KR20180112710A - 친환경 무독성 황토 보드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 황토 보드는 특정의 무독성 유기 바인더를 10 내지 20 메쉬의 입도가 일정한 황토에 첨가함으로써 황토에 점도와 강도를 부여함으로써, 강도가 높고 견고하여 내수성이 높아서 10 내지 15 mm의 얇고 넓은 형태를 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 황토보드는 별도의 물리적 지지체 없이 건축물의 내장재로 쉽게 부착되어, 기존 콘크리트 또는 철제로 지어진 건축물에서도 황토보드의 설치에 의하여 공기 청정, 습도 조절과 같은 황토의 효과를 향유할 수 있게 한다. 또한, 본 발명에 따른 황토보드의 제조 방법은 압출 성형방식을 채용함에 따라 신속하게 대량생산을 가능하게 하였다.

Description

친환경 무독성 황토 보드 및 그 제조방법{A non-toxic loess board and a method for manufacturing the same}

본 발명은 친환경 무독성 황토 보드 및 이것의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 황토에 특정의 무독성 유기 바인더를 혼합함으로써 10 내지 20 메쉬의 입도를 갖는 황토를 순수하게 95% 이상 포함하면서도, 강도가 높고 내수성이 우수하며 얇은 두께를 갖는 친환경 무독성의 건축마감재용 황토보드를 제공할 수 있다.

친환경 웰빙(well-being)이라는 추세에 맞추어 자연소재를 이용한 건축 마감재에 대한 수요가 늘고 있으며, 특히 우리나라에서는 전통적으로 건축물에 이용되어 왔던 황토를 적용한 건축 마감재가 주목을 받고 있다.

황토는 우리나라 토양에서 쉽게 구할 수 있으며, 자연에서 유래되는 친환경적 소재로서 흡습성이 우수하고, 단열성이 뛰어나 예로부터 건축소재로서 이용되어 왔다. 최근에는 황토가 원적외선 방사효과와 내항균성이 우수하여 건축물의 내장재로 사용할 경우 신진대사의 촉진, 피로회복과 같은 건강증진 효과를 제공한다는 연구결과가 나오고 있어 인기를 끌고 있다. 또한, 황토를 이용한 건축마감재는 단열, 보온, 방음 등의 효과로 인하여 여름에는 시원하고, 겨울에는 따뜻하며 실내에 곰팡이가 발생하는 것을 방지할 수 있는 등 다른 건축 내장재가 구비하지 못한 뛰어난 효과를 제공할 수 있다.

황토를 전축자재로 이용하는 전통적인 방법은 황토에 물을 으깨서 만드는 방법이지만, 이러한 방법에 따르면 황토는 잘 갈라지고, 고형화되지 않기 때문에 크랙이 생기고 견고성이 떨어져 실제 건축자재로 적용하는데 문제가 있었다. 이에, 현대에 들어서 황토에 폐지분말섬유, 분말소석고 또는 코팅용 바인더를 첨가 혼합하여 황토의 결합을 강화시키는 방법 또는 황토보드의 표면 및 이면에 보호용 종이를 부착하여 강도를 높이는 방법이 제안되었다. 그러나, 이러한 황토보드는 그 황토의 함량이 70% 정도 이하에 불과하고, 황토 보드 제작시 첨가되는 고화제 또는 바인더들은 독성을 나타내게 되는 경우가 대부분이어서, 황토보드가 주택에 시공되더라도 황토에 내재된 우수한 효과를 인체에 직접 제공하기 보다는 해로운 영향을 제공할 수 밖에 없다.

또한, 기존의 황토보드는 프레스 기법에 의한 제조공정에 의하여 제조됨으로써 시간당 생산되는 황토보드의 개수가 적어서, 대량생산에 적합하지 않다. 또한, 기본 방법으로는 얇으면서 대면적이 넓은 황토보드를 제조할 수가 없어서, 황토보드 한 장의 크기가 작았다. 따라서, 건축내장재로서 시공시 벽의 단면을 채우기 위하여 수십장의 작은 황토보드를 이어서 붙여야 했으므로, 외관상 그 이음매가 눈에 띄고, 시공시 많은 노동력을 요구하는 문제가 있었다.

[선행기술문헌]

(특허문헌 1) 공개특허공보 제10-2015-0116264호, "친환경 황토보드 및 그 제조방법"

(특허문헌 2) 등록특허공보 제10-1675382호, "황토보드 제조방법 및 그에 의하여 제조되는 황토보드"

(특허문헌 3) 등록특허공보 제10-162618호, "건축물내장바탕재 흙판보드"

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 황토분말에 특정한 무독성 유기 바인더를 혼합함으로써 강도와 결합력을 높이고 내수성을 강화하는 방안을 제시하였다. 상기 무독성 유기 바인더는 폴리비닐계 유기화합물과 아크릴계 유기화합물의 혼합물로서, 생분해성이고 무독성의 성질을 가지므로, 건축 내장재로서 친환경 황토보드의 제조에 적합하다.

