KR100985895B1 - 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법 - Google Patents

재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 자기질 바닥 타일의 제조시 재활용원료로서 무기성오니, 분진, 폐도자기편, 폐수처리오니를 포함하되, 무기성오니 25∼44중량%, 분진 5∼15중량%, 폐도자기편 5∼10중량%, 폐수처리오니 1∼3중량%, 도석 10∼15중량%, 칼리장석 10∼20중량%, 고령토 10∼20중량%, 잔부의 천연점토를 습식 미분쇄 후 분무 건조하여 과립형 파우더를 얻는 제토단계; 상기의 과립형 파우더를 유압프레스에서 성형압력 250∼350kg/㎠으로 타일을 성형하는 타일 성형단계; 상기의 성형된 타일을 100∼150℃에서 55∼65분으로 건조하는 건조단계; 상기의 건조된 타일 윗면에 1차 유약을 300∼500gr/㎡의 조건으로 시유한 후 1차 유약이 시유된 윗면에 2차 유약을 400∼800gr/㎡의 조건으로 시유하는 시유단계; 상기의 시유된 타일을 연속 소성가마(roller hearth kiln)에서 100∼1200℃에서 35∼60분 동안 소성하되, 상기 소성온도 중 최고소성온도 1,150∼1,200℃에서 0.5∼5분 동안 유지하는 소성단계;를 포함하는 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법 및 이러한 방법에 의해 제조한 자기질 바닥 타일에 관한 것이다.

Description

재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법{Preparing method of porcelain floor tile using recycling material}
본 발명은 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 자기질 바닥 타일의 제조시 재활용원료로서 무기성오니, 분진, 폐도자기편, 폐수처리오니를 포함하되, 무기성오니 25∼44중량%, 분진 5∼15중량%, 폐도자기편 5∼10중량%, 폐수처리오니 1∼3중량%, 도석 10∼15중량%, 칼리장석 10∼20중량%, 고령토 10∼20중량%, 잔부의 천연점토를 습식 미분쇄 후 분무 건조하여 과립형 파우더를 얻는 제토단계; 상기의 과립형 파우더를 유압프레스에서 성형압력 250∼350kg/㎠으로 타일을 성형하는 타일 성형단계; 상기의 성형된 타일을 100∼150℃에서 55∼65분으로 건조하는 건조단계; 상기의 건조된 타일 윗면에 1차 유약을 300∼500gr/㎡의 조건으로 시유한 후 1차 유약이 시유된 윗면에 2차 유약을 400∼800gr/㎡의 조건으로 시유하는 시유단계; 상기의 시유된 타일을 연속 소성가마(roller hearth kiln)에서 100∼1200℃에서 35∼60분 동안 소성하되, 상기 소성온도 중 최고소성온도 1,150∼1,200℃에서 0.5∼5분 동안 유지하는 소성단계;를 포함하는 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법 및 이러한 방법에 의해 제조한 자기질 바닥 타일에 관한 것이다.
신도시 개발에 따른 고층 건축물, 주거용 아파트, 도로 및 교량공사 등 해체나 신축과정에서 건설폐기물과 건설 이외에 다양한 산업분야에서 여러 가지 폐기물이 대량으로 발생되고 있다. 건설 및 다양한 산업분야에서 발생하는 폐기물 등은 폐기처분을 해야하는 것도 있으나 재활용 가능성이 높은 것도 있다. 그러나 폐기물을 재활용하기 위해서는 여러 가지 처리가 필요하지만 폐기물을 재활용하기 위해서는 여러 문제가 있다. 일예로 건설폐기물의 경우 이물질이 혼합 배출되어 그 자체에 유해성분이 함유될 수 있는 가능성이 높고, 재사용시 유해성분을 제거하기 위한 과정상의 기술적인 어려움, 비용 등과 같은 여러 가지 문제를 가지고 있다.
건설폐기물을 포함한 다양한 폐기물의 재활용 처리에 대한 문제로 인해 아직까지 토양이나 바다에 매립을 통해 폐기물을 처리하고 있는데 바다에의 매립은 바다 환경 오염 문제로 인해 폐기물의 매립이 줄어들고 있으며, 점차적으로 토양 매립지의 부족현상 초래, 막대한 처리비용의 소모 이외에도 폐기물이 매립된 토양의 오염 및 토양의 오염에 따른 수질악화 등 환경오염을 유발할 수 있으며, 무엇보다도 재활용이 가능한 소중한 자원이 버려지고 있는 실정이다.
따라서 폐기물의 효과적인 재활용에 대한 연구가 많이 진행되고 있으나, 상기에서 언급한 폐기물의 재활용에 따른 문제로 인해 효과적인 폐기물에 대한 재활용 방법이 부족한 실정이다.
