KR102625740B1 - 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법 및 그 단열차음재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법 및 그 단열차음재에 관한 것으로, 폐플라스틱, 폐고무 및 폐섬유 중 적어도 하나를 포함하는 폐수지 재료로부터 수득한 폐수지 분말을 준비하는 단계, 정제수, 폐수지 분말, 나노셀룰로오스 재료 및 점도 조절제를 혼합하고 교반하여 제1 단열차음재 조성물을 제조하는 단계, 제1 단열차음재 조성물에 정제수, 기능성 세라믹 분말 재료 및 식물성 분말 재료를 첨가하고 교반하여 제2 단열차음재 조성물을 제조하는 단계, 제2 단열차음재 조성물과 정제수, 미네랄 광물질, 알칼리염 및 수용성 규산염이 혼합된 미네랄 기능수를 발효 처리하여 제조된 미네랄 발효물을 혼합하여 제3 단열차음재 조성물을 제조하는 단계, 제3 단열차음재 조성물을 일정 온도에서 일정 시간 동안 교반하여 겔(gel) 상태의 제4 단열차음재 조성물을 제조하는 단계 및 제4 단열차음재 조성물을 성형 또는 가공하는 단계를 포함하는 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법을 제공한다.

Description

폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법 및 그 단열차음재{Manufacturing method of insulation and sound absorption using spent resin and mineral binder and insulation and sound absorption manufactured by the same}
본 발명은 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법 및 그 단열차음재에 관한 것으로, 상세하게는 폐플라스틱, 폐고무 및 폐섬유 중 적어도 하나를 포함하는 폐수지 재료와 미네랄 바인더를 형성하는 기능성 세라믹 분말 재료 및 미네랄 발효물을 이용한 단열차음재의 제조 방법 및 그 단열차음재에 관한 것이다.
산업이 고도로 발달해감에 따라 인간에게 불필요한 소음이 발생됨으로써 소음으로 인한 피해의 정도가 점차 증가되고 있는 실정이다. 특히, 최근 공동주택 등에서 층간소음 문제로 인해 이웃 간의 살인과 방화, 폭행 등의 사건이 자주 발생하면서 공동주택의 층간소음은 심각한 사회적 문제로 떠오르고 있다. 이에 다양한 소음방지 대책이 제안되고 있다.
한편, 국내 대부분의 공동주택에 사용되고 있는 콘크리트는 무겁고 밀실하기 때문에 동일한 두께의 다른 재료보다 사람의 말소리나 TV 소리 등 공기를 매체로 하여 전달되는 소음에 대해서는 차단성능이 우수하다. 그러나, 상기 콘크리트는 재료의 특성상 표면에 직접 충격이 가해짐에 따라 발생하는 충격음이 콘크리트 슬라브 또는 벽체를 통해 인접 세대에 쉽게 전달되는 경향이 있다.
또한, 우리나라의 공동주택은 대부분 슬라브층, 슬라브 상부의 단열층, 경량 콘크리트 또는 기포 콘크리트층, 난방 코일층 및 마감 몰타르층 등을 포함하는 온돌 바닥 구조로 이루어져 슬라브 상부의 단열층을 발포성 스티로폼으로 시공하기 때문에 바닥 충격음에 대한 저감효과는 미비한 실정이다.
이와 같은 층간소음 문제를 해결하기 위한 건축물의 층간 콘크리트에 폐타이어 분쇄물, 아크릴, 우레탄 등을 혼합하여 타설하는 방식은 소음차단 효과가 떨어져 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타일렌 등의 발포 폼을 층간 소음재로 시공하고 있다. 그러나, 상기 폐타이어 분쇄물은 바닥 충격음 성능이 우수하나 시공의 어려움으로 인하여 사용되지 않고 있는 실정이고, 상기 폐타이어 분쇄물과 유사한 부틸 고무는 바닥 충격음 성능이 우수하나 가격이 높아 사용되지 않고 있는 실정이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 노력으로 방음, 차음 또는 흡음 기능을 가지는 새로운 소재의 단열차음재를 개발하고자 하는 연구가 다양하게 진행되고 있으며, 근래에는 경제적, 환경적 문제로 폐플라스틱 등을 재활용하기 위한 여러 가지 방법이 모색되고 있다.
