KR102627256B1 - CaO And Lime-based water-based exterior paint Using Oyster Shell And Manufacturing Method Thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 굴 패각을 재활용하여 친환경 석회계 수성 외부용 도료를 개발하여 상용화하고, 친환경 도료의 주원료를 해양 폐기물인 굴 패각을 이용함으로 자원 확보가 용이하며 부가가치를 창출하고 신규 수요 창출로 인한 지역 경제 활성화로 다양한 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.The present invention develops and commercializes an eco-friendly lime-based water-based exterior paint by recycling oyster shells. By using oyster shells, which are marine waste, as the main raw material of the eco-friendly paint, it is easy to secure resources, creates added value, and improves the local economy by creating new demand. Activation has the advantage of solving various problems.
Description
본 발명은 굴 패각을 이용하여 제조한 생석회, 석회계 수성 외부 도료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to quicklime manufactured using oyster shells, lime-based water-based exterior paint, and a method for producing the same.
굴 생산량이 증가함에 따라 굴 패각(Osyter Shell)이 증가하고 있다. 굴 패각은 굴 채묘용으로 50%가 재활용 되고 있고 비료 및 공업원료로 10%가 재활용될 뿐 나머지 40%는 폐기되는 실정이다. 폐기되어야 할 굴 패각은 사업장쓰레기로 분류되어 수송차량으로만 운송이 가능하며, 일정 자격을 갖춘 처리업자나 위탁 처리해야 하므로 비용이 들고 번거로워 해안에 방치되고 있는 실정이다. 해안에 무단 방치된 굴 패각은 미관을 훼손할 뿐 아니라 어민들의 어업에 지장을 주고 지역 관광 산업에도 악영향을 미친다. As oyster production increases, the number of oyster shells is increasing. 50% of oyster shells are recycled for oyster seedlings, 10% are recycled as fertilizers and industrial raw materials, and the remaining 40% are discarded. Oyster shells that need to be disposed of are classified as industrial waste and can only be transported by transport vehicle. They have to be processed by a qualified processor or by consignment, which is expensive and inconvenient, so they are left on the coast. Oyster shells left illegally on the coast not only damage the aesthetics, but also interfere with fishermen's fishing activities and have a negative impact on the local tourism industry.
굴 패각은 탄산칼슘(CaCO3)을 주성분으로 하므로 석회석과 유사한 특성을 가진다. 따라서 굴 패각을 이용하여 석회계 제품으로 재활용 할 수 있다면 굴 패각의 재활용성을 향상시켜 굴 패각 처리 비용을 절감하고 새로운 부가가치를 창출 할 수 있을 것으로 기대된다.Oyster shells are mainly composed of calcium carbonate (CaCO 3 ), so they have similar properties to limestone. Therefore, if oyster shells can be recycled into lime-based products, it is expected that the recyclability of oyster shells can be improved, thereby reducing oyster shell processing costs and creating new added value.
탄산칼슘(CaCO3)을 하소하면 생석회(CaO)를 제조할 수 있으며 생석회를 수화시켜 소석회(Ca(OH)2)를 제조하면 석회계 도료를 제조할 수 있다.Quicklime (CaO) can be produced by calcining calcium carbonate (CaCO 3 ), and lime-based paint can be produced by hydrating quicklime to produce slaked lime (Ca(OH) 2 ).
일본 공개 특허 2001-187867에는 소석회, 공중합체 성분 및 물을 함유하는 도료 조성물로서 JIS K 5663-1995 규정을 충족시키는 도료 조성물이 발명된 바 있으며; 일본 공개 특허 2003-292898에는 소석회 30 내지 70중량%, 유기수지바인더(binder) 2 내지 50%중량%, 소포제 2 내지 40중량% 및 규산칼슘 수화물2 내지 30중량% 및 물 40 내지 90중량%을 포함하는 도료 조성물이 발명된바 있으며; 일본 공개 특허 2004-307259에는 수산화칼슘(Ca(OH)2) 또는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 수산화마그네슘(Mg(OH)2)의 혼합물과 우오라스토나이토를 포함하는 소석회계 도재 조성물이 이 발명된바 있다.Japanese Patent Publication No. 2001-187867 discloses a coating composition containing slaked lime, a copolymer component, and water that satisfies the requirements of JIS K 5663-1995; Japanese Published Patent No. 2003-292898 contains 30 to 70% by weight of slaked lime, 2 to 50% by weight of organic resin binder, 2 to 40% by weight of antifoaming agent, 2 to 30% by weight of calcium silicate hydrate, and 40 to 90% by weight of water. A coating composition comprising; Japanese patent publication 2004-307259 discloses a slaked lime-based ceramic composition containing calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) or a mixture of calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) and magnesium hydroxide (Mg(OH) 2 ) and urastonite. It has been invented.
그러나 상기 특허에서 사용한 소석회는 고품위 석회석으로부터 생산된 고순도 생석회을 이용하여 제조한 소석회가 사용된다. 불순물 함량이 높아 값이 저렴한 저품위 석회석 또는 버려지는 폐기물인 굴 패각과 같은 저품질 재료를 통해 제조된 생석회는 불순물의 함량이 높아 저품질의 소석회를 생산하게 된다. 따라서 저품위 석회석 또는 굴 패각을 이용하여 석회계 도료를 생산하게 되면 상기 불순물로 인하여 도료의 유동성 및 색상 등이 상용 제품의 품질 기준에 미치지 못하게 되므로 이들을 재활용을 통한 석회계 도료 제품의 생산에는 제약이 있었다. However, the slaked lime used in the above patent is slaked lime manufactured using high-purity quicklime produced from high-quality limestone. Quicklime manufactured from low-quality materials such as low-quality limestone, which is expensive due to its high impurity content, or oyster shells, which are discarded waste products, produces low-quality slaked lime due to its high content of impurities. Therefore, when lime-based paint is produced using low-quality limestone or oyster shell, the fluidity and color of the paint do not meet the quality standards of commercial products due to the impurities, so there are restrictions on the production of lime-based paint products through recycling. .
본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다. Patent documents and references mentioned herein are herein incorporated by reference to the same extent as if each individual document was individually and specifically identified by reference.
본 발명은 버려지는 굴 패각을 이용하여 고품질의 생석회 및 소석회를 제조하고 이를 이용하여 제조한 석회계 수성 외부용 도료 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to produce high-quality quicklime and slaked lime using discarded oyster shells, and to provide a lime-based water-based exterior paint manufactured using the same and a method for producing the same.
본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다. Other objects and technical features of the present invention are presented in more detail by the following detailed description, claims, and drawings.
본 발명은 굴 패각을 세척한 후 평균입자 크기가 50㎛ 미만인 굴 패각 미세분말로 제조하는 제 1 단계; 및 상기 굴 패각 미세분말을 1,100 내지 1,200℃에서 2시간 30분 내지 3시간 30분간 소성하여 생석회(CaO) 혼합물을 제조하는 제 2 단계;를 포함하는 굴 패각을 이용한 생석회 제조방법을 제공한다.The present invention includes a first step of washing oyster shells and then producing oyster shell fine powder with an average particle size of less than 50㎛; And a second step of producing a quicklime (CaO) mixture by calcining the oyster shell fine powder at 1,100 to 1,200°C for 2 hours and 30 minutes to 3 hours and 30 minutes.
굴 패각 미세분말은 CaO의 함량이 50 내지 53wt%인 것을 특징으로 하며 상기 소성은 하소율(Calcination rate)이 99 내지 99.9%이며 상기 소성을 통해 제조한 생석회 혼합물은 생석회(CaO) 함량이 98.5 내지 99.9wt%인 것을 특징으로 한다.The oyster shell fine powder is characterized in that the CaO content is 50 to 53 wt%, the calcining has a calcination rate of 99 to 99.9%, and the quicklime mixture prepared through the calcining has a quicklime (CaO) content of 98.5 to 99.9%. It is characterized by 99.9wt%.
