KR102493676B1 - 폐탄소나노튜브 및 폐음극재를 이용한 발열콘크리트 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트를 포함하는 결합재, 골재, 폐탄소나노튜브(CNT), 폐음극재가 포함되는 것을 특징으로 하는 폐탄소나노튜브 및 폐음극재를 이용한 발열콘크리트에 관한 것이다.

Description

폐탄소나노튜브 및 폐음극재를 이용한 발열콘크리트 및 이의 제조방법{Exothermic concrete and its manufacturing method using waste carbon nanotube and waste anode materials}

본 발명은 폐탄소나노튜브 및 폐음극재가 첨가되어 발열효율이 향상된 발열콘크리트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트는 주택, 도로, 다리, 초고층빌딩, 댐 등 도처에서 다양한 구조물의 시공에 필요한 것으로, 현대사회에서는 이러한 콘크리트의 영향에서 벗어나기 힘들 정도로 그 활용도가 상당한 실정이다.

이러한 콘크리트 중 발열콘크리트는 전기전도성의 향상으로 콘크리트로 주거 또는 생산시설의 바닥 및 벽체, 폭설이나 결빙시 눈이나 얼음을 제거하는데 필요한 노동력을 절감할 수 있도록 하는 공항의 활주로, 도로의 결빙지역, 교량, 철도의 분기 시설지, 온실, 농산물의 건조시설 등 난방용 건설 및 건축설비물 등 다양한 온도영역에서 사용되고 있다.

종래기술의 일 예로 대한민국 특허등록 제10-1654478호에서는 콘크리트 제조방법에 있어서, 콘크리트 전체 100중량%에 대하여 마사토 골재 30~40중량%를 준비하는 마사토 골재 준비단계(S100); 콘크리트 전체 100중량%에 대하여 황토 3~7중량%와, 석회석 미분말 3~6중량%와, 시멘트 10~20중량%와, 슬래그미분말 5~7중량%와, 물 20~40중량%로 된 부재료를 준비하는 부재료 준비단계(S200); 콘크리트 전체 100중량%에 대하여 그래핀용액 0.1~6중량%를 준비하는 그래핀용액 준비단계(S300); 콘크리트 전체 100중량%에 대하여 광물접합물질 3~7 중량%를 준비하는 광물접합물질 준비단계(S400); 및 마사토 골재와, 황토와, 석회석 미분말과, 시멘트와, 슬래그 미분말과, 물과, 그래핀용액과, 광물접합물질을 혼합하는 혼합단계(S500)를 포함하되, 상기 그래핀용액 준비단계(S300)에서, 그래핀용액은, 황산(H2SO4) 50ml를 90℃까지 열중탕기를 이용하여 가열하고, 과황화칼륨(K2S2O8) 10g과 오산화인 10g을 넣어준 후, 다 녹을 때까지 교반하고, 교반된 혼합액을 80℃가 되도록 냉각시킨 후, 흑연(Graphite) 12g을 넣고 4~5시간동안 반응시킨 후, 가열을 멈추고 2L의 증류수로 12시간 동안 교반하면서 희석시키며, 희석된 용액을 0.2㎛의 나일론 필터를 이용하여 흑연을 걸러내어 용액만 추출하며, 추출된 용액을 0℃의 항온조에 2L 비커를 넣어 준비하고 460mL의 황산을 비커에 넣고 전처리를 거친 그래핀을 비커에 넣고 교반하고, 혼합물을 비커에 과망간산칼륨(KMnO4) 60g을 넣고 완전히 녹을 때까지 교반한 후, 비커를 꺼내어 35℃의 항온조에 넣고 2시간동안 교반하며, 혼합물을 다시 0℃의 항온조에서 40~50℃의 온도를 유지하면서 증류수 920mL를 20~30mL로 나누어 넣어주면서 2시간 동안 교반 후, 2.8L의 물을 넣어 3시간동안 교반 희석하며, 희석물 100중량%에 대하여 과산화수소(H2O2)를 20~30중량%를 넣어준 후, 염화수소(HCl)와 증류수가 부피비로 1 : 2의 비율로 혼합된 물을 첨가하여 얻어진 PH 5~7에 해당하는 그래핀용액인 것을 특징으로 하는 그래핀을 함유한 전도성 발열콘크리트 제조방법을 제시하고 있다.

