JP4499157B2 - 共押出工法を活用した透明チップを含む人造大理石及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は人造大理石及びその製造方法に係り、さらに詳しくは共押出工法などを活用して透明な内部樹脂層の外表面に高比重の樹脂層を形成されたペレット状の透明チップを用いた人造大理石及びその製造方法に関する。
一般に、アクリル系樹脂で製造された人造大理石は美麗な外観及び優れた加工性の長所と共に、天然大理石に比べて軽くて優れた強度の長所によってカウンターテーブル及び各種インテリア材料として幅広く使用されているが、一般に知られている単色の不透明のチップ組み合わせでは天然大理石または花剛石に似ているパターンを表現するには技術的限界があった。
アクリル系人造大理石は一般にメチルメタクリレート(Methylmethacrylate)のようなモノマーとポリメチルメタクリレート(Polymethyl methacrylate)を混合したシラップ(Syrup)に水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカなどのような充填剤、その他顔料及び硬化剤を混合した後成形型または連続スチルベルト鋳型及び硬化させて製造する。
人造大理石のマーブル形状及び色相を示す手段としては顔料及びチップ(Chip)という原料が使われ、チップは通常人造大理石と同一な樹脂を使用し、顔料及び充填剤などを投入してチップが適用される人造大理石の原料組成物と同一な比重を有するように調整した後、人造大理石と同一工程で製造した後粉砕して多様な色相及び粒子サイズを有するように製造する。
具体的に、前記チップを適用して人造大理石を製造する際、原料自体の比重差による層分離現象を最小化するため、人造大理石のベース原料と同一な比重を維持するための炭石及び水酸化アルミニウムのような無機質充填剤を使用して比重を調整した後、色々の顔料を投入して平板状に製造してから粉砕して得たチップを使用するが、この際原料に添加される充填剤成分によって、アクリル系の場合チップが不透明になって天然花剛石または大理石の石英(quartz)のような透明チップの演出が不可能である。
また、充填剤を添加せず単一成分の透明高分子を使用して製造した透明チップを適用する場合、比重差によりチップが分離される現象によってチップサイズ及び投入量の制約があり、よって天然石内部に含まれた石英のような透明チップをさらに現実感に富むように再現するには技術的限界があった。
韓国特許登録第４９１８７４号には(Ａ)アクリル樹脂シラップ１００重量部、 無機充填物１２０ないし２００重量部、架橋剤２ないし１０重量部及び重合開始剤０．１ないし１０重量部よりなる人造大理石スラリー１００重量部に対して、(Ｂ)アクリル樹脂シラップ１００重量部、無機充填物１００ないし１５０重量部、架橋剤２ないし１０重量部及び開始剤０．１ないし１０重量部よりなるマーブルチップ５ないし７０重量部を含み、前記人造大理石スラリーの無機充填物混合比はマーブルチップの無機充填物混合比に比べて２０ないし５０重量部が多いことを特徴とする人造大理石が開示されている。しかし、本特許の場合、マーブルチップがアクリル樹脂に無機充填物を添加することにより不透明チップになり、これにより天然花剛石または大理石の石英のような透明チップ演出が不可能である。
従って、本発明者は前述した従来の技術的限界を克服するため、内部にはアクリル樹脂あるいはＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)などの透明高分子樹脂で構成し、外部には充填剤を含む高比重の樹脂層を共押出などを用いて形成させた後、切断して得た透明チップ自体を人造大理石の原料組成物と類似に比重を維持させることにより、天然石に含まれた石英及び高純度のシリカのような透明性を再現して、既存の不透明または半透明の単一成分よりなるチップを適用した人造大理石対比天然石模様及びパターンにごく似た人造大理石を開発するに至った。
本発明は前述した従来の問題点を解決するために案出されたもので、その本発明の一番目の技術的課題は、人造大理石用チップ製造時、内部には透明樹脂層で構成し、外部にはチップ全体の比重を該チップが適用される人造大理石の原料組成物と同一な比重で調節するための充填剤を含む高比重の樹脂層で構成することにより、層分離現象が完璧に改善された人造大理石製造用透明チップを提供するところにある。
