KR101392963B1

KR101392963B1 - 기능성 토기 조성물 및 기능성 토기의 제조방법

Info

Publication number: KR101392963B1
Application number: KR1020130031692A
Authority: KR
Inventors: 이상진; 최인숙
Original assignee: 이상진; (주)세영씨앤티
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-05-08

Abstract

본 발명은 점토 35 내지 55 중량%, 황토 15 내지 25 중량%, 일라이트 5 내지 15 중량% 및 제올라이트 15 내지 25 중량% 를 포함하는 기능성 토기 조성물과, 점토, 황토, 일라이트 및 제올라이트를 혼합하여 토기 분말을 제조하는 단계(a단계); 소듐실리케이트와 증류수를 혼합하여 첨가제를 제조하는 단계(b단계); 상기 토기 분말과 상기 첨가제를 혼합하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계(c단계); 상기 혼합 슬러리를 성형하여 성형품을 제조하는 단계(d단계); 상기 성형품을 건조하는 단계(e단계) 및 상기 건조된 성형품을 저온 소성하는 단계(f단계)를 포함하는 기능성 토기의 제조방법을 제공한다.

Description

기능성 토기 조성물 및 기능성 토기의 제조방법 {Functional earthenware composition and method of manufacturing functional earthenware}

본 발명은 휘발성 유기 화합물 또는 방사성 물질을 흡착하는 기능성 토기의 조성물 및 기능성 토기의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 토기는 점토 또는 점토와 유사한 물질을 가소성 상태로 하여 성형 및 건조시켜서 필요한 강도를 부여하고 최종적으로 충분한 고온에서 소성시켜 얻는 재료나 제품을 말한다. 이러한 토기를 용도에 따라서 분류하면, 건축물을 조립하거나 장식하는데 사용하는 연와류나 타일류, 금속을 만드는데 사용되는 내화물, 전기 공업에 사용되는 자기나 스티어타이트(steatite)등의 절연물, 화학 제품을 만드는데 쓰이는 석기나 자기, 위생시설에 쓰이는 질그릇, 물이나 오수를 흘려보내는데 사용되는 석기, 부엌 용품이나 식탁용품등으로 쓰이는 자기, 라디오나 텔리비젼의 부속품에 사용되는 전자재료 등으로 나눌 수 있다.

이러한 토기를 제조하기 위한 토기의 원료로는 자연계에 존재하는 다양한 성분들이 사용된다. 최근에는, 국민 생활 수준의 향상으로 인하여 다양한 기능을 갖는 토기를 보유 및 사용하고자 하는 소비자의 욕구에 부응하여 기존의 토기 성분에 특수한 기능을 지닌 성분을 혼합함으로써 기능성을 가진 토기를 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 예를 들면, 강도를 증가시킨 토기, 인체에 유용한 성분을 방출하는 토기, 항균성 토기 등이 다양하게 개발되고 있다. 이러한 기능성 토기를 제조하기 위한 원료로는 다양한 성분들이 사용되고 있으며, 근래에는 원적외선 방출량이 많은 소재인 게르마늄(Ge)과 제올라이트(Zeolite)를 토기의 원료로서 채용하는 연구가 주로 이루어지고 있다.

일라이트와 제올라이트는 다공성 물질로, 비표면적이 커 흡착제로 이용된다. 이러한 일라이트와 제올라이트를 토기에 접목시켜 흡착력이 좋은 토기를 제작하고 있다. 그러나 제올라이트의 경우 일반적인 토기 제조 방법인 고온 소성을 할 경우 비표면적이 작아져서 흡착기능이 떨어지게 된다.

한국등록특허 제 10-0799851호에서는 황토 75Kg, 운모 5Kg, 맥섬석 5Kg, 질석 5Kg, 일라이트 4Kg, 스맥타이트 3Kg, 옥분말 1Kg, 게르마나이트1Kg, 포죠란 1Kg 을 볼밀에 넣어 200 ~ 350매시로 분쇄하여 체(sieve)를 이용하여 분채 하여 준비한 다음, 물15Kg을 투입하여 교반기로 교반하여 황토몰탈을 제조한 다음, 반죽하여 성형한 후에, 가열로에 투입하여 1차 700~900 ℃ 로 4시간 고온처리한 다음, 유약처리 한 후에 1200~1300℃에서 12~15시간 동안 소성하여 제조함을 특징으로 하는 황토몰탈 조성물을 이용한 성형품의 제조방법을 개시하고 있다. 그러나 상기 특허는 본 발명과 같이 제올라이트를 사용하여 휘발성 유기 화합물을 흡착하여 제거하는 기능성 토기를 제조할 수 없었다.

