KR20150100291A - 견운모를 함유한 친환경 건축 마감재 및 이의 제조방법 - Google Patents

견운모를 함유한 친환경 건축 마감재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비닐아세테이트: 견운모: 물이 각각 1:3.0~4.0:1.5~2.5의 중량비로 혼합되며, 상기 견운모는 입자의 크기가 500~1,000 메쉬이며, 상기 견운모는 견운모와, 상기 견운모 외의 불순광물들을 포함하는 원광의 광물성분분석을 포함하는 원광분석단계; 상기 원광을 파쇄 또는 분쇄하는 파쇄 및 분쇄단계; 상기 불순광물의 함량이 1 내지 5중량%가 되도록 물리적인 방법으로 정제하는 물리정제단계; 상기 원광분석단계에서 분석된 각 불순광물들의 표준시료를 물에 넣은 후 제타전위를 측정하는 제타전위 측정단계; 상기 표준시료 중에서 제1표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제1표준시료를 부유하는 제1포수제를 선정하는 포수제 선정단계; 및 상기 원광 및 상기 제1포수제를 원광 100 중량부 대비 0.01 내지 0.2만큼 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제1불순광물을 제거하는 제1역부선 단계; 상기 각 표준시료 중에서 제2표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제2표준시료를 부유하는 제2포수제를 선정하는 포수제 선정단계; 및 상기 원광 및 상기 선정된 제2포수제를 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제2불순광물을 제거하는 제2역부선 단계;를 포함하는 견운모의 정제방법에 의하여 정제되는 것을 특징으로 한 견운모를 함유한 친환경 건축 마감재에 관한 것으로서, 다공성, 강도가 매우 우수할 뿐만 아니라 유해전자파를 차단할 수 있고 자기세정효과(self-washing effect)가 매우 우수하여 친환경적인 건축 마감재로 사용될 수 있다.

Description

견운모를 함유한 친환경 건축 마감재 및 이의 제조방법{Environment Friendly Building Finishing Material Made Of Sericite And The Method Of Making it}
본 발명은 건축 마감재 및 이의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 견운모와 비닐아세테이트를 함유한 친환경적인 건축 마감재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
건축물 내벽 마무리용으로 사용되는 대부분의 마감재는 일반적으로 염화비닐이 많이 사용되고 있다. 그러한 마감에는 유기 염소 화합물을 다량 함유하고, 제조 공정에서 사용되는 프탈산 화합물 함유 가소제 및 포르말린 함유 접착제 등이 사용됨으로써 포름알데히드가 다량 함유되어 있다. 또한 바인더로서 합성 수지 에멀션을 사용하고 있어, 이러한 합성수지 에멀션을 갖는 조성물은 에멀션 내부에 미반응의 모노머가 일부 존재하여 휘발성 유기 화합물(VOC)을 발생하여 화학물질 과민증을 유발시킬 수 있다.
현재 상품화되어 있는 대부분의 벽 건축 마감재는 합성수지 에멀션을 바인더로 하고 바이오 특성을 나타내기 위해 맥반석, 옥, 황토, 일라이트 등과 같은 미네랄 원료를 첨가하여 제조되고 있다. 이러한 종래의 마감재는 일반합성수지 에멀션을 사용하기 때문에 휘발성 유기 화합물의 근원적 차단이 곤란하다.
상기한 문제를 해결하기 위하여 강구된 친환경 마감재에 관한 기술로는 등록특허 10-1093160를 들 수 있는데, 이것은 알칼리 이온수를 60-65℃의 온도에서, 제올라이트분말, 토르말린 분말을 함침하여 평균 600-650rpm의 교반속도로 교반하고 1-2시간 숙성한 다음, 식물성 원료인 솔잎 분말과 편백나무 목분을 혼합하여 원료 혼합물을 제조한 후, 액상 에탄올을 혼합한 다음, 혼합된 원료 혼합물을 고온 60-65℃를 유지하여 60분 내지 70분 겔화한 후, 혼합 공정 조성물을 저온 20-25℃에서 숙성하는 겔화 공정을 거쳐, 항균제 분말을 혼합 교반 후, 저온 20℃ 이하로 되면, 고구마 및 옥수수 전분 접착성 바인더를 혼합 함침하여 600-650rpm 속도로 교반하여 충분히 균일하게 혼합될 때까지 30-50분 교반하고 20℃로 유지시키면서 조성물이 고르게 혼합되게 한 후, 20-22℃의 온도에서 10-15시간 저온 숙성하는 공정을 포함하는 것을 구성상의 특징으로 한다.
상기한 구성으로 인하여 친환경 식물성 자연소재를 사용하여 인체에 무해하고, 저가이며 작업성 및 접착성이 우수하고, 항균 탈취, 음이온 방출 효과가 우수하여 쾌적한 실내 공간을 제공할 수 있다는 효과가 있다.
