KR20220167800A - 라돈방출저감용 황토보드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 라돈방출저감용 황토보드 및 그 제조방법은 황토 분말 100 중량부에 대하여 숯 분말 0.1 내지 1 중량부 및 활성탄 분말 0.1 내지 1 중량부를 혼합한 황토혼합 분말에 폴리비닐알콜 접착액을 첨가하고 혼합하는 단계(S100); 혼합액을 목질몰드에 주입하고 성형하는 단계(S200);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 건축재료에 사용되는 라돈방출 저감특성이 우수한 라돈방출저감용 황토보드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
세계보건기구 WHO는 2002년 매년마다 240만 명이 공기오염으로 죽어가며 이중에서 150만 명은 실내공기오염으로 죽는다고 보고하였다. 이러한 통계는 하루 24시간 중 80% 이상을 실내에서 생활하고 있는 현대인에게 건물 외부의 공기의 질도 중요하지만 실내공기의 질이 더욱 중요하다는 것을 나타낸다 것을 의미한다. 따라서 쾌적하고 건강한 실내공기의 질의 확보는 삶의 질을 높이는 데 무엇보다 중요하다고 할 수 있다.
건축물 부분에서는 그 동안 에너지절약 설계 및 시공에 따른 건물 기밀화와 단열 강화에 따른 환기부족 등으로 실내 공기관리여건은 점점 더 악화되어 가고 있다. 더욱이 최근 각종 건축자재로부터 발생하는 가스 및 유해물질들은 인체에 매우 유해한 것으로 알려지고 있지만 거주자의 쾌적성과 건강에 심각한 영향을 주고 있다는 것을 대부분 인식하지 못하고 있다.
특히 신축건물에서 원인을 알지 못하는 건물병증후군이 많이 발생하는데, 이는 상대적으로 환기량이 부족한 한정된 실내공간에서 각종 건축자재 등에서 발생되는 오염물질이 계속적으로 순환되면서 그 농도가 증가될 때 나타나는 현상들이다. 많은 사람들이 밀폐된 건물 내에서 두통, 현기증, 메스꺼움, 졸음, 눈의 자극, 집중력 감소 등을 호소하는 빌딩증후군 현상은 재실자의 건강을 크게 위협하고, 생산성과 능률의 저하를 초래하고 있는 실정이다.
따라서 건축자재로부터 방출되는 오염물질의 특성과 실내공간에 미치는 영향을 조사, 분석하고, 이에 대한 합리적인 대책마련이 시급히 요구된다. 특히 현대인들은 일상생활의 대부분을 실내에서 영위하며 에너지 절감을 위해 점차 실내 생활공간을 밀폐화시키고 있다. 그로 인한 결과, 실내 공기 질을 저하시키는 오염원 즉 미세먼지, 석면, 포름알데히드, 톨루엔, 크실렌, 라돈 등이 실내에 축적되고, 나아가 인체에 유해한 영향을 미치게 된다(표 1 참조).
| 구분 | 항목 | 기준 | |||
| 가* | 나** | 다*** | 라**** | ||
| 유지기준 5항목 |
PM 10(㎍/m3) | 150 | 100 | 200 | 200 |
| 이산화탄소(ppm) | 1000 | - | |||
| 포름알데히드(㎍/m3) | 100 | - | |||
| 총부유세균(CFU/m3) | - | 800 | - | - | |
| 일산화탄소(ppm) | 10 | 25 | - | ||
| 권고기준 5항목 |
이산화질소(ppm) | 0.05 | 0.3 | - | |
| 라돈(Bq/m3) | 148 | - | |||
| 총휘발성유기화합물(㎍/m3) | 500 | 400 | 1000 | - | |
| PM 2.5(㎍/m3) | - | 70 | - | - | |
| 곰팡이(CFU/m3) | - | 500 | - | - | |
※ 상기 표 1에서, "가"는 지하철역, 지하도상가, 철도역사, 여객자동차터미널, 항만시설, 대합실, 공항시설, 여객터미널, 도서관, 박물관, 미술관, 대규모점포, 장례시장, 영화관, 학원, 전시시설, 인터넷 컴퓨터 게임시설 방이고, "나"는 어린이집, 노인요양시설, 산후조리원, 의료기관이고, "다"는 실내주차장이고, "라"는 실내체육시설, 실내공연장, 업무시설, 둘이상의 용도에 사용되는 건축물이다.
