KR100894718B1

KR100894718B1 - 세라믹 숯 타일 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR100894718B1
Application number: KR1020080013907A
Authority: KR
Inventors: 찬 강; 김상연; 이경진
Original assignee: 아이에스동서 주식회사
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-04-24

Abstract

본 발명은 세라믹 숯 타일 및 이의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 미세다공구조 및 숯의 기능을 갖는 세라믹 복합체와 이 세라믹 복합체의 표면에 기능성의 유약슬립을 도포한 후 소성과정을 거친 세라믹 숯 타일 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 세라믹 숯 타일 제조방법은 미세다공구조 및 숯의 기능을 갖는 세라믹 복합체를 성형 및 건조하는 단계, 상기의 세라믹 복합체 표면에 기능성의 유약슬립을 도포하는 시유단계, 시유된 복합체를 소결하는 소성단계를 포함한다.

본 발명의 세라믹 숯 타일은 미세다공구조, 숯, 기능성 유약에 의한 조습기능, 탈취기능, 원적외선 복사 기능, 음이온 방출 기능, 항균 기능을 제공하는 것으로 실내의 벽 및 천장에 사용할 경우 적정한 습도 유지, 결로 방지, 유해 물질 및 생활악취 제거, 원적외선 및 음이온의 방출, 세균의 서식을 억제함으로써 쾌적한 주거생활과 인체의 건강증진에 크게 기여할 수 있다.

세라믹 복합체, 숯, 롤러허스킬른, 유약슬립, 항균제, 음이온파우더

Description

세라믹 숯 타일 및 이의 제조방법{Ceramic charcoal tile and manufacturing method thereof}

본 발명은 세라믹 숯 타일 및 이의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 미세다공구조 및 숯의 기능을 갖는 세라믹 복합체와 이 세라믹 복합체의 표면에 기능성의 유약슬립을 도포한 후 소성하여 만든 세라믹 숯 타일 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 톱밥, 탄닌산 리그닌, 유기질점토, 황토, 고령토, 규조토, 파쇄유리, 수산화알루미늄, 규산소다 등이 세라믹 숯 타일 복합체의 주요 구성물로 포함되어 조습기능, 탈취기능, 원적외선복사기능이 있으며, 이 세라믹 복합체의 표면에 도포하는 유약슬립에는 무기항균제, 음이온파우더를 포함하고 있어 항균 기능, 음이온 방출기능을 발휘할 수 있다.

본 발명과 관련된 종래기술로는 한국특허 등록번호 제10-0415691호(숯타일 제조방법)는 점토나 황토에 20메쉬 이상의 톱밥가루를 중량비로 5∼70％ 섞어 반죽 하여 압착성형 한 후 200∼1,000℃로 밀폐 또는 진공 소성하여 만든 숯타일 또는 점토나 황토에 맥반석을 1∼10％ 섞고 톱밥가루를 5∼70％ 섞어 반죽하여 압착성형 한 후 200∼1,000℃로 밀폐 또는 진공 소성하여 만든 숯타일로 되어 있다. 이는 숯타일을 구성함에 있어 단순히 점토나 황토 또는 맥반석 등을 톱밥가루와 섞어 200∼1,000℃로 소성하는 것으로 주로 내화도가 높은 원료를 사용하여 소결성이 떨어져 소결강도가 저하되어 취급과정에서 쉽게 파손되는 단점이 있으며, 또한 일반적인 소성방법은 산화분위기 또는 환원분위기에서 소성이 이루어지나, 본 공보에서는 밀폐 또는 진공상태에서 소성이 이루어져 소성가마의 위험성은 물론, 생산성 및 작업성에 한계를 드러내는 큰 단점이 있다. 또한 입자가 굵은 톱밥가루(20메쉬 이상)를 다량으로 혼합할 경우 소성과정에서 유기가스의 함유량이 너무 많아 숯타일이 부풀어 오르거나 표면이 검게 묻어나 위생에도 좋지 않은 단점이 있다. 또한 공보의 숯타일은 표면이 유약처리 없이 소지 자체로만 구성되어 있어 미적인 감각에서 떨어지며, 유약이 갖는 기능성을 발휘할 수 없다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 소지를 미세다공구조와 숯 층이 혼합된 세라믹 복합체로 구성하고, 표면에 기능성을 갖는 유약으로 처리하며, 소성은 롤러허스킬른(소성가마)의 산화분위기에서 소성이 이루어진다. 우선 세라믹 복합체의 구성에 있어서 미세다공구조의 생성은 수산기가 높은 원료의 층간수(Interlayer water) 및 결정수(Water of crystallization)를 소성시 탈수 과정에서 만들어지게 하는 메카니즘을 적용하고, 흡착, 탈취기능이 우수한 원료를 함유시킴과 동시에, 또한 톱밥이나 목재에서 추출한 탄닌산 리그닌, 점토내의 유기물이 소성과정에서 탄화되어 숯의 기능층을 형성하도록 한다. 즉, 미세다공구조와 미세공극사이를 둘러싸는 숯의 기능층을 동시에 형성시킴으로서 조습기능, 탈취기능, 원적외선 복사 기능, 음이온 방출 기능 등 탁월한 효과를 발휘하게 된다.