본원의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허 제10-1840414호에 개시되어 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 폐플라스틱, 폐고무 또는 폐섬유를 재활용한 폐수지 분말과 미네랄 바인더로 기능하는 기능성 세라믹 분말 재료와 미네랄 발효물을 이용하여 환경 보호에 기여함은 물론 압축강도, 불연, 단열, 원적외선 방사, 항균, 항산화 또는 탈취 효과가 향상된 단열차음재의 제조 방법 및 그 단열차음재를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법은 폐플라스틱, 폐고무 및 폐섬유 중 적어도 하나를 포함하는 폐수지 재료로부터 수득한 폐수지 분말을 준비하는 단계; 정제수, 상기 폐수지 분말, 금속 나노입자로 함침 처리된 나노셀룰로오스 입자를 포함하는 나노셀룰로오스 재료, 및 점도 조절제를 혼합하고 교반하여 제1 단열차음재 조성물을 제조하는 단계; 상기 제1 단열차음재 조성물에 정제수, 맥반석, 견운모, 토르말린 및 말라카이트를 포함하는 제1 세라믹 재료, 황토, 백토 및 규조토 중 적어도 하나를 포함하는 제2 세라믹 재료, 산화철, 산화칼슘, 산화알루미늄 및 산화마그네슘 중 적어도 하나를 포함하는 금속 산화물 및 정제수를 포함하도록 제조된 세라믹 혼합물을 소성 및 분쇄하여 제조된 기능성 세라믹 분말 재료, 및 탄화코르크 분말, 편백나무 분말, 황칠나무 분말 및 고무나무 분말의 혼합물을 포함하는 식물성 분말 재료를 첨가하고 교반하여 제2 단열차음재 조성물을 제조하는 단계; 상기 제2 단열차음재 조성물과 정제수, 칼슘, 마그네슘, 망간, 철, 구리 인, 아연, 나트륨, 칼륨 및 게르마늄 중 적어도 하나를 포함하는 미네랄 광물질, 염화칼륨, 탄산칼륨 또는 염화마그네슘을 포함하는 알칼리염, 및 규산나트륨 또는 규산칼륨을 포함하는 수용성 규산염을 혼합하여 제조된 미네랄 기능수를 EM 원액으로 발효 처리하여 제조된 미네랄 발효물을 혼합하여 제3 단열차음재 조성물을 제조하는 단계; 상기 제3 단열차음재 조성물을 일정 온도에서 일정 시간 동안 교반하여 겔(gel) 상태의 제4 단열차음재 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제4 단열차음재 조성물을 성형 또는 가공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 폐수지 분말은 폐플라스틱, 폐고무 및 폐섬유가 1:0.5~1:0.1~0.2의 중량비로 혼합된 폐수지 재료를 세척 및 분쇄하여 수득되고, 상기 제1 단열차음재 조성물은 상기 폐수지 분말 25 내지 30, 및 상기 나노셀룰로오스 재료 5 내지 10 중량%, 상기 점도 조절제 3 내지 5 중량% 및 잔여의 정제수를 포함하도록 제조될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기능성 세라믹 분말 재료는 맥반석, 견운모, 토르말린 및 말라카이트가 1:0.5~1:0.5~1:0.5~1의 중량비로 혼합된 제1 세라믹 재료 15 내지 20 중량%, 황토, 백토 및 규조토가 1:0.1~0.5:0.1~0.5의 중량비로 혼합된 제2 세라믹 재료 5 내지 10 중량%, 산화철, 산화칼슘, 산화알루미늄 및 산화마그네슘이 1:1:1:1의 중량비로 혼합된 금속 산화물 1 내지 5 중량%, 및 잔여의 정제수를 혼합하고 300 내지 400℃의 온도에서 가열 공정을 수행하여 슬러리 형태의 세라믹 혼합물을 제조하고, 상기 세라믹 혼합물을 1,100 내지 1300℃의 온도에서 200 내지 300분 동안 소성한 후 10 내지 30um의 입자 크기를 갖도록 분쇄하여 제조될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 단열차음재 조성물은 상기 제1 단열차음재 조성물 100 중량부당 상기 기능성 세라믹 분말 재료 15 내지 20 중량부, 탄화코르크 분말, 편백나무 분말, 황칠나무 분말 및 고무나무 분말이 1:1~1.5:0.5~1:0.5~1의 중량비로 혼합된 식물성 분말 재료 5 내지 10 중량부 및 정제수 200 내지 300 중량부를 혼합하여 제조될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 미네랄 기능수는 정제수 100 중량부당 상기 미네랄 광물질 10 내지 20 중량부, 상기 알칼리염 1 내지 5 중량부, 및 상기 수용성 규산염 1 내지 5 중량부를 혼합하고 교반하여 제조될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제3 단열차음재 조성물은 상기 제2 단열차음재 조성물 100 중량부당 상기 미네랄 발효물 5 내지 10 중량부 및 정제수 100 내지 200 중량부를 포함하도록 제조될 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 단열차음재는 상기 방법들 중 어느 하나의 방법에 의해 제조된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 폐플라스틱, 폐고무 및 폐섬유 중 적어도 하나를 포함하는 폐수지 재료로부터 수득한 폐수지 분말을 주 재료로 사용하고, 충진재로서 금속 나노입자로 