KR20180079154A

KR20180079154A - 강화 천연석

Info

Publication number: KR20180079154A
Application number: KR1020170103746A
Authority: KR
Inventors: 배슬기; 김경환; 손창호; 안성진; 이희철
Original assignee: 롯데첨단소재(주)
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2018-07-10
Also published as: KR102141491B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 강화 천연석은 (A) 불포화 폴리에스테르 수지; (B) 실리카 파우더; 및 (C) 지르코늄 파우더를 포함한다.

Description

강화 천연석 {ENGINEERED STONE}

본 발명은 강화 천연석에 관한 것이다.

화강암(Granite)이나 대리석(Marble)과 같은 천연석은 표면의 무늬가 아름다워 예로부터 건축장식재로 사용되어 왔다. 최근에는 고품격 질감을 나타내는 재료로서 각광을 받아 바닥재, 벽체, 싱크대 상판 등의 분야에서 그 수요가 크게 증가되고 있다. 이로 인해 고가의 천연석만으로는 그 수요를 충족할 수 없게 되고, 다양한 종류의 인조석이 개발되었다.

인조석은 크게 일반인조석과 수지계 강화 천연석(일명 "Engineered stone"이라고 함)으로 분류된다. 일반인조석은 아크릴계 또는 불포화 폴리에스테르 베이스수지에 무기충진재, 착색제, 경화제와 같은 각종 첨가제를 첨가하여 제조된다. 수지계 강화천연석은 무기계(실리카계) 천연광물과 바인더수지를 혼합한 컴파운드(compound)를 진동 또는 진공진동으로 압축성형하여 천연석의 질감을 그대로 나타내도록 만든다.

수지계 강화천연석은, 단색으로 제조되거나, 서로 다른 색상의 안료가 각각 첨가된 수지 혼합물을 믹서로 혼합함으로써 다색톤을 갖도록 제조되거나, 또는 칩을 사용하여 천연석 질감을 갖도록 제조된다.

특히, 주로 화강암이나 대리석 같은 천연석의 표면 무늬를 재현한 형태의강화천연석이 개발되었으나 적용 분야가 다양화됨에 따라 이러한 표면 무늬를 갖는 강화천연석 뿐만 아니라 다양한 질감을 표현하면서도 충분한 물리적 강도를 갖는 강화 천연석의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 일 실시예는 내열성, 내후성, 및 강도가 우수하면서도 세라믹 질감을 갖는 강화 천연석을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서는, (A) 불포화 폴리에스테르 수지, (B) 실리카 파우더, 및 (C) 지르코늄 파우더를 포함하는 강화 천연석을 제공한다.

상기 (B) 실리카 파우더: (C) 지르코늄 파우더의 중량비는 1:1 내지 1:2.5일 수 있다.

상기 (C) 지르코늄 파우더의 함량은 강화 천연석 총량에 대해 35 중량% 내지 65 중량%일 수 있다.

상기 (c) 지르코늄 파우더의 평균 입경은 10㎛ 내지 20㎛일 수 있다.

상기 강화 천연석의 표면은 세라믹 질감을 가질 수 있다.

상기 (A) 불포화 폴리에스테르 수지의 함량은 강화 천연석 총량에 대해 8 중량% 내지 18 중량%일 수 있다.

상기 (B) 실리카 파우더의 함량은 강화 천연석 총량에 대해 19 중량% 내지 48 중량%일 수 있다.

상기 (B) 실리카 파우더의 입경은 0 초과 45㎛ 미만일 수 있다.

상기 강화 천연석은 경화제, 경화 촉진제, 및 가교제를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 강화 천연석은 세라믹 질감을 가지면서도 내열성, 내후성, 및 강도면에서 우수한 특성을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 강화 천연석을 육안 관찰한 결과를 나타낸 표이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 강화 천연석에 대해 내열성 평가를 행한 후 육안 관찰한 결과를 나타낸 표이다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

본 명세서에서 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한 화합물 중 적어도 하나의 수소가 C1 내지 C30 알킬기; C1 내지 C10 알킬실릴기; C3 내지 C30 시클로알킬기; C6 내지 C30 아릴기; C2 내지 C30 헤테로아릴기; C1 내지 C10 알콕시기; 플루오로기, 트리플루오로메틸기 등의 C1 내지 C10 트리플루오로알킬기; 또는 시아노기로 치환된 것을 의미한다.