또한, 세라믹 복합체 표면에 도포하는 무기항균제 및 음이온파우더를 첨가한 저온에서 용융되는 유약슬립을 고압분사방식(Spray 또는 Smoky)으로 적용, 도포하여 유약의 용융입자 형상을 구상(Ball Point)으로 형성시켜 유약 입자의 틈새와 소지의 미세공극이 서로 통하게 함으로써 조습 및 탈취 기능이 향상되며, 또한 소성과정을 산화분위기의 롤러허스킬른(소성가마)에서 소성하는 방식으로 생산성은 물론 작업성까지도 높일 수 있는 세라믹 숯 타일 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 세라믹 복합체와 이 세라믹 복합체의 표면에 도포하는 유약슬립으로 구성되므로 우선 세라믹 복합체의 구성에 있어서 미세다공구조의 생성은 수산기가 높은 원료의 층간수 및 결정수를 소성시 탈수 과정에서 만들어지는 원리를 적용하여 흡착, 탈취기능이 우수한 원료를 함유시켜 톱밥이나 목재에서 추출한 탄닌산 리그닌, 점토내의 유기물이 소성과정에서 탄화되어 숯의 기능층을 형성하도록 한다.

본 발명의 세라믹 숯 타일은 황토, 고령토, 규조토, 파쇄유리, 수산화알루미늄, 규산소다를 기본조성으로 하고, 여기에 톱밥, 탄닌산 리그닌, 유기질점토가 포함되어 내부에 미세다공형태와 숯의 층(이하 "세라믹 복합체"라 한다)을 가지며, 또한 세라믹 복합체의 표면에 도포하는 유약 슬립에 무기항균제와 음이온파우더를 포함하여 음이온 방출기능, 항균 기능을 증대시켜 주거환경 개선과 생활의 질을 크게 향상시키는 건축 마감재로 유용하게 적용할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1공정(싱글소성방식)에 따르면,

(1) 건조 중량을 기준으로 톱밥 1∼5중량％, 탄닌산 리그닌 1∼5중량％, 유기질점토 1∼50중량％, 황토 1∼50중량％, 고령토 10∼40중량％, 규조토 20∼40중 량％, 파쇄유리 5∼15중량％, 수산화알루미늄(aluminium hydroxide) 1∼10중량％, 규산소다 1∼5중량％, 잔부의 소다회를 미분쇄 및 분무 건조하는 제토단계,

(2) 과립 분말을 유압프레스에서 실 성형압력 200∼400kg/cm²하에 타일로 성형하는 건식 성형단계,

(3) 건식 성형된 그린 타일을 건조온도 100∼150℃, 건조시간 55∼65분으로 건조하는 건조단계.

(4) 건조된 그린타일 윗면에 프리트(Frit) 유약을100∼140gr/m² 범위로 도포하거나, 또는 유약 페이스트를 디자인에 맞게 망사크기(24HD∼170T)를 선정하여 인쇄하거나 또는 프리트(Frit) 유약을 100∼140gr/m² 정도 도포한 후에 유약 페이스트를 디자인에 맞게 망사크기를 선정하여 인쇄하는 유약 도포인 시유단계,

(5) 시유 제품을 롤러허스킬른(연속 소성가마)에서 최고대(예열대, 소성대, 냉각대 구간 중 소성대에서 가장 높은 온도를 나타내는 곳) 소성온도 800∼950℃, 최고대 유지시간 0.5∼5분, 총 소성시간 30∼50분 조건에서 소결시키는 소성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 소성 건식 성형방식에 따른 세라믹 숯 타일의 제조방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제 2공정(더블소성방식)에 따르면,

상기 제 1공정의 방법 중 단계 (3)의 건조단계 대신에,

(3') 건식 성형된 그린타일을 최고대 소성온도가 800∼950℃, 최고대 유지시간 0.5∼5분, 총 소성시간 30∼50분으로 롤러허스킬른(연속 소성가마)에서 비스켓 타일을 제조하는 1차 소성단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 더블 소성 건식 성형방식에 따른 세라믹 숯 타일의 제조방법이 제공된다.

본 발명은 세라믹 복합체와 이 세라믹 복합체의 표면에 유약슬립을 도포한 후 소성시킨 세라믹 숯 타일을 나타낸다.

