KR101073315B1 - 인조석 조성물 및 인조석 제조 방법 - Google Patents

Abstract

인조석을 제조하는 방법으로서, 시멘트 100 중량부, 규석 20~90 중량부, 석영 200~300 중량부, 물 30~36 중량부, 감수제 1.5~3 중량부, 안료 0.2~3 중량부로 구성되는 인조석 페이스트를 생성하는 단계; 인조석 페이스트를 몰드에 투입하는 단계; 몰드에 투입된 인조석 페이스트를 진공 성형하는 제1차 성형 단계; 제1차 성형된 인조석 페이스트를 진공 및 진동 성형하는 제2차 성형 단계; 제2차 성형된 인조석 페이스트를 증기 양생하는 제1차 양생 단계; 제1차 양생된 인조석 페이스트에 수열반응을 유도하여 포졸란 반응이 일어나게 하는 제2차 양생 단계; 제2차 양생된 인조석 페이스트를 몰드에서 탈형하는 단계; 및 탈형된 인조석 페이스트를 표면 가공하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

인조석 조성물 및 인조석 제조 방법{ARTIFICIAL STONE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 인조석에 관한 것으로, 상세하게는 석영을 사용한 인조석 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

인조석이란 천연석에 반대되는 석재로서, 인위적으로 제작된 석재를 말한다. 이러한 인조석은 인조 대리석, 인조 화강암 등이 있으며, 주로 건축용 내장재 또는 외장재로 사용된다.

현재 사용되는 인조석 중에서 가장 대표적인 것은 시멘트계 인조석이다. 시멘트계 인조석은 저렴한 가격으로 생산할 수 있기 때문에 건축용 내장재로 널리 사용되고 있다.

도1은 종래의 시멘트계 인조석을 제조하는 과정을 도시하고 있다. 도1에 도시한 바와 같이, 종래의 시멘트계 인조석은 백시멘트 또는 흑시멘트, 종석, 탄석 또는 규석분, 감수제, 안료, 물 등을 포함하는 인조석 페이스트를 생성하고(S11), 그 생성된 인조석 페이스트를 몰드에 투입한 후(S12), 진공 성형(S13), 진공 및 진동 성형(S14)을 거치며, 성형된 인조석 페이스트는 증기 양생의 과정을 더 거치게 된다(S15). 양생이 완료된 인조석 페이스트는 몰드에서 탈형된 후, 연마 및 표면 가공됨으로써, 제품으로서의 인조석이 완성된다.

시멘트계 인조석은 화강석이나 기타의 종석을 분쇄한 것이나, 또는 소량의 거울이나 유리칩을 넣어서 그 외관을 표현하고 있지만, 테라죠 느낌을 탈피하기가 어렵고, 고급스런 엔지니어링 스톤의 외관을 표현하는 것이 쉽지 않다.

시멘트계 인조석의 외관을 미려하게 표현하는데, 석영의 사용이 요구되고 있다. 그런데, 석영을 사용하는 경우, 석영은 그 강도가 너무 강해 석영이 인조석 밖으로 빠지는 경우가 발생한다. 또한, 빠지는 문제를 해결하기 위해 석영의 입경을 4 mm 이하로 하면, 강도가 나빠지고 미세 균열이 발생할 뿐 아니라, 빠지는 문제도 만족할 만큼 해결되지는 않는다. 그 결과, 2.5 mm 이하의 입경을 갖는 석영을 시멘트계 인조석의 외관 표현용으로 사용하는 것이 현재로서는 사실상 불가능하다.

본 발명은 이러한 종래의 인조석 제조에서 석영을 사용하는데 따른 제조상 문제를 해결하기 위한 것으로, 4 mm 이하의 석영을 사용하더라도 석영칩과 다른 조성물 사이의 응집도를 강화시켜 석영이 빠지는 것을 차단하고, 또한 인조석의 밀도를 높이며, 굴곡강도와 흡수율을 개선함으로써, 전체적으로 인조석의 품질을 높일 수 있는, 인조석 조성물 및 그러한 인조석을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

