KR102362300B1 - 폐석재를 활용한 친환경 복합 소재, 이를 이용하여 제조된 구조체, 및 이들의 제조 방법 - Google Patents

폐석재를 활용한 친환경 복합 소재, 이를 이용하여 제조된 구조체, 및 이들의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

친환경 복합 소재가 제공된다. 상기 친환경 복합 소재는, 오석 및 화강석의의 폐석재 및 폐미분말, 현무암 섬유를 포함하는 강화재, 증점제, 이형제, 저수축제, 및 UV 안정화제를 포함하는 첨가제, 열경화성 폴리에스테르, 열가소성 폴리에틸렌, 및 가소제를 포함하는 보강재, 및 경화제를 포함할 수 있다.

Description

폐석재를 활용한 친환경 복합 소재, 이를 이용하여 제조된 구조체, 및 이들의 제조 방법{eco-friendly composite material using waste stone, structure fabricated using the same, and fabricating method thereof}
본 출원은 폐석재를 활용한 친환경 복합 소재에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 폐석재, 폐미분말, 및 현무암 섬유를 포함하는 친환경 복합 소재, 이를 이용하여 제조된 구조체, 및 이들의 제조 방법에 관련된 것이다.
펜스는 도로 또는 인도의 경계 지역에 주로 설치되거나, 또는 공원, 하천에서 보행자의 안전을 위해, 경계지역에 주로 설치되고 있다.
펜스는 보행자의 안전을 확보하기 위해, 기본적으로 일정한 수준 이상의 기계적 강도를 가져야 하며, 이에 따라, 펜스의 기계적 특성을 향상시키기 위한 다양한 구조들이 개발되고 있다.
예를 들어, 대한민국 등록실용신안 공보 20-0482119에는 펜스의 경계로 사용되는 그물망을 지지대에 고정하여 사용하는 펜스용 지지대의 하부에 일정한 길이의 나사 가이드 홈이 서로 대칭적으로 구성되어지는 펜스용 지지대와, 상기 펜스용 지지대의 하부가 펜스 지지대 삽입공에 삽입 연결되어 고정되는 받침판은 바닥면에 콘크리트 바닥과 매설된 앵커볼트로 체결 및 고정하기 위한 다수개의 앵커볼트 공을 가지며, 원통측부에는 높이가 서로 다른 나사공을 대칭적으로 구성하여, 나사에 의하여 받침판에 구성된 나사공을 통하여 상기 받침판에 삽입된 펜스용 지지대의 하부에 구성된 나사 가이드 홈을 관통하고, 상기 가이드홈을 따라 작업에 필요한 펜스 지지대의 높이를 상하 조절하여 나사에 의해 서로 결합되는 펜스용 지지대에 있어서, 상기 나사 가이드 홈의 일정한 부분에 철근이 관통 될 수 있도록 철근 관통공이 서로 대칭적으로 구성 되어지며, 상기 철근 관통공에 일정한 크기의 철근이 관통되어 서로 중첩된 상태로 이루어져, 상기 받침대의 아래에 위치하여 서로 중첩된 일정한 크기의 철근이 콘크리트 바닥속으로 매설되어 콘크리트가 양생되면 철근과 연결된 펜스용 지지대를 더욱 견고하게 지지하도록 구성되어짐을 특징으로 하는 다용도 펜스용 지지대가 개시되어 있다.
한편, 펜스는 상술된 것과 같이 기계적 강도 외에도, 보행자에게 직접적으로 노출이 되기 때문에, 디자인 뿐만 아니라, 보행자에게 거부감을 줄 수 있는 소재의 사용이 지양된다.
본 출원이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기계적 특성이 향상된 친환경 복합 소재, 이를 이용하여 제조된 구조체, 및 이들의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 폐석재를 활용한 친환경 복합 소재, 이를 이용하여 제조된 구조체, 및 이들의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 심미감이 우수하고 천연 석재 질감을 갖는 친환경 복합 소재, 이를 이용하여 제조된 구조체, 및 이들의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 친환경적이고 내열성 및 내화학성이 우수한 친환경 복합 소재, 이를 이용하여 제조된 구조체, 및 이들의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 내부식성 및 내약품성이 우수한 친환경 복합 소재, 이를 이용하여 제조된 구조체, 및 이들의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 자외선에 대한 내구성 및 내후성이 향상된 친환경 복합 소재, 이를 이용하여 제조된 구조체, 및 이들의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 출원은, 친환경 복합 소재를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 친환경 복합 소재는, 오석 및 화강석의 폐석재 및 폐미분말, 현무암 섬유를 포함하는 강화재, 증점제, 이형제, 저수축제, 및 UV 안정화제를 포함하는 첨가제, 열경화성 폴리에스테르, 열가소성 폴리에틸렌, 및 가소제를 포함하는 보강재, 및 경화제를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 폐석재는 0.595~0.841mm이고, 상기 폐미분말은 0.044mm 이하인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 폐석재는 5wt%~10wt%이고, 상기 폐미분말은 20wt%~50wt%이고, 상기 현무암 섬유를 포함하는 강화재는 5wt%~15wt%이고, 상기 증점제는 0.1wt%~2wt%이고, 상기 이형제는 0.5wt%~5wt%이고, 상기 저수축제는 1wt%~3wt%이고, 상기 UV 안정화제는 3wt%~10wt%이고, 상기 열경화성 폴리에스테르는 13wt%~20wt%이고, 상기 열가소성 폴리에틸렌은 5wt%~8wt%인 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 친환경 복합 소재의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 친환경 복합 소재의 제조 방법은, 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 폐석재를 준비하는 단계, 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 석분을 포함하는 폐미분말을 준비하는 단계,
상기 폐석재 및 상기 폐미분말에 현무암 섬유를 포함하는 강화재를 혼합하고 증점제, 이형제, 저수축제 및 UV 안정화제를 첨가하고 혼합하여 기능성 필러를 제조하는 단계, 열경화성 폴리에스테르, 열가소성 폴리에틸렌, 가소제를 혼합하여 보강재를 제조하는 단계, 상기 보강재에 경화제를 혼합하여 1차 복합 소재를 제조하는 단계, 상기 기능성 필러에 상기 1차 복합 소재를 혼합하여 2차 복합 소재를 제조하는 단계, 및 상기 2차 복합 소재를 포함하는 소스 케이크를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 필러는 제조하는 단계에서, 상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제를 혼합 및 교반하는 방법은, V-mixer 또는 교반기 중에서 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 구조체의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 구조체의 제조 방법은, 상술된 실시 예들에 따른 친환경 복합 소재의 제조 방법에 따라서, 상기 소스 케이크를 제조하는 단계, 로드 구조물을 준비하는 단계, 및 가압 성형기에 상기 로드 구조물 및 상기 소스 케이크를 배치시키고, 열처리하면서 가압 성형하여, 상기 구조체를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 케이크의 상기 폐석제 및 상기 폐미분말의 함량을 제어하여, 상기 구조체의 색상의 명도 및 채도가 조절되는 것을 포함할 수 있다.