즉, 본 발명의 세라믹 숯 타일은 도 1에서와 같이 세라믹 복합체(a)와 이 세라믹 복합체의 표면에 도포하는 유약슬립(b)으로 이루어진다.

본 발명의 세라믹 숯 타일은 세라믹 원료와 숯을 주요 구성성분으로 하는 세라믹 복합체를 포함하며, 이러한 세라믹 복합체는 세라믹 성분과 숯의 성분에 의해 조습 기능, 탈취 기능, 원적외선 방사 기능을 가질 수 있다.

본 발명에서 세라믹 복합체의 구성성분으로 톱밥, 탄닌산 리그닌, 유기질점토, 황토, 고령토, 규조토, 파쇄유리, 수산화알루미늄, 규산소다, 잔부의 소다회를 포함한다.

본 발명에서 세라믹 복합체 성분의 함량은 톱밥 1∼5중량％, 탄닌산 리그닌 1∼5중량％, 유기질점토 1∼50중량％, 황토 1∼50중량％, 고령토 10∼40중량％, 규조토 20∼40중량％, 파쇄유리 5∼15중량％, 수산화알루미늄(aluminium hydroxide) 1∼10중량％, 규산소다 1∼5중량％, 잔부의 소다회를 포함한다.

본 발명에서 세라믹 숯 타일을 얻기 위해 다양한 성분 및 함량의 조건으로 세라믹 복합체를 적용한 바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해 상기에서 언급한 성분의 함량으로 세라믹 복합체를 얻는 것이 좋다.

본 발명에서 세라믹 숯 타일의 세라믹 복합체 주요 조성물인 점토 및 황토, 고령토는 원적외선 고방사 물질이며, 점토 및 황토, 고령토의 중량비를 증가시킴에 따라 한층 증가된 원적외선 복사량을 방출하게 된다.

본 발명의 세라믹 숯 타일의 세라믹 복합체 성분중 하나인 톱밥은 목재를 가공한 후의 부산물로 각종 무기물이나 유기질이 볏짚, 왕겨, 산양초 등에 비해 4배 가량 많이 함유되어 있다. 톱밥내의 유기물은 소성시 탄소 성분만 남고 나머지 물질은 열분해가 일어나는 탄화과정을 거쳐 미세다공체 내에 풍부한 미네랄 성분을 함유한 숯을 형성하게 된다.

탄닌산 리그닌은 목재에서 추출된 유기물로서 소성과정에서 탄소 성분만 남고 나머지 물질은 열분해가 일어나는 탄화과정을 거쳐 숯을 형성하게 된다.

유기질점토는 미세한 풍화물의 미립자로 가소성과 점성이 풍부한 물질로 그 화학조성이 암석의 풍화과정에서 생성된 함수알루미늄규산염의 결정구조를 주체로 하고 있다. 점토 내에 다량의 유기물을 포함하고 있어 소성과정에서 탄소 성분만 남고 나머지 물질은 열분해가 일어나는 탄화과정을 거쳐 숯을 형성하게 된다.

황토의 결정 구조는 2:1 층상 구조를 가지는 3층 구조로써 Si-O의 결합으로 이루어진 사면체층(Tetra-hedral sheet)과 Al-O의 결합으로 이루어진 팔면체(Octa-hedral sheet)층이 사면체-팔면체-사면체 층으로 배열되어 하나의 결정구조를 이룬다.

황토의 가열변화는 일반적으로 점토광물과 유사하므로 100∼200℃ 부근에서 층간수가 탈수되고, 450∼550℃에서 결정수가 탈수되기 시작하여 600∼750℃ 까지 계속된다. 이 때 제거되어지는 수분 및 OH^- 자리는 공극으로 형성되어 미세다공체를 이루게 된다. 약 1000℃에서는 뮬라이트(Mullite) 결정과 다양한 고온 결정상이 생성되기 시작하여 입자간의 조밀화가 일어나므로 미세다공체는 감소하게 된다.

고령토는 카올린(Kaolin)족 광물로서, 국내 산지의 고령토는 대부분 할로사이트(Halloysite) 구조를 가진다. Al₂O₃·2SiO₂·4H₂O의 화학식으로 이루어진 할로사이트의 구조는 1:1 층상 구조를 가지는 2층 구조로서 Si-O의 결합으로 이루어진 규산염[SiO₄]^4- 사면체층과 Al이온을 O^2-나 OH^-가 6배위하는 팔면체층 사이에 약한 반데르발스 결합을 하는 2개의 물분자가 존재한다.