본 발명의 제1 목적은 입도가 일정한 황토에 특수 바인더를 혼합함으로써 얇은 두께를 가지면서도 넓은 판재 형태의 무독성 친환경 황토 보드를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제2 목적은 황토보드의 일 면에 일 방향으로 복수의 요철을 형성한 건축 내장재를 제공함으로써 방음효과를 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 목적은 황토보드를 압출성형방식으로 제조함으로써 자동화 및 대량생산을 가능하게 하는 것이다.

본 발명자들은 황토에 특정한 무독성 생분해성 바인더를 혼합함으로써 황토를 95 중량% 이상 포함하면서도 강도가 높고 견고하며 내수성이 우수한 건축마감재용 황토보드를 발명하였다.

본 발명의 일 양태로서, 황토보드는 황토 95 중량% 이상, 하기 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물로 구성되는 무독성 유기 바인더 3 내지 4 중량% 및 섬유보강재 0.1 내지 1 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

[화학식 1]

상기에서 x는 1 내지 2이고, y는 98 내지 99이다.

[화학식 2]

상기 식에서, R₁은 H 또는 CH₃이고, R₂는 H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₄H₉이다.

상기 a는 25 내지 35, b는 35 내지 45, c는 20 내지 40이다.

상기 바인더는 무독성이며 생분해성으로서, 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2로 표시되는 화합물을 9 대 1 내지 8 대 2의 중량비로 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 섬유보강제는 천연섬유로서 닥섬유 또는 마섬유일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 양태로서, 황토보드는 옥, 맥반석, 게르마늄, 제올라이트 또는 칠보석과 같은 기능성 광물을 1종 이상 포함함으로써, 황토 70 내지 80 중량%, 상기 기능성 광물 10 내지 20 중량%, 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물로 구성된 무독성 유기 바인더 3 내지 4 중량%, 및 섬유보강제 0.1 내지 1 중량%를 포함할 수 있다.

본 발명의 또다른 양태로서, 황토보드는 황토보드의 일 면에 일 방향으로서 복수의 요철을 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 양태로서, 친환경 무독성 황토보드를 제공하는 방법을 제공하는데, 다음의 단계를 포함한다:

(i) 10 내지 20 메쉬의 체를 이용하여 입도가 일정한 황토를 선별하는 단계;

(ii) 선별된 황토 95 중량% 이상, 하기 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물을 포함하는 바인더 3 내지 4 중량% 및 섬유보강재 0.1 내지 1 중량%를 혼합하여 배합하는 단계;

[화학식 1]

상기에서 x는 1 내지 2이고, y는 98 내지 99이다.

[화학식 2]

상기 식에서, R₁은 H 또는 CH₃이고, R₂는 H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₄H₉이다.

상기 a는 25 내지 35, b는 35 내지 45, c는 20 내지 40이다.

(iii) 상기 배합된 혼합물을 반죽하는 단계;

(iv) 상기 반죽된 혼합물을 압출하여 성형하는 단계;

(v) 상기 성형된 황토 보드를 실내에서 24시간 동안 숙성하는 단계;

(vi) 상기 숙성된 황토보드를 48시간 동안 고온에서 열풍건조시키는 단계; 및

(vii) 상기 건조된 황토 보드를 소정의 크기로 절단하는 단계.

또한, 본 발명의 일 양태로서, 상기 (ii) 단계에서 옥, 맥반석, 게르마늄, 제올라이트 또는 칠보석과 같은 기능성 광물을 1종 이상 추가할 수 있다. 상기 기능성 광물을 10 내지 20 중량% 로 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 황토는 총 중량의 약 70 내지 80 중량%를 포함하게 된다.

또한, 본 발명의 다른 양태로서, 상기 (iv) 압출 성형단계는 토련기를 이용하여 황토 배합물을 반죽하면서 압출하게 되는데, 이때 토련기의 출구 앞단에 요철이 형성된 몰드를 결합시킴으로써, 황토보드는 그 일 면에 일 방향으로 복수의 요철을 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 황토보드는 순수한 황토를 95 중량% 이상까지 함유하면서도 독성 물질을 전혀 함유하고 있지 않아, 황토 자체가 주는 친환경적 효과를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 황토보드는 특정의 무독성 유기 바인더를 혼합함으로써 10 내지 15 mm 두께의 얇고 넓은 판재 형태를 형성할 수 있고, 또한 강도가 높고 수분에 의하여 쉽게 부서지지 않는 우수한 황토보드를 제조할 수 있으므로, 습도가 높은 우리나라 환경에서 건축용 자재로서 적합하다.

