KR102127713B1 - 다공성 세라믹의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 325 매쉬로 분쇄된 규조토 1,500g, 제올라이트 1,500g, 마사토 500g, 의 중량 비율로 혼합하여 제조된 광물질혼합물 3,500g을 준비한 다음,
직경 5mm의 스티로폼 알갱이 80g(부피 8ℓ);과, 무기접착제로 액상규산소오다 400g, 규산칼륨 100g, 붕사 200g, 과망간산 칼륨 50g 및 과산화수소 100g을 혼합한 첨가제 930g을 준비한 후에, 상기 광물질 혼합물 3,500g과 상기에서 제조된 첨가제 조성물 930g을 혼합하여 다공성세라믹 원료를 제조한 다음, 상기 다공성세라믹 원료를 펀칭공정으로 이송시켜 50kg/㎠ 으로 10분간 펀칭시킨 후, 압출기로 압출시킨 다음에, 철판두께 3mm로 구성된 정육면체의 부표로 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 의 성형틀을 제조하되, 상하부가 없는 즉, 상하부가 개방된 형태로 제조한 후에, 두께 3mm의 가로 세로 각각 70cm 의 철판의 상부에 성형틀을 안치한 후에, 상기에서 펀칭한 다공성세라믹 원료를 성형틀 내부 높이 20cm 로 충진시킨 다음, 그 상부에 가로 20cm, 세로 20cm, 높이 20cm 의 정육면체 스티로폼을 중앙에 안치 시킨 후에, 정육면체의 스티로폼 전후좌우 및 상부에 제4 공정에서 펀칭한 다공성세리믹 원료를 다시 충전시켜 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 성형틀 상부까지 채워 성형한 후에, 정육면체의 성형품 모서리 끝부분에서 내측으로 가로, 세로 각각 10cm 부분 4곳에 3cm 크기의 통공이 상하부로 관통되도록 형성한 다음, 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 24 ~48 시간 건조시킨 후에, 규석 25g, 카오린 12g, 산화아연 5g, 소석회 15g, 장석 25g, 프리트 10g 의 중량비율로 조성된 혼합물 1,000g에 물 300 ~ 400g을 첨가하여 혼합한 다음, 볼밀에 투입시켜 24 ~ 48시간 분쇄하여 제조된 유액을 상기에서 건조된 정육면체 형상의 부표를 유액에 침적시킨 후에, 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 3~4 시간 건조시킨 후에, 상기에서 유액처리 된 부표를 소성공정으로 이관시킨 다음, 1,300℃로 11 ~ 12시간 소성시켜 제조하는 다공성 세라믹의 제조방법에 관한 것이다.

Description

다공성 세라믹의 제조방법{Method for making porosity ceramic}
본 발명은 부표와 건축자재 등에 사용되며, 선택된 광물질과 첨가제 화합물을 일정비율로 혼합하여 성형공정에서 일정규격의 부표와 건축자재를 성형하여 소성공정에서 고열로 성형품을 성형시키면 부표와 건축자재 내부에 함유된 첨가제 화합물이 타거나 물리 화학적 반응으로 수십만개의 작고 큰 기공을 만들어 지도록 하여 물에 뜨고 가벼운 단열 효과가 우수한 다공성 세라믹의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 생활수준의 향상과 지식산업의 고도화 및 정보화 사회의 급변하는 환경에 대응하는 주거공간의 절대 필요에 따라 날로 건축물의 대형화, 첨단화, 기능화가 요구되는 현실에서 건축물 예를 들면 아파트, 복합상가 등의 고층화, 대형화는 필연적인 현상이다. 이에 건축자재의 경량, 불연, 방음, 단열보온을 동시에 충족시켜주는 소재를 개발하기 위한 연구, 노력은 지속되어 왔으며, 이러한 요구에 부응하여 다공성의 건축자재가 여러 분야에서 개발되고 있는 실정이다.
지금까지 개발된 건축자재들은 스티로폼, 우레탄, 석면 또는 석고보드 등으로 제작되고 있으나, 전술한 건축자재들은 경량성, 불연성, 방음성, 단열보온성 모두를 충족시키지 못하는 문제점이 있었다. 먼저, 스티로폼 및 우레탄으로 제작된 우레탄 폼은 내부의 공기로 인해 외부의 찬공기는 방어하고 내부의 열기는 외부로 차단하는 보온성이 뛰어나며 반면, 여름에는 외부의 더운공기를 막아줌으로써, 외부와 내부의 온도차로 실내가 시원해지는 효과가 있으나, 비교적 열에 약한 문제점이 있어 화재시 유독성 가스 분출로 인명피해가 매우 높으며, 우레탄 폼 역시 스티로폼에 비해선 점화속도가 낮으나 발화 후에는 검은연기와 가스가 배출되며 중량이 무거운 문제점이 있다.
일반적으로 해양에서 그물을 이용하여 어류를 가두어 양식하는 가두리 및 바다 양식장에는 프레임이 사각형태로 연결되고, 상기 사각형태로 연결된 프레임의 하부에는 추에 의해 하부가 수면하부에 위치되도록 설치된 가두리망이 연결되며, 상기 가두리망이 하부에 연결된 프레임의 내부에는 상기 프레임이 수면하부로 가라않는 것을 방지하는 부자가 설치되어 있다.
일반적인 부자는 스티로폼으로 성형된 구성으로 이루어지는데, 이러한 종래의 스티로폼 부자는 강성이 취약하여 파도 등의 외부 충격으로부터 쉽게 파손되는 문제점이 있었고, 이로 인해 스티로폼 조각들이 해변에 쌓이거나 해안에 부유하게 되어 자연환경을 훼손하는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 스티로폼 부자는 재활용이 이루어지지 않는 관계로 훼손된 부자의 수거 및 폐기처리 과정이 잘 이루어지지 않아 해변 및 해안의 심각한 오염원이 되는 문제점이 있었고, 폐기 처리하는 과정에서도 불필요한 처리비용이 발생하는 문제점이 있었다.
