KR100411492B1

KR100411492B1 - 슬래그를 이용한 인조대리석의 제조방법

Info

Publication number: KR100411492B1
Application number: KR10-2001-0003283A
Authority: KR
Inventors: 김성열; 손봉규
Original assignee: 김성열; 손봉규
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2003-12-18
Also published as: KR20020062060A

Abstract

본 발명은 제철소의 슬래그를 원료로 사용하므로써, 원적외선 방사율이 높고 항균 능력을 갖출 뿐만 아니라 그 표면이 미려하고 저렴한 인조대리석을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 인조대리석의 제조방법에 있어서, 슬래그 분말 60~ 70중량%, 자바사이트 분말 10~ 20중량%를 혼합하고, 1차 소성한 소성물을 분쇄한 다음, 분쇄된 소성 분말에 물유리 5~ 15중량%와 아크릴 수지 5~ 10중량%를 단독 또는 복합 첨가하여 혼합한 후 가압 성형하고, 이어서 가압 성형된 성형물을 2차 소성하여 그 표면을 연마하므로써 제조된다.

Description

슬래그를 이용한 인조대리석의 제조방법{A Method for Manufactuting Artificial Marble Using Slag}

본 발명은 제철소 등에서 부산되는 슬래그를 이용한 인조대리석의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬래그를 충진재로 이용하면서도 원적외선 방사율이 높고 항균 능력을 갖는 인조대리석의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 세면대 또는 탁자의 상판재료, 타일, 벽돌, 경계석, 보도블럭 등으로 널리 사용되고 있는 인조대리석은 그 수요가 증가되면서 그 품질을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도 가장 주목받고 있는 것은 제올라이트(zeolite)를 이용한 항균 및 원적외선 방사 인조대리석의 개발일 것이다.

대표적인 예로서, 대한민국 공개특허 2000-1388호에는 황토와 제올라이트를 주재로 한 인조대리석 제조에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 황토와 불포화 폴리에스테르 수지를 약 50 대 50으로 혼합한 혼합물을 9~15mm 두께의 성형층으로 하고, 제올라이트 35~ 40중량부와 불포화 폴리에스테르 수지액 60~65중량부의 혼합물을 0.5~1.0mm 두께의 표면층으로 적층 경화한 인조대리석으로서, 원적외선이 방사되고 항균, 탈취, 양이온 치환 능력을 갖는 것이라고 알려져 있다.

다른 예로서, 대한민국 공개특허 1999-42597호에는 아크릴 수지 시럽과 무기충진물을 사용한 항균 인조대리석의 제조에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 아크릴 수지 시럽 내에 금, 은, 아연, 구리중 하나 이상의 금속이 담지된 항균 제올라이트와 분산매를 1:1 내지 1:10으로 혼합한 제올라이트 함량이 10 내지 50중량%인 분산액을 첨가하여 항균 제올라이트 함량이 수지시럽의 0.2 내지 2.0중량%가 되도록 혼합하여 경화시킨 인조대리석으로서, 소량의 제올라이트를 사용함에도 불구하고 분말상태로 다량 투입한 인조대리석에 비하여 항균성이 우수한 특징이 있다고 알려져 있다.

그러나, 상기한 종래기술들은 모두 자연석을 파쇄시킨 분말을 충전재로 하고 있기 때문에 강도가 낮아 자연적인 표면 마모 작용 혹은 수분에 희석되거나 분해되어 그 사용처가 제한될 수 밖에 없을 뿐만 아니라 무엇보다도 일단 고가라는 단점이 있다.

본 발명은 종래의 인조대리석을 단점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 제철소의 슬래그를 원료로 사용하므로써, 원적외선 방사율이 높고 항균 능력을 갖추고 있을 뿐만 아니라 그 표면이 미려하고 저렴한 인조대리석을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 인조대리석의 제조방법에 있어서,

슬래그 분말 60~ 70중량%, 자바사이트 분말 10~ 20중량%를 혼합하고, 1차 소성하는 단계;

상기 소성물을 분쇄한 다음, 분쇄된 소성 분말에 물유리 5~ 15중량%와 아크릴 수지 5~ 10중량%를 단독 또는 복합 첨가하여 혼합한 후 가압 성형하는 단계;

가압 성형된 성형물을 2차 소성하는 단계 및

소성된 소성물을 연마하는 단계를 포함하는 슬래그를 이용한 인조대리석의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 하나의 특징은 제철소에서 부산물로 발생되는 슬래그를 대리석의 충진재로 사용한다는 것이다. 보통 폐기물로 처리되었던 슬래그를 이용하여 대리석을 제조하기 때문에 본 발명에 의해 제조된 대리석은 일반 무기 충진물을 사용할 때에 비하여 가격이 저렴하다는 잇점도 있지만, 무엇보다도 대리석의 표면이 미려하고 광택이 우수하다.