본 출원의 실시 예에 따른 친환경 복합 소재는, 오석 및 화강석을 포함하는 폐석재 및 폐미분말, 현무암 섬유를 포함하는 강화재, 증점제, 이형제, 저수축제, 및 UV 안정화제를 포함하는 첨가제, 열경화성 폴리에스테르, 열가소성 폴리에틸렌 및 가소제를 포함하는 보강재, 및 경화제를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 천연 복합 소재를 이용한 구조체의 기계적 특성이 향상되는 것은 물론, 폐기되던 상기 폐석재 및 상기 폐미분말을 재활용하여 상기 폐석재 및 상기 폐미분말의 폐기 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 폐석재 및 상기 폐미분말이 오석 및 화강석을 포함하여, 구조체의 색상 및 외관이 수려해질 수 있고, 천연 석재 질감의 연출이 가능하며, 내부식성 및 내약품성이 개선되어 외부 환경에 변화(예를 들어, 산성 비 또는 염화 칼슘)에 따른 표면 열화가 최소화될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 천연 복합 소재 내의 상기 현무암 섬유에 의해 강도가 향상되어, 외부 충격에 의한 파손이 방지되어, 상기 구조체의 내구성 및 수명이 향상될 수 있다.
그리고, 상기 천연 복합 소재 내에 상기 폐석재 및 상기 폐미분말의 함량을 제어하여, 상기 구조체의 색상의 명도 및 채도가 조절될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 친환경 복합 소재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 폐미분말의 제조 공정과 폐석재, 폐미분말, 및 현무암 섬유를 포함하는 강화재의 혼합 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 친환경 복합 소재를 이용한 구조체를 도시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 친환경 복합 소재를 이용한 구조체의 연결 부위를 도시한 도면이다.
도 7은 본 출원의 실험 예들에 따른 친환경 복합 소재의 제조에 사용된 화강석 및 오석의 시험 분석 성적서이다.
도 8은 본 출원의 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-2에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물을 촬영한 사진이다.
도 9는 본 출원의 실험 예 2-2에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물을 특성을 측정한 시험 결과표이다.
도 10은 본 출원의 실험 예 2-1에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물 및 펜스 구조체의 특성을 측정한 시험 결과표이다.
도 11은 본 출원의 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물의 충격 강도를 비교한 그래프이다.
도 12는 본 출원의 실험 예 2-1, 실험 예 2-4, 및 실험 예 2-5에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물의 압축 강도를 비교한 그래프이다.
도 13은 본 출원의 실험 예 2-1에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물을 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 친환경 복합 소재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 폐미분말의 제조 공정과 폐석재, 폐미분말, 및 현무암 섬유를 포함하는 강화재의 혼합 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 폐석재가 준비될 수 있다(S110).
상기 폐석재는, 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 폐석을 일정하게 파쇄하고, 20~30메쉬(mesh)로 필터링되어 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 폐석재는 0.595~0.841mm의 크기를 가질 수 있다.
오석은 유문암질 또는 안산암질 마그마가 급격하게 냉각되면서 생성된 것으로 회색 또는 검은색을 띠고 유리 광택이 있다. 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 상기 폐석재가 준비될 수 있고, 상기 폐석재는 구조체의 제조에 사용될 수 있다. 이에 따라, 구조체의 색감 및 외관의 심미성이 향상될 수 있다.
도 1을 참조하면, 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 석분을 포함하는 폐미분말이 준비될 수 있다(S120).
오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 석분이 발생할 수 있고, 오석 및 화강석의 석분은 일반적으로 폐기될 수 있다. 하지만, 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 석분을 포함하는 상기 폐미분말을 따로 수집하여, 친환경 복합 소재로 제조할 수 있다. 이로 인해, 상기 폐미분말의 폐기 처리비용을 절감하는 것은 물론, 상기 폐미분말을 이용하여 후술되는 바와 같이, 상기 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물의 충격 강도가 향상될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 폐미분말은, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 석분을 건식 분쇄장비인 죠 클러샤(jaw crusher)로 1차 분쇄하고, 건식 분쇄장비인 디스크 밀(disk mill)로 2차 분쇄하고, 습식 분쇄장비인 팟 밀(pot mill)로 3차 분쇄하고, 325 메시로 필터링되어 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 폐미분말은 325 메쉬 이하의 크기를 가질 수 있다.
도 1 및 도2를 참조하면, 상기 폐석재 및 상기 폐미분말에, 현무암 섬유를 포함하는 강화재를 혼합하고, 증점제, 이형제, 저수축제, 및 UV 안정화제를 첨가하고 혼합하여 기능성 필러가 제조될 수 있다(S130).
상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제는 분말 상태로 준비되고, 서로 혼합될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 필러는 제조하는 단계에서, 상기 폐석재 및 상기 폐미분말은, 도 2의 (b)에 도시된 20 메쉬 진동체로 추가 필터링될 수 있다. 그리고, 도 2의 (b)에 도시된 V-mixer에, 상기 폐석재, 상기 폐미분말, 및 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재가 제공되고 혼합될 수 있다. 이후, 상기 V-mixer에 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제를 첨가하고 혼합하여 상기 기능성 필러가 제조될 수 있다.
상기 V-mixer를 이용하여 상기 기능성 필러를 제조하는 경우, 상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제가, 상기 현무암 섬유의 표면에서 응집되는 것을 방지할 수 있다.
이와 달리, 교반기를 이용하여 상기 기능성 필러를 제조하는 경우, 상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제가, 상기 현무암 섬유의 표면에 존재하는 다양한 작용기에 의해, 상기 현무암 섬유의 표면에서 응집될 수 있다.
하지만, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 상기 기능성 필러는, 상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제를 V-mixer로 혼합하여 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 현무암 섬유의 표면에서, 상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제의 응집이 방지될 수 있다. 따라서, 상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제가 균일하게 그리고 용이하게 혼합되어 혼합된 분말 상태의 상기 기능성 필러가 제조될 수 있다.
일 변형 예에 따르면, 상기 기능성 필러를 제조하는 단계는, 상기 폐미분말을 프리 분산 용액(pre-dispersion solution)에 제공하여 혼합 용액을 제조하는 단계, 및 상기 혼합 용액에 상기 폐석재, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제를 첨가 및 혼합하여 상기 기능성 필러를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 폐미분말은 325 메쉬의 0.044mm 이하의 크기를 갖는 석분일 수 있다. 이에 따라, 상기 폐석재, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제와 함께 단순히 혼합되는 경우, 상기 폐미분말의 작은 크기 및 가벼운 무게로 인해, 분진이 생성되어 상기 폐석재, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제와 용이하게 혼합되지 않을 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 일 변형 예에 따르면, 상기 폐미분말을 상기 프리 분산 용액에 먼저 혼합하여 상기 혼합 용액을 제조한 이후, 상기 혼합 용액에 상기 폐석재, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제가 첨가 및 혼합될 수 있다. 이에 따라, 상기 폐미분말, 상기 폐석재, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제가 균일하게 그리고 용이하게 혼합될 수 있다. 예를 들어, 상기 프리 분산 용액은 알코올일 수 있고, 상기 혼합 용액은 슬러리 상태일 수 있다. 따라서, 슬러리 상태의 상기 혼합 용액에 상기 폐석재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제가 혼합되는 과정에서, 또는 혼합이 완료된 이후, 상기 프리 분산 용액이 증발되어, 용이하게 제거될 수 있다.
