KR20070006283A - 옥,황토,숯을 이용한 건축재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

옥,황토,숯을 건조하여 분말만들고 이를 1종 이상 혼합한 것(A)에

시멘트를 섞고 이에 액상PVA, 액상규산을 혼합한 다음 이를 일정한 모양의 형틀에 넣고서 압착을 한 다음에 성형체의 표면에 액상 규산을 분무하여 굳힌 후에 이를 3일 이상 상온에서 건조 양생한 후에 이를 건조로에서 7-80℃로 1차 건조하여 습기를 제거 후 120℃이상에서 2시간 이상 건조한다.

이를 다시 상온에서 7일 이상 양생한 후에 제품으로 포장 출하한다.

옥,숯,황토,규산

Description

옥,황토,숯을 이용한 건축재 및 그 제조방법{building materials }

도 1은 본 발명에 의하여 만들어진 건축재인 황토 타일의 샘플그림

도 2 는 건축재인 타일형태를 만들기 위한 금형(형틀)의 단면도

본 발명은 옥.황토,숯를 이용한 내외장 건축자재 제조에 관한 것이다

옥은 주로 천연상태의 덩어리를 가공한 판재형태나 조각 그대로 건축재로 사용하고 있으며 황토는 최근에 활발한 이용방법이 개발되고 있으나 주로 벽돌이나 몰타르 형태로 이용되고 있고 건축에 많이 사용되는 타일과 같은 형태로는 700℃이상 소성한 것 이외에는 거의 없다. 고열의 소성과정을 거치면 황토의 천연의 색상이 변하고 황토에 포함되어 있는 인체에 유익한 작용을 하는 각종 유기물질이 소성되어 황토의 효능이 없어지는 단점이 있다.

또 숯은 건축재로 사용되는 경우는 천연 숯 그대로의 형태를 사용하거나 집안에 인테리어 소품으로 사용하는 경우가 대부분이며 아직 타일과 같은 형태의 건축재로 개발된 것은 거의 없다

이와 같이 옥,황토,숯을 건축재로 이용하기 위해서는 이들을 여러 형태로 성형할 수 있어야한다. 타일이나 패널을 형태의 건축재로 만들기 위해서는 이에 상응하는 강도의 고형화가 필요하다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는

먼저 옥,황토,숯을 일정한 크기 이하의 분말로 만드는 과정이 필요하다

옥과 황토는 건조한 후에 이를 볼밀기 의하여 일정한 크기 이하의 분말로 만들고 숯은 유기물질이 충분히 소성되어진 백탄을 분말로 만들어 사용한다.

옥,황토, 숯은 각기 다른 특성을 갖고 있어서 이들을 단독으로 사용할 수도 있으나 이들 소재의 특성을 서로 혼합하여 사용할 수도 있다.

옥과 황토를 섞으며 황토의 색상이 연해지고 감촉이 부드러워지며 숯에다 황토를 50%이상 섞으며 색상이 짙은 갈색을 띠면서 황토의 장점과 숯의 장점을 함께 이용할 수 있다.

이처럼

옥은 부드러운 질감과 백색의 아름다움이, 황토는 아름다운 색상과 인체에 유익한 미네랄 ,숯은 강력한 탈취작용 과 흡습성이 뛰어나다 이런 특성을 이용하여 건축재의 목적과 원하는 색상에 맞추어 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다

옥, 황토,숯을 분말로 만든 다음 이들 분말 1종 이상을 잘 혼합하고 혼합된 분말(A)에 시멘트를 A 무게의 5%-20%를 잘 섞는다. A에 시멘트가

혼합된 것(B)에다 액상 폴리비닐알콜(PVA)을 5%- 15%(B 무게비) 와 액상 규산을 5%에서 15%(B 무게비)를 함께 넣고 이를 잘 혼합한다. 다음에 일정한 모양의 성형 틀에 넣어서 압착하여 형상으로 성형하거나 압축롤러로 압착하여 판재 형태로 만들고 성형이 된 것(성형체)에 액상규산을 분무하여 충분한 규산이 성형체에 스며들게 한 후에 이를 바람이 잘 통하고 응달진 곳에서 7일에서 28일 이상 양생, 건조하거나 3일 이상 양생 후에 건조로에서 7-80℃로 2-3시간 1차로 건조한 후에 120℃-150℃로 2-6시간 재차 건조하는 것으로 이루어진다.

