KR20070013346A - 황토 모르타르를 이용한 단열재 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 황토 모르타르를 이용한 단열재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 최대 입경 5㎜ 이하의 마사토 성분의 황토 1200~1250㎏에 입경이 0.01∼0.05㎜인 미세황토분말 50~100㎏, 맥반석, 항균 바이오 세라믹, 게르마늄, 제오라이트, 항균 세라믹, 숯 중에서 하나 이상 선택된 분말 또는 미세한 입자 형태의 기능성 물질 140㎏, 슬래그 시멘트 또는 포틀랜드 시멘트 등의 시멘트 200~260㎏, 경화제 20ℓ와 물 180~400ℓ를 희석한 경화제 수용액을 차례로 첨가하면서 교반시켜 구성한 황토 모르타르와; 10㎜ 이하로 분쇄된 단열알갱이가 구비되어, 상기 황토 모르타르 1㎥에 대해서 폐보온재 10 내지 30％의 부피비로 혼합·교반한 교반물을 구성하고, 상기 교반물을 형틀에 넣어 진동압축한 뒤, 1일간 유지하며, 탈형한 뒤 양생한 단열재를 구성하여, 상기 단열재를 단열 용도에 사용함에 따라, 폐기물의 재활용을 높이고, 강도가 높으면서도 인체에 유익한 것이다.
발포 폴리스티렌, 스티로폼, 단열재, 게르마늄, 황토 모르타르, 재활용
Description
도 1은 본 발명에 따른 제조 방법.
본 발명은 황토 모르타르를 이용한 단열재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 황토(마사토)와 황토분말, 각종 기능성 물질 시멘트, 경화제 수용액을 일정한 배합비로 배합, 혼합한 황토 모르타르와; 폐단열재를 잘게 부슨 단열알맹이를 적절한 비율로 혼합·교반하여, 형틀에 의해 고형화한 단열재를 구성하여, 강도가 좋고, 단열성, 방음성이 높은 단열재로 사용됨은 물론, 폐단열재를 재활용 함에 따라 환경을 보호 할 수 있는 것이다.
일반적으로, 단열재라고 하는 것은, 일정한 온도가 유지되도록 하려는 부분의 바깥쪽을 피복하여 외부로의 열손실이나 열의 유입을 적게 하기 위한 재료를 말 하는 것으로, 내화 단열재와 같은 공업용이 아닌, 일반적으로 구조물에 대한 단열로 사용되는 것으로는 석면, 유리솜, 발포 폴리스티렌, 우레탄폼과 같은 발포 제품 등이 사용되고 있다.
한편, 상기 언급된 발포 제품, 즉 발포 폴리스티렌이나 우레탄폼은 구조물의 철거시에 폐기물로 자주 발생할 뿐만 아니라, 일반 가전제품 등에서도 많이 이용되고 있는데, 상기와 같은 발포 제품은 합성수지가 발포되어 이루어진 제품이라서, 무게가 가벼운 반면 부피가 커서 이동이 용이하지 않고, 매립이 어려우며(썩지 않음), 소각도 어려우므로(독성 가스가 발생) 폐기물 발생시 처리가 용이하지 않는 문제점이 있었다.
더욱이 상기와 같은 발포 제품은 강도와 내충격성이 낮기 때문에 외력에 의해 쉽게 손상이 가므로, 잦은 교체나, 또는 상기 발포제품이 단독으로 사용되기보다는 강도가 높은 재질(예를 들어, 모르타르, 보드)등이 덧대어져야 하는 문제점이 있었다.
또한, 상기 유리솜이나 석면 등은 위생상으로 볼 때 침상입자의 자극으로 피부에 유해한 문제점이 있으므로, 바닥, 벽체 난방시에는 좀 더 안정된 단열재가 필요하다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 황토(마사토)와 황토분말, 각종 기능성 물질(맥반석, 항균 바이오 세라믹, 게르마늄, 제오라이트, 항균 세라믹, 숯), 시멘트, 경화제 수용액을 일정한 배합비로 배합, 혼합한 황토 모르타르와; 폐단열재를 잘게 부슨 단열알맹이를 적절한 비율로 혼합·교반하여, 형틀에 의해 고형화한 단열재를 구성하여, 단열성, 방음성이 좋고, 기존 보다 강도가 좋아, 난방시의 단열재, 층간 소음재는 물론, 상기 형틀에 따라 수도 미터기 보호기용 단열재 등의 다목적으로 사용함에 그 목적이 있다.
