흙을 원료로 한 친환경 무기질 폴리머의 제조 및 특성

환경오염에 의한 지구온난화로 전 세계적으로 온실가스 감축, 대체에너지 개발, 환경적 산업 전환을 필요로 하고 있다. 무기질 폴리머는 흙을 원료로 한 바인더이기 때문에 광범위하게 사용 할 수 있는 상업적, 경제적으로 대체 소재 분야가 형성될 수 있고, 차세대 바인더로써 새로운 시장을 형성해 나갈 수 있다.건설 토목 등의 현장에서 사용되는 시멘트의 제조는 지구 온난화의 주요 원인인 CO2를 대량 발생시키나 무기질 폴리머는 현재 일반 시멘트보다 우수한 물리적 특성을 지닌 친환경 고성능 재료로 그 특성과 활용 방안을 알아보았다. 본 연구에서는 여러 산지에서 채취한 카올린을 하소하여 메타 카올린을 제조하고 메타 카올린에 NaOH 수용액과 물유리를 중축합 개시제로 첨가하여 무기질 폴리머 시편을 제작하였다. 또한 이 무기질 폴리머에 석탄회, 고로슬래그를 혼합한 동일한 복합재료를 제조하여 무기질 폴리머의 응용 가능성을 검토하였다. 또한 질석을 혼합하여 패널을 제작한 후 반응 생성물의 정도에 따라 물리적 특성을 분석하여 경량 건축 패널 제조 쓰임 가능성을 가늠하였다. 시편은 양생 시간과 양생 온도에 따라 압축강도, 휨강도가 증가하였으며 XRD, SEM 등으로 분석한 결과 무기질

폴리머의 미세구조는 다양한 크기의 입자들이 불규칙하게 혼입 되어 있음을 볼 수 있었다.XRD 분석 결과 결정상이 석영상으로 확인되었고, 나머지 상은 무정형으로 존재하였다. 양생 반응의 진행에 따른 상변화와 미세구조의 변화를 물성의 변화와 연관시켜 특성을 평가하였다. 그중 특정한 조성은 단기간에 무기질 폴리머 반응이 끝나는 동시에 최단시간 고강도를 필요로 하는 대체 재료 활용에 적합하다는 것을 알 수 있었다.

지구 온난화와 더불어 각종 자연재해가 발생하는 빈도가 높아져 현재 세계 각국에서는 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 발생량을 줄이기 위하여 세계 각국은 다양한 노력을 기울이고 있다.

지구 온난화를 방지하기 위하여 현재 우리나라는 교토의정서의 의무감축 대상은 아니나 향후 상품 및 생산 공정에서 온실가스 배출을 문제 삼는 비관세 무역장벽이 강화될 것으로 예상되어 의정서 비준에 참여가 불가피한 실정이다.

현재 대부분의 건설에서는 포틀랜드 시멘트를 결합재로 사용하고 있다. 이러한 포틀랜드 시멘트를 제조하는 데에는 많은 이산화탄소를 공기 중으로 배출되기 때문에 환경에 막대한 부담을 주고 있다.

시멘트 생산량 증가가 이산화탄소 농도 증가에 크게 기여함에 따라서 온실가스인 이산화탄소를 대량으로 방출하는 시멘트 제조업의 특성상 이에 대한 대처가 중요하며, 석회석이 아닌 다른 물질을 이용한 구조재료 및 기능재료 개발을 통한 시멘트 생산량 감축에 대한 연구가 필요한 시점이라 할 수 있다. 한편, 세계의 시멘트 수요량은 매년 2.5~5.8% 정도의 증가가 예상되고 있어서 교토의정서의 준수와 시멘트 수요의 증가를 동시에 충족시키기 위해서는 이산화탄소의 배출이 적거나 전혀 없는 새로운 시멘트 재료의 개발이 필요하다.

이러한 점에서 친환경을 지향하는 미래 산업 환경의 변화를 고려하여 이산화탄소의 배출이 거의 없는 새로운 시멘트,즉 무기 결함재에 대한 관심이 선진국을 중심으로 점차 고조되어 가고 있고 최근 몇 년에 걸쳐 친환경적인 콘크리트에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다.