이들을 상세히 설명하면,

옥,황토는 분쇄가 가능하도록 건조한 후에 이를 50메쉬 이하의 분말로 만들고 숯은 백탄을 사용하여 역시 50메쉬 이하의 분말로 만든다. 백탄은 불이 잘 붙지 않아서 흑탄보다 건축재로 유리하다.

이때 분말입자의 크기가 작을수록 나중에 만들어진 제품의 강도가 좋아지나 공극율은 적어진다 .그러나 자연스런 질감을 살리거나 입자 사이의 공극을 높여 흡습성을 높이기 위해서는 3mm이하의 굵은 입자로 만들어 사용할 수 있으며 또는 4-6mm 의 조각을 10-20%섞음으로써 골재와 같은 효과와 함께 자연스런 맛을 살릴 수 있다

다음에 이들 분말 1종 이상을 잘 혼합한 다음에 혼합된 분말(A) 무게의 5%-20%의 시멘트를 함께 섞는다.

숯에는 일반 포틀란트 시멘트를 사용해도 상관이 없으나 옥, 황토에는 색상을 살 리기 위해서는 백시멘트를 사용해야 한다. 나아가 시멘트에 포함되어 있는 중금속의 유해성에 대한 논란을 피하기 위해서는 주성분이 알루미나, 탄산칼슘인 알루미나시멘트를 사용하는 것이 바람직하며 알루미나시멘트는 일반 포틀란트시멘트 강도의 최대 2배까지 얻을 수 있고 또 최대 1800℃에서도 견디는 내열성을 얻을 수 있다 초속경 시멘트를 사용하여 작업성을 높일 수도 있으나 이때에는 강도는 일반 시멘트보다 못하다

강도를 높이고 경화 속도를 높이기 위해서 시멘트 혼화제를 첨가할 수 있으며 이때에는 멜라민계열의 혼화제가 바람직하다.

시멘트와 옥,황토,숯분말을 물과 혼합하여 굳힐 수가 있으나 타일이나 패널 같은 건축재로 사용할 수 있는 강도는 강도를 얻을 수 없으며 또 시멘트의 특성상 휨강도가 약하여 타일이나 패널과 같이 얇은 형태로 만들었을 경우에 운반중이나 작업 중에 부러지기 쉬워지는 단점이 있어서 제품의 두께가 두꺼워 져야한다. 일반적으로 많이 사용되고 있는 타일과 같은 5-8mm두께의 건축재로 만들기가 어렵다

이런 문제의 해결을 위해서는 강도를 증대시킬 뿐아니라 휨강도도 발현되는 것이 필요하다.

이를 위해서 시멘트 이외에 또 다른 바인더가 요구되고 이는 시멘트의 강도를 높여 주면서 휨강도를 지니고 있어야한다.

이러한 바인더로는 사용 가능 한 것으로는 수용성 에폭시, 우레탄, EVA 등 여러 가지가 있을 수 있으나 가장 바람직한 것으로는 폴리비닐알콜(PVA)이 있다. PVA는 수 용성이어서 물에 용해시켜서 사용할 수가 있으며 PVA는 그 자체의 강도는 크지 않으나 분자량이 매우 커서 건조가 되면 주위의 입자를 붙잡아 강도가 발생되고 질긴 특성을 발휘한다.

PVA를 이용한 건축자재 제조방법으로는 이미 공개된 기술(등록번호 10-0285691-000 )에 의하면 황토를 PVA 2-30%를 사용하여 굳히는 방법을 제시하고 있다. 그러나 이 방법은 2-30%라는 많은 양의 PVA를 사용하여 가격이 비싸져서 경재성이 낮아지고 또 PVA는 수용성이므로 습기에 노출 되었을 시에는 강도가 약해지고 휘거나 변형이 될 수 있는 단점이 있다.

