KR101270632B1 - 다기능 세라믹 판넬 제조 방법 - Google Patents

다기능 세라믹 판넬 제조 방법 Download PDF

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Abstract

ALC(autoclaved lightweight concrete) 잔해를 주 원료로 이용함으로써 제조 원가를 절감할 수 있으면서도 습도 조절 기능이 우수하여 실내 상대습도를 일정하게 유지할 수 있는 다기능(향균, 탈취) 세라믹 판넬에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 다기능 세라믹 판넬은 복수의 기공을 구비하며, ALC(autoclaved lightweight concrete) 잔해를 가공 처리하여 형성되는 다공질 세라믹층; 및 상기 다공질 세라믹층의 표면에 형성되는 표면 처리층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다기능 세라믹 판넬 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING MULTIFUNCTIONAL CERAMIC PANEL}
본 발명은 다기능 세라믹 판넬 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ALC(autoclaved lightweight concrete) 잔해를 주 원료로 이용함으로써 제조 원가를 절감할 수 있으면서도 습도조절 기능이 우수하여 실내 상대습도를 일정하게 유지할 수 있는 다기능(향균, 탈취, 조습) 세라믹 판넬 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 삶의 질 향상으로 쾌적한 주거 환경에 대한 수요자들의 요구가 날로 증가함에 따라 인체에 해로운 각종 화학 물질로 인한 새집 증후군이나 새학교 증후군 피해를 방지하고, 각종 세균이나 곰팡이에 의한 오염을 방지하는 기술에 대한 연구가 급속히 확산되고 있다.
특히, 생활환경과 식생활 등 환경요인에 의한 질병 발생률의 증가 추세로 인해 생활공간의 환경유해 물질인 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds: VOC), 포름알데히드 등을 저감시킬 수 있는 미세 다공질 세라믹에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 미세 다공질의 세라믹에는 진흙 세라믹, 화산석이 포함된 세라믹 및 점토를 주 성분으로 하는 세라믹 등이 있다. 이들 세라믹은 흡수 및 흡착 기능을 갖고 있기 때문에 실내 상대습도를 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있으나, 제조 단가가 상대적으로 비싸다는 단점이 있다. 특히, 화산석이 포함된 세라믹은 다른 원료에 비해 수입 의존도가 높기 때문에 비용적인 측면에서 상당한 부담으로 작용하고 있다.
본 발명의 하나의 목적은 탈취 기능 및 습도조절 기능이 우수한 ALC 잔해를 주 원료로 이용하는 것을 통하여 제조 원가를 절감하면서도 우수한 탈취 효과를 갖는 다기능(향균, 탈취, 조습) 세라믹 판넬을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 다기능(향균, 탈취, 조습) 세라믹 판넬을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬은 복수의 기공을 구비하며, ALC(autoclaved light weight concrete) 잔해를 가공 처리하여 형성되는 다공질 세라믹층; 및 상기 다공질 세라믹층의 표면에 형성되는 표면 처리층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법은 ALC(autoclaved lightweight concrete) 잔해를 건식 분쇄하여 세라믹 분말을 수득하는 단계; 상기 수득된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여 물 10 ~ 50 중량부 및 바인더 1 ~ 10 중량부를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 저장 용기 내에서 숙성하는 단계; 상기 숙성된 혼합물을 압출 성형한 후, 절단하여 세라믹 성형체를 형성하는 단계; 상기 세라믹 성형체에 유약을 도포하는 단계; 및 상기 유약이 도포된 세라믹 성형체를 건조/소결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다기능 세라믹 판넬은 탈취 기능이 우수하여 생활 공간 내의 유해물질을 단시간 내에 저감시키며 악취를 제거할 수 있는 효과가 있으므로 실내 건축 자재로 활용될 수 있다.
또한, 상기 다기능 세라믹 판넬은 습도 조절 기능이 우수하여 실내 상대습도를 일정하게 유지할 수 있으므로 눅눅함이나 과다한 건조 및 결로 현상을 예방할 수 있고, 나아가 곰팡이, 진드기 등의 서식을 미연에 방지할 수 있는 향균 효과가 있다.
또한, 상기 다기능 세라믹 판넬은 유해화학 물질이 없는 자연소재로 이루어질 뿐만 아니라 다양한 디자인과 색상을 연출하는 것이 가능하므로 쾌적하고 미려한 생활 공간을 연출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다기능(향균, 탈취, 조습) 세라믹 판넬 및 그 제조 방법에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬(100)은 다공질 세라믹층(120) 및 표면 처리층(140)을 포함한다.
