KR100922177B1 - 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법에 관한 것으로, 그 목적은 친환경 탄성바인더와 장섬유 부직포를 이용하여, 유해성분의 용출 및 배출을 방지하고, 인체에 무해하며, 우수한 인장강도를 구비한 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 친환경 액상바인더에 시멘트 무첨가형 무기질 바인더를 첨가 혼합하여 친환경 탄성바인더를 형성하는 혼합단계와, 친환경 탄성바인더에 장섬유 부직포를 함침시키는 함침단계와, 함침된 부직포를 덧붙이기 형식에 의해 형틀에 부착하여 응결시켜 조형물을 형성하는 성형단계를 포함하도록 되어 있다.

조형물, 장식물, 부직포, 탄성바인더, 함침

Description

친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법{Manufacturing method for molding for decoration using nature friendly elastic binder}

본 발명은 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법에 관한 것으로, 시멘트가 첨가되지 않은 친환경 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포의 적층에 의해 조형물을 제작하여, 조형물 제작시간을 단축하고, 제작공정을 단순화한 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 건축물에는 내부 및 외부의 장식 목적으로 인조바위, 동물모양조형물, 인조나무 등등 여러가지 형태의 조형물이 설치되고 있으며, 이러한 조형물의 소재로, 석재, 목재와 같은 천연소재와, 유리섬유강화플라스틱(FRP), 유리섬유강화시멘트(GRC,Glassfiber Reinforced Cement), 스티로폼, 폴리우레탄 등과 같은 화학적 소재가 사용되고 있다.

이중 유리섬유강화플라스틱(FRP), 유리섬유강화시멘트(GRC,Glassfiber Reinforced Cement)는 천연소재에 비하여 저렴하고, 시공이 간편하며, 내구성이 뛰어나고, 방습, 내식성 등의 특성을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.

그러나, 상기 유리섬유강화플라스틱(FRP), 유리섬유강화시멘트(GRC)은 금형을 통해, 조형물을 제작하도록 되어 있어, 금형제작에 필요한 여러가지 도구 및 재료를 준비하는 작업이 필수적으로 거처야 하고, 금형제작에 따른 비용이 증가되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 유리섬유강화플라스틱(FRP), 유리섬유강화시멘트(GRC,Glassfiber Reinforced Cement)에 의해 대형 조형물을 제작할 경우, 대형 조형물은 부피가 거대하여 금형을 통해 한번에 성형하기 곤란하므로, 다수개의 금형을 제작하여 조각으로 분리 성형하여야 하며, 이로 인해 제조공정이 매우 복잡해지게 되고, 조각 성형 후 이를 맞추기 위한 작업시간이 많이 소요될 뿐 만 아니라, 조립시 맞춤작업에 곤란성이 있었다.

또한, 평판 조형물의 경우, 발포 폴리우레탄 또는 스티로폼이 널리 사용되고 있으나, 발포 폴리우레탄과 스티로폼은 상온에서는 절단 가공을 제외하고는 형상 변형을 위한 가공이 곤란하므로, 조형물을 형성하려면 소재를 용융한 후 다양한 형상을 가지는 금형에 충전하여 완제품을 생성하는데, 금형의 제작으로 인해 생산 비용이 많이 들고 생산성이 크게 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 유리섬유강화시멘트(GRC,Glassfiber Reinforced Cement) 와 유리섬유강화플라스틱(FRP)를 이용하여 만들기 때문에 친환경적이지 못하고 실내 설치 시 유해성분의 용출 및 VOC 성분을 뿜어내기 때문에 인간에게 해로운 제품이 대부분이다.