더욱이, 상기 황토 모르타르에는, 황토(마사토)와 황토분말, 각종 기능성 물질이 포함되어, 바닥 시공 후 난방시에 가열된 황토 바닥으로부터 지속적인 보온효과의 향상과 인체에 유익한 원적외선, 음이온 및 탈취, 항균 등의 기능성이 발휘되도록 하여 거주자에게 쾌적한 주거환경을 제공하는데 그 목적이 있다.
덧붙여, 상기 단열알갱이로 이용되는 폐단열재는 사용 후 버려지거나, 사용 후 남은 자투리의 발포 폴리스티렌, 우레탄폼 등이 이용되어, 버려지는 단열재의 재활용 비율을 높이고, 환경을 보호하며, 단열재에 대한 제조 비용을 줄이도록 하는데 또 다른 목적이 있다.
상기 황토 모르타르에는, 황마, 마닐라, 코코넛 섬유 중 하나 이상의 천연단섬유가 더 포함되어, 건조 후 단열재의 균열을 최소화하고, 내부 응집력을 증대시키며, 인장력을 증가시킴에 따라, 단열재의 내구성을 높이는데 그 목적이 있다.
또한, 상기 황토 모르타르에 천연 또는 단리향료를 적당량 첨가하여 단열재 난방 시공이나 벽체 시공에 상기 단열재가 사용되면, 지속적인 향이 발산되게 함으 로써, 숲 속에 있는 것 같은 자연의 향이 발산되게 하여 각종 유해환경으로부터 발생하는 스트레스를 해소할 수 있는데 그 목적이 있다.
본 발명은 황토 모르타르를 이용한 단열재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 최대 입경 5㎜ 이하의 마사토 성분의 황토 1200~1250㎏에 입경이 0.01∼0.05㎜인 미세황토분말 50~100㎏, 맥반석, 항균 바이오 세라믹, 게르마늄, 제오라이트, 항균 세라믹, 숯 중에서 하나 이상 선택된 분말 또는 미세한 입자 형태의 기능성 물질 140㎏, 슬래그 시멘트 또는 포틀랜드 시멘트 등의 시멘트 200~260㎏, 경화제 20ℓ와 물 180~400ℓ를 희석한 경화제 수용액을 차례로 첨가하면서 교반시켜 구성한 황토 모르타르와; 10㎜ 이하로 분쇄된 단열알갱이가 구비되어, 상기 황토 모르타르 1㎥에 대해서 폐보온재 10 내지 30％의 부피비로 혼합·교반한 교반물을 구성하고, 상기 교반물을 형틀에 넣어 진동압축한 뒤, 1일간 유지하며, 탈형한 뒤 양생한 단열재를 구성하여, 상기 단열재를 단열 용도에 사용함에 따라, 폐기물의 재활용을 높이고, 강도가 높으면서도 인체에 유익한 것이다.
본 발명에 따른 단열재의 제조 방법을 도1의 공정도에 따라 순차로 상세히 설명하되, 먼저, 세척 공정(S1)은 수거된 폐단열재를 깨끗이 하는 공정으로, 발포 폴리 스티렌, 우레탄폼과 같이 발포된 합성수지로 제작되어 사용 후 수거된 폐단열재나 사용되고 남은 자투리 등의 폐단열재를 수거하여 깨끗이 세척하는 공정으로, 물로 씻고 건조하도록 하는데, 폐단열재가 없을 경우 당연히 새 단열재도 사용 가능하다.
이어지는 분쇄 공정(S1)은, 상기 깨끗한 폐단열재를 분쇄하는 공정으로, 분쇄기를 통해 상기 폐단열재를 10㎜ 이하로 분쇄하여 단열알갱이를 구성하도록 한다.
