KR100595382B1 - 건축 자재용 황토 페인트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축 자재용 황토 페인트 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 항균·탈취·습도조절 작용 등을 하여 인체에 매우 유익한 영향을 주는 황토를 주성분으로 하며, 수용성 셀룰로오스 유도체 및 펄프를 포함하여 상기 3성분의 망상구조를 형성함으로써 점착력이 향상되고 황토의 효능을 극대화할 수 있는 건축 자재용 황토 페인트 조성물에 관한 것이다.

황토 페인트, 수용성 셀룰로오스 유도체, 펄프, 물

Description

건축 자재용 황토 페인트 조성물{Loess paint composition for construction materials}

도1은 종래 기술에 따른 일반적인 합성수지를 이용한 황토 조성물의 구조를 개략적으로 도시한 것이며,

도2는 본 발명에 따른 황토 페인트의 시공단계의 건조전의 구조를 개략적으로 도시한 것이고,

도3은 본 발명에 따른 황토 페인트의 시공단계의 건조후의 구조를 개략적으로 도시한 것이며,

도4 및 도5는 본 발명에 따른 황토 페인트 조성물을 건물의 벽면에 도포한 사진이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 10: 황토 또는 황토입자 2: 합성수지 또는 전분

20, 20': 수용성 셀룰로오스 유도체 3, 30: 펄프

본 발명은 건축 자재용 황토 페인트 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 항균·탈취·습도조절 작용 등을 하여 인체에 매우 유익한 영향을 주는 황토를 주성분으로 하며, 수용성 셀룰로오스 유도체 및 펄프를 포함하여 상기 3성분의 망상구조를 형성함으로써 점착력이 향상되고 황토의 효능을 극대화할 수 있는 건축 자재용 황토 페인트 조성물에 관한 것이다.

새로 건축된 주택이나 건물은 석면, 포름알데히드(formaldehyde) 및 기타 입자상의 물질 등의 실내 오염물질을 배출하면서 인체의 눈과 코, 목 등을 자극하고, 두통과 어지럼증을 유발하거나 실내 거주자에게 쉽게 피로감을 느끼게 하며, 천식·급성폐렴·고열 등을 유발시키기도 하는데, 이러한 건물 내에 거주자들이 느끼는 건강상의 문제점 및 불쾌감 등의 현상을 새집증후군 및 새빌딩증후군(Sick House Syndrome/Sick Building Syndrome)이라고 한다.

이러한 새집증후군에 의해 나타나는 증상은 두통, 눈·코·목 등 자극, 헛기침, 가려움증, 현기증, 매스꺼움, 집중력저하, 피로감, 취기에 대한 민감성 등에서부터 장기적으로는 호흡기 질환, 심장병, 암 등을 유발할 수 있는 것으로 알려져 있다.

상기 새집증후군을 해결할 수 있는 방법은 원인이 되는 물질을 대체하거나 제거하는 방법이 최상인 것으로 알려져 있다. 일반적으로 사용되는 대부분의 건축 자재 및 미장재료는 화학약품을 다량 함유하고 있기 때문에, 이러한 건축자재를 대체할 수 있는 것으로 황토가 주목받기 시작하였다.

한반도를 비롯한 중국의 화북지방 황하 연안 등 주로 동북아에 집중적으로 분포되어 있는 황토는 주로 석영을 함유하면서 그밖에 휘석, 각섬석 등을 함유하는 황갈색 석회질로서, 실리카(SiO₂) 60∼65%, 철분 5∼6%, 알루미나(Al₂O₃) 10∼13%, 마그네슘(Mg)과 나트륨(Na) 각 2% 내외, 칼리 1.5%, 석회 8% 내외의 화학적 조성을 가지며, 분해력·자정력·흡수력 등이 뛰어나며 인체에 유익한 약성을 갖는 것으로 알려져 왔다.

이에, 예로부터 가옥의 재료로서 중요하게 쓰여졌으며, 식기나 기구로 만들어져 생활의 도구로도 활용되었다. 그 뿐 아니라 황토는 해독과 질병 치료에도 탁월한 약효를 가지고 있어 동양의학에서는 중요한 약제로 쓰여졌다.

