KR100296885B1 - 원적외선 방사체 세라믹스 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원적외선 방사체 세라믹스 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 미분쇄된 견운모 및/또는 백운모 미세분말 100 중량부에 대하여, 지르코니아 5-15 중량부, 도석 30-50 중량부, 카오린 10-30 중량부, 와목점토 10-30 중량부, 질산은 0.02-0.05 중량부, 및 분산제 0.1-0.3 중량부를 포함하는 원적외선 방사체 세라믹스 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
Description
[기술분야]
본 발명은 원적외선 방사체 세라믹스 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 원적외선 방사 효과가 뛰어나면서도 소성으로 인한 뒤틀림이나 균열과 같은 결함이 발생하지 아니하는 원적외선 방사체 세라믹스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
[배경기술]
일반적으로 원적외선은 가시광선에 이어지는 0.75㎛에서 1mm 정도의 파장을 가지는 적외선 중, 대체로 4㎛ 이상의 파장을 가지는 전자기력선을 일컫는 것으로서, 물체에 닿으면 반사, 투과 및 흡수되는 성질을 가지고 있어서, 인체에 방사될 경우 말초 모세혈관 운동을 강화함으로써 혈액순환을 촉진하고 공명흡수작용에 의해 물질의 분자운동을 활성화하여 인체를 구성하고 있는 물질의 합성을 강화 및 증강시키므로써 효소계와 호르몬, 생리활성 물질의 작용에 상당한 영향을 미쳐서 신진대사를 촉진하는 것으로 알려져 있다.
널리 알려진 원적외선의 인체에 미치는 대표적인 효과로는, 체온의 강화 또는 상승시 반대로 체온을 상승 또는 하강시켜 체온을 적정 상태로 유지해 주는 온열효과; 인체를 포함한 생물체를 균일하고 빠르게 성장시키는 숙성효과; 이온작용으로 체내에 칼슘 및 철분영양에 균형을 유지하여 골격계를 강하게 해주는 자정효과; 적정한 수분을 유지시켜 체온을 유지할 수 있도록 하는 건습효과; 체내의 노폐물을 배출시키고 악취를 제거하는 중화효과; 및 인체의 지방질, 단백질 및 탄수화물의 영양물을 분해하여 균형을 유지시키고 분자와 원자를 진동시켜 강인한 체력을 유지시켜주는 공명효과 등이다.
이와 같은 원적외선의 효과가 알려짐에 따라 원적외선을 응용한 각종 생활용품이 다양하게 개발되기에 이르렀으며, 그 대표적인 예로서는 벽지나 장판지와 같은 각종 건축소재 건축자재, 고기 구이판과 같은 요리 기구, 온열 치료기와 같은 치료 기기 등을 들 수 있다.
원적외선을 방사하는 원적외선 방사체로서는 인위적인 열처리에 의해 소성하여 만든 비금속 무기질 재료인 세라믹스가 그 대표적이며, 이들 세라믹스는 점토, 제올라이트, 고령토 등과 같이 일반적으로 규산염을 주성분으로 하는 재료에 필요에 따라 다른 재료들을 혼합 및 혼련하여, 소정의 형상으로 성형 및 건조한 뒤에 고온에서 소성하는 과정을 거쳐 제조된다.
이런 세라믹스를 온열 치료기와 같이 신체에 직접적으로 작용하는 장치의 원적외선 방사체로 사용하기 위해 일정한 형상으로 제조함에 있어서는, 규산염을 제공하는 주원료가 구하기 쉽고 저가일 것, 충분한 치료 효과를 얻을 수 있도록 원적외선 방사성능이 양호할 것, 소성 과정과 이후의 냉각 과정에서 뒤틀림이나 균열과 같은 결함이 발생하지 않을 것, 낮은 온도에서 소성할 수 있어서 관련 비용을 줄일 수 있을 것 등이 요구되는 바, 종래의 이와 같은 조건을 모두 만족하는 원적외선 방사체 세라믹스가 개발된 바 없다. 즉, 종래의 원적외선 방사체 세라믹스는 일반적으로 1300℃ 이상의 고온의 소성 온도를 요하는 경우가 대부분이었고, 소성된 최종 성형물에서 뒤틀림과 균열과 같은 결함이 발생하여 피부 접촉감이 좋지 못하였을 뿐만 아니라 일정한 규격으로 제조되는 온열 치료기와 같은 장치에 장착할 때 그 조립성이 양호하지 못하였다는 등의 문제점이 있었다.
