KR20050081726A - 무기안료의 나노분산물을 이용한 석재의 착색처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대표적 건축자재인 석재에 고유질감에 다양한 색상을 부여함으로서 한가지 석재로 다양한 색상을 부여함으로서, 기존 석재가 가지고 있는 단조로움을 극복하여 내, 외장재는 물론 각종 장식품(석물)으로 활용범위를 확대시킬 수 있고, 종전과 같이 석분을 이용한 인조대리석이나 페인트를 이용한 착색과정이 아닌 새로운 방법으로서 석재에 색상을 부여하여 수입에 의존하는 색상이 있는 각종 대리석을 대체하여 내,외장재용 석재를 가공할 수 있는 무기안료의 나노분산물을 이용한 석재의 착색처리방법에 관한 것으로서,

특히, 본 발명은 내구성과 내광성이 좋은 무기안료를 졸-겔법을 이용하여 나노입자로 만들고 무기안료의 나노분산물에 특수수지를 첨가하여 착색용 안료액을 만드는 단계(S1); 석재를 선별하여 일정한 크기로 재단하고, 재단된 상기 석재의 표면을 연마하여 다듬는 단계(S2); 표면이 다듬어진 상기 석재는 고압세척기로 물세척하여 고온건조로에서 수분을 건조하는 단계(S3); S1과정에서 생성된 착색용 안료액이 저장된 수조에 가공된 석재를 침적시킨 상태에서 하부에 초음파를 소정의 시간동안 발진함과 동시에 고진공 상태를 형성시킴으로서 석재에 침투시켜 착색하는 단계(S4); 착색처리된 칼라 석재를 무기안료가 특수수지로 인하여 석재에 충분히 고착하도록 소정의 시간동안 건조하는 단계(S5); 건조된 칼라 석재의 표면에 플라즈마를 이용한 특수 코팅을 행하는 단계(S6); 등을 순차적으로 거쳐 완성됨을 특징으로 한 것이다.

Description

무기안료의 나노분산물을 이용한 석재의 착색처리방법{coloration method of stone for nano-dispersion of inorganic pigment}

본 발명은 석재의 색상 부여방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석재의 고유 질감과 문양을 그대로 둔채 다양한 색상을 가지도록 색상을 부여함으로써, 기존의 칼라석재가 가지고 있는 다양한 색상을 일반적일 백색의 석재의 석재가 가지는 단조로움을 극복하여 내, 외장재로서의 활용범위를 확대시킬 뿐만 아니라 엄청난 부가가치를 기대할 수 있는 무기안료의 나노분산물을 이용한 석재의 착색처리방법에 관한 것이다.

일반적으로, 건축용 내, 외장재로서는 목재, 합성수지 및 석재로 구분된다.

전술한 재료 중 석재로 이루어진 건축용 내, 외장재는 가격에 비해서 다양한 색상을 얻을 수 없어 수요자들이 원하는 색상을 원활히 공급을 못하는 단점이 있다. 이러한 단점을 보안하기 위해서 인조대리석인 돌가루에 색소와 접착제를 일정한 비율로 혼합한 내, 외장재가 수입 및 만들어져 사용되고 있으나 이러한, 내, 외장재는 자외선등의 영향으로 인하여 사용기간이 경과함에 따라서 표면의 색상이 변형되거나 탈색되어 원상태로 장기간 유지되지 못하고 도자기용 유약을 이용한 법랑은 자연스러운 석재고유의 문양을 흉내 낼 수 없다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 연구개발한 것으로서 석재 고유의 질감과 문양을 그대로 두고 다양한 색상을 가지도록 착색함으로써, 기존 석재가 가지고 있는 것보다 화려하고 자연스러운 내, 외장재용 석재는 물론 장식품(석물)으로 그 활용범위를 확대시킬 뿐만 아니라, 인조대리석이나 법랑같이 인공적인 문양이 아닌 자연스러운 문양과 질감을 가지는 석재를 생산할 수 있도록 한 무기안료의 나노분산물을 이용한 석재의 착색처리방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내구성과 내광성이 좋은 무기안료를 졸-겔법을 이용하여 나노입자로 만들고 무기안료의 나노분산물에 특수수지를 첨가하여 착색용 안료액을 만드는 단계(S1); 석재를 선별하여 일정한 크기로 재단하고, 재단된 상기 석재의 표면을 연마하여 다듬는 단계(S2); 표면이 다듬어진 상기 석재는 고압세척기로 물세척하여 고온건조로에서 수분을 건조하는 단계(S3); S1과정에서 생성된 착색용 안료액이 저장된 수조에 가공된 석재를 침적시킨 상태에서 하부에 초음파를 소정의 시간동안 발진함과 동시에 고진공 상태를 형성시킴으로서 석재에 침투시켜 착색하는 단계(S4); 착색처리된 칼라 석재를 무기안료가 특수수지로 인하여 석재에 충분히 고착하도록 소정의 시간동안 건조하는 단계(S5); 건조된 칼라 석재의 표면에 플라즈마를 이용한 특수 코팅을 행하는 단계(S6); 등을 순차적으로 거쳐 완성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 또, S1에서 착색용 안료액은 나노입자의 무기안료 1∼10 중량%, 희석제를 70∼98 중량%, 고분자 수지(실란화합물)를 1∼15 중량%를 혼합한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 착색처리시 초음파처리와 동시에 고진공상태를 유지시키는 것을 특징으로 한다