또 다른 문헌인 등록특허 10-0591783는 건축내장용 마감재 조성물의 제조방법에 관한 것으로 귀양석을 분쇄하여 귀양석 분말을 준비하는 단계, 양파껍질을 분쇄하여 양파껍질 분말을 준비하는 단계, 대나무숯을 분쇄하여 대나무숯 분말을 준비하는 단계, 정제수 100 중량부에 액상솔잎 25 내지 30 중량부, 상기 견운모 분말 5 내지 7 중량부, 상기 귀양석 분말 10 내지 20 중량부, 상기 양파껍질 분말 5 내지 7 중량부, 및 상기 대나무숯 분말 5 내지 7 중량부를 혼합하여 천연소재 혼합물을 수득하는 단계, 상기 천연소재 혼합물을 열처리하는 단계, 상기 열처리한 천연소재 혼합물을 교반하여 겔화하는 단계, 상기 겔화된 천연소재 혼합물을 발효시키는 단계, 상기 발효된 천연소재 혼합물에 메틸알코올 10 내지 20 중량부, 및 과산화수소 2 내지 5 중량부를 포함하는 첨가혼합물을 투입하여 천연소재 혼합물-첨가혼합물을 수득하는 단계, 상기 천연소재 혼합물-첨가혼합물을 열처리하는 단계 및 상기 열처리된 천연소재 혼합물-첨가혼합물을 교반하여 겔화시켜 건축내장용 마감재 조성물을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성으로 인하여 등록특허 10-0591783의 건축내장용 마감재 조성물은 인체에 무해하고, 저가이며 작업성 및 접착성이 우수하고, 항균 탈취, 음이온 방출 효과가 우수하여 쾌적한 실내 공간을 제공할 수 있다는 효과가 및 음이온, 솔향을 다량 방출하여 실내공기를 정화하고 실내에서 생활하는 사람들에게 자연의 향을 공급할 수 있는 장점이 있다.
그러나 상기 문헌에 사용된 마감재 조성물인 토르말린, 제올라이트, 솔잎 분말, 편백나무, 대나무 숯 등은 일반적으로 널리 사용되는 건축 마감재로서 따라서 최근 건축물의 대형화, 고층화에 따라 필수적으로 요청되는 유해전자파의 차단 효과 및 자기세정기능(self-washing function)가 미미하다.
전자파란 전자자기파(Electromagnetic Waves)로 전자, 통신 및 정보화 산업의 고도화와 더불어 절대 필요한 자원으로 부각되고 있으나, 무분별한 전자파는 오히려 전자파 장해와 인체 유해성 및 전자파 환경오염이라는 문제점을 야기하여 21세기 최고의 공해 또는 제4의 공해로 불리고 있다.
전자파는 휴대폰, 레이더, TV, 전자레인지 등으로부터 방출되는 고주파와 전기제품, 송전선, 변전소 등에서 방출되는 저주파로 나뉘는데, 일반적으로 알려진 전자파 공해의 사회적 문제는 인체 유해성, 전자기기 오작동, 투시에 의한 정보 유출로 대표될 수 있다.
인체 유해성의 경우, 전자파 중 고주파는 인체에 흡수되기 쉬운 성질이어서 인체의 크기나 조직 등에 따라 공명 현상을 일으켜 핫스폿(Hot-spot) 효과를 초래할 수 있으며, 예로 휴대폰의 경우 뇌에 악영향을 줄 수 있다고 보고되고 있다.
저주파는 인체에 대한 투과력이 크며, 특히 자계에 의한 발암성이 우려됨 전자파 오작동 장해란 전기전자기기로부터 방출되는 전자파가 다른 기기에 대하여 오동작을 일으키는 문제로 그 장해가 비교적 경미한 것으로부터 생명에 영향을 미칠 수 있는 중대사고까지 일으킬 가능성이 있는 것으로 알려져 있다.
최근 비대칭 디지털 가입자선(ADSL ; Asymmetric Digital Subscriber Line)이 폭발적으로 보급되고 있고, 차세대 휴대폰이나 유비쿼터스 도시(Ubiquitous City), 도로교통 시스템(ITS ; Intelligent Transport System)이 개시 되는 등 사회 전반적으로 전자파 홍수에 노출됨에 따라 건축 및 토목 분야에 있어서도 전자파에 대한 대책의 필요성이 있는 것이 현실이다.
뿐만 아니라 자기세정효과(self-washing effect)과 관련해서는 건설소재의 친환경, 고내구성, 지속가능한 특성 요구에 대해 자연섬유, 회수 가능한 소재 등을 사용하려는 시도가 늘고 있으나 이들의 기계적 특성 저하 등으로 인한 물성이 기존 건설재료에 미치지 못하고 있다. 이를 해결하기 위하여 일반적으로 복합소재의 표면을 개질하는 방법을 사용하는 데 이때 다량의 약품을 사용함으로써 제2의 환경오염 등의 문제를 발생된다.
