KR20010054343A - 굴 패각을 이용한 건축소재용 혼화제의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴 패각을 이용한 건축소재용 혼화제 제조 방법에 대하여 개시한다. 본 방법은, 굴 패각에 붙어있는 유기물을 제거하는 단계(s10), 상기 유기물이 제거된 굴 패각을 증류수가 담긴 수조에 소정시간 침적시켜 염분을 제거하는 단계(s20), 상기 염분이 제거된 굴 패각을 소정의 온도에서 건조시키는 단계(s30), 상기 건조된 굴 패각을 분쇄하여 체를 통과시켜 분말을 만드는 단계(s40), 상기 굴 패각 분말에 함유된 단백질을 제거하는 단계(s50), 상기 단백질을 제거한 굴 패각 분말에 소정온도에서 단독 무기산 또는 두 종류의 혼합 무기산을 소정 비율로 첨가하여 혼합, 교반한 뒤 소정시간 동안 진탕 용해시키는 단계(s60), 상기 진탕 용해된 용액을 감압 여과하는 단계(s70), 상기 감압 여과 후 얻어진 점성액에 알카리 물질을 첨가하여 소정의 pH가 되도록 조절하는 단계(s80) 및 상기 pH가 조절된 용액에 계면활성제를 소정량 첨가하는 단계(s90)를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따라 제조된 혼화제는 수산 폐기물의 일종인 굴·조개등의 패각을 이용하여 제조하므로 친환경적이고, 폐자원의 활용으로 경제성이 있으며, 제조된 혼화제를 시멘트와 혼합 사용시 강도증진, 방수성능 증대, 항곰팡이(항균)성 등의 특성을 발휘하므로 건축·토목 현장에서 기능성 시멘트 혼화제로 활용이 가능하다.

Description

굴 패각을 이용한 건축소재용 혼화제의 제조 방법{Admixure synthesizing method for construction materials by using oyster shell}

본 발명은 굴 패각을 이용한 건축소재용 혼화제의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반 폐기물로 분류되어 버려지고 있는 굴 패각 분말 60∼120 중량부를 염산, 질산 등 무기산 100 중량부에 용해시킨 후, 알카리물질을 사용하여 pH를 조절하고 계면활성제를 3∼5% 정도 혼합하여 제조한 것으로, 시멘트 페이스트, 모르타르 및 콘크리트의 수화반응 촉진작용, 조기강도 향상과 항균·항곰팡이 특성이 있는 건축소재용 혼화제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

굴 패각 등 조개 패각은 국내에서 매년 25∼30만 톤 정도가 배출되며, 일반 폐기물로 분류되어 양식어민이 처리하여야 하나, 매립지의 확보, 패각의 수거와 운반비 등의 과다로 양식어민들이 처리하는 데에는 많은 어려움이 있다. 현재 발생되는 굴 패각의 경우 약 20% 정도만 굴 종패용과 분말비료 등으로 활용될 뿐 나머지는 해안·공유수면 등에 방치 또는 매립하고 있는 실정으로 큰 환경문제를 일으키고 있다.

그리고 굴 패각은 대부분 탄산칼슘으로 되어 있어 칼슘을 다량으로 소비하기 위한 제품의 제조에 주로 사용되었다. 즉 굴 패각은 탄산칼슘을 이용한 비료와 양계용 사료로 사용하거나 염화칼슘 제조, 칼슘카바이드 제조 및 석회의 제조에 주로 사용되고 있다. 그러나 염화칼슘은 주로 자연해수에서 추출하는 방법을 이용하며 일부는 솔베이법을 이용한 소다회 제조시의 부산물로 얻는 방법 등이 있으나, 굴 패각으로 제조시에는 경제성, 경쟁력 및 소비량에 제한을 받게 된다.

기존의 시멘트 페이스트, 모르타르 및 콘크리트용 경화촉진제로는 제품화된 칼슘이나 나트륨의 염화물, 탄산염 및 황산염 등을 사용한다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 폐기물인 굴 패각을 이용하여 염산 및 질산에 가수분해 반응시켜 시멘트 페이스트, 모르타르, 콘크리트의 경화촉진 작용과 항균·항곰팡이 작용이 있는 건축소재용 혼화제를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적과 장점은 하기된 발명의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면을 참조하면 보다 명백해질 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 굴 패각을 이용한 건축소재용 혼화제의 제조 방법의 흐름도.

