녹색주택 특허공개 내용, 특모시멘트(1)

특별히 필요하신 분에게 공개하는 자료입니다.
공개된 내용을 간략하게 정리하여 올립니다.

특모시멘트 최초의 실험재료(황토부착)

특모시멘트 최초의 실험재료(파쇄단면)

특모시멘트 최초의 실험재료(압축하기 전의 입자형태)

 제목 : 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼을 이용한 단열재 제조방법 및 이러한 방법으로 제조된 단열재

요약
본 발명은 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼을 이용한 단열재 제조방법 및 이러한 방법으로 제조된 단열재에 관한 것으로, 더
욱 상세하게는 버려지는 폐스치로폴이나 폐경질우레탄폼 등에 콘크리트의 특성을 결합하여 단열재 수요에 충족하는 동시
에 휘발성유기화합물(VOC)의 저감과 단열재 사용으로 얻어지는 직간접적인 에너지 절감으로 대기오염 등의 환경오염을
방지할 수 있는 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼을 이용한 단열재 제조방법 및 이러한 방법으로 제조된 단열재에 관한 것이다.
본 발명은 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼을 각각 분리세척하여 파쇄한 후 수분을 파쇄된 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼 입자
에 흡수시키는 공정과, 상기 파쇄된 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼 입자에 시멘트, 모래, 물이 각 3 : 2 : 1로 혼합된 시멘트
혼합물을 혼합하고, 상기 시멘트혼합물에 대한 0.3부피%의 방수제를 첨가하여 시멘트 액이 흐르지 않는 겔(gel)상태로 혼
합물을 혼합하는 공정과, 상기 겔 (gel)상태의 혼합물을 일정한 형틀에 넣고 진동압력으로 압축고정하는 공정과, 상기 양
성된 혼합물을 형틀에서 분리한 후 일정 크기로 절삭가공하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

색인어
폐스치로폴, 폐경질우레탄폼, 콘그리트, 단열재

명세서

도면의 간단한 설명
도1은 본 발명의 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼을 이용한 단열재 제조장치의 개략적인 구성도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 세척장치 2 : 파쇄장치
3 : 혼합물 교반회전드럼 4 : 혼합물 압축장치
5 : 절삭장치 6 : 중앙제어장치
7 : 이송콘베이어 8 : 침전조
9 : 침전물 제거장치 11 : 형틀 진동장치
12 : 다이아몬드 비트날 13 : 절삭물 이동장치

발명의 상세한 설명

발명의 목적

발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술

본 발명은 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼을 이용한 단열재 제조방법 및 이러한 방법으로 제조된 단열재에 관한 것으로, 더
욱 상세하게는 버려지는 폐스치로폴이나 폐경질우레탄폼 등에 콘크리트의 특성을 결합하여 단열재 수요에 충족하는 동시
에 휘발성유기화합물(VOC)의 저감과 단열재 사용으로 얻어지는 직간접적인 에너지 절감으로 대기오염 등의 환경오염을
방지할 수 있는 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼을 이용한 단열재 제조방법 및 이러한 방법으로 제조된 단열재에 관한 것이다.
스치로폴은 발포스티렌(EPS, Exepanded Poly-Styrene)이라고도 하며, 발포제로 사용하는 펜탄, 부탄, 탄화수소가스를
주입시킨 후 이것을 수증기로 부풀린 발포제품으로 부피의 98%가 미세 공기이고, 2%가 폴리스틸렌 수지인 자원절약형 재
료이나 휘발성유기물질(VOC)이 배출되는 물질이다. 이러한 스치로폴 즉 발포스티렌(EPS,Exepanded Poly-Styrene)은
500년 동안 자연분해되지 않는 재생 가능한 물질이다.

상기 발포스티렌(EPS,Exepanded Poly-Styrene)은 건축물의 벽, 천장, 마루등 단열용으로 가장 많이 쓰이고 있으며 재
질의 특성인 단열, 완충, 내충격, 경량 등으로 농산물상자, 수산물 포장재로 많은 양이 이용되고 있다.
그러나 건축물의 재건축 시에 많은 양의 건축폐기물과 함께 폐기되어 건축폐기물처리장에서 폐스치로폴을 부유식으로 회
수하고 있으나, 콘크리트 등의 이물질이 부착되어 기존의 열축소화나 화학처리등으로 재생하기에는 어려움이 있다.

