KR102244186B1 - 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명인 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 제조방법의 바람직한 일 실시예는 (a) 제올라이트 분말 및 부재료를 리본 믹서에 투입하여 혼합하여 원료를 준비하는 원료준비단계; (b) 원료 및 항균제분말을 스크류 공급기(Screw Feeder)를 이용하여, 정량으로 고속혼합기에 투입하여 혼합하는 혼합단계; (c) 혼합된 분말에 일정량의 물을 혼합하여 혼합물을 만들고, 원판형 성형장치를 이용하여 혼합물을 구형으로 입상화하여 성형체를 형성하는 성형단계; (d) 입상화된 성형체를 건조하여 수분함량을 10% 이내로 하는 건조단계; (d) 건조된 성형체를 950~1050℃의 온도로 60~100분 동안 소성하는 소성단계; (e) 소성된 성형체를 냉각시키는 냉각단계; (f) 냉각된 성형체를 스크린을 이용하여 크기별로 선별하는 선별단계; 및 (g) 선별된 성형체를 크기별로 정량 포장하는 포장단계;를 포함하여 이루어진다.

Description

제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 및 이의 제조방법{Ceramic balls and its manufacturing method}

본 발명은 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제올라이트 및 기능성을 갖는 부재료를 혼합하고 다시 항균제 분말을 혼합하고 구형의 성형체를 소성 및 냉각하여 강도가 뛰어나면서 항균제분말이 고루 분포되어 항균효과가 뛰어나도록 하는 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

최근 수처리 장치에서 비용 측면이나 효율성의 측면에서 우수한 세라믹 볼을 이용한 수처리 장치가 개발되었고, 상기 볼 형태로 만들어진 세라믹볼은 산업용으로 보일러의 수관이나 냉각수관에 적용되어 물 분자 활성화를 통한 스케일 관내 침착을 방지하여 별도의 청관제를 사용하는 부담을 덜게 하고, 생활용품으로 세탁용 보조제나 음용수 정수용 필터에 적용되어 물 분자 활성화를 통한 세척, 살균작용이나 물 속에 포함된 중금속이나 유해성분을 흡착 분리하고 공기 접촉 시 생기는 대장균 등의 유해균을 살균하고 오염물질이 수용되는 것으로 막는 항균작용을 할 수 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술로는 특허공개 제2006-0000673호 "항균성 세라믹 볼의 제조 방법 및 세라믹 볼"(특허문헌 1)이 있다. 상기 배경기술에서는 '세라믹 조성물의 제조 방법에 있어서, 0.5㎛ - 1㎛의 분말로 된 항균성 세라믹 조성물과 세라믹 파우더를 각각 20:80의 비율로 혼합하여, 상온에서 2~3 일 숙성시키는 혼합 숙성 공정; 및 상기의 항균성 세라믹 조성물과 세라믹 파우더의 혼합체를 고온 및 고압 상태의 회전 드럼에 투입하여 회전시키면서, 노즐을 통해 결합체 및 물을 분사하여 채에 걸러서 약 0.5~1mm 크기의 씨드를 선별하는 씨드 생성 공정; 및 상기의 씨드를 결합체를 제외한 세라믹 파우더와 함께 다시 회전 드럼에 넣고 회전 속도 50rpm 내지 300rpm 및 회전드럼의 각도를 5도 내지 30도 사이의 각도로 회전시키면서, 물과 결합체를 분사하여 씨드를 세라믹볼로 형성하는 볼 형성 공정; 및 상기의 세라믹 볼을 생약 추출물 용액에 약 5분간 담갔다가 꺼내서 30~40℃ 에서 1 시간 이상 건조시키는 작업을 반복 실시하여 볼의 기공에 생약 성분을 함침시키는 생약 성분 함침 공정; 및 생약 성분을 함침한 세라믹 볼을 건조한 후, 고온에서 소성 가공 후 자연 냉각시키는 건조 및 소성 공정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균성 세라믹 볼의 제조 방법'을 제안한다.

그러나 상기 배경기술은 종래의 세라믹 볼은 원적외선, 살균, 제균 등의 수 처리 목적의 기능을 지닌 다양한 제작법이 공개되어 있으나, 제작과정이 복잡하여 비용이 상승하고 입자 간에 고른 융착이 어려울 뿐만 아니라 다양한 기능성을 부가하기 어려운 문제점이 있었다.