본 발명은 굴 패각을 세척한 후 평균입자 크기가 50㎛ 미만인 굴 패각 미세분말로 제조하는 제 1 단계; 상기 굴 패각 미세분말을 1,100 내지 1,200℃에서 2시간 30분 내지 3시간 30분간 소성하여 생석회(CaO) 혼합물을 제조하는 제 2 단계; 상기 생석회 혼합물과 물을 1:1.5 내지 2.5의 중량비로 혼합하여 생석회 현탄액을 제조하고 25 내지 30분간 수화반응을 수행하여 소석회(Ca(OH)2) 혼합물를 제조하는 제 3 단계; 상기 물 100중량부에 대하여 증점제를 7 내지 8 중량부로 첨가하여 증점제 용액을 제조하는 제 4 단계; 상기 증점제 용액에 상기 물 100중량부에 대하여 소포제를 0.5 내지 1.5 중량부로 첨가하여 증점제-소포제 용액을 제조하는 제 5 단계; 상기 증점제-소포제 용액에 상기 물 100 중량부에 대하여 소석회 혼합물 30 내지 40 중량부, 백색안료 11 내지 15 중량부, 및 결정질 백운석 6 내지 8 중량부를 첨가하여 소석회 현탁액을 제조하는 제 6 단계; 상기 소석회 현탄액에 상기 물 100 중량부에 대하여 분산제 0.5 내지 1.5 중량부를 첨가하여 소석회 분산 현탄액을 제조하는 제 7 단계; 및 상기 소석회 분산 현탄액에 상기 물 100 중량부에 대하여 아크릴 수지 30 내지 40 중량부를 첨가하여 석회계 수성 외부용 도료를 제조하는 제 8 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴 패각을 이용한 석회계 수성 외부용 도료의 제조방법을 제공한다.The present invention includes a first step of washing oyster shells and then producing oyster shell fine powder with an average particle size of less than 50㎛; A second step of producing a quicklime (CaO) mixture by calcining the oyster shell fine powder at 1,100 to 1,200°C for 2 hours and 30 minutes to 3 hours and 30 minutes; A third step of preparing a quicklime suspension by mixing the quicklime mixture and water at a weight ratio of 1:1.5 to 2.5 and performing a hydration reaction for 25 to 30 minutes to prepare a slaked lime (Ca(OH) 2 ) mixture; A fourth step of preparing a thickener solution by adding 7 to 8 parts by weight of a thickener based on 100 parts by weight of water; A fifth step of preparing a thickener-defoamer solution by adding 0.5 to 1.5 parts by weight of an anti-foaming agent to the thickener solution based on 100 parts by weight of the water; A sixth step of preparing a slaked lime suspension by adding 30 to 40 parts by weight of slaked lime mixture, 11 to 15 parts by weight of white pigment, and 6 to 8 parts by weight of crystalline dolomite to the thickener-defoaming agent solution based on 100 parts by weight of water; A seventh step of preparing a slaked lime dispersion suspension by adding 0.5 to 1.5 parts by weight of a dispersant based on 100 parts by weight of water to the slaked lime suspension; and an eighth step of preparing a lime-based water-based exterior paint by adding 30 to 40 parts by weight of an acrylic resin to the slaked lime dispersion suspension based on 100 parts by weight of water. Provides a manufacturing method for exterior paint.
상기 굴 패각 미세분말은 CaO의 함량이 50 내지 53wt%인 것을 특징으로 한다. 상기 소성은 하소율(Calcination rate)이 99 내지 99.9%이며 상기 소성을 통해 제조한 생석회 혼합물은 생석회(CaO) 함량이 98.5 내지 99.9wt%인 것을 특징으로 한다. 상기 소석회 혼합물은 칼슘 성분으로서 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 탄산칼슘(CaCO3)이 96.5 내지 97.5:2.5 내지 3.5 중량비로 함유된 것을 특징으로 하며 본 발명의 제조방법으로 제조한 석회계 수성 외부용 도료는 KS 수성 외부용 도료 1종 2급 기준을 충족하는 것을 특징으로 한다.The oyster shell fine powder is characterized by a CaO content of 50 to 53 wt%. The calcining has a calcination rate of 99 to 99.9%, and the quicklime mixture prepared through the calcining has a quicklime (CaO) content of 98.5 to 99.9wt%. The slaked lime mixture is characterized in that it contains calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) as calcium components in a weight ratio of 96.5 to 97.5:2.5 to 3.5, and is a lime-based aqueous external product prepared by the production method of the present invention. The paint is characterized by meeting the KS water-based exterior paint type 1, grade 2 standards.
본 발명은 굴 패각을 재활용하여 친환경 석회계 수성 외부용 도료를 개발하여 상용화하고, 친환경 도료의 주원료를 해양 폐기물인 굴 패각을 이용함으로 자원 확보가 용이하며 부가가치를 창출하고 신규 수요 창출로 인한 지역 경제 활성화로 다양한 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.The present invention develops and commercializes an eco-friendly lime-based water-based exterior paint by recycling oyster shells. By using oyster shells, which are marine waste, as the main raw material of the eco-friendly paint, it is easy to secure resources, creates added value, and improves the local economy by creating new demand. Activation has the advantage of solving various problems.
도 1은 본 발명의 평균입자크기가 74㎛ 이하인 굴 패각 미세분말과 평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말의 결정구조를 XRD로 분석한 결과를 보여준다. 패널 (a)는 평균입자크기가 74㎛ 이하인 굴 패각 미세분말에 대한 것이며 패널 (b)는 평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말에 대한 것이다.
도 2는 본 발명의 평균입자크기가 74㎛ 이하인 굴 패각 미세분말과 평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말의 열분해(탈탄산화) 특성에 대한 TG-DSC 분석결과를 보여준다. 패널 (a)는 평균입자크기가 74㎛ 이하인 굴 패각 미세분말에 대한 것이며 패널 (b)는 평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말에 대한 것이다.
도 3은 본 발명의 평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말에 대한 전기로의 소성온도별 유지시간에 따른 XRD 변화와 결정상을 보여준다. 패널(a)는 소성조건 950℃/1시간에 대한 결과이며 패널(b)는 소성조건 1050℃/1시간에 대한 결과이며 패널(c)는 소성조건 1150℃/1시간에 대한 결과이며 패널(d)는 소성조건 1150℃/2시간에 대한 결과이며 패널(e)는 소성조건 1150℃/3시간에 대한 결과이다.
도 4는 본 발명의 CaO/물 혼합 조건에 따른 ASTM C 110 시험의 온도변화 결과를 보여준다. 패널(a)는 CaO/물 1:4 혼합 조건에 대한 결과이며 패널(b)는 CaO/물 1:2 혼합 조건에 대한 결과이다.
도 5는 본 발명의 CaO/물 혼합 조건에 따른 ASTM C 110 시험으로 제조한 수화 반응물의 XRD 분석 결과를 보여준다. 패널(a)는 CaO/물 1:4 혼합 조건에 대한 결과이며 패널(b)는 CaO/물 1:2 혼합 조건에 대한 결과이다.
도 6은 본 발명의 CaO/물 혼합 조건에 따른 ASTM C 110 시험으로 제조한 수화 반응물의 SEM 분석 결과를 보여준다. 패널(a)는 CaO/물 1:4 혼합 조건에 대한 결과이며 패널(b)는 CaO/물 1:2 혼합 조건에 대한 결과이다.Figure 1 shows the results of XRD analysis of the crystal structure of the oyster shell fine powder with an average particle size of 74㎛ or less and the oyster shell fine powder with an average particle size of 45㎛ or less of the present invention. Panel (a) is for oyster shell fine powder with an average particle size of 74㎛ or less, and panel (b) is for oyster shell fine powder with an average particle size of 45㎛ or less.
Figure 2 shows the results of TG-DSC analysis of the thermal decomposition (decarboxylation) characteristics of the oyster shell fine powder with an average particle size of 74 ㎛ or less and the oyster shell fine powder with an average particle size of 45 ㎛ or less of the present invention. Panel (a) is for oyster shell fine powder with an average particle size of 74㎛ or less, and panel (b) is for oyster shell fine powder with an average particle size of 45㎛ or less.
Figure 3 shows the XRD change and crystal phase according to the holding time for each firing temperature in an electric furnace for the oyster shell fine powder with an average particle size of 45㎛ or less of the present invention. Panel (a) is the result for the firing condition 950℃/1 hour, panel (b) is the result for the firing condition 1050℃/1 hour, and panel (c) is the result for the firing condition 1150℃/1 hour, and panel ( d) is the result for the firing condition of 1150℃/2 hours, and panel (e) is the result for the firing condition of 1150℃/3 hours.
