KR100603885B1 - 성형용 황토 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

성형용 황토 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 황토 성분 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부의 칼슘계 혼화제 및 10 내지 70중량부의 물을 함유하는 성형용 황토 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 또한 상기 성형용 황토 조성물을 사용하여 제조된 황토 성형품에 관한 것이다.
본 발명에 따른 성형용 황토조성물에는 점성 및 성형성을 향상시키기 위해 디카르복실산 및 카르복실메틸셀룰로오스가 추가로 함유될 수 있다.
본 발명에 따른 황토 조성물은 결합력이 약하여 성형용으로 적합하지 않은 황토를 성형에 적합한 점토 형태로 제조한 조성물로 결합력이 강하고 성형에 적합한 점도를 유지하는 특징이 있어, 본 발명에 따른 황토 조성물을 이용하여 황토 자체의 효과인 원적외선 방사, 방충성, 탈취 등의 효과가 우수한 건축자재류나 도자기류의 성형품을 제조할 수 있다.
황토, 칼슘계 혼화제, 디카르복실산, 카르복실메틸셀룰로오스

Description

성형용 황토 조성물 및 이의 제조방법{Yellow soil composition for forming articles and process for preparing the same}
본 발명은 벽돌 또는 타일 등의 건축자재류나 옹기, 자기, 다기 등의 도자기류의 성형에 적합한 황토 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
우리의 전통적인 건축문화에서 황토는 중요한 건축재료의 하나로 사용되어 왔다. 특히 우리나라의 황토는 파장이 6~15㎛인 원적외선을 발생시키는 것으로 알려져 있고, 해충이나 곤충 등에 대하여도 방충성을 가지며, 탈취와 같은 화학적 효과를 나타내고, 축열성이나 습도 조절 등에 있어서 우수한 효과를 나타내며 인체의 건강에도 여러 가지 긍정적인 효과를 가지고 있는 것으로 밝혀졌다.
그러나 황토는 그 자체의 결합력이 약하다는 결점을 갖고 있다. 따라서 종래에는 황토를 이용한 건축재료의 결합력을 증진시키기 위하여 잘게 절단한 볏짚 등을 황토에 혼합하여 결합력을 증진시켜 왔다. 최근에 개발된 기술로는 시멘트 등의 무기 결합재나 기타의 유기 결합재를 황토와 혼합하여 건축재료를 제조하는 기술이 있다.
대한민국 특허 공개공보 제2000-19062호에서는 황토에 실리콘첨가제를 혼합하여 제조한 황토 벽돌을 개시하고 있으나, 상기 황토 벽돌 제조시 황토 55 ~ 60중량부에 대해 시멘트 성분이 15 ~20 중량부가 혼합되어 제조되므로 황토 이외의 성분 함량이 많아 황토 자체의 특성이 제대로 발현되지 못하는 문제점이 있다.
또한 황토 고형물에 대한 종래의 기술로는 대한민국 특허 공개공보 제2001-0099286호에서와 같이 황토를 가압 성형하여 고경도의 고형물로 성형한 것으로, 대략 500 kgf/㎠ 이상의 압력에서 약 72시간 이상 가압처리된 것이다. 이러한 가압 성형 공정을 통해서 제조된 황토 고형물을 타일, 목걸이, 구슬 등에 적용할 수 있다고 하였으나, 가압 성형 공정으로 제조된 황토 고형물은 성형을 위한 점성을 유지하는 것이 어려워 다양한 성형품을 제조하는데 한계가 있다.
또한 종래의 황토 조성물 들을 이용하여 성형품을 제조할 경우 성형에 적합한 점도를 갖도록 하는 것이 어렵고 성형하는 시간 동안 점도가 일정하게 유지되지 못하여 건조 단계 전에 굳어지는 현상이 발생함으로써 이로 인해 다양한 제품을 제조하는 데 적용하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 황토를 이용한 벽돌 또는 타일 등의 건축 자재나 옹기, 자기, 다기 등의 도자기류를 제조하는 데 적합한 성형용 황토 조성물을 제공하는 것으로 성형품을 제조할 때 성형에 용이한 점도를 가지며, 성형하는 시간 동 안 일정 점도를 유지함으로써 성형성이 우수한 황토 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 황토의 결합력을 증진시키고 점도를 향상시킴으로써 성형품을 제조하기에 적합한 황토 조성물의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 상기 성형용 황토 조성물을 이용하여 성형하는 단계 및 건조, 소성 단계 등을 거쳐 제조되어 황토 자체의 특성이 제대로 발현된 건축 자재나 도자기류 등의 황토 성형품을 제공하는데 본 발명의 또 다른 목적이 있다.