이에 본 발명은 상기의 폐기물의 재활용을 위해 다양한 방법을 적용한바, 건설폐기물 중의 무기성오니와 타일 제조시 발생되는 폐기물인 폐수처리오니, 분진, 폐도자기편에 대해 재활용에 대한 방법을 모색한바, 이들을 타일 제조시의 원료로 재활용 할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. 따라서 본 발명은 폐기물의 일종인 무기성오니, 폐수처리오니, 분진, 폐도자기편을 재활용하기 위해 무기성오니, 폐수처리오니, 분진, 폐도자기편 등의 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법 및 이러한 방법에 의해 제조한 자기질 바닥 타일을 제공하고자 한다.
한편, 본 발명과 관련된 선행기술로서 한국특허 등록번호 제10-0897418호의 옹기점토와 폐도자기분말을 이용한 건축재 및 그 제조방법에는 폐도자기분말과 파유리 분말을 재활용하는 타일 제조방법이 기술되어 있다. 이러한 파유리는 상당수 업체에서 온도조건을 낮추기 위해 저온에서 융제로 사용되는 원료이며 필요로 하는 수요처도 적지 않은데다 재활용원료 임에도 불구하고 단가 또한 상당히 고가로 분류되므로 낮은 온도의 소성조건에 부합하기 위한 방편으로 사용되어지는 목적이외 단가적인 측면에서는 오히려 증가되는 결과이다. 또한, 파유리의 사용량이 10∼39%로 상당히 큰 비중을 차지함으로 소성과정 중 각 원료의 내화도 편차로 인해 다량의 기포발생 및 부풀림 현상이 발생될 수 있어 소성시간의 증가 및 온도설정 조건도 까다로운 단점이 있다.
한국특허 등록번호 제10-0391089호의 산업폐기물을 이용한 타일의 제조방법에서는 건식법의 제조공정으로 재활용원료인 폐도자기, 폐타일, 폐석고, 각종오니를 이용하여 타일을 제조하는 내용이 기술되어져 있다. 재활용원료로서의 폐도자기나 폐타일은 이미 소결과정이 이루어진 것으로 구성성분들의 반응이 일어난 상태이며, 소결과정에서 결정수와 결합수가 없어진 상태이므로 가소성이 매우 낮아 성형성 및 강도의 저하를 일으키는 문제점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 통상적으로 점력질의 점토 및 벤토나이트, 기타 점력질 원료를 부가적으로 첨가해야 하나 상기의 선행기술에상에서는 언급되지 않고 있으며, 오히려 가소성이 낮은 폐석고 및 각종오니를 주요 구성성분으로 하고 있어 낮은 강도 및 결합력에 의한 성형불량, 성형품의 이송 중 충격에 의한 파손, 시유과정에서 물흡입에 따른 추가적인 강도저하로 깨짐현상등 불안정적 요인을 내포하여 생산적 측면을 고려한다면 부적절하다 할 수 있다.
한국특허 등록번호 제10-0107566호의 제지슬러지 소각재를 이용한 자기질 타일의 제조방법에서는 제지슬러지 소각재를 이용하여 자기질의 타일을 제조하며, 이외 주 구성성분으로 타일 생산함에 있어 필수 원료인 점력질의 점토, 적토, 장석, 도석, 카올린을 사용하였다. 타일을 제조함에 있어 주요 구성성분의 혼합분쇄과정은 원료간의 균일한 혼합 및 적절한 입도를 조절하기 위해 행하여지는 공정이다. 허나, 상기 특허상에 기재된 재활용원료인 제지슬러지는 타원료에 비해 가벼운 중량을 가져 습식분쇄시 첨가된 물에 의해 뜨는 현상이 발생되므로 균일한 혼합이 어려운 단점이 있다. 또한, 제지슬러지 미연소분의 경우 역한 냄새로 인해 작업자들의 거부반응 및 스트레스로 인한 작업능률 저하, 작업환경 저해, 건강상의 문제가 발생될 수 있다.
본 발명의 목적은 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기에서 언급한 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법에 의해 제조한 자기질 바닥 타일을 제공하고자 한다.
본 발명은 무기성오니 25∼44중량%, 분진 5∼15중량%, 폐도자기편 5∼10중량%, 폐수처리오니 1∼3중량%, 도석 10∼15중량%, 칼리장석 10∼20중량%, 고령토 10∼20중량%, 잔부의 천연점토를 습식 미분쇄 후 분무 건조하여 과립형 파우더를 얻는 제토단계; 상기의 과립형 파우더를 유압프레스에서 성형압력 250∼350kg/㎠으로 타일을 성형하는 타일 성형단계; 상기의 성형된 타일을 100∼150℃에서 55∼65분으로 건조하는 건조단계; 상기의 건조된 타일 윗면에 1차 유약을 300∼500gr/㎡의 조건으로 시유한 후 1차 유약이 시유된 윗면에 2차 유약을 400∼800gr/㎡의 조건으로 시유하는 시유단계; 상기의 시유된 타일을 연속 소성가마(roller hearth kiln)에서 100∼1200℃에서 35∼60분 동안 소성하되, 상기 소성온도 중 최고소성온도 1,150∼1,200℃에서 0.5∼5분 동안 유지하는 소성단계;를 포함하는 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법에 의해 제조한 자기질 바닥 타일제공할 수 있다.
