KR20090009402A

KR20090009402A - 슬러지를 이용한 장비보호 구조체의 제조방법

Info

Publication number: KR20090009402A
Application number: KR1020070072625A
Authority: KR
Inventors: 박민화
Original assignee: (주)포조피아
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-01-23
Also published as: KR100919078B1

Abstract

본 발명은 제지슬러지를 이용한 가전제품 내지는 정밀부품의 충격을 완화시키기 위한 장비보호용 구조체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제지슬러지에 천연섬유와 수분산성 고분자수지 및 첨가제를 함유시키고, 가열 건조시키면 건조수축에 의한 체적감소를 방지할 수 있으며, 인장강도를 증가시켜 내구성 및 탄력성을 제공하여 종래에 사용하고 있는 스치로폼용 성형체를 대체할 수 있는 제지슬러지를 이용한 장비보호 구조체의 제조방법에 관한 것이다.

장비보호, 제지슬러지, 수분산성 수지, 천연섬유, 세라믹분말

Description

슬러지를 이용한 장비보호 구조체의 제조방법{Manufacture method of shapes to equipment protection by using paper sludge.}

도 1은 제지슬러지를 이용하여 장비보호 구조체를 제조하기 위한 개략도를 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명에 이용된 제지슬러지의 광학현미경 사진

본 발명은 제지슬러지를 이용한 가전제품 내지는 정밀부품의 충격을 완화시키기 위한 장비보호용 구조체의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제지슬러지에 천연섬유와 수분산성 고분자수지 및 첨가제를 함유시키고, 가열, 건조시키면 건조수축에 의한 체적감소를 방지할 수 있으며, 인장강도를 증가시켜 내구성 및 탄력성을 제공하여 종래에 사용하고 있는 스치로폼용 성형체를 대체할 수 있는 제지슬러지를 이용한 장비보호 구조체의 제조방법에 관한 것이다.

스치로폼은 스타이렌(Styrene) 고분자수지를 이용하여 미세발포를 형성시킨 것으로서 미세한 공기층에 의해 경량이면서 단열 및 흡음효과가 우수하여 건축자재의 단열제 및 흡음제로 이용되며, 가전제품이나 정밀부품의 파손을 방지하기 위한 구조체로 널리 이용되고 있으나, 화재발생 시 심각한 유독가스 방출로 인해 환경오염을 가속화시킬 뿐만 아니라 인체에 치명적인 결과를 가져다 주기 때문에 환경부에서는 스치로폼의 사용을 점차적으로 제한하고 있으며, 재활용에 의한 방법을 동원하여 스치로폼에 의한 환경오염을 최소화하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있다.

현행의 국제법상으로 제지슬러지는 해양투기가 가능한 품목이나, 폐기물의 해양투기에 관한 국제 협약인 런던협약이 1996년도에 개정되면서, 폐기물의 해양투기에 관한 규제가 강화되고 있고, 해양환경 개선의 중요성이 점차 대두되면서 국내에는 2008년 2월 이후부터는 해양배출이 더욱 강화되고 있는 실정이다.

육상처리에 있어서 2001년 7월 폐기물관리법의 개정으로 하수슬러지의 매립장 직매립 금지조치가 발표되었으며, 본 조치는 2년간의 유예 끝에 2003년 7월부터 적응이 시작되었고, 2005년경부터는 소규모 폐수공정 배출슬러지도 직매립이 금지되는 조치가 시행되었다.

제지슬러지는 제조업체의 단위공정 당 폐기물이 가장 많이 배출되는 슬러지로서, 소각장을 건설해야 하나 적정부지를 확보하기 위하여 처리과정에서의 2차 오염발생에 의한 인체의 유해성을 감안한 주민반대 등으로 추진에 애로가 있으며, 매립의 경우 폐기물관리법에 의해 제지슬러지의 직매립 금지와 소각, 고형화처리, 퇴비, 복토재, 토지개량재로 처리방법을 제한하고 있다는 문제점이 있다. 재활용의 경우 보도블럭 등 경량골재 제조, 시멘트원료 및 재활용제품의 원료로 사용하는 탄화로 제한하고 있으며, 재활용에 대한 국민의식이 저조하기 때문에 재활용의 근본 적 수요가 제한되어 있고, 퇴비화의 경우 재활용에 대한 법률적 제약이 뒤따르며, 특히 대량수요를 유발할 수 있는 퇴비화의 경우 비료관리법은 제지슬러지를 농토 퇴비로 불허하고 있기 때문에 경제성 및 환경성 문제에 대한 제지슬러지의 적정처리법을 찾는 것이 새로운 고민으로 대두되고 있다. 따라서 제지공장에서 발생하는 다량의 폐기물을 환경친화적인 재활용 방법을 동원하여 환경오염을 최소화하고 제지공장의 가격 경쟁력을 극복할 필요가 있으며, 이를 위해 다른 재활용 방법보다는 장비보호를 위한 구조체 분야에 이용되는 것이 유리할 수 있다.

