상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의하면 천연수지실리콘 100 중량부, 견운모 20 내지 30 중량부, 토르말린 20 내지 30 중량부, 귀양석 5 내지 10 중량부, 및 대나무 숯 5 내지 10 중량부를 포함하는 천연성분 혼합물을 반죽하여 점토화하는 단계; 상기 점토화된 천연성분 혼합물을 금형에서 성형하여 바닥재용 성형체를 제조하는 단계; 상기 바닥재용 성형체를 열처리하여 고화하는 단계; 상기 고화된 바닥재용 성형체를 소성하는 단계; 및 상기 소성된 바닥재용 성형체를 냉각하여 기능성 바닥재를 제작하는 단계를 포함하는 천연소재를 이용한 기능성 바닥재의 제작방법을 제공한다.
본 발명에 의한 제조방법에 의하면, 인체에 유익한 음이온과 원적외선은 다량 방출되는 반면, 인체에 유해한 전자파는 차폐할 수 있는 바닥재를 제작할 수 있기 때문에 시설물 내에서 생활하는 사람들의 건강증진에 큰 도움을 줄 수 있다.
그리고 상기 방법에 의하여 제조된 바닥재는 인공적인 성분이 아니라 자연에서 얻을 수 있는 물질을 사용하기 때문에 친환경적이고, 휘발성 유기화합물 등의 유해물질의 배출이 원천적으로 차단된다. 또한, 이와 같이 제조된 바닥재에는 대나무 숯이 포함되어 있고, 1, 2차 열처리 및 소성과정을 거치므로, 탈취(소취)작용, 항균작용, 습도조절작용이 탁월할 뿐만 아니라, 전도성을 가지고 있으므로 정전기를 방지할 수 있는 장점이 있다. 더구나, 상기 유효한 천연성분들에 천연실리콘을 사용하여 바닥재를 제작함으로써 탄력성, 내구성, 시공편의성이 현저히 개선된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 천연소재를 이용한 기능성 바닥재의 제작방법을 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명은 천연소재(성분)를 이용한 기능성 바닥재의 일 실시예를 제공한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기능성 바닥재의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 기능성 바닥재의 제조방법은 천연성분 혼합물을 반죽하여 점토화(단계 S10)한 후, 금형을 이용하여 바닥재용 성형체를 제조(단계 S20)한다. 이어서, 1차 열처리(단계 S32) 및 2차 열처리(단계 S34) 단계를 포함하는 열처리 과정을 통하여 상기 성형체를 고화한다. 이어서, 상기 고화된 바닥재용 성형체를 소성(단계 S50)한 후, 상기 소성된 바닥재용 성형체를 냉각하여(단계 S60) 기능성 바닥재를 제작한다.
이를 각 단계별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저 천연성분 혼합물을 반죽하여 점토화한다(단계 S10). 상기 천연성분 혼합물은 천연수지 실리콘 100 중량부, 견운모 20 내지 30 중량부, 토르말린 20 내지 30 중량부, 귀양석 5 내지 10 중량부와 대나무 숯 5 내지 10 중량부를 포함한다.
상기 견운모(Sericite)는 일반적으로 용수 중의 양이온 부유 입자와 전기적인 중화응집으로 침전을 유발함으로써, 우수한 정수작용, 높은 보습 효과 및 활성도를 갖는다. 또한 인체의 혈액 순환을 촉진하고 세포활성을 활성화하는 원적외선을 90% 이상 방사하는 물질로서, 강력한 음이온을 발산하여 각종 유해 물질을 흡착할 수 있는 기능을 가지고 있으며, 습도 조절도 가능하다. 또한, 목재, 펄프, 지료와 강한 결속성을 가지므로 바닥장식재 등에 널리 사용된다.
본 실시예에 있어서 상기 견운모는 상기 천연수지 실리콘 100 중량부에 대하여 약 20 내지 30 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 견운모를 약 20 중량부 미만으로 사용하면, 원적외선발생, 유해물질 흡착 등 효과를 충분히 기대하기 어렵고, 약 30 중량부를 초과하여 사용하면 상기 천연실리콘과 함께 바닥재로 사용되는 경우 바닥재로서의 각종 요구물성이 저하되는 문제점이 발생한다.
