KR100852007B1 - 인조대리석 판재 및 조형물의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건축용 외장재나 내장재로 사용되고 있는 인조 대리석 판재 및 조형물을 제조하는 방법에 관한 것이며, 천연석 돌가루로 제조되어 다양한 색상 및 표면 질감을 나타내는 인조대리석 판재 및 조형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 알루미나시멘트(Al2O3CA-50), 천연원석돌가루, 규회석(CaSiO3), 석고(CaSO4), 구체방수제(Na2O nSiO2 xH2O), 경화 촉진 응고제(Li2CO3), 물(H2O)을 기본으로 하고, 종류나 용도에 따라 다양한 색상을 제조하기 위하여 무기질 안료 태백분(TAO2), 철홍(Fe2O3), 철황(Fe3O4), 군청(Na6Ai4Si6S4O20)중 하나 이상의 원료를 혼합하여 제 1혼합물을 제조하는 혼합단계와, 상기 제 1혼합물을 형틀에 부어 진동압축 성형하는 진동압축 성형단계와, 상기 진동압축 성형된 판재를 연마가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조대리석 판재 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 제 1혼합물을 다양한 형태의 금형 형틀에 부어 양생시킨 후, 표면을 연마가공하여 다양한 조각문양으로 완성되는 인조대리석의 제조방법으로 천연대리석의 고갈 및 환경 문제에 대한 대안으로 친환경적 인조대리석을 제공한다.
인조대리석

Description

인조대리석 판재 및 조형물의 제조방법{Manufacturing method of artificial marble board and sculpture}
본 발명은 건축용 외장재나 내장재로 사용되고 있는 인조대리석판재 및 조형물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 친환경적 재료를 이용하여고강도 및 속경화성의 특성을 가지고, 색상이 균일하며, 제조단가를 낮춘 인조 대리석 판재 및 조형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 알루미나시멘트(Al2O3CA-50), 백색에서 검정까지의 다양한 색상의 천연원석돌가루, 규회석(CaSiO3), 석고(CaSO4), 구체방수제(Na2O nSiO2 xH2O), 경화 촉진 응고제(Li2CO3), 물(H2O)과 미량의 무기질 안료를 혼합하여 인조 대리석을 제조하는 방법에 관한 것이다.
오늘날 건축용 외장재나 내장재로 천연 대리석이 사용되고 있다. 그러나 천연대리석의 무분별한 채취로 자연환경 파괴 및 자원의 고갈 등 문제점이 발생하였고, 천연석의 색상 및 질감이 불규칙하여 건물 외장을 마감하였을 경우 외장이 고르지 못한 문제점이 발생해왔다.
최근에는 그러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 고압프레스 성형된 인조 대리석 판재가 제작되고 있다. 그러나 현재 생산되고 있는 인조 대리석 판재는 고가의 기계설비를 필요로 하고 제작 비용이 고가이므로 경제성이 떨어지며 1000톤 이상의 대형 압축프레스 장치를 이용하므로 각종 조형물 제작이 어려운 단점이 있다.
또한, 보온성과 단열성, 내화성, 내마모성, 인장성의 향상을 위하여 섬유상의 석면을 사용하였으나 1970년대 이후 석면이 폐질환과 치명적인 폐암인 중피종(中皮腫)을 일으키는 것으로 알려지면서 사용이 중단되어 그 대체물질의 사용이 시급히 요구되고 있는 실정이다.
또한, 종래의 골재와 시멘트계 수경성 바인더를 혼합하고 경화시켜 제조하는 방법등에 의해 제조된 인조대리석의 강도는 300~400kg/cm2 로서 고강도 인조대리석을 제조할 수 없고, 수지 바인더의 취급상 어려움이 많았으며, 그 생산단가가 높다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 석면을 대체할 수 있는 물질로서 규회석(CaSiO3)을 사용하여 인체에도 무해하도록 제작하여 소비자의 욕구를 충족시키고 대리석의 균열, 팽창, 변형을 최소화하며, 친환경적인 인조대리석 제조방법을 제공한다.