상기 현무암 섬유는 단섬유로 3~50mm의 길이를 가질 수 있고, 현무암을 분쇄하고 용융한 후 용융물을 방사하는 방법으로 제조될 수 있다. 상기 현무암 섬유는 우수한 내열성을 갖는 것은 물론, 높은 기계적 강도를 가져, 후술되는 바와 같이 구조체에 이용되는 경우, 구조체의 기계적 특성 및 열적 특성을 개선할 수 있다.
상기 증점제는, 후술되는 바와 같이 상기 기능성 필러가 1차 복합 소재와 혼합되는 경우, 점도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 증점제는, MgO 일 수 있다.
상기 이형제는, 후술되는 바와 같이 소스 케이크를 이용하여 구조체를 제조하는 경우, 금형에서 성형물의 탈형이 용이하도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 이형제는 (C17H35COO)2Zn 일 수 있다.
상기 저수축제는, 후술되는 바와 같이 상기 소스 케이크를 이용하여 구조체를 제조하는 경우, 금형에서 성형물의 수축이 방지되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 저수축제는 분말 형태의 열가소성 폴리에틸렌일 수 있다.
상기 UV 안정화제는, 제조된 구조체가 자외선에 노출되는 경우 조사되는 자외선에 의해, 변색이 되지 않도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 UV 안정화제는 TiO2를 포함하거나, benzophenone compounds, benzoic acid compounds, 또는 benzotriazole compounds 중에서 어느 하나일 수 있다.
도 1을 참조하면, 열경화성 폴리에스테르, 열가소성 폴리에틸렌, 및 가소제를 혼합하여 보강재가 제조될 수 있다(S140).
상기 열경화성 폴리에스테르, 상기 열가소성 폴리에틸렌, 및 상기 가소제는 액상으로 준비될 수 있고, 예를 들어, 상기 열경화성 폴리에스테르, 상기 열가소성 폴리에틸렌, 및 상기 가소제는 30~40℃에서 200~300rpm 조건으로 30분~1시간 교반되어 상기 보강재가 제조될 수 있다.
상기 가소제는, 후술되는 바와 같이, 상기 소스 케이크를 이용하여 친환경 구조체가 용이하게 성형되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 가소제는, 스티렌 모노머일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 보강재에 경화제를 혼합하여, 1차 복합 소재가 제조될 수 있다(S150).
예를 들어, 상기 경화제는 메틸에틸케톤 퍼옥사이드(methyl ethyl ketone peroxide)일 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 기능성 필러에 상기 1차 복합 소재를 혼합하여 2차 복합 소재가 제조될 수 있다(S160).
다시 말하면, 상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제가 혼합된 분말 상태의 상기 기능성 필러에, 액상의 상기 열경화성 폴리에스테르, 액상의 상기 열가소성 폴리에틸렌, 액상의 상기 가소제, 및 액상의 상기 경화제가 혼합된 상기 제1 복합 소재가 혼합될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 2차 복합 소재를 포함하는 상기 소스 케이크가 제조될 수 있다(S170).
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 케이크에서, 상기 폐석재는5wt%~10wt%이고, 상기 폐미분말은 20wt%~50wt%이고, 상기 현무암 섬유를 포함하는 강화재는 5wt%~15wt%이고, 상기 증점제는 0.1wt%~2wt%이고, 상기 이형제는 0.5wt%~5wt%이고, 상기 저수축제는 1wt%~3wt%이고, 상기 UV 안정화제는 3wt%~10wt%이고, 상기 열경화성 폴리에스테르는 13wt%~20wt%이고, 상기 열가소성 폴리에틸렌은 5wt%~8wt%일 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 친환경 복합 소재는, 오석 및 화강석을 포함하는 상기 폐석재 및 상기 폐미분말, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제를 포함하는 첨가제, 상기 열경화성 폴리에스테르, 상기 열가소성 폴리에틸렌, 및 상기 가소제를 포함하는 상기 보강재, 및 상기 경화제를 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 친환경 복합 소재를 이용한 구조체의 기계적 특성이 향상되는 것은 물론, 폐기되던 상기 폐석재 및 상기 폐미분말를 재활용하여 상기 폐석재 및 상기 폐미분말의 폐기 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 폐석재 및 상기 폐미분말이 오석 및 화강석을 포함하여, 구조체의 색상 및 외관이 수려해질 수 있고, 천연 석재 질감의 연출이 가능하며, 중금속 등 유해 물질을 최소화시킬 수 있고, 내부식성 및 내약품성이 개선되어 외부 환경에 변화(예를 들어, 산성 비 또는 염화 칼슘)에 따른 표면 열화가 최소화될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 친환경 복합 소재 내의 상기 현무암 섬유에 의해 강도가 향상되어, 외부 충격에 의한 파손이 방지되어, 내구성 및 수명이 향상될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 친환경 복합 소재를 이용한 구조체를 도시한 것이고, 도 6는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 친환경 복합 소재를 이용한 구조체의 연결 부위를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 도 1을 참조하여 설명된 방법으로 제조된 친환경 복합 소재를 이용하여 구조체가 제조될 수 있다.
상기 구조체는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 지지 로드 구조체(110), 및 내부 구조물(120)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 내부 구조물(120)이 한 쌍의 상기 지지 로드 구조체(110) 사이에 연결될 수 있고, 한 쌍의 상기 지지 로드 구조체(110)가 지면에 삽입되어 상기 구조체가 고정될 수 있다.
상기 구조체는, 도 6에 도시된 바와 같이, 로드 구조물(130) 및 상기 로드 구조물(130)을 감싸는 인조 석재층(140)을 포함할 수 있다. 상기 인조 석재층(140)은, 도 1을 참조하여 설명된 방법으로 제조된 상기 친환경 복합 소재를 이용하여 제조될 수 있다.
상기 로드 구조물(130)은 금속 각관일 수 있다. 이에 따라 상기 구조체의 강도가 증가할 수 있고, 일반적인 구조체들과 비교하여 구조체의 파손에 의한 파편으로 보행자 등이 물리적 피해를 입는 것이 최소화될 수 있다. 결과적으로, 금속 각관에 의해 상기 구조체의 기계적 강도가 증가되는 것은 물론, 주변 시설물 및 보행자가 효율적으로 보호될 수 있다.
구체적으로, 가압 성형기에 상기 로드 구조물(130) 및 상기 친환경 복합 소재(상기 소스 케이크)를 배치시키고 열처리하면서 가압 성형하여, 상기 구조체가 제조될 수 있다. 상기 친환경 복합 소재는, 상기 로드 구조물(130)의 표면 상에서 경화되어, 상기 인조 석재층(140)이 형성될 수 있다.
일 변형 예에 따르면, 상기 친환경 복합 소재(상기 소스 케이크) 내에 상기 폐석재 및 상기 폐미분말의 함량을 제어하여, 상기 구조체의 색상의 명도 및 채도가 조절될 수 있다.
상대적으로 명도가 낮고 채도가 높은 구조체(다크 그레이 계열)를 제조하는 경우, 상기 친환경 복합소재(상기 소스 케이크) 내에 기능성 필러 제조 시, 상기 폐석재 및 상기 폐미분발의 함량을 높게 제어하여 상기 기능성 필러가 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 구조체가 어둡고 진한 색상을 가질 수 있다.