특허문헌 0001에는 (1) 수분 함량 7~15%인 황토 75~80 중량부와, 포졸란 광물소재 함유 고화제 20~25 중량부 및 무기응집제 1~3 중량부를 혼합하고, 물 7~15중량부를 더 혼합하여 원료 조성물을 제조하는 단계; (2) 상기 원료 조성물의 상하 및 측면으로 한지를 설치하고 프레스로 압착하여 상기 원료 조성물 중의 수분 및 기포를 제거하면서 표면을 평탄하게 눌러주는 압착 및 성형공정을 통해 압착 성형물을 제조하는 단계; 및 (3) 상기 압착 성형물을 건조시켜 황토보드를 제조하는 단계;를 포함하되, 상기 무기 응집제는 NaCl, CaCl2, KCl, MgCl2, Na2SO4, FeCl2를 25~35 : 15~30: 12~28 : 5~10 : 1~7 : 1~3의 중량비로 포함하여 이루어지고, 상기 고화제는 포졸란(pozzoan) 광물소재를 포함하는 고로슬래그 분말, 석회, 무수석고, 실리카 흄, 메타카올린, 칼슘 설포알루미네이트(Calcium sulphoaluminate cements:CSA)를 50~60 : 1~20 : 20~30 : 1~2 : 1~5 : 1~5의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 황토보드의 제조방법에 관한 기재가 있다.
특허문헌 0002에는 방사성 물질을 발산하는 대상물을 감싸도록 중공부가 내부에 형성되어 있고, 상기 대상물이 중공부 내측으로 진입 가능하도록 개구부가 중공부와 연통되게 형성되어 있는 본체와; 상기 본체의 내벽면에 설치되어 있으며, 대상물에서 발생하는 방사성 물질을 흡착하는 흡착필터와; 상기 본체 내부 또는 외부의 공기를 강제 순환시키는 공기순환장치;를 포함하여 구성되되, 상기 흡착필터는 의료기구에서 발생하는 아이오딘, 토양에서 발생하는 라돈 중 어느 하나에 대해 흡착 성능을 가지는 방사성 물질 흡착 필터링 장치에 관한 기재가 있다.
이와 같이 친환경 숯을 이용한 액상 페인트 및 입상 활성탄을 이용한 라돈 제거용 필터 등의 개발연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 기존 필터기술에 사용되고 있는 분말 활성탄과 입상 활성탄의 경우 분진에 의한 비산현상, 라돈 흡착능력 부족 등의 한계점이 여전히 존재하고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 건축자재 중에 포함된 라돈 농도의 저감율을 향상시킬 수 있는 라돈 방사능을 고효율로 흡수하기 위한 라돈방출저감용 황토보드 및 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 양태는 황토 분말 100 중량부에 대하여 숯 분말 0.1 내지 1 중량부 및 활성탄 분말 0.1 내지 1 중량부를 혼합한 황토혼합 분말에 폴리비닐알콜 접착액을 첨가하고 혼합하는 단계(S100); 혼합액을 목질몰드에 주입하고 성형하는 단계(S200);를 포함하는 라돈방출저감용 황토보드 제조방법을 포함한다.
상기 폴리비닐알콜 접착액은 고형분 함량이 5 내지 10 중량%일 수 있다.
상기 라돈방출저감용 황토보드는 상기 황토 혼합 분말 100 중량부에 대하여 상기 폴리비닐알콜 접착액을 150 내지 200 중량부를 포함할 수 있다.
상기 황토혼합 분말은, 상기 황토 분말, 숯 분말 및 활성탄 분말을 다당류 함유 수용액에 첨가하고, 첨가된 수용액에 초음파 혼으로 초음파를 조사하고 건조함으로써, 상기 황토 분말의 입자를 중심입자로 하여 상기 황토 분말의 입자의 표면에 상기 숯 분말의 입자와 상기 활성탄 분말의 입자가 교번적으로 배열 형성된 복합체 분말일 수 있다.
상기 라돈방출저감용 황토보드 제조방법은 상기 혼합하는 단계(S100) 및 상기 성형하는 단계(S200) 사이에, 상기 혼합액에 성형 첨가제를 첨가하고 혼합하는 단계(S150);를 포함할 수 있다.
상기 성형 첨가제는 상기 황토 분말 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 160 내지 1600 중량부, 실란 20 내지 50 중량부, 유기산 2 내지 10 중량부 및 부착방지제 2 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 상술한 라돈방출저감용 황토보드 제조방법으로 제조된 라돈방출저감용 황토보드를 포함한다.
본 발명은 황토혼합 분말 및 폴리비닐알콜 접착액을 포함함으로써, 높은 패킹 밀도를 유지하면서도 라돈 방사능의 흡수율을 증대시키고, 입자간 응집을 방지하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 초음파 혼으로 초음파 조사하여 얻은 황토혼합 분말을 포함함으로써, 라돈 방사능의 흡수율을 보다 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 성형 첨가제를 첨가하는 혼합단계를 더 포함함으로써, 황토보드의 압축강도를 향상시키고 라돈 방사능의 흡수율을 보다 증대시킬 수 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법의 공정 순서를 도시한 공정순서도이다.
상세하게, 도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법의 황토혼합 분말의 제조 공정을 개념적으로 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법의 다른 공정 순서를 도시한 공정순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드를 나타낸 실물 사진이다.
도 5는 본 발명의 실험예에서 이용한 라돈 방사능 측정을 위한 챔버의 모를 나타낸 실물 사진이다.
상세하게, 도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법의 황토혼합 분말의 제조 공정을 개념적으로 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법의 다른 공정 순서를 도시한 공정순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드를 나타낸 실물 사진이다.
