KR20010079214A - 방해석 및/또는 비석 미분이 함유된 세라믹스 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방해석 및/또는 비석의 미분을 함유하도록 제조된 세라믹 제품 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따라서, 무기 비금속 물질로 이루어진 세라믹스 원료에 방해석 미분, 비석 미분, 및 방해석 미분과 비석 미분의 혼합물 중에서 선택된 어느 하나를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹스가 제공되며, 그에 따라 방해석 및/또는 비석의 미분이 함유된 세라믹 제품을 농산물 등의 보관 및 포장에 이용함에 따라 농산물의 잔류농약과 같은 유해물질을 제거시킬 수 있게 된다.

Description

방해석 및/또는 비석 미분이 함유된 세라믹스 및 그 제조방법{Ceramics including powder of calcite and/or zeolite and producing method thereof}

본 발명은 방해석 및/또는 비석(zeolite)의 미분을 함유하도록 제조된 세라믹 제품 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방해석 및/또는 비석의 미분이 함유된 세라믹 제품을 농산물 등의 보관 및 포장에 이용함에 따라 농산물의 잔류농약과 같은 유해물질을 제거시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 각종 과일류 및 채소류 등과 같은 청과물이나 그 밖의 각종 농산물은 수확 후에 다양한 종류의 재질 및 형태를 가지는 용기에 의해 보관 및 포장되어 저장되거나 판매되게 된다.

이러한 보관 및 포장용기의 재질로서는, 예를 들어, 종이, 천, 목재, 금속, 플라스틱, 세라믹 제품 등이 있으며, 상기 각종의 재질을 이용하여 봉투나 상자 혹은 용기를 제작하여 수확된 청과물 등의 농산물을 수용시킨다. 보관 및 포장용기의 크기, 재질, 형태 등은 포장될 내용물의 종류에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

그러나, 종래 농산물을 보관 및 포장하기 위한 용기는 그 재질에 관계없이 모두 단지 농산물 등을 담아놓는 역할만을 수행하는 것으로, 잔류농약과 같은 유해물질 역시 용기 내에 고스란히 남아 소비자에게 전달되고 있다.

본 발명은 상기된 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은, 무기 비금속 물질로 이루어지는 세라믹스, 예컨대 도자기나 옹기 항아리, 또는 타일 등과 같은 요업제품의 제조시 방해석 및/또는 비석의 미분을 첨가함으로써 방해석 및/또는 비석의 미분이 함유된 세라믹스를 제조한 후, 이를 농산물 등의 보관 및 포장에 이용함에 따라 농산물을 포장하여 저장/운반하는 동안에 세라믹스에 함유된 방해석 및/또는 비석 성분에 의하여 농산물의 잔류농약과 같은 유해물질을 제거시킬 수 있도록 하고자 하는 것이다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 따른 방해석 및/또는 비석 미분이 함유된 세라믹 제품의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서,

방해석은 육방정계에 속하는 광물로서 화학성분은 CaCO₃이고 탄산무수염광물의 일종이며, 묽은 염산에서 활발히 발포하여 녹으면서 이산화탄소를 낸다. 방해석은 복굴절성이 있어서 편광 프리즘으로도 이용된다.

CaCO₃, 즉 탄산칼슘은 자연계에 존재하는 염 중에서 가장 많은 것으로, 그 형태도 대리석·방해석·선석(霰石)·석회석·백악·빙주석(氷洲石)·조개껍질·달걀껍질·산호 등 여러 가지로서 존재한다. 일반적으로 무색의 결정 또는 백색 고체로, 비중 2.93이며, 825℃에서 분해한다.

탄산칼슘을 가열하면 이산화탄소가 발생되고 생석회를 얻을 수 있으며(CaCO₃→ CaO＋CO₂↑), 이 반응은 이산화탄소와 생석회를 공업적으로 얻기 위한 중요한 반응이다. 또한, 순수한 물에는 용해하지 않으나 이산화탄소를 함유하는 물에는 용해하여 중탄산칼슘을 생성하며 녹는다(CaCO₃＋CO₂＋H₂O ↔ Ca(HCO₃)₂). 또, 탄산칼슘에 산을 작용시키면 이산화탄소를 발생한다(CaCO₃＋2HCl → aCl₂＋H₂O＋CO₂↑).

