KR100961112B1 - 기능성 천연석재 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 기능성 천연석재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 착색, 항균, 발향 등을 갖는 기능성 천연석재 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 기능성 천연석재에 관한 것으로써, 마이크로파 장치를 이용하여 천연석재의 기공을 확장하는 기공확장단계와; 기공확장단계 처리한 천연석재를 함침조성물이 수용된 침적조에 침적시켜 함침조성물을 천연석재의 기공에 함침시키는 함침단계와; 함침단계 처리한 천연석재를 건조하여 함침조성물을 고착시키는 건조단계와; 건조단계 처리한 천연석재 표면에 고착되어 있는 함침조성을 제거하고, 천연석재 표면을 연마하는 표면연마단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 천연석재 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 기능성 천연석재에 관한 것이다.

또한 본 발명은 가열원에 의하여 천연석재의 외부부터 가열하고, 외부로부터의 열전도에 의하여 내부가 가열되는 외부가열방식을 이용하는 종래 기공확장방법과 다르게 마이크로파를 이용하여 천연석재의 내부부터 가열하고 내부로부터의 열전도에 의하여 외부가 가열되는 내부가열방식을 구성하기 때문에, 상기와 같은 원리로 가열된 천연석재는 산성 또는 알칼리성 용액에 천연석재를 함침시켜 천연석재 내부에 존재하는 유기물 및 철 성분을 천연석재 외부로 용출시키는 종래기술과 비교하여 천연석재를 산성의 용액에 노출시키지 않으므로 산성 또는 알칼리성 용액으로 인하여 천연석재가 손상되는 것을 방지하는 효과가 있고, 천연석재 내부에 존재하는 물분자를 가열시켜 천연석재 전체를 가열하는 효과를 얻을 수 있으므로 종래기술보다 천연석재 내부의 기공을 효과적으로 확장시킬 수 있는 효과가 있다.

천연석재, 기공, 마이크로파, 마그네트론, 함침조성물

Description

기능성 천연석재 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 기능성 천연석재 {Manufacture method of functional stone and functional stone using that}

본 발명은 기능성 천연석재 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 기능성 천연석재에 관한 것으로써, 마이크로파 장치를 이용하여 천연석재의 기공을 확장하는 기공확장단계와; 기공확장단계 처리한 천연석재를 함침조성물이 수용된 침적조에 침적시켜 함침조성물을 천연석재의 기공에 함침시키는 함침단계와; 함침단계 처리한 천연석재를 건조하여 함침조성물을 고착시키는 건조단계와; 건조단계 처리한 천연석재 표면에 고착되어 있는 함침조성을 제거하고, 천연석재 표면을 연마하는 표면연마단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 천연석재 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 기능성 천연석재에 관한 분야이다.

현대의 건설에 있어서 천연석재는 건설물의 구조 또는 미적기능을 더하는 내-외장재로써 이용되고 인구 증가 및 산업화의 영향으로 건설물의 수요가 증가함에 따라서 천연석재의 수요도 증가하고 있다. 또한 과거의 천연석재 수요자 대부분은 천연석재의 재질감에서 느끼는 자연미를 즐기기 위하여 사용하였지만 현대의 천연석재 수요자는 천연석재 고유 재질감의 자연미와 더불어 착색, 항균, 발향 등의 기능성에 대한 요구도 더해지고 그에 따라 천연석재의 기능성에 대한 요구를 만족시키기 위하여 많은 연구도 요구되고 있다.

아울러 천연석재에 기능성을 부여하기 위하여 천연석재의 기공을 확장시켜 기공사이로 기능성 물질을 함침시키는 방법이 연구개발되었고, 기공을 확장시키는 일반적인 방법으로는 '외부가열방식'이라 불리는 열적, 화학적, 기계적 방법이 있다. 열적인 방법으로는 천연석재의 온도를 올려 (50~500℃) 기공을 확장시켜 기공을 통해 모세관 현상으로 기능성 물질을 함침시키는 방법이고, 화학적인 방법은 강산, 또는 강알칼리의 용액을 이용하여 천연석재가 함유하고 있는 유기물 및 철분 등을 녹이고 기공을 확장시키는 방법이며, 기계적인 방법은 진공 또는 초음파를 이용하여 천연석재의 기공을 확장시키는 방법으로써, 종래 대부분의 천연석재 기공확장 기술은 가열원에 의하여 천연석재의 외부부터 가열하고, 외부로부터의 열전도에 의하여 내부가 가열되는 외부가열방식을 이용하기 때문에 천연석재 내부의 기공까지 효과적으로 확장시키기 어려운 문제가 있고, 천연석재의 기공을 확장시키기 이전에 천연석재 내의 유기물 및 철 성분을 외부로 용출시키기 위하여 산성 또는 알칼리성 용액에 천연석재를 함침시키는 공정을 필요로 하는데, 이러한 방법은 천연석재를 산성 또는 알칼리성 용액에 노출시키기 때문에 천연석재가 손상되는 문제가 있으며, 천연석재의 기공이 미흡하게 확장되어 기능성을 발휘하는 함침조성물이 천연석재의 기공에 효과적으로 함침되지 못하여 함침단계 처리공정 시간이 길어지는 문제가 발생한다. 다음은 천연석재에 기능성을 부여하기 위한 종래기술이다.

