KR20000018929A - 황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법에 관한 것으로써, 황토를 이용한 원적외선 방출 세라믹 성형체의 제조시 반복되는 가열 및 냉각과정에서 균열이 발생하는 것을 방지하고 강도특성을 향상시킬 수 있으며 성형체의 열함량비율을 높여 가열 후에도 고온상태의 유지시간을 높일 수 있도록 한 황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있으며, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 황토 23 내지 27중량%와 운모 23 내지 27중량%와 견운모 23 내지 27중량% 및 바인더 23 내지 27중량%를 고르게 혼합한 후 몰드에 충진하여 성형체로 제조한 후 초벌구이를 수행한 다음 1200℃의 이상의 온도에서 소성시킴을 특징으로 하는 황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법을 제공한다.

Description

황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법(The method of producing Far-infrared rays emitting ceramic using clay)

본 발명은 황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 가열시 인체에 유효한 원적외선을 다량 방출시키는 특성을 나타내는 황토를 유효 광물성분 및 바인더와 함께 적절한 비율로 혼합성형한 후 소성시킴으로써 황토 찜질방 등에서 원적외선 방사재의 용도로써 사용할 수 있는 황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법에 관한 것이다.

원적외선(Far-infrared rays)이란 50 내지 10000μm의 파장을 갖는 전자기 복사선의 일종으로 적외(赤外)영역에서 가장 긴 파장을 갖으며 분자내에 구성된 원자간의 결합 또는 분자간의 결합을 스트레칭(stretching) 또는 시저링(scissoring) 등의 형태로 활성화시키는 에너지 특성을 나타낸다.

이러한 원적외선은 복사열과는 달리 체내에 침투력이 우수하여 인체 내에 고른 분포로 쉽게 흡수될 수 있으며, 체내의 유기결합에 활성에너지를 부여하여 신진 대사를 촉진 시킴으로써 각종 질병의 자연치유력을 증가시키는 효과가 있다.

상기한 바의 원적외선은 광물질 등이 외부의 복사열 또는 태양광을 흡수한 후 이를 원적외선에 준하는 특정 대역의 파장을 갖는 전자기복사선으로 변환시켜 방출하는 경우가 일반적인데, 이와같이 원적외선을 방출하는 물질로는 암석으로 존재하는 다양한 종류의 광물질이 있으나 채취량의 한정으로 인하여 대량생산에 의한 상품화에 많은 문제점을 나타내고 있다.

이와는 달리 황토의 경우 원료확보가 용이한 이유로 인하여 근래에 이르러는 황토를 고열로 소성시킨 후 세라믹화하여 다양한 이용분야에 적용하고자 하는 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는 추세에 있다.

이러한 황토는 하기한 표 1의 조성을 갖는데, 이와같은 조성의 황토는 각섬석, 인회석, 흑운모, 남정석, 석류석 또는 진기석 등의 각종의 광물이 자연현상에 의하여 세립화된 것과 몬모릴로나이트, 일라이트, 카올리나이트 등이 초미립화되어 혼합된 것으로 상온 뿐만 아니라 열을 가하게 되면 더욱더 우수한 원적외선 방사효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.

성분	SiO2	Al2O3	Fe2O3	FeO	TiO2및MnO	CaO	MgO
함량(%)	50-60	8-12	2-4	0.8-1.1	0.5	4-6	2-6

최근들어서는 일반인들이 황토로부터 자연 발생하는 원적외선을 보다 직접적으로 단시간에 흡수할 수 있도록 한 시설(이하 "황토찜질방" 이라함)이 일종의 레저시설로써 자리잡고 있으며, 종래에는 이러한 황토찜질방의 경우 황토에 바인다로써 점토 등을 혼합하여 일정온도로 소성한 후 원적외선 찜질방의 바닥재 등의 내장재로 사용하는 온돌구조가 일반적이었다.

