KR20040061778A - 방오성 및 방취성을 가지는 점토벽돌 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방오성 및 방취성을 가지는 점토벽돌 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 점토의 제조방법은 중량%로 고령토 50∼80%와 점토 50∼20%를 혼합 분쇄하여 혼합한 후 상기 혼합물의 수분함량을 17∼20%로 하여 진공사출성형기로 성형하고 상기 성형물 표면에 산화아연 또는 산화아연 전구체를 1∼3㎛의 두께로 도포한 다음, 통상의 방법으로 건조 및 소성하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하여 방오성 및 방취성을 가지는 점토벽돌을 경제적으로 제조할 수 있으며, 본 발명에 의하여 얻어진 벽돌은 방오성과 방취성이 장기간 유지된다.

Description

방오성 및 방취성을 가지는 점토벽돌 및 그 제조방법 {Clay Brick Having Decontamination And Deodorization And Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 방오성 및 방취성을 가지는 점토벽돌 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 점토를 주원료로 하는 성형물에 광촉매 작용을 하는 산화아연 또는 산화아연 전구체를 도포하여 소성한 후에 상온 또는 고온상태에서 건조시켜 광촉매 기능을 발휘하도록 한 건축 및 보도용 점토벽돌 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 벽돌은 태양광 조사에 따른 광촉매 작용을 이용하여 점토벽돌에 부착되는 더러움이나 오염물질을 분해시키고 또는 냄새의 분해 기능을 발휘할 수 있다.

종래의 소성벽돌은 일반적으로 점토 및 모래를 배합하여 분쇄, 성형, 건조한 후 소성 시켜 건축자재로 생산하였다. 종래의 벽돌은 그 원료로 점토 60∼90%와 모래 40∼10%를 혼합하여 이를 분쇄하고 진공사출성형기로 성형하여 성형물을 약 100∼200℃에서 60∼80시간 건조 후 1,100∼1,200℃ 온도에서 소성하여 냉각하는 방법으로 표면에 적색계열의 색상을 가진 무기입자(12) 또는 유약을 바른 단순한 벽돌을 생산하였으므로 대부분의 벽돌은 외장재로 용도가 한정되어 왔다.

그러나 이렇게 사용한 건축 및 보도용의 벽돌은 건축자재라는 단순한 기능만으로 사용되어 왔고, 사용된 건축 및 보도용 벽돌이 오랜 시간이 경과함에 따라 공해로 인해 많은 먼지성분 등이 함유된 우수를 비롯하여 각종 오염물질 등에 의해 더러워지거나 오염되는 것은 정기적으로 화학적 처리 등을 실시하여 그 청결상태를 유지할 수밖에 없어 보수 및 유지관리 비용이 계속해서 발생하고, 벽돌 제품이 설치되어 있는 현장 주위의 냄새제거의 분해 기능 등은 전혀 기대 할 수 없었다.

이러한 문제점을 해결한 종래의 기술로는 광촉매 기능을 가진 이산화티탄(TiO₂)를 소성된 벽돌의 표면에 코팅하여 건조시키는 방법이 있다. 그러나 이 기술은 이산화티탄 자체가 지나치고 고가이고, 소성 전에 코팅을 하여 통상의 소성공정에 따라 소성을 하게 되면 코팅된 이산화티탄의 구조가 변경되어 더 이상 광촉매 기능을 할 수 없다는 문제점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 생산원가가 저렴한 방오성, 항균성 및 방취성 점토벽돌 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 세척성이 향상된 점토벽돌을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 방오성 및 방취성이 장기간 유지되는 점토벽돌 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 산화아연의 광촉매 작용 원리도이고,

도 2는 본 발명의 광촉매 기능을 발휘하는 점토벽돌의 색소분해능을 나타낸 도표이다.

본 발명의 제조방법은 점토, 고령토 또는 이를 대체할 수 있는 무기계산업폐기물을 주원료로 하여 성형된 통상의 미소성 벽돌에, 산화아연 또는 산화아연 전구체 물질을 함유한 용액을 1-3㎛의 두께로 도포한 후 건조 및 소성하는 것으로 구성된다.