국내등록특허공보 등록번호 제1015861720000 (2016.01.11.)호에는 겨를 밀가루 풀과 같은 점착제를 이용하여 환 형태로 만들고, 이를 세라믹 원료와 혼합한 다음 소성 처리함으로써, 왕겨 환이 탄화된 자리에 자연스럽게 기공이 형성되며, 왕겨 분말을 직접 세라믹 원료와 혼합하는 것에 비해 많은 양을 첨가할 수 있고, 그에 따라 경량성 및 다공성을 보다 향상시킬 수 있는 경량 다공성 세라믹 소성체 및 그 제조방법에 관한 기술이 공개되어 있고,
국내등록특허공보 등록번호 제1005489630000 (2006.01.26)호에는 0.5~8mm의 입자 크기를 가지면서 0.15~0.18kg/100ℓ의 인장강도를 가지는 펄라이트 입자, 소듐 실리코 알루미네이트(Sodium Silico Aluminate)(Na2O Al2O3 χSiO2)인 액상규산소다 및 10~45g의 경화제와 20~60㎖의 물로 이루어진 배합재를 교반기에 순차적으로 경화제 10g에 물 20㎖, 경화제 15g에 물 20㎖ 및 경화제 20g에 물 20㎖의 비율로 배합재가 교반된 후 다시 순차적으로 액상 규산소다를 배합재에 대하여 1:1, 1:1.5 및 1:2의 비율로 넣어 혼합한 후 다시 순차적으로 펄라이트를 80g, 100g, 150g 및 200g를 교반기에 투입하여 골고루 혼합 및 반죽하여 준비하는 단계; 반죽된 펄라이트에 과다하게 첨가된 배합재를 망사식 콘베이어를 이용하여 이송시키면서 걸러내는 단계; 및 생산하고자 하는 제품의 모양 및 형태에 따라서 중앙에 미네랄울 부직포를 삽입한 상태에서 성형, 양생, 건조 및 냉각시켜 제품을 완성하는 단계를 포함한 펄라이트를 이용한 다기능, 다공성 세라믹 형상을 갖는 건축자재의 제조방법이 기재되어 있으며,
국내등록특허공보 등록번호 제1014616170000 (2014.11.07.)호에는 자성부유세라믹은 지오라이트 20 ~ 40중량%, 일라이트 20 ~ 40중량%, 규조토 15 ~ 25중량%, 점토 5 ~ 15중량%, 훼라이트 3 ~ 7중량%, 발포제 3 ~ 7중량%를 혼합하여 성형하고, 상기 성형된 성형체를 건조한 후, 1000 ~ 1300℃의 온도에서 90 ~150분 동안 가열하여 소성하여 자성부유세라믹을 형성하고, 자성부유세라믹의 기공 내에 미생물을 집적하여 건조한 자성 부유세라믹을 이용한 수질정화 및 녹조 방지 장치가 기재되어 있으며,
국내등록특허공보 등록번호 제1013150970000 (2013.09.30.)호에는 4개의 측면파이프와 측면파이프를 상호 연결하여 4각형의 형상을 이루도록 ㄱ자 형태의 연결파이프로 구성된 프레임; 상기 프레임의 내부에 고정 구성되며, 망형태로 내부에 세라믹메디아가 구성된 코이어넷으로 구성되는 식생기반재; 상기 식생기반재의 상부에 식재되는 수생식물;로 이루어지는 식물섬 단위체의 다수개의 결합으로 구성되어, 세라믹메디아를 식생기반재의 역할 뿐만 아니라 부력체로 사용하여 식물섬의 부력을 향상시키고, 세라믹메디아 표면에 미생물이 서식할 수 있도록 하여 수질정화에 도움을 주며, 코이어넷이 세라믹메디아의 상부와 하부에 각각 구성되어 하부에 구성된 코이어넷이 수생식물의 뿌리의 지지대 역할을 하기 때문에 물의 흐름이나 풍랑등에도 뿌리가 흔들리지 않고 지지되어 어류의 은신처 및 안정적인 산란장의 역할을 하는 세라믹메디아를 이용한 단위체의 결합으로 형성된 식물섬이 기재되어 있으며,
국내등록실용신안공보 제2004824820000 (2017.01.23.)호에는 공기주입구를 통해 공기가 충진되어 독립적으로 밀봉되는 다수개의 에어셀이 형성된 에어셀 필름부재와, 상기 에어셀 필름부재를 내측에 일체로 구비하는 포켓 형태의 부표외피로 이루어지는 에어셀 부표 구조를 통해, 구조가 간단하여 쉽게 제조할 수 있고, 부피가 작고 경량으로 이루어져 보관 및 취급이 용이하며, 에어셀 부표의 사용시에는 에어셀 필름부재에 구비된 공기주입구에 공기를 주입하여 독립적으로 구성된 다수개의 에어셀에 공기를 충진한 후, 공기가 충진된 에어셀 필름부재를 원통형으로 둥글게 말아 부표외피 내에 수용한 채로 밀봉하여 사용함으로써, 부력이 우수함은 물론, 방수 기능을 갖는 부표외피를 통해 에어셀 필름부재로 해수 및 오염물이 침투되는 것을 방지하는 동시에, 외부 환경으로부터 에어셀 필름부재를 보호하여, 부력을 제공하는 에어셀 필름부재의 훼손 및 파손을 방지할 수 있으며, 설사 외부 충격 등으로 인해 부표외피 내부에 수용된 에어셀 필름부재의 에어셀이 부분적으로 파손되는 경우에도, 파손된 에어셀 이외에 다른 에어셀은 각각 독립적으로 건전성이 유지될 수 있도록 구성함으로써, 사용 편리성 및 내구성을 효과적으로 증대시킬 수 있는 에어셀 부표가 공개되어 있음을 알 수 있다.
