KR102598696B1 - 미네랄 촉매제를 이용한 건축자재 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미네랄 촉매제를 이용한 건축자재 제조방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따르면, 규산염 광물을 아미노산 수용액에 침지시켜 규산염 용액을 제조하는 단계, 상기 규산염 용액을 결빙시키는 단계, 상기 규산염 용액을 해빙시키는 단계, 상기 규산염 용액을 건조시키켜 분말제를 제작하는 단계, 상기 건조된 분말제를 용매에 용해키고, 용해된 분말제를 지방제제와 혼합하여 혼합물을 제작하는 단계 및 상기 혼합물을 포장하여 건축자재를 제조하는 단계를 포함한다.

Description

미네랄 촉매제를 이용한 건축자재 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING BUILDING MATERIALS USING A MINERAL CATALYST}
본 발명은 미네랄 촉매제를 이용한 건축자재 제조방법에 관한 것이다.
건축자재라 함은, 종이앵글을 비롯하여 건물의 내장 혹은 외장용 판넬, 바닥재, 욕실용 벽 판넬, 욕실 발판, 현관 발판 등을 모두 포함할 뿐만 아니라 책상이나 의자 등의 자재를 모두 포함하는 말이다.
종전만 하더라도 이 건축자재로 쓰이는 재료에는 나무나 천연 대리석, 혹은 고무, 합성섬유의 재료가 전부였다. 예를 들어, 건축자재가 회사나 가정집 등의 마루 바닥재로 사용될 경우, 나무나 대리석, 혹은 장판과 같이 합성수지로 된 바닥재가 전부였다.
그러나, 근자에 들어 이러한 건축자재는 단지 콘크리트의 벽을 가리는 마감재로써의 역할을 하지 않는다. 즉, 마루 바닥재만 보더라도 단지 평평하게 시공을 하여 사람들이 걷고 다닐 수 있는 역할 외에도, 걸어다니는 동안이라도 건강증진의 효과를 만끽할 수 있도록 한 것이 개발되고 있는 실정에 있다.
이러한 예로부터 계속사용하던 건축자재의 경우, 독성이나 유해성을 포함하고 있으며 이러한 유해성을 저하시키기 위한 방법이 필요하게 되었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허 제10-2004-0110613호(2004.12.31. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 생활용품 제작시 미네랄 촉매제를 함께 포함함으로써, 건축자재가 포함하고 있는 독성이나 유해성을 저하시킬 수 있는 미네랄 촉매제를 이용한 건축자재 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 규산염 광물을 아미노산 수용액에 침지시켜 규산염 용액을 제조하는 단계, 상기 규산염 용액을 결빙시키는 단계, 상기 규산염 용액을 해빙시키는 단계, 상기 규산염 용액을 건조시키켜 분말제를 제작하는 단계, 상기 건조된 분말제를 용매에 용해키고, 용해된 분말제를 지방제제와 혼합하여 혼합물을 제작하는 단계 및 상기 혼합물을 포장하여 건축자재를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 규산염 광물은 화강암 35 ~ 45 중량%, 규장암 35 ~ 45 중량% 및 가리장석 10 ~ 20 중량%를 포함할 수 있다.
상기 분말제는 7 ~ 20㎛ 파장대의 92 ~ 97% 원적외선 방사율을 가질 수 있다.
상기 분말제는 기능성 첨가재 1중량부를 더 포함하되, 상기 기능성 첨가제는 셀룰로오스를 포함하는 내피재 0.2 중량부 대비 소수성 고분자와 친수성 고분자를 포함하는 외피재 0.1를 포함하고, 상기 내피재와 외피재는 원형으로 형성되며, 상기 내피재의 내부에는 해록석(glauconite) 1중량부대비, 칼슘카보네이트(CaCO3) 0.5중량부, 석회수(Ca(OH)2) 0.4중량부, 질산칼슘(Ca(NO3)2) 0.1중량부, 산화칼슘(CaO) 0.05중량부, 메조 다공성 실리카 복합체 0.1중량부를 포함할 수 있다.
상기 방법 및 특징을 갖는 본 발명에 따르면, 건축자재가 포함하고 있는 독성이나 유해성을 저하시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미네랄 촉매제를 이용한 건축자재 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미네랄 촉매제를 이용한 건축자재 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1에서 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 건축자재 제조방법은, 규산염 용액을 제조하는 단계(S110), 결빙단계(S120), 해빙단계(S130), 분말제 제작단계(S140), 혼합물 제작단계(S150) 및 건축자제 제조단계(S160)를 포함한다.