Figure 4 shows the temperature change results of the ASTM C 110 test according to the CaO/water mixing conditions of the present invention. Panel (a) is the result for the CaO/water 1:4 mixing condition, and panel (b) is the result for the CaO/water 1:2 mixing condition.
Figure 5 shows the XRD analysis results of the hydration reactant prepared by the ASTM C 110 test according to the CaO/water mixing conditions of the present invention. Panel (a) is the result for the CaO/water 1:4 mixing condition, and panel (b) is the result for the CaO/water 1:2 mixing condition.
Figure 6 shows the SEM analysis results of the hydration reactant prepared by the ASTM C 110 test according to the CaO/water mixing conditions of the present invention. Panel (a) is the result for the CaO/water 1:4 mixing condition, and panel (b) is the result for the CaO/water 1:2 mixing condition.
본 발명은 굴 패각을 세척한 후 평균입자 크기가 50㎛ 미만인 굴 패각 미세분말로 제조하는 제 1 단계; 및 상기 굴 패각 미세분말을 1,100 내지 1,200℃에서 2시간 30분 내지 3시간 30분간 소성하여 생석회(CaO) 혼합물을 제조하는 제 2 단계;를 포함하는 굴 패각을 이용한 생석회 제조방법을 제공한다.The present invention includes a first step of washing oyster shells and then producing oyster shell fine powder with an average particle size of less than 50㎛; and a second step of producing a quicklime (CaO) mixture by calcining the oyster shell fine powder at 1,100 to 1,200°C for 2 hours and 30 minutes to 3 hours and 30 minutes.
상기 굴 패각의 주성분은 탄산칼슘(CaCO3)이며 상기 굴 패각을 분쇄하여 미세분말로 제조하면 CaO의 함량은 증가하고 불순물은 감소한다. 본 발명의 실시예에 따르면 상기 굴 패각 미세분말은 CaO의 함량이 50 내지 53wt%인 것을 특징으로 한다. 상기 굴 패각을 분쇄하여 제조한 미세분말의 평균 입자 크기가 50㎛를 초과하면 칼슘 성분 이외의 불순물 함량이 증가하여 이후 생산되는 생석회 및 소석회의 칼슘성분 함량이 감소하여 품질이 저하되는 문제점이 있다.The main component of the oyster shell is calcium carbonate (CaCO 3 ), and when the oyster shell is crushed and made into fine powder, the CaO content increases and impurities decrease. According to an embodiment of the present invention, the oyster shell fine powder is characterized in that the CaO content is 50 to 53 wt%. If the average particle size of the fine powder produced by grinding the oyster shell exceeds 50㎛, the content of impurities other than calcium increases, and the calcium content of the quicklime and slaked lime produced thereafter decreases, causing a problem in that the quality deteriorates.
본 발명은 상기 굴 패각 미세분말을 1,100 내지 1,200℃에서 2시간 30분 내지 3시간 30분간 소성하여 생석회(CaO) 혼합물을 제조한다. 상기 소성의 하소율(Calcination rate)이 99 내지 99.9%이며 상기 소성을 통해 제조한 생석회 혼합물은 생석회(CaO) 함량이 98.5 내지 99.9wt%인 것을 특징으로 한다. In the present invention, quicklime (CaO) mixture is prepared by calcining the oyster shell fine powder at 1,100 to 1,200°C for 2 hours and 30 minutes to 3 hours and 30 minutes. The calcination rate of the calcination is 99 to 99.9%, and the quicklime mixture prepared through the calcination is characterized in that the quicklime (CaO) content is 98.5 to 99.9wt%.
본 발명은 굴 패각을 세척한 후 평균입자 크기가 50㎛ 미만인 굴 패각 미세분말로 제조하는 제 1 단계; 상기 굴 패각 미세분말을 1,100 내지 1,200℃에서 2시간 30분 내지 3시간 30분간 소성하여 생석회(CaO) 혼합물을 제조하는 제 2 단계; 상기 생석회 혼합물과 물을 1:1.5 내지 2.5의 중량비로 혼합하여 생석회 현탄액을 제조하고 25 내지 30분간 수화반응을 수행하여 소석회(Ca(OH)2) 혼합물를 제조하는 제 3 단계; 상기 물 100중량부에 대하여 증점제를 7 내지 8 중량부로 첨가하여 증점제 용액을 제조하는 제 4 단계; 상기 증점제 용액에 상기 물 100중량부에 대하여 소포제를 0.5 내지 1.5 중량부로 첨가하여 증점제-소포제 용액을 제조하는 제 5 단계; 상기 증점제-소포제 용액에 상기 물 100 중량부에 대하여 소석회 혼합물 30 내지 40 중량부, 백색안료 11 내지 15 중량부, 및 결정질 백운석 6 내지 8 중량부를 첨가하여 소석회 현탁액을 제조하는 제 6 단계; 상기 소석회 현탄액에 상기 물 100 중량부에 대하여 분산제 0.5 내지 1.5 중량부를 첨가하여 소석회 분산 현탄액을 제조하는 제 7 단계; 및 상기 소석회 분산 현탄액에 상기 물 100 중량부에 대하여 아크릴 수지 30 내지 40 중량부를 첨가하여 석회계 수성 외부용 도료를 제조하는 제 8 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴 패각을 이용한 석회계 수성 외부용 도료의 제조방법을 제공한다.The present invention includes a first step of washing oyster shells and then producing oyster shell fine powder with an average particle size of less than 50㎛; A second step of producing a quicklime (CaO) mixture by calcining the oyster shell fine powder at 1,100 to 1,200°C for 2 hours and 30 minutes to 3 hours and 30 minutes; A third step of preparing a quicklime suspension by mixing the quicklime mixture and water at a weight ratio of 1:1.5 to 2.5 and performing a hydration reaction for 25 to 30 minutes to prepare a slaked lime (Ca(OH) 2 ) mixture; A fourth step of preparing a thickener solution by adding 7 to 8 parts by weight of a thickener based on 100 parts by weight of water; A fifth step of preparing a thickener-defoamer solution by adding 0.5 to 1.5 parts by weight of an anti-foaming agent to the thickener solution based on 100 parts by weight of the water; A sixth step of preparing a slaked lime suspension by adding 30 to 40 parts by weight of slaked lime mixture, 11 to 15 parts by weight of white pigment, and 6 to 8 parts by weight of crystalline dolomite to the thickener-defoaming agent solution based on 100 parts by weight of water; A seventh step of preparing a slaked lime dispersion suspension by adding 0.5 to 1.5 parts by weight of a dispersant based on 100 parts by weight of water to the slaked lime suspension; and an eighth step of preparing a lime-based water-based exterior paint by adding 30 to 40 parts by weight of an acrylic resin to the slaked lime dispersion suspension based on 100 parts by weight of water. Provides a manufacturing method for exterior paint.
상기 굴 패각을 이용하여 생석회를 제조하는 것은 상기 굴 패각을 이용한 생석회 제조방법을 통하여 설명하였으므로 명세서의 중복을 피하기 위하여 설명하지 않는다.Since the production of quicklime using the oyster shells was explained through the method for producing quicklime using the oyster shells, it is not described to avoid duplication of the specification.
상기 생석회 혼합물은 물과 1:1.5 내지 2.5의 중량비로 혼합되어 생석회 현탄액으로 제조되며 25 내지 30분간 수화반응을 통해 소석회(Ca(OH)2) 혼합물이 된다. 바람직하게는 상기 생석회 혼합물은 물과 1:2의 중량비로 혼합되며 26.5분간 수화반응이 수행된다. 상기 생석회 혼합물과 물의 혼합비가 1: 1.5 미만이면 물의 함량이 적어 수화가 충분히 이루지지 않으므로 소석회의 제조수율이 저하 될 수 있으며 상기 생석회 혼합물과 물의 혼합비가 1: 2.5를 초과하면 물의 함량이 많아 수화온도가 낮아져 더 오래 수화하여야 하므로 소석회의 제조수율이 저하될 수 있다. 상기 수화 반응을 통해 제조된 소석회 혼합물은 칼슘 성분으로서 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 탄산칼슘(CaCO3)이 96.5 내지 97.5:2.5 내지 3.5 중량비로 함유된 것을 특징으로 한다.The quicklime mixture is mixed with water at a weight ratio of 1:1.5 to 2.5 to prepare a quicklime suspension, and becomes a slaked lime (Ca(OH) 2 ) mixture through a hydration reaction for 25 to 30 minutes. Preferably, the quicklime mixture is mixed with water at a weight ratio of 1:2 and the hydration reaction is performed for 26.5 minutes. If the mixing ratio of the quicklime mixture and water is less than 1: 1.5, the water content is small and hydration is not sufficiently achieved, so the production yield of slaked lime may be reduced. If the mixing ratio of the quicklime mixture and water is more than 1: 2.5, the water content is high and the hydration temperature is lowered. Since hydration has to take longer due to lowering, the production yield of slaked lime may decrease. The slaked lime mixture prepared through the hydration reaction is characterized in that it contains calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) as calcium components in a weight ratio of 96.5 to 97.5:2.5 to 3.5.