본 발명의 벽돌은 상기 제조방법에 의하여 제조된 벽돌이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

산화아연(ZnO)은 Wurtzite구조를 가졌으며, 용도로는 고무제품의 가황촉진제, 페라이트, 도료의 도막강화제, 유리 또는 도자기의 안료, 소담제, 전선 또는 전지의 백색착색제 등 전통적인 것에서부터 바리스터(Varistor), 표면탄성파필터, 전자사진감광제, 메타놀합성용촉매, 가스센서, 형광체 등 파인 분야까지 다양하게 사용되고 있다.

이 중에서 광촉매의 기능으로서는 산화아연의 위치는 광촉매의 소재로는 산화티탄(TiO₂)이 대표적이지만, 산화아연도 3.2eV의 밴드갭(Band gap)을 갖는 광촉매로서의 기능을 갖고 있다. 이러한 광촉매 작용을 이용하여 항균, 항곰팡이, 공기정화작용(담배연기, 악취의 분해), 태양광에 의한 난분해성 화학물질의 분해, 담배진이나 가정의 부엌 기름때, 벽 등의 더러움 분해 등을 들 수 있다.

산화아연은 산화티탄에 비하여 가격이 저렴하여 범용적으로 사용되는 건자재 분야에 적용이 용이하다. 또한 소성에 의하여 그 구조를 그대로 유지함으로써 소성 전 성형된 벽돌에 도포한 후 소성을 하는 것이 가능하다. 이에 의하여 생산원가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 생산공정이 단축되고, 특히 도포된 광촉매의 막이 장기간 유지될 수 있다.

또한, 산화아연(ZnO)은 자신이 빛을 받아도 변하지 않아 반영구적으로 사용이 가능하며 염소(Cl₂)나 오존(O₃)보다 높은 산화력을 갖고 있어 강력한 살균력과 모든 유기물을 산화시켜 이산화탄소와 물로 분해하여 유기물에 의한 오염, 더러워짐을 방지할 수 있는 능력을 갖고 있다.

이와 같이 산화아연 광촉매는 뛰어난 성능을 갖고 있으며 백색도/착색력이 뛰어난 고품질 물질로 페인트, 잉크, 플라스틱, 제지, 고무와 섬유의 광택도 조절과 화학섬유 및 합성섬유 내구성향상을 위해 그리고 화장품에서 자외선 차단제 등 광촉매 물질로는 가장 널리 사용되고 있으며 아직 우리 나라의 건축자재 분야에서는 상용화되지 못하고 있으나 본 발명을 비롯하여 응용분야에 따라서 그 용도의 개발은 무궁무진하다고 할 수 있다.

도1에서 전술한 산화아연(ZnO)의 광촉매 작용원리를 표시하였는데, 그림에서 보듯이 산화아연(ZnO)은 빛이 닿으면 마이너스 전기를 띠는 전자와 플러스 전기를 띠는 미세구멍(정공)을 만든다. 이 전자와 정공은 매우 강한 환원력과 산화력을 갖고 있어 대기중의 물과 산소로부터 활성산소인 수산기(OH)와 과산소이온(O₂ ^-)을 생성하며, 생성된 수산기와 과산소 이온이 강력한 산화, 환원력을 갖고 있어 살균, 유기물분해 등에 작용하게 된다. 또한, 생성된 수산기와 과산소 이온의 일부는 과산화수소로 변하여 산화에 참여하기도 한다. 전자와 정공에서의 반응식은 다음과 같다.

전자 0₂+ e^--→ O₂ ^-

정공 H₂O + hole⁺-→ OH + H⁺

본 발명은 상기와 같은 특성을 지닌 산화아연(ZnO) 광촉매를 이용, 이를 보도블록이나 벽돌 등의 건자재에 포함시켜 각종 오염물질이나 유기물에 의한 건자재의 오염을 원천적으로 해소시키고 산성비 등에 함유된 대기중의 질소산화물이나 유황산화물로부터 건자재의 마모나 훼손을 방지하는 것이 가능한 건자재를 구현시키기 위해 착안된 발명이다.