석회암은 방해석의 미세한 입자로 되어 있으며, 지각 내 이산화탄소량의 많은 부분이 이 석회암 속에 저장되어 있다. 석회암은 고생대의 캄브리아기로부터 중생대의 제3기에 이르기까지의 각 지질시대에 걸쳐서 널리 분포되어 있는 이용가치가 큰 암석이다. 석회암의 공업면에서의 이용을 살펴보면, 시멘트, 플라스틱, 유리, 도자기, 도료, 접착제, 고무, 제지, 농축산업, 식품, 의약품 등 거의 모든 공업과 관계가 있으며, 그밖에도 제철, 카바이드 공업, 소다 공업, 석회질소 공업 등 다양한 용도로 사용되고 있다.

특히, 석회암은 각종 중화, 배연탈황, 폐수 정화처리 등에 뛰어난 효과를 보이는 것으로, 다양한 분야에서 중화제, 탈황제로써 사용되고 있다. 그 중 농업분야에서의 중화제로써의 용도를 살펴보면, 산성 토양에 석회석(탄산칼슘)을 가해 주면 토양 속의 수소 이온이 석회석의 주성분인 탄산칼슘의 칼슘 이온에 의해 교환되어 중화된다.

배연탈황(배기가스 탈황)에 있어서는, 공장·화력발전소의 매연 속에 함유된 이산화황은 대기오염의 원인이 되므로 환경오염의 방지와 황자원의 유효한 이용이란 관점에서, 매연으로부터의 탈황은 세계적으로 중요한 과제이며, 습식법과 건식법으로 나누어질 수 있는데, 습식법은 매연을 암모니아수·수산화나트륨 용액·석회유(石灰乳) 등으로 세척하는 것이며, 이산화황의 90% 이상을 비교적 쉽게 제거할 수 있다. 그리고, 건식법은 활성탄, 탄산염 등의 입자·분말을 매연과 접촉시켜, 이산화황을 흡착 또는 반응시킴으로써 제거하는 방법이다.

이와 같이, 방해석의 주성분인 탄산칼슘은 중화 및 탈황 등의 분야에서 큰 효과를 거두고 있다. 본 발명에 있어서, 방해석은 미립자 상태로 분쇄하여 사용하게 되는데, 그 입자직경은 통상 200 ∼ 750메시이고, 바람직하게는 325 ∼ 500메시이다.

또한, 비석(zeolite)이란 알칼리 및 알칼리토 금속의 규산알루미늄 수화물인 광물의 총칭으로서, 함수량이 많은 점, 결정의 성질 등에 공통점이 있으며, 가열하면 마치 끓어서 거품이 나면서 녹는 것처럼 보이기 때문에 이런 이름이 붙은 광석이다. 비석은 Mx/m [(AlO₂)x(SiO₂)y]wH₂O 와 같이 표시된다. 여기에서 M은 원자가가 n인 양이온이고, w는 결정수의 분자수를 나타내며, x에 대한 y의 비는 결정구조에 따라 변화한다.

이러한 비석은 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여, 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 남아서 마치 스폰지와 같은 구조가 되고 그 공간에 다른 미립 물질을 흡착할 수 있다.

비석은 이러한 성질, 즉 흡착, 흡습, 양이온 교환성에 근거하여 다양한 분야에서의 다양한 용도로 사용되고 있다. 축산용으로서는 축사에 비석을 살포하면 방취효과가 있고, 농업용으로서는 농지 토양 개량제, 산성토 방지용으로 사용될 뿐만 아니라, 공해방지용으로도 각광받고 있다. 다시 말해서, 물리적 흡착성과 화학적인 양이온 치환작용의 특성이 자동차 등으로부터의 배기가스의 유해성분 제거, 공장의 폐수 정화, 폐광산의 중금속 이온의 제거, 도금 폐액 중의 유해성분 제거, 염색공장 폐수의 탈색제 등에도 사용되고 있으며, 공기 및 가스의 건조제, 액체 프로판이나 천연가스의 탈황제, 향료의 흡착제, 탈취제, 경수연화제 등으로 사용된다.

본 발명에 있어서, 비석은 미립자 상태로 분쇄하여 사용하게 되는데, 그 입자직경은 통상 200 ∼ 750메시이고, 바람직하게는 325 ∼ 500메시이다. 또한, 본 발명에 있어서는 천연의 비석 이외에 인공적으로 합성한 비석도 사용 가능하다.

