KR100420500B1 - 황토를 주재로한 다공성의 경량 세라믹재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황토를 주재로한 다공성의 경량 세라믹재 제조방법에 관한 것으로서, 우리나라 각 지역에서 손쉽게 구할 수 있으며 인체 및 환경에 유익한 황토를 주재료로 포함하는 가운데 경량이면서 다공성의 특징을 갖는 세라믹재의 제조방법을 제공함으로서 이를 이용하여 고강도의 건축재료 뿐만 아니라 각종 환경재료를 생산하는데 목적이 있다.

이를 실현하기 위한 본 발명의 제조방법은, 황토분말과, 유리분말, 그리고 고령토 또는 벤토라이트분말을 일정비율로 혼합기에 투입후 고속회전시켜 각 입자들을 골고루 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합된 분말원료를 반죽기에 투입한 후 물을 고르게 뿌려주면서 반죽을 실시하는 습식반죽단계; 상기 반죽이 완료되어진 원료를 밀폐된 용기에 담아 일정시간 동안 숙성시키는 숙성단계; 상기 숙성되어진 원료를 소정형상으로 성형하는 성형단계; 상기 성형되어진 반제품을 건조시키는 건조단계; 상기 건조되어진 반제품을 고온소성시키는 소성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

황토를 주재로한 다공성의 경량 세라믹재 제조방법{A MANUFACTURE METHODE OF CERAMIC MATERIAL INCLUDE YELLOW SOIL}

본발명은 황토를 주재료로 하는 세라믹재의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다공성 및 경량의 특징을 갖음과 동시에 고강도의 유지가 가능함으로 건축재료를 비롯하여 각종 환경원료의 제작에 적용되어질 수 있는 세라믹재의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자연에 산재된 황토는 다량의 실리카(SiO₂)와 철분(F)과 알루미나 및 미량의 마그네슘과 나트륨 등의 여러물질로 구성되어 있고, 이러한 황토는 열에 의해 인체에 유익한 원적외선을 방출함과 동시에 탈습, 탈취, 악취제거 등의 특성이 있는 것으로 알려지게 되면서 다양한 건축재료 또는 기타 생활물품등에 널리 사용되어 왔다.

건축분야의 일 예로서, 한때 서양식 건축 양식에 밀려 황토흙에 의한 실내벽이나 방바닥을 시공하는 예는 한동안 사라져왔으나, 근래에 이르러 다시 선조들이 이용하던 우리 고유의 황토흙이 건강에 유익함이 과학적으로 점차 입증되어감에 따라서 최근에는 고급아파트의 방바닥 시공에서도 황토흙을 사용하는 예가 점차 증가되고 있는 추세에 있다.

그러나 현재 시중에서 건축 시공에 사용되는 황토 건축재료는, 잡석들이 섞인데다가 입자 또한 고르지 못한 상태의 흙을 마구 방바닥에 깔고 물로 반죽한 후, 바닥표면만을 고르게 골라서 황토 방바닥을 시공함으로 인해 황토의 효과를 충분히 나타내지 못하는 실정이다.

또한, 황토를 이용하여 정형되어진 건축재료를 제작한 후 시공하는 경우에는, 재료의 강도가 크게 저하된 상태를 이루고 있기 때문에 수분의 침투시 팽창 또는 변형이 발생하거나 외부충격시 쉽게 붕괴됨으로서 제품의 원형상태를 유지하기가 어려운 반면, 강도향상을 위해 소성과정을 거치게 될 경우에는 고온의 소성온도로 인하여 황토성분의 물성을 잃게 되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 우리나라 각 지역에서 손쉽게 구할 수 있으며 인체 및 환경에 유익한 황토를 주재료로 포함하는 가운데 경량이면서 다공성의 특징을 갖는 세라믹재의 제조방법을 제공함으로서 이를 이용하여 고강도의 건축재료 뿐만 아니라 각종 환경재료의 생산이 가능하도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적은,

황토분말과, 유리분말, 그리고 고령토 또는 벤토라이트분말을 일정비율로 혼합기에 투입후 고속회전시켜 각 원료분말들을 고르게 혼합하는 혼합단계; 상기 혼합된 분말원료를 반죽기에 투입한 후 물을 고르게 뿌려주면서 반죽을 실시하는 습식반죽단계; 상기 반죽이 완료되어진 원료를 밀폐된 용기에 담아 일정시간 동안 숙성시키는 숙성단계; 상기 숙성되어진 원료를 프레스 또는 압출을 통해 소정형상으로 성형하는 성형단계; 상기 성형되어진 반제품을 건조시키는 건조단계; 상기 건조되어진 반제품을 고온소성시키는 소성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 황토를 주재로한 다공성의 경량 세라믹재 제조방법을 통해 이룰 수 있게된다.