또한, 종래의 원적외선 방사체 세라믹스 중에는 열전도율이 높은 은분말을 첨가하므로써 세라믹스의 방사효과를 향상시키고자 하는 시도가 있었으나, 고체 상태인 은분말이 세라믹스 내에서 균일하게 분산되지 않고 편재되는 현상으로 인하여 은분말 첨가에 의한 소기의 방사효과 향상 목적을 실질적으로 달성하지 못하였다.
따라서 본 발명의 목적은, 양호한 원적외선 방사 효과를 가지면서도 뒤틀림이나 균열과 같은 결함이 발생하지 않는 원적외선 방사체 세라믹스 및 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 시멘트 제조 공정에서 부산물로 발생하는 견운모와 백운모를 주원료로 사용하므로써 재료의 공급이 원활하고 그 제조 비용을 저렴하게 할 수 있는 원적외선 방사체 세라믹스 및 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적은, 미분쇄된 견운모 및/또는 백운모 미세분말 100 중량부에 대하여, 지르코니아 5-15 중량부, 도석 30-50 중량부, 카오린 10-30 중량부, 와목점토 10-30 중량부, 질산은 0.02-0.05 중량부, 및 분산제 0.1-0.3 중량부를 포함하는 원적외선 방사체 세라믹스에 의해 제공된다.
본 발명에 따른 상기 원적외선 방사체 세라믹스는, 견운모 및/또는 백운모를 분쇄한 후 다단계의 부유분리를 통해 미세분말을 취득하는 단계; 미분쇄된 견운모 및/또는 백운모 미세분말 100 중량부에 대하여, 지르코니아 5-15 중량부, 도석 30-50 중량부, 카오린 10-30 중량부, 와목점토 10-30 중량부, 질산은 0.02-0.05 중량부, 및 분산제 0.1-0.3 중량부를 혼합하여 적당량의 물로 반죽하는 단계; 상기 반죽물을 소정의 형상으로 성형하는 단계; 상기 성형물을 700-800℃로 1차 소성하는 단계; 상기 1차 소성체의 표면에 유약을 도포하는 단계; 및 유약 도포된 1차 소성체를 다시 1100-1300℃로 2차 소성하는 단계에 의해 제조된다.
본 발명에 사용되는 원적외선 방사체 세라믹스의 규산염 공여 주원료는 견운모(sericite) 및/또는 백운모(muscovite)이며, 일반적인 견운모와 백운모의 원석을 사용할 수도 있지만, 시멘트의 제조 공정에서 석회석과 점토를 약 1400℃의 온도로 소성하여 시멘트클링커(cementclinker)를 제조한 후에 부산물로 형성되는 견운모와 백운모를 사용하는 것이 부산물의 재활용 측면에서뿐만 아니라 재료비를 절감할 수 있다는 점에서 바람직하다.
백운모(白雲母; muscovite)는 화학조성식 KAI2(AISi3)O10(OH, F)2로서 운모족의 하나이고, 부성분은 Na, Ba, Rb, Mg, Fe, Mn, Cr, V이다. 그리고, 얇아서 벗겨지기 쉽고 탄성이 풍부한 잎조각모양의 결정을 갖는다. 단사정계, 굳기 2.5~4, 비중 2.8~2.9, 자형은 육각 또는 마름모형 널빤지 모양을 이루며 흰색·담갈색·담록색을 띠며 유리~진주광택을 낸다. 종 암석에서 산출되지만 주로 화강암 및 그 페그마타이트, 결정편암·편마암에서 잘 나타난다. 이 밖에 열수광상의 맥석으로서 알루미늄을 주성분으로 하는 규산염광물의 분해물로서도 산출된다.
견운모(絹雲母; sericite)는 칼륨을 함유하는 점토광물의 일종으로 백운모(白雲母)의 미세종(微細種)으로 화학조성 K0~1(AI,Si3O10)·2H2O+nH2O이며 대부분 흰색·회색이나 드물게 담록색을 띠는 것도 있으며 소량의 크롬과 철을 함유하여 녹색을 나타내는 것도 있다. 견운모는 독특한 견사광택(絹絲光澤)이 있고 표면이 매끄러우며 도자기 원료로 이용되고 내화물혼합제, 용접봉의 플럭스 원료 등에 쓰인다.
따라서, 백운모의 일종인 견운모는 상호 크게 구별되지 않는 동일 성질의 광물로서 본 발명에서 매우 유용하게 활용된다.
본 발명에 따른 원적외선 방사체 세라믹스의 주요 용도는 온열 치료기와 같은 치료 기기들이므로, 그 조직이 치밀하고 매끄러워 피부 접촉감이 양호하여야 한다. 따라서 가능한 한 미세화된 견운모와 백운모 분말을 사용하는 것이 바람직하며, 이를 위해 견운모와 백운모는 볼밀과 같은 분쇄기로 미세하게 분쇄한 다음 부유분리 방식으로 분리하여 3㎛ 이하의 미세분말을 얻는다.
