KR20170021539A - 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 왕겨와 황토를 혼합하여 이를 압축한 뒤 탄화시켜 얻어진 천연 왕겨 단열 보드 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 (a) 왕겨, 황토 및 아교분말에 찹쌀풀 또는 아교풀인 천연바인더를 혼합하여 왕겨혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 왕겨혼합물을 성형틀에 부어 압착한 후 건조시켜 왕겨 보드를 제작하는 단계; 및 (c) 상기 왕겨 보드를 350∼400℃의 온도에서 탄화시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 (a) 왕겨, 황토 및 아교분말에 찹쌀풀 또는 아교풀인 천연바인더를 혼합하여 왕겨혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 왕겨혼합물을 성형틀에 부어 압착한 후 건조시켜 왕겨 보드를 제작하는 단계; 및 (c) 상기 왕겨 보드를 350∼400℃의 온도에서 탄화시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 왕겨와 황토를 혼합하여 이를 압축한 뒤 탄화시켜 얻어진 천연 왕겨 단열 보드 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 건축물의 외벽, 내벽, 세대간 벽 등의 시공시에는 단열, 방수 및 방음 효과를 얻기 위해 콘크리트 등과 같은 구조체 외에 스티로폼이 내장된 샌드위치 판넬, 콘크리트 블록, 콘크리트 판넬, 목제 합판, MDF(Medium density fiber board), 석고보드 등의 자재를 함께 설치하였다.
그러나 이들만으로는 구조적 강도와 단열 효과가 얻을 수 없으므로 유리솜, 암면 등이 내장되게 제조하거나, 금속, 석재 등과 같은 외장판넬을 덧대어 시공하였다.
또 단열을 위해 스티로폼을 벽체 판넬 사이 또는 판넬 표면에 접착제를 사용하여 고정한 후 스티로폼 외면에 석고보드를 고정하는 방식으로 시공하였다.
그러나 판넬 등의 자재는 제조 단계 및 폐기시에 환경오염을 일으키는 원인이 되는데, 특히 스티로폼은 경량이면서 값이 싼 장점은 있으나 가연성이 있어 화재시 유독가스를 발생하여 인체에 해롭고, 화재진압이 어려운 문제점이 있다.
이에 건축물의 천장이나 벽체에 스티로폼을 사용하지 않고 경질 우레탄을 발포하여 우레탄층을 형성하고 그 위에 석고보드나 패널, 황토층 등으로 마감함으로써 스티로폼을 사용하는 경우보다 단열효과는 물론 방수, 방음 효과도 거둘 수 있는 시공방법이 제시되었다(공개특허 제10-2003-45890호).
그러나 이 경우 발포 우레탄층의 표면을 고르게 작업하는 것이 어려워 마감층과의 사이에 틈이 발생하고, 따라서 단열 및 방수 구조의 기밀성 유지가 어렵다는 문제점이 있다.
이에 친환경적 소재인 왕겨, 황토 등을 혼합하여 건축용 내외장 보드를 제조하는 방법이 제시되었다(공개특허 제10-2009-95991호).
그러나 상기 종래 발명은 탄화 후 분쇄한 왕겨를 사용하기 때문에 왕겨 내부 공극이 유지되지 못하여 단열효과가 떨어진다.
또한, 탄화과정으로 인해 왕겨의 부피가 현저히 줄어들기 때문에 다량의 왕겨가 소요되는 문제점이 있다.
아울러 압착하여 건조 후에 마감처리 과정이 없어 보드의 표면 강도가 낮고, 쉽게 부스러질 수 있는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 왕겨의 내부 공극 및 형태가 유지되는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 왕겨가 황토 및 아교분말과 혼합되어 탄화과정을 거치더라도 부피가 유지되어 왕겨의 소요량을 최소화할 수 있는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법을 제공하고자 한다.
