KR20010094571A - 색상안정성이 우수한 경량의 인조대리석 제조방법 - Google Patents

색상안정성이 우수한 경량의 인조대리석 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하소시켜 요변성을 제거한 석영분말과 경량화한 자연석칩을 이용하여 위생도기, 씽크대 상판, 및 바닥재 용도로 사용되는 색상안정성이 우수한 경량의 인조대리석의 제조 방법에 관한 것으로 하소된 석영분말, 하소된 자연석칩, 충진제등을 혼합하여 석분으로 배합하는 공정과, 상기의 석분을 수지에 혼합하여 초음파로 배합하는 공정과, 상기의 배합물을 몰드에 충전하여 진동혼합하는 공정과, 경화한 후 제품으로 탈형시키는 공정을 포함하여 이루어지는 인조대리석의 제조방법을 제공함으로써 색상의 변화가 없고 온도별 배합비 조건에 따라 서로 다른 자연색상을 유지함으로서 신소재로서의 가치를 증가시키며 경량화됨에 따라 작업공정을 단축시키고 욕조 및 세면기등의 경량화에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

색상안정성이 우수한 경량의 인조대리석 제조방법{Manufacturing Process of Colour Stable and Light Artificial Marble}
본 발명은 색상안정성이 우수한 경량의 위생도기, 씽크대 상판, 및 바닥재용 인조대리석의 제조방법에 관한 것으로써, 특히 하소과정으로 요변성을 제거한 석영분말과 하소과정으로 경량화시킨 자연석칩을 이용하여 색상안정성이 우수한 경량의 인조대리석을 제조하는 방법에 관한 것이다.
인조대리적은 천연석을 모방하여 인공으로 만든 건축재료의 일종으로 가장 일반적인 것으로 테라초(terrazzo)가 여기에 해당된다. 대리석 등 천연의 것은 고가이며 구입이 쉽지 않으므로 대부분 건축물의 벽, 바닥, 기둥 등에는 테라초가 널리 사용된다.
한편, 메틸메타아크릴레이트, 불포화폴리에스테르수지 등의 합성수지를 사용하여 시멘트나 석고를 기재로 하고, 화강암·규사 등의 천연광물을 굳혀서 대리석처럼 처리한 인조대리석도 나오고 있다. 이런 형태의 제품에는 수지에 탄산칼슘과 백운석분 등을 혼합하여 제조한 최초의 마블(Marble), 수지에 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 혼합하여 만든 오닉스(Onyx), 수지에 아크릴칩 또는 자연석칩을 혼합하여 무늬를 살린 최근 제품인 컬쳐마블(Culture Marble)등이 있으며 의장성과 가공성이 천연대리석보다 좋기 때문에 욕조, 세면대, 카운터대, 내장재 등의 재료로 많이 보급되고 있다.
상기의 제품들은 일반적으로 합성수지에 광물질을 혼합하고 몰드에 충진하여 일정한 모양으로 경화시켜 생산되며, 기존의 인조대리석보다 제조공정이 간편하고 제품의 특성이 우수하여 건축자재 위생도기외에 화장품용기나 피아노건반 등의 여러 용도로 개발되고 있다. 한국공업규격(Korean Indrustrial Standard)에 대리석무늬 욕조 (제KS F4810호), 강화프라스틱 액상불포화 폴리에스테르 수지(제KS M3305호)에 대해 개시되어 있으며, 일본공업규격(Japanese Industrial Standard)에 열경화성 수지 화장판(제JIS K6903호), 플라스틱 욕조 판넬제(제JIS K 6686호)에 대해 개시되어 있다.
상기의 제품중에서 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 충진제로 사용하는 오닉스제품은 색상이 아름답고 투명, 또는 반투명한 특징을 지닌 제품이나, 장기사용시 고온에 약하여 색상이 불안정하고 휨 등의 결점이 나타나며, 고가의 충진제로 인하여 제조비용이 많이 드는 단점이 있다. 이 같은 이유로 생산 원가를 낮추기 위하여 고가의 수산화알루미늄 충진제를 대신하여 고순도의 석영분말을 혼합 사용할 수 있다.