특허공개 제2006-0000673호 "항균성 세라믹 볼의 제조 방법 및 세라믹 볼"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제올라이트 및 기능성을 갖는 부재료를 혼합하고 다시 항균제분말을 혼합하고 구형의 성형체를 소성 및 냉각하여 강도가 뛰어나면서 항균제분말이 고루 분포되어 항균효과가 뛰어나도록 하며, 생활용품으로 세탁용 보조제나 음용수 정수용 필터에 적용되어 물 분자 활성화를 통한 세척, 살균작용이나 물 속에 포함된 중금속이나 유해성분을 흡착 분리하고 공기 접촉 시 생기는 대장균 등의 유해균을 살균하고 오염물질이 수용되는 것으로 막는 항균작용을 할 수 있으며 경제적이면서도 적용 범위가 넓은 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 (a) 제올라이트분말 및 부재료를 리본 믹서에 투입하여 혼합하여 원료를 준비하는 원료준비단계; (b) 원료 및 항균제분말을 스크류 공급기(Screw Feeder)를 이용하여, 정량으로 고속혼합기에 투입하여 혼합하는 혼합단계; (c) 혼합된 분말에 일정량의 물을 혼합하여 혼합물을 만들고, 원판형 성형장치를 이용하여 혼합물을 구형으로 입상화하여 성형체를 형성하는 성형단계; (d) 입상화된 성형체를 건조하여 수분함량을 10% 이내로 하는 건조단계; (d) 건조된 성형체를 950~1050℃의 온도로 60~100분 동안 소성하는 소성단계; (e) 소성된 성형체를 냉각시키는 냉각단계; (f) 냉각된 성형체를 스크린을 이용하여 크기별로 선별하는 선별단계; 및 (g) 선별된 성형체를 크기별로 정량 포장하는 포장단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 제조방법을 제공하고자 한다.

또한, (a) 단계에서, 부재료는 일라이트, 자수정, 벤토나이트, 흑운모, 황토, 게르마늄, 각섬석 분말 중 어느 하나를 혼합한 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 제조방법을 제공하고자 한다.

또한, (c) 단계에서, 물은 항균 물질이 포함된 물을 사용하는 것을 특징으로 하는 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 제조방법을 제공하고자 한다.

또한, (c) 단계에서, 성형체 형성 후 성형체의 외부 표면에 항균제분말을 표면에 코팅하도록 하는 것을 특징으로 하는 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 제조방법을 제공하고자 한다.

또한, (c) 단계에서, 항균제 분말을 표면에 코팅한 후 원판형 성형장치의 회전속도를 일정 속도 높여 성형체 외부에 코팅된 항균제 분말이 성형체의 내부로 스며들어 혼입되도록 하는 것을 특징으로 하는 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 제조방법을 제공하고자 한다.

또한, 상기의 어느 한 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼을 제공하고자 한다.

본 발명의 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 및 이의 제조방법은 제올라이트 및 기능성을 갖는 부재료를 혼합하고 다시 항균제 분말을 혼합하고 구형의 성형체를 소성 및 냉각하여 강도가 뛰어나면서 항균제분말이 고루 분포되어 항균효과가 뛰어나도록 하며, 생활용품으로 세탁용 보조제나 음용수 정수용 필터에 적용되어 물 분자 활성화를 통한 세척, 살균작용이나 물 속에 포함된 중금속이나 유해성분을 흡착 분리하고 공기 접촉 시 생기는 대장균 등의 유해균을 살균하고 오염물질이 수용되는 것으로 막는 항균작용을 할 수 있으며 경제적이면서도 적용 범위가 넓은 매우 유용한 효과가 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼의 시험성적서이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

이하 바람직한 실시예에 따라 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.

본 발명의 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 제조방법의 바람직한 일 실시예는 (a) 제올라이트 분말 및 부재료를 리본 믹서에 투입하여 혼합하여 원료를 준비하는 원료준비단계; (b) 원료 및 항균제분말을 스크류 공급기(Screw Feeder)를 이용하여, 정량으로 고속혼합기에 투입하여 혼합하는 혼합단계; (c) 혼합된 분말에 일정량의 물을 혼합하여 혼합물을 만들고, 원판형 성형장치를 이용하여 혼합물을 구형으로 입상화하여 성형체를 형성하는 성형단계; (d) 입상화된 성형체를 건조하여 수분함량을 10% 이내로 하는 건조단계; (d) 건조된 성형체를 950~1050℃의 온도로 60~100분 동안 소성하는 소성단계; (e) 소성된 성형체를 냉각시키는 냉각단계; (f) 냉각된 성형체를 스크린을 이용하여 크기별로 선별하는 선별단계; 및 (g) 선별된 성형체를 크기별로 정량 포장하는 포장단계;를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제올라이트 분말 및 부재료를 리본 믹서에 투입하여 혼합하여 원료를 준비하도록 한다(a).

목표하는 세라믹볼의 주원료인 제올라이트 분말 및 부재료를 리본 믹서에 투입하여 1차로 혼합한다.