本発明がなそうとうする二番目の技術的課題は、前述したように造られた透明チップを適用することにより、既存の不透明チップで構成された人造大理石と模様及び色相において著しく差別化され、天然石に近い風合いの人造大理石及びその製造方法を提供するところにある。
本発明は前述した目的を達成するために、透明な内部層及び該内部層の外表面に形成され、内部層より比重が大きい外部層よりなる透明チップを含む人造大理石を提供する。
本発明において透明チップの比重は該チップが適用される人造大理石原料組成物の比重と等しいか、その比重差が±０．２ｇ/ｃｍ３以下であることが望ましい。
本発明は透明チップと該チップが適用される人造大理石原料組成物との比重差を最小化することを特徴とし、透明チップと原料組成物との比重差がないこと、すなわち比重が同一なものが望ましく、その比重差が前記範囲以下の場合チップ分離現象が発生しなかった。
本発明では天然石に含まれた石英及び高純度のシリカのような透明性を再現して、模様及び色相において天然石に似た人造大理石を製造するために人造大理石原料に透明チップを導入したが、透明チップの透明性を確保するためにアクリル樹脂などのベース樹脂に充填剤を添加しないことにより、チップを人造大理石に適用する時比重差によりチップの分離現象が発生した。
具体的に説明すれば、一般的にプラスチック樹脂の比重は１．５ｇ/ｃｍ３以下であり、例えばポリメチルメタクリレート(ＰＭＭＡ)のような透明なアクリル樹脂の比重は約１．１７ないし１．２０ｇ/ｃｍ３程度である。しかし、人造大理石原料組成物の比重は一般に１．４ないし１．８ｇ/ ｃｍ３程度である。
このように透明樹脂と人造大理石原料組成物の比重差があることから、この樹脂で透明チップを製造して人造大理石に適用する際透明チップの分離現象が発生する。現在のところ、高比重(１．６ｇ/ｃｍ３以上)の透明高分子がないことから透明チップを適用した人造大理石製品がない現状である。
本発明では透明チップの表面に高比重の外部層を形成させ二つの原料間の比重差を最小化することにより、透明チップの分離現象なしに天然石英のような効果を奏でることができる。
本発明において透明チップの全体比重は人造大理石原料組成物の比重と類似した１．３ないし２．０ｇ/ｃｍ３であることが望ましく、透明チップの比重が前記範囲に至るように外部層の比重は１．５ないし１０ｇ/ｃｍ３程度であることが望ましい。
本発明において内部層は光透過率が９０ないし１００％、望ましくは９５％以上の透明層である。既存のチップは水酸化アルミニウムのような充填剤を含有して光透過率が６０％以下の半透明チップであった。
本発明において透明チップの内部層及び外部層に使われる樹脂はアクリル樹脂(ＰＭＭＡ)、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)などのような透明な高分子樹脂であり、特に内部層はアクリル樹脂をベース樹脂にする透明アクリルチップであることが望ましい。
本発明によれば、高比重の外部層を導入することにより光透過率及び全般的な物性に優れた透明アクリルチップを直接に適用できることにより、天然石英チップ効果の演出を通じた天然リアリティが確保できるのみならず、比重差によって適用が不可能であったキャスティング工法及び研磨のような後工程の適用が可能である。
本発明において、外部層は透明チップの比重調節のために充填剤を含み、適切な充填剤として二酸化チタン、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカ、金属粉末、金属塩などが使える。充填剤の比重は少なくとも２．５ｇ/ｃｍ３以上であるべき、好ましい充填剤の比重範囲は２．５ないし１０ｇ/ｃｍ３である。使用量対比比重調節効果を高めるためには高比重充填剤を使用することが有利である。
本発明において内部層と外部層との間には両層の粘着性能を向上させるように粘着層またはプライマ−層のような第３の層が形成されうる。
本発明において透明層にパール(pearl)顔料を添加でき、透明層にパール顔料を適用する場合表面だけではなく透明層の内部におけるパール効果も優れるので、この透明パールチップの外見効果は従来には表面層にだけ奏でられたが、既存のパール効果より著しく優れたパール効果を演出することができる。
本発明において透明チップの形状は別に限られず、例えば円筒形または四面体、六面体などの多面体でありうる。共押出を用いて透明チップを製造する場合、円筒形と六面体形態が一般的である。
本発明において外部層は内部層の外表面に全体または部分的に形成されることができ、共押出を用いて透明チップを製造する場合切断面を除いた押出物の全体外周面に外部層が形成されることが一般的である。