먼저, 규산염 용액을 제조하는 단계(S110)는 규산염 광물을 아미노산 수용액에 침지시킨다. 먼저 규산염 광물은 화강암 35 ~ 45 중량%, 규장암 35 ~ 45 중량% 및 가리장석 10 ~ 20 중량%를 포함한다.
먼저, 규산염 광물의 미세분말은 층상구조를 구성하고 있는 Si-O 사면체시트와 결합한 Al-O 팔면체의 층상구조가 1:1층 또는 2:1층의 복합층을 형성하고 이 층상구조 사이에 H2O 1분자와 아미노산 1분자가 평행시트 상으로 배열하여 규산염광물의 적외선 파장대가 물분자 진동 수와 같으므로 공명공진되어 흡수되고 이들간 반데르발스 힘(Van der Waals force)으로 강력히 흡착되어 평행시트 상으로 층간에 투입된다.
상기 이론은 이미 가리장석이 공기 중에서 탄소를 흡착하여 풍화되거나 물 속에서 수분을 흡수하여 용해될 때 H+ 이온의 교환반응으로 알려진 가설에 의해 뒷받침된다.
예컨대, 대기 중에서 빗물에 의하여
2KAlSi3O8 + H2CO3 + H2O → Al2Si2O5(OH)4 + 2OH + K2CO3 + 4SiO2
또는 물 속에서
2KAlSi3O8 + 3H2O → Al2Si2O5(OH)4 + 2OH + 2KOH + 4SiO2
이때, 아미노산 분자도 물 분자에 의해 끌려 층상구조에 투입된다. 층상 사이에 투입된 H2O 분자는 동형치환에의해 H+ 와 (OH)-기가 성인되고 광물성분의 Si4+, A3+, Fe3+, Mg2+, K+등 양이온을 거동케하여 전하를 발생시킨다.
특히 물 분자 또는 유기체아미노산 분자의 O가 규산염 광물의 하면에 있는 저면산소 O와 공유결합하여 O2-음이온에 참여하면 표면전하는 높게 발진된다.
또, K이온이 핵심부에 끌어들여지고 아미노산의 NH4의 반응에 의해 NH4라디칼(radical)이 양이온에 관여하여 이온치환 능력이 향상된다 이러한 반응은 규산염 광물이 미분쇄되면서 더욱 만족할 만한 상태에 이르게 된다.
다음으로, 결빙단계(S120)는 제조된 규산염 용액을 냉각기를 이용하여 냉각시켜 규산염 용액을 얼린다. 즉, 용액의 형태로 형성되어 있는 규산염을 분말제로 제작하기 위해 낮은 온도를 가지는 냉각기를 통해 얼린다.
그러면 해빙단계(S130)는 얼려진 규산염 용액을 후술할 분말제 제작단계(S140)에서 분말제로 용이하게 제작하기 위해 일정 온도를 가지도록 온도 높이는 단계이다. 즉, 결빙된 규산염 용액을 전부 해빙하는 것이 아닌 일정 온도로만 해빙하려 분말제를 제작하기 용이하게 제공한다.
다음으로, 분말제 제작단계(S140)는 해빙된 규산염 용액을 분말 형태로 제작한다. 이때 조성된 Si-O 및 Al-O 층상사이에 투입된 H2O 분자와 아미노산 유기분자는 강력한 공유결합으로 자연상태에서는 층상구조에서 결코 탈퇴되지 않는다. 본 발명의 규산염 광물 분말이 물 분자에 의한 유기분자의 유지조성 외에도 적외선의 흡수 방사가 극대화 될 수 있는 분광이 성립되어야만 한다. 그 결과 물 분자의 H+ 이온의 진동과 공진공명되어 물이 활성화되고 활성화된 물이 식물체와 인체 등 생태계에 활성을 부여하게 되기 때문이다. 물 분자는 공지된 바와 같이 H+ 이온의 신축진동과 변각진동의 파장이 상온에서 700~1200㎐/㎝-1 이므로 본 발명 아미노산 유기분자 복합체인 규산염광물의 분말이 Si-O 사이에 흡수방사를 이루는데 저면산소 O가 결합된 규산염광물 분자의 진동에 중요한 인자가 된다.
