KR101175999B1 - 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법 - Google Patents

현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법은 현무암을 8~20㎜ 크기로 파쇄시킨 다음, 2,000~2,500℃의 온도로 5~10분 동안 열처리하여 불순물을 제거하는 제1단계; 상기 열처리된 현무암을 500mesh 이하의 분말로 분쇄하고, 자석으로 철분을 제거하는 제2단계; 상기 현무암 분말 60~70 중량%, 규사 25~35 중량%, 천연 무기안료 0.1~5 중량%를 포함하는 분말재료를 혼합하는 제3단계; 상기 혼합된 분말재료를 전기로에서 1,200~1,600℃의 온도로 용융시킨 다음, 금형에 주입하여 모양체를 성형하는 제4단계; 상기 성형된 모양체를 상온에서 냉각시키는 제5단계로 이루어짐을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기 규사는 무수규산인 이산화규소(SiO2) 성분이 95% 이상 포함된 석영으로 이루어지며, 상기 천연 무기안료는 수정(rock crystal), 자수정(amethyst), 산화티탄(titanium dioxide) 광물, 수산화알루미늄, 침강성 황산바륨 및 중정석(barite) 분말, 벤토나이트(bentonite), 운모(mica), 석고(gypsum), 탈크(talc), 천연 또는 침강 탄산칼슘, 고령토(kaolin), 복합산화물계 안료 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명의 제조방법으로 제조된 현무암 분말을 이용한 칼라스톤은 현무암 입자를 고온으로 열처리하고 그 분쇄된 분말을 자석에 의해 철분을 제거하여 현무암 속의 중금속 등 불순물을 완전히 제거한 고순도의 현무암 분말과, 결정질 석영으로 된 규사를 원료로 사용함으로써, 유해물질 발생이 전혀 없을 뿐만 아니라 원적외선 및 음이온 발생량이 우수하여 대기 및 수질정화, 탈취기능 및 인체의 혈액순환을 원활하게 하는 효과가 있다.
또한, 상기 칼라스톤은 현무암 분말에 규사를 혼합하여 사용하기 때문에 가시광선 투과성이 탁월하며, 천연 무기안료를 혼합한 분말재료에 의해 강도와 내마모성이 우수하고 자외선 차단효과는 물론, 질감이 좋고 현무암 자체의 색깔 외에 다양한 색깔을 부여하여 시각적 효과를 높임으로써 악세사리, 건축용 내외장재 등의 용도로 사용함에 있어 금형에 의해 요구하는 형태를 간편하게 성형할 수 있으며, 외관이 미려하고 장식효과가 우수한 효과가 있다.
그리고 본 발명의 현무암 칼라스톤은 불순물이 함유되어 있는 현무암 원석을 단계적인 예비처리 공정을 거쳐 제조되기 때문에 제품의 순도가 높고, 1차 가공 후 폐기되는 현무암 원석을 재활용하여 경제성이 높고 대규모 원석 채취로 인한 무분별한 자연의 훼손을 방지하게 되어 환경 친화적인 장점이 있다.

Description

현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법{MANUFACTURING PROCESS OF A COLOUR STONE USING BASALT POWDER}
본 발명은 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파쇄된 현무암 입자를 열처리하여 현무암 속의 중금속 등 불순물을 제거한 고순도의 현무암 분말과 결정질 석영으로 된 규사를 원료로 사용함으로써 중금속 등의 유해물질 발생이 전혀 없을 뿐만 아니라 원적외선 방출 및 음이온 발생량, 탈취, 항균기능이 우수하며, 또한 천연 무기안료를 혼합한 분말재료에 의해 현무암 자체의 색깔 외에 다양한 색깔을 부여하여 시각적 효과를 높임으로써 악세사리는 물론 건축용 내외장재 등의 다양한 용도로 사용할 수 있는 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 인체의 건강을 증진시키기 위한 각종 원적외선을 방사하는 각종 원석이 개발, 가공되어 각종 공예품, 건축내장재, 침대, 타일, 정수필터, 조리기구, 섬유재료, 온열기, 지압구 등 여러 방면에 사용되어 인간에게 이로운 영향을 미치도록 하고 있다.