그러나 순도 및 품질이 우수한 석영분말을 충진제의 일부로 사용시 요변성을 갖고 있어 위생도기 및 가구 상판제조시 사용되는 폴리머 수지와 혼합하여 사용할 때 수지 색상에 동화되어 쥐색으로 변하는 문제점이 있다. 이같은 요변성으로 인하여 상품가치가 떨어지며 이 문제를 해결하기 위하여 백색안료(Ti02powder)를 첨가하여 사용하고 있다.
컬쳐마블제품은 아크릴칩 또는 자연석칩을 수지와 충진제에 혼합하여 성형 후 경화시켜 만든 제품으로 첨가되는 아크릴칩 또는 자연석칩의 무늬를 살린 인조대리석이다. 컬쳐마블의 제조시 사용되는 고가의 아크릴칩은 제품의 가격을 높게 만들며, 비중이 큰 자연석칩의 첨가는 제조공정을 어렵게 하는 원인이 되고 있다.
자연석칩은 위생도기 및 상판 제조시 비중 (진비중 2.6 견괴비중 1.6-1.8)이 커서 아래로 전부 침강되어 제조공정시 문제가 된다. 그리고 이 같은 문제점으로 인하여 불합리한 제조방법이 위생도기 및 상판 제조시 적용되고 있다. 즉, 칩의 침강속도가 빨라 칩의 분산과정에서 아래쪽에 다량으로 존재하게 되며, 특히 욕조 세면기 등의 모서리는 급경사의 각도로 제조되므로 석분칩이 아래쪽으로 몰리는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 종래의 제조방법은 몰드에 표면 코팅수지로 1차 처리하고, 다시 칩과 수지가 혼합된 용액을 1차 표면코팅층 위에 2차로 분무하여 2차 코팅층에 칩이 골고루 분산되게 하는 방법을 사용한다. 두 번째 층이경화되면 마지막으로 남은 공간을 수지와 충진제로 채우게 된다. 이때 2차코팅과정에서 1차코팅 표면에 손실을 입히게 되며, 특히 공정의 다단계화로 인하여 장시간이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 석영분말을 하소하여 요변성을 제거하고 고유의 색상을 띄게 함으로써 고가의 충진제(Al(OH)3)를 대체하여 고온에서 안정하고 색상변화가 없는 저가의 인조대리석의 제조방법을 제공하는 것이다. 또한 자연석칩을 하소하여 경량화시킴으로써 비중이 큰 자연석칩이 지닌 혼합시 침강되는 문제점을 해결함으로써 제조공정을 간소화시키고 하소된 온도별로 고유의 색상을 나타나게 하여 다양한 색상의 석분칩을 제공함으로써 색상안정성이 우수한 경량의 인조대리석 제조방법을 제공한다.
도 1은 원료의 초음파 배합, 초음파 진동충진, 탈기, 탈형 및 제품화로 구성되는 인조대리석 생산공정도.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하소된 석영분말과 수산화알루미늄을 수지에 혼합하여 초음파로 배합한 후 탈기시키는 공정과, 상기의 배합물을 몰드에 충전하여 진동혼합하는 공정과, 경화한 후 제품으로 탈형시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 색상안정성이 우수한 인조대리석의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하소된 석영분말과 하소된 자연석칩으로 석분을배합하는 공정과, 상기의 석분을 수지에 혼합하여 초음파로 배합하는 공정과, 상기의 배합물을 몰드에 충전하여 진동혼합하는 공정과, 경화한 후 제품으로 탈형시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 색상안정성이 우수한 경량의 인조대리석의 제조방법을 제공하는 것이다.