고령토의 대부분을 이루고 있는 할로사이트(Al₂O₃·2SiO₂·4H₂O)의 가열변화는 120℃ 부근에서 층간수가 탈수하면서 메타 할로사이트(Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O)로 전이되고, 600℃ 부근에서 결정수가 탈수되면서 카올리나이트(Al₂O₃·2SiO₂)로 전이된다. 이 때 탈착된 층간수 및 결정수의 자리(Site)에 미세다공이 형성되어 조습효과, 탈취효과를 제공하게 된다. 이 후 980℃ 부근에서 카올리나이트(Al₂O₃·2SiO₂)는 뮬라이트(3Al₂O₃·2SiO₂)와 γ-알루미나로 변태(Transformation)되기 시작하여 조밀한 구조로 바뀌며 미세다공체는 감소하기 시작한다.

본 발명의 세라믹 숯 타일의 세라믹 복합체 성분중 하나인 규조토의 순수한 화학조성은 SiO₂ 96％ 이상으로 되어 있고, 그 특성이 약 3∼10㎛ 크기의 매우 많은 기공을 가진 다공질(porous)체로 존재하므로 조습기능, 탈취기능을 제공하게 된다.

규조토의 가열변화는 700℃ 이하에서는 0.5∼0.7 정도의 겉보기비중을 가지는 다공질의 석영(Quartz) 상태로 존재하지만 1000℃ 이상으로 가열하게 되면 Crystobalite 또는 Tridymite 상(Phase)으로 변이(Transformation)하면서 다공질체가 감소하여 겉보기비중이 약 1.4 정도로 된다.

상기 규조토외에 많은 기공을 가진 다공질(porous)체로 존재하는 산성백토, 제올라이트, 펄라이트, 세피올라이트, 플라이 애쉬(Fly ash), 화산재 등을 사용할 수도 있다.

본 발명의 세라믹 숯 타일의 세라믹 복합체 성분중 하나인 파쇄유리는 낮은 온도에서 용융되는 성질이 있어 조성물에 있어서 저온소결 결합제로 사용된다.

본 발명의 세라믹 숯 타일의 세라믹 복합체 성분중 하나인 수산화알루미늄의 화학식은 Al(OH)₃으로, 그 가열변화는 150∼200℃ 사이에서 흡착수가 떨어져 나가기 시작하여 300℃ 부근에서 주 탈수 반응이 일어나 보에마이트(Al₂O₃(H₂O))로 변태하고, 다시 550℃에서 탈수반응을 일으켜 수분이 완전 제거된다. 이 때 제거된 수분자리(Site)는 미세공극이 되어 미세다공체가 형성되기 시작한다. 다시 1000℃ 이상으로 가열하게 되면 다양한 변태를 거쳐 α-Al₂O₃결정으로 변이되면서 구조의 조밀화로 미세다공체는 감소하게 된다.

상술한 세라믹 숯 타일의 세라믹 복합체 주요 조성물인 톱밥, 탄닌산 리그닌, 유기질점토, 황토, 고령토, 규조토, 수산화알루미늄들은 약 400∼980℃의 소성 온도 범위에서 층간수, 결정수 제거에 의한 미세다공체와 유기물 탄화에 의한 숯 층이 형성되어 우수한 조습 및 탈취 기능을 제공하게 된다.

본 발명에서 세라믹 숯 타일은 상기의 세라믹 복합체의 표면에 유약슬립을 도포하여 건축 자재로 사용 가능할 수 있도록 하고 항균 기능 및 음이온 발생 기능이 증진될 수 있게 한다.

본 발명에서 세라믹 복합체의 표면에 도포하는 유약슬립은 세라믹 성형품의 표면을 처리하기 위한 프리트(Frit), 지르코늄실리케이트(ZrSiO₄), 점토(Clay)와 항균 효과를 나타내는 무기항균제, 음이온 발생을 유도하는 음이온파우더를 포함한다.

상기에서 무기항균제는 항균력을 발휘하는 무기물질이라면 무엇이든 사용할 수 있다. 이러한 무기 항균제의 일예로서 은 이온이 함유된 무기 항균제를 사용하는 것이 좋다.

상기에서 음이온파우더는 음이온을 방출하는 광물의 분말이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 음이온파우더의 일예로서 일라이트, 토르말린, 제노다임, 제올라이트, 맥반석 중에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온파우더를 사용할 수 있다.

상기에서 유약슬립은 프리트(frit) 40∼80중량％, 지르코늄실리케이트(ZrSiO₄) 5∼50중량％, 점토(Clay) 5∼20중량％, 음이온 파우더 2∼10중량％, 무기항균제 2∼10중량％ 포함할 수 있다.

