KR20220028665A - 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법 및 그에 의해 제조된 건축 내장재 - Google Patents

패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법 및 그에 의해 제조된 건축 내장재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법 및 그에 의해 제조된 건축 내장재에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법은, 패각을 준비하는 단계; 상기 패각을 세척 및 건조하는 단계; 상기 세척 및 건조된 패각을 분쇄하여 패각 분말을 제조하는 단계; 상기 패각 분말, 광물 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 압축 성형하여 성형물을 형성하는 단계; 상기 성형물을 건조하는 단계; 및 상기 건조된 성형물을 후처리하는 단계를 포함한다.

Description

패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법 및 그에 의해 제조된 건축 내장재{METHOD FOR PREPARING ARCHITECTURE INTERIOR MATERIAL USING SEA SHELL AND ARCHITECTURE INTERIOR MATERIAL PREPARED BY THE SAME}
본 발명은 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법 및 그에 의해 제조된 건축 내장재에 관한 것이다.
일반적으로 건축용 내장재로 많이 사용하고 있는 타일은 장석, 석회석, 카올린, 지르콘, 아연화 등의 원료를 혼합하여 건식 및 습식분쇄 후 미소성된 타일의 소지 표면에 도포하여 건조한 다음, 약 1,000 ℃ 내지 1,200 ℃ 정도의 온도를 가진 로러허스 가마에서 소성하여 제조되게 된다.
이와 같이 종래기술에 따른 타일은 높은 온도에서 소성 가공함으로써 작업공정이 복잡하고, 제조과정시 고열처리 과정에 따른 2차환경오염과 비용 상승되는 문제가 있다.
한편, 산업폐기물인 현재 발생되는 패각(貝殼)은 조개류의 껍데기로서, 현재 우리나라에서 발생하고 있는 패각은 분말로서 호분이나 제산제, 태운 조개재로서 도료, 매염제, 비료 등으로 이용되고, 단추의 제작, 비료 및 건자재 등과 같은 일차적 가공물로서의 활용, 칼슘성분을 추출하여 식품 또는 의약품으로서의 활용 등으로 실생활에 이용되고 있다.
그러나, 이러한 소비에도 불구하고 패각은 연간 30만 톤 이상이 폐기물로 처리되고 있어서 매립이나 야적을 위해 많은 유지 관리비를 발생시키며, 패각의 처리방식이 다양하게 보급되어 있지 않으므로, 대부분의 굴 패각은 해당 해역에 그냥 방치됨으로 인하여 부패된 악취를 발생시킬 뿐 아니라, 특히 해양폐기물의 주요 오염원으로 패각의 비율이 약 70 %에 달해 심각한 환경문제를 초래하고 있다.
따라서, 건축용이나 산업용에서 사용될 수 있도록 패각의 재활용은 이러한 문제점의 해결 방안으로서 요구되는 상황이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 버려진 패각을 재활용하고 친환경 재료를 사용함으로써, 고열처리 과정, 고가의 화학처리 과정 및 고가의 재료가 불필요하고, 시멘트와 비슷한 강도를 가지지만 가볍고 인체에 무해한 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법 및 그에 의해 제조된 건축 내장재를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법은, 패각을 준비하는 단계; 상기 패각을 세척 및 건조하는 단계; 상기 세척 및 건조된 패각을 분쇄하여 패각 분말을 제조하는 단계; 상기 패각 분말, 광물 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 압축 성형하여 성형물을 형성하는 단계; 상기 성형물을 건조하는 단계; 및 상기 건조된 성형물을 후처리하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각은, 조개 패각, 전복 패각, 소라 패각, 성게 패각, 굴 패각 및 폐산호로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 조개 패각은 가리비 조개 패각, 개조개 패각, 피조개 패각, 꼬막 패각, 새꼬막 패각, 바지락 패각, 새조개 패각, 키조개 패각, 진주조개 패각, 코끼리 조개 패각, 함박 조개 패각, 홍합 패각 및 대합조개 패각으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각을 세척 및 건조하는 단계는, 산 세척 단계; 및 표면 잔여물 세척 단계를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산 세척은, 상기 패각을 빙초산(CH3COOH), 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 무수크롬산(CrO7) 및 플루오르화 수소산(HF)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 산성 용액에 12 시간 내지 96 시간 동안 침지시키는 것이고, 상기 패각 10 kg 당 물 : 산성 용액의 혼합비가 5 : 1 내지 20 : 1인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 표면 잔여물 세척은, 상기 산 세척된 패각을 브러시를 이용하여 물 세척하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각을 세척 및 건조하는 단계는, 상기 건조는 자연 건조 또는 180 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서 20 분 내지 30 분 동안 오븐 건조하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 세척 및 건조된 패각을 분쇄하여 패각 분말을 제조하는 단계에서, 상기 패각 분말은 0.01 mm 내지 1 mm의 저입자, 1 mm 내지 5 mm의 중입자 및 5 mm 내지 15 mm의 고입자를 포함하도록 분쇄되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각 분말, 광물 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계는, 상기 패각 분말, 규산염 광물 및 