국내공개특허 10-2004-0023513은 석재의 착색방법에 관한 공지기술로써 석재를 선별하여 일정한 크기로 재단하고, 재단된 상기 석재의 표면을 다듬는 단계; 표면이 다듬어진 상기 석재는 고압의 에어를 이용하여 세척하는 단계; 유성전색제에 함침성 안료(나염)와, 희석 탄화수소 용제 속에 유용성 염료를 각각 용해시키는 단계; 안료인 빙초산과 명반을 소량의 염산과 함께 희석하여 용해시키는 단계; 상기 단계를 거쳐 혼합 생성된 착색제가 저장된 초음파수조에 가공된 석재를 침적시킨 상태에서 초음파를 소정의 시간 동안 발진함으로써 석재에 조색하는 단계; 조색처리된칼라 석재를 소정의 시간 동안 건조하는 단계; 건조된 칼라 석재에 자외선 차단제를 코팅하는 단계로 구성되어 있다. 상기 공지기술의 특징은 착색 조성물이 석재 내부로 효과적으로 함침될 수 있도록 착색 조성물이 들어있는 초음파수조를 이용하여 가공된 석재를 침적시키는 것이지만 착색 조성물이 유기물질로 구성되어 있어서 유해 VOC물질을 많이 포함하여 환경과 인체에 유해한 문제와 착색 조성물과 석재의 구성성분이 상이하여 효과적인 결합을 유도하기 어려운 문제가 있다.

아울러 국내 공개특허 10-2005-0081726은 무기안료의 나노분산물을 이용한 석재의 착색처리 방법에 관한 공지기술로써 무기안료를 졸-겔법을 이용하여 나노입자로 만들고 무기안료의 나노분산물에 특수수지를 첨가하여 착색용 안료액을 만드는 단계; 석재를 선별하여 일정한 크기로 재단하고, 재단된 상기 석재의 표면을 연마하여 다듬는 단계; 표면이 다듬어진 상기 석재는 고압세척기로 물세척하여 고온건조로에서 수분을 건조하는 단계; 상기에서 생성된 착색용 안료액이 저장된 수조 에 가공된 석재를 침적시킨 상태에서 하부에 초음파를 소정의 시간 동안 발진함과 동시에 고진공 상태를 형성시킴으로써 석재에 함침시켜 착색하는 단계; 착색처리된 칼라 석재를 무기안료가 특수수지로 인하여 석재에 충분히 고착하도록 소정의 시간동안 건조하는 단계; 건조된 칼라 석재의 표면에 플라즈마를 이용한 특수 코팅을 행하는 단계로 구성되어 있다. 상기 기술은 석재의 착색방법에 있어서 국내공개특허 10-2004-0023513와 같은 방법으로 착색용 안료액이 저장된 수조에 가공된 석재를 침적시킨 상태에서 하부에 초음파를 소정의 시간 동안 발진하고 고진공 상태를 형성시킴으로써 석재 내부에 착색 조성물을 효과적으로 함침시키고, 착색 조성물에 있어서는 나노 분산형태의 무기안료를 이용하여 석재의 기공에 효과적으로 무기안료를 함침시키는 기술을 제시하고 있지만 착색 조성물 중에서 무기안료만이 나노 크기의 입자를 갖기 때문에 그 함침력이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 종래 기능성 천연석재 제조방법 및 기능성 천연석재에 관한 기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로써,

천연석재에 착색, 항균, 발향 등의 기능성을 부여하기 위하여 천연석재의 기공을 확장하는 방법에 있어서, 종래기술은 가열원에 의하여 천연석재의 외부부터 가열하고, 외부로부터의 열전도에 의하여 내부가 가열되는 외부가열방식을 이용하기 때문에 천연석재 내부의 기공까지 효과적으로 확장시키기 어려운 문제가 있고, 천연석재의 기공을 확장시키기 이전에 천연석재 내의 유기물 및 철 성분을 외부로 용출시키기 위하여 산성 또는 알칼리성 용액에 천연석재를 함침시키는 공정을 필요로 하는데, 이러한 방법은 천연석재를 산성 또는 알칼리성 용액에 노출되기 때문에 천연석재가 손상되는 문제가 있으며, 천연석재의 기공이 미흡하게 확장되어 기능성을 발휘하는 함침조성물이 천연석재의 기공에 효과적으로 함침되지 못하여 함침단계 처리공정 시간이 길어지는 문제가 발생하기 때문에 상기의 문제를 해결하는 해결점을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

마그네트론, 마그네트론 냉각기로 구성된 마이크로파 발생부, 전원부, 이송라인, 제어부 및 마이크로파 차단부를 포함하는 이루어진 마이크로파 장치를 이용 하여 천연석재의 기공을 확장하는 기공확장단계와; 기공확장단계 처리한 천연석재를 함침조성물이 수용된 침적조에 침적시켜 함침조성물을 천연석재의 기공에 함침시키는 함침단계와; 함침단계 처리한 천연석재를 건조하여 함침조성물을 고착시키는 건조단계와; 건조단계 처리한 천연석재 표면에 고착되어 있는 함침조성을 제거하고, 천연석재 표면을 연마하는 표면연마단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 천연석재 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 기능성 천연석재를 제시한다.