대표적인 동양 의서들인 본초강목(本草綱木)·동의보감(東醫寶鑑) 및 향약집성방 등에는 황토가 본디 색을 지닌 흙으로 약성이 가장 뛰어나 널리 중요하게 쓰이는 것으로서 맛은 달고 독이 없으며 부인병(婦人病)과 소아병(小兒病)에 탁월한 효능이 있다고 기록되어 있다. 또한, 본초강목의 중수부편에는 황토에 물을 부어 우러나온 물을 지장(地漿) 또는 토장(土漿)이라 하며, 이는 각종 독을 해독하고 마음을 안정시키는 효능이 있다고 기록되어 있다.

최근에 들어서는 황토에 대한 과학적 규명에 많은 연구가 이루어져 황토가 많은 양의 원적외선을 방출하고 유해 전자파를 차단할 수 있으며, 황토 한 숟갈에 는 수억 마리의 미생물과 다양한 효소들이 촘촘히 들어 있어 이들이 순환작용을 하여 여러 면에서 인체에 매우 유익한 영향을 준다는 것이 과학적으로도 입증되었다.

이에, 황토가 침구용 매트·황토 침대 등의 생활가구나 음식 조리용 용기 또는 건축용 내·외장재나 온돌 등과 같은 생활용품의 소재로서 각광받고 있으며, 새집증후군과 같은 현대 사회의 문제점에 부응하여 그 활용범위도 급속히 늘어나는 추세에 있다.

그러나, 천연의 순수한 황토는 물에 혼합된 상태에서는 점도(粘度)가 너무 커서 특정한 형상으로 성형하기 어렵고 페인트와 같이 사용하기 어려우며, 수분의 이탈과 동시에 진행되는 점착력의 상실과 황토 입자 사이의 수분의 이탈로 인한 수축으로 인해 갈라지거나 떨어지는 등의 표면에 균열이 생기기 때문에 그 자체만으로는 제품화되기 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 시공후에 지속적인 먼지와 흙 부스러기를 발생시키고, 시공후의 완성표면도 매우 거칠기 때문에 시공에 한계가 있어 다양한 소비자의 취향을 만족시킬 수 없는 문제가 있다.

이에, 종래에는 황토에 석유화학적 결합제를 사용하거나, 백시멘트 등을 혼합하여 사용하거나, 또는 시멘트·석회·모래 또는 기타의 돌가루 등과 같은 다른 재료들과 혼합하여 반죽한 다음 그것을 압축 또는 가열하여 벽돌화하는 방법이 사용되어 왔으며, 그나마 페인트로서 이용하는 예는 거의 없는 실정이다.

예를 들어, 한국 등록특허 제0230136호 및 제0274121호에는 황토, 합성섬유, 천연섬유 또는 재생펄프로부터 선택되는 섬유설, 한천, 아교, PVA 등의 합성수지계 교질재, 투루마린을 혼합하여 제조하는 황토벽, 온돌판, 황토방, 건축용 판재 등의 성형원료로 사용될 수 있는 투루마린을 함유하는 건축자재용 황토 조성물이 기재되어 있다. 그밖에도 많은 종래문헌들을 통해 석유화학적 결합제를 사용한 황토 조성물을 찾아볼 수 있다.

이와 같이, 아크릴·에폭시 등과 같은 석유화학적 결합제를 사용하는 경우에는 천연황토의 공극을 상기 석유화학적 결합제가 봉쇄함으로 인해 황토의 장점으로 주목받고 있는 통기성, 탈취성, 습도조절능력, 원적외선 방사능력, 음이온 발생능력 등이 반감 또는 상실된다. 이를 개략적으로 도1에 도시하였다.

도1은 종래 합성수지를 사용한 황토 조성물의 개략적인 구조를 나타내는 것으로서, 황토 입자(1) 또는 펄프(3)가 합성수지 또는 굳어진 전분(2) 등의 사이에 갇혀 공기와의 접촉이 불가함을 알 수 있다.