그러나 상기 기술의 경우 그래핀을 이용하여 전도성을 부여하고자 한 것이나 이러한 그래핀의 경우 분산이 용이하지 않아 페이스트에 전도성 단절구간을 형성하기 쉬워서 적은 에너지로 우수한 발열효율을 기대하기 어려운 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제10-1654478호

본 발명은 폐탄소나노튜브 및 폐음극재를 첨가하되 분산성 등을 향상시켜 적은 에너지로도 충분한 발열효율을 기대할 수 있는 발열콘크리트 및 이의 제조방법을 제공하고자 함이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 폐탄소나노튜브 및 폐음극재를 이용한 발열콘크리트(이하 "본 발명의 발열콘크리트")는 시멘트를 포함하는 결합재, 골재, 폐탄소나노튜브(CNT), 폐음극재가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 탄소섬유가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 에리스리톨 및 폴리부틸주석말레이트 혼합물이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 폐탄소나노튜브 및 폐음극재를 이용한 발열콘크리트 제조방법은, 폐탄소나노튜브 분산액을 제조하는 단계(S10); 시멘트를 포함하는 결합재, 폐음극재, 골재를 혼합한 혼합물을 교반시키는 단계(S20); 폐탄소나노튜브 분산액, 상기 혼합물을 혼합한 조성물을 교반시키는 단계(S30); 상기 조성물을 타설 및 양생하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 S10단계에는, 교반용기에 액상 폐탄소나노튜브, 물, 폴리카르본산계 감수제를 혼합한 후 초음파발생구를 가동하여 폐탄소나노튜브 분산액을 제조하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 교반용기는 내용기와 외용기로 구성되며, 상기 외용기에는 냉각수가 충진되며, 상기 외용기의 내부에 구성되는 내용기에는 액상 폐탄소나노튜브, 물, 폴리카르본산계 감수제가 투입되고, 상기 내용기에서 초음파발생구에 의해 초음파가 발생되도록 하여 온도상승이 제어되도록 하면서 폐탄소나노튜브 분산액이 제조되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 외용기 내부에 상기 내용기는 열전도성재질의 열전달바와 그 외주연에 열차단피복을 포함하는 복수의 지지대에 의해 지지되어 외부온도에 따라 외용기와 내용기 사이에 냉각수의 충진을 선택적으로 하여 폐탄소나노튜브 분산액이 제조되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 발열콘크리트는 폐자재를 재활용할 수 있어 친환경적인 장점이 있다.

또한 본 발명의 발열콘크리트는 탄소나노튜브 등의 균일한 분산, 탄소나노튜브의 기능저하 방지 등에 의해 적은 에너지로 발열효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 발열콘크리트는 전도성 단절구간을 제어하여 발열효율을 배가시키도록 하면서 균열에 대한 저항성을 향상시키도록 하는 장점이 있다.

도 1은 폐탄소나노튜브의 생성과정을 나타내는 그림.
도 2는 본 발명의 각 실시예의 발열성능을 실험한 그래프.
도 3은 본 발명의 제조방법을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 제조방법에 사용되는 반응용기의 일 예를 도시한 개략도.
도 5는 도 4에 도시된 반응용기의 다른 예의 작동상태도.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 발열콘크리트는 시멘트를 포함하는 결합재, 폐탄소나노튜브(CNT), 폐음극재가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 시멘트를 포함하는 결합재 100중량부에 대해 골재 50 내지 150중량부, 폐탄소나노튜브(CNT) 5 내지 50중량부, 폐음극재 5 내지 50중량부를 포함하도록 배합되는 것이 타당하다.

상기 시멘트를 포함하는 결합재에는 전로슬래그가 포함될 수 있다. 전로슬래그는 철분이 많이 함유돼 있어 천연 암석보다 밀도가 높고 내마모성이 우수한 바, 페이스트의 전기전도성이 부여될 수 있는 것이다.

또한 전로슬래그엔 생석회(CaO)가 함유돼 있어 물과 반응하면 체적팽창이 되는 바, 팽창제로서 균열저감의 기능도 발현되도록 하는 것이다.

상기 골재는 그 종류를 한정하지 않는다.