그리고 규산염 광물을 아미노산 수용액에 5 내지 15일간 침지한 후 영하 20℃이하로 결빙하고, 해빙한 상태에서 60℃ 이하의 온도에서 표면 건조후 봉밀 분쇄기로 60 내지 2500nm 크기로 미분쇄하여 분말 형태로 제작하고, 이때 분말은 7 ~ 20㎛ 파장대의 92 ~ 97% 원적외선 방사율을 가질 수 있다. 이러한 원적외선의 7 ~ 20㎛ 파장대은 물 분자의 진동수인 700~1200㎐/㎝-1와 유사하여, 점토 광물 중에서 이온 교환능력이 높은 벤토나니트보다 약 100배 이상의 원적외선 방사능력을 가질 수 있다.
다음으로, 혼합단계(S150)는 건조된 분말제를 용매에 용해키고, 용해된 분말제를 지방제제를 혼합하여 혼합물을 제작한다. 이때, 사용되는 지방제제는 건축도료, 중방식도료, 분체도료, 일반공업도료, 자동차도료, 플라스틱도료등에 사용되며, 창호(pvc 창호), 내외장재, 석고보드, 석고텍스, 천장재, 뷰티클, 프라스틱/pc/아크릴, 벽돌류(황토벽돌, 시멘트벽돌, 벽돌타일), 판넬류(불연자재, 사이딩판넬), 소재류(유기소재, 무기소재, 장섬유), 접착제류(DGU, DAP), 벽지류(종이등), 장판류(종이, pvc등), 목재류(방부목, 집성목, 구조목, 마감재, 후로링증), 시멘트류, 코올타르류등과 같은 건축자재를 제작할 경우에 추가로 분말제를 첨가할 수 있다.
이러한 지방제제는 고 올레산 해바라기유, 올리브유, 엑스트라 버진 올리브유, 해바라기씨유, 평지씨유, 포도씨유, 또는 30% wt 미만의 포화 지방을 함유하는 실온에서 액체인 임의의 다른 식물유(vegetable oil)로 구성된 그룹으로부터 선택된 오일을 60℃ 내지 95℃까지 가열하고, 가열이 완료된 기름에 완전한 용해를 수득할 때까지 단계 a)의 혼합기에 E-471, E-472, E-475 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 지방산 모노- 및 디글리세라이드-유형 유화제를 전체 제제에 대해 1 내지 60중량%의 양으로 첨가한후, 용해 온도를 최대 95℃로 증가시키거나 유지한다.
그리고 글리세롤을 전체 제제에 대해 0.1 내지 20중량%의 양으로 커터형 혼합기에 첨가하고 캐롭과 카라기난을 각각 전체 제제에 대해 0.25 내지 10중량%의 양으로 균질한 반고체가 수득될 때까지 글리세롤에 분산시키고, 점성 균질 액체인 지방제제를 획득한다.
이러한 지방제제는 건축자재의 원료로 사용될 수 있으며, 본 발명의 분말제와 함께 혼합하여 사용함으로써, 건축도료에서 발생되는 악취와 독성을 중화시킬 수 있다.
다음으로, 건축자재 제조단계(S160)는 혼합물을 압출 또는 사출시켜 건축자재를 제조한다.
이때, 건축자재중에서 건축도료, 중방식도료, 분체도료, 일반공업도료, 자동차도료, 플라스틱도료등으로 사용되는 경우, 건축자재 제조단계(S160)에서는 액체형태로 제조될 수 있다.
또한, 분말제는 지방제제와 분말제가 원활하게 섞일 수 있도록하는 기능성 첨가재 1중량부를 더 포함할수 있다. 이러한 기능성 첨가제는 기능성 첨가제는 셀룰로오스를 포함하는 내피재 0.2 중량부 대비 소수성 고분자를 포함하는 외피재 0.1를 포함하고, 상기 내피재와 외피재는 원형으로 형성되며, 상기 내피재의 내부에는 해록석(glauconite) 1중량부대비, 칼슘카보네이트(CaCO3) 0.5중량부, 석회수(Ca(OH)2) 0.4중량부, 질산칼슘(Ca(NO3)2) 0.1중량부, 산화칼슘(CaO) 0.05중량부 및 메조 다공성 실리카 복합체 0.1중량부를 포함한다.
여기에서 내측이란 해록석(glauconite) 1중량부대비, 칼슘카보네이트(CaCO3) 0.5중량부, 석회수(Ca(OH)2) 0.4중량부, 질산칼슘(Ca(NO3)2) 0.1중량부, 산화칼슘(CaO) 0.05중량부, 라베프라졸, 에스오메프라졸, 덱스란소프라졸 각각 0.1중량부 및 유기물 0.2 중량부와 접촉되는 위치를 의미하고, 외측은 내측의 밖을 의미한다.
