KR102076556B1

KR102076556B1 - 인조대리석 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102076556B1
Application number: KR1020180073131A
Authority: KR
Inventors: 염경안
Original assignee: 염경안
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-02-12
Also published as: KR20200000896A

Abstract

본 발명은 인조대리석 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 멜라민 수지를 이용하여 인조대리석을 제조하는 방법과 그 방법에 의해 제조되는 인조대리석에 관한 발명으로서,
멜라민 수지가 포함된 원재료를 교반기에 투입하고 교반하는 단계; 교반된 원재료를 압출기로 투입하여 일정한 형상으로 압출하고, 압출된 압출물을 일정 길이로 절단하는 단계; 상기 절단된 압출물에 입자형상을 형성하기 위한 수지칩을 도포하거나 혈관형상을 형성하기 위한 염료 또는 안료를 도포하는 단계; 상기 수지칩 또는 염료나 안료가 도포된 압출물을 일정한 폭과 높이 및 단면을 가진 판재로 성형하는 단계; 상기 성형된 판재를 110℃ ~ 130℃의 온도로 5 ~ 20 MPa의 압력하에 10분 이상 경화하는 단계; 및 상기 경화된 판재를 150℃ ~ 180℃의 온도로 2 ~ 6시간 동안 후경화하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조대리석의 제조방법을 제공한다.

Description

인조대리석 및 그 제조방법{Artificial marble and the method thereof}

본 발명은 인조대리석 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 멜라민 수지를 이용하여 인조대리석을 제조하는 방법과 그 방법에 의해 제조되는 인조대리석에 관한 발명이다.

현재 상품화되어 제작되는 카운터 탑, 싱크탑, 테이블 등의 상판으로 주로 사용되는 인조대리석은 크게 세가지 부류로 구분된다.

첫째, 화이바보드, 칩보드 등의 목재기반의 재질의 표면에 대리석 형상이 인쇄된 표면형상재를 부착한 라미네이트 (Laminate) 가 있다.

둘째, 천연석이나 천연광물을 분쇄한 가루나 알루미늄 트리하이드레이트 (Aluminum Trihydrate, ATH) 등을 아크릴 수지에 섞어서 경화시킨 Solid surface 가 있다.

셋째, 천연석을 분쇄한 가루를 주재료로하고 불포화 폴리에스테르 수지나 에폭시 수지를 이용하여 접합시킨 quartz stone 이 있다.

라미네이트는 재질의 표면만을 대리석 형상으로 인쇄하여 제작하였기 때문에, 인조대리석의 절단면이나 모서리에 그 대리석 형상이 자연스럽게 연결되지 않으며, 필요에 의해 재료를 절단,연마 하였을 경우 그 단면이 인조대리석 형상을 유지하지 못하기 때문에 천연대리석의 미관적인 효과가 제품 전체에 구현되기 어려운 단점이 있다.

Solid surface는 ATH, 천연석 또는 천연광물의 가루 등을 아크릴 수지에 섞고 천연석의 형상을 구현하기 위해 염료 또는 안료, 수지칩 등을 추가하여 경화한 재질로서, 다양한 인조석의 형상 구현이 가능하고 천연석에 비해 비교적 가볍고 절단 연마 등의 기계가공이 용이하며, 내부 중공(Cavity)이나 미세균열 등 천연석에서 나타날 수 있는 결함이 없기 때문에 인조대리석으로 각광받고 있다. 하지만, 결합수지가 내스크래치성이나 내열성이 낮은 아크릴수지이기 때문에 쉽게 표면에 스크래치가 생기는 것은 물론 고온의 주방기구 (예, 후라이팬) 등에 의한 접촉에 의해 열변형과 열변색이 쉽게 발생되는 취약점을 가지고 있다. 제작과정은 교반된 원재료를 연속 흐름 라인에 투입한 후 가열 경화시켜 제품을 완성시키는 것이 일반적이다.

Quartz stone의 경우 천연석이나 천연광물을 분쇄한 분말을 불포화 폴리에스테르 수지나 에폭시 수지 등과 결합한 재질로서, solid surface 의 단점인 내스크래치성을 크게 개선하였고, 최소한의 합성수지를 사용함으로써 내열성 또한 개선되어 Solid surface의 대체재질로서 그 사용영역이 점차 확대되고 있다. 하지만, 대부분의 경우 약 90% 이상의 재질이 천연석 분말 등으로 구성되어 있어, 인조대리석의 중량이 천연석과 유사하고 절단 연마 등의 기계가공이 다소 어려운 단점을 가지고 있다. 제작과정은 교반된 원재료를 성형틀에 투입한 후 가열·가압하여 경화시키는 것이 일반적이며 경화 중 발생하는 기체를 제거하여 내부결함을 최소화하기 위해 성형과정 중에 진공을 유지시키는 경우가 대부분이다.