본 발명자들은 황토 성분 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부의 칼슘계 혼화제를 10 내지 70중량부의 물에 혼합한 후 이를 황토 성분과 혼합, 반죽하여 제조한 황토 조성물이 성형용으로 사용하기에 적합한 점성을 가지며, 성형성이 매우 우수하여 이러한 황토 조성물을 이용한 다양한 성형품을 제조하는 것이 가능하다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 성형용 황토 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 성형용 황토 조성물은 황토 성분 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부의 칼슘계 혼화제 및 10 내지 70중량부의 물을 함유하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 성형용 황토조성물에는 점성 및 성형성을 향상시키기 위해 디카르복실산 및 카르복실메틸셀룰로오스가 추가로 함유될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 성형용 황토 조성물을 사용하여 제조된 건축자재류나 도자기류 등의 황토 성형품을 제공한다.
본 발명에서 성형성이라 함은 반죽을 이용하여 성형품을 제조할 때 성형하는 시간 동안 점도가 일정하게 유지되어 다양한 제품을 성형하기에 용이한 특성을 의미한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용하는 황토는 우리나라의 전남, 전북 충남 등 여러 지역의 것을 모두 사용할 수 있으며, 채취한 황토를 투입기에 투입하여 자갈 성분을 분리하는 단계, 가열, 소성하는 단계, 및 분쇄하는 단계를 통하여 제조된 것이다. 상기 가열, 소성 온도는 600 내지 700℃인 것이 바람직하며, 분쇄기에서 150mesh 이상으로 분쇄하여 사용하고, 통상적으로 150 내지 350mesh로 분쇄하여 사용하면 본 발명에서 요구하는 황토 분말로서 적합하다.
또한, 본 발명에서 채택하는 황토는 우리나라 황토라면 어떤 것이라도 좋지만, 보다 좋게는 SiO2, Al2O3, Fe2O3를 주요 성분으로 함유하는 황토로서, SiO2가 56~62중량%, Al2O3가 19~23중량%, Fe2O3가 4.5~6중량%이며, 그 외에 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 TiO2로 이루어진 성분을 4~11중량%로 함유하는 경우에 더욱 성형성이 좋다.
본 발명에 따른 칼슘계 혼화제는 CaO, Ca(OH)2 또는 패각 분말로부터 선택되며 황토 성분 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부의 양으로 함유되나, 보다 바람직하게는 0.1 내지 3중량부가 좋으며, 0.5 내지 1.5 중량부의 양으로 함유되는 것이 가장 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량부 보다 작으면 황토의 결합력이 약해 성형용으로 사용하기에 적합한 점성이 형성되지 않으며, 상기 함량이 10중량부보다 크면 성형하는 과정에서 빠른 시간에 경화가 일어나 성형하는 시간 동안 일정한 점성을 지속적으로 유지하기 어렵게 된다.
상기 패각 분말은 조개, 굴 또는 이들의 혼합 패각을 수거하여 염분을 제거한 후 가열, 건조하고 분쇄하는 단계를 거쳐 50 내지 150mesh로 제조된 것을 사용한다. 패각 분말에 함유되는 산화칼슘의 함량은 통상적으로 40 내지 60중량%이고 산화칼슘 이외에도 유기 성분이나 SiO2와 같은 무기성분이 함유되어 있다. 패각 분말을 사용할 경우는 이러한 유,무기 성분이 산화칼슘에 혼합되어 있어 점도 특성 및 성형성이 보다 우수해진다. 패각 분말을 사용할 경우에는 패각 분말에 함유되는 산화칼슘의 함량을 고려하여 첨가하여야 한다. 따라서, 칼슘계 혼화제로 산화칼슘 또는 수산화칼슘을 사용하는 경우에 비해 1.5 내지 2.5배 정도의 양을 더 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 황토 조성물은 점성 및 성형성을 보다 향상시키기 위해 디카르복실산을 더 함유할 수 있다. 상기 디카르복실산은 카르복실기를 2개 함유하는 유기물로서, 쉽게 수득하여 사용할 수 있는 디카르복실산으로는 옥살산, 말론산, 말산, 숙신산, 타르타르산 등이 있으며, 이 중에서도 타르타르산을 사용한 경우에 점성이 보다 오래 유지되는 특징이 있었다. 디카르복실산을 첨가하여 점성 및 성형성이 향상되는 것은 디카르복실산을 첨가함으로써 카르복실기 또는 히드록시기가 황토 조성물에 들어있는 무기 성분들과 킬레이트 결합을 통하여 결합력이 향상되기 때문으로 판단된다.