한편, 폐기되는 농산물상자, 수산물 포장재, 가전제품 포장재 등은 수거에 어려움이 있고, 특히 다양한 장소에 버려진 폐
스치로폴은 물질의 특성상 매우 가벼워 홍수시 댐이나 강하류, 해안가로 밀려 처리하는데 많은 문제점이 있으며, 어촌에서
수산물 양식을 위해 많이 사용하고 있는 부자는 태풍 등에 밀려 남해안의 수려한 자연환경을 훼손시키고 있으며 많은 양이
해안가를 오염시키고 있으나 이것들을 현장에서 소각하거나 매립하지 못하므로 처리에 어려움이 있다.
또한 폐경질우레탄폼은 냉장고 등의 고급단열재로 쓰이고 있는데 스치로폴과 같은 물성으로 환경문제를 야기시키고 있
다. 더군다나 수거하여 재생하는 경비는 생산원가에도 못미치는 경제성이 없는 물질로 알려져 있다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 각종 폐스치로폴을 재생하는 기술이 다양하게 개발되고 있다.

이러한 기존의 재생방법은 스치로폴 등의 물리성을 크게 변형시키는 축소재생으로 국내 공개실용신안공보 제2000-
6549호에는 폐발포 플라스틱재료를 분쇄하여 접착제와 혼합한 후 고형화시키거나, 내부 부재를 형성한 후 제조된 내부 부
재의 표면에 우레탄 발포체용 조성물을 스프레이로 소정 두께만큼 분사시킨 후 고형화시키거나, 상기 내부 부재를 소정형
상의 몰드에 넣은 후 상기 우레탄 발포체용 조성물을 부은 다음 고형화시켜 외부 부재를 형성하며, 완충용 구조물에 폐발
포 플라스틱을 내부 충전물로서 사용함으로써 발포체의 높은 가공비용과 스치로폴의 낮은 물성 등의 단점을 극복한 폐발
포 플라스틱을 이용한 재생방법이 기재되어 있으며, 국내특허공개공보 제97-65462호에는 재활용 스티로폴과 폴리스틸렌
을 주재로 천연섬유칩, 발포체, 안정재, 난연재조형제, 및 ABS 수지를 혼합하여 제조되는 보온 단열재가 공개되어 있다.

또한 국내특허공개공보 제99-000001호에는 열가소성 폐합성수지를 분쇄 가열하여 골재와 혼합용융, 혼련 및 성형으로
이루어지는 폐플라스틱 콘크리트 복합 재료에 있어서, 가열된 열가소성 폐합성수지와 모래 등을 일정한 압력하에서 혼합
용융시키는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 콘크리트 복합 재료의 제조 방법 등이 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 기술들은 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼을 분쇄하고 이를 다시 접착제로 접착하여 압축기에 의
해 재결합하는 재활용(Material Recycle)이 주를 이루고 있으며, 단순히 발포체를 재활용하는 기술로서, 재활용 공정이 복
잡하여 가공비용이 많이 드는 문제점이 있다.

기존의 제품은 열에너지 사용에 의해 부피를 줄여서 잉고트로 만든 후 재활용 골재로 사용되는데, 그 콘그리트 제품
은 시멘트, 모래, 물에 재생골재를 혼합하여 만든 제품이다. 이러한 제품은 상온에서 혼합시켜야 하기 때문에 물에 용해되
는 에폭시수지, 라텍스수지, 피치등 또 다른 물질이 첨가 사용되고 있다. 특히 폐스치로폴 등을 10㎜이하로 잘게 분쇄하여
토양개량제, 경량콘크리트 벽돌 등으로 활용되고 있고, 열 회수 목적과 폐기하는 방법으로 소각처리 하기도 하는데 이 때
많은 양의 다이옥신이라는 독성물질이 발생하는 문제점이 있다.

이 밖에도 국내 등록실용신안 제0209252호에서는 이동식 폐스치로폴 감용회수장치를 차량에 설치하여 차량이 직접 이
동하면서 수거한 폐스티로폴을 즉시 감용처리 다량의 폐스치로폴을 계속적으로 수거 처리하고 감용처리된 액상을 별도의
회수시설에서 회수장치에 의해 용제와 수지를 분리하여 용제는 재사용하고, 회수된 수지는 재활용품의 원료 또는 소각연
료로 사용되는 방법이 있다.

