KR102304676B1

KR102304676B1 - 미세먼지 저감효과와 콘크리트 백화방지 기능을 가지는 나노솔루션의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 나노솔루션, 나노솔루션을 포함하는 콘크리트 조성물 및 나노솔루션을 이용한 입상체를 포함하는 보도블록용 담체

Info

Publication number: KR102304676B1
Application number: KR1020200122001A
Authority: KR
Inventors: 이남익; 이현성; 김정환
Original assignee: 한일콘크리트 주식회사
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-09-27

Abstract

본 발명은 나노솔루션의 제조방법은 프리레진(pre-resin)을 마련하는 단계; 상기 프리 레진을 폴리디메틸실록산으로 표면개질하는 단계; 표면 개질된 프리레진을 건조하여 프리레진 분말을 수득하는 단계; 프리레진 분말과 아나타제형 이산화타이타늄 분말을 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계; 및 상기 혼합분말을 용제에 분산시키는 단계;를 포함하는 나노솔루션의 제조방법에 관한 것이다.

Description

미세먼지 저감효과와 콘크리트 백화방지 기능을 가지는 나노솔루션의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 나노솔루션, 나노솔루션을 포함하는 콘크리트 조성물 및 나노솔루션을 이용한 입상체를 포함하는 보도블록용 담체 {METHOD OF MANUFACTURING NANO SOLUTION HAVING FUNCTION OF REDUCING FINE DUST AND PREVENTING WHITENING OF CONCRETE, NANO SOLUTION MANUFACTURED BY THE METHOD, CONCRETE COMPOSITION INCLUDING THE NANO SOLUTION, AND SUPPORT FOR A SIDEWALK BLOCK INCLUDING USING THE NANO-SOLUTION}

본 발명은 미세먼지 저감효과와 콘크리트 백화방지 기능을 가지는 나노솔루션의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 나노솔루션, 상기 나노솔루션을 포함하는 콘크리트 조성물 및 콘크리트 조성물에 의한 콘크리트 구조체를 수용하는 보도블록용 담체에 관한 것이다.

미세먼지(Particulate Matter: PM)는 그 크기가 수 마이크로미터(㎛) 수준에 불과하여 눈에 보이지 않을 정도로 입자가 작은 먼지이다. 일반적으로 미세먼지는 아황산가스, 질소산화물, 납, 오존, 일산화탄소 등을 포함한다.

우리나라 대기 중 이산화질도 농도는 도로변의 경우 0.049~0.057ppm으로서 환경부 대기환경기준 0.03ppm을 상회하고 있으며, 대기오염의 주요 물질인 질소산화물의 경우, 도로 및 비도로 이동오염원이 53.1%로 가장 많이 차지하고 있다.

미세먼지에 포함된 질소산화물(NO_x)을 제거하기 위한 다양한 기술이 제안되고 있으며, 대표적인 도심지에서 가장 많이 볼 수 있는 콘크리트 구조체에 이산화티탄과 같은 광촉매 물질을 혼입하는 기술이다.

구체적으로 살펴보면, 등록특허 제10-0747054호(선행 1)에서는 백운석가루와 백시멘트와 색소와 광촉매제가 혼합된 표층부가 기층부 외부에 8~10mm의 두께로 형성된 광촉매 보도 블록을 제안하고 있으며, 제10-1092568호(선행 2)에서는 시멘트 19~23 중량%, 석분 48~51 중량%, 모래24~28 중량%, 및 수용성 접착제 1~2 중량%를 물 2~3 중량%와 혼합하여 형성한 몸체부; 및 백시멘트 43~48 중량%, 모래 19~26 중량%, 유리가루 12~16 중량%, 및 TiO 2 1~3 중량%를 물 14~16 중량%와 혼합하여 형성한 표피부;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 보도블록을 제안하고 있다. 또는, 등록특허 제10-2149282호(선행 3)에서는 광촉매가 함침된 폐각을 골재로 사용한 미세먼지 및 표면오염저감과 대기정화기능을 가지는 콘크리트 보차도블록을 제안하고 있다.