본 발명은 착색, 항균, 발향 등의 기능성을 천연석재에 부여하기 위한 기능성 천연석재의 제조방법 및 이를 용하여 제조한 기능성 천연석재에 관한 것으로써, 본 발명에 의한 기능성 천연석재의 제조방법은 가열원에 의하여 천연석재의 외부부터 가열하고, 외부로부터의 열전도에 의하여 내부가 가열되는 외부가열방식을 이용하는 종래 기공확장방법과 다르게 마이크로파를 이용하여 천연석재의 내부부터 가열하고 내부로부터의 열전도에 의하여 외부가 가열되는 내부가열방식을 구성하기 때문에, 본 발명에 의한 천연석재는 산성 또는 알칼리성 용액에 천연석재를 함침시킴으로써 천연석재 내부에 존재하는 유기물 및 철 성분을 천연석재 외부로 용출시키는 종래기술과 비교하여 천연석재를 산성의 용액에 노출시키지 않으므로 산성 또는 알칼리성 용액으로 인하여 천연석재가 손상되는 것을 방지하는 효과가 있고, 천연석재 내부에 존재하는 물분자를 가열시켜 천연석재 전체를 가열하는 효과를 얻을 수 있으므로 종래기술에 비하여 천연석재 내부의 기공을 효과적으로 확장시킬 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명은 착색, 항균, 발향 등의 기능성을 갖는 기능성 천연석재 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 기능성 천연석재에 관한 것으로써, 마이크로파 장치(10)를 이용하여 천연석재(20)의 기공을 확장하는 기공확장단계(S100)와; 기공확장단계(S100) 처리한 천연석재(20)를 함침조성물이 수용된 침적조에 침적시켜 함침조성물을 천연석재(20)의 기공에 함침시키는 함침단계(S200)와; 함침단계(S200) 처리한 천연석재(20)를 건조하여 함침조성물을 고착시키는 건조단계(S300)와; 건조단계(S300) 처리한 천연석재(20) 표면에 고착되어 있는 함침조성을 제거하고, 천연석재(20) 표면을 연마하는 표면연마단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 천연석재 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 기능성 천연석재에 관한 것이다.

이하 본 발명을 적용한 실시예를 나타내는 첨부 도면1 내지 5를 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선 본 발명은 제어부(17)의 처리신호에 의하여 전원부(15)의 전력을 공급받아 2.40~2.47GHz의 주파수로 마이크로파를 발진시키는 발진기(發振器) 역할의 마그네트론(11)과 마그네트론(11) 작동시 마그네트론(11)에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각기로 구성된 마이크로파 발생부, 마이크로파 발생부의 마그네트론(11)에서 발진한 마이크로파가 마이크로파 장치(10) 외부로 노출되는 것을 방지하기 위하여 마이크로파 장치(10)의 외부 전면에 장착된 마이크로파 차단부(13), 기공확장을 위하여 마이크로파 장치(10)에 투입된 천연석재(20)를 연속적으로 제조하고 천연석재(20)에 점진적으로 마이크로파를 발진함으로써 급속한 천연석재(20)의 온도변화를 막아 천연석재(20)의 파손을 방지하며 이송하기 위한 이송라인(14), 마이크로파 장치(10) 전체 구성에서 전력을 공급하는 전원부(15), 작업자와 마이크로파 발생부, 전원부(15), 이송라인(14) 및 제어부(17)를 연계시켜주는 사용자화면(UI, 16), 작업자가 사용자화면(UI, 16)을 통하여 지시한 처리신호에 따라서 마이크로파 발생부, 이송라인(14), 전원부(15)를 제어하기 위한 제어부(17)를 포함하는 이루어지는 마이크로파 장치(10)를 이용하여 천연석재(20)의 기공을 확장하는 기공확장단계(S100);를 기능성 천연석재 제조를 위한 천연석재(20) 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 기능성 천연석재의 주된 사상으로 하여, 종래 기능성 천연석재 제조시 천연석재(20)를 산성 또는 알칼리성 용액에 담가두어 천연석재(20) 내부에 존재하는 유기물, 철 성분을 용출시켜 기능성을 유도함으로써 함침조성물이 천연석재(20) 내부까지 효과적으로 함침될 수 있도록 하기 위한 공정과 기능성을 갖는 함침조성물이 천연석재(20) 내부에 효과적으로 함침할 수 있도록 하기 위하여 천연석재(20)기공을 확장시키는 공정을 동시에 처리가능한 공정 단계 및 함침조성물을 기공확장된 천연석재(20)에 함침시키는 하기 함침단계(S200)의 처리시간을 단축가능하게 하는 목적 및 효과가 있다.

즉, 본 발명은 천연석재(20) 내부에 존재하는 유기물 및 철 성분을 제거하여 함침조성물이 효과적으로 천연석재(20) 내부로 함침될 수 있도록 하고, 함침조성물을 천연석재(20) 기공에 효과적으로 함침시키기 위하여 천연석재(20) 기공을 확장 시키는 방법으로써, 도1과 같이 천연석재(20)를 마이크로파 장치(10)의 이송라인(14)에 투입하면 마그네트론(11)에서 발진한 2.40~2.47GHz의 주파수를 갖는 마이크로파에 의하여 천연석재(20)의 기공 사이에 내재하는 물분자가 회전-진동운동하고 물분자 간의 마찰이 유도되어 마찰열이 발생하며, 발생한 물분자 간의 마찰열은 천연석재(20)를 내부부터 가열하여 천연석재(20) 전체를 가열하는 효과가 있다.