도 5는 본 발명의 실험예에서 이용한 라돈 방사능 측정을 위한 챔버의 모를 나타낸 실물 사진이다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법의 공정 순서를 도시한 공정순서도이다.
도 1에 보는 바와 같이, 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법은 황토 분말, 숯 분말 및 활성탄 분말을 혼합한 황토혼합 분말과 폴리비닐알콜 접착액을 혼합하는 혼합단계(S100)와, 상기 혼합단계(S100)에서 얻은 혼합액을 몰질몰드에 주입하고 성형하는 성형단계(S200)을 포함한다.
상기 황토 분말은 pH가 8.5 내지 9.5이고 다공성 입자로 이루어진 분말로서, 그 표면은 벌집구조를 가지고 수많은 공간이 복층구조를 이루고 있으며, 이러한 스폰지 같은 기공 안에는 원적외선이 다량흡수, 저장되어 있어 열을 받으면 발산하여 다른 물체의 분자활동을 자극하는 역할을 한다.
상기 숯 분말은 상기 숯 분말은 메쉬 크기가 6 내지 40인 입자가 80 내지 85%의 입자크기분포를 가지는 분말인 것으로서, 판상의 다공성 분말 형태를 가지게 된다. 이에, 상기 라돈방출저감용 황토보드는 라돈 방사능의 흡수율이 크게 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 숯 분말의 메쉬 크기는 하기 관계식 1 내지 5를 만족할 수 있다.
[관계식 1]
7 ≤ D1 ≤ 10
[관계식 2]
20 ≤ D2 ≤ 25
[관계식 3]
30 ≤ D3 ≤ 35
[관계식 4]
0.3 ≤ h1/h2 ≤ 0.4
[관계식 5]
0.6 ≤ h2/h3 ≤ 0.7
(상기 관계식 1 내지 5에서, D1은 상기 숯 분말의 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 큰 중심 크기를 갖는 제1 피크의 중심 크기이며, D2는 상기 숯 분말의 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 두번째로 큰 중심 크기를 갖는 제2 피크의 중심 크기이고, D3은 상기 숯 분말의 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 작은 중심 크기를 갖는 제3피크의 중심 크기이고, h1은 상기 제1 피크의 중심 높이이며, h2는 상기 제2 피크의 중심 높이이며, h3은 상기 제3 피크의 중심 높이이다.)
상기 숯 분말의 메쉬 크기 분포는 동적광산란법(Dynamic Light Scattering: DLS)을 이용하여 측정된 것일 수 있다. 상세하게, 상기 숯 분말의 크기 분포는 25 ℃의 온도 및 0.01 내지 0.1 중량% 농도의 샘플의 조건으로 측정된 것일 수 있다. 또한 상기 숯 분말의 크기 분포는 입자의 직경 및 해당 직경을 갖는 입자의 수로 도시되는 크기 분포일 수 있다. 한편, 적어도 쓰리모달 이상의 크기 분포는 숯 분말의 크기 분포 상 적어도 셋 이상의 피크가 존재함을 의미할 수 있다. 이때, 피크의 중심에 해당하는 크기(입자 직경)가 중심 크기이며, 가장 작은 중심 크기를 갖는 제1피크에 속하는 입자들은 제1 입자로, 두번째로 큰 중심 크기를 갖는 제2 피크에 속하는 입자들은 제 2입자로, 가장 큰 중심 크기를 갖는 제3 피크에 속하는 입자들은 제3 입자로 통칭한다.
이와 같이, 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법에 있어, 상기 숯 분말은 쓰리모달 분포를 가지고 상기 관계식 1 내지 5를 만족함으로써, 최종 제조된 라돈방출저감용 황토보드의 라돈 방사능 흡수율을 증대시킬 수 있고, 황토보드 내부 또는 표면에 크랙(crack)이나 보이드(void)와 같은 결함의 발생을 방지할 수 있다.
한편, 상기 활성탄 분말은 메쉬 크기가 8 내지 30이고 요오드흡착량이 1000 내지 1100 mg/g 인 분말인 것으로서, 판상의 다공성 분말 형태를 가지게 된다. 이에, 상기 라돈방출저감용 황토보드는 라돈 방사능의 흡수율이 크게 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 활성탄 분말의 요오드흡착량이 1000 mg/g 미만이면 폴리비닐알콜 수지와의 접촉 면적이 저하하여 혼합액의 점도가 낮아져서 분산성이 향상되지 않고, 요오드흡착량이 1100 mg/g 초과이면 혼합액의 점도가 지나쳐서 최종 보드의 열화나 강도가 저하된다.
보다 구체적으로, 상기 활성탄 분말의 메쉬 크기는 하기 관계식 6 내지 10을 만족할 수 있다.