상술한 제안 방법들은 광촉매들이 주로 콘크리트 구조체의 내부에 위치하여 광촉매의 투입량에 비해 실질적으로 대기정화 효과가 미미하며, 콘크리트 구조체의 내부로는 빛이 투과하지 못하여 내부의 광촉매들은 광촉매 효과에 기여하지 못하고, 광촉매의 함유량 증가가 콘크리트 구조체의 강도를 저하시키는 문제가 있다.

본 발명의 일 목적은 콘크리트 구조체의 표면의 미세기공에 광촉매 입자가 유입됨으로써 미세기공에 의해 증가된 유효 표면적에서 광촉매 반응이 일어날 수 있도록 할 수 있으며, 동시에 적용되는 콘크리트 구조체의 백화를 저감할 수 있는 나노 솔루션을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상술한 나노 솔루션의 제조시에 아나타제형 이산화티탄의 분산 문제를 해결할 수 있는 나노 솔루션의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적 중 하나는 이와 같이 제조된 나노 솔루션을 포함하는 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 중 다른 하나는 나노 솔루션을 포함하는 콘크리트 조성물에 의해 제조된 콘크리트 구조체를 구의 형태로 내부에 수용하는 보도블록용 담체를 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

위와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노솔루션의 제조방법은 나노솔루션의 제조방법은 프리레진(pre-resin)을 마련하는 단계; 상기 프리 레진을 폴리디메틸실록산으로 표면개질하는 단계; 표면 개질된 프리레진을 건조하여 프리레진 분말을 수득하는 단계; 프리레진 분말과 아나타제형 이산화타이타늄 분말을 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계; 및 상기 혼합분말을 용제에 분산시키는 단계;를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 나노조성물은 용제, 상기 용제에 분산되는 폴리디메틸실록산으로 표면개질된 프리레진, 및 상기 용제에 분산되는 아나타제형 이산화타이타늄을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 조성물은 보통포틀랜드 시멘트 및 고로슬래그 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 결합재 100 중량부에 대하여, 잔골재 또는 입도 0.6~5.2 mm 규사 350~600 중량부, 혼합수 20~30 중량부, 혼화재 0.5~2.0 중량부, 및 1 ~ 6 중량부의 나노솔루션을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도블록용 담체는 원뿔대 형상의 하우징과, 하우징의 상하부에 위치하며 투수구를 가지는 커버를 포함하고, 하우징 내측에는 나노솔루션을 이용한 입상체가 포함한다. 이때, 상기 나노솔루션은 폴리디메틸실론산으로 표면개질된 프리레진과, 아나타제형 이산화타이타늄을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노 솔루션의 폴리디메틸실록산으로 표면개질된 프리레진을 제조한 후 이를 건조한다. 그 다음 건조된 표면개질된 프리레진과 아나타제형 이산화티탄을 혼합분말을 제조한 후에 이것을 용제에 혼합함으로써 이산화티탄이 고르게 분산된 나노솔루션을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션은 폴리디메틸실록산으로 표면개질된 프리레진과 아나타제형 이산화티탄을 함께 이용함으로써 나노솔루션이 콘크리트 표면에 적용될 경우 미세기공으로 프리레진과 함께 아나타제형 이산화티탄이 유압됨으로써 광촉매 반응이 일어나는 유효면적이 증가하여 광촉매에 따른 정화효과가 증대된다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션은 콘크리트 구조체의 표면에 미세기공을 따라 피막을 형성함으로써 물이 콘크리트 구조체로 침투하여 시멘트와 물의 화학반응에 따른 백화현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 조성물은 나노조성물과 함께 흡착물질을 혼입함으로써 콘크리트 내에서 나노솔루션의 분산성을 향상시켰으며, 나아가 흡착물질이 콘크리트 구조체 표면의 미세기공을 유도하여 광촉매 반응이 일어나는 표면적을 증가시킬 수 있다.