복합 다당류 접착제를 포함하는 고체 혼합물; 및 용매;를 포함하는 제1 혼합물; 또는 상기 패각 분말, 규산염 광물, 점토광물, 황산염 광물 또는 이 둘, 및 복합 다당류 접착제를 포함하는 고체 혼합물; 및 용매;를 포함하는 제2 혼합물을 형성하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 혼합물 중 상기 고체 혼합물은, 패각 분말 55 중량% 내지 65 중량%, 규산염 광물 15 중량% 내지 30 중량% 및 복합 다당류 접착제 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하고, 상기 고체 혼합물 100 중량부 기준으로 물 40 중량부 내지 60 중량부 및 글리세린 0.3 중량부 내지 0.5 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 혼합물 중 상기 고체 혼합물은, 패각 분말 30 중량% 내지 50 중량%, 규산염 광물 8 중량% 내지 12 중량%, 점토광물, 황산염 광물 또는 이 둘 30 중량% 내지 40 중량% 및 복합 다당류 접착제 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하고, 상기 고체 혼합물 100 중량부 기준으로 물 40 중량부 내지 60 중량부 및 글리세린 0.3 중량부 내지 0.5 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각 분말, 광물 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계는, 상기 혼합물에 컬러 틴트 분말, 착색제 또는 이 둘을 상기 혼합물 중 1 중량% 내지 5 중량%가 되도록 추가 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 혼합물을 압축 성형하여 성형물을 형성하는 단계는, 상기 혼합물을 몰드에 넣고 프레스 장치에 로딩한 후 10 kg 내지 5000 kg의 압력으로 압축성형하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 성형물을 건조하는 단계는, 상기 압축성형된 성형물을 30 분 내지 1 시간 동안 실온에 둔 후, 20 ℃ 이상의 실온에서 3 일 내지 5 일 동안 자연건조하거나, 50 ℃ 내지 70 ℃의 건조기에서 24 시간 내지 30 시간 동안 건조하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 건조된 성형물을 후처리하는 단계는, 상기 성형물을 사포로 샌딩해 표면을 고르게 처리한 후, 데코레이션 바니시, 아크릴 바니시, 스파 바니시, 폴리비닐알코올, 셀락, 건성유, 알키드, 바이올린 및 송진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 친환경 수용성 인테리어 마감재를 발라 표면처리하여 마감하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 건축 내장재는, 본 발명의 일 실시예에 따른 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법에 의해 제조된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법은, 버려진 자원을 보다 가치 있는 쓰임으로 거듭나게 하는 가치 상향적인 폐기물 활용 기술로서, 종래의 1000 ℃ 이상 가열해 소석회로 처리하는 고열처리 과정, 고가의 화학처리 과정 및 고가의 재료가 불필요하다. 또한, 다른 업사이클링 업체 방식과 달리, 폐기물의 품질에 관계없이 100 % 사용이 가능하다. 디자인을 가미하여 새로운 용도의 예술성과 심미성, 기능성을 갖춘 고부가가치 창출과 함께 폐기물 자원화로, 폐기물 처리비용 절감, 해양오염 방지 등 3중 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축 내장재는, 우리나라에서 매년 30만톤이 버려지는 패각의 효율적인 자원화가 가능하다. 패각 분말 입자가 자연스럽게 흩어져 테라조(terazzo) 형식의 미적효과를 극대화시킬 수 있고, 쓰레기로 분류되는 패각으로 예술적 상품화 가치화 할 수 있다. 또한, 건축물 내장재, 실내 인테리어 데코레이션 타일뿐만 아니라, 화병, 액자, 장식용 트레이, 조명, 펜던트 등의 감성 디자인 인테리어 소품을 제조할 수 있다. 또한, 자연성분을 사용해 압착시켰기 때문에 종래 타일과 비교해봤을 때 무게가 50 % 더 가벼우나 강도가 비슷하고, 인체에 무해하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패각을 이용한 건축 내장재의 제조 공정을 나타낸 순서도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 타일의 실제 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 (왼쪽) 및 실시예 2 (오른쪽)에 따라 제조된 타일의 실제 사진이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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 실시예가 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법 및 그에 의해 제조된 건축 내장재에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법은, 패각을 준비하는 단계; 상기 패각을 세척 및 건조하는 단계; 상기 세척 및 건조된 패각을 분쇄하여 패각 분말을 제조하는 단계; 상기 패각 분말, 광물 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 압축 성형하여 성형물을 형성하는 단계; 상기 성형물을 건조하는 단계; 및 상기 건조된 성형물을 후처리하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패각을 이용한 건축 내장재의 제조 공정을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법은, 패각 준비 단계 (110), 세척 및 건조 단계 (120), 패각 분말 제조 단계 (130), 혼합물 형성 단계 (140), 성형물 형성 단계 (150); 성형물 건조 단계 (160) 및 성형물 후처리 단계 (170)를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각 준비 단계 (110)는, 패각을 수거하는 단계이다.
