KR100579811B1 - 폐석분을 이용한 인조석의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐석분을 이용한 인조석의 제조방법에 관한 것으로서, 충진제로서의 폐석분과 시멘트 및 모래를 혼합하여 1차혼합물을 제조하는 1차혼합단계; 1차혼합물에 토양광물응집제와 물 및 리그린산 계열의 감수제를 첨가하여 혼합함으로써 2차혼합물을 제조하는 2차혼합단계; 2차혼합물에 구성 성분간의 접착력을 증가시키고 경화 속도를 증가시키기 위한 경화촉진제를 혼합하여 3차혼합물을 제조하는 3차혼합단계; 최종 인조석에 천연석과 유사한 질감 및 색감을 주기 위하여, 3차혼합물에 착색을 위한 안료를 혼합하여 인조석 슬러리를 제조하는 4차혼합단계; 제조된 인조석 슬러리를 이용해 원하는 형상을 몰딩하는 몰딩단계; 몰딩된 인조석을 25-35℃의 온도에서 4시간 양생시킴으로써 인조석을 경화시키는 후경화단계; 제조 및 경화된 인조석에서 금형을 제거하는 탈형단계; 탈형된 인조석을 포장하여 최종 완제품을 생산하는 포장단계로 구성되는 인조석의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폐석분을 이용한 인조석의 제조방법 {Method for Artificial Stone Figures Using Recycled Stone Powder}

도 1은 본 발명의 폐석분을 이용한 인조석 제조방법을 나타내는 공정도.

본 발명은 화강암, 대리석, 현무암 등 천연석을 사용할 경우 그 가격이 대단히 비싸 경제적이지 못한 암석들을 대체할 수 있는 폐석분을 이용한 인조석의 제조방법에 관한 것으로서, 석분의 사용량을 상대적으로 높임으로써 시멘트 등 기타 첨가물의 사용량을 절감할 수 있는 인조석의 제조방법에 관한 것이다.

근래 경제의 발전과 더불어 인간의 주거 문화 고급화 성향은 점점 더 높아지고 있으며, 이러한 고급화 성향은 고급 내외장재를 이용하여 주거환경을 장식하는 경향으로도 이어지고 있다.

이와 같은 주거환경 장식에 자주 사용되는 것이 바로 고급 석재, 구체적으로 화강암, 대리석, 현무암 등 외관이 미려한 석재를 이용한 장식 또는 실용 목적의 석물로서, 이러한 석물은 현대 도시인에게 잠시나마 자연감을 불러 일으킴으로써 휴식을 제공하고 있다.

이와 같이, 건축용 외장재로서 많이 사용되고 있는 화강암, 대리석, 현무암 등의 천연 암석은 건물의 미감을 증대시키기 위하여 최근 그 사용량이 점점 늘어나고 있는 추세이나, 그 채취량에 한계가 있어 수요를 충족할 정도가 되지 못하고, 매우 고가여서 건축물의 가격을 증가시키는 원인이 되고 있다.

이와 같은 천연 석재중 화강암은 국내에서 많이 생산되어 보편적으로 많이 쓰이는 석재로서 석질이 견고하고 내구성이 커서 대형재를 얻을 수 있고 아름다우며 물갈기를 하면 광택이 난다는 장점이 있으나, 고온에서 표면 박리현상이 발생하고 너무 단단하여 조각 또는 가공에 어려움이 있다는 단점도 가지고 있는 암석이다.

대리석은 내수성이 좋아 욕실 바닥재 등으로 이용 가능하며 색조가 미려하고 치밀하여 가장 고급의 실내장식재로서 취급되지만 산에 약하여 풍화되기 쉬워 외장재로는 부적당하다는 단점이 있다.

현무암은 화산의 마그마에서 생성된 암석으로서 사장석과 보통휘석을 주로 하는 세립의 화성암을 말하는데, 그 특이한 질감과 경량성 때문에 장식용 석물에 많이 사용되는데, 우리나라에서는 주로 제주도에서 생산되고 있다.

상기한 바와 같이, 이와 같은 천연 석재들은 그 가격이 매우 비싸고 채취량이 부족해 수요를 충족시키지 못한다는 단점을 가지고 있어 그 사용에 한계를 가지고 있다.