제지슬러지는 경우에 따라 다소 다르지만 대체적으로 수분함량이 80∼87 중량％ 함유되어 있으며, 수분을 제외한 제지슬러지 중 섬유질(단섬유)이 40∼60 중량％, 무기 내지 유기 충진제가 40∼60 중량％가 함유되어 있다. 제지슬러지에 섬유질이 40∼60 중량％ 함유되어서 섬유질에 의한 구조체의 인장강도 향상 및 외부 충격에 의한 이미 형성된 제지슬러지 구조체의 파손을 방지할 수 있으나, 구조체를 제조하기 위하여 건조과정 중에 수분증발에 의한 건조수축이 크게 일어나며, 실질적으로 탄력이 없어 장비보호를 위한 구조체로서의 역할을 갖추기가 어렵다.

이와 같이 제지슬러지를 이용하여 장비보호를 위한 구조체 재활용방법으로 한국공개특허 2004-0110351에서는 방염재로 붕산염 내지는 붕산을 첨가하고, 경량을 위한 균일한 발포성을 제공하기 위한 탄산염을 포함시켜 제지 슬러지를 이용한 방염재, 방음재, 단열재, 장비보호를 위한 충진재의 제조방법을 제안하고 있다.

상기특허에서 제안한 한국공개특허 2004-0110351는 붕산염 내지 붕산 및 탄산염에 의해 방염 및 발포성을 제공하여 경량의 구조체를 형성시킬 수 있으나, 이 들은 무기물로서 제지슬러지를 이용하여 구조체를 제조하기 위한 건조과정 중에 수분이 증발하면서 건조, 수축이 반드시 일어나며, 탄력성을 제공하지 못하기 때문에 정밀도를 요구하는 부품의 충격완화용 장비보호 구조체의 역할을 하지 못할 뿐만 아니라 인장강도가 취약하여 취급부주의에 의해 구조체가 파손될 가능성이 매우 높다는 단점을 가지고 있다.

이에 본 발명자는 상기특허에서 제안한 한국공개특허 2004-0110351의 출원인으로서 스치로폼을 환경친화적인 방법으로 대체하기 위하여 제지슬러지를 이용하여 장비보호를 위한 구조체를 완벽하게 제조하고자 많은 노력을 기울인 결과 제지슬러지에 옥수수분말, 옥수수대, 갈대, 짚, 목재, 톱밥, 왕겨와 같은 천연섬유질과 황토와 같은 세라믹 분말, 수분산성 고분자수지를 첨가한 형상체를 가열, 건조시키면 가열공정 중의 건조, 수축에 의한 체적감소가 일어나지 않으며, 구조체의 탄력을 제공하면서 인장강도 향상 및 내구성이 더욱 우수한 구조체를 확인하고, 장비보호를 위한 구조체의 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명은 제지슬러지를 폐기처리하기 위한 경제적 손실 및 환경오염을 최소화하고, 환경오염의 원인이 되는 스치로폼을 대체할 수 있는 슬러지를 이용한 장비보호 구조체의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 제지슬러지에 섬유질, 세라믹 분말, 수분산성 고분자수지 및 첨가제를 물로 균일하게 혼합하기 위한 혼합단계와; 상기 혼합단계의 혼합물을 일정한 형상의 틀(몰드; mold)에 주입단계와; 몰드 내부에 있는 혼합물을 외부의 압력을 가하여 압축시키는 압축, 성형단계와; 구조체 내부의 수분을 제거하기 위한 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 제지슬러지에 천연섬유와 수분산성 고분자수지, 세라믹분말 및 첨가제를 함유시키고, 가열 건조시키면 건조수축에 의한 체적감소를 방지할 수 있으며, 인장강도를 증가시켜 우수한 내구성 및 탄력성을 제공하여 종래에 사용하고 있는 스치로폼용 성형체를 대체할 수 있는 제지슬러지를 이용한 장비보호 구조체를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 제지슬러지를 이용한 장비보호 구조체의 제조방법을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명은 제지슬러지에 섬유질, 세라믹 분말, 수분산성 고분자수지 및 첨가제를 물로 균일하게 혼합하기 위한 혼합단계와; 상기 혼합단계의 혼합물을 일정한 형상의 틀(몰드; mold)에 주입단계와; 몰드 내부에 있는 혼합물을 외부의 압력을 가하여 압축시키는 압축, 성형단계와; 구조체 내부의 수분을 제거하기 위한 건조단계를 포함하여 건조수축에 의한 체적감소를 방지할 수 있으며, 인장강도를 증가시켜 내구성 및 탄력성을 제공하여 종래에 사용하고 있는 스치로폼용 성형체를 대체할 수 있는 제지슬러지를 이용한 장비보호 구조체를 제조할 수 있는 기술적 사상의 특징이 있다.