다음으로, 황토 모르타르 구비 공정(S3)은, 마사토를 주재로 하는 황토 모르타르를 준비하는 공정으로, 최대 입경 5㎜ 이하의 마사토 성분의 황토 1200~1250㎏에 입경이 0.01∼0.05㎜인 미세황토분말 50~100㎏, 슬래그 시멘트 또는 포틀랜드 시멘트 등의 시멘트 200~260㎏를 혼합한 건조 혼합물을 구성하고, 상기 비율로 혼합된 건 물질에 경화제 20ℓ와 물 180~400ℓ를 희석한 경화제 수용액을 넣되, 주재인 마사토의 함수량에 따라 적절하게 경화제 수용액을 가감하여 균일하게 섞이도록 교반하여 황토 모르타르를 구성한다.
덧붙여, 상기 황토모르타르에는 분말 또는 미세한 입자 형태의 기능성 물질을 더 추가하여 기능성을 더욱 높이는데, 이는 맥반석, 항균 바이오 세라믹, 게르마늄, 제오라이트, 항균 세라믹, 숯 중에서 하나 이상 선택된 기능성 물질 140㎏을 더 추가한다.
또한, 상기 황토 모르타르에는 추가로 2∼4kg 정도의 방향제를 미량 첨가함과 동시에 황마, 마닐라, 코코넛 섬유 중 하나 이상의 천연단섬유를 3∼5mm의 길이로 절단하여 10∼20kg으로 첨가하여 혼합하여 황토 모르타르를 구성하는데, 상기 천연단섬유의 첨가로, 경화 후에 단열재의 균열을 최소화하고 내부 응집력 및 인장 력을 증대시키는 특징이 있으며, 방향제의 포함으로 유해 환경으로부터 스트레스를 해소하여 보다 나은 주거 환경을 제공할 수 있는 것이다.
이러한 황토 모르타르를 구성하는 물질은 [표1]에 나타내었다.
| 재료 | 성상 | 배합량(2.35㎥ 기준) | 비 고 |
| 황토(마사토) | 지름 5㎜ 이하 | 1200 ∼ 1250 (㎏) | |
| 황토 분말 | 미립자 | 50∼100 (㎏) | |
| 기능성 물질(맥반석, 항균 바이오 세라믹, 게르마늄, 제오라이트, 항균 세라믹, 숯 중에서 하나 이상 선택) | 분말, 조립자 | 140 ㎏ | |
| 시멘트 | 분말 | 200 ∼ 260 (㎏) | |
| 경화제 | 액상 | 20(ℓ) | |
| 물 | · | 180 ∼ 400 (ℓ) | |
| 방향제 | 액상 | 2 ∼ 4 (㎏) | 선택 요소 |
| 천연단섬유(황마, 마닐라, 코코넛 섬유 중 1종) | 3 ∼ 5 ㎜의 길이 | 10 ∼ 20 (㎏) | 선택 요소 |
한편, 상기 세척 공정(S1)과 분쇄 공정(S2)으로 단열알갱이를 구성하고, 황토 모르타르 구비 공정(S3)에 의해 황토 모르타르를 구성하는데, 상기 단열알갱이와 황토 모르타르의 구비 순서는 바뀌어도 무방하나, 황토 모르타르의 경화 여부를 고려할 때, 단열알갱이를 먼저 구성하는 것이 바람직하다.
그리고 혼합 및 교반 공정(S3)은 상기 준비된 단열알갱이와 황토 모르타르를 일정 부피비로 혼합하여 교반하되, 상기 황토 모르타르 1㎥에 대해서 폐보온재 10 내지 30％의 부피비로 혼합하여, 교반기로 5분 이상 교반하여 겔 상태의 교반물을 구성한다.
