KR102234201B1 - 황토를 포함한 친환경 건축재료 조성물 - Google Patents

황토를 포함한 친환경 건축재료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 황토, 돌로마이트, 전분계 에멀젼, 에틸렌 글리콜 및 물로 이루어진 친환경 건축재료 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 건축재료 조성물은 접착력, 가공성 및 안전성이 우수하므로 환경친화성을 가진 건축용 접착제 및 접합제로 이용될 수 있을 것이다.

Description

황토를 포함한 친환경 건축재료 조성물{Composition for environmental-friendly construction material composition comprising loess}
본 발명은 황토를 포함한 친환경 건축재료 조성물에 관한 것이다.
건축물 시공 및 건축자재 제조 시 건축자재를 고정시키고 내구성을 증진시키기 위해 접착제 또는 접합제를 사용한다. 접착제는 흔히 목재, 금속, 플라스틱, 세라믹, 돌, 유리, 콘크리트 등을 포함하는 둘 이상의 재료들 또는 부착재들(adherents)을 접착시키거나 고착시키기 위해 사용되는데, 이러한 목적들을 위해 사용되는 접착제들은 용제(solvent)/레진(resin) 혼합물, 에폭시(epoxy), 라텍스(latex), 폴리우레탄(polyurethane), 실리콘(silicon), 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate), 아크릴릭(acrylic), 핫 멜트(hot melt) 등을 포함하는 광범위한 기술들을 토대로 제조된다. 그러나, 상기의 기술로 제조된 접착제에는 다량의 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound: VOC)이 함유되어 있으며 인화성, 부착재와의 불친화성(incompatibility), 긴 경화 시간, 불충분한 결합 강도(bond strength), 짧은 보존 수명(shelf lives) 등과 같은 단점이 있다. 또한, 접합제는 건축용 재료들간의 갈라진 틈을 메우거나 미장용으로 사용되는데, 종래에는 시멘트를 이용하여 벽돌 및 돌을 쌓고 방바닥 또는 내벽을 미장하였으나, 작업시 현장에서 작업자가 일일이 시멘트에 모래를 일정 비율로 혼합한 후 다시 물을 일정비율로 혼합·반죽하는 과정을 반복하여 수행해야 하기 때문에 작업 시간이 길어질 수 있으며, 시멘트와 모래를 혼합할 때 석회성분이 포함된 시멘트 가루가 작업자의 호흡기로 흡입되어 호흡기 질환을 유발시키거나 피부가 거칠어지는 문제점이 발생할 수 있다. 종래에 사용되어 온 접합체 및 접착제는 건축 또는 인테리어 시공에 소요되는 재료비의 상당 부분을 차지하며 대부분 화학물질로 만들어지기 때문에 환경호르몬, 새집증후군 등의 문제를 유발하기도 한다.
최근에는 건물의 시공에 사용되는 건축재료 및 실내용 마감재(벽지, 바닥재, 창호재, 천장재, 페인트, 접착제, 실란트, 퍼티)에서 나온 발암물질 또는 유해물질에 의해 거주자들이 건강상의 문제나 불쾌감을 느끼는 현상인 새집증후군(Sick House Syndrome)이 사회문제로 대두되고 있다. 새집증후군의 원인 중 하나인 휘발성 유기화합물에는 포름알데하이드, 톨루엔, 자일렌 등이 있으며, 이 중 포름알데하이드는 포르말린(formalin)의 휘발 물질로 건축자재와 접착제에 많이 사용되고, 톨루엔, 자일렌 등의 벤젠류 화합물은 도료 등에 포함되어 있는 유해한 화학물질이다. 이외에도 건축 시 발생하는 라돈, 석면, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소산화물, 오존, 미세먼지, 부유세균 등과 같은 유해물질들이 건물 밖으로 배출되지 못하고 실내에 축적되어 새집증후군의 원인이 되기도 한다. 이러한 유해물질들은 짧은 기간 동안 노출되어도 두통, 눈, 코, 목에 자극을 주고 헛기침, 가려움증, 현기증, 매스꺼움, 집중력 저하, 피로감, 취기에 대한 민감성이 나타날 수 있으며, 장기적으로 노출되었을 경우에는 호흡기 질환, 급성폐렴, 고열, 심장병, 암 등과 같은 각종 질병들이 유발될 수 있는 것으로 보고되고 있다.