본 발명에서 칭하는 "점토"는 점토 외에 이와 대체사용이 가능한 석분, 플라이애쉬 등 각종의 무기계 산업폐기물과 고령토를 포함한 의미이다.

본 발명의 제조방법 중 광촉매를 벽돌의 표면에 도포하는 방법은 아래의 6가지 공정으로 분류될 수 있으나, 광촉매를 벽돌의 표면에 도포하는 방식이 아닌 성형 전 산화아연 분말을 재료에 혼합한 후 성형하여 건조 및 소성하는 것도 가능하다. 이 경우 첨가되는 산화아연 분말은 고령토-점토의 혼합물 100중량부에 대하여 0.5 내지 10중량부가 적절하다. 그러나 후자의 경우는 제조공정이 단축되는 장점은 있으나 촉매의 투입량에 비하여 효과가 부족하므로 전자의 방법이 보다 바람직하다.

[제조공정1]

중량%로 고령토 50∼80%와 점토 50∼20%를 혼합 분쇄하여 혼합한 후 상기 혼합물의 수분함량을 17∼20%로 하여 진공사출성형기로 성형하고 상기 성형물 표면에 15% 아세트산아연 수용액으로 산화아연(ZnO) 전구체(precusor)를 스프레이나 롤러를 사용하여 두께 1∼3㎛로 코팅 후 80∼200℃에서 36∼48시간 건조 후 1,100∼1,200℃의 온도에서 24∼36시간 소성결합 시킨 후 광촉매 점토벽돌을 생산하는 공정이다.

[제조공정2]

중량%로 고령토 50∼80%와 점토 50∼20%를 혼합 분쇄하여 혼합한 후 상기 혼합물의 수분함량을 17∼20%로 하여 진공사출성형기로 성형하고 상기 성형물 표면에 아세트산아연(ZnAc) /수산화리튬(LiOH) = 1로 제조한 수 nm길이의 콜로이드 산화아연(ZnO)을 스프레이나 롤러를 사용하여 두께 1∼3㎛로 코팅 후 80∼200℃에서 36∼48시간 건조 후 1,100∼1,200℃의 온도에서 24∼36시간 소성결합 시킨 후 광촉매 점토벽돌을 생산하는 공정이다.

[제조공정3]

중량%로 고령토 50∼80%와 점토 50∼20%를 혼합 분쇄하여 혼합한 후 상기 혼합물의 수분함량을 17∼20%로 하여 진공사출성형기로 성형하고 상기 성형물 표면에 황산아연 수용액 1 M을 반응온도 20 ∼ 100℃로 유지 후 교반하면서 수산화나트륨 수용액 1 M을 적하하여 pH 가 7 ∼ 12사이에서 반응을 종료한 후 얻은 생성물인 산화아연(ZnO), 전구체(Zn(OH)2 혹은 그 혼합물 (ZnO+Zn(OH)2)을 스프레이나 롤러를 사용하여 두께 1∼3㎛로 코팅 후 80∼200℃에서 36∼48시간 건조 후 1,100∼1,200℃의 온도에서 24∼36시간 소성결합 시킨 후 광촉매 점토벽돌을 생산하는 공정이다.

[제조공정4]

중량%로 고령토 50∼80%와 점토 50∼20%를 혼합 분쇄하여 혼합한 후 상기 혼합물의 수분함량을 17∼20%로 하여 진공사출성형기로 성형하고 유약처리한 후 상기 성형물 표면에 아세트산아연(ZnAc) /수산화리튬(LiOH) = 1로 제조한 길이 수 nm의 콜로이드 산화아연(ZnO)을 스프레이나 롤러를 사용하여 두께 1∼3㎛로 코팅 후 80∼200℃에서 36∼48시간 건조 후 1,100∼1,200℃의 온도에서 24∼36시간 소성결합시킨 후 광촉매 점토벽돌을 생산하는 공정이다.