특히, 유리섬유강화플라스틱(FRP)의 경우 석면파이버의 사용으로 인해 파괴 시 발암물질이 공기 중에 떠다녀 인체에 유해영향을 끼칠 수 있으며 화재 시 유기성 가스를 분출하기 때문에 인체에 좋지 못한 영향을 주는 등 여러가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 친환경 탄성바인더와 장섬유 부직포를 이용하여, 유해성분의 용출 및 배출을 방지하고, 인체에 무해하며, 우수한 인장강도를 구비한 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 제조공정이 간단하고, 생산비용을 절감할 수 있는 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 대형의 조형물에도 용이하게 적용가능하고, 불규칙하고 다양항 형상의 곡선창출이 가능하며, 조형물의 형상에 관계없이 적용가능할 뿐 만 아니라, 화재의 위험성이 없는 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 3차원 조형물을 별도의 금형작업없이 신속하게 형성할 수 있는 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 친환경 액상바인더에 시멘트 무첨가형 무기질 바인더를 첨가 혼합하여 친환경 탄성바인더를 형성하는 혼합단계와, 친환경 탄성바인더에 장섬유 부직포를 함침시키는 함침단계와, 함침된 부직포를 덧붙이기 형식에 의해 형틀에 부착하여 응결시켜 조형물을 형성하는 성형단계를 포함하도록 되어 있다.

이와 같이 본 발명은 시멘트 무첨가형 무기질 바인더와 수용성 유기바인더를 복합적으로 사용한 유,무기 복합 제품 및 공법으로써 유해물질의 용출이나 배출이 없고 석면등을 사용하지 않아 인체에 무해하다.

또한, 본 발명은 정섬유 부직포에 친환경 탄성바인더를 함침시킨 후 이를 이용하여 조형물을 성형하도록 되어 있어, GRC보다 약 3배의 높은 인장강도를 가지고 있기 때문에 조형물의 두께를 줄일 수 있으며, 띠형식으로 조형물을 성형하므로, 제작공정이 간단하고 제작기간을 단축할 수 있다.

또한, 기존에는 인조바위의 경우 2㎡ 이상의 조각조형물을 접합하여 시공함에 있어 무거운 중량으로 인해 인력시공이 불가능하고 크래인등의 대형장비를 동원하여 시공하는 것이 불가피 하였지만 본 발명은 두께를 1/3 정도로 줄일 수 있어, 대형장비 없이 시공이 가능하고 제품의 이동시 가벼운 중량으로 인해 좁은 공간으로 인력으로 이동이 가능하다.

또한, 본 발명은 덧붙이기 형식의 다층 겹침에 의해 조형물을 성형하므로, 별도의 금형작업 없이도 신속하게 조형물을 성형할 수 있으며, 불규칙하고 다양한 형상의 곡선창출이 가능하고, 화재의 위험성이 없다.

또한, 본 발명은 경량골재를 사용하지 않고 무게를 줄여 흡수율이 작고 내구성이 높이며, 탄성과 높은 인장강도를 구비한 탄성바인더를 함침시켜 다층 접합에 의해 조형물을 형성하므로, 완성된 조형물의 크랙발생을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 대형 조형물에도 쉽게 적용가능할 뿐 만아니라, 성형시간도 매우 짧고 전체적인 조형물의 무게가 가벼워 취급을 용이하게 할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 블록예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 장섬유 부직포에 탄성바인더를 함침시킨 후, 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포를 형틀에 부착 경화시켜 조형물을 형성하도록 되어 있다.

즉, 본 발명은 친환경 액상바인더에 시멘트 무첨가형 무기질 바인더를 첨가 혼합하여 친환경 탄성바인더를 형성하는 혼합단계와, 친환경 탄성바인더에 장섬유 부직포를 함침시키는 함침단계와, 함침된 부직포를 덧붙이기 형식에 의해 형틀에 부착하여 응결시켜 조형물을 형성하는 성형단계를 포함하도록 되어 있다.

또한, 본 발명은 성형된 조형물 다수개를 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포에 의해 연결하여 대형 조형물을 형성하는 대형 조형물 성형단계를 더 포함하도록 되어 있다.