그러나 이러한 원석들은 그 표면을 처리함에 있어서 단순히 세척 등에 의해 일차 가공되어 사용되고 있고 중금속 등 불순물을 함유하고 있어 세척에 의하더라도 불순물 제거가 용이하지 않기 때문에 오히려 인체에 해로운 문제점이 있고, 가공에 의해 제품의 변색 등 외관이 고르지 않게 되는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 개선하기 위해서, 맥반석, 옥, 게르마늄 등 원적외선 방사물질인 바이오세라믹을 기계적으로 가공하거나 분쇄시켜 제조되는 것들이 있었으나, 이러한 것들을 원석을 그대로 사용하기 때문에 여전히 중금속 등의 유해물질을 함유하게 되고 가공에 의해 원적외선 방사율이 낮아지게 될 뿐만 아니라 장기간 수분이나 공기 중에 노출됨에 따라 변색이 되거나 균열이 발생되는 요인이 되었던 것이다.
본 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 등록특허공보 제10-0391978호(등록일자 2003.07.07.)의 “용암석 표면처리 방법” 및 실용신안공보 제20-0217391호(등록일자 2001.01.09.)의 “매끄러운 표면이 형성된 용암석”을 개발하게 되었으며, 상기 발명들은 외관이 미려하고 표면이 매끄러워 이물질이 잘 끼이지 않게 되고, 또한 이물질이 끼인 표면의 세척이 용이하게 되어 불순물 제거가 간편하며, 표면층의 조직이 조밀해지게 되어 강도가 증가되어 용암석 서로의 마찰 등으로 인한 파손 등을 방지할 수 있는 용암석을 얻는 방법을 출원하여 실시하고 있다.
그리고 본 발명자는 등록특허공보 제10-0707829호(등록일자 2007.04.09.)에서 용암석의 고르지 않는 거친 표면을 매끄럽게 처리함은 물론 표면에 칼라를 부여하여 외관이 미려하고 다양한 소비자의 욕구를 충족시킬 수 있는 칼라 표면을 갖는 용암석의 제조방법을 제시함으로써, 용암석 자체의 색깔 외에 다양한 색깔을 부여하여 시각적 효과를 높이게 되어 다양한 소비자의 욕구에 대응할 수 있도록 한 용암석을 제조한 바 있다.
그러나 자연에서 채취된 원석으로 제조된 제품은 내부에 중금속 등 불순물을 다량 함유하게 되고, 이는 인체에 해로운 영향을 미치게 되는 문제점이 있으며, 더욱이 자연적인 원석을 무분별하게 채취함에 따른 환경 훼손의 문제점이 심각하게 존재하고 있는 실정이다.
본 발명과 관련하여 종래기술을 살펴보면, 등록특허공보 제10-0630442호(등록일자 2006.09.25)에는 스코리아 원석에 여러 재료를 혼합하여 인조보석을 제조하여 원적선 및 음이온의 방출 및 탈취, 항균기능을 갖는 인조보석과 그 제조방법이 공지되어 있으나, 상기 스코리아 원석은 일반 현무암에 비해 비중과 인장 강도가 낮은 적색 용암석을 이용하는 것으로, 상기 발명에서는 열처리 과정을 거치지 않고 바로 스코리아 혼합물을 소성함으로써 원석에 포함되어 있는 비중이 높은 중금속 등 불순물을 제거하는데 심각한 문제점이 있을 뿐 아니라 성형 후 별도의 소성과정을 거치게 됨에 따른 제품의 품질과 제조공정상의 여러 가지 문제점도 내재되어 있다.