등록특허 10-1093160, 등록특허 10-0591783
없음
본 발명은 건축 마감재 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 주요 과제로 삼는다.
또한 본 발명은 보다 상세하게 견운모와 비닐아세테이트를 함유한 친환경적인 건축 마감재 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 또 다른 과제로 삼는다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은
비닐아세테이트: 견운모: 물이 각각 1:3.0~4.0:1.5~2.5의 중량비로 혼합되며,
상기 견운모는 입자의 크기가 500~1,000 메쉬이며, 상기 견운모는
견운모와, 상기 견운모 외의 불순광물들을 포함하는 원광의 광물성분분석을 포함하는 원광분석단계;
상기 원광을 파쇄 또는 분쇄하는 파쇄 및 분쇄단계;
상기 불순광물의 함량이 1 내지 5중량%가 되도록 물리적인 방법으로 정제하는 물리정제단계;
상기 원광분석단계에서 분석된 각 불순광물들의 표준시료를 물에 넣은 후 제타전위를 측정하는 제타전위 측정단계;
상기 표준시료 중에서 제1표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제1표준시료를 부유하는 제1포수제를 선정하는 포수제 선정단계; 및
상기 원광 및 상기 제1포수제를 원광 100 중량부 대비 0.01 내지 0.2만큼 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제1불순광물을 제거하는 제1역부선 단계;
상기 각 표준시료 중에서 제2표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제2표준시료를 부유하는 제2포수제를 선정하는 포수제 선정단계;
및 상기 원광 및 상기 선정된 제2포수제를 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제2불순광물을 제거하는 제2역부선 단계;
를 포함하는 견운모의 정제방법에 의하여 정제되는 것을 특징으로 한 견운모를 함유한 친환경 건축 마감재를 과제 해결을 위한 수단으로 제공한다.
또한 본 발명은 상기한 과제를 보다 효과적으로 해결하기 위하여
견운모와, 상기 견운모 외의 불순광물들을 포함하는 원광의 광물성분분석을 포함하는 원광분석단계;
상기 원광을 파쇄 또는 분쇄하는 파쇄 및 분쇄단계;
상기 불순광물의 함량이 1 내지 5중량%가 되도록 물리적인 방법으로 정제하는 물리정제단계;
상기 원광분석단계에서 분석된 각 불순광물들의 표준시료를 물에 넣은 후 제타전위를 측정하는 제타전위 측정단계;
상기 표준시료 중에서 제1표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제1표준시료를 부유하는 제1포수제를 선정하는 포수제 선정단계; 및
상기 원광 및 상기 제1포수제를 원광 100 중량부 대비 0.01 내지 0.2만큼 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제1불순광물을 제거하는 제1역부선 단계;
상기 각 표준시료 중에서 제2표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제2표준시료를 부유하는 제2포수제를 선정하는 포수제 선정단계;
및 상기 원광 및 상기 선정된 제2포수제를 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제2불순광물을 제거하는 제2역부선 단계;를 순차적으로 거쳐 견운모를 정제하는 단계와;
상기 정제된 견운모를 입자의 500~1,000 메쉬로 파쇄하는 단계와;
상기 파쇄된 견운모에 비닐아세테이트와 물을 혼합하되, 비닐아세테이트: 견운모: 물이 각각 1:3.0~4.0:1.5~2.5의 중량비로 혼합하는 단계와;
상기 혼합물을 80~85℃에서 60~80분간 겔화시키는 단계와;
상기 겔화된 혼합물을 20~25℃에서 3일간 숙성시키는 단계;로 구성되는
것을 특징으로 한 견운모를 함유한 친환경 건축 마감재의 제조방법
본 발명의 건축 마감재는 견운모와 비닐아세테이트를 혼합하여 다공성, 강도가 매우 우수할 뿐만 아니라 유해전자파를 차단할 수 있고 자기세정효과(self-washing effect)가 매우 우수하여 친환경적인 건축 마감재로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 과정을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 마감재의 전자파 차단효과를 측정하기 위한 실험조건 배치도 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 벽지를 설치한 경우 전자파 차단효과를 나타내는 실험데이터이다.
도 4는 상기 도 3의 실험데이터에 의한 전자파 차단효과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 벽지를 제거한 경우 전자파 차단효과를 나타내는 실험데이터이다.
도 6은 상기 도 5의 실험데이터에 의한 전자파 차단효과를 나타내는 그래프이다.
이하 도면을 첨부하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 견운모와 비닐아세테이트 함유한 친환경 건축 마감재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
견운모(sericite)는 단사정계(單斜晶系)족에 속하는 운모류 광물질의 한 종류로서 백색 또는 회백색의 진주광택이 있다.