이에, 본 발명의 목적은 휘발성 유기 화합물이나 방사성 물질을 흡착하여 제거할 수 있고 장식효과가 있는 기능성 토기를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 점토 35 내지 55 중량%, 황토 15 내지 25 중량%, 일라이트 5 내지 15 중량% 및 제올라이트 15 내지 25 중량% 를 포함하는 기능성 토기 조성물을 제공한다.

또한 점토 35 내지 55 중량%, 황토 15 내지 25 중량%, 일라이트 5 내지 15 중량% 및 제올라이트 15 내지 25 중량% 를 포함하는 기능성 토기 조성물과 점토, 황토, 일라이트 및 제올라이트를 혼합하여 토기 분말을 제조하는 단계(a단계); 소듐실리케이트와 증류수를 혼합하여 첨가제를 제조하는 단계(b단계); 상기 토기 분말과 상기 첨가제를 혼합하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계(c단계); 상기 혼합 슬러리를 성형하여 성형품을 제조하는 단계(d단계); 상기 성형품을 건조하는 단계(e단계) 및 상기 건조된 성형품을 저온 소성하는 단계(f단계)를 포함하는 기능성 토기의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제조방법에 따르면, 천연소재를 이용하여 휘발성 유기 화합물과 같은 환경유해 물질 및 방사성 물질을 흡착하여 제거하고, 장식효과가 있어 심미감을 주는 기능성 토기를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기능성 토기의 흡착 방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 기능성 토기의 주사전자현미경(SEM, S-2300, Hitachi, Japan) 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 휘발성 유기 화합물의 제거능을 평가하는 방법을 나타낸 것이다.

본 발명은 점토 35 내지 55 중량%, 황토 15 내지 25 중량%, 일라이트 5 내지 15 중량% 및 제올라이트 15 내지 25 중량% 를 포함하는 기능성 토기 조성물과 점토 35 내지 55 중량%, 황토 15 내지 25 중량%, 일라이트 5 내지 15 중량% 및 제올라이트 15 내지 25 중량% 를 포함하는 기능성 토기 조성물과 점토, 황토, 일라이트 및 제올라이트를 혼합하여 토기 분말을 제조하는 단계(a단계); 소듐실리케이트와 증류수를 혼합하여 첨가제를 제조하는 단계(b단계); 상기 토기 분말과 상기 첨가제를 혼합하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계(c단계); 상기 혼합 슬러리를 성형하여 성형품을 제조하는 단계(d단계); 상기 성형품을 건조하는 단계(e단계) 및 상기 건조된 성형품을 저온 소성하는 단계(f단계)를 포함하는 기능성 토기의 제조방법을 제공한다.

상기 점토는 토기 소지(body)의 역할을 수행하고, 35 내지 55 중량%, 40 내지 55 중량% 또는 40 내지 50 중량% 일 수 있다. 만약 상기 함량 범위를 벗어나면 건조과정에서 성형품이 분말화되어 강도가 저하되는 문제가 야기될 수 있다.

상기 황토는 토기의 기공율을 결정하는 역할을 수행하고, 15 내지 25 중량%, 15 내지 20 중량% 또는 20 내지 25 중량% 일 수 있다. 만약 상기 함량 범위를 벗어나면 건조과정에서 성형품이 분말화되어 강도가 저하되는 문제가 야기될 수 있다.

상기 일라이트는 방사성 물질을 흡착하는의 역할을 수행하고, 5 내지 15 중량%, 5 내지 10 중량% 또는 10 내지 15 중량% 일 수 있다. 만약 상기 함량 범위를 벗어나면 건조과정에서 성형품이 분말화되어 강도가 저하되는 문제가 야기될 수 있다.

상기 제올라이트는 휘발성 유기 화합물 등 유해가스와 악취를 흡착하여 제거하는 역할을 수행하고, 15 내지 25 중량%, 15 내지 20 중량% 또는 20 내지 25 중량% 일 수 있다. 만약 상기 함량 범위를 벗어나면 건조과정에서 성형품이 분말화되어 강도가 저하되는 문제가 야기될 수 있다.