도 1은 본 발명의 제조과정을 나타낸 순서도.

이하, 본 발명의 제조방법에 대한 구체적인 실시예를 첨부된 도 1의 순서도를 참조하여 살펴보기로 한다.

먼저, 황토타일, 황토벽돌, 황토블럭, 황토구들장 등의 제작에 적용가능한 다공성 경량의 건축재료를 제조하는 일 실시예는 다음과 같다.

즉, 40∼300메쉬(mesh)의 입도범위를 만족하는 황토분말 35∼85중량%와, 30∼150메쉬의 입도범위를 만족하는 유리분말 15∼50중량%, 그리고 40∼300메쉬의 입도범위를 만족하는 고령토 또는 벤토라이트분말 10∼30중량%를 혼합함에 있어, 각 원료들의 비중때문에 고른 혼합이 어려우므로 600∼1200rpm의 속도로 30분동안 혼합기 내에서 고속회전시켜 혼합후 방출한다(ST 1).

상기 혼합이 완료된 원료분말을 반죽기에 투입한 후 15∼50℃온도의 물을 10∼20분동안 5∼12중량%로 고르게 뿌려주면서 반죽을 실시하고(ST 2), 상기 반죽이완료되면 수분증발을 방지하기 위하여 밀폐봉지 및 밀폐된 용기에 담아 상온에서 24∼36시간 동안 숙성시킨다(ST 3). 이때, 황토, 고령토, 벤토라이트는 내부에 포함된 수분에 의하여 부풀림 및 팽창, 수분흡수가 고르게 되며, 점력이 증가되어질 수 있게 된다.

그리고, 상기 숙성되어진 원료의 적정량을 제작되어질 제품의 규격에 해당되는 유압프레스의 금형틀에 투입한 후, 제품의 사용용도 및 규격에 따라 유압프레스의 힘을 결정하여 제품을 건식성형하게 된다(ST 4). 상기 금형설계시 압축공기 배출구를 적정수 가공함과 아울러, 금형온도 조절을 위해 히터장치가 구비됨이 바람직하다.

즉, 제품을 성형하기 위하여 유압프레스를 작동하는 압축과정에서 발생되는 금형틀 내부의 공기를 충분히 배출시키지 못하면 강도저하, 형태변화, 크랙발생 등의 문제점이 발생할 수 있으므로, 적정수의 배출구를 가공하여 내부공기를 배출하여야 한다.

또한, ST 3의 반죽과정에서 수분이 함유되어진 원료로 연속적인 제품성형 작업을 반복하다보면 금형틀 내부에 습기가 많이 묻게되어 금형 내부에 원료가 달라붙거나 형태변화등 문제점이 발생할 수 있으므로, 금형을 적당한 온도로 유지시켜 수분을 증발시키기 위해서는 별도의 히터장치를 구비해야 한다.

이와같이 유압프레스에서 성형되어진 반제품은 5∼10mm 두께의 나무합판 용기에 1단으로 쌓아 자연건조 또는 열풍건조 시키게 된다(ST 5).

상기에서 자연건조를 수행하게될 경우에는 직사광선을 피하여 통풍이 잘되는곳에서 24∼30시간동안 건조를 시키게 되는데, 자연건조 시간을 단축시키고자 하면 저압송풍기를 이용하여 바람의 양 및 흐름을 증가시켜주면 그 효과를 얻을 수 있게된다.

또한, 열풍건조를 수행할 경우에는 연속식 터널 건조로 내부에 50∼120℃의 열풍을 강제순환시켜 3∼5시간 짧은 시간내 수분증발을 도와 건조시키게 된다. 이러한 방법은 빠른시간 내에 대량의 물품을 건조 시킬 수 있는 장점은 있으나, 건조과정에서 제품의 뒤틀림 및 깨지는 현상이 발생할 수 있으므로, 적당한 열풍온도, 연속식 터널 건조로 속도등을 중점관리 하여야 한다. 여기서 제품의 건조상태를 확인하는 방법은 제품을 절단하여 절단면의 색상이 일정하게 고른가에 따라 판단할 수 있다.