이때, 상기의 석영분말은 1100-1300℃의 온도에서 하소시키며, 상기의 자연석칩은 600-1100℃의 온도에서 하소시킨 것임을 특징으로 한다.
석영분말은 99.50이상의 순도를 갖는 실리카(SiO2)로서 150-325mesh의 80#(경북 지례광업소)을 사용하며 광물상태는 백색의 실리카(silica)분과 크리스토바라이트(cristobalite)의 혼합물이다.
자연석(dolomite)칩은 CaMg(CO3)2가 주성분이며, 기타성분으로 SiO2, Al2O3등이 포함되어 있으며 입도가 0.15-2.0 m/m이며 색상은 분홍색, 흑색, 녹색이 있다.
일반적으로 사용되는 수지는 Vup 4647(대상), TH350(애경) 등이다. Vup 4647을 몰드의 표면코팅제로 사용하며 수지가 표면에 흐르지 않도록 티소 페이스트(Thixo paste)가 첨가되어 있다. 충전용 수지는 대상의 Vup 270 혹은 O-200상품을 사용할 수 있으며 본 발명에서는 O-200을 주로 사용한다.
경화제는 수지, 충진제, 하소분등을 혼합한 후에 제품의 경화목적으로 20-25℃의 상온에서 수지의 1-1.5까지 적절히 배합하여 사용하며 이때 촉진제를 수지의 0.5-1.2첨가해야만 경화반응이 시작된다. 경화제와 촉진제는 수지구입시 첨부되어 있다.
오닉스제품명의 인조대리석과, 컬쳐마블제품명의 인조대리석의 제조방법에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
우선, 오닉스제품명의 인조대리석 제조방법에 대해서 살펴보면 첫 번째 단계로 수지 33-35, Al(OH)333, 하소석영분 32-34를 혼합하고 상온에서 경화제 또는 산화제(Catalyzer, Methylethylketoneperoxide)를 수지의 1-1.5로 첨가하여 배합하며, 촉진제 또는 환원제(Secondary promoter, 5Cobalt in Naphatanic acid)를 수지의 0.5-1.2로 첨가하여 배합한다.
두 번째 단계로 상기혼합물을 초음파 믹서(Respecta ADM, Germany, 7.5 cm x 1 m, 1500 rpm)에서 혼합한다. 혼합된 배합액을 탈기포기에 투입하고 진공펌프로 감압하여 탈기하여 기포를 제거한다.
세 번째 단계로 왁스 처리된 몰드에 코팅수지 Vup4647로 1차 코팅을 한다. 탈기된 벌크(bulk) 유체혼합물을 1차코팅된 몰드에 투입한 후 초음파 진동기(진동 station 3600-7000 rpm)에서 진동을 3-4분 주어 몰드에 골고루 채운다.
네 번째 단계로 경화실공정으로 운반되어 60-65℃에서 30-40분간 경화시킨다. 이때 몰드의 표면온도가 65-85℃로 상승되면 경화가 완료되며, 온도가 40℃ 정도로 낮아지면 압축공기를 투입하여 몰드와 제품을 분리한다. 몰드는 다음생산을 위하여 세척되고 다시 왁스 처리를 한 후 제품을 다듬어 완제품을 생산한다.
우선, 컬쳐마블 제품명의 인조대리석 제조방법에 대해서 살펴보면 첫 번째 단계로 수지 33(O-200), 제품의 비중을 낮추기위한 첨가물로 마이크로셀(WhiteHollow Ceramic Microsphere, Microcell, Australia, PTY Ltd) 5, 하소된 자연석칩 20, 하소된 석영분 42를 혼합하고 상온에서 경화제 또는 산화제(Catalyzer, Methylethylketoneperoxide)를 수지의 1-1.5로 첨가하여 배합하며, 촉진제 또는 환원제(Secondary promoter, 5Cobalt in Naphatanic acid)를 수지의 0.5-1.2로 첨가하여 배합한다.