또한 상기 소듐실리케이트는 결합제(binder)의 역할을 수행하고, 상기 토기 분말 100 중량부 대비 1 내지 10 중량부, 1 내지 8 중량부 또는 1 내지 5 중량부 일 수 있다. 만약 상기 함량 범위를 벗어나면 건조과정에서 성형품의 강도가 저하되는 문제가 야기될 수 있다.

상기 증류수는 혼합 매개제로서 작용하며 원활한 성형품의 제작을 가능하게 하는 역할을 수행하고, 상기 토기 분말 100 중량부 대비 5 내지 25 중량부, 5 내지 20 중량부 또는 10 내지 20 중량부 일 수 있다. 만약 상기 함량 범위를 벗어나면 분말 혼합물이 불균일해지고 성형품의 건조 시 균열이 발생하는 문제가 야기될 수 있다.

본 발명의 한 구체예에서, 휘발성 유기 화합물은 포름알데히드, 톨루엔, 질소 산화물, 황 산화물, 악취 유발 물질 및 담배연기 일 수 있고, 방사성 물질은 세슘(Cs), 크롬(Cr) 및 코발트(Co) 일 수 있다.

본 발명의 다른 구체예에서, 상기 점토, 황토, 일라이트 및 제올라이트는 볼밀에 장입하여 혼합하는데, 이때 상기 볼밀의 볼의 평균 입경은 1 내지 10 mm, 3 내지 10 mm 또는 3 내지 5 mm 일 수 있고 상기 볼밀의 속도는 50 내지 150 rpm, 50 내지 100 rpm 또는 100 내지 150 rpm 일 수 있다.

또한 상기 e단계에서 성형품의 건조는 상온에서 12 내지 36 시간, 12 내지 24 시간 또는 24 내지 36 시간 일 수 있고, 열풍 건조기를 이용해 60 내지 110 ℃, 60 내지 100 ℃ 또는 80 내지 100 ℃ 에서 3 내지 12 시간, 3 내지 10 시간 또는 6 내지 12 시간 일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 f단계에서 저온 소성은 200 내지 700 ℃, 200 내지 600 ℃ 또는 300 내지 600 ℃ 에서 30 내지 180 분, 30 내지 160 분 또는 40 내지 180 분 일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

토기는 일반적으로 고온소성을 하게 되는데, 그 경우 제올라이트의 비표면적이 작아져서 흡착기능이 떨어지게 된다. 그러므로 본 발명에서는 저온 소성을 하여 제올라이트의 기능을 유지하여 휘발성 유기 화합물을 80% 이상 흡수하여 제거할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 제조방법에 따르면 천연소재를 이용하여 휘발성 유기 화합물질과 같은 환경유해 물질 및 방사성 물질을 흡착하여 제거하고 장식효과가 있어 심미감을 주는 기능성 토기를 제조할 수 있다.

도 1을 살펴보면 상기 기능성 토기는 휘발성 유기 화합물을 흡착하여 제거 한다. 상기 기능성 토기의 표면의 미세한 기공에 휘발성 유기 화합물이 흡착되어 공기 중의 휘발성 유기 화합물을 물리적, 화학적으로 흡착하여 제거 할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

< 실시예 1> 제올라이트 25 중량% 를 포함하는 기능성 토기의 제조

볼밀(자체 제작)에 경주 점토(동영세라믹스, 옹기토) 50 중량%, 황토(자체제작) 15 중량%, 일라이트(덕산일라이트) 10 중량% 및 제올라이트(자체 제작) 25 중량% 를 넣고 100 rpm의 속도로 1시간 볼밀링 하여 토기 분말을 제조하였다. 또한 상기 토기 분말 100 중량부 대비 소듐실리케이트 1 중량부와 증류수 20 중량부를 혼합하여 첨가제를 제조하였다. 상기 토기 분말 83 중량% 와 첨가제 17 중량% 를 혼합하여 혼합 슬러리를 제조하였다. 상기 혼합 슬러리를 물레성형으로 성형품을 제조하였다. 상기 성형품을 80 ℃ 에서 12 시간 건조한 후 450 ℃ 에서 저온 소성 하였다 이러한 제조방법을 통해 제올라이트 25 중량% 를 포함하는 기능성 토기를 제조하였다.

