KR20150047051A - 모려분을 함유한 세라믹 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
모려분을 함유한 세라믹 제조방법이 개시된다. 본 발명의 모려분을 함유한 세라믹 제조방법은 a) 굴껍질을 세척하여 굴껍질에 붙은 불순물과 소금기를 제거하고, 불순물이 제거된 자리에 기공이 형성되도록 세척된 굴껍질을 1150 - 1250℃로 가열하여 굴껍질 내에 함유된 불순물을 제거하고 300메쉬의 입자로 분쇄하여 모려분을 얻는 단계; b) 상기 a) 단계로부터 얻어진 모려분 10 - 30중량%, 성형 원료로서 점토, 도석 및 황토 분말 30 - 40중량%. 세라믹 원료로서 맥반석, 규석 및 장석의 분말 40 - 50중량%를 혼합하되, 수분함량이 5 - 15%가 되도록 혼합하는 혼합물을 제조하는 단계; c) 상기 b)단계에서 제조된 혼합물을 소정의 형상으로 성형하는 단계; 및 d) 상기 c)단계에서 성형된 성형물을 950 - 1100℃로 소성하여 다공성 세라믹을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 수산폐기물인 굴껍질을 건축 자래로서 세라믹으로 재활용 할 수 있음으로써, 굴껍질의 폐기처리에 소요되는 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 해양 오염을 방지할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 되고, 모려분을 함유한 세라믹으로 건축자재를 제조함으로써, 탈취 및 흡착 기능을 발휘함과 동시에 휘발성유기화합물 등을 제거할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 모려분을 함유한 세라믹 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수산폐기물인 굴껍질로부터 얻은 모려분을 이용하여 다공성 세라믹을 얻을 수 있는 모려분을 함유한 세라믹 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 굴 껍질의 화학적 조성은 95% 이상이 탄산칼슘(CaCO3)으로 이루어져 있으며, 미량의 SiO2 , MgO, Na2O와 같은 무기물로 이루어져 있다. 이러한 굴껍질은 표면적이 불규칙하고 비표면적이 넓어서, 화학물질에 대한 흡착능력이 우수한 물리적 특성을 가지고 있다.
그러나, 이와 같은 굴 껍질은 해안 양식업에서 다량으로 발생되어 대부분이 해안에 야적되어 공유 수면을 매립하면서 연안어장의 오염을 유발할 뿐만 아니라, 악취와 자연경관을 훼손하는 등의 환경문제를 초래하고 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로, 다수의 선행기술이 개시되어 있다.
대한민국 등록특허 제10-1203696호(공고일자 : 2012.101.21)에는 패각을 이용한 수처리용 세라믹 여재와 이의 제조방법이 개시되어 있다.
대한민국 공개특허 제1997-10700호(공개일자 : 1997.03.27)에는 패각을 주원료로 하여 습식법 및 수열법을 이용한 기능성 세라믹분말의 제조방법이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 종래기술들은, 단순히 모려분을 분쇄한 후 이를 다른 첨가물들과 혼합하여 소성하고 있었기 때문에, 흡착성능이 저하되는 문제점이 있었고, 소성시에 표면이 자기(磁器)질화 되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 매년 30만톤이 발생하는 굴껍질을 효과적으로 처리하여 재활용할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, a) 굴껍질을 세척하여 굴껍질에 붙은 불순물과 소금기를 제거하고, 불순물이 제거된 자리에 기공이 형성되도록 세척된 굴껍질을 1150 - 1250℃로 가열하여 굴껍질 내에 함유된 불순물을 제거하고 300메쉬의 입자로 분쇄하여 모려분을 얻는 단계; b) 상기 a) 단계로부터 얻어진 모려분 10 - 30중량%, 성형 원료로서 점토,도석 및 황토 분말 30 - 40중량%. 세라믹 원료로서 맥반석, 규석 및 장석의 분말 40 - 50중량%를 혼합하되, 수분함량이 5 - 15%가 되도록 혼합하는 혼합물을 제조하는 단계; c) 상기 b)단계에서 제조된 혼합물을 소정의 형상으로 성형하는 단계; 및 d) 상기 c)단계에서 성형된 성형물을 950 - 1100℃로 소성하여 다공성 세라믹을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모려분을 함유한 세라믹 제조방법에 의해 달성된다.