Solid surface나 Quartz stone 모두 재질의 표면 및 단면에 그 고유한 대리석의 형상이 연속적으로 구현되기 때문에 절단, 연마 등에 의한 가공 후에도 천연석처럼 그 고유한 형상이 유지되는 장점이 있고, 이러한 천연대리석의 형상을 구현하기 위해 염료나 안료, 수지칩 등을 교반 시 섞어 완전 교반 또는 부분 교반을 통해 다양한 인조대리석의 형상을 구현할 수 있다. 인조대리석의 형상은 크게 두 가지로 구분되는데, 첫째는 다양한 크기와 색상의 입자가 불규칙하게 분포된 입자형상(granular pattern) 이고, 둘째는 대리석 기본색상과 대비되는 색상이 불연속 또는 연속적으로 혈관 모양으로 불규칙적으로 분포된 혈관형상(veined pattern)으로 분류된다.

등록특허공보 제10-0833273호 등록특허공보 제10-1251098호 등록특허공보 제10-1316478호 등록특허공보 제10-1660767호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 첫 번째 목적은, 기존의 인조대리석에서의 기술적인 단점을 동시에 개선한 인조대리석과 그 제조방법을 제공하는 데 있다. 즉, 라미네이트 경우 대리석의 고유한 형상이 단면 전체에 구현되지 않는다는 점, solid surface의 경우 대리석 형상이 단면 전체에 구현되고 비교적 가벼우나 내스크래치성 및 내열성이 취약한 점, quartz stone의 경우 대리석 형상이 단면 전체에 구현되며 내스크래치성도 개선되었으나, 중량이 크고 가공이 어려운 점을 모두 동시에 개선시킨 인조대리석 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 두 번째 목적은, 기존의 solid surface나 quartz stone에서와 같이 인조대리석 단면 전체에 구현되는 다양한 대리석 형상은 물론이고, 종래 기술에 의한 교반 과정의 특성상 구현할 수 없는 고유한 대리석 형상도 자유롭게 구현 가능한 인조 대리석 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 세 번째 목적은, 본 발명에 의해 제공되는 인조대리석의 고유한 형상 및 재질을 제품 단면 전체가 아닌 일정두께의 상하면과 일정폭의 단부 둘레에 국한하여 형성하고 가운데 부분은 확장된 멜라민 폼으로 형성시킴으로써, 전체 제품의 중량을 현저하게 낮출 수 있는 인조대리석 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 멜라민 수지가 포함된 원재료를 교반기에 투입하고 교반하는 단계; 교반된 원재료를 압출기로 투입하여 일정한 형상으로 압출하고, 압출된 압출물을 일정 길이로 절단하는 단계; 상기 절단된 압출물에 입자형상을 형성하기 위한 수지칩을 도포하거나 혈관형상을 형성하기 위한 염료 또는 안료를 도포하는 단계; 상기 수지칩 또는 염료나 안료가 도포된 압출물을 일정한 폭과 높이 및 단면을 가진 판재로 성형하는 단계; 멜라민 수지에 발포제가 추가된 확장성 원재료를 교반기에 투입하여 교반하는 단계; 상기 교반된 확장성 원재료를 유리섬유, 천연 섬유 또는 인조 섬유 중 어느 하나의 섬유에 함침시키는 단계; 상기 섬유에 함침된 확장성 원재료를 30 ~ 50℃의 온도에서 5 ~ 10시간 동안 선경화하여 멜라민 수지를 고형화하는 단계; 상기 판재 성형 단계에서 성형된 판재로 상부, 하부 및 측면을 형성하여 내부를 공동화하고, 상기 공동화된 부분에 상기 멜라민 수지가 고형화된 확장성 원재료를 충전하는 단계; 및 상기 확장성 원재료가 충전된 판재를 일정한 폭과 높이 및 단면을 가진 확장성 판재로 성형하는 단계;로 이루어지는 확장성 판재를 성형하는 단계; 상기 성형된 판재를 110℃ ~ 130℃의 온도로 5 ~ 20 MPa의 압력하에 10분 이상 경화하는 단계; 및 상기 경화된 판재를 150℃ ~ 180℃의 온도로 2 ~ 6시간 동안 후경화하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조대리석의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서 멜라민 수지가 포함된 원재료는, 멜라민 수지 32 ~ 75 중량%, 유리섬유, 천연 섬유 또는 인조 섬유 중 어느 하나의 섬유 25 ~ 60 중량%, 염료 또는 안료 0 ~ 3 중량%, 자외선 차단제 0 ~ 3 중량% 및 산화방지제 0 ~ 2 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 원재료에 축광분말이 더 추가되며, 상기 축광분말은 원재료와 축광분말의 전체 중량대비 0 ~ 15 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 입자형상을 형성하기 위한 수지칩은, 원재료와 수지칩의 전체 중량대비 0 ~ 20 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 혈관형상을 형성하기 위한 염료 또는 안료는, 원재료와 염료 또는 안료의 전체 중량대비 0 ~ 3 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 확장성 원재료는, 멜라민 수지 80 ~ 95 중량%와, 발포제 5 ~ 20 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에서 섬유는, 상기 섬유와 확장성 원재료가 포함된 전체 중량의 20 ~ 50 중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해 제조되는 인조대리석은, 유효밀도가 0.3 ~ 1.6 g/㎤ 인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 대리석의 고유한 형상이 단면 전체에 구현된다는 점과, 가벼우면서도 내스크래치성 및 내열성이 크다는 점 및 가공이 쉽다는 장점을 가진다.