본 발명은 폐기물로 매립 처리되는 폐자원을 고비율 적용함으로써 자원의 재활용을 통한 원자재 구입비용의 절감, 토양 및 수질오염 방지, 매립됨으로 인해 발생되는 막대한 처리비용의 절감, 한정된 무기광물을 절약함과 아울러 재활용원료의 물성을 검토하여 적정비율 사용함으로써 일반타일보다 뛰어난 품질의 자기질 바닥 타일 제조방법 및 이러한 방법에 의해 제조한 자기질 바닥 타일을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 재활용원료를 이용하여 제조한 자기질 바닥 타일의 예시도로서, 도 1에서 a는 자기질 바닥 타일의 유약층이고, b는 자기질 바닥 타일의 소지층이다.
도 2는 본 발명에 따른 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조 공정도이다.
도 3은 본 발명에 사용된 재활용원료 중 폐도자기편, 분진, 폐수처리오니가 발생되는 공정을 나타낸 도식도이다.
본 발명은 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법을 나타낸다.
본 발명은 자기질 바닥 타일의 원료를 미분쇄 후 분무 건조하여 과립형 파우더를 얻는 제토단계; 상기의 과립형 파우더로부터 타일을 성형하는 타일 성형단계; 상기의 타일 성형단계에서 얻은 타일 성형품을 건조하는 단계; 상기의 건조한 타일 성형품의 윗면에 유약을 시유하는 유약 시유단계; 및 상기의 유약이 표면에 시유된 타일 성형품을 소성하여 타일 완제품을 얻을 수 있는 소성단계를 포함하는 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법을 나타낸다.
본 발명은 무기성오니 25∼44중량%, 분진 5∼15중량%, 폐도자기편 5∼10중량%, 폐수처리오니 1∼3중량%, 도석 10∼15중량%, 칼리장석 10∼20중량%, 고령토 10∼20중량%, 잔부의 천연점토를 습식 미분쇄 후 분무 건조하여 과립형 파우더를 얻는 제토단계; 상기의 과립형 파우더를 유압프레스에서 성형압력 250∼350kg/㎠으로 타일을 성형하는 타일 성형단계; 상기의 성형된 타일을 100∼150℃에서 55∼65분으로 건조하는 건조단계; 상기의 건조된 타일 윗면에 1차 유약을 300∼500gr/㎡의 조건으로 시유한 후 1차 유약이 시유된 윗면에 2차 유약을 400∼800gr/㎡의 조건으로 시유하는 시유단계; 및 상기의 시유된 타일을 연속 소성가마(roller hearth kiln)에서 100∼1200℃에서 35∼60분 동안 소성하되, 상기 소성온도 중 최고소성온도 1,150∼1,200℃에서 0.5∼5분 동안 유지하는 소성단계를 포함하는 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법을 나타낸다(도 2 참조).
본 발명에서 자기질 바닥 타일의 원료 성분 중 일부는 폐기물로부터 재활용하여 얻은 재활용원료를 사용할 수 있다.
본 발명에서 자기질 바닥 타일의 원료 성분 중 일부는 폐기물로부터 재활용하여 얻은 재활용원료로서 무기성오니, 분진, 폐도자기편 및/또는 폐수처리오니를 사용할 수 있다.
상기에서 무기성오니는 건설폐기물을 골재로 재생시, 무기광물 원석의 처리시 또는 토사석의 처리시 발생하는 각각의 오수 혹은 탁수를 침전조로 이송시켜 침전시킨 후 침전물을 필터프레스로 보내 탈수과정을 거친 후 고상 케이크(cake) 형태로 처리한 것을 사용할 수 있다. 이때 무기성오니는 Al2O3 함량이 10∼20중량％, Fe2O3 함량이 5∼15중량％, MgO 함량이 5∼10중량％, CaO 함량이 5∼10중량％, K2O 함량이 1∼5중량％, Na2O 함량이 1∼5중량％, TiO2 함량이 0.1∼1.5중량％ 및 잔부의 SiO2가 함유된 것을 사용할 수 있다.
상기에서 분진은 타일 제조시 제토단계에서 얻은 과립형 파우더가 이송과정 및 타일 제조 공정상에서 유실된 것을 포집한 것을 사용할 수 있다(도 3 참조). 이때 분진은 Al2O3 함량이 15∼25중량％, Fe2O3 함량이 1∼5중량％, MgO 함량이 1∼3중량％, CaO 함량이 1∼5중량％, K2O 함량이 1∼5중량％, Na2O 함량이 1∼5중량％, TiO2 함량이 0.1∼1.5중량％ 및 잔부의 SiO2가 함유된 것을 사용할 수 있다.
상기에서 폐도자기편은 소성과정을 거친 타일 완제품 중 품질검사에 미달되어 폐기처리된 것을 사용할 수 있다(도 3 참조). 이때 폐도자기편은 Al2O3 함량이 15∼25중량％, Fe2O3 함량이 1∼5중량％, MgO 함량이 1∼3중량％, CaO 함량이 1∼5중량％, K2O 함량이 1∼5중량％, Na2O 함량이 1∼5중량％, TiO2 함량이 0.1∼1.5중량％ 및 잔부의 SiO2가 함유된 것을 사용할 수 있다.