[관계식 6]
8 ≤ D1 ≤ 12
[관계식 7]
15 ≤ D2 ≤ 20
[관계식 8]
25 ≤ D3 ≤ 30
[관계식 9]
0.3 ≤ h1/h2 ≤ 0.4
[관계식 10]
0.6 ≤ h2/h3 ≤ 0.7
(상기 관계식 6 내지 10에서, D1은 상기 활성탄 분말의 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 큰 중심 크기를 갖는 제1 피크의 중심 크기이며, D2는 상기 활성탄 분말의 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 두번째로 큰 중심 크기를 갖는 제2 피크의 중심 크기이고, D3은 상기 활성탄 분말의 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 작은 중심 크기를 갖는 제3피크의 중심 크기이고, h1은 상기 제1 피크의 중심 높이이며, h2는 상기 제2 피크의 중심 높이이며, h3은 상기 제3 피크의 중심 높이이다.)
상기 활성탄 분말의 메쉬 크기 분포는 동적광산란법(Dynamic Light Scattering: DLS)을 이용하여 측정된 것일 수 있다. 상세하게, 상기 활성탄 분말의 크기 분포는 25 ℃의 온도 및 0.01 내지 0.1 중량% 농도의 샘플의 조건으로 측정된 것일 수 있다. 또한 상기 활성탄 분말의 크기 분포는 입자의 직경 및 해당 직경을 갖는 입자의 수로 도시되는 크기 분포일 수 있다. 한편, 적어도 쓰리모달 이상의 크기 분포는 활성탄 분말의 크기 분포 상 적어도 셋 이상의 피크가 존재함을 의미할 수 있다. 이때, 피크의 중심에 해당하는 크기(입자 직경)가 중심 크기이며, 가장 작은 중심 크기를 갖는 제1피크에 속하는 입자들은 제1 입자로, 두번째로 큰 중심 크기를 갖는 제2 피크에 속하는 입자들은 제 2입자로, 가장 큰 중심 크기를 갖는 제3 피크에 속하는 입자들은 제3 입자로 통칭한다.
이와 같이, 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법에 있어, 상기 활성탄 분말은 쓰리모달 분포를 가지고 상기 관계식 6 내지 10을 만족함으로써, 최종 제조된 라돈방출저감용 황토보드의 라돈 방사능 흡수율을 증대시킬 수 있고, 황토보드 내부 또는 표면에 크랙(crack)이나 보이드(void)와 같은 결함의 발생을 방지할 수 있다.
또한 상기 혼합단계(S100) 시, 상기 황토 분말 100 중량부에 대하여 상기 숯 분말 0.1 내지 1 중량부 및 상기 활성탄 분말 0.1 내지 1 중량부를 혼합한 황토혼합 분말을 포함할 수 있다. 상기 황토 분말 100 중량부에 대하여 상기 숯 분말이 0.1 중량부 미만이면 상술한 숯 분말의 효과 발현이 극히 미미하므로 바람직하지 못하고, 상기 숯 분말이 1 중량부 초과이면 상기 혼합단계(S100) 시 혼합성을 저해하므로 바람직하지 못하고, 황토보드의 색을 어둡게 하므로 건축내장재로서 가치를 저하시킬 우려가 있어서 바람직하지 못하다. 또한 상기 황토 분말 100 중량부에 대하여 상기 활성탄 분말이 0.1 중량부 미만이면 상술한 활성탄 분말의 효과가 극히 미미하므로 바람직하지 못하고, 상기 활성탄 분말이 1 중량부 초과이면 상기 혼합단계(S100) 시 혼합성을 저해하므로 바람직하지 못하고, 황토보드의 색을 어둡게 하므로 건축내장재로서 가치를 하락시킬 우려가 있어서 바람직하지 못하다.
상기 폴리비닐알콜 접착액은 고형분 함량이 5 내지 10 중량%이고, 상기 라돈방출저감용 황토보드는 상기 황토혼합 분말 100 중량부에 대하여 상기 폴리비닐알콜 접착액을 150 내지 200 중량부를 포함할 수 있다. 상기 범위에서, 상기 라돈방출저감용 황토보드 내에 황토혼합 분말의 높은 패킹밀도를 유지하면서도 각 황토 분말, 숯 분말, 활성탄 분말들이 동시에 여러 경로를 통해 라돈방사능을 고효율로 흡착할 수 있으며, 입자간 응집을 방지할 수 있다.
한편, 상기 황토혼합 분말은 황토 분말, 숯 분말 및 활성탄 분말이 조합된 것일 수 있으며, 본 발명에서 숯 분말 및 활성탄 분말은 라돈방출저감 특성을 현저히 향상시킬 수 있게 한다는 점에서 효과적이나, 쉽게 응집되어 용액 내에서 균일한 분산이 어려운 문제점이 있다. 그러나, 본 발명에서는 후술할 초음파 처리에 의해 균일한 분산이 가능케 되어 본 발명의 조성물에 뛰어난 라돈방출저감 특성을 부여하게 된다.
상기 황토혼합 분말은 상기 황토 분말의 입자의 표면에 상기 숯 분말의 입자와 상기 활성탄 분말의 입자가 교번적으로 배열 형성된 복합체 분말일 수 있다.
상세하게, 도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법의 황토혼합 분말의 제조 공정을 개념적으로 도시한 모식도이다.