또한, 본 발명에 따른 황토보드는 황토보드의 두께가 10 내지 15 mm의 얇으면서 길다란 판재의 형태를 가질 수 있어서, 건축 내장재로서 벽면 설치시 간편하게 설치되므로 시간 및 비용이 절감될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 황토보드는 황토보드의 일 면에 요철을 형성함으로써 황토보드의 표면적이 최대 50% 정도 넓어짐으로써 황토의 원적외선 효과와 같은 우수한 효과를 극대화할 수 있으며, 방음 효과 또한 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 황토 보드 제조방법은 압출성형 방식을 적용함으로써 규격화된 황토 보드를 단시간에 대량으로 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 황토보드의 모서리의 견고함 정도를 비교한 사진이다. 본 발명에 따른 황토 보드(a)는 그 표면 및 모서리 부분이 견고함에 비하여, 황토와 닥섬유의 혼합에 의한 황토보드 (b) 및 황토와 물의 혼합에 의한 황토보드 (c)는 그 표면이 매끄럽지 않고 모서리 부분이 훼손되었음을 확인할 수 있다.
도 2는 황토보드를 침수 4시간 경과 후 본 발명에 따른 황토보드(a)와 황토와 닥섬유의 혼합에 의한 황토보드(b) 및 황토와 물의 혼합에 의한 황토보드(c)의 침수 실험 결과를 보여주는 사진이다. 도 2a는 황토보드 (a), 도 2b는 황토보드 (b), 도 2c는 황토보드 (c)의 사진이다.
도 3은 황토보드를 침수 15일 경과 후에 본 발명에 따른 황토보드 (a), 황토와 닥섬유로 구성된 황토보드(b) 및 황토만으로 구성된 황토보드(c)의 침수 시험 결과를 보여주는 사진이다. 왼쪽이 황토보드 (a), 가운데가 황토보드 (b) 및 오른쪽이 황토보드 (c)의 사진이다.
도 4는 본 발명의 제조방법에 따라 황토에 닥섬유 및 바인더를 넣고 혼합한 황토 반죽의 내부 단면을 찍은 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 양태로서, 황토보드의 일 면에 일 방향으로 복수의 요철이 헝성된 황토보드의 단면도(a) 및 사시도(b)를 보여준다.

이하에서, 본 발명을 자세히 설명한다.

본 발명의 일 양태로서, 황토 95 중량% 이상, 하기 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물로 구성된 무독성 유기 바인더 3 내지 4 중량% 및 섬유보강재 0.1 내지 1 중량%를 포함하는 황토보드를 제공한다.

[화학식 1]

상기에서 x는 1 내지 2이고, y는 98 내지 99이다.

[화학식 2]

상기 식에서, R₁은 H 또는 CH₃이고, R₂는 H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₄H₉이다.

상기 a는 25 내지 35, b는 35 내지 45, c는 20 내지 40이다.

본 발명의 주재료가 되는 황토는 라듐이나 수은과 같은 유해물질이 거의 존재하지 않는 순수한 무독성 황토이며, 실내에서 차음, 항균, 습도 조절, 원적외선, 음이온 효과 또는 새집증후군을 방지함으로써 건축 내부에 친환경 효과를 제공할 수 있다. 본 발명에 따라 순수한 황토가 95 중량% 이상을 차지하는 황토보드는 건축물 에 시공되면 주거자는 황토로부터 발생되는 위와 같은 친환경 효과를 효과적으로 누릴 수 있다.

본 발명에 따른 황토 보드의 주성분인 황토는 황토 분말의 형태로 존재한다. 황토 분말은 10 내지 20 메쉬 이하의 체를 이용하여 3 내지 4회에 걸쳐 황토를 걸러낸다. 이에 따라 황토는 10 내지 20 메쉬 이하의 일정한 입도를 가진 황토가 선별될 수 있다.

상기 바인더는 황토에 충분한 결합력과 강도를 부여함으로써, 내수성이 강하고, 얇고 넓으면서도 강도가 높은 황토보드를 제조할 수 있게 해준다. 본 발명에서 상기 바인더의 양이 3 중량% 미만이면 황토에 충분한 결합력을 제공할 수 없고, 상기 바인더의 양이 4 중량%를 초과하면 황토보드가 습기를 흡수하는 성질을 저해하게 되므로, 황토 보드에서 차지하는 상기 바인더의 바람직한 비율은 3 내지 4 중량%이다. 상기 바인더는 무독성이며 생분해성으로서, 친환경 황토보드의 구성요건으로서 황토가 제공하는 우수한 효능을 차단하거나 저해하지 않는다.

