KR101953870B1 - Cement composite using cellulose nanocrystal(cnc) and manufacturing method thereof - Google Patents
Cement composite using cellulose nanocrystal(cnc) and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR101953870B1 KR101953870B1 KR1020170158964A KR20170158964A KR101953870B1 KR 101953870 B1 KR101953870 B1 KR 101953870B1 KR 1020170158964 A KR1020170158964 A KR 1020170158964A KR 20170158964 A KR20170158964 A KR 20170158964A KR 101953870 B1 KR101953870 B1 KR 101953870B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cement
- cnc
- weight
- parts
- crystal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B16/00—Use of organic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of organic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B16/02—Cellulosic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
- C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
- C04B14/06—Quartz; Sand
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B20/00—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
- C04B20/0076—Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials characterised by the grain distribution
- C04B20/008—Micro- or nanosized fillers, e.g. micronised fillers with particle size smaller than that of the hydraulic binder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/0003—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability making use of electric or wave energy or particle radiation
- C04B40/0021—Sonic or ultrasonic waves, e.g. to initiate sonochemical reactions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
- C04B40/0032—Controlling the process of mixing, e.g. adding ingredients in a quantity depending on a measured or desired value
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
Abstract
Description
본 발명은 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 및 교반 전처리된 셀룰로오스 나노 크리스탈을 사용하여 압축강도를 향상시킨 시멘트 복합 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a cement composite composition using cellulose nano-crystals and a method of preparing the same, and more particularly, to a cement composite composition having enhanced compressive strength by using ultrasound and agitated pretreated cellulose nano-crystals.
현대 건축 구조물에서 가장 널리 사용되고 있는 재료 중의 하나인 시멘트 모르타르는 경제적이고, 재료를 비교적 쉽게 구할 수 있고 형상가공이 용이하며, 적당한 압축강도가 쉽게 얻어지고 내구성 우수, 안정한 구조물의 시공이 가능하다는 장점을 가지고 있어 건축, 토목 재료로서 광범위하게 사용되고 있다.Cement mortar, which is one of the most widely used materials in modern architectural structures, is economical, has advantages of relatively easy to obtain materials, easy to shape, easy to obtain appropriate compressive strength, durability and stable construction It has been used extensively as an architectural and civil engineering material.
그러나 시멘트 모르타르는 휨 및 인장강도, 접착성, 내약품성 등이 약한 단점을 가지고 있으며, 이에 상기 문제점을 개선하기 위하여 시멘트 모르타르에 유기 및 무기 충전재료의 첨가 등을 통하여 시멘트 모르타르의 강도 및 내구성을 증진시키고자 하는 연구가 계속해서 진행되고 있다.However, cement mortar has weak points such as warpage, tensile strength, adhesiveness, and chemical resistance. In order to solve the above problems, the strength and durability of cement mortar are improved through addition of organic and inorganic filler to cement mortar The research that we are trying to do is continuing.
이와 관련하여, 한국등록특허 제10-1743042호에서는 수용성 폴리머, 무기 보강재를 혼합하여 구조물의 열화 부위, 균열 및 손상부위를 보수하기 위해, 시멘트계 결합재와 수용성 폴리머 및 무기 보강재를 혼합하여 우수한 강도 및 유동성, 탄성, 접착성, 방수성, 기밀성을 갖는 경량 및 친환경 폴리머 시멘트 단면복구 모르타르 조성물을 제시하고 있다. In this connection, in Korean Patent No. 10-1743042, a cementitious binder, a water-soluble polymer and an inorganic reinforcing material are mixed with each other in order to repair a deteriorated portion, a crack and a damaged portion of a structure by mixing a water-soluble polymer and an inorganic reinforcement, , A lightweight and environmentally friendly polymeric cement resilient mortar composition having elasticity, adhesiveness, waterproofness and airtightness.
한편, 전세계적으로 의무화되는 탄소 배출 저감, 친환경 및 천연 소재의 활용 추세에 따라 건축재료로서 석유기반 고분자계 혼화제를 대체한 생체친화형 소재에 대한 관심이 증가되고 있다.On the other hand, interest in biocompatible materials replacing petroleum-based polymer based admixtures as building materials has been increasing due to the global reduction of carbon emissions and the trend of using environmentally friendly and natural materials.
최근 목질계 바이오매스로부터 얻어지는 고분자 나노물질인 나노 셀룰로오스는 나노 기술(NT)과 바이오 기술(BT)이 융합된 고성능 친환경의 차세대 신소재로써 주목을 받고 있다.Recently, nanocellulose, a polymer nanomaterial obtained from woody biomass, is attracting attention as a high-performance eco-friendly new material with a fusion of nanotechnology (NT) and biotechnology (BT).
나노 셀룰로오스(Nano Cellulose)는 셀룰로오스 사슬이 다발을 이루며 빽빽하게 결합한 나노·마이크로미터 크기의 막대형태 입자 혹은 섬유를 말한다. 일반적으로 나노셀룰로오스는 인장탄성계수(tensile modulus)가 강철이나 케블라(Kevlar)와 비슷하고(100~160 GPa), 밀도가 작으며(0.8~1.5 g/㎤), 넓은 비표면적(specific surface area)을 가지고 있다. Nano Cellulose refers to nano-micrometer-sized rod-shaped particles or fibers that are tightly bundled together in a bundle of cellulose chains. In general, nanocellulose has a tensile modulus similar to that of steel or Kevlar (100 to 160 GPa), a low density (0.8 to 1.5 g / cm3), a broad specific surface area Lt; / RTI >
나노 셀룰로오스는 바이오 매스에서 추출하는 방법에 따라 크게 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofibril, CNF)와 셀룰로오스 나노결정(cellulose nanocrystal, CNC)으로 나눌 수 있다. Nanocellulose can be divided into cellulose nanofibril (CNF) and cellulose nanocrystal (CNC) depending on the method of extraction from biomass.
셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofibril, CNF)는 보통 직경(폭)이 5~100 nm, 길이가 수에서 수십 μm인 섬유로써 기계적 처리(mechanical treatment)를 통해 제조되는 반면 셀룰로오스 나노결정(cellulose nanocrystal, CNC)은 직경(폭)이 2~20 nm이고, 길이가 200~600nm인 막대기 모양의 결정으로써 화학적 처리(chemical treatment)를 통해 얻어진다.Cellulose nanofibrils (CNFs) are usually produced by mechanical treatment with fibers of 5 to 100 nm in diameter and tens of μm in length, while cellulose nanocrystals (CNC) Is a rod-like crystal having a diameter (width) of 2 to 20 nm and a length of 200 to 600 nm, which is obtained by chemical treatment.