도 2에 보는 바와 같이, 상기 황토혼합 분말은 상기 황토 분말, 숯 분말 및 활성탄 분말을 다당류 함유 수용액에 첨가하고, 첨가된 다당류 함유 수용액에 초음파 혼으로 초음파를 조사하고 건조함으로써, 상기 황토 분말의 입자(110)를 중심입자로 하여 상기 황토 분말의 입자(110)의 표면에 상기 숯 분말의 입자(120)와 상기 활성탄 분말의 입자(130)가 교번적으로 배열 형성된 복합체 입자(100)를 포함할 수 있다.
상기 다당류는 수크로제(Surose)인 것이 바람직하다.
상기 다당류 함유 수용액은 상기 수크로제를 1 내지 10 중량% 함유한 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 다당류 함유 수용액 100 중량부에 대하여 상기 황토혼합 분말 1 내지 5 중량부 첨가할 수 있다. 이러한 상기 황토혼합 분말의 중량 범위에서 상기 황토 분말의 입자(110) 표면에 숯 분말의 입자(120)와 활성탄 분말의 입자(130)가 흡착되게 한다.
또한, 상기 초음파 혼은 혼 타입을 갖는 초음파 조사기에 구비되는 것으로, 혼 타입 초음파 조사기는 역압전 효과를 이용하여 전기 에너지를 기계적인 진동 에너지로 바꾸는 압전 세라믹스와 초음파 진동자에 의해서 초음파를 발생시키고, 발생된 초음파의 진폭을 확대시키기 위해 진동자에 부스터와 혼을 구비할 수 있다. 이러한 혼 타입 초음파 조사기는 초음파를 수용액 속에 조사하였을 때 발생하는 공동화 기포의 내부 온도와 압력이 매우 높고, 그 기포들이 성장하여 파열될 때 고온 및 고압의 충격파가 발생하기 때문에 그것이 매우 높은 에너지원으로 작용하여 섞이기 어려운 이종의 액체를 섞거나 분산하는데 이용된다.
예를 들면, 상기 초음파 조사는 40 내지 60 kHz의 주파수로 조사하여 수행되는 것일 수 있다. 상기와 같은 주파수 범위 내에서 황토 분말 입자(110)와 숯 분말 입자(120) 및 활성탄 입자(130)의 보다 효과적인 분산이 가능해지며, 이에 따라 다당류 함유 수용액 내에 상기 3종의 코어쉘 구조의 황토 분말 입자, 숯 분말 입자 및 활성탄 입자가 균일하게 분산되고, 목질몰드에 주입된 다음 빽빽하고 균일하게 패킹되어, 후술하는 바와 같이 상기 라돈방출저감용 황토보드를 제조하였을 때, 보드 전체에서 균일한 라돈 저감 특성의 향상을 나타내게 되고, 이에 따라 보드에 균일한 라돈 저감 효과를 나타내며, 나아가 황토 분말 등을 보드의 기계적 강도도 향상시킬 수 있게 된다.
상기 초음파 조사 시, 상술한 주파수 범위 미만으로 조사되는 경우, 균일한 분산이 효과적으로 수행되기 어렵고, 상기 주파수 범위를 초과하여 조사되는 경우, 코어쉘 구조의 복합체 입자가 손상이 생길 수 있어, 균일한 분산이 어려울 수 있고, 라돈 저감 특성이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 상기 초음파 조사 시간은 1 내지 3 시간 수행되는 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법의 다른 공정 순서를 도시한 공정순서도이다.
도 3에 보는 바와 같이, 본 발명의 일 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드 제조방법은 상술한 혼합단계(S100) 및 성형단계(S200) 사이에, 상기 혼합단계(S100)에서 제조된 혼합액에 성형 첨가제를 첨가하고 혼합하는 혼합단계(S150);를 포함할 수 있다.
상기 성형 첨가제는 콜로이드 실리카, 실란, 유기산 및 부착방지제를 포함할 수 있다.
상세하게, 상기 콜로이드 실리카는산성조건에서 용해되거나 연화지 않도록 하는 등의 물리적인 강도가 클 뿐만 아니라 고온에서도 화학적으로 안정되며 고표면적을 가질 수 있다. 상기 콜로이드 실리카는 sodium silicate로부터 이온교환방법 및 산-중화법을 이용하여 제조하고 입자를 성장시켜 균일한 크기분포의 입자를 제조한 것일 수 있다.
상기 콜로이드 실리카의 실리카 함량은 20 내지 50 중량%를 포함할 수 있다. 50 중량% 이상의 고농도의 콜로이드 실리카는 실리카의 겔 또는 침전이 되기 쉬우므로 입자가 균일하게 분산된 분산액의 제조가 어려울 수 있다. 또한 상기 콜로이드 실리카는 50 내지 70 중량% 폴리에틸렌 글리콜을 포함할 수 있다. 이는 혼합액 내에 안정적으로 분산되어 저장 및 운반되도록 할 수 있다.
상기 황토 분말 100 중량부에 대하여 상기 콜로이드 실리카는 160 내지 1600 중량부일 수 있다. 상기 콜로이드 실리카는 160 중량부 미만이거나 1600 중량부 초과이면, 혼합액의 점도, 겔화, 혼합성이 저하될 수 있고, 최종 제조된 황토보드의 굽힘강도를 감소시킬 수 있다.