마지막으로 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도블록용 담체는 원뿔대 형상의 하우징과, 하우징의 상하부에 위치하며 투수구를 가지는 상하 커버를 포함하고, 하우징의 내측에는 나노솔루션을 이용한 입상체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 보도블록용 담체는 보도블록에 설치되며, 공기의 유출입에 따라 공기 중에 포함되어 있는 미세먼지를 정화한다. 또한, 투수구를 통해 유입되는 빗물 내지 물에 의해 일정간격으로 입상체의 표면이 씻겨나가도록 하여 보도블록용 담체의 정화 능력이 유지되도록 할 수 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 솔루션의 제조방법의 개략적 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 솔루션의 제조방법에서 이용되는 폴리디메틸실록산으로 표면개질된 프리레진의 모식도이다.
도 3은 폴리디메틸실록산에 아나타제형 이산화티탄 분말을 단순히 혼합한 비교예 1과 폴디메틸실록산을 표면개질된 폴리우레탄 프리레진을 건조한 분말과 아나타제형 이산화티탄 분말을 선믹싱한 다음에 용제에 첨가한 실시예 1의 시간에 따른 아나타제형 이산화티탄 분말의 침지 여부를 확인한 것이다.
도 4는 도 3의 비교예 1과 실시예 1을 콘크리트 구조체에 적용할 경우의 침투깊이를 측정한 결과이다.
도 5는 일반 콘크리트 블록과 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 이용하여 코팅한 콘크리트 블록의 사진이다.
도 6은 일반 콘크리트 블록과 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 이용하여 코팅한 콘크리트 블록의 광촉매 성능을 측정하는 실험 장면을 촬용한 것이다.
도 7은 일반 콘크리트 블록의 UV 조사 시간에 따른 질소산화물 제거 성능을 측정한 것이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 이용하여 코팅한 콘크리트 블록의 UV 조사 시간에 따른 질소산화물 제거 성능을 측정한 것이다.
도 9는 일반 콘크리트 블록과 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 이용하여 코팅한 콘크리트 블록의 백화 여부를 테스트 한 것이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 구조체의 광촉매 성능을 측정한 것으로서, (a)는 나노솔루션만 혼합한 경우, (b)는 나노솔루션과 함께 흡착물질을 같이 혼합한 경우의 광촉매 성능을 측정한 것이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도블록용 담체가 설치된 보도블럭을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도블록용 담체의 개략적 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도 블록용 담체의 개략적 분해 사시도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도 블록용 담체를 보도블럭에 설치하는 것을 설명하기 위한 개략적 참고도이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

폴리디메틸실록산(PDMS)을 필름 형태로 제조하여 미세먼지 집진에 이용하였다. 하지만 폴리디메틸실록산을 단순히 이용할 경우 콘크리트 구조체의 미세기공까지 유입되기 어렵고, 무엇보다 아나타제형 이산화타이타늄이 제대로 분산되지 않는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 아래와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노솔루션의 제조방법을 제안하고자 한다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 솔루션의 제조방법의 개략적 플로우 차트이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노솔루션의 제조방법은 프리레진(pre-resin)을 마련하는 단계; 상기 프리 레진을 폴리디메틸실록산으로 표면개질하는 단계; 표면 개질된 프리레진을 건조하여 프리레진 분말을 수득하는 단계; 프리레진 분말과 아나타제형 이산화타이타늄 분말을 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계; 및 상기 혼합분말을 용제에 분산시키는 단계;가 포함되어 수행된다.

먼저, 프리레진(pre-resin)을 마련하는 단계가 수행된다. 프리 레진으로는 폴리우레탄 프리레진 또는 멜라민 프리레진을 이용할 수 있다.

한편, 콘크리트 구조체에는 표면에 다수의 기공이 있으며, 기공들은 10 ~ 100,000 nm의 크기 분포를 가지는 것으로 알려져있다. 이 중 크기가 400 nm 이하인 기공을 미세기공으로 분류할 수 있다. 폴리우레탄 프리레진 또는 멜라민 프리레진의 입자의 크기는 표면 개질후에도 미세기공에 유입될 수 있도록 100 nm 이하의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

그 다음 프리 레진은 도2와 같이 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 표면개질하는 단계가 수행된다. 즉, 프리레진 입자를 폴리디메틸실록산이 둘러싸게 된다. 프리레진 입자를 폴리디메틸실록산으로 표면개질하는 단계는 다음과 같다. 먼저, 테트라에틸오로소실리케이트(tetraethyl-orthosilicate; TEOS)를 가수분해하고, 테트라에틸오로소실리케이트의 가수분해 생성물 및 폴리디메틸실록산를 함께 프리 레진과 반응시킨다.