본 명세서에 있어서 세라믹스(ceramics)란, 점토, 장석, 규석, 도석 등의 무기 비금속 물질로 이루어지며 성형한 후 고온처리를 한 것을 말하는 것으로서, 일반적으로 도자기와 같은 요업제품을 말한다.

이와 같은 세라믹스는 다공성(多孔性) 제품과 치밀 제품으로 대별된다.

다공성 제품은, 그다지 높지 않은 온도(1,000℃ 내외)로 고온처리를 행한 것으로서, 유약을 칠하지 않은 토기류 및 유약을 칠한 도기류 등을 들 수 있다.

토기는 일반적으로 점토로 만들며 시유하지 않는 것이 대부분이다. 열처리 온도는 비교적 낮은 700 ∼ 1050℃ 정도이며, 소지는 다공질이고 기계적 강도가 낮다.

도기는 점토질의 원료에 석영, 도석, 납석 및 장석질 원료를 배합하여 1200 ∼ 1300℃에서 일단 소지를 소결시킨 다음, 다시 1050 ∼ 1100℃에서 숙성하는 프릿유약을 시유한 것으로, 자기에 비하여 경도와 기계적 강도가 낮으며, 소지는 다공질이고 흡수성이 있다.

또한, 치밀 제품은, 상당한 고온(대략 1,200 ∼ 1,400℃)에서 소성된 것으로서, 석기 및 자기류를 들 수 있다.

석기는 석영, 철화합물, 알칼리토류 및 알칼리염류 등의 불순물을 많이 함유하고 있는 점토를 주성분으로 하여 배합소지를 만들고, 1200 ∼ 1300℃의 온도에서 소지가 거의 흡수성이 없게 될 정도로 충분히 소결한 것으로서, 일반적으로 유색이고 투광성이 거의 없다.

자기는 배합한 소지를 1300 ∼ 1500℃의 높은 온도로 소성하여 소결시킨 것으로, 일반적으로 자기의 소지는 점토, 석영, 장석계의 배합소지이며, 대개 백색이고 유리질이어서 흡수성이 거의 없고 투광성이 있으며, 기계적 강도 및 화학적 내식성, 내열성이 크다.

이와 같이, 세라믹스의 소지(素地)는 치밀하고 반투명 또는 그것에 가깝고 유리질에 가까운 상태이다. 분류법은 소성법·제품별 등에 의하여 다종 다양한데, 제품소지별로 분류하면 다음과 같다.

다공성 제품 중 착색소지의 것으로서는, 일반적인 도기 및 토기를 들 수 있으며, 가장 값싸게 생산되는 것이다. 화분류를 비롯하여 건축에 사용되는 벽돌류,개와류, 토관류, 테라코타류, 공업용 노(爐)의 저온부용 벽돌 등이 있다.

다공성 제품 중 백색소지의 것으로서는, 석회질 도기 및 장석질 도기 등을 들 수 있으며, 식기류, 위생용기, 벽타일, 인형류에 쓰인다. 공업제품으로는 여과기(濾過器)·격막용재(隔膜用材)·내열재 등으로 이용되며, 다소 착색되어 있지만 대량으로 생산되고 있는 것은 일반 내화물(耐火物)로서 샤모트(schamotte)벽돌·규석벽돌·돌로마이트 벽돌 등이다.

치밀 제품 중 착색소지의 것으로서는, 일반적으로 석기류를 들 수 있으며, 이것은 용기·장식품, 화학용의 기관류(器管類)나 건축용 벽재 등 견고하고 내약품성이 큰 것이다.

치밀 제품 중 백색소지의 것으로서는, 욕조용, 세면기용, 변기 등의 넓은 용도로 사용되고 있다.

치밀 제품 중 투광성 소지의 것으로서는, 충분한 고온에서 소성되어 소지 중의 원료가 융착하여 투광성(透光性)을 띠고 있는 자기(磁器)를 들 수 있다. 가정에서 가장 널리 사용되는 공기·접시 등의 식기류, 장식품, 및 공업적으로는 전기절연용 자기류 등이 있다. 이것들은 경질(硬質)자기류라고 하는데, 이에 비하여 융제가 많이 함유되어 있고, 저화도(低火度)에서 소성된 것은 연자기(軟磁器)라고 하며, 골회자기(骨灰磁器)·프릿자기 등이 있다. 골회자기는 생골회(生骨灰)가 좋으며 본차이나라고 하는데, 고급식기·기구류에 사용된다.