현재, 나노 셀룰로오스와 관련하여 목계 물질 및 폐기물로부터 나노 셀룰로오스 섬유를 수득하는 방법 및 높은 수율로 나노 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법 및 장치에 관한 연구 및 개발이 주류를 이루고 있다. At present, research and development on methods for obtaining nanocellulose fibers from wood-based materials and wastes and methods and apparatus for producing nanocellulose fibers with high yield have been the mainstream in connection with nanocellulose.
한편, 셀룰로오스 나노결정은 상술된 바와 같이, 우수한 물리적 특징으로 보유하고 있으나, 이를 건축재로 적용한 기술은 전무한 실정이었으며, 본 발명자는 셀룰로오스 나노 결정의 건축재 적용을 위한 연구의 일환으로 셀룰로오스 나노 결정을 전처리를 통하여 분산성을 향상시킴과 동시에 물성을 향상, 특히, 압축강도의 향상을 확인하여 본 발명에 이르게 되었다.On the other hand, although the cellulose nanocrystals have excellent physical characteristics as described above, there has been no technology applying the cellulose nanocrystals as a building material. The present inventor has studied cellulose nano-crystals by pretreatment of cellulose nanocrystals The dispersibility and the physical properties are improved, and particularly the improvement in the compressive strength is confirmed, leading to the present invention.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 초음파 및 교반 전처리된 셀룰로오스 나노 크리스탈을 사용하여 압축강도를 향상시킨 시멘트 복합 조성물을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a cement composite composition improved in compressive strength by using ultrasound and agitated pretreated cellulose nano-crystals.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물은 시멘트 100중량부;와 상기 시멘트 100중량부에 대하여 물 30 내지 50중량부;와 상기 시멘트 100중량부에 대하여 모래 500 내지 700중량부;와 상기 시멘트 전체 체적에 대하여 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말 0.05 내지 1%(v/v)를 포함한다.In order to solve the above-described problems, the cement composite composition using the cellulose nano-crystal according to the present invention comprises 100 parts by weight of cement, 30 to 50 parts by weight of water with respect to 100 parts by weight of the cement, And 0.05 to 1% (v / v) of cellulose nano-crystal (CNC) powder with respect to the total volume of the cement.
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말은 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7 를 갖는 것을 특징으로 한다.The cellulosic nanocrystal (CNC) powder has a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, an average particle size of 1 to 100 탆, a crystal density of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, An average length of 20 to 150 nm, and a pH of 6 to 7.
상기 셀룰로오스 나노크리스탈 분말은 시멘트와 모래를 혼합하기 전 30,000 내지 50,000 J의 초음파 분산 및 500 내지 1,500 rpm 에서 교반 중 어느 하나 이상의 전처리 방법을 이용하여 분산되는 것을 특징으로 한다. The cellulose nano-crystal powder is dispersed using any one of pretreatment methods such as ultrasonic dispersion of 30,000 to 50,000 J and stirring at 500 to 1,500 rpm before mixing the cement and the sand.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물의 제조방법은 물에 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)분말을 시멘트 전체 체적에 대하여 0.05 내지 1%(v/v) 투입 및 분산시켜 분산액을 형성하는 전처리 단계(S100);와 상기 분산액에 시멘트 100중량부와 상기 시멘트 100중량부에 대하여 모래 500 내지 700중량부를 혼합하는 혼합단계(S200)를 포함한다.In order to solve the above problems, a method for producing a cement composite composition using cellulose nano-crystals according to the present invention comprises the steps of adding and dispersing cellulose nano-crystal (CNC) powder in water in an amount of 0.05 to 1% (v / v) (S100) of mixing the cement with 100 parts by weight of cement and 500 to 700 parts by weight of sand with respect to 100 parts by weight of the cement.
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말은 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7 를 갖는 것을 특징으로 한다.The cellulosic nanocrystal (CNC) powder has a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, an average particle size of 1 to 100 탆, a crystal density of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, An average length of 20 to 150 nm, and a pH of 6 to 7.
상기 전처리 단계(S100)는 30,000 내지 50,000 J의 초음파 분산 및 500 내지 1,500 rpm 에서 교반 중 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말을 물에 분산시키는 것을 특징으로 한다. The pretreatment step (S100) is characterized in that cellulose nano-crystal (CNC) powder is dispersed in water by using at least one of ultrasonic dispersion of 30,000 to 50,000 J and stirring at 500 to 1,500 rpm.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물 및 이의 제조방법에 의하면, 초음파 및 교반 전처리된 셀룰로오스 나노 크리스탈을 사용하여 압축강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the cement composite composition using the cellulose nano-crystal according to the present invention and the method of manufacturing the same, the compressive strength can be improved by using ultrasonic wave and pre-stirred cellulose nano-crystal.
도 1은 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물의 제조방법을 보여주는 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예 1과 실시예 2에 따른 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물의 초음파 전처리 시간에 따른 압축강도 변화를 보여주는 그래프.
도 3은 CNC의 전처리에 따른 결정 구조를 비교한 SEM 사진.(A는 CNC를 전처리없이 투입한 후 시멘트 복합 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이고, B는 CNC를 초음파 처리 및 교반처리 없이 증류수에 침지한 후 시멘트 복합 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이며, C는 CNC를 초음파 처리한 후 시멘트 복합 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조)1 is a flow chart showing a method for producing a cement composite composition using cellulose nano-crystals according to the present invention.
2 is a graph showing changes in compressive strength of cement composite compositions using cellulosic nano-crystals according to Examples 1 and 2 of the present invention with time according to an ultrasonic pretreatment.
Figure 3 is a SEM photograph of the crystal structure of the CNC according to the pretreatment. (A is the crystal structure of the group in which the cement composite composition was formed after the CNC was not pre-treated, and B is the CNC structure in the distilled water without ultrasonic treatment and stirring C is the crystal structure of the group in which the cement composite composition is formed after ultrasonic treatment of CNC,
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.Specific features and advantages of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The detailed description of the functions and configurations of the present invention will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred.
본 발명은 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 및 교반 전처리된 셀룰로오스 나노 크리스탈을 사용하여 압축강도를 향상시킨 시멘트 복합 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a cement composite composition using cellulose nano-crystals and a method of preparing the same, and more particularly, to a cement composite composition having enhanced compressive strength by using ultrasound and agitated pretreated cellulose nano-crystals.