함침 처리된 나노셀룰로오스 입자를 포함하는 나노셀룰로오스 재료와 탄화코르크 분말, 편백나무 분말, 황칠나무 분말 및 고무나무 분말의 혼합물을 포함하는 식물성 분말 재료를 사용하고, 무기 바인더로서 맥반석, 견운모, 토르말린 및 말라카이트를 포함하는 제1 세라믹 재료, 황토, 백토 및 규조토 중 적어도 하나를 포함하는 제2 세라믹 재료, 산화철, 산화칼슘, 산화알루미늄 및 산화마그네슘 중 적어도 하나를 포함하는 금속 산화물 및 정제수를 포함하도록 제조된 세라믹 혼합물을 소성 및 분쇄하여 제조된 기능성 세라믹 분말 재료와 정제수, 미네랄 광물질, 알칼리염 및 수용성 규산염이 혼합된 미네랄 기능수를 발효 처리하여 제조된 미네랄 발효물을 이용하여 제조된 단열차음재 조성물을 성형 가공하여 단열차음재를 제조함에 따라, 다량의 폐수지 폐기물의 재활용을 통한 환경 보호에 기여함은 물론, 압축강도, 불연, 단열, 원적외선 방사, 항균, 항산화 또는 탈취 효과가 향상된 건축용 단열차음재의 제공이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 제조 방법을 이용하여 제조된 단열차음재의 예시적인 구현예들을 설명하기 위한 도면들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본원 명세서에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 또한, 본원 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때, 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법은, 폐플라스틱, 폐고무 및 폐섬유 중 적어도 하나를 포함하는 폐수지 재료로부터 수득한 폐수지 분말을 준비하는 단계(S10), 정제수, 폐수지 분말, 나노셀룰로오스 재료 및 점도 조절제를 혼합하고 교반하여 제1 단열차음재 조성물을 제조하는 단계(S20), 제1 단열차음재 조성물에 정제수, 기능성 세라믹 분말 재료 및 식물성 분말 재료를 첨가하고 교반하여 제2 단열차음재 조성물을 제조하는 단계(S30), 제2 단열차음재 조성물과 정제수, 미네랄 광물질, 알칼리염 및 수용성 규산염이 혼합된 미네랄 기능수를 발효 처리하여 제조된 미네랄 발효물을 혼합하여 제3 단열차음재 조성물을 제조하는 단계(S40), 제3 단열차음재 조성물을 일정 온도에서 일정 시간 동안 교반하여 겔(gel) 상태의 제4 단열차음재 조성물을 제조하는 단계(S50) 및 제4 단열차음재 조성물을 성형 또는 가공하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 폐플라스틱, 폐고무 및 폐섬유 중 적어도 하나를 포함하는 폐수지 재료로부터 수득한 폐수지 분말이 준비될 수 있다(S10).
예컨대, 폐수지 분말은 재활용을 위해 선별된 폐플라스틱, 폐고무 및 폐섬유 중 적어도 하나를 포함하는 폐수지 재료를 세척 및 분쇄되어 분말 형태로 수득될 수 있다.
폐플라스틱은 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리우레탄(PU), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), TPE(Thermo Plastic Elastomer) 및 EVA(ethylene-vinyl acetate copolymer) 중 적어도 하나의 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 폐고무는 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(Ethylene-propylene-diene rubber), 부타디엔 고무(Butadine rubber), 이소부텐 이스프랜 고무(Isobutene isprene rubber(Butyl rubber), 이소프렌 고무(Isoprene rubber), 및 실리콘 고무(Silicon rubber) 중 적어도 하나의 고무 재료를 포함할 수 있다. 그리고, 폐섬유는 폴리이미드 섬유, 폴리에스터 섬유, 나일론, 유리 섬유 및 탄소 섬유 중 적어도 하나의 섬유 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 폐수지 재료가 상기 예시들에 한정되는 것은 아니다.
폐수지 분말은 예컨대, 50 내지 100um의 입자 크기를 가질 수 있다. 폐수지 분말의 입자 크기가 50um 미만이면, 분쇄과정이 복합해지고 뭉침 현상 또는 침강이 발생될 수 있고, 100um를 초과하면 겔화 반응의 효율이 저하될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 폐수지 분말은 폐플라스틱, 폐고무 및 폐섬유가 1:0.5~1:0.1~0.2의 중량비로 혼합된 폐수지 재료를 세척 및 분쇄하여 수득될 수 있으며, 이를 통해 차음 효과는 물론 흡음 기능도 강화될 수 있다.
정제수, 폐수지 분말, 나노셀룰로오스 재료 및 점도 조절제를 혼합하고 교반하여 제1 단열차음재 조성물이 제조될 수 있다(S20).
나노셀룰로오스 재료는 금속 나노입자로 함침 처리된 나노셀룰로오스 입자를 포함할 수 있으며, 단열, 방음 및 충격 흡수 효과와 함께, 본 발명의 기계적 강도를 강화시키기 위해 사용될 수 있다.