아울러 표면을 코팅하는 과정을 거쳐 왕겨의 부스러기가 떨어지지 않게 마감 처리하면서도 표면 강도가 높은 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 (a) 왕겨, 황토 및 아교분말에 찹쌀풀 또는 아교풀인 천연바인더를 혼합하여 왕겨혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 왕겨혼합물을 성형틀에 부어 압착한 후 건조시켜 왕겨 보드를 제작하는 단계; 및 (c) 상기 왕겨 보드를 350∼400℃의 온도에서 탄화시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 왕겨혼합물이 왕겨 100 중량부 대비 황토 80∼120 중량부, 아교분말 15∼25 중량부, 천연바인더 90∼110 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 왕겨혼합물에 규사가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 (c) 단계 이후에 탄화된 왕겨 보드 표면에 코팅층을 형성하는 (d)단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 코팅층에 찹쌀풀 또는 찹쌀풀과 고형풀의 혼합물인 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 코팅층에 황토 및 해초물이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법을 제공한다.
다른 바람직한 실시예에 따른 본 발명은 상기 코팅층에 솔가루 또는 송진 추출액이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 왕겨 외형은 물론 내부 공극이 그대로 유지되므로 왕겨 보드 내부에 충분한 공기층이 형성되어 단열 성능이 우수하다.
둘째, 왕겨 탄화 후에도 왕겨의 형상이 유지되어 부피 감소가 없으므로 왕겨의 소요량을 최소화할 수 있다.
셋째, 왕겨를 탄화시켰기 때문에 왕겨 보드의 내화 성능이 매우 우수할 뿐 아니라, 왕겨가 황토와 혼합되어 탈취, 습도 조절, 항균, 공기정화, 전자파 차단 등의 효과가 우수하다.
넷째, 인체에 무해한 천연 재료들로만 구성되어 친환경적이고, 폐기 시에도 환경 오염을 유발하지 않는다.
다섯째, 왕겨 보드 표면을 코팅할 경우 왕겨 보드의 강도가 증진될 뿐 아니라 외장재로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 천연 왕겨 단열보드의 제조방법을 도시한 공정도.
도 2는 성형된 왕겨 보드가 건조된 후의 상태를 나타내는 사진.
도 3은 탄화된 왕겨 보드를 나타내는 사진.
도 4는 본 발명에 따른 천연 왕겨 단열보드 제조방법의 다른 실시예를 도시한 공정도.
도 2는 성형된 왕겨 보드가 건조된 후의 상태를 나타내는 사진.
도 3은 탄화된 왕겨 보드를 나타내는 사진.
도 4는 본 발명에 따른 천연 왕겨 단열보드 제조방법의 다른 실시예를 도시한 공정도.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 천연 왕겨 단열보드의 제조방법을 도시한 공정도이고, 도 2는 성형된 왕겨 보드가 건조된 후의 상태를 나타내는 사진이며, 도 3은 탄화된 왕겨 보드를 나타내는 사진이다.
도 1 내지 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법은 (a) 왕겨, 황토 및 아교분말에 찹쌀풀 또는 아교풀인 천연바인더를 혼합하여 왕겨혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 왕겨혼합물을 성형틀에 부어 압착한 후 건조시켜 왕겨 보드를 제작하는 단계; 및 (c) 상기 왕겨 보드를 350∼400℃의 온도에서 탄화시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 천연 왕겨 단열보드의 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 (a) 왕겨, 황토 및 아교분말에 찹쌀풀 또는 아교풀인 천연바인더를 혼합하여 왕겨혼합물을 제조한다.
왕겨는 벼의 겉겨로 농가에서 주로 퇴비나 사료로 사용된다. 왕겨는 규소 성분을 함유하고 있어 난연성 및 불연성이 우수하며, 발화되더라도 유독가스를 배출하지 않아 종래 스티로폼 등이 갖는 문제점을 해소할 수 있다.
상기 왕겨는 분쇄하여 사용하면 흡음성 및 단열 효과가 떨어지기 때문에 왕겨를 분쇄하지 않고 사용하는 것이 바람직하다.
황토는 주로 모래보다는 미세하고 점토보다는 거친 실트(silt) 크기인 연황색의 퇴적물이다. 공극률이 크고 퇴적층을 수직방향으로 갈라지게 하는 수직의 열극들이 발달해 있기 때문에 분해력, 자정력 및 흡수력이 강하며 단열효과가 우수하다.
특히 실리카, 산화알루미늄 등을 주성분으로 하여 생물체에 필요한 미네랄이 포함되어 있으며 원적외선을 방출하여 혈액순환 촉진 등의 효과를 얻을 수 있고, 습도 조절 및 방음, 단열효과를 부가적으로 얻을 수 있다.