상기 바인더는 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물로 구성되는데, 이때 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물은 9 대 1 내지 8 대 2의 중량비로 혼합하여 제조된다. 상기 바인더를 구성하는 화학식 1의 화합물은 폴리비닐계 유기화합물로서, 생분해성을 나타내면서 동시에 황토의 결합을 유도하는 바인더의 역할을 하고 있다. 화학식 2의 화합물은 아크릴계 화합물로서 황토의 결합을 별도의 다른 결합제의 필요없이 황토에 혼합하여 황토의 끈기를 높이고 내구성을 향상시키는 용도이다. 특히, 화학식 1의 화합물은 무독성에 90% 이상의 생분해성이라는 강점을 갖지만, 황토보드에 단독 적용시, 내수성, 내구성 및 내마모성이 약하기 때문에 이를 개선하기 위해 화학식 2의 화합물을 10 내지 20 중량% 혼합하여 사용할 필요가 있다. 따라서 황토 및 무기질의 함수량에 따라 화학식 1과 화학식 2의 중량% 혼합비가 8 대 2 내지 9 대 1로 적절하게 배합될 수 있다. 이처럼 상기 2종의 화합물로 구성된 유기바인더는 본 발명의 황토보드가 순수한 황토를 95 중량% 이상 함유할 수 있도록 하면서, 무독성 생분해성의 친환경적 성질로 인하여 건축재의 내장재로서 적절한 황토보드의 구성성분으로서 중요한 역할을 한다.

상기 섬유보강재는 천연섬유에서 유래되는 것을 특징으로 하며, 닥섬유 또는 마섬유일 수 있다. 상기 닥섬유는 닥나무에서 추출한 섬유를 의미하며, 섬유의 펠렛이 물에 혼합되어 녹아있는 상태로서, 닥죽 또는 닥종이라고 불린다. 상기 마섬유는 마에서 추출한 섬유를 의미한다. 본 발명에서 상기 섬유보강재가 첨가됨으로써 황토보드느 그 강도가 높아지는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다른 양태로서, 상기 황토 보드는 황토 주재료에 게르마늄, 옥, 맥반석, 제올라이트 또는 칠보석과 같은 기능성 광물을 1 종 이상 10내지 20 중량%를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우, 황토 보드 총 중량에 있어서, 황토는 70 내지 80 중량%, 기능성 광물은 10 내지 20중량%, 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물로 구성된 무독성 유기 바인더 3 내지 4 중량%, 및 섬유보강제 0.1 내지 1 중량%를 포함한다.

상기 기능성 광물은 그 광물이 가진 고유한 기능을 황토보드에 부여함으로써 황토와 함께 인체에 유익한 효과를 함께 제공할 수 있다.

구체적으로, 상기 게르마늄은 게르마늄이온이 체내에 들어가 유해물질을 몸 밖으로 배출시켜 정화시킴으로 피를 맑게 하고 혈액순환을 도우며 몸의 기능을 향상시킬 수 있다.

상기 옥은 인체에 필요한 광물질, 칼슘, 마그네슘을 함유하고 있으며 그 성분 중에는 마그네슘이 40%이상을 차지하고 있다. 옥은 생체 조직의 활성화, 혈액순환, 체내의 유해 노폐물 배설 등과 같은 효과를 제공할 수 있다.

상기 맥반석은 1㎤ 당 3만 내지 15만개의 다층다공질로 구성되어 있으며, 오염물질, 세균, 중금속 등을 흡착 분해하는 작용을 하고 또한 시멘트 독성 중화, 항균, 방충 및 강한 탈취력을 제공한다.

상기 칠보석은 원적외선 방사로 혈액의 순환을 증진시키는 효과가 있으며 음이온 다량방사 및 탈취효과를 제공할 수 있다.

상기 제올라이트는 탈취효과, 천연 제습효과가 우수하고, 포름알데히드를 흡착하여 새집 증후군을 예방할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태로서, 황토보드의 일 면에 일 방향으로 복수의 요철이 형성된 황토 보드를 제공할 수 있다. 요철이 형성된 일 면은 건축 내장재로서 외부로 드러나는 면이며, 미감을 일으켜 장식적 효과를 제공할 수도 있다. 도 5는 일 면에 요철이 부여된 황토보드를 예시하고 있다. 도 5(a)는 요철이 형성된 황토보드의 단면도로서, 황토보드의 일 단면의 상면은 복수의 요철이 형성될 수 있다. 여기서 요철의 너비(a) 및 높이(b)와 황토보드의 두께(c)에 대한 비율은 경우에 따라 달라질 수 있다. 도 5(b)는 요철이 부여된 황토보드의 사시도로서, 황토보드의 세로(d) 및 가로(e)의 길이는 경우에 따라 달라질 수 있다.

본 발명에 따른 황토 보드의 제조 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다:

(i) 10 내지 20 메쉬의 체를 이용하여 균일한 입자의 황토를 선별하는 단계;

(ii) 선별된 황토 95 중량% 이상, 하기 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물로 구성되는 무독성 유기 바인더 3 내지 4 중량% 및 섬유보강재 0.1 내지 1 중량%를 혼합하여 배합하는 단계;

[화학식 1]

상기에서 x는 1 내지 2이고, y는 98 내지 99이다.

[화학식 2]

상기 식에서, R₁은 H 또는 CH₃이고, R₂는 H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₄H₉이다.