나노셀룰로오스 입자는 각종 목재 유래의 크래프트(Kraft) 종이 또는 아황산 펄프, 이들을 고압 호모지나이저(homogenizer)나 밀(mill) 등으로 분쇄한 분말 셀룰로오스, 혹은 이들을 산 가수분해 등의 화학 처리에 의해 정제한 미결정 셀룰로오스 분말, 박테리아 유래 셀룰로오스 또는 케나프, 삼, 벼, 바카스, 대나무 등의 식물로부터 유래된 것을 사용할 수 있으며, 상기 종류에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 나노셀룰로오스 입자는 50 내지 100nm의 입자 크기를 갖는 것을 이용할 수 있다.
금속 나노입자를 이용한 나노셀룰로오스 입자의 함침 처리는 분산성 증대를 통한 상승 효과를 위해 수행될 수 있다. 예컨대, 금속 나노입자는 금, 은, 철, 코발트, 망간 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 5 내지 10nm의 입자 크기를 갖는 것을 이용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 나노셀룰로오스 입자를 금속 나노입자로 함침 처리하는 것은 나노셀룰로오스 입자를 금속 나노입자를 포함하는 금속염 용액에 침지하고, 이온빔 또는 전자빔을 조사하여 금속염의 환원 반응을 유도하는 것을 포함할 수 있으며, 이를 통해 금속 나노입자가 나노셀룰로오소 입자의 표면에 함침될 수 있다.
점도 조절제는 제1 단열차음재 조성물에 점도를 제공하고, 후속 단계에서의 겔화(gelation)를 촉진하기 위해 사용되는 것으로, 예컨대 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(Hydroxypropylmethylcellulose), 카르복시메틸 셀룰로스(Carboxymethylcellulose), 아라비아검, 메틸셀룰로스(methyl cellulose) 및 폴리비닐알콜 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 단열차음재 조성물은 폐수지 분말 25 내지 30, 및 나노셀룰로오스 재료 5 내지 10 중량%, 점도 조절제 3 내지 5 중량% 및 잔여의 정제수를 포함하도록 제조될 수 있다. 제1 단열차음재 조성물이 상기와 같은 조성비로 제조됨에 따라, 폐수지 분말 및 나노셀룰로오스 재료 특성 또는 효과가 충분히 발휘되거나 더욱 향상될 수 있다.
제1 단열차음재 조성물에 정제수, 기능성 세라믹 분말 재료 및 식물성 분말 재료를 첨가하고 교반하여 제2 단열차음재 조성물이 제조될 수 있다(S30).
구체적으로, 기능성 세라믹 분말 재료는 맥반석, 견운모, 토르말린 및 말라카이트를 포함하는 제1 세라믹 재료, 황토, 백토 및 규조토 중 적어도 하나를 포함하는 제2 세라믹 재료, 산화철, 산화칼슘, 산화알루미늄 및 산화마그네슘 중 적어도 하나를 포함하는 금속 산화물 및 정제수를 혼합하고 300 내지 400℃의 온도에서 가열 공정을 수행하여 슬러리 형태의 세라믹 혼합물을 제조하고, 이를 1,100 내지 1300℃의 온도에서 200 내지 300분 동안 소성한 후 10 내지 30um의 입자 크기를 갖도록 분쇄하여 제조될 수 있다.
기능성 세라믹 분말 재료는 후술할 미네랄 기능수와 반응하여 미네랄 바인더로서의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 기능성 세라믹 분말 재료는 원적외선 및 음이온 방사, 항균, 불연, 단열 효과 등의 강화를 위해 사용될 수 있다.
예컨대, 기능성 세라믹 분말 재료에 포함되는 맥반석은 인체에 이로운 원적외선이 방출될 뿐 아니라, 흡착 작용을 통해 탈취와 항균 기능이 있는데다, 이온의 방사로 인해 생리기능을 활성화 하여 질병 예방과 치료에 효능이 있고, 토르말린은 음이온의 작용을 통해 세포의 활성화 작용이 증대될 뿐 아니라, 원활한 혈액순환이 촉진하는 효과가 있다. 말라카이트는 말라카이트(malachite)는 구리 퇴적물의 풍화작용에 의해서 생성된 광석으로서 공작석이라고도 불리며, 수화구리탄산염(hydrated copper carbonate, Cu2(OH)2CO3)을 주성분으로 하고, 기타 성분으로서 망간, 규소, 아연을 포함하고 있어서, 신체 해독, 조직 치료, 에너지 흐름을 원활히 하는 등의 효능이 있으며, 체내 조직이나 기관의 균형과 조화를 위해 사용되기도 한다. 황토는 황토 자체의 특성에 의해 불연성, 보온성, 방음성, 방습 및 방충효과를 가져 건축물의 내외장재의 재료로서 널리 이용되며, 백토는 자체적으로 방사되는 원적외선으로 인해 세포의 생리작용이 활발하게 됨으로써, 인체내의 세포가 안고 있는 유해물질 등이 해독되는 효과가 있다. 또한, 규조토는 광물질 조성물질로서 단세포 조류(藻類)인 규조의 규산질 유해(硅酸質遺骸)가 바다나 호수 바닥에 쌓여서 생성된 퇴적물로 90% 이상이 비정질의 실리카(SiO2)로 되어 있어, 물리화학적으로 안정한 무기질이며, 표면에 무수히 작은 기공들이 존재함은 물론 표면적을 극대화하여 가볍고, 흡습성과 단열성이 뛰어나 소성 단열재로 적용이 가능하다
일 실시예에 따르면, 기능성 세라믹 분말 재료는 맥반석, 견운모, 토르말린 및 말라카이트가 1:0.5~1:0.5~1:0.5~1의 중량비로 혼합된 제1 세라믹 재료 15 내지 20 중량%, 황토, 백토 및 규조토가 1:0.1~0.5:0.1~0.5의 중량비로 혼합된 제2 세라믹 재료 5 내지 10 중량%, 산화철, 산화칼슘, 산화알루미늄 및 산화마그네슘이 1:1:1:1의 중량비로 혼합된 금속 산화물 1 내지 5 중량%, 및 잔여의 정제수를 포함하도록 제조된 세라믹 혼합물을 소성 및 분쇄하여 제조될 수 있다.
