KR20160123692A - 복합기능성을 가지는 친환경 기능성 세라믹 타일 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타일의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음이온 및 원적외선을 균일하게 방출하며 항균·항곰팡이 억제효과, 각종 음식물 쓰레기 및 화장실 악취 등의 냄새를 탈취하는 효과, 화학유해물질의 흡착, 흡·방습의 다양한 기능성을 가지는 타일 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 기능성 타일의 제조방법은 불석, 맥반석, 고령토, 티탄, 전기석, 화산석 분말 등의 각 원료를 분쇄하여 혼합하는 제 1단계와, 혼합된 원료를 성형하기 좋은 구상의 미립자로 만드는 제 2단계와, 미립자로 만들어진 원료를 가압 성형하는 제 3단계와, 성형된 타일을 건조하며 소성하는 제 4단계를 거쳐 완성된다. 따라서 본 발명에 따라 만들어진 기능성 타일은 건강에 유익하고 생활공간을 쾌적하게 할 수 있다.

Description

복합기능성을 가지는 친환경 기능성 세라믹 타일 제조방법 {Eco-friendly multi-functional ceramic tile manufacturing method}

본 발명은 친환경 기능성 타일에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음이온 및 원적외선을 균일하게 방출하며 항균·항곰팡이 억제 효과, 각종 음식물 쓰레기 및 화장실 악취 등의 냄새를 탈취하는 효과, 화학유해물질의 흡착, 흡·방습의 다양한 기능성을 가지는 타일 제조방법에 관한 것이다.

최근 건축물의 초고층화, 고단열 및 고기밀화로 인해 실내공기를 외부 공기와 강제로 환기시키지 않는 이상 실내 공기의 질은 저하될 수밖에 없는 실정이다. 특히, 여름철 높은 실내습도로 인해 거실 창이나 실내의 구석진 벽에 결로가 발생하고, 그로 인해 곰팡이, 진드기 등이 발생하여 호흡기 질환 및 아토피 등의 발생을 유발하는 문제가 발생하고 있다. 또한, 각종 건축재자재로부터 발생하는 VOC, 포름알데히드 가스로 인해 새집증후군 또는 새빌딩증후군이 발생하여 심각한 사회문제로 대두되고 있다.

또한 일반적인 내장 및 바닥타일은 시멘트, 석회석 등의 타일 소지로 이루어진 타일위에 장석, 고령토, 카올린, 석회석, 규석 등으로 이루어진 유약을 입힌 후 고온에서 소성되어 제조되는데 이렇게 제조된 일반적인 타일은 내장 및 바닥에 시공될 때 타일이 가지는 기능 이외는 다른 기능을 갖지 못하고 있으며 불순물이 많은 합성원료로 만들어져 건강을 위협하고 있다.

이러한 문제를 해결하고자, 불석, 맥반석, 고령토, 티탄, 전기석, 화산석 등 천연기능성 광물의 분말을 이용하며 고온의 온도로 소성하는 과정을 거쳐 유해물질로부터 안전한 제품을 생산하며 또한 유해가스 등을 흡착해서 제거하고, 습도가 높을 때에는 습기를 빨아들여서 실내 습도를 낮추었다가 건조해지면 흡수한 수분을 내보내서 습도를 높여줄 수 있는 다양한 기능성을 가지는 제품의 개발 필요성이 높아지고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 기술개발의 필요성에 따라 창출된 것으로서, 음이온 및 원적외선을 균일하게 방출하며 항균·항곰팡이 억제효과, 각종 음식물 쓰레기 및 화장실 악취 등의 냄새를 탈취하는 효과, 화학유해물질의 흡착, 흡·방습의 다양한 기능성을 가지는 타일을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 발명은 미립자의 타일원료를 개발함에 따라 기능을 유지하면서 강도가 높은 타일을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 발명은 미립자의 타일원료를 개발함에 따라 뒤틀림, 변형을 방지하는데 그 목적이 있다.