상기 토르말린(전기석)은 붕소를 함유한 사이클로(Cyclo) 규산염의 결정구조를 갖고 있어서 태양에너지로부터 전자파를 받으면 인체에 유익한 0.06mA의 전류를 발생시키며 인체와 동일한 4 ~ 14 ㎛의 원적외선과 인체에 유익한 음이온을 방출하여 인체의 신진대사를 촉진하고 혈액순환을 활발하게 해준다.
본 실시예에 있어서 상기 토르말린은 상기 천연실리콘 100중량부에 대하여 약 20 내지 30 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 토르말린을 약 20 중량부 미만으로 사용하면, 정전기 차폐, 원적외선 및 음이온 발생 등의 효과를 충분히 기대하기 어렵고, 약 30 중량부를 초과하여 사용하면 바닥재로서의 각종 요구물성이 저하되는 문제점이 발생한다.
그리고 본 실시예에 의한 천연성분 혼합물은 귀양석을 포함한다. 상기 귀양석(kiyoseki)은 장석계 중에서 음이온을 가장 많이 방사(24.140ed/cc초당)하는 물질로서 25℃의 상온에서 최고의 원적외선(96%)을 방출하는 신물질이다. 상기 귀양석은 높은 계면활성효과(101%증가)를 보이고 뇌파 중 알파파를 다량증가 시키며 혈류량을 4.9%정도 증가 혈류속도를 7.2% 감소시키는 광석물이다.
상기 귀양석은 약 5 내지 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 귀양석을 약 5 중량부 미만으로 사용하면, 원적외선 방사 효과, 혈류 개선 효과를 충분히 기대하기 어렵고, 귀양석은 고가이기 때문에 약 10 중량부를 초과하여 사용하는 것은 경제적인 면에서 바람직하지 못한다.
또한, 본실시예에 의한 혼합물은 대나무 숯 5 내지 10 중량부를 가진다. 상기 대나무 숯은 대나무를 약 600 내지 900 ℃에서 태워서 제조한다. 상기 대나무 숯은 전기전도성이 우수하여 정전기 차폐효과가 탁월하고, 음이온을 발생시켜 공기정화 효과가 우수하고, 원적외선을 방출하여 신진대사를 원활하게 한다. 또한, 미세공극이 잘 발달되어 있어 흡착작용에 의한 탈취, 소취 효과 및 습도 조절효과가 탁월하다. 더구나 참나무나 다른 나무를 이용한 숯은 참나무 등의 생장속도를 고려할 때 한번 베어서 사용한 후에는 수년이나 수십년 후에야 다시 이용할 수 있지 만, 대나무는 생장속도가 매우 빠르고 번식력이 왕성하기 때문에 한번 베어내어 사용하더라고 짧은 시간 안에 다시 생장하므로 매우 경제적인 천연원료이다.
상기 대나무 숯은 약 5 내지 10 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 대나무 숯을 약 5 중량부 미만으로 사용하면, 원적외선 방사 효과, 탈취, 정전기 차폐 등의 혈류 개선 효과를 충분히 기대하기 어렵고, 약 10 중량부를 초과하여 사용하면 후술하는 바와 같이 천연실리콘과 함께 바닥재로 사용되는 경우 바닥재로서의 각종 요구물성이 저하되는 문제점이 발생한다.
상기 견운모, 토르말린, 및 귀양석의 평균입도는 약 1500 내지 2000 메쉬인 것이 바람직하고, 상기 대나무 숯의 평균입도는 약 300 내지 350 메쉬인 것이 바람직하다. 상술한 평균입도를 가지는 경우 서로 이질적인 구성성분이 서로 균일하게 혼합될 수 있고, 천연실리콘과 함께 바닥재로 사용되는 경우 바닥재로서 요구되는 내구성 등의 물성을 만족시킬 수 있다.
이러한 기능성 천연성분들을 천연수지 실리콘 100중량부와 혼합하고 반죽하여 점토화한다. 상기 천연성분에 천연수지 실리콘을 첨가하여 반죽함으로써, 고화나 소성의 과정을 거치더라도, 부서짐이 없고, 탄력성, 도전성이 유지되어 바닥재로서 요구되는 물성을 겸비하게 된다. 또한, 기존의 다양한 재질의 바닥에도 본 실시예에 의하여 제조된 바닥재를 시공할 수 있는 편리한 점이 있다.
이와 같은 천연성분 혼합물에 상기 기능성 바닥재의 미관을 향상시키기 위한 천연잉크나 결속력을 증강시키기 위한 천연접착제, 또는 상기 천연잉크 및 천연접착제의 혼합물 5 내지 10 중량부를 더 포함시킬 수 있다.