구체적으로 살펴보면, 용액에 분산되어 있는 프리 레진을 1,000ml 반응기에 준비한다. 다른 반응기에는 다른 반응기에 테트라에틸오르소실리케이트(Testraethyl- ortho-silicate, TEOS) 224g, 물 108g 과 에탄올 276g을 혼합한 후, 염산을 첨가하여 pH 2 조건에서 교반하여 테트라에틸오르소실리케이트를 가수분해하였다. 제조된 테트라에틸오르소실리케이트 가수분해 생성물 40g과 프리레진 100g 을 혼합한 후, 중량평균분자량 550인 폴리디메틸실록산 (PDMS) 2g을 추가로 첨가하고, 암모늄하이드록사이드를 첨가하여 pH 11 로 조절하여 1시간 정도 반응을 진행시킨 후, 상온에서 3시간 동안 추가 반응시킴으로써 프리 레진의 표면을 폴리디메틸실록산을 개질한다. 표면개질된 프리레진의 입자크기는 150nm 이하인 것이 바람직하다.

다음으로 표면개질된 프리레진을 건조하여 프리레진 분말을 수득하는 단계가 수행된다. 프리레진을 건조한 후에 건조된 프리레진을 분쇄하는 과정이 추가될 수 있다. 건조 및/또는 분쇄는 공지의 방법을 이용할 수 있다.

그 다음 프리레진 분말과 아나타제형 이산화타이타늄 분말을 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계가 수행한 후 혼합분말을 용제에 분산시킨다. 이처럼 혼합분말을 먼저 제조한 후에 용제에 분산시켜야 아나타제형 이산화타이타늄이 고르게 분산된다.

프레레진 분말과 아나타제형 이산화타이타늄 분말의 혼합 비는 질량을 기준으로 1.5:1 내지 2.5:1의 비율로 혼합될 수 있다. 후에 설명하기 위한 각종 실험에서는 2:1을 기준으로 혼합하였다. 용제로는 자일렌(xylene)을 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 혼합분말을 용제에 분산시키는 단계에서는 호머믹서로 최소한 8,000 rpm 이상의 속도로 혼합하는 것이 바람직하다. 8,000 rpm 미만으로 혼합한 경우 제조된 나노솔루션에서 아나타제형 이산화타이타늄이 분리되는 현상이 발견되었다. 호머믹서의 속도가 10,000 rpm을 초과하는 경우에는 속도에 비해 큰 효과 증대가 없다. 따라서 혼합분말을 용제에 분산시키는 단계에서는 호머믹서로8,000 ~ 10,000 rpm의 속도로 혼합하는 것이 바람직하다.

도 3은 폴리디메틸실록산에 아나타제형 이산화티탄 분말을 단순히 혼합한 비교예 1과 폴디메틸실록산을 표면개질된 폴리우레탄 프리레진을 건조한 분말과 아나타제형 이산화티탄 분말을 선믹싱한 다음에 용제에 첨가한 실시예 1의 시간에 따른 아나타제형 이산화티탄 분말의 침지 여부를 확인한 것이다.

도 3을 참조하면, 비교예 1의 경우 시간이 지남에 따라 아나타제형 이산화티탄 분말이 용제에서 분리되어 침강하는 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 실시예 1의 경우에는 시간이 흐르더라도 아나타제형 이산화티탄 분말이 용제에서 분리되지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노솔루션의 제조방법의 경우 폴리디메틸실록산으로 표면개질된 프리레진 분말과 아나타제형 이산화티탄 분말이 용제에 우수하게 분산되는 것을 알 수 있다.

도 4는 도 3의 비교예 1과 실시예 1을 콘크리트 구조체에 적용할 경우의 침투깊이를 측정한 결과이다.