이러한 건축용 재료에서 배출되는 유해물질에 의한 피해를 줄이기 위해, 환기를 자주하여 실내의 유해물질을 내보내거나 공기정화용품을 사용하여 유해물질을 제거하고 있으나, 환기나 공기정화용품을 이용한 방안은 실질적으로 새집증후군의 원인인 화학적 성분의 발생을 방지하는 것이 아니라 이미 발생된 유해성분을 일시적으로 제거하기 위한 방법이기 때문에 근본적인 대책 방안이 될 수 없으므로, 건축 자재를 유해물질이 포함되지 않은 친환경 소재로 대체하는 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
한편, 한국등록특허 제1160806호에는 '굴 껍질 분말을 이용한 건축용 접합제 조성물'이 개시되어 있고, 한국등록특허 제0196039호에는 '폴리아미드계 열용융형 접착제 조성물'이 개시되어 있으나, 본 발명의 황토를 포함한 친환경 건축재료 조성물에 대해서는 기재된 바가 없다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자들은 황토, 돌로마이트, 전분계 에멀젼, 에틸렌 글리콜 및 물의 혼합 비율을 조절하여 건축용 접착제 또는 접합제 용도에 적합한 최적의 혼합 비율 조건을 선정하였고, 상기 조건으로 제조된 접착제 또는 접합제에 유해물질이 함유되어 있지 않고 KS F 4932의 품질기준에 적합한 접착력을 가졌으며, 건설시공 시 가공성(workability)이 우수함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 황토, 돌로마이트, 전분계 에멀젼, 에틸렌 글리콜 및 물로 이루어진 친환경 건축재료 조성물을 제공한다.
본 발명의 건축재료 조성물은 천연재료인 황토를 사용하여 친환경적이면서 성능면에서도 우수한 접착 또는 접합의 효과를 나타내므로, 종래의 접합제(퍼티) 및 접착제(석고본드)를 대체하여 인체에 유해한 영향을 미치지 않는 친환경 건축재료로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 황토, 돌로마이트, 전분계 에멀젼, 에틸렌 글리콜 및 물로 이루어진 접착제를 사용하여 벽돌을 붙여본 사진이다.
도 2는 본 발명의 황토, 돌로마이트, 전분계 에멀젼, 에틸렌 글리콜 및 물로 이루어진 접착제를 대상으로 한국건설생활환경시험연구원(KCL)의 KS F 4932 품질시험검사를 수행한 결과를 나타낸 시험성적서이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 황토, 돌로마이트, 전분계 에멀젼, 에틸렌 글리콜 및 물로 이루어진 접합제의 위해성을 평가하여, 상기 접합제가 안전기준에 적합한지 여부를 확인한 안전확인대상생활화학제품 확인결과서이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 황토, 돌로마이트, 전분계 에멀젼, 에틸렌 글리콜 및 물로 이루어진 친환경 건축재료 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 친환경 건축재료 조성물은 건축용 접착제 또는 접합제 등으로 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 접착제는 건축용 자재들을 건축 부재(部材; 벽, 바닥, 기둥, 보, 계단 등)에 붙일 때 사용할 수 있으며, 퍼티(putty)용, 미장용, 접착용 등으로 활용 가능하다. 또한, 본 발명의 접합제는 갈라진 틈이나 구멍을 메우기 위한 보수용(카트리지), 매지(줄눈; 소세지 타입)용으로 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는 내외장 마감재, 내외부 벽면의 크렉부위 보수, 움직임이 없는 내외부 고정 문틀·창틀·황토 벽돌·일반 벽돌·콘크리트 벽·바닥·나무·판넬 등의 접착, 갈라진 틈을 메우기 위한 글레이징·실링, 벽·바닥·미장 및 도장에 사용 가능하다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 친환경 건축재료 조성물에 있어서, 상기 접착제는 구체적으로, 조성물 100 중량%에 대해, 황토 20~27 중량%, 돌로마이트 45~52 중량%, 전분계 에멀젼 13~20 중량%, 에틸렌 글리콜 0.01~3 중량% 및 물 7~14 중량%로 이루어진 것일 수 있고, 더욱 구체적으로는 황토 23~24 중량%, 돌로마이트 48~49 중량%, 전분계 에멀젼 16~17 중량%, 에틸렌 글리콜 0.01~1 중량% 및 물 10~11 중량%로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 친환경 건축재료 조성물에 있어서, 상기 접합제는 구체적으로, 조성물 100 중량%에 대해, 황토 8~15 중량%, 돌로마이트 58~65 중량%, 전분계 에멀젼 9~16 중량%, 에틸렌 글리콜 0.01~1.5 중량% 및 물 11~19 중량%로 이루어진 것일 수 있고, 더욱 구체적으로는, 황토 11~12 중량%, 돌로마이트 61~62 중량%, 전분계 에멀젼 12~13 중량%, 에틸렌 글리콜 0.01~0.1 중량% 및 물 14~15.98 중량%로 이루어진 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 친환경 건축재료 조성물에 있어서, 상기 황토(loess)는 다공성 형태의 분자 구조를 이루고 있으며, 카탈라아제(catalase), 디페놀옥시다아제(diphenol oxidase), 프로테아제(protease) 및 사카라아제(saccharase)가 함유되어 있어 흙 속의 단백질을 아미노산으로 가수분해시키는 특징이 있다. 