편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드 및 그 제조방법

편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드 및 그 제조방법 {Ceramic board using by-product of Hinoki Cypress and its manufacturing method}

본 발명은 내부에 내부에 숯 층이 구성된 세라믹보드 및 그 제조방법에 관한 것으로서 특히, 피톤치드를 발산함으로써 항균효과가 우수하고 실내에서 장시간 생활하는 현대인들에게 매우 유익한 편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

편백나무는 알려진 침엽수 중에서 가장 많은 피톤치드를 발산하는 것으로 알려져 건축자재 및 각종 생활용품으로 널리 활용되고 있는 수목이다.

피톤치드를 많이 발산하는 편백나무의 주요 효과로는 각종 세균의 살균작용과, 살균 작용에 의한 아토피, 알레르기 및 민감성 피부질환의 개선과 치료효과와, 스트레스 해소와, 두통이나 우울증 및 불면증 해소와, 인체의 면역력 증대, 숙면유도 등 많은 효과가 입증되고 있다.

이러한 많은 효과를 갖는 편백나무의 수요가 점차 늘어나고 있는 추세이고, 편백나무 활용을 위해 편백나무를 가꾸는 산림이 많아지고 있다.

편백나무 숲을 가꾸는 과정에서 잔가지와 잎 등의 많은 부산물이 발생하고, 벌목된 편백나무를 가공하는 과정에서도 뿌리, 가지, 잎 등의 많은 부산물이 발생하고 있는데, 이러한 대다수의 편백나무 부산물은 폐기되고 있는 실정이다.

그리고 웰빙의 열풍을 타고 건축자재와, 생활 주변에서 흔히 사용되는 여러 생활용품의 소재로 플라스틱과 같은 합성수지를 배제하고 친환경 소재인 숯과 황토를 널리 사용하고 있는 추세이고, 숯과 황토의 여러 효과로 인해 황토와 숯의 수요가 날로 증가하고 있다.

상술한 바와 같이 편백나무 숲을 가꾸는 과정과 벌목된 편백나무를 가공하는 과정에서 많이 발생하여 폐기되는 편백나무 부산물을 이용하여 내부에 숯이 구성된 세라믹 보드를 제조함으로써 폐기되는 편백나무 부산물을 활용할 수 있고, 피톤치드가 발산되는 세라믹 보드를 건축 자재로 활용하여 실내에서 많은 시간을 거주하는 현대인들의 건강을 증진시킬 수 있는 편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드 및 그 제조방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 편백나무 부산물을 이용한 세라믹 보드 및 그 제조방법은 잎사귀, 잔가지 및 뿌리 등 폐기되는 대다수의 편백나무 부산물을 이용하여 내부에 숯이 형성된 세라믹보드를 제조함으로써, 이러한 세라믹보드를 실내 건축자재로 사용한 곳에서 황토, 숯 및 편백나무의 피톤치드 효과를 동시에 누릴 수 있는 편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드 및 그 제조방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

또한, 세라믹 보드 제조 과정에서 편백나무의 피톤치드가 소실되는 것을 최대한 방지하여 피톤치드의 효과를 최대한 누릴 수 있는 편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드 및 그 제조방법을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드 제조방법은 황토, 사질, 및 점토를 분쇄하고, 편백나무 부산물을 100~200메시 크기로 고르게 분쇄하는 파쇄단계(S100); 상기 파쇄단계(S100)를 통해 분쇄된 황토 40~60wt%, 점토 15~20wt%, 사질토 5~15wt%, 편백나무 부산물 10~30wt%를 혼합하고 교반기를 이용하여 혼합하는 혼합·교반단계(S200); 황토, 점토, 사질토 및 편백나무 부산물에 물을 혼합하여 함수율이 5~25%가 되도록 혼합물의 함수율을 조정하는 함수율 조정단계(S300); 상기 함수율 조정단계(S300)를 통해 함수율이 5~25%가 되도록 함수율을 조정한 혼합물을 프레스 성형기에 넣어 보드 형태로 압축 성형하는 프레스 성형단계(S400); 상기 프레스 성형단계(S400)를 통해 성형된 보드의 함수율이 2~4%가 되도록 건조하는 건조단계(S500); 상기 프레스 건조단계(S500)를 통해 성형된 보드를 챔버에 넣고 소성하는 소성단계(S600); 상기 소성단계(S600)를 통해 고온으로 소성된 세라믹 보드를 냉각시키는 냉각단계(S700);로 구성된다.

이때, 상기 함수율 조정단계(S300)에서 목초액을 사용하여 황토, 점토, 사질토 및 편백나무 부산물의 함수율을 5~25%로 조정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소성단계(S600)에서 800~850℃의 온도로 35~60분 동안 소성하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 의한 편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드는 100~200메시 크기로 파쇄된 황토 40~60wt%, 점토 15~20wt%, 사질토 5~15wt% 및 편백나무 부산물 10~30wt%가 혼합되어 보드 형태로 성형되고, 소성됨으로써 내부에 숯층이 형성되고 표면에 황토층이 형성되어 피톤치드를 발산하도록 구성된다.