또한, 본 발명은 기존의 solid surface나 quartz stone에서와 같이 인조대리석 단면 전체에 구현되는 다양한 대리석 형상은 물론이고, 종래 기술에 의한 교반 과정의 특성상 구현할 수 없는 고유한 대리석 형상도 자유롭게 구현 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 인조대리석의 고유한 형상 및 재질을 제품 단면 전체가 아닌 일정두께의 상하면과 일정폭의 단부 둘레에 국한하여 형성하고 가운데 부분은 확장된 멜라민 폼으로 형성시킴으로써, 전체 제품의 중량을 현저하게 낮출 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인조대리석의 제조방법에 대한 순서도.
도 2는 도 1에서 확장성 판재를 형성하는 방법에 대한 순서도.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 인조대리석의 제1실시예.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 인조대리석의 제2실시예.
도 5는 본 발명에 따라 제지된 인조대리석의 제3실시예.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 인조대리석의 제조방법에 대한 순서도이고, 도 2는 도 1에서 확장성 판재를 형성하는 방법에 대한 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 인조대리석의 제1실시예이고, 도 4는 본 발명에 따라 제조된 인조대리석의 제2실시예이고, 도 5는 본 발명에 따라 제지된 인조대리석의 제3실시예이다.

인조대리석의 결합재질로서의 멜라민 수지는 경화 후 표면강도가 상대적으로 아크릴 수지, 에폭시 수지 및 폴리에스테르 수지보다 높아서 내스크래치성이 우수하고 내열성 또는 우수한 장점을 가지고 있으나, 타 재질에 비해 취성이 높고 실제 생산 프로세스에 적용이 난해하기 때문에 인조대리석의 결합재질이 아닌 대리석의 입자 형상(granular pattern)을 구현하기 위해 아크릴 등의 결합재질에 첨가되는 수지칩으로 주로 사용되고 있다.

본 발명에서는 인조대리석의 결합재질로서 멜라민 수지를 이용하여 인조대리석을 제조할 수 있는 구성 및 생산 프로세스를 제공함으로써, 내스크래치성이나 내열성에 있어서 기존의 solid surface보다 월등히 우수하면서도, 천연석이나 quartz stone에 비해 중량이 현저히 낮으며 기계가공이 용이한 인조대리석을 제공한다. 경화 후 취성이 크다는 멜리민 수지의 고유한 단점을 멜라민 접합 수지구조에 적절한 중량비율의 유리섬유를 제품두께 전체에 균일하게 분포시킴으로써, 인조대리석으로서 필요한 적정한 기계적 특성을 부여할 수 있다. 본 발명에서는 멜라민 접합수지의 기계적 특성을 보완하기 위해 추가되는 섬유로 유리섬유에 국한하지 않는다. 즉, 유리섬유 이외에 셀룰로즈 섬유, 양모섬유, 마 섬유, basalt 섬유, 세라믹 섬유 등의 천연 또는 인조섬유로 유리섬유를 대체 또는 병행하여 실시할 수 있으며, 본 발명에서는 이러한 천연섬유, 인조섬유 및 유리섬유를 통칭하여 '섬유'로 표현하기도 한다.