침투 깊이는 KS F 4930 "콘크리트 표면 도포용 액상형 흡수방지재" 시험방법에 준하여 제작된 시편에 스프레이방법으로 용액을 도포하여 양생한 후 시료를 절단하여 침투된 깊이를 측정하였으며, 표면 6개소 측정 후 평균값으로 측정을 수행하였다.

도 4를 참조하면, 비교예 1의 나노솔루션(폴리디메틸실록산에 아나타제형 이산화티탄 분말을 단순 혼합한 경우)에는 아나타제형 이산화티탄 분말의 뭉침현상과 폴리디메틸실록산 자체의 미세기공에 대한 침투율이 낮아서 측정된 침투깊이가 0.8 ~ 1.2 mm에 불과하다. 하지만, 실시예 1의 나노솔루션(본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 경우)에는 아나타제형 이산화티탄 분말의 분산성이 높고 뭉침현상이 없으며, 폴리디메틸실록산으로 표면개질된 프리레진의 미세기공에 대한 침투율이 높아서 측정된 침투깊이가 2.9 ~ 4.5 mm 까지 침투가 되는 것을 확인할 수 있었다.

특히, 실시예 1의 나노솔루션은 미세기공의 표면을 따라 코팅층을 형성하므로 아나타제형 이산화티탄이 노출되는 유효 표면적이 증가되는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예의 나노솔루션을 이용하여 콘크리트 구조체의 표면에 코팅층을 형성할 경우 표면 강화 기능이 있다. 아래의 표 1은 나노솔루션으로 코팅하지 않은 콘크리트 구조체(Plain)와, 폴리우레탄 프리 레진을 이용한 나노솔루션으로 코팅한 콘크리트 구조체, 멜라민 프리 레진을 이용한 나노솔루션으로 코팅한 콘크리트 구조체의 마모감량과 마모깊이를 측정한 것이다. 마모량과 마모깊이는 KS F 2813(건축재료 및 건축 구성부품의 마모시험방법)에 준하여 측정하였다. 이용한 콘크리트 구조체의 강도는 18MPa이 었다.

코팅은 이물질이 제거된 콘크리트 구조체의 표면에 스프레이건을 이용하여 나노솔루션을 분사(분사 조건: m²당 0.3~0.6L, 1bar의 압력, 2회 분사)하고, 1차 실내 양생은 500도시(양생 온도(℃)와 양생 시간(h)을 서로 곱한 값) 이상을 양생하여 코팅층을 형성하였다.

	Plain	폴리우레탄 나노솔루션	멜라민 나노솔루션
마모감량(mg/mm²)	3.62	3.24	2.95
마모깊이(mm)	1.45	1.22	1.12

▷마모감량,: W=W₀-W_n/A(㎎/㎟),

W₀=Mass before start of test(㎎)

W_n=Mass after n times revolutions(㎎),

A= Area of abrasion due to abrasion wheels(㎟)

▷마모깊이 : dn=W₀-W_n/A·β(㎜) , β= specimen's density

표 1을 참조하면, 나노솔루션으로 코팅시 코팅하지 않은 Plain보다 마모저항성이 증대되는 것으로 나타났으며, 특히, 멜라민 프리 레진을 이용한 나노솔루션이 가장 우수한 내마모성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 폴리우레탄 나노솔루션은 경제성이 우수하고, 멜라민 나노솔루션은 표면강화 효과가 우수하다.

도 5는 일반 콘크리트 블록과 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 이용하여 코팅한 콘크리트 블록의 사진이며, 도 6은 일반 콘크리트 블록과 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 이용하여 코팅한 콘크리트 블록의 광촉매 성능을 측정하는 실험 장면을 촬용한 것이다. 또한, 도 7은 일반 콘크리트 블록의 UV 조사 시간에 따른 질소산화물 제거 성능을 측정한 것이며, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 이용하여 코팅한 콘크리트 블록의 UV 조사 시간에 따른 질소산화물 제거 성능을 측정한 것이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 이용하여 코팅된 콘크리트 블록의 경우에는 시간이 UV를 조사하기 시작(약 125분 시점)하면 질소산화물이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이에 비해 일반 콘크리트의 경우 UV를 조사하는 것과 무관하게 질소산화물의 농도가 유지되는 것을 알 수 있다. 특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션에 의해 코팅층이 형성된 콘크리트 블록은 질소 산화물이 약 0.9 ppm에서 0.7 ppm 수준까지 감소하여 약 22.2% 의 감소율을 보였다.