또한, 등록특허공보 제10-0749368호(등록일자 2007.08.08)에는 현무암에 대해 내마모 및 내충격성을 갖는 것으로 알려진 R2O3(산화알루미늄, 산화철, 산화크롬)을 원석의 용융온도 범위 내에서 주조시 흐름성에 문제가 생기지 않는 10중량% 이하의 일정 범위로 첨가하고 이를 2차례의 결정화 및 열처리 과정을 거치게 함으로써 기존의 단순 가공하거나 용융시켜 냉각 제작한 현무암 제품에 비해 내구성 및 내열, 내마모성을 획기적으로 향상시킨 용융주조법에 의한 현무암 타일의 제조방법이 공지되어 있으나, 상기 종래기술은 내열충격 및 내마모성이 우수한 현무암 타일을 제조하는 장점이 있는 반면, 원석에 대한 열처리가 결여되어 그에 따른 문제점이 발생할 가능성이 있고 주조 후의 열처리 단계에 있어 효율성에 문제점이 있는 것으로 인식된다.
따라서 본 발명자는 각종 용암석 중에서 원적외선 발생이 탁월할 뿐만 아니라 가장 일반적으로 사용할 수 있는 현무암 원석을 채취하여 파쇄한 입자 상태의 원석을 열처리하여 중금속, 유해가스 등의 불순물을 제거한 후, 음이온이 다량 발생되는 규사와 천연 무기안료를 첨가한 분말 상태의 재료를 사용하여 다양한 색상을 갖는 칼라스톤을 간편하게 용융 주조함으로써 현무암 자체의 색깔 외에 다양한 색깔을 부여하여 시각적 효과를 높인 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법을 연구하여 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명의 목적은, 원석을 일정 크기로 파쇄한 현무암 입자를 고온으로 열처리한 다음, 분쇄된 분말을 자석에 의해 철분을 제거함으로써 현무암 조직 내의 중금속 등 불순물이 완전히 제거된 고순도의 현무암 분말과, 결정질 석영으로 된 규사를 원료로 사용함으로써, 인체에 유해한 물질의 발생이 전혀 없을 뿐만 아니라 원적외선 및 음이온 발생량이 우수한 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 고순도의 현무암 분말에 규사와 천연 무기안료를 혼합한 분말재료에 의해 강도와 내마모성이 보강되고 현무암 자체의 색깔 외에 다양한 색깔을 부여하여 시각적 효과를 높임으로써 악세사리는 물론 건축용 내외장재 등의 용도로 사용하여 다양한 소비자의 욕구에 대응할 수 있는 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 불순물을 함유하고 있는 현무암 원석이 단계적인 예비처리 공정을 거쳐 제조됨으로써 제품의 순도를 향상시킬 뿐 아니라, 1차 가공 후 폐기되는 원석을 재활용하여 경제성이 높고 환경 친화적인 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법은 현무암을 8~20㎜ 크기로 파쇄시킨 다음, 2,000~2,500℃의 온도로 5~10분 동안 열처리하여 불순물을 제거하는 제1단계; 상기 열처리된 현무암을 500mesh 이하의 분말로 분쇄하고, 자석으로 철분을 제거하는 제2단계; 상기 현무암 분말 60~70 중량%, 규사 25~35 중량%, 천연 무기안료 0.1~5 중량%를 포함하는 분말재료를 혼합하는 제3단계; 상기 혼합된 분말재료를 전기로에서 1,200~1,600℃의 온도로 용융시킨 다음, 금형에 주입하여 모양체를 성형하는 제4단계; 상기 성형된 모양체를 상온에서 냉각시키는 제5단계로 이루어짐을 특징으로 하고 있다.
또한, 상기 규사는 무수규산인 이산화규소(SiO2) 성분이 95% 이상 포함된 석영으로 이루어지며, 상기 천연 무기안료는 수정(rock crystal), 자수정(amethyst), 산화티탄(titanium dioxide) 광물, 수산화알루미늄, 침강성 황산바륨 및 중정석(barite) 분말, 벤토나이트(bentonite), 운모(mica), 석고(gypsum), 탈크(talc), 천연 또는 침강 탄산칼슘, 고령토(kaolin), 복합산화물계 안료 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법으로 제조된 현무암 분말을 이용한 칼라스톤은 현무암 입자를 고온으로 열처리하고 그 분쇄된 분말을 자석에 의해 철분을 제거하여 현무암 속의 중금속 등 불순물을 완전히 제거한 고순도의 현무암 분말과, 결정질 석영으로 된 규사를 원료로 사용함으로써, 유해물질 발생이 전혀 없을 뿐만 아니라 원적외선 및 음이온 발생량이 우수하여 대기 및 수질정화, 탈취기능 및 인체의 혈액순환을 원활하게 하는 효과가 있다.