또한, 이와 같은 천연석의 채취는 필연적으로 자연의 훼손을 가져오게 되는데, 이는 일부의 미감 충족 및 심리적 휴식을 위해 다수가 누려야 할 청정 자연을 파괴하는 것이라고도 할 수 있는 것이다.

이와 같은 천연 암석 사용상의 한계를 극복하기 위해 개발된 것이 바로 천연석의 미려한 외관을 그대로 가지고 있으면서도, 필요한 만큼 제조할 수 있어서 수요를 충족할 수 있고, 가격이 저렴하고, 채취하는 것이 아니므로 자연을 훼손할 염려가 없는 인조석이다.

이와 같은 인조석을 제공하고자 한 예는 여러 선행 기술에서 찾아볼 수 있는데, 예를 들어, 대한민국 특허공개 제2002-69571호에 보면, 100-200메쉬 크기의 천연석재 석분과 폴리에스테르계 수지를 혼합한 것을 재료로 하여 제조하는 인조석재의 제조방법이 개시된 바 있다.

또한, 대한민국 특허등록 제154605호에 보면, 석분, 시멘트, 경화제, 혼합제를 한꺼번에 혼합하고 이를 이용하여 몰드를 형성시킨 후 그 표면에 원하는 색상의 무기안료 혼합액을 바르는 단계를 포함하여 구성되는 인조석의 제조방법이 개시된 바도 있다.

또한, 대한민국 특허등록 제298022호에 보면, 석분과 함께 불포화폴리에스테르수지, 석탄회, 탄산칼슘, 규사를 혼합하고 여기에 경화제를 투입하여 몰딩함으로써 제조하는 인조석 조성물의 제조방법이 개시된 바 있다.

또한, 대한민국 특허공개 제1999-84009호에 보면, 폐석분을 불포화폴리에스테르계 수지, 충진제, 경화제와 혼합하고 여기에 이형제를 도포한 후 이를 진동을 주면서 압축함으로써 원하는 형태의 조형물을 제조하는 인조석물의 제조방법이 개시된 바도 있다.

또한, 대한민국 특허공개 제2002-88720호에 보면, 폐석분과 함께 백시멘트, 화산석을 혼합하고 여기에 코발트, 산화철, 티탄, 액체 아크릴, 방수제, 감수제를 더 첨가하여 몰딩하는 인조석의 제조방법이 개시된 바 있다.

이밖에, 폐석분을 이용하는 것은 아니지만, 대한민국 특허등록 제311183호에 보면, 점토질, 톱밥, 크러치, 백석분, 스티로폼 분말을 혼합하고 이를 소성하여 내부에 기포가 생성되도록 함으로써 현무암 재질과 유사하도록 제조하는 인공 현무암 제조방법이 개시된 바도 있다.

그러나, 이상과 같은 선행기술들 대부분은 비록 천연 석재를 사용하는 것은 아니나, 사용되는 폐석분의 양과 비교해 볼 때 시멘트 등 다른 고가의 원료를 많은 양으로 필요로 하거나, 그 공정이 복잡하고 길어 원가 상승의 원인을 제공하거나 함으로써, 인조석 제조의 중요한 목적인 원가 절감 효과를 크게 얻지 못한다는 단점을 가지고 있었다.

이렇게 볼 때, 최대한 천연 석재와 유사한 미감을 줄 수 있으면서도 주로 폐석이 그 재료량의 대부분을 차지함으로써 시멘트 등 다른 고가의 원료를 많은 양으로 필요로 하지 않고 공정이 단순하고 짧아서 큰 원가절감 효과를 가지는 새로운 인조석 제조방법의 출현이 필요한 시점이라고 할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 그 목적은, 최대한 천연 석재와 유사한 미감을 줄 수 있으면서도 시멘트 등 다른 고가의 원료를 많은 양으로 필요로 하지 않고 공정이 단순하고 짧아서 큰 원가절감 효과를 가지는 새로운 인조석 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