황토는 건조시킨 뒤 200 메쉬(mesh) 이상의 가루로 곱게 분쇄하여 분말인 형태로 사용한다. 황토의 입자가 상기 범위보다 크면 왕겨 보드 성형시에 표면이 거칠어질 수 있다.
왕겨만으로 단열보드 제작시 왕겨 간의 견고한 접착을 위하여 왕겨와 동량 이상으로 접착제가 투입되어야 하나, 황토가 왕겨의 결착을 돕는 접착제 역할을 하게 됨으로써 바인더의 양을 줄이면서도 왕겨 사이가 잘 결착되게 한다.
아울러 황토는 고온에서도 잘 타지 않고 소성되더라도 유해성분이 나오지 않아 내구성이 강하면서도 친환경적인 왕겨 보드를 제조할 수 있다.
아교는 동물성 젤라틴이 주성분인 천연 접착제로, 아교분말은 아교가 건조된 상태에서 잘게 부수어 분말형태가 된 것을 말한다. 이에 따라 황토에 소량의 아교분말을 더하여 결착력을 더 증가시킬 수 있다.
또한, 왕겨혼합물이 탄화과정을 거치면서 아교분말이 녹아 황토와 함께 왕겨를 감싸 왕겨의 형상이 그대로 유지되게 할 수 있다.
상기와 같은 왕겨, 황토 및 아교분말을 결합하여 왕겨혼합물을 제조하기 위해 천연바인더를 함께 혼합해야 한다.
천연바인더로는 찹쌀풀 또는 아교풀을 사용하는데, 찹쌀풀은 찹쌀을 불려 흐르는 물에 씻어 적당량에 물을 붓고 믹서기에 갈아 약한 불에서 쑤어 사용한다. 아교풀은 아교를 40∼50℃의 온도에서 중탕하여 녹여진 상태를 말한다.
이처럼 천연바인더를 사용하기 때문에 폐기시에 거름으로도 사용할 수 있을 정도로 인체에 무해하고, 접착력이 좋아 친환경적인 왕겨혼합물을 제조할 수 있다.
상기 천연바인더는 1차로 왕겨 보드 제작시 왕겨, 황토 및 아교분말을 서로 결합시켜 상기 왕겨혼합물을 제조하는 역할을 한다. 또한, 상기 왕겨혼합물이 압착 및 탄화과정을 거치더라도 부서지지 않고 왕겨 보드 형상을 유지하도록 한다.
상기 왕겨혼합물 제조시 강도를 높이기 위해서 내부에 싸릿대를 투입하여 혼합할 수도 있다.
상기 왕겨혼합물을 제조한 후 (b) 상기 왕겨혼합물을 성형틀에 부어 압착한 후 건조시켜 왕겨 보드를 제작한다.
상기 (b) 단계는 상기 왕겨혼합물을 제작하려는 왕겨 보드의 형태에 맞게 성형하는 단계이다.
이를 위해 성형틀에 상기 왕겨혼합물을 붓고 일정 압력으로 왕겨혼합물을 압착하는데, 이때 지나친 압력을 가하면 왕겨가 부서지고 반대로 압력을 제대로 가하지 않으면 왕겨 보드가 제대로 성형될 수 없다.
따라서 압착 후의 두께가 압착 전의 두께보다 60∼80％ 정도 되도록 압착하거나 약 0.7kgf/㎠의 압력으로 압착하는 것이 바람직하다.
압착이 완료되면 성형된 왕겨 보드를 건조시킨다.
건조시 왕겨 보드의 휨 현상을 방지하기 위해 왕겨 보드의 상하면에 열을 동일하게 가하는 것이 바람직하다.
건조는 작업 방법에 따라 소요시간이 달라지는데 자연광에서 건조시키면 6시간 정도, 일반 건조기에서는 30분 내지 1시간 정도, 마이크로파를 이용하는 경우에는 10∼15분 정도가 소요된다. 건조시 열풍기의 사용도 가능하다.
건조가 완료되면 도 2의 사진에서와 같은 왕겨 보드가 형성된다.
다음으로 (c) 상기 왕겨 보드를 350∼400℃의 온도에서 탄화시킨다.