상기 제조한 소석회는 증점제, 소포제, 백색안료, 결정질 백운석, 및 아크릴 수지를 혼합하여 석회계 수성 외부용 도료로 제조 할 수 있다.The slaked lime prepared above can be manufactured into a lime-based water-based external paint by mixing a thickener, antifoaming agent, white pigment, crystalline dolomite, and acrylic resin.
상기 증점제는 PVA를 사용 할 수 있으며 석회계 수성 외부용 도료에 포함된 물 100중량부에 대하여 7 내지 8 중량부로 첨가될 수 있다. 상기 소포제는 Lumiten을 사용 할 수 있으며 석회계 수성 외부용 도료에 포함된 물 100중량부에 대하여 0.5 내지 1.5 중량부로 첨가될 수 있다. 상기 소석회 혼합물은 석회계 수성 외부용 도료에 포함된 물 100중량부에 대하여 30 내지 40 중량부로 첨가될 수 있다. 상기 백색안료는 이산화티탄(TiO2)을 사용 할 수 있으며 석회계 수성 외부용 도료에 포함된 물 100중량부에 대하여 11 내지 15 중량부로 첨가 될 수 있다. 상기 결정질 백운석(CaMgCO3)200 메쉬 이하의 미세분말로 사용될 수 있으며 석회계 수성 외부용 도료에 포함된 물 100중량부에 대하여 6 내지 8 중량부로 첨가될 수 있다. 상기 분산제는 LOPON을 사용 할 수 있으며 석회계 수성 외부용 도료에 포함된 물 100중량부에 대하여 0.5 내지 1.5 중량부로 첨가될 수 있다. 상기 아크릴 수지는 석회계 수성 외부용 도료에 포함된 물 100중량부에 대하여 30 내지 40 중량부로 첨가될 수 있다. 상기의 제조방법으로 제조된 본 발명의 석회계 수성 외부용 도료는 KS 수성 외부용 도료 1종 2급 기준을 충족하므로 즉시 상용화가 가능할 것으로 판단된다.The thickener may be PVA and may be added in an amount of 7 to 8 parts by weight based on 100 parts by weight of water contained in the lime-based water-based exterior paint. The antifoaming agent may be Lumiten and may be added in an amount of 0.5 to 1.5 parts by weight based on 100 parts by weight of water contained in the lime-based water-based exterior paint. The slaked lime mixture may be added in an amount of 30 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of water contained in the lime-based water-based exterior paint. The white pigment may be titanium dioxide (TiO 2 ) and may be added in an amount of 11 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of water contained in the lime-based water-based exterior paint. The crystalline dolomite (CaMgCO 3 ) can be used as a fine powder of 200 mesh or less and can be added in an amount of 6 to 8 parts by weight based on 100 parts by weight of water contained in lime-based water-based exterior paint. The dispersant may be LOPON and may be added in an amount of 0.5 to 1.5 parts by weight based on 100 parts by weight of water contained in the lime-based water-based exterior paint. The acrylic resin may be added in an amount of 30 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of water contained in the lime-based water-based exterior paint. The lime-based water-based exterior paint of the present invention manufactured by the above manufacturing method satisfies the KS water-based exterior paint type 1, grade 2 standards and is therefore expected to be commercialized immediately.
하기에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. The present invention will be described in detail below through examples.
실시예 Example
1. 굴 패각을 이용한 생석회의 제조1. Production of quicklime using oyster shells
굴 패각을 세척한 후 분쇄하고 200 또는 325 메쉬 체가름하여 평균 입자 크기가 74㎛ 이하 또는 45㎛ 이하에 해당하는 굴 패각 미세분말을 제조하였다. 상기 굴 패각 미세분말에 대하여 X-선 회절분석(X-Ray Diffraction, XRD, model: D/MAX2500V/PC, Rigaku Co. Ltd., Japan), X-선 형광분석(X-Ray Fluorescence, XRF, model : ZSX Primus II, Rigaku Co. Ltd., Japan), 전계 주사 전자 현미경 분석(Field Emission Scanning Electron Microscope, SEM; model : S-4300, HITACHI Co. Ltd., Japan)을 실시하였다. Oyster shells were washed, pulverized, and sieved through a 200 or 325 mesh sieve to prepare oyster shell fine powder with an average particle size of 74 ㎛ or less or 45 ㎛ or less. For the oyster shell fine powder, X-ray diffraction analysis (X-Ray Diffraction, model: ZSX Primus II, Rigaku Co. Ltd., Japan) and field scanning electron microscopy (SEM; model: S-4300, HITACHI Co. Ltd., Japan) were performed.
표 1은 굴 패각의 화학분석 결과(XRF)를 보여준다.Table 1 shows the chemical analysis results (XRF) of oyster shells.
평균입자크기가 74㎛ 이하인 굴 패각 미세분말의 경우 CaO 51.0 wt%, SiO2 2.23 wt%, Na2O 0.904 wt%, SO3 0.288 wt%, MgO 0.205 wt% 및 CO2 43.5 wt%로 나타나고, 평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말의 경우 CaO 52.4 wt%, SiO2 0.911 wt%, Na2O 0.806 wt%, SO3 0.418 wt%, MgO 0.360 wt% 및 CO2 44.1 wt%로 확인되었다.In the case of oyster shell fine powder with an average particle size of 74㎛ or less, CaO 51.0 wt%, SiO 2 2.23 wt%, Na 2 O 0.904 wt%, SO 3 0.288 wt%, MgO 0.205 wt%, and CO 2 43.5 wt%; In the case of oyster shell fine powder with an average particle size of 45㎛ or less, CaO 52.4 wt%, SiO 2 0.911 wt%, Na 2 O 0.806 wt%, SO 3 0.418 wt%, MgO 0.360 wt%, and CO 2 44.1 wt%. .
도 1은 상기 평균입자크기가 74㎛ 이하인 굴 패각 미세분말과 평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말의 결정구조를 XRD로 분석한 결과를 보여준다.Figure 1 shows the results of XRD analysis of the crystal structures of oyster shell fine powder with an average particle size of 74㎛ or less and oyster shell fine powder with an average particle size of 45㎛ or less.
평균입자크기가 74㎛ 이하인 굴 패각 미세분말의 경우 CaCO3와 SiO2가 확인되고, Aragonite 결정상이 95.2 wt%, Calcite 결정상 2.3 wt%와 SiO2는 2.5 wt%의 함량을 나타낸다. 이에 반하여 평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말의 경우 Calcite 결정상의 CaCO3로 함량이 100.0wt%인 것으로 분석된다. 상기 분석결과로 미루어 굴 패각 미세분말은 입도가 작을수록 불순물 함유량이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.In the case of oyster shell fine powder with an average particle size of 74㎛ or less, CaCO 3 and SiO 2 were confirmed, and the content of aragonite crystal phase was 95.2 wt%, calcite crystal phase was 2.3 wt%, and SiO 2 was 2.5 wt%. On the other hand, in the case of oyster shell fine powder with an average particle size of 45㎛ or less, the content of CaCO 3 in the form of calcite crystals is analyzed to be 100.0wt%. Judging from the above analysis results, it can be seen that the impurity content of oyster shell fine powder decreases as the particle size decreases.
상기 굴 패각 미세분말을 소성하여 생석회(CaO)를 제조하였다. 굴 패각 미세분말의 열분해(Heat decomposition) 또는 하소(Calcination) 반응은 하기 반응식 1과 같다.Quicklime (CaO) was prepared by calcining the oyster shell fine powder. Heat decomposition or calcination reaction of oyster shell fine powder is shown in Scheme 1 below.