그러나 상기한 바와같이 온돌구조를 갖는 종래 찜질방은 그 구조적 특성상 사용자가 입실 후 바닥면과의 접촉한 상태를 계속적으로 유지하여야 하며, 따라서 황토의 가열 온도를 30 내지 40℃정도의 미열로써 제한해야 하는 문제점으로 인하여 원적외선 방출효과가 크게 감소할 수 밖에 없을 뿐만 아니라, 사용자와의 접촉에 의하여 황토분이 일부 탈리됨으로써 분진이 발생하는 우려가 있으므로 이를 방지하기 위해서는 황토분과 함께 혼합되는 점토 등의 바인더물질을 상대적으로 과량 투입하거나 황토재의 표면에 분진 방지물질을 도포하여야하는데, 이러한 경우에도 황토로부터 방출되는 원적외선의 절대량이 감소되거나 방출되는 원적외선의 상당량이 차단될 수 밖에 없는 문제점이 있다.

상기한 바의 온돌식 방법과는 달리 황토를 주성분으로하여 제조된 소성체를 1000℃이상의 고온으로 가열한 후 찜질방 실내 중앙에 재치한 상태로 사용하는 스토브(Stove)식 방법을 적용할 경우 황토의 고온 열처리가 가능하므로 원적외선 방출효과를 극대화 할 수 있으며 분진 발생 등의 문제점을 해결할 수 있다.

이러한 경우에는 바인다와 함께 혼합된 황토를 블록모양 등의 일정한 형태로 성형한 후 소성하여 제조한 다음 이를 가열로에서 가열시켜 사용하게 되는데 황토의 특성상 고열의 가열과정과 냉각과정을 반복할 경우 불규칙한 수축 및 팽창현상에 의하여 성형체에는 균열이 쉽게 발생하므로 제품의 사용수명의 한계로 인하여 사용시 성형체를 자주 교체해 주어야하는 번거로움이 있었으며 강도특성이 좋지않아 운반시 등의 작업시 쉽게 파손되는 등의 작업성 측면에서 많은 문제점을 드러내고 있다.

뿐만 아니라, 상기 표 1에 나타난 바와 같이 황토는 이산화규소가 주성분이므로 그 자체만으로는 가열시 흡수된 열을 수용할 수 있는 정도를 나타내는 열함량비율이 매우 낮아 냉각속도가 빠르므로 가열 후 고온상태를 장시간 유지시키기가 어려워 가열과정을 수시로 반복해야하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 황토를 이용한 원적외선 방출 세라믹 성형체의 제조시 반복되는 가열 및 냉각과정에서 균열이 발생하는 것을 방지하고 강도특성을 향상시킬 수 있으며 성형체의 열함량비율을 높여 가열 후에도 고온상태의 유지시간을 높일 수 있도록 한 황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 황토 23 내지 27중량%와 운모 23 내지 27중량%와 견운모 23 내지 27중량% 및 바인더 23 내지 27중량%를 고르게 혼합한 후 몰드에 충진하여 성형체로 제조한 후 초벌구이를 수행한 다음 1200℃의 이상의 온도에서 소성시킴을 특징으로 하는 황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서 사용하는 운모는 조암규산염철광의 일종으로 백운모 흑운모, 금운모, 철운모 등의 다양한 종류가 있으며 화성암, 변성암 등에서 산출되는 점토광물의 일종으로써 수분이 혼합될 경우 일정정도의 점성을 나타내는 성질도 가지고 있다.

상기 운모에는 알카리금속, 알카리토금속, 철 등을 포함하는 금속성분이 상기 황토에 비하여 상대적으로 다량함유되어 있어 가열시 1000℃이상의 고온으로의 승온이 쉽게 이루어지며, 이러한 운모를 황토와 혼합할 경우 가열시간의 단축은 물론 황토와 상호작용으로 열의 급격한 방출을 방지함으로써 고온에서의 유지시간크게 높일 수 있는 것이다. 또한 상기의 운모는 내열용기 등의 재료로써 널리 사용되는 것으로 내열특성이 특히 강하여 반복적인 가열과 냉각시 성형체의 균열을 방지될 수 있는 것이다. 이러한 운모는 소기한 효과를 얻기 위해서는 23중량% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하며 27중량%이상으로 첨가할 필요는 없다.