예를 들어, 경남 해안지방 양식장, 박신장 및 식당에서 먹고 남은 패각을 수거하는 것일 수 있다. 패각은 조개의 종류에 따라 분쇄하였을 때 그 질감과 색상이 매우 미려하고 다양하게 나타날 뿐만 아니라 생물화학적으로 조성된 다공성의 칼슘성분으로 인하여 상당한 단열성능을 가지고 있고, 주변 공기와의 호흡을 통해 공기 중의 오염물질 등을 흡착하는 능력을 가지고 있는 위생적이고 친환경적인 재료이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각은, 조개 패각, 전복 패각, 소라 패각, 성게 패각, 굴 패각 및 폐산호로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 조개 패각은 가리비 조개 패각, 개조개 패각, 피조개 패각, 꼬막 패각, 새꼬막 패각, 바지락 패각, 새조개 패각, 키조개 패각, 진주조개 패각, 코끼리 조개 패각, 함박 조개 패각, 홍합 패각 및 대합조개 패각으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 패각은 굴 패각, 홍합 패각 및 전복 패각을 사용하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 세척 및 건조 단계 (120)는, 상기 패각을 세척 및 건조하는 단계이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각을 세척 및 건조하는 단계는, 산 세척 단계; 및 표면 잔여물 세척 단계를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산 세척은, 상기 패각을 빙초산(CH3COOH), 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 무수크롬산(CrO7) 및 플루오르화 수소산(HF)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 산성 용액에 12 시간 내지 96 시간 동안 침지시키는 것일 수 있다. 바람직하게는, 산성 용액으로서 빙초산을 사용하고, 24 시간 내지 72 시간 동안 침지시키는 것일 수 있다. 이 때, 음식물 찌꺼기, 양식과정에서 생긴 다른 해초류, 염분 및 이물질이 모두 제거되도록 표면이 백화될 때까지 침지시키는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각 10 kg 당 물 : 산성 용액의 혼합비가 5 : 1 내지 20 : 1인 것일 수 있다. 바람직하게는, 10 : 1인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 표면 잔여물 세척은, 상기 산 세척된 패각을 브러시를 이용하여 물 세척하는 것일 수 있다. 상기 산 세척 후 패각의 표면의 잔여물을 브리시를 이용하여 제거하며 물로 세척해 잔여 이물질까지 제거하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각을 세척 및 건조하는 단계는, 상기 건조는 자연 건조 또는 180 ℃내지 200 ℃의 온도에서 20 분 내지 30 분 동안 오븐 건조하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 패각의 내부 및 외부에 대한 전체 소독효과를 높이고, 미생물을 멸균할 수 있고, 세척된 패각의 용이한 분쇄를 위해 오븐 건조하는 것일 수 있다.