본 발명의 세라믹 숯 타일 제조시, 음이온파우더 또는 무기 항균제의 비율이 높은 경우 세라믹 성형층과 유약의 표면박리, 표면핀홀(Pinhole) 현상이 유발되며, 천연 음이온파우더 또는 무기 항균제의 비율이 낮은 경우 음이온 발생, 항균 기능의 저하를 초래하므로 본 발명에서 세라믹 숯 타일 제조에 적합한 유약슬립은 전술한 성분 및 함량으로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 세라믹 복합체의 표면에 유약슬립을 도포한 후 소성하여 세라믹 숯 타일을 얻을 수 있다. 이때 소성은 산화분위기의 롤러허스킬른(소성가마)에서 30∼50분 동안 실시하되, 최고소성온도 800∼950℃에서 0.5∼5분 동안 소성하는 단계를 포함한다. 본 발명에서 다양한 조건으로 세라믹 복합체의 표면에 유약슬립을 도포한 후 소성하여 세라믹 숯 타일을 얻어본 바, 본 발명의 목적에 부합하는 세라믹 숯 타일을 얻기 위해서는 전술한 조건으로 소성을 실시하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 세라믹 숯 타일은 상기 타일 재료를 이용하여 건식 성형방식 으로 제조할 수 있으며, 건식 성형방식은 싱글 소성방식 또는 더블 소성방식으로 나뉘어질 수 있다.

이하 본 발명의 세라믹 숯 타일의 제조방법에 대하여 도 2의 건식 성형방식을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 도 2에 나타난 바와 같이 건식 소성방식으로 세라믹 숯 타일을 제조하는 방법은

(1) 원료를 미분쇄 및 분무건조하는 제토단계

세라믹 복합체를 형성하기 위해서는 세라믹 복합체의 원료를 미분쇄하여 분 말화하여야 한다.

세라믹 복합체의 원료를 평량(Weighing)하여 물과 함께 볼밀(Ball mill)에 투여 후, 슬립(Slip) 잔사율이 1∼3％(230mesh 기준)가 되도록 습식 분쇄한다. 이 때 물의 투입량은 습식 분쇄 후 슬립 비중이 1.4∼1.8 정도 되도록 맞춘다. 습식 분쇄 된 슬립을 1일 이상 숙성한 후 분무 건조기(Spray dryer)를 이용하여 함수분 5∼6％, 대립(0.5mm) 입도가 15％ 이하, 바람직하게는 대립(0.5mm) 입도가 5∼15％, 미립(0.08mm) 입도가 5％ 이하, 바람직하게는 미립(0.08mm) 입도가 1∼5％로 되는 과립 파우더로 제조한다.

(2) 파우더를 성형하는 성형단계

상기에서 얻은 세라믹 복합체의 과립 파우더를 일정한 모양의 몰드에 넣고 유압프레스에서 실성형압력 200∼400kg/cm²로 가압 성형하여 몰드의 모양을 지닌 세라믹 복합체 성형품을 얻을 수 있다.

상기에서 몰드의 모양에 따라 직사각형, 정사각형, 마름모, 원형, 타원형, 삼각형과 같이 다양한 형태의 세라믹 복합체 성형품을 얻을 수 있다.

(3) 가압 성형품을 건조 또는 소성하는 건조인 1차 소성단계

가압 성형한 세라믹 복합체 성형품은 함수분 0.5％이하가 되도록 건조온도 100∼150℃, 건조시간 55∼65분으로 건조하거나, 건조 대신에 롤러허스킬른(소성가마)에서 30∼50분 동안 소성을 실시하되, 최고소성온도 800∼950℃에서 0.5∼5분 동안 소성공정을 실시하여 건조공정을 1차 소성공정으로 대체 할 수 있다.

(4) 1차 소성품 또는 건조품 표면에 유약슬립을 도포하는 시유단계

본 발명의 세라믹 숯 타일 제조시 세라믹 복합체 건조품 또는 1차 소성품 표면에 도포하는 유약슬립은 프리트(Frit), 지르코늄실리케이트(ZrSiO₄), 점토(Clay), 음이온파우더 및 무기항균제의 유약원료 조성물을 물과 함께 볼밀에 투입하여 잔사율 0.5∼2％(325mesh 기준), 슬립 비중 1.2∼1.8이 되도록 제조하고 이를 100∼140gr/m² 범위의 도포량으로 세라믹 복합체 건조품 또는 1차 소성품 표면에 도포하여 시유품을 얻는다. 경우에 따라서는 미적 효과를 부여하기 위하여 스크린 프린팅(Screen printing)법, ROTO 프린팅(ROTO gravure)법을 적용한 디자인 인쇄 단계를 추가할 수 있다.

(5) 시유품을 2차 소성하는 2차 소성단계

상기의 세라믹 복합체 건조품 또는 1차 소성품 표면에 유약슬립을 도포한 시유품을 2차 소성하여 세라믹 숯 타일을 제조한다. 이때 소성은 롤러허스킬른(소성가마)에서 30∼50분 동안 산화분위기에서 소성을 실시하되, 최고소성온도 800∼950℃에서 0.5∼5분 동안 소성공정을 갖도록 소성을 실시할 수 있다.