1. 국내등록특허공보 등록번호 제1015861720000 (2016.01.11.)호 2. 국내등록특허공보 등록번호 제1005489630000 (2006.01.26)호 3. 국내등록특허공보 등록번호 제1014616170000 (2014.11.07.)호 4. 국내등록특허공보 등록번호 제1013150970000 (2013.09.30.)호 5. 국내등록실용신안공보 제2004824820000 (2017.01.23.)호
본 발명은 종래의 기술들과 달리 불이 붙지 않고 비중이 무거운 광물질을 물에뜨고 가벼운 기공성, 단열 광물질을 제조하기 위해 광물질을 선택하는 방법과 상기 광물질 분말과 첨가제 조성물을 혼합하여 일정 규격으로 성형시켜 고열에 소성시키면 첨가제조성물이 고열에 타면서 물리화학적 방법으로 성형품 전체 부피의 75%가 수많은 다공질 기공이만들어 지도록 하는 기술과,
특히 성형품의 부피의 25%가 광물질 분말로 용융경화되어 마치 벌집 형태로 만들어져 경화 될 때 수많은 기공이 함몰되지 않도록하는 기술을 제공하는 것이 본 발명이 해결하고자 하는 과제인 것이다.
본 발명은 325 매쉬로 분쇄된 규조토 1,500g, 제올라이트 1,500g, 마사토 500g을 혼합하여 제조된 광물질혼합물 3,500g을 준비한 다음, 직경 5mm의 스티로폼 알갱이 80g(부피 8ℓ), 무기접착제로 액상규산소오다 400g, 규산칼륨 100g과 붕사 200g, 과망간산 칼륨 50g 및 과산화수소 100g을 혼합한 첨가제 930g을 준비한 후에, 상기 광물질 혼합물 3,500g과 상기에서 제조된 첨가제 조성물 930g 혼합하여 다공성세라믹 원료를 제조한 다음, 상기 다공성세라믹 원료를 펀칭공정으로 이송시켜 50kg/㎠ 으로 10분간 펀칭시킨 후, 압출기로 압출시킨 다음에, 철판두께 3mm로 구성된 정육면체의 부표로 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 의 성형틀을 제조하되, 상하부가 없는 즉, 상하부가 개방된 형태로 제조한 후에, 두께 3mm의 가로 세로 각각 70cm 의 철판의 상부에 성형틀을 안치한 후에, 상기에서 펀칭한 다공성세라믹 원료를 성형틀 내부 높이 20cm 로 충진시킨 다음, 그 상부에 가로 20cm, 세로 20cm, 높이 20cm 의 정육면체 스티로폼을 중앙에 안치 시킨 후에, 정육면체의 스티로폼 전후좌우 및 상부에 상기에서 펀칭, 압출한 다공성세리믹 원료를 다시 충전시켜 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 성형틀 상부까지 채워 성형한 후에, 정육면체의 성형품 모서리 끝부분에서 내측으로 가로, 세로 각각 10cm 부분 4곳에 3cm 크기의 통공이 상하부로 관통되도록 형성한 다음, 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 24 ~48 시간 건조시킨 후에, 규석 25g, 카오린 12g, 산화아연 5g, 소석회 15g, 장석 25g 밑 프리트 10g으로 조성된 혼합물 92g에 물 300 ~ 400g을 첨가하여 혼합한 다음, 볼밀에 투입시켜 24 ~ 48시간 분쇄하여 제조된 유액을 상기에서 건조된 정육면체 형상의 부표를 유액에 침적시킨 후에, 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 3~4 시간 건조시킨 후에, 상기에서 유액처리 된 부표를 소성공정으로 이관시킨 다음, 1,300℃로 11 ~ 12시간 소성시켜 제조하는 다공성 세라믹의 제조방법을 제공하는 것이 본 발명의 과제 해결수단인 것이다.
본 발명은 선택된 광물질 분말과 첨가제 화합물을 일정 비율로 혼합하여 일정 규격의 성형품을 제조하여 소성공정에서 고열로 소성했을 때 성형품 내부에 있는 수 많은 첨가제화합물이 타면서 열에 의해 물리적, 화학적 반응으로 땀구멍과 같은 작은 기공에서부터 1mm ~ 3mm 크기의 작고 큰 기공들이 만들어 지도록 하여 물에 뜨는 부표와 가벼운 기공성 단열 건축내외장보드를 제조 했을 때 기준에 사용되는 스티로폼을 이용한 부표는 바다염분과 햇볕에 산화되어 작은 입자로 떨어지면서 어류들의 먹이가 되어 다시 사람이 고기를 먹게되어 바다 환경오염의 주범이 되는 것을 방지하고, 건축내외장 보드 역시 불이 붙지 않고 가볍고 단열 효과가 우수하고 경제성이 우수한 효과가 있다.