종래의 패각을 재활용하는 방식은 1000 ℃이상의 고열소성으로 패각을 열처리하여 시멘트 몰탈과 섞어 건축자재로 사용한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법에서는 패각의 불순물과 연분을 제거할 때 고열을 사용하지 않으며, 인테리어 타일로 제조했을 경우에도 기존 도자기 타일에서 처리하는 방식인 유약을 바르고 고온에서 소성하는 방법을 사용하지 않기 때문에 제조과정이 친환경적 (이산화탄소 배출 저하, 전기 자원 사용절감)이고, 2차 환경오염의 피해가 없으며, 비용 절감의 이점이 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각 분말 제조 단계 (130)는, 세척 및 건조된 패각을 분쇄하여 패각 분말을 제조하는 단계이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 세척 및 건조된 패각을 분쇄하여 패각 분말을 제조하는 단계에서, 상기 패각 분말은 0.01 mm 내지 1 mm의 저입자, 1 mm 내지 5 mm의 중입자 및 5 mm 내지 15 mm의 고입자를 포함하도록 분쇄되는 것일 수 있다. 패각의 입자에 따라 성형과정에서 테라조(terrazo) 형태의 표면이 나타나기 때문에 미적효과를 극대화시킬 수 있어 각각의 저입자, 중입자 및 고입자 단위로 나누어 분리해 사용한하는 것일 수 있다.
예를 들어, 굴, 홍합 및 전복은, 각각, 0.01 mm 내지 1 mm의 저입자, 1 mm 내지 5 mm의 중입자, 5 mm 내지 15 mm의 고입자로 분쇄하는 것일 수 있고, 굴 패각은 저입자, 홍합 패각은 중입자, 전복 패각은 고입자의 단위로 분쇄하여 분리하는 것일 수도 있다. 굴 패각 및 홍합 패각은 우리나라에서 대량 폐기 되어 구하기 용이하고 고 탄산칼슘의 비율로 성형에서 강도가 강해지기 때문에 작은 입자로 섞어서 사용하고, 굴, 홍합, 가리비, 전복 등 상기 다른 조개껍데기의 비율을 조정해 다양한 미적효과를 극대화 할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 혼합물 형성 단계 (140)는, 상기 패각 분말, 광물 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계이다.
일 실시형태에 있어서, 혼합은 손이나 믹싱기를 이용해 섞는데, 혼합한 후의 혼합물은 클레이 같은 형태가 된다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각 분말, 광물 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계는, 상기 패각 분말, 규산염 광물 및 복합 다당류 접착제를 포함하는 고체 혼합물; 및 용매;를 포함하는 제1 혼합물; 또는 상기 패각 분말, 규산염 광물, 점토광물, 황산염 광물 또는 이 둘, 및 복합 다당류 접착제를 포함하는 고체 혼합물; 및 용매;를 포함하는 제2 혼합물을 형성하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 혼합물은 포함되는 재료가 적어 저렴하고, 자연에 해가 되지 않는 구성성분으로 이루어져 있다. 상기 제1 혼합물은 기본적으로 인테리어 소품으로 개발하기에 적합하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 혼합물 중 상기 고체 혼합물은, 패각 분말 55 중량% 내지 65 중량%, 규산염 광물 15 중량% 내지 30 중량% 및 복합 다당류 접착제 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 혼합 중량비의 범위를 벗어나는 경우 건축 내장재의 성형이 제대로 되지 않고, 성형하더라도 건조 과정 중 균열이 발생할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각 분말이 상기 제1 혼합물의 고체 혼합물 중 55 중량% 미만인 경우 응결시간이 늦어지는 결과를 초래하며, 65 중량% 초과인 경우 고화 속도가 빨라 균일한 혼합을 할 수 없다.
일 실시형태에 있어서, 상기 규산염 광물은 해당 기술 분야에서 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 견운모 등의 규산염계 광물 등을 포함하는 규사 분말이 바람직할 수 있다. 본 발명에서 실리카(SiO2)의 역할을 수행하는 규산염 광물은 성형강도를 증진시켜 내구성을 향상시키는 역할을 한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 규산염 광물이 상기 고체 혼합물 중 15 중량% 미만일 경우 성형강도 향상에 기여하지 못하며, 30 중량% 초과 사용할 경우, 충진재 입자의 성형성에 문제가 있다.