본 발명에 의해 제작된 인조대리석은 그 제작프로세스에 따라 유효밀도(effective density, 완성제품의 전체중량을 완성제품의 전체 체적으로 나눈 값)를 0.3 g/cm³ ~ 1.6 g/cm³ 범위로 자유롭게 조절이 가능하며, 본 발명의 서술의 편의를 위해 유효밀도가 물의 밀도인 1.0 g/cm³보다 낮은 0.30 g/cm³ ~ 0.99 g/cm³범위의 인조대리석을 '초경량 인조대리석'으로 칭하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인조대리석의 제조방법은, 멜라민 수지가 포함된 원재료를 교반기에 투입하고 교반하는 단계(S1)와, 교반된 원재료를 압출기로 투입하여 일정한 형상으로 압출하고, 압출된 압출물을 일정 길이로 절단하는 단계(S2)와, 상기 절단된 압출물에 입자형상을 형성하기 위한 수지칩을 도포하거나 혈관형상을 형성하기 위한 염료 또는 안료를 도포하는 단계(S3)와, 상기 수지칩 또는 염료나 안료가 도포된 압출물을 일정한 폭과 높이 및 단면을 가진 판재로 성형하는 단계(S4)와, 상기 성형된 판재를 110℃ ~ 130℃의 온도로 5 ~ 20 MPa의 압력하에 10분 이상 경화하는 단계(S5)와, 상기 경화된 판재를 150℃ ~ 180℃의 온도로 2 ~ 6시간 동안 후경화하는 단계(S6)로 이루어진다.

본 발명에 따른 인조대리석 제조방법은, 먼저 멜라민 수지가 포함된 원재료를 교반기에 투입하고 교반하는 단계(S1)를 거친다. 멜라민 수지가 포함된 원재료를 교반기에 투입하고 상온에서 30 ~ 60분 동안 교반한다. 즉, 멜라민 수지가 포함된 원재료의 교반을 위해서 모터로 구동되는 교반 블레이드가 장착된 교반기를 마련하고, 원재료인 멜라민 수지, 유리섬유(천연섬유 또는 인조섬유도 가능), 염료 또는 안료, 축광가루, 자외선차단제, 산화방지제 등을 투입해 원재료가 골고루 균일하게 섞일 때까지 교반한다. 멜라민 수지가 포함된 원재료에는 멜라민 수지, 유리섬유, 염료 또는 안료, 자외선 차단제, 산화방지제 등이 있으며, 구성비율은 멜라민 수지 32 ~ 75 중량%, 유리섬유, 천연 섬유 또는 인조 섬유 중 어느 하나의 섬유 25 ~ 60 중량%, 염료 또는 안료 0 ~ 3 중량%, 자외선 차단제 0 ~ 3 중량% 및 산화방지제 0 ~ 2 중량%이다. 원재료의 필수적인 성분은 멜라민 수지와 천연섬유, 인조섬유 또는 유리섬유 등의 섬유이다. 멜라민 수지는 수지 자체가 흰색 계열이기 때문에 인조대리석을 흰색으로 만들고자 하는 경우에는 별도의 염료나 안료는 필요하지 않다. 다만, 인조대리석의 색깔을 흰색이 아닌 다른 원하는 색깔로 제조하고자 하는 경우에는 적당한 염료나 안료가 필요하다. 따라서 염료나 안료는 천연 또는 합성으로 제작된 것으로서, 인조대리석을 원하는 색상으로 착색하기 위해 첨가된다. 첨가되는 양은 0 ~ 3 중량%가 투입된다. 자외선 차단제의 경우도 자외선에 의한 인조대리석 재질의 열화 및 색상의 변경을 방지하기 위한 것으로서, 필요에 따라 투입하면 되며, 그 양은 0 ~ 3 중량%이다. 또한, 산화방지제는 인조대리석의 산화를 방지하여 산화에 의해 발생되는 재질의 변화나 색상의 변화 등을 방지하기 위해 투입될 수 있으며, 그 양은 0 ~ 2 중량%이다.