이와 달리, 상대적으로 명도가 높고 채도가 낮은 구조체(그레이 계열)를 제조하는 경우, 상기 친환경 복합소재(상기 소스 케이크) 내에 기능성 필러 제조 시, 상기 폐석재 및 상기 폐미분발의 함량을 낮게 제어하고, 충진제를 더 제공하고 혼합하여, 상기 기능성 필러가 제조될 수 있다. 이에 따라, 상기 구조체가 밝고 옅은 색상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 충진제는 Al(OH)3일 수 있다.
또한, 일 변형 예에 따르면, 상술된 상대적으로 명도가 높고 채도가 낮은 상기 구조체(그레이 계열)보다, 더 명도가 높고 채도가 낮은 구조체(화이트 그레이 계열)를 제조하는 경우, 상기 친환경 복합소재(상기 소스 케이크) 내에 기능성 필러 제조 시, 상기 폐석재 및 상기 폐미분말이, 상기 폐석재 및 상기 폐미분발보다 더 밝고 옅은 색상을 갖는 천연 세라믹 광물로 대체될 수 있다. 이에 따라서, 상기 구조체가 더 밝고 옅은 색상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 천연 세라믹 광물은 점토, 또는 황토일 수 있다.
일 변형 예에 따르면, 제1 친환경 복합 소재 및 제2 친환경 복합 소재가 준비될 수 있다. 구조체를 제조하는 단계는, 상기 로드 구조물(130) 및 상기 제1 친환경 복합 소재를 제1 가압 성형기에 배치하고 1차 열처리 가압 성형하여 상기 로드 구조물(130)의 표면 상에 제1 인조 석재층을 형성하는 단계, 및 상기 제1 인조 석재층이 제조된 상기 로드 구조물(130) 및 상기 제2 친환경 복합 소재를 제2 가압 성형기에 배치하고 2차 열처리 가압 성형하여 상기 로드 구조물(130)의 상기 제1 인조 석재층 상에 제2 인조 석재층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 친환경 복합 소재 및 상기 제2 친환경 복합 소재는, 오석 및 화강석을 포함하는 상기 폐석재 및 상기 폐미분말, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제를 포함하는 첨가제, 상기 열경화성 폴리에스테르, 상기 열가소성 폴리에틸렌, 및 상기 가소제를 포함하는 상기 보강재, 및 상기 경화제를 포함하되, 상기 제2 친환경 복합 소재는, 상기 제1 친환경 복합 소재보다, 상기 현무암 섬유의 비율이 낮고, 상기 폐석재 및 상기 폐미분말의 비율이 높을 수 있다.
만약, 상기 현무암 섬유가 상기 인조 석재층(140)의 외부로 노출되는 경우, 상기 구조체가 천연 석재 질감을 나타낼 수 없고, 질감 및 색감이 저하될 수 있다. 하지만, 일 변형 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 현무암 섬유의 상대적으로 높은 상기 제1 친환경 복합 소재를 이용하여, 상기 로드 구조물(130) 상에 상기 제1 인조 석재층을 형성한 이후, 상기 현무암 섬유가 상대적으로 낮고, 오석 및 화강석을 포함하는 상기 폐석재 및 상기 폐미분말의 비율이 높은 상기 제2 친환경 복합 소재를 이용하여, 상기 로드 구조물(130)의 상기 제1 인조 석재층 상에, 상기 제2 인조 석재층이 형성될 수 있다. 이에 따라, 개선된 기계적 특성을 유지함과 동시에, 천연 석재 질감이 용이하게 구현될 수 있다.
또한, 일 변형 예에 따르면, 열처리 및 가압 성형 과정을 통해 상기 인조 석재층(140)이 형성된 이후, 감온 및 건조되는 과정에서, 상기 인조 석재층(140)의 표면에, 표면 조도 조절용 패치(예를 들어, 실리콘 패치)가 부착될 수 있다. 열처리 및 가압 성형 후, 고온의 상기 인조 석재층(140)이 식는 과정에서, 내부에 기포들이 외부로 방출될 수 있다.
상기 표면 조도 조절용 패치가 상기 인조 석재층(140)에 부착되는 경우, 기포들이 외부로 방출되지 못하고, 상기 인조 석재층(140)과 상기 표면 조도 조절용 패치 사이의 계면에 잔존될 수 있고, 이에 따라, 상기 인조 석재층(140)의 표면 조도(표면 거칠기)가 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 인조 석재층(140)의 천연 석재 질감이 용이하게 구현될 수 있다.
따라서, 상기 표면 조도 조절용 패치는 상기 인조 석재층(140) 전체에 부착되지 않고, 일부에만 부착될 수 있음은 자명하다.
상술된 본 발명의 제1 실시 예와 달리, 제2 실시 예에 따르면, 하기 <표 1>과 같이, 본 발명의 제1 실시 예와 다소 상이한 구성을 갖는 친환경 복합 소재가 제조될 수 있다. 이하, 하기 <표 1> 및 도 1을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 친환경 복합 소재, 및 이를 이용하여 제조된 구조체가 설명된다.
구 분 제 1 실시 예 제 2 실시 예
기능성 필러 폐석재, 폐미분말, 현무암 섬유 포함 강화재, 증점제, 이형제, 저수축제, UV 안정화제 폐석재, 폐미분말, 증점제, 이형제, UV 안정화제
1차 복합소재 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 가소제, 경화제 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 가소제, 현무암 섬유 포함 강화재
2차 복합소재 1차 복합 소제 + 기능성 필러 1차 복합 소제 + 기능성 필러
소스 케이크 2차 복합소재 2차 복합 소제 + 경화제
도 1을 참조하여 설명된 것 같이, 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 폐석을 일정하게 파쇄하고 20~30 메쉬로 필터링하여, 폐석재가 준비될 수 있다. 이에 따라, 상기 폐석재는 0.595~0.841mm의 크기를 가질 수 있다.
그리고, 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 석분을 포함하는 폐미분말을 일정하게 파쇄하고 325 메쉬로 필터링하여, 상기 폐미분말이 준비될 수 있다. 이에 따라, 상기 폐미분말은 325 메쉬 이하의 크기를 가질 수 있다.
상기 폐석재 및 상기 폐미분말에 증점제, 이형제, 및 UV 안정화제를 혼합하여, 기능성 필러가 제조될 수 있다.
상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제는 분말 상태로 준비되고, 서로 혼합될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기능성 필러를 제조하는 단계에서, 상기 폐석재 및 상기 폐미분말은, 20 메쉬 크기의 진동체로 추가 필터링될 수 있다. 그리고, 교반기에 상기 폐석재 및 상기 폐미분말이 제공되고 혼합될 수 있다. 이후, 상기 교반기에 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제를 첨가하고 혼합하여 상기 기능성 필러가 제조될 수 있다.
이와 달리, 상기 기능성 필러를 제조하는 단계에서, 본 발명의 제1 실시 예와 같이, 상기 폐석재 및 상기 폐분말에 현무암 섬유를 포함하는 강화재를 더 제공하여 혼합하는 경우, 상기 현무암 섬유의 다양한 표면 작용기에 의해, 상기 폐석재 및 상기 폐미분말 뿐만 아니라, 이후 첨가되는 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV안정화제가 상기 현무암 섬유의 표면에 응집될 수 있다. 따라서, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재는, 후술되는 바와 같이, 제1 복합 소재를 제조하는 단계에서 첨가될 수 있다. 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 UV 안정화제는, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 증점제, 이형제, UV 안정화제와 동일할 수 있다.