또한 소규모 발생지에서는 축소할 목적으로 신나 등에 넣어 액체화하거나 토양에 매립하는 등으로 폐기하기 때문에 토양
오염은 물론 지하수의 오염도 일으키고 있다. 이러한 종래의 방법은 부풀린 물성과 단열성 등 최대한 활용이 되고 있지 않
으며 그 만큼의 새로운 스치로폴이 만들어 져야 하기 때문에 발포스티렌수지, 우레탄수지 자원등은 물론 휘발성유기화합
물(VOC)도 사용되어 대기오염 물질이 발생되는 문제점이 있다.

발명이 이루고자 하는 기술적 과제

본 발명은 상기와 같은 종래의 재생방법의 문제점을 감안하여 새로운 다용도 단열재 재료를 제조함에 있어 스치로폴
(EPS,Exepanded Poly-Styrene), 경질우레탄폼의 우수한 특성인 단열, 완충, 내충격, 경량, 흡음, 방진성 등을 최대한 살
리고 취약점인 사용상 발화성과 약한 압축강도를 보완할 수 있는 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼을 이용한 단열재 제조방법
및 이러한 방법으로 제조된 단열재를 제공하는 목적이 있다.

또한 본 발명은 물리적 축소, 대기와 환경오염을 최대한 줄이는 재생방법으로 단열재 복합재료를 만들었고 발포스티렌
(EPS,Exepanded Poly-Styrene), 경질우레탄폼 수지가 자원절약형 재료이므로 스치로폴, 경질우레탄폼과 콘크리트의
특성을 결합하여 단열재 수요에 충족하는 것이 본 발명에서 이루고자하는 목적이다.
본 발명은 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼을 각각 분리세척하여 파쇄한 후 수분을 파쇄된 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼 입자
에 흡수시키는 공정과, 상기 파쇄된 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼 입자에 시멘트, 모래, 물이 각 3 : 2 : 1로 혼합된 시멘트
혼합물을 혼합하고, 상기 시멘트혼합물에 대한 0.3부피%의 방수제를 첨가하여 시멘트 액이 흐르지 않는 겔(gel)상태로 혼
합물을 혼합하는 공정과, 상기 겔 (gel)상태의 혼합물을 일정한 형틀에 넣고 진동압력으로 압축고정하는 공정과, 상기 양
성된 혼합물을 형틀에서 분리한 후 일정 크기로 절삭가공하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 때 상기 파쇄된 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼 입자의 입도는 5mm~35mm이고, 상기 시멘트혼합물은 상기 파쇄된 폐스
치로폴, 폐경질우레탄폼에 대한 10부피%, 25부피%, 35부피%에서 선택되어 혼합되고, 상기 혼합물의 진동압력은 125kg/
㎠인 것이 바람직하다.
한편 본 발명은 상기와 같이 제조된 단열재를 특징으로 한다.
또한 상기 절삭가공 공정 후에 금속 또는 비금속 제재를 접착, 흡착, 부착, 가열 용융하는 방법 중 어느 하나를 선택하여 표
면에 결합시키는 결합공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 시멘트혼합물이 상기 파쇄된 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼에 대한 10부피%로 혼합되는 경우에 상기 절삭가공
공정 후의 양면을 강판으로 보강하여 판넬을 형성하는 판넬형성공정을 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 시멘트혼합물
이 상기 파쇄된 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼에 대한 35부피%로 혼합되는 경우에 상기 절삭가공 공정 후에 표면을 가열 용
융하여 황토 또는 시멘트몰탈을 부착하는 부착공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.