상기에서 폐수처리오니는 타일 제조시 유약을 도포하는 시유공정 중 유실된 유약을 물로 씻어 폐수처리장으로 보내진 후 응집침전제인 소석회를 이용하여 유실된 유약을 침전시킨 후 필터프레스로 이송하여 고상 케이크(cake) 형태로 처리한 것을 사용할 수 있다(도 3 참조). 이때 폐수처리오니는 Al2O3 함량이 10∼20중량％, Fe2O3 함량이 1∼5중량％, MgO 함량이 1∼3중량％, CaO 함량이 5∼15중량％, K2O 함량이 1∼5중량％, Na2O 함량이 1∼5중량％, TiO2 함량이 0.1∼1.5중량％ 및 잔부의 SiO2가 함유된 것을 사용할 수 있다.
상기의 시유단계에서 1차 유약은 칼리장석 10∼20중량％, 규석 10∼15중량％, 고령토 15∼20중량％, 지르코늄실리케이트 10∼15중량％ 및 잔부의 프리트(Frit)를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기의 시유단계에서 2차 유약은 칼리장석 10∼20중량％, 규석 10∼15중량％, 고령토 10∼15중량％, 지르코늄실리케이트 5∼10중량％, 석회석 10∼15중량％, 아연화 5∼15중량% 및 잔부의 프리트(Frit)를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기에서 시유단계를 거친 타일은 소성 단계를 거쳐서 자기질 바닥 타일을 제조할 수 있다.
상기에서 시유단계를 거친 타일은 연속 소성가마(roller hearth kiln)에서 100∼1200℃에서 35∼60분 동안 소성하되, 상기 소성온도 중 최고소성온도 1,150∼1,200℃에서 0.5∼5분 동안 유지하는 소성단계를 거쳐서 자기질 바닥 타일을 제조할 수 있다.
본 발명의 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법은 상기의 시유단계에서 2차 시유 후 2차 유약 페이스트를 24HD∼170T 망사규격으로 실크스크린으로 인쇄하거나 또는 로토컬러(ROTO COLOR) 프린트 머신으로 인쇄하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다. 이때 24HD∼170T 망사규격에서 숫자는 길이 1cm안의 실의 수이고, HD는 실의 굵기로서 38미크론(㎛), T는 실의 굵기로서 33미크론(㎛)을 의미한다.
이하 본 발명의 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 자기질 바닥 타일 제조시 사용되는 원료 중에서 재활용원료의 하나인 무기성오니는 단미물성결과에서와 같이 내화도가 낮아 기존 장석 대체가 가능하며, 내화도가 높은 타배합 원료의 융제재로 폐수처리오니와 더불어 열간 하중범위를 넓혀주고, 치수 및 흡수율의 편차를 줄인다. 또한, 소성시 용융하여 강한 융체를 형성하며, 소성체의 결정립사이의 입계에 들어가 기공제거 및 타배합원료와의 결속력을 높이는 바인더(binder) 역할을 한다.
본 발명에 따른 자기질 바닥 타일 제조시 사용되는 원료 중에서 재활용원료의 하나인 폐도자기편은 소결과정을 거쳐 결합수와 결정수가 없어진 상태로 타 원료의 소결수축을 억제하는 특성 이외에 표면 처리된 유약에 의해 소성온도를 감소시키는 역할을 하게 된다.
본 발명에 따른 자기질 바닥 타일 제조시 사용되는 원료 중에서 재활용원료의 하나인 분진은 타일 생산을 위한 제토단계에서 제조된 과립형 파우더가 이송과정 및 공정상에서 유실되어 포집된 것으로 과립형 파우더와 동일한 물성을 가진다.
본 발명에 따른 자기질 바닥 타일 제조시 사용되는 원료 중에서 상기의 재활용원료 이외의 성분으로서 무기광물인 천연점토 및 도석은 가소성을 부여하여 타일 성형시 점력 부족으로 인한 크랙의 발생을 방지하고, 내화도 조정 기능을 통해 타일변형을 방지한다. 칼리장석은 K2O의 함유량이 7% 이상, 바람직하게는 K2O의 함유량이 7∼15%의 것을 사용하여 소성시간이 짧은 신속소성로(roller hearth kiln)에서 열간 하중범위를 넓혀주는 역할을 한다. 고령토는 알루미나(Al2O3)의 함유량이 30% 이상, 바람직하게는 30∼40%의 것을 사용하여 타일 소지의 열팽창계수와 자유규석(Free SiO2)을 낮춤으로써 유약을 입혔을 때 볼록하게 휘어지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 자기질 바닥 타일 제조시 타일 재료는 건조중량을 기준으로 무기성오니 25∼44중량%, 분진 5∼15중량%, 폐도자기편 5∼10중량%, 폐수처리오니 1∼3중량%, 도석 10∼15중량%, 칼리장석 10∼20중량%, 고령토 10∼20중량% 및 잔부의 천연점토를 포함하는 자기질 바닥 타일의 소지로 구성할 수 있다. 이때 잔부의 천연점토 의미는 본 발명의 자기질 바닥 타일 제조시 타일 재료 성분인 무기성오니, 분진, 폐도자기편, 폐수처리오니, 도석, 칼리장석, 고령토의 함량을 더한 수치가 100에서 모자란 경우 모자란 만큼의 함량을 사용할 수 있음을 의미한다. 일예로 본 발명의 자기질 바닥 타일 제조시 타일 재료 성분인 무기성오니 25중량%, 분진 5중량%, 폐도자기편 5중량%, 폐수처리오니 1중량%, 도석 10중량%, 칼리장석 10중량%, 고령토 10중량%를 사용하였다면 천연점토는 44중량%를 사용할 수 있다는 의미이다.