상기 b)단계는, 상기 혼합물 제조시에, 상기 모려분을 70℃의 온수에 용해시킨 용해수와 상기 성형 원료 및 세라믹 원료를 혼합할 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 일, 바닥재, 건축내장재를 포함하는 건축자재, 식품 보존재, 화훼 습식박스 또는 저온창고 내장재를 포함하는 건축자재를 제조하기 위한 것으로서, 전술한 모려분을 함유한 세라믹 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 모려분을 함유한 세라믹에 의해 달성된다.
본 발명에 의하면, 수산폐기물인 굴껍질을 건축 자래로서 세라믹으로 재활용 할 수 있음으로써, 굴껍질의 폐기처리에 소요되는 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 해양 오염을 방지할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
또한, 모려분을 함유한 세라믹으로 건축자재를 제조함으로써, 탈취 및 흡착 기능을 발휘함과 동시에 휘발성유기화합물 등을 제거할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2a,2b는 본 발발명에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법으로 제조된 세라믹을 이용하여 타일을 제조하고, 이 타일의 원적외선 방사능과 방사에너지를 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 복사능과 본 발발명에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법으로 제조된 세라믹을 이용하여 타일을 제조하고, 이 타일의 가스 탈취 시험결과를 도시한 그래프이다.
도 2a,2b는 본 발발명에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법으로 제조된 세라믹을 이용하여 타일을 제조하고, 이 타일의 원적외선 방사능과 방사에너지를 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 복사능과 본 발발명에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법으로 제조된 세라믹을 이용하여 타일을 제조하고, 이 타일의 가스 탈취 시험결과를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법을 설명하기 위한 블럭도이고, 도 2a,2b는 본 발발명에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법으로 제조된 세라믹을 이용하여 타일을 제조하고, 이 타일의 원적외선 방사능과 방사에너지를 측정한 결과를 도시한 그래프이며, 도 3은 복사능과 본 발발명에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법으로 제조된 세라믹을 이용하여 타일을 제조하고, 이 타일의 가스 탈취 시험결과를 도시한 그래프이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법은, 굴껍질을 이용하여 모려분을 제조하는 모려분 제조단계(S1)와, 모려분과 성형원료 및 세라믹 원료를 혼합하여 혼합물을 제조하는 혼합물 제조단계(S2)와, 혼합물을 제품으로 성형하는 성형단계(S3)와, 성형된 제품을 소성하는 소성단계(S4)로 이루어진다.
이를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
모려분 제조단계(S1)
굴껍질을 가공하여 미세한 분말 형태로 제조하는 단계로서, 굴껍질을 세척하여 굴껍질에 붙은 불순물과 소금기를 제거한다. 그리고, 불순물이 제거된 자리에 기공이 형성되도록 세척된 굴껍질을 1150 - 1250℃로 가열하여 굴껍질 내에 함유된 불순물을 제거한다. 즉 굴껍질을 1150 - 1250℃로 가열하게 되면, 굴껍질 내부의 불순물이나 유기물질이 고온에 의해 제거되고, 그 자리에 기공이 형성되어 다공질화 된다.
이와 같이 굴껍질을 1150 - 1250℃로 가열하는 것은, 굴껍질에 존재하는 불순물, 즉 유기물의 태워 제거하기 위한 것으로, 불순물이 제거된 자리에 기공이 ㅎ형성됨은 물론, CaCO₃성분 중에서 소정과정을 통하여 CO₂가 분해되므로, 굴껍질의 미세 분쇄가 가능하게 된다.
이때, 굴껍질을 1150℃ 이하로 가열하게 되면 CO₂가 분해가 원활하게 이루지지 않고, 1250℃ 이상의 고온으로 가열하게 되면, 필요 성분까지 탄화되므로 1200℃ 로 가열하는 것이 바람직하다.
굴껍질을 전술한 온도로 가열한 후 분쇄하되, 300메쉬의 입자로 분쇄한다. 이는 굴껍질을 미세화시킬수록 다공질이 극대화되기 때문이며, 성형 원료 및 세라믹 원료와의 혼합이 용이하기 때문이다. 만약, 300메쉬 이하의 입자로 분쇄될 경우에는 타 원료와의 혼합이 원활하지 못하고, 300메쉬 이상의 입자로 분쇄될 경우에, 타 원료와의 혼합은 원활하나, 미세한 분쇄 작업에 많은 어려움과 비용이 증가 되된다.