그 밖에 소테아타이트 제품(전기용 또는 소성용 노즐·점화전)·고주파 장치용 탄화물 등을 세라믹스화한 것이 사용되고 있다.

본 발명에 따른 세라믹스 제품의 형태로서는, 농수축산물과 같은 식품 저장 및 포장용 용기, 의료용이나 산업용 용기, 각종 주방용품, 물 등의 음료수를 담는 음료수병 혹은 저장용기, 타일류 등을 들 수 있다.

본 발명은 세라믹스의 제조공정 중에, 상기된 바와 같은 용도로 사용되는 방해석 및/또는 비석을 미분화하여 첨가함으로써 이루어지는데, 본 발명의 실시에 있어서 세라믹스의 제조방법은, 무기 비금속 물질로 이루어진 세라믹스 원료에 방해석 및/또는 비석 미분을 첨가하여 혼합시키는 단계, 상기 혼합 단계에서 만들어진 혼합물을 성형하는 단계, 상기 성형체를 건조시키는 단계, 건조 후의 성형체를 열처리하여 소성하는 단계를 포함하고 있는데, 이는 상기 방해석 및/또는 비석의 미분을 첨가하는 공정이 추가된 것을 제외하고는 공지된 제조방법과 마찬가지이므로, 상세하게 설명하지 않는다.

한편, 세라믹스 원료 중 하나인 점토는, 높은 가소성을 가지며, 소정의 성형체 형상을 유지하기 위한 결합제로서 작용한다. 그러므로, 건조시에 있어서 결합강도가 높은 것을 선택, 사용하는 것이 바람직하다. 사용량은 10 ∼ 50중량% 정도가 좋다.

본 발명의 세라믹스 제품을 만들기 위해서는, 상기된 세라믹스 원료에 방해석 및/또는 비석의 미분을 첨가하여 이루어진 혼합물을 소정의 형상으로 성형해야 한다. 성형은, 건식 프레스법, 압출법, 주입법 등 주지의 성형법에 의한 것일 수 있으며, 성형을 용이하게 하기 위해서는, 함수율이, 건식 프레스 법에 있어서는 5 ∼ 15중량%, 압출법에 있어서는 15 ∼ 22중량%, 주입법에 있어서는 20 ∼ 30중량%의 범위가 되도록 한 것이 바람직하다.

성형에 의하여 얻어진 성형체는 자연적으로, 또는 강제적으로 건조시킨다. 강제적으로 건조시킬 때에는, 점토의 양 등에 따라 다르지만, 10℃/분 정도 이하의 속도로 승온하여, 500℃ 정도 이하의 온도로 건조하는 것이 바람직하다.

소성은, 900 ∼ 1300℃의 범위에서 행하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1050 ∼ 1250℃의 범위로 행한다. 900℃ 미만의 온도에서는, 소결이 불완전하게 된다. 또, 1300℃를 넘는 온도에서 소성하면, 연화에 의한 휘어짐이나 처짐이 생기거나, 현저한 수축이 생기게 된다. 승온속도는, 성형체의 두께나 형상 등에 따라 다르지만, 50℃/분 정도 이하로 하는 것이 바람직하다.

하기되는 본 발명의 여러 실시예에 따라서, 각종 세라믹스 원료에, 방해석 미분만을 첨가하거나, 비석 미분만을 첨가하거나, 또는 방해서 미분과 비석 미분을 반반씩 혼합하여 첨가하게 되는데, 그 첨가량은 다음과 같다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹스는, 30 ∼ 80중량%의 세라믹스 원료에 20 ∼ 70중량%의 방해석 미분을 혼합하여 제조된다.