식물성 분말 재료는 예컨대, 탄화코르크 분말, 편백나무 분말, 황칠나무 분말 및 고무나무 분말의 혼합물을 포함할 수 있으며, 조성물 내의 독성 제거 또는 중화 효과와 함께 단열, 항균 및/또는 항산화 효과의 향상을 위해 사용될 수 있다.
탄화코르크 분말은 벌집모양의 세포구조 내부에 공기층이 형성되어 습도조절과 탈취효과가 우수하여 방습성, 방음성 및 단열성이 탁월하다. 특히, 탄화코르크는 일반 코르크와는 다르게 원적외선과 음이온을 방출하여 세균 및 곰팡이균의 포자 뿌리 등을 제거함으로써 병원균의 증식을 억제할 수 있다. 또한, 물에 뜰 정도로 가볍고, 썩지 않으며, 습도에 변형되지 않는다. 탄화코르크 알갱이들은 참나무 고유의 향을 머금고 있고, 100% 생분해되어 반영구적으로 재사용이 가능한 자연산 원재료이다.
예를 들어, 코르크 나무(참나무) 껍질의 안쪽에 있는 육각형 벌집모양의 세포구조로 이루어진 내피의 목재 파편을 태운 후 잘게 분쇄하여 압축시킨 다음, 다시 전기로에서 가열하여 목재에 함유되어 있는 수액과 유해세균을 제거하여 보드 또는 블록(block) 형태의 탄화코르크 재료로 만든다. 이후, 보드 또는 블록 형태의 재료를 잘게 분쇄하여 0.5 내지 1mm의 입자 크기를 갖는 알갱이 형태의 탄화코르크 분말이 제조될 수 있다.
편백나무(Chamaecyparis obtusa)는 노송나무라고도 하며, 겉씨식물 구과목 측백나무과의 상록교목으로서, 일본이 원산지이지만 개발을 통해 우리나라 남부 지방에서 조림수종으로 널리 재배되고 있는데, 편백나무 특유 의 향으로 인해 탈취제, 항균제 등으로 사용되고 있다. 편백나무에서 생산되는 피톤치드는 식물의 자기방어물질로써, 병원균 및 해충, 곰팡이 등에 저항하기 위해 식물이 내뿜거나 분비하는 물질로 그 자체에 살균, 살충성분이 포함되어 있다. 피톤치드의 구성물질은 테르펜을 비롯한 페놀 화합물, 알칼로이드 성분, 글리코시드 등으로 이루어진 유기화합물이며, 항균작용, 진정작용, 탈취작용, 스트레스 해소작용 등을 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 피톤치드는 화학합성 물질이 아닌 천연물질이고, 인간의 신체에 무리 없이 흡수되며, 인간에게 해로운 균들을 선택적으로 살균한다.
황칠나무(Dendropanax morbifera Lev.)는 두릅나무과에 속하는 난대상록활엽수로 제주도, 완도, 보길도, 거문도, 해남 등 남ㆍ서해안 및 도서 지역에 자생하는 우리나라 특산 수종이다. 황칠나무는 수피에 상처를 내면 자신의 상처를 치유하기 위해서 유백색 액체를 분비하는 데 공기 중에서 황금색으로 변한다. 황칠나무 수액에는 안식향, 세르퀴테르펜 등과 같은 생리 활성 물질이 들어 있는 것이 확인되었으며, 여러 가지 항균 효과나 확인되지 않은 약리작용이 있다고 알려져 있다. 방향성분은 주로 세스퀴터펜(sesquiterpene)의 β-cubebene, γ-selinene 및 δ-cardinene으로 이루어져 있으며, 이들 성분이 신경계에 대해 진정작용과 강장작용을 나타낸다고 알려져 있다. 또한 최근에는 황칠나무의 잎이 항암 작용에 효능이 있으며, 또한 항산화 작용 및 신경 안정작용이 있는 것으로 보고된 바 있다.