상기 혼합단계는 혼합통내에 친환경 액상바인더를 먼저 넣고 이후 시멘트 무첨가형 무기질 바인더를 첨가하여 약 90∼150 초동안 혼합한다.

상기 친환경 액상바인더는 수용성 아크릴계 폴리머로써 유리전이온도(Tg)= -60℃ 이상의 것을 사용하고, 점도는 고형분 50% 이상일때 500 cps 이하의 구비한다. 상기와 같은 낮은 유리전이온도(Tg)값을 선택한 것은 폴리머의 특성상 요변성을 높이기 위함이고, 상기 점도는 장섬유 부직포 내로의 침투성을 높이기 위한 것이다.

상기 무기질 바인더는 속경성 CSA계와 α형 혹은 β형 반수석고를 배합한 시멘트 무첨가형 바인더로써 저탄소 저알카리를 구비하며, 중금속 용출이나 유해성분이 검출되지 않는다.

즉, 상기 무기질 바인더는 속경성 CSA 클링커 65∼88wt%, α형 혹은 β형 반수석고 10∼34wt%, 유동화재 0.1∼2wt%를 포함하도록 되어 있다.

상기 속경성 CSA 클링커는 강도발현과 속경성의 역할을 구비하며, 이와 같은 무기질 바인더는 아래의 [표1]과 같은 특성을 구비하는 것이 바람직하다.

[표1]

상기 반수석고는 CaO 60wt% 이상, 압축강도 40㎫ 이상을 구비한다.

상기 유동화재는 나프탈렌계 또는 멜라민계 EH는 폴리카본산계를 첨가하며, 일반 시멘트용 혼화제 KS L 2560에 준하는 것을 첨가한다.

이때, 상기 친환경 액상바인더와 시멘트 무첨가형 무기질 바인더는 1 : 0.3∼0.5 의 중량비율을 구비한다. 이와 같은 중량비율은 속경성 CSA 클링커와 반수석고 및 액상바인더의 혼합시, 액상바인더내에 함유된 수분에 따른 반수석고의 팽창반응을 억제하기 위한 것으로, 반수석고의 팽창반응이 일어날 경우, 완성된 조형물에 파괴현상이 발생되므로, 적정비율로 배합하여야 한다.

또한, 상기 액상바인더와 무기질 바인더는 균일한 혼합을 위하여 약 2분동안 혼합하는 것이 바람직하고, 1 : 0.4 의 중량비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 이때의 액상바인더와 무기질 바인더의 혼합은 균일성을 유지하면 되므로, 그 혼합속도에 대해서는 특별히 한정할 필요성은 없다.

상기 장섬유 부직포는 장섬유(FILAMENT)가 단일연속공정에 의해 시트로 형성된 폴리에스터 장섬유 부직포로, 이와 같은 장섬유 부직포는 인장, 인열 강도가 높고, 내마모성이 좋으며, 섬유간 지지력이 탁월하여 장기간 설치하여도 변형 및 물성의 변화가 거의 없다.

또한, 상기 장섬유 부직포는 각종 합성섬유중 내후성, 내약품성, 내열성(융점:250℃) 등이 가장 우수한 폴리에스터 100％로 구성되어 외부 노출지역, 지하의 어려운 조건하에서도 약해짐이 없이 우수한 기능을 장기간 유지된다.

또한, 상기 장섬유 부직포는 폴리에스터 필라멘트가 연속적으로 적층된 구조를 유지하여 수직, 수평 방향으로 우수한 투수성능을 가지고 있어 뛰어난 흡수효과와 미세한 공극을 유지하여 무기바인더와 부착이 뛰어나고 탄성바인더와 거동을 같이하여 요변성을 갖는 조형물을 만들 수 있다.

상기와 같은 장섬유 부직포는 아래의 [표2]와 같은 물성을 구비한다.