본 발명의 대리석 제조에 사용되는 슬래그는 고로로부터 발생되는 고로슬래그를 포함하여 제강공정에서 발생되는 제강슬래그 등 어떠한 슬래그도 사용 가능하다. 바람직하게는 고로슬래그를 수쇄한 수쇄 슬래그를 사용하는 것이다. 이러한 수쇄 슬래그는 그 입도분포가 매우 균일하다는 장점이 있다. 보다 바람직하게는 수쇄 슬래그의 입도가 0.5~5mm인 것을 사용하는 것이다. 상기 수쇄슬래그의 입도가 0.5mm 미만이면 슬래그 표면적이 증대되어 투입되는 수지의 양이 많아질 뿐만 아니라 강도가 과도하게 상승하며, 5mm를 초과하면 강도가 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 자바사이트에는 카라타제라는 활성 효모가 들어 있어 활성 탄소 과산화지질을 환원시키는 인체에 유익한 생리활성 물질과 표면에는 수많은 복층구조의 공간이 있어 원적외선을 흡수 방출하는 작용을 한다. 바람직하게는 평균입도가 5mm이하인 자바사이트 분말을 사용하는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 슬래그와 자바사이트 원료를 그대로 사용하는 것이 아니라 1차로 원료를 소성한다는 것이다. 즉, 본 발명은 슬래그 분말과 자바사이트 분말을 적절히 혼합한 후 소성을 행하여 원료 결정의 안정화를 도모한다. 이때, 상기 슬래그 분말과 자바사이트 분말은 전체 중량에 대하여 각각 60~ 70중량% 및 10~ 20중량%가 되도록 혼합하여 소성을 행한다. 만일 슬래그 분말이 너무 많아지게 되면 대리석의 강도가 저하될 수 있고, 너무 적게 되면 대리석에 미세 균열이 발생되거나 취약(brittle)해지기 쉽다. 또한, 상기 1차 소성은 600~ 850℃의 온도에서 행하는 것이 바람직한데, 소성온도가 너무 낮으면 결정의 안정화가 미흡하고 너무 높으면 과소성되어 결합력이 저하될 수 있다.

그 다음 1차 원료 소성이 완료된 원료 소성물을 분쇄한 후, 분쇄된 소성 분말에 결합제를 첨가하여 성형한다.

결합제로는 물유리 또는 아크릴 수지를 사용하는 것이 적당하다. 바람직하게는 물유리(Na₂OSiO₃) 5~ 15중량%와 아크릴 수지 5~ 10중량%를 단독 또는 복합 첨가하는 것이다.

이렇게 가압 성형하여 일정 형상으로 제조된 대리석은 다시 2차 소성을 행한다. 2차 소성은 950~ 1050℃의 온도에서 행하는 것이 바람직한데, 소성 온도가 낮으면 강도가 저하되며, 너무 높으면 과소성이 되어 바람직하지 않다.

마지막으로 소성된 소성물을 연마하면 천연대리석보다도 그 표면이 미려한인조대리석이 얻어진다. 본 발명의 인조대리석은 또한, 원적외선 분말이 내부에 골고루 분산되어 있어 상온에서도 원적외선 효율이 높고 항균 능력이 뛰어나다.

본 발명의 인조대리석은 상기 분쇄된 원료 소성물에는 착색제를 0초과 3% 이하의 범위에서 추가로 첨가하면 다양한 색상을 갖을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예 1

표1과 같은 제철소의 고로 슬래그를 수쇄후 약 160℃에서 건조하여 평균입경이 5mm이하인 수쇄 슬래그 분말과 표2와 같은 조성을 갖는 평균입경이 약 3mm이하인 자바사이트 분말을 준비하였다.

성분	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	S	MnO	T. Fe	비고
조성(중량%)	43.5	33.4	14.5	6.5	1.0	0.7	0.4	안식각: 40

성분	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	Na₂O	K₂O	TiO₂	기타
조성(중량%)	7.4	66.4	17.4	2.3	1.8	3.0	0.8	0.9

이후, 표1, 2에서 준비된 슬래그 분말과 자바사이트 분말을 각각 표3과 같은 조성을 갖도록 혼합한 후, 이 혼합물을 연속 소성로에 투입하여 약 45분간 1차 소성하였다.

그 다음, 이 소성물을 약 1mm~ 150메쉬로 분쇄하여, 여기에 Cr₂O₃착색제 0.5중량%, 바인더로서 물유리 및/또는 점도가 250cps인 액상의 아크릴 수지를 첨가하여 교반하고, 이 혼합물을 이용하여 진동압착하면서 일정 형상으로 성형하였다.이같은 성형물을 다시 2차로 소성한 다음, 소성된 소성물의 표면을 연마하여 표면이 미려한 대리석을 제조하였다. 표3에는 각각의 조건에 따라 제조된 대리석의 물리적 성질과 상온에서의 원적외선 방사 정도를 측정한 결과를 보이고 있다.