또한, 황토 중 유익 미생물의 사멸로 인한 유용성분이 감소하며, 상기 석유화학적 결합제 자체가 방사하는 VOC로 인해 실내공기의 2차오염의 우려가 있고, 화재시 유독가스를 방출하며, 제품의 특성상 완성된 성형제품만이 가능하여 시공시 건축물의 구조나 특성에 따른 변형의 폭이 적고, 시공시 소비자의 기호에 따른 색상이나 무늬 등의 가공이 거의 불가능하여 제품의 응용범위에 제한이 있으며, 황토의 상대적 함유량이 감소하고, 폐기시 환경문제가 발생될 수 있다.

황토를 페인트에 적용한 예를 찾아보면, 한국 공개특허 제2001-69370호에는 황토를 주성분으로 하고 참숯, 맥반석, 게르마늄, 옥분말, 규산소다를 혼합하여 제 조된 황토 접착제 및 황토 페인트가 기재되어 있고, 한국 공개특허 제2003-18284호에는 포리졸 20%, 황토앙금 30% 및 물 50%로 이루어진 황토 페인트가 기재되어 있다. 또한 한국 등록특허 제0420212호에는 광촉매 용액, 활성탄, 아교액 및 황토, 운모석을 이용한 미장 페인트가 기재되어 있다.

그러나, 지금까지 개발되어 있는 황토 페인트는 황토의 우수한 특성을 제대로 발현하기에는 부족한 점이 많다.

이에 본 발명에서는 식품의 증점제로도 사용될 만큼 인체에 대한 안전성이 입증된 수용성 셀룰로오스 유도체와 펄프를 적정비율로 혼합하여 사용함으로써, 전술한 황토에 대한 종래기술의 문제점을 해결하고 화학약품을 사용하지 않아 실내공기의 2차오염의 우려가 없으며, 황토 물성을 극대화하여 유지할 수 있고, 시공성이 용이하여 적용 범위가 넓은 건축 자재용 황토 페인트 조성물을 얻을 수 있음을 발견하였고, 이에 기초하여 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 천연황토의 물리적, 약리적 장점 발휘를 불가능하게 하였던 석유화학적 결합제 등의 사용을 지양하고, 제품 자체의 유해물질 방출로 인한 실내공기의 2차오염을 원천적으로 차단하여 새집증후군을 일으키지 않으며, 만일의 경우에 발생할 수 있는 화재시 유독가스의 발생을 차단할 뿐만 아니라, 그 자체가 하나의 내열제의 역할을 하여 화재의 조기확산을 막을 수 있는 건축 자재용 황토 페인트 조성물을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건축 자재용 황토 페인트 조성물은, 황토 100중량부에 대하여 수용성 셀룰로오스 유도체 0.2∼5중량부, 펄프 1∼ 7.5중량부 및 물 80∼150중량부를 포함하며, 상기 황토·수용성 셀룰로오스 유도체 및 펄프로 구성된 3성분이 서로 망상구조가 형성된 것으로 이루어진다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서, 핵심적 요소라고 할 수 있는 황토·수용성 셀룰로오스 유도체 및 펄프 3성분간의 망상구조가 도2 및 도3에 개략적으로 도시되어 있으며, 도2는 황토 페인트 조성물의 시공시의 건조전의 구조이며, 도3은 시공시의 건조후의 구조이다.

도2의 도시와 같이, 본 발명에 따른 조성물은 구조재의 골격 역할을 하는 펄프(30)와, 수용 상태에서 팽창하여 펄프와 황토(10)를 포함하는 수용성 셀룰로오스 유도체(20)와, 황토(10)가 망상(網狀)구조를 이루고 있다. 이와 같이, 수분을 함유하는 수용성 셀룰로오스 유도체(20)의 강력한 점착력으로 인해 미장 또는 도장 시공시 안정적인 부착력을 보인다.

따라서, 바닥·벽면·천정 등 건축구조물 내의 어떤 구조부이든 관계없이, 또한 시멘트·석재·석고보드·합판·철/비철금속강판·합성수지 등 건축구조물의 표면 재질에 따른 제한없이 필요에 따라 두께를 조절하여 사용할 수 있다.