본 명세서에서 "헤테로"란 별도의 정의가 없는 한, 하나의 화합물 또는 치환기 내에 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1개 내지 3개 포함하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다.

본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"란 별도의 정의가 없는 한, 어떠한 알켄기(alkene)나 알킨기(alkyne)를 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기"; 또는 적어도 하나의 알켄기 또는 알킨기를 포함하고 있는 "불포화 알킬(unsaturated alkyl)기"를 모두 포함하는 것을 의미한다. 상기 "알켄기"는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합을 이루고 있는 치환기를 의미하며, "알킨기" 는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중 결합을 이루고 있는 치환기를 의미한다. 상기 알킬기는 분지형, 직쇄형 또는 환형일 수 있다.

상기 알킬기는 C1 내지 C20 알킬기일 수 있으며, 구체적으로 C1 내지 C6 저급 알킬기, C7 내지 C10 중급 알킬기, C11 내지 C20 고급 알킬기일 수 있다.

"방향족"은 환형인 치환기의 모든 원소가 p-오비탈을 가지고 있으며, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 화합물을 의미한다. 구체적인 예로 아릴기와 헤테로아릴기가 있다.

"아릴(aryl)기"는 단일고리 또는 융합고리(즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 복수의 고리) 치환기를 포함한다.

"헤테로아릴(heteroaryl)기"는 아릴기 내에 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다. 상기 헤테로아릴기가 융합고리인 경우, 각각의 고리마다 상기 헤테로 원자를 1개 내지 3개 포함할 수 있다.

본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미한다. 또한 (메타)아크릴산 알킬 에스테르는 아크릴산 알킬 에스테르 또는 메타크릴산 알킬 에스테르를 의미하며, (메타)아크릴산 에스테르는 아크릴산 에스테르 또는 메타크릴산 에스테르를 의미한다.

본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "공중합"이란 블록 공중합, 랜덤 공중합, 그래프트 공중합 또는 교호 공중합을 의미할 수 있고, "공중합체"란 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 그래프트 공중합체 또는 교호 공중합체를 의미할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서는 (A) 불포화 폴리에스테르 수지, (B) 실리카 파우더, 및 (C) 지르코늄 파우더를 포함하는 강화 천연석을 제공한다.

본 발명의 강화 천연석은, 종래의 강화 천연석과는 달리 유백색의 세라믹 질감을 가질 수 있다. 상기 (C) 지르코늄 파우더는 이러한 세라믹 질감을 표현하기 위해 포함되는 구성으로서, 상기 (B) 실리카 파우더와 함께 1:1 내지 1:2.5의 중량비(=(B) 실리카 파우더: (C) 지르코늄 파우더)로 함유될 수 있다.

본 발명의 구체예에서, 상기 강화 천연석은, (A) 불포화 폴리에스테르 수지 8 중량% 내지 18 중량%, (B) 실리카 파우더 19 중량% 내지 48 중량%, 및 (C) 지르코늄 파우더 35 중량% 내지 65 중량%를 포함할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 강화 천연석을 구성하는 각 구성성분에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

(A) 불포화 폴리에스테르 수지

본 발명에서 수지 성분은 강화 천연석의 골격을 형성하는 (B) 실리카 파우더 및 (C) 지르코늄 파우더(이하, 파우더라고 통칭하기도 함)를 감싸고, 가교제와 함께 전체를 결합하는 역할을 하며, 강화 천연석이 형성되었을 때 탄성 혹은 인장강도를 부여하는 기능을 한다.