본 발명은 325 매쉬로 분쇄된 규조토 1,500g, 제올라이트 1,500g 및
마사토 500g을 혼합하여 제조된 광물질혼합물 3,500g을 준비한 다음, 직경 5mm의 스티로폼 알갱이 80g(부피 8ℓ);과 무기접착제로 액상규산소오다 400g, 규산칼륨 100g과 붕사 200g, 과망간산 칼륨 50g 및 과산화수소 100g을 혼합한 첨가제 930g을 준비한 후에, 상기 광물질 혼합물 3,500g, 상기에서 제조된 첨가제 조성물 930g을 혼합하여 다공성세라믹 원료를 제조한 다음,
(직경 5mm 스티로폼 알갱이가 광물질 혼합물이 접착이 잘되도록 규산소다를 사용하였음)
상기 다공성세라믹 원료를 펀칭공정으로 이송시켜 50kg/㎠ 으로 10분간 펀칭시킨 후, 압출기로 압출시킨 다음,
(성형틀의 재료는 석고나 철판 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 철판을 선택하였다.)
철판두께 3mm로 구성된 정육면체의 부표로 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 의 성형틀을 제조하되, 상하부가 없는 즉, 상하부가 개방된 형태로 제조한 후에, 두께 3mm의 가로 세로 각각 70cm 의 철판의 상부에 성형틀을 안치한 후에, 상기에서 펀칭 및 압출한 다공성세라믹 원료를 성형틀 내부 높이 20cm 로 충진시킨 다음, 그 상부에 가로 20cm, 세로 20cm, 높이 20cm 의 정육면체 스티로폼을 중앙에 안치 시킨 후에,
(원통형 부표나 정육면체 부표 모두 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 정육면체 부표를 사용하였고, 정육면체 부표의 밑면 정사각형이 물과 가장 접촉하는 부분이 많은 표면의 표면적이 넓어져 부력이 증가 시킬 수 있다.)
정육면체의 스티로폼 전후좌우 및 상부에 상기에서 펀칭, 압출한 다공성세리믹 원료를 다시 충전시켜 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 성형틀 상부까지 채워 성형한 후에, 정육면체의 성형품 모서리 부분 각각의 4곳(모서리부터 내측으로 가로세로 각각 10Cm 되는 곳)에 3cm 크기의 통공이 상하부로 관통되도록 형성한 다음, 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 24 ~48 시간 건조시킨 후에, 규석 25g, 카오린 12g, 산화아연 5g, 소석회 15g, 장석 25g, 프리트 10g 의 중량비율로 조성된 혼합물 92g에 물 300 ~ 400g을 첨가하여 혼합한 다음, 볼밀에 투입시켜 24 ~ 48시간 분쇄하여 제조된 유액을 상기에서 건조된 정육면체 형상의 부표를 유액에 침적시킨 후에, 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 3~4 시간 건조시킨 후에, 상기에서 유액처리 된 부표를 소성공정으로 이관시킨 다음, 터널식 소성가마에서 1,300℃로 11 ~ 12시간 소성시켜
(이때, 소성시 다공성 세라믹 원료에 함유된 직경 5mm 크기의 스티로폼이 건류 탄화되어 1 ~3mm 크기의 수많은 작고 큰 기공이 만들어지고,
첨가제에 함유된 붕사 는 130℃에서 팽창되는 성질이 있어 팽창하면서 작고 큰 기공이 만들어 지며 고열에 의해 타 버려 미세한 재가 되어 붕사가 위치한 부피 만큼의 기공이 만들어 지고,
과망간산칼륨과 과산화수소는 강력한 산화제로 규산칼륨과 규산소다 의 알칼리염과 만나면 강력한 반응이 일어나 수많은 기포가 형성되도록 하였다.
규산소다와 규산칼륨은 알카리 염과 만다면 강력한 반응이 일어나 땀구멍과 같은 수십만개의 기공이 만들어지며,
특히 부표제조의 핵심기술은 부표를 성형할 때,
그 중심부에 가로 20cm, 세로 20cm, 높이 20cm 의 정육면체 스티로폼을 중앙에 안치시키고, 그 스티로품의 상,하,전,후,좌,우에 다공성세라믹 원료가 충전되어 있어.
소성시 고열에 의해 중앙부에 위치한 스티로폼이 건류,탄화되어 스티로폼의 부피크기가 큰공간이 만들어 지도록 하여 부력을 많이 얻고자 함이며,
또 소성시 다공성 세라믹 원료에 함유된 직경 5mm 크기의 스티로폼이 건류 탄화되어 1 ~3mm 크기의 수많은 작고 큰 기공이 만들어지도록 하여 부력을 증가시켜 물에 잘뜨는 가벼운 부표를 제조하도록 하였다.)
제조하는 다공성 세라믹의 제조방법에 관한 것이다.