또한,알루미나시멘트(Al2O3CA-50)에 천연돌가루를 혼합하였고, 수축률을 낮추기 위해 석고(CaSO4)를 첨가하였으며, 대량생산을 위하여 경화 촉진 응고제(Li2CO3)와 적정량의 물과 구체방수제(Na2O nSiO2 xH2O)를 첨가하여 초기응결 10~20분 압축강도에서 후기강도(28일)가 500kg/cm2 이상의 고강도 및 속경화성 시멘트 판재, 조형물을 제조하여 반영구적이고 균일한 색상의 제품을 생산하며 인체에도 무해하도록 제작하여 소비자의 욕구를 충족시키고, 친환경적 인조대리석을 제조하는데 그 목적이 있다.
또한, 인조대리석 판재의 제조에 있어 종래의 고가 장비인 대형압축 프레스장치 없이 진동압축 성형방법을 사용함으로써 제조 비용을 절감할 수 있고, 혼합물을 형틀에 부어 양생시킨 후 가공할 수 있도록 하여 조형물 제작도 가능한 인조대리석 조형물 제조방법을 제공한다.
본 발명은 초속경 알루미나시멘트(Al2O3CA-50)에 천연색상돌가루 등과 무기질 안료를 미량 혼합한 제품으로 균일한 색상과 각종 형태의 조형물을 제작하여 반영구적인 내·외장재를 개발하는데 본 발명의 목적이 있다.
본 발명은 건축용 외장재나 내장재로 사용되고 있는 인조대리석 판재 및 조형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 인조대리석 판재 제조방법에 있어서, 알루미나시멘트(Al2O3CA-50) 100중량부 대비 천연원석돌가루 180~250중량부, 규회석(CaSiO3) 10~50중량부, 석고(CaSO4) 2~10중량부, 구체방수제(Na2O nSiO2 xH2O) 1~10중량부, 경화 촉진 응고제(Li2CO3) 0.01~0.1중량부, 물(H2O) 40~60중량부와, 필요에 따라 무기질 안료 태백분(TAO2), 철홍(Fe2O3), 철황(Fe3O4), 군청(Na6Ai4Si6S4O20)중 하나 이상의 원료를 1~10중량부를 상온에서 혼합하여 제 1혼합물을 제조하는 혼합단계와, 상기 제 1혼합물을 형틀에 부어 2~3분간 진동압축 성형하는 진동압축 성형단계와, 상기 진동압축 성형된 판재를 연마가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조대리석 판재 제조방법을 제공한다.
종래의 대형압축 프레스장치를 사용하지 않고, 진동압축 성형방법으로 인조대리석 판재를 제조함으로써 제조비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 인조대리석 조형물 제조방법에 있어서, 알루미나시멘트(Al2O3CA-50) 100중량부 대비 천연원석돌가루 180~250중량부, 규회석(CaSiO3) 10~50중량부, 석고(CaSO4) 2~10중량부, 구체방수제(Na2O nSiO2 xH2O) 1~10중량부, 경화 촉진 응고제(Li2CO3) 0.01~0.1중량부, 물(H2O) 40~60중량부와 필요에 따라 무기질 안료 태백분(TAO2), 철홍(Fe2O3), 철황(Fe3O4), 군청(Na6Ai4Si6S4O20)중 하나 이상의 원료를 1~10 중량부로 혼합하여 제 1혼합물을 제조하는 혼합단계와, 상기 제 1항의 제 1혼합물을 형틀에 부어 상온에서 양생시키는 단계와, 양생된 혼합물을 연마가공하여 조형물을 제조하는 것을 특징으로 하는 인조대리석 조형물 제조방법을 제공한다. 양생은 상온에서 약 2시간가량 진행하는 것이 바람직하다.