本発明において外観効果及び成形性などを考慮して透明チップのサイズは３ないし２０ｍｍ、透明チップの投入量は人造大理石総量対比１ないし５０重量％であることが望ましい。
また、本発明は透明な内部層の外表面に内部層より比重が大きい外部層を形成させた後切断または粉砕して透明チップを製造する段階、及び透明チップを人造大理石原料組成物に適用する段階を含む人造大理石にお製造方法を提供する。
本発明において透明チップの外部層に添加される充填剤の比重及び添加量を調節することにより、人造大理石原料組成物の比重と同一であるか近似するように透明チップの比重を調節することができる。
本発明において外部層はコーティング、押出、射出またはプレッシングにより形成することができ、特に共押出方法が望ましい。
本発明において共押出を用いた透明チップの製造方法は、内部層用樹脂組成物及び該樹脂組成物より比重が大きい外部層用樹脂組成物をそれぞれ製造する段階、各樹脂組成物を押出機にそれぞれ投入した後内部層の外表面に外部層がコーティングされるように共押出する段階と、共押出された押出物を切断または粉砕して透明チップを製造する段階とを含む。
本発明において内部層と外部層との間に両層の粘着性を改善する目的として、粘着層またはプライマ層を形成させる段階をさらに含める。
発明の効果
既存のアクリル系人造大理石は色々の色相の不透明または半透明チップの組み合わせよりなり、これは透明な石英またはシリカ部分を代替できるチップ素材がなくて天然石に比べて単調な感じを与え、特に不透明または透明のチップではその色相及び模様を表現するのに限界があった。
本発明は相対的に低い比重の透明樹脂層の外部に高比重の樹脂層を共押出工法などを活用して形成させることにより、既存の人造大理石原料組成物と同一な比重を確保して成形時比重差による層分離が発生せず、天然大理石の透明部分の効果が演出できる透明チップを製造し、この透明チップを活用してアクリル系人造大理石を製造することにより、既存の人造大理石とは違って天然石模様と著しく類似しており、高級感が感じられる。
以下、添付した図面に基づき本発明を詳述する。
図1は本発明の第１実施例により共押出工法を用いて高比重の樹脂組成物で内部透明層をコーティングした人造大理石製造用透明チップの斜視図であって、前記透明チップ９は内部透明層１０及び外部高比重層１１よりなっている。前記透明層１０及び高比重層１１との間には両層の粘着性能を向上させる目的として粘着層及びプライマ層のような第３の層が形成されうる。
図１に示されたように、透明チップ９の形状はその幅方向断面がそれぞれ円形、四角形、三角形である円筒体、六面体、五面体などが可能であり、別に制限されずその形状を多様に変更することができる。共押出を用いて透明チップを製造する場合円筒形と六面体形態が一般的である。
また、外部層１１は内部層１０の外表面に全体または部分的に形成されることができ、共押出を用いる場合、図１及び図２に示したように切断面を除いた押出物の全体外周面に外部層１１が形成されることが一般的である。
図２は本発明の一実施例により共押出を用いた人造大理石製造用透明チップの製造工程図であって、透明チップ９の製造工程はチップの内部は通常のアクリル、ポリエステル、ＰＥＴなど透明樹脂組成物１で構成し、外部には前記透明樹脂と高比重の充填剤を使用して高比重化させた組成物６を共押出する段階、及び共押出されたチップ製造用押出物を粉砕または切断して透明チップ９を製造する段階よりなっている。
透明チップ９を製造するための設備は共押出器であって、これは内部透明層１０を形成する主押出器２、透明樹脂組成物１が投入される主押出器ホッパ３、外部高比重層１１を形成する補助押出器２、高比重樹脂組成物６が投入される補助押出器ホッパ５、共押出物を冷却させるための冷却機７及び押出物を切断して透明チップ９を製造するための切断ナイフ８で構成されている。
本発明により２種類以上の比重よりなる人造大理石用透明チップを製造するために、まずアクリル系樹脂のような光透過率９０％以上の透明高分子１００重量部に対して、押出成形のための内部離型剤０．１ないし１重量部、必要に応じてパール顔料を含む内部透明層１０用透明樹脂組成物１を製造し、前記透明高分子と同一な樹脂に比重調節のために高比重の充填剤または金属粉末０．１ないし２００重量部を含む比重調節用外部コーティング層１１の形成のための高比重樹脂組成物６を製造する。本発明において押出工法及び高分子樹脂を使用する場合、架橋剤及び重合開始剤などは使用しない。顔料は必要に応じて添加することができる。
