KR20200054422A - 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌을 제조하는 방법에 있어서: 폐수지를 알갱이 형태로 분쇄시켜 수지 칩으로 준비하고, 황토를 망사로 걸러 불순물을 제거시킨 고 순도 황토분말을 준비하는 준비공정(S10); 위 황토분말 75~85 중량%와 수지 칩 15~25 중량%를 혼합하여 벽돌원료를 생성하는 혼합공정(S20); 위 벽돌원료에 물을 배합하여 10 내지 33%의 함수율로 조절하여 점성을 가지는 반죽원료를 생성하는 반죽공정(S30); 위 반죽원료를 성형 틀에 고압으로 압축하여 설정 크기의 반제품을 생성하는 성형공정(S40); 위 반제품을 40~60℃에서 12 내지 24시간 가열 건조하고, 2 내지 3일 동안 자연 건조시켜 황토벽돌을 완성하는 건조공정(S50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은 황토와 버려진 폐수지를 혼합하여 제조함으로써 폐수지가 연약지반을 보강하는 토목섬유와 동일 내지 유사한 보강역할을 수행함에 따라 전반적인 환경오염을 방지하면서도 강도와 내구성을 대폭 향상시키는 효과가 있다.

Description

폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌의 제조방법{A method of manufacturing eco-friendly loess bricks using waste paper}

본 발명은 황토벽돌을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 인체에 유용한 원적외선을 방출하는 황토와 버려지는 폐수지를 혼합하여 제조함으로써 전반적인 환경오염을 방지하면서도 강도를 향상할 수 있는 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌의 제조방법에 관한 것이다.

최근 들어 사회적으로 웰빙(well-being)을 추구하는 경향이 강해지고 있다. 웰빙의 사전적 의미로는 복지, 안녕, 행복을 뜻하며, 우리말로는 참살이라고 번역되어 사용되기도 한다. 이는 물질적인 풍요에 치우치는 경향을 보이는 첨단화된 산업사회에서 육체와 정신의 견강이 조화로운 결합을 추구하는 새로운 삶의 방식이나 문화현상으로 볼 수 있다. 그 유래는 명확하지 않지만 1960년대 미국에서 시작된 히피주의에서 연관성을 찾기도 하고, 환경 친화적, 생태학적, 에너지의 효율적 제품을 선호하는 로하스(Life of health and Subaudibility)족을 언급하기도 한다.

웰빙은 다양한 개념을 포괄하여 자의적으로 정의할 수 있지만, 결국 물질적 가치나 명예보다는 건강한 심신을 유지하는 삶을 행복의 척도로 삼는 것이다. 우리나라에서는 2003년 후반부터 이른바 웰빙 붐이 일기 시작하였는데, 이러한 삶을 추구하는 사람들을 웰빙족이라고 부른다. 이들은 구체적인 생활면에서 육류 대신 생선과 유기농산물을 선호하고, 단전호흡·요가 등의 명상 요법과 여행·등산·독서 등의 취미 생활을 통하여 심신의 건강을 추구하는 것이 특징이다.

이러한 웰빙 경향에 따라 건축자재에서도 기존의 철근 콘크리트 구조보다 환경 친화적인 황토벽돌의 수요가 증가하고 있다. 황토벽돌은 자연에 존재하는 황토를 원료로 한 제품이기 때문에 인체에 유익하고, 습기를 조절하는 효능이 있으며, 그 밖에 항균 등의 유익한 효능이 있다.

예컨대, 대한민국 등록특허공보 제10-1589382호 (발명의 명칭: 황토벽돌의 제조방법)를 제안하고 있다. 제안된 문헌에 따르면, 오염되지 않은 순수한 황토를 선별한 후 왕겨를 첨가하여 원적외선 방출량을 향상시키고, 왕겨의 효소가 황토와 반응하도록 유도하여 탈취 및 정화를 높이며, 왕겨 및 황토를 연소시켜 왕겨 및 황토 속의 규산염 성분을 상승시킴으로써 포졸란 반응성의 상승으로 인해 황토반죽의 내구성과 압축강도를 높이도록 하였다.