또 다른 방법으로는 제1공정
325 매쉬로 분쇄된 규조토 1,500g, 제올라이트 1,500g 및 마사토 500g, 을 혼합하여 제조된 광물질혼합물 3,500g을 준비한 다음,
제2공정
직경 5mm의 스티로폼 알갱이 80g(부피 8ℓ);과
무기접착제로 액상규산소오다 400g, 규산칼륨 100g, 붕사 200g, 과망간산 칼륨 50g, 및 과산화수소 100g 를 혼합한 첨가제 930g을 준비한 후에,
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제3공정
제1공정에서 제조된 광물질 혼합물 3,500g, 제2공정에서 제조된 첨가제 조성물 930g을 혼합하여 다공성세라믹 원료를 제조한 다음,
(직경5mm의 스티로폼 알갱이가 광물질 혼합물이 접착이 잘되도록 액상 규산소다를 사용)
제4공정
상기 제3공정의 다공성세라믹 원료를 펀칭공정으로 이송시켜 50kg/㎠ 으로 10분간 펀칭시킨 다음, 압출기로 압출시킨 후에,
제5공정
(다공성 건축용 보드를 제조하기 위한 성형틀을 제조에서) 철판두께 3mm로 구성된 가로 60cm, 세로 60cm, 두께 2cm 직육면체의 성형틀을 제조하되, 상하부가 없는 즉, 상하부가 개방된 형태로 제조한 후에,
두께 3mm의 가로 세로 각각 70cm 의 철판의 상부에 성형틀을 안치한 다음,
상기 제4공정을 거친 다공성세라믹 원료를 투입시켜,
가로 60cm, 세로 60cm, 두께 2cm의 건축용 보드를 성형한 후,
제6공정
상기 제5공정에서 제조된 직육면체 형상의 건축용 보드를 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 24 ~48 시간 건조시킨 후에,
규석 25g, 카오린 12g, 산화아연 5g, 소석회 15g, 장석 25g, 프리트 10g 의 중량비율로 조성된 혼합물 1,000g에 물 300 ~ 400g을 첨가하여 혼합한 다음, 볼밀에 투입시켜 24 ~ 48시간 분쇄하여 제조된 유액을 상기 건조된 직육면체 형상의 건축용 보드의 표면에 유액을 도포한 후, 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 3~4 시간 건조시킨 후에,
제7공정
상기 6공정에서 유액처리 된 건축용 보드를 소성공정으로 이관시킨 다음, 1,300℃로 12시간 소성시켜
(상기 직육면체 형상의 건축용보드 내부에 함유되어 고르게 분포된 스티로폼 알갱이는 120 ~ 250℃ 열에서 건류 탄화되어 스티로폼 알갱이가 있는 자리는 1 ~ 3mm의 작고 큰 기공이 수만개 이상 만들어 져 있고,
첨가제에 함유된 붕사는 130℃의 열에 팽창되는 성질이 있어 자연스럽게 팽창되어 수 많은 기공들을 만들어져 놓고, 고열에 타버리고,
특히, 첨가제에 함유된 과망간산칼륨과 과산화수소는 강력한 산화제로 첨가제에 함유된 강알키리염인 규산소다와 만나 강한 화학반응으로 작은 기공이 벌집형태로 수십만개 만들어져 직육면체 형상의 부표가 고열로 가열되면서 수많은 기공이 함몰되지 않고 경화되어 마치 벌집형태로 수많은 충격이나 마찰에 손상되지 않는 가볍고 기공성과 단열 방음방진 효과가 우수한) 직육면체의 건축용보드 형상의 다공성 세라믹에 관한 것이다.
본 발명의 다공성 세라믹은 가로 60cm, 세로 60cm, 두께 2~3cm, 의 건축용 보드이거나, 가로, 세로 각각 60cm, 높이 60cm의 정육면체 형상의 부표이다.
본 발명에서 직경 5mm의 스티로폼의 사용량은 비록 80g 이지만 부피가 커서 부피대비로는 8ℓ 부피를 차지하며,
소성시 건축자재 내부에 위치된 상태에서 탄화되어 탄화된 자리에 자연스럽게 기공이 형성되고, 광물질 조성물은 고열로 녹아 상기 기공과 함께 불균질의 수많은 기공이 형성되도록 하여 경량성 및 다공성 세라믹을 제조하는 방법인 것이다.
또 다공성 세라믹 표면에 수많은 기공이 노출되어 내부로 물이 들어갈 수 있는 균열이 생겨 기공성이나 부력을 떨어뜨릴 염려가 있으므로 표면에 유액을 코팅하여 소성시킴으로 상기와 같은 단점을 해결하였다.
유액 조성물은 규석 25g, 카오린(카오리나이트를 주성분으로 하는 암석 또는 점토를 말한다. 내화도가 높기 때문에 도자기, 내화물의 원료로써 이용되고 있다. 도금에서는 여과기의 프리코트(Precoat)재로써 사용되고 있다.화학식Al2O3ㆍ2SiO2ㆍ2H2O ) 12g, 산화아연 5g, 지르코륨 8g, 소석회 15g, 장석 25g, 프리트 10g (일반적으로 유리질의 분말을 이른다. 도자기의 유약 배합성분 혹은 법랑의 유약 주성분으로 사용된다. 또 색유리의 일부 원료에 가하는 경우도 있다. 조성은 용도에 따라 다르지만 일반적으로 녹는점이 낮은 것이 많다.[네이버 지식백과] 프리트 [frit] (화학용어사전, 2011. 1. 15., 일진사))의 중량비율로 조성된 혼합물 1,000g에 물300g을 첨가하여 혼합한 다음, 볼밀에 투입시켜 48시간 분쇄하여 유액을 제조한 다음,
다공성세라믹을 침지시켜 상온에서 건조시킨 다음, 소성공정으로 이관후, 소성시켜 다공성 세라믹을 제조하는 방법인 것이다.
구체적으로 설명하면, 수만개의 직경 5mm의 스티로폼 표면에 광물질조성물과 규산소다가 표면에 코팅형태로 성형되어 있기 때문에 스티로폼은 250℃에서 건류 탄화되면서 부피가 줄어 들어 기공을 형성하는 원리인 것이다.
본 발명에서 사용되는 325 매쉬로 분쇄된 규조토 1,500g, 제올라이트 1,500g, 마사토 500g의 중량 비율로 혼합하여 제조된 광물질분말 3,500g은 다공성 세라믹의 몸체역할을 한다.
또 무기접착제 역할 및 첨가제로 사용되는 무기화합물 조성물은 무기질 접착제로 액상규산소오다 400g, 규산칼륨 100g과 붕사 200g, 과망간산 칼륨 50g 및 과산화수소 100g을 혼합하여 조성되어 있음을 알 수 있다.