상기 건조단계가 완료되면 제품의 강도보강을 위한 마무리 단계로서, 건조되어진 반제품을 봉판위에 정리한 후 연속식 롤러 소성로에 투입하여 소성시킨다(ST 6). 이때 소성조건은 상온 20℃에서 시작하여 온도를 분당 13℃씩 60분동안 상승시켜 800℃에 다다르면 40분간 소성작업을 진행한다.

이때, 상기 소성시 급격한 온도상승은 제품의 형태를 변형시킴과 동시에 깨짐이 발생할 수 있으므로 상기 온도변화조건을 유지시켜야 하며, 소성시의 제품 받침재료는 열변화에 변형이 없는 재료를 사용해야 한다.

그리고 소성작업이 끝나면 30분동안 서냉시켜 소성로의 온도를 260℃까지 낮춘 후 수작업이 편리한 적정온도로 냉각시키게 된다. 이때, 급격한 온도변화에 의한 냉각시 열충격으로 제품의 강도저하 및 깨짐이 발생할 수 있으므로 서서히 냉각시키는 것이 중요하다.

이와같은 공정을 통해 제조되어진 세라믹제품(황토타일, 황토벽돌, 황토블럭, 황토구들장 등)은 고온소성 과정을 통해 무균처리 및 황토의 자연색 유지, 고강도 유지, 경량성 등의 특성을 갖게된다.

또한, 본 발명의 공정을 통해 제조된 제품이 건축 내외장재 및 건축 마감재로 사용되어짐으로서, 황토의 특성인 탈습, 탈취, 악취제거, 단열, 방화, 방음, 원적외선 방사 등의 효과를 나타내어 주거환경을 더욱 쾌적하게 유지할 수 있게됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서 상기 건축재료 외에 황토파이프, 황토볼 , 황토입자, 황토분말 등의 기타 황토 세라믹제의 제조과정을 이하에서 살펴보기로 한다.

본 실시예 역시 도 1의 순서로 진행되어지게 되는데, 원료혼합단계(ST 1)와 습식반죽단계(ST 2)및 숙성단계(ST 3)는 상기 일실시예와 동일하게 진행됨으로 이에대한 구체적인 설명은 생략키로 한다.

숙성단계(ST 3)가 끝난후 성형단계(ST 4)에서는, 숙성된 원료를 압출 토련기(10∼300㎏/㎠)에 넣은 후 토련기 금형을 통하여 압출과 동시 적당한 규격의 크기로 절단하는 습식성형을 수행하게 되는데, 이때 황토파이프 또는 황토볼 종류의 제품들은 강도와 균질도 등을 요구하기 때문에 토련기 금형의 정면(앞부분)으로 압출하며, 다공성 및 경량성, 미세입자 용도의 제품을 요할시는 토련기 금형(타공판)의 측면을 통하여 압출한다.

그리고 압출되어지는 제품을 적당한 크기 및 모형으로 절단시킨 후, 제품의 사용용도에 따라 표면코팅기에 넣어 강도보강 및 형태에 대한 표면 고르기를 하여준다.

이때, 상기에서 금형 설계시 금형압출구 부위 열처리 및 도금을 하면 압출시 마찰저항을 없애줌과 동시에 구내경의 마모를 줄일 수 있으며, 압출 토련기 및 금형 설계시 압출부위 마찰 저항등으로 많은 열이 발생되므로 냉각장치를 고려해 설계함이 바람직하다.

그리고 건조단계(ST 5)에서는, 압출 토련기에서 성형된 반제품을 나무합판용기에 담아 건조(자연건조, 열풍건조)시키고, 제품의 강도 보강을 위한 소성단계(ST 6)에서는 건조된 반제품을 스텐레스 용기위에 담은 후 연속식 롤러 소성로에 투입하게되는데, 이때의 소성조건은 상기 일실시예와 동일하게 유지한다.

이러한 작업공정을 거치면서 관경이 0.5∼100mm인 황토파이프나, 입도가 3.2∼180mm인 황토볼, 0.8∼12mm의 황토입자, 0.5mm이하의 황토분말을 제작할 수 있게 된다.