도 2 는 본 발명에 따라 굴 패각에서 제조한 혼화제의 항곰팡이 시험 결과를 나타낸다.

도 1 은 본 발명에 따른 굴 패각을 이용한 건축소재용 혼화제 제조 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 1에서 보듯이, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 굴 패각을 이용한 건축소재용 혼화제의 제조 방법은, 굴 패각에서 염분, 단백질을 제거하는 단계, 굴 패각 분말에서 보통 포틀랜드 시멘트의 응결·경화를 촉진시키는 Ca²⁺이온과 항균·항곰팡이 작용이 있는 키틴을 효과적으로 액상에 존재시키기 위해 응결·경화를 촉진시키는 무기이온을 함유한 염산, 질산 등 무기산에 용해시키는 단계, 상기 용해 단계 후 보통 포틀랜드 시멘트의 응결·경화를 촉진시키는 알카리 물질을 사용하여 액상의 pH를 조절하고 계면활성제를 혼합하는 단계를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.

이하 상기 도면을 참조하여 본 방법의 동작원리에 대해 보다 상세히 설명한다. 본 방법에서는 먼저 굴 패각에 붙어있는 유기물을 깨끗이 제거하고(s10), 증류수가 담긴 수조에 24시간 침적시켜 염분을 제거한 후(s20), 110℃에서 건조(s30)한 다음 분쇄하여 20mesh 체를 통과시킨 분말을 만든다(s40). 상기 분말을 만든 다음 수산화나트륨용액을 이용하여 굴 패각 분말에 함유한 단백질을 제거하고(s50), 단백질을 제거한 굴 패각 분말 60∼120 중량부를 35% 염산, 60∼62% 질산 100 중량부에 첨가하여 24시간 진탕 용해(s60)시킨 후 감압 여과한다(s70). 상기 감압 여과후 제조한 용액에 알카리 물질을 첨가하여 pH를 6.0∼7.0으로 맞춘(s80) 다음 계면활성제를 3∼5% 정도 첨가한다(s90).

즉 본 방법에서는 종래 기술의 문제점을 해결하고 다기능을 갖는 혼화제를 제조하기 위해서, 단백질을 제거한 굴 패각을 염산, 질산 등 무기산에 가수분해 반응시켜 시멘트의 수화반응을 촉진시키는 Ca²⁺, Cl^-, NO₃ ^-이온과 항균·항곰팡이 작용이 있는 키틴·키토산질이 들어있는 액상을 제조하고, 여기에 적당한 알카리 물질을 사용하여 pH를 6.0-7.0으로 조절하여 초기강도증진, 수밀성과 항균·항곰팡이 작용이 있는 건축소재용 혼화제를 제조한다.

굴 패각은 생명체가 만든 것으로, 무기물(주로 탄산칼슘)과 유기물(단백질, 키틴 등)로 구성되어 있는데, 성분조성은 무기물이 96∼97%, 유기물이 3∼4%이며 무기물은 탄산칼슘이 97%로 대부분을 차지하였고, 유기물은 조단백질이 0.7∼1.0%, 조지방이 0.3∼0.5%, 키틴질 등 기타가 1∼3%로 되어 있다. 굴 패각은 종류와 신선도에 따라 키틴질의 함량의 차이가 있으나 본 발명 실험에 이용된 굴 패각에서는 약 1.4%가 함유되어 있었다.