도 1은 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물의 제조방법을 보여주는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예 1과 실시예 2에 따른 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물의 초음파 전처리 시간에 따른 압축강도 변화를 보여주는 그래프이며, 도 3은 CNC의 전처리에 따른 결정 구조를 비교한 SEM 사진(A는 CNC를 전처리없이 투입한 후 시멘트 복합 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이고, B는 CNC를 초음파 처리 및 교반처리 없이 증류수에 침지한 후 시멘트 복합 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이며, C는 CNC를 초음파 처리한 후 시멘트 복합 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조)이다.FIG. 1 is a flow chart showing a method for producing a cement composite composition using cellulose nano-crystals according to the present invention. FIG. 2 is a graph showing the results of the ultrasound pretreatment time of a cement composite composition using cellulose nano-crystals according to Example 1 and Example 2 FIG. 3 is a SEM photograph showing a comparison of crystal structures according to pretreatment of CNC (A is a crystal structure of a group in which a cement composite composition is formed after CNC is introduced without pretreatment, and B is a CNC Is a crystal structure of a group in which a cement composite composition is formed by immersing in distilled water without ultrasonic treatment and stirring, and C is a crystal structure of a group in which a cement composite composition is formed after ultrasonic treatment of CNC).
본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물은 시멘트 100중량부와 상기 시멘트 100중량부에 대하여 물 30 내지 50중량부와 상기 시멘트 100중량부에 대하여 모래 500 내지 700중량부와 상기 시멘트 전체 체적에 대하여 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말 0.05 내지 1%(v/v)를 포함한다.The cement composite composition using the cellulose nano-crystal according to the present invention is characterized in that it comprises 100 parts by weight of cement and 30 to 50 parts by weight of water with respect to 100 parts by weight of the cement and 500 to 700 parts by weight of the cement, (V / v) of cellulose nano-crystal (CNC) powder relative to the total weight of the composition.
시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있으며, 보다 상세하게는, 비중 3.0 내지 3.2 g/㎤, 분말도 3000 내지 4000 ㎠/g, 초결 응결시간 200 내지 300 분, 종결 응결시간 300 내지 600 분, 안정도 0.1 내지 0.5% 갖는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있다.More specifically, the cement has a specific gravity of 3.0 to 3.2 g / cm 3, a powdery degree of 3000 to 4000 cm 2 / g, a superfine coagulation time of 200 to 300 minutes, a final coagulation time of 300 to 600 minutes, One kind of ordinary Portland cement having a stability of 0.1 to 0.5% can be used.
상기 모래는 0.08mm의 표준 망체를 90% 이상 통과하는 크기의 모래를 사용하며, SiO2 함량은 98% 내지 99.99% 포함하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. It is preferable to use sand having a size such that the sand passes at least 90% of a standard net of 0.08 mm, and the SiO 2 content is 98% to 99.99%.
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말은 셀룰로오스계 섬유를 화학적 처리를 통하여 제조된다. The cellulose nano-crystal (CNC) powder is prepared by chemical treatment of cellulose-based fibers.
셀룰로오스계 섬유는 종모섬유, 인피섬유, 잎맥섬유, 과실섬유로부터 수득될 수 있으며, 구체적인 예를 들면, 종모섬유로서 면, 케이폭을 포함할 수 있고, 인피섬유로서 아마, 저마, 대마, 황마를 포함할 수 있으며, 잎맥섬유로서 마닐라마, 사이잘 마를 포함할 수 있고, 과실섬유로서 야자섬유를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Cellulose-based fibers can be obtained from natural fibers, bast fibers, leaf vein fibers and fruit fibers, and specific examples thereof include cotton, kapok as bast fibers, and include bast, hemp, jute and hemp as bast fibers And may include manila hemp, sisalma as leaf vein fibers, and palm fiber as fruit fiber, but is not limited thereto.
상기 셀룰로오스계 섬유로부터 셀룰로오스 나노 결정을 수득하기 위하여 알칼리 용액 및 버퍼용액을 이용하여 전처리한다.Treated with an alkali solution and a buffer solution to obtain cellulose nanocrystals from the cellulose-based fibers.
상기 셀룰로오스계 섬유는 셀룰로오스와 펙틴, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 왁스, 지방 등의 비셀룰로오스 성분으로 구성되어 있으며, 알칼리 용액으로 전처리함으로써 팽윤현상, 가수분해반응을 촉진시켜 보다 짧은 시간내에 결정성이 우수한 셀룰로오스 나노크리스탈을 생산할 수 있게 된다.The cellulose fibers are composed of cellulose and noncellulosic components such as pectin, hemicellulose, lignin, wax and fat. The cellulose fibers are pretreated with an alkaline solution to accelerate the swelling phenomenon and the hydrolysis reaction. Thus, the cellulose nano- It will be able to produce crystals.
상기 알칼리 용액은 수산화나트륨, 수산화칼륨을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The alkali solution may include, but is not limited to, sodium hydroxide and potassium hydroxide.
이때, 수산화나트륨 용액의 농도는 1 내지 5%(w/v), 수산화칼륨 용액의 농도는 3 내지 7%(w/v)를 갖는 것을 사용할 수 있으며, 반응온도 60 내지 85℃에서 30분 내지 5시간 알칼리 처리가 수행된다.The concentration of the sodium hydroxide solution may be 1 to 5% (w / v) and the concentration of the potassium hydroxide solution may be 3 to 7% (w / v) An alkali treatment is performed for 5 hours.
알칼리 처리된 셀룰로오스계 섬유는 추가적으로 pH 4 내지 6의 아염소산나트륨 및 아세트산 버퍼용액에서 블리칭 처리를 거칠 수 있다. The alkali treated cellulosic fibers may be further subjected to a bleaching treatment in a sodium chlorate and acetic acid buffer solution at a pH of 4 to 6.
알칼리용액 및 버퍼용액으로 전처리된 셀룰로오스계 섬유는 가수분해 단계를 거쳐 셀룰로오스계 섬유에 포함된 비결정 영역을 분해시키고, 셀룰로오스 나노결정을 형성하게 된다.The cellulose fibers pretreated with the alkaline solution and buffer solution undergo hydrolysis step to decompose the amorphous regions contained in the cellulose fibers and form cellulose nanocrystals.