또한, 도3에 나타나는 바와 같이 건조한 후에는 수용성 셀룰로오스 유도체 (20')는 결합력을 유지한 상태에서 다시 미세 섬유화되어 황토 입자(10)를 공기 접촉이 가능한 상태에서 구조재인 펄프(30)에 얽어매고, 또한 펄프(30)끼리를 얽어매어 기계적 강도가 강화됨을 알 수 있다.

또한, 비교적 굵은 펄프(30)와 상대적으로 가는 수용성 셀룰로오스 유도체 (20')의 망상구조를 기본으로 균일하고 밀도 높은 황토입자(10)가 포집되어 높은 수치의 공기 접촉율을 보임으로써 전술한 천연황토의 통기성, 탈취력, 습도조절능력 등의 손상없이 보존할 수 있게 된다.

다시 말하면, 형성 중인 망상구조의 구조력과, 수분을 함유한 상태의 수용성 셀룰로오스 유도체(20')의 강력한 점착성으로 인한 벽체 기타 시공 표면과의 고정력은 천연황토를 물에 개어 사용했을 경우 나타나는 황토 입자사이의 수분이탈로 발생하는 응축력(실험결과, 황토와 물만을 사용하여 미장 가능한 최소점도를 얻을 경우 8∼10％의 응축이 발생)에 저항하여 건조 과정 중의 균열발생과 휘어짐, 건조 후의 벽체 기타 시공 표면과의 수축률의 차이에 의한 잠재적 긴장력 발생과 그로 인한 시간차를 둔 분리(떨어짐)를 억제하게 됨으로써 시공 완성 후 안정적인 기계적 강도의 유지를 가능하게 하는 것이다.

이와 같이, 망상구조의 효과로 천연황토를 그대로 시공할 경우 볏짚 등의 보조재를 첨가하더라도 방지할 수 없는 건조시의 균열과 휘어짐, 떨어짐을 미세한 정도까지 완벽하게 방지할 수 있으며, 완성된 제품은 어느 정도의 탄력성과 충분한 강도를 확보하게 된다.

따라서 본 발명의 조성물이 미장/도장된 표면에 못을 박거나 톱질을 하는 등 기계적 압력을 가하여도 균열이나 떨어짐이 나타나지 않게 되며, 전통 황토주택의 문제점으로 흔히 지적되는 흙 부스러기의 떨어짐, 묻어남을 완벽히 해결하여 생활에서의 불편함을 없앨 수 있고, 벽지 등을 대체하여 벗겨짐이나 떨어짐 없이 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물은, 황토 100중량부에 대하여 수용성 셀룰로오스 유도체 0.2∼5중량부, 펄프 1∼7.5중량부 및 물 80∼120중량부를 포함한다.

우선 상기 황토는 100메쉬이하의 평균입경을 갖는 것들을 기계적으로 선별하여 얻는다. 상기 황토의 입경은 특별히 한정되는 것은 아니나, 입경이 작을수록 황토의 비표면적이 증가하여 공기접촉면적이 늘어나 황토의 기능항진을 극대화 할 수 있기에 100메쉬이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 선별된 황토에 수용성 셀룰로오스 유도체 및 펄프를 조합하고, 점도를 조절하면서 물을 첨가한다. 후에 교반기를 이용하여 1∼3시간 정도 균일하게 혼합시켜 본 발명에 따른 조성물을 얻는다. 본 발명에 따른 조성물은 시공하는데 적합하도록 20℃에서 브룩스필드 점도계를 이용하여 측정할 때 15,000∼40,000cps의 점성을 갖도록 조절하지만, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 사용되는 수용성 셀룰로오스 유도체는 셀룰로오스에 수용성 치환체를 도입하여 얻은 것으로서, 천연 펄프를 미세 분쇄 등 일정한 처리를 하여 수용성 치환기를 갖도록 만들어진 것으로, 수분을 함유할 경우 강한 점착력과 윤활성을 가지는 반면, 제품의 미장 시공후 건조시킨 상태에서는 미세 섬유질의 특성을 보인다.