상기한 내피재는 0.2 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 내피재가 0.2 중량부를 초과 하는 경우, 무게를 지나치게 증대시켜 분산성을 저하시키며, 0.2 중량부 미만인 경우 싸이토키닌과 접촉하여 반응이 일어나는 우려가 있다.
그리고 외피재는 내피재의 외측에 형성되며 소수성 고분자를 포함할 수 있다. 먼저, 소수성 고분자는 친수성 고분자와 함께 물에 용해되지 않는 것으로, 소수성 고분자는 메타크릴산 공중합체, 에틸셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스 프탈레이트, 히드록시프로필메틸셀룰로오스 아세테이트 석시네이트, 셀룰로오스 아세테이트 프탈레이트 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 1종 이상 선택되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 메타크릴산 공중합체 또는 에틸셀룰로오스를 사용할 수 있다.
이러한 내피재와 외피제는 마이크로 단위의 원형으로 형성되며, 본발명의 지방제제와 반응하여 지방제제와 수용액이 빠르게 섞일수 있도록 해록석 1중량부, 슘카보네이트(CaCO3) 0.5중량부, 석회수(Ca(OH)2) 0.4중량부, 질산칼슘(Ca(NO3)2) 0.1중량부, 산화칼슘(CaO) 0.05중량부 및 메조 다공성 실리카 복합체 1중량부를 포함한다.
먼저, 해록석은 1중량부로 사용되는 것이 바람직한데 1중량부보다 작게 사용되거나 많이 사용되는 경우 이온 교환제의 작용이 일어나지 않거나 과하게 일어나 필요로하는 이온 교환을 제공하지 못하는 단점이 있다.
그리고 칼슘카보네이트(CaCO3) 0.5중량부, 석회수(Ca(OH)2) 0.4중량부, 질산칼슘(Ca(NO3)2) 0.1중량부, 산화칼슘(CaO) 0.05중량부는 각각은 물고기에 필요료하는 영양성분으로 함께 포함되는 것으로써, 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 메조 다공성 실리카 복합체는 전구체로 유기 실란화합물이나 물유리 (소디움 실리케이트 용액) 등의 메타실리케이드 알칼리염과 같은 무기계 실리케이트 화합물을 모두 사용할 수 있다. 용매로는 물이나 알콜 용매 그리고 실리카 전구체를 녹일 수 있는 용매는 모두 사용할 수 있는 특성이 있으며, 이러한 메조 다공성 실리카 복합체를 사용함으로써, 소수성을 제공함으로써, 용매에 지방제제가 빠르게 섞일 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 청구범위를 통해 한정되지 않은 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 규산염 광물을 아미노산 수용액에 침지시켜 규산염 용액을 제조하는 단계;
    상기 규산염 용액을 결빙시키는 단계;
    상기 규산염 용액을 해빙시키는 단계;
    상기 규산염 용액을 건조시키켜 분말제를 제작하는 단계;
    상기 건조된 분말제를 용매에 용해키고, 용해된 분말제를 지방제제와 혼합하여 혼합물을 제작하는 단계; 및
    상기 혼합물을 포장하여 건축자재를 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 분말제는,
    기능성 첨가제를 더 포함하되,
    상기 기능성 첨가제는 셀룰로오스를 포함하는 내피재 0.2 중량부 대비 소수성 고분자와 친수성 고분자를 포함하는 외피재 0.1중량부를 포함하고, 상기 내피재와 외피재는 원형으로 형성되며,
    상기 내피재의 내부에는 해록석(glauconite) 1중량부대비, 칼슘카보네이트(CaCO3) 0.5중량부, 석회수(Ca(OH)2) 0.4중량부, 질산칼슘(Ca(NO3)2) 0.1중량부, 산화칼슘(CaO) 0.05중량부, 메조 다공성 실리카 복합체 0.1중량부를 포함하는 건축자재 제조방법.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 규산염 광물은 화강암 35 ~ 45 중량%, 규장암 35 ~ 45 중량% 및 가리장석 10 ~ 20 중량%를 포함하는 건축자재 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분말제는 7 ~ 20㎛ 파장대의 92 ~ 97% 원적외선 방사율을 갖는 건축자재 제조방법.
  4. 삭제
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