또한 상기 견운모는 백운모의 변종의 한가지로써 단결정계에 속하며 칼륨, 알루미늄의 함수 규산염으로 이루어지며 장석, 홍주석 등의 이차적 변질물질로써 흑광광상의 변질체, 화성암의 열수 변질에 의한 점토 광상 등지에서 생산되는 것으로, 수분과 혼합시 일정한 정도 이상의 점성을 나타낼 수 있으며 소성시 성형체를 구성하는 입자사이를 보다 치밀화하여 강도특성을 개선시킬 수 있는 효과를 나타낸다. 이 또한 23중량% 미만으로 첨가하면 소기의 효과를 얻을 수 없으며, 27중량%이상 첨가할 필요는 없다.

또한 상기의 견운모의 경우 생체의 신진대사를 활성화시키고 혈행장애의 개선에 효과를 나타내는 게르마늄(Ge) 원소가 약 7.33ppm정도로 함유되어 있으며 이는 일반 규산질 광석이 평균적으로 약 0.023ppm정도로 함유되어 있는 것과 비교할 때 약 300배 이상의 고함량비율을 나타내고 있는 것으로써 본 발명의 세라믹체로부터 발생하는 원적외선과 더불어 생체활성화 작용에 대한 상승효과를 나타낼 수 있는 것이다.

상기의 황토, 운모 및 견운모의 균일혼합을 위해서는 혼합전 또는 혼합후 180 메쉬 이상의 입도로 분쇄하여 줌이 바람직하며 입도가 지나치게 미세할 경우는 오히려 작업시 분진이 발생하는 문제점이 있으므로 입도가 220메쉬를 초과하지 않도록 함이 바람직하다.

이러한 황토, 운모 및 견운모와 함께 혼합되는 바인더로써는 성형시 원하는 모양으로의 형태를 유지시킬 수 있는 정도의 결합력을 나타내는 물질이 바람직하며 점토 등과 같이 소성시 유리질화되어 경화되는 특징을 나타내어 입자간을 상호 견고하게 접착시킬 수 물질이 더욱 바람직한 것으로, 이를 23중량% 미만으로 첨가할 경우 몰드에 의한 성형작업 후 운반 등의 과정에서 본래의 형상이 쉽게 소실되는 문제점이 발생하며 27중량% 이상 과량으로 첨가할 필요는 없다.

상기의 혼합물을 몰드에 충진하여 일정한 형태를 지니는 성형체를 만드는데, 이때 성형체의 형상은 임의로 선택할 수 있으며 육면체, 타원체 등의 다양한 형상으로 제조할 수 있다.

성형공정을 완료한 성형체는 2단계의 소성공정을 통하여 소결시키며 우선 초기의 과도한 열인가에 의한 파손을 방지하기 위하여 초벌구이 공정을 수행하게 되는데, 이때 초벌구이는 통상적으로 수행되는 온도범위 내에서 시행하되 약 680 내지 720℃의 범위의 온도로 유지시키는 것이 바람직하다.

초벌구이를 완료한 소성체를 다시 1200℃이상의 고온에서 소성시키는 공정을 수행하며 이러한 재벌구이 공정에서 상기 성형체 내의 규산질 성분의 유리질화가 이루어져 성형체에 함유된 각각의 입자간을 견고하게 결합시키게 되는 것이다.