일 변형 예에 따르면, 상기 기능성 필러를 제조하는 단계는, 상기 폐미분말을 프리 분산 용액(pre-dispersion solution)에 제공하여 혼합 용액을 제조하는 단계, 및 상기 혼합 용액에 상기 폐석재, 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제를 첨가 및 혼합하여 상기 기능성 필러를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 폐미분말은 325 메쉬의 0.044mm 이하의 크기를 갖는 석분일 수 있다. 이에 따라, 상기 폐석재, 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제와 함께 단순히 혼합되는 경우, 상기 폐미분말의 작은 크기 및 가벼운 무게로 인해, 분진이 생성되어 상기 폐석재, 상기 증점제, 상기 이형제 및 상기 UV 안정화제와 용이하게 혼합되지 않을 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 일 변형 예에 따르면, 상기 폐미분말을 상기 프리 분산 용액에 먼저 혼합하여 상기 혼합 용액을 제조한 이후, 상기 혼합 용액에 상기 폐석재, 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제가 첨가 및 혼합될 수 있다. 이에 따라, 상기 폐미분말, 상기 폐석재, 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제가 균일하게 그리고 용이하게 혼합될 수 있다. 예를 들어, 상기 프리 분산 용액은 알코올일 수 있고, 상기 혼합 용액은 슬러리 상태일 수 있다. 따라서, 슬러리 상태의 상기 혼합 용액에 상기 폐석재, 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제가 혼합되는 과정에서, 또는 혼합이 완료된 이후, 상기 프리 분산 용액이 증발되어, 용이하게 제거될 수 있다.
열경화성 폴리에스테르, 열가소성 폴리에틸렌, 및 가소제를 혼합하여 보강재가 제조될 수 있다. 상기 열경화성 폴리에스테르, 상기 열가소성 폴리에틸렌, 및 상기 가소제는 액상으로 준비될 수 있고, 예를 들어, 상기 열경화성 폴리에스테르, 상기 열가소성 폴리에틸렌, 및 상기 가소제는 본 발명의 제1 실시 예와 동일한 조건으로 교반되어, 상기 보강재가 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열경화성 폴리에스테르의 함량이, 상기 열가소성 폴리에틸렌의 함량보다 높을 수 있다. 즉, 상기 열경화성 폴리에스테르를 기반으로 열을 가해 성형 및 탈형 공정으로 후술되는 구조체가 제조될 수 있으며, 이 경우, 구조체의 치수 안정성 즉, 수축을 최소화하기 위해 상기 열가소성 폴리에틸렌이 저수축제의 기능을 수행할 수 있다. 상기 가소제는, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가소재와 동일할 수 있다.
상기 보강재에 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재를 혼합하여, 1차 복합 소재가 제조될 수 있다. 상기 현무암 섬유는, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 현무암 섬유와 동일할 수 있다.
상기 1차 복합 소재에 상기 기능성 필러를 혼합하여, 2차 복합 소재가 제조될 수 있다. 다시 말하면, 액상의 상기 열경화성 폴리에스테르, 액상의 상기 열가소성 폴리에틸렌, 액상의 가소제, 및 상기 현무암 섬유를 갖는 상기 강화재가 혼합된 상기 제1 복합 소재에, 상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제가 혼합된 분말 상태의 상기 기능성 필러가 혼합될 수 있다.
만약, 상술된 본 발명의 제2 실시 예와 달리, 상기 기능성 필러를 제조하는 단계에서, 상기 현무암 섬유를 갖는 상기 강화재를 분말 상태의 상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제와 먼저 상기 교반기로 혼합하는 경우, 상술된 바와 같이, 상기 현무암 섬유의 표면에 존재하는 다양한 작용기에 분말 상태의 상기 폐석재 및 상기 폐미분말은 물론, 분말 상태의 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제가 상기 현무암 섬유의 표면에 응집될 수 있다. 이로 인해, 액상의 상기 열경화성 폴리에스테르, 액상의 상기 열가소성 폴리에틸렌, 및 액상의 상기 가소제에 분말 상태의 상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 경화제가 균일하게 혼합되지 않을 수가 있다.
하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따르면, 액상의 상기 열경화성 폴리에스테르 액상의 상기 열가소성 폴리에틸렌, 및 액상의 상기 가소제가 혼합된 상기 보강재에 상기 현무암 섬유를 상기 교반기로 혼합하여, 상기 1차 복합 소재가 제조될 수 있다. 이후, 상기 1차 복합 소재의 분말 상태의 상기 기능성 필러가 혼합되어, 상기 2차 복합 소재가 제조될 수 있다. 이로 인해, 분말 상태의 상기 기능성 필러가 상기 현무암 섬유의 표면에 집중적으로 부착 및 응집되는 것이 방지되어, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재 및 상기 기능성 필러가 상기 보강재와 균일하게 혼합될 수 있다.
상기 2차 복합 소재에 경화제를 첨가하고 혼합하여 소스 케이크가 제조될 수 있다. 상기 경화제는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 경화제와 동일할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 케이크에서, 상기 열경화성 폴리에스테르는 16wt%~20wt%이고, 상기 열가소성 폴리에틸렌은 5wt%~8wt%이고, 상기 폐 석재는20wt%~60wt%이고, 상기 폐미분말은 6wt%~10wt%이고, 상기 현무암 섬유를 보함하는 상기 강화재는6wt%~15wt%이고, 상기 증점제는 0.1wt%~1.5wt%이고, 상기 이형제는 0.5wt%~1.5wt%이고, 상기 UV 안정화제는 0.3wt%~4wt%일 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 친환경 복합 소재는, 오석 및 화강석을 포함하는 상기 폐석재 및 상기 폐미분말, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 UV 안정화제를 포함하는 첨가제, 상기 열경화성 폴리에스테르, 상기 열가소성 폴리에틸렌 및 상기 가소제를 포함하는 상기 보강재, 상기 현무암 섬유를 포함하는 상기 강화재, 및 상기 경화제를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 친환경 복합 소재를 이용한 구조체의 기계적 특성이 향상되는 것은 물론, 폐기되던 상기 폐석재 및 상기 폐미분말를 재활용하여, 상기 폐석재 및 상기 폐미분말의 폐기 비용을 절감할 수 있다.
또한, 상기 폐석재 및 상기 폐미분말이 오석 및 화강석을 포함하여, 구조체의 색상 및 외관이 수려해질 수 있고, 천연 석재 질감의 연출이 가능하며, 중금속 등 유해 물질을 최소화시킬 수 있고, 내부식성 및 내약품성이 개선되어 외부 환경에 변화(예를 들어, 산성 비 또는 염화 칼슘)에 따른 표면 열화가 최소화될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 친환경 복합 소재 내의 상기 현무암 섬유에 의해 강도가 향상되어, 외부 충격에 의한 파손이 방지되어, 내구성 및 수명이 향상될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상술된 본 발명의 제2 실시 예에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 구조체가 제조될 수 있다.