또한, 상기 칼라스톤은 현무암 분말에 규사를 혼합하여 사용하기 때문에 가시광선 투과성이 탁월하며, 천연 무기안료를 혼합한 분말재료에 의해 강도와 내마모성이 우수하고 자외선 차단효과는 물론, 질감이 좋고 현무암 자체의 색깔 외에 다양한 색깔을 부여하여 시각적 효과를 높임으로써 악세사리, 건축용 내외장재 등의 용도로 사용함에 있어 금형에 의해 요구하는 형태를 간편하게 성형할 수 있으며, 외관이 미려하고 장식효과가 우수한 효과가 있다.
그리고 본 발명의 현무암 칼라스톤은 불순물이 함유되어 있는 현무암 원석을 단계적인 예비처리 공정을 거쳐 제조되기 때문에 제품의 순도가 높고, 1차 가공 후 폐기되는 현무암 원석을 재활용하여 경제성이 높고 대규모 원석 채취로 인한 무분별한 자연의 훼손을 방지하게 되어 환경 친화적인 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명에 의한 제조방법에 사용되는 가공 전 파쇄한 현무암 원석의 도면 대용 사진이다.
도 3은 도 2의 현무암 원석을 열처리한 상태를 나타내는 도면 대용 사진이다.
도 4는 도 3의 열처리한 현무암을 분말 처리한 상태를 나타내는 도면 대용 사진이다.
본 발명의 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법은, 현무암을 8~20㎜ 크기로 파쇄시킨 다음, 2,000~2,500℃의 온도로 5~10분 동안 열처리하여 불순물을 제거하는 제1단계, 상기 열처리된 현무암을 500mesh 이하의 분말로 분쇄하고, 자석으로 철분을 제거하는 제2단계, 상기 현무암 분말 60~70 중량%, 규사 25~35 중량%, 천연 무기안료 0.1~5 중량%를 포함하는 분말재료를 혼합하는 제3단계, 상기 혼합된 분말재료를 전기로에서 1,200~1,600℃의 온도로 용융시킨 다음, 금형에 주입하여 모양체를 성형하는 제4단계, 상기 성형된 모양체를 상온에서 냉각시키는 제5단계를 차례로 포함하여 제조된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 의한 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법에 대하여 설명하기로 하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법은 제1단계 내지 제5단계를 포함하여 이루어진다.
제1단계는, 현무암을 8~20㎜ 크기로 파쇄시킨 다음, 2,000~2,500℃의 온도로 5~10분 동안 열처리하여 불순물을 제거하는 것으로, 채취된 현무암 중 기공이 없는 원석을 선별하여 죠오 크러셔, 회전 크러셔, 평활로울 크러셔 등의 조분쇄기(粗粉碎機)로 파쇄하여 8~20㎜ 크기의 입자를 고른 다음, 산소 불꽃과 같은 특수한 가열수단으로 2,000~2,500℃의 고온으로 직접 열처리하여 중금속 등 유해물질을 분해시키게 되며, 이때 가열시간을 5~10분 정도로 함으로써 현무암 입자의 표면이 용융되고 그 내부는 소결되어 강도가 우수하고 순도가 높은 현무암 원석을 얻을 수 있게 되며, 이를 본 발명에서는 ‘마그마 흑기석’이라 한다.