또한, 형틀 투입 및 다짐 공정(S4)은 원하는 단열재의 형태를 찍어낼 수 있는 형틀에 상기 단열알갱이와 황토 모르타르의 교반물을 투입하고, 진동과 압축을 하여 형틀 내부로 공간이 없도록 다지도록 하며, 경화 공정(S5)은, 상기 형틀에 가한 압축 상태를 유지하면서 약 1일간 경화하는 공정이다. 마지막으로, 탈형 및 양생 공정(S6)은, 상기 형틀 내부에서 경화된 경화물에서 형틀을 제거하고, 적재하여 일정 시간 양생하는 공정이며, 추가되는 마무리 공정(S7)은 상기 양생하는 과정에서, 의도하지 않게 튀어나온 부분이나, 모서리 부분을 다듬거나, 원하는 형태로 절삭하는 공정으로, 상기 각 공정을 거쳐 단열재를 구성한다.
이렇게 구성한 단열재는 내부에 폐단열재를 분쇄한 알갱이 형태의 단열알갱이와 단열성이 좋은 마사토와 황토가 포함되어 있으므로, 단열 성능과 보온 성능은 물론 소음도 흡수할 수 있으므로, 일반적인 바닥 난방에 깔아서, 보온 단열재는 물론 층간 소음 방지를 위한 방음재를 대용할 수 있는데, 상기 단열재는 마사토와 황토 및 시멘트가 포함되어 있어, 상기 시멘트가 경화하면서 적절한 강도를 유지하게 되므로, 상기 단열재의 설치 후에 별도의 보드 설치가 더 필요없이 코팅이나 페인트로 마감해도 괜찮으며, 특히, 상기 틀형에 따라 다양한 모양의 단열재를 생산할 수 있으므로, 판형의 단열재 외에도, 수도미터기 보호통을 위한 단열재 등과 같이 일정 형상을 가지는 단열재로 구성하여 사용될 수 있다.
또, 상기 단열재에 포함된 황토 모르타르에는, 황토(마사토)와 황토분말, 각종 기능성 물질(맥반석, 항균 바이오 세라믹, 게르마늄, 제오라이트, 항균 세라믹, 숯), 시멘트, 경화제 수용액을 일정한 배합비로 배합, 혼합한 황토 모르타르를 사용하여, 바닥 시공 후 난방시에 가열된 황토 바닥으로부터 지속적인 보온효과의 향상과 인체에 유익한 원적외선, 음이온 및 탈취, 항균 등의 기능성이 발휘되도록 하여 거주자에게 쾌적한 주거환경을 제공하는 특징이 있으며, 그러한 특징을 보이는데 대한 실험을 한바, 그 결과는 다음과 같이 나타내었다.
다시 말하면, 상기 단열재에 포함되는 황토 모르타르에 대해서 한국건자재 시험연구원에 의뢰하여 각종 시험을 수행하였는바, 그 결과를 살펴보면, 첫째, 방사 에너지 시험으로서 표2를 참고하여 살펴보면, 40℃에서 에프티-유알 스펙트로미터(FT-UR Spectrometer)를 이용한 흑체(black body) 대비 측정 결과 5∼20㎛의 원적외선 방사율이 0.925, 방사에너지가 373W/m2 이고, 둘째, 항균시험으로서, 표3에 나타나 있는 것과 같이, 케이아이씨엠-에프아이알(KICM-FIR) 1002의 방법으로 대장균(Escherichia coli) 에이티씨씨(ATCC) 25922와 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 에이티씨씨(ATCC) 15442의 균주를 사용한 항균시험에서 대장균 및 녹농균에 대해 99.7％의 세균감소율을 보였다.
셋째, 항곰팡이시험의 경우 표4를 참고로 할 때, 에이에스티엠 쥐-21(ASTM G-21)의 항곰팡이 시험에서 아스페르길루스 니제르 에이티씨씨(Aspergillus niger ATTCC) 9642, 페니실리엄 피노필룸 에이티씨씨(Penicillium pinophilum ATCC) 11797, 캐토미움 글로바섬 에이티씨씨(Chaetomium globosum ATCC) 6205, 글로리시아디움 피렌스 에이티씨씨(Gliosiadium virens ATCC) 9645, 아우레오바시디움 풀루란스 에이티씨씨(Aureobasidium pullulans ATCC) 15233의 혼합균주를 사용하여 1주 단위로 4주간 배양시험한 결과 곰팡이균의 성장이 발견되지 않았고, 넷째, 표5에서와 같은 탈취시험의 경우, 암모니아(NH3)를 이용한 케이아이씨엠-에프아이알(KICM-FIR) 1085 탈취 시험에서 30분 간격으로 2시간 동안 시료농도(ppm)를 측정한 결과 90％ 이상의 탈취율을 보였으며, 이러한 각종 시험결과는 아래의 표2 내지 표5에 나타나 있는 바와 같다.