황토를 활용하여 습식양생과 압축결정체로 구성하여 주택의 벽체와 바닥재에 적용할 경우 여름철에는 냉방을, 겨울철에는 난방을 가동할 때 황토분자가 실내 온도와 체온이 일정할 때까지 냉기 또는 온기를 지속적으로 흡수하고 내부의 온도가 내려가면 이를 다시 환원(열을 내뿜음)하는 작용을 하며, 냉방 시 주거환경의 바람직한 습도 기준인 40~60%를 유지할 수 있으므로 쾌적한 수준의 습도가 자동으로 조절될 수 있을 뿐만 아니라 에너지 효율이 30% 정도 절감되는 장점이 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 친환경 건축재료 조성물에 있어서, 상기 황토는 일반 흙과 적토의 혼합물을 의미하는 것일 수 있고, 바람직하게는 점토, 마사토 및 적토를 3:3:4 비율로 혼합한 후 상기 혼합물을 100~325 메쉬(mesh)로 밀링 믹서하여 수득한 고운 황토 분말일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 점토, 마사토 및 적토를 적정 비율로 혼합하면 기존 황토의 기능과 동일한 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 친환경 건축재료 조성물에 있어서, 상기 돌로마이트(dolomite)는 결정질의 칼슘-마그네슘 탄산염(CaMg(CO3)2) 성분으로 이루어진 탄산염 광물 중 하나로 백운석 또는 고회석이라고도 불리며, 건축재료 조성물 내의 기포를 제거하고 강도를 증가시킬 수 있으며, 유해성분인 석고의 대체용으로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 친환경 건축재료 조성물에 있어서, 상기 전분계 에멀젼(starch emulsion)은 전분계 가루를 미세하게 분쇄한 후 분쇄한 전분계 가루(모노머)와 물(이온교환수)을 동량으로 혼합하여 고형분이 50.2%, pH 7인 조건으로 Tg(Glass Transition Temperature, 유리전이온도) 0℃ 이상에서 제조한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 전분계 가루는 감자가루, 옥수수가루, 찰옥수수가루, 고구마가루, 밀가루 또는 쌀가루일 수 있고, 바람직하게는 감자가루일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 전분계 에멀젼은 본 발명의 건축재료 조성물을 잘 굳게 하는 역할을 하며, 전분계 에멀젼 내에 고형분의 함량을 증가시키면 접착력을 높일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 친환경 건축재료 조성물에 있어서, 상기 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)은 투명하고 무색의 액체로, 본 발명의 건축재료 조성물을 천천히 굳게 하는 건조 지연제의 역할을 한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 친환경 건축재료 조성물에 있어서, 상기 물은 식수, 지하수 또는 수돗물 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 물은 촉매제 역할을 하며, 본 발명의 건축재료 조성물의 점성을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 친환경 건축재료 조성물은 포름알데하이드(formaldehyde), 아세트알데하이드(acetaldehyde), 나프탈렌(naphthalene), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate) 및 1-도데칸올(dodecanol)과 같은 유해성분들이 전혀 함유되어 있지 않아 인체에 무해하고, KS F 4932의 품질기준에 적합한 접착력이 있고, 페인트 도장이 가능하고, 경화 시 수축이 적고, 탄성 및 회복력이 거의 없고, 난연성·내수성·방수성 기능이 있고, 불에 잘 타지 않고 열에 강하여 화재 시 그을림이 없다는 특징이 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1. 친환경 건축재료 조성물 제조
1-1. 건축용 접착제 제조
하기 표 1에 나타난 바와 같이 다양한 비율로 황토, 돌로마이트, 전분계 에멀젼, 에틸렌 글리콜 및 물을 혼합하여 건축용 접착제를 제조한 후, 하기 표 2의 요건을 모두 충족하는 최적의 혼합 비율을 선정하였다.