구체적으로 본 발명에 의한 기공확장단계(S100)는 가열원에 의하여 천연석재(20)의 외부부터 가열하고, 외부로부터의 열전도에 의하여 내부가 가열되는 외부가열방식을 이용하는 종래 기공확장방법과 다르게 마이크로파를 이용하여 천연석재(20)의 내부부터 가열하고 내부로부터의 열전도에 의하여 외부가 가열되는 내부가열방식을 구성하기 때문에, 본 발명에 의한 천연석재(20)는 산성 또는 알칼리성 용액에 천연석재(20)를 함침시킴으로써 천연석재(20) 내부에 존재하는 유기물 및 철 성분을 천연석재(20) 외부로 용출시키는 종래기술과 비교하여 천연석재(20)를 산성의 용액에 노출시키지 않으므로 산성 또는 알칼리성 용액으로 인하여 천연석재(20)가 손상되는 것을 방지하는 효과가 있고, 천연석재(20) 내부에 존재하는 물분자를 가열시켜 천연석재(20) 전체를 가열하는 효과를 얻을 수 있으므로 종래기술에 비하여 천연석재(20) 내부의 기공을 효과적으로 확장시킬 수 있는 효과뿐만 아니라 천연석재(20) 내부에 존재하는 물을 천연석재(20) 외부로 용출시켜 차후 함침단계(S200)에서 함침조성물이 천연석재(20) 기공 사이에 더욱 효과적으로 함침될 수 있도록 하여 천연석재(20)에 대한 기능성 부여 효과가 우수하고 함침단계(S200)의 처리시간 단축 효과가 있다.

아울러 본 발명은 상기와 같이 천연석재(20) 기공확장을 위하여 마그네트론(11)에서 발진한 주파수는 2.40~2.47GHz가 바람직하다. 구체적으로, 물질은 종류에 따라 고유의 분자구조를 갖는 구성성분으로 구성되고, 구성성분은 고유의 회전-진동에너지를 갖기 때문에 그에 맞는 주파수를 갖는 에너지를 구성성분에 가했을 때에만 에너지가 물질에 효과적으로 전달되어 물질 자체의 에너지가 증가하는 효과를 얻을 수 있으며, 상기 효과에 의하여 본 단계는 천연석재(20) 기공 사이에 안내하는 물분자만을 회전-진동시켜 물분자 간의 마찰을 유도하고 이때 발생한 마찰열로 천연석재(20) 전체를 가열시키기 위하여 물분자에만 영향을 줄 수 있는 마이크로파의 주파수 영역인 2.40~2.47GHz가 바람직하고, 이때 주성분이 Si로 구성되는 대부분의 천연석재(20)는 마이크로파의 영향을 받지않아 마이크로파의 영향으로 천연석재(20)가 손상될 우려가 없다. 다만 상기 주파수 영역을 갖는 마이크로파를 이용하여 천연석재(20)를 가열하면 가해지는 마이크로파의 직접적인 영향에 의하여 천연석재(20)가 손상되는 문제는 발생하지 않으나, 대부분의 천연석재(20)는 400℃를 초과한 온도로 가열되면 Si를 비롯한 무기물질의 결합이 깨져 천연석재(20)의 내구성이 떨어지는 문제가 발생하기 때문에 물분자의 회전-진동에 의한 물분자 간의 마찰열이 400℃를 초과할 정도로 마이크로파가 가해지지 않도록 상기 2.40~2.47GHz의 주파수 및 300~400KW의 세기로 마이크로파를 발진하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 조건의 주파수 영역과 주파수 세기를 갖는 마이크로파를 천연석재(20)에 가함에 있어서, 천연석재(20)의 내구성을 위하여 천연석재(20) 표면온도 를 100~300℃로 유지하고, 기공확장단계(S100) 처리의 효율성을 위하여 천연석재(20) 표면에 가해지는 마이크로파의 발진 시간을 5~30분으로 하여 기공확장단계(S100) 처리하는 것이 바람직한데, 이는 기능성 천연석재로 이용하는 일반적인 천연석재(20)에 마이크로파를 가했을 때 다음과 같은 결과를 통해 알 수 있다. 즉, 마이크로파의 주파수, 세기 및 발진 시간의 관계는 천연석재(20)의 손상여부에 관계하여 온도와 밀접한 관계를 가지므로 본 발명에 의한 바람직한 마이크로파의 주파수(2.40~2.47GHz) 및 세기(300~400KW)의 범위에서는 천연석재(20)의 마이크로파 노출시간을 의미하는 마이크로파 발진 시간을 5~30분으로 하는 것이 바람직하다.

표1.

상기와 연관하여 본 발명에 의한 마이크로파 발생부는 하기 이송라인(14)과 동일한 방향으로 다수 개 구성하는 것이 바람직한데, 이는 대분분의 천연석재(20)는 가로*세로*두께가 150*90*3㎝의 크기로 가공생산되어 마이크로파에 대한 일시적인 노출로는 천연석재(20)의 기공을 효과적으로 확장시키기 어렵기 때문에 이송라 인(14)에 놓여 이송되는 천연석재(20)의 이송경로에 따라 다수개의 마이크로파 발생부를 구성하여 점진적으로 천연석재(20)의 기공을 확장하는 것이 급격한 온도변화로 인한 천연석재(20)의 손상을 최소화하며 천연석재(20) 기공을 확장가능한 효과가 있기 때문이다.