고무나무는 인도 고무나무(Ficus robusta)를 이용할 수 있는데, 인도 고무나무는 뽕나무과의 식물로 우리나라 뽕나무처럼 잎을 따면 하얀 즙액이 나온다. 상기 인도 고무나무의 잎은 타원형 모양이나 긴타원형이고 두꺼운 혁질로서 광택이 난다. 빛이 잘 드는 곳에 두어 충분한 빛을 쬐면 윤이나고 두터워져서 겨울 추위에도 잘 견딜 수 있다. 상기 인도 고무나무의 꽃은 6~7월에 피는데 잎 사이로 한 두 개의 꽃차례가 달리고 꽃턱은 막질(얇은 종이처럼 반투명한 상태)이다. 수꽃은 보통 4개의 꽃받침 잎과 1개의 수술로 되어 있고, 암꽃은 4~6개의 꽃받침 잎과 1개의 씨방, 암술대 1개로 길다. 상기 인도 고무나무의 열매는 긴타원형이며 무화과 같은 모양으로 1.5㎝ 정도되며 녹황색으로 익는다. 상기 인도 고무나무는 공기정화식물 중 하나로 미세먼지 제거 효능이 우수하고, 특히, 유해물질 중 포름알데히드의 제거율이 우수하다.
편백나무 분말, 황칠나무 분말 및 고무나무 분말의 각각의 건조된 기관(예컨대, 뿌리, 가지, 줄기 또는 잎)을 분쇄하여 0.5 내지 1mm의 입자 크기를 갖도록 준비될 수 있다. 식물성 분말 재료의 입자 크기가 0.5mm 미만이면 분쇄 공정이 복잡해져 공정 효율성이 저하되고, 입자 크기가 1mm를 초과하면 성형성이 저하될 수 있다. 바람직하게, 식물성 분말 재료는 탄화코르크 분말, 편백나무 분말, 황칠나무 분말 및 고무나무 분말이 1:1~1.5:0.5~1:0.5~1의 중량비로 혼합된 것을 이용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 단열차음재 조성물은 제1 단열차음재 조성물 100 중량부당 기능성 세라믹 분말 재료 15 내지 20 중량부, 식물성 분말 재료 5 내지 10 중량부 및 정제수 200 내지 300 중량부를 혼합하여 제조될 수 있다. 이에 따라, 각 재료의 효능이 충분히 발휘되거나 더욱 향상될 수 있다.
제2 단열차음재 조성물과 정제수, 미네랄 광물질, 알칼리염 및 수용성 규산염이 혼합된 미네랄 기능수를 발효 처리하여 제조된 미네랄 발효물을 혼합하여 제3 단열차음재 조성물이 제조될 수 있다(S40).
구체적으로, 미네랄 발효물은 정제수, 칼슘, 마그네슘, 망간, 철, 구리 인, 아연, 나트륨, 칼륨 및 게르마늄 중 적어도 하나를 포함하는 미네랄 광물질, 염화칼륨, 탄산칼륨 또는 염화마그네슘을 포함하는 알칼리염, 및 규산나트륨 또는 규산칼륨을 포함하는 수용성 규산염을 혼합하여 제조된 미네랄 기능수를 EM 원액으로 발효 처리하여 제조될 수 있다.
미네랄 기능수는 제2 단열차음재 조성물에 포함된 기능성 세라믹 분말 재료와 함께 무기 바인더(즉, 미네랄 바인더)로 기능할 수 있다. 무기 바인더는 무기물과 용액과의 반응을 통해 바인더의 기능을 발현하는 것으로, 스스로 세라믹스화되어 결합체의 조직 제어에 기여하는 역할을 수행하는 물질이다. 본 발명에서, 기능성 세라믹 분말 재료와 미네랄 기능수(즉, 미네랄 광물질, 알카리염 및 수용성 규산염이 용해된 수용액)이 혼합되어 액상의 미네랄 바인더를 구성하며, 미네랄 바인더는 그의 양이온(예컨대, 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 망간 이온, 철 이온, 구리 이온, 인 이온, 아연 이온, 나트륨 이온, 칼륨 이온, 게르마늄 이온, 규소 이온 등)과 음이온(예컨대, 산소 이온)의 이온반응에 의한 결합을 통해 제2 단열차음재 조성물을 겔화시키는 친환경 무기 바인더로서 기능할 수 있다.
일 예로, 미네랄 기능수는 정제수 100 중량부당 미네랄 광물질 10 내지 20 중량부, 알칼리염 1 내지 5 중량부 및 수용성 규산염 1 내지 5 중량부를 혼합하고 교반하여 제조될 수 있다.