또한 발명은 건조와 소성을 한 구간에서 마치면서 제조비용을 절감하고 생산성을 높이는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 복합기능성을 가지는 친환경 기능성 세라믹 타일을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 불석, 맥반석, 고령토, 티탄, 전기석, 화산석 분말을 혼합하는 제 1단계; 상기 혼합된 원료를 하나의 구조로 만들기 위한 습식 분쇄하는 제 2단계; 상기 습식 분쇄된 원료를 타일재료 분말로 제조하는 제 3단계; 상기 타일재료 분말을 고압프레스로 가압 성형하는 제 4단계, 상기 성형된 타일을 건조 및 소성하는 제 4단계를 포함하는 복합기능성 친환경 타일 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 복합 기능성 친환경 세라믹 타일은 기존에 사용되어 온 타일에 비해 월등히 우수한 기능을 가지는 기능성 타일로 사용될 수 있으며, 습도 조절, 항균, 탈취, 음이온, 원적외선 등의 기능이 우수한 복합 기능성 친환경 세라믹타일로 인해 건강에 유익하고 생활공간을 쾌적하게 할 수 있다.

이하 본 발명에 의한 복합기능성을 가지는 친환경 기능성 세라믹타일 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다

1)불석, 맥반석, 고령토, 티탄, 전기석, 화산석 분말을 혼합하는 단계

2)혼합된 원료를 하나의 구조로 만드는 습식 분쇄하는 단계

3)습식 분쇄된 원료를 미립자 타일재료 분말로 제조하는 단계

4)미립자 타일재료 분말을 고압프레스로 가압 성형하는 단계

5)성형된 타일을 건조 및 소성하는 단계

본 발명 복합기능성 친환경 세라믹 타일의 제조방법을 각 단계별로 설명한다.

혼합단계

복합기능성을 가지는 친환경 세라믹타일을 발명을 위한 각기 다른 특성의 원료를 배합하는 단계이다.

원료 혼합 비율은 불석 10내지 30 중량부, 맥반석 10 내지 30 중량부, 고령토 10내지 30중량부, 티탄 5 내지 15중량부, 전기석 5내지 15 중량부, 화산석 20내지 35 중량부의 비율로 혼합한다.

혼합되는 각 원료들은 각기 다른 특성을 지닌다.

10내지 30중량부의 비율을 가지는 불석은 크지도 않고 그렇다고 아주작지도 않은 메소다공체(5-20um)로써 열을 가하면 결정수가 날아가 비교적 알칼리 성분이 용융되어 발포하면서 다공질로 변하며 물리적인 흡착에 의한 분자운동의 자유감소로 인하여 흡착이온, 교환촉매를 일으키며 인공적으로 Si/Al의 혼합비를 조절해줌으로써 친수성이나 소수성으로도 조절이 가능하며 이온교환이 이루어지며 공기층을 떠다니다가 수분을 만나면 삼원촉매를 일으켜 환원 반응을 촉진시킨다. 고상이온교환의 경우는 액상이온교환 때와는 달리 대용량의 염류수용액이 필요치 않고 폐수처리가 필요치 않으며 수용액 중 이온교환 때 보다 큰 이온반경에 접근할 수 없는 작은 세공에 붙어서 이온교환이 가능하다. 세공내에 존재하는 전장구배에 의한 반응물의 분극, 이상전자 값 또는 극성중간체의 안정화, 흡착에 의한 반응물의 농축효과 작용으로 인하여 촉매현상이 일어남.

10내지 30중량부의 비율을 가지는 맥반석은 고대 중국에서 붙여진 약석명으로 주로 안산반암과 석영반암을 지층하며 염기성 반토규산염과 규장질 반토규산염 광물이 혼합된 극미세 다공질 암석으로 물이나 공기와 접촉하게 되면 공기분자를 매체로 하여 공기 중 전기 이중층이 형성되어 양이온 대전에 의하여 중금속을 끌어들여 흡착에 의해서 제거가 가능하다. 또한 열을 받았을 때 방출하는 원적외선(4um-14um)의 선택적 방사기능과 세공내외의 표면 음이온의 흡착기능 및 이온 교환 능력이 이루어진다. 대기중에서 강한 이온 교환능력과 표면전자에 의한 흡착, 탈취, 멸균기능과 물속에서는 표면전자에 대한 정수처리 기능이 있다. 미세공공은 흡착, 투과, 확산, 고상반응 및 물과 같은 극성물질의 팽창과 수축력을 부과하는 기능이 있으며, 인체에 있어서는 원적외선 방사에 의한 원적외선 파장의 체내침투로 세포를 자극하여 세포활성화와 각종 세균흡착에 의한 멸균기능이 있다. 맥반석을 미분체하면 비표면적이 기하급수적으로 일어나 비표면서 증가에 따른 기능성이 기하급수적으로 향상된다.