원래는 결정편암, 특히 견운모 편암의 주성분 광물을 의미하는 것이나 오늘날 열수작용(熱水作用)으로 생긴 점토모양의 백운모를 가리키기도 한다. 견운모의 화학성분은 칼륨원자(Potassium)를 정점으로 하여 이를 받치는 산소원자(Oxide)와 이를 기저(Sheets)로 한 Al, Si원자 및 여타 금속과 수소(Hydrogen)등의 원자가 결합되어 극히 안정된 백운모(MICA, Muscovite)의 결정구조(Structure)를 이루고, 이 기본 결정구조에서 산소 및 칼륨 원자가 불규칙 치환되어 생긴 불특정 결정체라고 알려져 있다. 견운모는 이러한 결정체의 껍질구조(Structure Shell)이 호층 구조로 질서 있게 배열화 되어있는 천연 무기 고분자재료이며, 경도는 석고 다음으로 연질인 2-2.5정도의 값을 가지며, 고순도 일수록 백색도가 높고, 천연분말 보다는 괴상형이 일반적으로 순도가 높다.
견운모는 주로 점토상으로 산출되고 가소성(可塑性,plasticity)), 건조강도(drying strength), 생강도(生强度, green strength)가 커서 요업분야에 주로 이용되고 있다. 또한 입자가 미세하고 색이 순백색인 것은 화장품, 의료용, 연마분, 윤활제 등으로 부가가치가 높은 용도에 쓰이고 있으며 점차 이용범위가 넓어지고 있는 추세이다.
그러나 광석(ore)상태의 견운모를 미세 분말화하는 것은 기술적으로 어려우므로 주로 단층 전리 현상에 의해 생성된 천연상태의 미립 분말 견운모를 채광하여 수비, 불순물 제거(주로 철분제거), 입도 분리 등의 단순 공정을 거친 다음에 상품화 하여 왔다.
한편, 요업원료, 건축재료의 첨가물 등에는 다량의 견운모 분말이 필요하나 이를 얻기 위한 종래의 방법은 견운모 광석을 채광한 후, 단순한 건식 스톤 볼 (STONE BALL)을 이용하여 분체를 하거나 습식 볼을 이용하여 분체함으로써 견운모가 가지는 고유한 인편(비늘모양)의 박막이 파괴되고 단순히 견운모 분말의 크기만 작게 하여 왔을 따름이었다.
미세한 견운모 분말이 견운모가 가지는 고유의 특성, 즉 인편상의 박막을 유지하게 되면 원적외선 방출, 흡습속건, 음이온 발생, 항균, 탈취 기능 뿐 아니라 부드러운 질감과 비단광택을 유지할 수 있으므로 화장품, 섬유제품, 약품의 증량제 등으로 쓰일 수 있어 그 부가가치가 극대화 된다.
또한 본 발명에서는 마감재의 또 다른 성분으로 비닐아세테이트를 사용하였다. 일반적으로, 철근콘크리트 구조물은 동결융해, 염해, 중성화, 화학약품 등에 의하여 손상을 입게 되어 시간이 경과함에 따라 철근이 부식된다.
그러므로 이를 방지하기 위하여 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지 및 에폭시 몰탈 등을 사용하여 방수공사를 실시한다. 그러나 이 중 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지와 같은 방수제를 콘크리트 표면에 코팅하여 사용하는 경우 유기계 방수제와 콘크리트의 변형률이 달라 시공 후 시간의 경과에 따른 접착면 에서의 부착강도가 저하되어 방수층이 쉽게 탈락되는 문제점이 발생된다. 또한 에폭시 시멘트 모르타르를 적용하는 경우 방수 직포가 손상될 뿐만 아니라, 에폭시 모르타르와 기존 콘크리트와의 변형에 의한 접착부 탈락으로 누수가 되는 문제점이 나타날 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 친환경적이며, 강한 접착성과 유연성이 있는 비닐아세테이트를 건축 마감재의 주성분으로 사용하였다.
본 발명의 견운모를 함유한 친환경 건축 마감재는 건식 중량대비 비닐아세테이트: 견운모: 물이 각각 1:3.0~4.0:1.5~2.5의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 한다. 그러나 상기 혼합비율은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당업자라면 본 발명의 목적에서 벗어나지 않는 범위내에서 적절히 설계, 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 사용된 견운모는 크기가 500~1,000 메쉬인 것을 특징으로 한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당업자라면 그 크기를 적절히 선택할 수 있음은 물론이다.