그 결과, 23~24 중량%의 황토, 48~49 중량%의 돌로마이트, 16~17 중량%의 전분계 에멀젼, 0.01~1 중량%의 에틸렌 글리콜 및 10~11 중량%의 물을 혼합할 경우 표 2의 요건을 모두 충족할 수 있음을 확인하였다. 또한, 종래의 접착제는 벽에 사용할 경우 약 1~2.5cm, 바닥에 사용할 경우 약 5cm 이상의 두께로 도포하였으나, 본 발명의 접착제는 벽에 약 1~2mm, 바닥에 약 2cm의 두께로 얇게 도포하여도 접착력이 우수하였다(도 1).
접착제 조성
구분
 접착용 (중량%)
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비고
황토 23.7 21 26 색상, 기능
돌로마이트 48.5 51 46 강도
전분계 에멀젼 16.9 14 19 응집 및 접착
에틸렌 글리콜 0.8 0.8 0.8 지연제
물 10.1 13.2 8.2 촉매제
접착제가 갖춰야 할 요건

항목
 요건 충족 여부
실시예 1 비교예 1 비교예 2
1 유해성 성분이 포함되어 있지 않다 ● ● ●
2 접착력이 우수하다. ● × ●
3 크림 제형으로 유지가 가능하다. ● × ×
4 인장강도가 있다. ● × ×
5 포장 속에서 굳지 않는다. ● ● ×
6 건자재로서 압축강도가 우수하다. ● × ×
7 적당한 실내 온도(4~5℃)에서 보관이 가능하다. ● ● ●
8 시공 시 사용감이 부드럽다. ● × ×
9 나무, 벽돌, 판넬, 철, 유리 등에 모두 접착 가능하다. ● × ●
10 사용량에 따라 1~3일 이내에 굳는다. ● ● ×
11 벽이나 바닥에 모두 헤라 미장이 가능하다. ● ● ●
12 손이나 몸에 묻었을 시 물로 잘 씻어진다. ● ● ●
1-2. 건축용 접합제 제조
하기 표 3에 나타난 바와 같이 다양한 비율로 황토, 돌로마이트, 전분계 에멀젼, 에틸렌 글리콜 및 물을 혼합하여 건축용 접합제를 제조한 후, 하기 표 4의 요건을 모두 충족하는 최적의 혼합 비율을 선정하였다.
그 결과, 11~12 중량%의 황토, 61~62 중량%의 돌로마이트, 12~13 중량%의 전분계 에멀젼, 0.01~0.1 중량%의 에틸렌 글리콜 및 14~15.98 중량%의 물을 혼합할 경우 표 4의 요건을 모두 충족할 수 있음을 확인하였다. 본 발명의 건축재료 조성물은 황토와 전분계 에멀젼을 첨가하는 양에 따라 접착제 또는 접합제로 제조하여 사용이 가능하다는 특징이 있다.