前記高比重の充填剤は粒子サイズが１０ないし２００μｍであり、二酸化チタン、金属塩、銅粉及び鉄粉など通常比重が２．５以上の無機粉末のいずれを使用しても良い。すなわち、金属粉末または金属塩など比重２．５以上のものなら適用可能であり、比重が高いほど小体積で内部透明層１０をコーティングして比重を調節することができるので、優れた効果が奏でられる。
前記条件を満たす充填剤としては、二酸化チタン、硫酸バリウム、及び一般金属塩などが使用可能であり、金属粉末としては銅粉及び亜鉛粉末など通常の金属粉末を使用することができる。
前記透明チップ９に使用可能な樹脂としてはＰＭＭＡ、ＰＥＴなど透明効果を奏でられる通常の高分子化合物を使用することができ、特に透明性など全般的な物性に優れたアクリル樹脂が好ましい。
次いで、前記それぞれ比重が異なる原料組成物１、６を共押出器を通じて押出 成形する。この際、押出時成形温度は２００ないし３００℃に調整し、成形速度は１ないし２０ｍ/ｍｉｎレベルに押出成形を施す。
透明樹脂組成物１は主押出器ホッパ３を通じて主押出器２に投入された後押出され内部透明層１０を構成し、高比重の充填剤または金属粉末を含む高比重樹脂組成物６は補助押出器ホッパ５を通じて補助押出器４に投入された後押出され外部高比重層１１を構成する。 前記主押出器２は通常の押出器を使用することができ、成形温度は２００ないし３００℃に調整して成形し、押出速度は１ないし２０ｍ/ｍｉｎで成形し、補助押出器４の場合主押出器２と同一な温度及び成形速度で押出することができる。前記主押出器２及び補助押出器４は特殊な設備に限られず、通常知られている共押出設備を活用することができる。
次いで、押出器２、４を通じて得た押出物を冷却器７で冷却させた後、切断器８を経て一定サイズの透明チップ９形態に製造することにより、人造大理石のベース原料と同一な比重の透明チップ９を製造することができる。
前記工法で押出される透明チップ９の直径は３ないし２０ｍｍ、望ましくは８ないし１５ｍｍ範囲であり、切断長さは３ないし２０ｍｍ、好ましくは５ないし１２ｍｍの範囲が望ましい。この際透明チップ９のうち外部高比重層１１のコーティング厚さは使用される充填剤の比重及び添加量により調節することができる。
通常、透明チップ９のサイズを決定する切断サイズは切断器８を使用して５ないし１２ｍｍサイズに切断し、さらに小さいチップで使用する際一定長さに切断されたチップに再粉砕した後必要な大きさに分類して使用することができる。
前記共押出成形条件も樹脂の成形特性によって調節することができ、通常の押出条件と同様にして調整して成形することができる。
押出される透明チップ９の断面形態は、図１に示されているように、円形、三角形、四角形など押出器で成形可能ないずれの形態にも設計可能であり、通常チップで使用するに適当な形態は円形、四角及び三角形に設計することが人造大理石の製造に適用する際外観及び効果面において良好な結果が得られる。
次いで、前記方法で製造された人造大理石用透明チップ９を人造大理石処方に添加して混合した後鋳型して、図３に示したような人造大理石平板を製造する。この際、透明チップ８の投入量は人造大理石原料組成物総量基準１ないし５０ｗｔ％であり、外観効果及び成形性を考慮すれば５ないし２０ｗｔ％が好ましい。
次いで、人造大理石平板を硬化させた後表面研磨を施して図４に示したように サンディングされた透明チップ１２が表面に露出された人造大理石完成品を製造する。
前述したように製造されたアクリル系人造大理石を硬化した後研磨して表面硬化を確かめてみたところ、図４で確認できるように、比重差によるチップ分離現象が発生せず、透明チップ９が充填剤や他のチップと均一に分散されることにより、天然大理石の石英のような表面の透明効果が演出できるため、天然大理石及び花剛石に似た模様を演出することができた。
一方、図５から分かるように、従来の単一成分の透明チップ１３を使用した 人造大理石の場合、透明チップ１３が充填剤や他のチップと比重差により分離されるチップ分離現象が発生した。
図３ないし図５において灰色の小さい塊は既存の一般チップである。
アクリル樹脂１００重量部に押出成形のための内部異型剤としてジンクステアレート(Zn-stearate)０．５重量部を添加して内部透明樹脂組成物を製造した後、２５０℃温度の主押出器ホッパに投入し５ｍ/ｍｉｎの速度で押出成形して内部透明層(比重:１．１９ｇ/ｃｍ３、光透過率:９５％)を形成した。