본 발명은, 상기 수지 성분으로 천연석 입자 등과 결합력이 우수한 불포화 폴리에스테르 수지(UPE resin; Unsaturated PolyEster resin)를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 불포화 폴리에스테르 수지는 당업계에 통상적으로 공지되어 있으며, 다가산과 다가알콜의 에스테르화 반응 생성물로서 상기 다가산 및/또는 다가알콜 화합물은 불포화 부분을 포함한다.

상기 다가산으로는 폴리카르복실산, 폴리카르복실산 무수물, 폴리카르복실산 할라이드, 폴리카르복실산 에스테르를 사용할 수 있으며, 불포화 폴리카르복실산의 구체적인 예로는 말레익산, 무수말레산, 푸마르산, 클로로말레익산, 에틸말레익산, 이타코닉산, 시트라코닉산, 제로닉산, 리로친코닉산, 메사코닉산, 아코닉산, 에시틸렌다카르복실산 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 폴리에스테르 수지의 제조에 통상적으로 사용되는 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 숙신산 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 다가 알콜로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 1,3-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 1,4-시클로헥산디올 등의 2가 알콜, 글리세린 등의 3가 알콜, 펜타에리쓰리톨 등의 4가 알콜 등 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 불포화 다가 알콜의 구체적인 예로는 부텐디올, 펜텐디올, 알릴 또는 비닐 글리세롤 에테르, 알릴 또는 비닐 펜타에리쓰리톨, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

상기 불포화 폴리에스테르 수지는 그 분자량이 70,000 g/mol 내지 100,000 g/mol인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 불포화 폴리에스테르 수지의 분자량이 클수록 파우더 입자와의 결합력이 우수하여 연마 공정에서 수지의 일부분이 깎여 나가더라도 외부로 드러난 천연석 입자를 효과적으로 고정시켜 줄 수 있기 때문이다. 불포화 폴리에스테르 수지의 분자량이 70,000 g/mol 미만이면 강화 천연석의 표면에서 파우더 입자의 탈락현상이 발생할 수 있고, 100,000 g/mol을 초과하면 점성이 너무 커서 파우더 입자와 잘 혼합되지 않는 단점이 있다.

본 발명에서 상기 (A) 불포화 폴리에스테르 수지는 강화 천연석 총량에 대하여, 8 중량% 내지 18 중량%로 포함될 수 있다. (A) 불포화 폴리에스테르 수지의 함량이 8 중량% 미만일 경우 파우더 입자와의 결합력이 저하될 수 있으며, 18 중량% 초과일 경우 강화 천연석의 외관 및 질감을 상실될 수 있다.

(B) 실리카 파우더

(B) 실리카 파우더는 천연석에 가까운 외관 및 질감을 형성하기 위하여 투명성을 가지는 천연광석으로 포함될 수 있으며, 그 입경은 45㎛ 이하일 수 있다.

상기 (B) 실리카 파우더의 입경이 45㎛ 초과인 경우 강화 천연석 제조시 공극이 발생할 수 있어서 바람직하지 않다.

본 발명에서 상기 (B) 실리카 파우더는 강화 천연석 총량에 대하여 19 중량% 내지 48 중량%로 포함될 수 있다. (B) 실리카 파우더의 함량이 19 중량% 미만일 경우 제품 생산 시 크랙 및 패임이 발생할 수 있고, 48 중량%를 초과할 경우에도 크랙 및 패임이 발생하며 정품질의 강화 천연석을 제조할 수 없다.

(C) 지르코늄 파우더

(C) 지르코늄 파우더는 세리믹 질감을 형성하기 위하여 포함되며, 그 입경은 10㎛ 내지 20㎛일 수 있다.

본 발명에서 상기 (C) 지르코늄 파우더는 강화 천연석 총량에 대해 35중량% 내지 65중량%로 포함될 수 있다. (B) 실리카 파우더와의 비율은 (B) 실리카 파우더: (C) 지르코늄 파우더의 중량비가 1:1 내지 1:2.5인 것이 바람직하다. (B) 실리카 파우더의 중량보다 (C) 지르코늄 파우더의 중량이 더 작을 경우, 즉 중량비가 1:1 미만인 경우, 세라믹 질감을 형성하기 어려워 바람직하지 않다. 반면, (B) 실리카 파우더의 중량에 대한 (C) 지르코늄 파우더의 중량비가 2.5 이상일 경우, 크랙 및 패임이 발생하여 정품질의 강화 천연석을 제조할 수 없다.

