KR101434384B1

KR101434384B1 - 포졸란 광물을 이용하여 제공되는 기능성 타일 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101434384B1
Application number: KR1020120106638A
Authority: KR
Inventors: 김정란; 이춘식; 백우현
Original assignee: 김정란
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-08-26
Also published as: KR20140039862A

Abstract

본원은 포졸란 광물을 이용하여 제공되는 기능성 타일 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본원은 양질의 포졸란 광물을 채취하여 일광으로 자연건조시키는 풍화고정을 거친 뒤 소성로에 넣고 소성시켜 불순물이 제거된 포졸란 분말과 타일 제품의 결합력을 높이기 위한 고령토분말과 흡취 성능을 향상시키기 위한 다공성 플라이애쉬와 항균제로 소성패각분말을 일정 범위로 배합하고 나머지 잔량은 용액형 규산나트륨이 바인더로 혼합되어 적용되는 기능성 타일에 관한 것이다.
본원에서 제공되는 기능성 타일은 포졸란 광물 40±17중량%와 고령토 25±10중량%와 100~300메쉬 체를 통과하는 입도크기로 분쇄하여 제공되는 다공성 플라이애쉬 15±5중량%와 항균제로 소성패각분말 5±2중량% 범위로 배합되고 나머지 잔량은 SiO₂/Na₂O의 몰비가 2.10 내지는 3.30의 범주에 있는 용액형 규산나트륨이 혼합되어 100중량%를 이루도록 혼합되어 타일 원료조성물을 이루고, 상기 타일 원료조성물이 사출성형기에 투입되어 원하는 규격의 타일로 성형되고 건조된 후 830~860℃의 온도에서 소성공정이 수행되는 공정을 통하여 제공되는 기능성 타일에 관한 것이다.

Description

포졸란 광물을 이용하여 제공되는 기능성 타일 및 그 제조방법{The functional tile and the manufacturing method using pozzolan}

본원은 포졸란 광물을 이용하여 제공되는 기능성 타일 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 대부분 거주 공간의 내부는 일반시멘트를 주재료로 이용하여 벽면을 형성하고 그 위에 일반시멘트나 본드로 접합시킨 타일이나 합판, 페인트, 벽지 등으로 마감 처리되는 양태로 시공되어 왔으나, 타일 자체 또는 타일을 부착하는 시멘트나 본드에서도 여러 가지 유해물질을 함유하고 있을 뿐 아니라 건축자재인 합판, 페인트, 벽지 등에서도 휘발성 유기화합물(VOCs)을 방출하여 새집증후군(Sick Building Syndrome)을 야기하는 주범이 되어 왔다.

새집증후군의 해결책으로는 계획적인 환기에 의해 오염물질을 외부로 배출시키거나, VOCs 제어용 공기청정기를 설치하는 방법 등이 시도되고 있으나 유해물질의 발생을 근원적으로 차단하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 현대인의 삶이 윤택해지면서 웰-빙(well being) 삶을 추구하게 되고 실내환경 공기 질 개선이 요구되어 왔으며 이 분야의 연구개발이 활발하게 진행되고 있으나 공기 질 개선을 위한 원료선정이나 시공 및 평가방법 등의 확립이 구체적으로 이루어지지 못한 상태이다.

포졸란은 화산회(화산재)의 일종으로서 약 1억 년 전 백악기 시대에 형성된 화성암으로써 내산성, 내부식성, 단열성, 내구성, 흡취성, 방수성이 우수하여 역사적으로는 고대 로마 그리스지역에 건립되어 있는 콜로세움 원형경기장이나 판테이온 신전 등 수 많은 건축물들이 2000년 이상이 지난 오랜 세월 속에서도 균열이나 부식, 변형없이 원형 그대로 견고함을 자랑하고 있는 것은 포졸란의 원석 또는 포졸란 시멘트를 사용하여 건립되었기 때문이라는 사실이 학자들에 의해서 밝혀지고 있다.

또한 본원에서 사용되는 포졸란은 원적외선 및 음이온 방출성능이 많은 천연광물이고, 특히 전국의 지자체 중 유일하게 섬으로만 구성되어 있는 전남 신안군 관내 조파도, 정주도, 용출도 소재 해안의 광산에서 산출된 포졸란 원석의 물성자체가 내륙소재 광산에서 산출된 품질보다 월등하게 우수하고, 더욱이 상기 포졸란에는 기적의 원소 또는 생명의 원소로 지칭되고 있는 게르마늄(Ge)성분까지 2.0ppm 함유된 우수한 물성의 광물임이 확인되었다.