일 실시형태에서, 상기 규산염 광물은 입자의 크기가 0.1 mm 내지 0.5 mm의 것을 사용할 수 있으다. 입자의 크기가 상기 범위 미만이면 작업 시 분진의 영향으로 정확한 계량 작업이 곤란하며, 상기 범위를 초과할 경우 것은 너무 입자의 크기가 커서 분포가 고르게 이루어지지 않을 수 있다. 바람직하게는, 입자의 크기가 0.1 mm 내지 0.3 mm의 것이 적당하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복합 다당류 접착제는, 친환경 다당류로서 바인더로서, 탄산칼슘(CaO) 및 실리카(SiO2)의 혼합을 증점해주며 접착력을 높이는 목적으로 사용된다. 종래 제품은 화학계 수지 바인더의 사용으로 폐기 시 생분해(Biodegradable)가 불가능하다. 그러나, 본 발명의 패각을 이용한 건축 내장재는 모두 자연물로만 이루어져 있어 마감재를 바르지 않았을 경우 폐기 시 생분해되고, 탄산칼슘이 주원료이기 때문에 산성토의 비료로 사용, 토질 개선 효과가 가능하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복합 다당류 접착제는, 팩틴, 알긴산, 한천, 셀룰로오스, 해초풀, 구아검, 아라비아검, 카라기난 및 폴리덱스트로스로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 선택하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 혼합물의 고체 혼합물 100 중량부 기준으로 물 40 중량부 내지 60 중량부 및 글리세린 0.3 중량부 내지 0.5 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 혼합 중량비의 범위를 벗어나는 경우 건축 내장재의 성형이 제대로 되지 않고, 성형하더라도 건조 과정 중 균열이 발생할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 혼합물은 인테리어 데코레이션 타일로 생산 가능하게 하는 산업화에 적합하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 혼합물 중 상기 고체 혼합물은, 패각 분말 30 중량% 내지 50 중량%, 규산염 광물 8 중량% 내지 12 중량%, 점토광물, 황산염 광물 또는 이 둘 30 중량% 내지 40 중량% 및 복합 다당류 접착제 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각 분말이 상기 제2 혼합물의 고체 혼합물 중 30 중량% 미만인 경우 응결시간이 늦어지는 결과를 초래하며, 50 중량% 초과인 경우 고화 속도가 빨라 균일한 혼합을 할 수 없다.
일 실시형태에 있어서, 상기 황산염 광물은, 자기수축 및 건조수축을 제어하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 황산염 광물은, 석고를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 점토광물 및/또는 황산염 광물을 추가해 제품의 산업성을 증진시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 점토광물은 백토, 카올린, 벤토나이트 및 일라이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 점토광물을 추가하면 재료가 안정적인 굳기와 빨리 마르고 흡수율이 낮아져 인테리어 타일처럼 대량생산을 요구하는 산업화된 제품에 더욱 적합하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 점토광물 및/또는 황산염 광물이 상기 고체 혼합물 중 30 중량% 미만일 경우 성형강도 향상에 기여하지 못하며, 40 중량% 초과 사용할 경우 성형성에 문제가 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 복합 다당류 접착제는, 팩틴, 알긴산, 한천, 셀룰로오스, 해초풀, 구아검, 아라비아검, 카라기난 및 폴리덱스트로스로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 선택하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 고체 혼합물 100 중량부 기준으로 물 40 중량부 내지 60 중량부 및 글리세린 0.3 중량부 내지 0.5 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 혼합 중량비의 범위를 벗어나는 경우 건축 내장재의 성형이 제대로 되지 않고, 성형하더라도 건조 과정 중 균열이 발생할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 패각 분말, 광물 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계는, 상기 혼합물에 컬러 틴트 분말, 착색제 또는 이 둘을 상기 혼합물 중 1 중량% 내지 5 중량%가 되도록 추가 포함할 수 있다. 바람직하게는, 컬러 틴트 분말, 착색제 또는 이 둘을 전체 혼합물 중 3 중량% 이내로 포함하는 것일 수 있으며, 건축 내장재의 미적인 효과를 나타낼 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 착색제는 천염 염료를 사용할 수도 있다. 본 발명에서 사용가능한 천연 염료로는, 적색계 염료(홍화, 소목, 꼭두서니 등), 황색계 염료(황백, 치자, 울금, 황련, 괴화, 환삼덩굴, 매리골드, 프리지어, 민들레 등), 청색계 염료 (쪽염, 치자청색소 등), 자색계 염료 (자초, 비파 등), 갈색계 염료 (감, 밤껍질 등), 녹색계 염료 (생쪽, 호박, 무궁화 파키라, 칡, 익모초, 쑥 등) 등을 예시로 들 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 성형물 형성 단계 (150)는, 상기 혼합물을 압축 성형하여 성형물을 형성하는 단계이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 혼합물을 압축 성형하여 성형물을 형성하는 단계는, 상기 혼합물을 몰드에 넣고 프레스 장치에 로딩한 후 10 kg 내지 5000 kg (5 ton)의 압력으로 압축성형하는 것일 수 있다.