이의 보완을 위해서 발명자는 발수제를 추가로 사용하는 것을 제시하고 있으나 이는 근본적이지 못하다 특히 공개된 방법으로 만들어진 건축자재가 내장재로 사용되어 화재발생 시에는 포함되어 있는 2-30%의 PVA가 다량의 매연과 함께 유독가스를 발생시킨다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 시멘트와 함께 소량의 PVA를 사용하는 방법이 있다

PVA는 수용성이므로 물에 용해되어 풀과 같은 형태를 만들 수 있고 태우지 않는 이상 냄새가 없으며 인체에도 무해한 것으로 알려져 있다

고형의 PVA를 따뜻한 물에 녹이거나 이미 만들어진 액상 PVA를 사용할 수 있으며 이때 고형분의 성분이 15%에서 25%인 것이 바람직하다.

시멘트가 혼합된 분말(B)을 굳히기 위해서는 액상PVA(20%밀도)가 분말무게(B)의 5%에서 20%가 요구되는데 이때 사용되는 순수 PVA의 양은 분말(B)의 1%에서 4%로 아주 적은 양이 된다.

옥,황토,숯 분말(A)과 알루미나 시멘트에다 액상PVA를 혼합하여 일정한 형태의 형틀에 넣고 압착하여 패널이나 타일형태로 만들 수 있으나 이때에는 충분한 강도의 발현을 위해서는 4주 이상의 양생기간이 필요하게 되고 또 PVA가 황토나 옥가루의 입자사이를 메워서 공극이 적어지게 되어서 본 발명제품의 특성인 다공질로 인한 높은 흡습성에 의한 습도 조절기능과 탈취, 음이온발생들의 기능이 저해되는 약점이 있다

이를 보완하기 위해서는 액상 PVA와 함께 액상 규산칼륨을 사용하는 방법이 있다. 액상 규산은 시멘트의 급결을 도와주어 고형화의 시간을 단축시켜 작업성을 좋게 하고 또 건조되면 다공질의 실리케이트를 만들어 시멘트와 옥,황토 분말에 있는 탄산칼슘과 산화 알루미늄의 Ca, Al 의 금속이온과 결합하여 금속염을 만들어 경화작용을 하게 된다

PVA를 사용하지 않고 액상 규산만으로도 충분한 강도의 제품을 얻을 수 있으나 규산을 1000℃ 이상 가열하여 유리화 시키지 않는 이상 규산의 물에 대한 용해성은 변하지 않으므로 건조가 된 후에도 공기 중의 습기에 녹게 되어 점차 강도가 약하게 되고 또 휨강도가 없어서 잘 깨어진다.

이상에서 옥,황토,숯 분말을 건축재에 요구되는 강도로 고형화 시키기 위한 바인더의 특성을 정리하면 시멘트는 압축강도를 높이고 내수성을 증대시키고, PVA는 시멘트와 함께 강도를 증대시킴과 동시에 휨강도를 증대시키는 작용, 규산은 시멘트의 고형화를 촉진시켜 양생 기간을 짧게 하고 충분한 공극을 만들어주는 작용을 한다.

PVA와 혼합된 액상 규산의 양은 규산의 고형분의 양에 따라 달라지나 액상PVA의 20%이상이어야 하며 바람직한 것으로 액상PVA와 액상 규산이 2-4:1 의 비율이다.

이들이 특성을 살려 충분한 강도를 얻기 위해서는 옥,황토,숯분말(A) 무게의 5%에서 20%의 시멘트와 , 액상PVA와 액상규산을 2-4 : 1 의 비율로 섞어서 만들어 5%에서 30%(B분말 무게비) 양의 액상바인더가 필요하다.

PVA는 약산성이고 액상 규산은 강알칼리어서 이들이 잘 섞이지 않으므로 강제로 혼합하거나 이 비율의 양을 각기 분말(A)에 섞어도 된다.