이때, 상기 세라믹 보드는 목초액이 혼합되어 황토,점토, 사질토 및 편백나무 부산물 혼합물의 함수율이 2~4%로 조정된 후 소성되어 내부에 숯층이 형성되고 표면에 황토층이 형성되어 피톤치드를 발산하도록 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 편백나무 부산물을 이용한 세라믹 보드는 황토를 주성분으로 하는 세라믹 내부에 숯이 형성되고, 상기 숯에서 피톤치드가 발산되므로 이러한 세라믹보드를 실내 건축자재로 사용한 곳에서 숯의 효능과, 황토의 효능과 피톤치드의 효능을 동시에 누릴 수 있어 건강한 실내 생활을 영위할 수 있다.

또한, 편백나무 숲을 가꾸고 편백나무를 가공하는 과정에서 발생하는 잎사귀, 잔가지 및 뿌리 등의 부산물을 폐기처분하지 않고 이를 활용하므로 환경오염을 방지하고, 폐기 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 편백나무 부산물을 이용한 세라믹 보드를 도시한 부분 단면 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 편백나무 부산물을 이용한 세라믹 보드 제조방법을 도시한 공정도.

이하 첨부한 도면에 의하여 본 발명에 의한 편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드 및 그 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드 및 그 제조방법은 파쇄단계(S100), 혼합·교반단계(S200), 함수율 조정단계(S300), 프레스 성형단계(S400), 건조단계(S500), 소성단계(S600) 및 냉각단계(S700)로 구성된다.

편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.

파쇄단계(S100)

덩어리 형태의 황토, 사질토 및 점토를 고른 입자가 되도록 분쇄하고, 편백나무 부산물인 잎사귀, 잔가지, 나무껍질 및 뿌리를 분쇄기에 넣고 분쇄하여 100~200메시의 크기가 되도록 고르게 분쇄한다.

혼합·교반단계(S200)

상기 파쇄단계(S100)을 통해 분쇄되어 준비된 황토, 사질, 점토 및 편백나무 부산물을 혼합하고 고르게 교반하는 단계이다.

황토 40~60wt%와, 점토 15~20wt%와, 사질토 5~15wt%와, 분쇄된 편백나무 부산물 10~30wt%를 혼합하고, 교반기를 이용하여 고르게 혼합하는 단계이다.

상기 황토는 원적외선을 방사하여 신체의 혈액순환을 촉진하고, 공기정화와 탈취기능이 우수하며, 습도조절기능을 갖는다.

그리고 상기 점토와 사질토는 각각 혼합물에 점성을 부여하여 가공성을 증대시키고, 이후 제조된 세라믹보등에 강도와 내구성을 증대시키는 역할을 한다.

황토는 40~60wt%가 혼합되는데 황토가 40wt% 미만으로 혼합되면 황토의 혼합량이 적어져 황토 고유의 효과를 기대할 수 없고, 60wt%를 초과항 혼합되면 다른 황토와 함께 혼합되는 다른 조성물의 혼합량이 적어지게 되므로 황토는 40~60wt%를 혼합하는 것이 바람직하다.

함수율 조정단계(S300)

상기와 같이 황토, 사질토, 점토 및 편백나무 부산물 파쇄하여 혼합한 상태에서의 혼합물은 함수율이 대략 4% 정도이다.

함수율이 대략 4%인 혼합물에 물을 혼합하여 황토, 사질토, 점토 및 편백나무 부산물 혼합물의 함수율이 5~25%가 되도록 조정한다. 혼합물의 함수율이 4%인 경우에는 이후의 공정인 성형단계에서 성형이 제대로 이루어지지 않기 때문에 수분을 가하여 함수율이 5~25%가 되도록 조정한다.

상기와 같이 혼합물의 함수율을 5~25%로 조정하는 것은 이후의 성형단계에서 혼합물을 보드 형태로 성형이 용이하게 이루어지면서도, 이후의 프레스 성형단계에서 혼합물이 고압축 상태에서 입자들이 서로 견고하게 결합되도록 함으로써 입자들 사이의 기공을 최소화하여 고온으로 소성할 때 보드 내부로 열이 과도하게 전달되지 않도록 함으로써 보드 내부에 숯층이 잘 형성도도록 한다.

이때, 상기 함수율 조정단계(S300)에서 혼합물의 함수율을 5~25%로 조정할 때 물 대신에 목초액을 사용하는 것이 바람직하다.