이를 위한 본 발명은 충진제로서의 폐석분과 시멘트 및 모래를 혼합하여 1차혼합물을 제조하는 1차혼합단계; 1차혼합물에 토양광물응집제와 물 및 리그린산 계열의 감수제를 첨가하여 혼합함으로써 2차혼합물을 제조하는 2차혼합단계; 2차혼합물에 구성 성분간의 접착력을 증가시키고 경화 속도를 증가시키기 위한 경화촉진제를 혼합하여 3차혼합물을 제조하는 3차혼합단계; 최종 인조석에 천연석과 유사한 질감 및 색감을 주기 위하여, 3차혼합물에 착색을 위한 안료를 혼합하여 인조석 슬러리를 제조하는 4차혼합단계; 제조된 인조석 슬러리를 이용해 원하는 형상을 몰딩하는 몰딩단계; 몰딩된 인조석을 25-35℃의 온도에서 4시간 양생시킴으로써 인조석을 경화시키는 후경화단계; 제조 및 경화된 인조석에서 금형을 제거하는 탈형단계; 탈형된 인조석을 포장하여 최종 완제품을 생산하는 포장단계로 구성되는, 폐석분을 이용한 인조석 제조방법을 제공한는 것으로 이루어진다.

본 발명은 화강암, 대리석, 현무암 등의 천연석을 대체할 수 있는, 폐석분을 이용한 인조석의 제조방법에 관한 것으로서, 석분의 사용량을 상대적으로 높임으로써 시멘트 등 기타 첨가물의 사용량을 절감할 수 있는 인조석의 제조방법에 관한 것이다.

구체적으로, 본 발명은 기존의 폐석분 이용 인조석 제조방법에 비해 폐석분의 사용 비율을 크게 향상시킴으로써 시멘트 등 상대적으로 가격이 비싼 첨가물의 사용 비율을 낮출 수 있어, 경제적으로 화강암, 대리석, 현무암 등 고가의 천연석 재질을 90% 이상 효율의 질감과 색상, 품질로 재현할 수 있는, 폐석분을 이용한 인조석의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 폐석분을 이용한 인조석 제조방법을 나타내는 공정도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 폐석분을 이용한 인조석 제조방법은, 충진제로서의 폐석분과 시멘트 및 모래를 혼합하여 1차혼합물을 제조하는 1차혼합단계; 1차혼합물에 폴리머 대용물로서의 토양광물응집제와 물 및 리그린산 계열의 감수제를 첨가하여 혼합함으로써 2차혼합물을 제조하는 2차혼합단계; 2차혼합물에 구성 성분간의 접착력을 증가시키고 경화 속도를 증가시키기 위한 경화촉진제를 혼합하여 3차혼합물을 제조하는 3차혼합단계; 최종 인조석에 천연석과 유사한 질감 및 색감을 주기 위하여, 3차혼합물에 착색을 위한 안료를 혼합하여 인조석 슬러리를 제조하는 4차혼합단계; 제조된 인조석 슬러리를 이용해 원하는 형상을 몰딩하는 몰딩단계; 몰딩된 인조석을 25-35℃의 온도에서 4시간 양생시킴으로써 인조석을 경화시키는 후경화단계; 제조 및 경화된 인조석에서 금형을 제거하는 탈형단계; 탈형된 인조석을 포장하여 최종 완제품을 생산하는 포장단계로 구성된다.

본 발명의 폐석분을 이용한 인조석 제조방법에서 상기 1차혼합단계는, 본 발명의 충진제, 즉, 폐석분에 일반 포클랜더 시멘트와 모래를 혼합하는 과정으로서, 시멘트는 최종 인조석 슬러리 기준 10중량%의 양으로 사용하며, 모래는 최종 인조석 슬러리 기준 0.6-1.0중량%의 양으로 사용하고, 충진제로서의 폐석분은 최종 인조석 슬러리 기준 85중량%의 양으로 사용하며 혼합은 약 4-6분간 수행된다.

이와 같이 본 발명의 폐석분을 이용한 인조석 제조방법에서는 고가의 원료인 시멘트가 최종 인조석 슬러리 기준 10중량%의 상대적으로 매우 적은 양 사용됨으로써, 보통 20중량% 이상의 양으로 시멘트를 사용하는 일반적인 폐석분 이용 인조석 제조방법들과 비교할 때 인조석의 제조원가를 획기적으로 낮출 수 있게 되는 것이다.

본 발명에서 사용되는 석분으로는 생산하고자 하는 인조 암석의 종류에 따라, 즉, 생산하고자 하는 인조석이 화강암이냐, 현무암이냐, 또는 대리석이냐에 따라 반드시 화강암의 폐자재, 현무암의 폐자재, 또는 대리석의 폐자재를 분쇄한 석분을 사용할 필요는 없으며, 일반적인 건축용 또는 토목용 석재의 폐자재를 분쇄한 석분 또는 플라이 애쉬를 사용하여도 무방하다.