도 9는 일반 콘크리트 블록과 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 이용하여 코팅한 콘크리트 블록의 백화 여부를 테스트 한 것이다.

시멘트 백화란 시멘트, 콘크리트 구조물 내에 존재하는 가용성 성분인 수산화칼슘, 알칼리 금속 등이 물에 용해되어 구조물의 표면으로 운반된 후 물이 증발되어 난용성염인 탄산칼슘 또는 가용성 알칼리 금속염의 형태로 석출되는 현상으로 흔히 백색을 나타내기 때문에 이 현상을 백화라 하며, 콘크리트 2차 제품의 표면미관을 손상시키는 주요원인이 된다.

백화 시험은 염화나트륨 용액 20%에 1주일간 침지 시킨 결과로서, 일반 콘크리트 블록에 비하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 이용하여 코팅한 콘크리트 블록의 에서는 백화가 저감되는 것으로 나타났다. 즉, 콘크리트 구조체의 미세기공에 침투 코팅된 나노솔루션에 의해 콘크리트 블록의 수화조직이 치밀하게 되어 백화가 억제되는 것이다.

이상에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 콘크리트 구조체의 코팅층을 형성하는 역할로 사용한 경우를 설명한 것이다. 이와 달리 콘크리트 조성물에 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노조성물을 함께 이용하는 것도 가능하다. 이와 같이 나노조성물을 더 추가하여 제조되는 콘크리트 구조체는 표층부에 이용되는 용도로 사용될 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 구조체의 광촉매 성능을 측정한 것으로서, (a)는 나노솔루션만 혼합한 경우, (b)는 나노솔루션과 함께 흡착물질을 같이 혼합한 경우의 광촉매 성능을 측정한 것이다. 광촉매 성능은 ISO 22197-1;2007 "Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) ― Test method for air-purification performance of semiconducting photocatalytic materials ― Part 1: Removal of nitric oxide" 방법에 의해 평가하였다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 콘크리트 조성물은 결합재, 골재 및 물로 이루어진 일반적인 콘크리트 조성물에 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노솔루션을 추가하도록 구성될 수 있다. 나아가 나노솔루션에 더불어 흡착물질을 더 추가할 수 있다. 이때, 혼화재는 공지의 것을 이용할 수 있으며, 여기에서 자세한 설명은 생략하도록 한다.

구체적으로 살펴보면, 제1실시형태는 보통포틀랜드 시멘트 및 고로슬래그 시멘트로 이루어지 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 결합재 100 중량부에 대하여, 잔골재 또는 입도 0.6~5.2 mm 규사 350~600 중량부와, 혼합수 20~30 중량부, 혼화재 0.5~2.0 중량부로 콘크리트 조성물을 마련하고, 혼합수의 0.5 ~ 20 wt%를 나노솔루션으로 대체할 수 있다. 즉, 제1실시형태의 콘크리트 조성물은 보통포틀랜드 시멘트 및 고로슬래그 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 결합재 100 중량부에 대하여, 잔골재 또는 입도 0.6~5.2 mm 규사 350~600 중량부와, 혼합수 20~30 중량부, 혼화재 0.5~2.0 중량부, 1 ~ 6 중량부의 나노솔루션을 포함할 수 있다.

제2실시형태는 제1실시형태에서 추가로 결합재의 0.5 ~ 10 wt%를 흡착물질로 대체할 수 있다. 즉, 제2실시형태의 콘크리트 조성물은 결합재 및 흡착물질의 혼합물의 100중량부에 대하여, 잔골재 또는 입도 0.6~5.2 mm 규사 350~600 중량부와, 혼합수 20~30 중량부, 혼화재 0.5~2.0 중량부, 1 ~ 3 중량부의 나노솔루션을 포함하고, 결합재 및 흡착물질의 혼합물에서 흡착물질은 0.5 ~ 10 wt%를 차지하는 것이다. 흡착물질로는 세노스피어, 합성제올라이트, 규조토로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.