이때, 가수분해 방법은 산용액을 이용하는 방법이 있으며, 상기 산용액은 염산, 황산, 인산, 브롬화수소산, 질산 등의 강산을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는, 황산용액을 사용할 수 있다.The acid solution may be a strong acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrobromic acid or nitric acid. More preferably, a sulfuric acid solution may be used.
황산용액으로 만들어진 나노결정이 다른 강산으로 만들어진 나노결정에 비해 서로 응집 하지않고 분산성이 우수하기 때문이며, 셀룰로오스 섬유에 황산을 가하면, 셀룰로오스 나노결정 표면에 있는 수산기의 일부가 황산과 에스테르화 반응(esterification)을 하여 음전하를 띠는 sulfate ester group(-SO3 -)로 바뀌게 되며, 셀룰로오스 나노결정의 표면은 negative electrostatic layer가 형성되고 각각의 입자들이 서로 반발하여 용매에서 분산이 잘되고 안정한 상태로 존재할 수 있게 된다.This is because nanocrystals made of sulfuric acid solution do not coagulate with each other compared to nanocrystals made of other strong acids and have excellent dispersibility. When sulfuric acid is added to the cellulose fibers, a part of the hydroxyl groups on the surface of the cellulose nanocrystals reacts with sulfuric acid ) was the sulfate ester group (-SO 3 negatively charged - are changed to), to the surface of the cellulose nanocrystals formed a negative electrostatic layer of the particles repel each other, each able to exist in a stable state well dispersed in the solvent do.
이때, 산용액의 농도는 20 내지 70 %(w/v)가 바람직하며, 30 내지 60 ℃에서 6시간 내지 18시간 반응시킨다. 상기 농도, 온도 및 시간 범위 미만이면 비결정영역이 제거되지 못하고 섬유들간의 응집현상이 발생되며, 시멘트복합 조성물에 혼합시 충분한 강도를 부여하지 못하고, 상기 농도, 온도 및 시간 범위를 초과하면 셀룰로오스 결정의 분해가 수반되고, 셀룰로오스 나노결정의 길이 및 지름이 지나치게 작아져 분산성이 저하되기 때문에 상기 농도, 온도 및 시간 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.At this time, the concentration of the acid solution is preferably 20 to 70% (w / v), and the reaction is carried out at 30 to 60 ° C for 6 to 18 hours. If the concentration, temperature, and time range is less than the above range, the amorphous region can not be removed, aggregation occurs between the fibers, and sufficient strength can not be given to the cement composite composition. Decomposition is accompanied and the length and diameter of the cellulose nanocrystals become too small to lower the dispersibility, so that it is preferable not to deviate from the above concentration, temperature and time range.
이후 잔여 산용액을 제거하기 위하여 세척 공정을 거치고, 건조 및 분무건조 등의 공정을 통하여 분말화되어 제조된다.Then, the solution is subjected to a washing process to remove the remaining acid solution, followed by pulverization through processes such as drying and spray drying.
또한, 셀룰라아제를 이용하여 특이적으로 셀룰로오스의 비결정질 영역을 가수분해하는 방법도 있으며, 이때 상기 셀룰라아제는 endoglucanases, exoglucanases, cellobiohydrolases 및 이들의 조합 중 어느 하나로 선택되어질 수 있다. There is also a method of hydrolyzing an amorphous region of cellulose specifically using a cellulase, wherein the cellulase may be selected from endoglucanases, exoglucanases, cellobiohydrolases, and combinations thereof.
셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말은 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7, 벌크 밀도 0.5 내지 1.5 g/㎤, 결정분율(XRD 측정기준) 0.6 내지 1.0, 이온강도 230 내지 270 mmol/kg, 제타 포텐셜 -40 내지 -30mV 를 갖는 것을 사용하는데, 상기 특성 조건에서 분산성 및 물성 향상 효과가 우수하다.The cellulosic nano-crystal (CNC) powder has a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, an average particle diameter of 1 to 100 탆, a crystal density of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, And a zeta potential of -40 to -30 mV in terms of a crystal fraction (XRD measurement standard) of 0.6 to 1.0, an ionic strength of 230 to 270 mmol / kg, a pH of 6 to 7, a bulk density of 0.5 to 1.5 g / However, the effect of improving dispersibility and physical properties is excellent under the above-mentioned characteristic conditions.
상기와 같이 제조된 셀룰로오스 나노크리스탈 분말은 시멘트와 모래를 혼합하기 전 물에 우선적으로 투입하여 초음파 분산 및 교반 중 어느 하나 이상의 전처리 방법을 이용하여 분산시킬 수 있다.The cellulose nano-crystal powder prepared as described above may be dispersed using any one of pretreatment methods such as ultrasonic dispersion and agitation by preferentially putting the cellulose nano-crystal powder into water before mixing the cement and the sand.
이로써, 상기 셀룰로오스 나노 크리스탈이 균일하게 분산되고, 구형의 조직이 막 형태를 나타내면서 응집을 방지하고, 시멘트 및 모래 입자에 균일하게 분산될 수 있어 강도 증진 효과를 극대화할 수 있게 된다.As a result, the cellulose nano-crystals are uniformly dispersed, the spherical structure exhibits a film shape, prevents agglomeration, and can be uniformly dispersed in cement and sand particles, thereby maximizing the strength enhancement effect.
이때 초음파 분산은 30,000 내지 50,000 J 세기 하에서 수행될 수 있으며, 교반은 500 내지 1,500 rpm 에서 수행될 수 있다. 이때 분산처리는 5분 내지 30분간 수행되는데, 상기 분산처리 시간에서 균일한 분산이 이뤄지고, 이로써 시멘트 복합체의 물성이 우수할 수 있다. 바람직하게는, 초음파 분산과 교반을 동시에 수행하거나, 초음파 분산 및 교반을 교번 수행하는 것도 가능하다. At this time, the ultrasonic dispersion can be performed under 30,000 to 50,000 J strength, and stirring can be performed at 500 to 1,500 rpm. In this case, the dispersion treatment is carried out for 5 minutes to 30 minutes. The dispersion is uniformly dispersed in the dispersion treatment time, and the physical properties of the cement composite can be excellent. Preferably, ultrasonic dispersion and agitation may be performed at the same time, or ultrasonic dispersion and agitation may be alternately performed.
더욱 바람직하게는, 셀룰로오스 나노 크리스탈은 추가적으로 소수화 처리하여 응집현상을 더욱 방지하는 것도 가능하다.More preferably, the cellulose nano-crystals can further be subjected to hydrophobic treatment to further prevent aggregation.
