm 정도의 입도로 절단된 것을 사용하였다.
(비교예 1)
신재 폴리프로필렌과 신재 연질 폴리에틸렌이 5:5 중량비로 혼합된 합성수지100중량부를 준비하고, 이에 왕겨 60중량부를 혼합한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 판재를 제조하였다.
(시험예 1)
상기한 시편의 인장강도, 굽힘강도 및 열팽창 계수를 측정하였다 이때, 인장강도는 KSM 3006-193 1호형, 굽힘강도는 KSM 3008-83, 열팽창 계수는 KSM 3015-97에 따라 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 |
| 인장강도 (N/㎟) | 13.8 | 14.0 | 14.6 | 13.5 |
| 굽힘강도 (N/㎟) | 22.5 | 23.3 | 24.5 | 22.1 |
| 열팽창 (20∼80℃) | 5.85×10-5 | 5.22×10-5 | 4.58×10-5 | 5.65×10-5 |
상기한 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 건축자재는 강도 및 열팽창 등의 물리적 성질이 우수함을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
Claims (6)
- 폐합성수지 100중량부, 섬유질 충전제 30~80중량부 및 산화마그네슘 5~10중량부를 포함하되,
상기 폐합성수지는 폐폴리에틸렌, 폐폴리프로필렌 중 1종 이상의 것이고,
상기 섬유질 충전제는 왕겨, 옥수수 껍질, 옥수수대, 팜열매 껍질, 코코아 껍질 중 1종 이상의 것이며,
이산화티탄 0.1~5중량부, 그래핀 플레이크 0.1~5중량부 또는 이들 모두를 더 포함하되,
상기 이산화티탄은 입경이 1~50nm이고,
상기 그래핀 플레이크는 두께 0.1~10nm, 면적 0.1~100㎚2의 크기인 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 이용한 건축자재.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
스판덱스 폐사 0.1~5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 이용한 건축자재.
- 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 건축자재는 벽돌, 차음벽, 바닥재 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 이용한 건축자재.
- 폐합성수지 100중량부, 섬유질 충전제 30~80중량부 및 산화마그네슘 5~10중량부를 혼합하는 단계와,
상기 혼합된 혼합물을 압출기에서 150~170℃로 가열, 용융하는 단계와,
상기 용융된 용융물을 성형하는 단계를 포함하되,
상기 폐합성수지는 폐폴리에틸렌, 폐폴리프로필렌 중 1종 이상의 것이고, 상기 섬유질 충전제는 왕겨, 옥수수 껍질, 옥수수대, 팜열매 껍질, 코코아 껍질 중 1종 이상의 것이며,
상기 혼합하는 단계에서,
이산화티탄 0.1~5중량부, 그래핀 플레이크 0.1~5중량부, 스판덱스 폐사 0.1~5중량부 중 1종 이상을 더 혼합하되,
상기 이산화티탄은 입경이 1~50nm이고,
상기 그래핀 플레이크는 두께 0.1~10nm, 면적 0.1~100㎚2의 크기인 것을 특징으로 하는 폐합성수지를 이용한 건축자재의 제조방법. - 삭제
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