10내지 30중량부의 비율을 가지는 고령토(황토)는 주로 향균, 항곰팡이 제거에 쓰인다 OH염기가 붙어있으므로 염기성이기 때문에 강력한 환원작용이 있으므로 토질개량(중화), 강이나 바다의 양이온성 조류(적조 및 청조)퇴치, 세균(양이온) 멸균 및 예방, 새집증후군 방지에 의한 주거환경 개선(주로 향군, 항곰팡이)등에 효과가 있다. 웰빙 소재로써 반토규산착 음이온에 의한 양이온 교환능력이 있으며, 광물표면은 (-)이온이 우세함으로 양이온 교환현상이 나타나며, 분산과 응집능력을 가지고 있다.

5내지 15중량부의 비율을 가지는 티탄은 광촉매의 작용으로 유기물과 암모니아 등을 분해한다. 380nm이하의 자외선을 흡수했을 때 반응이 진행되어 유해한 휘발성 화합물(VOCs) 세균, 바이러스의 산화분해 및 산화제거(Nox, SOx)효과를 나타내며 빛이 산화티탄에 흡수되면 2개의 전자(e-)와 정공(h+)케리어가 생성되어 정화(유기물, 오염, 냄새), 분해, 살균에 작용이 있다.

5내지 15중량부의 비율을 가지는 전기석은 분극화하여 표면전자로 대전되는 음이온을 이용, 물분자중 불순성분을 흡착해낸다. 전기석은 실온이나 체온과 같이 약간의 열만 받아도 원저고이선 범주(4um-14um)의 전자파를 발생한다. 이러한 성질을 이용하여 피부내에 세포활성화에 도움을 주며 신진대사와 피로감을 없애주는가 하면 피부를 윤택하게 만들어준다. 환원력이 있는 표면전자가 대전이 되어 있으므로 산화 환원 전위차를 발생시키고 용존을 증가시킨다. 가열만해도 전기를 띠며 끌어당기는 힘이 강하다.

20내지 35중량부의 비율을 가지는 화산석은 화산 분출물중 비교적 다공질이 많은 현무암의 암괴로서 색상은 암질에 따라 다르고 천연상태에서 원적외선 방사, 탈취율, 항균 곰팡이의 대장균을 퇴치하는 성능을 가졌다.

분쇄단계

혼합된 원료를 물과 1:0.8의 비율로 혼합한 후 내부가 알루미나질로 만들어진 볼밀에서 36시간 밀링하는 단계이다. 이 습식분쇄를 하는 이유는 각기 다른 성질과 크기를 가진 광물들을 기계적인 힘을 가함으로써 보다 작고 고른 세라믹 원료를 가공하기 위함이다.

미립자 분말 생산 단계

습식분쇄단계를 거친 원료를 구상의 미립자 분말로 만드는 단계이다.

만들어지는 과정은 습식분쇄된 액상의 타일 원료를 분무하여, 미세한 Droplet 형태로 만든 후, 뜨거운 건조 가스를 이용하여 액상에 포함하고 있던 물(수분)을 증발시켜서 분말을 만들어 내는 과정을 거친다. 장치에 사용되는 노즐은 10-180um 입자 크기를 가지는 Droplet를 만들 수 있는 것을 사용하며 Hallow 속이 빈 구형의 형태(20-50um)을 특징으로 하는 미립자 분말을 생산한다. 이 Hallow 속이 빈 구형의 형태의 미립자 분말이 만들어져야 고압 성형시에 원료간의 결합력이 높아져 제품의 품질을 높여줄 수 있으며 생산시에 불량률 또한 낮추어 줄 수 있기에 매우 중요한 단계이다.