상기 a는 25 내지 35, b는 35 내지 45, c는 20 내지 40이다.

(iii) 상기 배합된 혼합물을 반죽하는 단계;

(iv) 상기 반죽된 혼합물을 압출하여 성형하는 단계;

(v) 상기 성형된 황토 보드를 실내에서 24시간 동안 숙성하는 단계;

(vi) 상기 숙성된 황토보드를 48시간 동안 고온에서 열풍건조시키는 단계; 및

(vii) 상기 건조된 황토 보드를 소정의 크기로 절단하는 단계.

또한, 상기 (ii) 단계에서 옥, 맥반석, 게르마늄, 제올라이트 또는 칠보석과 같은 기능성 광물을 1종 이상 추가할 수 있다. 여기서 기능성 광물은 10 내지 20 중량% 로 추가하는 것이 바람직하다.

상기 바인더는 화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2로 표시되는 화합물을 9 대 1 내지 8 대 2의 중량비로 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 섬유보강재는 천연섬유에서 유래되는 것을 특징으로 하며, 닥섬유 또는 마섬유일 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 황토 보드는 추가적 강도를 부여하기 위하여 황토 보드의 일 단면에 종이 또는 부직포와 같은 지지체를 부착할 필요가 없다는 특징이 있다. 따라서 그만큼 본 발명에 따른 황토보드의 제조 공정이 간단하고, 이에 따라 제조단가가 낮아져서 대량생산이 용이하므로 실제로 친환경 무독성 황토보드의 대중적 보급이라는 상업적 목적을 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 황토보드 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다:

제 1 단계는 황토 선별단계이다. 본 발명에 사용되는 황토는 지하 1m 깊이에 있는 양질의 황토를 채취하여 선별할 수 있다. 남향의 황토 퇴적층에서 오염되지 않은 황토를 채취하는 것이 바람직하다. 상기 황토는 10 메쉬 이상 20 메쉬 이하의 채를 이용하여 선별하며, 1 회 내지 3회에 걸쳐서 황토를 채로 걸러내는 과정을 거칠 수 있다. 이 과정은 습식으로 진행되며 온도는 평균 60℃ 이하에서 수행된다. 본 발명에 사용되는 황토 분말은 고온에서 습식으로 진행되기 때문에 황토에 충분한 열과 수분을 공급하게 된다.

제 2 단계는 황토보드를 구성하는 성분들을 혼합하여 배합하는 단계이다. 상기 제 1 단계에서 선별된 황토, 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물로 구성된 무독성 유기 바인더 및 섬유보강제를 각각 비율에 맞도록 혼합하여 배합한다. 여기서 기능성 광물을 추가할 수도 있다.

제 3 단계는 혼합된 황토 배합물을 반죽하는 단계이다. 황토 배합물에 물을 첨가하면서 황토를 반죽하고, 이렇게 반죽된 혼합물을 믹서기에서 충분히 비벼서 반죽한다. 이러한 황토 반죽의 내부 모양은 도 5에서 확인할 수 있듯이 섬유보강제인 천연섬유가 황토와 섞여 있으며, 황토 반죽은 점성과 끈기를 갖게 된다.

제 4 단계는 압출성형 단계이다. 황토 반죽을 압출기에 의하여 두께 10 내지 15 mm를 갖는 직사각형 판재 형태로 성형할 수 있다. 본 발명의 황토보드는 토련기에 의하여 압출 방식으로 성형할 수 있다. 기존의 프레스 방식은 황토 반죽을 특정의 압력에 의하여 눌러서 판재를 형성하지만, 본 발명에 따른 압출성형 방식은 토련기의 출구에 부착된 몰드의 모양에 따라 황토 보드의 모양을 결정할 수 있다. 토련기의 출구에 요철이 있는 몰드를 부착하면, 표면에 요철을 갖는 황토보드를 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 압출 방식은 기존 프레스 방식에 비하여 제조시 소요되는 시간이 짧아서 대량생산에 적합하다는 장점이 있다.

제 5 단계는 숙성단계이다. 상기 성형된 황토보드는 아직 단단하게 굳지 않은 상태에서 숙성시킨다. 압출성형되어 나온 황토 보드를 햇빛이 차단된 공간 내 실온에서 약 24시간 숙성시킨다.

제 6 단계는 건조단계이다. 숙성된 황토보드를 고온에서 약 48시간동안 열풍건조시킨다. 건조는 약 35 ℃ 내지 60 ℃의 경화실에서 이루어질 수 있다.

제 7 단계는 절단 단계이다. 건조된 황토 보드는 원하는 크기에 따라 절단함으로써 완성된다. 건조된 황토보드는 사용자에 요구에 따라 소정의 크기로 절단한다. 본 발명에 따른 황토 보드는 판상의 직사각형 형태를 가지는데, 특히 10 내지 15 mm의 두께를 가지며 넓은 판재 형태로 제작이 가능하다. 절단 단계에서는 황토보드의 크기를 용도에 따라 조절할 수 있다.