종래의 대형압축 프레스장치를 사용한 인조대리석 제조법에 있어서는 조형물을 제작할 수 없는 단점이 있었으나, 본 발명의 제조방법을 통하여 대형압축 프레스장치를 사용하지 않고 혼합물을 형틀에 부어 양생함으로써 인조대리석을 이용한 조형물의 제작이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명자의 여러 가지 실험을 고강도 및 속경화성의 특성을 가지는 원료의 비율을 발견하였다는 점에 본 발명의 특징이 있다. 이하 그 조성비율을 검토한다.
본 발명에 사용되는 알루미나시멘트(Al2O3CA-50)의 주성분은 알루미나 ·생석회 CaO ·무수규산 등의 용융물(溶融物)이며, CaO ·Al2O3 및 5CaO ·3Al2O3이 주요 광물로서 포틀랜드시멘트에 비해서 알루미나 성분이 상당히 많다. 석회석과 보크사이트 또는 반토혈암(礬土頁岩) 등 알루미나 성분이 많은 점토류(粘土類)와 배합하여 1,500~1,600 ℃에서 용융한 다음 유출시켜서 냉각한 후 미세한 분말로 한 것이다. 내식성(耐蝕性) ·내화성 등도 포틀랜드시멘트 보다 우수하고 초속경 시멘트로 강도, 인장력이 우수하다.
천연원석돌가루는 일반적으로 공지된 구성이므로 그 설명을 생략한다.
본 발명은 알루미나시멘트(Al2O3CA-50) 100중량부 대비 천연원석돌가루 180~250중량부를 첨가하는 것을 특징으로 한다. 알루미나시멘트 100 중량부대비 알루미나시멘트와 천연원석돌가루가 총 280중량부 이하이면 시멘트로서 일정한 물 리적 강도를 나타낼 수 없기 때문이다.
규회석(CaSiO3)은 고온에서 구워 제조된 광물질로서 시멘트 모래와 응결시 3~5mm의 길이, 0.1~0.5mm굵기의 제품이 상호 연결시켜 인장력 및 파손되는 것을 방지시켜 준다. 규회석은 석면만큼 보온성과 단열성, 내화성, 내마모성 등이 뛰어나면서 값이 저렴한 물질로서 석면의 장점 그대로 가지고 있고 발암 위험이 거의 없어 석면의 유일한 대체물질로 사용될 수 있다. 국제 암 연구기관(IARC)은 규회석이 석면(Asbestos)과 구조, 화학식, 결정상이 완전히 달라 ‘Group3(발암물질이 아님)’으로 분류하고 있으며 이밖에 석면 대체 물질로는 해포석이라는 광물도 있으나 해포석의 경우 단가가 너무 높고 공급이 어려운 단점이 있다. 본 발명은 무석면 인조대리석 판재로서 규회석 함유제품의 부스러기나 분진 등이 호흡기를 통해 흡입된다 해도 인체에 전혀 해가 되지 않는다는 점에 특징이 있다.
본 발명은 규회석(CaSiO3)을 10~50중량부로 첨가하는 것을 특징으로 한다. 규회석이 10중량부 이하인 경우에는 바람직한 휨 강도를 나타내지 못하여 50중량부 이상인 경우에는 휨 강도 등은 향상되나 인장강도, 압축강도 등이 저하되기 때문이다.
석고는 초속경으로 굳어 양생되는 10~20분 사이에 수축되어 균열 및 변형을 방지시켜 주는 역할을 한다. 석고(CaSO4)는 2~10중량부를 첨가하는 것을 특징으로 한다. 석고가 2중량부 이하이면 수축의 역할을 제대로 수행할 수 없고 10중량부 이상이면 경제성대비 효과가 미약하기 때문이다.