규산소다는 규산의 나트륨염이며 수용액이나 고체 상태로 이용 가능하다. 규산소다라고도 한다. 조성에 따라 메타규산나트륨 Na2SiO3, 그 수화물인 오쏘규산나트륨 Na4SiO4, 이규산나트륨 Na2Si2... 등으로 구분된다.
일반적인 화학식은 Na2SiO3, 분자량122.063g/mol 밀도2.61g/cm3 녹는점1,088℃ , 비열용량111.8J/mol·K 용해도22.2g/100mL (25℃)이다.
[네이버 지식백과] 규산소다
규산칼륨은 메타규산칼륨 K2SiO3(무색 결정)을 지칭한다. 공업적으로는 일반식 K2O·nSiO2로 표기되는 것을 말한다. 이산화규소와 수산화칼륨을 융해하여 700~800℃로 유지하면 얻어지는 유리상(狀)의 투명한 고체이다. 녹는점은 976℃이고, 조해성이 있으며, 물에는 잘 녹지만 알코올에는 녹지 않는다. 이 밖에 이규산수소칼륨(사규산칼륨) KHSi2O5도 중요한데, 사방정계의 결정으로 400℃로 가열하면 탈수되기 시작하며, 물에는 녹지만 알코올에는 녹지 않는다. 무색의 점성 액체. 비누 배합제, 세척제, 내화 도료 등에 사용된다.
[네이버 지식백과] 규산 칼륨 [硅酸──, potassium silicate] (화학용어사전, 2011. 1. 15., 일진사)
과산화수소는 숙성제, 표백제 및 국소 항 감염제로 수용액에 쓰이는 강력한 산화제이다. 비교적 불안정하고 용액은 아세트 아닐리드 또는 유사한 유기 물질의 첨가에 의해 안정화되지 않는 한 시간이 지남에 따라 열화된다.[네이버 지식백과] 과산화수소 [hydrogen peroxide] (화학물질 구조사전)
붕사는 융점이 887℃ 로서, 130℃에서 팽창되어 1,220℃에서 고열에 연소되어 기공을 만들어지며,
과망산칼륨은 녹색 광택이 있는 적자색 기둥 모양 결정. 사방 결정계에 속하고 과염소산칼륨과 동형. 서로 혼성 결정을 만든다. d 2.703. 가열하면 200℃에서 산소를 방출하여 망간산칼륨과 산화망간(Ⅳ)가 되고, 다시 산화망간(Ⅲ)이 된다. 용해도 물 0℃, 2.83g/100g ; 20℃, 6.51g/100g ; 75℃, 32.35g/100g : 아세톤, 에탄올, 빙초산에 녹는다. 강한 산화제로 진한 황산에 의해 폭발하고, 염산과 작용하면 염소가 발생한다. 약알칼리성, 중성 또는 약산성 용액 중에서는 산화망간(Ⅳ)까지 환원된다.
KMnO4 + 3H(환원제) - MnO2 + KOH + H2O
2KMnO4 + 3H2SO4 - K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O(산성반응)
4K2MnO4 + 4KOH - 4K2MnO2 + H2O + O2(알카리반응)
제조방법은 1) 공업적으로는 연(軟)망간광에 수산화칼륨을 가해 공기를 통과시키면서 가열 용융하여 망간산칼륨을 만든다. 이것을 물로 추출해서 염소 또는 이산화탄소로 화학적으로 산화 또는 불균화를 하든가 혹은 격막을 이용해 전해하면 양극실에 과망간산칼륨 용액을 생성한다. 이것을 농축해서 냉각하면 결정으로서 얻어진다.
2) 실험실에서는 산화망간(Ⅳ)와 수산화칼륨 및 염소산칼륨을 혼합 용융해서 얻어진 망간산칼륨을 물에 녹여서, 이것에 이산화탄소를 통과시켜 산화 및 환원을 동시에 실시하고 부생하는 산화망간(Ⅳ)를 걸러 용액을 저온으로 농축해 결정시킨다.
[네이버 지식백과] 과망간산칼륨(과망가니즈산칼륨) [過-酸-, potassium permanganate, Kaliumpermanganat] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)
규산소다 및 규산칼륨은 과망간산칼륨 및 과산화수소 및 붕사와과 반응하여 소성시 땀구멍과 같은 기공이 만들어지는 원리를 이용하였으며,
이러한 원리는 상기 배경기술의 선행기술에 이미 공개되어 있음을 알 수 있다.