상기 혼합단계는 제지슬러지에 섬유질, 세라믹 분말, 수분산성 고분자수지 및 첨가제를 물로 균일하게 혼합되는 것을 제외하고는 큰 제한을 두지 않으며, 제지슬러지, 세라믹 분말, 수분산성 고분자수지 및 첨가제를 혼합하고 물을 공급하여 혼합기에 의해 슬러리상태로 유지되도록 균일하게 혼합된다.

상기 섬유질은 섬유질에 의한 장비보호 구조체의 인장강도를 향상시키며, 건조단계에 의한 건조, 수축을 방지하기 위한 섬유질로 구성된 것을 제외하고, 큰 제한이 없으며, 천연섬유 내지는 인조섬유 중 어떠한 것이라도 사용할 수 있는바, 천연섬유인 경우는 셀룰로오즈계 섬유(종묘섬유, 인피섬유, 염맥섬유, 과실섬유) 내지는 스태이플 내지는 필라멘트 형태의 단백질계 섬유 내지는 광물질계 섬유가 포함될 수 있으며, 인조섬유는 유기질섬유(재생섬유, 반합성섬유, 합성섬유) 내지는 무기질섬유(금속섬유, 유리섬유, 암석섬유, 광재섬유, 탄소섬유)가 포함될 수 있으며, 제지슬러지에 포함된 섬유질이 천연섬유이기 때문에 상호간의 호완성을 부여하기 위하여 가능한한 천연섬유를 이용하는 것이 유리하며, 특히 주변환경에서 구입할 수 있거나 폐기처리될 가능성이 높은 옥수수분말, 옥수수대, 갈대, 짚, 톱밥, 왕겨 중에 선택된 1종 이상을 선택하는 것이 경제적으로 유리하다. 상기 섬유 굵기는 3∼50 ㎛가 유리하며, 바람직하게는 5 내지 25 ㎛의 굵기가 유리하고, 가장 바람직하게는 5 내지 10 ㎛의 굵기가 유리한 바, 3 ㎛ 이하 굵기의 섬유질은 섬유질의 특성상 가늘수록 외관상 매끄럽고 촉감도 부드러워지는 특징이 있어 물성이 우수하고 이용 가치도 높다는 점에서 유리하나, 가격이 비싸다는 단점을 가지고 있으며, 50 ㎛ 이상 굵기를 가진 섬유질은 외관상 촉감이 매끄럽지 않으며, 대체적으로 미세섬유질보다 강도가 떨어진다는 단점을 갖고 있어 장비보호 구조체의 표면에 거 침성을 제공하기 때문에 상기 범위의 굵기의 섬유질을 사용하는 것이 바람직하다.