경화촉진 응고제는 제품의 생산회수를 빠르게 하고 속 경화성을 확보하기 위하여 하절기 또는 동절기에 각각 다른 비율을 적용하여 사용한다. 경화 촉진 응고제(Li2CO3)는 0.01~0.1중량부를 첨가하는 것이 바람직하다. 0.01중량부 이하이면 경화촉진의 역할을 수행할 수 없고 0.1 이상이면 경제성대비 그 효과가 미약하기 때문이다.
구체방수제는 외부로부터의 물의 흡수를 방지시켜 주며, 시멘트 제품의 영구성, 강도에 큰 영향을 준다. 구체방수제(Na2O nSiO2 xH2O)는 1~10중량부를 첨가하는 것을 특징으로 한다. 1중량부 이하이면 방수효과가 낮고, 10중량부 이상이면 경제성이 낮아지기 때문이다.
물은 시멘트 제품에 필수적이고 적정량을 조절하여 생산한다. 물은 40~60중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
필요에 따라서 무기질 안료, 태백분, 철홍, 철황, 군청의 색상은 제품 생산시 균일한 표면 질감 색상으로 사용되며 기본적인 돌가루 색상에 미량 함유한다.
무기질 안료 태백분(TAO2), 철홍(Fe2O3), 철황(Fe3O4), 군청(Na6Ai4Si6S4O20)중 하나 이상의 원료를 1~10 중량부로 함유하는 것이 바람직하다. 필요에 따라 다양한 색상으로 제조할 수 있으며, 그 색상이 균일한 장점이 있다.
상기와 같은 비율로 제조한 인조대리석 판재 및 조형물은 초기응결 10~20분 압축강도에서 후기강도(28일)가 500kg/cm2 이상의 고강도 및 속경화성을 나타내는데 그 특징이 있다.
본 발명은 인조대리석 판재, 조형물을 제조하여 경제적이며 반영구적인 고강도의 인조대리석을 제공한다. 또한, 균일한 색상의 제품을 생산하여 외관이 미려하고, 인체에도 무해하도록 제작하여 친환경적 인조대리석을 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 인조대리석 판재, 조형물 제조방법은 상기에서 서술한 바와 같이 현존하는 시멘트 중 강도가 제일 강한 알루미나시멘트에 유리섬유, 석면으로 인장력, 파손방지를 위하여 사용되어 왔던 것을 규회석으로 인체에 무해하며 강도 및 인장력에 탁월한 효능을 나타내며, 구체방수제, 무기질 안료로 제조된 친환경 신소재를 제공한다.
초기응결 10~20분 압축강도에서 후기강도(28일)가 500kg/cm2 이상의 고강도 및 속경화성 인조대리석 판재, 조형물을 제조하여 반영구적이고 균일한 색상의 제품을 제공할 수 있다.
또한, 종래의 대형 압축프레스기를 사용하지 않음으로써 생산단가를 낮추어 인조대리석 생산에 있어서 경제성을 확보하고, 조형물로서의 제작이 가능하도록 하였다는데 본 발명의 특징이 있다.
<실시예 1>
본 발명의 인조대리석 판재 제조하기 위하여, 표 1의 조성의 각 원료를 상온 에서 혼합한 후에 상기 혼합물을 형틀에 부어 2~3분간 진동압축 성형하는 진동압축 성형하였다. 상기 진동압축 성형된 판재를 연마가공하여 인조대리석 판재를 제조하였다.
Figure 112007058835752-pat00001
본 발명의 표 1의 조성비를 가진 인조대리석 판재와 일반 포틀랜드 시멘트계 인조대리석의 물성을 조사하기 위하여 대한민국 산업표준규격인 KS L 5105(수경성 시멘트몰탈의 압축강도시험)에 의한 압축강도를 조사한 결과를 표 2에 나타내었다.
표 1의 조성비를 가진 인조대리석 조성물을 3번 시험하였고(시험번호 1,2,3),일반 포틀랜드 시멘트계 인조대리석(시험번호 4)과 비교하였다.