제올라이트는 항균, 소취기능에 탁월한 역할을 한다는 것이 점차적으로 밝혀지면서 이를 미분말화하여 원사 등에 첨가하는 시도가 각 분야에서 심도 있게 연구되고 있을 뿐 아니라 이러한 제품들이 출시되고 있다. 따라서 본 발명에서는 항균, 소취 기능 및 기공 확보 및 강도 증가를 위하여 제올라이트를 주재로 사용하고, 기능성 및 토양개량 기능을 부가하기 위하여 별도의 부재료를 혼합하도록 한다.

부재료는 일라이트, 자수정, 벤토나이트, 흑운모, 황토, 게르마늄, 각섬석 분말 등 중 어느 하나를 사용하도록 할 수 있고, 상기 재료 중 하나 이상을 혼합한 것을 사용하도록 할 수도 있다.

다음으로 본 발명에 사용되는 부재료들의 일반적인 물성효과에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

일라이트는 화학성분으로 보아 백운모에 가까운 것도 있으나 비교적 SiO2, MgO, H2O가 많고, K2O는 적다. 알루미늄이 풍부한 이질(泥質) 또는 응회암질(凝灰岩質) 퇴적암 중에 산출되며, 열수성(熱水性) 광상모암의 변질광물로서 산출된다. 유해중금속의 흡착제거 수질정화 기능이 있다.

자수정은 자주색의 수정으로서,　텍토규산염(tectosilicate) 광물인 석영의 변종이다.　이산화철에 의해 자주색을 띠며, 산화철의 함량이 많을수록 색이 진해진다. 색이 짙고 아름다운 것은 보석으로 쓰인다. 자연살균, 원적외선방출, 천연미네랄 작용의 기능을 가진다.

벤토나이트는 운모와 같은 결정구조를 하는 단사정계에 속하는 광물인 몬모릴로나이트가 주로 들어있는 점토를 말한다. 빛깔은 백색, 회색, 담갈색, 담녹색 등을 나타내며 주물형의 결합제, 요업원료의 혼입제, 연고의 기초제 등 다양한 분야에 사용된다. 천연미네랄 성분 다량 함유로 인한 불순물 제거, 중금속 흡수 기능을 가진다.

흑운모는 판상 또는 인상(鱗狀)을 이루며 흔히 육각형 또는 능면체를 나타낸다. 밑면에 쪼개짐이 완전하고 박편은 탄성을 가지는데 금운모(金雲母)에 비하여 작다. 높은 원적외선 방출량을 가지며, 게르마늄 성분이 높다.

이후, 원료 및 항균제 분말을 스크류 공급기(Screw Feeder)를 이용하여, 정량으로 고속혼합기에 투입하여 혼합하도록 한다(b).

각각의 재료(제올라이트 및 항균분말 등)를 Screw Feeder를 이용하여 정량에 따라 고속혼합기에 투입, 혼합하고, 바람직하게는 200~300rpm의 속도로 고속 혼합한 후 혼합된 재료 분말을 Ton-Bag에 저장한다.

이후, 혼합된 분말에 일정량의 물을 혼합하여 혼합물을 만들고, 원판형 성형장치를 이용하여 혼합물을 구형으로 입상화하여 성형체를 형성하는 단계(c).

(b) 단계에서 혼합된 분말을 원판형 성형장치 P-Pan(2,400φ)을 이용하여 회전, 성형한다. 이때 혼합된 분말 중량의 약 20% 정도의 물을 사용하여 40~60rpm의 속도로 회전시키며 구형으로 성형하도록 한다.

이때, 사용되는 물은 일반 혼합수를 사용할 수도 있으며, 특히 항균 물질이 일정비율 포함된 물을 사용하도록 하여, 항균 기능이 성형체에 고루 분포되도록 할 수 있다.

특히, 성형체 형성 후 성형체의 외부 표면에 항균제분말을 표면에 코팅하도록 하여 성형체의 강도를 보강하고 항균 기능을 증가시킬 수 있으며, 항균제 분말을 표면에 코팅한 후 원판형 성형장치의 회전속도를 일정 속도 높여 성형체 외부에 코팅된 항균제 분말이 성형체의 내부로 스며들어 혼입되도록 하여, 항균기능을 성형체의 내부에서 고루 증가시키고 항균제 분말이 박리되는 것을 방지하도록 할 수도 있다.

이후, 입상화된 성형체를 건조하여 수분함량을 10% 이내로 건조하도록 한다(d).

8M×3단 Tunnel Dryer(스테인레스 매쉬 컨베이어)를 이용하여 200~400℃의 열과 바람으로 건조시키며, 이때 수분함량을 중량비 10% 이하로 건조하여야 한다.

수분함량은 10%를 초과하게 되면 소성 건조 시에 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 균열이 발생하게 된다.

이후, 건조된 성형체를 950~1050℃의 온도로 60~100분 동안 소성하도록 한다(d).