[반응식1][Reaction Formula 1]
CaCOCaCO 33 → CaO + CO → CaO + CO 22 ↑↑
본 발명의 굴 패각 미세분말은 900℃ 부근에서 열분해(탈탄산화)가 진행되며 굴 패각의 주성분인 CaCO3의 CO2가 분해가 일어나고 최종 생성 결과물로 생석회(CaO)가 생성된다. 본 발명에서는 소성율 99.0% 이상의 생석회를 제조하기 위해 상기 굴 패각 미세분말에 대하여 시차주사열량계(Differential Scanning Calorimeter, DSC)를 이용한 열 분석을 수행하여 최적의 소성 조건을 도출하였다. The oyster shell fine powder of the present invention undergoes thermal decomposition (decarboxylation) at around 900°C, and CO 2 of CaCO 3 , the main component of oyster shell, is decomposed and quicklime (CaO) is generated as a final product. In the present invention, in order to produce quicklime with a calcination rate of 99.0% or more, thermal analysis using a differential scanning calorimeter (DSC) was performed on the oyster shell fine powder to derive optimal calcination conditions.
상기 굴 패각 미세분말을 전기로에서 소성 온도별 및 유지시간을 달리하여 열분해(탈탄산화 반응) 하였다. 본 발명의 전기로는 외부 가열 방식인 전기로(AJeon furnace Co., Ltd., Korea, heating element : super kanthal)를 사용하였으며 알루미나 도가니로서 소성온도는 950℃, 1,050℃, 1,150℃의 범위, 승온 속도는 10℃/min이었다. 소성 특성을 알아보기 위하여 유지시간을 1시간, 2시간, 3시간으로 하여 각각의 온도조건에서 소성된 시료에 대한 소성율 변화를 확인하고, X-선 회절분석, X-선 형광분석, 전계 주사 전자 현미경 분석을 실시하였다. 생석회(CaO)의 결정상 분석은 X-선 회절분석기(X-Ray Diffraction, XRD, model: D/MAX2500V/PC, Rigaku Co. Ltd., Japan)를 이용하였으며 화학성분 분석을 위해 X-선 형광분석기(X-Ray Fluorescence, XRF, model : ZSX Primus II, Rigaku Co. Ltd., Japan)를 이용하였다. 전계 주사 전자 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, SEM; model : S-4300, HITACHI Co. Ltd., Japan)을 이용하여 생석회의 표면 형상 변화를 확인하였다.The oyster shell fine powder was thermally decomposed (decarboxylation reaction) in an electric furnace at different firing temperatures and holding times. The electric furnace of the present invention used an external heating type electric furnace (AJeon furnace Co., Ltd., Korea, heating element: super kanthal), and as an alumina crucible, the firing temperature was in the range of 950℃, 1,050℃, and 1,150℃, and the temperature increase rate was was 10°C/min. In order to determine the plasticity characteristics, the holding time was set to 1 hour, 2 hours, and 3 hours to check the change in plasticity rate for the sample fired under each temperature condition, and X-ray diffraction analysis, X-ray fluorescence analysis, and electric field scanning were performed. Electron microscopic analysis was performed. An X-ray diffraction analyzer (XRD, model: D/MAX2500V/PC, Rigaku Co. Ltd., Japan) was used to analyze the crystal phase of quicklime (CaO), and an (X-Ray Fluorescence, XRF, model: ZSX Primus II, Rigaku Co. Ltd., Japan) was used. Changes in the surface shape of quicklime were confirmed using a Field Emission Scanning Electron Microscope (SEM; model: S-4300, HITACHI Co. Ltd., Japan).
도 2는 평균입자크기가 74㎛ 이하인 굴 패각 미세분말과 평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말의 열분해(탈탄산화) 특성에 대한 TG-DSC 분석결과를 보여준다.Figure 2 shows the results of TG-DSC analysis of the thermal decomposition (decarboxylation) characteristics of oyster shell fine powder with an average particle size of 74㎛ or less and oyster shell fine powder with an average particle size of 45㎛ or less.
분석 결과, 평균입자크기가 74㎛ 이하인 굴 패각 미세분말의 경우 열분해(탈탄산화) 온도 919.87℃에서 CO2 43.48%가 분해되어 생석회(CaO)가 생성되는 것으로 확인되며, 평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말의 경우 열분해 온도 904.43℃에서 CO2 44.10%가 분해되어 생석회(CaO)가 생성되는 것으로 확인된다.As a result of the analysis, it was confirmed that in the case of oyster shell fine powder with an average particle size of 74㎛ or less, 43.48% of CO 2 was decomposed at a thermal decomposition (decarboxylation) temperature of 919.87℃ to produce quicklime (CaO), and in the case of oyster shell fine powder with an average particle size of 45㎛ or less. In the case of oyster shell fine powder, it was confirmed that 44.10% of CO 2 was decomposed at a thermal decomposition temperature of 904.43°C to produce quicklime (CaO).
도 3 및 표 2는 본 발명의 평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말에 대한 전기로의 소성온도별 유지시간에 따른 XRD 변화와 결정상을 보여준다. Figure 3 and Table 2 show the XRD change and crystal phase according to the holding time at each firing temperature in the electric furnace for the oyster shell fine powder with an average particle size of 45㎛ or less of the present invention.
실험 결과 전기로의 소성 온도 950℃, 1시간의 경우 전체 칼슘 성분 중 CaCO3와 CaO의 함량은 각각 86.9wt% 및 13wt%(하소율 33.9%)이었으며; 1,050℃, 1시간의 경우, 전체 칼슘 성분 중 CaCO3와 CaO의 함량은 각각 68.2wt% 및 31.8wt%(하소율 48.8%)로 탈탄산화 반응이 잘 이루어지 않는 것으로 확인되었다. 반면 전기로의 소성 온도 1,150℃의 경우, 소성시간 3시간에서 전체 칼슘 성분 중 CaCO3와 CaO의 함량은 각각 0.4wt% 및 99.6wt%(하소율 99.6%)로 완전한 탈탄산화 반응이 수행된 것으로 확인되었다.As a result of the experiment, at an electric furnace sintering temperature of 950°C for 1 hour, CaCO 3 and The contents of CaO were 86.9 wt% and 13 wt% (calcination rate 33.9%), respectively; At 1,050℃ for 1 hour, CaCO 3 and The CaO content was 68.2 wt% and 31.8 wt% (calcination rate 48.8%), respectively, and it was confirmed that the decarboxylation reaction did not occur well. On the other hand, in the case of an electric furnace sintering temperature of 1,150°C, CaCO 3 and CaCO 3 out of the total calcium components at 3 hours of sintering time. It was confirmed that a complete decarboxylation reaction was performed with CaO contents of 0.4 wt% and 99.6 wt% (calcination rate 99.6%), respectively.
2. 굴 패각으로부터 제조한 생석회와 일반 석회석을 이용하여 제조한 생석회의 품질 비교2. Comparison of the quality of quicklime manufactured from oyster shells and quicklime manufactured using regular limestone
일반적으로 생석회를 제조하기 위하여 석회석을 사용한다. 상기 석회석은 생석회의 함량이 54wt%를 초과하는 고품위 석회석, 생석회의 함량이 54 내지 52wt%인 중품위 석회석 및 생석회의 함량이 52 wt% 미만인 중품위 석회석으로 구분된다.Generally, limestone is used to produce quicklime. The limestone is classified into high-grade limestone with a quicklime content of more than 54 wt%, medium-grade limestone with a quicklime content of 54 to 52 wt%, and medium-grade limestone with a quicklime content of less than 52 wt%.
표 3은 본 발명의 평균입자 크기가 45㎛이하인 굴 패각 미세분말과 석회석의 성분을 보여준다.Table 3 shows the components of the oyster shell fine powder and limestone with an average particle size of 45㎛ or less of the present invention.
표 3에 따르면 본 발명의 굴 패각 미세분말(45㎛이하)는 생석회(CaO)의 함량이 52.4%에 해당하므로 저품위 석회석의 수준에 해당하는 것으로 확인된다.According to Table 3, the oyster shell fine powder (45㎛ or less) of the present invention has a quicklime (CaO) content of 52.4%, so it is confirmed to correspond to the level of low-grade limestone.
