KR20110116359A - 천연석재 장식마감용 패널의 제조 방법 및 이로부터 제조된 패널을 이용한 건축용 장식마감재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연석재 장식마감용 패널의 제조 방법 및 이로부터 제조된 패널을 이용한 건축용 장식마감재에 관한 것으로, 대리석, 화강석과 같은 천연 석재의 이면에 무기질 단섬유를 함유한 열가소성 수지 복합 기재층이 부착되어 충격에 의한 석재의 깨짐성을 보완하고 천연 석재의 중량을 경량화할 뿐 아니라 열가소성 수지의 심한 뒤틀림을 해소하여 변형을 줄일 수 있다.

Description

천연석재 장식마감용 패널의 제조 방법 및 이로부터 제조된 패널을 이용한 건축용 장식마감재{A method for manufacturing panel for natural stone decoration and decoration material for architecture using the panel}

본 발명은 천연석재 장식마감용 패널의 제조 방법 및 이로부터 제조된 패널을 이용한 건축용 장식마감재에 관한 것으로, 천연 석재의 하부에 무기 단섬유와 열가소성 플라스틱으로 구성된 복합소재(열가소성 무기섬유강화 플라스틱)가 부착된 형태를 갖는 장식마감재를 특징으로 하여 열가소성이면서도 열적으로 안정되어 천연석과 부착시에도 뒤틀림 문제를 해결할 수 있다.

천연석이 고급스런 실내장식을 연출할 수 있는 인테리어 소재로의 관심이 증대되고 있다. 그러나 천연석은 경도는 높으나 탄성이 없어 깨지기 쉬운 단점으로 인하여 두께가 두꺼워지고 있으며 이로 인해 매우 고가이고, 시공시 지나친 무게로 인하여 경제성 및 시공성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 대리석 등의 천연석을 건축용 내외장재로 사용할 때에는 대리석 자체의 비용 이외에도 시공 비용이 많이 발생한다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 대한민국 등록실용신안 공보 제20-0185870호에 기재된 바와 같이 취성이 높은 천연석 하부에 무게가 가벼운 플라스틱 소재를 기재층으로 하여 부착한 형태의 제품이 있기는 하지만, 천연석과 플라스틱의 열팽창 계수의 차이로 부착시 뒤틀림이 발생하기 때문에 시공시 제품 간의 두께 차이 극복이 어렵거나, 시공 후 온도에 의한 추가 변형으로 뒤틀림이 발생하거나 탈리가 되는 하자가 발생할 수 있다.

일부 상대적으로 열 변형이 적은 열경화성 수지를 활용한 플라스틱을 기재로 사용할 경우가 있으나, 폐기시 재활용을 할 수 없는 단점으로 친환경적인 측면에서 문제가 있다.

본 발명자들은 상기와 같은 문제점에서 천연석 원석 대비 가격을 낮추고 경량화를 구현하면서 뒤틀림을 최소화하고 친환경적으로 재활용 가능한 소재를 적용하는 연구를 계속하던 중 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 목적은 천연 석재 장식 마감재용 패널을 제공함에 있어 이를 부착한 장식마감재에 열적 안정성을 부여하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 천연 석재 장식마감용 패널의 제조 방법은,

열가소성 수지 50 내지 95 wt%와 무기 섬유 5 내지 50 wt%를 혼합하고 압출시켜 무기섬유강화 플라스틱을 제조한 다음 패널로 제작한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 열적 안정성이 우수한 건축용 장식마감재는

천연 석재 장식마감용 패널이 천연석의 이면에 기재층으로 부착되되, 그 두께는 1 내지 20 mm 범위 내인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 경량화, 뒤틀림 방지, 재활용의 3가지 관점을 만족할 수 있는 소재를 설계하는데 그 기술적 특징을 갖는다.

상기 3가지 관점은 다음과 같은 3가지 이유로 말미암은 것으로, 우선 천연석 원석 대비 가격 및 중량을 낮추기 위해서는 비중이 적고 충격흡수성이 우수한 플라스틱 소재를 부착한 후 원석을 얇게 켜서 비중이 높은 대리석의 부분을 최소화해야 한다. 그러나, 너무 유연한 플라스틱을 사용할 경우 경도가 높은 대리석을 보강할 수 없기 때문에 얇게 켜는 작업 내지는 얇게 만들어진 대리석을 취급할 때 깨질 위험이 발생하기 때문에 기본적인 강성(모듈러스)를 유지하는 플라스틱을 사용해야 한다.