섬유길이는 1∼50 ㎜가 유리하며, 보다 바람직하게는 5 내지 35 ㎜가 유리하고, 가장 바람직하게는 10 내지 25 ㎜가 유리한 바, 섬유질의 길이가 1 ㎜ 이하일 경우 본 발명의 제지슬러지를 이용한 장비보호 구조체의 결합력이 그다지 증가되지 않는다는 단점을 가지고 있으며, 50 ㎜ 이상일 경우 섬유질끼리 서로 엉키게 되어 오히려 혼합단계에서 균일한 조성물의 분포도가 좋지 않아 장비보호 구조체의 물성을 저해하기 때문에 상기 범위의 길이를 가진 섬유질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 섬유질의 량은 제지슬러지를 100 중량부로 기준으로 할 때 5∼40 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 8.5 내지 35 중량부가 포함되는 것이 유리하며, 가장 바람직하게는 12 내지 20 중량부가 포함되는 것이 유리한 바, 5 중량부 이하로 첨가될 경우 장비보호 구조체의 보강효과가 높지 않다는 단점을 가지고 있으며, 40 중량부 이상을 첨가할 경우 보강효과는 상대적으로 커지는 장점을 가지고 있으나 상기 제지슬러지와 섬유질, 세라믹 분말, 수분산성 고분자수지 및 첨가제를 물로 균일하게 혼합하기 위한 혼합단계에서 제지슬러지 및 세라믹 분말 및 첨가제와의 균일한 혼합이 어려우며, 대체적으로 섬유질이 고가이므로 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있기 때문에 상기 범위의 량을 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 세라믹분말은 제지슬러지를 100 중량부로 기준으로 할 때 25∼80 중량부의 세라믹 분말을 혼합하는 것이 유리하고, 바람직하게는 35∼65 중량부가 유리한 바 세라믹 분말이 25 중량부 이하로 함유될 경우 제지슬러지 내부에 엉켜있는 섬유질 사이로 세라믹 분말이 충진될 가능성이 낮기 때문에 압축강도가 저하될 뿐만 아니라 내구성이 떨어진다는 단점을 가지고 있으며, 65 중량부를 초과할 경우 비중이 큰 세라믹 분말로 인하여 최종적인 장비보호 구조체의 무게가 무거워서 작업 효율성이 떨어진다는 문제점이 나타나기 때문에 상기 비율로 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 분말은 맥반석, 황토석, 감람석(Olivine), 고령토(Kaolin), 규산염 광물(Silica Mineral), 규조토(Diatomite), 규회석(Wollastonite), 납석(Pyrophyllite), 돌로마이트(Dolomite), 리튬광물(Lithium Minerals), 마그네사이트(Magnesite), 보크사이트(Bauxite), 벤토나이트(Bentonite), 부석(Pumice), 붕산염광물(Borate), 사문석(Serpentine), 산성백토(Acid clay), 산화철(Iron Oxide), 석류석(Garnet), 탄산광물(Carbonate Minerals), 애타풀자이트(Attapulgite), 세피오라이트(Sepiolite), 연옥(Nephrite), 인회석(Apatite), 일라이트-운모(Illite-Mica), 장석(Feldspar), 진주암(Perlite), 질석(Vermiculite), 제올라이트(Zeolite), 중정석(Barite), 활석(Talc), 규조토(diatomaceous earth), 흑연(Graphite), 헥토라이트(Hectorite), 점토광물(Clay Minerals), 지르코늄 광물(Zirconium Minerals), 티타늄 광물(Titanium Minerals), 투어마린(Tourmaine; 전기석), 흄실리카(Fume silica), 에어로겔(Aerogel), 플라이에쉬(Fly ash), 고로슬래그 분말 중 선택된 1종 이상이 선택하여 혼합 사용하도록 구성된다. 상기 세라믹광물의 입자크기는 제지슬러지에 포함된 단섬유질과의 사이에 충진을 시킬 수 있도록 가능한한 작은 것이 유리하며, 5 nm∼250 ㎛의 크기를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 20 nm∼150 ㎛의 입자크기가 유리하며, 가장 바람직하게는 50 nm∼50 ㎛ 의 입자크기가 유리한 바, 5 nm 이하의 크기는 에어로겔을 제외하고 분쇄장치를 이용하여 수 nm의 미립자를 제조하기 위한 가능성이 희박할 뿐만 아니라 원재료비가 매우 고가이기 때문에 가격경쟁력이 떨어진다는 단점을 가지고 있으며, 250 ㎛ 이상의 크기를 가진 세라믹분말은 비표면적이 적어 제지슬러지에 포함된 단섬유질의 미세한 공극에 충진될 가능성이 희박하기 때문에 상기 범위의 입자크기를 가진 세라믹 분말을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 수분산성 고분자수지는 제지슬러지를 포함한 고형물의 접착력 및 내수성을 증가시키기 위하여 사용될 수 있는바, 수분산성 고분자수지는 고분자수지가 물에 균일하게 분산되거나 물에 용해될 수 있는 것으로 제지슬러지, 세라믹 분말의 입자들 표면에 씌워져 건조단계에 의해 접착력 및 내수성을 증가시키는 것을 제외하고는 큰 제한을 두지 않으며, 수분산성 고분자수지는 아크릴, 초산비닐, 알키드, 멜라민 수지, 스타이렌 부타디엔 고무(Solution Styrene Butadiene Rubber), 에폭시수지, 폴리우레탄가 포함될 수 있으며, 상기 수분산성 고분자수지의 첨가량은 제지슬러지를 100중량부로 기준으로 할 때 5.0∼35 중량부가 포함하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 7.5∼30 중량부가 유리하며, 가장 바람직하게는 10∼20 중량부를 첨가하는 것이 유리한 바, 5.0 중량부 이하로 첨가할 경우 제지슬러지에 포함된 고형물의 입자들간의 충분한 고분자피막을 씌워주는 역할이 적어 내수성 및 접착력이 크지 않다는 단점을 가지고 있으며, 35 중량부 이상으로 첨가할 경우 내수성 및 접착력이 상당히 증가한다는 장점을 가지고 있으나, 가격이 대체적으로 비싸기 때문에 가격 경쟁력이 떨어진다는 단점을 가지고 있는 바, 상기 제안한 적정 한 농도로 첨가하는 것이 유리하다.