도 10(a)를 참조하면, 제1실시형태의 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 블록도 UV의 조사에 따라 광촉매 반응이 일어나 질소산화물 최대 제거율 10.3%의 정화능력을 가짐을 알 수 있다.

뿐만 아니라, 도 10(b)를 참조하면, 제2실시형태의 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 블록(흡착물질로 세노스피어 사용)은 제1실시형태의 그것보다 더 향상된 질소산화물 제거능력을 보여준다. 제2실시형태의 콘크리트 조성물로 제조된 콘크리트 블록은 질소 산화물의 최대 제거율이 17.4 %인 것을 확인할 수 있다 . 이는 흡착물질이 콘크리트 조성물에 포함될 경우 나노솔루션의 콘크리트 내의 분산성이 증가하며, 나아가 흡착물질에 의해 콘크리트 표면에 미세기공이 추가적으로 유도되어 표면적이 증가하기 때문이다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도블록용 담체가 설치된 보도블럭을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도블록용 담체의 개략적 사시도이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도 블록용 담체의 개략적 분해 사시도이며, 도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도 블록용 담체를 보도블럭에 설치하는 것을 설명하기 위한 개략적 참고도이다.

도 11 내지 도 14을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도블록용 담체에 대해서 설명하도록 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도블록용 담체(100)는 보도블럭(1)에 설치되어 미세먼지를 정화하는 역할을 수행한다.

구체적으로 살펴보면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보도블록용 담체(100)는 원뿔대 형상의 하우징(10)과, 하우징(10)의 상하부에 위치하며 투수구(21)를 가지는 커버(20)를 포함하고, 하우징(10) 내측에는 나노솔루션을 이용한 입상체(30)가 포함되는 것을 특징으로 한다.

입상체(30)는 2가지 방법으로 제조될 수 있다.

첫번째는 규사(4호)와 보통포틀랜드시멘트를 환형기에 투입하고, 보통포틀랜드시멘트에 대하여 10~25% 중량비의 나노솔루션을 분무하여 시멘트를 규사에 코팅한 후 양생하여 2~4mm 두께로 환형의 입상체를 제조하는 것이다. 두번째는 상술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 콘크리트 조성물을 이용하여 입상체를 제조하는 것이다.

하우징(10)과 커버(20)는 UV의 투과를 위해 투명한 아크릴이나 강화 유리를 이용하여 형성될 수 있다. 하우징(10)은 상부는 좁고 하면은 넓은 원뿔대 형상을 가질 수 있는데, 이는 도 14에서 보는 바와 같이, 보도블럭(1)의 꼭지점(또는 모서리)에 원뿔대 형상의 1/4(또는 1/2)에 대응 하는 홈을 형성해 놓고, 보도블럭(1)들을 조립할 때 보도블록용 담체(100)가 끼워 고정시키기 위함이다.

한편, 커버(20)에는 투수구(21)가 형성된다. 투수구(21)로는 비가 내리거나 물을 뿌리면 빗물이나 물이 유입된다. 유입되는 빗물 내지 물에 의해 입상체(30)가 씻겨나가게 되어 보도블록용 담체(100)의 정화능력이 일정수준으로 유지된다. 이를 위해 투수구(21)는 상부와 하부 커버에 모두 형성된다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims

나노솔루션의 제조방법은 프리레진(pre-resin)을 마련하는 단계;
상기 프리레진을 폴리디메틸실록산으로 표면개질하는 단계;
표면개질된 프리레진을 건조하고 분쇄하여 프리레진 분말을 수득하는 단계;
프리레진 분말과 아나타제형 이산화타이타늄 분말을 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계; 및
상기 혼합분말을 용제에 분산시키는 단계;를 포함하고,
상기 혼합분말을 용제에 분산시키기 전에 상기 프리레진 분말과 상기 이산화타이타늄 분말을 혼합함으로써 상기 혼합분말의 상기 용제에 대한 분산성이 향상되며,
상기 혼합분말을 제조하는 단계에서 프레레진 분말과 아나타제형 이산화타이타늄 분말의 혼합 비는 질량을 기준으로 1.5:1 내지 2.5:1의 비율로 혼합되며,
상기 프리레진은 멜라민인 것을 특징으로 하는 나노솔루션의 제조방법.
용제, 상기 용제에 분산되는 폴리디메틸실록산으로 표면개질된 프리레진, 및 상기 용제에 분산되는 아나타제형 이산화타이타늄을 포함하는 나노솔루션으로서:
상기 나노솔루션은, 프리레진(pre-resin)을 마련하는 단계; 상기 프리 레진을 폴리디메틸실록산으로 표면개질하는 단계; 표면 개질된 프리레진을 건조하고 분쇄하여 프리레진 분말을 수득하는 단계; 프리레진 분말과 아나타제형 이산화타이타늄 분말을 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계; 및 상기 혼합분말을 용제에 분산시키는 단계;를 포함하는 나노솔루션의 제조방법에 의해 제조되며,
상기 혼합분말을 제조하는 단계에서 프레레진 분말과 아나타제형 이산화타이타늄 분말의 혼합 비는 질량을 기준으로 1.5:1 내지 2.5:1의 비율로 혼합되고,
상기 프리레진은 멜라민인 것을 특징으로 하는 나노솔루션.
보통포틀랜드 시멘트 및 고로슬래그 시멘트로 이루어진 군에서 선택되는 적 어도 어느 하나인 결합재 100 중량부에 대하여, 잔골재 또는 입도 0.6~5.2 mm 규사 350~600 중량부, 혼합수 20~30 중량부, 혼화재 0.5~2.0 중량부, 및 1 ~ 6 중량부의 나노솔루션을 포함하고,
상기 나노솔루션은, 프리레진(pre-resin)을 마련하는 단계; 상기 프리레진을 폴리디메틸실록산으로 표면개질하는 단계; 표면개질된 프리레진을 건조하고 분쇄하여 프리레진 분말을 수득하는 단계; 프리레진 분말과 아나타제형 이산화타이타늄 분말을 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계; 및 상기 혼합분말을 용제에 분산시키는 단계;를 포함하는 나노솔루션의 제조방법에 의해 제조되며,
상기 결합재의 0.5 ~ 10 wt%가 흡착물질로 대체되며, 상기 흡착물질은 세노스피어이고,
상기 프리레진은 폴리우레탄 또는 멜라민인 것을 특징으로 하는 콘크리트 조성물.
꼭지점 또는 모서리에 원뿔대 형상의 1/4 또는 1/2에 대응하는 홈이 형성된 보도블럭의 상기 홈에 끼워지는 원뿔대 형상의 하우징과, 하우징의 상하부에 위치하며 투수구를 가지는 커버를 포함하고, 하우징 내측에는 나노솔루션을 이용한 입상체가 포함되는 보도블록용 담체로서:
상기 나노솔루션은 폴리디메틸실론산으로 표면개질된 프리레진과, 아나타제형 이산화타이타늄을 포함하며,
상기 나노솔루션은, 프리레진(pre-resin)을 마련하는 단계; 상기 프리 레진을 폴리디메틸실록산으로 표면개질하는 단계; 표면 개질된 프리레진을 건조하고 분쇄하여 프리레진 분말을 수득하는 단계; 프리레진 분말과 아나타제형 이산화타이타늄 분말을 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계; 및 상기 혼합분말을 용제에 분산시키는 단계;를 포함하는 나노솔루션의 제조방법에 의해 제조되고,
상기 혼합분말을 용제에 분산시키기 전에 상기 프리레진 분말과 상기 이산화타이타늄 분말을 혼합함으로써 상기 혼합분말의 상기 용제에 대한 분산성이 향상되고,
상기 프리레진은 폴리우레탄 또는 멜라민인 것을 특징으로 하는 보도블록용 담체.
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