본 발명에서 사용되는 섬유는 앞서 밝힌 바와 같이, 천연섬유, 인조섬유 또는 유리섬유가 사용된다. 일 실시예로 유리섬유는 10mm ~ 50mm 길이로 절단된 직경 5 ~ 10 ㎛의 장섬유 유리섬유 (long fiber glass fiber)이며, 구성성분은 중량비율로 SiO₂를 37~60%, CaO를 20~25%, Al₂O₃를 12~16%, B₂O₃를 8~13%, MgO를 0~6%, Na₂O를 0~1%, K₂O를 0~1%, TiO₂를 0~0.5%, Fe₂O₃를 0~0.5% 포함한다.

본 발명에서 사용된 멜라민 수지는 멜라민 수지(CAS 번호 9003-08-01)가 중량 비율 99.01~100%, 포름알데하이드(CAS 번호 50-00-0)가 0~0.99%인 것을 그 구성 성분으로 한다.

본 발명에 사용된 축광분말은 천연 또는 합성재질로서 인조대리석에 축광기능을 추가하고자 하는 경우에 첨가되며, 고유의 색상을 가진 축광분말을 첨가할 경우에는 염료나 안료를 사용하지 않을 수도 있다. 축광분말은 원재료와 축광분말의 전체 중량대비 0 ~ 15 중량%가 투입될 수 있다.

다음으로, 교반된 원재료를 압출기로 투입하여 일정한 형상으로 압출하고, 압출된 압출물을 일정 길이로 절단하는 단계(S2)를 거친다. 즉, 교반된 원재료를 회전형 나선모양의 블레이드에 의해 압송되는 압출기에 투입하고, 특정 압출 단면을 가지도록 특정 형상을 가진 압출기로부터 원재료를 압출한다. 즉, 입자형상의 인조대리석을 제작하기 위해서는 일정한 두께의 판상형의 압출 단면을 이용하고, 혈관형상의 인조대리석을 제작하기 위해서는 다양한 모양과 압출 단면크기로 압출 단면을 배치하고 동시에 압출한다. 즉, 혈관형상의 인조대리석을 제작하기 위해서는 다수의 압출 단면-예를 들어, 세모와 네모 및 원형 단면을 가진 압출단면에서 동시에 압출함-을 형성하고 압출한다. 압출기에서 배출된 원자재는 압출 출구에 설치된 회전식 절단기에 의해 일정한 길이로 절단된다. 절단된 원자재의 길이는 약5mm ~ 30mm이며, 이는 절단 날의 회전속도에 의해 자유롭게 조절할 수 있다.

다음으로, 절단된 압출물에 입자형상을 형성하기 위한 수지칩을 도포하거나 혈관형상을 형성하기 위한 염료 또는 안료를 도포하는 단계(S3)를 거친다.

본 발명에서 사용된 멜라민 수지칩은 결합재질인 멜라민 수지와 동일한 멜라민 수지에 원하는 색상의 염료나 안료를 첨가하여 경화시킨 후 불규칙한 모양 및 크기로 분쇄한 것으로서 그 크기는 입경 0.5 ~ 7mm이다. 절단된 압출물은 모터구동 연속 흐름 벨트 또는 수동으로 특정한 운송속도로 운송될 수 있는데, 이때 압출물 운송경로 상부에 설치된 수지칩 도포기를 통해 대리석 형상에 따라 필요한 수지칩을 원자재에 균일하게 도포한다. 이때 단위 흐름 면적당 도포량은 원자재의 운송속도 및 시간당 수지칩 도포 중량을 조절함으로써 자유롭게 조절될 수 있다. 멜라닌 수지칩은 앞서 밝힌바와 같이 입자형상이 형성된 인조대리석을 제조하기 위해 필요하다.

혈관형상의 인조대리석을 제작하기 위해서는 수지칩 대신에 원하는 색상의 염료 또는 안료를 압출물 운송경로 상부에 설치된 염료 또는 안료 도포기에 의해 대리석 형상에 따라 정해진 패턴으로 운송중인 압출물에 도포한다. 혈관형상을 형성하기 위한 압출물은 다양한 패턴의 압출물이 동시에 압출된 상태에서 절단된 것으로서, 압출물이 여러가지 형상으로 형성되어 있기 때문에 압출된 압출물 사이로 염료 또는 안료가 도포될 수 있다.