상기 실란은 상기 콜로이드 실리카와 함께 사용되어 혼합액의 혼합성을 향상시키고, 황토보드 제조시 성형성을 향상시키며, 황토보드의 강도를 향상시키는 역할을 한다.
상기 황토 분말 100 중량부에 대하여 상기 실란은 20 내지 50 중량부일 수 있다. 상기 실란은 20 중량부 미만이거나 50 중량부 초과이면, 혼합액의 점도, 겔화, 혼합성이 저하될 수 있고, 최종 제조된 황토보드의 굽힘강도를 감소시킬 수 있다.
상기 유기산은 황토 등에 포함된 산화물 입자 등의 각종 입자의 분산에 매우 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 유기산은 아세트산, 라틱산, 개미산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 부착방지제는 성형시 황토 분말 등이 목질몰드에 부착되는 현상을 방지할 수 있다. 부착방지제는 글리세린, 미네랄 오일, 페로졸 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상인 것일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 또한 라돈방출저감용 황토보드를 제공한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 라돈방출저감용 황토보드는 상술한 라돈방출저감용 황토보드 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(제조예 1)
고정탄소함유량이 62%이고, 무기질함량이 15.5%인 숯덩어리를 분쇄하여 숯 분말을 제조하였다. 분쇄조건은 숯덩어리를 유성밀로 1시간 분쇄하였고, 숯 분말의 D1은 8 메쉬크기, D2는 22 메쉬크기, D3는 34 메쉬크기를 가지고, h1/h2는 0.34이고, h2/h3는 0.66인 입자 크기 분포를 확인하였다.
(제조예 2)
3 내지 5 메쉬 입자크기의 입상 활성탄을 분쇄하여 활성탄 분말을 제조하였다. 분쇄조건은 입상 활성탄을 유성밀로 1시간 분쇄하였고, 활성탄 분말의 D1은 10 메쉬크기, D2는 17 메쉬크기, D3는 28 메쉬크기를 가지고, h1/h2는 0.35이고, h2/h3는 0.65인 입자 크기 분포를 확인하였다. 상기 활성탄 분말의 요오드흡착량은 1053mg/g 이었다.
(제조예 3)
폴리비닐알콜(PVA) 펠렛 100g을 5L 유리플라스크에 넣고 물 1700mL를 부은 후 24시간 동안 실온에서 교반시켰다. 교반하여 녹은 폴리비닐알콜 접착제를 24시간 실온에서 숙성시켜 고형분 함량이 약 6%인 폴리비닐알콜 접착액을 제조하였다.
(제조예 4)
황토 분말 100 중량부에 대하여 상기 제조예 1에서 제조된 숯 분말 0.5 중량부 및 상기 제조예 2에서 제조된 활성탄 분말 0.5 중량부를 수크로제 5중량% 함유한 다당류 함유 수용액에 첨가하였다. 이후, 초음파 혼으로 50kHz 내지 55kHz의 주파수 범위를 유지하면서 2시간 조사하여 복합체 입자(100)를 제조하였다. 이후 복합체 입자(100)가 함유된 수용액을 70 내지 80 ℃ 열풍을 가하여 하루동안 건조하여 용매를 증발시킴으로써 황토혼합 분말을 얻었다.
[실시예 1]
도 1에서 도시된 바와 같이, 황토는 산청지역에서 산출되는 황토 분말을 구입 준비하였으며, 수분 함량이 7 내지 10% 정도 자연건조 시킨 후 스크린 공정을 거친 입도 5mm 이하의 황토 분말를 준비하였다. 또한 상기 제조예 1에서 제조된 숯 분말, 상기 제조예 2에서 제조된 활성탄 분말을 준비하였다. 그 다음, 상기 황토 분말 100 중량부에 대하여 상기 숯 분말 0.5 중량부 및 상기 활성탄 분말 0.5 중량부를 혼합하여 황토혼합 분말을 얻었다. 이후, 상기 황토혼합 분말 100 중량부에 대하여 상기 제조예 2에서 제조된 폴리비닐알콜 접착액을 150 중량부 첨가하고 3시간 동안 혼합하여 혼합액을 제조하였다(S100). 그 다음, 상기 혼합액에 상기 황토혼합 분말 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 1600 중량부, 실란 20 중량부, 유기산 10 중량부 및 부착방지제 10 중량부를 포함하는 성형 첨가제를 첨가하여 1시간 동안 더 혼합하여 혼합액을 제조하였다(S150). 마지막으로, 상기에서 혼합된 혼합액을 혼합액을 일면이 개방된 목질몰드에 주입하고 실온에서 하루동안 경화시켜 라돈방출저감용 황토보드를 제조하였다(S200). 상기 라돈방출저감용 황토보드의 실물 사진을 도 4에 도시하였다.