상기 폐탄소나노튜브(이하 "폐CNT"라함)는 도 1에서 보는 바와 같이 CNT 생산과정에서 발생되는 폐자재로 폐CNT 일부는 활성탄 제품에 활용되고 있고 대부분이 매립 또는 소각되고 있는 실정이며 나노 소재인 CNT가 토양에 침투하거나 소각 시 발생되는 오염물질에 대한 영향성을 평가하기 어려운 상황이다. 이에 본 발명에서는 폐기 처리되는 CNT를 재활용하여 발열 시멘트 복합체에 적용코자 한 것이며, 적용 결과 발열효과가 발현됨을 알 수 있었다.

상기 폐CNT는 분말 또는 분산액으로 배합될 수 있다.

상기 폐CNT 분산액은 액상 폐CNT, 물, 폴리카르본산계 감수제, 폴리비닐피로리돈을 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다. 액상의 폐CNT를 물에 희석하여 폐CNT 분산액이 제조되도록 하는 것이다.

일반적인 탄소나노튜브 입자들은 강한 반데르발스(Van der Waals) 인력으로 인해 입자 간 인력이 생기며, 이로 인해 자기-응집(self-aggregation)을 이루게 된다. 탄소나노튜브의 이러한 특성으로 인해 페이스트에서 탄소나노튜브 입자 자체를 미세입자로 분산시키고, 분산된 미세입자들의 분산성을 유지하는 것에 한계가 있다. 특히 탄소나노튜브는 비중이 매우 낮아 배합시 고르게 분포되지 못하며 표면으로 떠오르기 때문으로 균일한 분산이 이루어지기 어려운 문제가 있다.

이에 본 발명에 있어 상기 분산액에는 폴리카르본산계 감수제가 더 포함되도록 하여 폐CNT의 균일한 분산이 이루어지도록 하는 것이다.

상기 폴리카르본산(Polycarboxylate)계 감수제를 사용하는데, 주쇄(main chain)가 긴 폴리카르본산계 감수제는 카르복실기(COO-)가 시멘트의 초기 분산을 효과적으로 유도하여 단위수량을 감소시키고 시멘트가 수화하여 강도를 발현하도록 한다.

이에 더하여 상기 폴리카르본산(Polycarboxylate)계 감수제와 더불어 폴리카르본산(Polycarboxylate)계 유지제가 더 함유되도록 하는 것이 바람직하다. 측쇄(side chain)가 긴 폴리카르본계 유지제의 카르복실기(COO-)의 주쇄가 시멘트 수화물의 생성물에 매립되면 측쇄의 2차 분산 능력으로 장시간 작업성을 유지하는 역할을 수행한다.

상기 분산액에 있어 액상 폐CNT, 물, 폴리카르본산계 감수제, 폴리카르본산계 유지제의 경우 액상 폐CNT의 농도, 용도 등 다양한 인자에 의해 그 배합비를 선택적으로 조절할 수 있음은 당연하다.

또한 본 발명에서는 페이스트의 전기전도도가 발현되도록 하기 위해 폐CNT에 더하여 폐음극재가 더 첨가되도록 한다.

전기자동차 및 소형가전 제품 등에 사용되는 리듐이차전지는 양극, 음극, 분리막, 유기 전해액으로 구성되어 있으며, 전이금속산화물을 양극 소재로, 탄소를 음극소재로 사용한다. 특히 음극재는 10~18㎛ 크기로 천연흑연, 인조흑연, 저결정탄소, 금속계, CNT, 그래핀 등이 포함되어 있어 절연체인 콘크리트에 전기전도성을 갖도록 할 수 있는 것이다.

현재 사용되는 흑연은 10,000 ~ 80,000원/㎏에 이르고 있으며, 흑연이 시멘트 복합체에 다량 배합되는 경우 비용적인 한계로 인한 연구개발 및 제품생산에 어려움이 발생된다. 이에 본 발명에서는 폐리튬이차전지에서 발생되는 폐음극재를 활용하는 것으로 폐음극재를 활용하는 경우 기존 흑연 제품대비 1/20~1/50 이상의 가격 경쟁력을 확보할 수 있게 되는 것이며, 폐기되는 폐음극재를 재활용함으로써 자원순환과 환경오염을 방지할 수 있게 되는 것이다.