[제조공정5]

중량%로 고령토 50∼80%와 점토 50∼20%를 혼합 분쇄하여 혼합한 후 상기 혼합물의 수분함량을 17∼20%로 하여 진공사출성형기로 성형하고 또한 모래 등의 무기물을 준비된 산화아연(ZnO) 전구체 용액에 1∼5회 반복하여 담가 상기 모래(무기물) 자체에 코팅층을 형성시키거나 또는 스프레이 장치를 사용하여 두께 1∼3㎛로 모래(무기물)를 도포시킨 후 이 모래(무기물)를 상기 성형물에 밀착시킨다. 밀착의 방법은 상기 성형물의 건조를 위해 적재할 때 성형물과 성형물 사이에 모래(무기물)를 넣어 성형물 외부면에 밀착되도록 하는데, 이 때는 성형물의 외부면 중 광촉매 기능을 발휘시키고자 하는 부분에만 모래(무기물)가 밀착되도록 성형물과 성형물을 대면하게 적재하여 필요 부분에만 모래(무기물)를 사이에 넣으면 된다. 이렇게 모래(무기물)가 밀착된 상기 성형물을 80∼200℃에서 36∼48시간 건조 후 1,100∼1,200℃의 온도에서 24∼36시간 소성결합 시킨 후 광촉매 점토벽돌을 생산하는 공정이다.

[제조공정6]

전술한 [제조공정1]에서, 중량%로 고령토 50∼80%와 점토 50∼20%를 혼합 분쇄하여 혼합한 후 상기 혼합물의 수분함량을 17∼20%로 하여 진공사출성형기로 성형하여 상기 성형물에 광촉매 기능을 발휘시키기 위한 부분에 산화아연(ZnO)으로 도포를 실시할 때, 도포가 용이하지 않을 경우에는 바인더나 발수제 혹을 유동화제를 사용하여 도포시 밀착성을 향상시키는 공정이다.

이때 사용하는 ‘바인더’로는 불소계의 폴리머, 물유리, 금속산화물의 졸용액 등의 무기계 및 실리콘계 폴리머 등의 유기체로 된 결착제를 이용할 수 있고, ‘발수제’로는 실리콘계, 변성실리콘계, 폴리우레탄계, 특수변성폴리에스테르의 공중합체, 스테아린산수지, 파라핀수지, 활성금속염, 지방산염 등의 분말발수제를 이용할 수 있고, ‘유동화제’로서는 나프탈린스루혼산계, 메라민계 등의 분말상의 유동화제를 이용할 수 있으며, 상기의 바인더 또는 발수제 또는 유동화제를 이용하여 성형물 위에 제1층을 만들고, 상기 제1층위에 산화아연(ZnO)을 도포하여 80∼200℃에서 36∼48시간 건조 후 1,100∼1,200℃의 온도에서 24∼36시간 소성결합 시킨 제2층을 가진 광촉매 점토벽돌을 생산하는 공정이다.

[제조실시예 1]

중량%로 고령토70%와 점토30%를 혼합 분쇄한 후 균일하게 혼합하여 상기 고령토 및 점토 혼합물의 수분함량을 18%로 하여 진공사출성형기로 성형한 제품 표면에 아세트산아연(ZnAc) /수산화리튬(LiOH) = 1로 제조한 산화아연(ZnO) 전구체를 스프레이로 도막의 두께가 2㎛가 되도록 도포하고 165℃에서 40시간 건조시킨 후 1,150℃에서 36시간 예열, 소성 후 냉각시켜 광촉매 점토벽돌을 제조하였다.