또한 착색처리된 칼라 석재를 희석제가 충분히 휘발되고 고분자수지가 완전히 경화되도록 소정의 온도와 시간동안 건조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또, S6 단계를 거치기 전 건조된 칼라 석재의 표면을 깨끗하게 연마하여 광택을 내는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 S6 단계에서 사용되는 코팅제는 산화규소(SiO2)를 플라즈마 용사코팅을 하는 것을 특징으로한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 나노입자의 무기안료 1-20중량%을 희석제로 탄화수소계의 용제 60-94중량% 속에 넣어 균질하게 분산시킨다음, 실란화합물로 이루어진 고분자수지 5-20중량%를 용해시킨다.(단계S1)

무기 안료는 물이나 용제에 용해되지 않고 균질한 분산상태도 되지 않는다. 또한, 녹는점이 400-1200 정도로 높아서 이를 물이나 용제에 녹일 수는 없다.

그래서, 무기안료를 졸-겔법을 이용하여 나노상태(10㎚)이하의 입자크기로 만들면 물이나 용제에 분산된 상태로 존재하게 되며 이상태가 되면 석재안에 까지 침투할수 있게 된며 침투된 무기안료를 고분자수지로 고착시킨다.

다음에, 석재를 선별하여 일정한 크기와 두께로 재단하고, 재단된 상기 석재의 표면을 연마장치를 이용하여 다듬는다. (단계 S2)

이때, 석재는 보통 가장 흔한 화강석을 사용한다. 화강석(花崗石)이라 함은 미세한 돌의 입자(粒子)와 석영(石英)과, 운모(雲母)와, 칼륨, 나트륨, 칼슘, 바륨 및 규산등이 주성분으로 된 장석(長石)의 입자가 서로 결정체(結晶體)를 이루면서 입자간에 미세한 공극이 형성되고, 그 공극에는 자연에 의하여 철분과 마그네슘의 성분이 침투된 상태의 이산화규소로 된 육방정계(六方晶系)의 광물로서, 회색의 화강석 바탕에 유리와 같은 투명체의 입자와 검정색의 비늘과 같은 모양의 색상으로 구성된 것이다. 특히, 우리 나라의 화강석은 그 강도가 높고 결이 고와 장식용 및 건축 내,외장재의 석재(石材)로 널리 사용되고 있다.

그런 다음, 표면이 다듬어진 석재는 그 표면을 고압세척기를 이용한 물로 깨끗이 세척한 다음. 고온의 건조로를 이용하여 수분을 완전히 제거한다.(단계 S3)

상기와 같이 세척된 석재가 완전히 건조되면, S1단계에서 제조된 착색용안료액을 초음파가 설치된 고진공을 줄수 있는 수조에 투입하고 가공된 석재를 침적시킨 상태에서 초음파를 가동시켜 액료액에 들어 잇는 공기를 빼내면서 고진공 상태가 되도록 밀봉시켜 공기를 강제로 제거함으로서 석재에 착색용 안료액을 침투시키는 단계를 수행한다. (단계 S4)

즉, 초음파 수조에 상술한 착색용 안료액을 투입하여 초음파를 발진시키게 되면, 상기 착색용 안료액중에 포함되어 있는 공기가 모두 제거되고 석재속의 공극사이로 착색용 안료액이 침투하게된다. 여기에 착색조를 밀폐시키고 진공펌프를 이용하여 공기를 제거하면 공극으로 더욱 빠르게 침투하게 되는 것이다. 이때, 고진공 상태를 유지시키는 시간은 석재의 두께에 따라, 그리고 석재의 공극률에 따라 정하게 된다.

그런 다음, 착색처리된 칼라 석재를 소정의 시간동안 건조하는 단계(S5)를 수행하게 되는데, 그전에 착색처리된 석재에 묻어 있는 안료액을 탄화수소계 용제로 세척하여 깨끗이한 다음, 석재를 전열판을 배열한 콘베어 벨트로 이루어진 긴 건조로 사이를 통과하면서 착색용 안료액에 포함된 탄화수소계 용제를 증발시키고 고분자수지를 완전히 경화할수 있도록 충분한 시간을 가져야한다. 건조로의 온도는 200-400 사이를 충분히 유지시켜줄 수 있어야하며, 건조로 속에서 20-60분정도 있어야 한다.

상기와 같이 칼라 석재의 내부가 모두 건조되면, 건조된 칼라 석재를 표면의 불순물을 제거하여야 하는데, 이는 특수 연마기를 이용하여 실시하고, 표면의 먼지등을 깨끗이 제거한다.