Figure 112007058835752-pat00002
상기한 본 발명의 인조대리석 판재를 이용하여 압축강도 550kgf/cm2 이상의 고강도 인조대리석 판재를 제조할 수 있었다. 반면 일반 포틀랜드 시멘트계 인조대리석은 400kgf/cm2 이하로, 본 발명이 일반 인조대리석에 비하여 1.5~2배 이상의 높은 강도를 나타냄을 알 수 있다.
또한, 대한민국 산업표준규격인 KS F 2456(급속 동결 융해에 대한 콘크리트의 저항 시험 방법)에 의한 물성을 조사결과 동결융해에 대한 저항성(10 Cycle)에 있어서 그 겉모양에 이상이 없음을 확인할 수 있었다.
<실시예 2>
알루미나시멘트(Al2O3CA-50) 100중량부 대비 천연원석돌가루 250중량부, 규회석(CaSiO3) 50중량부, 석고(CaSO4) 6중량부, 구체방수제(Na2O nSiO2 xH2O) 4중량부, 경화 촉진 응고제(Li2CO3) 0.1중량부, 물(H2O) 60중량부와, 무기질 안료 태백분(TAO2) 5중량부, 철홍(Fe2O3) 10중량부로 혼합하여 제 1혼합물을 제조하고 상기 제 1혼합물을 형틀에 부어 상온에서 양생시킨 후에 양생된 혼합물을 연마가공하여 인조대리석 조형물을 제조하였다.
상기의 제조방법으로 제조된 인조대리석 조형물은 색상이 균일하였으며, 압축강도가 590kgf/cm2으로 고강도의 특성을 나타내었다.
도 1은 인조대리석 판재의 제조방법을 순서도로 도시한 것이다.
도 2는 인조대리석 조형물의 제조방법을 순서도로 도시한 것이다.

Claims (4)

  1. 인조대리석 판재 제조방법에 있어서,
    알루미나시멘트(Al2O3CA-50) 100중량부 대비 천연원석돌가루 180~250중량부, 규회석(CaSiO3) 10~50중량부, 석고(CaSO4) 2~10중량부, 구체방수제(Na2O nSiO2 xH2O) 1~10중량부, 경화 촉진 응고제(Li2CO3) 0.01~0.1중량부, 물(H2O) 40~60중량부로 혼합하여 제 1혼합물을 제조하는 혼합단계와,
    상기 제 1혼합물을 형틀에 부어 진동압축 성형하는 진동압축 성형단계와,
    상기 진동압축 성형된 판재를 연마가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조대리석 판재 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1혼합물에 무기질 안료 태백분(TAO2), 철홍(Fe2O3), 철황(Fe3O4), 군청(Na6Ai4Si6S4O20)중 하나 이상의 원료를 1~10중량부를 더 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 인조대리석 판재 제조방법.
  3. 인조대리석 조형물 제조방법에 있어서,
    알루미나시멘트(Al2O3CA-50) 100중량부 대비 천연원석돌가루 180~250중량부, 규회석(CaSiO3) 10~50중량부, 석고(CaSO4) 2~10중량부, 구체방수제(Na2O nSiO2 xH2O) 1~10중량부, 경화 촉진 응고제(Li2CO3) 0.01~0.1중량부, 물(H2O) 40~60중량부로 혼합하여 제 1혼합물을 제조하는 혼합단계와,
    상기 제 1항의 제 1혼합물을 형틀에 부어 상온에서 양생시키는 단계와,
    양생된 혼합물을 연마가공하여 조형물을 제조하는 것을 특징으로 하는 인조대리석 조형물 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1혼합물에 무기질 안료 태백분(TAO2), 철홍(Fe2O3), 철황(Fe3O4), 군청(Na6Ai4Si6S4O20)중 하나 이상의 원료를 1~10중량부를 더 첨가하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 인조대리석 조형물 제조방법.
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