본 발명의 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법은 싱글(single)소성 건식성형방식에 의해 제조할 수 있으며, 이를 도 2를 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2의 제조공정도에 의해 제조하는 본 발명의 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법은 우선 재활용원료 사용의 편리성을 위해 수거된 폐도자기편의 일정입도를 갖도록 하는 파쇄과정과 폐수처리오니를 고상 케이크 형태로 만들기 위해 침전물을 필터프레스로 처리하는 탈수과정의 가공단계, 제토단계에서 타일제조공정에서 발생되는 산업폐기물인 폐도자기편; 분진; 폐수처리오니; 건설폐기물을 순환골재로 재활용하는 가공공정과 무기광물 원석, 토사석을 이용하여 건설재료인 5∼20mm 사이의 골재와 5mm 이하, 바람직하게는 0.1∼5mm의 잔골재(모래)를 생산하는 가공공정에서 발생된 무기성오니; 상기 폐도자기편, 분진, 폐수처리오니 및 무기성오니의 재활용원료 이외에 천연점토; 칼리(K2O)의 함유량이 7% 이상, 바람직하게는 7∼15%을 함유하는 장석; 도석; 알루미나(Al2O3) 함유량이 30% 이상, 바람직하게는 30∼60%을 함유하는 고령토를 상기에서 언급한 함량으로 평량하여 미분쇄를 위해 볼밀(Ball Mill)에 물과 함께 넣어 가동시킨다. 이때 생성 슬립의 비중은 1.5∼1.8 정도로 하며, 잔사율은 3∼5%(230mesh 기준)로 한다. 이때 잔사율을 3% 이하로 낮게 하면 소성과정에서 수축율이 커지며, 변형이 쉽게 발생됨으로 적합하지 않다. 이 슬립을 1일 이상 숙성한 후에 분무건조기(Spray dryer)에서 함수분 5.6∼6.4%, 대립(0.5mm)입도가 15% 이하, 바람직하게는 5∼15%, 미립(0.08mm)입도가 3% 이하, 바람직하게는 1∼3%로 되는 과립 파우더를 제조한다. 과립 파우더를 제조 후 실온(room temperature)에서 1일 이상, 바람직하게는 1∼3일 숙성할 수 있다.
이어 건식성형 단계에서 상기 과립형 파우더를 유압프레스에서 실 성형압력 250∼350kg/㎠범위로 성형한다.
이어 건조단계에서 건식성형된 성형품을 건조기(Vertical Dryer 또는 Mangle Dryer)에서 건조온도 100∼150℃, 건조시간 55∼65분간 건조한다.
본 발명에 따른 자기질 바닥 타일 제조시 상기에서 언급한 타일의 원료로 성형한 타일 소지에 유약을 시유할 수 있는데, 이때 타일 소지에 유약의 시유단계에서 1차 유약 및 2차 유약을 도포할 수 있다.
상기의 시유단계에서 1차 유약으로는 프리트(Frit), 칼리장석, 규석, 고령토, 지르코늄실리케이트로 이루어진 것을 엔고베유약(engobe glaze)을 시유하고, 상기 1차 유약의 시유후에 1차 유약이 시유된 표면 위에 2차 유약으로 프리트(Frit), 칼리장석, 규석, 석회석, 고령토, 아연화, 지르코늄실리케이트로 이루어진 것을 커버유약(cover glaze)을 시유할 수 있다.
상기의 시유단계에서 1차 유약은 칼리장석 10∼20중량％, 규석 10∼15중량％, 고령토 15∼20중량％, 지르코늄실리케이트 10∼15중량％ 및 잔부의 프리트(Frit)를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기의 시유단계에서 2차 유약은 칼리장석 10∼20중량％, 규석 10∼15중량％, 고령토 10∼15중량％, 지르코늄실리케이트 5∼10중량％, 석회석 10∼15중량％, 아연화 5∼15중량% 및 잔부의 프리트(Frit)를 포함하는 것을 사용할 수 있다.
상기의 시유단계에서 건조된 성형품 윗면에 유약을 도포하게 된다. 유약 도포단계는 1차 엔고베유약(engobe glaze)을 300∼500gr/㎡시유하고, 2차 무광택유약(matt glaze) 또는 광택유약(Opaque 및 transparant glaze)을 400∼800gr/㎡ 시유할 수 있다.