상기한 바와 같이 제조된 본 발명의 원적외선 방사 세라믹을 로내에서 가열하여 약 1000 내지 1100℃로 승온시킨 후 황토찜질방 실내의 적절한 곳에 위치 시킨상태에서 사용자가 열기에 의한 화상의 우려가 없는 적당한 곳에 위치하게 되면 성형체는 고온열의 흡수에 의하여 다량의 원적외선을 방출하게 되며 따라서 사용자는 기존의 온돌식 황토찜질방에서 보다 훨씬 많은 양의 원적외선을 흡수할 수 있는 것이다.

이러한 원적외선 방사 세라믹은 고온상태의 유지시간이 매우 길어 일정시간을 기준으로 하여 가열횟수를 크게 줄일 수 있는 것이며 반복되는 가열 및 냉각시에도 균열 등이 발생하지 않아 사용 수명을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.

이하 본 발명의 세락믹체 제조방법을 하기한 실시예에 의하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

<실시예>

전북 남원시 일원에서 채취한 황토 25kg과 운모 25kg과 견운모 25kg을 혼합한 후 볼밀을 이용하여 평균입도 200메쉬로 분쇄함과 동시에 고르게 혼합한 다음 적당량의 수분을 첨가한 점토 25kg을 첨가한 상태로 약 30분 동안 반죽하였다.

이를 가로×세로×높이가 40×40×15cm인 몰드에 공극이 발생하지 않을 정도로 압입 충진한 후 몰드를 분리하여 성형체를 제조하였다.

계속하여 상기 성형체를 약 700℃로 유지되는 로 내에서 10시간 동안 유지시켜 초벌구이 한 후 계속하여 약 1300℃로 유지되는 로내에서 17시간 동안 유지시켜 소결시켰다.

<비교예>

상기 실시예와 동일하게 실시하되, 상기의 황토의 첨가량을 50kg으로 하고 상기 점토의 첨가량을50kg로 하였으며 운모와 견운모는 첨가하지 않았다.

<실험예>

-냉각시간시험-

상기 실시예와 비교예로부터 제조된 각각의 세라믹체를 로내에서 가열시켜 약 1030℃로 승온시킨 후 가로, 세로의 크기가 각각 5m인 황토찜질방의 실내에서 상온 냉각시켜 25℃로 냉각되기까지의 시간을 측정한 결과, 실시예의 경우 약 4시간 30분 정도가 소요되었으나 비교예의 경우는 약 3시간에 불과해 본 발명의 실시예가 온도 유지성이 월등하게 우수한 것으로 나타나 시간대비 원적외선 방출량이 훨씬 많음을 확인할 수 있었다.

-균열시험-

상기 실시예와 비교예로부터 제조된 각각의 세라믹체를 로내에서 가열시켜 약 1030℃로 승온시킨 후 상온으로 급속 냉각시키는 과정을 각각 200회 반복하여 균열여부를 확인한 결과 본 발명의 실시예로부터 제조된 세라믹체의 경우 일체의 균열이 발견되지 않았으나, 비교예의 경우 100회부터 약간의 균열을 나타내어 150회에서는 성형체의 일부가 파손되어 탈리되었음을 확인할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 황토를 이용한 원적외선 방출 세라믹 성형체의 제조시 반복되는 가열 및 냉각과정에서 균열이 발생하는 것을 방지하고 강도특성을 향상시킬 수 있으며 성형체의 열함량비율을 높여 가열 후에도 고온상태의 유지시간을 높일 수 있도록 한 황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법을 제공하는 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 황토 23 내지 27중량%와 운모 23 내지 27중량%와 견운모 23 내지 27중량% 및 바인더 23 내지 27중량%를 고르게 혼합한 후 몰드에 충진하여 성형체로 제조한 후 초벌구이를 수행한 다음 1200℃의 이상의 온도에서 소성시킴을 특징으로 하는 황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 황토, 운모 및 견운모의 입도는 180 내지 220메쉬임을 특징으로 하는 황토를 이용한 원적외선 방사세라믹의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 바인더가 점토 또는 시멘트 몰탈임을 특징으로 하는 원적외선 방사세라믹의 제조방법.