또한 마이크로파 장치(10)의 마이크로파 차단부(13)는 마그네트론(11)에서 발진한 마이크로파가 마이크로파 장치(10) 외부로 노출되는 것을 방지하기 위한 구성으로써 도3과 같이 마그네트론(11)이 구성되어 있는 이송라인(14)의 경로에 따라 마이크로파를 반사시키는 특성을 갖는 금속재질의 마이크로파 차단부(13)를 장착하는 것이 바람직하고, 추가적인 구성으로 마그네트론(11)에서 발진한 마이크로파의 진폭보다 크기가 작은 메쉬망 또는 마이크로파를 반사시키는 금속재질의 코팅액을 도포한 유리, 합성수지를 마이크로파 장치(10) 외부에 마이크로파 2차 차단부(13')를 구성하여 마이크로파 장치(10) 내에서 발진한 마이크로파가 장치 외부로 빠져나가 작업자 및 기타장치에 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있는 구성도 가능하고, 더나아가 기공확장을 위한 천연석재(20)를 연속적으로 마이크로파 장치(10)에 투입하고 마이크로파에 의하여 기공확장된 천연석재(20)를 연속적으로 배출하기 위한 구성으로써, 마이크로파 장치(10)의 천연석재(20) 투입구와 배출구에 복원력을 갖는 금속재질의 마이크로파 차단막(13")을 구성하여 천연석재(20) 투입과 배출시 마이크로파 발생부에서 발진하는 마이크로파의 외부 유출을 완전차단하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 마이크로파 장치(10)의 이송라인(14)은 상기에서 언급한 다 수개의 마이크로파 발생부와 연관하여 기공확장을 위한 천연석재(20)를 마이크로파에 효과적으로 노출시키기 위한 구성으로써, 천연석재(20)에 가해지는 마이크로파의 주파수 및 세기, 천연석재(20)의 종류 및 크기에 따라 천연석재(20) 이송속도를 조절하여 천연석재(20) 기공의 확장 정도를 조절하기 위한 구성이다. 구체적으로 효과적인 물분자의 회전-진동운동에 의한 마찰열을 위하여 마이크로파 발생부에서 발진하는 마이크로파가 2.40~2.47GHz의 주파수를 갖지만 높은 생산성을 위하여 공급되는 마이크로파의 세기를 비교적 강한 마이크로파를 발진하는 경우에는 이송라인(14)의 속도를 증가시켜 이송라인(14)에 놓인 천연석재(20)가 마이크로파 장치(10) 내에 안내하는 시간을 줄여 천연석재(20)의 마이크로파에 대한 노출시간을 단축하고(마이크로파의 세기가 비교적 약한 경우에는 반대), 동일한 원리로써 화강석과 같이 기공확장을 위한 천연석재(20)의 강도가 비교적 낮은 경우에도 이송라인(14)의 속도를 증가시켜 마이크로파에 대한 노출시간을 단축(대리석과 같이 천연석재(20)의 강도가 비교적 강한 경우에는 반대)함으로써 생산성 및 천연석재(20)의 종류에 따라 이송라인(14)의 속도를 조절하여 천연석재(20) 기공의 확장 정도를 조절가능하다.

아울러 본 발명은 마이크로파 장치(10)의 마그네트론(11), 마그네트론 냉각기(12)로 구성된 마이크로파 발생부, 이송라인(14) 및 하기의 사용자 화면(UI, 16), 제어부(17) 등의 전체 구성에 전력을 공급하는 전원부(15)를 구성함으로써 각 구성에서 요구되는 전원을 효과적으로 공급할 수 있고, 하기 제어부(17)와 연동하는 사용자 화면(UI, 16)은 작업자의 처리신호를 마이크로파 장치(10)의 마그네트 론(11), 마그네트론 냉각기(12)로 구성된 마이크로파 발생부, 전원부(15) 및 이송라인(14)과 송수신 가능하도록 구성함으로써 제어부(17)가 마이크로파의 주파수 및 세기, 천연석재(20)의 종류 및 크기에 따라 기공확장단계(S100)를 용이하게 제어가능하게 하는 효과를 갖는다.

작업자가 지시한 처리신호에 따라서 마이크로파 발생부, 이송라인(14), 전원부(15)를 제어하기 위한 구성인 제어부(17)는 마이크로파 발생부와 연동하여 마그네트론(11)에서 발진하는 마이크로파의 주파수, 세기 및 마그네트론 냉각기(12)의 작동을 조절하고; 이송라인(14)과 연동하여, 기공확장되는 천연석재(20)의 이송속도를 조절하여 마이크로파의 주파수 및 세기, 천연석재(20)의 종류 및 크기에 따라 기공확장단계(S100) 처리하고; 전원부(15)와 연동하여, 마이크로파 장치(10) 전체 구성에 공급되는 전원을 조절하는 구성을 한다. 이는 생산성 및 마이크로파 장치(10)로 투입된 천연석재(20)의 종류 및 크기에 따라 작업자가 지시한 기공확장단계(S100)의 처리조건을 제어부(17)를 통하여 일괄적으로 관리하기 위한 구성이다.