소정의 전도성능이나 강도강화 성능을 발현하기 위해서는 필러로서 폐CNT 또는 폐음극재 간에 네트워킹(Networking)이 형성되어야 하며, 이러한 필러간에 좋은 네트워킹을 형성하기 위해서는 장축비가 작은 폐음극재보다는 장축비가 월등히 큰 폐CNT가 절대적으로 유리하다. 즉, 장축비가 큰 폐CNT는 적은 량의 함량으로도 우수한 전기전도성을 발현하며, 반면에 장축비가 작은 폐음극재는 폐CNT에 비하면 훨씬 많은 량의 함량이 필요하다.

또한 이러한 네트워킹을 더욱 강화하기 위해 본 발명에서는 폐CNT와 폐음극재에 더하여 탄소섬유가 더 혼합되도록 한다. 상기 탄소섬유는 유기섬유를 불활성기체 속에서 적당한 온도로 열처리해 탄화, 결정화시킨 섬유를 정의하는 것으로, 탄소섬유는 그래파이트(graphite)상의 탄소로 된 고강도ㆍ고강성 등 기계적 성질이 발현된다.

이렇게 탄소섬유가 혼입됨으로써 가교 작용을 통한 균열저항성을 향상시키도록 하는 것이며 탄소섬유는 전기전도성을 가지고 있는 바, 페이스트에 전기전도성을 부여하게 되는 것이다.

특히 상기 탄소섬유는 폐CNT에 비해 장축비가 월등히 커서 네트워킹이 더욱 강화되는 것으로 폐CNT 또는 폐음극재 간에 응집에 의해 전도성의 단절구간이 형성되더라도 탄소섬유가 폐CNT 또는 폐음극재 간에 응집부분을 연결하여 더욱 전도성을 강화시켜 발열효율을 배가시키도록 하는 것이다.

즉 작업성 등을 위해 물/결합재비(w/c)가 증가하면 폐CNT 또는 폐음극재의 뭉침 현상이 증가하는데 탄소섬유(Carbon fiber)에 의해 응집된 폐CNT 간, 폐음극재 간, 폐CNT와 폐음극재 간에 전기적으로 서로 연결되므로 전도성의 단절구간이 형성되는 것을 제어하게 되는 것이다.

또한 콘크리트에 균열이 발생되는 경우 균열부분에서 상기에서 언급한 전도성의 단절구간이 형성되는데 탄소섬유가 첨가됨에 의해 탄소섬유의 가교 작용을 통해 페이스트의 균열을 제어함으로써 이와 같은 문제가 해결되도록 하는 것이다.

바람직하게 시멘트를 포함하는 결합재 100중량부에 대해 탄소섬유 1 내지 3중량부가 포함되도록 배합되는 것이 타당하다.

또한 본 발명에서는 상기 조성들 외에도 에리스리톨 및 폴리부틸주석말레이트 혼합물이 더 포함되도록 하는 예를 제시한다.

에리스리톨은 시멘트 페이스트가 전해질 기능이 발현되도록 하여 상기에서 언급한 전도성 단절구간의 형성을 제어하기 위한 것이며, 에리스리톨은 배합과정 및 경화과정에서 수화열을 흡수하여 균열을 제어하는 것은 물론 수화열의 흡수에 의해 열에 의해 폐CNT의 열변성을 제어하여 기능저하를 방지토록 하기 위한 것이다.

시멘트 페이스트가 경화 후에는 건조수축 등에 의해 수분이 제거되는 경우 상기 필러가 충진되지 않은 구간은 전도성의 단절구간으로서 작용하여 발열효율을 저하시키게 되며, 이러한 수축은 균열을 유발하여 구조적 건전성을 저하시키고 물리적으로도 전도성의 단절구간으로서 작용을 하게 되는 것이다.

이에 본 발명에서는 에리스리톨을 첨가토록 하여 보습작용이 이루어지도록 함으로써 상기와 같은 문제가 해결되도록 하는 것이며, 이에 더하여 경화과정에서 수화열이 상기 에리스리톨에 의해 흡수되도록 함으로써 온도균열의 형성도 제어되도록 하는 것이다.

한편 에리스리톨만 첨가하는 경우 에리스리톨의 경우 상기에서 언급한 바와 같이 열을 흡수하는 성상에 의해 하절기 등 주위 온도가 높은 경우 너무 많은 열을 흡수하여 상기에서 언급한 바와 같이 보습기능이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 이에 본 발명에서는 에리스리톨에 더하여 폴리부틸주석말레이트가 더 첨가되도록 하여 열적 안정성이 부여되도록 하기 위한 것이다.