상기 구조체는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 지지 로드 구조체(110), 및 내부 구조물(120)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 내부 구조물(120)이 한 쌍의 상기 지지 로드 구조체(110) 사이에 연결될 수 있고, 한 쌍의 상기 지지 로드 구조체(110)가 지면에 삽입되어, 상기 구조체가 고정될 수 있다.
상기 구조체는, 도 6에 도시된 바와 같이, 로드 구조물(130) 및 상기 로드 구조물(130)을 감싸는 인조 석재층(140)을 포함할 수 있다. 상기 인조 석재층(140)은, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 상기 친환경 복합 소재를 이용하여 제조될 수 있다.
상기 로드 구조물(130)은 금속 각관일 수 있다. 이에 따라, 상기 구조체의 강도가 증가할 수 있고, 일반적인 구조체들과 비교하여 친환경 구조체의 파손에 의한 파편으로 보행자 등이 물리적 피해를 입는 것이 최소화될 수 있다. 결과적으로, 금속 각관에 의해 상기 친환경 구조체의 기계적 강도가 증가되는 것은 물론, 주변 시설물 및 보행자가 효율적으로 보호될 수 있다.
구체적으로, 가압 성형기에 상기 로드 구조물(130) 및 상기 친환경 복합 소재(상기 소스 케이크)를 배치시키고 열처리하면서 가압 성형하여, 상기 구조체가 제조될 수 있다. 상기 친환경 복합 소재는 상기 로드 구조물(130)의 표면 상에서 경화되어, 상기 인조 석재층(140)이 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실험 예에 따른 친환경 복합 소재의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 성형물의 특성 평가 결과가 설명된다.
실험 예 1-1에 따른 친환경 복합 소재 및 성형물의 제조 방법
열경화성 폴리에스테르, 열가소성 폴리에틸렌, PS 희석제, 및 가소제인 스티렌 모노머를 혼합하여 보강재를 제조하고, 강화재로 길이 3~11mm의 현무암 섬유를 준비하고, 폐석재로 0.595~0.841mm 크기의 오석 및 화강석 분말을 준비하고, 폐미분말로 0.044mm 크기의 오석 및 화강석 분말을 준비하고, 증점제로 MgO을 준비하고, 이형제로 (C17H35COO)2Zn 을 준비하고, 저수축제로 열가소성 폴리 에틸렌 분말을 준비하고, UV 안정화제로 TiO2를 준비하고, 경화제로 메틸에틸케톤 퍼옥사이드를 준비하였다.
열경화성 폴리에스테르, 열가소성 폴리에틸렌, PS 희석재, 및 가소제를 30~40℃에서 200~300rpm으로 1시간 교반하여 상기 보강재를 제조하고, 상기 경화제와 함께 혼합하여 1차 복합 소재를 제조하였다.
상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 상기 저수축제, 및 상기 UV 안정화제를 혼합하여 기능성 필러를 제조하고, 상기 기능성 필러를 상기 1차 복합 소재에 혼합하여 2차 복합 소재를 제조하고, 상기 2차 복합 소재를 포함하는 소스 케이크를 제조하였다.
상기 소스 케이크를 1,100톤 140℃ 조건에서 가압 열처리 성형하여, 실험 예 1-1에 따른 성형물을 제조하였다.
실험 예 1-2에 따른 친환경 복합 소재 및 성형물의 제조 방법
실험 예 1-1과 동일한 공정을 수행하되, 투입되는 원료의 조성비를 달리하여 실험 예 1-2에 따른 친환경 복합 소재를 제조하고, 실험 예 1-2에 따른 성형물을 제조하였다.
실험 예 1-3에 따른 친환경 복합 소재 및 성형물의 제조 방법
실험 예 1-1과 동일한 공정을 수행하되, 투입되는 원료의 조성비를 달리하여 실험 예 1-3에 따른 친환경 복합 소재를 제조하고, 실험 예 1-3에 따른 성형물을 제조하였다.
실험 예 1-1 내지 실험 예 1-3에 따른 친환경 복합 소재의 조성비는 아래의 <표 2>와 같이 정리될 수 있다.
구 분 실험 예 1-1 실험 예 1-2
열경화성 폴리에스테르 13.09 wt% 16.70 wt%
열가소성 폴리에틸렌 5.74 wt% 6.89 wt%
PS 희석제 0.96 wt% 0.98 wt%
가소제 0.16 wt% 0.16 wt%
현무암 섬유 8.32 wt% 4.48 wt%
폐석재 19.97 wt% 4.46 wt%
폐미분말 45.26 wt% 15.11 wt%
증점제 0.16 wt% 0.14 wt%
이형제 1.16 wt% 1.16 wt%
저수축제 1.00 wt% 1.00 wt%
UV 안정화제 4.00 wt% 4.00 wt%
충진제 - 44.80 wt%
경화제 0.16 wt% 0.096 wt%
합계 100 wt% 100 wt%
실험 예 2-1에 따른 친환경 복합 소재 및 성형물의 제조 방법
열경화성 폴리에스테르, 열가소성 폴리에틸렌, 및 가소제인 스티렌 모노머를 혼합하여 보강재를 제조하고, 강화재로 길이 3~11mm의 현무암 섬유를 준비하고, 폐석재로 0.595~0.841mm 크기의 오석 및 화강석 분말을 준비하고, 폐미분말로 0.044mm 크기의 오석 및 화강석 분말을 준비하고, 증점제로 MgO을 준비하고, 이형제로 (C17H35COO)2Zn 을 준비하고, UV 안정화제로 TiO2를 준비하고, 경화제로 메틸에틸케톤 퍼옥사이드를 준비하였고, 방수제로 Al(OH)3를 준비하였다.
열경화성 폴리에스테르, 열가소성 폴리에틸렌, 및 가소제를 30~40℃에서 200~300rpm으로 1시간 교반하여 상기 보강재를 제조하고, 현무암 섬유를 강화재로 상기 보강재와 함께 혼합하여 1차 복합 소재를 제조하였다.
상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제를 혼합하여 기능성 필러를 제조하고, 상기 방수제 및 상기 기능성 필러를 상기 1차 복합 소재에 혼합하여 2차 복합 소재를 제조하고, 상기 2차 복합 소재에 상기 경화제를 혼합하여 소스 케이크를 제조하였다.
상기 소스 케이크를 1,100톤 140℃ 조건에서 가압 열처리 성형하여, 실험 예 2-1에 따른 성형물을 제조하였다.
실험 예 2-2에 따른 친환경 복합 소재 및 성형물의 제조 방법
실험 예 2-1과 동일한 공정을 수행하되, 투입되는 원료의 조성비를 달리하여 실험 예 2-2에 따른 친환경 복합 소재를 제조하고, 실험 예 2-2에 따른 성형물을 제조하였다.
실험 예 2-3에 따른 친환경 복합 소재 및 성형물의 제조 방법
실험 예 2-1과 동일한 공정을 수행하되, 투입되는 원료 및 그 조성비를 달리하여 실험 예 2-3에 따른 친환경 복합 소재를 제조하고, 실험 예 2-3에 따른 성형물을 제조하였다.