이렇게 처리된 석재는 표면을 보호하기 위하여, 플라즈마 용사 코팅장치를 이용한 이산화규소를 이용하여 용사 코팅한다(단계S7). 이때, 사용되는 이산화규소는 플라즈마속에서 13000 의 고온에서 순간적으로 용해하여 이온상태의 액제가 되고 석재에 고속으로 부착되어진다. 이때 코팅 조건은 온도 = 10 이상, 습도 = 80 % 이하가 적당하다. 이렇게 코팅처리된 석재는 그 내구성과 내광성, 내 화학성 등이 획기적으로 증대된다.

(실시예 1)

먼저, 착생용 안료액은 나노입자의 무기안료를 5 중량%, 희석제를 85 중량%, 고분자 수지(실란화합물) 10 중량%를 혼합하여 용해하였다. 단계(S1);

다음에 착색대상 석재를 선별하여 두께 3㎝, 가로 및 세로길이 600㎝ ∼800㎝ 크기로 재단한 다음, 상기 석재의 표면을 연마하여 매끈하게 다듬었다. 단계(S2)

그런 다음, 표면이 다듬어진 석재에 고압세척기를 이용한 물로 석재분말과 각종 이물질을 제거하고 고온 건조로에서 300 의 온도에서 20분간 건조하여 수분을 완전히 제거한다. 단계(S3)

S1단계에서 제조된 착색용안료액을 초음파가 부착된 진공이 가능한 수조에 투입하고 가공된 석재를 침적시킨 상태에서 초음파를 발진하고 밀폐시켜 공기를 제거하여 진공상태를 이루게 하여 5분간 침투시켜 석재를 착색 처리하였다. 단계(S4)

그런 다음, 착색처리된 석재에 묻어 있는 안료액을 탄화수소계 용제로 세척하여 깨끗이하고, 석재를 건조로의 온도가 250 사이를 유지되도록 하면서 20분간 건조시킨다. 단계(S5)

건조된 칼라 석재를 특수연마기를 이용하여 표면을 다듬은 다음에 깨끗이 연마하고, 플라즈마 용사 코팅장치로 이산화규소를 약 5㎛두께로 코팅하였다. 단계(S6)

따라서, 본 발명과 같이 제조된 착색석재는 종래의 내, 외장재용 석재가 가지고 있는 색상의 단조로움을 극복할 수 있어 건축용 내, 외장재로서의 활용범위를 극대화 할 수 있다. 또한, 전량 수입에만 의존했던 칼라 석재를 대체할 수 있는 잇점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 나노입자의 무기안료와 고분자 수지(실란화합물)를 탄화수소계 용제에 혼합하여 용해하는 단계(S1);

   석재를 선별하여 적당한 크기로 재단한 다음, 상기 석재의 표면을 연마하여 매끈하게 다듬는 단계(S2)

   표면이 다듬어진 석재의 석재분말과 각종 이물질을 제거하고 고온 건조로에서 건조하여 수분을 완전히 제거하는 단계(S3)

   S1단계에서 제조된 착색용안료액을 초음파가 부착된 진공이 가능한 수조에 투입하고 가공된 석재를 침적시킨 상태에서 초음파를 발진하고 밀폐시켜 공기를 제거하여 진공상태를 이루게 하여 침투시켜 석재를 착색 처리하는 단계(S4)

   그런 다음, 착색처리된 석재에 묻어 있는 안료액을 탄화수소계 용제로 세척하여 깨끗이하고, 석재를 건조로에서 건조시키는 단계(S5)

   건조된 칼라 석재를 특수연마기를 이용하여 표면을 다듬은 다음에 깨끗이 연마하고, 플라즈마 용사 코팅장치로 이산화규소를 코팅하는 단계(S6): 등을 순차적으로 거쳐 완성됨을 특징으로 한 무기안료의 나노분산물을 이용한 석재의 착색처리방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   S1에서 나노입자의 무기안료 1-20중량%, 탄화수소계의 용제 60-94중량%, 고분자자수지 5-20중량%를 혼합한 것을 특징으로 한 무기안료의 나노분산물을 이용한 석재의 착색처리방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   S4에서 착색처리시 초음파와 진공을 이용하여 침투시켜 착색처리 하는 것을 특징으로 한 무기안료의 나노분산물을 이용한 석재의 착색처리방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   S5 단계를 거치기 전 건조된 칼라 석재의 표면을 세척제로서 세척하게 되는데, 상기 세척제는 S1에서 사용된 탄화수소계 용제로 조성된 것을 특징으로 한 무기안료의 나노분산물을 이용한 석재의 착색처리방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   S6 단계에서 사용되는 코팅방법은 고온고압의 플라즈마 가스를 이용하여 용사 코팅하는 것을 특징으로 한 무기안료의 나노분산물을 이용한 석재의 착색처리방법.