바람직하게는 시멘트를 포함하는 결합재 100중량부에 대해 에리스리톨과 폴리부틸주석말레이트 혼합물 1 내지 3중량부가 배합되도록 하고, 에리스리톨과 폴리부틸주석말레이트는 중량비로 (70:30) 내지 (80:20)으로 배합되도록 하는 것이 타당하다.

본 실시예에서와 같이 에리스리톨과 폴리부틸주석말레이트가 더 첨가되는 경우 발열효율이 배가되는 것은 도 2에서 도시하는 실험결과에서도 증명이 된다. 도 2에 있어 실시예 1의 경우는 시멘트를 100중량부에 대해 폐CNT 80중량부, 폐음극재 20중량부를 포함하도록 배합된 예이고, 실시예 2의 경우 실시예 1과 동일하게 배합하되, 탄소섬유 3중량부가 더 배합된 예이며, 실시예 3의 경우 실시예 2와 동일하되, 에리스리톨과 폴리부틸주석말레이트 혼합물 3중량부가 더 배합된 예이며 여기서 에리스리톨과 폴리부틸주석말레이트는 중량비로 (70:30)인 것으로 하였다.

실험결과에서 보면 실시예 1보다 실시예 2의 경우가 더욱 발열효율이 좋은 것을 알 수 있는데 이는 상기에서 언급한 바와 같이 탄소섬유가 폐CNT 또는 폐음극재 간에 응집부분을 연결하여 전도성을 강화시키는 점과 가교작용에 의해 균열을 제어하는 점 등에 기인한 것으로 판단되며, 실시예 2보다 실시예 3의 경우가 더욱 발열효율이 좋은 것을 알 수 있는데 이는 상기에서 언급한 바와 같이 시멘트 페이스트가 전해질 기능이 유지되도록 하여 전도성 단절구간의 형성을 제어하는 점과 수화열 흡수 등에 의해 균열을 제어하는 점 등에 기인한 것으로 판단된다.

한편 본 발명은 도 3에서 보는 바와 같이 상기에서 언급한 발열콘크리트 제조방법에 대해서도 개시하고 있다. 본 발명의 제조방법은 도 3에서 보는 바와 같이 폐탄소나노튜브 분산액을 제조하는 단계(S10); 시멘트를 포함하는 결합재, 폐음극재, 골재를 혼합한 혼합물을 교반시키는 단계(S20); 폐탄소나노튜브 분산액, 상기 혼합물을 혼합한 조성물을 교반시키는 단계(S30); 상기 조성물을 타설 및 양생하는 단계(S40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 우선 폐탄소나노튜브 분산액을 제조하는 단계(S10)를 갖는다. 상기 S10단계에는, 교반용기에 액상 폐탄소나노튜브, 물, 폴리카르본산계 감수제를 혼합한 후 초음파발생구를 가동하여 폐탄소나노튜브 분산액을 제조하는 것을 특징으로 한다.

그런데 초음파를 이용하여 폐탄소나노튜브 분산액을 제조하는 과정에서 열이 발생되고 이러한 열은 폐탄소나노튜브를 열화시키는 인자로 작용하여 상기에서 언급한 기능의 발현이 저해되는 문제가 있을 수 있다.

이에 본 발명에서는 도 4에 도시되는 교반용기(1)를 사용하여 S10단계가 수행되어지는 예를 제시한다.

본 실시예에서 상기 교반용기(1)는 도 3에서 보는 바와 같이 내용기(2)와 외용기(3)로 구성되며, 상기 외용기(3)에는 냉각수(5)가 충진되며, 상기 외용기(3)의 내부에 구성되는 내용기(2)에는 액상 폐탄소나노튜브, 물, 폴리카르본산계 감수제가 투입되고, 상기 내용기(2)에서 초음파발생구(4)에 의해 초음파가 발생되도록 하여 온도상승이 제어되도록 하면서 폐탄소나노튜브 분산액(6)이 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 실시예에서는 외용기(3)와 내용기(2) 사이에 충진된 냉각수(5)와 내용기(2)에 충진된 폐탄소나노튜브 분산액(6) 간에 열교환이 이루어지도록 하여 상기 초음파발생구(4)에 의해 액상 폐탄소나노튜브, 물, 폴리카르본산계 감수제로 이루어진 교반대상물을 교반하는 과정에서 발생되는 열을 열교환에 의해 낮출 수 있도록 하는 것이다.