본 발명은 하기의 방법에 의하여 정제되는 견운모를 사용하는 것을 특징으로 한다.이를 상세히 설명하자면 견운모와, 상기 견운모 외의 불순광물들을 포함하는 원광의 광물성분분석을 포함하는 원광분석단계;
상기 원광을 파쇄 또는 분쇄하는 파쇄 및 분쇄단계;
상기 불순광물의 함량이 1 내지 5중량%가 되도록 물리적인 방법으로 정제하는 물리정제단계;
상기 원광분석단계에서 분석된 각 불순광물들의 표준시료를 물에 넣은 후 제타전위를 측정하는 제타전위 측정단계;
상기 표준시료 중에서 제1표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제1표준시료를 부유하는 제1포수제를 선정하는 포수제 선정단계; 및
상기 원광 및 상기 제1포수제를 원광 100 중량부 대비 0.01 내지 0.2만큼 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제1불순광물을 제거하는 제1역부선 단계;
상기 각 표준시료 중에서 제2표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제2표준시료를 부유하는 제2포수제를 선정하는 포수제 선정단계;
및 상기 원광 및 상기 선정된 제2포수제를 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제2불순광물을 제거하는 제2역부선 단계;를 순차적으로 거쳐 정제된다.
원광분석단계는 견운모 원광에 포함된 구성광물의 종류 및 함량을 분석하는 단계이다.
즉, 후술할 바와 같이 부유선별 공정을 이용하여 고품위 견운모를 제조하기 위해서는 천연 견운모 원광에 혼합되어 있는 견운모외의 불순광물들을 분리하여야 하는데, 이 때, 각 불순광물들의 표면전하를 측정하기 위해 혼입되어 있는 광물의 종류 및 함량을 확인하는 단계이다.
일반적인 천연 원광에는 견운모 (Muscovite;KAl2(AlSi3O10)(Fe(OH)2), 적철석(Hematite;Fe2O3), 장석(칼륨장석 : KAlSi3O8 , 나트륨 장석 : NaAlSi3O8 , 소다장석: CaAl2Si2O8) 등의 다양한 광물들이 혼합되어 있다.
원광분석단계에서는 다양한 방법으로 원광내의 화학성분, 광물의 종류, 종류별 함량 등을 파악할 수 있으며, 특정한 방법에 제한되지 않는다. 일예로, ICP, XRF등을 통해 원광의 화학성분을 분석하고 XRD, 편광현미경을 이용하여 원광에 포함되어 있는 구성광물의 종류를 확인한 후 광물의 이론조성과 화학성분 분석 결과 및 구성광물 분석 결과를 알 수 있고, 이를 바탕으로 원광 내 불순광물이 종류와 이에 따른 종류별 함량을 확인할 수 있다.
제타전위 측정단계는 분석된 불순광물들의 표준시료를 물에 넣은 후 각 표준시료의 제타전위를 측정하는 단계이다.
광물은 수용액 내에서 하전(charge)을 띄게 되는데, 광물의 표면전위(surface potential)를 직접 측정할 수 없기 때문에 절대값은 다르지만 동일한 극성을 갖는 zeta전위를 측정한다.
이 때, 광물의 제타전위가 zero인 pH를 등전위점(iep) 또는 영전하점(pzc)라고 하며 pzc보다 낮은 pH에서는 광물표면이 양으로 하전(positive charge), pzc보다 높은 pH에서는 광물표면이 음으로 하전(negative charge)되어 있다.
따라서 원광에 존재하는 광물들의 순수광물(표준시료)를 이용하여 이 광물들이 수용액에서 어떠한 전하를 뛰는지 제타(zeta) 전위를 측정하여 확인할 수가 있다. 이는 광범위하게 존재하는 부유선별 포수제 중 정제시 특정광물에 사용할 적합한 포수제를 선정하는데 필요하기 때문이다.
포수제 선정단계는 각 표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 갖는 포수제 중에서 상기 표준시료에 대해 선택된 pH 범위에서 부유도가 80 내지 100%가 가능한 포수제를 선정하는 단계이다.
포수제는 광물입자와 기포와의 기계적 운동이나 역학적 포획작용을 주는 것이 아니고 광물표면을 소수성으로 만들어 주는 시약으로서 포수제로 쓰이는 시약은 모두 유기화합물에 속한다.
본 발명에서 부유도란 수용액에서 포수제와 결합한 광물이 기포와 함께 부유하여 회수되는 정도라고 정의된다.
즉 견운모, 석영, 적철석, 장석 등의 단일 광물 표준시료들에 대한 수용액의 pH에 따른 다양한 포수제의 부유도를 확인한다.
역부선단계는 원광 및 선정된 포수제를 물에 넣고 상기 pH에서 부유되는 불순광물을 제거하는 단계이다.
물에 넣어진 포수제는 원광의 구성광물에 흡착되어 구성광물 표면을 소수화시키고, 이에 따라 구성광물은 기포와 함께 부상하게 된다. 이 때, 포수제는 특정 구성광물에 대해 더 높은 부유도를 나타내므로 포수제는 구성광물의 종류와 수에 따라서 적합한 포수제가 선택되어 본 단계는 반복적으로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 견운모와 함철광물과 같은 불순광물을 제거하기 위한 적절한 포수제(collector)로는 아민계열(Amine)의 양이온 포수제이다.