이와같이 제조된 제품은 미세한 기공으로 다공질 특성이 매우 높으며, 경량 황토제품 소재로서 수질 정화재, 토양 개량재, 식재 및 배수재, 경량골재, 무기농산물재배, 유기농산물재배, 조경재료, 각종식물 재배토양, 건강지압, 미생물 발효 등 다양한 용도로 사용되어질 수 있게된다.

특히, 탈습, 탈취, 악취제거, 통기성, 배수성, 보습성 등이 매우 우수하며, 고온소성으로 무균처리 및 황토의 자연색유지등 수분을 보유해도 팽윤하거나 붕괴되지 않고 동결에 의한 파쇄 되는것도 방지되며, 수질환경 및 농산물 재배토양, 도시녹화 등에 유용하게 사용되어질 수 있게됨을 알 수 있다.

한편 비교예로서, 제품의 강도보강을 통해 동결, 파손 등을 방지할 목적으로 수행되는 소성공정에 있어서, 종래 일반 제품의 경우는 약 1,300℃에서 고열소성이 이루어짐으로 인해 황토성분이 자체물성을 잃게 되나, 본 발명에서는 황토고유의 물성을 보존하기 위해 800℃이내에서 소성이 이루어지기 때문에 소성공정중 화학적 변화 또는 황토분말이 용해되는 상태변화가 발생하지 않으며, 이러한 저온소성으로 인해 연료절감의 이점 또한 나타낼 수 있게된다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명되었지만 본 발명의 황토 세라믹재 제조방법이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는것은 자명한 사실이다.

예를들면 본 발명을 이용한 세라믹제품의 제조시, 혼합조성물에 있어서 상기 황토분말 대신 게르마늄 또는 규조토 등과 같은 여타의 다른 광물의 분말소재를 사용하더라도 해당소재의 특성을 나타내는 경량 다공성의 제품을 생산할 수 있게된다.

또한, 본 발명의 방법을 이용하여 세라믹재 담배파이프를 제작하거나 제조된 세라믹제를 담배의 필터부에 구비시킬 경우, 상기 제조된 세라믹 제품이 니코틴의 흡수력이 뛰어남으로 흡연으로 인한 인체피해를 감소시키는 이점 또한 나타냄을 확인할 수 있다.

따라서, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와같은 본 발명의 황토를 주재로하는 세라믹재의 제조방법은, 제조되어지는 재료가 경량이면서 강도 및 단열성이 뛰어나 건축 내외장재 및 마감재료의 성형제작에 적용시 원하는 형태로의 제작이 용이한 가운데 황토 고유의 특성을 통해 더욱 쾌적한 주거환경을 제공할 수 있게됨을 알 수 있다.

이외에도, 미세한 기공으로 인해 다공질 특성이 매우높아 수질환경 개선재 및 농산물 재배용 토양, 그리고 도시녹화 등에도 유용하게 적용이 가능한 효과가 있다.

또한, 원료의 소성공정이 일반제품에 비해 낮은 온도에서 이루어짐으로 인해 연료절감의 효과가 크며, 이러한 낮은 소성온도로 인하여 화학적 물리적 변화가 발생하지 않게되어 황토 고유의 물성이 보존될 수 있는 이점 또한 나타내게 된다.

Claims (3)

1. 황토분말을 포함하는 다수의 분말재료를 혼합기에 투입하여 각 입자들을 골고루 혼합하는 혼합단계, 상기 혼합된 분말원료를 반죽기에 투입하여 15∼50℃의 물 5∼12중량%를 고르게 뿌려주면서 반죽을 실시하는 습식반죽단계, 상기 반죽이 완료되어진 원료를 밀폐용기에 담아 상온에서 24∼36시간 동안 숙성시키는 숙성단계, 상기 숙성되어진 원료를 소정형상으로 성형하는 성형단계, 상기 성형되어진 반제품을 건조시키는 건조단계, 상기 건조되어진 반제품을 소성시키는 소성단계를 통해 황토를 주재료로 하는 제품을 제조함에 있어서:

   상기 혼합단계에서는 주재료인 황토분말과 함께 유리분말, 그리고 고령토 또는 벤토라이트 분말을 소정함량으로 혼합기에 투입후 600∼1200rpm의 속도로 고속회전시키고;

   상기 소성단계에서는 건조되어진 반제품을 20℃에서 시작하여 온도를 점차 상승시키면서 60분동안 800℃까지 상승시키는 것;을 특징으로 하는 황토를 주재로한 다공성의 경량 세라믹재 제조방법
2. 삭제
3. 삭제