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본 발명에 따른 인조석 제조 방법은, 시멘트 100 중량부에 대하여, 규석, 메타카올린 또는 실리카퓸 20~90 중량부, 석영 200~300 중량부, 물 30~36 중량부, 감수제 1.5~3 중량부, 안료 0.2~3 중량부를 포함하는 인조석 페이스트를 생성하는 단계; 인조석 페이스트를 몰드에 투입하는 단계; 몰드에 투입된 인조석 페이스트를 진공 성형하는 제1차 성형 단계; 제1차 성형된 인조석 페이스트를 진공 및 진동 성형하는 제2차 성형 단계; 제2차 성형된 인조석 페이스트를 증기 양생하는 제1차 양생 단계; 제1차 양생된 인조석 페이스트에 수열반응을 유도하여 포졸란 반응이 일어나게 하는 제2차 양생 단계; 제2차 양생된 인조석 페이스트를 몰드에서 탈형하는 단계; 및 탈형된 인조석 페이스트를 표면 가공하는 단계를 포함한다.

제1차 성형 단계는 70 mmHg 이하의 진공에서 50~60 초 동안 성형할 수 있다.

제2차 성형 단계는 65 mmHg 이하의 진공에서 분당 2900~3100 싸이클의 진동수로, 1~4 분 동안 성형할 수 있다.

제2차 양생 단계는 6.0~10.0 bar 및 150~180 ℃에서 5~10 시간 동안 양생할 수 있다.

석영은 0.3~4.0 mm의 입경을 가질 수 있으며, 0.7~1.2 mm의 입경을 가지는 것이 바람직하다.

석영 200~300 중량부에는 화강석이나 일반 종석이 일부 포함될 수 있다.

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이러한 구성을 갖는 본 발명의 인조석 페이스트 조성물 및 인조석 제조 방법에 의하면, 시멘트계 인조석을 제조하는데 4 mm 이하의 석영을 사용하더라도 석영칩과 다른 조성물 사이의 응집도가 강화되어 석영이 빠지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 미려한 외관을 표현할 수 있는 작은 입경의 석영을 시멘트계 인조석의 제조에서 단독의 종석으로 사용할 수 있게 됨으로써, 엔지니어링 스톤 외관을 갖는 인조석을 저렴한 비용으로 제조할 수 있다. 또한, 인조석의 밀도가 높아지고, 굴곡강도와 흡수율이 개선됨으로써, 인조석의 품질을 높아진다.

도1은 종래의 시멘트계 인조석을 제조하는 과정을 도시하고 있다.
도2는 본 발명에 따른 인조석의 제조 과정을 도시하고 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 인조석의 제조 과정을 도시하고 있다.

도2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 인조석 제조 방법은 인조석 페이스트를 혼합하여 생성하는 것에서 시작한다(S21).

인조석 페이스트는 백시멘트, 규석분, 석영칩, 물, 감수제, 안료 등을 포함하여 구성된다. 구체적으로, 인조석 페이스트는, 백시멘트 100 중량부에 대하여, 규석분 20~90 중량부, 석영칩 200~300 중량부, 물 30~36 중량부, 감수제 1.5~3 중량부, 안료 0.2~3 중량부를 포함하여 구성될 수 있다.

백시멘트는 기본적인 바인더 역할을 하는 것으로, 100 중량부를 사용한다. 백시멘트의 함량이 100 중량부 미만이면 시멘트 수화반응 후 강도가 저하되는 문제가 있을 수 있고, 100 중량부를 초과하면 비용이 과다해지고 초과된 시멘트 양만큼 시멘트 용출의 문제가 발생할 수 있다.

규석분은 실리카(SiO₂)성분으로 구성되어 있어서 고온 고압의 증기 양생에서 시멘트와 포졸란 반응을 유도하여 조직을 밀실화시키는 역할을 한다. 즉, 규석분은 백시멘트와 포졸란 반응을 일으켜 토버모라이트와 같은 결정질 또는 세미 결정질 물질을 형성하는데, 이를 통해 인조석의 기공률을 낮추고, 강도를 높이며, 수밀성을 갖게 한다. 또한, 규석분을 이용한 고온 고압의 증기 양생에서는 일반적인 증기 양생에서 생기는 부산물, 예를들어 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 경우에 따라 소량 발생할 수는 있으나 거의 발생하지 않도록 제어할 수 있다. 여기서, 규석분은 메타카올린, 실리카퓸 등으로 대체될 수 있는데, 규석분이 가격이 저렴하므로 규석분을 이용하는 것이 바람직하다.

석영칩은 0.3~4.0 mm의 입경을 갖는 것을 사용할 수 있으며, 0.7~1.2 mm의 입경을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 필요에 따라, 석영칩은 화강석칩이나 일반 종석과 함께 사용될 수 있다.

