KR20200074721A - 굴패각을 이용한 친환경 산업자재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물; 굴패각 입자; 시멘트; 및 경화제를 포함하는 산업자재용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기되는 굴패각을 재활용함으로써 환경문제를 해결할 수 있고 산업자재의 압축강도를 향상시키고 흡수율을 줄일 수 있는 산업자재용 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 물; 굴패각 입자; 시멘트; 및 경화제를 포함함으로써, 폐기되는 굴패각을 재활용하여 환경문제를 해결할 수 있는 산업자재용 조성물을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 조성물은 벽돌, 블록, 시멘트 블록, 보도블록, 콘크리트 블록, 건축용 내외장재, 산업용 내외장재 등의 건축자재, 산업자재 등을 제조하는데 사용될 수 있다.

Description

굴패각을 이용한 친환경 산업자재{An eco-friendly industrial materials using oyster shell}
본 발명은 물; 굴패각 입자; 시멘트; 및 경화제를 포함하는 산업자재용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기되는 굴패각을 재활용함으로써 환경문제를 해결할 수 있고 산업자재의 압축강도를 향상시키고 흡수율을 줄일 수 있는 산업자재용 조성물에 관한 것이다.
굴패각(굴껍질)은 남해안을 중심으로 해마다 많은 양이 발생하고 있으며, 이를 비료나 굴양식을 위해 일부 재활용하고 있지만, 대부분은 폐기되고 있다.
굴패각은 주성분이 탄산칼슘으로서, 단열성능 및 기계적 특성이 우수하여 건축자재, 산업자재 등으로 활용이 가능하다.
현재 건축자재 및 산업자재로 주로 사용되는 시멘트는 중금속과 발암물질을 포함하고 있어 사용에 어려움이 있으며, 건축자재의 필수성분인 모래, 자갈 등은 수급에 문제가 있다.
따라서 굴패각을 활용하여 벽돌, 블록, 건축용 내외장재, 산업용 내외장재 등에 적용하고자 하는 다양한 시도가 이루어지고 있다.
이와 관련하여 한국등록특허 제10-1721247호는 굴패각 분쇄물, 시멘트, 골재, 아미노산, 조강제 및 물과 혼합하여 제조되는 콘크리트 블록을 개시하고 있다.
그러나 상기 기술은 콘크리트 블록의 압축강도가 낮고 흡수율이 증가하여 건축자재로 장기간 안정적으로 사용될 수 없다.
한국등록특허 제10-1721247호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 물; 굴패각 입자; 시멘트; 및 경화제를 포함함으로써, 폐기되는 굴패각을 재활용하여 환경문제를 해결할 수 있는 산업자재용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 경화제로서 아크릴계 고분자 및 라텍스계 고분자를 사용함으로써 산업자재의 압축강도를 향상시키고 흡수율을 줄일 수 있는 산업자재용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 물; 굴패각 입자; 시멘트; 및 경화제를 포함하는 산업자재용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 굴패각 입자의 입경은 1~3mm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 경화제는 아크릴계 고분자 및 라텍스계 고분자에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 산업자재용 조성물은 시멘트 100중량부에 대하여 굴패각 입자 300~600중량부, 경화제 5~20중량부 및 물 50~150중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 산업자재용 조성물로부터 제조되는 콘크리트 블록을 제공한다.
본 발명은 물; 굴패각 입자; 시멘트; 및 경화제를 포함함으로써, 폐기되는 굴패각을 재활용하여 환경문제를 해결할 수 있는 산업자재용 조성물을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 경화제로서 아크릴계 고분자 및 라텍스계 고분자를 사용함으로써 산업자재의 압축강도를 향상시키고 흡수율을 줄일 수 있는 산업자재용 조성물을 제공할 수 있다.
아울러 본 발명의 조성물은 벽돌, 블록, 시멘트 블록, 보도블록, 콘크리트 블록, 건축용 내외장재, 산업용 내외장재 등의 건축자재, 산업자재 등을 제조하는데 사용될 수 있다.
이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.
본 발명은 물; 굴패각 입자; 시멘트; 및 경화제를 포함하는 산업자재용 조성물에 관한 것이다.
상기 산업자재용 조성물은 시멘트 100중량부에 대하여 굴패각 입자 300~600중량부, 경화제 5~20중량부 및 물 50~150중량부를 포함할 수 있다.
상기 물은 조성물의 농도를 조절하고, 상기 경화제와 함께 조성물을 경화시키기 위한 것으로서, 물의 함량은 시멘트 100중량부에 대하여 50~150중량부인 것이 바람직하다. 물의 함량이 50중량부 미만인 경우 균일한 조성물을 형성할 수 없고 가공성이 저하되며, 함량이 150중량부를 초과하면 경화특성이 저하될 수 있다.
상기 굴패각 입자는 굴패각을 전처리한 후 이를 분쇄하는 단계를 거쳐 제조된다.
이때 전처리는 굴패각 표면에 붙어있는 다양한 불순물을 제거하기 위해 사용된다.