상기 제 3 단계 이후 황토 반죽을 저속분쇄하는 단계를 추가할 수 있다. 제 3 공정에서 충분히 비벼서 반죽한 황토 반죽은 저속분쇄 공정에 의하여 황토 반죽 내에 있는 덩어리를 더욱 잘게 분쇄할 수 있다. 이는 기계를 통하여 황토보드를 제조하는 과정에 있어서 황토 반죽 내 커다란 덩어리가 기계 가동을 정지시킬 수 있으므로 추가적으로 덩어리를 분쇄하기 위한 것이다. 황토 반죽에 커다란 덩어리는 황토 보드 압출성형 후 건조시 크랙을 일으킬 수 있으므로, 저속분쇄기로 생산정지시 경화된 덩어리를 분쇄하여 황토반죽을 균일하게 분배하여 양질의 제품을 압출성형 할 수 있다.

본 발명에 따른 제조방법은 기존에 황토보드 제작시 보드가 갈라지고 부서질 염려로 인하여 황토 보드를 부직포로 한 번 더 피복하던지 또는 처음 제조단계부터 부직포 등을 지지대로 하여 제조하여야 했던 문제점을 해결하여, 단순히 압출성형 및 건조만으로도 강도가 높은 황토보드를 제조할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태로서, 황토보드는 그 일 면에 일방향으로 복수의 요철을 형성할 수 있다. 복수의 요철을 갖는 황토보드는 표면적이 약 50 % 증가됨으로써, 건축재의 내장재로서 시공시 황토의 원적외선 효과와 같은 유리한 효과가 극대화될 수 있다. 상기 복수의 요철을 갖는 황토보드를 제조하는 방법은 상기 황토보드의 제조 방법에 있어서 압출성형 단계에서 토련기의 출구에 요철이 새겨진 금형을 결합시켜 복수의 요철을 황토 보드의 일 표면에 부여할 수 있다.

본 발명의 무독성 유기 바인더의 제조

(1-1) 화학식 1의 화합물 제조

온도계, 교반기, 환류 냉각기를 구비한 유리 반응기에 증류수 87중량%를 넣고 교반하며 폴리비닐알코올(418 PVA, JAPAN SEKISUI) 13 중량%를 천천히 넣은 후 80 내지 85℃로 승온하여 1시간 용해한다. 418 PVA는 90% 생분해된다.

(1-2) 화학식 2의 화합물 제조

메틸메타아크릴레이트 47중량% 및 2-에틸아크릴레이트 47중량%를 주성분으로 하며, 메타 아크릴산 3중량%, 이타콘산 2중량%, 2-히드록시에틸메타아크릴레이트 1중량%를 포함하는 아크릴계 공중합체 100중량부를 사용하여 프리에멀젼을 만들었다.

먼저, 혼합용기에 증류수 50 중량부를 넣고 반응성 음이온 유화제 1.5 중량부 혼합하여 넣은 후 500rpm의 교반속도로 5분간 교반하고, 여기에 단량체 조성물 100중량부를 10분간 서서히 낙하 투입하여 프리에멀전(단량체 유화액)을 제조하였다. 이와 다른 가열 장치가 있는 반응기에 환류 냉각기와 교반기, 온도계, 적하 깔데기, 질소 주입 장치를 설치한 후 증류수 34 중량부와 음이온 유화제 0.2 중량부를 넣고 80℃로 승온하여 100rpm으로 교반한다. 온도 80℃에서 준비된 프리에멀전 중 5%를 첨가하여 30분간 교반하고 여기에 증류수 5중량부에 중합개시제인 과황산칼륨(KPS) 0.1중량부를 녹인 용액을 첨가하여 중합을 개시하였다. 이를 초기중합이라 하며 30분간 유지하며 중합의 개시를 확인하였다. 확인 후 나머지 프리에멀젼과 증류수 12중량부에 과황산칼륨 0.3 중량부를 녹인 중합개시제를 3시간 동안 함께 일정한 속도로 투입한다. 상기 프리에멀젼의 투입이 끝남과 동시에 60분간 숙성을 거쳐 안정한 에멀전을 제조 하였다. 그 다음, 상기 에멀젼에 25 중량%의 암모니아 수용액을 첨가하여 pH를 7.5~8이 되도록 조절하였다.

(1-3) 혼합 단계

교반기, 적하 깔데기, 환류 냉각기를 구비한 유리 반응기에 앞에서 제조한 화학식 1의 화합물을 80 중량%을 넣고 속도 100 rpm으로 교반하며, 앞에서 제조한 화학식 2의 화합물을 20 중량%를 적하 깔데기를 통하여 30분간 넣어준다. 화학식 2의 화합물을 모두 넣은 후 30분 교반한 후 혼합하여 제조한다.