표 4는 상기 고품위 석회석, 중품위 석회석, 저품위 석회석 및 상기 굴 패각 미세분말(45㎛이하)을 소성하여 생석회를 제조한 결과를 보여준다. 상기 석회석의 소성 조건은 일반적인 생석회 제품의 소성 조건인 950℃에서 1시간이었다.Table 4 shows the results of producing quicklime by calcining the high-grade limestone, medium-grade limestone, low-grade limestone, and oyster shell fine powder (45㎛ or less). The firing conditions for the limestone were 1 hour at 950°C, which is the firing condition for general quicklime products.
표 4에 따르면 본 발명의 굴 패각 미세분말(45㎛ 이하)을 최적의 소성조건으로 소성하여 제조한 생석회의 경우 생석회의 함량이 99.2%로서 중품위 석회석을 소성하여 제조한 생석회(함량 98.1%) 보다 그 함량이 높을 뿐 아니라 고품위 석회석을 소성하여 제조한 생석회(함량 99.5%)와 유사한 것으로 확인되었다.According to Table 4, in the case of quicklime manufactured by calcining the oyster shell fine powder (45㎛ or less) of the present invention under optimal firing conditions, the quicklime content is 99.2%, and the quicklime manufactured by calcining mid-grade limestone (content 98.1%) It was confirmed that not only was the content higher, but it was similar to quicklime (99.5% content) manufactured by calcining high-quality limestone.
표 3의 결과에 따르면 본 발명의 굴 패각 미세분말(45㎛ 이하)은 생석회(CaO)의 함량이 52.4%에 지나지 않아 저품위 석회석 수준에 불과한 것으로 확인된다. According to the results in Table 3, it is confirmed that the oyster shell fine powder (45㎛ or less) of the present invention has a quicklime (CaO) content of only 52.4%, which is only at the level of low-grade limestone.
일반적으로 저품위 석회석은 불순물 함량이 높아 추가적인 공정을 통해 품위를 향상시키거나 고품위 석회석을 별도로 구입하여 혼합하는 방법으로 제품을 생산 할 수 밖에 없었다. 표 4에서와 바와 같이 저품위 석회석을 이용하여 제조한 생석회는 불순물의 함량이 6 내지 7% 수준에 달하여 생석회 제품으로 사용하기 어려울 것으로 판단된다.In general, low-quality limestone has a high impurity content, so there is no choice but to improve the quality through additional processes or to purchase and mix high-quality limestone separately to produce products. As shown in Table 4, quicklime manufactured using low-grade limestone has an impurity content of 6 to 7%, so it is judged to be difficult to use as a quicklime product.
이에 반하여 본 발명의 굴 패각 미세분말(45㎛ 이하)을 이용하여 제조한 생석회는 원료인 굴 패각 미세분말(45㎛ 이하)의 생석회 함량이 저품위 석회석 수준에 불과함에도 불구하고 저품위의 석회석과 달리 고품위 석회석을 이용하여 제조한 생석회와 유사한 품질의 생석회 함량을 가지는 것으로 확인되었다. On the other hand, the quicklime manufactured using the oyster shell fine powder (45 ㎛ or less) of the present invention is a high-quality limestone, unlike low-grade limestone, even though the quicklime content of the raw material oyster shell fine powder (45 ㎛ or less) is only at the level of low-grade limestone. It was confirmed to have a quicklime content of similar quality to quicklime manufactured using limestone.
상기 결과는 생석회 함량이 저품위 석회석 수준에 불과하여 버려지는 굴 패각을 평균입자크기 45㎛이하 수준으로 분쇄하고 1,150℃/3시간의 조건으로 소성하는 것만으로 고품위 석회석을 이용하여 제조한 생석회와 동등한 수준의 고 품질 생석회를 제조 할 수 있다는 것을 의미하므로 굴 패각의 재활용을 통한 부가가치 생산이 가능하도록 할 것으로 기대된다.The above results show that the quicklime content is only at the level of low-grade limestone, and the discarded oyster shells are crushed to an average particle size of 45㎛ or less and calcined at 1,150℃/3 hours to produce a level equivalent to quicklime manufactured using high-grade limestone. Since it means that high-quality quicklime can be manufactured, it is expected to enable the production of added value through recycling of oyster shells.
2. 굴 패각으로부터 제조한 생석회의 수화 특성 및 이를 이용한 소석회의 제조2. Hydration characteristics of quicklime prepared from oyster shells and production of slaked lime using the same
평균입자크기가 45㎛ 이하인 굴 패각 미세분말을 소성조건 1,150℃/3시간(소성율 99.6 % 이상)에서 생석회(CaO)를 제조한 후 상기 생석회를 사용하여 ASTM C 110의 규격에 준하는 수화 반응을 실시하여 Ca(OH)2로의 전환을 확인하였다.Quicklime (CaO) was prepared from oyster shell fine powder with an average particle size of 45㎛ or less under firing conditions of 1,150°C/3 hours (calcination rate of 99.6% or more), and then a hydration reaction was performed using the quicklime in accordance with the ASTM C 110 standard. Conversion to Ca(OH) 2 was confirmed.
본 발명의 ASTM C 110 시험 조건은 다음과 같다. 초기 시작온도는 상온의 증류수를 채우고 드와플라스크(Dewar flask)에 생석회를 생석회:물=1:4 또는 1:2의 중량비로 넣은 후 교반을 실시한다. 교반속도는 400rpm±50rpm을 기준으로 하였으며, 시간에 따른 온도 변화를 측정하였다. 온도계는 0.1℃의 정밀도를 가지는 것으로 0 내지 100℃ 범위의 것을 사용하여 활성도 실험을 진행하고, 최고온도의 반응 시간으로 반응성을 확인하였다.The ASTM C 110 test conditions of the present invention are as follows. The initial starting temperature is filled with distilled water at room temperature, added quicklime to the Dewar flask at a weight ratio of quicklime:water = 1:4 or 1:2, and then stirred. The stirring speed was based on 400rpm ± 50rpm, and the temperature change over time was measured. Activity tests were conducted using thermometers with a precision of 0.1°C in the range of 0 to 100°C, and reactivity was confirmed using the reaction time at the highest temperature.
생석회(CaO)의 수화 반응성 시험으로 수화 반응식은 반응식 2와 같다. In the hydration reactivity test of quicklime (CaO), the hydration reaction equation is shown in Scheme 2.
[반응식 2][Scheme 2]
CaO + HCaO+H 22 O → Ca(OH)O → Ca(OH) 22
초기에 수화 온도는 상온으로 설정하고 활성도 측정을 실시하고, 생성물은 XRD, SEM을 확인하였다.Initially, the hydration temperature was set to room temperature, activity was measured, and the product was confirmed by XRD and SEM.
도 4는 본 발명의 CaO/물 혼합 조건에 따른 ASTM C 110 시험의 온도변화 결과를 보여준다.Figure 4 shows the temperature change results of the ASTM C 110 test according to the CaO/water mixing conditions of the present invention.
실험결과 CaO/물 1:4 혼합 조건의 경우 저 반응성(low reactivity)을 가지는 것으로 확인되며 최고온도 59.5℃ 및 최고 온도 도달시간 58.0분인 것으로 확인되었다. 또한 CaO/물 1:2 혼합 조건의 경우 중 반응성(moderate reactivity)을 가지는 것으로 확인되며 최고 온도 99.9℃ 및 최고 온도 도달 시간 26.5분인 것으로 확인되었다.As a result of the experiment, it was confirmed that the CaO/water 1:4 mixing condition had low reactivity, and the maximum temperature was 59.5°C and the maximum temperature reaching time was 58.0 minutes. In addition, the CaO/water 1:2 mixing condition was confirmed to have moderate reactivity, with a maximum temperature of 99.9°C and a time to reach the maximum temperature of 26.5 minutes.
도 5 및 표 5는 본 발명의 CaO/물 혼합 조건에 따른 ASTM C 110 시험으로 제조한 수화 반응물의 XRD 분석 및 Q-XRD 분석 결과를 보여준다.Figure 5 and Table 5 show the XRD analysis and Q-XRD analysis results of the hydration reactant prepared by the ASTM C 110 test according to the CaO/water mixing conditions of the present invention.