| 시험시료 | 방사율 | 방사에너지(W/㎡) |
| 황토 모르타르 | 0.925 | 373 |
(주) 본 시험은 40℃에서 에프티-유알 스펙트로미터(FT-UR Spectrometer)를 이용한 흑체(black body) 대비 측정 결과임.
| 시험항목 | 시료구분 | 초기 농도 (CFU/40p) | 24시간 후 농도 (CFU/40p) | 세균 감소율 (％) |
| 대장균에 의한 항균 시험 | Blank | 382 | 1150 | |
| 황토 모르타르 | 382 | 1 | 99.7 | |
| 녹농균에 의한 항균 시험 | Blank | 374 | 1133 | |
| 황토 모르타르 | 374 | 1 | 99.7 |
(주) 1) Blank : 시료를 넣지 않은 상태에서 측정한 것임.
2) CFU : Colony Forming Unit
3) 40p : 0.04mL
4) 배지상의 균수는 희석배수를 곱하여 산출한 것임.
1) 시험방법 : 케이아이씨엠-에프아이알(KICM-FIR) 1002
2 ) 사용균주 : 대장균(Escherichia coli) 에이티씨씨(ATCC) 25922
녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 에이티씨씨(ATCC) 15442
| 시료명 | 시험항목 | 배양시험의 기간 | |||
| 황통 모르타르 | 항곰팡이 시험 | 1주후 | 2주후 | 3주후 | 4주후 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | ||
1) 시험방법 : ASTM G-21
2) 곰팡이 균주(혼합균주) : Aspergillus niger ATTCC 9642
Penicillium pinophilum ATCC 11797
Chaetomium globosum ATCC 6205
Gliosiadium virens ATCC 9645
Aureobasidium pullulans ATCC 15233
| 시험항목 (시험가스) | 경과시간 (분) | Blank농도 (ppm) | 시료농도 (ppm) | 탈취율 (％) |
| 탈취시험 (NH3) | 30 | 470 | 45 | 90.4 |
| 60 | 427 | 38 | 91.1 | |
| 90 | 378 | 28 | 92.6 | |
| 120 | 332 | 20 | 94.0 |
(주) 1) Blank : 시료를 넣지 않은 상태에서 측정한 것임.
2) 시험편 : 40 ×40 ×10 (mm)
1) 시험방법 : 케이아이씨엠-에프아이알(KICM-FIR) 1085
이와 같이 본 발명은, 이와 같이 본 발명은, 황토(마사토)와 황토분말, 각종 기능성 물질(맥반석, 항균 바이오 세라믹, 게르마늄, 제오라이트, 항균 세라믹, 숯), 시멘트, 경화제 수용액을 일정한 배합비로 배합, 혼합한 황토 모르타르와; 폐단열재를 잘게 부슨 단열알맹이를 적절한 비율로 혼합·교반하여, 형틀에 의해 고형화한 단열재를 구성하여, 단열성, 방음성이 좋고, 기존 보다 강도가 좋아, 난방시의 단열재, 층간 소음재는 물론, 상기 형틀에 따라 수도 미터기 보호기용 단열재 등의 다목적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 상기 황토 모르타르에는, 황토(마사토)와 황토분말, 각종 기능성 물질이 포함되어, 바닥 시공 후 난방시에 가열된 황토 바닥으로부터 지속적인 보온효 과의 향상과 인체에 유익한 원적외선, 음이온 및 탈취, 항균 등의 기능성이 발휘되도록 하여 거주자에게 쾌적한 주거환경을 제공한다.