前記透明層の比重を調節するため、アクリル系樹脂１００重量部に高比重の充填剤である硫酸バリウム(比重４．４９９ｇ/ｃｍ３)１５０重量部を投入した後、前記主押出器と同一な温度と成形速度で共押出成形して外部層(比重３．１７５ｇ/ｃｍ３)を形成した後、直径１５ｍｍで製作された押出金型を通じて成形してから冷却して長さ１２ｍｍに切断することにより成形用透明チップを製造した。
前述した方式で製造された透明チップの比重は１．６１ｇ/ｃｍ３であったし、人造大理石製造時投入して(投入量１０ｗｔ％)比重差(±０．１ｇ/ｃｍ３)による層分離がなく良好な製品が得られた。
本発明の一実施例により共押出公報を用いて高比重樹脂組成物でコーティングした人造大理石製造用透明チップの斜視図である。 本発明の一実施例により共押出を用いた人造大理石製造用透明チップの製造工程図である。 本発明の一実施例による透明チップを活用して鋳型した人造大理石の断面図である。 図３の人造大理石を硬化させた後サンディングして透明チップが表面に露出された人造大理石完成品の断面図である。 従来の単一成分の透明チップを使用した人造大理石の断面図である。
符号の説明
１: 透明樹脂組成物
２: 主押出器
３: 主押出器ホッパ
４: 補助押出器
５: 補助押出器ホッパ
６: 高比重樹脂組成物
７: 冷却器
８: 切断ナイフ
９: 共押出透明チップ
１０: 内部層(透明層)
１１: 外部層(高比重層)
１２: サンディングされた透明チップ
１３: 既存の透明チップ

Claims (15)

  1. 透明な内部層と、及び該内部層の外表面に形成され内部層より比重が大きい外部層を備えてなる透明チップを含んでなり、
    前記透明チップの比重が、該チップが適用される人造大理石原料組成物の比重と等しいか、その比重差が±０．２ｇ/ｃｍ ３ 以下であり、
    前記内部層及び外部層に使われるベース樹脂が、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)からなる群から選ばれる１種以上である、人造大理石。
  2. 前記透明チップの全体比重が１．３乃至２．０ｇ/ｃｍ３である、請求項１に記載の人造大理石。
  3. 前記外部層の比重が１．５乃至１０ｇ/ｃｍ３である、請求項１に記載の人造大理石。
  4. 前記内部層の光透過率が９０乃至１００％である、請求項１に記載の人造大理石。
  5. 前記内部層がアクリル樹脂をベース樹脂にする透明アクリルチップである、請求項１に記載の人造大理石。
  6. 前記外部層が二酸化チタン、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、シリカ、金属粉末、金属塩からなる群から選ばれる１種以上の充填剤を含む、請求項１に記載の人造大理石。
  7. 前記充填剤の比重が２．５乃至１０ｇ/ｃｍ３である、請求項６に記載の人造大理石。
  8. 前記内部層がパール顔料を含む、請求項１に記載の造大理石。
  9. 前記透明チップが円筒形または多面体である、請求項１に記載の人造大理石。
  10. 前記外部層が内部層の外表面に全体または部分的に形成されてなる、請求項１に記載の人造大理石。
  11. 前記透明チップのサイズが３乃至２０ｍｍである、請求項１に記載の人造大理石。
  12. 前記透明チップの投入量が人造大理石に対して１乃至５０重量％である、請求項１に記載の人造大理石。
  13. 透明な内部層の外表面に内部層より比重が大きい外部層を形成させた後に、切断または粉砕して透明チップを製造し、及び、
    透明チップを人造大理石原料組成物に添加することを含んでなり、
    前記透明チップの比重が、該チップが適用される人造大理石原料組成物の比重と等しいか、その比重差が±０．２ｇ/ｃｍ ３ 以下であり、
    前記内部層及び外部層に使われるベース樹脂が、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)からなる群から選ばれる１種以上である、人造大理石の製造方法。
  14. 前記外部層に添加される充填剤の比重及び添加量を調節することにより、人造大理石原料組成物の比重と等しいか近似するように透明チップの比重を調節する、請求項１３に記載の人造大理石の製造方法。
  15. 前記内部層及び外部層用樹脂組成物を押出器に投入して内部層の外表面に外部層がコーティングされるように共押出する、請求項１３に記載の人造大理石の製造方法。
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