예를 들어, 고무, 우레탄, 실리콘, 알루미늄 및 철로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 몰드에 클레이처럼 된 혼합물을 넣고 패각 분말의 중입자 및/또는 고입자를 의도에 따라 흩뿌리기 하여 표면에 효과를 준 후, 프레스기 장치에 압축해 성형한하는 것일 수 있다. 압축강도는 제품에 따라 다르나, 일반 인테리어 소품은, 예를 들어, 10 kg 내지 50 kg의 압력으로 압축성형하고, 인테리어 데코레이션 타일은 1000 kg 이상으로 압축 성형하는 것일 수 있다.
혼합물이 클레이 형태이기 때문에 몰드 성형에 따라 다양한 제품을 개발 가능하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 성형물 건조 단계 (160)는, 상기 성형물을 건조하는 단계이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 성형물을 건조하는 단계는, 상기 압축성형된 성형물을 30 분 내지 1 시간 동안 실온에 둔 후, 20 ℃이상의 실온에서 3 일 내지 5 일 동안 자연건조하거나, 50 ℃내지 70 ℃의 건조기에서 24 시간 내지 30 시간 동안 건조하는 것일 수 있다.
예를 들어, 제품 성형 후, 제품 표면과 몰드가 자연적으로 떨어질 때까지 30 분 내지 1 시간 내외 실온에 두었다가 20 ℃이상의 온도에서 3 일 내지 5 일 동안 자연건조(양생) 하는 것일 수 있다. 또는, 50 ℃내지 70 ℃의 건조기에서 24 시간 내지 30 시간 동안 건조하는 것일 수 있다. 건조 시 물이 증발하면서 재료들이 단단하게 응집된다. 건조 후 햇볕에 반나절 방치해 곰팡이 증식을 방지할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 성형물 후처리 단계 (170)는, 상기 건조된 성형물을 후처리하는 단계이다.
일 실시형태에 있어서, 상기 건조된 성형물을 후처리하는 단계는, 상기 성형물을 사포로 샌딩해 표면을 고르게 처리한 후, 데코레이션 바니시, 아크릴 바니시, 스파 바니시, 폴리비닐알코올, 셀락, 건성유, 알키드, 바이올린 및 송진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 친환경 수용성 인테리어 마감재를 발라 표면처리하여 마감하는 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 성형물을 사포로 샌딩해 표면을 고르게 처리하고, 사용용도에 따라 친환경 수용성 인테리어 마감재를 발라 표면 방수 방염 강화 처리해 마감하는 것일 수 있다.
예를 들어, 본 발명에서 사용가능한 마감재는, 천연 바니시를 사용하는 것일 수 있으며, 천연 바니시는, 수성 또는 유성 바니시를 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 건성유 (아마씨 기름, 유동나무 기름, 호두 기름 등), 셀락, 알키드, 스파 바니시, 바이올린 및 송진으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 사용하는 것일 수 있다. 천연 바니쉬에서 유래하는 마감층은 0.1 mm 내지 1 mm의 두께를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법은, 버려진 자원을 보다 가치 있는 쓰임으로 거듭나게 하는 가치 상향적인 폐기물 활용 기술로서, 종래의 1000 ℃이상 가열해 소석회로 처리하는 고열처리 과정, 고가의 화학처리 과정 및 고가의 재료가 불필요 하다. 또한, 다른 업사이클링 업체 방식과 달리, 폐기물의 품질에 관계없이 100 % 사용이 가능하다. 디자인을 가미하여 새로운 용도의 예술성과 심미성, 기능성을 갖춘 고부가가치 창출과 함께 폐기물 자원화로, 폐기물 처리비용 절감, 해양오염 방지 등 3중 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 건축 내장재는, 본 발명의 일 실시예에 따른 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법에 의해 제조된다.