이를 위해 굴패각을 미생물반응장치에 투입한 후 미생물로 처리하여 불순물을 제거하거나 분사장치를 통하여 미생물을 포함하는 용액을 굴패각에 분사하여 불순물을 제거할 수 있다.
전처리된 굴패각을 수득하여 물로 세척한 후 건조한 다음 분쇄하여 굴패각 입자를 제조한다.
이때 굴패각 입자의 입경은 1~3mm 인 것이 바람직하며, 입자의 입경이 1mm 미만이면 흡수율이 증가하고, 입경이 3mm를 초과하면 기계적 특성이 저하된다.
굴패각 입자의 함량은 시멘트 100중량부에 대하여 300~600중량부인 것이 바람직하다. 굴패각 입자의 함량이 300중량부 미만인 경우 기계적 특성이 저하되며, 함량이 600중량부를 초과하면 가공성이 저하될 수 있다.
상기 경화제는 조성물을 경화시키기 위한 것으로서, 아크릴계 고분자 및 라텍스계 고분자에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 아크릴계 고분자는 분자 내에 아크릴기를 갖는 고분자라면 특별히 제한이 없으며, 아크릴계 모노머를 중합하여 제조되거나 아크릴계 모노머와 다른 모노머를 공중합하여 제조될 수 있다.
또한 아크릴계 고분자 자체로 사용될 수 있고, 아크릴계 고분자 에멀젼의 형태로 사용될 수도 있다.
상기 아크릴계 고분자는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, n-아밀아크릴레이트, 이소아밀아크릴레이트, n-헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 히드록시메틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 히드록시프로필아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 이소프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, n-아밀메타크릴레이트, 이소아밀메타크릴레이트, n-헥실메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 히드록시메틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산 또는 이들의 혼합물을 중합시켜 제조될 수 있다.
상기 아크릴계 고분자는 하이드록실기, 카르복실기 등의 관능기를 포함할 수 있으며, 이러한 관능기는 조성물을 구성하는 성분들의 결합력을 향상시켜 산업자재의 흡수율을 감소시키고 기계적 특성을 증가시킬 수 있다.
상기 라텍스계 고분자는 천연고무(NR), 부타디엔 고무(BR), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리클로로프렌 고무(CR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 이소프렌 고무(IR), 스티렌-아크릴로니트릴 고무(SAN), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 고무(ABS), 에틸렌-프로필렌 고무(EPR) 및 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM)로부터 하나 이상 사용될 수 있다.
상기 라텍스계 고분자는 하이드록실기, 카르복실기 등의 관능기를 포함할 수 있으며, 이러한 관능기는 조성물을 구성하는 성분들의 결합력을 향상시켜 산업자재의 흡수율을 감소시키고 기계적 특성을 증가시킬 수 있다.
상기 경화제의 함량은 시멘트 100중량부에 대하여 5~20중량부인 것이 바람직하다. 경화제의 함량이 5중량부 미만인 경우 기계적 특성이 저하되며, 함량이 20중량부를 초과하면 내충격성이 저하될 수 있다.
경화제로서 아크릴계 고분자 및 라텍스계 고분자를 동시에 사용할 수 있으며, 이때 아크릴계 고분자 및 라텍스계 고분자의 중량비는 60~80:20~40인 것이 바람직하다.
또한 상기 경화제의 pH는 8~11 인 것이 바람직하고, pH가 상기 수치범위를 가지는 경우 흡수율과 압축강도가 향상될 수 있다.
또한 상기 조성물은 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체를 추가로 포함할 수 있다.
상기 공중합체 내에 포함된 다수의 카르복실기는 시멘트, 경화제 및 굴패각 입자와 결합하여 기계적 특성 및 흡수율을 개선할 수 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제로는 3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시메틸트리에톡시실란, 메타크릴록시메틸트리메톡시실란 등이 있다.
상기 아크릴산 모노머는 아크릴산, 메타크릴산, 메틸 아크릴산, 에틸 아크릴산, 부틸 아크릴산, 2-에틸 헥실 아크릴산, 데실아크릴산, 메틸 메타크릴산, 에틸 메타크릴산, 부틸 메타크릴산, 2-에틸 헥실 메타크릴산, 데실메타크릴산 등이 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 중량비는 10~30:70~90인 것이 바람직하며, 중량비가 10:90 미만이면 조성물의 결합력이 저하되고, 30:70을 초과하면 기계적 특성이 저하된다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제 및 아크릴산 모노머의 공중합체의 함량은 시멘트 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것이 바람직하며, 공중합체의 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 가공성이 저하된다.
또한 상기 조성물은 카르복실기를 포함하는 불포화 단량체 및 에폭시기를 포함하는 불포화 단량체의 공중합체를 추가로 포함할 수 있다.
상기 카르복실기를 포함하는 불포화 단량체는 카르복실기를 포함하는 비닐방향족 단량체; 카르복실기를 포함하는 아크릴레이트계 단량체; 카르복실기를 포함하는 비닐시아나이드계 단량체; 카르복실기를 포함하는 비닐할로겐계 단량체 등이 사용될 수 있다.