상기에서 건축자재 성형틀은 다양한 형태의 성형틀에 의해 다양한 건축자재를 제조할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예1
제1공정
325 매쉬로 분쇄된 규조토 1,500g, 제올라이트 1,500g, 마사토 500g, 의 중량 비율로 혼합하여 제조된 광물질혼합물 3,500g을 준비한 다음,
제2공정
직경 5mm의 스티로폼 알갱이 80g과 무기접착제로 액상규산소오다 400g, 규산칼륨 100g, 붕사 200g; 과망간산 칼륨 50g 및 과산화수소 100g을 혼합한 첨가제 930g을 준비한 후
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제3공정
제1공정에서 제조된 광물질 혼합물 3,500g, 제2공정에서 제조된 첨가제 조성물 930g을 혼합하여 다공성세라믹 원료를 제조한 다음,
(직경5mm의 스티로폼 알갱이가 광물질 혼합물이 접착이 잘되도록 액상 규산소다를 사용)
제4공정
상기 제3공정의 다공성세라믹 원료를 펀칭공정으로 이송시켜 50kg/㎠ 으로 10분간 펀칭시킨 다음, 압출기로 압출시킨 후에,
제5공정
철판두께 3mm로 구성된 정육면체의 부표로 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 의 성형틀을 제조하되, 상하부가 없는 즉, 상하부가 개방된 형태로 제조한 후에, 두께 3mm의 가로 세로 각각 70cm 의 철판의 상부에 성형틀을 안치한 후에,
삭제
상기 펀칭공정에서 제조된 다공성세라믹 원료를 성형틀 바닥에서 높이 20cm 로 충진시킨 다음, 그 상부에 가로 20cm, 세로 20cm, 높이 20cm 의 정육면체 스티로폼을 중앙에 안치시킨 후에, 스티로폼 전후좌우 및 상부에 제4공정에서 압출공정에서 제조된 다공성세리믹 원료를 다시 충전시켜 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 성형틀 상부까지 채워 성형한 후에, 부표의 사용이 편리하도록 정육면체의 성형품 모서리 부분 (모서리 끝부분에서 내측으로 가로, 세로 각각 10cm 부분) 각각의 4곳이 3cm 크기의 통공이 상하부로 관통되도록 형성한 다음, 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 24 ~48 시간 건조시킨 후에,
제6공정
규석 25g, 카오린 12g, 산화아연 5g, 소석회 15g, 장석 25g 및 프리트 10g 의 중량비율로 조성된 혼합물 92g에 물 300 ~ 400g을 첨가하여 혼합한 다음, 볼밀에 투입시켜 24 ~ 48시간 분쇄하여 제조된 유액을 상기 제5공정에서 건조된 정육면체 형상의 부표를 유액에 침적시킨 후에, 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 3 ~4 시간 건조시킨 후에,
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제7공정
상기 제6공정에서 유액처리 된 부표를 소성공정으로 이관시켜
소성가마로 이관시킨 다음, 1,300℃로 11 ~ 12시간 소성시켜 정육면체 부표 형상의 다공성 세라믹을 제조하였다.
실시예2
제1공정
325 매쉬로 분쇄된 규조토 1,500g, 제올라이트 1,500g, 마사토 500g, 의 중량 비율로 혼합하여 제조된 광물질혼합물 3,500을 준비한 다음,
제2공정
직경 5mm의 스티로폼 알갱이 80g(부피 8ℓ)과 무기접착제로 액상규산소오다 400g, 규산칼륨 100g을 혼합한 혼합물 500g과 붕사 200g, 과망간산 칼륨 50g 및 과산화수소 100g을 혼합한 첨가제 930g을 준비한 후에,
제3공정
제1공정에서 제조된 광물질 혼합물 3,500g, 제2공정에서 제조된 첨가제 조성물 930g 혼합하여 다공성세라믹 원료를 제조한 다음,
(직경5mm의 스티로폼 알갱이가 광물질 혼합물이 접착이 잘되도록 액상 규산소다를 사용)
제4공정
상기 제3공정의 다공성세라믹 원료를 펀칭공정으로 이송시켜 50kg/㎠ 으로 10분간 펀칭시킨 다음, 압출기로 압출시킨 후에,
제5공정
철판두께 3mm로 구성된 가로 60cm, 세로 60cm, 두께 2cm 직육면체의 성형틀을 제조하되, 상하부가 없는 즉, 상하부가 개방된 형태로 제조한 후에,
두께 3mm의 가로 세로 각각 70cm 의 철판의 상부에 성형틀을 위치한 다음,
상기 제4공정을 거친 다공성세라믹 원료를 투입시켜,
가로 60cm, 세로 60cm, 두께 2cm의 건축용 보드를 성형한 후,
제6공정
상기 제5공정에서 제조된 직육면체 형상의 건축용 보드를 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 24 ~48 시간 건조시킨 후에,
규석 25g, 카오린 12g, 산화아연 5g, 소석회 15g, 장석 25g 및 프리트 10g으로 조성된 혼합물 92g에 물 300 ~ 400g을 첨가하여 혼합한 다음, 볼밀에 투입시켜 24 ~ 48시간 분쇄하여 제조된 유액을 제조한다.
삭제
상기 건조된 직육면체 형상의 건축용 보드의 표면에 유액을 도포한 후, 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 3~4 시간 건조시킨 후에,
제7공정
상기 제6공정에서 유액처리 된 건축용 보드를 소성공정으로 이관시켜 소성가마로 이관시켜 1,300℃로 12시간 소성시켜
(상기 직육면체 형상의 건축용보드 내부에 함유되어 고르게 분포된 스티로폼 알갱이는 120 ~ 250℃ 열에서 건류탄화되어 스티로폼 알갱이가 있는 자리는 1 ~ 3mm의 작고 큰 기공이 수만개 이상 만들어 져 있고,
삭제
첨가제에 함유된 붕사는 130℃의 열에 팽창되는 성질이 있어 자연스럽게 팽창되어 수 많은 기공들을 만들어져 놓고, 고열에 타버리고,
특히, 첨가제에 함유된 과망간산칼륨과 과산화수소는 강력한 산화제로 첨가제에 함유된 강알키리염인 규산소다와 만나 강한 화학반응으로 작은 기공이 벌집형태로 수십만개 만들어져 직육면체 형상의 부표가 고열로 가열되면서 수많은 기공이 함몰되지 않고 경화되어 마치 벌집형태로 수많은 충격이나 마찰에 손상되지 않는 가볍고 기공성과 단열 방음방진 효과가 우수한) 직육면체의 건축용보드 형상의 다공성 세라믹을 제조하였다.
실험예
실시예1 및 실시예2 에서 제조된 다공성 세라믹의 비중을 실험한 KS M6519에 준하여 우에시마(Ueshima)사의 자동 비중 측정 장치인 모델 DMA-3을 이용하여 5회 측정하여 그 평균치를 취한 결과
실시예 1(직육면체이며 부표형상의 다공성 세라믹) 상온에서 0,6 이하, 실시예 2(직육면체이며 건축용 보드형상의 다공성 게라믹) 상온에서 0.8 이하 임을 알 수 있었다.