게르마늄 성분은 인체 내의 노폐물, 이물질, 독소, 중금속 등을 신속하게 체외로 배출시키고 암과 바이러스를 소멸시키며 노화방지 및 두뇌활동을 촉진시켜 준다는 효능은 의학적, 생물학적으로 이미 밝혀져 있는바, 이를 이용하여 기능성 타일을 만들 경우, 원적외선 및 음이온 방사효과뿐 아니라 게르마늄 성분효과까지 보유하고 있는 그야말로 인체에 유익한 최상의 바이오적 특성을 갖는 소재임을 확신하고 시작된 발명이다.

종래의 일반적인 건축물 내장 타일은 황토, 점토, 도석, 납석, 석회석 등의 무기질 원료를 볼밀(Ball Mill) 등을 이용하여 분쇄하여 스프레이 드라이어에서 분말로 제조하여 성형한 다음, 성형품을 1,000℃ 이상 온도에서 1차 소성을 하고, 그 위에 0.3∼0.5㎜ 정도의 프리트(frit) 유약을 도포하여 1,050℃ 온도에서 2차 소성하여 제품을 얻는 공정을 이용하여 왔다.

본원과 같이 타일에 기능성을 부여하기 위한 기술로 개시된 선행기술들을 살펴보면, 등록특허 제 894718호 "세라믹 숯 타일 및 이의 제조방법" 특허공보에서는 미세 다공 구조 및 숯의 기능을 갖는 세라믹 복합체와 이 세라믹 복합체의 표면에 기능성의 유약 슬립을 도포한 후 소성과정을 거친 세라믹 숯 타일에 관하여 개시되어 있다.

상기 특허에서는 세라믹 숯 타일을 얻기 위해 미세 다공 구조 및 숯의 기능을 갖는 세라믹 복합체를 성형 및 건조하는 단계, 상기의 세라믹 복합체 표면에 기능성의 유약 슬립을 도포하는 시유단계, 시유된 복합체를 소결하는 소성단계를 포함하여 이루어지는 구성을 통하여 숯 및 기능성 유약에 의한 조습 기능, 탈취기능, 원적외선 복사 기능, 항균 기능을 갖는 타일로 제공할 수 있다고 주장하고 있다.

또한 등록특허 제 1150721호에서는 "음이온을 발생하는 기능성 타일"로서 타일의 유약이 도포된 시유면에 음이온 방사물질이 함유된 기능성 용액을 별도로 도포한 다음 소성시킴으로써, 유약 내에 이물질이 첨가되지 않아서 고유색상의 변색 및 광택의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기존보다 적은 양의 음이온 방사물질을 사용하더라도 충분한 음이온을 발생시킬 수 있는 동시에 단일소성으로 모든 제조공정이 완료되기 때문에 생산비용 절감에 따른 원가를 낮출 수 있는 음이온을 발생하는 기능성 타일을 얻기 위한 제조방법으로, 점토 및 도석, 납석, 백토, 석회석의 원료를 혼합하고 가압성형하여 타일 본체를 성형하는 단계와 상기 성형된 타일 본체에 유약을 도포하고 건조하는 단계와 상기 유약이 도포된 타일본체의 시유면에 제오라이트(Zeolite) 87.3중량%, 산화철(Fe2O3) 4.9중량%, 산화칼슘(CaO) 2.1중량%, 산화지르코늄(ZrO2) 5.7중량%로 구성된 음이온 방사물질을 10~20% 농도의 CMC(Carboxy Methyl Cellulose) 수용액에 10~20중량% 첨가하여 만들어진 기능성 용액을 도포하는 단계와 상기 기능성 용액이 도포된 타일을 1,000℃~1,900℃의 온도에서 30~80분간 소성하는 단계를 통하여 이루어지는 기능성 타일의 제조방법이 개시되어 있다.

또한, 공개특허 2006년 07214호에서는 '황토 타일의 제조방법'으로 원료 총 중량에 대하여 황토분말 70~90 중량%, 분말화된 게르마늄, 목화석, 고령토, 점토, 장석, 석회, 숯을 각각 1~5 중량%, 솔잎과 쑥과 함께 농축하여 제조한 농축액을 1~10 중량%를 혼합하는 원료배합공정과 상기 배합된 원료를 수분함량 5~10%가 되도록 하는 건조공정과 상기 건조된 원료를 성형기에 투입하고 가온/가압하는 성형공정을 포함하여 이루어지는 황토타일의 제조방법을 통하여 탈취, 항균, 원적외선 방사 효과를 도모하는 선행기술이 개시되어 있다.