즉, 분쇄기에 의해 조분쇄된 견운모와 백운모의 입자들을 상류의 물탱크에 투입 및 교반하여 현탁시킨 다음, 중력에 의한 침강에 의해 큰 입자들이 침전되도록 방치한 후에 수중에 부유되어 있는 미세입자를 하류의 물탱크로 흘려 보냄으로써 일차적으로 큰 입자와 작은 입자를 분리시키고, 이어서 상류의 물탱크에 침전된 큰 입자는 분쇄기로 보내어 재분쇄하고 하류의 물탱크에 유입된 작은 입자는 앞서의 방법과 동일한 방법으로 다시 부유분리를 반복하여 더욱 작은 입자만이 부유분리되게 한다. 이상과 같은 방법으로 다단계(예, 9번)에 걸쳐 부유분리를 행한 다음, 최후의 물탱크에 유입된 미세입자를 장시간(예, 72시간) 방치하여 침전되게 한 후, 상층의 물을 제거하고 침전된 미세분말을 케이크 상태로 자연건조시킨 후에 분쇄하므로써 3㎛ 이하의 입경을 가지는 견운모 및 백운모의 미세분말을 얻을 수 있다.
상기와 같은 방법으로 얻어진 견운모 및/또는 백운모의 미세분말에 지르코니아(ZrO2), 도석(pottery stone), 카오린(고령토: AI2O32Si3O2·2H2O), 와목점토, 질산은(AgNO3) 및 분산제(dispersant)를 균일하게 혼합한다. 이들 성분의 배합은 견운모 및/또는 백운모의 미세분말 100 중량부에 대하여, 지르코니아 5-15 중량부, 도석 30-50 중량부, 카오린 10-30 중량부, 와목점토 10-30 중량부, 질산은 0.02-0.05 중량부, 및 분산제 0.1-0.3 중량부의 비율로 혼합하는 것이 바람직하고, 특히 견운모 및/또는 백운모 미세분말 100 중량부에 대하여, 지르코니아 10 량부, 도석 40 중량부, 카오린 20 중량부, 와목점토 20 중량부, 질산은 0.035 중량부, 및 분산제 0.2 중량부의 비율로 혼합하는 것이 가장 바람직하다. 분산제는 이들 혼합물에 질산은이 보다 균일하게 혼합되도록 하기 위한 첨가제이며, 예를 들어 패몰-N(PAMOL-N)을 사용할 수 있다. 상기 재료들의 조성이 전술한 비율을 벗어나는 경우 최종 원적외선 방사체 세라믹스에 뒤틀림이나 균열과 같은 결함이 발생하게 되고 원적외선 방사 효과가 떨어지게 된다.
질산은은 원적외선 방사체 세라믹스 내에 은을 함유시키므로써 방사체 세라믹스의 열전도율을 향상시켜 방사효과를 높이기 위한 목적으로 첨가하는 것이다. 고체 상태의 은분말은 그 혼합과정에서 다른 재료들에 균일하게 분산되지 않고 일부분에 편재되는 문제가 있으나, 질산은은 액상이므로 이와 같은 문제점이 현격하게 줄어들고 더욱이 상기한 분산제의 작용으로 질산은은 견운모 및/또는 백운모 등의 재료 내에 완전히 균일하게 혼합된다. 질산은의 질산 성분은 이후의 소성 과정에서의 가열에 의해 공기 중으로 제거되므로 은만이 방사체 세라믹스 내에 남게 된다.
상기한 조성비로 혼합된 혼합물은 적당량의 물(예를 들어 혼합물의 10 중량%의 물)로 반죽하여 사용 목적에 맞는 형상으로 프레스에 의해 성형한 후에, 성형물을 700-800℃의 온도로 소성하여 1차 소성체를 제조한다.
1차 소성체의 표면에는 유약을 도포하며, 본 발명에 사용할 수 있는 유약은 특히 제한되는 것은 아니지만, 인체에 유독한 바륨 성분을 포함하지 아니하는 유약이 바람직하며, 예를 들어 장석(K2O·AI2O3·6SiO2), 규석(SiO2), 석회석(CaCO3), 카올린(AI2O32SiO2·2H2O), 활석(3Mgo·4SiO2·H2O), 지르코니아(ZrO2), 및 산화티탄(TiO2)을 혼합한 유약을 사용할 수 있다. 유약 처리된 1차 소성체는 최종적으로 1100-1300℃로 2차 소성하여 본 발명에 따른 원적외선 방사체 세라믹스를 얻게 된다.