다음으로, 수지칩 또는 염료나 안료가 도포된 압출물을 일정한 폭과 높이 및 단면을 가진 판재로 성형하는 단계(S4)를 거친다.

멜라민 수지칩이나 염료 또는 안료가 도포된 압출물은 모터구동 연속 흐름 라인 또는 수동으로 운송되어 일정한 폭과 높이의 단면을 가지도록 설치된 롤러 사이를 통과하면서 판상재로 성형된다. 이때 필요에 따라 순차적으로 폭 및 두께가 감소되도록 여러 개의 롤러를 통과시켜 원자재 내부에 유입된 공기에 의해 형성된 공동(cavity)을 최소화 시킬 수 있다.

또한, 성형된 판재를 이용하여 확장성 판재를 제조할 수 있다. 본 발명에 의해 제작되는 제품의 한 형태인 초경량 인조대리석의 제작을 위해서는 제품의 가운데 부분에 확장된 멜라민 폼(foam)을 형성하기 위한 확장성 판재가 필요하다. 본 발명에 의해 고안된 확장성 판재의 제작을 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이, 다음과 같은 공정을 거친다. 확장성 판재 성형 공정은, 멜라민 수지에 발포제가 추가된 확장성 원재료를 교반기에 투입하여 교반하는 단계(S411)와, 상기 교반된 확장성 원재료를 유리섬유, 천연 섬유 또는 인조 섬유 중 어느 하나의 섬유에 함침시키는 단계(412)와, 상기 섬유에 함침된 확장성 원재료를 30 ~ 50℃의 온도에서 5 ~ 10시간 동안 선경화하여 멜라민 수지를 고형화하는 단계(413)와, 상기 판재 성형 단계에서 성형된 판재로 상부, 하부 및 측면을 형성하여 내부를 공동화하고, 상기 공동화된 부분에 상기 멜라민 수지가 고형화된 확장성 원재료를 충전하는 단계(414)와, 상기 확장성 원재료가 충전된 판재를 일정한 폭과 높이 및 단면을 가진 판재로 성형하는 단계(415)로 이루어진다.

확장성 판재를 제조하는 단계는, 먼저 확장성 원재료인 멜라민 수지와 일정량의 발포제(blowing agent)를 교반기에 투입하고, 균일하게 섞일 때까지 교반한다(S411). 이때 사용된 멜라민 수지는 입자형상 또는 혈관형상의 인조대리석을 제작하기 위해 사용된 재질과 동일하며, 확장성 원재료 전체중량의 80~95%가 적용된다. 확장을 위한 멜라민 수지에 추가되는 발포제(blowing agent)는 산업용으로 널리 사용되고 있는 확장성 microsphere를 적용하였다. 본 발명의 실시예에서 적용된 Microsphere는 Akzo Nobel 사의 Expancel® 모델번호 642 WU 40 이 적용되었으나, 본 발명의 실시를 위해서는 동사의 기타모델제품 또는 타사의 확장성 Microsphere를 적용할 수도 있다. 또한, 발포제(blowing agent)는 확장성 원재료 전체중량의 5~20%가 적용된다.

다음으로, 교반된 확장성 원재료를 유리섬유, 천연섬유 또는 인조섬유 중 어느 하나의 섬유에 함침시키는 단계(412)를 거친다.

본 발명에 의해 교반된 확장성 원재료를 롤러 함침 또는 스프레이 함침을 통해 유리섬유, 천연섬유 또는 인조섬유 중 어느 하나의 섬유에 함침한다. 이때 확장성 원재료와 섬유의 중량을 합친 것을 전체중량으로 할 때, 섬유 중량은 전체중량의 20% ~ 50%, 확장성 원재료의 중량은 전체중량의 50% ~ 80% 이다. 본 발명에서는 실시예로 유리섬유를 사용하였으며, 유리섬유의 중량은 위에서 언급한 바와 같다.

다음으로, 섬유에 함침된 확장성 원재료를 30 ~ 50℃의 온도에서 5 ~ 10시간 동안 선경화(Pre-curing)하여 멜라민 수지를 고형화하는 단계(413)를 거친다.