굴 패각을 이용한 건축소재용 혼화제의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 굴 패각에 붙어있는 유기물을 깨끗이 제거하고, 염분을 제거하기 위해 증류수가 담긴 수조에 침적시킨다. 24시간 후에 수조에서 꺼낸 굴 껍데기를 110℃ 건조기에서 수분을 제거한 후 쇠절구에서 분쇄하여 20mesh 체를 통과시킨 분말을 사용한다. 굴 패각 분말에 함유된 단백질을 제거하기 위해 원료중량의 10배의기준으로 5.0%의 NaOH를 가하여 90℃에서 100rpm으로 3시간 동안 교반한 후 No.4 여과지를 사용하여 여과하고, 잔사를 증류수 및 아세톤으로 세척한다. 단백질을 제거한 굴 패각 분말을 35% 염산 100 중량부에 80-120 중량부, 60∼62% 질산 100 중량부에 60-80 중량부, 염산과 질산의 혼합무기산 100 중량부에 60∼100 중량부를 교반하면서 서서히 첨가한 다음 24시간 진탕 용해시킨 후 No. 2의 여과지로 감압 여과한다. 이렇게 제조한 용액에 가성칼리와 에틸아민을 첨가하여 pH를 6.0-7.0으로 맞춰 건축소재용 혼화제를 제조한다. 이때에 염화칼슘이나 Free 무기산에 의한 부식 등의 문제점을 보완하기 위해 습윤, 분산, 방청력이 있는 Polyoxyethylene Alkylamine을 혼합하여 제품화하였다.

이하 본 발명의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

< 실시예 1 >

35% 염산 100ml에 70g의 굴 패각을 분말을 상온에서 적가하여 기포가 발생되지 않을 때까지 교반한 다음, 1일간 진탕시킨 후 45% 수산화나트륨 수용액으로 pH를 6까지 조정한 후 에틸아민(DEA, TEA 등) pH를 6.5로 맞춘 다음 Polyoxyethylene Lauryl Amine을 중량비 3%로 혼합하여 비중 1.18∼1.23인 혼화제를 제조한다.

< 실시예 2 >

질산 20ml, 염산 80ml를 혼합한, 100ml의 혼합 무기산에 60g의 굴 패각 분말을 사용하여 실시예 1과 동일하게 제조한다.

이와 같이 발명된 혼화제의 특성은, 시험 결과 다음과 같다.

1. 압축강도

1종 시멘트 510g, 표준사 1250g을 혼합시킨 다음 물 248g에 혼화제 0g, 2.55g(C*0.5%), 5.1g(C*1.0%)을 각각 혼합한 후 5cm*5cm*5cm 크기의 큐브몰드에서 성형하여 24시간 후에 탈형하여 수중(20±2℃)에서 양생시켜 동일 재령별로 시편 3개씩을 시험한 값을 산술 평균하여 압축강도를 구했다. 시험 결과는 표 1과 같다.

재 령(C*%)혼화제 사용량	3일(kg/㎠)	7일(kg/㎠)	28일(kg/㎠)
	실시예 1	실시예 2	실시예 1	실시예 2	실시예 1	실시예 2
0	1 4 5	2 0 7	3 1 2
0.5	191	185	259	241	365	361
1	203	193	277	264	378	370

2. 응결시간

1종 시멘트에 혼화제 0.5%를 첨가할 때, 실시예 1은 초결은 40∼60분, 종결은 60∼90분, 실시예 2는 초결은 20∼30, 종결은 30∼40분 앞당겨 졌다.

3. 항곰팡이성

항곰팡이 시험 방법은, 물/시멘트 비 0.5, 시멘트/모래=1/2, 혼화제는 C * 1.0%로 혼합하고 5cm*5cm*5cm 크기의 큐브몰드에서 성형하여 24시간 후에 탈형한 후, 기건 상태에서 56일 동안 양생시킨 경화체에 대해서 KSM 5000의 도료의 항곰팡이성 시험방법에 준해 실험하였다. 곰팡이 생성 평가는 10등급으로 판정되었다. 10등급의 평가는 피막이 변색이나 변형이 전혀없는 상태로서, 변색이나 변형의 점도가 생기면 심할수록 즉 곰팡이의 생성이 많을수록 낮은 숫자로 표기한다.

또한 밀가루 풀을 만들어서, 혼화제를 첨가하지 않은 것과 혼화제를 풀에 3.0% 첨가한 것을 습기함에 방치하여 육안과 냄새로 항곰팡이성을 평가하였다. 도2 는 본 발명에 따라 굴 패각에서 제조한 혼화제의 항곰팡이 시험 결과를 나타낸다.