상기 디카르복실산은 칼슘계 혼화제 100중량부에 대해 0.1 내지 5중량부의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1중량부 미만일 경우 점성 또는 성형성이 향상되는 효과가 나타나지 않으며, 상기 성분이 5중량부 이상일 경우에는 칼슘계 혼화제와의 중화반응에 의해 칼슘계 혼화제의 성분이 소모되어 점도가 오히려 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 황토 조성물은 상기 디카르복실산 외에 카르복실메틸셀룰로오스와 같은 결합제를 추가로 더 함유할 수 있다. 카르복실메틸셀룰로오스는 천연접착제 또는 결합제로 알려진 물질로 이를 황토 조성물에 칼슘계 혼화제 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부의 양으로 첨가할 경우 점성 및 성형성이 보다 향상되는 특성을 가진다. 상기 함량이 0.1 중량부 이하인 경우는 첨가에 의한 효과가 나타나지 않으며, 5중량부 이상인 경우는 칼슘계 혼화제의 반응성을 떨어뜨려 점도가 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 성형용 황토 조성물의 제조방법은 하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
자연 건조된 황토에서 자갈 성분을 분류하고 건조, 소성한 후 분쇄하는 황토 제조 단계;
제조된 황토 성분 100중량부에 대하여, 0.1 내지 10중량부의 칼슘계 혼화제 를 10 내지 70중량부의 물에 혼합하여 칼슘계 혼합액을 제조하는 단계; 및
제조된 황토 100중량부에 상기 칼슘계 혼합액을 넣어 반죽하는 단계.
상기 칼슘계 혼화제는 CaO, Ca(OH)2 또는 패각 분말이며, 칼슘계 혼화제의 함량은 보다 바람직하게는 황토 성분 100중량부에 대하여 0.1 내지 3중량부이고, 가장 바람직하게는 0.5 내지 1.5 중량부이다.
또한 상기 칼슘계 혼합액을 제조하는 단계에서 디카르복실산, 카르복시메틸셀룰로오즈 또는 이들의 혼합물을 칼슘계 혼화제 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부의 양으로 첨가하여 제조할 수 있다.
제조된 황토 성분과 상기 칼슘계 혼합액을 섞어서 반죽한 후 토련기를 통해서 황토 조성물을 뽑아내어 성형용 황토 조성물을 제조한다.
본 발명은 상기한 바와 같이 제조된 황토 조성물을 이용하여 제조된 건축자재류나 도자기류 등의 다양한 황토 성형품을 제공한다.
상기 건축자재류로는 벽돌 또는 타일이 있으며, 상기 도자기류로는 옹기, 다기, 식기, 화분 등이 포함된다.
황토 성형품 제조 과정은 성형 단계 및 건조단계가 포함되며, 건조 단계는 2일 내지 10일 정도를 상온에서 진행한다. 건조 후 진행되는 소성단계는 성형품의 종류에 따라 조건이 달라지며, 1차 또는 2차의 소성 단계를 거치기도 한다. 1차 소 성 조건은 600℃ 내지 1000℃, 10분 내지 10시간 정도이며, 2차 소성은 1000℃ 내지 1500℃에서 5분 내지 1시간 정도 진행한다. 옹기, 다기, 식기 등의 도자기류를 제조할 때는 1차 소성과 2차 소성 사이에 유약처리 공정을 진행한다.
아래에 실시예를 통하여 본 발명을 더 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이에 따라 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1] 황토 준비
우리나라 여러 지역(전남/전북/충남)의 황토를 채취하여 그 황토의 성분을 조사해본 결과는 커다란 차이가 없었다. 다만 시험항목별로 약간의 차이가 있을 뿐이었다. 그래서 전남 화순과 전북 정읍지역의 가장 일반적인 황토를 사용하였다. 그 성분은 표 1과 같다.
[표 1] 황토성분 분석표
Figure 112005047170806-pat00001
위의 황토를 투입기로 투입시켜서 분류기에서 일반 자갈성분을 걸러내고 드라이기에서 600℃ ∼ 700℃로 가열하여 건조시킨 다음 분류기로 보내서 다시 2차 분류하고 냉각기로 보내서 냉각시킨다. 냉각된 황토를 분쇄기로 보내서 150mesh ∼ 350mesh로 분쇄하였다. 분쇄된 황토를 포장하여 사용한다.