다공질 세라믹층(120)은 ALC(autoclaved lightweight concrete) 잔해를 가공 처리하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 이러한 다공질 세라믹층(120)은 그 내부에 복수의 기공(122)을 구비할 수 있다. 이때, 상기 다공질 세라믹층(120)은 ALC 잔해에 더불어 벤토나이트(bentonite), 규조토 및 고령토 중 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 ALC는 기포 콘크리트의 일종으로 경량 콘크리트의 장점인 경량성, 단열성, 내화성, 시공성 등에서 우수한 성능을 보인다. 이와 같은 우수한 성능에 힘입어 ALC는 건축물의 내장재 및 외장재 등으로 폭 넓게 활용되고 있다.
이때, 상기 다공질 세라믹층(120)은 건축물의 내장재 및 외장재로 사용된 후 버려지는 ALC 잔해를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 다공질 세라믹층(120)의 원료로 ALC 잔해를 이용할 경우 폐기되는 ALC 잔해를 소각 또는 매립하는 데 따른 환경 오염 문제를 미연에 방지할 수 있으며, 사용하고 버려지는 ALC 잔해를 수거하여 사용하기 때문에 제조 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
이러한 다공질 세라믹층(120)은 설계 목적에 맞게 다양한 크기 및 두께로 제작될 수 있으며, 하나의 예를 들면, 5 ~ 30mm의 두께로 형성될 수 있다.
표면 처리층(140)은 디자인과 색상으로 미적 수준을 높이기 위해 실시하는 것으로, 상기 다공질 세라믹층(120)의 표면에 유약을 1 ~ 10㎛의 두께로 도포하는 것에 의하여 형성될 수 있다. 이러한 표면 처리층(140)은 다공질 세라믹층(120)의 일 표면에 형성되는 것으로 도시하였으나, 이는 하나의 예에 불과한 것으로, 다공질 세라믹층(120)의 전 표면을 감싸는 형태로 형성하는 것도 무방하다.
이와 같이, 다공질 세라믹층(120) 및 표면 처리층(140)을 포함하는 다기능 세라믹 판넬(100)은 300 ~ 350g/m2 의 흡습량을 가질 수 있다.
전술한 구성을 갖는 다기능 세라믹 판넬은 ALC 잔해를 주 원료로 이용하는 것을 통하여 제조 원가를 절감하면서도 습도 조절 기능이 우수한 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬을 신축 건물의 내장재 등으로 적용할 경우, 생활공간의 환경 유해물질을 저감할 수 있을 뿐만 아니라 실내 습도 조절로 벽면 결로현상을 예방할 수 있다. 또한, 상기 다기능 세라믹 판넬은 대기 중의 오염 물질, 보다 구체적으로는 음식물냄새, 담배냄새, 화장실냄새, 애완동물냄새 등의 악취를 반영구적으로 제거할 수 있는 탈취 효과가 있다. 또한, 상기 다기능 세라믹 판넬은 세균, 곰팡이의 서식을 예방하고 사멸시키는 향균 효과가 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬(100)은 다공질 세라믹층(120) 및 표면 처리층(140)과 더불어 표면 디자인층(130)을 더 포함할 수 있다.
표면 디자인층(130)은 다공질 세라믹층(120)과 표면 처리층(140)의 사이에 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 표면 디자인층(140)은 다공질 세라믹 판넬(100)의 미적 감각을 부여하기 위해 다공질 세라믹층(120)의 표면에 형성된다. 이때, 상기 표면 디자인층(130)은 입체 무늬, 도안 등을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬은 유해화학 물질이 없는 자연소재로 이루어질 뿐만 아니라 다양한 디자인과 색상을 연출하는 것이 가능하므로 쾌적하고 미려한 생활 공간을 연출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법은 분쇄(S110), 혼합(S120), 숙성(S130), 성형(S140), 절단(S150), 유약 도포(S160) 및 건조/소결 단계(S170)를 포함할 수 있다.
분쇄 단계(S110)에서는 ALC(autoclaved lightweight concrete) 잔해를 분쇄하여 세라믹 분말을 수득한다. 이때, 상기 세라믹 분말은 벤토나이트(bentonite), 규조토 및 고령토 중 선택된 하나 이상을 더 포함할 수도 있다. 이 경우, ALC 잔해, 벤토나이트, 규조토 및 고령토의 각 원료를 적절히 배합한 후, 건식 분쇄하는 것이 바람직하다.