미립자 분말 생산 단계에서 만들어진 속이 빈 구형의 형태의 미립자 분말의 모습을 아래 사진1에 첨부하였다

사진1

고압 성형 단계

이어서, 구형의 형태의 미립자 분말을 프레스 및 금형 등을 이용하여 가압 성형을 한다. 이때 압력이 너무 낮으면 성형 강도가 낮아서 후속 공정의 진행이 어려워지고, 성형 압력이 너무 높으면 타일 내의 미세 기공의 양이 줄어들어 타일의 기능성이 떨어진다. 따라서, 상기 프레스를 이용한 가압성형은 100내지 5000kgf/㎠ 압력으로 수행됨이 바람직하며, 그에 생산된 타일의 미세기공을 보면 아래 사진2와 같다. 또한, 금형을 이용하여 가압성형을 하는 경우에 금형을 다양한 모양으로 디자인하면 다양한 문양 및 크기의 타일을 제작할 수 있다.

사진2

건조 소성 단계

상기 성형단계를 통해 압축 성형된 혼합물을 건조와 소성단계를 거친다.

일반적으로 타일 생산시에는 건조단계와 소성단계를 분리하여 생산을 하고 있으나 자사만의 기술력으로 건조와 소성을 함께 진행하여 생산성 및 비용절감의 효과를 가져온다.

건조와 소성의 온도는 100-1200`C의 온도로 소성한다.

소성단계에서는 건축 내장재의 강도를 증대시키고, 유해불순물을 제거하며, 입자간의 결합력을 강화시키며 자연석 자체에서 발광되는 색상에 영향을 미친다.

아래 사진3은 위 소성단계를 거쳐 생산된 타일을 색상별로 나열한 것이다.

사진3

위의 생산과정에서 제조한 기능성 타일의 시편을 한국건설생활환경연구원에 의뢰하여 음이온방출, 원적외선방사, 항균력, 탈취력을 측정한 결과를 아래에 첨부하였다.

원적외선 방출 시험성적서

실내공기 유해물질 발생 시험성적서

음이온 발생 시험성적서

메틸머캅틴 탈취 능력에 대한 시험성적서

암모니아 탈취 능력에 대한 시험성적서

툴루엔 탈취 능력에 대한 시험성적서

트리메틸아민 탈취 능력에 대한 시험성적서

폼알데히드 탈취 능력에 대한 시험성적서

황화수소 탈취 능력에 대한 시험성적서

향균(대장균, 녹농균, 황색포도상구균)력에 대한 시험성적서

Claims (6)

1. 불석, 맥반석, 고령토, 티탄, 전기석, 화산석 분말을 혼합하는 단계
   상기 혼합된 원료를 하나의 구조로 만드는 습식 분쇄하는 단계
   상기 습식 분쇄된 원료를 미립자 타일재료 분말로 제조하는 단계
   상기 미립자 타일재료 분말을 고압프레스로 가압 성형하는 단계
   상기 성형된 타일을 건조 및 소성하는 단계를 포함하는 기능성 친환경 타일 제조 방법
2. 제 1항에 있어서, 상기 각 원료의 배합 비율은
   불석 10내지 30 중량부, 맥반석 10 내지 30 중량부, 고령토 10내지 30중량부, 티탄 5 내지 15중량부, 전기석 5내지 15 중량부, 화산석 20내지 35 중량부를 특징으로 하는 친환경 기능성 세라믹 타일의 제조 방법
3. 제 1항에 있어서, 상기 혼합된 원료를 습식 분쇄하는 단계는
   내부가 알루미나로 만들어진 볼밀에서 36시간 밀링하는 것을 특징하는 하는 친환경 기능성 세라믹 타일의 제조 방법
4. 제 1항에 있어서, 상기 혼합된 원료를 성형하기 좋은 구상의 미립자 분말(20-50um)을 특징으로 하는 친환경 기능성 세라믹 타일의 제조 방법
5. 제 1항에 있어서, 상기 가압 성형은
   미립자 분말을 프레스 및 금형 중 어느 하나를 이용하여 100 kgf/㎠ 내지 5000kgf/㎠ 압력으로 수행하는 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 세라믹 타일의 제조 방법
6. 제 1항에 있어서, 상기 건조 및 소성은,
   성형된 타일을 100`C 내지 550`C의 온도에서 수분 0.8% 이하로 하는 것을 특징으로 하며 1200`C의 온도에서 정형되는 것을 특징으로 하는 친환경 기능성 세라믹 타일의 제조 방법