미네랄 기능수의 발효 처리는 미네랄 기능수의 활성을 증대시킴으로써 미네랄 바인더를 형성하는 기능성 세라믹 분말 재료와 미네랄 기능수의 이온 반응을 촉진시키기 위해 수행될 수 있다. 예컨대, 미네랄 기능수의 발효 처리는 미네랄 기능수 100 중량부당 EM(Effective Micro-organisms) 원액 15 내지 20 중량부를 첨가하고 3 내지 5일 동안 숙성시키는 것을 포함할 수 있다. EM 원액은 시중에 판매되거나 공지된 것을 이용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제3 단열차음재 조성물은 제2 단열차음재 조성물 100 중량부당 미네랄 발효물 5 내지 10 중량부 및 정제수 100 내지 200 중량부를 포함하도록 제조될 수 있다. 상술한 조성비로 제3 단열차음재 조성물이 제조됨에 따라, 후속 단계(S50)에서 겔화 반응이 효과적으로 진행될 수 있다.
제3 단열차음재 조성물을 일정 온도에서 일정 시간 동안 교반하여 겔(gel) 상태의 제4 단열차음재 조성물이 제조될 수 있다(S50).
예컨대, 제3 단열차음재 조성물의 교반은 60 내지 80℃의 온도에서 60 내지 120분 동안 수행될 수 있다. 제3 단열차음재 조성물의 교반 동안 기능성 세라믹 분말 재료와 미네랄 발효물이 반응하여 바인더로서 기능하게 되며, 이에 따라 제3 단열차음재 조성물의 겔화(gelation)가 진행될 수 있다. 제3 단열차음재 조성물의 교반 온도 및 교반 시간은 요구되는 제4 단열차음재 조성물의 겔화 정도(혹은 겔 강도)에 따라 달라질 수 있다.
이어서, 제4 단열차음재 조성물이 성형 또는 가공되어 단열차음재의 제조가 완료될 수 있다(S60).
겔(gel) 상태의 제4 단열차음재 조성물이 성형 또는 가공되어 형성되는 단열차음재의 구조는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다. 여기서, 도 2 내지 도 4는 도 1의 제조 방법을 이용하여 제조된 단열차음재의 예시적인 구현예들을 설명하기 위한 도면들이다.
일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제4 단열차음재 조성물은 성형틀을 이용하여 압축 성형을 통해 패널, 매트 혹은 튜브 형태의 단열차음재(10)로 성형 가공될 수 있다.
다른 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 단열차음재(10)는 주입구를 구비한 고강도의 보조 차음재(20) 내에 제4 단열차음재 조성물을 주입함으로써 제조될 수 있다.
또 다른 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 단열차음재(10)는 판넬 형태의 한 쌍의 보조 차음재들(30, 40) 내에 복수의 개구부들(OP)을 구비한 격벽부재(50)(예컨대, 계란판 형태의 구조물)를 삽입하고, 보조 차음재들(30, 40)과 격벽부재(50) 사이의 빈 공간에 제4 단열차음재 조성물을 채우는 형태로 제조될 수 있다. 선택적으로 도 4의 예에서, 빈 공간의 일부는 제4 단열차음재 조성물로 채우고, 다른 일부는 공기층으로 사용하는 형태로 단열차음재(10)가 구현될 수도 있다.
또 다른 예로, 도시하지는 않았지만, 제4 단열차음재 조성물이 밀봉 포장(예컨대, 진공 포장)되어 단열차음재로 가공될 수 도 있다.
상술한 바와 같이 제조된 단열차음재(10)는 벽체, 천정재, 바닥재, 도어본체, 격벽 등의 다양한 용도로서 건축용 단열차음재에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 폐플라스틱, 폐고무 및 폐섬유 중 적어도 하나를 포함하는 폐수지 재료로부터 수득한 폐수지 분말을 주 재료로 사용하고, 충진재로서 금속 나노입자로 함침 처리된 나노셀룰로오스 입자를 포함하는 나노셀룰로오스 재료와 탄화코르크 분말, 편백나무 분말, 황칠나무 분말 및 고무나무 분말의 혼합물을 포함하는 식물성 분말 재료를 사용하고, 무기 바인더로서 맥반석, 견운모, 토르말린 및 말라카이트를 포함하는 제1 세라믹 재료, 황토, 백토 및 규조토 중 적어도 하나를 포함하는 제2 세라믹 재료, 산화철, 산화칼슘, 산화알루미늄 및 산화마그네슘 중 적어도 하나를 포함하는 금속 산화물 및 정제수를 포함하도록 제조된 세라믹 혼합물을 소성 및 분쇄하여 제조된 기능성 세라믹 분말 재료와 정제수, 미네랄 광물질, 알칼리염 및 수용성 규산염이 혼합된 미네랄 기능수를 발효 처리하여 제조된 미네랄 발효물을 이용하여 제조된 단열차음재 조성물을 성형 가공하여 단열차음재를 제조함에 따라, 다량의 폐수지 폐기물의 재활용을 통한 환경 보호에 기여함은 물론, 압축강도, 불연, 단열, 원적외선 방사, 항균, 항산화 또는 탈취 효과가 향상된 건축용 단열차음재의 제공이 가능할 수 있다.