상기의 1차 유약의 역할은 1)타일이 물을 흡수하여 타일 소지의 색상을 나타나게 하는 물베임 현상 억제, 2)열팽창 등에 기인한 변형 조절, 3)타일 소지와 2차 유약의 중간층 형성 개념으로 타일의 내균열성에 대한 저항력 증가, 4)타일 소지의 표면을 평활하게 한다.
상기의 2차 유약의 경우에는 후술하는 소성과정을 거치면서 유리상을 형성하여 1)타일 소지를 액체 및 기체에 대하여 불투과성으로 만들며, 2)타일 소지 표면에 피막을 형성하여 아름다움을 주는 동시에 강도를 증가시키며, 3)타일 소지의 오염 방지 및 오염될 경우 쉽게 오염물질을 제거, 4)타일 소지와 반응하여 유약과 타일 소지를 일체화시키도록 하여 준다.
이어 소성단계에서 상기 시유제품을 콘테이너에 임시 보관후 연속소성가마에서 최고소성온도 1,150∼1,200℃ 및 최고온도 유지시간 0.5∼5분, 총 소성시간 35∼60분 조건에서 소성시킨다.
한편, 본 발명의 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일 제조시 상기의 소성단계 이전에 2차 시유 후에 프리트(Frit), 무기안료, 카올린으로 구성된 유약 페이스트를 실크스크린 또는 로토컬러 프린트로 인쇄하여 자기질 바닥 타일을 제조할 수 있다. 일예로 유약 페이스트를 망사규격(24HD∼170T)을 선정하여 인쇄하거나 또는 로또컬러(ROTO COLOR) 프린트로 인쇄하여 수행할 수 있다.
본 발명의 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법에 대해 다양한 조건으로 실시한바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기에서 언급한 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법에 의해 제조한 자기질 바닥 타일을 포함한다.
이하 본 발명의 내용을 제조예, 실험예, 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예>
본 발명의 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일 제조시 재활용원료로서 무기성오니, 분진, 폐도자기편, 폐수처리오니를 하기와 같은 방법에 의해 얻었다.
무기성오니는 건설폐기물을 골재로 재생시, 무기광물 원석의 처리시 또는 토사석의 처리시 발생하는 각각의 오수 및 탁수를 침전조로 이송시켜 침전시킨 후 침전물을 필터프레스로 보내 탈수과정을 거친 후 고상 케이크(cake) 형태로 처리한 것으로, 무기성오니의 특성은 하기 표 1에 나타내었다.
분진은 타일 제조시 제토단계에서 얻은 과립형 파우더가 이송과정 및 타일 제조 공정상에서 유실된 것을 포집한 것으로 하기 표 1에 기재된 특성을 가지는 것으로, 분진의 특성은 하기 표 1에 나타내었다.
폐도자기편은 소성과정을 거친 타일 완제품 중 품질검사에 미달되어 폐기처리된 것으로 하기 표 1에 기재된 특성을 가지는 것으로, 폐도자기편의 특성은 하기 표 1에 나타내었다.
폐수처리오니는 타일 제조시 유약을 도포하는 시유공정 중 유실된 유약을 물로 씻어 폐수처리장으로 보내진 후 응집 침전제인 석회석을 이용하여 유실된 유약을 침전시킨 후 필터프레스로 이송하여 고상 케이크(cake) 형태로 처리한 것으로, 폐수처리오니의 특성은 하기 표 1에 나타내었다.
재활용원료 성분 특성(단위:중량％)
구분 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2O Na2O TiO2
폐도자기편 68.61 19.36 3.57 1.20 3.89 2.76 2.19 0.42
분진 66.42 19.95 3.80 1.60 3.37 2.67 1.72 0.47
폐수처리오니 67.94 14.49 1.02 2.05 9.39 3.03 1.59 0.49
무기성오니 55.34 16.04 9.06 7.67 7.14 2.26 1.75 0.74
<실험예>
본 발명의 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일 제조시 재활용원료의 하나인 무기성오니의 단미물성 비교를 위해 당사에서 사용중인 소다장석과 같이 비교 확인하고 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다(소성조건은 1,170∼1,180℃에서 송차시간 42분 적용).
무기성오니의 특성
구 분 소성수축율(%) 감열감량(%) 흡수율(%)
소다 장석 -12.72 1.55 0.27
무기성오니 -10.54 3.95 0.26
* 상기 표 2의 무기성오니는 건설폐기물을 골재로 재생시, 무기광물 원석의 처리시 또는 토사석의 처리시 발생하는 각각의 오수 및 탁수를 침전조로 이송시켜 침전시킨 후 침전물을 필터프레스로 보내 탈수과정을 거친 후 고상 케이크(cake) 형태로 처리한 것으로 상기 표 1의 특성을 지닌 것을 사용하였다.