그러나, 상기와 같이 유약이 도포되어 만들어진 내장 타일은 외관상 미관을 높여 주는 장식적 기능이 강조될 뿐 타일 자체로부터 원적외선 방사, 조습, 탈취효과 및 항균효과가 떨어지는 단순한 건축 내장재에 불과한 것으로 제공되는 문제점을 갖는 것이고, 또한 상기의 황토 타일과 같이 원료 총 중량에 대하여 황토분말 이 70~90 중량%로 과다하게 사용되는 경우에는 우리나라의 기후 특성상 여름의 혹서기와 겨울의 혹한기를 겪으면서 결합력이 급격히 저하되어 내구성을 떨어뜨리는 문제점을 갖는다.

본원은 양질의 포졸란 광물을 채취하여 일광으로 자연 건조시키는 풍화과정을 거친 뒤 소성로에 넣고 소성시켜 불순물이 제거된 포졸란 분말과 타일 제품의 결합력을 높이기 위한 고령토분말과 흡취 성능을 향상시키기 위한 다공성 플라이애쉬와 항균제로 소성패각분말을 일정 범위로 배합하고 나머지 잔량은 용액형 규산나트륨이 바인더로 혼합되어 적용되는 기능성 타일을 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

본원은 건축물의 내벽 마감재로써 인체의 신진대사를 촉진시킬 수 있는 원적외선 및 음이온 방사효과 및 온열효과와 실내의 습도가 높은 경우에는 습기를 흡수하고, 습도가 낮은 경우에는 습기를 방출하여 보충해 주는 습도조절효과 및 암모니아 등의 유해가스를 흡취시키는 탈취효과가 있으며 또한 세균, 곰팡이, 진드기 등의 서식 및 생성을 방지하는 항균효과와 게르마늄성분의 특수효과까지 추가된 기능성 타일을 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

본 발명은 전남 신안군 관내 조파도, 정주도, 용출도의 포졸란 광산에서 산출된 원석의 물성자체가 해안에 소재하고 있기 때문에 내륙소재 광산보다 우수한 품질이고, 더욱이 게르마늄 성분까지 함유하고 있는 보기 드문 소재임을 확인하여, 이를 건축자재로 활용함으로써 포졸란이 갖는 원적외선 및 음이온 방출기능과 게르마늄의 특성을 타일제품에 적용하고자 하는 배경을 갖는다.

본원은 천연광물인 포졸란 광물을 기능성 타일에 적용하기 위한 일 적용예로서, 국내산 포졸란 광물을 채취하여 일광으로 자연 건조시킨 뒤 소성로에 넣고 약 350±50℃에서 2~4 시간 범위로 소성시켜 불순물을 제거하고, 상기 소성된 포졸란 광물을 볼밀 등의 분쇄기를 이용 분쇄하고 200±50 메쉬 범위의 체로 걸러서 미립도로 제공되는 포졸란 광물 40±17중량%와 같은 방법으로 가공된 고령토 25±10중량%와 200~300메쉬 체를 통과하는 크기로 분쇄하여 제공되는 다공성 플라이애쉬 15±5중량%와 항균제로 소성패각분말 5±2중량% 범위로 배합되고 나머지 잔량은 SiO₂/Na₂O의 몰비가 2.10~3.30의 범주에 있는 용액형 규산나트륨으로 혼합되어 100중량%를 이루고 타일로 성형될 때 본원 발명자가 원하는 물성을 제공할 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

본원에서는 특히 전남 신안군 관내 포졸란 광산에서 산출되는 포졸란 원료를 이용하여 타일로 제품화할 때 게르마늄(Ge)성분을 일정범위로 함유된 포졸란 광물에서 게르마늄 성분이 주는 효과를 주거 공간을 비롯하여 건축물에 활용토록 하고자 하는바, 게르마늄(Ge)성분은 생명의 원소로서 몸속의 노폐물, 이물질, 독소, 중금속 등을 신속하게 체외로 배출시키고 암과 바이러스를 소멸시키며 노화방지 및 두뇌활동을 촉진시켜 주는 효과는 이미 밝혀져 있다.

게르마늄의 의학적, 생물학적 효능이 알려진 것은 1930년 카렐 박사에 의하여 프랑스 국경 루르드 기적의 샘물이 질병에 대한 탁월한 치료효과가 있다는 보고서가 발표된 이후 여러 학자들이 그 샘물을 분석한 결과 게르마늄 함유량이 높다는 것이 발견되면서부터 최근에는 광물적인 무기게르마늄 활용뿐 아니라 이를 유기화하여 유기게르마늄으로의 활용도 시도되고 있다.