상기 ALC 잔해는 건축물의 내장재 및 외장재로 사용된 후 버려지는 ALC를 수거한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 세라믹 분말의 원료로 ALC 잔해를 이용할 경우 버려지는 ALC를 소각 또는 매립하는 데 따른 환경 오염 문제를 미연에 방지할 수 있고, 수거된 ALC 잔해를 이용하기 때문에 제조 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다. 이때, 상기 ALC 잔해는 석회질 및 규산질을 포함할 수 있다.
혼합 단계(S120)에서는 분쇄 단계(S110)에 의하여 수득한 세라믹 분말 100 중량부에 대하여 물 10 ~ 50 중량부 및 바인더 1 ~ 10 중량부를 혼합하여 혼합물을 형성한다.
숙성 단계(S130)에서는 혼합물을 저장 용기 내에서 숙성한다. 상기 숙성 단계(S130)시, 저장 용기 내에 밀폐되는 혼합물을 10 ~ 30℃에서 1 ~ 15일간 보관하는 것이 적절하다. 이러한 조건으로 보관하는 것은 충분한 숙성 효과를 발휘하기 위함이다.
성형 단계(S140)에서는 숙성된 혼합물을 압출 성형하여 세라믹 성형물을 형성한다. 이러한 압출 성형은 숙성된 혼합물을 압출기에 투입한 후, 적절한 온도로 가열된 혼합물을 압출기를 이용하여 사출 금형의 내부에 사출하여 원하는 형태로 제조하게 된다.
절단 단계(S150)에서는 세라믹 성형물을 절단하여 세라믹 성형체를 형성한다. 이때, 상기 세라믹 성형체는 커팅기에 의하여 적절한 크기로 세라믹 성형물을 절단하는 것에 의하여 형성될 수 있다.
유약 도포 단계(S160)에서는 세라믹 성형체의 표면에 유약을 도포한다. 이러한 유약은 제품을 아름답게 하기 위해 수행하는 것으로, 1 ~ 10㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 유약은 세라믹 성형체의 일 표면에 형성하는 것이 바람직하나, 세라믹 성형체의 전 표면을 감싸는 형태로 형성하는 것도 무방하다.
건조/소결 단계(S170)에서는 유약이 도포된 세라믹 성형체를 건조 및 소결한다. 이때, 건조는 세라믹 성형체를 90 ~ 350℃에서 1 ~ 8시간 동안 실시하는 것이 바람직하고, 소결은 세라믹 성형체를 500 ~ 1200℃로 실시하는 것이 바람직하다.
만약, 건조 온도가 90℃ 미만으로 실시될 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있고, 반대로, 건조 온도가 350℃를 초과할 경우에는 세라믹 성형체 내의 기공의 양이 줄어들어 탈취 효과가 저하될 수 있다.
만약, 상기 소결 온도가 500℃ 미만으로 실시될 경우에는 세라믹 성형체의 강도 확보에 어려움이 따를 수 있고, 반대로 소결 온도가 1200℃를 초과하여 실시될 경우에는 세라믹 성형체 내의 기공의 양이 줄어들어 탈취 효과가 저하될 수 있다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법은 절단 단계(S150) 및 유약 도포 단계(S160) 사이에 표면 디자인 처리 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
표면 디자인 처리 단계에서는 세라믹 성형체에 표면 디자인 처리를 실시한다. 이때, 상기 표면 디자인층은 입체 무늬, 도안 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법은 절단 단계(S150)와 표면 디자인 처리 단계 사이에, 상기 세라믹 성형체를 재 소성하는 단계와, 상기 재 소성된 세라믹 성형체를 재 성형하는 단계와, 상기 재 성형된 세라믹 성형체를 재 절단하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
이상으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬을 제조할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 1
실시예 1에서는 ALC(autoclaved lightweight concrete) 잔해를 건식 분쇄하여 평균 입자의 크기가 5㎛인 세라믹 분말을 수득한 후, 세라믹 분말 100 중량%에 수용성바인더 1 ~ 10 중량%, 물 20 중량%를 혼합하여 혼합물을 형성한 후, 15℃로 유지되는 저장 용기 내에서 1일간 숙성하였다.
이후, 숙성된 혼합물을 압출 성형하여 세라믹 성형물을 형성한 후, 세라믹 성형물을 절단하여 세라믹 성형체를 형성하였다. 다음으로, 세라믹 성형체의 표면에 유약을 4㎛의 두께로 도포한 다음, 160℃로 건조 및 700℃로 소결하여 세라믹 판넬을 제조하였다.