목초액은 나무를 태워 숯으로 만드는 중에 나오는 연기를 액화시켜 채취한 것을 6개월 가량 숙성시키면서 독성과 유해물질을 제거한 것으로서, 목초액을 혼합하면 소성과정에서 편백나무 부산물에 함유된 피톤치드의 소실을 어느 정도 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 목초액에는 280여가지의 유기산과 13종의 미네랄, 게르마늄이 들어 있어 병원성 세균의 제거에 탁월한 효능이 있어, 공기중의 병원성 세균을 살균하는 효과가 있어 본 발명의 세라믹 보드를 실내 건축 자재로 사용하였을 때 실내의 병원성 세균을 살균하는 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 물 또는 목초액을 사용하여 혼합물의 함수율을 5~25%로 조정하는데, 함수율이 5% 미만이면 이후의 프레스 성형단계에서 성형이 제대로 이루어지지 않고 프레스 성형단계에서 성형된 보드 내부에 미세한 기공이 과다하게 생성되어 소성단계에서 보드 내부에 열이 과다하게 전달되어 숯층이 제대로 형성되지 않는다.

반대로 혼합물의 함수율이 25%를 초과하면 프레스 성형이 제대로 이루어지지 않는다.

프레스 성형단계(S400)

상기 함수율 조정단계(S300)를 통해 함수율이 5~25%로 조정된 혼합물을 프레스로 가압하여 보드 형태로 성형한다.

상기 함수율 조정단계(S300)에서 함수율이 5~25%로 조정된 혼합물을 프레스로 가압하여 보드로 성형하면 입자들 간의 결합력이 견고하게 유지되어 프레스 형성된 보드에 기공이 최소화되고 특히, 프레스기기와 접하면 보드의 표면 입자들은 보드 내부의 입자보다 더욱 견고하게 결합되어 보드 표면에 기공이 거의 없어진다.

건조단계(S500)

상기 프레스 성형단계(S400)를 통해 성형된 보드를 건조하여 함수율이 2~4%가 되도록 건조한다.

소성 전 보드의 함수율이 2% 미만이면 고온으로 소성할 때 열이 내부로 많이 전도되어 보드 내부의 편백나무 부산물이 대부분 산화되므로 숯층이 너무 얇게 형성되거나 심할 경우 숯층이 아예 형성되지 않는 경우가 발생할 수 있다.

그리고 소성 전 보드의 함수율이 4%를 초과하면 고온으로 소성할 때 보드가 깨지는 현상으로 인해 불량이 발생할 수 있으므로 소성 전에 보드의 함수율을 2~4%가 되도록 건조하는 건조단계를 실시한다.

소성단계(S600)

상기 프레스 성형단계(S400)를 통해 성형된 보드를 챔버에 넣고 800~850℃의 온도로 35~60분 동안 가열하여 소성한다.

상기와 같은 소성단계를 통해 황토, 사질토, 점토 및 편백나무 부산물이 혼합된 성형물 표면의 편백나무 부산물이 완전 연소되어 성형물 표면이 황토, 점토 및 사질토가 잔존하게 되어 황토층이 형성되고, 상기 성형물의 내부에 혼합된 편백나무 부산물이 소성과정 중 탄화되어 숯층을 형성한다.

소성단계(S600)를 거치면 도 1에 도시한 바와 같이 세라믹 보드 표면의 편백나무 부산물이 완전 연소하여 1~3mm 두께의 황토층이 형성되고, 그 내부에는 편백나무 부산물이 탄화되어 숯층이 형성된다.

상기 숯 층에는 편백나무 부산물이 함유되어 있기 때문에 이로부터 피톤치드 성분이 발산된다. 함수율 조정단계(S300)에서 함수율을 조정할 때 목초액을 사용하여 함수율을 조정하면 목초액이 편백나무 부산물에 스며들어 소성과정에서 편백나무 부산물에 함유된 피톤치드 성분이 소실되는 것을 방지한다.

상기 소성단계(S500)에서 800~8500℃의 온도로 소성하는데, 혼합물의 함수율이 2~4%인 상태에서 소성온도가 800℃ 미만이면 혼합물에 포함된 편백나무 부산물이 완전히 산화되지 못하여 세라믹 보드 표면에 황토층이 형성되지 못한다.

또한, 혼합물의 2~4%인 상태에서 소성온도가 850℃를 초과하면 소성과정에서 세라믹 보드가 깨지거나, 세라믹 보드 내부의 숯 층이 완전 산화되어 숯 층이 형성되지 못하고, 편백나무 부산물에 함유된 피톤치드가 모두 소실되어 피톤치드의 효능을 기대할 수 없으므로 함수율이 8~11%인 상태에서 소성단계(S500)의 온도는 800~850℃가 바람직하다.

냉각단계(S700)

상기와 같이 고온의 소성단계를 거쳐 제조된 세라믹 보드를 상온 상태에서 냉각한다.