확장성 원재료가 유리섬유에 함침되었을 때는 마치 물에 젖은 옷감과 같은 상태로서 인조대리석 제작의 다음 공정인 충전 작업을 하기가 극히 난해하다. 따라서 확장성 원재료에 함침된 유리섬유를 30℃ ~ 50℃의 온도범위에서 5 ~ 10시간 동안 선경화시켜 멜라민 수지를 고형화시킨다. 이때 멜라민 수지는 완전경화가 아닌 부분 경화가 되며 후속 공정인 경화 및 후경화 공정에서 완전경화가 일어난다.

다음으로, 판재 성형 단계(S4)에서 성형된 판재로 상부, 하부 및 측면을 형성하여 내부를 공동화하고, 상기 공동화된 부분에 상기 멜라민 수지가 고형화된 확장성 원재료를 충전하는 단계(414)를 거친다. 본 발명에서 측면은 마주보는 양 측면으로 형성되거나 4면 모두로 형성될 수 있다.

확장성 원재료의 충전공정은 본 발명에 의한 초경량 인조대리석을 제작하기 위해 상판, 하판 및 측면판을 기제작된 판재(입자형상 및 혈관 형상의 인조대리석을 구현하기 위해 제작된 판재)로 적층하고, 공동화된 내부에는 확장성 원재료를 충전한다.

다음으로, 확장성 원재료가 충전된 판재를 일정한 폭과 높이 및 단면을 가진 확장성 판재로 성형하는 단계(415)를 통해 확장성 판재가 제조된다.

이때 초경량 인조대리석의 유효밀도는 다음과 같은 공식에 의해 결정될 수 있다. 또한, 초경량 대리석의 유효밀도는 제작된 인조대리석의 두께, 원재료로 제조된 일반 판재와 확장성 원재료의 합중량을 각각 또는 동시에 조절함으로써, 자유롭게 조절할 수 있다.

초경량 인조대리석의 유효밀도, d:

d = (W1 - W2) / V

W1: 적층된 재료의 전체중량 (원재료로 제조된 판재의 적층 합중량 + 확장용 판재의 적층 합중량)

W2: 경화 및 후경화 공정중 기화에 의한 손실중량 (경험 실측치)

V: 경화 및 후경화가 완료된 초경량대리석의 전체 부피 (폭 x 길이 x 두께)

다음으로, 성형된 판재를 110℃ ~ 130℃의 온도로 5 ~ 20 MPa의 압력하에 10분 이상 경화(Curing)하는 단계(S5)를 거친다.

성형된 판재는 모터구동 연속 흐름 라인 또는 수동으로 운송되어 110℃ ~ 130℃의 온도에서 5 ~ 20MPa의 압력하에 10분 이상 경화시킨다. 연속 흐름 제작을 위해서 가압 벨트형 연속프레스를 사용할 수 있고, 또는 배치생산을 위해 성형틀에 선행공정에서 제작된 판재를 투입하고 다층 유압 프레스를 사용하여 경화시킬 수 있다. 본 발명에 의한 초경량 인조대리석의 제작을 위해서는 선행공정에서 적층된 중간가공품을 성형틀에 투입하고, 단층 또는 다층 유압프레스를 사용하여 경화시킬 수 있다. 이때 열반응에 의해 확장성 판재는 성형제품의 중간 부분에 open cell foam의 형태로 형성되고, 기타 인조대리석 입자형상 또는 혈관형상을 구현하기 위한 판재는 중간 부분의 폼을 둘러싼 형태로 경화되어 초경량 인조대리석으로 제작된다.

다음으로, 경화된 판재(확장성 판재도 포함됨)를 150℃ ~ 180℃의 온도로 2 ~ 6시간 동안 후경화(Post-curing)하는 단계(S6)를 거친다.

경화 과정을 거쳐 제조된 인조대리석은 150℃ ~ 180℃의 온도에서 추가적으로 2 ~ 6시간 동안 후경화 과정을 거침으로서 제조된 인조대리석의 화학적 내부식성을 높임과 동시에 휘발성 잔류 기체를 제거할 수 있다.

도 3은 입자형상(11)의 인조대리석(10)에 대한 사진을 도시하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 인조대리석의 표면에 입자가 형성된 형상을 가지며, 앞서 기재한 바와 같이, 멜라민 수지칩을 투입함으로써 얻어질 수 있다.

도 4는 혈관형상(11')의 인조대리석(10')에 대한 사진을 도시하고 있다. 혈관형상의 인조대리석(10')은 원재료에 염료 또는 안료를 투입하여 제조된다. 만일 축광분말을 투입하는 경우, 축광분말이 고유의 색상를 가지는 경우에는 염료 또는 안료를 투입할 필요가 없을 수 있다.