또한 상기와 같은 구성 및 효과를 갖는 제어부(17)는 마이크로파 장치(10)의 각 구성에 따른 제어데이터를 갖는 기공확장 제어데이터를 더 포함함으로써 작업자가 지시한 기공확장단계(S100) 처리조건(마이크로파의 주파수 및 세기, 천연석재(20) 종류 및 크기 등)을 입력받아 자동적으로 기공확장단계(S100)를 처리하도록 구성가능하다. 즉, 본 발명의 제어부(17)는 천연석재(20)의 종류 및 크기에 따른 마그네트론(11)에서 발생하는 마이크로파의 주파수, 세기 및 마그네트론 냉각기(12)의 작동을 조절하기 위한 제어데이터와; 마이크로파 장치(10) 전체에 공급되 는 전원을 조절하기 위한 제어데이터와; 기공확장되는 천연석재(20)의 이송속도를 조절하기 위한 제어데이터;로 구성되는 기공확장 제어데이터를 더 포함하고, 작업자가 지시한 처리조건(마이크로파의 주파수 및 세기, 천연석재(20)의 종류 및 크기)에 따라 상기 기공확장 제어데이터를 호환하고, 호환된 기공확장 제어데이터를 마이크로파 발생부, 전원부(15) 및 이송라인(14)에 전달하여 마이크로파 장치(10)에 안내된 천연석재(20)를 자동적으로 기공확장단계(S100) 처리할 수 있도록 하여 산업상 이용시 기공확장단계(S100) 처리가 용이한 구성을 할 수 있다.

아울러 본 발명은 마이크로파 장치(10)에 온도측정기를 더 포함하는 구성 및 상기 온도측정기를 제어부(17)와 연동하여 측정된 온도정보를 제어부(17)에 전송하도록 구성가능하다. 이는 마이크로파로 가열되는 천연석재(20)의 표면온도를 지속적으로 측정가능하여 보다 효과적으로 기공확장단계(S100)를 수행가능한 효과를 갖는다. 즉, 종래기술에 의한 천연석재(20)의 기공확장방법은 천연석재(20)의 외부에서부터 내부로 가열시키는 외부가열방식으로 구성되기 때문에 기공확장되는 천연석재(20)의 표면온도를 측정하더라도 정확성이 떨어지거나 천연석재(20) 외부의 가열원으로 인하여 천연석재(20) 내외부 기공의 확장 유무를 정확하게 측정하기 곤란한 문제가 있었지만, 본 발명에 의한 마이크로파를 이용한 천연석재(20) 기공확장단계(S100)는 마이크로파에 의하여 천연석재(20) 내부에서 외부(표면)로 가열되어 천연석재(20) 기공이 확장되기 때문에 마이크로파 장치(10)에 온도측정기를 더 구성하여 천연석재(20) 표면온도를 용이하게 측정가능하고, 측정한 천연석재(20) 온도정보를 통하여 마이크로파에 대한 천연석재(20)의 노출시간(마이크로파 발진시간) 또는 마이크로파의 세기가 미약하여 기공확장이 미흡하거나, 반대로 마이크로파에 대한 천연석재(20)의 노출노출시간(마이크로파 발진시간) 또는 마이크로파의 세기가 강하여 천연석재(20)가 손상될 수 있는 문제를 효과적으로 해결하는 기공확장단계(S100)를 수행가능한 효과가 있다.

상기 방법으로 기공확장단계(S100) 처리한 천연석재(20)는 함침조성물이 수용된 침적조에 침적시켜 함침조성물을 천연석재(20)의 기공에 함침시키는 함침단계(S200) 처리한다. 본 단계의 함침조성물은 기능성 천연석재를 제조하기 위하여 천연석재(20)의 기공에 함침시키는 일반적인 함침조성물을 모두 이용가능하나, 천연석재(20) 기공에 용이하게 함침할 수 있을 정도의 입자 크기와 대부분의 천연석재(20) 구성요소인 Si에 효과적으로 결착되어 제조완료된 기능성 천연석재의 황변현상을 방지하는 등의 내후성을 높일 수 있는 함침조성물이 바람직하다. 이에 본 발명은 에탄올, 메탄올, 아이소프로판올, 에틸아세테이트, 메틸에틸키톤, 아세톤, 부틸아세테이트, 메틸이소부틸키톤, 톨루엔, 이소부탄올, 크실렌 등의 유기 용매 100중량부에 대하여, 에폭시, 우레탄, 아크릴(PMMA), 실리콘, 폴리비닐부탄 중 1종의 폴리머 결합제 1~50중량부를 포함하고; 기능성 물질로써 상기와 같은 유기 용매 100중량부에 대하여, 100~400㎚ 크기의 염료, 무기안료 중 1종 이상을 포함하는 착색제 0.1~15 중량부 및(또는) 은 나노분말, 이산화티타늄 나노분말, 구리 나노분말 등 100~400㎚ 크기의 항균제 0.1~10 중량부 및(또는) 소나무 향, 편백나무 향, 자작나무 향, 대나무 향, 초목 향, 과일 향, 아로마 향 및 라일락 향 등의 발향물질로 구성된 발향제 0.1~20 중량부를 혼합한 함침조성물을 이용하는 것이 바람직하 다.