여기서 상기 초음파발생구(4)는 다양한 공지기술이 존재하므로 그 상세 설명은 생략한다.

이에 더하여 본 발명에서는 외기의 온도에 따라 열교환이 선택적으로 이루어지도록 하여 교반이 용이하게 이루어지도록 하면서 탄소나노튜브의 열화가 제어될 수 있도록 하는 실시 예가 도 5a 및 도 5b에 도시되고 있다.

본 실시예에서는 상기 외용기(3) 내부에 상기 내용기(2)는 열전도성재질의 열전달바(71)와 그 외주연에 열차단피복(72)을 포함하는 복수의 지지대(7)에 의해 지지되어 외부온도에 따라 외용기(3)와 내용기(2) 사이에 냉각수(5)의 충진을 선택적으로 하여 폐탄소나노튜브 분산액(6)이 제조되는 것을 특징으로 한다.

즉 본 실시예에서는 외용기(3) 내부에 내용기(2)가 복수의 지지대(7)에 의해 상호 이격을 형성하면서 구성되되, 상기 지지대(7)는 열전도성재질의 열전달바(71)와 그 외주연에 열차단피복(72)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

열전달바(71)는 내용기(2)의 열(H1)을 외부로 방열시키도록 하는 구성으로 그 재질은 당연히 열전도성이 있는 재질로 구성되어야 한다. 상기 열전단바(71)를 감싸는 열차단피복(72)은 열전달바(71)와 외부간 열전달을 차단토록 하는 것으로 도 5a에서는 열전달바(71)와 외용기(3)와 내용기(2) 사이의 공기간 열전달을 차단토록 하여 내용기(2)에서 이하에서 설명할 초음파분산에 의해 발생되는 열(H1)이 외용기(3) 외부로 방열이 되도록 하는 것이며, 도 5b에서는 열전달바(71)와 냉각수(5) 간의 열전달이 차단되도록 하여 냉각수(5)와 탄소나노튜브 분산액(6) 간에만 열전달이 이루어지도록 하기 위한 것이다. 여기서 열차단피복(72)의 경우도 다양한 공지의 재질이 존재하므로 그 상세 설명은 생략한다.

본 실시예의 작동상태를 설명하면 도 5a는 외부온도가 낮은 경우 특히 동절기 등에 외부의 낮은 온도가 탄소나노튜브 분산액(6)으로 전달되는 경우 분산자체가 잘 이루어지지 않아 탄소나노튜브가 응집된 형태의 분산액(6)이 제조될 수 있는 문제가 있는 바, 이 경우 외용기(3)와 내용기(2) 사이는 외기가 내용기(2)로 전달되는 것을 차단토록 하는 열차단층의 기능이 발현되도록 하여 내용기(2) 내부의 탄소나노튜브 분산액(6)에 분산저하를 유발할 정도의 저온이 되는 것을 방지토록 하는 것이며, 초음파에 의한 분산과정에서 발생되는 열(H1)의 경우는 열전달바(71)를 이용하여 외부로 방열시켜 분산과정에서 탄소나노튜브가 열화되는 것을 제어토록 하는 것이다.

즉 도 5a는 동절기 등에 내용기(2) 내부에 폐탄소나노튜브 분산액(6)이 분산이 어려울 정도로 저온이 되는 것을 방지토록 하면서 초음파에 의한 분산과정에서 발생되는 열(H1)은 외부로 방열시켜 탄소나노튜브의 열화를 제어토록 하는 것이다.

또한 도 5b는 하절기 등의 경우 내용기(2) 내부의 폐탄소나노튜브 분산액(6)에 외기가 전달되는 것만으로도 탄소나노튜브의 열화를 초래할 수 있는 경우 외용기(3)와 내용기(2) 사이에 냉각수(5)를 충진토록 하여 냉각수(5)와 폐탄소나노튜브 분산액(6) 간에 열(H2) 교환이 이루어지도록 함과 동시에 초음파에 의한 분산과정에서 발생되는 열(H1)의 경우도 열전달바(71)를 이용하여 외부로 방열시키도록 하여 외기 및 초음파에 의한 분산에 의해 탄소나노튜브가 열화되는 것을 제어토록 하는 것이다.