상기 방해석 미분의 첨가량이 20중량% 미만이면, 방해석 자체의 작용을 기대할 수 없게 된다. 또, 방해석 미분의 첨가량이 많으면 많을수록 본 발명의 세라믹스에 의해 포장된 농산물 등의 잔류농약과 같은 유해물질을 제거하는 효과는 증대되기는 하나, 상기 방해석 미분의 첨가량이 70중량%를 초과하면, 점토 등의 세라믹스 원료의 양이 지나치게 적어져, 소결체의 강도나 기계가공성 등이 저하되게 된다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹스는, 30 ∼ 80중량%의 세라믹스 원료에 20 ∼ 70중량%의 비석 미분을 혼합하여 제조된다.

상기 비석 미분의 첨가량이 20중량% 미만이면, 비석 자체의 작용을 기대할 수 없게 된다. 또, 비석 미분의 첨가량이 많으면 많을수록 본 발명의 세라믹스에 의해 포장된 농산물 등의 잔류농약과 같은 유해물질을 제거하는 효과는 증대되기는 하나, 상기 비석 미분의 첨가량이 70중량%를 초과하면, 점토 등의 세라믹스 원료의 양이 지나치게 적어져, 소결체의 강도나 기계가공성 등이 저하되게 된다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 세라믹스는, 30 ∼ 80중량%의 세라믹스 원료에 10 ∼ 35중량%의 방해석 미분 및 10 ∼ 35중량%의 비석 미분을 혼합하여 제조된다.

상기 방해석 및 비석 미분의 첨가량이 20중량% 미만이면, 방해석 및 비석 자체의 작용을 기대할 수 없게 된다. 또, 방해석 및 비석 미분의 첨가량이 많으면 많을수록 본 발명의 세라믹스에 의해 포장된 농산물 등의 잔류농약과 같은 유해물질을 제거하는 효과는 증대되기는 하나, 상기 방해석 및 비석 미분의 첨가량이 70중량%를 초과하면, 점토 등의 세라믹스 원료의 양이 지나치게 적어져, 소결체의 강도나 기계가공성 등이 저하되게 된다.

본 발명에 의해 제조된 세라믹스 제품을 농산물 등을 저장하고 포장하는 용기에 이용함으로서, 농산물 등을 포장하여 저장/운반하는 동안에 잔류농약과 같은 유해물질을 제거시킬 수 있도록 하기 위해서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 세라믹스에 의해 항아리 형상의 용기(1)를 제작하여 이용할 수 있다.

또한, 상기 항아리 형상의 용기(1)와 같이 단품으로 제작하는 대신에, 도 2에 도시된 바와 같은 형상의 타일(2)을 제작한 후, 용량이 큰 용기 혹은 실내 벽면에 상기 타일(2)을 부착시킴으로써, 대용량의 세라믹스 제품을 제작하는 것도 가능하다. 이 때, 타일의 형상은 도 2에 도시된 평평한 사각형 이외에도 소정의 반경값을 가지도록 굴곡된 형상 또는 직사각형, 삼각형, 원형 등의 형상을 가질 수 있다.

여기에서, 도면에 도시된 형상으로 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 도면은 단지 예시를 위한 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 방해석 및/또는 비석의 미분이 함유된 세라믹스 용기를 농산물 등의 보관 및 포장에 이용함에 따라, 농산물을 포장하여 저장/운반하는 동안에 용기에 함유된 방해석 및/또는 비석 성분에 의하여 농산물의 잔류농약과 같은 유해물질을 제거시킬 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 무기 비금속 물질로 이루어진 세라믹스 원료에 방해석 미분, 비석 미분, 및 방해석 미분과 비석 미분의 혼합물 중에서 선택된 어느 하나를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹스.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹스 원료 30 ∼ 80중량%와, 상기 방해석 미분 20 ∼ 70중량%를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹스.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹스 원료 30 ∼ 80중량%와, 상기 비석 미분 20 ∼ 70중량%를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹스.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹스 원료 30 ∼ 80중량%와, 상기 방해석 미분 10 ∼ 35중량%와, 비석 미분 10 ∼ 35중량%를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 세라믹스.
5. 세라믹스의 제조방법에 있어서,

   무기 비금속 물질로 이루어진 세라믹스 원료에 방해석 미분, 비석 미분, 및 방해석 미분과 비석 미분의 혼합물 중에서 선택된 어느 하나를 첨가하여 혼합시키는 단계;

   상기 혼합 단계에서 만들어진 혼합물을 성형하는 단계;

   상기 성형체를 건조시키는 단계;

   건조 후의 성형체를 열처리하여 소성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 제조방법.