상기와 같이 파쇄단계(S100), 혼합·교반단계(S200), 함수율 조정단계(S300), 프레스 성형단계(S400), 건조단계(S500), 소성단계(S600) 및 냉각단계(S700)를 통해서 내부에 숯층이 형성되고 표면에 황토층이 형성된 세라믹 보드가 제조된다.

본 발명에 의한 세라믹 보드는 황토와 숯이 가지는 인체의 유용한 효능을 모두 갖는 동시에, 숯층에 포함된 편백나무 부산물에 의해 피톤치드가 발산되어 숯과 황토에 의한 인체에 유용한 효능 외에 피톤치드에 의해 더욱 유용한 효능이 배가된다.

본 발명에 의한 세라믹 보드는 소성단계(S600) 이후에도 편백나무 부산물에 함유된 피톤치드 성분을 보존하기 위해 함수율 조정단계(S300)에서 목초액을 이용하여 혼합물의 함수율을 5~25%로 조정하고, 소성단계(S500)에서 소성온도를 800~850℃로 소성함으로써 편백나무 부산물에 포함된 피톤치드 성분을 최대한 보존한다.

이하 본 발명에 의해 제조된 세라믹보드에서 발산하는 피톤치드(Phytoncide) 양을 측정한다.

황토, 사질토 및 점토와 편백나무 부산물로서 잎사귀, 잔가지 및 뿌리를 130메시 크기로 분쇄하여 준비하고, 다음과 같이 시편을 제작한다.

실시예 1

- 황토 50wt%, 점토 15wt%, 사질토 10wt% 및 편백나무 부산물 25wt% 혼합

- 물로 혼합물의 함수율이 10%가 되도록 조정하고, 프레스 성형 후 함수율이 3%가 되도록 건조.

- 820℃의 온도에서 40분 동안 소성

실시예 2

- 황토 50wt%, 점토 15wt%, 사질토 10wt% 및 편백나무 부산물 25wt% 혼합

- 목초액으로 혼합물의 함수율이 10%가 되도록 조정하고, 프레스 성형 후 함수율이 3%가 되도록 건조.

- 820℃의 온도에서 40분 동안 소성

비교예

- 황토 50wt%, 점토 15wt%, 사질토 10wt% 및 참나무 목분 25wt% 혼합

- 물로 혼합물의 함수율이 10%가 되도록 조정하고, 프레스 성형 후 함수율이 3%가 되도록 건조.

- 820℃의 온도에서 40분 동안 소성

- 피톤치드 측정기기 : MP-Σ300N(Sibata, sampling pump)

- 5m×4m 크기의 실내 벽면을 상기 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 시편으로 시공된 방에서 피톤치드의 대표적 물질인 α-Pinene, Camphene, Benzaldehyde, β-Pinened의 합산량 측정.

상기 표 1의 피톤치드 측정량과 같이 일반 참나무 목분을 사용하여 내부에 숯이 구성된 세라믹보드(비교예 1)는 피톤치드 측정량이 0.00442mg/m ³ 으로 측정되었고, 편백나무 부산물을 사용하여 내부에 숯이 구성된 세라믹 보드(실시예 1)는 피톤치드 측정량이 0.01324mg/m ³ 으로 측정되었으며, 편백나무 부산물을 사용하고 목초액으로 함수율을 조정하여 내부에 숯이 구성된 세라믹 보드(실시예 2)는 피톤치드량이 0.12105mg/m ³ 으로 측정되었다.

따라서, 일반 참나무 목분을 사용하여 제조된 세라믹 보드는 피톤치드 발산량이 의미 없는 수준이고, 편백나무 부산물을 사용하여 제조된 세라믹 보드는 참나무 목분을 사용하여 제조된 세라믹 보드에 비해 피톤치드 측정량 높게 측정되었으며, 편백나무 부산물을 사용하고 목초액으로 함수율을 조정하여 제조된 세라믹 보드는 피톤치드 측정량이 가장 높게 측정되었다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 편백나무 부산물을 이용한 세라믹 보드는 황토를 주성분으로 하는 세라믹 내부에 숯이 형성되고, 상기 숯에서 피톤치드가 발산되므로 이러한 세라믹보드를 실내 건축자재로 사용한 곳에서 숯의 효능과, 황토의 효능과 피톤치드의 효능을 동시에 누릴 수 있어 건강한 실내 생활을 영위할 수 있다.

이상, 본 발명에 의한 편백나무 부산물을 이용한 세라믹보드 및 그 제조방법에 대해 설명하였다.

상기 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

S100 : 파쇄단계
S200 : 혼합·교반단계
S300 : 함수율 조정단계
S400 : 프레스 성형단계
S500 : 건조단계
S600 : 소성단계
S700 : 냉각단계