상기 천연접착제로는 천연 라텍스, 송진, 아교, 카제인, 알긴산나트륨, 벤조인등을 단독으로 또는 2 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 또한 상기 천연잉크로는 치자, 황백, 샤프란, 울금, 인디고, 솔잎 등과 같은 식물성 염료; 코치닐(cochenille), 커미즈(연지층)과 같은 동물성 염료; 벵가라, 연단, 주, 군청 등과 같은 광물성 염료를 단독으로 또는 2 이상 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 점토화된 천연성분 혼합물을 일정량 분리하여 성형체를 제조한다(단계 S20). 상기 성형체는 바닥재를 사용하고자 용도에 따라 다양한 두께나 형태로 성형할 수 있다. 일반적으로 이러한 성형은 상기 점토화된 천연성분 혼합물을 미리 제작한 금형에 투입하여 제조할 수 있다.
그 다음, 상기 바닥재용 성형체를 열처리하여 고화한다(단계 S32, S34). 구체적으로 상기 열처리는 2단계로 나누어 실시하는 것이 바람직하다. 먼저, 상기 성형체를 150 내지 200℃에서 1차 열처리 하고 이어서, 상기 1차 열처리된 성형체를 300 내지 400℃에서 2차 열처리하여 상기 성형체를 고화한다. 상기 1차 열처리는 150 내지 200 ℃의 온도에서 실시함으로서 상기 천연성분(특히 대나무) 내부에 잔류하는 수분 등을 제거하는 역할 등을 하며, 2차 열처리는 상기 1차 열처리보다 높은 온도인 약 300 내지 400 ℃의 온도에서 수행되어 성형체의 조직을 치밀하게 재구성하는 역할을 한다.
계속하여, 상기 고화된 바닥재용 성형체를 소성한다(단계 S50). 구체적으로 상기 소성은 600 내지 700℃의 가열로에서 7 내지 9 시간 동안 수행된다. 이러한 소성 과정을 통하여 천연성분 중의 비금속 무기물질이 내화성과 흡착성 등이 탁월 한 세라믹으로 제조된다. 상기 소성을 600℃ 미만의 온도에서 7 시간 미만으로 실시하면 바닥재로서 요구되는 충분한 내구성 등의 확보되기 어려운 문제점 등이 있고, 700℃, 9 시간을 초과하여 수행하면 예를 들어, 상기 천연성분의 기능이 변질되는 문제점이 발생한다.
마지막으로, 상기 가열로의 온도가 상온이 될 때까지 서서히 식혀서 세라믹 마루 바닥재를 완성한다(단계 S60). 이후 세라믹 마루 바닥재를 사용되는 공간에 맞추어 후처리하는 과정을 수행하여, 바닥재를 실제 시공에 사용할 수 있게 된다. 이러한 고화를 위한 1, 2차 열처리, 소성, 냉각의 과정은 복수 회 반복하여 수행할 수 있으며, 이러한 과정을 통하여 내구성 등의 향상된다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 의한 기능성 바닥재의 소취력이나 탈취력, 정전기 차단성능 등 더 증대시키기 위하여 저온촉매를 사용하여 배전코팅하는 단계를 더 수행할 수 있다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 기능성 바닥재의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 상술한 상기 고화된 바닥재용 성형체를 복합금속산화물을 저온촉매로 사용하여 배전코팅하는 단계(단계 S40)를 더 포함하고, 상기 바닥재용 성형체의 소성(단계 S50)은 상기 배전코팅된 바닥재용 성형체를 소성하여 수행된다. 상기 복합금속산화물은 TiO2, ZnO, CdS, ZrO2, SnO2,V2O2, 및 WO3로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함한다.
이와 같이 열처리 공정이후, 복합금속산화물을 저온촉매로 이용하여 배전코팅을 하는 광촉매 공정을 통하여 각종 병원균 등을 살균할 수 있고 세균의 증식을 억제하는 기능을 얻게 된다.
이와 같이 제작된 바닥재는 상술한 다양한 기능성 이외에 내구성, 내수성, 친수성, 유연성이 우수하고, 휘거나 뒤틀림 깨어지지 않으며 들뜸 틈새현상 발생하지 않기 때문에 시공편의성도 현저히 개선된다.