또한, 대리석에 기재층이 부착될 때 대리석 부분은 얇게 켜진 상태이므로 기재층이 온도에 의해 변형이 많이 발생할 경우 얇은 대리석 또한 기재층의 영향으로 변형이 발생한다. 즉, 온도에 의한 변형이 적은 플라스틱을 설계하여야 한다.

마지막으로, 재활용 가능한 소재를 사용함으로써 폐기 후 다시 사용가능한 친환경적인 소재를 적용하면 건축 폐자재에 대한 경제적, 환경적 이익을 얻을 수 있기 때문에 이를 만족할 소재를 접목하여야 한다.

이 같은 점을 함께 감안하여 본 발명에서는 열가소성 50 내지 95 wt%와 무기 섬유 5 내지 50 wt%를 혼합하고 압출시켜 무기섬유강화 플라스틱을 제조한 다음 패널로 제작한 것을 특징으로 하는 천연 석재 장식마감용 패널을 제조하는 방법을 제공한다.

이때, 상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리스티렌(PS), 폴리페닐렌옥사이드(PPO)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

또한, 상기 무기질 단섬유는 용도 및 가공성에 따라 0.1 내지 50 mm 길이의 유리섬유 또는 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 패널은 열가소성 수지와 무기계 섬유가 단섬유 형태로 혼합된 상태이며, 패널 상에는 한 면 또는 양 면에 돌출되도록 패널의 상하 방향으로 리브(rib)를 형성하여 허니콤 형상 혹은 중공을 갖는 반복된 사각 판재 형상을 이루거나 혹은 중공 형태를 유지하는 것이 뒤틀림을 최소화 혹은 방지할 수 있어 바람직하다.

이같이 하여 제조된 패널은 본 발명에서 사용되는 바와 같이, 천연 석재 장식마감재에 대한 기재층으로 사용가능할 뿐 아니라 필요에 따라서는 목재 등 기타 장식마감재에 대한 기재층으로도 사용가능한 것이다.

상기 천연 석재 장식마감용 패널을 천연석의 이면에 기재층으로 부착하되, 그 두께는 1 내지 20 mm 범위 내인 것이 다양한 적용 가능성 측면을 감안할 때 바람직하다.

나아가 이때 사용되는 천연 석재는 이에 한정하는 것은 아니나, 0.1 내지 10 mm 두께의 대리석 또는 화강석을 사용하는 것이 경량화 측면을 감안할 때 바람직하다.

또한, 상기 천연 석재는 패널을 부착하기 이전 혹은 부착한 다음 두께 가공한 것으로, 이 같은 두께 가공을 위하여는 석재 가공용 톱날을 사용하여 약 3 mm 이상 얇게 켠 다음 연마하여 소정의 최종 두께가 되도록 가공하게 된다.

또한, 상기 천연 석재 장식마감용 패널은 우레탄, 에폭시의 유성계 또는 수성계 접착제 단독으로 사용할 수도 있으며, 필요에 따라서는 망상 형태 등의 보강재를 삽입하여 보강 효과 및 접착 효과를 추가로 부여할 수 있는 섬유 또는 필름 등이 삽입될 수 있다.

보다 구체적으로는, 열가소성 수지인 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리페닐렌옥사이드(PPO) 등과 같은 수지를 압출기를 활용하여 압출기 안에서 용융시키는 과정에서 유리섬유, 탄소섬유와 같은 열수축이 적은 무기계 섬유(31)을 5 wt% 이상 투입하여 압출기 안에서 서로 혼합시킨 후 무기계 섬유(31)와 열가소성 수지(32)가 혼합된 원료는 다이를 통하여 배출시킨 후 배출된 원료를 식기 전에 일정한 모양의 금형에 투입하여 프레스하고, 열을 제거하여 패널(30)을 제조한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 특정 형상을 갖는 무기섬유강화 열가소성 판넬을 대리석 원석과 우레탄 및 에폭시 등의 접착제(20)를 활용하여 접착하여 고정시킨 후 원하는 대리석 두께로 석재용 톱을 이용하여 켜 내어 대리석과 같은 천연석 석재 부분(10)을 최소화한 다음 최종 두께를 맞추기 위하여 연마를 하여 완성한다. 판넬 기재에 붙은 얇은 석재를 제외한 나머지 원석도 동일한 작업을 반복함에 의해 다른 판넬에 부착되어 다른 완제품으로 만들어진다.