상기 첨가제는 특별히 한정한 것은 아니며, 필요에 따라 사용할 수 있다. 화재발생을 방지하기 위한 난연제와, 혼합단계 내지는 주입단계에서 작업의 효율성을 증진시키기 위해서 증점제가 포함될 수 있으며, 난연제는 탄산염, 인산염, 붕산염이 포함되며, 탄산염인 경우 탄산암모늄, 중탄산암모늄이 포함될 수 있고, 인산염은 인산암모늄, 인산나트륨이 포함될 수 있으며, 붕산염은 붕산나트륨(보락스) 내지는 붕산이 포함될 수 있으며, 상기 방염제의 첨가량은 제지슬러지를 100 중량부로 기준으로 할 때 0.5∼2.5 중량부가 포함되어 적절히 조절할 수 있다.

상기 증점제는 메틸셀룰로즈, 하이드록시에틸셀룰로즈, 하이드록시프로필 셀룰로즈 등의 셀룰로즈계 내지는 폴리 아크릴 아미드계 고분자, 웰란검, 커들란 등의 폴리사카라이드계의 바이오 고분자를 선택하여 사용할 수 있으나, 수성페인트 산업에 증점제로 필수적으로 사용하는 저가의 셀룰로즈계 증점제를 사용하는 것이 가격 경쟁력을 확보하는데 유리하며, 상기 증점제의 첨가량은 제지슬러지의 종류와 첨가제 및 작업자의 특성에 따라 달리 선택하여 사용할 수 있으며, 증점제의 종류에 따라 증점도가 상이하게 다를 수 있으며, 본 발명의 제지슬러지를 이용한 장비보호 구조체를 제조하기 위한 증점제의 첨가량은 제지슬러지를 100 중량부로 기준으로 할 때 0.05∼2.0 중량부를 포함하여 사용할 수 있다.

상기 혼합단계의 혼합물을 일정한 형상의 틀(몰드; mold)에 주입하는 주입단계는 장비보호 구조체의 체적에 따라 임의의 일정한 량을 공급되는 것을 제외하고는 특별한 제한이 없으며, 전기 모터축으로부터 구동되는 스크류(Screw)방식으로 공급하거나, 고압장치를 통하여 하여 일정량 공급방법으로 제공할 수 있으나, 가능한한 정밀도 및 작업성이 우수한 스크류 방식을 이용하는 것이 유리하며, 가능한한 공급량 및 속도를 조절하는 자동화시스템에 의한 스크류 방식을 이용하는 것이 유리하다.