상기 (c) 단계는 상기 (b) 단계에서 성형 및 건조과정을 거친 왕겨 보드를 탄화시키는 과정으로 이 과정을 통해 왕겨 보드의 내화성능은 더 향상되어 불이 쉽게 붙지 않도록 할 수 있다.
종래의 탄화 왕겨 보드와 같이 왕겨를 탄화시키면 왕겨의 부피가 많이 감소하게 되어 왕겨 소요량이 증가하게 되고, 보드 내 공극이 줄어 단열 성능이 떨어진다.
그러나 본 발명에서는 왕겨 자체가 아닌 왕겨 보드를 탄화시키므로 왕겨가 탄화과정을 거친 후에도 왕겨 원형이 그대로 유지되어 왕겨 숯의 효능을 최대한 유지할 수 있다.
이에 따라, 탈취 및 습도 조절이 탁월하여 공기를 정화하고, 전자파를 차단하는 효과가 있을 뿐 아니라 왕겨 내부 및 왕겨 사이의 공극으로 인해 단열 성능이 우수하다.
상기 왕겨 보드는 온도가 350℃ 이하에서는 제대로 탄화가 이루어지지 않고, 온도가 400℃ 이상에서 탄화하게 되면 왕겨가 부서져 형상 유지가 곤란하다. 또한, 10분 이상 탄화하게 되면 왕겨 보드의 강도가 떨어져 부서진다.
따라서 350∼400℃의 온도에서 탄화하는 것이 바람직하다.
이때, 탄화 시간은 왕겨 보드의 두께가 1.2∼1.5㎝인 것을 기준으로 7∼10분이 바람직하며 왕겨 보드의 두께에 따라 시간이 변화될 수 있다.
이와 같은 탄화과정을 거치면 도 3의 사진에서와 같은 탄화 왕겨 단열보드가 형성된다.
상기 왕겨는 영양성분과 유분이 적어 탄화시 약 90％ 정도의 탄화물을 남기기 때문에 원료 부피가 최대한 유지될 수 있어 왕겨 소요량을 최소화할 수 있다.
아울러 상기 왕겨는 황토 및 아교분말과 혼합되어 있기 때문에 탄화과정을 거쳐도 황토와 아교분말이 바인더 역할을 하여 부서지지 않고 본래 형상을 유지하게 됨으로써 내부의 공극도 유지된다. 이에 따라, 단열성능이 우수한 왕겨 보드를 제조할 수 있다.
상기 왕겨 보드는 탄화 전에 철망을 부착하여 탄화 과정을 거쳐도 외형이 유지되게 할 수 있다.
또한, 탄화된 왕겨 보드는 외부에 한지 등을 결합해 강도를 증가시키고 다양한 질감을 표현함으로써 외장재로도 사용할 수 있다.
상기 왕겨혼합물은 왕겨 100 중량부 대비 황토 80∼120 중량부, 아교분말 15∼25 중량부, 천연바인더 90∼110 중량부가 혼합될 수 있다.
상기 황토는 왕겨 100 중량부에 대비 황토 80∼120 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 황토가 120 중량부 이상이면 왕겨가 원형 그대로 혼합되지 않을 수 있을 뿐만 아니라 왕겨 보드의 중량이 늘어날 수 있고, 80 중량부 미만이면 왕겨 간의 결착이 충분히 이루어지지 않아 왕겨가 부스러질 수 있다.
또한, 아교분말은 왕겨 100 중량부 대비 15∼25 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 아교분말은 15 중량부 미만이면 왕겨를 결착시키는데 충분하지 않아 왕겨가 부서질 수 있고, 25 중량부 이상일 경우에는 왕겨 비율에 비해 고온에서 녹은 아교분말이 왕겨 보드 표면으로 새어나오는 문제가 발생할 수 있다.
아울러 천연바인더는 왕겨 100 중량부 대비 90∼110 중량부가 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 천연바인더는 찹쌀풀 혹은 아교풀을 사용할 수 있는데 90 중량부 미만이면 황토와 아교분말을 결합하는데 충분하지 않아 아교혼합물이 제대로 혼합되지 않게 되고, 110 중량부 이상일 경우에는 천연바인더에 의해 왕겨혼합물이 늘어져 왕겨 보드 형상을 제작하는데 문제가 발생할 수 있다.