이때 액상 폴리비닐알콜은 고형비율이 15%에서 20%인 것이 바람직하며 액상 규산으로는 고형분의 비율이 20%에서 40%인 규산칼륨이 적당하다

액상규산에는 규산나트륨과 규산칼륨, 규산 졸이 있으나 이중에 규산칼륨이 가장 바람직하다. 규산나트륨은 가격이 저렴하고 금속이온과의 반응도 빠른 장점이 있으나 나트륨의 백화현상이 발생되어 힌색 이외의 제품에는 사용이 어렵다.

규산 졸은 다공질의 실리케이트를 제공하지만 금속이온과의 반응이 늦거나 미미하 여 강도에는 도움이 되지 못한다.

이렇게 분말에 시멘트 액상PVA, 액상규산칼륨을 잘 섞은 다음 이를 일정한 형상의 틀(금형)에 넣은 다음 20㎏/㎠에서 150㎏/㎠의 압력으로 압착한다. 낮은 압력으로 압착을 하면 공극은 많아지나 강도가 약해지고 높은 압력은 강도는 높이나 공극을 적게 하는 단점이 있다 100㎏/㎠가 적당하다.

100㎏/㎠ 정도의 압력으로 압착할 경우에 수분의 함량이 전체의 5-8%가 적당하며 많아야 12%정도 이다 이를 넘는 경우에는 압착 시에 액상성분이 용출되고 금형에 달라붙게 된다.

고형화 시키기 위해서 사용가능한 액상 바인더는 전체무게(B)의 5%-12%이내가 되어 충분한 경화를 위해서 바인더가 부족하다.

이를 해결하는 방법으로는 압착되어 성형된 제품에다 추가로 액상규산을 분무하여 주는 방법이 있다. 압축 성형된 제품의 표면에 분무하여 줌으로써 충분한 양의 액상 이산화규소가 공급되어 모양이 갖추어진 (성형이 이루어진)상태에서 혼합되어 있는 금속이온과 이산화 규소화합물과의 반응이 일어나 강도 발현이 이루어지게 되고 잔류 액상이산화규소화합물이 접착제 역할과 표면을 코팅하는 효과가 있다.

다음에는 이를 바람이 잘 통하는 곳에서 2주 이상 양생을 하거나 건조로에서 건조하여 제품을 완성한다.

열을 이용하여 건조하는 경우에도 최소 3일 이상의 양생기간을 주어 시멘트의 수화 반응이 일어난 다음에 가열 건조하여야 한다.

액상규산을 성형 후 바로 분무하는 것보다 3일간의 양생 기간을 거친 후에 분무하는 것이 액상규산의 흡수가 잘된다.

건조 방법으로는 7-80℃에서 2-4시간 건조하여 수분을 충분히 증발시킨 다음에 120℃에서 150℃사이의 열로 2시간 이상 건조하여 규산분자에 포함되어 있는 물을 증발시켜 강도를 얻는다.

위의 기술에 따른 바람직한 실시 예를 보면

- 가로 세로 200mm 두께 8mm의 타일을 만들기 위한 재료

규격			수량(g)	비 고
1	황 토	50메쉬이하로 건조하여 분쇄된 분말	500
2	시멘트	알루미나 80%인 알루미나시멘트	75	(주)유니온 제품
3	액상PVA	고형 PVA가 20%	30
4	액상규산	고형분이 21%(몰비 5)인 규산칼륨	15

-작업 내용

가.먼저 황토(1)와 알루미나 시멘트(2)를 섞어서 혼합 분말(B)를 만들고

액상PVA(3) 와 액상 규산칼륨(4)을 25℃에서 3분간 저어 혼합바인더(C)를 만들었다.

나. 분말(B)와 혼합바인더(C)_를 혼합 통에 넣은 후 5분 간 섞었다.

다. 섞여진 것을 금형(도2)의 중간(도2의 2)에 평평하게 충진 하였다. 이때 의 황토 두께는 18mm가 되었다.