이상과 같은 성분과 제조방법으로 제조된 본 발명에 따른 원적외선 방사체 세라믹스는 양호한 원적외선 방사 효과를 가지며 뒤틀림이나 균열과 같은 결함이 거의 발생하지 않으므로, 온열 치료기 등의 치료 장치에 원적외선 방사체 세라믹스로서 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 원적외선 방사체 세라믹스를 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다.
[실시예 1]
시멘트 제조공정에서 부산물로 생성된 견운모와 백운모를 볼밀 분쇄기로 분쇄한 후, 여러 번의 부유분리를 거쳐, SiO2: 45.95wt%, AI2O3: 32.98wt%, Fe2O3: 1.86wt%, K2O: 8.96wt%, P: 0.06wt%, S: 1.38wt%, CaO: 0.66wt%, MgO: 0.64wt%, Na2O: 1.03wt%, TiO2: 1.19wt% 및 잔부로 이루어진 3㎛ 이하의 미세분말을 준비하였다. 견운모와 백운모의 미세분말에 지르코니아, 도석, 카오린, 와목점토, 질산은 및 패몰-N을 하기 표1에 나타낸 바와 같은 비율로 물로 반죽하여 금형에 반죽을 투입한 후 프레스로 가압하여 원반 형상으로 성형하였다.
다음에 성형체를 하기 표1의 조건으로 1차 성형한 후에 장석, 규석, 석회석, 카올린, 활석, 지르코니아 및 산화티탄을 50: 21: 19: 5: 2: 8: 2의 중량비로 혼합하여 제조한 유약을 도포한 후에 다시 하기 표1의 조건으로 2차 소성하여 원반형의 원적외선 방사체 세라믹스을 제조하였다.
[실시예 2 및 3]
각 성분의 함량과 1차 및 2차 소성 조건만을 달리하여 실시예 1과 동일한 방법으로 원적외선 방사체 세라믹스를 제조하였다.
상기 실시예1 내지 3의 방법으로 제조된 원적외선 방사체 세라믹스에 대하여 뒤틀림 및 균열의 표면결함을 육안 관찰하는 한편, 온열 치료기의 통상적인 사용온도인 45℃로 유지한 상태에서 원적외선 방사 특성을 조사하였으며, 그 결과는 하기 표1에 나타내었다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 원적외선 방사체 세라믹스는, 온열 치료기와 같은 각종 치료장치에 적용할 수 있을 충분한 정도의 양호한 원적외선 방사 효율을 가지며, 특히 뒤틀림이나 균열과 같은 표면결함이 거의 발생하지 않기 때문에피부 접촉감이 좋고, 또한 시멘트 제조 공정의 부산물로 발생하는 견운모와 백운모를 주원료로 사용하므로 원료의 공급이 원활하고 제조비용이 저렴하게 소요되는 장점이 있다.
Claims (5)
- 미분쇄된 견운모 및/또는 백운모 미세분말 100 중량부에 대하여, 지르코니아 5-15 중량부, 도석 30-50 중량부, 카오린 10-30 중량부, 와목점토 10-30 중량부, 질산은 0.02-0.05 중량부, 및 분산제 0.1-0.3 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사체 세라믹스
- 제1항에 있어서, 상기 원적외선 방사체 세라믹스의 표면에는 장석, 규석, 석회석, 카올린, 활석, 지르코니아, 및 산화티탄으로 이루어진 유약이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사체 세라믹스
- 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분산제는 패몰-N인 것을 특징으로 하는 원적외선 방사체 세라믹스
- 견운모 및/또는 백운모를 분쇄한 후 다단계의 부유분리를 통해 미세분말을 취득하는 단계; 상기 미분쇄된 견운모 및/또는 백운모 미세분말 100 중량부에 대하여, 지르코니아 5-15 중량부, 도석 30-50 중량부, 카오린 10-30 중량부, 와목점토 10-30 중량부, 질산은 0.02-0.05 중량부, 및 분산제 0.1-0.3 중량부를 혼합하여 적당량의 물로 반죽하는 단계; 상기 반죽물을 소정의 형상으로 성형하는 단계; 상기 성형물을 700-800℃로 1차 소성하는 단계; 상기 1차 소성체의 표면에 유약을 도포하는 단계; 및 유약 도포된 1차 소성체를 다시 1100-1300℃로 2차 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사체 세라믹스의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 유약은 장석, 규석, 석회석, 카올린, 활석, 지르코니아, 및 산화티탄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원적외선 방사체 세라믹스의 제조방법.
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