셀룰로오스 나노 크리스탈의 소수화처리는 실란커플링제를 이용할 수 있으며, 상기 실란커플링제는 상술된 셀룰로오스 나노 크리스탈을 수득하기 위한 분무건조 공정에서 산처리된 셀룰로오스 나노결정 추출물과 함께 혼합되어 분무건조되어 소수성 코팅 처리되거나, 셀룰로오스 나노 크리스탈의 초음파 분산 및 교반처리 공정에서 물에 실란커플링제를 물 100중량부에 대하여 0.05 내지 3중량부 혼합하여 소수화처리될 수 있다.The hydrophobic treatment of the cellulose nano-crystal may use a silane coupling agent. The silane coupling agent is mixed with the acid-treated cellulose nanocrystal extract in the spray drying step for obtaining the cellulose nano-crystals described above, spray-dried and subjected to hydrophobic coating treatment Or may be hydrophobized by mixing 0.05 to 3 parts by weight of a silane coupling agent with respect to 100 parts by weight of water in an ultrasonic dispersion and agitation treatment process of cellulose nano-crystals.
상기 실란커플링제로는 비닐실란커플링제, 알콕시실란커플링제, 아미노실란커플링제, 에폭시실란커플링제, 메타아크릴옥시실란커플링제, 아크릴옥시실란커플링제, 우레이드실란커플링제, 메르캅토실란커플링제 및 이들의 조합으로 선택되는 그룹 중 어느 하나를 사용할 수 있다.Examples of the silane coupling agent include a vinyl silane coupling agent, an alkoxysilane coupling agent, an aminosilane coupling agent, an epoxy silane coupling agent, a methacryloxy silane coupling agent, an acryloxy silane coupling agent, a ureido silane coupling agent, a mercaptosilane coupling agent And a combination of these may be used.
이하, 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물의 제조방법을 설명하도록 한다. Hereinafter, a method for producing a cement composite composition using the cellulose nano-crystal according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물의 제조방법은 상술된 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물을 제조하기 위한 방법으로써, 제조방법을 설명함에 있어 상술된 경우라면 그 설명을 생략하도록 한다.The method for producing the cement composite composition using the cellulose nano-crystal according to the present invention is a method for producing the cement composite composition using the above-described cellulose nano-crystal. In the description of the manufacturing method, the description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물의 제조방법을 보여주는 순서도이다. 1 is a flowchart showing a method for producing a cement composite composition using cellulose nano-crystals according to the present invention.
본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물의 제조방법은 물에 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)분말을 시멘트 전체 체적에 대하여 0.05 내지 1%(v/v) 투입 및 분산시켜 분산액을 형성하는 전처리 단계(S100)와 상기 분산액에 시멘트 100중량부와 상기 시멘트 100중량부에 대하여 모래 500 내지 700중량부를 혼합하는 혼합단계(S200)를 포함한다.The method for preparing a cement composite composition using cellulose nano-crystals according to the present invention comprises a pretreatment step of adding a cellulose nano-crystal (CNC) powder to water in an amount of 0.05 to 1% (v / v) (S100); and mixing the dispersion with 100 parts by weight of cement and 500 to 700 parts by weight of sand with respect to 100 parts by weight of the cement (S200).
본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물의 제조방법은 전처리 단계(S100) 이전에 셀룰로오스 나노크리스탈을 제조하는 셀룰로오스 나노크리스탈을 제조단계를 포함할 수 있다.The method for producing a cement composite composition using the cellulose nano-crystal according to the present invention may include a step of preparing cellulose nano-crystals to prepare cellulose nano-crystals before the pretreatment step (S100).
셀룰로오스 나노크리스탈 제조단계에서 셀룰로오스 나노크리스탈 분말은 상술된 셀룰로오스 나노크리스탈의 제조방법에 의해 수득될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 상술된 바 생략하도록 한다. The cellulose nano-crystal powder can be obtained by the above-described method for producing cellulose nano-crystals, and a detailed description thereof will be omitted herein.
셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말은 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7, 벌크 밀도 0.5 내지 1.5 g/㎤, 결정분율(XRD 측정기준) 0.6 내지 1.0, 이온강도 230 내지 270 mmol/kg, 제타 포텐셜 -40 내지 -30mV 를 갖는 것을 사용하는데, 상기 특성 조건에서 분산성 및 물성 향상 효과가 우수하다.The cellulosic nano-crystal (CNC) powder has a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, an average particle diameter of 1 to 100 탆, a crystal density of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, And a zeta potential of -40 to -30 mV in terms of a crystal fraction (XRD measurement standard) of 0.6 to 1.0, an ionic strength of 230 to 270 mmol / kg, a pH of 6 to 7, a bulk density of 0.5 to 1.5 g / However, the effect of improving dispersibility and physical properties is excellent under the above-mentioned characteristic conditions.
상기 전처리 단계(S100)에서는 물에 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)분말을 분산시켜 분산액을 형성하며, 상기 전처리는 초음파 분산 및 교반 중 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 수행된다.In the pretreatment step (S100), cellulose nano-crystal (CNC) powder is dispersed in water to form a dispersion, and the pretreatment is carried out by using at least one of ultrasonic dispersion and agitation.
이때 초음파 분산은 30,000 내지 50,000 J 세기 하에서 수행될 수 있으며, 교반은 500 내지 1,500 rpm 에서 수행될 수 있으며, 처리시간은 5분 내지 30분간 수행된다. 바람직하게는, 초음파 분산과 교반을 동시에 수행하거나, 초음파 분산 및 교반을 교번 수행하는 것도 가능하다. At this time, the ultrasonic dispersion may be performed at 30,000 to 50,000 J strength, stirring may be performed at 500 to 1,500 rpm, and the treatment time is performed for 5 minutes to 30 minutes. Preferably, ultrasonic dispersion and agitation may be performed at the same time, or ultrasonic dispersion and agitation may be alternately performed.
또한, 상기 전처리 단계(S100)는 셀룰로오스 나노 크리스탈은 소수화 처리하기 위하여 물에 실란커플링제를 물 100중량부에 대하여 0.05 내지 3중량부 혼합하는 실란커플링제 투입단계를 포함할 수 있다.The pretreatment step (S100) may include a step of injecting a silane coupling agent in which 0.05 to 3 parts by weight of a silane coupling agent is mixed with 100 parts by weight of water to hydrophilize the cellulose nano-crystal.