Claims (2)

  1. 325 매쉬로 분쇄된 규조토 1,500g, 제올라이트 1,500g, 마사토 500g을 혼합하여 제조된 광물질혼합물 3,500g을 준비하는 제1공정;
    직경 5mm의 스티로폼 알갱이 80g과; 무기접착제로 액상규산소오다 400g, 규산칼륨 100g, 붕사 200g; 과망간산 칼륨 50g 및 과산화수소 100g을 혼합한 첨가제 930g을 준비하는 제2공정;
    제1공정에서 제조된 광물질 혼합물 3,500g, 제2공정에서 제조된 첨가제 조성물 930g을 혼합하여 다공성세라믹 원료를 제조하는 제3공정:
    상기 제3공정의 다공성세라믹 원료를 펀칭공정으로 이송시켜 50kg/㎠ 으로 10분간 펀칭시킨 다음, 압출기로 압출시키는 제4공정;
    철판두께 3mm로 구성된 정육면체의 부표로 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 의 성형틀을 제조하되, 상하부가 없는 즉, 상하부가 개방된 형태로 제조한 후에, 두께 3mm의 가로 세로 각각 70cm 의 철판의 상부에 성형틀을 안치한 후에,
    상기 펀칭공정에서 제조된 다공성세라믹 원료를 성형틀 바닥에서 높이 20cm 로 충진시킨 다음, 그 상부에 가로 20cm, 세로 20cm, 높이 20cm 의 정육면체 스티로폼을 중앙에 안치시킨 후에, 상기 정육면체의 스티로폼 전후좌우 및 상부에 제4공정에서 압출공정에서 제조된 다공성세리믹 원료를 다시 충전시켜 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 성형틀 상부까지 채워 성형한 후에, 부표의 사용이 편리하도록 정육면체의 성형품 모서리 끝부분에서 내측으로 가로, 세로 각각 10cm 부분 4곳에 3cm 크기의 통공이 상하부로 관통되도록 형성한 다음 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 24 ~48 시간 건조시키는 제5공정;
    규석 25g, 카오린 12g, 산화아연 5g, 소석회 15g, 장석 25g, 프리트 10g 의 중량비율로 조성된 혼합물 92g에 물 300 ~ 400g을 첨가하여 혼합한 다음, 볼밀에 투입시켜 24 ~ 48시간 분쇄하여 제조된 유액에 상기 제5공정에서 건조된 정육면체 형상의 부표를 침적시킨 후 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 3 ~4 시간 건조시키는 제6공정;
    상기 제6공정에서 유액처리 된 부표를 소성공정으로 이관시켜 1,300℃로 11 ~ 12시간 소성시키는 제7공정로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹의 제조방법.
  2. 325 매쉬로 분쇄된 규조토 1,500g, 제올라이트 1,500g, 마사토 500g을 혼합하여 제조된 광물질혼합물 3,500g을 준비하는 제1공정;
    직경 5mm의 스티로폼 알갱이 80g과; 무기접착제로 액상규산소오다 400g, 규산칼륨 100g, 붕사 200g, 과망간산 칼륨 50g 및 과산화수소 100g을 혼합한 첨가제 930g을 준비하는 제2공정;
    제1공정에서 제조된 광물질 혼합물 3,500g과 제2공정에서 제조된 첨가제 조성물 930g을 혼합하여 다공성세라믹 원료를 제조하는 제3공정;
    상기 제3공정의 다공성세라믹 원료를 펀칭공정으로 이송시켜 50kg/㎠ 으로 10분간 펀칭시킨 다음, 압출기로 압출시시키는 제4공정;
    철판두께 3mm로 구성된 정육면체의 부표로 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 의 성형틀을 제조하되, 상하부가 없는 즉, 상하부가 개방된 형태로 제조한 후에,
    두께 3mm의 가로 세로 각각 70cm 의 철판의 상부에 성형틀을 안치한 후에,
    상기 펀칭공정에서 제조된 다공성세라믹 원료를 성형틀 바닥에서 높이 20cm 로 충진시킨 다음, 그 상부에 가로 20cm, 세로 20cm, 높이 20cm 의 정육면체 스티로폼을 중앙에 안치시킨 후에, 상기 정육면체의 스티로폼 전후좌우 및 상부에 제4공정에서 압출공정에서 제조된 다공성세리믹 원료를 다시 충전시켜 가로 60cm, 세로 60cm, 높이 60cm 성형틀 상부까지 채워 성형한 후에, 부표의 사용이 편리하도록 정육면체의 성형품 모서리 끝부분에서 내측으로 가로, 세로 각각 10cm 부분 4곳에 3cm 크기의 통공이 상하부로 관통되도록 형성한 다음, 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 24 ~48 시간 건조시키는 제5공정;
    규석 25g, 카오린 12g, 산화아연 5g, 소석회 15g, 장석 25g 및 프리트 10g으로 조성된 혼합물 92g에 물 300 ~ 400g을 첨가하여 혼합한 다음, 볼밀에 투입시켜 24 ~ 48시간 분쇄하여 제조된 유액을 상기 제5공정에서 건조된 정육면체 형상의 부표를 유액에 침적시킨 후에 건조기로 이송시켜 90℃의 열풍기로 3 ~4 시간 건조시키는 제6공정;
    상기 제6공정에서 유액처리 된 부표를 소성공정으로 이관시켜 1,300℃로 11 ~ 12시간 소성시켜 제조함을 특징으로 하는 다공성 세라믹의 제조방법.
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