감수제는 계면활성 작용 중에서 분산, 습윤 작용에 의해 시멘트 입자를 분산시키고, 이를 통해 워커빌리티(workability)를 향상시키기 위해서 사용된다. 본 발명에서는 감수제로서 폴리카르본산계 감수제를 사용한다.

안료는 유기 안료, 무기 안료, 펄 안료, 홀로그램 안료 등을 사용할 수 있다.

단계(S21)에서 혼합된 인조석 페이스트는 몰드에 투입된다(S22). 몰드는 제조하고자 하는 인조석의 형상을 결정하는 역할을 한다. 몰드의 내면에는 양생 후 인조석의 분리를 쉽게 하기 위해 이형 물질을 코팅할 수 있다.

몰드에 투입된 인조석 페이스트는 1차 성형을 거치게 된다(S23). 1차 성형은 고진공 성형 단계로서, 진공도를 70 mmHg 이하로 유지하면서 약 50~60초 동안 성형한다. 여기서, 진공을 가하는 것은 인조석 페이스트 내부에 있는 기포를 제거하기 위함이다.

1차 성형된 인조석 페이스트는 2차 성형을 거치게 된다(S24). 2차 성형은 진공 및 진동 성형 단계로서, 진공도를 65 mmHg 이하로 유지하면서 약 1~4분 동안 분당 2900~3100 싸이클의 진동수로서 성형한다. 진동을 가하면 인조석 페이스트에 포함된 기포가 제거될 뿐만 아니라, 비중이 큰 칩을 몰드 하부로 가라앉힐 수 있기 때문에 표면에 노출되는 석영칩의 출석률을 높일 수 있다. 진동을 가하지 않을 경우의 출석률은 50% 정도에 불과하지만, 진동을 가하면 출석률을 90% 이상으로 높일 수 있다.

2차 성형된 인조석 페이스트는 1차 양생을 거치게 된다(S25). 1차 양생은 증기 양생 단계로서, 인조석 페이스트를 굳게 하여 인조석이 형성되도록 한다. 1차 양생은 예를들어 약 60℃ 및 65% 이상의 상대습도에서 12~36시간 동안 진행할 수 있다.

1차 양생된 인조석 페이스트는 2차 양생을 거치게 된다(S26). 2차 양생은 고온 고압의 증기 양생 단계로서, 6.0~10.0 bar 및 150~180 ℃에서 5~10 시간 동안 오토클레이브에서 이루어지는데, 인조석 페이스트에 수열반응을 유도하며 이를 통해 포졸란 반응이 일어나게 한다. 수열반응을 유도한다는 것은 밀폐된 용기에 반응물과 물을 넣고 물을 끓는점 이상으로 올려주면 물이 기화되고 이를 통해 밀폐된 용기 내부를 고압력 상태로 만들어 줌으로써 인조석 페이스트가 소정의 반응을 빨리 일으킬 수 있게 한다는 것이다. 포졸란 반응이란 실리카 성분의 규석분이 백시멘트가 수화되면서 생기는 수산화칼슘과 반응하여 불용성의 화합물을 만드는 것을 말하는데, 이 반응을 통해 결과적으로 수산화칼슘이 발생되지 않게 할 수 있다.

2차 양생된 인조석 페이스트를 몰드에서 탈형하면(S26), 소정의 외형을 갖는 인조석 제품이 만들어진다.

탈형된 인조석은 연마 및 표면 가공을 거치게 되며(S27), 이로써 인조석 제품이 완성된다.

특히, 본 발명에서, 2차 양생 즉 고온 고압의 증기 양생을 거치게 되는데, 이 과정을 통해 인조석은 굴곡강도가 개선되고, 흡수율이 낮아질 수 있다. 아래는 2차 양생을 거친 경우와 그렇지 않은 경우를 비교한 것이다.

실시예

백시멘트 100 중량부, 규석분 60 중량부, 석영칩(입경 0.7~1.2 mm) 220 중량부, 물 34 중량부, 감수제(폴리카르본산계) 2.0 중량부, 무기 안료 1.5 중량부를 혼합하여 인조석 페이스트를 생성하고, 이를 몰드에 투입한 후 1차 진공 성형(70 mmHg, 약 55초) 및 2차 진공 및 진동 성형(65 mmHg, 3,000 rpm, 약 110초)을 거치게 한 후, 성형체를 제조하였다.