또한 기공이 확장된 천연석재(20)를 함침조성물이 수용된 침적조에 침적시켜 함침조성물을 천연석재(20)의 기공에 함침시킴에 있어서, 침적조에 수용된 함침조성물을 기공확장단계(S100) 처리된 천연석재(20)와 비슷한 온도인 100~300℃를 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 이는 다음의 표2와 같이 함침조성물의 온도가 기공확장된 천연석재(20)의 온도보다 낮으면 동일시간을 기준하여 함침율이 떨어지고, 이와 반대로 함침조성물의 온도가 기공확장된 천연석재(20)의 온도보다 지나치게 높으면 천연석재의 함침율에는 영향을 미치지 아니하지만, 함침조성물과 천연석재(20)의 온도차에 의하여 함침조성물이 튀는 문제가 발생하기 때문이다. 즉, 함침조성물과 기공확장된 천연석재(20)의 온도가 비슷한 정도이어야 함침조성물과 천연석재(20)의 온도차이로 인한 이질감을 줄일 수 있어 천연석재(20)에 대한 함침조성물의 함침율 및 작업성이 우수해진다.

표2.

아울러 본 발명에 의한 천연석재(20) 기공확장단계(S100)는 표3과 같이 종래 천연석재(20) 기공확장방법에 비하여 효과적으로 천연석재(20) 기공확장이 가능하다. 즉, 종래 천연석재(20) 외부가열방식은 천연석재(20) 기공확장을 위하여 3~24시간 동안 기공확장단계(S100) 처리를 하여야 함에도 불구하고, 본 발명에 의한 기공확장단계(S100) 처리방법은 천연석재의 종류에 따라 상기 온도를 갖는 함침조성물에 천연석재(20)를 10~120분 함침시키면 천연석재(20) 내부까지 기능성 함침조성물이 함침되는 효과를 얻을 수 있다. 강도가 비교적 낮은 천연석재인 세일의 경우, 표3과 동일한 조건으로 실시했을 때 함침율이 100%에 이르는 함침시간은 10분이 소요된다.

표3.

상기 방법으로 함침단계(S200) 처리한 천연석재(20)는 천연석재(20) 기공에 함침된 함침조성물을 천연석재(20)에 고착시키는 건조단계(S300) 처리를 한다. 당업자의 판단에 의하여 본 건조단계(S300) 이전에 함침조성물의 빠른 경화속도를 유도할 수 있는 경화제를 함침단계(S200) 처리된 천연석재(20)에 처리하는 단계를 더 포함하는 것도 가능하나, 천연석재(20) 기공에 함침된 함침조성물을 급속히 경화시키기 위하여 물리-화학적인 처리를 하면 함침조성물이 변형되어 황변현상 또는 함침조성물의 기능성이 떨어질 우려가 발생하므로 본 단계 처리는 함침단계(S200) 처리한 천연석재(20)를 30분 이상의 시간 동안 자연건조시키는 것이 바람직하다.

아울러 건조단계(S300) 처리한 천연석재(20)는 표면연마단계(S400) 처리함으로써, 천연석재(20) 표면에 고착되어 있는 함침조성을 제거하고, 천연석재(20) 표면을 연마하여 착색, 항균, 발향 등의 기능을 갖는 기능성 천연석재를 제조할 수 있다. 다음은 본 발명에 의한 기능성 천연석재 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 기능성 천연석재에 관한 바람직한 실시예이다.

[실시예]

1. 시편 준비

① 가로*세로*두께가 30*30*3㎝ 크기의 화강석(포천석)을 준비한다.

② 함침조성물 준비

- 에탄올 300g, 무기안료(BASF, NEOJAPON) 24g, 라일락향 분말(영국 Fragrance oils사, perfume lilac) 24g, 이산화티타늄(150㎚ 이하의 크기)20g 및 에폭시 60g을 혼합하여 30℃의 온도로 1시간 동안 교반기를 이용하여 교반혼합하여 함침조성물을 준비하여 침적조에 수용된 상태로 200℃로 함침조성물을 유지시킨다.

2. 기공확장단계(S100)

마이크로파 발생부의 마그네트론(11) 발진 주파수를 2.45GHz, 세기를 350KW으로 하고, 이송라인(14)의 속도를 1m/min으로 셋팅한 마이크로파 장치(10)에 상기에서 준비한 화강석을 투입하여 20분간 기공확장단계(S100) 처리한다.

3. 함침단계(S200)

상기 1-②에서 준비한 함침조성물에 기공확장단계(S100) 처리한 화강석을 침적시켜 함침조성물을 화강석 기공에 함침시킨다.

4. 건조단계(S300)

상기 함침단계(S200) 처리된 화강석을 상온에서 1시간 동안 자연건조시킨다.

5. 표면연마단계(S400)

상기 건조단계(S300) 처리된 화강석의 표면을 글라인더를 이용하여 화강석 표면에 고착되어 있는 함침조성물을 제거하고, 화강석 표면을 연마하여 착색, 발향, 항균 기능을 갖는 기능성 천연석재를 제조완료한다.