상기 왕겨혼합물에는 왕겨 보드의 강도를 증진시키기 위해 규사가 더 포함될 수 있다.
규사 함량이 지나치게 높을 경우 왕겨혼합물 사이의 결합력이 저하될 수 있으므로 상기 규사는 왕겨 100 중량부 대비 20 중량부 이하로 혼합되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 천연 왕겨 단열보드의 제조방법의 다른 실시예를 도시한 공정도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 (c) 단계 이후에 탄화된 왕겨 보드 표면에 코팅층을 형성하는 (d)단계가 더 포함될 수 있다.
상기 탄화과정까지 거친 왕겨 보드는 탄화과정에 의해 거친 표면이 형성되어 있어 손으로 문지르면 왕겨 부스러기가 형성되면서 검은색 탄화가루가 묻어난다.
이에 왕겨 보드 표면에서 부스러기가 떨어지지 않도록 아교 등을 분사하여 코팅층을 형성하는 단계를 추가할 수 있다.
이에 따라 왕겨 보드 표면의 부스러기 생성을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 왕겨 보드가 습기에 잘 견딜 수 있다.
그뿐만 아니라 본 발명의 천연 탄화 왕겨 단열보드는 주로 벽체 등의 내부에 구비되도록 사용될 수 있으나, 상기와 같이 코팅층을 형성할 경우 건축 외장재로 활용하는 것도 가능하다.
상기 코팅층은 탄화된 왕겨 사이에 침투하여 표면 강도를 증가시키기 위한 것으로 접착력이 좋으면서도 인체에 무해한 찹쌉풀을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 찹쌀풀에 고형풀을 같이 혼합할 경우 코팅층의 강도를 더욱 증가시킬 수 있다.
상기 코팅층에는 황토 및 해초물이 더 포함될 수 있다.
상기 찹쌀풀 또는 찹쌀풀과 고형풀의 혼합물에 황토를 더하면 강도가 더욱 증가되고, 탄화 왕겨 단열보드의 표면을 매끄럽게 할 수 있어 왕겨 보드를 친환경 외장재로도 사용할 수 있다.
이때 황토와 다른 혼합물을 결합하기 위해서는 점성이 있는 해초물이 소량 추가 혼합되는 것이 바람직 하다.
상기 코팅층을 위한 황토는 상기 찹쌀풀 100 중량부 대비 130∼170 중량부, 해초물 12∼15 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 코팅층에는 강도를 더욱 증대시키기 위해 규사가 더 추가될 수 있는데, 상기 규사는 상기 찹쌀풀 100 중량부 대비 160∼200 중량부를 추가하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 코팅층에는 솔가루 또는 송진 추출액이 더 포함될 수 있다.
상기 솔가루 또는 송진 추출액은 습기에 매우 강할 뿐만 아니라 상기 코팅층이 부스러지거나 썩지 않도록 방부제의 역할을 한다. 또한, 상기 황토의 색이 고와지도록 한다.
상기 솔가루 또는 송진 추출액은 상기 황토 100 중량부 대비 2 중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.
Claims (7)
- (a) 왕겨, 황토 및 아교분말에 찹쌀풀 또는 아교풀인 천연바인더를 혼합하여 왕겨혼합물을 제조하는 단계;
(b) 상기 왕겨혼합물을 성형틀에 부어 압착한 후 건조시켜 왕겨 보드를 제작하는 단계; 및
(c) 상기 왕겨 보드를 350∼400℃의 온도에서 탄화시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법.
- 제1항에서,
상기 왕겨혼합물은 왕겨 100 중량부 대비 황토 80∼120 중량부, 아교분말 15∼25 중량부, 천연바인더 90∼110 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법.
- 제1항에서,
상기 왕겨혼합물에는 규사가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법.
- 제1항에서,
상기 (c) 단계 이후에 탄화된 왕겨 보드 표면에 코팅층을 형성하는 (d)단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법.
- 제4항에서,
상기 코팅층은 찹쌀풀 또는 찹쌀풀과 고형풀의 혼합물인 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법.
- 제5항에서,
상기 코팅층에는 황토 및 해초물이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법.
- 제6항에서,
상기 코팅층에는 솔가루 또는 송진 추출액이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 천연 탄화 왕겨 단열보드의 제조방법.
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