두 번째 단계로 상기혼합물을 초음파 믹서(Respecta ADM, Germany, 7.5 cm X 1 m, 1500 rpm)에서 혼합하여 오닉스 제품의 제조공정의 탈기공정을 생략할 수 있다.
세 번째 단계로 왁스처리된 몰드에 코팅수지(Vup 4647)로 1차코팅을 한다. 벌크 유체혼합물을 몰드에 투입한 후 초음파 진동기(진동 station 3600-7000 rpm)에서 진동을 3-4분 주어 몰드에 골고루 채운다.
네 번째 단계로 경화실공정으로 운반되어 60-65℃에서 30-40분간 경화시킨다. 이때 몰드의 표면온도가 65-85℃로 상승되면 경화가 완료되며, 온도가 40℃ 정도로 낮아지면 압축공기를 투입하여 몰드와 제품을 분리한 후 제품을 다듬어 완제품을 생산한다.
상기의 오닉스 제품명의 인조대리석의 제조방법은 기존의 고가의 충진제(Al(OH)3)를 사용하는 기존 제품에 비하여 하소된 150-325 mesh의 석영분말을 충진제(Al(OH)3)와 적정비율로 배합하여 사용함으로써 비용을 낮추며 고온에 견디고 색상의 변화가 없는 새로운 오닉스 제품을 제조할 수 있다. 또한 상기의 컬쳐마블제품명의 인조대리석의 제조방법은 제조시 무거운 자연석 칩을 혼합 사용함으로써 자연석 칩이 침강되는 문제를 해결하고, 비중이 낮은 하소된 자연석칩과 하소된 석영분을 사용함으로써 색상의 안정성과 내식성이 띠어난 고품질의 경량화 제품을 제조할 수 있다.
본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
석용분말 80#의 하소
석영분(80#)을 온도를 1100℃, 1200℃, 1300℃, 1400℃로 조절하여 3-5시간 하소시킨다. 고가의 수산화알루미늄의 대체를 평가하기 위하여 하소된 석영분과 Al(OH3)을(H-310, 일본소화전기) 표 1의 조성으로 배합한 후 지름 8㎝의 원형의 시편을 제작한다. 80-100℃의 전기로(Furnace)에서 1-2시간 가온시켜 색상변화를 육안검사하였다. 80℃에서 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
내식성를 평가하기 위하여 일상 생활에 사용될 수 있는 각 약품에 대한 부식되는 실험을 하였다. 각 약품은 HCl(순도 36), HNO3(순도63), H2SO4(순도98), ethanol, NH4OH (순도35), CH3COOH (순도60)를 희석하여 사용하였다. 시편(1cm두께, 8cm 직경, 원형)을 상기용액에 담근후 24, 48, 72 시간후에 부식되는 정도를 육안으로 검사하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.
내비등성을 평가하기 위하여 일반적으로 욕조가 사용될 수 있는 60-80℃ 의온도범위의 물중탕(water bath)에서 1시간 비등시킨 후 색상변화를 육안으로 검사하였으며 그 결과를 표 3에 나타내었다. 시편은 불포화폴리에스테르수지 33, 수산화알루미늄 33.5, 하소된 석영분 33.5의 조성으로 제조한다.