[제조예 2 내지 4] 성형용 황토 조성물 제조
표 2에 나타난 성분 및 함량으로 성형용 황토 조성물을 제조하였다.
[표 2]
Figure 112005047170806-pat00002
[제조예 2]
칼슘계 혼화제(칼슘계Ⅰ:CaO)를 물1.5kg에 130g을 넣고 혼합한다(농도:2%). 이 혼화제를 황토 10kg에 넣고 반죽하여 토련기(진공압축기)로 황토를 뽑아낸다. 칼슘계 혼화제의 비율은 전체황토 반죽의 0.1∼5중량% 까지는 가능하나 1.1중량%정도일 때가 가장 적합하였다.
[제조예 3]
칼슘계 혼화제(칼슘계Ⅱ:Ca(OH))를 물1.8kg에 130g을 넣고 혼합한다(농도:1.8%). 이 혼화제를 황토 10kg에 넣고 반죽하여 토련기(진공압축기)로 황토를 뽑아낸다. 칼슘계 혼화제의 비율은 전체황토 반죽의 0.1∼5중량% 까지는 가능하나 1.1중량%정도일 때가 가장 적합하였다.
[제조예 4]
칼슘계 혼화제(칼슘계:패각류)를 물5kg에 200g을 넣고 혼합한다(농도:3.8%). 이 혼화제를 황토 10kg에 넣고 반죽하여 토련기(진공압축기)로 황토를 뽑아낸다. 칼슘계 혼화제의 비율은 전체황토 반죽의 0.2∼10중량% 까지는 가능하나 1.3중량%정도일 때가 가장 적합하였다. 이 패각류의 성분은 다음 표 3과 같다.
[표 3] 패각류의 성분 분석표
Figure 112005047170806-pat00003
위 패각은 조개와 굴을 깨끗하게 염분을 제거하고 온도 600℃로 가열하여 건조시킨 다음 80mesh로 분쇄해서 사용하였다.
[실시예 1] 황토 옹기의 제조
가. 황토옹기 성형하기
황토옹기는 황토 10kg에 물의 양(혼화제를 넣은)을 5kg정도 넣고 반죽하는 것이 좋다. 그렇게 준비된 황토를 물레에 놓고 원하는 형태로 성형을 한다. 이때 성형하는 형태로는 옹기/식기/다기/화분 등 일반적인 도자기세트는 다 만들 수 있다. 이렇게 해서 만들어진 황토 옹기류는 상온(습도50%, 온도20℃ 정도)에서 5일 정도 건조시킨다.
나. 1차 소성
만들어진 황토 옹기류들을 가마에 넣고 1차 소성을 시킨다. 8시간 동안 온도를 계속해서 높여가면서 800℃가 될 때까지 불을 땐다. 그리고 800℃가 되면 그 온도를 유지하면서 30분간 불을 지핀 다음 온도를 자연스럽게 낮춘다. 불을 때고 나서 2일 정도가 지나면 1차 소성된 것을 가마에서 꺼낼 수 있다.
다. 유약처리하기
유약은 약토(나무 밑에 있는 부식토)와 나무를 태운 재를 혼합하여 물에 섞는다. 그리고 황토를 넣고 걸죽하게 농도를 맞춰서 사용한다. 1차 소성된 황토옹기류를 유약을 발라서 건조시킨다. 건조되는 시간은 날씨에 따라서 다르지만 일반적인 상온(습도50%, 온도20℃)에서는 2일 정도 걸린다.
라. 2차 소성하기
유약 처리된 황토옹기류들을 다시 가마에 넣고 2차 소성을 한다. 2차 소성과정에서는 가마의 온도를 1250℃까지 높여서 소성을 한다. 11시간동안 불을 때고 가마의 온도가 1250℃가 되면 10분 정도를 더 불을 땐 다음, 가마를 식히기 시작하여 2일 정도 지나면 2차 소성된 것을 꺼낸다.
[실시예 2] 황토 벽돌의 제조
황토벽돌은 황토 10kg에 물의 양(혼화제를 넣은)을 4.5kg정도 넣고 반죽하는 것이 좋다. 그렇게 반죽된 황토를 크기에 맞게 성형하여 건조시킨다. 건조시킬 때는 상온(습도50%, 온도20℃ 정도)에서 5일 정도 건조시킨다.