이 단계에서 포수제와 함께 기포제, 및 pH조절제가 더 포함되는 것이 바람직하다.
기포제는 액체-기체 계면에 흡착하여 물의 표면장력을 저하시켜 미세한 기포생성과 안정한 포말(froth) 형성을 용이하게 하는것으로서, 본 발명에서 제한되지 않으나, MIBC(Metyl isobutyl carbinol), n-Pentanol, Isoamyl Alc, Hexanol, Heptanol, Caprylic Alc, 4-Hepanol로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 기포제가 사용될 수 있다.
일반적인 부유선별 공정에서는 pH 조절제로 황산을 많이 사용하는데, 황산의 경우 인체에 대한 건강 위해 요인과 주변장치에 대한 부식성이 높은 문제점으로 본 실시예에서는 황산에 비해 취급이 용이하며, 양산 공정에 적용하기에 황산보다 더욱 경제성 있는 옥살산으로 지정하여 규사의 품질향상을 도모하였다.
일반적으로 부유선별 공정에 영향을 미치는 변수는 포수제 종류 및 첨가량, 기포제의 종류 및 첨가량, 광액 pH, 광액농도, 시료의 입도, 광액온도, 교반속도, 공기주입량, 부선시약의 조건부여시간(conditioning time), 부유시간(부유물 회수시간) 등 다양한 것으로 알려져 있다.
포수제의 첨가량은 광물 100 중량부 대비 0.01 내지 0.2가 바람직하다. 0.2를 초과하여 과량 투입할 경우, 흡착에 참여하지 않은 포수제가 실리카에 흡착하여 회수율을 저하시킨다는 문제점과 시약을 과량 사용함으로 최종제품의 단가를 상승시킨다는 문제점이 있고, 0.01을 미만하는 경우 부유시켜야 할 광물보다 적게 투입되어 부유시켜야 할 광물을 부유시키지 못하여 제품의 품질이 저하될 수 있는 문제점이 있기 때문이다.
기포제의 첨가량은 광물 100중량부대비 0.005 내지 0.03 가 바람직하다. 0.03를 초과하는 경우, 다량의 기포가 발생되어 실리카까지 부유시켜 회수율을 저하시키는 문제점과 역시 비용 상승의 문제점이 있고, 0.005를 미만하는 경우 기포발생량이 적어 부유시켜야 할 광물을 부유시키지 못하는 문제점이 있기 때문이다.
또한, 광액pH는 2.0 ~ 3.5, 광액농도는 15 ~ 25.0wt%, 광액온도는 10~50, 공기주입량은 2~5/min가 바람직하다. 광액 pH가 2.0 ~ 3.5를 벗어날 경우, 부유시키고자 하는 광물에만의 선택적 시약 흡착력이 저하되어, 제거하고자 하는 불순광물을 제거할 수 없을뿐더러, 정광인 실리카까지 부유시켜 선별효율이 저하된다.
광액농도는 15 ~ 25.0wt%으로, 광액농도가 25wt%이상이 된다면 슬러리 농도가 높아져서 공정 중 막힘 발생 등의 문제들이 발생될 수 있으며, 15wt% 이하로 광액농도를 설정할 경우, pH 조절 등에 의한 시약소모량이 증가하여 경제성이 저하될 수 있다.
광액온도를 10~50로 유지하는 이유는 온도가 10 이하로 떨어지면 흡착반응성이 떨어질 수 있으며, 온도를 50 이상으로 유지할 경우, 온도 상승으로 인한 경제성이 떨어질 수 있다.
기포를 발생을 돕는 공기주입량은 2~5/min로 유지하는데, 이는 공기주입량이 적을 경우 기포 발생이 작아서
불순광물 흡착성이 떨이지며, 과량으로 공기를 주입할 경우, 이미 발생된 기포가 깨질 수 있을뿐더러, 과량의 기포로 인한 선별효율이 떨어질 수 있고, 기포의 크기가 켜져 실리카 일부를 동반 부유시켜 회수율이 저하되고, 공기압력으로 인한 와류 및 기포층 위치의 변화로 인해 선택성이 저하되기 때문이다.
한편, 원광분석단계와 제타전위 측정단계 사이에 파쇄 및 분쇄단계, 비중선별단계, 및 자력선별 단계중 적어도 하나의 물리적인 분리단계를 더 포함할 수 있다. 이는 부유선별 공정에서 불순물의 함량이 1~5중량%미만인 실리카를 대상으로 불순광물만을 부유시켜 시약 소모량을 절감 및 회수율을 높일 수 있도록 하기 위함이다.
파쇄 및 분쇄단계는 1차적으로 분리하여 목적에 맞는 입도의 실리카로 만드는 단계이다. 이 때, 원광의 입자크기가 0.045~0.3mm 내지 0.045~0.6mm로 파쇄 또는 분쇄하는 것이 바람직하다.