본원 발명자는 전남 신안군의 조파도, 정주도, 용출도 해안의 광산에서 산출되는 포졸란 광석을 시료로 채취하고 산출된 원석을 3일 정도 풍화과정을 거치고 분쇄하여 200 mesh체를 통과한 원료를 얻고 이를 분석하였는바, 포졸란 원석의 성분분석은 하기의 표 1과 같았다

구분	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MgO	K2O	Na2O	TiO3	CaO	자연 감량	계 (wt%)
함량	69.4	12,0	4.63	0.62	3.99	1.04	0.62	1.92	(5.78)	100

상기 원석은 분석과정에서 Ge함유량이 2.0ppm으로 함유되고, 상기 원석에서 원적외선 방사율(5~20㎛)이 0.928로 측정되고, 원적외선 방사에너지가 3.74 W/㎡㎛ × 10² 으로 측정되는 우수한 포졸란 원석임을 확인하고 이를 산업상 유용한 용도로 활용하기 위한 연구를 수행하고자 하였다.

또한 본원의 기능성 타일에서 포졸란과 함께 사용되는 고령토는 도자기의 원료로 사용되는 광물로서 카올린, 백도토(白陶土:china clay)라고도 불리우며, 바위 속에 있는 장석류가 장기간에 걸쳐 탄산 또는 물에 의해 화학적으로 분해되는 풍화과정에 의해 생성되는 것으로 타 원료 물질과 잘 혼합되어 결합력을 높이는 기능을 가지며 특히 높은 온도로 소결되는 공정을 거치면서도 견고한 결합력을 유지해주는 기능성이 확인되어 본원에서 타일원료로 이용하고자 하였다.

또한 본원의 기능성 타일에서 포졸란과 함께 사용되는 플라이애쉬(fly ash)는 화력발전소 등에서 석탄을 연소시키는 과정에서 발생하는 미립도의 입자로 그 화학성분이 SiO₂, Al₂O₃, 탄소이며 결정상이 쿼츠(SiO₂), 멀라이트(3Al₂O₃·SiO₂ )로 이루어져 있는데, 플라이애쉬(fly ash) 속에는 입경 크기 수~수백 ㎛범위의 미세 다공성을 갖고 외부의 습기를 흡수하거나 방출하면서 실내 습도를 조절해주는 기능성이 확인되어 본원에서 타일원료 첨가제로 이용하고자 하였다.

또한 본원의 기능성 타일에서 포졸란과 함께 사용되는 소성 패각분말은 패각 류를 고온에서 소성시킨 후 분말화 하는 경우 높은 항균특성을 나타내는 것을 확인하고 이의 특성을 본원의 기능성 타일 원료로 적용하여 항균기능을 드높이고자 하였다.

본원에서는 상기의 입자상의 타일원료 물질을 결합시켜 일정 강도를 확보하도록 하기 위한 바인더 물질로 1종~4종의 용액형 규산나트륨이 이용될 수 있는바, 용액형 규산나트륨 중 1종의 규산나트륨(SiO₂/Na₂O의 mole ratio: 2.1~.3.0)은 점도가 100,000cps 이상으로 점도가 매우 커서 혼합하기에는 어려우나 결합력이 크고, 규산나트륨 2종(SiO₂/Na₂O의 mole ratio: 2.4~2.6)은 1종보다 실리카졸의 량을 더 많이 함유하여 점도가 10,000~50,000cps로 대체적으로 높고, 규산나트륨 4종(SiO₂/Na₂O의 mole ratio: 3.4~3.6)은 점도가 비교적 낮아 타일 혼합물의 점도조절이 용이하나 결합력이 낮아지는 문제점이 있고, 규산나트륨 3종(SiO₂/Na₂O의 mole ratio: 3.15~3.30)은 점도도 높지 않으면서 가격이 저렴한 특성을 갖는바, 본원에서는 SiO₂/Na₂O의 몰비가 2.10~3.30의 범주에 있는 용액형 규산나트륨 중에서 계절별로 적당한 점도조절을 하면서 선택적으로 사용할 수 있다.

본원에서는 환경 친화적인 기능성 타일을 얻기 위해 사용되는 원료가 포졸란, 고령토, 플라이애쉬(fly ash), 패각분말 등의 모든 기능성 성분은 자연에서 산출되는 원료로 제공되며 이들 원료를 특정의 배합비로 혼합하여 기능성 타일을 제공하는 경우 인체에 친화성이 큰 원적외선 및 음이온의 발산효과, 유해물 흡착효과, 게르마늄 발생효과를 갖는 타일을 제공할 수 있는지 여부, 타일로서의 강도 등을 확보하는지 확인하고자 하였으며, 상기의 원료를 이용으로 원하는 효과를 얻을 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.