이하의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
천연실리콘 1 kg에 대하여 평균입도가 1500 메쉬인 견운모 200g, 토르마린 300g, 귀양석 50g, 대나무 숯 50 g을 혼합하고 반죽하여 점토화하였다. 상기 점토화된 바닥재 재료를 1차로 150℃에서. 2차로 300℃의 온도에서 열처리하여 고화하였다. 상기 고화된 성형물을 약 700℃ 승온한 고로에 얹고 8시간동안 소성하였다. 이후 고로내의 온도가 상온이 될 때까지 서서히 식히고 세라믹 마루 바닥재를 만들었다. 이후 세라믹 마루 바닥재를 사용되는 공간에 맞추어 타일 형태로 성형하여 바닥재를 완성하였다.
[실험예 1] - 천연세라믹 마루 바닥재의 음이온 방출 효과측정
상기 실시예 1에 의하여 제조된 천연 세라믹 마루 바닥재의 음이온 방출효과를 측정하기 위하여 하기와 같이 실험을 수행하였다. 본 실험은 한국 건자재 시험 연구원 원적외선 응용평가센터에서 시행하였고 음이온 방출은 KICM-FIR-1042의 시 험방법으로 전하입자 특정장치를 이용하여 측정하였다. 이때 측정은 온도 21℃, 습도40%, 대기중 음이온수 68/cc 조건하에서 수행하였으며 측정 대상물에서 방출되는 음이온을 단위체적당 이온수로 표시하였고 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
[표1]
시험항목 |
단위 |
세라믹마루바닥재 |
대조시편 (일반마루바닥재) |
시험방법 |
음이온 |
IO N/cc |
1100/cc |
68/cc |
KICM-FIR-1042 |
상기 실험결과 본 천연세라믹 마루 바닥재 조성물에 1100/CC의 음이온을 방출하는 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 2] - 천연 세라믹 바닥재의 원적외선 방출 효과 측정
본 발명에 실시예 1에 의해 제조된 천연 바닥장식재의 원적외선 방출 효과를 측정하기 위해, 하기와 같은 실험을 수행하였다. 본 실험은 한국 건자재시험연구원에서 시행하였고, 원적외선 방출은 KSM의 시험 방법을 이용하였다. 이때 측정은 온도 21℃, 습도 40% 및 대기중 음이온수 68/cc 조건하에서 수행하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
[표2]
시험항목 |
단위 |
방사율(5~20mm) |
방사에너지(K/㎡) |
시험방법 |
원적외선 |
(K/㎡) |
0.890 |
3.59x102 |
KSM |
한국건자재 시험연구원
실험 결과, 본 천연소재 조성물에 의해 제조된 세라믹 바닥장식재는 0.890의 원적외선 방사율을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 3] - 천연 세라믹 마루 바닥재 탈취율 측정효과
상기 실시예 1를 통해 제조된 도전성 마루 바닥재의 탈취효과를 측정하기 위해 암모니아(NH3)의 탈취시험을 다음 표 3과 같이 수행하였다.
[표 3]
시험항목 |
탈취(소취)시험 NH3 |
시험결과 |
경과시간(분) |
Blank 농도(ppm) |
시료농도(ppm) |
탈취율(%) |
30 |
184 |
120 |
40.7 |
60 |
152 |
85 |
45.5 |
90 |
131 |
70 |
69.0 |
120 |
116 |
60 |
79.4 |
시험방법 |
KICM -FIR -1085 |
*시험 성적서 ; 이용목적; 품질관리용
상기 실험결과에 의하면 시간이 흐를수록 암모니아 냄새의 탈취율이 증가하여, 120분이 경과하는 경우 약 80%에 이르는 탈취율이 달성됨을 확인할 수 있었다.
[실험예 4] 천연세라믹 마루 바닥재의 포름알데히드 방산량 측정
본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 천연 바닥장식재의 포름알데히드 방산량을 측정하기 위해, 하기와 같은 실험을 수행하였다. 본 실험은 한국 화학시험연구원에서 시행하였고, 포름알데히드 방출은 KSM 7305의 시험 방법을 이용하였다. 이때 측정은 온도 21℃, 습도 40% 및 대기중 음이온수 68/cc 조건하에서 수행하였으며, 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
[표4]
시험항목 |
단위 |
결과 |
시험방법 |
포름알데히드방산량 |
mg/l |
검출안됨 |
KSM 7305 |
실험 결과, 본 천연소재 조성물에 의해 제조된 천연 세라믹 바닥장식재는 포름알데히드를 방산하지 않음을 확인할 수 있었다.