발명의 구성 및 작용

본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 폐스치로폴, 폐경질우레탄폼을 이용한 단열재 제조장치의 개략적인 구성도로써, 장치의 주요 구성부분은
세척장치(1), 파쇄장치(2) 혼합물 회전드럼장치(3)와 혼합물 압축장치(4) 및 제품을 생산하는 절삭장치(5)로 이루어져 있
다. 또한 상기 장치를 제어하기 위한 중앙제어장치(6)로 연속적인 시스템을 가동할 수 있으며 이들 각 장치들이 기능과 효
과는 종래의 주지된 기술이므로 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 이들 각 장치들을 이용한 본 발명의 첫 공정에서부터 완제품 생산까지 구성과 과정을 제시한다. 먼저 폐스치로폴
(EPS,Exepanded Poly-Styrene) 등을 투입 버켓을 사용하여 세척장치(1)에 투입한다. 이 때 이 장치에는 고수압 분사장
치가 설치되어 고압의 세척수로 토분, 오물, 이물질을 제거 한다.
이러한 공정의 필요성은 고급단열재로 건축물의 실내에 사용될 경우 악취, 미생물의 증식에 의한 보건상의 문제점을 방
지하기 위함이며, 혹 이들 미생물이 흡착된 상태로 제품이 생산될 때 문제점을 실험을 하여 검사하였다.
이 실험을 수행한 이유는 본 발명이 열에 의한 변형의 방법이 아닌 상온에서 단순한 세척과정을 거치는 재생법으로 일반
적으로 폐기물이라고 하면 더러운 것으로 인식되어 제품화 하였을 때 문제될 소지가 있어 이를 불식시키기 위해 실시되었
다.
이 실험결과는 대장균군과 나이트로박터 등에 수 종의 미생물을 물에 희석하여 폐스치로폴 분쇄입자에 흡착시켜 시제
품을 만들어 10일 후 조사하였으나, 이들 미생물이 콘크리트의 화학결합에 의하여 사멸되어 검출이 되지 않았다.
상기 세척공정은 폐스치로폴의 파쇄시 분진의 비산방지와 스치로폴의 절단 된 입자에 수막을 형성시켜 시멘트혼합물과
결합이 용이하게 하고, 파쇄절단시 생기는 열을 감소시켜 장치의 과열을 방지하고 파쇄입자의 용융방지에도 필요한 공정
이다. 여기에서 발생된 오폐수는 침전조(8)를 거쳐 침전 후 용수로 재사용되는 데 침전조(8)에는 침전물 제거장치(9)가 설
치되어 이물질과 함께 슬러지를 환경처리 한다.

세척장치(1)에서 세척된 폐스치로폴을 파쇠장치(2)에 투입하여 5mm~35mm로 크기로 파쇄하는데 스크린선별 메쉬로 2
종류의 크기로 분리하고 여기에서 발생되는 5mm~20mm의 작은 입자 15%는 혼합물과 파쇄입자사이의 공극결합에 필요
하므로 반드시 사용한다. 이 때 절단된 단면의 모양은 부정형으로 표면적이 넓고 거칠은 파쇄절단면이 된다. 이 파쇄된 면
은 시멘트 혼합제와 결합이 용이하고 상온에서 콘크리트 양성과정과 같이 물과 반응하면 수화작용에 의해 수화물이 생성
되는데. 표면적이 넓고 거칠수록 파쇄절단된 입자는 입자간의 강한 결합력이 형성되어 단열재 복합재료 제품의 인장력과
강도에 영향을 주는 필요한 공정이다.

상기 이송콘베이어(7)에서 이송된 절단입자에 수막이 형성되어 있으므로 먼저 포틀렌드 보통1종 시멘트(Portland
cement)와 모래를 혼합물 교반회전드럼(3)에 넣고 혼합교반하는 과정에서 드럼의 회전수가 분당 7~10회로 시멘트가루
가 도포되도록 한다. 이 혼합 과정 후 소량의 물을 첨가하는데 시멘트, 모래, 물 등의 최종혼합비는 3:2:1의 비율로 혼합하
며, 이 혼합물은 폐스치로폴, 경질우레탄폼의 파쇄된 입자부피의 10부피%, 25부피%, 35부피%로 다용도 단열재 복합재료
를 사용하여 각 제품을 만든다.

아래의 실험기록표에서는 폐스치로폴, 경질우레탄폼의 파쇄된 입자에 부피의 각각 10부피%, 25부피%, 35부피%로 시멘
트혼합물을 만들어 각종 실험을 한 결과물이다.
표1 파쇄된 입자에 부피의 각각 10%, 25%, 35%로 시멘트혼합물 실시예, ( )안은 경질우레탄폼.
구 분 실시예 10% 실시예 25% 실시예35

녹색주택 특허공개 내용, 특모시멘트(2)에 자료 내용을 이어서 올립니다.