이후, 세라믹 판넬을 절단한 시료 4g과 1.3ⅹ104 의 초기 농도를 갖는 대장균을 시험관 내에 밀봉되도록 투입하고 나서, 24시간이 경과한 후 검지관을 이용하여 시험관 내에 잔류하는 대장균의 농도를 측정하였다.
실시예 2
실시예 2에서는 실시예1과 동일한 방식으로 세라믹 판넬을 제조하였다.
이후, 세라믹 판넬을 절단한 시료 4g과 1.6ⅹ104 의 초기 농도를 갖는 대장균을 시험관 내에 밀봉되도록 투입하고 나서, 24시간이 경과한 후 검지관을 이용하여 심험관 내에 잔류하는 녹농균의 농도를 측정하였다.
비교예 1
비교예 1에서는 1.3ⅹ104 의 초기 농도를 갖는 대장균만을 시험관 내에 밀봉되도록 투입하고 나서, 24시간이 경과한 후 검지관을 이용하여 시험관 내에 잔류하는 대장균의 농도를 측정하였다.
비교예2
비교예2에서는 1.6ⅹ104 의 초기 농도를 갖는 대장균만을 시험관 내에 밀봉되도록 투입하고 나서, 24시간이 경과한 후 검지관을 이용하여 심험관 내에 잔류하는 녹농균의 농도를 측정하였다.
표 1은 실시예 1,2 및 비교예 1,2에 따른 실험 결과를 나타낸 것이다. (이때, 표 1에서는 KCIM-FIR-1002를 이용한 Escherichia coli ATCC 25922 및 Pseudomonas aeruginosa ATCC 15422의 사용 균주 실험을 기초로 측정한 결과를 나타내었다.)
[표 1]
Figure 112011006285850-pat00001
표 1을 참조하면, 실시예 1 및 2의 경우, 초기 농도 1.3ⅹ104 및 1.6ⅹ104로부터 24시간이 경과한 후 대장균 및 녹농균의 농도가10 CFU/ml 미만으로 각각 급격히 낮아진 것을 확인할 수 있다. 이 결과, 실시예 1 및 2의 경우, 세균 감소율이 각각 99.9% 정도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1 및 2의 경우, 초기 농도 1.3ⅹ104 및 1.6ⅹ104로부터 24 시간이 경과한 후 대장균 및 녹농균의 농도가 4.3ⅹ104 및 4.8ⅹ104을 나타내는 것을 알 수 있는바, 이는 초기 농도에 비하여 오히려 약간 상승한 것임을 알 수 있다.
위의 실험 결과를 토대로, 상기 다기능 세라믹 판넬의 경우 대장균 및 녹농균에 의한 항균 효과가 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 다기능 세라믹 판넬을 건축물의 내장재 및 외장재로 활용할 경우 항균 효과가 우수하다는 것이 입증되었다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 세라믹 패널
120 : 다공질 세라믹층
122 : 기공
130 : 표면 디자인층
140 : 표면 처리층

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  7. ALC(autoclaved light concrete) 잔해를 건식 분쇄하여 세라믹 분말을 수득하는 단계;
    상기 수득된 세라믹 분말 100 중량부에 대하여 물 10 ~ 50 중량부 및 바인더 1 ~ 10 중량부를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 저장 용기 내에서 숙성하는 단계;
    상기 숙성된 혼합물을 압출 성형한 후, 절단하여 세라믹 성형체를 형성하는 단계;
    상기 세라믹 성형체에 유약을 도포하는 단계; 및
    상기 유약이 도포된 세라믹 성형체를 건조/소결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 세라믹 분말은
    벤토나이트(bentonite), 규조토 및 고령토 중 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 바인더는 수용성 고분자물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 숙성 단계시,
    상기 저장 용기 내에 밀폐되는 상기 혼합물을 10 ~ 30℃에서 1 ~ 15일간 보관하는 것을 특징으로 하는 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 유약 도포 단계시,
    상기 유약은 1 ~ 10㎛의 두께로 도포하는 것을 특징으로 하는 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 절단 단계와 유약 도포 단계 사이에,
    상기 세라믹 성형체에 표면 디자인 처리를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 절단 단계와 표면 디자인 처리 단계 사이에,
    상기 세라믹 성형체를 재 소성하는 단계와,
    상기 재 소성된 세라믹 성형체를 재 성형하는 단계와,
    상기 재 성형된 세라믹 성형체를 재 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 건조/소결 단계에서,
    건조는 90 ~ 350℃에서 1 ~ 8시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 건조/소결 단계에서,
    소결은 세라믹 성형체를 500 ~ 1200℃로 실시하는 것을 특징으로 하는 다기능 세라믹 판넬의 제조 방법.
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