실험 예 2-4에 따른 친환경 복합 소재 및 성형물의 제조 방법
실험 예 2-1과 동일한 공정을 수행하되, 투입되는 원료 및 그 조성비를 달리하여 실험 예 2-4에 따른 친환경 소재를 제조하고, 실험 예 2-4에 따른 성형물을 제조하였다.
실험 예 2-5에 따른 친환경 복합 소재 및 성형물의 제조 방법
실험 예 2-1과 동일한 공정을 수행하되, 투입되는 원료 및 그 조성비를 달리하여 실험 예 2-5에 따른 친환경 복합 소재를 제조하고, 실험 예 2-5에 따른 성형물을 제조하였다.
실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 친환경 복합 소재의 조성비는 아래의 <표 3>과 같이 정리될 수 있다.
구 분 실험 예 2-1 실험 예 2-2 실험 예 2-3 실험 예 2-4 실험 예 2-5
열경화성 폴리에스테르 18wt% 18 wt% 24 wt% 18 wt% 18 wt%
열가소성 폴리에틸렌 7 wt% 7 wt% - 7 wt% 7 wt%
가소제 1 wt% 1 wt% - - -
현무암 섬유 13 wt% 8 wt% - - 10 wt%
유리 섬유 - - - 13 wt% -
PP 섬유 - - - - 3 wt%
폐석재 25.7 wt% 38.7 wt% 75 wt% 50 wt% 50 wt%
폐미분말 16 wt% 8 wt% - - -
방수제 10 wt% 10 wt% - 7.8 wt% 7.8 wt%
증점제 0.1 wt% 0.1 wt% - - -
이형제 1.2 wt% 1.2 wt% - - -
UV 안정화제 4 wt% 4 wt% - - -
경화제 4 wt% 4 wt% 1 wt% 4.2 wt% 4.2 wt%
합계 100wt% 100wt% 100wt% 100wt% 100wt%
도 7은 본 출원의 실험 예들에 따른 친환경 복합 소재의 제조에 사용된 화강석 및 오석의 시험 분석 성적서이다.
도 7을 참조하면, 상술된 실험 예 1-1 내지 실험 예 2-5에 따른 친환경 복합 소재에 사용된 화강석 및 오석에 대해서 성분 분석을 진행하였다.
도 7에서 확인할 수 있듯이, 오석에 대한 성분 분석 결과, 오석은 이산화 규소, 산화 알루미늄, 산화철, 이산화 티타늄, 산화 칼슘, 산화 마그네슘, 산화 나트륨, 및 산화 칼륨을 포함하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 오석은 SiO2 63.3%, Al2O3 12.9%, TiO2 0.63%, CaO 6.31%, MgO 5.04%, Na2O 2.79%, K2O 2.04%를 포함하였고, 강열강량은 1.14%으로 분석되었다.
그리고, 화강석 및 오석에 대한 성분 분석 결과, 납, 카드뭄, 비산, 수은, 크롬, 우라늄, 및 토륨을 포함한 중금속이 기준치보다 낮게 검출된 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 화강석의 경우 납 0.26mg/kg, 카드뮴 0.03 mg/kg, 비소 0.08mg/kg, 수은 0.01 mg/kg 미만, 크롬 0.74 mg/kg, 우라늄 0.87 mg/kg, 토륨 0.45 mg/kg이 검출되었으며, 오석의 경우 납 1.15 mg/kg, 카드뮴 0.02 mg/kg, 비소 0.09 mg/kg, 수은 0.01 mg/kg 미만, 크롬 0.93 mg/kg, 우라늄 0.07 mg/kg, 토륨 0.23 mg/kg이 검출되었다.
즉, 화강석 및 오석을 이용하여 친환경적인 복합 소재를 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 8은 본 출원의 실험 예 1-1 내지 실험 예 1-3에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물을 촬영한 사진이다.
도 8 및 표 2를 참조하면, 실험 예 1-1에 따른 친환경 복합 소재를 이용한 성형물은, 실험 예 1-2에 따른 친환경 복합 소재보다, 폐석재 및 폐미분말이 약 3배 이상 첨가되어 제조되었다. 그리고, 실험 예 1-2에 따른 친환경 복합 소재를 이용한 성형물에만 충진제(Al(OH)3)가 첨가되었다.
도 8 및 표 2에서 알 수 있듯이, 실험 예 1-1에 따른 상기 성형물은 다크 그레이(dark grey) 색상을 갖는 것을 알 수 있고, 이와 달리, 실험 예 1-2에 따른 상기 성형물은 그레이(grey) 색상을 갖는 것을 알 수 있다.
이에 따라서, 상대적으로 명도가 낮고 채도가 높은 색상의 성형물을 제조하는 경우, 천연 복합 소재 내에 기능성 필러 제조 시, 폐석재 및 폐미분말을 함량을 높게 제어하여, 상대적으로 어둡고 진한 색상을 갖는 성형물이 제조되는 것을 알 수 있다. 이와 달리, 상대적으로 명도가 높고 채도가 낮은 색상의 성형물을 제조하는 경우, 천연 복합 소재 내에 기능성 필러 제조 시, 폐석재 및 폐미분말의 함량을 낮게 제어하고, 상기 충진제를 첨가하여, 상대적으로 밝고 옅은 색상을 갖는 성형물이 제조되는 것을 알 수 있다.
도 9는 본 출원의 실험 예 2-2에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물을 특성을 측정한 시험 결과표이고, 도 10은 본 출원의 실험 예 2-1에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물 및 펜스 구조체의 특성을 측정한 시험 결과표이고, 도 11은 본 출원의 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물의 충격 강도를 비교한 그래프이고, 도 12는 본 출원의 실험 예 2-1, 실험 예 2-4, 및 실험 예 2-5에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물의 압축 강도를 비교한 그래프이다.
도 7 내지 도 12를 참조하면, 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 실험 예 2-1 내지 실험 예 2-5의 성형물에 대해서 기계적 특성을 측정하여 평가하였다.
구체적으로, 충격 강도는 성형물에 일정한 무게를 갖는 해머의 돌출부를 충격시키는 아이죠드 충격 시험을 통해 측정하였고, 경도 시험은 압자를 일정한 하중으로 성형물에 압입을 가해 압자의 선단이 들어간 깊이로 경도를 측정하는 로크웰 경도 시험을 통해 측정하였다.
도 11에 도시된 것과 같이, 실험 예 2-1의 성형물의 충격 강도가 가장 높은 것으로 측정되었으며, 실험 예 2-2의 성형물, 실험 예 2-4의 성형물, 및 실험 예 2-5의 성형물은 실질적으로 동일한 충격 강도를 갖는 것으로 측정되었고, 실험 예 2-3의 성형물이 가장 낮은 충격 강도를 갖는 것으로 측정되었다.
즉, 실험 예 2-1, 실험 예 2-2, 실험 예 2-4, 및 실험 예 2-5와 같이 현무암 섬유, 유리 섬유, 또는 PP 섬유를 포함하는 복합 소재를 이용하는 경우, 실험 예 2-3과 같이 현무암 섬유, 유리 섬유, 또는 PP 섬유를 포함하지 않는 복합 소재를 이용하는 경우와 비교하여, 현저하게 높은 충격 강도를 갖는 것을 확인할 수 있다.