상기 압축, 성형단계는 주입단계에서 공급되는 제지슬러지의 혼합물을 일정한 형상의 몰드에 충진하고, 압력장치인 프레스(press)에 의해 가압, 성형된다. 이 때 몰드의 형상과 크기는 가전제품 내지는 정밀부품의 장비보호를 위한 구조체의 크기에 따라 달라질 수 있으며, 압력장치에 의한 압력도 가전제품 내지는 정밀부품의 장비보호를 위한 구조체의 크기나 두께에 따라 달라질 수 있다. 압력장치는 수동자키 내지는 유압프레스에 의한 방법 중 어느 것을 사용하여도 무관하나 자동화에 의한 생산 효율성을 증가시키기 위해서 가능한한 유압프레스에 의해 가압하는 것이 유리하며, 압력은 2.5∼50 kg/㎠의 범위에서 사용할 수 있다.

상기 건조단계는 압축, 성형단계까지 형성된 가전제품 내지는 정밀부품의 장비보호를 위한 구조체 내부에 포함된 수분을 제거하면서 수분산성 고분자수지에 의해 접착력을 강화시키는 것을 제외하고는 특별한 제한이 없다. 압축, 성형단계의 공정을 거친 가전제품 내지는 정밀부품의 장비보호를 위한 구조체는 오븐(Oven)에 의한 열풍가열, 극초단파(일명: 전자렌지)에 의한 급속 가열방법을 이용할 수 있으며, 오븐에 의한 열풍가열은 가열된 열풍을 대류현상에 의해 제공되는 것으로 구조체의 표면부터 가열, 건조되기 때문에 구조체의 내부까지 완전, 건조시키기에는 많은 시간이 소요되기 때문에 대체적으로 두께가 얇은 구조체를 가열하는데 적합하 고, 극초단파에 의한 가열방법은 2,450 MHz의 극초단파를 가하면 극성이 있는 물분자가 극초단파 만큼의 진동열에 의해 온도가 상승하는 것으로 매우 빠른 속도로 구조체 내부에 포함된 수분을 빠른 속도로 제거할 수 있어 두께가 두꺼운 구조체를 짧은 시간내에 건조시킬 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 구조체와 같이 큰 재료를 건조시키기 위해 많은 설비비가 요구된다는 단점을 가지고 있기 때문에 산업현장에서 가장 많이 사용하고 있는 오븐에 의한 열풍 가열방법을 이용하는 것이 유리하다. 극초단파 내지는 열풍 가열방법을 이용한 가열온도는 60∼200 ℃의 온도로 가열하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 80∼180 ℃가 유리하며, 가장 바람직하게는 100∼150 ℃의 온도가 바람직한 바, 60 ℃의 이하의 온도로 가열할 경우 수분의 제거속도가 매우 미진하기 때문에 작업성이 저조하다는 단점을 가지고 있으며, 가열온도가 200 ℃를 넘을 경우 빠른 속도로 수분을 증가시킬 수 있어 작업성이 우수하나, 가전제품 내지는 정밀부품의 장비보호를 위한 구조체 내부에 포함된 수분산성 고분자수지가 높은 열원에 의해 분해되어 접착력을 상실할 우려가 있기 때문에 상기 제안한 가열온도를 유지하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 다음의 실시 예에 의하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시 예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시 예 1

(주)아시아제지의 제지슬러지 1 kg, (주)파인세라믹의 고령토 300 g, (주)오공본드의 수분산성 아크릴수지 240 g, 2 cm로 절단한 볏짚 250 g, 인산암모늄 20 g을 측량한 후 균일하게 혼합하고, 이를 지름이 100 ㎜의 몰드에 분취하여 수동 자 키로 200 kg의 압력을 가하여 구조체를 제조하고 100 ℃의 오븐에서 가열, 건조시켰다.

실시 예 2

(주)아시아제지의 제지슬러지 1 kg, (주)황토명가의 황토 300 g, (주)오공본드의 수분산성 초산비닐수지 240 g, 톱밥 250 g, 탄산수소암모늄 20 g을 측량한 후 균일하게 혼합하고, 이를 지름이 100 ㎜의 몰드에 분취하여 수동 자키로 200 kg의 압력을 가하여 구조체를 제조하고 100 ℃의 오븐에서 가열, 건조시켰다.