본 발명의 황토 보드의 제조

유해물질(예:라듐, 수은)이 함유되어있지 않은 순수 황토를 16 메쉬의 체를 사용하여 황토를 걸러냈다. 하기 표 1와 같이, 황토 18.4kg, 실시예 1에서 혼합하여 제조한 유기 바인더 1.4 kg, 닥섬유 0.14kg 및 CMC 0.06 kg를 첨가하여 배합한다. 배합된 황토 등을 포함하는 혼합물을 양날이 돌아가며 짓이기면서 공기층을 빼내는 혼련기를 이용하여 골고루 혼합하고, 필라퍼그밀(믹서기)로 황토를 찰지게 하기 위해 비벼주는 작업을 거쳐 토련기로 압출하여 황토보드를 판재 형태로 성형하였다. 성형된 황토보드는 실온에서 숙성대에 놓고 방치하였다. 숙성된 황토보드는 1단계 35℃, 2단계 45℃, 3단계 60℃로 온습도를 ?춰가며 단계별로 건조를 하였다.

성분	중량비	kg
황토	95%	19
바인더	4.0%	0.8
닥섬유	0.7%	0.14
CMC	0.3%	0.06

[비교예 1]

황토와 섬유보강제만을 포함하는 황토 보드(b)

유해물질이 함유되어있지 않은 순수 황토를 16 메쉬의 체를 사용하여 황토를 걸러내고, 황토(92중량%)와 닥섬유(0.8중량%)만을 혼합하여 실시예 2의 방법에 따라 혼합, 믹서, 압출성형, 숙성 및 건조 과정을 거쳐 황토 보드(b)를 제조하였다.

[비교예 2]

황토와 물을 포함하는 황토 보드(c)

유해물질이 함유되어있지 않은 순수 황토를 16 메쉬의 체를 사용하여 황토를 걸러내고, 다른 첨가물 없이 황토에 물만을 혼합 믹서한 후 실시예 2의 방법과 동일하게 압출성형하여, 숙성건조 과정을 거쳐 황토 보드(c)를 제조하였다.

[실험예 1]

바인더의 독성 테스트

본 발명에 사용된 실시예 1에 의하여 제조된 유기 바인더의 무독성을 확인하기 위하여 화학융합시험연구원에서 유해물질 테스트를 수행하였다.

테스트 결과는 표 2로 나타내었다. 그 결과, 문제가 되는 유해물질은 전혀 나타나지 않았다.

시험 대상	결과	MDL
Pd	검출안됨	5
Cd	검출안됨	1
Hg	검출안됨	1
Cr(Ⅵ)	검출안됨	1
총-PBBs	검출안됨	-
mono-BB	검출안됨	10
Di-BB	검출안됨	10
Tri-BB	검출안됨	10
Tetra-BB	검출안됨	10
Penta-BB	검출안됨	10
Hexa-BB	검출안됨	10
Hepta-BB	검출안됨	10
Octa-BB	검출안됨	10
Nona-BB	검출안됨	10
Deca-BB	검출안됨	10
총-PBDEs	검출안됨	-
Mono-BDE	검출안됨	10
Di-BDE	검출안됨	10
Tri-BDE	검출안됨	10
Tetra-BDE	검출안됨	10
Penta-BDE	검출안됨	10
Hexa-BDE	검출안됨	10
Hepta-BDE	검출안됨	10
Octa-BDE	검출안됨	10
Nona-BDE	검출안됨	10
Deca-BDE	검출안됨	10

Unit: mg/kg=ppm(parts per million)

BB: Bromide biphenyl

PBDE:Polybrominated diphenyl ethers

BDE: bromodiphenyl ether

MDL: Method Detection Limit

[실험예 2]

황토 보드의 마감 정도 비교

상기 실시예에 따라 제조된 황토보드(a) 및 비교예에서 만들어진 황토보드 (b) 및 (c)를 각각 상온에서 장시간 방치하면서 마감상태를 눈으로 관찰하였다. 황토보드 샘플의 표면 및 모서리가 어느 정도 마모되어 있는지를 확인하였다(도 1 참조). 황토보드 a는 육안으로 관찰하더라도 황토보드 b 및 c에 비하여 표면이 매끄럽고 그 모서리가 단단하고 깔끔하여 마모가 덜 일어났으며 마감상태가 매우 우수함을 확인할 수 있었다.

[실험예 3]

황토 보드의 강도 비교

황토보드 a, b, c를 너비 50 mm, 높이 100 mm, 두께 15 mm의 판재형태로 가공하여, 강도측정기계에서 해당 황토보드가 휘어지거나 부서지는 순간에서의 압력을 측정하여 그 결과를 표 3으로 나타냈다.