상기 수용성 치환기는 메틸기·하이드록시에틸기 또는 하이드록시프로필기 등을 들 수 있으며, (주)삼성정밀화학의 제품명 메셀로스(Mecellose)와 같은 시판되는 제품을 사용할 수 있다.

또한, 이는 선별된 황토 100중량부에 대하여 0.2∼5중량부로 첨가될 수 있다. 상기 수용성 셀룰로오스 유도체의 함량이 0.2중량부 미만이면 건조 후 부착강도가 저하하거나 제품의 시공단계에서 윤활성의 저하 및 점착력의 약화로 인해 시공성이 떨어질 수 있고, 5중량부를 초과하면 제품의 시공단계에서 상기와 반대로 점착력의 지나친 강화로 인한 시공성의 저하(붓 등 도장 도구에의 달라붙음으로 인함)를 야기시킬 수 있다.

이렇게 하여 앞서 설명했던 바와 같이, 제품의 시공단계에서 천정·벽면 등에 점착이 용이해져 시공의 능률성을 대폭 증진시켰으며, 점액상의 수용성 셀룰로오스 유도체는 윤활작용을 하여 도장시 작업의 능률성을 향상시킨다.

또한, 제품의 시공 후 건조단계에서 재섬유질화하여 망상결합을 더욱 조밀하게 얽어매어 기계적 강도를 향상시키고 극단의 충격이 가해진 경우 제품의 피해범위를 최소화할 수 있다.

또한, 수분이탈과 미세섬유질화 과정에서 발생한 구조적 공극은 황토의 통풍성·통습성을 유지 가능하게 하고, 황토와 실내 공기와의 접촉면적을 극대화하여 천연황토의 기능성을 유지하는 것 이상의 기능적 항진을 가능하게 한다.

또한, 본 발명에서 사용 가능한 펄프는 전술한 바와 같이 망상구조의 형성에 있어 구조재의 역할을 담당한다. 그 사용량은 황토 100중량부에 대하여 1∼7.5중량부가 바람직하다. 이때 1중량부 미만이면 첨가 효과가 거의 없으며, 7.5중량부를 초과하면 오히려 제품의 표면 강도가 저하되고, 조성물의 점도가 증가하여 성형성이 저하되는 경향이 있다. 상기 펄프는 천연 또는 재생펄프에 특별히 한정되지 않는다.

또한, 물은 최종 제품의 성형성을 위해 황토 100중량부에 대하여 물 80∼150중량부로 첨가된다. 따라서, 물을 80중량부 미만으로 사용하면 점도가 증가하여 성형성이 저하되고, 150중량부를 초과하면 강도가 떨어지는 경향이 있다.

이렇게 얻어진 조성물은 0.2∼1.0㎜의 두께로 건축물 내부의 천정면·벽면·바닥면에 도포하거나 도장 도구를 이용하여 도포시킬 수 있다.

또한, 망상구조가 갖는 우수한 포획력은 생산단계나 그 시공단계에 구애받지 않고 소비자가 원하는 인체에 유용한 무기첨가물로서 숯, 맥반석, 게르마늄, 옥 및 소금의 분말로 이루어진 군으로부터 하나 또는 그 이상 선택된 성분을 황토 100중량부에 대하여 0.1∼20중량부를 더욱 첨가할 수 있게 하는 한편, 안전성이 입증된 천연 광물 안료를 적용할 경우 개인의 기호에 맞는 분위기의 실내공간 연출이 가능함이 현장실험결과 입증되었다.

이하 실시예들을 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

먼저, 100메쉬로 선별된 황토를 채취 이물질 등을 제거한 후, 황토 100중량부에 대하여 수용성 셀룰로오스 유도체((주)삼성정밀화학, 메셀로스) 1중량부, 펄프 3중량부 및 물 130중량부를 혼합하여, 교반기를 이용하여 2시간 동안 균일하게 교반하였다. 얻어진 조성물의 점도는 25,000cps 이었다.