이하 본원의 기술사상이 구체적으로 구현되는 실시양태는 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용란에서 상세하게 설명하기로 한다.

본원에서 제공되는 기능성 타일은 미세한 다공 조직으로 되어 있으므로 실내의 습도가 높은 경우에는 습기를 흡수하여 실내 습도를 낮추어 주며, 실내의 습도가 낮은 경우에는 반대로 습기를 방출하여 실내습도를 높이게 하여 실내공간을 쾌적하고 신선하게 유지시켜주는 효과를 제공한다.

또한 본원에서 제공되는 기능성 타일은 실내에서 서식하기 쉬운 세균, 곰팡이, 진드기, 벌레 등의 생성을 억제하며, 공기 중의 세균이 표면에 붙을 경우 멸균효과가 있어 위생적인 공간을 유지할 수 있고, 또한 탈취기능이 있어 건축물이나 건축자재에서 발생하는 포름알데히드, 휘발성 유기 화합물(VOC) 등의 화학물질, 실내의 담배연기, 음식냄새 등을 흡착하고 정화시켜 주는 기능이 있어 주거공간의 공기 질을 개선해주는 효과를 갖는다.

도 1 : 본원의 기술사상이 적용되는 기능성 타일의 제조공정도.

이하 본원의 기술사상이 구현되는 실시양태를 하기에 기재하고자 하는바, 본원에서 제공되는 기능성 타일 조성물의 상한이나 하한을 나타내는 숫자는 본원의 목적을 달성하기 위한 다양한 시행오차법에 의한 실험결과로 출원인이 원하는 기대치를 달성하는 범위의 실시양태를 제시한 것이고, 본원의 기술사상을 모두 대변하는 것은 아니나 본원에서 제시되는 수치의 상한이나 하한을 벗어나는 경우 최상의 물성이 훼손되고 내구성이 떨어지는 문제점을 나타내므로 제시된 숫자이다.

또한 본원의 목적을 달성하기 위한 수단으로 제시되는 각종 사용원료의 채취장소나 순도나 원료성분 분포도, 제조방법의 배합순서에 따라서도 다소 영향을 미칠 수 있을 것이나 본 발명의 기술사상에 따른 권리범위는 특허청구범위에 기재된 내용을 기준으로 균등론적으로 해석되어 적용되어야 할 것이다.

이하 본 발명의 기술사상이 구체적으로 적용되는 실시양태를 도 1에 제시된 기능성 타일 제조공정도를 참조하여 설명하고자 하며, 하기에 표 2로 제시되는 배합조성물은 수많은 시행 오차를 겪으면서 발명자가 원하는 결과를 얻을 수 있는 최적의 실시양태를 나타낸 것으로, 예를 들어 국내산 포졸란 광물을 채취하여 일광으로 자연건조시킨 뒤 소성로에 넣고 약 350±50℃에서 2~4 시간 범위로 소성시켜 불순물을 제거하고, 상기 소성된 포졸란 광물을 볼밀 등의 분쇄기를 이용하여 분쇄한 후 200±50 메쉬 범위의 체로 걸러서 얻은 포졸란 광물 40±17중량%와 상기와 같은 방법으로 가공된 고령토 25±10중량%와 200~300메쉬 크기로 분쇄하여 제공되는 다공성 플라이애쉬 15±5중량%와 항균제로 소성패각분말 5±2중량% 범위로 배합되고 나머지 잔량은 SiO₂/Na₂O의 몰비가 2.10 내지는 3.30의 범주에 있는 용액형 규산나트륨이 혼합되어 100중량%를 이루도록 혼합되어 타일 원료조성물을 이루고, 상기 타일 원료조성물이 사출성형기에 투입되어 원하는 규격의 타일로 성형되고 건조된 후 830~860℃의 온도에서 소성공정이 수행되는 단계공정을 포함하여 이루어짐으로 본원에서 원하는 물성을 갖는 기능성 타일로 제공될 수 있다.

특히 본원에서는 전남 신안군 관내 포졸란 광산에서 산출되는 원석으로 게르마늄(Ge) 성분을 함유한 포졸란 원석을 이용하고 타 원료도 천연에서 산출되는 자연친화적 원료만을 이용하여 건축자재용 자연친화적 타일로 제공하고자 하였다.

본 발명 일 실시예에 따른 전남 신안군 관내 조파도, 정주도, 용출도 해안의 광산에서 산출된 포졸란을 이용하여 건축자재용 기능성 타일을 제조하는 과정은 도 1과 같이 제시된다.