8M×1,500φ의 로터리 킬른에서 1,000℃ 내외로 설정 온도가 유지되도록 주의하여 작동하여 완전 소성하며, 1Ton/Hr 정도의 생산량을 유지한다.(2rpm)

이후, 소성된 성형체를 냉각시키도록 한다(e).

고온에서 소성된 제품은 그 온도가 매우 높으므로, 에어 블로우어가 장착된 12M×1,200φ의 냉각용 로터리킬른을 이용하여 공랭식으로 냉각시킨다. 성형체는 온도가 60℃이하가 되도록 냉각시킨다.

이후, 냉각된 성형체를 스크린을 이용하여 크기별로 선별하도록 한다(f).

스테인레스 매쉬로 제작된, 6M×1,500φ×5칸의 회전식 스크린 선별장치를 이용하여 크기별로 선별한다. 성형 시에 제품의 크기가 이미 결정되어 있으나 제품의 균일성을 위하여 최종적으로 다시 선별한다.

마지막으로, 선별된 성형체를 크기별로 정량 포장하도록 한다(g).

필요한 포장 단위(20Kg, Ton-Bag)로 정량 포장 및 검사하여 출하하도록 한다.

도 2는 본 발명의 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼의 시험성적서이다.

도 2에서와 같이, 상기의 방법으로 제조된 볼 발명의 항균 세라믹볼을 한국건설생활환경시험연구원에 항균시험을 의뢰하였고 그 결과 대장균 및 녹농균의 24시간 이후 농도는 BLANK군과 비교하여 99.9%의 세균감소율을 보였다.

시험기관 : 한국건설생활환경시험연구원

시험내용 : 대장균, 녹농균의 항균시험

시험방법 : KCL-FIR-1002:2011

접 종 균 : 대장균, 녹농균

상기와 같은 본 발명의 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 및 이의 제조방법은 제올라이트 및 기능성을 갖는 부재료를 혼합하고 다시 항균제분말을 혼합하고 구형의 성형체를 소성 및 냉각하여 강도가 뛰어나면서 항균제 분말이 고루 분포되어 항균효과가 뛰어나도록 하며, 생활용품으로 세탁용 보조제나 음용수 정수용 필터에 적용되어 물 분자 활성화를 통한 세척, 살균작용이나 물 속에 포함된 중금속이나 유해성분을 흡착 분리하고 공기 접촉 시 생기는 대장균 등의 유해균을 살균하고 오염물질이 수용되는 것으로 막는 항균작용을 할 수 있으며 경제적이면서도 적용 범위가 넓은 매우 유용한 효과가 있다.

지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

Claims (6)

1. 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼의 제조방법으로서, 상기 제조방법은
   (a) 제올라이트 분말 및 일라이트, 자수정, 벤토나이트, 흑운모, 황토, 게르마늄, 각섬석 분말 중 어느 하나의 부재료를 리본 믹서에 투입하여 혼합하여 원료를 준비하는 원료준비단계;
   (b) 원료 및 항균제분말을 스크류 공급기(Screw Feeder)를 이용하여, 정량으로 고속혼합기에 투입하여 혼합하는 혼합단계;
   (c) 혼합된 분말에 일정량의 물을 혼합하여 혼합물을 만들고, 원판형 성형장치를 이용하여 혼합물을 구형으로 입상화하여 성형체를 형성하는 성형단계;
   (d) 입상화된 성형체를 건조하여 수분함량을 10% 이내로 하는 건조단계;
   (d) 건조된 성형체를 950~1050℃의 온도로 60~100분 동안 소성하는 소성단계;
   (e) 소성된 성형체를 냉각시키는 냉각단계;
   (f) 냉각된 성형체를 스크린을 이용하여 크기별로 선별하는 선별단계; 및
   (g) 선별된 성형체를 크기별로 정량 포장하는 포장단계;를 포함하여 이루어지는 상기 공지된 기술의 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 제조방법에 있어서,
   상기 (a) 단계에서,
   부재료는 일라이트, 자수정, 벤토나이트, 흑운모, 황토, 게르마늄, 각섬석 분말 중 어느 하나를 혼합한 것으로 이루어지고,
   (c) 단계에서,
   물은 항균 물질이 포함된 물을 사용하고,
   (c) 단계에서,
   성형체 형성 후 성형체의 외부 표면에 항균제 분말을 표면에 코팅하도록 하고,
   (c) 단계에서,
   항균제 분말을 표면에 코팅한 후 원판형 성형장치의 회전속도를 일정 속도 높여 성형체 외부에 코팅된 항균제 분말이 성형체의 내부로 스며들어 혼입되도록 하는 기술을 더하는 것을 특징으로 하는 제올라이트를 주재로 하는 항균 세라믹볼 제조방법.
   
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