비중선별단계는 스크린 분급기를 통하여 0.1~0.6mm의 입자를 선별하는 단계이고, 자력선별단계는 함철광물이나 분쇄시 유입된 철편을 제거하는 단계이다.
이하 실시예를 바탕으로 본 발명의 제조방법 및 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.
[실시예 1: 견운모 정제]
대한민국 강원도 동해시에서 산출한 견운모 원광을 전술한 바와 같이 정제하였다. 광물의 종류는 ICP, XRF등을 통해 원광의 화학성분을 분석하고 XRD, 편광현미경을 용하여 원광에 포함되어 있는 구성광물의 종류를 확인한 후 광물의 이론조성과 화학성분 분석 결과 및 구성광물 분석 결과를 바탕으로 토대로 원광 내 불순광물이 종류와 이에 따른 종류별 함량을 확인하였다
원광의 화학성분 및 결정상 분석을 통해 화학성분의 종류 및 함량, 광물의 종류 및 함량을 표 1에 나타내었다.
SiO2 Al2O3 Fe(OH)2 CaO MgO Na2O K2O TiO2
조성비 97.43 1.48 0.41 0.01 0.03 0.15 0.48 0.01
다음으로 표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 갖는 포수제 중에서 상기 표준시료에 대한 부유도가 80 내지 100%인 포수제를 선정하였다. 견운모의 제타전위는 음전하이므로, 양전하 타입 중에 부유도가 80%인 혼합 아민을 견운모의 포수제로 선정하였다. 본 실시예에서 표준시료와 포수제의 부유도를 측정할 때 Hallimond Tube라고 명명되어 있는 초자 관을 이용했다.
상단부위에는 포수제와 흡착된 광물과 기포들이 만든 포말층이 회수 될 수 있도록 약 30의 경사를 주어 부유된 입자들만 따로 회수되어 특정 광물과의 부유도를 측정했다. 이를 이용하여 견운모, 석영, 적철석, 장석 등의 단일 광물 표준시료를 이용하여 수용액의 pH에 따른 다양한 포수제의 부유도를 확인할 수 있었다. 그런 다음 제공된 원광 및 이에 따라 선정된 포수제, 기포제, pH조절제를 물에 넣고 기포를 발생시켜 부유되는 불순광물을 제거하였다.
본 실시예에서 사용한 부유선별기는 Denver Sub-A Type의 부유선별기로 고속 회전하는 임펠라에 의하여 광물과 포수제가 흡착되고 임펠라 내부로 공기를 일정량 주입하여 광물과 흡착된 시약이 기포에 흡착되어 슬러리 표면으로 떠오르게 되어있다.
또한, 광물과 투여된 포수제의 흡착시간 부여 및 기포제의 원활한 기포 발생 기능을 부여하기 위해 시료와 공정수 교반 및 pH 조절 5분, 포수제 조건부여시간 5분, 기포제 조건부여시간 3분, 부유시간 5분을 주었다.
이때의 기타 조건은 pH 3.0 ~ 3.5, 광액농도 16.7 ~ 20.0wt%, 광액온도 20~30, 공기주입량 3~5/min 로 고정하였다. 품질의 향상을 위해, 아민계열 포수제 첨가량을 400g/t로 기타 조건을 동일하게 하여 부선 횟수를 2회, 3회까지 증가시켰으며, 그 결과는 하기 표 2를 통해 제시하였다.
SiO2 Al2O3 Fe(OH)2 CaO MgO Na2O K2O TiO2
조성비
부선횟수2회		 97.55 1.65 0.52 0.13 - 0.07 0.03 0.01
조성비
부선횟수3회		 97.68 1.68 0.54 0.04 - 0.04 0.01 0.01
상기 표 2를 통해 부선횟수가 증가함에 따라 SiO2, Al2O3, Fe(OH)2의 함량이
표 1에 비해 증가되었음을 알 수 있다. 이를 통해 원광내부의 견운모의(Muscovite;KAl2(AlSi3O10)(Fe(OH)2) 정제효과가 우수함을 확인할 수 있었다.
[실시예 2: 마감재의 제조]
상기 정제된 견운모의 입자크기를 500메쉬로 성상하여 20kg을 취한 후, 비닐아세테이트(알드리히사 구입)6kg과 물 12kg을 혼합하여 80℃에서 60분간 겔화시킨 후, 25℃에서 3일간 숙성시켜 마감재를 제조하였다.
[실시예 3: 유해전자파 차단효과 확인]
상기 실시예 2에 의하여 마감재를 벽지로 제조하여 전자파 차단 성능을 측정하기 위하여 다음과 같은 방법으로 실험을 하였다.