재활용원료를 장석 대체품으로의 적합성 여부 판별을 위해 당사에서 사용중인 소다장석과 물성비교를 실시하였으며, 상기 결과에서 소다장석과 무기성오니의 단미물성결과 수축율상의 차이는 있으나, 흡수율 결과값에서 보듯이 내화도가 낮은 소다장석과 비교하여 유사하게 나타나므로 무기성오니는 타일의 원료로서 장석 원료의 대체품으로 적합함을 알 수 있다.
<실시예 1>
건조 중량을 기준으로 무기성오니 25중량%, 분진 9중량%, 폐도자기편 5중량%, 폐수처리오니 1중량%, 칼리장석 14%중량%, 도석 14중량%, 고령토 14중량%, 천연점토 18중량%의 원료를 평량한 다음 습식 미분쇄를 위해 원료를 물과 함께 볼밀에 넣고 분쇄시켜 비중 1.72, 잔사율 4.64%(230mesh 기준)로 분쇄물 슬립을 만든 다음 이를 스프레이 드라이어에서 파우더 함수분 5.6%, 파우더 대립입도(0.5㎜이하) 12.2%, 미립입도(0.08㎜이하) 1.5%로 하는 과립형 파우더를 제조하고 이를 실온에서 1일 동안 숙성하였다.
다음 건식 성형단계에서 상기의 과립형 파우더를 유압프레스에서 실 성형압력 280kg/㎠의 압력으로 가압하여 296㎜×296㎜×8㎜ 규격으로 건식 성형하였다.
다음 건조단계에서 성형품 내부에 포함되어 있는 수분을 건조시키기 위해 건식성형된 성형품을 온도 100℃, 60분간 건조하였다.
다음 시유단계에서 건조된 성형품 윗면에 칼리장석 15중량％, 규석 12.5중량％, 고령토 17.5중량％, 지르코늄실리케이트 12.5％ 및 프리트(Frit) 42.5중량％로 이루어진 1차 엔고베유약(engobe glaze)을 400gr/㎡시유하고, 칼리장석 12.5중량％, 규석 12.5중량％, 고령토 12.5중량％, 지르코늄실리케이트 7.5중량％, 석회석 12.5중량％, 아연화 10중량% 및 프리트(Frit) 32.5중량％으로 이루어진 2차 무광택유약(matt glaze)을 600gr/㎡ 시유하였다.
다음 소성단계에서 소성온도 900℃에서 총 소성시간 42분으로 소성하되, 상기 소성시간 중에서 최고소성온도 1,182℃에서 최고소성온도 유지시간 2분이 되도록 소성을 하여 자기질 바닥 타일을 제조하였다.
상기에서 무기성오니, 분진, 폐도자기편, 폐수처리오니는 상기 제조예에서 얻은 것을 사용하였다.
<시험예 1>
상기 실시예 1에서 제조된 자기질 바닥 타일에 대한 물리적성질, 유해물질용출유무에 대한 분석과 시중에 유통되는 타업체 제품과의 물성비교를 실시하였으며, 그 결과는 하기 표 3 내지 표 6에 나타내었다.
재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 물리적성질
치 수
(mm)		 두께
(mm)		 소성강도
(kg/cm2)		 수축율
(%)		 강열감량
(%)		 흡수율(%)
196×396 8.7 423 -7.95 3.50 1.99
재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 물리적성질
열팽창계수
(×10-7)		 Free SiO2
(%)		 내마모성
(마모감량,g)		 내균열성 내동해성
(-20℃,10회,80hr)
227.86 13.29 0.01 이상없음 이상없음
재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 유해물질 용출 분석결과
시험 항목 단 위 결 과 시 험 방 법
Pb ㎎/L 미검출 폐기물공정시험기준(환경부고시 제2008-96호)
Cd ㎎/L 미검출 폐기물공정시험기준(환경부고시 제2008-96호)
Cr6+ ㎎/L 미검출 폐기물공정시험기준(환경부고시 제2008-96호)
Cu ㎎/L 미검출 폐기물공정시험기준(환경부고시 제2008-96호)
Hg ㎎/L 미검출 폐기물공정시험기준(환경부고시 제2008-96호)
As ㎎/L 미검출 폐기물공정시험기준(환경부고시 제2008-96호)
CN- ㎎/L 미검출 폐기물공정시험기준(환경부고시 제2008-96호)
상기 표 5의 유해물질 용출 결과는 한국건자재시험연구원에 의뢰하여 시험한 결과이며, 수거과정 중 이물질혼합에 의해 유해성분 함유 가능성이 높은 건설폐기물을 사용한 본 발명의 재활용 자기질 바닥 타일에 대한 유해성분은 검출되지 않음을 확인할 수 있었다.