혼합물 제조단계(S2)
혼합물 제조단계는, 전술한 모려분 제조단계로부터 제조된 모려분 10 - 30중량%와, 성형 원료로서 점토, 도석 및 황토 분말 30 - 40중량%와, 세라믹 원료로서 맥반석, 규석 및 장석의 분말 40 - 50중량%를 교반기에 투입한 후 골고루 교반하는 단계이다. 즉, 모려분 만으로는 특정 제품으로 성형할 수 없기 때문에 성형을 위한 원료 및 세라믹 원료를 혼합하는 것이다.
각각의 원료는 다음과 같은 특징을 갖는다.
성형 원료로서 점토는, 분말형태로서 비가소성 원료인 모려분, 규석, 장석, 맥반석 등을 혼합할 때 점력을 부여하기 위한 것이다. 즉, 성형성을 갖도록 하기 위한 것이다.
도석은, 점토와 같은 기능을 보충하기 위하여 사용되는 것으로, 분말 형태로 사용된다.
황토는, 다공질 재료로서 탈취효과의 향상 및 원적외선 방사 향상을 위해서 사용되는 것으로, 분말 형태로 된다.
이와 같은 성형 원료로서, 점토와 도석 및 황토는, 다음과 같이 첨가된다. 성형 원료 100중량%를 기준으로, 점토 60중량%, 황토 30중량%, 도석 20중량%를 첨가한다. 여기서, 점토가 60중량% 이상, 도석이 20중량% 이상으로 첨가될 경우에, 황토의 첨가량이 줄어들게 되어 황토가 갖는 기능을 기대할 수 없다.
한편, 세라믹 원료로서, 맥반석은, 1㎠ 당 5 - 10만개의 구멍이 형성된 다층다공질로서 비표면적이 넓어 오염물질, 중금속의 흡착 및 분해 작용을 하는 것으로, 황토의 보조 기능을 하는 원료로서 사용된다. 즉, 맥반석은 탈취 및 흡착율을 향상시키기 위한 목적으로 분말 형태로 사용된다.
규석은, 성형물의 밴딩상태를 조절하기 위한 것으로, 분말 형태로 사용된다.
장석은, 원료를 저온소성 할 때 강도 약화를 개선하기 위한 것이다.
이러한 세라믹 원료인 맥반석과 규석, 장석 등은, 다음과 같이 첨가된다. 세라믹 원료 100중량%를 기준으로, 장석 60중량%, 맥반석 30중량%, 규석 20중량%를 첨가한다.
이와 같은 성형 원료와 세라믹 원료 및 모려분을 교반기에 넣어 혼합하되, 혼합물 100을 기준으로, 수분함량이 5- 15%가 되도록 수분을 첨가한다. 이와 같이 수분을 첨가하는 것은 성형성을 높이기 위한 것으로, 5% 이하로 첨가할 경우에, 성형성이 저하되고, 15% 이상으로 첨가될 경우에, 반죽이 질게 되어 취급이 곤란하게 된다. 바람직하게는 10%를 첨가한다.
이때, 혼합물을 혼합할 때, 여과된 물을 첨가할 수도 있으나, 본 실시예에서는, 혼합물 제조시에, 모려분을 70℃의 온수에 용해시킨 용해수를 물로서 첨가할 수도 있다. 즉, 혼합물 100중량%를 기준으로, 모려분 10 - 30중량%를 온수에 용해시키되, 온수의 양은 혼합물 100을 기준으로 10%이고, 이 온수에 모려분을 용해하는 것이다.
이와 같이, 모려분을 온수에 용해시키는 것은, 성형 원료 및 세라믹 원료와의 혼합이 용이하게 이루어지도록 하기 위한 것이다.
성형단계(S3)는, 전술한 과정으로 제조된 혼합물을 소정의 형상으로 성형하는 단계로, 타일, 바닥재, 건축내장재를 포함하는 건축자재, 식품 보존재, 화훼 습식박스 또는 저온창고 내장재으로 성형한다. 물론, 본 실시예에서 언급하지 않은 다양한 형태로 성형될 수 있다. 이때, 전술한 바와 같이, 점토와 도석 및 황토가 첨가되므로 성형이 용이하게 이루어질 수 있다.
세라믹 소성단계(S4)는, 전술한 과정으로 성형된 성형물을 950 - 1100℃의 저온으로 소성하여 다공성 세라믹을 얻는 단계이다. 이때, 성형물을 950℃ 이하로 소성할 경우에, 건자재에서 요구하는 강도를 갖지 못하여 시공시 파손이 쉽게 일어날 수 있다. 1100℃ 이상으로 소성할 경우에는 제품의 표면이 자기화되어 흡착 및 탈취 기능을 하는 기공의 형성을 방해할 수 있다. 따라서 바람직하기로는 1050℃로 소성한다.