일 실시형태에 있어서, 사기 건축 내장재는, 건축물 내장재, 실내 인테리어 데코레이션 타일뿐만 아니라, 화병, 액자, 장식용 트레이, 조명, 펜던트 등의 감성 디자인 인테리어 소품을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축 내장재는, 우리나라에서 매년 30만톤이 버려지는 패각의 효율적인 자원화가 가능하다. 쓰레기로 분류되는 패각으로 예술적 상품화 가치화 할 수 있다. 또한, 자연성분을 사용해 압착시켰기 때문에 종래 유약 처리된 인테리어 내장용 타일 제품, 몰탈 시멘트로 만든 내장용 타일과 비교해봤을 때 무게가 50 % 더 가벼우나 강도가 비슷하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축 내장재는, 모든 재료가 천연자원으로 만들어져 기존 시멘트의 주성분인 시멘트와 비슷한 강도와 외관이지만 가볍고 인체 무해한 제품을 제조할 수 있다. 따라서, 민감한 피부를 가진 도시인, 아이가 있는 가정, 노인등 모두 걱정없이 사용 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건축 내장재는, 우리나라에서 매년 30만톤이 버려지는 패각의 효율적인 자원화가 가능하다. 패각 분말 입자가 자연스럽게 흩어져 테라조(terazzo) 형식의 미적효과를 극대화시킬 수 있고, 쓰레기로 분류되는 패각으로 예술적 상품화 가치화 할 수 있다. 또한, 건축물 내장재, 실내 인테리어 데코레이션 타일뿐만 아니라, 화병, 액자, 장식용 트레이, 조명, 펜던트 등의 감성 디자인 인테리어 소품을 제조할 수 있다. 또한, 자연성분을 사용해 압착시켰기 때문에 종래 타일과 비교해봤을 때 무게가 50 % 더 가벼우나 강도가 비슷하고, 인체에 무해하다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
1. 패각 준비
경남 해안지방 양식장과 식당에서 먹고 남은 패각 굴, 홍합 및 전복을 수거하였다.
2. 세척 및 건조
패각 10 kg 당 물 : 빙초산의 혼합비가 10 : 1 비율로 3일 동안 음식물 찌꺼기, 염분과 이물질이 모두 제거되도록 표면이 백화될 때까지 침지시켰다.
3일 후 표면의 잔여물을 브러시질을 하고, 세척 물로 세척해 잔여 이물질까지 없앤 후 오븐 180 ℃에서 30 분 동안 건조하였다.
3. 패각 분말 제조
굴, 홍합 및 전복은, 각각, 0.01 mm 내지 1 mm의 저입자, 1 mm 내지 5 mm의 중입자, 5 mm 내지 15 mm의 고입자로 분쇄하였다.
4. 혼합물 형성
상기에서 제조된 굴, 홍합 및 전복 패각 분말은 65 중량%, 견운모 30 중량% 및 복합 다당류 접착제로서 팩틴 5 중량%를 포함하여 고체 혼합물을 준비하였다. 상기 혼합물이 100 중량부 기준으로 물 60 중량부 및 글리세린 0.5 중량물을 추가해 혼합물을 형성하였다.
5. 성형물 형성
클레이 형태의 혼합물을 고무 몰드에 넣어 굴, 홍합, 전복의 중 고입자를 의도에 따라 흩뿌리하여 표면에 효과를 준 후 120 kg의 압력으로 압축해 타일을 성형하였다.
6. 타일 건조
타일 성형 후, 타일 표면과 몰드가 자연적으로 떨어질 때까지 실온에 1 시간 동안 두었다가 60 ℃의 건조기에서 30 시간 동안 건조하였다. 건조 후 햇볕에 반나절 두어 곰팡이 증식을 방지하였다.
7. 후처리 가공
타일을 사포로 샌딩하여 표면을 고르게 처리하였으며, 표면에는 셀락을 발라 방수 강화 처리하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 혼합물에 핑크 착색제를 전제 비율에서 2 중량%를 혼합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 타일의 실제 사진이고, 도 5는 본 발명의 실시예 1 (왼쪽) 및 실시예 2 (오른쪽)에 따라 제조된 타일의 실제 사진이다.
본 발명에 의하면, 산업폐기물인 패각을 이용하여 자연 친화적이면서 미적 가치가 우수할 뿐만 아니라 강도가 높은 타일을 제조하였다.