이 같이 하여 수득된 건축용 장식마감재는 열적 안정성이 우수한 것으로, 하기 실시 예에서 규명된 바와 같이, 80 ℃의 오븐 하에 치수안정성과 뒤틀림 테스테를 수행한 결과, 모두 탁월한 결과를 보이는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 본 발명에 의하여 형성될 수 있는 장식 마감재의 여러 가지 타입들을 도 1 내지 3에 단면도로서 도시하였다. 즉, 도 1에서 보듯이, 천연 석재(10)의 이면에는 접착층(20)이 존재하며, 그 하부에는 지지층(backing 층)으로서 열가소성 복합 기재층(30)이 형성될 수 있다. 이때 상기 열가소성 복합 기재층(30)은 무기 단섬유(31)와 열가소성 수지(32) 및 사각 형상의 상하 양면으로 모두 돌출된 리브(33)로 이루어진다.

또한, 도 2는 기재층(30)상에 별도의 리브(33)를 형성하지 않은 건축용 장식마감재의 경우를 도시하고 있으며, 도 3은 도 1에서와 같이 리브(33)를 기재층(30) 상에 형성하되, 상하 양면으로 돌출됨없이 중공 부분을 갖는 사각 판재 형상을 갖추도록 한 경우를 도시한 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 열가소성 수지의 열 변형을 최소화하기 위하여 무기 섬유 단섬유를 열가소성 수지와 혼합한 다음 리브를 형성하여 최적의 뒤틀림 방지 구조로 설계한 뒤 천연 석재와 접합함으로써 고 중량의 천연 석재를 경량화하면서 일반 열가소성 수지의 심한 열적 변화(뒤틀림)을 상당 부분 해소하여 천연 석재와의 부착시에도 변형이 적은 탁월한 효과를 보였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리브가 기재층의 상하면 모두로 돌출된 형태를 갖는 장식마감재의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리브가 형성되지 않은 장식마감재의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 리브가 기재층 내부에 상하 방향으로 형성되어 허니콤 형태를 이루는 장식마감재의 단면을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 예시한다. 그러나 하기 본 발명의 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것으로 이해되는 것은 아니다.

실시예

도 1에 도시된 단면도의 구성을 참조하여, 우선 기재로 폴리프로필렌(PP) 60 wt%을 압출기에 투입하여 용융시키고, 스크류를 이용하여 압출기 내부에서 이동시킨 후 압출기 내부로 길이가 약 3 mm인 유리섬유 40 wt%를 투입하여 폴리프로필렌 및 유리섬유 혼합 원료를 제조하였다.

상기 혼합 원료를 도 1에 도시된 바와 같이, 모양은 사각 무늬의 리브(Rib)가 돌출된 형태를 갖는 판넬 형상의 금형에 투입하고 압압하여 기재를 생산하였다. 이렇게 생산된 기재는 우레탄 및 에폭시 접착제를 활용하여 20 mm 두께의 천연 대리석 원석과 기재 각각에 도포한 다음 합판 후 약 5 ton의 힘으로 가로 600, 세로 1200mm의 제품에 가압하고 상온에서 약 6시간 경화하였다.

그런 다음 석재 부분을 석재용 가공 톱날을 사용하여 약 3 mm 이상 얇게 켠 후 연마하여 최종 두께 3 mm 로 가공하였다. 완성된 제품은 시험 테스트를 위한 시편으로 재단 가공하여 물성을 측정하였다.

비교예 1

20 mm 두께의 천연 대리석 원석을 시험 테스트를 위한 시편으로 재단 가공하여 물성을 측정하였다.

비교예 2

상기 실시예와 동일한 규격의 천연대리석 이면에 유리 단섬유가 첨가되지 않은 폴리에틸렌 성분의 열가소성 수지 단독으로 동일하게 제작된 판넬을 접착층으로 고정시킨 다음 유리섬유 직물을 접착층으로 추가 고정시켰다(실용신안 공보 제20-0185870호 구조 참조).