이와 같은 과정으로 굴껍질을 이용한 세라믹 및 그 세라믹을 이용한 여러 제품을 제조할 수 있게 된다.
실험예 1
첨부된 도면 중에서, 도 2a,2b에는 본 발발명에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법으로 제조된 세라믹을 이용하여 타일을 제조하고, 이 타일의 원적외선 방사능과 방사에너지를 측정한 결과를 도시한 그래프가 도시되어 있다.
모려분 10중량%, 성형 원료 40중량%. 세라믹 원료 50중량%를 혼합하되, 수분함량이 10%가 되도록 혼합한 혼합물로 제품을 성형한 후 1050℃로 소성한 타일의 원적외선 방사능과 방사에너지를 측정하였다. 측정은 한국원적외선응용평가연구원에서 진행하였으며, 실험은 40℃의 온도에서 진행하였으며, FT-IR 분광 광도계를 이용하였다.
실험결과, 도 2a,2b에 도시된 바와 같이, 방사능은 0.917㎛이고, 방사에너지는 3.69 ×10²W/㎡·㎛ 이었다.
실험예 2
첨부된 도면 중에서, 도 3은 복사능과 본 발발명에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법으로 제조된 세라믹을 이용하여 타일을 제조하고, 이 타일의 가스 탈취 시험결과를 도시한 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 모려분 10중량%, 성형 원료 40중량%. 세라믹 원료 50중량%를 혼합하되, 수분함량이 10%가 되도록 혼합한 혼합물로 제품을 성형한 후 1050℃로 소성한 타일의 탈취성능을 측정하였다. 측정은 한국원적외선응용평가연구원에서 진행하였으며, 사용된 가스는 암모니아이다.
| 시험항목 | 경과시간(분) | blank 농도(ppm) | 시료농도(ppm) | 탈취율(%) |
| 탈취시험 |
초기 | 500 | 500 | - |
| 30 | 490 | 30 | 94 | |
| 60 | 480 | 25 | 95 | |
| 90 | 470 | 20 | 96 | |
| 120 | 460 | 15 | 97 |
위 표 1 및 도 3에서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 제품, 즉 타일의 탈취효과가 우수한 것으로 나타났다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
S1 : 모려분 제조단계 S2 : 혼합물 제조단계
S3 : 성형물 제조단계 S4 : 소정단계
S3 : 성형물 제조단계 S4 : 소정단계
Claims (3)
- a) 굴껍질을 세척하여 굴껍질에 붙은 불순물과 소금기를 제거하고, 불순물이 제거된 자리에 기공이 형성되도록 세척된 굴껍질을 1150 - 1250℃로 가열하여 굴껍질 내에 함유된 불순물을 제거하고 300메쉬의 입자로 분쇄하여 모려분을 얻는 단계;
b) 상기 a) 단계로부터 얻어진 모려분 10 - 30중량%, 성형 원료로서 점토, 도석 및 황토 분말 30 - 40중량%. 세라믹 원료로서 맥반석, 규석 및 장석의 분말 40 - 50중량%를 혼합하되, 수분함량이 5 - 15%가 되도록 혼합하는 혼합물을 제조하는 단계;
c) 상기 b)단계에서 제조된 혼합물을 소정의 형상으로 성형하는 단계; 및
d) 상기 c)단계에서 성형된 성형물을 950 - 1100℃로 소성하여 다공성 세라믹을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
모려분을 함유한 세라믹 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 b)단계는,
상기 혼합물 제조시에, 상기 모려분을 70℃의 온수에 용해시킨 용해수와 가소성 원료 및 비가소성 원료를 혼합하는 것을 특징으로 하는,
모려분을 함유한 세라믹 제조방법. - 타일, 바닥재, 건축내장재를 포함하는 건축자재, 식품 보존재, 화훼 습식박스 또는 저온창고 내장재를 제조하기 위한 것으로서, 상기 제1항 또는 제2항에 따른 모려분을 함유한 세라믹 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 모려분을 함유한 세라믹.
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2013
- 2013-10-23 KR KR1020130126804A patent/KR101571356B1/ko not_active IP Right Cessation
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