[실시예 3] 황토 타일의 제조
황토타일은 황토 10kg에 물의 양(혼화제를 넣은)을 4.5kg정도 넣고 반죽하는 것이 좋다. 그렇게 반죽된 황토를 크기에 맞게 성형하여 건조시킨다. 건조시킬 때는 상온(습도50%, 온도20℃ 정도)에서 5일 정도 건조시킨다. 황토타일을 소성할 때는 건조된 타일을 800℃로 8시간 정도 구운 다음, 2일 정도 식혀서 사용한다.
본 발명에 따른 황토 조성물은 황토 성형품을 제조하기에 적합한 황토 조성물로 점도 및 성형성이 우수하여 벽돌, 타일 등의 건축자재류나, 옹기, 식기, 다기, 화분 등의 도자기류를 제조하는 데 사용되어 황토 성분 특성이 제대로 발현된 황토 성형품을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 황토 조성물은 황토 및 물을 주로 함유하며, 칼슘계 혼화제 및 유기 첨가물 함량이 적어 황토 성분 자체의 효과인 원적외선 방사, 방충, 탈취 등이 효과가 제대로 발현되며, 성형성 및 점도 특성이 우수하여 다양한 성형품을 제조할 수 있는 장점이 있다.

Claims (12)

  1. 황토 성분 100중량부에 대하여 CaO, Ca(OH)2 또는 패각 분말로부터 선택되는 칼슘계 혼화제 0.1 내지 10중량부, 10 내지 70중량부의 물 및 칼슘계 혼화제 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부의 디카르복실산을 함유하는 성형용 황토 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 황토조성물은 칼슘계 혼화제를 황토 성분 100중량부에 대하여 0.1 내지 3중량부의 양으로 함유하는 것을 특징으로 하는 성형용 황토 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 칼슘계 혼화제는 황토 성분 100중량부에 대하여 0.5 내지 1.5 중량부인 것을 특징으로 하는 성형용 황토 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 패각 분말은 조개, 굴 또는 이들의 혼합 패각을 염분 제거, 가열 건조 및 분쇄 단계를 거쳐 50 내지 150mesh로 제조된 것임을 특징으로 하는 성형용 황토 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 황토 성분은 SiO2 56~62중량%, Al2O3 19~23중량%, Fe2O3 4.5~6중량% 및 CaO, MgO, K2O, Na2O 및 TiO2 로 이루어지는 성분 4~11중량% 를 함유하는 것을 특징으로 하는 성형용 황토 조성물.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 디카르복실산은 옥살산, 말론산, 말산, 숙신산 또는 타르타르산에서 선택되는 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 성형용 황토 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 황토 조성물에 칼슘계 혼화제 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부의 카르복시메틸셀룰로오즈를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 성형용 황토 조성물.
  9. 자연 건조된 황토에서 자갈 성분을 분류하고 건조, 소성한 후 분쇄하는 황토 제조 단계;
    제조된 황토 성분 100중량부에 대하여, 0.1 내지 10중량부의 칼슘계 혼화제를 10 내지 70중량부의 물에 혼합하고, 디카르복실산, 카르복시메틸셀룰로오즈 또는 이들의 혼합물을 칼슘계 혼화제 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부의 양으로 첨가하여 칼슘계 혼합액을 제조하는 단계; 및
    제조된 황토 100중량부에 상기 칼슘계 혼합액을 넣어 반죽하는 단계;
    를 포함하는 성형용 황토 조성물 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제 1항 내지 제 5항, 제7항 또는 제8항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 황토 조성물을 사용하여 성형하는 단계; 및 성형된 황토를 건조, 소성하는 단계;로부터 제조된 황토 성형품.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 성형품은 벽돌 또는 타일에서 선택되는 건축자재류이거나 옹기, 식기, 다기, 화분에서 선택되는 도자기류인 것을 특징으로 하는 황토 성형품.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100703054B1 (ko) * 2005-06-03 2007-04-06 주식회사 라스아이티에스 황토 블록 및 그의 제조방법
KR101775391B1 (ko) * 2017-02-03 2017-09-06 박재정 생분해성 화분 및 생분해성 화분 제조 방법
KR101838374B1 (ko) * 2016-02-24 2018-03-14 정진경 칼슘이온의 공급을 위한 칼슘볼의 제조방법

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