접합제의 조성
구분
 접합용 (중량%)
실시예 2 비교예 3 비교예 4 비고
황토 11.4 9 14 색상, 기능
돌로마이트 61.8 64 58 강도
전분계 에멀젼 12.1 15 9 응집 및 접착
에틸렌 글리콜 0.08 0.08 0.08 지연제
물 14.62 11.92 18.92 촉매제
접합제가 갖춰야 할 요건

항목
 요건 충족 여부
실시예 2 비교예 3 비교예 4
1 유해성 성분이 포함되어 있지 않다 ● ● ●
2 점도와 접착력이 우수하다. ● ● ×
3 안전확인대상생활화학제품의 안전기준에 적합하다. ● ● ×
4 강도 및 인장강도가 있다. ● × ●
5 물성이 많아도 물처럼 흘러내리지 않는다. ● ● ×
6 물성이 적어도 빨리 굳지 않는다. ● × ×
7 적당한 실내 온도(4~5℃)에서 보관이 가능하다. ● ● ●
8 시공 시 사용감이 부드럽다. ● × ×
9 사용 후 잔량은 7일 이내에 다시 사용이 가능하다. ● ● ●
10 시공 후 떨어지거나 부스러지지 않는다. ● ● ×
11 DIY 제품에 잘 맞는다. ● × ×
12 손이나 몸에 묻었을 시 물로 잘 씻어진다. ● ● ●
실시예 1. 건축재료 조성물의 인장 접착 강도 및 안전성 분석
본 발명의 황토, 돌로마이트, 전분계 에멀젼, 에틸렌 글리콜 및 물로 이루어진 건축용 조성물의 인장 강도를 평가하기 위해 교면용 도막 방수재(KS F 4932)의 인장 접착 강도 실험(온도 20±2℃, 습도 65±20%)을 수행하였다.
그 결과, 인장 접착 강도(N/m2)가 0.4인 것으로 확인되었으며, 이를 통해 본 발명의 접착제가 KS F 4932의 품질기준에 적합한 접착력을 가진 접착제임을 알 수 있었다(도 2). 또한, 본 발명의 건축용 조성물은 수분 증발형이고, 곰팡이 제거가 가능하고, 비중(S/G)이 1.68±0.03이고, 움직임 허용치가 10% 미만이고, 시공가능 온도가 4~40℃이고, 시공 후 바로 경화되기 시작하여 표면 경화는 1일, 완전 경화되기까지는 3일이 필요하며, 불연성·내수성·방수성 기능이 있다는 것이 특징이다.
또한, 접착 및 접합 제품은 안전확인대상생활화학제품(위해성이 있다고 인정된 생활화학제품)으로 지정·고시되어 있으므로, 본 발명의 황토, 돌로마이트, 전분계 에멀젼, 에틸렌 글리콜 및 물로 이루어진 건축용 접합제가 안전확인대상생활화학제품 안전기준에 적합한 것인지 확인하기 위한 시험·검사를 수행한 결과, 본 발명의 접합제에서 포름알데하이드(formaldehyde), 아세트알데하이드(acetaldehyde), 나프탈렌(naphthalene), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate) 및 1-도데칸올(dodecanol)과 같은 유해성분들이 검출되지 않은 것을 확인하였고(도 3 및 도 4), 이를 통해 본 발명의 친환경 건축재료 조성물인 건축용 접착제 및 접합제가 안전확인대상생활화학제품의 안전기준에 적합한 제품임을 알 수 있었고, 인체에 유해한 영향을 미치지 않는 안전성이 우수한 건축재료의 개발에 활용될 수 있을 것으로 사료되었다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 조성물 100 중량%에 대해, 황토 23~24 중량%, 돌로마이트 48~49 중량%, 전분계 에멀젼 16~17 중량%, 에틸렌 글리콜 0.01~1 중량% 및 물 10~11 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 친환경 접착제 조성물.
  4. 조성물 100 중량%에 대해, 황토 11~12 중량%, 돌로마이트 61~62 중량%, 전분계 에멀젼 12~13 중량%, 에틸렌 글리콜 0.01~0.1 중량% 및 물 14~15.98 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 친환경 접합제 조성물.
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