실시 예 3

(주)아시아제지의 제지슬러지 1 kg, (주)황토명가의 황토 300 g, (주)오공본드의 수분산성 아크릴수지 120 g과 초산비닐수지 120 g, 왕겨 120 g, 톱밥 130 g, 인산암모늄 20 g을 측량한 후 균일하게 혼합하고, 이를 지름이 100 ㎜의 몰드에 분취하여 수동 자키로 200 kg의 압력을 가하여 구조체를 제조하고 100 ℃의 오븐에서 가열, 건조시켰다.

비교 예 1

2 cm로 절단한 볏집 250 g과 인산암모늄 20 g을 첨가하지 않은 것을 제외하고 실시 예 1과 동일하게 수행하였다.

비교 예 2

톱밥 250 g과 탄산수소암모늄 20 g을 첨가하지 않은 것을 제외하고 실시 예 2와 동일하게 수행하였다.

비교 예 3

왕겨 120 g, 톱밥 130 g과 인산암모늄 20 g을 첨가하지 않은 것을 제외하고 실시 예 3과 동일하게 수행하였다.

비교 예 1∼3 및 실시 예 1∼3의 결과를 표 1에 나타냈다.

[표 1]

상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 실시 예 1∼3에서 방염재를 포함시킴으로서 난연등급이 향상됨을 알 수 있었으며, 볏짚, 톱밥, 왕겨와 같은 섬유질을 첨가하지 않은 것과 첨가한 것의 압축강도는 크게 변화가 없었다. 가전제품 내지는 정밀부품의 장비보호를 위한 구조체의 압축강도는 구조체 내부에 함유된 수분산성 고분자수지와 관계가 있으며, 섬유질과 압축강도와 직접적인 관련이 없고, 인장강도 내지는 휨강도와 관련이 있는 것으로 예측되었다.

가열단계에서 비교 예 1∼3에서와 같이 100 ℃의 오븐에서 가열, 건조시켰을 때 건조수축이 크게 발생하고, 표면탄성이 저조한 반면 실시 예 1∼3에서와 같이 볏짚, 톱밥, 왕겨와 같은 섬유질을 첨가하므로서 가열단계에서 건조, 수축이 전혀 일어나지 않거나 매우 적게 발생함을 알 수 있었으며, 특히 본 발명의 장비보호를 위한 구조체인 경우 탄성이 크게 나타남을 확인할 수 있었으며, 수분산성 초산비닐 고분자수지를 첨가했을 때 가장 탄성이 나타남을 확인할 수 있었다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 가전제품 내지는 정밀부품의 장비보호를 위한 구조체로 재활용하기 위하여 최종적으로 가열, 건조단계의 과정에서 종래의 제지슬러지는 수축률이 매우 크게 나타나고, 탄력성이 제공되지 않아 정밀도를 요구하는 정밀부품의 장비보호 구조체의 역할이 매우 미흡한 반면, 본 발명에 따라 제지슬러지에 천연섬유와 수분산성 고분자수지, 세라믹분말 및 첨가제를 함유시키고, 가열 건조시키면 건조수축에 의한 체적감소를 방지할 수 있으며, 인장강도를 증가시켜 우수한 내구성 및 탄력성은 물론 구조체의 탄력을 제공하여 가전제품 내지는 정밀부품의 장비보호를 위한 정밀한 구조체를 만드는데 매우 큰 이점이 있다.

Claims

슬러지를 이용한 장비보호 구조체의 제조방법에 있어서,

제지슬러지에 섬유질, 세라믹 분말, 수분산성 고분자수지 및 첨가제를 물로 균일하게 혼합하기 위한 혼합단계;

혼합단계의 혼합물을 일정한 형상의 틀(몰드; mold)에 주입하는 주입단계;

몰드 내부에 있는 혼합물을 외부의 압력을 가하여 압축시키는 압축, 성형단계;

구조체 내부의 수분을 제거하기 위한 건조단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 장비보호 구조체의 제조방법.
제1항의 혼합단계에 있어서,

섬유질은 3∼50 ㎛의 굵기와 1∼50 ㎜의 길이를 가지는 천연섬유 내지는 인조섬유로 선택되어지고, 제지슬러지를 100 중량부로 기준으로 할 때 5∼40 중량부 함유하는 것을 특징으로 하는 장비보호 구조체의 제조방법
제2항에 있어서,