또한, 실험 예 2-1의 성형물 및 실험 예 2-2의 성형물을 비교하면, 실험 예 2-1과 같이 폐석재의 함량을 줄이고, 현무암 섬유 및 폐미분말의 함량을 증가시키는 경우, 충격 강도가 약 28% 향상되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생하는 부산물인 폐미분말을 폐기하지 않고 이를 재활용하는 경우 성형물의 충격 강도를 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
펜스 구조체의 경우, 외부에서 충격이 가해지는 경우가 많고, 충격 강도가 낮은 경우, 쉽게 파손되어 미관을 해치는 것은 물론 보행자의 안전을 위협하는 등, 본연의 기능 및 역할을 수행하지 못할 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 본 출원의 실시 예에 따른 친환경 복합 소재는, 폐기되는 오석을 재활용하여 제조 공정 비용을 절감하는 것은 물론, 충격 강도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라, 친환경적인 그리고 기계적 특성이 향상된 복합 소재가 제공될 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 것과 같이, 실험 예 2-1의 성형물의 압축 강도는 실험 예 2-4 및 실험 예 2-5의 압축 강도와 비교하여 약 15% 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 실험 예 2-4 및 실험 예 2-5와 같이, 현무암 섬유 또는 유리 섬유를 포함하더라도 폐미분말을 포함하지 않는 경우 압축 강도가 낮으며, 실험 예 2-1과 같이 현무암 섬유와 함께 폐미분말을 함께 사용하는 경우, 압축 강도가 현저하게 증가됨을 확인할 수 있다.
또한, 실험 예 2-1 및 실험 예 2-5의 경우, 실질적으로 유사한 함량의 현무암 섬유를 포함하고 있지만, 실험 예 2-5의 경우 폐미분말을 포함하지 않고 있으며, 증점제, 이형제, UV 안정화제를 포함하지 않는다. 다시 말하면, 실험 예 2-5와 같이, 단순히 현무암 섬유를 포함하는 것으로는 압축 강도가 증가되지 않으며, 현무암 섬유와 함께 폐미분말, 증점제, 이형제, UV 안정화제를 함께 사용하는 경우, 압축 강도가 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
결론적으로, 친환경 복합 소재에서, 현무암 섬유와 함께, 폐미분말, 증점제, 이형제, UV 안정화제를 함께 사용하는 것이, 친환경 펜스의 압축 강도는 물론 충격 강도까지 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
도 13은 본 출원의 실험 예 2-1에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 제조된 성형물을 촬영한 사진이다.
도 13을 참조하면, 실험 예 2-1에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여, 200톤 프레스 140℃에서 120톤 가압하여 300*300mm 크기의 성형물을 제조하였다. 실제 900*1450~1500mm 크기의 펜스를 제조하는 경우, 1000~1500톤의 프레스 사용이 예상된다.
도 13에서 알 수 있듯이, 실험 예 2-1에 따른 친환경 복합 소재를 이용하여 천연 석재의 질감 및 표면 특성을 갖는 성형물을 제조하고, 이를 펜스에 활용할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 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.
110: 지지 로드 구조체
120: 내부 구조물
130: 로드 구조물
140: 인조 석재층

Claims (7)

  1. 오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 폐석재를 준비하는 단계;
    오석 및 화강석을 파쇄하는 과정에서 발생된 석분을 포함하는 폐미분말을 준비하는 단계;
    상기 폐석재 및 상기 폐미분말에 현무암 섬유를 포함하는 강화재를 혼합하고, 증점제, 이형제, 저수축제, 및 UV 안정화제를 첨가하고 혼합하여, 기능성 필러를 제조하는 단계;
    열경화성 폴리에스테르, 열가소성 폴리에틸렌, 가소제를 혼합하여 보강재를 제조하는 단계;
    상기 보강재에 경화제를 혼합하여 1차 복합 소재를 제조하는 단계;
    상기 기능성 필러에 상기 1차 복합 소재를 혼합하여 2차 복합 소재를 제조하는 단계; 및
    상기 2차 복합 소재를 포함하는 소스 케이크를 제조하는 단계를 포함하는 친환경 복합 소재의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 폐석재는 0.595~0.841mm이고,
    상기 폐미분말은 0.044mm 이하인 것을 포함하는 친환경 복합 소재의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 폐석재는 5wt%~10wt%이고,
    상기 폐미분말은 20wt%~50wt%이고,
    상기 현무암 섬유를 포함하는 강화재는 5wt%~15wt%이고,
    상기 증점제는 0.1wt%~2wt%이고,
    상기 이형제는 0.5wt%~5wt%이고,
    상기 저수축제는 1wt%~3wt%이고,
    상기 UV 안정화제는 3wt%~10wt%이고,
    상기 열경화성 폴리에스테르는 13wt%~20wt%이고,
    상기 열가소성 폴리에틸렌은 5wt%~8wt%인 것을 포함하는 친환경 복합 소재의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 기능성 필러는 제조하는 단계에서,
    상기 폐석재, 상기 폐미분말, 상기 강화재, 상기 증점제, 상기 이형제, 및 상기 UV 안정화제를 혼합 및 교반하는 방법은, V-mixer 또는 교반기 중에서 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 포함하는 친환경 복합 소재의 제조 방법.
  6. 제1 항에 따른 친환경 복합 소재의 제조 방법에 따라서, 상기 소스 케이크를 제조하는 단계;
    로드 구조물를 준비하는 단계; 및
    가압 성형기에 상기 로드 구조물 및 상기 소스 케이크를 배치시키고, 열처리하면서 가압 성형하여, 구조체를 제조하는 단계를 포함하는 친환경 구조체의 제조 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 소스 케이크의 상기 폐석재 및 상기 폐미분말의 함량을 제어하여, 상기 구조체의 색상의 명도 및 채도를 조절하는 것을 포함하는 친환경 구조체의 제조 방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09225285A (ja) * 1995-08-21 1997-09-02 Green Top Wood Recycling Ltd 繊維性有機物質及び鉱物質の均一な凝集物及びそれらの製法
KR19990084009A (ko) * 1999-09-06 1999-12-06 이재일 폐석을 이용한 복합소재의 제조방법
KR100262660B1 (ko) * 1997-12-31 2000-08-01 유시흥 현무암 섬유를 이용한 폴리머 복합재(Polymeric Composite Material based on Basalt Fiber)
KR101471399B1 (ko) * 2014-03-07 2014-12-10 주식회사 에코스톤코리아 내부식성 인조석 제조용 페이스트 조성물을 이용한 인조석으로 제조된 펜스

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09225285A (ja) * 1995-08-21 1997-09-02 Green Top Wood Recycling Ltd 繊維性有機物質及び鉱物質の均一な凝集物及びそれらの製法
KR100262660B1 (ko) * 1997-12-31 2000-08-01 유시흥 현무암 섬유를 이용한 폴리머 복합재(Polymeric Composite Material based on Basalt Fiber)
KR19990084009A (ko) * 1999-09-06 1999-12-06 이재일 폐석을 이용한 복합소재의 제조방법
KR101471399B1 (ko) * 2014-03-07 2014-12-10 주식회사 에코스톤코리아 내부식성 인조석 제조용 페이스트 조성물을 이용한 인조석으로 제조된 펜스

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