셀룰로오스 나노 크리스탈의 소수화처리를 위하여, 셀룰로오스 나노크리스탈 제조단계의 분무건조 공정을 하는 과정에서 산처리된 셀룰로오스 나노결정 추출물과 함께 혼합되어 분무건조되어 소수성 코팅 처리되는 것도 가능하다. For hydrophobic treatment of cellulose nano-crystals, it may be mixed with an acid-treated cellulose nanocrystal extract in the process of spray-drying in the cellulose nano-crystal manufacturing step, spray dried and treated with hydrophobic coating.
상기 혼합단계(S200)에서는 상기 분산액에 시멘트와 모래 500 내지 700중량부를 혼합하는 단계로서, 상기 분산액에 시멘트 100중량부와 상기 시멘트 100중량부에 대하여 모래 500 내지 700중량부를 투입한 후 시멘트 배합장치를 이용하여 20초 내지 300초간 혼합한다.In the mixing step (S200), 500 to 700 parts by weight of cement and sand are mixed with the dispersion, and 100 parts by weight of cement and 500 parts by weight to 700 parts by weight of sand are added to the dispersion, For 20 seconds to 300 seconds.
이하, 본 발명을 바람직한 일 실시예를 참조하여 다음에서 구체적으로 상세하게 설명한다. 단, 다음의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것이며, 이것만으로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments. It should be noted, however, that the present invention is not limited to the following examples.
본 발명의 시멘트 복합 조성물에 사용된 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트이며, 그 특성은 하기의 표 1과 같다. The cement used in the cement composite composition of the present invention is one kind of ordinary Portland cement, and its characteristics are shown in Table 1 below.
본 발명에 사용된 모래는 KCL 표준사(SiO2 함량 98% 이상)를 사용하였으며, 상기 모래의 입경에 따른 질량분율은 하기의 표 2와 같다.The sand used in the present invention was KCL standard yarn (SiO 2 content: 98% or more), and the mass fraction according to the particle size of the sand was as shown in Table 2 below.
상기 시멘트, 상기 1종 보통 포틀랜드 시멘트, 캐나다 C사에서 구입한 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)을 준비하였다. 하기의 표 3은 본 발명에 사용된 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)의 물성이며, 하기의 표 4과 같이 시멘트 복합 조성물을 배합하였다.The above cement, the above-mentioned ordinary Portland cement, and cellulose nano-crystal (CNC) purchased from Canadian C were prepared. Table 3 below shows the physical properties of the cellulose nano-crystals (CNC) used in the present invention, and the cement composite composition was formulated as shown in Table 4 below.
W/C는 50% 이며, 물: 시멘트: 모래= 1: 2: 6의 중량비로 배합하였으며, CNC는 시멘트 체적대비 0.1%, 0.2% 혼입하였다.W / C was 50% and water / cement / sand ratio was 1: 2: 6. CNC was mixed with 0.1% and 0.2% of cement volume.
CNC 의 초음파 처리 여부 및 초음파 처리 시간에 따른 압축강도 변화를 확인하기 위하여, 초음파 분산기 처리시간을 4분, 7분, 10분간 작동시켜 전처리한 후 압축강도 변화를 확인하였다. In order to confirm the change of compressive strength according to ultrasonic treatment time and ultrasonic treatment time of CNC, pretreatment was carried out by operating ultrasonic dispersing machine for 4 minutes, 7 minutes and 10 minutes, and then the change of compressive strength was confirmed.
상기 표 4의 배합비를 토대로 CNC를 초음파에 전처리한 후, 전처리된 CNC에 시멘트와 모래를 투입 및 배합하였다. 실시예 1, 2의 시험체는 각 6개씩 준비되었으며, 초음파 분산은 37000 내지 38000J 하에서 수행되어졌다. CNC was pretreated with ultrasonic waves based on the blending ratio shown in Table 4, and then cement and sand were added to the pretreated CNC and blended. Six specimens were prepared in Examples 1 and 2, and ultrasonic dispersion was performed under 37000 to 38000J.
하기의 표 5는 실시예 1과 실시예 2의 처리시간에 따른 압축강도 변화를 보여준다. 6개의 시험체의 압축강도 값을 측정한 후, 그 평균값을 기재하였다. Table 5 below shows the change in compressive strength according to the treatment times of Examples 1 and 2. The compressive strength values of the six specimens were measured, and the average values thereof were described.
도 2는 실시예 1과 실시예 2에서 측정된 각각의 시험체의 시간에 따른 압축강도 변화를 보여주는 그래프이다. (a)는 실시예 1의 시간에 따른 압축강도를 보여주며, (b)는 실시예 2의 시간에 따른 압축강도를 보여준다. Fig. 2 is a graph showing a change in compressive strength with time for each of the test specimens measured in Examples 1 and 2. Fig. (a) shows the compressive strength with time in Example 1, and (b) shows the compressive strength with time in Example 2. Fig.
상기 실시예 1(CNC 0.1%)과 실시예 2(CNC 0.2%)를 비교하였을 때, CNC 첨가 함량이 증가할수록 압축강도가 높게 나타났으며, CNC 첨가 함량이 증가할수록 초음파 처리시간 증가에 따라 압축강도가 큰 폭으로 증가함으로 확인할 수 있었으며, 초음파 분산처리는 10분이상 수행하는 것이 바람직할 것으로 판단하였다.Compared with the CNC 0.1% and CNC 0.2%, the compressive strength was increased with increasing CNC content, and as the CNC content was increased, And it was confirmed that the ultrasonic dispersion treatment should be performed for 10 minutes or more.
실시예 2의 배합비로 설계된 시멘트 복합 조성물을 기준으로 CNC의 전처리 방법에 따른 압축강도 및 변형율을 확인하였다.The compressive strength and the strain rate according to the pretreatment method of CNC were confirmed on the basis of the cement composite composition designed at the compounding ratio of Example 2.
하기의 표 6은 전처리 방법 및 조건을 보여준다.Table 6 below shows the pretreatment methods and conditions.
각 실시예에 해당하는 시험체는 3개씩 준비하여 증기양생시간 6시간, 24시간, 48시간에서 압축강도 및 변형율을 측정하고 그 평균값을 나타내었다. 증기양생은 85~90℃에서 수행되었다.Three specimens corresponding to each example were prepared and the compressive strength and strain rate were measured at the steam curing time of 6 hours, 24 hours and 48 hours, and the average values thereof were shown. The steam curing was carried out at 85 to 90 ° C.