(6) 2차 소성품의 치수 교정단계

이어서, 치수 교정수단(Rectify)에서 소성된 제품을 균일한 치수 교정을 위하여 그라인딩 머신으로 4면을 가공하는 치수 교정공정을 거칠 수 있다.

상기 제조방법에 의해 제조된 세라믹 숯 타일은 세라믹 조성물, 미세다공구조, 숯에 의해 조습 및 탈취 효과, 원적외선 방사 효과를 지니며, 유약슬립의 조성 물에 의해 음이온 방출, 항균 효과를 지닐 수 있다.

한편 본 발명은 상기에서 언급한 세라믹 숯 타일을 재료로 하는 건축물의 내벽면, 천장 등에 적용할 수 있는 건축 마감재를 포함한다.

이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

(1)세라믹 복합체의 제조

건조 중량을 기준으로 유기질점토 32중량％, 황토 5중량％, 규조토 22중량％, 고령토 19중량％, 파쇄유리 10중량％, 수산화알루미늄 5중량％, 톱밥 3중량％, 탄닌산 리그닌 2중량％, 규산소다 2중량％를 평량하여 세라믹 복합체의 원료를 준비하였다.

습식 미분쇄를 위해 상기의 세라믹 복합체의 원료를 물과 함께 볼밀에 넣고 10시간 분쇄시켜 비중 1.58, 잔사율 1.45％(230mesh 기준)이 되도록 분쇄물을 얻고 이를 스프레이 드라이어에서 파우다 함수분 5.6％, 파우다 대립입도(0.5mm이하) 7.3％, 미립입도(0.08mm이하) 3.8％로 하는 과립형 파우더를 제조하였다.

상기의 과립형 파우더를 몰드에 충진 후 유압 프레스를 사용하여 250kg/cm² 의 압력으로 가압하여 100mm × 100mm × 7mm 규격의 세라믹 성형품을 제조하고, 이 성형품을 롤러허스킬른(소성가마)에서 최고소성온도 880℃, 소성시간 35분으로 1차 소성품을 제조하였다.

(2)유약슬립 제조

건조 중량을 기준으로 프리트(Frit) 55중량％, 지르코늄실리케이트(ZrSiO₄) 40중량％, 점토(Clay) 5중량％, 음이온파우더 5중량％, 무기 항균제 3중량％의 유약원료를 준비하였다.

상기의 유약원료를 물과 함께 볼밀에 투입 후, 습식 미분쇄하여 잔사율 1.2％(325mesh 기준), 비중 1.33의 유약슬립을 제조하였다.

상기의 유약슬립을 상기 (1)에서 제조한 세라믹 복합체 1차 소성품 표면에 125gr/m²으로 도포하였다.

상기의 유약슬립 조성물에서 음이온파우더는 일라이트와 토르말린이 1:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용하였고, 무기항균제는 은(Ag) 이온이 함유된 상용 무기 항균제(Bactocid-300Z, 아성정밀화학)를 사용하였다.

(3)소성

세라믹 복합체 1차 소성품 표면에 유약슬립을 도포한 후 롤러허스킬른(소성가마) 최고대온도 900℃, 소성시간 35분으로 소성하여 세라믹 숯 타일의 완제품을 제조하였다.

<시험예 1>

상기 실시 예에서 사용된 유기질점토, 황토, 고령토, 규조토의 화학성분 분석을 X선형광분석기기를 통하여 실시하고 그 결과를 표 1-1, 1-2에 나타내었다.

하기 표 1-1, 표 1-2에서 제외된 세라믹 성형품의 주요 성분인 수산화알루미늄은 정제된 원료로 99.8％ 의 화학성분을 가진다.

표 1-1. 세라믹 복합체 조성물의 화학성분 분석

분석시료	SiO₂	Al₂O₃	Na₂O	MgO	K₂O
점 토	62.15	21.07	0.18	0.51	0.67
황 토	57.03	22.06	0.14	1.23	1.84
고령토	47.81	31.43	2.59	1.00	0.31
규조토	75.60	11.32	0.85	0.93	1.54
세라믹 복합체	56.10	22.21	2.85	1.01	0.79

표 1-2. 세라믹 복합체 조성물의 화학조성 분석

분석시료	CaO	TiO₂	Fe₂O₃	ZrO₂	Ig..loss
점 토	0.15	0.48	1.00	-	10.04
황 토	0.02	0.45	4.02	-	9.61
고령토	6.03	0.11	1.12	-	7.40
규조토	0.29	0.44	1.55	-	3.96
세라믹 복합체	3.03	0.70	1.85	-	10.70

<시험예 2>

상기 실시 예에서 세라믹 숯 타일 제조시 세라믹 복합체의 소성수축율, 강열감량, 흡수율, 소성강도, 비표면적과 같은 물성을 측정하고 그 결과를 아래의 표 2-1에 나타내었다.