라. 이를 상온에서 100㎏/㎠ 의 압력을 가하여 성형하였으며 두께는 8mm로

압축되었다

마. 성형된 것을 상온 20℃의 음지에서 3일간 양생을 하였다

바. 양생된 성형체에 규산칼륨(4) 40g을 2분간에 걸쳐 성형체 양면을

분무하여 성형체에 규산칼륨(4)가 스며들도록 한 후에 물에 전분2%를 희석하여 중탕으로 5분간 끓여 이를 표면에 10 CC 정도 도포하여 건조 후 분말가루가 묻어나는 것을 방지하였다.

사. 이를 건조로 넣고서 80℃에서 2시간 동안 1차로 건조하여 습기를 제거한 후에 온도를 150℃로 올려 다시 4시간 동안 2차 건조하였다.

아. 3일 동안의 양생과 건조과정을 거쳐서 PVA, 규산의 수분이 증발하여 고형화 되어서 제품으로 출하가 가능하였으나 좀더 강도를 증대시키기 위해서 상온의 창고에서 쌓아두었으며 또 다시 11일 이후(총 2주 이후)에는 도 4와 같이 타일로 사용이 가능한 강도를 가진 제품을 완성하였다.

이렇게 만들어진 타일은 시간이 경과함에 따라 강도가 계속 증대하였으며 이런 장기에 걸친 강도증대는 시멘트의 특성에 의한 것이다.

숯의 경우에는 액상PVA와 액상규산이 황토보다 20% 정도 많이 소요되었으며 이로 인해 황토보다 강도가 증대하였다.

본 발명은 인체에 유익한 옥,황토,숯을 분말로 이용함으로써 자원의 활용도 를 높이고 고열의 소성과정을 거치지 않음으로써 옥,황토가 갖고 있은 특성을 최대한 살릴 수 있다. 특히 흙과 같이 분말을 만들어 고형화 시킴으로써 기공을 유지할 수 있어서 투습이 가능하여 습기조절의 기능과 공기와의 접촉을 넓힐 수 있어서 다량의 음이온,원적외선 발생. 탈취효과를 높일 수 있으며 고열의 소성과정이 없고 분말을 이용함으로써 경제성이 탁월하다.

Claims (6)

1. 가루로 만들어진 옥,황토,숯 1종 이상을 혼합한 것(A)에 이를 고형화 시키기 위해서 분말(A) 무게의 5%-20%의 시멘트와 혼합한 것(B)에 B무게의 1%-4%의 PVA를 시멘트와 혼합된 분말 무게(B)의 5%에서 20%의 물에 용해하여 액상으로 만든 것과 섞어서 혼합한 다음에 이들을 이를 일정한 형틀에 넣고 압착하는 것을 특징으로 하는 건축재 제조방법
2. 청구항1에서 있어서 액상PVA와 함께 고형분의 성분이 15% -40%인 액상 규산(규산나타륨,규산칼륨)을 옥,황,숯분말(A)과 시멘트가 혼합된 분말(B) 무게의 0-15%를 혼합하여 함께 바인더(C)로 사용하는 것을 특징으로 하여 만들어진 건축재 및 그 제조방법
3. 청구항1과 청구항2에 있어서 바인더로 혼합한 다음 이를 형틀에 넣어서 압력을 가하여 성형한 다음에 성형된 것에 또다시 액상 규산(4)을 분무하는 것을 특징으로 하는 제조방법..
4. 청구항1에 있어서 시멘트 대신에 주성분이 산화알류미늄과 탄산칼슘인 알루미나 시멘트를 사용하는 것을 특징으로 하는 건축재 제조방법.
5. 청구항1에 있어서 액상PVA 사용하지 않고 고형물의 비율이 15 - 45%인 액상 규산칼륨 또는 규산나트륨을 혼합하여 성형 화시킨 후에 이를 7-80℃에서 2-3시간 1차 건조 후에 120℃이상으로 2-6 시간의 2차 건조과정을 특징으로 하는 제조방법.
6. 청구항1 내지 청구항5의 방법으로 만들어진 건축재

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