도 5는 입자형상(11)의 인조대리석을 상판, 하판 및 측면판으로 적층하고, 내부에 확장성 원재료(12)를 충전하여 제조된 초경량 인조대리석(10")에 대한 사진을 도시하고 있다. 내부는 확장성 원재료(12)가 충전되어 있으며, 외부는 도면에는 입자형상만 도시되어 있으나, 혈관형상이 형성된 판재를 사용하는 경우 혈관형상으로 될 수도 있다. 내부에 발포된 멜라민 수지가 충전되어 있기 때문에 인조대리석의 무게는 현저하게 줄어들 수 있으며, 따라서 초경량 인조대리석의 제조가 가능하게 된다.

위에서 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시에는 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다.

S1 ~ S6 : 순서도
10 : 입자형상 인조대리석 10' : 혈관형상 인조대리석
10" : 입자형상 초경량 인조대리석
11 : 입자형상 판재 11' : 혈관형상 판재
12 : 확장성 원재료

Claims

멜라민 수지가 포함된 원재료를 교반기에 투입하고 교반하는 단계;
교반된 원재료를 압출기로 투입하여 일정한 형상으로 압출하고, 압출된 압출물을 일정 길이로 절단하는 단계;
상기 절단된 압출물에 입자형상을 형성하기 위한 수지칩을 도포하거나 혈관형상을 형성하기 위한 염료 또는 안료를 도포하는 단계;
상기 수지칩 또는 염료나 안료가 도포된 압출물을 일정한 폭과 높이 및 단면을 가진 판재로 성형하는 단계;
멜라민 수지에 발포제가 추가된 확장성 원재료를 교반기에 투입하여 교반하는 단계; 상기 교반된 확장성 원재료를 유리섬유, 천연 섬유 또는 인조 섬유 중 어느 하나의 섬유에 함침시키는 단계; 상기 섬유에 함침된 확장성 원재료를 30 ~ 50℃의 온도에서 5 ~ 10시간 동안 선경화하여 멜라민 수지를 고형화하는 단계; 상기 판재 성형 단계에서 성형된 판재로 상부, 하부 및 측면을 형성하여 내부를 공동화하고, 상기 공동화된 부분에 상기 멜라민 수지가 고형화된 확장성 원재료를 충전하는 단계; 및 상기 확장성 원재료가 충전된 판재를 일정한 폭과 높이 및 단면을 가진 확장성 판재로 성형하는 단계;로 이루어지는 확장성 판재를 성형하는 단계;
상기 성형된 판재를 110℃ ~ 130℃의 온도로 5 ~ 20 MPa의 압력하에 10분 이상 경화하는 단계; 및
상기 경화된 판재를 150℃ ~ 180℃의 온도로 2 ~ 6시간 동안 후경화하는 단계;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조대리석의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 멜라민 수지가 포함된 원재료는,
멜라민 수지 32 ~ 75 중량%, 유리섬유, 천연 섬유 또는 인조 섬유 중 어느 하나의 섬유 25 ~ 60 중량%, 염료 또는 안료 0 ~ 3 중량%, 자외선 차단제 0 ~ 3 중량% 및 산화방지제 0 ~ 2 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조대리석의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 원재료에 축광분말이 더 추가되며, 상기 축광분말은 원재료와 축광분말의 전체 중량대비 0 ~ 15 중량%인 것을 특징으로 하는 인조대리석의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 입자형상을 형성하기 위한 수지칩은, 상기 원재료와 상기 수지칩의 전체 중량대비 0 ~ 20 중량%인 것을 특징으로 하는 인조대리석의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 혈관형상을 형성하기 위한 염료 또는 안료는, 상기 원재료와 상기 염료 또는 안료의 전체 중량대비 0 ~ 3 중량%인 것을 특징으로 하는 인조대리석의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 확장성 원재료는,
멜라민 수지 80 ~ 95 중량%와, 발포제 5 ~ 20 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인조대리석의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 섬유는, 상기 섬유와 확장성 원재료가 포함된 전체 중량의 20 ~ 50 중량%인 것을 특징으로 하는 인조대리석의 제조방법.
제1항 내지 제5항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 의해 제조되는 인조대리석은, 유효밀도가 0.3 ~ 1.6 g/㎤ 인 것을 특징으로 하는 인조대리석.