[표2]

상기 함침단계는 장섬유 부직포를 소정크기로 절단 또는 띠형상으로 절단하고, 이를 탄성바인더에 넣어, 탄성바인더를 함침시킨다. 이때, 장섬유 부직포는 약 90∼150 초동안 함침시키며, 바람직하게는 약 120초 동안 함침시킨다. 이와 같은 함침시간은 장섬유 부직포에 탄성바인더가 충분히 함침되고, 조형물의 성형시 필요한 성형시간을 부여하게 된다.

상기 성형단계는 형틀에 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포를 다층으로 겹쳐서 덧붙여 경화시키고, 이를 형틀로 부터 분리하여 조형물을 형성한다. 이때, 상기 덧붙이는 장섬유 부직포는 함치된 친환경 탄성바인더가 응결되기 전(30분)에 반드시 후속 작업 즉, 덧붙이는 작업이 들어가야 하며, 그렇지 않을 경우 부착강도가 떨어져 층 분리현상 혹은 박리 현상이 일어날 수 있다. 또한, 경화는 탄성바인더가 응결되는 시간이므로, 특별히 시간을 한정할 필요는 없다.

상기 대형 조형물 성형단계는 완성하고자 하는 조형물이 대형일 경우, 다수개의 형틀에 의해 조각 조형물을 각각 성형하고, 상기 성형된 조각 조형물을 연결하여 하나의 대형 조형물을 형성하는 단계로, 조각 조형물과 또다른 조각 조형물을 맞대어 위치시키고, 조각 조형물의 전면 이음부분에 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포 1∼2겹을 부착하며, 조각 조형물의 후면 이음부분에 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포 한겹이상을 부착하여 조각 조형물과 또다른 조각 조형물을 연결한다.

즉, 본 발명에 따른 대형조형물은 다수개의 조각 조형물이 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포에 의해 연결되어 완성되도록 되어 있다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 따른 평판 조형물 성형을 보인 예시도를 도시한 것으로, 성형하고자 하는 평판형틀(10)의 크기에 맞게 장섬유 부직포를 절단하고, 이를 친환경 탄성바인더에 함침시킨 다음, 친환경 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포(20)를 초벌바름된 평판형틀(10) 표면에 덧붙이기 형식으로 부착하여, 필요로 하는 조형물(30)을 성형한다. 이때, 조형물의 크기에 따라 장섬유 부직포의 덧붙이는 횟수 를 결정한다.

도 3 은 본 발명에 따른 대형 조형물 성형을 보인 예시도를 도시한 것으로, 다수개의 조각형틀에 의해 대형 조형물(40)을 형성하기 위한 조각 조형물(41)을 각각 형성한다. 이때, 상기 조각 조형물(41)은 도 2 의 초형물(30) 성형과 같은 방법에 의해 성형한다.

이와 같이 성형된 각각의 조각 조형물(41)들을 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포에 의해 서로 연결하여 하나의 대형 조형물을 형성한다. 이때, 조각 조형물과 조각 조형물은 앞면 이음부분에 1∼2겹의 장섬유 부직포(20a)를 부착하여 연결하고, 후면 이음부분에 1∼4겹의 장섬유 부직포(20b)를 부착하여 조각 조형물과 조각 조형물을 견고하게 연결한다.

상기와 같은 방법에 의해 다수개의 조각조형물의 연속연결함으로써, 대형조형물(40)을 형성한다.

또한, 본 발명은 도 4 에 도시된 바와 같이, 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포를 띠형상으로 형성하고, 상기 띠형상 장섬유 부직포(20`)를 골조 또는 형틀(10`)에 다수번 감아서 부착하여 함침된 친환경 탄성바인더의 응결에 의해 조형물을 형성할 수 있다.