덧붙여, 상기 단열알갱이로 이용되는 폐단열재는 사용 후 버려지거나, 사용 후 남은 자투리의 발포 폴리스티렌, 우레탄폼 등이 이용되어, 버려지는 단열재의 재활용 비율을 높이고, 환경을 보호하며, 단열재에 대한 제조 비용을 줄이는 효과가 있다.
상기 황토 모르타르에는, 황마, 마닐라, 코코넛 섬유 중 하나 이상의 천연단섬유가 더 포함되어, 건조 후 단열재의 균열을 최소화하고, 내부 응집력을 증대시키며, 인장력을 증가시킴에 따라, 단열재의 내구성을 높이는 효과가 있다.
또한, 상기 황토 모르타르에 천연 또는 단리향료를 적당량 첨가하여 단열재 난방 시공이나 벽체 시공에 상기 단열재가 사용되면, 지속적인 향이 발산되게 함으로써, 숲 속에 있는 것 같은 자연의 향이 발산되게 하여 각종 유해환경으로부터 발생하는 스트레스를 해소할 수 있는 효과가 있다.
Claims (5)
- 최대 입경 5㎜ 이하의 마사토 성분의 황토 1200~1250㎏에; 입경이 0.01∼0.05㎜인 미세황토분말 50~100㎏; 슬래그 시멘트나 포틀랜드 시멘트와 같은 시멘트 200~260㎏; 경화제 20ℓ와 물 180~400ℓ를 희석한 경화제 수용액을 차례로 첨가하면서 교반시켜 구성한 황토 모르타르와;발포 폴리스티렌, 우레탄폼와 같은 단열재의 자투리나, 그러한 폐단열재를 10㎜ 이하로 분쇄된 단열알갱이로 구성되되,상기 황토 모르타르 1㎥에 대해서 폐보온재 10 내지 30％의 부피비를 가지도록 혼합·교반되어, 일정한 형태로 고형화한 단열재를 구성하여,단열성과 강도가 높음을 특징으로 하는 황토 모르타르를 이용한 단열재.
- 제 1항에 있어서,상기 황토 모르타르에는, 맥반석, 항균 바이오 세라믹, 게르마늄, 제오라이트, 항균 세라믹, 숯 중에서 하나 이상 선택된 분말 또는 미세한 입자 형태의 기능성 물질 140㎏이 더 포함됨을 특징으로 하는 단열성과 강도가 높음을 특징으로 하는 황토 모르타르를 이용한 단열재.
- 제 1항에 있어서,상기 황토 모르타르에는, 황마, 마닐라, 코코넛 섬유 중 하나 이상의 천연단섬유를 3∼5mm의 길이로 절단하여 10∼20kg이 더 첨가되어,단열재의 균열을 최소화하고 내부 응집력 및 인장력을 증대시킴을 특징으로 하는 황토 모르타르를 이용한 단열재.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 황토 모르타르에는 2∼4kg 정도의 방향제를 더 포함하여,쾌적한 향을 발생하도록 함을 특징으로 하는 황토 모르타르를 이용한 단열재.
- 폐단열재나 자투리 단열재를 10㎜ 이하로 분쇄한 단열알갱이를 구비하는 분쇄 공정(S1);상기 청구항 1 내지 청구항 4항 중 어느 한 항에 해당하는 황토 모르타르를 구비하는 황토 모르타르 구비공정(S2);상기 구비된 황토 모르타르 1㎥에 대해 단열알갱이 10 내지 30％의 부피비로 혼합·교반하여 겔형태의 교반물을 구성하는 혼합 및 교반 공정(S3);상기 교반물을 준비된 형틀에 투입하고 진동·압축으로 다지는 형틀 투입 및 다짐 공정(S4);상기 형틀에 투입된 교반물을 경화하는 경화 공정(S5);상기 형틀 내부에서 경화된 것을 형틀에서 제거하여 양생하는 탈형 및 양생 공정(S6)으로 단열재를 제조함을 특징으로 하는 황토 모르타르를 이용한 단열재의 제조 방법.
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