평균휨강도(Kn)	황토보드 a	황토보드 b	황토보드 c
1회	0.0435830	0.01616488	0.00995751
2회	0.03690990	0.01766766	0.00943652
평균치	0.04024670	0.01691627	0.00969601

(단위: 1 Kn = 100 kg)

표 3에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 황토보드 a는 황토와 닥섬유를 포함한 황토보드 b 보다 약 2.2배 정도 강하고, 황토만으로 이루어진 황토보드 c 보다는 약 4배가 더 강하였다.

[실험예 4]

황토보드의 침수 실험

황토보드가 수분에 얼마나 강한지를 테스트학 위한 실험을 수행하였다.

본 발명의 황토보드 a와 비교예의 황토보드 b, c를 수돗물에 푹 잠길 정로도 침수시켰다. 침수 4 시간 경과 후를 관찰하였다(도 2 참조). 또한 상기 황토보드들은 침후 15일 경과 후를 관찰하였다(도 3 참조). 도 3에서는 왼쪽이 황토보드 a, 가운데가 황토보드 b, 오른쪽이 황토보드 c이다. 침수 15일이 경과하였으나, 본 발명에 따른 황토보드 a는 거의 변함이 없을 정도로 형태를 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

1. 건축물의 내장용 친환경 황토 보드에 있어서,
   10 내지 20 메쉬의 입도를 갖는 황토 95 중량% 이상, 하기 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물로 구성되는 무독성 유기 바인더 3 내지 4 중량% 및 섬유보강재 0.1 내지 1 중량%를 포함하고,
   상기 황토 보드는 두께가 10 내지 15 mm인 황토보드.
   [화학식 1]
   

   

   
   상기에서 x는 1 내지 2이고, y는 98 내지 99이다.
   [화학식 2]
   

   

   
   상기 식에서, R₁은 H 또는 CH₃이고, R₂는 H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₄H₉이다.
   상기 a는 25 내지 35, b는 35 내지 45, c는 20 내지 40이다.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 무독성 유기 바인더는 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물을 9 대 1 내지 8 대 2의 중량비로 구성되는 것을 특징으로 하는 황토 보드.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 무독성 유기 바인더는 무독성이며 생분해성인 것을 특징으로 하는 황토 보드.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 황토 보드는 일 면에 일방향으로 복수의 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 황토 보드.
   
5. 건축물의 내장용 친환경 황토 보드에 있어서,
   10 내지 20 메쉬의 입도를 갖는 황토 70 내지 80 중량% 이상, 하기 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물을 8 대 2 내지 9 대 1의 중량비로 구성되는 무독성 유기 바인더 3 내지 4 중량%, 섬유보강재 0.1 내지 1 중량%, 및 옥, 맥반석, 게르마늄, 제올라이트 및 칠보석으로 구성된 군 중에서 선택되는 1종 이상의 기능성 광물을 10 내지 20 중량%를 포함하고,
   상기 황토 보드는 두께가 10 내지 15 mm인 황토보드.
   [화학식 1]
   

   

   
   상기에서 x는 1 내지 2이고, y는 98 내지 99이다.
   [화학식 2]
   

   

   
   상기 식에서, R₁은 H 또는 CH₃이고, R₂는 H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₄H₉이다.
   상기 a는 25 내지 35, b는 35 내지 45, c는 20 내지 40이다.
   
6. 건축물의 내장용 친환경 황토보드를 제조하는 방법으로서,
   (i) 10 내지 20 메쉬의 체를 이용하여 일정한 입도의 황토를 선별하는 단계;
   (ii) 상기 선별된 황토 95 중량% 이상, 하기 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물로 구성된 바인더 3 내지 4 중량% 및 섬유보강재 0.1 내지 1 중량%를 혼합하여 배합하는 단계;
   [화학식 1]
   

   

   
   상기에서 x는 1 내지 2이고, y는 98 내지 99이다.
   [화학식 2]
   

   

   
   상기 식에서, R₁은 H 또는 CH₃이고, R₂는 H, CH₃, C₂H₅ 또는 C₄H₉이다.
   상기 a는 25 내지 35, b는 35 내지 45, c는 20 내지 40이다.
   (iii) 상기 배합된 혼합물을 반죽하는 단계;
   (iv) 상기 반죽된 혼합물을 압출하여 성형하는 단계;
   (v) 상기 성형된 황토 보드를 실내에서 24시간 동안 숙성하는 단계;
   (vi) 상기 숙성된 황토보드를 48시간 동안 고온에서 열풍건조시키는 단계; 및
   (vii) 상기 건조된 황토 보드를 소정의 크기로 절단하는 단계를 포함하는 방법.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 (vi) 건조단계는 35 ℃ 내지 60 ℃도에서 열풍건조하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
8. 제6항에 있어서, 상기 (iv) 압출성형 단계에서 황토 보드의 일 면에 일방향으로 복수의 요철을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
   
9. 제6항에 있어서, 상기 (iii) 반죽 단계 이후에 황토반죽을 저속 분쇄하는 공정을 추가로 포함하는 방법.

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