상기 조성물을 8.17㎠의 단면을 갖는 시편으로 제조하여 암모니아 가스 제거율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

또한, 상기 조성물을 0.2∼1.0㎜의 두께로 건물의 벽면에 도4에서 도시하는 바와 같이 용이하게 시공하였다. 또한 외관은 매끈하였고 건조후에 균열이 발견되지 않았다.

실시예 2

먼저, 100메쉬로 선별된 황토를 채취 이물질 등을 제거한 후, 황토 100중량부에 대하여 수용성 셀룰로오스 유도체((주)삼성정밀화학, 메셀로스) 2중량부, 펄프 3.5중량부, 옥 5중량부 및 물 140중량부를 혼합하여, 교반기를 이용하여 2시간 동안 균일하게 교반하였다. 얻어진 조성물의 점도는 40,000cps 이었다.

상기 조성물을 8.17㎠의 단면을 갖는 시편으로 제조하여 암모니아 가스 제거율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

또한, 상기 조성물을 0.2∼1.0㎜의 두께로 건물의 벽면에 도5에서 도시하는 바와 같이 용이하게 시공하였다. 또한 외관은 매끈하였고 건조후에 균열이 발견되지 않았다.

구분	암모니아 가스 제거율1)
실시예 1	93.70%
실시예 2	95.00%
천연황토원석 (비교예)	91.00%

1) 암모니아 가스 제거율(%): KICM-FIR-1085의 방법으로 측정하였으며, 120분 경과시의 제거율을 비교한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 황토 페인트 조성물은 다음과 같은 효과를 갖는다.

1) 그 유용함이 널리 알려진 천연황토의 물성과 약리성을 그대로 보존하면서 황토입자의 다공성을 증진시켜 그 효용을 극대화시키는 망상구조 결합을 도입하여, 황토의 효용상실이나 결합재로 인한 2차오염을 완전히 배제함으로써 새로이 주목받고 있는 주거환경의 오염문제에 대한 근원적인 해결책을 제시함.

2) 그 사용(시공)에 있어 건축물의 구조나 강도, 표면자재의 종류와 상관없이 적용가능하며 특별한 도구나 기술 없이도 상대적으로 적은 노력(일반적인 시멘트, 인테리어용 퍼티 대비)으로 높은 완성도의 결과물을 얻을 수 있어 천연황토의 사용범위를 대폭적으로 확장함과 동시에 사용자의 편익을 최대한 도모함.

3) 천연황토의 문제점으로 지적되어 온 갈라짐과 떨어짐, 부스러짐을 완벽히 해결하여, 오랜 역사를 지녔고 그 우수함이 날로 입증되어가고 있는 우리 전통 주택문화의 현대적 도입을 가능하게 하며, 그 우수성을 세계적으로 알릴 계기를 마련함.

4) 전술한 독특한 망상구조 결합법은 황토 외에도, 인체에 유익한 여러 성분(숯, 맥반석, 게르마늄, 옥, 소금 등)과 개인의 취향에 따른 천연안료 또한 별다른 공정이나 도구 없이 생산, 시공단계를 불문하고 손쉽게 첨가할 여지를 제공하고, 개인의 기호에 맞는 다양한 시공가능성을 열어 사용자의 만족을 극대화함.

Claims (4)

1. 황토 100중량부에 대하여 셀룰로오스에 메틸기, 하이드록시 에틸기 또는 하이드록시 프로필기가 도입된 수용성 셀룰로오스 유도체 0.2∼5중량부, 펄프 1∼7.5중량부 및 물 80∼150중량부를 포함하며, 상기 황토·수용성 셀룰로오스 유도체 및 펄프로 구성된 3성분이 서로 망상구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 건축 자재용 황토 페인트 조성물.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 20℃에서 15,000∼40,000cps의 점성을 갖는 것을 특징으로 하는 건축 자재용 황토 페인트 조성물.
4. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 숯, 맥반석, 게르마늄, 옥 및 소금의 분말로 이루어진 군으로부터 선택된 성분을 하나 또는 그 이상 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 건축 자재용 황토 페인트 조성물.

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