그런 다음 석재 부분을 석재용 가공 톱날을 사용하여 약 3 mm 이상 얇게 켠 후 연마하여 최종 두께 3 mm 로 가공하였다. 완성된 제품은 시험 테스트를 위한 시편으로 재단 가공하여 물성을 측정하였다.

시험예

상기 실시예와 비교예 1,2의 중량 및 80 ℃의 오븐을 통과한 후의 치수 변화 및 뒤틀림 특성에 대하여 관찰하고 그 결과를 하기 표 1에 함께 정리하였다.

-치수 안정성 테스트: 80 ℃의 오븐에 시편을 넣고 반응 초 및 1일 경과 후 길이 변화량을 버니어켈리퍼스를 사용하여 측정하고 늘어난 길이(ΔL)를 전체 길이

대비 %로 표기하였다.

-뒤틀림 테스트 : 80 ℃의 오븐에 시편을 넣고 반응 초 및 1일 경과 후 뒤틀림 정도(Δt)를 버니어켈리퍼스를 사용하여 mm 단위로 표기하였다.

항목	단위	실시예	비교예 1	비교예 2
천연석재 두께	Mm	10	20	10
중량	Kg/m2	15	60	15
치수 안정성	%	0.04	0.02	1.25
뒤틀림성	Mm	2.50	1.12	10.50

상기 표 1에서 보듯이, 본 발명에 따라 제조된 건축용 장식마감재(실시예)와 천연 대리석 단독(비교예 1)을 대비하면 우선 중량에 있어 1/4 정도로 경량화가 가능할 뿐 아니라 합판되는 천연대리석의 두께도 1/2로 줄어 시공시 용이하고 경제적일 뿐 아니라 치수 안정성 및 뒤틀림성에 있어 모두 2배 정도 우수한 효과를 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 건축용 장식마감재(실시예)와 유리섬유를 기재층(30) 내에 포함하지 않고 별도의 층으로 형성한 경우(비교예 2)를 대비하면 중량 및 사용되는 천연대리석의 두께는 동일하지만 본 발명의 경우 제작 공정이 단축될 뿐 아니라 뒤틀림성에 있어 현저한 개선 효과를 확인할 수 있었다. 이는 비교예 2와 같이 석재 하부에 열가소성 플라스틱 단독을 접합하게 되면 대리석과 플라스틱의 열팽창계수의 차이로 뒤틀림 발생이 불가피한 것으로, 본 발명에서는 이를 개선한 효과가 탁월한 것이다.

10: 천연석 표면층(천연 대리석, 천연 화강석 등)
20: 접착층
30: 열가소성 복합 기재층(Backing 층)
31: 무기 단섬유(Inorganic Chop Fiber)
32: 열가소성 수지
33: 리브(Rib)

Claims (8)

1. 열가소성 수지 50 내지 95 wt%와 무기 섬유 5 내지 50 wt%를 혼합하고 압출시켜 무기섬유강화 플라스틱을 제조한 다음 패널로 제작한 것을 특징으로 하는
   천연 석재 장식마감용 패널의 제조 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS) 및 폴리페닐렌옥사이드(PPO)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
   천연 석재 장식마감용 패널의 제조 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 무기질 단섬유는 0.1 내지 50 mm 길이의 유리섬유 또는 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는
   천연 석재 장식마감용 패널의 제조방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 패널 상에는 한 면 또는 양면에 돌출되도록 패널의 상하 방향으로 리브(rib)를 형성하여 허니콤 형상 혹은 사각 판재 형상을 이루는 것을 특징으로 하는
   천연 석재 장식마감용 패널.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 의해 제조된 천연 석재 장식마감용 패널.
   
6. 제 5 항의 천연 석재 장식마감용 패널이 천연석의 이면에 기재층으로 부착되되, 그 두께는 1 내지 20 mm 범위 내인 것을 특징으로 하는
   열적 안정성이 우수한 건축용 장식마감재.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 천연 석재는 0.1 내지 10 mm 두께의 대리석 또는 화강석인 것을 특징으로 하는
   열적 안정성이 우수한 건축용 장식마감재.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 천연 석재 장식마감용 패널은 우레탄, 에폭시의 유성계 또는 수성계 접착제 단독 혹은 섬유망 보강소재를 삽입한 형태의 접착제를 사용하여 부착되는 것을 특징으로 하는
   열적 안정성이 우수한 건축용 장식마감재.

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