하기의 표 7은 6시간 증기양생 후 측정된 평균 압축강도 및 평균 변형율이고, 하기의 표 8은 24시간 증기양생 후 측정된 평균 압축강도 및 평균 변형율이며, 하기의 표 9는 48시간 증기양생 후 측정된 평균 압축강도 및 평균 변형율이다.Table 7 below shows the average compressive strength and average strain measured after 6 hours of steam curing and Table 8 below shows the average compressive strength and average strain measured after 24 hours of steam curing. Average measured compressive strength and average strain.
CNC의 전처리 방법에 따른 압축강도 및 변형율의 측정결과, 초음파 전처리, 교반 전처리 및 초음파와 교반 전처리를 하였을 때, plain 그룹보다 압축강도가 증가된 것을 확인할 수 있었다. Compression strength and strain rate of CNC pretreatment method showed that compressive strength was increased more than plain group when ultrasonic pre - treatment, agitation pretreatment, ultrasonic wave and agitation pretreatment.
초음파 처리와 교반 처리에 따른 압축강도를 비교하였을 때, 초음파 처리를 한 경우 압축강도가 높게 측정되었으며, 초음파와 교반을 함께 수행하였을 때 압축강도가 더욱 높게 측정되었다.When the compressive strengths of the ultrasonic treatment and the agitation treatment were compared, the compressive strength was measured to be high when the ultrasonic treatment was performed, and the compressive strength was higher when the ultrasonic wave and the stirring were performed together.
시멘트 복합체 제작을 위한 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)의 분산처리 방법에 따른 결정 구조 의 SEM을 분석하였다.The SEM of the crystal structure according to the dispersion treatment method of the cellulose nano - crystal (CNC) for the cement composite was analyzed.
도 3은 CNC의 전처리에 따른 결정 구조를 비교한 SEM 사진으로서, A는 CNC를 전처리없이 투입한 후 시멘트 복합 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이고, B는 CNC를 초음파 처리 및 교반처리 없이 증류수에 침지한 후 시멘트 복합 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이며, C는 CNC를 초음파 처리한 후 시멘트 복합 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이다. SEM 분석은 각각 5000, 10000, 20000배율로 측정하였다. FIG. 3 is a SEM photograph showing a crystal structure according to the pretreatment of CNC, wherein A is a crystal structure of a group in which a cement composite composition is formed after CNC is added without pretreatment, and B is CNC in distilled water without ultrasonic treatment and stirring C is the crystal structure of the group in which the cement composite composition is formed after ultrasonic treatment of CNC. SEM analysis was performed at 5000, 10000 and 20000 magnifications, respectively.
SEM 분석결과, CNC를 전처리없이 투입한 후 시멘트 복합 조성물을 형성한 그룹(A)의 결정은 구 형태로 나타났으며, CNC를 초음파 처리 및 교반처리 없이 증류수에 침지한 그룹(B)의 결정은 친수성의 특징 때문에 뭉치는 현상이 나타났다. CNC를 초음파 처리한 후 시멘트 복합 조성물을 형성한 그룹(C)의 조직은 얇은 막(membrane)형태를 나타내었다.As a result of SEM analysis, the crystals of Group (A) formed with cement composite composition after CNC without pretreatment showed spherical shape, and the crystals of Group (B) immersed in distilled water without CNC treatment and agitation Due to the characteristics of hydrophilicity, aggregation appeared. The structure of the group (C) in which the cement composite composition was formed after ultrasonic treatment of CNC showed a thin membrane form.
CNC를 초음파 처리한 경우, 얇은 막 형태의 조직의 가져, 분산성이 우수하며, 기계적 물성을 증대시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 전처리를 하지 않은 그룹 및 단순히 증류수 침지 처리한 그룹의 경우 두꺼운 구형을 가지거나 친수성으로 인한 응집이 발생되어 초음파 처리를 한 CNC를 투입하였을 때 보다 기계적 물성의 향상을 기대하기 힘들 것으로 판단되었다.When CNC was ultrasonically treated, it was confirmed that the thin film type structure had excellent dispersibility and increased mechanical properties. In the group without pretreatment and in the group treated simply with distilled water, it was considered that it would be hard to expect improvement of mechanical properties when CNC with ultrasonic treatment was added due to thick spherical shape or cohesion due to hydrophilicity.
이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken as limiting the scope of the present invention. The present invention can be variously modified or modified. The scope of the invention should, therefore, be construed in light of the claims set forth to cover many of such variations.
Claims (6)
상기 시멘트 100중량부에 대하여 물 30 내지 50중량부;와
상기 시멘트 100중량부에 대하여 모래 500 내지 700중량부;와
상기 시멘트 전체 체적에 대하여 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 0.05 내지 1%(v/v)를 포함하며,
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)은
비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7, 결정분율 0.6 내지 1.0, 제타 포텐셜 -40 내지 -30mV 를 가지며,
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)은
시멘트와 모래를 혼합하기 전 물에 투입되어 30,000 내지 50,000 J의 초음파 분산 및 500 내지 1,500 rpm 에서 자력교반 중 어느 하나 이상의 전처리 방법을 이용하여 5분 내지 30분간 전처리되는 것을 특징으로 하는
셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물.
100 parts by weight of cement;
30 to 50 parts by weight of water relative to 100 parts by weight of the cement;
500 to 700 parts by weight of sand relative to 100 parts by weight of the cement;
Wherein the cement comprises 0.05 to 1% (v / v) of cellulose nano-crystal (CNC) relative to the total volume of the cement,
The cellulosic nano-crystals (CNC)
A crystal grain size of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, an average crystal grain length of 20 to 150 nm, a pH of 6 to 10 nm, a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, 7, a crystal fraction of 0.6 to 1.0, a zeta potential of -40 to -30 mV,
The cellulosic nano-crystals (CNC)
Treated before being mixed with cement and sand for 5 minutes to 30 minutes by using any one of pretreatment methods such as ultrasonic dispersion of 30,000 to 50,000 J and magnetic stirring at 500 to 1,500 rpm
A cement composite composition using cellulose nanocrystals.
물에 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)을 시멘트 전체 체적에 대하여 0.05 내지 1%(v/v) 투입 및 분산시켜 분산액을 형성하는 전처리 단계(S100);와
상기 분산액에 시멘트 100중량부와 상기 시멘트 100중량부에 대하여 모래 500 내지 700중량부를 혼합하는 혼합단계(S200)를 포함하며,
상기 전처리 단계(S100)는
셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)을 물에 투입하여 30,000 내지 50,000 J의 초음파 분산 및 500 내지 1,500 rpm 에서 자력교반 중 어느 하나 이상의 전처리 방법을 이용하여 5분 내지 30분간 전처리되며,
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)은
비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7, 결정분율 0.6 내지 1.0, 제타 포텐셜 -40 내지 -30mV 를 갖는 것을 특징으로 하는
셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 시멘트 복합 조성물의 제조방법.