본원의 타일 조성물에 사용되는 원료는 모두 천연 자연에서 산출되는 원료를 이용하게 되는바, 먼저 포졸란 원료는 도 1에 제시된 바와 같이, 전남 신안군관내 포졸란 광산에서 산출되는 양질의 포졸란을 채취하여 일광으로 3~4일 자연 건조시키며 풍화과정을 거치고 1~20㎜ 크기의 포졸란 광석을 소성로에 넣고 약 300±50℃ 범위에서 4~6 시간 범위로 소성시켜 불순물을 제거하는 공정을 수행하고, 상기 소성된 포졸란 광물을 분쇄하여 200±50메쉬 범위의 체로 걸러서 얻은 포졸란 4 ㎏와 동일한 방법으로 가공된 고령토는 타일로서 결합력과 내구성을 증진시키기 위해 2.5 ㎏이 추가되고, 또한 타일제품에 미세 다공성을 확보하여 조습기능을 부여하기 위해 250±50메쉬 크기의 체로 걸러진 플라이애쉬 1.5 ㎏와 타일제품이 지속적인 항균력을 높이기 위한 수단으로 소성 패각분말 0.5 ㎏이 혼합되고, 상기 원료물질의 결합력을 높여주기 위한 바인더로서 SiO₂/Na₂O의 몰비가 2.10 내지는 3.30의 범주에 있는 용액형 규산나트륨 1.5 ㎏가 추가되어 10 ㎏을 이루며 100%조성을 이루는 실시양태로 타일 조성물이 제공되고, 상기 타일 원료조성물이 사출성형기에 투입되어 원하는 규격의 타일제품으로 성형되고 건조된 후 830~860℃의 온도에서 소성공정이 수행되는 수단으로 본원의 기술사상이 구현될 수 있다.

본원 발명자는 상기의 방법으로 원료를 정선하여 준비하고 표 2의 조성비로 타일 샘플제품을 만들고 KSF 4724 규정에 의거 압축강도 실험을 수행하여 하기 표 2의 결과를 얻었다.

구 분		샘플 1	샘플 2	샘플 3	샘플 4
원료배합	포졸란	4.0	2.3	5.7	6.5
	고령토	2.5	3.5	1.5	1.0
	플라이애쉬	1.5	2.0	1.0	0.5
	소성패각	0.5	0.7	0.3	0.5
	액상규산나트륨	1.5	1.5	1.5	1.5
	합계	10.0	10.0	10.0	10.0
성형공정	프레스압력	100㎏/㎠
성형공정	성형물 두께	8.0㎜
건조공정	건조조건	60±5℃
소성공정	소성온도	840±10℃
소성공정	소성시간	25(min)
압축강도(N/㎡)		4240	4470	4180	3960

상기의 표 2의 자료에서 확인할 수 있는 바와 같이 포졸란 원료분말이 타일 조성물 중 40±17중량 범위에서 최대치를 벗어나는 경우 압축강도가 현저히 낮아지는 현상을 확인할 수 있음으로부터 본원에서 타일을 이루는 조성이 포졸란 광물 40±17중량%와 고령토 25±10중량%와 플라이애쉬 15±5중량%와 소성패각분말 5±2중량% 범위로 배합되는 경우 발명자가 원하는 압축강도 4000 N/㎡ 이상을 확보할 수 있음을 확인하였다.

상기의 제조공정 중 건조조건은 뜨거운 열이나 햇빛에 건조되는 경우 크랙이 발생하므로 상온의 그늘진 곳에서 건조시키는 것이 바람직하나 상온(25~30℃ 범위)에서 건조시키는 경우 2~3일의 시간이 소요되므로 본원에서는 60±5℃ 범위에서 24시간 건조시키는 공정으로 적용하고 소성공정에 투입하였다.

본원의 타일 제조에서 소성공정은 840±10℃의 최고대 소성온도를 2~3분의 최고대 유지시간을 갖고 소성로 내에서 총 소성시간을 30분 이내 수행하는 것으로 적용하였다.

상기 공정을 적용하여 본원의 기술사상으로 만들어진 기능성 타일 중 최적의 실시예(best mode)로 적용된 샘플 1로 만들어진 타일제품에 대하여 FT-IR Spectrometer를 이용한 Black Body 대비하여 원적외선 방사실험을 측정한 결과는 표 3과 같았다.

시험항목	단위	구분	결과	시험방법
원적외선방사율 측정온도 : 40℃ 측정파장: 5~20㎛		1	0.903	KICM-FIR-1805:2006
원적외선 방사에너지.	W/㎡	1	3.64 ×10²
원적외선방사율 측정온도 : 45℃ 측정파장: 5~20㎛		2	0.902
원적외선 방사에너지.	W/㎡	2	3.90 ×10²

상기의 샘플 1로 만들어진 타일제품에 대하여 흡습, 방습량 실험을 실시하였으며, 그 결과는 표 4와 같았다.

구 분	단위(g/㎡)	측정 조건
흡습량	184	25℃, RH 90%
방습량	165	25℃, RH 90%

또한 상기의 샘플 1로 만들어진 타일제품에 대하여 암모니아(NH₃) 탈취실험을 실시하였으며, 그 결과는 표 5와 같았다.

시험항목	암모니아(NH₃) 탈취실험
경과시간(분)	blank농도(ppm)	blank농도(ppm)	탈취율(%)
0	200	200	-
30	198	118	40.4
60	194	84	56.7
90	190	75	60.5
120	186	62	66.6
시험방법	KICM-FIR-1085 : 2010

또한 상기의 제조 실시예로 얻은 샘플 1 내지 샘플 3 제품에 대하여 항균시험과 항 곰팡이 실험을 하기와 같이 실시하였다.

가. 항균 초기 성능평가

1). 시험 절차.

시험방법은 KCL-FIR-1003:2011로 수행하였으며, 시험균주는 대장균(Escherichia coli ATCC 8739), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442) 및 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538P)을 대상으로 실시하였다. 시험절차는 타일 시편(5cm×5cm)을 70 % 알코올로 닦아내어 청정화시킨 후 빈 Petridish 위에 정치시키고 정치시킨 시편 위에 시험 균주가 배양된 균액을 1 ~ 4×10⁵CFU/mL 의 농도로 접종하고 균액 접종 후 필름(4cm×4 cm)으로 덮고 그 후 균액이 접종된 시편을 37 : 1 배양기에서 24 시간 동안 정치시킨 후, 균액이 접종된 시편 위의 균액을 buffer로 washing하여 배지위에 도말하고, 이를 37 : 1 에서 24 시간 정치 배양하여 균수를 측정하였다.

2). 시험 결과.

항균시험 결과 세균 감소율은 24 시간 후의 균수가 감소하여 대장균, 녹농균 및 황색포도상구균에 대해서 모두 99.9 %를 나타내는 결과로 표 6을 얻었다.

세균 감소율(%)은 대조구에서 24시간 후의 균수를 시험편에서 24시간 후의 균수를 감한 것을 대조구 24시간 후의 균수로 제하여 100을 승한 것이다

구 분		시험 결과
구 분		초기농도 ( CFU / mL )	2시간 후 농도 ( CFU / mL )	세균감소율 (%)
대장균	BLANK	3.2 ×10⁵	4.6 ×10⁵	-
대장균	타일	3.2 ×10⁵	< 10	9 9 . 9
녹농균	BLANK	3.4 ×10⁵	4.9 ×10⁵	-
녹농균	타일	3.4 ×10⁵	< 10	9 9 . 9
황색포도상구균	BLANK	2.8 ×10⁵	3.7 ×10⁵	-
황색포도상구균	타일	2.8 ×10⁵	< 10	9 9 . 9

나. 항 곰팡이 초기 성능평가.

초기 항 곰팡이 성능시험은 상기의 제조방법으로 얻은 타일 샘플 3개와 비교 성능 평가를 위한 타사 타일제품에 대하여 실시하였다.

1). 시험 시료의 종류.

시험 시료 종류는 표 7와 같이 총 4종으로 본원 제품 3종, 비교 평가를 위한 타사 제품 4종에 대하여 항곰팡이 시험을 실시하였다.

구 분	품 목	시험 방법
본원의 제조 실시예 타일제품	샘플 1 타일	ASTM G 21 : 2009
	샘플 2 타일
	샘플 3 타일
			일반 비교 제품	타사 타일제품

2). 시험 절차.

시험방법은 표 8의 시험균주를 이용하여 ASTM G 21 : 2009로 시험하였고, 각각의 시험 균주의 혼합 포자액을 제조하여 시험에 사용하였으며, 시편을 4×4 로 제작하고. 각각의 제작된 시편을 자외선을 이용하여 청정화시킨 후 PDA (Potato dextrose agar) 배지 위에 놓고 제조된 혼합포자액 0.5 mL를 PDA (Potato dextrose agar) 배지와 시편에 각각 접종한 후 (30 : 1) , 상대습도 90 % 이상에의 조건에서 4주 동안 배양한 후 곰팡이 발생 정도를 관찰하였다.

곰팡이 종류	균주의 보존 번호	균주의 보존 기관명
Aspergillus niger	ATCC 9642	American Type culture Collection
Penicillium pinophilum	ATCC 11797
Chaetomium globosum	ATCC 6205
Trichoderma virens	ATCC 9645
Aureobasidium pullulans	ATCC 15233

0 : 시험편의 접종한 부분에 균사의 발육이 인지되지 않음.
1 : 시험편의 접종한 부분에 인지되는 균사 발육부분의 면적이 전 면적의 10% 미만.
2 : 시험편의 접종한 부분에 인지되는 균사 발육부분의 면적이 전 면적의 10 ~ 30%.
3 : 시험편의 접종한 부분에 인지되는 균사 발육부분의 면적이 전 면적의 30 ~ 60%.
4 : 시험편의 접종한 부분에 인지되는 균사 발육부분의 면적이 전 면적의 60% 이상.

3). 시험 결과.

1 주부터 4 주까지 곰팡이 발생 정도를 관찰한 결과 본원의 실시예로 만들어진 제품 3종은 0등급으로 곰팡이가 발생되지 않았고, 일반 비교 제품 4종은 4 등급으로 곰팡이가 시편 면적의 60% 이상 발생하는 결과를 확인할 수 있었다.

시험항목	항곰팡이시험
	배양시험의기간
	1주후	2주후	3주후	4주후
타일 (샘플 1)	0	0	0	0
타일 (샘플 2)	0	0	0	0
타일 (샘플 3)	0	0	0	0
타사제품	4	4	4	4

따라서 본원의 기술사상이 적용되어 제공되는 타일 제품은 원적외선 방사효과와 악취 물 탈취효과와 항균효과, 조습 조절 기능을 제공하여 각종 건축물에서 벽체와 바닥의 마감내장재로 사용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

도 1은 본원의 기술사상이 적용되는 기능성 타일의 제조공정도를 나타낸 것으로, 별도의 부호설명이 필요 없다.

Claims

천연광물인 포졸란 광물을 이용하여 제공되는 기능성 타일의 제조방법에 있어서,
전남 신안군 소재 광산에서 채취되어 게르마늄(Ge) 성분을 함유하여 제공되는 포졸란 광물을 일광으로 자연건조시키며 풍화과정을 거친 뒤 소성로에 넣고 350±50℃에서 2~4 시간 범위로 소성시켜 불순물을 제거하고 소성된 포졸란 광물을 분쇄하고 200±50 메쉬 범위의 체로 걸러서 얻은 포졸란 광물 40±17중량%와
상기와 같은 방법으로 가공된 고령토 25±10중량%와
250±50 메쉬 범위의 체로 걸러져 제공되는 다공성 플라이애쉬 15±5중량%와
항균제로 소성패각분말 5±2중량% 범위로 배합되고 나머지 잔량은 SiO2/Na2O의 몰비가 2.10 내지는 3.30의 범주에 있는 용액형 규산나트륨이 혼합되어 100중량%를 이루도록 혼합되어 타일 원료조성물을 이루는 단계;
상기 타일 원료조성물이 사출성형기에 투입되어 원하는 규격의 타일로 성형되고 건조된 후 830~860℃의 온도에서 소성공정이 수행되는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기능성 타일의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 소성공정은 840±10℃의 최고대 소성온도에서 2~5분의 최고대 유지시간으로 총 소성시간 30분 이내에 이루어지는 소성공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 기능성 타일의 제조방법.
천연광물인 포졸란 광물을 이용하여 제공되는 기능성 타일에 있어서,
전남 신안군 소재 광산에서 채취되어 게르마늄(Ge) 성분을 함유하여 제공되는 포졸란 광물을 일광으로 자연건조시키며 풍화과정을 거친 뒤 소성로에 넣고 350±50℃에서 2~4 시간 범위로 소성시켜 불순물을 제거하고 소성된 포졸란 광물을 분쇄하고 200±50 메쉬 범위의 체로 걸러서 얻은 포졸란 광물 40±15중량%와
상기와 같은 방법으로 가공된 고령토 25±10중량%와
250±50 메쉬 범위의 체로 걸러져 제공되는 다공성 플라이애쉬 15±5중량%와
항균제로 소성패각분말 5±2중량% 범위로 배합되고 나머지 잔량은 SiO2/Na2O의 몰비가 2.10 내지는 3.30의 범주에 있는 용액형 규산나트륨이 혼합되어 100중량%를 이루도록 혼합되어 타일 원료조성물을 이루고 사출성형기에 투입되어 원하는 규격의 타일로 성형되고 건조된 후 830~860℃의 온도에서 소성공정이 수행되어 제공되는 기능성 타일.