< 실시예 2> 제올라이트 15 중량% 를 포함하는 기능성 토기의 제조

볼밀(자체제작)에 경주 점토(동영세라믹스, 옹기토) 45 중량%, 황토(자체제작) 25 중량%, 일라이트(덕산일라이트) 15 중량% 및 제올라이트(자체제작) 15 중량% 를 넣고 100 rpm의 속도로 1시간 볼밀링 하여 토기 분말을 제조하였다. 또한 상기 토기 분말 100 중량부 대비 소듐실리케이트 1 중량부와 증류수 20 중량부를 혼합하여 첨가제를 제조하였다. 상기 토기 분말 83 중량% 와 첨가제 17 중량% 를 혼합하여 혼합 슬러리를 제조하였다. 상기 혼합 슬러리를 물레성형으로 성형품을 제조하였다. 상기 성형품을 80 ℃ 에서 12 시간 건조한 후 350 ℃ 에서 저온 소성 하였다 이러한 제조방법을 통해 제올라이트 15 중량% 를 포함하는 기능성 토기를 제조하였다.

< 실시예 3> 기능성 토기 특성 분석

실시예 1에서 얻어진 기능성 토기의 입도 분석을 주사전자현미경(SEM, S-2300, Hitachi, Japan)을 이용하여 수행하였으며, 그 결과는 도 2와 같다.

< 실시예 4> 제올라이트 25 중량% 를 포함하는 기능성 토기의 톨루엔 제거능 분석

실시예 1에서 얻어진 제올라이트 25 중량% 를 포함하는 기능성 토기의 편을 이용하여 도 3의 방법으로 톨루엔 제거능을 분석하였다.

제올라이트 25 중량% 를 포함하는 기능성 토기는 톨루엔을 50 ppm 투입하고 1시간 경과 후, 80%의 제거효율을 나타내었다.

< 실시예 5> 제올라이트 15 중량% 를 포함하는 기능성 토기의 포름알데히드 제거능 분석

실시예 2에서 얻어진 제올라이트 15 중량% 를 포함하는 기능성 토기의 편을 이용하여 도 3의 방법으로 포름알데히드 제거능을 분석하였다.

제올라이트 15 중량% 를 포함하는 기능성 토기는 포름알데히드를 50 ppm 투입하하고 1시간 경과 후, 60%의 제거효율을 나타내었다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

점토 35 내지 55 중량%, 황토 15 내지 25 중량%, 일라이트 5 내지 15 중량% 및 제올라이트 15 내지 25 중량% 를 포함하는 기능성 토기 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물 총 100 중량부에 대하여,
소듐실리케이트 1 내지 10 중량부와 증류수 5 내지 25 중량부를 더 포함하는 기능성 토기 조성물.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 점토는 경주 점토 인 것인, 기능성 토기 조성물.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 기능성 토기 조성물은 휘발성 유기 화합물 및 방사성 물질을 흡착하는 것을 특징으로 하는 기능성 토기 조성물.
점토, 황토, 일라이트 및 제올라이트를 혼합하여 토기 분말을 제조하는 단계(a단계);
소듐실리케이트와 증류수를 혼합하여 첨가제를 제조하는 단계(b단계);
상기 토기 분말과 상기 첨가제를 혼합하여 혼합 슬러리를 제조하는 단계(c단계);
상기 혼합 슬러리를 성형하여 성형품을 제조하는 단계(d단계);
상기 성형품을 건조하는 단계(e단계) 및
상기 건조된 성형품을 200 내지 700 ℃에서 30 내지 180분 동안 저온 소성하는 단계(f단계)를 포함하는 기능성 토기의 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기 토기 분말은 점토, 황토, 일라이트 및 제올라이트를 볼밀기에 장입시킨 후, 50 내지 150 rpm 에서 30 내지 90 분 동안 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 기능성 토기의 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기 d단계의 성형은 주입성형, 물레성형 및 가압성형으로 이루어진 군에서 선택된 하나의 성형 방법으로 수행하는 기능성 토기의 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기 e단계의 건조는 상온에서 12 내지 36 시간 수행되는 것인, 기능성 토기의 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기 e단계의 건조는 열풍 건조기에서 60 내지 110 ℃ 에서 3 내지 12 시간 수행되는 것인, 기능성 토기의 제조방법.
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