(D) 첨가제

본 발명에 있어서 강화 천연석의 경화를 위하여 경화제(d1)가 사용될 수 있으며, 경화작용의 촉진을 위하여 경화 촉진제(d2)가 사용될 수 있다. 경화제(d1)로는 TBPB(t-butyl peroxy benzoate) 또는 MEKPO(methyl ethyl ketone peroxide)를, 경화촉진제(d2)로는 코발트계 경화촉진제를 사용할 수 있다. 상기 경화제는 (A) 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 1.0 중량부 내지 3.0 중량부, 상기 경화촉진제는 (A) 불포화 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 0.2 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 (A) 불포화 폴리에스테르 수지와 파우더 입자의 결합을 위하여 가교제(d3)를 사용할 수 있다. 상기 가교제로는 실란계 가교제를 사용할 수 있으며, (A)폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여 0.5 중량부 내지 2.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명을 실시예 및 비교예를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예 및 비교예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

시료의 준비

(A) 불포화 폴리에스테르 수지

애경화학社(사)의 M900 불포화 폴리에스테르(UPE) 수지를 사용하였다.

(B) 실리카 파우더

21세기 실리카社(사)의 평균입경(d50)이 11㎛인 실리카 파우더를 사용하였다.

(C) 지르코늄 파우더

ISM KOREA 사의 평균입경 10 내지 20㎛이고 비중 6.5인 지르코늄 파우더

를 사용하였다.

(D) 첨가제

(d1) 경화제로서 세기아케마(Luperox P) TBPB를 사용하였다.

(d2) 경화촉진제로서 진양화성 6%-Cobalt를 사용하였다.

(d3) 가교제로서 구담(WD70) 실란계 커플링제를 사용하였다.

(E) 기타

비교예에서는 한국 반도체社(사)의 실리카 샌드(80%이상의 입경이 0.1~0.3mm 임)를 지르코늄 파우더 대신 사용하였다.

물성 평가 방법

(1) 비중: ASTM D 792-08 방법을 적용하여 측정하였다.

(2) 굴곡 강도: ASTM D 790-07E1 방법을 적용하여 측정하였다.

(3) 광택: BYK Gardner 사의 광택계 BYK micro-TRI-gloss를 이용하여 60°광택도를 측정하였다.

(4) 내열성 및 내후성: 후술의 실시예 및 비교예를 통해 제조된 강화 천연석을 각각 두께 20mm, 크기 160mm×160mm의 시험편으로 제작하여 이를 핫 플레이트를 사용하여 각 시험온도에서 각각 30분씩 가열한 후 상온까지 식힌 상태에서 변화를 관찰하였다.

실시예 및 비교예

상기 각 구성 성분을 하기 표 1에 기재된 바와 같은 함량으로 첨가하여 믹서기로 혼합한 후 적재 플레이트에 시트 형태로 공급하여 판재 형태로 성형한 후 오븐에 투입하여 120℃의 온도에서 1시간 경화하여 강화 천연석을 완성하였다.

		실시예 1	실시예 2	비교예
(A) 불포화 폴리에스테르(UPE) 수지(g)		370	360	227
(B) 실리카 파우더(g)		700	1000	612
(C) 지르코늄 파우더(g)		1750	1000	0
(D) 첨가제(UPE 수지 100 중량부 대비)	(d1) 경화제	2.0	2.0	2.0
	(d2) 경화 촉진제	0.2	0.2	0.2
	(d3) 가교제	1.0	1.0	1.0
(E) 실리카 샌드(g)		0	0	1168

이에 대해 상기 물성 평가를 행한 결과를 하기에 나타낸다.

