KR101257916B1 - 폐석회석을 이용한 인조 대리석 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐석회석을 원석으로 하여 인조 대리석을 제조하는 방법에 있어서: 상기 원석에 첨가재를 혼합하여 원재료를 형성하는 제1단계(S10); 상기 원재료를 틀에 넣고 진동하며 압축하여 성형하는 제2단계(S20); 상기 성형 완료된 원재료를 설정된 규격으로 절단하는 제3단계(S30); 및 상기 절단된 원재료에 연마와 후처리 가공을 수행하는 제4단계(S40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 큰 석회석 덩어리 투입에 의하여 부자재 사용이 축소되어 원가가 절감과 친환경성을 향상하는 동시에, 동질성 재질을 기반으로 색상첨가가 불필요한 것은 물론 절단과정에서 분리ㆍ이탈이 없는 효과가 있다.

Description

폐석회석을 이용한 인조 대리석 제조방법{Method for manufacturing artificial marble using waste limestone}

본 발명은 폐석회석을 이용한 인조 대리석 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 큰 석회석 덩어리 투입에 의하여 부자재 사용이 축소되어 원가가 절감과 친환경성을 향상하는 동시에, 동질성 재질을 기반으로 색상첨가가 불필요한 것은 물론 절단과정에서 분리ㆍ이탈이 없는 인위적인 폐석회석을 이용한 인조 대리석 제조방법에 관한 것이다.

소비의 증대로 폐자원이 점차 증가하는 추세이나 그에 따른 재활용은 저조하여 자원의 낭비와 환경오염이 심화되고 있다. 이에 근래에는 각종 건설현장, 광산, 시멘트 제조사에서 폐기되는 다량의 폐자원을 투수콘크리트 등의 건설재료로 활용하는 추세가 증가하고 있다. 반면에 친환경성을 강조하기 위한 노력의 일환으로서 대리석과 같이 보다 부가가치가 높은 건설재료를 인공적으로 생성하기 위한 시도도 이어지고 있다. 이와 관련되어 참고할 수 있는 선행특허로서 한국 공개특허공보 제1998-033525호, 한국 등록특허공보 제0852007호 등이 알려져 있다.

전자의 선행특허는 색을 보유한 석재를 다수 포함한 골재와 시멘트 및 물을 혼합한 뒤에 이 혼합물을 거푸집에 투입하며, 양생을 위하여 거푸집에 투입된 혼합물을 건조하여 블록을 제조하는 방법에 있어서, 상기 색을 띠는 석재가 블록 표면에 나타나도록 블록의 배열 작업시 겉으로 드러나는 부분의 블록 표면부를 절단기로 절단하는 것을 포함하여 이루어진다. 이에 따라, 대리석이나 인조대리석과 같은 성질의 블록을 용이하게 가공할 수 있다는 효과를 기대한다.

후자의 선행특허는 인조대리석 판재 제조방법에 있어서, 알루미나시멘트 100중량부 대비 천연원석돌가루 180~250중량부, 규회석 10~50중량부, 석고 2~10중량부, 구체방수 1~10중량부, 경화 촉진 응고제 0.01~0.1중량부, 물 40~60중량부로 혼합하여 제 1혼합물을 제조하는 혼합단계와, 상기 제 1혼합물을 형틀에 부어 진동압축 성형하는 진동압축 성형단계와, 상기 진동압축 성형된 판재를 연마가공하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 인체에 무해하며 강도 및 인장력에 탁월한 친환경 신소재를 제공하는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행특허에 의하면 크기와 형태가 다양한 폐석회석을 기반으로 하는 것이 아니므로 결과적으로 친환경성을 높이기에 한계를 보이고 있다.

또한, 설사 상기한 선행특허에 폐석회석을 활용하더라도 부가적인 재료의 사용이 많아 원가가 상승되고, 실제 양산에 있어서 작업성은 물론 가공성과 강도를 보장하기 곤란하다.