참고로, 현무암(basalt)은 화산활동에 의해 생성된 광물로서 마그마가 지표면에서 식으면서 형성된 광물인데, 주로 적갈색을 띠는 송이(scoria)와는 달리, 비중이 2.78 정도로 상대적으로 밀도가 높고 진회색을 띠는 경향이 있으며 약알칼리성을 띠므로 규사, 점토 등에 의해 중성 및 약알칼리성으로 조절하여 보존성 및 기능성을 더욱 높일 수 있다. 상기 화산암은 이산화규소, 산화알미늄, 이산화철의 기본 함량이 75~80 중량%이고, 산화티탄 성분은 일반적으로 2~7 중량% 범위를 함유하며, 원적외선 방사, 중금속 흡착, 항균, 휘발성 물질제거, 탈취 등의 효과를 나타낸다고 알려져 있다.
여기서, 현무암 입자의 표면을 2,000℃보다 낮은 온도로 가열할 경우에는 분쇄된 현무암 입자 내부의 소결이 이루어지지 않아 납 등의 중금속 제거가 용이하게 이루어지지 않으며, 표면이 매끄러운 마그마 흑기석을 형성할 수 없게 되므로 분말 재료의 강도가 저하되고 원적외선 발산 효과도 현저히 저하된다. 또한 2,500℃보다 높은 온도로 현무암의 표면을 가열할 경우에는 이를 가열하기 위한 에너지가 많이 소요되고 현무암 입자의 표면이 과도하게 용융되고 일부 성분의 연소에 의해 기포가 많이 발생하게 되어 작업성이 불량하게 된다. 즉, 낮은 온도에서는 원석 입자의 소결이 제대로 이루어지지 않아 현무암 분말의 강도 및 순도가 저하되고, 높은 온도에서는 기포의 발생이 많아지면서 현무암 원석 입자의 손실이 발생한다.
제2단계는, 상기 열처리된 현무암을 500mesh 이하의 분말로 분쇄하고, 자석으로 철분을 제거하는 공정으로서, 열처리된 현무암 입자를 볼밀(ball mill) 등 회전밀을 사용하여 약 500mesh(약 0.031㎜) 내지 800mesh(약 0.018㎜) 크기로 분쇄하여 분말 형태로 가공된 마그마 흑기석은 다른 분말재료와 균일하게 혼합하게 되고 낮은 온도에서도 용융이 원활하게 되어 주조시 불량이 발생되지 않는다. 또한 상기 현무암 분말은 분쇄공정과 동시에 자석에 의해 유해철분을 제거함으로써 제품의 효능을 증진시킬 수 있으며, 변색 등을 방지하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
그리고 상기 마그마 흑기석 분말은 중간 생성물로서 pH 7.2~ 7.8 정도로 약알칼리성을 나타내는 친환경 소재이므로, 별도의 공정에 의해 가공되어 공예품, 섬유재료, 주방기기 코팅재, 온열기, 정수기 필터, 타일 등 건축용 내외장재 등의 다양한 용도에 이용이 가능하다.
제3단계는, 상기 현무암 분말 60~70 중량%, 규사 25~35 중량%, 천연 무기안료 0.1~5 중량%를 포함하는 분말재료를 혼합하는 공정인데, 상기 규사는 음이온을 발산하는 재료로서 분말상태로 첨가하는 것이 바람직하고, 이는 분말재료 총량을 기준으로 25~35 중량% 포함함에 의해 분말재료의 점성을 강화하여 주조된 칼라스톤의 미세 크랙발생 방지와 더불어 표면의 질감이 매끄럽게 된다.
상기 규사의 함량이 25 중량% 미만으로 함유하는 경우, 음이온 발생 효과가 미미할 뿐 마니라 용융주조된 칼라스톤이 상온에서 냉각됨에 따라 미세크랙이 발생될 우려가 있어 충격강도가 약화되게 되며, 규사의 함량이 35 중량%를 초과하는 경우, 현무암의 원적외선 발생효과가 저하됨은 물론, 칼라스톤 분말의 유리질이 지나치게 풍부하여 주조시 점도가 지나치게 낮아지게 되고 제품의 내마모성이 저하된다.