그러나 인체에 유익한 원적외선 방출량은 향상시키고 왕겨와 황토에 존재하는 수많은 미생물들의 상호 작용에 의해 탈취와 정화를 향상시키는데 초점이 맞춰져 있을 뿐이다. 즉, 최근 급격히 증가하는 폐수지에 대한 환경오염이 대두되고 있는바 이러한 폐수지를 황토벽돌에 적용하여 재활용할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1589382호 (발명의 명칭: 황토벽돌의 제조방법)

본 발명은 위의 제반 문제점을 보다 적극적으로 해소하기 위하여 창출된 것으로, 인체에 유용한 원적외선을 방출하는 황토와 폐수지를 혼합하여 제조함으로써 폐수지가 연약지반을 보강하는 토목섬유와 동일한 보강역할을 수행함에 따라 전반적인 환경오염을 방지하면서도 강도와 내구성을 대폭 향상할 수 있는 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌의 제조방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

위의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서 제안하는 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌의 제조방법의 구성은 다음과 같다.

위 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌의 제조방법은 폐수지를 알갱이 형태로 분쇄시켜 수지 칩으로 준비하고, 황토를 망사로 걸러 불순물을 제거시킨 고 순도 황토분말을 준비하는 준비공정; 위 황토분말 75~85 중량%와 수지 칩 15~25 중량%를 혼합하여 벽돌원료를 생성하는 혼합공정; 위 벽돌원료에 물을 배합하여 10 내지 33%의 함수율로 조절하여 점성을 가지는 반죽원료를 생성하는 반죽공정; 위 반죽원료를 성형 틀에 고압으로 압축하여 설정 크기의 반제품을 생성하는 성형공정; 위 반제품을 40~60℃에서 12 내지 24시간 가열 건조하고, 2 내지 3일 동안 자연 건조시켜 황토벽돌을 완성하는 건조공정; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명에 의한 위 반죽공정은 벽돌원료 80~85 중량%에 천연접착제 5~15 중량%, 숯 3~5 중량%, 게르마늄 3~5 중량%를 혼합한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 위 반죽공정(S30)은 천연접착제는 지푸라기, 왕겨, 시멘트 중에서 어느 하나 또는 이들이 혼합된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 위 천연접착제는 시멘트 50 중량%에 1 내지 5cm 길이로 절단된 지푸라기 25 중량%와 왕겨 25 중량%를 혼합한 것을 특징으로 한다.

상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 인체에 유용한 원적외선을 방출하는 황토와 폐수지를 혼합하여 제조함으로써 폐수지가 비교적 연약한 강도를 가진 황토의 인장강도를 향상하고, 균열의 발생과 성장을 억제하며 하중과 변형율을 분산시키거나 감소시켜 황토 구조물의 역학적 안정성을 기대할 수 있는 것은 물론, 버려지는 폐수지를 활용함으로써 전반적인 환경오염을 방지하는데 기여할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 제조과정을 전체적으로 간략하게 나타내는 순서도.

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구성 및 이로 인한 작용, 효과에 대해 일괄적으로 기술하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그리고 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명은 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌을 제조하는 방법과 관련되며, 도 1처럼 준비공정(S10), 혼합공정(S20), 반죽공정(S30), 성형공정(S40), 건조공정(S50)을 순차적으로 거쳐 황토벽돌을 완성하는 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌의 제조방법이다.

본 발명의 제조방법은 황토와 버려진 폐수지를 혼합하여 제조함으로써 폐수지가 연약지반을 보강하는 토목섬유와 동일 내지 유사한 보강역할을 수행함에 따라 전반적인 환경오염을 방지하면서도 강도와 내구성을 대폭 향상시키는 것을 주요 요지로 한다.

-준비공정-

준비공정(S10)은 폐수지를 알갱이 형태로 분쇄시켜 수지 칩으로 준비하고, 황토를 망사로 걸러 불순물을 제거시킨 고 순도 황토분말을 준비한다. 즉, 폐기 처리된 수지 중 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)을 선별하고, 선별된 폐수지를 모래알 크기의 알갱이로 분쇄하여 수지 칩으로 준비한다. 그리고 황토는 5~10 메시 망으로 1 내지 3회에 걸쳐 걸러서 불순물을 제거하고, 초미립자 고 순도 황토분말로 선별 처리한다.

이때, 폐수지를 선별하는 과정에서 오염과 부식에 따라 분류한다. 즉, 오염수준과 부식상태가 비교적 양호한 폐수지는 미립 분말로 분쇄시켜 여타의 수지 제품을 생산하는 원료로 재활용하고, 오염수준과 부식상태가 심각한 폐수지는 알갱이로 분쇄하여 황토벽돌의 원료로 이용한다.