시험 결과, 1일이 지난후 혼화제를 첨가하지 않은 시료에서는 표면에 피막이 형성되고, 악취가 나기 시작했으나(도 2의 왼쪽 시료), 혼화제 3.0% 첨가한 시료에서는 표면 변화나 냄새가 없었다(도 2의 오른쪽 시료). 5일이 지난 후에는 혼화제를 첨가하지 않은 시료에서는 바깥 부위는 흰 곰팡이가 중심부는 푸른 곰팡이가 피었고, 심한 악취가 났다(도 2의 왼쪽 시료). 반면에 혼화제 5% 첨가 시료에서는 외관상 변화나 냄새가 없었다(도 2의 오른쪽 시료).

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상기 발명의 상세한 설명에서 언급된 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 혼화제는 수산 폐기물의 일종인 굴·조개등의 패각을 이용하여 제조하므로 친환경적이고, 폐자원의 활용으로 경제성이 있으며, 제조된 혼화제를 시멘트와 혼합 사용시 강도증진, 방수성능 증대, 항곰팡이(항균)성 등의 특성을 발휘하므로 건축·토목 현장에서 기능성 시멘트 혼화제로 활용이가능하다.

Claims (6)

1. 굴 패각에 붙어있는 유기물을 제거하는 단계;

   상기 유기물이 제거된 굴 패각을 증류수가 담긴 수조에 소정시간 침적시켜 염분을 제거하는 단계;

   상기 염분이 제거된 굴 패각을 소정의 온도에서 건조시키는 단계;

   상기 건조된 굴 패각을 분쇄하여 체를 통과시켜 분말을 만드는 단계;

   상기 굴 패각 분말에 함유된 단백질을 제거하는 단계;

   상기 단백질을 제거한 굴 패각 분말에 소정온도에서 단독 무기산 또는 두 종류의 혼합 무기산을 소정 비율로 첨가하여 혼합, 교반한 뒤 소정시간 동안 진탕 용해시키는 단계;

   상기 진탕 용해된 용액을 감압 여과하는 단계;

   상기 감압 여과 후 얻어진 점성액에 알카리 물질을 첨가하여 소정의 pH가 되도록 조절하는 단계; 및

   상기 pH가 조절된 용액에 계면활성제를 소정량 첨가하는 단계를 포함하는, 굴 패각을 이용한 건축소재용 혼화제 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 무기산은 염산 및 질산인, 굴 패각을 이용한 건축소재용 혼화제 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 물질은 암모니아수, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 에틸아민인, 굴 패각을 이용한 건축소재용 혼화제 제조 방법.
4. 굴 패각을 이용하여 비중이 1.18∼1.23인 건축소재용 혼화제를 만드는 방법에 있어서,

   35% 염산 100ml에 70g의 굴 패각의 분말을 상온에서 적가하는 단계;

   상기 적가된 분말과 염산을 기포가 발생하지 않을 때까지 교반하는 단계;

   상기 교반된 재료를 1일간 정치시키는 단계;

   상기 정치된 재료를 45% 수산화나트륨 수용액으로 pH를 6까지 조절하는 단계;

   상기 정치된 재료의 pH 저절 뒤 에틸아민 pH를 6.5로 조절하는 단계; 및

   상기 에틸아민 pH 조절 뒤 Polyoxyethylene Lauryl Amine을 혼합하는 단계를 포함하는, 혼화제 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 점성액에 습윤·분산·방청력이 있고 EO가 6∼15개인 Polyoxyethylene Lauryl Amine을 중량부 3∼5%로 혼합하는, 혼화제 제조 방법.
6. 굴 패각을 이용하여 비중이 1.18∼1.23인 건축소재용 혼화제를 만드는 방법에 있어서,

   질산 20ml와 염산 80ml를 혼합하여 100ml의 혼합 무기산을 만드는 단계;

   상기 혼합 무기산에 60g의 굴 패각 분말을 상온에서 적가하는 단계;

   상기 적가된 분말과 혼합 무기산을 기포가 발생하지 않을 때까지 교반하는 단계;

   상기 교반된 재료를 1일간 정치시키는 단계;

   상기 정치된 재료를 45% 수산화나트륨 수용액으로 pH를 6까지 조절하는 단계;

   상기 정치된 재료의 pH 조절 뒤 에틸아민 pH를 6.5로 조절하는 단계; 및

   상기 에틸아민 pH 조절 뒤 Polyoxyethylene Lauryl Amine을 혼합하는 단계를 포함하는, 혼화제 제조 방법.