상기 규사는 일반적으로 무수규산인 이산화규소(SiO₂)성분이 95% 이상 포함되는 순도가 우수한 것이 바람직하며, 천연규사로는 해안에 있는 해안규사와 지층 중에 산출되는 산규사(山硅砂)가 있는데, 해안규사 쪽이 불순물이 적다. 이 밖에 규석을 분쇄하여 분급(分級)한 인조규사가 있다. 천연규사는 화강암이 풍화?분해하여 석영 알갱이만 모여서 형성된다. 일반적으로 결정질 석영은 투명한 데에 반해 비정질 석영 종류는 대부분 불투명하며, 본 발명에서는 결정질 석영으로 이루어진 규사를 사용하는 것이 칼라스톤의 다양한 색상을 발현하기 유리하다.
본 발명에서 사용되는 천연 무기안료는 분말상태로 0.1~5 중량% 포함하여 자외선 차단효과는 물론, 현무암 자체의 색깔 외에 다양한 색깔을 부여하여 시각적 효과를 높임으로써, 악세사리, 건축용 내외장재 등 매우 다양한 용도로 사용할 수 있다. 그러나 상기 사용량의 범위를 벗어나게 되면, 칼라스톤의 색상을 발현하기 어렵게 되거나 강도가 저하되는 부작용이 따르게 된다.
상기 천연 무기안료는 본 발명의 목적에 반하는 성분이 아닌 한 특별히 제한되지는 않으나, 본 발명에서는 수정(rock crystal), 자수정(amethyst), 산화티탄(titanium dioxide) 광물, 수산화알루미늄, 침강성 황산바륨 및 중정석(barite) 분말, 벤토나이트(bentonite), 운모(mica), 석고(gypsum), 탈크(talc), 천연 또는 침강 탄산칼슘, 고령토(kaolin), 복합산화물계 안료 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것이 작업성과 제품의 품질이 있어 우수한 것으로 확인되었으며, 특히, 수정과 자수정은 실리카 광물인 석영의 투명한 변종으로서 깨끗하고 투명한 색상 또는 보라색 때문에 준보석(準寶石)으로서의 가치를 인정받고 있으며, 최근에는 음이온을 발생시키는 물질로 각광을 받고 있다.
그리고 본 발명에서는 자외선 흡수능과 광투과성이 우수한 초미립자 산화티탄으로서 산화티탄 광물인 금홍석(rutile), 아나타제(anatase), 브루카이트(brookite)를 사용할 수 있지만, 통상 안료와 같은 용도에서는 이산화티탄의 표면에 불활성인 알루미나 또는 실리카로 코팅되어 있는 것을 사용하고 있으나, 산화티탄은 광촉매 작용을 하는 것으로 알려져 있고 광촉매는 자외선에 의해 정화작용을 하기 때문에 빛이 존재하는 환경에서 광촉매 작용에 의해 질소산화물(NOx) 등의 환경 오염물질을 이온으로 분해시키는 것이므로, 본 발명에서는 이러한 코팅이 없이 미세 입자로서 결정형태를 가지는 것이라면 특별한 제한이 없으며, 활성이 우수한 아나타제 타입의 이산화티탄을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
수산화알루미늄(aluminum hydroxide)은 모스 경도 3, 비중 2.42, 굴절율 1.56인 백색결정의 분말로서 안료로 사용되는 것은 평균입자경이 약 1㎛의 미분말을 사용한다.
침강성 황산바륨은 화학적으로 침전시켜 제조되는 침강성 황산바륨과 천연 중정석(BaSO4, barite)을 미분쇄하여 화학적인 처리를 한 분말을 사용한다.
벤토나이트(bentonite)는 화산회(火山灰)에서 유래된 미세한 유리질 입자들의 변질로 생긴 흡착성이 있는 점토광물인 벤토나이트는 주로 스멕타이트군(群)에 속하는 결정질 점토광물로 구성되어 있으며, 스멕타이트군은 나트륨이나 칼슘은 물론 철과 마그네슘을 함유하는 수화된 규산알루미늄이다.