[실시예 2]
실시예 1에서 폴리비닐알콜 접착액을 150 중량부 대신 170 중량부 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1에서 폴리비닐알콜 접착액을 150 중량부 대신 200 중량부 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[실시예 4]
실시예 1에서 상기 제조예 4에서 제조된 황토혼합 분말을 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[실시예 5]
실시예 1에서 상기 황토혼합 분말 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 400 중량부, 실란 41 중량부, 유기산 3 중량부 및 부착방지제 3 중량부를 포함하는 성형 첨가제를 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[실시예 6]
실시예 1에서 상기 황토혼합 분말 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 300 중량부, 실란 50 중량부, 유기산 3 중량부 및 부착방지제 3 중량부를 포함하는 성형 첨가제를 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[실시예 7]
실시예 1에서 상기 황토혼합 분말 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 167 중량부, 실란 33 중량부, 유기산 2 중량부 및 부착방지제 2 중량부를 포함하는 성형 첨가제를 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
(비교예 1)
실시예 1에서 폴리비닐알콜 접착액을 150 중량부 대신 130 중량부 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
(비교예 2)
실시예 1에서 폴리비닐알콜 접착액을 150 중량부 대신 250 중량부 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
(비교예 3)
실시예 1에서 상기 황토혼합 분말 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 133 중량부, 실란 67 중량부, 유기산 2 중량부 및 부착방지제 2 중량부를 포함하는 성형 첨가제를 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
(비교예 4)
실시예 1에서 상기 황토혼합 분말 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 100 중량부, 실란 100 중량부, 유기산 2 중량부 및 부착방지제 2 중량부를 포함하는 성형 첨가제를 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
(비교예 5)
실시예 1에서 상기 황토혼합 분말 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 57 중량부, 실란 100 중량부, 유기산 2 중량부 및 부착방지제 2 중량부를 포함하는 성형 첨가제를 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
(비교예 6)
실시예 1에서 상기 황토혼합 분말 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 22 중량부, 실란 80 중량부, 유기산 2 중량부 및 부착방지제 2 중량부를 포함하는 성형 첨가제를 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
(비교예 7)
실시예 2에서 상기 황토 분말 100 중량부에 대하여 상기 숯 분말 0.1 중량부 및 상기 활성탄 분말 0.1 중량부를 혼합한 것을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
(비교예 8)
실시예 2에서 상기 황토 분말 100 중량부에 대하여 상기 숯 분말 1.5 중량부 및 상기 활성탄 분말 1.5 중량부를 혼합한 것을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
(실험예 1)
<혼합성 및 굽힘강도 평가>
상기 실시예 1 내지 7, 비교예 1 내지 6에서 성형 첨가제를 첨가한 혼합액에 대해 점도 평가, 겔화 평가, 혼합성 평가를 실시하였고, 상기 실시예 1 내지 7, 비교예 1 내지 6에서 제조된 라돈방출저감용 황토보드에 대하여 굽힘강도 평가를 실시하여 하기 표 2에 수록하였다.
| 점도 | 겔화 | 혼합성 | 굽힘강도 | |
| 실시예 1 | ◎ | ○ | ◎ | 3.9 |
| 실시예 2 | ◎ | ◎ | ◎ | 4.3 |
| 실시예 3 | ◎ | ◎ | ◎ | 4.2 |
| 실시예 4 | ◎ | ◎ | ◎ | 4.5 |
| 실시예 5 | ◎ | ◎ | ◎ | 4.1 |
| 실시예 6 | ◎ | ◎ | ◎ | 4.1 |
| 실시예 7 | ○ | ◎ | ◎ | 3.9 |
| 비교예 1 | Ⅹ | Ⅹ | Ⅹ | 2.7 |
| 비교예 2 | Ⅹ | Ⅹ | △ | 2.5 |
| 비교예 3 | X | ○ | ○ | 3.0 |
| 비교예 4 | X | △ | △ | 2.7 |
| 비교예 5 | X | X | X | 2.5 |
| 비교예 6 | X | X | X | 2.3 |
우수: ◎, 양호: ○, 미흡: △, 불량: Ⅹ
(실험예 2)
<라돈 방사능 측정>
우선 방사능 측정을 위하여 목재를 이용하여 챔버를 제작하였다. 실험에 사용된 챔버는 가로, 세로 30cm의 크기로 하여 제작하였으며 내부에 라돈측정기를 자유롭게 넣었다 뺄 수 있는 뚜껑을 설치하여 챔버를 제작하였다. 이렇게 제조된 라돈 측정용 챔버를 도 5에 도시하였다.