-혼합공정-

혼합공정(S20)은 준비된 황토분말과 수지 칩을 혼합하여 벽돌원료를 생성한다. 즉, 황토분말 75~85 중량%에 수지 칩 15~25 중량%를 혼합한다. 황토분말의 혼합양이 75% 이하의 경우에는 황토벽돌이 가진 본래의 기능이 상실되고, 85 중량% 이상의 경우에는 강도가 저하되는 문제가 있다. 그리고 폐수지의 혼합양이 15%의 이하의 경우에는 강도향상이 미흡하고, 25 중량% 이상의 경우에는 오히려 응집성이 저하되는 문제가 있다. 따라서 황토분말 80 중량%에 폐수지 20 중량%로 혼합하는 것이 바람직하다.

-혼합공정-

-반죽공정(S30)은 준비된 벽돌원료에 물을 배합하여 점성을 가지는 반죽원료로 처리한다. 즉, 벽돌원료에 물을 배합하여 10 내지 33%의 함수율로 조절하는데, 함수율이 10% 이하 또는 33% 이상의 경우에는 너무 높거나 무른 점성으로 후술하는 성형공정(S30)이 불가능함에 따라 20% 함수율로 배합하는 것이 적절하다.

이때, 반죽공정(S30)은 원적외선을 방출을 향상하는 물질과 강도를 향상하는 물질을 더 혼합할 수도 있다. 즉, 벽돌원료 80~85 중량%에 천연접착제 5~15 중량%, 숯 3~5 중량%, 게르마늄 3~5 중량%를 혼합하는데, 바람직하게는 벽돌원료 84 중량%에 천연접착제 10 중량%, 숯 4 중량%, 게르마늄 4 중량%로 혼합하는 것이 가장 좋다. 이러한 천연접착제는 황토와 상호 작용을 통해 응집성을 향상하고, 숯과 게르마늄은 원적외선 방출과 함께 항균 및 탈취 효능을 부가해 준다.

여기서 천연접착제로는 지푸라기, 왕겨, 시멘트 중에서 어느 하나 또는 이들이 혼합한 것이 좋다. 지푸라기와 왕겨 및 시멘트는 황토 속의 규산염 성분을 상승시켜 경화 반응성을 높여준다. 즉, 상온의 조건하에서 미분말의 상태로 수분의 존재 하에서는 수산화칼슘과 반응하여 경화시켜 줌으로써 전반적인 내구성과 압축강도를 높일 수가 있다.

이러한 지푸라기와 왕겨 및 시멘트 중 어느 하나로 구성할 수도 있으나, 이들을 모두 혼합하는 것이 더 좋다. 즉, 시멘트 50 중량%에 1 내지 5cm 길이로 절단된 지푸라기 25 중량%와 왕겨 25 중량%를 혼합하는 것이 좋다. 이러한 혼합으로 조성된 천연접착제는 경화 반응성을 극대화시켜 황토벽돌의 내구성과 압축강도를 극대화할 수가 있다.

-성형공정-

성형공정(S40)은 준비된 반죽원료를 성형 틀에 고압으로 압축하여 설정 크기의 반제품을 생성한다. 즉, 반죽원료를 이송 스크루로 압송하여 성형 틀에 고압으로 주입한다. 그리고 성형 틀을 프레스 압착하여 15cm x 30cm x 10cm 크기의 반제품을 완성한다. 여기서 프레스에 압착하는 방법 외에도 설정 단면 크기의 성형 틀에 반죽원료를 고압으로 압출시킬 수도 있다. 이 경우 압출된 반죽원료를 길이별로 절단하여 설정 크기의 반제품으로 완성한다.

-건조공정-

건조공정(S50)은 완성된 반제품을 40~60℃에서 12 내지 24시간 가열 건조하고, 2 내지 3일 동안 자연 건조시켜 황토벽돌을 완성한다. 즉, 설정 크기로 성형된 반제품을 히터에 의해 열풍이 순환되는 건조로에 투입시켜 60℃에서 24시간 1차 건조하고, 건조된 반제품을 외부와 차단되며 빛이 투과되는 건조실에 투입시켜 48시간 동안 2차 건조하여 황토벽돌을 완성한다. 완성된 황토벽돌은 60 내지 120kg/cm²의 강도와 0.9~0.95㎛의 원적외선 방사 율을 가지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 제조방법이 가지는 효과를 입증하기 위해 아래의 실험을 토대로 분석해 보았다.