분석결과 모든 CaO/물 혼합 조건에서 생성된 수화 반응물 중 칼슘 성분은 모두 Ca(OH)2, CaCO3인 것으로 확인되었으며 CaO/물 1:4 혼합 조건의 경우 전체 칼슘 성분 중 Ca(OH)2가 96.2 wt%, CaCO3가 3.8 wt%이며 CaO/물 1:2 혼합 조건의 경우 전체 칼슘 성분 중 Ca(OH)2가 97.0 wt%, CaCO3가 3.0 wt%인 것으로 확인되었다.As a result of the analysis, it was confirmed that all calcium components among the hydration reactants produced under all CaO/water mixing conditions were Ca(OH) 2 and CaCO 3. In the case of CaO/water 1:4 mixing conditions, Ca(OH) 2 was found to be among the total calcium components. It was confirmed that Ca(OH) 2 was 97.0 wt% and CaCO 3 was 3.0 wt% among the total calcium components in the case of CaO/water 1:2 mixing conditions.
도 6은 본 발명의 CaO/물 혼합 조건에 따른 ASTM C 110 시험으로 제조한 수화 반응물의 SEM 분석 결과를 보여준다.Figure 6 shows the SEM analysis results of the hydration reactant prepared by the ASTM C 110 test according to the CaO/water mixing conditions of the present invention.
분석결과 CaO/물 1:4 혼합 조건의 수화 반응물의 경우 Ca(OH)2로 불균질한 형상을 보이는 것으로 확인되며 CaO/물 1:2 혼합 조건의 수화 반응물의 경우 CaO/물 1:4 혼합 조건의 수화 반응물에 비해 Ca(OH)2가 뚜렷한 육각 판상의 형상을 나타내며 입자의 크기가 10㎛ 내외로 더 작은 것으로 확인된다.As a result of the analysis, it was confirmed that the hydration reactant in the CaO/water 1:4 mixing condition showed a heterogeneous shape as Ca(OH) 2 , and in the case of the hydration reactant in the CaO/water 1:2 mixing condition, the CaO/water 1:4 mixing condition was confirmed. Compared to the hydration reactant under the conditions, Ca(OH) 2 shows a distinct hexagonal plate shape and the particle size is confirmed to be smaller, around 10㎛.
상기 소성 및 수화 실험의 결과를 토대로 평균 입자 크기가 45㎛이하인 굴 패각 미세분말(주성분 CaCO3)을 이용하여 생석회(CaO)를 제조하기 위한 최적의 소성 조건은 소성온도 1,150℃/3시간(생석회 소성율 99.6%)인 것으로 확인되었다. Based on the results of the above firing and hydration experiments, the optimal firing conditions for producing quicklime (CaO) using oyster shell fine powder (main ingredient CaCO 3 ) with an average particle size of 45㎛ or less are a firing temperature of 1,150°C/3 hours (quicklime It was confirmed that the plasticity rate was 99.6%).
상기 조건으로 제조한 생석회(CaO)를 이용하여 소석회(Ca(OH)2)를 제조하기 위한 최적의 수화 반응 조건은 최고온도 99.9℃까지 26.5분의 도달시간을 보이는 CaO/물 1:2 혼합 조건인 것으로 확인되었다. 또한 CaO/물 1:2 혼합 조건으로 제조된 1:4 혼합에 비해 빠른 반응속도와 높은 온도를 나타내었다. SEM 확인 결과, CaO/물 1:2 혼합 조건으로 수화되어 제조된 Ca(OH)2의 경우 뚜렷한 육각판상의 형상을 가지는 것으로 확인되었다. The optimal hydration reaction condition for producing slaked lime (Ca(OH) 2 ) using quicklime (CaO) prepared under the above conditions is a CaO/water 1:2 mixing condition that takes 26.5 minutes to reach a maximum temperature of 99.9°C. It was confirmed that it was. In addition, the CaO/water 1:2 mixture showed a faster reaction rate and higher temperature compared to the 1:4 mixture. As a result of SEM confirmation, it was confirmed that Ca(OH) 2 prepared by hydration under CaO/water 1:2 mixing conditions had a distinct hexagonal plate shape.
결과적으로 평균 입자 크기가 45㎛이하인 굴 패각 미세분말을 이용하여 제조한 생석회를 수화시켜 소석회를 제조하는 경우 CaO/물 1:2 혼합 조건으로 수행하는 것이 더 빠른 시간에 소석회를 얻을 수 있어 경제적일 뿐 아니라 제조한 소석회 역시 육각판상의 일정한 형상을 가지며 10 ㎛ 내외의 작은 입자크기를 가져 유동성 및 분산성이 보다 우수할 것으로 판단된다.As a result, when producing slaked lime by hydrating quicklime prepared using fine powder of oyster shells with an average particle size of 45㎛ or less, it is more economical to carry out the CaO/water 1:2 mixing condition as slaked lime can be obtained in a faster time. In addition, the manufactured slaked lime also has a regular hexagonal plate shape and has a small particle size of around 10 ㎛, so it is expected to have better fluidity and dispersibility.
3. 석회 도료의 제조3. Production of lime paint
상기 CaO/물 1:2 혼합 조건으로 수화반응을 수행하여 제조한 소석회(Ca(OH)2)를 이용하여 석회도료를 제조하였다. 상기 석회 도료는 외부용 석회계 수성 도료로서 사용될 수 있다.Lime paint was prepared using slaked lime (Ca(OH) 2 ) prepared by performing a hydration reaction under the CaO/water 1:2 mixing condition. The lime paint can be used as a lime-based water-based paint for exterior use.
먼저 상기 제조된 회반죽상의 Ca(OH)2를 열풍건조기로 100℃에서 1시간 동안 건조하여 분말상의 Ca(OH)2를 제조하였다. First, Ca(OH) 2 in the plaster form was dried in a hot air dryer at 100°C for 1 hour to prepare Ca(OH) 2 in powder form.
표 6는 상기 제조한 Ca(OH)2 분말을 이용하여 제조한 석회계 수성 도료의 조성 및 배합방법을 보여준다.Table 6 shows the composition and mixing method of the lime-based water-based paint prepared using the Ca(OH) 2 powder prepared above.
2) 상기 증점제 용액에 소포제를 첨가하여 증점제-소포제 혼합 용액을 제조
3) 상기 증점제-소포제 혼합 용액에 소석회 분말, 백색안료, 결정질백운석을 첨가하여 소석회 현탁액을 제조
4) 상기 소석회 현탁액에 분산제를 첨가
5) 상기 분산제가 첨가된 Ca(OH)2 현탁액에 아크릴 수지를 첨가1) Prepare a thickener solution by mixing water (1L) and thickener.
2) Add a defoamer to the thickener solution to prepare a thickener-defoamer mixed solution.
3) Add slaked lime powder, white pigment, and crystalline dolomite to the thickener-defoamer mixed solution to prepare slaked lime suspension.
4) Adding a dispersant to the slaked lime suspension.
5) Add acrylic resin to the Ca(OH) 2 suspension to which the dispersant was added.
상기 표 6의 방법으로 제조한 석회계 수성 도료는 KS 규격인 KS M 6010 시험방법에 따라 성능을 측정하였다. 상기 KS M 6010 시험방법은 (1) 크레브 스토머 점도계로 측정한 주도(K.U.), (2) 고화시간, (3) 45°, 0° 확산반사율(백색), (4) 은폐율, (5) 적신 도막 은폐율, (6) 용기 내에서의 상태, (7) 촉진 내후성(200시간)-외관, (8) 촉진 내후성(200시간)-황변도 차, (9)내 알칼리성을 포함한다.The performance of the lime-based water-based paint prepared by the method in Table 6 was measured according to the KS M 6010 test method, which is the KS standard. The KS M 6010 test method includes (1) permeability (K.U.) measured with a Creve Stormer viscometer, (2) solidification time, (3) 45°, 0° diffuse reflectance (white), (4) hiding rate, ( 5) Wet coating film hiding rate, (6) Condition in container, (7) Accelerated weather resistance (200 hours) - Appearance, (8) Accelerated weather resistance (200 hours) - Yellowness difference, (9) Alkalinity resistance. .
표 7은 상기 실시예의 석회계 수성 외부용 도료에 대한 KS M 6010 시험결과를 보여준다.Table 7 shows the KS M 6010 test results for the lime-based water-based exterior paint of the above example.