즉, 본 발명은 띠형상의 장섬유 부직포에 탄성바인더를 함침시킨 후, 탄성바 인더가 함침된 띠 형상 장섬유 부직포를 형틀 또는 골조에 감아서 응결시켜 조형물을 형성한다. 이때, 조형물의 두께 및 강도는 휘어 감는 횟수에 의해 결정된다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

고형분 50%, 점도 400 cps 인 수용성 아크릴계 폴리머에, 속경성 CSA 클링커 79wt%, α형 반수석고 20wt%, 유동화재 1wt%로 이루어진 무기질 바인더를 1 : 0.4 의 중량비로 첨가하여 2분동안 혼합하여 친환경 탄성바인더를 형성하고, 상기 친환경 탄성바인더에 장섬유 부직포를 2분동안 함침시킨 후, 이를 꺼내어 평판형틀에 덧붙이기 형식에 의해 두께 6㎜ 를 구비하도록 부착 경화시킨 후, 평판형틀로부터 분리하여 조형물을 성형하였다.

또한, 본 발명 조형물의 평판형틀과 동일한 평판형틀에 GRC 및 FRP 를 이용하여 각각 GRC 조형물 및 FRP 조형물을 성형하였으며, 본 발명의 조형물과, GRC 조형물 및 FRP 조형물에 대한 1㎡ 당 무게를 측정하여 대비하였다. 그 결과는 [표3]과 같다. 이때, GRC 조형물 및 FRP 조형물의 성형두께는 각각의 소재를 이용한 조형물의 성형이 가능한 두께이다.

[표3]

상기 [표3]에서와 같이, 본 발명은 GRC 조형물에 비해 얇은 두께의 성형이 가능함을 알 수 있으며, 두께에 따른 무게비율을 고려할 경우, GRC 및 FRP 조형물 보다 경량화를 구비하고 있음을 알 수 있다.

실시예 2

실시예 1 과 같이 본 발명 조형물, GRC 조형물, FRP 조형물을 각각 형성한 후, 이에 대한 휨강도 및 흡수율를 측정하였으며, 그 결과는 [표4]와 같다.

[표4]

상기 [표4]에서와 같이, 본 발명에 따른 조형물이 GRC 조형물 및 FRP 조형물에 비해 우수한 물성을 구비하고 있음을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 블록예시도

도 2 는 본 발명에 따른 평판 조형물 성형을 보인 예시도

도 3 은 본 발명에 따른 대형 조형물 성형을 보인 예시도

도 4 는 본 발명에 따른 또다른 조형물 성형을 보인 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 평판형틀 (10`) : 굴곡형틀

(20,20a,20b): 장섬유 부직포 (20`) : 띠형상 장섬유 부직포

(30) : 조형물 (40) : 대형조형물

(41) : 조각조형물

Claims (6)

1. 장섬유 부직포에 탄성바인더를 함침시킨 후, 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포를 형틀에 부착 응결시키고, 탄성바인더가 응결된 장섬유 부직포를 형틀로부터 분리하여 조형물을 형성하되,

   상기 탄성바인더는 친환경 액상바인더와 시멘트 무첨가형 무기질 바인더가 1 : 0.3∼0.5 의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법.
2. 장섬유 부직포에 탄성바인더를 함침시킨 후, 탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포를 형틀 또는 골조에 감아서 응결시켜 조형물을 형성하되,

   상기 탄성바인더는 친환경 액상바인더와 시멘트 무첨가형 무기질 바인더가 1 : 0.3∼0.5 의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법.
3. 삭제
4. 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서;

   친환경 액상바인더는 수용성 아크릴계 폴리머이고,

   무기질 바인더는 속경성 CSA 클링커 65∼88wt%, α형 혹은 β형 반수석고 10∼34wt%, 유동화재 0.1∼2wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법.
5. 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서;

   장섬유 부직포는 폴리에스터 필라멘트가 연속적으로 적층된 폴리에스터 장섬유 부직포인 것을 특징으로 하는 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법.
6. 청구항 1 에 있어서;

   탄성바인더가 함침된 장섬유 부직포에 의해 성형된 조형물 다수개를 서로 연결하여 대형 조형물을 형성하는 대형 조형물 성형단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 탄성바인더를 이용한 조형물 제조방법.

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