-실험방법-

폐수지와 황토를 혼합한 실험군과, 황토만을 준비한 대조군, 그리고 실험군에 천연접착제와 숯, 게르마늄을 혼합한 변형군으로 구별하여 황토벽돌을 제작하여 압축강도와 변형률을 측정해보았다.

-시료제작-

실험군은 황토분말 80 중량%, 수지 칩 20 중량%로 혼합하여 벽돌원료를 생성하고, 대조군은 황토분말만으로 벽돌원료를 생성하였다. 각각의 벽돌원료에 물을 배합하여 20% 함수율로 조절한 다음, 15cm x 30cm x 10cm의 크기로 성형한 이후 60℃에서 24시간 가열 건조하고, 48시간 동안 자연 건조를 실시하여 황토벽돌을 완성하였다. 여기서 실험군의 벽돌원료 84 중량%에 천연접착제 10 중량%, 숯 4 중량%, 게르마늄 4 중량%로 혼합하여 동일한 과정으로 황토벽돌을 완성하였다.

-실험조건-

완성된 실험군과 대조군 그리고 변형군을 만능재료 시험기(Universal Testing Machine)를 이용하여 500kg/f의 하중을 재하 하였다.

-실험결과-

	실험군	대조군	변형군
압축강도(kgf/cm2)	60	50	120
변형률(%)	16	8	12

실험결과 표 1과 같이 실험군은 60 kgf/cm²의 압축강도와 16% 변형률로 측정된 반면 대조군은 50 kgf/cm²의 압축강도와 8% 변형률로 측정되었다. 즉, 폐수지와 황토를 혼합하는 것이 강도가 향상됨을 알 수가 있다. 특히 변형군을 살펴보면, 120 kgf/cm²의 압축강도로 실험군과 대조군에 비해 2배 이상의 높은 강도를 가진다는 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명은 인체에 유용한 원적외선을 방출하는 황토와 폐수지를 혼합하여 제조함으로써 폐수지가 비교적 연약한 강도를 가진 황토의 인장강도를 향상하고, 균열의 발생과 성장을 억제하며 하중과 변형율을 분산시키거나 감소시켜 황토 구조물의 역학적 안정성을 기대할 수 있는 것은 물론, 버려지는 폐수지를 활용함으로써 전반적인 환경오염을 방지하는데 기여할 수 있다.

S10: 준비공정
S20: 혼합공정
S30: 반죽공정
S40: 성형공정
S50: 건조공정

Claims (4)

1. 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌을 제조하는 방법에 있어서:
   폐수지를 알갱이 형태로 분쇄시켜 수지 칩으로 준비하고, 황토를 망사로 걸러 불순물을 제거시킨 고 순도 황토분말을 준비하는 준비공정(S10);
   위 황토분말 75~85 중량%와 수지 칩 15~25 중량%를 혼합하여 벽돌원료를 생성하는 혼합공정(S20);
   위 벽돌원료에 물을 배합하여 10 내지 33%의 함수율로 조절하여 점성을 가지는 반죽원료를 생성하는 반죽공정(S30);
   위 반죽원료를 성형 틀에 고압으로 압축하여 설정 크기의 반제품을 생성하는 성형공정(S40);
   위 반제품을 40~60℃에서 12 내지 24시간 가열 건조하고, 2 내지 3일 동안 자연 건조시켜 황토벽돌을 완성하는 건조공정(S50);
   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   위 반죽공정(S30)은 벽돌원료 80~85 중량%에 천연접착제 5~15 중량%, 숯 3~5 중량%, 게르마늄 3~5 중량%를 혼합한 것을 특징으로 하는 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌의 제조방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   위 반죽공정(S30)은 천연접착제는 지푸라기, 왕겨, 시멘트 중에서 어느 하나 또는 이들이 혼합된 것을 특징으로 하는 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌의 제조방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   위 천연접착제는 시멘트 50 중량%에 1 내지 5cm 길이로 절단된 지푸라기 25 중량%와 왕겨 25 중량%를 혼합한 것을 특징으로 하는 폐수지를 이용한 친환경 황토벽돌의 제조방법.

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