배합비/하소온도 하소된석영분(중량) : 수산화알루미늄(중량)
80:20 70:30 60:40 50:50 40:60 30:70 20:80
1100℃
1200℃
1300℃
1400℃
상 태 ○: 원색유지 ; △ : 변색 ;
배합비/약품 1100℃에서 하소된석영분(중량) : 수산화알루미늄(중량)
80:20 70:30 60:40 50:50 40:60 30:70 20:80
염산(7-8)
질산(8-10)
황산(30)
에탄올
암모니아수(10) ○〈△ ○〈△ ○〈△ ○〈△ ○〈△ ○〈△ ○〈△
빙초산(30)
상 태 ○: 양호 ; △ : 부식
하소온도(℃)/비등온도(℃) 1100 1200 1300 1400
60
70
80
상 태 ○: 양호 ; △ : 보통; X : 불량
표 1-3의 결과로부터 하소된 석영분말의 색불변온도는 80℃까지 가능함을 알 수 있으며 90℃에서는 수산화알루미늄에 대한 석영분말의 비율이 40중량이하시 원색의 미약한 변화가 인식되었다. 내식성은 암모니아수(NH4OH)이외에는 상태가 양호하다. 암모니아수에서의 변화는 가스 발생에 의한 색도 변화로 판단된다. 내비등성은 일반 위생도기 제품(욕조, 세면기)이 60-70℃에서 색상이 변하는 반면에 하소된 석영분말을 사용하여 제조한 경우 60℃, 70℃, 80℃의 각 온도에서 색상 변화가 나타나지 않음을 알 수 있다.
실시예 2
자연석칩의 경량화
자연석칩은 600-1000℃의 온도범위에서 일정시간 하소하여 경량화시킨다. 하소조건에 따른 연분홍색 자연석칩 (Dolomite 분홍색,: 입도 0.15-2.0m/m), 흑색 석분칩 (Dolomite 흑색, 입도 0.15-2.0 m/m), 녹색 석분칩 (Dolomite 녹색, 입도 0.15-2.0 m/m)의 색상, 견괴비중를 각각 표 4, 표 5, 표 6에 타나내었다. 표 4-6의 결과로부터 자연석칩은 온도에 따른 하소 공정에서 비중이 가벼운 경량석으로 되고 각각의 특이한 색상을 지니게 됨을 알 수 있다. 자연석칩은 경화석이 되어 작업공정상 쉽게 제품을 생산할 수가 있으며 욕조 및 세면기등의 경량화를 가능하게 한다. 즉 기존의 방법으로 제조된 60Kg의 욕조가 48Kg으로 경량화되었으며 22Kg의 세면기는 16Kg의 경량화 세면기로 생산이 가능하였다.
항목 하소온도
600℃ 700℃ 800℃ 900℃ 1000℃ 1100℃
색 상 연한분홍 연한자색 진한적자색 연한쥐흑색 쥐흑회색 연록색
견괴비중 1.4 1.3 1.2 1.0 1.0 1.1
하소시간 2.0hr 2.3hr 2.4hr 3.0hr 3.3hr 7.0hr
냉각시간(~ 60℃) 4.0hr 4.3hr 4.3hr 4.3hr 5.0hr 5.0hr
항목 하소온도
600℃ 700℃ 800℃ 900℃ 1000℃
색 상 연흑색 황자색 흑자색 연한회녹색 회록색
견괴비중 1.5 1.45 1.40 1.35 1.30
하소시간 2.0hr 2.3hr 2.4hr 3.0hr 3.0hr
냉각시간(~ 60℃) 4.0hr 4.3hr 4.3hr 4.3hr 5.0hr
항목 하소온도
700℃ 800℃ 900℃ 1000℃
색 상 녹색 연자녹색 연자미색 연자미색
견괴비붕 1.4 1.35 1.3 1.20
하소시간 2.3hr 2.4hr 3.0hr 3.3hr
냉각시간(~ 60℃) 4.3hr 4.3hr 4.3hr 5.0hr
실시예 3
불포화폴리에스테르 수지 33중량, Microcell(상품명: SLG 비중: 0.7)) 10중량, 700℃에서 하소된 자연석칩(비중 1.5-1.6) 20중량, 하소된 석영분말 37중량의 조성으로 인조대리석용 시편을 제조하였다. 내비등성, 내열성, 내식성의 평가 결과를 표 7에 나타내었다.