표 2의 소성수축율, 강열감량, 흡수율, 소성강도는 KS 규격에 의거하여 측정한 결과 값이며, 비표면적 분석은 BET 법으로 측정한 결과 값이다.

표 2. 세라믹 복합체의 물성

소성수축율(％)	강열감량(％)	흡수율(％)	소성강도(kg/cm²)	비표면적(m²/g)
0.90	10.28	24.14	80	27.92

<시험예 3>

상기 실시 예에서 제조한 본 발명에 따른 세라믹 숯 타일의 원적외선 방사율 및 방사에너지를 측정하고 그 결과를 하기 표 3-1에 나타내었다.

표 3은 FT-IR 스펙트로미터(Spectrometer)를 이용하여 40℃에서 흑체(Black Body) 대비로 측정한 결과이다. 본 발명에 따라 제조되어진 세라믹 숯타일은 92.8％의 높은 평균 방사율과 3.74×10²W/m²의 다량의 원적외선 방사에너지를 가짐을 확인 할 수 있었다.

표 3. 세라믹 숯 타일의 원적외선 방사율 및 방사에너지

구분	평균방사율 (5∼20㎛)	방사에너지 (W/m²)
발명품	0.928 (92.8％)	3.74 × 10²

<시험예 4>

상기 실시 예에서 제조한 세라믹 숯 타일의 음이온 방출량을 측정하고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

음이온 방출량 시험은 접지식 이온 테스터기(Ion Tester)를 사용하여 세라믹 숯 타일에 접지 후 음이온 방출 개수를 측정한 결과이다. 음이온 방출 데이터는 10회 측정 후 최대 및 최소값을 제외한 평균값을 산출한 값으로 일반 타일의 음이온 방출량이 100ions/cc 미만인 것을 감안하면 본 발명에 의해 제조되어진 세라믹 숯 타일은 높은 음이온 방출량을 보임을 확인 할 수 있었다.

표 4. 세라믹 숯 타일의 음이온 방출량 시험

구분	음이온 방출량
발명품	1,443 ions/cc

<시험예 5>

상기 실시 예에서 제조한 세라믹 숯 타일의 암모니아, 포름알데히드, 톨루엔의 탈취율을 측정하고 그 결과를 표 5-1, 표 5-2, 표 5-3에 나타내었다.

표 5-1, 표 5-2, 표 5-3의 세라믹 숯 타일의 암모니아, 포름알데히드, 톨루엔에 대한 탈취율은 KICM-FIR-1085 시험방법에 의거하여 FT-IR로 잔류가스농도를 측정한 결과이다. 암모니아, 포름알데히드, 톨루엔에 대한 탈취율은 120분 경과 후 각각 95.5％, 56.7％, 46.2％ 이상의 높은 탈취율을 가짐을 확인 할 수 있었다.

표 5-1. 세라믹 숯 타일의 암모니아 탈취시험

시험항목	경과시간(분)	Blank농도(ppm)	시료농도(ppm)	탈취율(％)
암모니아 탈취시험	0	200	200	-
	30	185	16	91.4
	60	174	11	93.7
	90	165	9	94.5
	120	155	7	95.5

표 5-2. 세라믹 숯 타일의 포름알데히드 탈취시험

시험항목	경과시간(분)	Blank농도(ppm)	시료농도(ppm)	탈취율(％)
포름알데히드 탈취시험	0	82	82	-
	30	78	54	30.8
	60	75	44	41.3
	90	71	35	50.7
	120	67	29	56.7

표 5-3. 세라믹 숯 타일의 톨루엔 탈취시험

시험항목	경과시간(분)	Blank농도(ppm)	시료농도(ppm)	탈취율(％)
톨루엔 탈취시험	0	110	110	-
	30	102	81	20.6
	60	93	63	32.3
	90	87	52	40.2
	120	78	42	46.2

<시험예 6>

상기 실시 예에서 제조한 세라믹 숯 타일의 흡습, 방습량을 측정하고 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

세라믹 숯 타일의 흡습, 방습량의 측정은 온도 25℃, 50％ 상대습도(RH)의 항온항습조 안에 24시간 방치한 다음, 온도 25℃, 90％ RH의 항온항습조 안에 넣고 24시간 후 흡습량(g)을 측정하고, 다시 이 시험품을 온도 25℃, 50％ RH의 항온항습조 안에 넣고 24시간 후 방습량(g)을 측정한 후, 단위면적당 중량(gr/m²)으로 표시하였다.