도 2는 전자파 차단효과를 측정하기 위한 실험조건 배치도 도면이인데, 모니터, 컴퓨터, 키보드, 마우스를 나무로 된 테이블 위에 배치하고, AC 220V, 60Hz의 전원을 공급한 것으로 한 후, 이러한 테이블을 3방향에서 둘러싸도록 본원발명에 의한 벽지가 도포된 벽체를 위치시켰다.
상기 조건 하에서 주파수 및 전계강도(Level)을 측정하였고, 이를 도 3의 실험데이터로 나타내었고, 도 4은 상기 도 3의 실험데이터에 의한 전자파 차단효과를 나타내는 그래프이다.
한편, 비교를 위하여 동일한 조건에서, 상기 본원발명에 의한 벽지가 부착된 벽체를 제거하고, 주파수 및 전계강도(Level)를 측정하였다. 도 5은 본 발명의 벽지를 제거한 경우 전자파 차단효과를 나타내는 실험데이터이고,
도 6는 상기 도 5의 실험데이터에 의한 전자파 차단효과를 나타내는 그래프이다.
상기 도 3 내지 6에 의하면, 본 발명에 마감재를 사용한 벽지를 도포한 경우, 전자파 감소효과가 있는 것으로 나타났으며, 따라서 본 발명에 의한 벽지를 사용하는 경우, 가정이나 사무실 등에서 발생하는 전자파를 차단 및 감소시켜 인체에 나쁜 영향이 미치는 것을 줄일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
없슴

Claims (2)

  1. 비닐아세테이트: 견운모: 물이 각각 1:3.0~4.0:1.5~2.5의 중량비로 혼합되며,
    상기 견운모는 입자의 크기가 500~1,000 메쉬이며, 상기 견운모는
    견운모와, 상기 견운모 외의 불순광물들을 포함하는 원광의 광물성분분석을 포함하는 원광분석단계;
    상기 원광을 파쇄 또는 분쇄하는 파쇄 및 분쇄단계;
    상기 불순광물의 함량이 1 내지 5중량%가 되도록 물리적인 방법으로 정제하는 물리정제단계;
    상기 원광분석단계에서 분석된 각 불순광물들의 표준시료를 물에 넣은 후 제타전위를 측정하는 제타전위 측정단계;
    상기 표준시료 중에서 제1표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제1표준시료를 부유하는 제1포수제를 선정하는 포수제 선정단계; 및
    상기 원광 및 상기 제1포수제를 원광 100 중량부 대비 0.01 내지 0.2만큼 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제1불순광물을 제거하는 제1역부선 단계;
    상기 각 표준시료 중에서 제2표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제2표준시료를 부유하는 제2포수제를 선정하는 포수제 선정단계;
    및 상기 원광 및 상기 선정된 제2포수제를 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제2불순광물을 제거하는 제2역부선 단계;
    를 포함하는 견운모의 정제방법에 의하여 정제되는 것을 특징으로 한 견운모를 함유한 친환경 건축 마감재
  2. 견운모와, 상기 견운모 외의 불순광물들을 포함하는 원광의 광물성분분석을 포함하는 원광분석단계;
    상기 원광을 파쇄 또는 분쇄하는 파쇄 및 분쇄단계;
    상기 불순광물의 함량이 1 내지 5중량%가 되도록 물리적인 방법으로 정제하는 물리정제단계;
    상기 원광분석단계에서 분석된 각 불순광물들의 표준시료를 물에 넣은 후 제타전위를 측정하는 제타전위 측정단계;
    상기 표준시료 중에서 제1표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제1표준시료를 부유하는 제1포수제를 선정하는 포수제 선정단계; 및
    상기 원광 및 상기 제1포수제를 원광 100 중량부 대비 0.01 내지 0.2만큼 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제1불순광물을 제거하는 제1역부선 단계;
    상기 각 표준시료 중에서 제2표준시료의 제타전위와 반대의 전하를 가지며, 상기 제2표준시료를 부유하는 제2포수제를 선정하는 포수제 선정단계;
    및 상기 원광 및 상기 선정된 제2포수제를 물에 넣고 부유시켜 부유되는 상기 제2불순광물을 제거하는 제2역부선 단계;를 순차적으로 거쳐 견운모를 정제하는 단계와;
    상기 정제된 견운모를 입자의 500~1,000 메쉬로 파쇄하는 단계와;
    상기 파쇄된 견운모에 비닐아세테이트와 물을 혼합하되, 비닐아세테이트: 견운모: 물이 각각 1:3.0~4.0:1.5~2.5의 중량비로 혼합하는 단계와;
    상기 혼합물을 80~85℃에서 60~80분간 겔화시키는 단계와;
    상기 겔화된 혼합물을 20~25℃에서 3일간 숙성시키는 단계;로 구성되는
    것을 특징으로 한 견운모를 함유한 친환경 건축 마감재의 제조방법
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