이상 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (7)

  1. 폐플라스틱, 폐고무 및 폐섬유가 1:0.5~1:0.1~0.2의 중량비로 혼합된 폐수지 재료를 세척 및 분쇄하여 수득한 폐수지 분말을 준비하는 단계;
    정제수, 상기 폐수지 분말, 금속 나노입자로 함침 처리된 나노셀룰로오스 입자를 포함하는 나노셀룰로오스 재료, 및 점도 조절제를 혼합하고 교반하여 제1 단열차음재 조성물을 제조하는 단계;
    상기 제1 단열차음재 조성물에 정제수, 기능성 세라믹 분말 재료, 및 탄화코르크 분말, 편백나무 분말, 황칠나무 분말 및 고무나무 분말의 혼합물을 포함하는 식물성 분말 재료를 첨가하고 교반하여 제2 단열차음재 조성물을 제조하는 단계;
    상기 제2 단열차음재 조성물과 정제수, 미네랄 광물질, 알칼리염 및 수용성 규산염이 혼합된 미네랄 기능수를 EM 원액으로 발효 처리하여 제조된 미네랄 발효물을 혼합하여 제3 단열차음재 조성물을 제조하는 단계;
    상기 제3 단열차음재 조성물을 일정 온도에서 일정 시간 동안 교반하여 겔(gel) 상태의 제4 단열차음재 조성물을 제조하는 단계; 및
    상기 제4 단열차음재 조성물을 성형 또는 가공하는 단계를 포함하고,
    상기 기능성 세라믹 분말 재료는 맥반석, 견운모, 토르말린 및 말라카이트가 1:0.5~1:0.5~1:0.5~1의 중량비로 혼합된 제1 세라믹 재료 15 내지 20 중량%, 황토, 백토 및 규조토가 1:0.1~0.5:0.1~0.5의 중량비로 혼합된 제2 세라믹 재료 5 내지 10 중량%, 산화철, 산화칼슘, 산화알루미늄 및 산화마그네슘이 1:1:1:1의 중량비로 혼합된 금속 산화물 1 내지 5 중량%, 및 잔여의 정제수를 혼합하고 300 내지 400℃의 온도에서 가열 공정을 수행하여 슬러리 형태의 세라믹 혼합물을 제조하고, 상기 세라믹 혼합물을 1,100 내지 1300℃의 온도에서 200 내지 300분 동안 소성한 후 10 내지 30um의 입자 크기를 갖도록 분쇄하여 제조된 것이고,
    상기 미네랄 광물질은 칼슘, 마그네슘, 망간, 철, 구리, 인, 아연, 나트륨, 칼륨 및 게르마늄 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 알칼리염은 염화칼륨, 탄산칼륨 또는 염화마그네슘을 포함하고, 상기 수용성 규산염은 규산나트륨 또는 규산칼륨을 포함하되,
    상기 미네랄 기능수는 정제수 100 중량부당 상기 미네랄 광물질 10 내지 20 중량부, 상기 알칼리염 1 내지 5 중량부, 및 상기 수용성 규산염 1 내지 5 중량부를 혼합하고 교반하여 제조된 것이고,
    상기 제3 단열차음재 조성물의 교반 동안, 상기 기능성 세라믹 분말 재료와 상기 미네랄 발효물이 반응하여 미네랄 바인더로서 기능함에 따라 상기 제3 단열차음재 조성물의 겔화(gelation)가 진행되는 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 단열차음재 조성물은 상기 폐수지 분말 25 내지 30 중량%, 및 상기 나노셀룰로오스 재료 5 내지 10 중량%, 상기 점도 조절제 3 내지 5 중량% 및 잔여의 정제수를 포함하도록 제조되는 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 단열차음재 조성물은 상기 제1 단열차음재 조성물 100 중량부당 상기 기능성 세라믹 분말 재료 15 내지 20 중량부, 탄화코르크 분말, 편백나무 분말, 황칠나무 분말 및 고무나무 분말이 1:1~1.5:0.5~1:0.5~1의 중량비로 혼합된 식물성 분말 재료 5 내지 10 중량부 및 정제수 200 내지 300 중량부를 혼합하여 제조되는 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제3 단열차음재 조성물은 상기 제2 단열차음재 조성물 100 중량부당 상기 미네랄 발효물 5 내지 10 중량부 및 정제수 100 내지 200 중량부를 포함하도록 제조되는 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재의 제조 방법.
  7. 제1 항, 제2항, 제4 항 및 제6 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 폐수지 재료 및 미네랄 바인더를 이용한 단열차음재.
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