[제조실시예 2]

중량%로 고령토70%와 점토30%를 혼합 분쇄하여 상기 고령토와 점토의 혼합물100중량부에 대하여 산화아연(ZnO) 3.5중량부를 첨가 혼합한 후 상기 혼합물의 수분함량을 17%로 하여 진공사출성형기로 성형한 제품을 165℃에서 39시간 건조 후 1,120℃의 온도에서 34시간 소성결합 시켜 광촉매 점토벽돌을 생산하였다.

[실시예 1]

전술한 [제조실시예1]로 제조한 광촉매 점토벽돌을 0.04M의 질산은 수용액에 담근 후 6와트(W)의 자외선조사기(블랙라이트)를 5cm의 거리에서 20분간 조사(照射)하였다. 그 결과, 코팅된 광촉매 점토벽돌 표면이 흑갈색으로 변색되었는데 이는 표면에 코팅재 도포된 산화아연(ZnO)이 광촉매 작용으로 음이온으로 환원됨으로써 금속 상태의 은이 검출되어진 것이다.

같은 벽돌 위에 빨간색 잉크를 물에 30배로 희석한 것을 도포 후 자외선을 조사(照射)한 결과, 광촉매 작용으로 빨간색 잉크가 분해되어 30분 후에 색이 소실되었다.

[실시예 2]

광촉매 점토벽돌의 유색소가 분해되는 특성을 정량적으로 조사하기 위하여, [제조실시예1]로 제조한 점토벽돌(STS-01)과 다른 광촉매로 사용되고 있는 산화티탄(TIO2)으로 제조실시예1과 같은 두께로 처리한 점토벽돌(STS-02) 및 광촉매로 처리하지 아니한 일반점토벽돌을 메틸렌블루 1mmol/L 수용액에 30분간 담근 후 데시케이트 내의 암실에서 30분 건조시킨 후 표면에 남아 있는 색소를 닦아낸 다음, 광촉매 특성평가 장치(Photocatalyst Checker, 일본싱크ㆍ리코(주), 형식 PCC-1)를 이용하여 착색막이 분해됨을 측정하여 아래 도2와 같은 결과를 얻었다.

위의 실험으로 측정시간이 경과됨에 착색막의 흡광도 변화(△ABS)가 감소되는 경향을 볼 수 있었으며 이로서 점토표면 위에 부착된 유기물이 분해되는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 광촉매 기능을 발휘하는 건축 및 보도용 점토벽돌 제조방법으로 제조한 각종 건축 및 보도용 점토벽돌은 태양광 조사에 따른 산화아연 광촉매의 유기물 분해작용을 이용하여 점토벽돌에 부착되는 더러움이나 오염물질을 분해시켜 각종 먼지나 대기오염물질이 침착되지 않아 외관이 깨끗하고 유지관리비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 광촉매 기능을 발휘하는 건축 및 보도용 점토벽돌 제조방법으로 제조한 각종 건축 및 보도용 점토벽돌은 산화아연 광촉매의 항균살균소취 기능을 이용하여 각종 냄새제거 및 항균, 소독 기능을 띠게 하여 쾌적하고 위생적인 환경을 구현해내는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 중량%로 고령토 50∼80%와 점토 50∼20%를 혼합 분쇄하여 혼합한 후 상기 혼합물의 수분함량을 17∼20%로 하여 진공사출성형기로 성형하고 상기 성형물 표면에 산화아연 또는 산화아연 전구체를 1∼3㎛의 두께로 도포한 다음, 통상의 방법으로 건조 및 소성하는 것을 특징으로 하는 방오성 및 방취성 점토벽돌의 제조방법.
2. 중량%로 고령토 50∼80%와 점토 50∼20%를 혼합물에 100중량부에 대하여 산화아연 분말을 0.5∼10 중량부 첨가한 다음 혼합 분쇄한 다음, 통상의 방법으로 건조 및 소성하는 것을 특징으로 하는 방오성 및 방취성 점토벽돌의 제조방법.
3. 제1항 또는 제1항 기재의 방법에 의하여 얻어진 방오성 및 방취성 점토벽돌.