상기에서 언급한 바와 같이 폐탄소나노튜브 분산액을 제조하는 단계(S10)를 거치면, 그 다음으로 시멘트를 포함하는 결합재, 폐음극재, 골재를 혼합한 혼합물을 교반시키는 단계(S20)를 갖는다. 결합재, 폐음극재, 골재를 교반시켜 특히 입자가 작은 폐음극재가 결합재와 골재 간에 충분한 분산이 이루어진 상태가 되도록 하는 것이다.

그 다음으로 폐탄소나노튜브 분산액, 상기 혼합물을 혼합한 조성물을 교반시키는 단계(S30)를 갖는다. 본 단계(S30)의 경우가 도 4 및 도 5에 도시된 교반용기(1)를 이용하여 교반이 이루어지도록 할 수 있다. 또한 본 단계(S30)에서는 폐탄소나노튜브 분산액, 상기 혼합물외에도 탄소섬유, 에리스리톨 및 폴리부틸주석말레이트 혼합물을 더 첨가한 조성물에 대해 교반이 이루어지도록 할 수 있다.

마지막으로 상기 조성물을 타설 및 양생하는 단계(S40)를 갖는다. 본 단계(S40)에서는 용도에 따라 상기 조성물을 타설 및 양생토록 하는데, 용도에 따라 전극이 거푸집에 기 설치된 상태에서 상기 조성물을 타설 및 양생토록 하여 전극이 매립된 형태의 구조물이 제조 또는 시공이 될 수 있도록 하는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1 : 교반용기 2 : 내용기
3 : 외용기 4 : 초음파발생구
5 : 냉각수 6 : 폐탄소나노튜브 분산액

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 폐탄소나노튜브 분산액을 제조하는 단계(S10);
   시멘트, 폐음극재, 골재를 혼합한 혼합물을 교반시키는 단계(S20);
   폐탄소나노튜브 분산액, 상기 혼합물을 혼합한 조성물을 교반시키는 단계(S30); 및
   상기 조성물을 타설 및 양생하는 단계(S40);를 포함하며,
   상기 S10단계는,
   교반용기에 액상 폐탄소나노튜브, 물, 폴리카르본산계 감수제를 혼합하고 초음파발생구를 가동하여 폐탄소나노튜브 분산액을 제조하며,
   상기 교반용기는,
   내용기와 외용기로 구성되고, 상기 외용기에는 냉각수가 선택적으로 충진되며, 상기 외용기의 내부에 구성되는 내용기에는 액상 폐탄소나노튜브, 물, 폴리카르본산계 감수제가 투입되고 초음파발생구에 의해 초음파가 발생되도록 하여 온도상승이 제어되도록 하면서 폐탄소나노튜브 분산액이 제조되고,
   상기 외용기 내부에 내용기가 복수의 지지대에 의해 상호 이격을 형성하면서 구성되되, 상기 지지대는 열전도성 재질로 구성되는 복수의 열전달바와, 상기 열전달바의 외주연을 감싸는 열차단피복을 포함하고,
   외부온도에 따라 상기 외용기와 내용기 사이에 냉각수를 충진하지 않도록 하여 외기가 내용기로 전달되는 것을 차단하면서 초음파에 의한 분산과정에서 발생되는 열이 열전달바를 통해 외부로 방열되게 하거나, 또는 외용기와 내용기 사이에 냉각수를 충진하여 냉각수와 폐탄소나노튜브 분산액 간에 열 교환이 이루어지도록 하면서 초음파에 의한 분산과정에서 발생되는 열이 열전달바를 통해 외부로 방열되게 하는 것을 특징으로 하는 폐탄소나노튜브 및 폐음극재를 이용한 발열콘크리트의 제조방법.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 S30단계에서 상기 조성물은 탄소섬유가 더 포함되고,
   탄소섬유가 더 혼합된 조성물에 대해 교반을 실시하는 것을 특징으로 하는 폐탄소나노튜브 및 폐음극재를 이용한 발열콘크리트의 제조방법.
   
6. 제 4항에 있어서,
   상기 S30단계에서 상기 조성물은 에리스리톨과 폴리부틸주석말레이트의 혼합물이 더 포함되고,
   에리스리톨과 폴리부틸주석말레이트의 혼합물이 더 혼합된 조성물에 대해 교반을 실시하는 것을 특징으로 하는 폐탄소나노튜브 및 폐음극재를 이용한 발열콘크리트의 제조방법.
7. 삭제

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