A method for producing a cement composite composition using cellulose nano-crystals comprising water mixed with cement, sand, cellulose nano-crystals (CNC) and water / cement (weight mixing ratio of water / cement) of 30 to 50%
A pretreatment step (S100) of adding a cellulose nano crystal (CNC) to water in an amount of 0.05 to 1% (v / v) based on the total volume of the cement to form a dispersion;
(S200) mixing 500 parts by weight of the cement with 100 parts by weight of the cement and 500 to 700 parts by weight of the sand with respect to 100 parts by weight of the cement,
The preprocessing step (SlOO)
Treated with cellulose nano-crystals (CNC) in water for 5 minutes to 30 minutes by using a pretreatment method of ultrasonic dispersion of 30,000 to 50,000 J and magnetic stirring at 500 to 1,500 rpm,
The cellulosic nano-crystals (CNC)
A crystal grain size of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, an average crystal grain length of 20 to 150 nm, a pH of 6 to 10 nm, a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, 7, a crystal fraction of 0.6 to 1.0, and a zeta potential of -40 to -30 mV.
A method for producing a cement composite composition using cellulose nanocrystals.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170158964A KR101953870B1 (en) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | Cement composite using cellulose nanocrystal(cnc) and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170158964A KR101953870B1 (en) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | Cement composite using cellulose nanocrystal(cnc) and manufacturing method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101953870B1 true KR101953870B1 (en) | 2019-03-04 |
Family
ID=65759984
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170158964A KR101953870B1 (en) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | Cement composite using cellulose nanocrystal(cnc) and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101953870B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110015867A (en) * | 2019-03-27 | 2019-07-16 | 广州市浩恒建材科技有限公司 | A kind of preparation method of high-performance concrete material for pipe pile |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010001208A (en) * | 2008-05-19 | 2010-01-07 | Katsunori Ayano | Composition for mortar or concrete, formed article formed of it and method of repair for mortar or concrete |
| KR101743042B1 (en) | 2016-01-20 | 2017-06-15 | (주)대우건설 | Mortar composition for restoring cross section of light weight and eco-friendly polymer cement |
-
2017
- 2017-11-24 KR KR1020170158964A patent/KR101953870B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010001208A (en) * | 2008-05-19 | 2010-01-07 | Katsunori Ayano | Composition for mortar or concrete, formed article formed of it and method of repair for mortar or concrete |
| KR101743042B1 (en) | 2016-01-20 | 2017-06-15 | (주)대우건설 | Mortar composition for restoring cross section of light weight and eco-friendly polymer cement |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Yizheng Cao et. al., The influence of cellulose nanocrystal additions on the performance of cement paste, Cement and Concrete Composites, vol. 56, pp. 73-83, 2014.11.18.* * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110015867A (en) * | 2019-03-27 | 2019-07-16 | 广州市浩恒建材科技有限公司 | A kind of preparation method of high-performance concrete material for pipe pile |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hisseine et al. | Influence of cellulose filaments on cement paste and concrete | |
| Chen et al. | Utilization of sweet sorghum fiber to reinforce fly ash-based geopolymer | |
| Ishak et al. | The effect of sea water treatment on the impact and flexural strength of sugar palm fibre reinforced epoxy composites | |
| Alzeer et al. | Synthesis and mechanical properties of novel composites of inorganic polymers (geopolymers) with unidirectional natural flax fibres (phormium tenax) | |
| Yu et al. | Long-term moisture effects on the interfacial shear strength between surface treated carbon fiber and epoxy matrix | |
| CN104030634A (en) | High-strength and high-toughness reactive powder concrete of carbon doped nano-tube and preparation method of high-strength and high-toughness reactive powder concrete | |
| Dogra et al. | Fabrication and experimental testing of hybrid composite material having biodegradable bagasse fiber in a modified epoxy resin: evaluation of mechanical and morphological behavior | |
| US20190062211A1 (en) | Cementitious inorganic material containing cellulosic nanofibers | |
| CN108385371B (en) | Preparation method of plant fiber cloth/resin composite material with surface grafted with carbon nano tubes | |
| CN113603972B (en) | Preparation method of rigid particle/plant fiber/polypropylene composite material | |
| CN107382180A (en) | A kind of high ductility enhanced water resistance cement-base composite material of high intensity and preparation method thereof | |
| KR102295213B1 (en) | Engineered Cementitious Composite using Cellulose Nanocrystal and Manufacturing method thereof | |
| KR101953870B1 (en) | Cement composite using cellulose nanocrystal(cnc) and manufacturing method thereof | |
| Karthikeyan et al. | Mechanical properties and cross-linking density of short sisal fiber reinforced silicone composites | |
| KR100502277B1 (en) | Composition of mortar that is mixed suface modified fiber for repair and renovation of concrete structures and its manufacturing process | |
| Liu et al. | Study on wood chips modification and its application in wood-cement composites | |
| KR101953875B1 (en) | Concrete composite using cellulose nanocrystal(cnc) and manufacturing method thereof | |
| Saravanan et al. | Effect of cassava tuber nanocellulose and satin weaved bamboo fiber addition on mechanical, wear, hydrophobic, and thermal behavior of unsaturated polyester resin composites | |
| CN104131459A (en) | CNTs-containing vinyl-ester carbon fiber sizing agent and preparation method thereof | |
| Szafraniec et al. | A critical review on modification methods of cement composites with nanocellulose and reaction conditions during nanocellulose production | |
| CN114315197B (en) | Fiber concrete interface modifier and modification method | |
| Suthan et al. | Role of Silicon Coupling Grafted Natural Fillers on Visco-Elastic, Tensile-Fatigue and Water Absorption Behavior of Epoxy Resin Composite | |
| Dhanapal et al. | Areca fiber/epoxy nano-composite reinforced with amine-functionalized nano-alumina-enhancement in thermal and thermo-mechanical properties | |
| Wang et al. | Study of metakaolin geopolymer composites reinforced by clean broom-like bristle bamboo fibers | |
| Aramburu et al. | Cement matrix reinforced with microfibrillated cellulose treated with furfuryl alcohol |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |