KR102044658B1 - 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재 제조 방법 - Google Patents

팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 친환경적 조성물을 사용하여 인체에 해가 없고, 습도 조절 기능, 항균성 및 탈취성 등을 제공할 수 있고, 부피 대비 경량으로 취급이 용이하고 불연성을 가지면서도 우수한 압축 강도를 가지는 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재 제조 방법{Manufacturing method for environment-friendly nonflammable furniture material including expanded vermiculite}
본 발명은 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체에 무해한 친환경적이며, 습도 조절 기능, 항균성 및 탈취성을 제공할 수 있고, 부피 대비 경량으로 취급이 용이하고 불연성을 가지면서도 기존의 불연성 가구재 대비 우수한 압축 강도를 가지는 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재 제조 방법에 관한 것이다.
가구는 각종 사물을 보관하거나 사용 중인 물건을 더욱 편안한 자세로 사용할 수 있도록 물건이 놓을 수 있는 공간을 제공하며, 일반적으로 원목, 합판, MDF, HDF, P/B, H/B 등으로 이루어진다.
이와 같이 목재를 주로 사용하는 가구는 재질적 특성상 습기의 영향을 비교적 많이 받게 되며, 이러한 습기는 가구 내에 곰팡이나 좀의 번식을 유발하는 것을 물론이고 심지어는 바퀴 벌레 등의 해충이 서식하기에 적합한 환경을 제공함으로써 가구를 사용하는 사용자측에서는 그 내부에 보관된 이불, 옷 또는 책 등의 물품이 변질되는 것을 방지하기 위하여 다양한 노력을 취하고 있지만, 아직까지는 그 효과가 미흡한 실정이다.
또한, 원목을 이용하는 경우 강도나 기타 여러 가지 면에서 바람직하다 하겠으나 원목 자체를 수입에 의존하여야 함에 따라 국익에 반할 뿐만 아니라 고가(高價)이고, 가공성에 한계가 있어 상당한 부담을 주게 되며, 이러한 점을 고려하여 합판, MDF 등과 같은 목재 재질 또는 파티클 보드로 구성되어 비교적 염가로 공급되고 있는 인조목이나 합성목 등이 널리 사용되고 있다
종래의 인조목이나 합성목으로 된 가구재는 불연성을 가지며 운반 및 작업 상의 용이함을 위해 경량이 되도록 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 싱크대 상판, 책장, 식탁 등에 사용되는 가구재의 특성상 고강도를 요구하는 제품이 많다.
이 중에서 불연성과 관련된 문제를 해소하기 위해, 종래의 가구재는 여러 가지 종류의 불연성 조성물을 포함시켜 제조하고 있다.
그러나, 종래의 불연성 조성물은 가격을 낮추기 위해 다양한 종류의 화학 물질로 이루어진 불연제 또는 난연제 등을 사용하게 되는데, 이러한 화학 물질은 포르말린, 톨루엔, 휘발성 유기 물질 등을 포함하여 각종 알레르기성 질환이나 호흡기 질환과 같은 인체에 해로운 여러 가지 문제를 일으킬 뿐만 아니라 폐기시 환경 오염을 발생시키게 된다.
또한, 가구재의 무게를 줄이기 위한 하나의 방법으로, 팽창 질석을 이용하는 가구재가 개시되어 있다. 그러나, 상기 팽창 질석은 다공질의 특성을 가지고 있어서, 팽창 질석을 주성분으로 가구재를 제조하면, 기본적으로 강도가 약하기 때문에 싱크대 상판, 책장, 식탁 등에 적용하는 경우 제품의 강도 수준을 만족시키기 어렵다.
또한, 최근 출시되는 가구재는 상품성을 높이기 위해 항균성 및 탈취성 등의 여러 기능적 특성을 추가하기 위해 다양한 종류의 첨가제를 더 포함하고 있다. 팽창 질석을 주성분으로 하는 가구재에 이러한 첨가제들을 추가하면 각 성분의 결합력은 더 저하되므로, 결과적으로 가구재의 압축 강도가 더 약화되는 결과를 초래할 수 있다.
국내등록특허공보 10-0695910호 국내등록특허공보 10-1213988호
본 발명은 종래의 가구재가 가지는 문제를 해소하기 위해 안출된 것으로서, 불연성 및 경량의 특징을 가지면서도 일정 수준 이상의 우수한 압축 강도를 제공하고 사용자가 원하는 다양한 형태로 제작이 용이하며, 인체에 무해하고 습도 조절 기능, 항균성 및 탈취성 등의 다양한 기능적 특성을 가질 수 있도록 한 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면은, 20 내지 25메쉬로 분쇄한 팽창 질석과, 팽창 질석 100중량부에 대하여 제1 혼합물 5 내지 30중량부를 혼합하여 형성되는 제2 혼합물; 및 액상 규산 소다와 200 내지 325메쉬로 분쇄한 숯을 혼합하여 형성되는 제3 혼합물; 로 이루어지되, 상기 제1 혼합물은, 총 중량에 대하여 300 내지 325메쉬로 분쇄한 송진 분말 50 내지 70중량%와, 알코올 30 내지 50중량%를 포함하고, 총 중량에 대하여 상기 제2 혼합물 80 내지 95중량%와 상기 제3 혼합물 5 내지 20중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제3 혼합물은 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 숯 15 내지 25중량부를 포함할 수 있고, 상기 숯은, 참나무를 원료로 하고 막대 형태의 조직을 갖는 제1 숯 분말 20 내지 50중량%, 및 소나무를 원료로 하고 구 형태의 조직을 갖는 제2 숯 분말 50 내지 80중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제3 혼합물은 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 숯 40 내지 80중량부를 포함하고, 상기 숯은, 참나무를 원료로 하고 막대 형태의 조직을 갖는 제1 숯 분말 10 내지 35중량%와, 소나무를 원료로 하고 구 형태의 조직을 갖는 제2 숯 분말 25 내지 45중량%와, 왕겨를 고온 진공 상태에서 연소하여 형성되는 제3 숯 분말 20 내지 45중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 300 내지 325메쉬로 분쇄한 송진 분말 50 내지 70중량%와 알코올 30 내지 50중량%를 상온에서 혼합하여 제1 혼합물을 마련하는 제1 단계; 질석을 1,000 내지 1,100℃에서 가열하여 팽창 질석을 마련하고, 이 팽창 질석을 20 내지 25메쉬로 분쇄하는 제2 단계; 분쇄한 팽창 질석 100중량부에 대하여 제1 혼합물 5 내지 30중량부를 혼합하고 100℃에서 교반하여 액상화된 제2 혼합물을 마련하는 제3 단계; 액상 규산 소다와, 상기 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 200 내지 325메쉬로 분쇄한 숯을 혼합하고 2 내지 3시간 동안 교반하여 액상화된 제3 혼합물을 마련하는 제4 단계; 및 제4 혼합물의 총 중량에 대하여 제2 혼합물 80 내지 95중량%와 제3 혼합물 5 내지 20중량%를 2 내지 3시간 동안 교반하여 제4 혼합물을 마련하는 제5 단계; 제4 혼합물을 2,000 내지 2,300톤 압력의 유압 프레스로 180 내지 230℃에서 5분간 프레싱하여 원하는 형상의 압축체를 마련하는 제6 단계; 상기 압축체를 탈형하여 72시간 이상 자연 냉각하는 제7 단계; 상기 압축체의 표면 이물질을 제거하는 제8 단계; 및 상기 압축체의 표면에 무기 바인더를 코팅하는 제9 단계; 를 포함하는 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 제4 단계에서, 제3 혼합물은 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 숯 15 내지 25중량부를 혼합하여 마련할 수 있고, 상기 숯은, 참나무를 800℃ 진공에서 연소하여 마련되는 막대 형태의 조직을 갖는 제1 숯 분말 20 내지 50중량%, 및 소나무를 800℃ 진공에서 연소하여 마련되는 구 형태의 조직을 갖는 제2 숯 분말 50 내지 80중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 제4 단계에서, 제3 혼합물은 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 숯 40 내지 80중량부를 혼합하여 마련할 수 있고, 상기 숯은, 참나무를 800℃ 진공에서 연소하여 마련되는 막대 형태의 조직을 갖는 제1 숯 분말 10 내지 35중량%, 소나무를 800℃ 진공에서 연소하여 마련되는 구 형태의 조직을 갖는 제2 숯 분말 25 내지 45중량%, 및 왕겨를 1,500℃ 진공에서 연소하여 마련되는 제3 숯 분말 20 내지 45중량%; 을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 인체에 무해한 팽창 질석, 숯 및 액상 규산 소다와 같은 친환경적 조성물을 사용하며, 팽창 질석과 숯에 의해 습도 조절 기능과, 항균성 및 탈취성 등의 다양한 기능적 특성을 제공할 수 있으며 인체와 직간접적으로 닿는 가구로부터 발생하는 각종 알레르기성 질환이나 호흡기 질환을 방지할 수 있다.
또한, 다공질로 된 팽창 질석에 숯이 결합된 상태로 송진 분말이 팽창 질석과 숯의 틈새를 채우면서 가구재가 성형되므로 제조된 가구재가 부피 대비 경량이고 불연성을 가지면서도 기존의 불연성 가구재 대비 우수한 압축 강도를 가지게 되어 가구재의 부가가치를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시 예에 의해 제조된 친환경 불연성 가구재는 폐기시 분쇄하여 액상화시키면 다시 다른 가구재의 재료로 활용할 수 있어 자원의 재활용에도 유리하고 환경 보호에도 유리하다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 사용되는 팽창 질석을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 사용되는 송진 분말을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 사용되는 제3 숯 분말이 분쇄되기 전의 상태를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 팽창 질석을 포함하는 친환경 가구재의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가구재를 부분적으로 절개하여 개략적으로 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되지 않고 청구 범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구 범위에 기재된 권리 범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가구재를 부분적으로 절개하여 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 의한 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재(10)는, 내부 몸체(1)와 내부 몸체(1)의 표면을 커버하는 코팅층(2)을 포함할 수 있다. 코팅층(2)은 내부 몸체(1)의 표면에 무기 바인더를 코팅하여 형성될 수 있다.
또한, 내부 몸체(1)는, 총 중량에 대하여 제2 혼합물 90중량%와 제3 혼합물 10중량%를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 제2 혼합물은, 팽창 질석과, 팽창 질석 100중량부에 대하여 제1 혼합물 5 내지 30중량부를 혼합하여 형성될 수 있다.
이때, 제1 혼합물의 함량이 5중량부 보다 적으면 송진 분말의 결합력이 충분하지 않아 가구재의 강도가 저하될 수 있다. 또한, 상대적으로 팽창 질석의 함량이 많아져 제2 혼합물 마련시 액상화가 제대로 되지 않거나 팽창 질석 중의 일부가 국부적으로 뭉쳐지게 되는 등 제2 혼합물의 균질성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 균질성의 문제는 결과적으로 가구재의 압축 강도를 저하시키는 원인으로 작용할 수 있다.
또한, 제1 혼합물의 함량이 30중량부를 초과하면 상대적으로 팽창 질석의 함량이 적어지면서 팽창 질석의 다양한 효과가 제대로 구현되지 못할 수 있다.
이때, 팽창 질석은 20 내지 25 메쉬 크기의 입자로 분쇄될 수 있다. 분쇄한 팽창 질석의 크기가 20메쉬 미만인 경우 질석 입자가 성형된 가구재의 표면에 노출되어 시각적으로 보기에 좋지 않게 되는 문제가 발생할 수 있고, 분쇄한 팽창 질석의 크기가 25메쉬를 초과하면 원료 배합시 혼합이 어려워 제2 혼합물의 액상화가 제대로 이루어지지 않게 되어 제조 상의 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 팽창 질석은 부피 대비 경량이고, 천연 재료로서 인체에 무해하고 친환경적인 소재이다. 또한, 상기 팽창 질석은 1급의 우수한 불연성을 가지고 있으며, 다공질의 구조로서 흡수 능력이 좋기 때문에 주로 실내에 설치되는 가구재로 활용시 매우 효과적이다.
상기 제1 혼합물은, 총 중량에 대하여 300 내지 325메쉬로 분쇄한 송진 분말 50 내지 70중량%와, 알코올 30 내지 50중량%를 포함할 수 있다.
종래의 가구재 중 일부는 강도를 보강하기 위해 결합제로 액상 규산 소다를 사용한다. 그러나, 액상 규산 소다는 그 특성 상 흐름성이 좋지 않아 원료 배합시 균일한 배합이 어려워 일정 량 이상을 과다하게 투입하면 한쪽에 뭉쳐지거나 덩어리가 지는 등의 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 본 실시 예에서는 액상 규산 소다 중 일부를 송진 분말과 알코올로 이루어진 제1 혼합물로 대체하여 후술하는 팽창 질석 간의 결합제로 사용할 수 있다.
또한, 분쇄한 송진 분말의 크기가 300메쉬 미만인 경우 송진 분말의 입자 중 일부가 가구재의 표면에 노출되어 시각적으로 좋지 않은 문제가 발생할 수 있고, 분쇄한 송진 분말의 크기가 325메쉬를 초과하면 분산성이 저하되어 제1 혼합물의 균질성이 저하되고 이에 제2 혼합물의 액상화가 제대로 이루어지지 않게 되어 송진 분말의 결합력이 저하될 수 있고 결과적으로 가구재의 압축 강도가 낮아질 수 있다.
이러한 송진 분말은 액상화되면 접착력 및 결합력이 우수한 천연 소재로서, 인체에 무해하고, 인접한 팽창 질석의 틈새에 위치하여 팽창 질석 간의 결합력을 높임으로써 고열로 압착하여 성형되는 가구재의 압축 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 송진 분말은 방수성이 우수한 물질이므로 완성된 가구재에 우수한 방수성을 부여할 수 있다.
제1 혼합물에서 송진 분말의 함량이 50중량% 보다 적으면 팽창 질석 간의 결합력이 낮아져 가구재의 압축 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 다만, 송진은 기화성 물질이므로, 본 발명의 불연성을 일정 수준으로 유지하기 위해서는 송진 분말의 함량이 70중량%를 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 혼합물에서 알코올의 함량이 30중량% 보다 적으면 제1 혼합물 배합시 혼합이 제대로 되지 않아 송진 분말 중 일부가 녹지 않은 채로 있을 수 있어 균질성이 저하될 수 있다. 또한, 알코올의 함량이 50중량%를 초과하면 상대적으로 송진 분말의 함량이 적어지므로 앞서 설명한 대로 건축재의 압축 강도가 저하되는 문제가 발생하게 된다.
상기 제3 혼합물은, 액상 규산 소다와 200 내지 325메쉬로 분쇄한 숯을 혼합하여 형성될 수 있다.
이때, 분쇄한 숯의 크기가 200메쉬 미만인 경우 숯 입자가 성형된 가구재의 표면에 노출되어 시각적으로 보기에 좋지 않게 되는 문제가 발생할 수 있고, 분쇄한 숯의 크기가 325메쉬를 초과하면 액상 규산 소다와 제대로 혼합되지 않고 일부가 뭉치거나 덩어리가 지는 문제가 발생할 수 있다. 이에 제3 혼합물이 팽창 질석의 구멍과 팽창 질석 사이사이의 공간을 제대로 채우지 못하여 결과적으로 가구재의 품질 및 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 숯은 천연 소재로서 인체에 무해하고 친환경적이며, 습도 조절 기능이 뛰어나고, 우수한 항균성, 살균성 및 탈취성을 가지며, 원적외선을 방사하는 효과 등을 기대할 수 있다.
또한, 이러한 숯은 다양한 나무를 원료로 할 수 있으며, 바람직하게는 참나무와 소나무로 이루어진 원료로부터 마련할 수 있다.
본 실시 예에서, 상기 숯은, 참나무를 원료로 하고 막대 형태의 조직을 갖는 제1 숯 분말 20 내지 50중량%와, 소나무를 원료로 하고 구 형태의 조직을 갖는 제2 숯 분말 50 내지 80중량%를 포함할 수 있다.
이때, 제2 숯 분말은 제2 혼합물의 점도를 걸쭉한 상태로 유지하여 제2 혼합물과의 배합시 균질성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 그리고, 제2 숯 분말은 서로 밀접하여 있는 제1 숯 분말의 사이마다 마련되는 틈새에 채워져 제3 혼합물의 밀도를 높임과 동시에 숯이 액상 규산 소다와 잘 결합되도록 하는 결합제의 역할을 한다. 이에 본 실시 예와 같이 제1 숯 분말과 제2 숯 분말로 숯을 구성하여 제3 혼합물을 마련하면 결과적으로 형태가 상이한 제1 숯 분말과 제2 숯 분말이 서로 얽힌 상태로 결합하여 가구재의 압축 강도 및 가공성을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 실시 예에서와 같이, 숯이 제1 숯 분말과 제2 숯 분말로 이루어지는 경우, 제3 혼합물에서 숯의 함량은 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 15 내지 25중량부로 한정될 수 있다.
이때, 제1 숯 분말의 함량이 20중량% 미만이면 전반적으로 숯이 제공하는 강도가 저하될 수 있고 상대적으로 제2 숯 분말의 함량이 늘어나는데 제2 숯 분말의 재료가 되는 소나무는 불에 상대적으로 약한 물질이므로 본 실시 예의 불연성을 일정 수준으로 유지하기 위해서는 제1 숯 분말의 함량을 20 중량% 이상으로 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 숯 분말의 함량이 50중량%를 초과하면 제3 혼합물의 균질성이 저하되며 이에 가구재 성형시 압축이 제대로 되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 다른 실시 예로서, 상기 제3 혼합물은 필요시 숯이 제1 및 제2 숯 분말 이외에 제3 숯 분말을 더 포함할 수 있다.
이때, 제3 혼합물은 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 숯 40 내지 80중량부를 혼합하여 마련할 수 있다. 숯의 함량이 40중량부 보다 적으면 결합력이 약해져 조성물의 강도가 저하되고, 숯의 기능적 특성인 우수한 습도 조절 기능, 항균성, 살균성 및 탈취성이 제대로 구현되지 못할 수 있다.
또한, 이러한 제3 혼합물은 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 제1 숯 분말 10 내지 35중량, 제2 숯 분말 25 내지 45중량% 및 제3 숯 분말 20 내지 45중량%를 2 내지 3시간 동안 교반하여 마련할 수 있다.
또한, 상기 제3 숯 분말은 왕겨를 고온 진공에서 연소하여 형성할 수 있다. 상기 왕겨는 가격이 저렴하고 원적외선 방출능이 있는 친환경적 재료로서 인체에 무해한 특징을 가진다. 또한, 왕겨로부터 마련된 제3 숯 분말은 무기질 바인더의 역할을 하는 액상 규산 소다와 혼합이 잘 되는 이점이 있다.
이에 제3 숯 분말은 액상 규산 소다와 반응시 경화제로 작용하게 되므로, 이에 가구의 불연성을 더 향상시키고 강도를 더 높이는 역할을 할 수 있다. 제3 숯 분말의 함량이 20중량% 보다 적으면 이러한 제3 숯 분말의 효과가 제대로 구현되지 않을 수 있고, 제3 숯 분말의 함량이 45중량% 보다 많으면 결합력이 약해질 수 있다.
이와 같이, 본 실시 예에 의한 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재에서 내부 몸체(1)는, 총 중량에 대하여 제2 혼합물 80 내지 95중량%와 제3 혼합물 5 내지 20중량%를 포함할 수 있다.
제2 혼합물에 포함된 팽창 질석은 다공질의 구조로서, 제1 혼합물의 송진 분말이 팽창 질석의 구멍과 팽창 질석 사이사이의 공간들 중 일부를 채운 상태인데, 제2 혼합물과 제3 혼합물을 교반하면, 제3 혼합물이 제2 혼합물의 팽창 질석에 있는 나머지 공간들을 채우면서 압축 강도가 크게 향상된 가구재의 내부 몸체(1)를 형성할 수 있다.
이때, 제3 혼합물의 함량이 5중량% 보다 적으면 제2 혼합물의 빈 공간 중 일부가 채워지지 않아 성형되는 가구재의 압축 강도가 저하될 수 있다.
또한, 제3 혼합물의 함량이 20중량% 보다 많으면 제2 혼합물의 빈 공간을 모두 채우고도 제3 혼합물 중 일부가 남게 되어 내부 몸체(1)의 균질성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 더불어, 이 경우, 액상 규산 소다의 함량이 증가하여 원료 배합시 균일한 배합이 어려워지면서 성형된 내무 몸체(1) 내에서 일부 성분이 한쪽에 뭉쳐지거나 덩어리가 지는 등의 문제가 발생할 수 있어서 내부 몸체(1)의 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재를 제조하는 방법의 바람직한 실시 예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재의 제조 방법을 도시한 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 사용되는 팽창 질석을 나타낸 사진이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 사용되는 송진 분말을 나타낸 사진이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 사용되는 제3 숯 분말이 분쇄되기 전의 상태를 나타낸 사진이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 먼저 송진 분말을 300 내지 325메쉬로 분쇄하고, 분쇄한 송진 분말 50 내지 70중량%와 알코올 30 내지 50중량%를 혼합하여 마련하는 제1 단계를 진행할 수 있다(S1). 이때, 송진 분말과 알코올의 혼합 온도가 높으면 알코올이 기화될 수 있으므로, 제1 단계는 상온에서 실시하는 것이 바람직하다.
이때, 기존의 액상 규산 소다 중 일부를 송진 분말로 대체하여 사용하면, 액상 규산 소다가 갖는 흐름성 저하의 문제가 최소화되어 원료 배합시 배합이 원활해질 수 있고, 조해성(deliquescence)이 해소되어 백화 현상이 크게 줄어 들게 된다.
이에 후술하는 제4 혼합물로 성형체를 성형시 정량 투입을 원활하게 할 수 있어서 성형체가 성형되는 시간을 상대적으로 단축시키고 결과적으로 가구재의 제작 비용 및 제작 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
다음으로 팽창 질석을 마련하고 분쇄하는 제2 단계(S2)를 진행할 수 있다. 제2 단계를 진행하기 위해서는, 먼저 질석(Vermiculite)을 1,000 내지 1,100℃에서 급격히 가열하여 약 20배까지 팽창되도록 한다. 이에 질석을 수 많은 구멍을 갖는 다공질의 소재로 변형되도록 하여 주성분이 되는 팽창 질석을 마련할 수 있다.
이때, 질석을 1,000℃ 보다 더 낮은 온도에서 소성하면 질석 중 일부가 소성이 덜 되어 마련된 팽창 질석의 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 질석을 1,100℃ 보다 더 높은 온도에서 소성하면 질석 입자가 푸석거리거나 바스러질 수 있으며, 원료 배합시 질석 가루가 날리거나 일부가 덩어리로 뭉쳐지는 문제 등이 발생할 수 있다.
그리고, 제2 단계를 마친 팽창 질석을 20 내지 25메쉬 크기의 입자로 분쇄한다. 분쇄한 팽창 질석의 크기가 25메쉬를 초과하면 원료 배합시 혼합이 어려워 이하 제3 단계에서 제2 혼합물의 액상화가 제대로 이루어지지 않게 되는 문제가 발생할 수 있다.
만약 제2 혼합물 마련시 액상화가 제대로 되지 않으면 가구재를 제조하기 위한 압축체 마련시 가공성이 현저히 낮아지기 때문에, 본 실시 예의 제4 혼합물을 고온 고압으로 프레싱하여 압축체를 가공하더라도 그 형상이 제작자가 원하는 대로 제대로 형성되지 못하거나 그 품질이 현저히 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 이렇게 질석을 팽창시키는 제2 단계는 질석을 매우 높은 온도에서 일정 시간 동안 가열하는 공정이기 때문에, 이 과정에서 질석 내에 있던 라돈 등의 이물질 및 각종 세균 등이 모두 제거되는 정제 작용이 함께 이루어질 수 있어서 가구재의 안정성을 더 높일 수 있다.
다음으로, 제2 단계에서 분쇄한 팽창 질석을 주성분으로 하여 액상화된 제2 혼합물을 마련하는 제3 단계를 진행한다(S2). 이러한 제3 단계는 팽창 질석 100중량부에 대하여 제1 혼합물 5 내지 30중량부를 혼합하고 100℃에서 1 내지 2 시간 동안 교반하여 제2 혼합물을 마련하게 된다.
이때, 상기 제2 혼합물은, 제1 혼합물과 팽창 질석을 혼합기에 동시에 투입하여 혼합한 후, 이 혼합물을 100℃에서 1 내지 2시간 동안 교반하고 자연 냉각하는 과정을 거쳐 형성할 수 있다.
이때 팽창 질석과 제1 혼합물의 교반 및 자연 냉각 과정은 바람직하게 5회를 반복할 수 있는데, 이는 후술하는 제4 혼합물로 가구재를 제작할 때의 작업성을 향상시키기 위해 제2 혼합물의 점도를 유동성이 적절히 유지되는 수준까지 높이고 후술하는 제3 혼합물과의 반응성 또한 향상시키기 위해서이다.
만약 팽창 질석과 제1 혼합물의 교반 및 자연 냉각 과정을 4회 이하로 반복하면 제2 혼합물의 점도가 유동성이 충분한 수준까지 상승하지 못하여 결과적으로 제3 혼합물과의 반응성이 저하되고 가구재의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 이러한 팽창 질석과 제1 혼합물의 교반 및 자연 냉각 과정은 6회 이상 반복하더라도 효과 상의 차이가 크지 없기 때문에 바람직하게는 5회만 반복하게 된다.
다음으로, 숯을 200 내지 325메쉬로 분쇄하고, 무기질 바인더의 역할을 하는 액상 규산 소다(규산 나트륨, Sodium Silicate)와 분쇄한 숯을 교반하여 액상화된 제3 혼합물을 마련하는 제4 단계를 진행한다(S4). 제3 혼합물은 제2 혼합물에서 팽창 질석의 구멍과 팽창 질석 사이사이의 공간을 채우는 작용을 하게 되므로 성형된 가구재의 강도를 높이는 작용을 할 수 있다.
또한, 본 실시 예에서, 이러한 숯은 다양한 나무를 원료로 할 수 있으며, 바람직하게는 참나무와 소나무로 이루어진 원료로부터 마련할 수 있다.
본 실시 예에서, 이러한 숯은 서로 다른 조직을 갖는 2가지 종류의 숯 분말을 포함할 수 있으며 더 구체적으로는 크고 길쭉한 막대 형태의 조직을 갖는 제1 숯 분말과 상대적으로 작고 둥글둥글한 구 형태의 조직을 갖는 제2 숯 분말을 포함할 수 있다.
제1 숯 분말은 참나무를 800℃ 진공에서 연소하여 마련할 수 있고 상대적으로 더 단단하 강도를 가지며, 제2 숯 분말은 소나무를 800℃ 진공에서 연소하여 마련할 수 있다.
본 실시 예에서, 숯은 바람직하게 제1 숯 분말 20 내지 50중량%와 제2 숯 분말 50 내지 80중량%를 포함할 수 있다.
한편, 다른 예로서, 제3 혼합물은 제3 숯 분말을 더 혼합하고 교반하여 마련할 수 있다. 이때, 제3 혼합물은 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 숯 40 내지 80중량부를 혼합하여 마련할 수 있다. 숯의 함량이 40중량부 보다 적으면 결합력이 약해져 조성물의 강도가 저하되고, 숯의 기능적 특성인 우수한 습도 조절 기능, 항균성, 살균성 및 탈취성이 제대로 구현되지 못할 수 있다.
상기 제3 숯 분말은 왕겨를 1,500℃ 진공에서 연소하여 마련할 수 있다. 본 실시 예에서 바람직하게 제3 숯 분말 마련시 왕겨를 사용하는 이유는 왕겨의 탄소 함유량이 매우 높기 때문이다.
또한, 위의 과정을 거쳐 얻어진 제1 내지 제3 숯 분말은 5차례의 파쇄 작업을 거친 후 액상 규산 소다와 혼합하는 것이 바람직하다. 이때, 파쇄 작업을 5차례 보다 적게 반복하면 제3 혼합물의 균질성이 저하되고 액상 규산 소다의 접착력도 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 도 5에서와 같이, 필요시 이와 같이 마련된 제3 혼합물은 후 공정으로 압연기에서 롤러를 이용하여 2 내지 3mm 두께로 로울링하며 가압하는 작업(S10)을 추가적으로 3회 정도 반복할 수 있다.
이러한 작업을 통해, 제3 혼합물에 포함된 제1 내지 제3 숯 분말이 제3 혼합물 전체에 골고루 퍼지게 되면서 접착력이 좋아지게 되고, 결과적으로 조성물의 강도가 향상될 수 있다.
다음으로, 제2 혼합물과 제3 혼합물을 혼합하여 제4 혼합물을 마련하는 제5 단계를 진행한다(S5). 이때, 제4 혼합물은 제4 혼합물의 총 중량에 대하여 제2 혼합물 80 내지 95중량%와 제3 혼합물 5 내지 20중량%를 2 내지 3시간 교반하여 마련할 수 있다.
제2 혼합물에 포함된 팽창 질석은 다공질의 구조로서, 제1 혼합물의 송진 분말이 팽창 질석의 구멍과 팽창 질석 사이사이의 공간들 중 일부를 채운 상태인데, 제2 혼합물과 제3 혼합물을 교반하면, 제3 혼합물이 제2 혼합물의 팽창 질석 사이사이의 빈 공간들을 채우면서 압축 강도가 크게 향상된 제4 혼합물을 형성하게 된다.
이때, 제3 혼합물의 함량이 5중량% 보다 적으면 제2 혼합물의 공간 중 일부가 채워지지 않아 압축체 및 완성된 가구재의 압축 강도가 저하될 수 있다.
또한, 제3 혼합물의 함량이 20중량% 보다 많으면 제2 혼합물의 빈 공간을 모두 채우고도 제3 혼합물 중 일부가 남게 되어 제4 혼합물의 균질성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 더불어, 이 경우, 액상 규산 소다의 함량이 증가하여 원료 배합시 균일한 배합이 어려워지면서 제4 혼합물에서 일부 성분이 한쪽에 뭉쳐지거나 덩어리가 지는 등의 문제가 발생할 수 있어서 압축체의 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 제작하고자 하는 가구재의 형상과 대응하는 형상을 갖는 금형을 마련하고, 제4 혼합물을 180 내지 230℃로 가열된 금형에 투입하고 2,000 내지 2,300톤의 고압압 프레스로 5분간 프레싱하여 원하는 형상의 압축체를 마련하는 제6 단계를 진행한다(S6). 이때, 상기 금형은 가구재에 따라 다양한 형상과 두께로 이루어질 수 있다.
또한, 본 실시 예에서는 모든 성분을 동시에 혼합하여 최종 제품인 제4 혼합물을 한 번에 마련하는 것이 아니라, 송진 분말과 알코올을 혼합하여 송진 분말이 균질하게 제1 혼합물을 마련하고, 이 제1 혼합물에 팽창 질석을 혼합하여 팽창 질석이 균질화게 액상화된 제2 혼합물을 마련하고, 액상 규산 소다와 잘게 분쇄한 숯을 혼합하여 숯이 균질하게 된 액상화된 제3 혼합물을 마련하여, 이 제3 혼합물에 제2 혼합물을 혼합하여 팽창 질석의 사이사이마다 숯이 채워지면서 균질하고 각 성분 간의 결합력이 우수하여 높은 강도를 제공할 수 있는 제4 혼합물을 마련할 수 있게 된다. 따라서, 각 성분이 갖는 유익한 효과들은 모두 취하면서 각 성분이 혼합하면서 발생 가능한 문제점은 최소화할 수 있는 것이다.
이와 같이 압축체를 고열 및 고압으로 5분간 프레싱하면 금형 내부에서 제4 혼합물 전체에 골고루 열이 전달되면서 제4 혼합물에 포함된 여러 성분들의 입자가 강한 압력과 고열에 의해 전체적으로 고르게 결합되면서 강도가 우수하고 불연성 등 여러 기능적 특성이 전체적으로 고르게 구현되는 가구재를 제조할 수 있게 된다.
특히, 팽창 질석에 형성되어 있는 공간을 숯이 채우고 규산 소다와 송진 분말이 그 틈새를 메꾸며 결합되어, 경량이면서 기존의 가구재 보다 우수한 강도와 불연성을 가지는 친환경 불연성 가구재를 제조할 수 있다.
이때, 고열로 프레싱하는 시간이 5분 미만이면 금형 내부에서 골고루 열이 전달되지 못하여 제4 혼합물에 포함된 여러 성분들의 입자가 제대로 반응하지 못하여 가구재의 형상이 제대로 나타나지 않거나 가구재의 특성이 부분적으로 저하되는 불량 제품이 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 압축체를 금형으로부터 탈형하여 72시간 이상 자연 냉각하는 제7 단계를 진행한다(S7). 만약 제7 단계의 자연 냉각 시간이 72시간 미만이면 압축체의 강도가 저하될 수 있다. 또한, 압축체를 냉각하는 온도가 실온과 크게 차이가 나는 경우 압축체가 건조되는 과정에서 크랙 등의 불량이 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 압축체의 표면 이물질을 사포나 면치기 등을 이용하여 제거하는 제8 단계를 진행한다(S80). 본 발명에서 이러한 이물질 제거 과정은 사포나 면치기에 한정되는 것이 아니며 그 외에 다른 다양한 방법을 통해서도 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 압축체의 표면을 무기 바인더로 코팅하는 제9 단계를 진행한다(S9). 이를 위해 압축체의 상면과 측면에 1차적으로 무기 바인더를 코팅하고 건조한 다음, 뒤집어서 압축체의 저면과 측면에 2차적으로 무기 바인더를 코팅하고 건조하여 최종적으로 경량이면서 우수한 불연성과 강도를 가지는 친환경 불연성 가구재를 완성할 수 있다.
이와 같이 구성된 친환경 불연성 가구재는 15, 18, 23, 28mm 두께의 책상 상판, 옷장 등 다양한 용도의 가구에 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 가구재는 위에서 설명한 것 이외에 다양한 형태로 변형 실시가 가능한 것으로 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 변형되는 실시 예들 또한 모두 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
S1: 제1 혼합물 마련
S2: 팽창 질석 마련 및 분쇄
S3: 제2 혼합물 마련
S4: 제3 혼합물 마련
S5: 제4 혼합물 마련
S6: 압축제를 마련하는 단계
S7: 압축체를 냉각하는 단계
S8: 압축체의 이물질을 제거하는 단계
S9: 압축체의 표면을 코팅하는 단계
S10: 제3 혼합물을 로울링하며 가압하는 단계
1: 내부 몸체
2: 코팅층
10: 가구재

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 300 내지 325메쉬로 분쇄한 송진 분말 50 내지 70중량%와 알코올 30 내지 50중량%를 상온에서 혼합하여 제1 혼합물을 마련하는 제1 단계;
    질석을 1,000 내지 1,100℃에서 가열하여 팽창 질석을 마련하고, 이 팽창 질석을 20 내지 25메쉬로 분쇄하는 제2 단계;
    분쇄한 팽창 질석 100중량부에 대하여 제1 혼합물 5 내지 30중량부를 혼합하고 100℃에서 교반하여 액상화된 제2 혼합물을 마련하는 제3 단계;
    액상 규산 소다와, 상기 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 200 내지 325메쉬로 분쇄한 숯을 혼합하고 2 내지 3시간 동안 교반하여 액상화된 제3 혼합물을 마련하는 제4 단계;
    제4 혼합물의 총 중량에 대하여 제2 혼합물 80 내지 95중량%와 제3 혼합물 5 내지 20중량%를 2 내지 3시간 동안 교반하여 제4 혼합물을 마련하는 제5 단계;
    제4 혼합물을 2,000 내지 2,300톤 압력의 유압 프레스로 180 내지 230℃에서 5분간 프레싱하여 원하는 형상의 압축체를 마련하는 제6 단계;
    상기 압축체를 탈형하여 72시간 이상 자연 냉각하는 제7 단계;
    상기 압축체의 표면 이물질을 제거하는 제8 단계; 및
    상기 압축체의 표면에 무기 바인더를 코팅하는 제9 단계; 를 포함하는 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    제4 단계에서, 제3 혼합물은 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 숯 15 내지 25중량부를 혼합하여 마련하고,
    상기 숯은, 참나무를 800℃ 진공에서 연소하여 마련되는 막대 형태의 조직을 갖는 제1 숯 분말 20 내지 50중량%, 및 소나무를 800℃ 진공에서 연소하여 마련되는 구 형태의 조직을 갖는 제2 숯 분말 50 내지 80중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    제4 단계에서, 제3 혼합물은 액상 규산 소다 100중량부에 대하여 숯 40 내지 80중량부를 혼합하여 마련하고,
    상기 숯은, 참나무를 800℃ 진공에서 연소하여 마련되는 막대 형태의 조직을 갖는 제1 숯 분말 10 내지 35중량%, 소나무를 800℃ 진공에서 연소하여 마련되는 구 형태의 조직을 갖는 제2 숯 분말 25 내지 45중량%, 및 왕겨를 1,500℃ 진공에서 연소하여 마련되는 제3 숯 분말 20 내지 45중량%; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 질석을 포함하는 친환경 불연성 가구재의 제조 방법.
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