우선 상기 챔버 내부 일측에 석고 보드를 설치하여 시간경과에 따라 라돈방사능을 측정하였다. 라돈방사능 측정시 ㈜에프티랩사의 라돈측정기 라돈아이(모델명)인 라돈측정기를 이용하여 라돈방사능 측정하였고, 사용된 라돈측정기의 사양은 하기 표 3에 수록하였다.
| 측정값표시 | 측정온도 | 측정감도 | 측정범위 | 측정오차 |
| 10분간격 | 10 ~ 40 ℃ | 0.5 pCi/l | 0.1 ~ 99 pCi/l | <±10% |
다음으로, 상기 실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 2, 비교예 7 내지 8에서 제조된 두께 0.5 cm의 라돈방출저감용 황토보드를 상기 챔버 내벽에 설치한 다음, 상기 챔버 내부 중앙부에 상기 챔버 내부 일측에 석고 보드를 설치하고, 상기 챔버 외부에 라돈측정기를 위치시켜 시간경과에 따른 라돈방사능을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 수록하였다.
| 석고보드 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예7 | 비교예8 | |
| 5분 | 1.05 | 0.68 | 0.62 | 0.65 | 0.48 | 0.95 | 1 | 0.95 | 0.87 |
| 2시간 | 1.26 | 0.89 | 0.81 | 0.85 | 0.62 | 1.13 | 1.2 | 1.25 | 1.13 |
| 4시간 | 1.35 | 0.84 | 0.76 | 0.8 | 0.59 | 1.22 | 1.28 | 1.18 | 1.06 |
| 6시간 | 1.32 | 0.79 | 0.72 | 0.76 | 0.55 | 1.19 | 1.25 | 1.11 | 1.01 |
| 8시간 | 1.26 | 0.67 | 0.61 | 0.64 | 0.47 | 1.13 | 1.2 | 0.94 | 0.83 |
| 10시간 | 1.41 | 0.79 | 0.72 | 0.76 | 0.55 | 1.27 | 1.34 | 1.11 | 1.01 |
| 12시간 | 1.63 | 0.59 | 0.54 | 0.57 | 0.41 | 1.47 | 1.55 | 0.83 | 0.78 |
| 14시간 | 1.85 | 0.87 | 0.79 | 0.83 | 0.61 | 1.67 | 1.76 | 1.22 | 1.11 |
| 16시간 | 2.52 | 0.9 | 0.82 | 0.86 | 0.63 | 2.27 | 2.39 | 1.26 | 1.15 |
| 18시간 | 2.3 | 1.14 | 1.04 | 1.09 | 0.80 | 2.07 | 2.19 | 1.60 | 1.46 |
| 20시간 | 2.26 | 1.45 | 1.32 | 1.39 | 1.02 | 2.03 | 2.15 | 2.03 | 1.85 |
| 22시간 | 2.41 | 1.58 | 1.44 | 1.51 | 1.11 | 2.17 | 2.29 | 2.21 | 2.02 |
| 24시간 | 2.04 | 1.74 | 1.58 | 1.66 | 1.22 | 1.84 | 1.94 | 2.44 | 1.98 |
상기 표 4에서 방사능 단위는 pCi/l 이다.
표 4에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 4는 비교예 대비 가장 우수한 라돈 방사능 저감성능을 가지는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
S100 : 혼합 단계
S150 : 혼합 단계
S200 : 성형 단계
100 : 복합체 입자
110 : 황토 분말의 입자
120 : 숯 분말의 입자
130 : 활성탄 분말의 입자
S150 : 혼합 단계
S200 : 성형 단계
100 : 복합체 입자
110 : 황토 분말의 입자
120 : 숯 분말의 입자
130 : 활성탄 분말의 입자
Claims (5)
- 황토 분말 100 중량부에 대하여 숯 분말 0.1 내지 1 중량부 및 활성탄 분말 0.1 내지 1 중량부를 혼합한 황토혼합 분말에 폴리비닐알콜 접착액을 첨가하고 혼합하는 단계(S100);
혼합액을 목질몰드에 주입하고 성형하는 단계(S200);
를 포함하는 라돈방출저감용 황토보드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 폴리비닐알콜 접착액은 고형분 함량이 5 내지 10 중량%이고,
상기 라돈방출저감용 황토보드는 상기 황토 혼합 분말 100 중량부에 대하여 상기 폴리비닐알콜 접착액을 150 내지 200 중량부를 포함하는 라돈방출저감용 황토보드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 황토혼합 분말은
상기 황토 분말, 숯 분말 및 활성탄 분말을 다당류 함유 수용액에 첨가하고, 첨가된 수용액에 초음파 혼으로 초음파를 조사하고 건조함으로써, 상기 황토 분말의 입자를 중심입자로 하여 상기 황토 분말의 입자의 표면에 상기 숯 분말의 입자와 상기 활성탄 분말의 입자가 교번적으로 배열 형성된 복합체 분말인 라돈방출저감용 황토보드 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 혼합하는 단계(S100) 및 상기 성형하는 단계(S200) 사이에,
상기 혼합액에 성형 첨가제를 첨가하고 혼합하는 단계(S150);를 포함하며,
상기 성형 첨가제는
상기 황토 분말 100 중량부에 대하여 콜로이드 실리카 160 내지 1600 중량부, 실란 20 내지 50 중량부, 유기산 2 내지 10 중량부 및 부착방지제 2 내지 10 중량부를 포함하는 라돈방출저감용 황토보드 제조방법.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 라돈방출저감용 황토보드.
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-
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- 2021-06-11 KR KR1020210075799A patent/KR102588107B1/ko active IP Right Grant
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