다만, 본 발명에 사용되는 석분으로는 평균직경 0.5-4mm의 입방형인 것을 사용하는데, 그 이유로는 조골재의 모서리가 각이 지면 결합효과가 감소되어 충진제, 즉 석분의 결합력이 떨어짐으로써 시멘트 요구량이 많아지기 때문이다.

다음에, 본 발명의 폐석분을 이용한 인조석 제조방법에서, 1차혼합물에 폴리머 대용물로서의 토양광물응집제와 물 및 리그린산 계열 감수제를 첨가하여 혼합함으로써 2차혼합물을 제조하는 2차혼합단계에서 토양광물응집제로는 제올라이트 또 는 벤토나이트를 사용한다.

사실 지금까지의 (폐)석분이용 인조석의 제조방법에서는 석분의 결합력을 높이기 위한 복합제 또는 폴리머로서 유기물을 이용해 왔는데, 이렇게 유기물을 이용하여 인조석을 제조할 경우, 그 가격이 매우 비싸 경제성이 떨어지고, 환경적으로 볼 때 유해 가스 등을 방출할 염려가 있으며, 무기물에 비해 불연성이 매우 약하다는 특징을 가지고 있었다.

본 발명에서는 이와 같은 유기물 대신 폴리머를 대용할 수 있는 무기성 토양광물응집제, 즉, 제올라이트 또는 벤토나이트를 사용함으로써 이러한 단점들을 극복할 수 있게 된 것이다.

2차혼합단계에서 사용되는 리그린산 계열의 감수제는 일종의 계면활성제로서 혼합물의 표면장력을 저하시킴으로써 분자와 분자간의 결집운동을 강화시키는 역할을 하며, 리그린설폰산이 인조석 슬러리 기준 0.3-0.5중량%의 양으로 사용된다.

본 발명에서 폴리머 대신 사용되는 제올라이트 또는 벤토나이트는 인조석 슬러리 기준 0.8-1.12중량%의 양으로 사용되며, 물은 인조석 슬러리 기준 0.8-1.2중량%의 양으로 사용된다.

다음에, 본 발명의 폐석분을 이용한 인조석 제조방법의 3차혼합단계에서는, 경화촉진제로서 트리에탄올아민, 염화칼슘 또는 나트륨 중 어느 하나를 2차혼합물에 혼합하여 3차혼합물을 제조함으로써, 2차혼합물 구성 성분간의 접착력을 증가시키고 경화 속도를 증가시키기 위한 3차혼합을 수행한다.

본 발명에서 상기 경화촉진제는 인조석 슬러리 기준 0.3-0.5중량%의 양으로 사용된다.

다음에, 본 발명의 4차혼합단계에서는, 최종 인조석에 천연석과 유사한 질감 및 색감을 주기 위하여, 안료로서 옥사이드계(Oxides) 안료를 사용 혼합함으로써 인조석 슬러리를 제조하게 된다.

본 발명의 4차혼합단계에서 옥사이드계 안료는 인조석 슬러리 기준 0.8-1.2중량%의 양으로 사용된다.

다음에, 본 발명의 몰딩단계에서는, 상기 4차혼합단계에서 건식 콤파우다 형태로 제조된 인조석 슬러리를 PVC 금형에 유입시킨 후 바이브레이터를 사용하여 공기를 배출시킴으로써, 제조된 인조석 혼합물을 이용해 원하는 형상을 몰딩하는 몰딩작업을 수행한다.

다음에, 이렇게 몰딩된 인조석을 25-35℃의 온도의 건조로에서 4시간 동안 양생시킴으로써 인조석을 경화시키는 작업을 수행함으로써 본 발명의 후경화단계를 수행한다.