구분	조성비(중량%)	1차 소성온도(℃)	2차 소성온도(℃)	실험결과
구분	슬래그	1차 소성온도(℃)	2차 소성온도(℃)	자바사이트	물유리	아크릴 수지	휨강도(kg/㎠)	압축강도(kg/㎠)	흡수율(%)	원적외선방사율(%)
발명예1	60	20	10	10	850	1,000	260	2,110	0.02	91
발명예2	70	10	10	10	800	1,000	220	1,800	0.02	85
발명예3	70	15	15	-	750	1,000	220	1,800	0.02	87
발명예4	70	20	-	10	600	1,000	170	1,400	0.02	91
비교예1	50	30	10	10	850	1,000	150	1,200	0.02	92
비교예2	80	10	5	5	850	1,000	100	800	0.02	85
비교예3	70	10	10	10	-	1,000	90	750	0.02	85
종래예							110	1,200	0.30	-

표3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 대리석인 발명예(1~4)의 경우 강도가 우수할 뿐만 아니라 상온에서 원적외선을 측정한 결과 방사율이 높게 나타남을 보이고 있었다.

반면, 슬래그 충진재의 양이 적고 자바사이트의 양이 많은 비교예(1)의 경우 대리석의 강도와 원적외선 방사율은 높으나, 상대적으로 취약(brittle)해졌다. 또한, 슬래그의 양이 많고 자바사이트의 양이 적은 비교예(2)의 경우 대리석의 강도가 다소 떨어졌다. 그리고, 원료를 소성하지 않은 비교예(3)의 경우 대리석의 강도가 매우 작게 됨을 알 수 있었다.

한편, 본 발명의 경우 기존의 인조대리석에 비하여 원적외선 방사효과이외에도 강도가 매우 월등히 높음을 알 수 있다.

실시예 2

실시예1의 수쇄 슬래그 분말 60중량%와 자바사이트 분말 25중량%가 되도록 혼합한 후, 이 혼합물을 연속식 소성로에 투입하여 약 45분간 1차 소성한 다음, 이 소성물을 약 1mm~ 150메쉬로 분쇄하여 분쇄된 소성물에 물유리 10중량%와 아크릴 수지 5중량%를 각각 첨가하여 교반하고, 이 혼합물을 일정크기의 분말로 분쇄하였다. 이렇게 얻어진 본 발명의 대리석 원료 분말을 넣었을 때와 넣지 않았을 때에 대하여 대장균 및 녹농균에 의한 항균시험을 행하였다.

원료 분말 시료를 넣지 않았을 때 초기 대장균의 농도와 녹농균의 농도는 각각 189CFU/㎖, 222CFU/㎖이었으며, 24시간 후에는 각각 574CFU/㎖ 및 643CFU/㎖, 48시간 후에는 각각 1,480CFU/㎖, 1,940CFU/㎖이었으나, 본 발명의 원료 분말을 넣을 때는 24시간 후에 각각 97CFU/㎖ 및 118CFU/㎖로 감소되었으며, 48시간 후에 전혀 검출되지 않았다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 슬래그를 충진재로 이용하면서도 천연대리석보다도 그 표면이 미려한 인조대리석이 제공된다. 이러한 인조대리석은 상온에서 원적외선 방사율이 높고 항균 능력을 갖고 있을 뿐만 아니라 저렴하여 각종 타일, 세면대 등에는 물론 일반 가정의 위생적인 측면에서 고급 건축 마감재로 크게 각광을 받을 수 있다는 특징이 있다.

Claims

인조대리석의 제조방법에 있어서,

슬래그 분말 60~ 70중량%, 자바사이트 분말 10~ 20중량%를 혼합하고, 1차 소성하는 단계;

상기 소성물을 분쇄한 다음, 분쇄된 소성 분말에 물유리 5~ 15중량%와 아크릴 수지 5~ 10중량%를 단독 또는 복합 첨가하여 혼합한 후 가압 성형하는 단계;

가압 성형된 성형물을 2차 소성하는 단계 및

소성된 소성물을 연마하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 인조대리석의 제조방법
제1항에 있어서, 상기 분쇄된 소성물에는 착색제를 0초과 3% 이하의 범위에서 추가로 첨가한 후 가압 성형함을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 인조대리석의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 1차 소성은 600~ 850℃의 온도에서 행함을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 인조대리석의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 2차 소성은 950~ 1050℃의 온도에서 행함을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 인조대리석의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 슬래그는 평균입도가 0.5~5mm인 수쇄 슬래그를 사용함을 특징으로 하는 슬래그를 이용한 인조대리석의 제조방법.