상기 에폭시기를 포함하는 불포화 단량체는 에폭시기를 포함하는 비닐방향족 단량체; 에폭시기를 포함하는 아크릴레이트계 단량체; 에폭시기를 포함하는 비닐시아나이드계 단량체; 에폭시기를 포함하는 비닐할로겐계 단량체 등이 사용될 수 있다.
상기 카르복실기를 포함하는 불포화 단량체 및 에폭시기를 포함하는 불포화 단량체의 중량비는 70~90:10~30인 것이 바람직하다.
상기 카르복실기를 포함하는 불포화 단량체 및 에폭시기를 포함하는 불포화 단량체의 공중합체의 함량은 시멘트 100중량부에 대하여 1~10중량부인 것이 바람직하며, 공중합체의 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우 가공성이 저하된다.
상기 조성물은 보관 안정성 및 분산성을 개선하기 위해 분산제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 분산제는 폴리옥시에틸렌 소르비탄의 지방산 에스테르가 사용될 수 있으며, 폴리옥시에틸렌 소르비탄의 지방산 에스테르는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노팔미테이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트 등이 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 분산제의 함량은 시멘트 100중량부에 대하여 1~5중량부인 것이 바람직하며, 공중합체의 함량이 1중량부 미만인 경우 첨가의 효과가 미미하고, 5중량부를 초과하는 경우 기계적 특성이 저하된다.
또한 본 발명은 상기 산업자재용 조성물로부터 제조되는 콘크리트 블록에 관한 것이다.
상기 조성물은 벽돌, 블록, 시멘트 블록, 보도블록, 콘크리트 블록, 건축용 내외장재, 산업용 내외장재 등의 건축자재, 산업자재 등을 제조하는데 사용될 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 실시를 위하여 예시된 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
평균직경이 2mm인 굴패각 입자 400중량부 및 시멘트 100중량부를 혼합하고 30초 동안 분산하여 제1혼합물을 제조하였다.
상기 제1혼합물에 물 90중량부 및 폴리메틸메타크릴레이트 10중량부를 첨가하고 90초 동안 분산하여 제2혼합물을 제조하였다.
상기 제2혼합물을 블록몰드에 넣은 후 가압성형을 한 다음 60℃에서 12시간 건조하여 블록을 제조하였다.
(실시예 2)
폴리메틸메타크릴레이트 10중량부 대신에 스티렌-아크릴로니트릴 고무(SAN) 10중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 블록을 제조하였다.
(실시예 3)
폴리메틸메타크릴레이트 3중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 블록을 제조하였다.
(실시예 4)
폴리메틸메타크릴레이트 25중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 블록을 제조하였다.
(실시예 5)
폴리메틸메타크릴레이트 10중량부 대신에 폴리메틸메타크릴레이트 7중량부 및 스티렌-아크릴로니트릴 고무(SAN) 3중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 블록을 제조하였다.
(실시예 6)
3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란 및 아크릴산의 공중합체 5중량부를 제2혼합물에 추가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 블록을 제조하였다.
(실시예 7)
글리시딜메타크릴레이트 및 아크릴산의 공중합체 3중량부를 제2혼합물에 추가한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 블록을 제조하였다.
(비교예 1)
폴리메틸메타크릴레이트를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 블록을 제조하였다.
(비교예 2)
폴리메틸메타크릴레이트 10중량부 대신에 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 10중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 블록을 제조하였다.
(흡수율)
실시예 및 비교예에 의하여 제조된 블록을 24시간 동안 침수시켜 흡수율을 측정하였다.
흡수율은 고체 내에 포함된 수분의 양을 나타내는 것으로 KS F 2199에 의거하여 측정하였다.
흡수율은 다음의 식에 의하여 계산된다.
흡수율(%) = (m1-m2)/m2×100
(m1은 시험편의 건조 전 질량, m2는 시험편의 건조 후 질량)
(압축강도)
블록의 압축강도는 KS F 2401 에 의거하여 측정하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 7 1 2
흡수율
(%)		 22.35 23.01 23.69 23.58 21.59 21.13 20.69 25.70 25.37
압축강도
(MPa)		 7.49 7.22 6.46 6.82 7.78 7.93 8.02 6.04 5.96
상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 7은 블록의 흡수율 및 압축강도가 우수하며, 특히 실시예 5 내지 7은 상기 특성이 가장 우수하게 나타났다.
반면 비교예 1 및 2의 경우에는 흡수율 및 압축강도가 실시예에 비하여 저하되었다.

Claims (5)

  1. 물; 굴패각 입자; 시멘트; 및 경화제를 포함하는 산업자재용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 굴패각 입자의 입경은 1~3mm 인 것을 특징으로 하는 산업자재용 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 경화제는 아크릴계 고분자 및 라텍스계 고분자에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 산업자재용 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산업자재용 조성물은 시멘트 100중량부에 대하여 굴패각 입자 300~600중량부, 경화제 5~20중량부 및 물 50~150중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업자재용 조성물.
  5. 제1항의 산업자재용 조성물로부터 제조되는 콘크리트 블록.
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