이렇게 제조된 인조석에서 공기압을 이용 금형을 제거함으로써 탈형단계를 수행한 후, 탈형된 인조석을 포장하여 최종 완제품을 생산하는 포장단계를 마치면, 본 발명의 폐석분을 이용한 인조석 제조방법이 완료되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 폐석분을 이용한 인조석의 제조방법은 일반적으로 사용되는 유기물 폴리머가 아닌 무기성 토양광물응집제를 사용하였음에도 불구하고, 시험 결과, 내동해성, 즉, 동결작용에 대한 내구성, 방수성, 색바램성, 피로(fatigue)억제성, 백화현상, 내열성 등 일반적으로 인조석에서 중요하게 생각 되는 특징들이 우수한 것으로 나타났으며, 여러 가지 다양한 무늬 및 색상이 적용 가능하고 몰드 또한 다양한 형태로 적용할 수 있으며, 완전불연성이고, 고강도인 것으로 나타났다.

이상과 같이 본 발명이 완성됨으로써, 충진제로서의 폐석분과 시멘트 및 모래를 혼합하여 1차혼합물을 제조하는 1차혼합단계; 1차혼합물에 토양광물응집제와 물 및 리그린산 계열의 감수제를 첨가하여 혼합함으로써 2차혼합물을 제조하는 2차혼합단계; 2차혼합물에 구성 성분간의 접착력을 증가시키고 경화 속도를 증가시키기 위한 경화촉진제를 혼합하여 3차혼합물을 제조하는 3차혼합단계; 최종 인조석에 천연석과 유사한 질감 및 색감을 주기 위하여, 3차혼합물에 착색을 위한 안료를 혼합하여 인조석 슬러리를 제조하는 4차혼합단계; 제조된 인조석 슬러리를 이용해 원하는 형상을 몰딩하는 몰딩단계; 몰딩된 인조석을 25-35℃의 온도에서 4시간 양생시킴으로써 인조석을 경화시키는 후경화단계; 제조 및 경화된 인조석에서 금형을 제거하는 탈형단계; 탈형된 인조석을 포장하여 최종 완제품을 생산하는 포장단계로 구성되는, 폐석분을 이용한 인조석 제조방법이 제공될 수 있게 되었다.

본 발명이 완성됨으로써, 최대한 천연 석재와 유사한 미감을 줄 수 있으면서도 시멘트 등 다른 고가의 원료를 많은 양으로 필요로 하지 않고 공정이 단순하고 짧아서 큰 원가절감 효과를 가지는 새로운 폐석분 이용 인조석 제조방법이 제공될 수 있게 된 것이다.

Claims (4)

1. 폐석분을 이용한 인조석의 제조방법에 있어서,

   인조석 슬러리 기준 85중량%의 폐석분과 10중량%의 시멘트 및 0.6-1.0중량%의 모래를 혼합하여 1차혼합물을 제조하는 1차혼합단계;

   1차혼합물에 인조석 슬러리 기준 0.8-1.12중량%의 토양광물응집제, 0.8-1.2중량%의 물 및 0.3-0.5중량%의 리그린설폰산을 첨가하여 혼합함으로써 2차혼합물을 제조하는 2차혼합단계;

   2차혼합물에 구성 성분간의 접착력을 증가시키고 경화 속도를 증가시키기 위한 경화촉진제를 인조석 슬러리 기준 0.3-0.5중량%의 양으로 혼합하여 3차혼합물을 제조하는 3차혼합단계;

   최종 인조석에 천연석과 유사한 질감 및 색감을 주기 위하여, 3차혼합물에 착색을 위한 안료를 인조석 슬러리 기준 0.8-1.2중량%의 양으로 혼합하여 인조석 슬러리를 제조하는 4차혼합단계;

   제조된 인조석 슬러리를 PVC 금형에 유입시키고 바이브레이터를 사용 공기를 배출시키는 몰딩단계;

   몰딩된 인조석을 25-35℃의 온도의 건조로에서 4시간 동안 양생시킴으로써 경화시키는 후경화단계;

   제조 및 경화된 인조석에서 공기압을 이용 금형을 제거하는 탈형단계;

   탈형된 인조석을 포장하여 최종 완제품을 생산하는 포장단계로 구성됨을 특징으로 하는,

   제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   석분은, 평균직경 0.5-4mm의 입방형임을 특징으로 하는,

   제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   토양광물응집제는 제올라이트 및 벤토나이트중 어느 하나임을 특징으로 하는,

   제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   경화촉진제는 트리에탄올아민, 염화칼슘 및 나트륨 중 어느 하나임을 특징으로 하는,

   제조방법.

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