상기와 같이 본 발명은 착색, 항균, 발향 등의 기능성을 천연석재(20)에 부여하기 위한 기능성 천연석재의 제조방법 및 이를 용하여 제조한 기능성 천연석재에 관한 것으로써, 종래 기능성 천연석재 제조시, 천연석재(20)를 산성 또는 알칼 리성 용액에 담가두어 천연석재(20) 내부에 존재하는 유기물, 철 성분을 용출시켜 기능성을 유도함으로써 함침조성물이 천연석재(20) 내부까지 효과적으로 함침될 수 있도록 하기 위한 공정과 기능성을 갖는 함침조성물이 천연석재(20) 내부에 효과적으로 함침할 수 있도록 하기 위하여 천연석재(20)기공을 확장시키는 공정을 동시에 처리가능한 공정 단계 및 함침조성물을 기공확장된 천연석재(20)에 함침시키는 함침단계(S200)의 처리시간을 단축가능하게 하는 효과가 있고, 상기 제조방법에 의하여 제조된 기능성 천연석재는 착색, 항균, 발향 등의 우수한 기능성을 갖는 효과가 있다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 공정 블럭도.

도 2는 본 발명에 의한 바람직한 실시예 중 마이크로파 장치의 제어 블럭도.

도 3은 본 발명에 의한 바람직한 실시예 중 마이크로파 장치의 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 바람직한 실시예 중 마이크로파 장치의 분리사시도.

도 5는 본 발명에 의한 바람직한 실시예 중 마이크로파 장치의 단면사시도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

S100 : 기공확장단계 S200 : 함침단계

S300 : 건조단계 S400 : 표면연마단계

10 : 마이크로파 장치 11 : 마그네트론

12 : 마그네트론 냉각기 13 : 마이크로파 차단부

13' : 마이크로파 2차 차단부 13" : 마이크로파 차단막

14 : 이송라인 15 : 전원부

16 : 사용자화면(UI) 17 : 제어부

Claims (9)

1. 마이크로파 장치(10)를 이용하여 천연석재(20)의 기공을 확장하는 기공확장단계(S100)와;

   기공확장단계(S100) 처리한 천연석재(20)를 함침조성물이 수용된 침적조에 침적시켜 함침조성물을 천연석재(20)의 기공에 함침시키는 함침단계(S200)와;

   함침단계(S200) 처리한 천연석재(20)를 건조하여 함침조성물을 고착시키는 건조단계(S300)와;

   건조단계(S300) 처리한 천연석재(20) 표면에 고착되어 있는 함침조성을 제거하고, 천연석재(20) 표면을 연마하는 표면연마단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 천연석재 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 마이크로파 장치(10)는 마그네트론(11), 마그네트론 냉각기(12)로 구성된 마이크로파 발생부, 마이크로파 차단부(13), 이송라인(14), 전원부(15), 사용자 화면(UI, 16) 및 제어부(17)를 포함하는 이루어지는 것을 특징으로 하는 기능성 천연석재 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 마이크로파 장치(10)는 온도측정기를 더 포함하여 천연석재(20)의 표면온도를 지속적으로 측정하고, 상기 온도측정기는 제어부(17)와 연동하여 측정된 온도정보를 제어부(17)에 전송하는 것을 특징으로 하는 기능성 천연석재 제조방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제어부(17)는 마이크로파 발생부와 연동하여, 마그네트론(11)에서 발진하는 마이크로파의 주파수, 세기 및 마그네트론 냉각기(12)의 작동을 조절하고;

   이송라인(14)과 연동하여, 기공확장되는 천연석재(20)의 이송속도를 조절하고;

   전원부(15)와 연동하여, 마이크로파 장치(10) 전체 구성에 공급되는 전원을 조절하고;

   사용자 화면(UI, 16)과 연동하여, 작업자의 처리신호를 상기 마이크로파 발생부, 전원부(15) 및 이송라인(14)과 송수신하여 마이크로파의 주파수 및 세기, 천연석재(20)의 종류 및 크기에 따라 기공확장단계(S100)를 제어하는 것을 특징으로 하는 기능성 천연석재 제조방법.
5. 제2항에 있어서,

   상기 마이크로파 발생부의 마그네트론(11)은 2.40~2.47GHz의 주파수를 갖는 마이크로파를 발진하고, 상기 마이크로파 장치(10)에 의하여 기공 확장되는 천연석재(20)는 100~300℃의 표면온도를 갖으며, 5~30분 동안 기공확장단계(S100) 처리되는 것을 특징으로 하는 기능성 천연석재 제조방법.
6. 제4항에 있어서,

   상기 제어부(17)는 천연석재(20)의 종류 및 크기에 따른 마그네트론(11)에서 발진하는 마이크로파의 주파수, 세기 및 마그네트론 냉각기(12)의 작동을 조절하기 위한 제어데이터와;

   기공확장되는 천연석재(20)의 이송속도를 조절하기 위한 제어데이터와;

   마이크로파 장치(10) 전체 구성에 공급되는 전원을 조절하기 위한 제어데이터로 구성되는 기공확장 제어데이터를 더 포함하고, 작업자가 사용자 화면(UI, 16)을 통하여 지시한 천연석재(20)의 종류 및 크기에 따라 상기 기공확장 제어데이터를 호환하고, 호환된 기공확장 제어데이터를 마이크로파 발생부, 전원부(15) 및 이송라인(14)에 전달하여 마이크로파 장치(10)에 안내된 천연석재(20)를 자동적으로 기공확장단계(S100) 처리하는 것을 특징으로 하는 기능성 천연석재 제조방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 2.40~2.47GHz의 주파수를 갖는 마이크로파는 300~400KW의 세기를 갖는 것을 특징으로 하는 기능성 천연석재 제조방법.
8. 제1항에 정의된 방법에 의해 제조된 기능성 천연석재.
9. 삭제

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