1. 한국 공개특허공보 제1998-033525호 "건축 및 토목용 블록의 제조방법"(공개일자 : 1998. 7. 25.) 2. 한국 등록특허공보 제0852007호 "인조대리석 판재 및 조형물의 제조방법"(공개일자 : 2008. 8. 12.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 큰 석회석 덩어리 투입에 의하여 부자재 사용이 축소되어 원가가 절감과 친환경성을 향상하는 동시에, 동질성 재질을 기반으로 색상첨가가 불필요한 것은 물론 절단과정에서 분리ㆍ이탈이 없는 인위적인 폐석회석을 이용한 인조 대리석 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐석회석을 원석으로 하여 인조 대리석을 제조하는 방법에 있어서: 상기 원석에 첨가재를 혼합하여 원재료를 형성하는 제1단계; 상기 원재료를 틀에 넣고 진동하며 압축하여 성형하는 제2단계; 상기 성형 완료된 원재료를 설정된 규격으로 절단하는 제3단계; 및 상기 절단된 원재료에 연마와 후처리 가공을 수행하는 제4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 제1단계의 원석은 5~30cm 크기의 폐석회석을 주재료로 하고, 폐석회석 분말은 200mesh 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 제1단계는 원석 100 중량부에 대하여 물 1.3~1.5 중량부, 시멘트 0.8~1.2 중량부, 알루미나 0.4~0.7 중량부, 분말 방수제 0.03~0.05 중량부, 기포제거제 또는 접착제 0.01~0.03 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 제3단계는 성형 완료된 상태에서 동축에 배치된 다수의 절단커터를 사용하여 원주속도 10~30m/s의 상태에서 2~6m/min의 속도로 이동하며 절단하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 제2단계는 25~55kg/㎠의 압력으로 3~5분간 가압하고, 제4단계는 110~150℃의 온도로 1~3시간 가열하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 큰 석회석 덩어리 투입에 의하여 부자재 사용이 축소되어 원가가 절감과 친환경성을 향상하는 동시에, 동질성 재질을 기반으로 색상첨가가 불필요한 것은 물론 절단과정에서 분리ㆍ이탈이 없는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법의 요부를 나타내는 플로우차트
도 2는 본 발명에 따른 주요 공정을 모식적으로 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 방법으로 제조된 인조 대리석의 완제품 사진

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 폐석회석을 원석으로 하여 인조 대리석을 제조하는 방법에 관련된다. 폐석회석은 각종 건설현장, 광산, 시멘트 제조사에서 폐기되는 폐자원으로서 인조 대리석으로 생성함에 있어서 기본적인 품질을 유지함에 더하여 재료비와 인건비 측면의 경제성 확보가 중요시된다. 수집된 폐석회석은 외주면의 균열된 입자나 덩어리를 탈락시키고 수세를 거쳐 원석으로 삼는다.

본 발명의 제1단계(S10)는 상기 원석에 첨가재를 혼합하여 원재료를 형성하는 과정을 거친다. "원재료"는 폐석회석 원석에 첨가재를 혼합하여 경화에 이르기까지의 반제품 상태를 의미한다. 상부가 개방된 상자 구조의 틀(10)에 크고 작은 원석을 골고루 채워 넣은 다음 후술하는 첨가재를 반액체 상태로 혼합한 것을 상부에서 다지점으로 투입하여 신속하게 침투되도록 한다. 틀(10)의 측면판은 종판(12)과 횡판(15)을 기밀되도록 밀착하여 이루어지며, 종판(12)과 횡판(15) 중 적어도 하나는 분리 가능한 구조로 한다.

이때, 상기 제1단계(S10)의 원석은 5~30cm 크기의 폐석회석을 주재료로 하고, 폐석회석 분말은 200mesh 이상을 포함하는 것이 좋다. 폐석회석의 크기가 적정치를 초과하면 성형과정에서 크랙이 발생하기 쉽다. 원석을 틀(10)에 투입하기 까지의 과정에서 발생되는 폐석회석 칩(분말)을 함께 투입하도 무방하다. 다만, 분말의 입도가 적정치보다 작으면 점가재와의 점결력이 약화되어 완제품의 강도를 약화시킬 우려가 있다. 폐석회석 원석은 5~30cm 크기의 덩어리들이 차지하는 중량이 95% 이상이 유지되도록 한다. 이에 더하여 원석을 다양한 크기별로 투입하여 공극을 최소화하는 것이 바람직하다.

본 발명의 세부 구성으로서. 상기 제1단계(S10)는 원석 100 중량부에 대하여 물 1.3~1.5 중량부, 시멘트 0.8~1.2 중량부, 알루미나 0.4~0.7 중량부, 분말 방수제 0.03~0.05 중량부, 기포제거제 또는 접착제 0.01~0.03 중량부를 혼합한다. 시멘트는 보통의 포틀랜드 시멘트를 주성분으로 하여 착색 용도의 백색 포트랜드 시멘트 또는 내화학성 증대 용도의 플라이 애쉬 시멘트를 혼합하여 사용할 수 있다. 알루미나는 강도, 내식성, 내마모성을 높이는 성분으로서 반드시 99.5% 이상의 고순도 제품을 사용하지 않아도 무방하다. 방수제는 원석 덩어리 사이의 공극을 메우는 역할을 한다. 기포제거제는 성형 과정의 기포를 제거하여 인조 대리석 표면의 경면화를 유도한다. 기포제거제 대신에 열경화성 수지를 주성분으로 하는 접착제를 사용할 수도 있다.

상기한 시멘트, 알루미나, 분말 방수제, 기포제거제는 원석에 혼합되는 첨가재로서 가장 적은 함량을 투입하여 인조 대리석의 물성을 구현하는 성분비를 나타낸다. 인조 대리석 제품의 용도에 따라 첨가재의 성분비는 다소 달라지더라도 원재료에 대한 원석의 중량비는 96~98%를 유지하도록 한다. 이와 같이 첨가재의 함량을 최소한으로 제한하는 것은 본 발명에서 추구하는 경제성과 관련된다.