천연섬유는 종묘섬유, 인피섬유, 염맥섬유, 과실섬유가 포함되는 셀룰로오즈계 섬유 내지는; 스태이플, 필라멘트 형태가 포함되는 단백질계 섬유 내지는; 광물질계 섬유가 포함되는 것을 특징으로 하는 장비보호 구조체의 제조방법
제2항에 있어서,

인조섬유는 재생섬유, 반합성섬유, 축합중합형 내지는 부가중합형의 합성섬유가 포함되는 유기질섬유 내지는; 금속섬유, 유리섬유, 암석섬유, 광재섬유, 탄소섬유가 포함되는 무기질 섬유가 포함되는 것을 특징으로 하는 장비보호 구조체의 제조방법
제1항의 혼합단계에 있어서,

세라믹 분말은 5 nm∼400 ㎛의 크기를 갖는 맥반석, 황토석, 감람석(Olivine), 고령토(Kaolin), 규산염 광물(Silica Mineral), 규조토(Diatomite), 규회석(Wollastonite), 납석(Pyrophyllite), 돌로마이트(Dolomite), 리튬광물(Lithium Minerals), 마그네사이트(Magnesite), 보크사이트(Bauxite), 벤토나이트(Bentonite), 부석(Pumice), 붕산염광물(Borate), 사문석(Serpentine), 산성백토(Acid clay), 산화철(Iron Oxide), 석류석(Garnet), 탄산광물(Carbonate Minerals), 애타풀자이트(Attapulgite), 세피오라이트(Sepiolite), 연옥(Nephrite), 인회석(Apatite), 일라이트-운모(Illite-Mica), 장석(Feldspar), 진주암(Perlite), 질석(Vermiculite), 제올라이트(Zeolite), 중정석(Barite), 활석(Talc), 규조토(diatomaceous earth), 흑연(Graphite), 헥토라이트(Hectorite), 점토광물(Clay Minerals), 지르코늄 광물(Zirconium Minerals), 티타늄 광물(Titanium Minerals), 투어마린(Tourmaine; 전기석), 흄실리카(Fume silica), 에어 로겔(Aerogel), 플라이에쉬(Fly ash), 고로슬래그 분말 중에 1종 이상이 선택되어지고, 제지슬러지를 100 중량부로 기준으로 할 때 25∼80 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 장비보호 구조체의 제조방법.
제1항의 혼합단계에 있어서,

수분산성 고분자수지는 아크릴, 초산비닐, 알키드, 멜라민의 수분산성수지 중 1종 이상이 선택되어지고, 제지슬러지를 100중량부로 기준으로 할 때 5.0∼35 중량부가 포함하는 것을 특징으로 하는 장비보호 구조체의 제조방법.
제1항의 혼합단계에 있어서,

첨가제는 방염재 내지는 증점제로 선택되어지는 것을 특징으로 하는 장비보호 구조체의 제조방법.
제 7항에 있어서,

난연재는 인산암모늄, 탄산암모늄, 탄산수소암모늄, 붕산, 붕사 중에 선택되어지고, 제지슬러지를 100 중량부로 기준으로 할 때 0.5∼2.5 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 장비보호 구조체의 제조방법.
제7항에 있어서,

증점제는 메틸셀룰로즈, 하이드록시에틸셀룰로즈, 하이드록시프로필 셀룰로 즈, 폴리 아크릴 아미드계 고분자, 웰란검, 커들란 중에 선택되어지고, 제지슬러지를 100 중량부로 기준으로 할 때 0.05∼2.0 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 장비보호 구조체의 제조방법.
제1항에 있어서,

주입단계는 전기 모터축으로부터 구동되는 스크류(Screw)방식에 의한 공급 내지는 고압장치를 통하여 하여 일정량 공급에 의한 주입을 특징으로 하는 장비보호 구조체의 제조방법.
제1항에 있어서,

압축, 성형단계는 수동자키 내지는 유압프레스 중에 선택되어지고, 2.5∼50 kg/㎠의 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 장비보호 구조체의 제조방법.
제1항에 있어서,

건조단계는 오븐(Oven)에 의한 열풍건조, 극초단파 중에 선택되어지고, 60∼200 ℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 장비보호 구조체의 제조방법.
제1항 내지 제12항의 제조방법에 의하여 만들어진 장비보호 구조체.