재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일과 타업체 제품과의 물성비교
구분 치 수
(mm)		 두께
(mm)		 꺾임강도
(kg/cm2)		 흡수율
(%)		 내균열성 미끄럼저항성
실시예 1 296×296 8.0 213 1.47 이상없음 dry : 0.76
wet : 0.74
삼영사 바닥타일 297×297 8.0 160 2.40 이상없음 dry : 0.76
wet : 0.66
삼현사 바닥타일 298×298 8.0 192 0.21 이상없음 dry : 0.68
wet : 0.62
태영사 바닥타일 298×298 8.0 154 1.99 이상없음 dry : 0.64
wet : 0.43
상기 표 6에서처럼 본 발명의 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일과 시중에 유통중인 타업체 제품과의 품질비교에서 꺾임강도가 213kg/cm2로 가장 높은 값을 보였으며, 흡수율 또한 타사 제품에 비해 낮아 소결도가 좋은 것을 알 수 있다. 미끄럼저항성 결과치도 높게 나타나 재활용원료를 사용함에도 불구하고 전체적인 물성면에서 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.
<실시예 2>
소성단계 이전 2차 무광택 유약으로 2차 시유 후 무기안료가 첨가된 유약페이스트를 로토컬러 프린트 머신에서 인쇄하는 단계를 추가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일을 제조하였다.
<실시예 3>
소성단계 이전 2차 무광택 유약으로 2차 시유 후 2차 유약 페이스트를 24HD∼170T 망사규격으로 실크스크린으로 인쇄하는 단계를 추가하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일을 제조하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 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 발명은 매립 처리되어 버려지는 폐도자기편, 분진, 폐수처리오니, 무기성오니와 같은 폐기물을 재활용하여 고품질 및 유해물질이 검출되지 않는 인체에 무해하며, 환경친화적인 자기질 바닥 타일을 얻을 수 있다. 또한, 폐기물의 재활용 적용비율을 높임으로써 폐자원의 효과적인 활용을 통한 원자재 구입비용 절감으로 인한 경제적 이익, 한정된 무기광물을 절약할 수 있으며, 매년 증가되는 폐기물의 막대한 처리비용의 절감과 매립부지 부족현상 해소, 환경오염 방지효과로 인한 지역경제발전과 환경보존에 큰 기여를 할 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (5)

  1. 무기성오니 25∼44중량%, 분진 5∼15중량%, 폐도자기편 5∼10중량%, 폐수처리오니 1∼3중량%, 도석 10∼15중량%, 칼리장석 10∼20중량%, 고령토 10∼20중량%, 잔부의 천연점토를 습식 미분쇄 후 분무 건조하여 과립형 파우더를 얻는 제토단계;
    상기의 과립형 파우더를 유압프레스에서 성형압력 250∼350kg/㎠으로 타일을 성형하는 타일 성형단계;
    상기의 성형된 타일을 100∼150℃에서 55∼65분으로 건조하는 건조단계;
    상기의 건조된 타일 윗면에 1차 유약을 300∼500gr/㎡의 조건으로 시유한 후 1차 유약이 시유된 윗면에 2차 유약을 400∼800gr/㎡의 조건으로 시유하는 시유단계,
    상기의 시유된 타일을 연속 소성가마(roller hearth kiln)에서 100∼1200℃에서 35∼60분 동안 소성하되, 상기 소성온도 중 최고소성온도 1,150∼1,200℃에서 0.5∼5분 동안 유지하는 소성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 무기성오니는 건설폐기물을 골재로 재생시, 무기광물 원석의 처리시 또는 토사석의 처리시 발생하는 각각의 오수 혹은 탁수를 침전조로 이송시켜 침전시킨 후 침전물을 필터프레스로 보내 탈수과정을 거친 후 고상 케이크(cake) 형태로 처리한 것이고;
    분진은 타일 제조시 제토단계에서 얻은 과립형 파우더가 이송과정 및 타일 제조 공정상에서 유실된 것을 포집한 것이고;
    폐도자기편은 소성과정을 거친 타일 완제품 중 품질검사에 미달되어 폐기처리된 것이고;
    폐수처리오니는 타일 제조시 유약을 도포하는 시유공정 중 유실된 유약을 물로 씻어 폐수처리장으로 보내진 후 응집 침전제인 석회석을 이용하여 유실된 유약을 침전시킨 후 필터프레스로 이송하여 고상 케이크(cake) 형태로 처리한 것 임을 특징으로 하는 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 1차 유약은 칼리장석 10∼20중량％, 규석 10∼15중량％, 고령토 15∼20중량％, 지르코늄실리케이트 10∼15중량％ 및 잔부의 프리트(Frit)를 포함하는 것이며;
    2차 유약은 칼리장석 10∼20중량％, 규석 10∼15중량％, 고령토 10∼15중량％, 지르코늄실리케이트 5∼10중량％, 석회석 10∼15중량％, 아연화 5∼15중량% 및 잔부의 프리트(Frit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 시유단계에서 2차 시유 후 2차 유약 페이스트를 24HD∼170T 망사규격으로 실크스크린으로 인쇄하거나 또는 로토컬러(ROTO COLOR) 프린트 머신으로 인쇄하는 단계를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용원료를 이용한 자기질 바닥 타일의 제조방법.
  5. 청구항 제1항 내지 제4항 중에서 선택된 어느 한 항의 방법에 의해 제조한 자기질 바닥 타일.
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