또, 본 발명의 제2단계(S20)는 상기 원재료를 틀(10)에 넣고 진동하며 압축하여 성형하는 과정을 거친다. 틀(10)의 외부 측면과 저면에서 진동을 작용하면 압축력이 발생하면서 첨가재가 원석의 공극을 충진한다. 필요에 따라 틀(10)의 개방된 상면에서 가압력을 작용할 수도 있다. 이에 따라 원석과 첨가재가 틀(10) 내부에서 일체 구조의 원재료로 경화되는데, 원재료의 가로ㆍ세로 치수는 각각 90㎝ 내외로 유지하는 것이 좋다.

또, 본 발명의 제3단계(S30)는 상기 성형 완료된 원재료를 설정된 규격으로 절단하는 과정을 거친다. 틀(10)의 종판(12) 또는 횡판(15)을 제거한 다음 커터를 사용하여 경화된 원재료를 설정된 규격대로 절단한다. 양산에 있어서 컨베이어 벨트(도시 생략) 상에서 제1단계(S10) 내지 제3단계(S30)를 연속적으로 수행하면 생산성 향상에 유리하다.

이때, 상기 제3단계(S30)는 성형 완료된 상태에서 동축에 배치된 다수의 절단커터(30)를 사용하여 원주속도 10~30m/s의 상태에서 2~6m/min의 속도로 이동하며 절단하는 것이 바람직하다. 커터(30)는 다아이몬드 입자를 지닌 원형톱 또는 띠톱을 복수로 인접하여 배치한 형태를 사용한다. 커터(30)의 원주속도 및 이동속도가 설정범위를 초과하면 커터(30)의 마모나 대리석의 파손이 초래된다. 반대로 커터(30)의 원주속도 및 이동속도가 설정범위에 미달하면 양산에서 생산성이 저하되어 경제성 확보가 곤란하다.

또, 본 발명의 제4단계(S40)는 상기 절단된 원재료에 연마와 후처리 가공을 수행하는 과정을 거친다. 절단된 인조 대리석 원재료는 용도에 따라서 연마 방식을 달리 적용하고 이어서 필요에 따라 물리/화학적 후처리를 거친다. 예컨대, 연마 가공은 표면의 경면(광택) 상태를 조절하는 과정을 포함하고, 후처리는 별도의 패턴이나 색상을 코팅하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제2단계(S20)는 25~55kg/㎠의 압력으로 3~5분간 가압하고, 제4단계(S40)는 110~150℃의 온도로 1~3시간 가열하는 과정을 포함할 수 있다. 제2단계(S20)에서 프레스(20)를 사용하여 큰 압력을 작용하면 인조 대리석의 조직 치밀도가 증대된다. 제4단계(S40)에서 히터(도시 생략)를 사용하여 가온하면 표면 경도가 증대된다. 이와 같은 압력과 온도 조건은 인조 대리석의 용도(요구 강도)에 따라 다르게 결정된다.

도 3의 사진을 참조하면, 본 발명의 방법으로 제조된 완제품은 다양한 색상의 큰 원석과 작은 원석이 골고루 배치되어 인조 대리석의 질감을 구현하고 있어 건축 및 마감재료 활용이 가능하다. 다수의 커터(30)로 동시에 절단하여도 폐석회석 입자의 탈락이 나타나지 않았다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 틀 12: 종판
15: 횡판 20: 프레스
30: 커터

Claims (5)

1. 폐석회석을 원석으로 하여 인조 대리석을 제조하는 방법에 있어서:
   상기 원석에 첨가재를 혼합하여 원재료를 형성하는 제1단계(S10);
   상기 원재료를 틀에 넣고 진동하며 압축하여 성형하는 제2단계(S20);
   상기 성형 완료된 원재료를 설정된 규격으로 절단하는 제3단계(S30); 및
   상기 절단된 원재료에 연마와 후처리 가공을 수행하는 제4단계(S40);를 포함하여 이루어지고,
   상기 제1단계(S10)는 원석 100 중량부에 대하여 물 1.3~1.5 중량부, 시멘트 0.8~1.2 중량부, 알루미나 0.4~0.7 중량부, 분말 방수제 0.03~0.05 중량부, 기포제거제 또는 접착제 0.01~0.03 중량부를 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐석회석을 이용한 인조 대리석 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1단계(S10)의 원석은 5~30cm 크기의 폐석회석을 주재료로 하고, 폐석회석 분말은 200mesh 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐석회석을 이용한 인조 대리석 제조방법.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3단계(S30)는 성형 완료된 상태에서 동축에 배치된 다수의 절단커터를 사용하여 원주속도 10~30m/s의 상태에서 2~6m/min의 속도로 이동하며 절단하는 것을 특징으로 하는 폐석회석을 이용한 인조 대리석 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2단계(S20)는 25~55kg/㎠의 압력으로 3~5분간 가압하고, 제4단계(S40)는 110~150℃의 온도로 1~3시간 가열하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐석회석을 이용한 인조 대리석 제조방법.

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