물성 평가 결과

(1) 육안 관찰

얻어진 샘플에 대해 도 1의 표에 나타낸 바와 같이 육안으로 관찰한 결과, 실시예 1, 2에서 광택도 등에서 우수한 세라믹 질감을 확인할 수 있었다. 광택도에 대해서는 후술의 항목 (3)에서 구체적으로 측정하여 수치로 비교하였다.

(2) 기계적 물성 평가

얻어진 샘플에 대해 상기 평가 방법에 의해 측정한 비중 및 굴곡 강도 값을 하기 표 2에 나타낸다.

	실시예 1	실시예 2	비교예
굴곡 강도 (MPa)	97.81	71.23	66.63
비중	3.23	2.78	2.33

상기 표에 나타난 바와 같이, 지르코늄 파우더를 포함하는 실시예 1, 2의 경우, 굴곡 강도 및 비중 면에서 비교예에 비해 우수한 특성을 가짐을 알 수 있다.

(3) 광택 평가

얻어진 샘플 중 실시예 1 및 비교예에 대해 상기 평가 방법에 의해 광택도를 측정하였다. 그 결과 실시예 1의 광택도는 79 내지 82 GU(gloss unit)였고, 비교예의 광택도는 59 내지 63 GU(gloss unit)였다. 즉, 지르코늄 파우더를 포함하는 실시예 1의 경우 비교예에 비해 우수한 광택을 나타냄을 알 수 있다.

(4) 내열성 및 내후성 평가

얻어진 샘플에 대해, 상기 내열성 및 내후성 평가 방법에 의해 관찰한 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

온도(℃)	실시예 1	실시예 2	비교예
100	이상 없음	이상 없음	이상 없음
150	이상 없음	이상 없음	이상 없음
190	이상 없음	이상 없음	황변 현상
230	이상 없음	미세갈라짐	Burning

상기 표에 나타난 바와 같이 지르코늄 파우더를 포함하는 실시예 1, 2의 경우, 190℃에서도 전혀 이상이 없고, 230℃에서도 약간의 갈라짐만이 관찰되어 내열성 및 내후성이 우수한 반면, 지르코늄 파우더를 포함하지 않는 비교예의 경우 190℃에서부터 황변 현상이 발생하여 내열성 및 내후성이 좋지 않음을 알 수 있다. 230℃에서의 육안 관찰 결과를 도 2의 표에 나타내었다. 도 2에서도 나타나듯이, 실시예 1 및 실시예 2에서는 230℃에서도 육안상 큰 변화가 관찰되지 않았으나, 비교예의 경우 230℃에서 표면이 누렇게 됨을 명확히 확인할 수 있었다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에서와 같이 지르코늄 파우더를 포함하는 강화 천연석에 의하면, 세라믹 질감을 갖는 강화 천연석을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 얻어진 강화 천연석의 강도, 내열성 및 내후성도 우수함을 알 수 있다.

본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims

(A) 불포화 폴리에스테르 수지;
(B) 실리카 파우더; 및
(C) 지르코늄 파우더를 포함하는 강화 천연석.
제1항에서,
상기 (B) 실리카 파우더: (C) 지르코늄 파우더의 중량비는 1:1 내지 1:2.5인
강화 천연석.
제1항에서,
상기 (C) 지르코늄 파우더의 함량은 강화 천연석 총량에 대해 35 중량% 내지 65 중량%인
강화 천연석.
제1항에서,
상기 (c) 지르코늄 파우더의 평균 입경은 10㎛ 내지 20㎛인
강화 천연석.
제1항에서,
상기 강화 천연석의 표면은 세라믹 질감을 갖는
강화 천연석.
제1항에서,
상기 (A) 불포화 폴리에스테르 수지의 함량은 강화 천연석 총량에 대해 8 중량% 내지 18 중량%인
강화 천연석.
제1항에서,
상기 (B) 실리카 파우더의 함량은 강화 천연석 총량에 대해 19 중량% 내지 48 중량%인
강화 천연석.
제1항에서,
상기 (B) 실리카 파우더의 입경은 0 초과 45㎛ 미만인
강화 천연석.
제1항에서,
경화제, 경화 촉진제, 및 가교제를 더 포함하는
강화 천연석.