(KS M 6010)Test Items
(KS M 6010)
50±4% R.H.23±1℃
50±4%RH
50±5% R.H.23±2℃
50±5%RH
50±5% R.H.23±2℃
50±5%RH
50±5% R.H.23±2℃
50±5%RH
2) 불순물, 굳은 덩어리, 및 부패 없음1) Easy to mix to a uniform state
2) No impurities, lumps, and decay
2) 초킹 없음
2) 흰색의 황변도 차는 0.12 미만
3) 담색 및 기타 색의 색 변화(△L) 4.0 미만1) 200 hours test standard
2) No chalking
2) The difference in yellowness of white is less than 0.12
3) Color change in light and other colors (△ L ) less than 4.0
(0.04)fitness
(0.04)
2)침지한 부분과 침지하지 않은 부분의 색과 광택의 차이가 크지 않아야 함1) There should be no wrinkles, cracks, swelling or peeling.
2) There should not be a large difference in color and gloss between the immersed and non-immersed parts.
4. 결론4. Conclusion
본 발명에서는 국내의 해안 지역에서 산출되는 굴 패각을 원료로 사용하여 소성을 통해 생석회를 제조하고 상기 생석회를 물과 반응으로 Ca(OH)2를 제조한 후 이를 석회계 수성 도료에 적용 가능성을 실험을 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.In the present invention, quicklime is manufactured through calcination using oyster shells produced in coastal areas of Korea as a raw material, the quicklime is reacted with water to produce Ca(OH) 2 , and the applicability of this to lime-based water-based paint is tested. Through this, the following conclusions were drawn.
1) 굴 패각을 원료로 사용하여 고품위의 생석회를 제조하기 위해서는 굴 패각을 평균입자크기 45㎛이하로 분쇄한 후 전기로에서 온도 1,150℃/3시간으로 열처리하는 경우 99.6 % 이상의 생석회 제조가 가능하다.1) In order to manufacture high-quality quicklime using oyster shells as a raw material, it is possible to produce quicklime of more than 99.6% by crushing oyster shells to an average particle size of 45㎛ or less and then heat-treating them in an electric furnace at a temperature of 1,150℃/3 hours.
2) 제조된 생석회를 CaO:H2O=1:2 혼합조건으로 생석회 현탁액을 제조한 후 수화 반응을 수행하면 단시간(최고 온도 99.9℃/도달시간 26.5분)에 소석회를 제조할 수 있으며 상기의 방법으로 제조된 소석회는 육각판상의 균질한 소석회로서 유동성 및 분산성이 우수하므로 도료용 원료로서 혼합이 수월하여 그 품질이 우수하다.2) If a quicklime suspension is prepared from the prepared quicklime under the mixing conditions of CaO:H 2 O=1:2 and then subjected to a hydration reaction, slaked lime can be produced in a short period of time (maximum temperature 99.9°C/arrival time 26.5 minutes). The slaked lime produced by this method is a homogeneous slaked lime in the form of a hexagonal plate and has excellent fluidity and dispersibility, so it is easy to mix as a raw material for paint and its quality is excellent.
3) 본 발명의 굴 패각을 이용하여 제조한 소석회를 주원료로 사용한 석회계 수성 외부용 도료는 KS M 6010(2014) 규격 수성 외부용 도료 1종 2급 규격 항목을 충족하므로 바로 상용화되어 제품화 될 수 있다. 3) The lime-based water-based exterior paint using slaked lime manufactured using oyster shells of the present invention as the main raw material satisfies the KS M 6010 (2014) standard water-based exterior paint type 1 class 2 standard items, so it can be immediately commercialized and commercialized. there is.
따라서 본 발명의 제조방법을 이용하면 수산폐기물로서 버려지는 굴 패각을 친환경적으로 재활용하여 제품화 할 수 있으므로 굴 양식 어민들의 굴 패각 처리비용을 절약 할 수 있을 뿐 아니라 석회계 수성 외부용 도료의 원재료로서 수익을 창출할 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, by using the manufacturing method of the present invention, oyster shells discarded as marine waste can be recycled and commercialized in an environmentally friendly manner, thereby not only saving oyster fishermen's oyster shell processing costs, but also generating profits as a raw material for lime-based water-based exterior paint. It is expected that we will be able to create.
본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다. The specific embodiments described in this specification are meant to represent preferred embodiments or examples of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that modifications and other uses of the present invention do not depart from the scope of the invention as set forth in the claims herein.
Claims (8)
상기 굴 패각 미세분말을 1,100 내지 1,200℃에서 2시간 30분 내지 3시간 30분간 소성하여 생석회(CaO) 혼합물을 제조하는 제 2 단계;
상기 생석회 혼합물과 물을 1:1.5 내지 2.5의 중량비로 혼합하여 생석회 현탄액을 제조하고 25 내지 30분간 수화반응을 수행하여 소석회(Ca(OH)2) 혼합물를 제조하는 제 3 단계;
상기 물 100중량부에 대하여 증점제를 7 내지 8 중량부로 첨가하여 증점제 용액을 제조하는 제 4 단계;
상기 증점제 용액에 상기 물 100중량부에 대하여 소포제를 0.5 내지 1.5 중량부로 첨가하여 증점제-소포제 용액을 제조하는 제 5 단계;
상기 증점제-소포제 용액에 상기 물 100 중량부에 대하여 소석회 혼합물 30 내지 40 중량부, 백색안료 11 내지 15 중량부, 및 결정질 백운석 6 내지 8 중량부를 첨가하여 소석회 현탁액을 제조하는 제 6 단계;
상기 소석회 현탄액에 상기 물 100 중량부에 대하여 분산제 0.5 내지 1.5 중량부를 첨가하여 소석회 분산 현탄액을 제조하는 제 7 단계; 및
상기 소석회 분산 현탄액에 상기 물 100 중량부에 대하여 아크릴 수지 30 내지 40 중량부를 첨가하여 석회계 수성 외부용 도료를 제조하는 제 8 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴 패각을 이용한 석회계 수성 외부용 도료의 제조방법.
A first step of washing the oyster shells and producing oyster shell fine powder with an average particle size of less than 50㎛;
A second step of producing a quicklime (CaO) mixture by calcining the oyster shell fine powder at 1,100 to 1,200°C for 2 hours and 30 minutes to 3 hours and 30 minutes;
A third step of preparing a quicklime suspension by mixing the quicklime mixture and water at a weight ratio of 1:1.5 to 2.5 and performing a hydration reaction for 25 to 30 minutes to prepare a slaked lime (Ca(OH) 2 ) mixture;
A fourth step of preparing a thickener solution by adding 7 to 8 parts by weight of a thickener based on 100 parts by weight of water;
A fifth step of preparing a thickener-defoamer solution by adding 0.5 to 1.5 parts by weight of an anti-foaming agent to the thickener solution based on 100 parts by weight of the water;
A sixth step of preparing a slaked lime suspension by adding 30 to 40 parts by weight of slaked lime mixture, 11 to 15 parts by weight of white pigment, and 6 to 8 parts by weight of crystalline dolomite to the thickener-defoaming agent solution based on 100 parts by weight of water;
A seventh step of preparing a slaked lime dispersion suspension by adding 0.5 to 1.5 parts by weight of a dispersant based on 100 parts by weight of water to the slaked lime suspension; and
An eighth step of preparing a lime-based water-based exterior paint by adding 30 to 40 parts by weight of an acrylic resin to the slaked lime dispersion suspension based on 100 parts by weight of the water;
A method for manufacturing a lime-based water-based exterior paint using oyster shell, comprising:
The method of claim 4, wherein the oyster shell fine powder has a CaO content of 50 to 53 wt%.
The method of claim 4, wherein the calcination rate is 99 to 99.9% and the quicklime mixture prepared through the calcination has a quicklime (CaO) content of 98.5 to 99.9 wt% using oyster shells. Method for manufacturing lime-based water-based exterior paint.
The lime system using oyster shell according to claim 4, wherein the slaked lime mixture contains calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) as calcium components in a weight ratio of 96.5 to 97.5:2.5 to 3.5. Method for producing water-based exterior paint.
The method of manufacturing a lime-based water-based exterior paint using oyster shell according to claim 4, wherein the lime-based water-based exterior paint satisfies the KS water-based exterior paint type 1, grade 2 standards.
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