운모는 그들의 벽개에 의해 쉽게 식별되고 널리 분포하는 광물이며 다소 약한 광물 특성을 갖는다. 가장 풍부한 운모 변종인 백운모는 화강암 같은 산성 화성암에서 흔하며, 페그마타이트 내에서는 흔히 매우 큰 책 모양으로 산출된다. 변성암의 경우 백운모는 보통 저변성도에서 산출되지만, 고변성도에서는 반응하여 알칼리장석과 규선석을 형성한다. 2가지 다른 중요한 운모는 흑운모와 금운모이다. 금운모와는 달리 흑운모는 마그네슘보다 철을 더 많이 함유하므로 특징적인 갈색 내지 흑색을 띤다.
석고(gypsum)는 수화된 황산칼슘(CaSO4?2H2O)으로 구성된 황산염광물로서 섬유상의 괴상 변종은 견사광택을 가지고 있고, 세립질의 괴상 변종은 순수하고 반투명하여 현무암 칼라스톤에 5 중량% 이내로 함유될 수 있으며, 활석(talc)은 마그네슘을 포함한 규산염 광물로 색조는 백색, 회백색, 담황색, 담갈색, 담청색 등 매우 다양하고, 결정은 3층 구조의 수화결정으로 층간 결합력이 약하므로 벗겨지기 쉽고 매끄러운 촉감을 주며, 무르고 부드러워서 건축용 내장재로 사용되는 칼라스톤에 첨가될 수 있다.
천연 탄산칼슘은 방해석(calcite)를 원료로 하여 그것을 건식 또는 습식으로 분쇄, 분급한 중질 탄산칼슘을 사용할 수 있으며, 입도분포가 비교적 넓은 것을 비용절감 목적으로 증량제로 사용할 수 있다. 또한 침강 탄산칼슘은 치밀질 석회석을 연료와 혼합 소성하여 생석회로 만든 다음 물과 반응시켜 석회유(lime milk)에 혼합 소성시 발생하는 탄산가스를 반응시키는 석회유-탄산가스 반응법이 채용되고 있고, 본 발명에서는 이 방법으로 제조되는 것을 침강 탄산칼슘이라 총칭한다.
고령토(kaolin)는 천연상태에서는 하얗고 부드러운 가루이고 대개 백운모?석영?장석?아나타제 같은 광물을 포함하고 있는데, 그 양은 매우 다양하다. 또한 천연상태의 고령토는 수산화철의 색소 때문에 노란색을 띠는 경우도 많으며, 벤토나이트(bentonite)는 화산회(火山灰)에서 유래된 미세한 유리질 입자들의 변질로 생긴 점토광물로서 나트륨벤토나이트는 많은 양의 물을 흡수해 원래 부피의 여러 배로 팽창되어 겔과 같은 상태가 되지만, 칼슘벤토나이트는 팽창하지 않고 미세한 과립상 집합체로 부서지므로 이는 흡착성이 있는 점토로서 칼라스톤에 소량 첨가되어 특별한 강도가 필요치 않는 건축용 내장재로 사용될 수 있으며, 이외에도 본 발명에서는 이미 알려져 있는 천연 무기안료로서 칼라스톤의 다양한 색상을 구현하는데 문제가 없다면 특별히 제한되지는 않는다.
그리고 복합산화물계 안료는 소성안료의 일종으로 벵가라(Fe2O3)나 산화티탄(TiO2)과 같이 단일금속의 산화물이 아니라 2종 이상의 금속산화물로 구성된 복합산화물로서 코발트-블루(CoO-Al2O3) 등을 사용한다. 복합산화물계 안료의 결합되는 산화물의 종류에 따라 발현되는 색상이 다르지만, 일반적으로 복합산화물 안료는 매우 높은 내구성을 가지며, 내열성, 내후성, 내화학성 등의 물성이 우수한 것으로 알려져 있다. 그 밖에도 본 발명자는 현무암 용융물과 혼합되어 주조가 용이하고 내화도가 높은 무기안료와 첨가제를 개발 중에 있으며 향후에도 더욱 다양한 기능성을 갖추게 될 것이다.