따라서, 패각의 환경 문제를 해결하여 지역의 폐기물 처리 비용을 절감하는 효과와 산업 폐기물의 재활용에 따른 원재료비의 절감 효과를 제공하게 된다. 또한, 모든 재료가 천연자원으로 만들어져 시멘트와 비슷한 강도와 외관이지만 가볍고 인체 무해한 제품으로 제조할 수 있어, 민감한 피부를 가진 도시인, 아이가 있는 가정, 노인 등 모두 걱정없이 사용이 가능하다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 패각을 준비하는 단계;
    상기 패각을 세척 및 건조하는 단계;
    상기 세척 및 건조된 패각을 분쇄하여 패각 분말을 제조하는 단계;
    상기 패각 분말, 광물 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 압축 성형하여 성형물을 형성하는 단계;
    상기 성형물을 건조하는 단계; 및
    상기 건조된 성형물을 후처리하는 단계
    를 포함하는,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패각은, 조개 패각, 전복 패각, 소라 패각, 성게 패각, 굴 패각 및 폐산호로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 조개 패각은 가리비 조개 패각, 개조개 패각, 피조개 패각, 꼬막 패각, 새꼬막 패각, 바지락 패각, 새조개 패각, 키조개 패각, 진주조개 패각, 코끼리 조개 패각, 함박 조개 패각, 홍합 패각 및 대합조개 패각으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패각을 세척 및 건조하는 단계는,
    산 세척 단계; 및
    표면 잔여물 세척 단계
    를 포함하는 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산 세척은,
    상기 패각을 빙초산(CH3COOH), 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 무수크롬산(CrO7) 및 플루오르화 수소산(HF)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 산성 용액에 12 시간 내지 96 시간 동안 침지시키는 것이고,
    상기 패각 10 kg 당 물 : 산성 용액의 혼합비가 5 : 1 내지 20 : 1인 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 표면 잔여물 세척은,
    상기 산 세척된 패각을 브러시를 이용하여 물 세척하는 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패각을 세척 및 건조하는 단계는,
    상기 건조는 자연 건조 또는 180 ℃내지 200 ℃의 온도에서 20 분 내지 30 분 동안 오븐 건조하는 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세척 및 건조된 패각을 분쇄하여 패각 분말을 제조하는 단계는,
    상기 패각 분말은 0.01 mm 내지 1 mm의 저입자, 1 mm 내지 5 mm의 중입자 및 5 mm 내지 15 mm의 고입자를 포함하도록 분쇄되는 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 패각 분말, 광물 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계는,
    상기 패각 분말, 규산염 광물 및 복합 다당류 접착제를 포함하는 고체 혼합물; 및 용매;를 포함하는 제1 혼합물; 또는
    상기 패각 분말, 규산염 광물, 점토광물, 황산염 광물 또는 이 둘, 및 복합 다당류 접착제를 포함하는 고체 혼합물; 및 용매;를 포함하는 제2 혼합물
    을 형성하는 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 혼합물 중 상기 고체 혼합물은,
    패각 분말 55 중량% 내지 65 중량%, 규산염 광물 15 중량% 내지 30 중량% 및 복합 다당류 접착제 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하고,
    상기 고체 혼합물 100 중량부 기준으로 물 40 중량부 내지 60 중량부 및 글리세린 0.3 중량부 내지 0.5 중량부를 포함하는 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 혼합물 중 상기 고체 혼합물은,
    패각 분말 30 중량% 내지 50 중량%, 규산염 광물 8 중량% 내지 12 중량%, 점토광물, 황산염 광물 또는 이 둘 30 중량% 내지 40 중량% 및 복합 다당류 접착제 2 중량% 내지 5 중량%를 포함하고,
    상기 고체 혼합물 100 중량부 기준으로 물 40 중량부 내지 60 중량부 및 글리세린 0.3 중량부 내지 0.5 중량부를 포함하는 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 패각 분말, 광물 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계는,
    상기 혼합물에 컬러 틴트 분말, 착색제 또는 이 둘을 상기 혼합물 중 1 중량% 내지 5 중량%가 되도록 추가 포함하는,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물을 압축 성형하여 성형물을 형성하는 단계는,
    상기 혼합물을 몰드에 넣고 프레스 장치에 로딩한 후 10 kg 내지 5000 kg의 압력으로 압축성형하는 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 성형물을 건조하는 단계는,
    상기 압축 성형된 성형물을 30 분 내지 1 시간 동안 실온에 둔 후,
    20 ℃이상의 실온에서 3 일 내지 5 일 동안 자연건조하거나,
    50 ℃내지 70 ℃의 건조기에서 24 시간 내지 30 시간 동안 건조하는 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 건조된 성형물을 후처리하는 단계는,
    상기 성형물을 사포로 샌딩해 표면을 고르게 처리한 후,
    데코레이션 바니시, 아크릴 바니시, 스파 바니시, 폴리비닐알코올, 셀락, 건성유, 알키드, 바이올린 및 송진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나의 친환경 수용성 인테리어 마감재를 발라 표면처리하여 마감하는 것인,
    패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 패각을 이용한 건축 내장재의 제조방법에 의해 제조된 패각을 이용한 건축 내장재.
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