실시예 4
불포화폴리에스테르 수지 30중량, Microcell(상품명: SLG 비중: 0.7)) 10중량, 700℃에서 하소된 자연석칩(비중 1.5-1.6) 20중량, 하소된 석영분말 40중량의 조성으로 실시예 3과 동일한 방법으로 제조하였다. 내비등성, 내열성, 내식성의 평가결과를 표 7에 나타내었다.
실시예 5
1200℃에서 하소된 자연석칩(비중 1.3)을 사용하여 실시예 3과 동일한 방법으로 제조하였다. 내비등성, 내열성, 내식성의 평가결과를 표 7에 나타내었다.
실시예 6
1200℃에서 하소된 자연석칩(비중 1.3)을 사용하여 실시예 4과 동일한 방법으로 제조하였다. 내비등성, 내열성, 내식성의 평가결과를 표 7에 나타내었다.
항 목 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
내비능성 60℃70℃80℃90℃95℃ ○○○○○〈△ ○○○○○〈△ ○○○○○〈△ ○○○○○〈△
내열성 90℃100℃110℃120℃125℃ ○○○○○〈△ ○○○○○〈△ ○○○○○〈△ ○○○○○〈△
내약품성 염산(78)질산(81)황산(30)에탄올(47)암모니아수빙초산 ○○○○○〈△○ ○○○○○〈△○ ○○○○○〈△○ ○○○○○〈△○
표 7의 결과로부터 실시예 4-7의 모든경우에 색상이 선명하며 내비등성, 내열성, 내식성이 우수함을 알 수 있다. 또한 일반 인조대리석제품의 비중이 2.0-2.2인데 반하여 상기 실시예의 인조대리석시편의 비중은 1.3 (수지비중 1.17/MC비중 0.72/하소된자연석칩비중 1.3/ 하소된 석영분말 1.6)으로 욕조, 세면기등의 제품에 경량화가 가능하다. 하소된 자연석 칩으로 다양한 색상을 갖는 제품을 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 상기조건을 검토한 결과 석영분말을 1100℃에서 1300℃의 온도로 하소함으로써 자체의 요변성이 없어지며 수지와 단독으로배합시에도 색상 변화가 없다. 또한 각온도에 따라 고유의 색상을 갖게 되어 온도별 배합비 조건에 따라 서로 다른 자연색상을 유지함으로서 신소재로서의 가치가 크며 수산화알미늄과 배합하여 고강도를 갖는 제품을 생산하는 데에 유용하게 사용할 수 있다. 자연석 칩은 하소 공정으로 비중이 가벼운 경량석으로 되고 각각의 특이한 색상을 지닐뿐만 아니라 경량석이 되어 작업공정을 단축 또는 용이하여 할 수 있을 뿐만 아니라 욕조 및 세면기등의 경량화를 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 하소된 석영분말과 수산화알루미늄을 수지에 혼합하여 초음파로 배합한 후 탈기시키는 공정과, 상기의 배합물을 몰드에 충전하여 진동혼합하는 공정과, 경화한 후 제품으로 탈형시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 색상안정성이 우수한 인조대리석의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기의 하소된 석영분말과 수산화알루미늄의 혼합 조성비율은 80중량:20중량에서 30중량:중량까지 변화시키는 것을 특징으로 하는 색상안정성이 우수한 경량의 인조대리석의 제조방법.
  3. 하소된 석영분말과 하소된 자연석칩으로 석분을 배합하는 공정과, 상기의 석분을 수지에 혼합하여 초음파로 배합하는 공정과, 상기의 배합물을 몰드에 충전하여 진동혼합하는 공정과, 경화한 후 제품으로 탈형시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 색상안정성이 우수한 경량의 인조대리석의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3항에 있어서,
    상기의 하소된 석영분말은 1100-1300℃의 온도에서 하소시킨 것임을 특징으로 하는 색상안정성이 우수한 경량의 인조대리석의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기의 하소된 자연석칩은 600-1100℃에서 하소시킨 것임을 특징으로 하는 색상안정성이 우수한 경량의 인조대리석의 제조방법.
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