본 시험을 통하여 세라믹 숯 타일은 237gr/m² 이상의 높은 흡습, 방습량을 가지는 것을 확인 할 수 있었다.

표 6. 세라믹 숯 타일의 흡방습량 시험결과

구분	결과치 (gr/m²)	측정 조건
흡습량	254	25℃, RH 90％
방습량	220	25℃, RH 50％
흡방습량	237	-

<시험예 7>

상기 실시 예에서 제조한 세라믹 숯 타일의 항균시험을 측정하고 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.

세라믹 숯 타일의 항균시험은 KICM-FIR-1002 시험방법에 의거하여 사용공시균주 Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442(녹농균) 및 Escherichia coli ATCC 25922(대장균)에 대한 항균 시험 결과이다. 녹농균 및 대장균에 대하여 99.8％의 높은 항균력을 가짐을 확인 할 수 있다.

표 7. 세라믹 숯 타일의 항균시험 결과

항목	Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442	Escherichia coli ATCC 25922
접종균 초기농도 (CFU/40p)	431	422
24시간 후 농도 (CFU/40p)	1	1
세균 감소율(％)	99.8	99.8

주) CFU = Colony Forming Unit

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예 및 시험예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 세라믹 숯 타일 및 이의 제조방법을 제공함으로써 전술되었던 종 래의 숯 타일제조의 문제점인 소결강도가 저하, 위생상의 단점, 생산성 및 작업성의 한계성을 극복하고 제조 작업시 발생하는 다중적인 문제점을 개선하는 효과를 제공한다. 본 발명의 세라믹 숯 타일은 점토, 황토, 고령토의 함유량을 증가시켜 보다 향상된 원적외선 방사 효과를 제공하며, 또한 세라믹 복합체의 구성조직을 미세다공형태로 구성함과 동시에 톱밥, 탄닌산 리그닌, 유기질점토에 의한 숯의 기능을 포함시켜 조습 및 탈취 효과의 향상된 기능을 제공할 수 있다.

본 발명의 세라믹 숯 타일은 유약슬립을 세라믹 복합체의 표면에 도포하여 유약슬립에 함유된 음이온제와 항균제에 의해 음이온 방출, 항균 기능을 제공할 수 있다. 또한 건물 내벽면 및 천장과 같은 건축 마감재의 용도로 적용하여 조습기능, 탈취 기능, 원적외선 방사 기능, 음이온 방출 기능, 항균 기능을 제공함으로써 실내 습도 조절, 각종 유해 물질 제거, 악취 제거, 세균의 서식을 억제할 수 있으므로 더욱 쾌적한 실내 문화 추구에 기여하고, 한층 강화된 원적외선 방사, 음이온 방출 기능으로 산업상이용가능성이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 숯 타일의 예시도로서 세라믹 복합체(a)와 이 세라믹 복합체의 표면에 도포하는 유약슬립(b)으로 이루어진다.

도 2는 본 발명에 따른 타일 제조방법 중 건식 성형방식인 싱글 소성방식과 더블 소성방식의 공정도이다.

Claims

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톱밥 1∼5중량％, 탄닌산 리그닌 1∼5중량％, 유기질점토 1∼50중량％, 황토 1∼50중량％, 고령토 10∼40중량％, 규조토 20∼40중량％, 파쇄유리 5∼15중량％, 수산화알루미늄(aluminium hydroxide) 1∼10중량％, 규산소다 1∼5중량％, 잔부의 소다회를 미분쇄 및 분무건조하는 제토단계,

과립형 파우더를 몰드에 넣고 유압프레스에서 실성형압력 200∼400kg/cm²로 가압 성형하는 성형단계,

가압 성형한 세라믹 복합체 성형품을 함수분 0.5％이하가 되도록 건조온도 100∼150℃, 건조시간 55∼65분으로 건조하거나, 또는 롤러허스킬른(소성가마)에서 30∼50분 동안 소성을 실시하되, 최고소성온도 800∼950℃에서 0.5∼5분 동안 소성공정을 실시하는 건조 또는 1차 소성단계,

세라믹 복합체 건조품 또는 1차 소성품 표면에 비중 1.2∼1.8의 유약슬립을 100∼140gr/m² 범위로 도포하거나, 또는 유약 페이스트를 인쇄하거나 또는 프리트(Frit) 유약을 100∼140gr/m² 도포한 후에 유약 페이스트를 인쇄하는 유약 도포인 시유단계,

상기의 유약슬립을 도포한 시유품을 산화분위기의 롤러허스킬른(소성가마)에서 30∼50분 동안 소성을 실시하되, 최고소성온도 800∼950℃에서 0.5∼5분 동안 소성을 실시하는 2차 소성단계,

소성된 제품을 그라인딩 머신으로 4면을 가공하는 치수교정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 숯 타일 제조방법.