성형체를 1차 증기 양생(60℃, 상대습도 98%, 12 시간)하고, 다시 오토클레이브를 사용하여 2차 고온 고압의 조건에서 증기 양생(6.5 bar, 160 ℃, 5 시간)하여 수열반응을 유도하였다.

양생된 인조석을 이면 연마, 표면 연마, 표면 광택 등의 과정을 거치게 한 후, 미립 석영을 갖는 시멘트계 인조석을 완성하였다.

비교예

백시멘트 100 중량부, 규석분 60 중량부, 석영칩(입경 0.7~1.2 mm) 220 중량부, 물 34 중량부, 감수제(폴리카르본산계) 2.0 중량부, 무기 안료 1.5 중량부를 혼합하여 인조석 페이스트를 생성하고, 이를 몰드에 투입한 후 1차 진공 성형(70 mmHg, 약 55초) 및 2차 진공 및 진동 성형(65 mmHg, 3,000 rpm, 약 110초)을 거치게 한 후, 성형체를 제조하였다.

성형체를 1차 증기 양생(60℃, 상대습도 98%, 12 시간)한 후, 몰드에서 탈형시켰다. 이후, 이면 연마, 표면 연마, 표면 광택 등의 과정을 거치게 한 후, 미립 석영을 갖는 시멘트계 인조석을 완성하였다.

물성 측정 및 평가

실시예와 비교예의 인조석에 대해, 굴곡강도와 흡수율을 측정하였다. 측정결과는 아래 표와 같다.

	굴곡강도(Mpa)	흡수율(%)
실시예	22	1.8
비교예	11	3.3

위 표에서, 규석분을 사용하고 고온 고압의 증기 양생을 거쳐 제조된 인조석은 굴곡강도가 개선되고, 흡수율도 낮아졌음을 확인할 수 있다. 또한, 고온 고압의 증기 양생을 거친 인조석은 밀도도 높아졌다.

위에서 설명한 방법으로 제조된 인조석은 석영칩과 토버모라이트 결정을 포함한다. 인조석에 포함된 석영칩은 0.3~4.0 mm의 입경을 가질 수 있다. 또한, 인조석에 포함된 토버모라이트 결정은 전체 중량에 대하여 1~20 %의 중량을 갖는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 것일 뿐 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 아래의 특허청구범위의 기재에 의하여 결정되어야 한다. 또한, 아래의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 범위에서, 해당 기술분야의 당업자라면 본 발명의 사상을 다양하게 수정 또는 변경할 수 있을 것으로 예상되며, 그러한 수정 또는 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 인조석을 제조하는 방법에 있어서,
   시멘트 100 중량부에 대하여, 규석, 메타카올린 또는 실리카퓸 20~90 중량부, 석영 200~300 중량부, 물 30~36 중량부, 감수제 1.5~3 중량부, 안료 0.2~3 중량부로 구성되는 인조석 페이스트를 생성하는 단계;
   상기 인조석 페이스트를 몰드에 투입하는 단계;
   상기 몰드에 투입된 인조석 페이스트를 진공 성형하는 제1차 성형 단계;
   상기 제1차 성형된 인조석 페이스트를 진공 및 진동 성형하는 제2차 성형 단계;
   상기 제2차 성형된 인조석 페이스트를 증기 양생하는 제1차 양생 단계;
   상기 제1차 양생된 인조석 페이스트에 수열반응을 유도하여 포졸란 반응이 일어나도록, 6.0~10.0 bar 및 150~180 ℃에서, 5~10 시간 동안 양생하는 제2차 양생 단계;
   상기 제2차 양생된 인조석 페이스트를 상기 몰드에서 탈형하는 단계; 및
   상기 탈형된 인조석 페이스트를 표면 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조석 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1차 성형 단계는
   70 mmHg 이하의 진공에서 50~60 초 동안 성형하는 것을 특징으로 하는 인조석 제조 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 제2차 성형 단계는
   65 mmHg 이하의 진공에서, 분당 2900~3100 싸이클의 진동수로, 1~4 분 동안 성형하는 것을 특징으로 하는 인조석 제조 방법.
8. 삭제
9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석영은
   0.3~4.0 mm의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 인조석 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 석영은
    0.7~1.2 mm의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 인조석 제조 방법.
11. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석영 200~300 중량부에는
    화강석이 일부로서 포함되는 것을 특징으로 하는 인조석 제조 방법.
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제

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