제4단계는, 상기 혼합된 분말재료를 전기로에서 1,200~1,600℃의 온도로 용융시킨 다음, 금형에 주입하여 모양체를 성형하는 공정인데, 현무암의 용융온도는 그 구성성분에 따라 다르며, 대략 1,200℃ 이상에서 이루어지게 되는데, 특히 1,300~1,400℃에서 용융된 현무암은 충분한 유동성을 갖게 되므로 미리 예열된 금형에 부어 특정 형상을 갖는 모양체 주조가 가능하게 되며, 금속재 금형에 공지의 이형재를 도포하여 모양체의 탈형을 용이하게 할 수 있다.
마지막으로 제5단계는, 상기 성형된 모양체를 상온에서 자연냉각시킴에 의해 매끄러운 표면을 갖는 현무암 칼라스톤을 형성하게 되는데, 연마, 절삭 등의 가공에 의해 제품의 외관을 더욱 향상시킬 수 있음은 자명한 사실이다.
위의 공정에 의해 제조된 칼라스톤을 한국건자재시험연구원에 시험 의뢰하여 원적외선 방출량을 측정한 결과, 흑체(black body) 대비 40℃에서의 원적외선 방사율(5~20㎛)은 0.93에 이르고, 방사에너지(W/㎡)는 3.80×102에 이르렀음을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명의 제조방법으로 제조된 현무암 분말을 이용한 칼라스톤은 미리 열처리한 고순도의 현무암 분말과 결정질 석영으로 이루어진 규사를 원료로 사용함으로써 유해물질 발생이 전혀 없을 뿐만 아니라 원적외선 및 음이온 발생량이 우수하여 탈취기능, 정화기능 및 인체의 혈액순환을 원활하게 하는 등의 효과가 있으며, 규사를 혼합하여 내구성 및 강도 개선과 더불어 가시광선 투과성이 탁월하며, 천연 무기안료를 혼합한 분말재료에 의해 자외선 차단효과는 물론, 질감이 좋고 현무암 자체의 색깔 외에 다양한 색깔을 부여하여 시각적 효과도 우수하다.
따라서 상기와 같이 제조된 현무암 분말을 이용한 칼라스톤은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하고, 각종 악세사리, 건축용 내외장재는 물론, 건강생활용품, 탈취기, 정수기 등의 소재로서 다양한 용도와 형태로 사용되어 질 수 있다.
없음

Claims (5)

  1. 현무암을 8~20㎜ 크기로 파쇄시킨 다음, 2,000~2,500℃의 온도로 5~10분 동안 열처리하여 불순물을 제거하는 제1단계;
    상기 열처리된 현무암을 500mesh 이하의 분말로 분쇄하고, 자석으로 철분을 제거하는 제2단계;
    상기 현무암 분말 60~70 중량%, 무수규산인 이산화규소(SiO2) 성분이 95% 이상 포함된 결정질 석영으로 이루어진 규사 25~35 중량%, 천연 무기안료 0.1~5 중량%를 포함하는 분말재료를 혼합하는 제3단계;
    상기 혼합된 분말재료를 전기로에서 1,200~1,600℃의 온도로 용융시킨 다음, 금형에 주입하여 모양체를 성형하는 제4단계;
    상기 성형된 모양체를 상온에서 자연냉각시키는 제5단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 천연 무기안료는 수정(rock crystal), 자수정(amethyst), 산화티탄(titanium dioxide) 광물, 수산화알루미늄, 침강성 황산바륨 및 중정석(barite) 분말, 벤토나이트(bentonite), 운모(mica), 석고(gypsum), 탈크(talc), 천연 또는 침강 탄산칼슘, 고령토(kaolin), 복합산화물계 안료 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 현무암 분말을 이용한 칼라스톤의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
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