KR100882087B1 - 제강 슬래그를 이용한 인조 대리석 제조방법 및 이에 따라제조된 인조대리석 - Google Patents

Abstract

제강 슬래그를 이용한 인조 대리석 제조 방법 및 이에 따라 제조된 인조 대리석에 관한 것으로, 입도 1.18∼3.35㎜의 제강슬래그 75∼85중량% 및 입경이 1.18㎜미만인 미립 제강슬래그 15∼25중량%로된 혼합슬래그 65∼70중량%와 열경화성 수지 30∼35중량%를 혼합한 후, 열간 가압성형하는 인조대리석 제조방법, 입도 1.18∼3.35㎜의 제강슬래그 95∼80중량% 및 입경이 1.18㎜미만인 미립 제강슬래그 15∼25중량%로된 혼합슬래그 65∼70중량%와 열경화성 수지 30∼35중량%의 혼합물을 금형에 장입하고 평탄하게 한 후, 완전히 경화되기 전에 그 위에 화장층으로 입도 1∼10㎜인 장식용 칩 60~80중량%와 열경화성수지 20∼40중량%의 혼합물을 장입하고 열간 가압성형하여 화장층을 갖는 복층 인조대리석 제조방법 및 이에 따라 제조된 인조대리석이 제공된다. 본 발명의 인조대리석은 외관이 미려할 뿐만 아니라 강도 또한, 우수한 것이다.

제강슬래그, 인조대리석, 복층 인조대리석

Description

제강 슬래그를 이용한 인조 대리석 제조방법 및 이에 따라 제조된 인조대리석{A Preparing Method of Artificial Marble With Steal Making Slag And An Artificial Marble Prepared Thereby}

도 1a 및 1b는 실시예 3의 방법으로 제조된 본 발명의 인조대리석의 측단면도 및 평면도를 나타내는 사진이다.

본 발명은 제강 슬래그를 이용한 인조 대리석 제조 방법 및 이에 따라 제조된 인조 대리석에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강 슬래그를 이용한 기층 및 표면화장층으로 구성되는 복층 인조 대리석 제조방법 및 이에 따라 제조된 복층 인조대리석에 관한 것이다.

일반적으로 시판되는 인조 대리석은 무기 충진제와 고분자물질의 복합판재이다.

종래 인조대리석에 관한 기출원건으로 일본 특개평 5-239329 및 대한민국 특허출원 제 2000-7011957에는 무기충진제로서 수산화알루미늄, 실리카, 용융실리카 및 유리분말을 이용한 인조대리석이 개시되어 있다.

또한, 대한민국 특허출원 제 1998-63497에는 무기충진제로서 평균입자 5∼50μ인 탄산칼슘, 활석, 점토, 실리카, 알루미나, 석영, 규산칼슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 수산화칼슘등이 개시되어 있다. 대한민국 특허출원 제 1999-7011142, 2000-60914, 일본 특개평 5-330884, 일본 특개평 5-339460, 특개소 53-104621 및 특개소 61-178458에는 무기충진제로서 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 황산바륨, 탄산칼슘, 실리카, 탄산염, 붕규산유리분말, 유리분말, 유리비드, 유리섬유, 유리섬유분말 및 탄산칼슘등이 사용되는 것으로 개시되어 있다.

상기 종래기술에서 사용되는 무기 충진제의 종류는 유사한 분말상의 재료가 사용되어 왔다. 이와 같이 무기 충진제로서 분말을 사용하면 분말 자체의 충진밀도가 낮고 공극이 많아지므로 이들 공극사이에서 무기충진제를 결합시켜야 하는 고가의 고분자 재료 사용량이 증대하여 제품의 제조 비용이 증대된다.

한편 제강슬래그는 제철소에서 철 생산할때 부생되는 재료로서 다량 발생되고 있으며, 하기 표 1과 같은 유가성분을 다량 함유하고 있다.

[표 1] 각종 제강슬래그의 화학성분(중량%)

	CaO	SiO2	T-Fe	Al2O3	MgO	MnO	P2O5
전로	40.80	12.61	22.81	2.57	5.96	4.05	1.70
탈인	51.6	20.0	2.9			3.4	7.2
탈규	20.2	48.5	4.5	5.1		3.2
스테인레스	37.2	15.0	3.9	19.8	12.1
전기로산화기	33.85	16.79	20.1	11.61	2.68	5.84	0.38
전기로환원기	51.82	4.85	0.1	35.15	6.50	0.1	0.01

(상기 각각의 제강슬래그는 산화철, 수산화칼슘, 탄산칼슘등의 기타 잔부 포함)

특히 제강슬래그는 경도와 강도가 높고 내마모성이 우수한 것으로 도로 미끄럼 방지재료로서 사용되고 있다. 그러나, 제강 슬래그를 사용할 경우 제품의 색깔이 검은색으로 되므로 다양한 색상의 제품을 만들 수 없다.

이에 본 발명의 목적은 제강슬래그를 이용한 고밀도, 고강도의 인조대리석 제조방법 및 이에 따라 제조된 인조대리석을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 화장층을 갖는 외관이 미려한 복층 인조대리석 제조방법 및 이에 따라 제조된 인조대리석을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면,

입도 1.18∼3.35㎜의 제강슬래그 70∼85중량% 및 입경이 1.18㎜미만인 미립 제강슬래그 15∼30중량%로된 혼합슬래그 100중량부당 열경화성 수지 35∼45중량부를 혼합한 후, 열간 가압성형하여 인조대리석을 제조하는 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면,

입도 1.18∼3.35㎜의 제강슬래그 70∼85중량% 및 입경이 1.18㎜미만인 미립 제강슬래그 15∼30중량%로된 혼합슬래그 100중량부당 열경화성 수지 35∼45중량부를 혼합하여 금형에 장입하고 평탄하게 한 후, 완전히 경화되기 전에 그 위에 화장층으로 입도 1∼10㎜인 장식용 칩 60~80중량%와 열경화성수지 20∼40중량%의 혼합물을 장입하고 열간 가압성형하여 화장층을 갖는 복층 인조대리석을 제조하는 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 견지에 의하면,

본 발명의 방법으로 제조된 인조대리석이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 제철소에서 발생하는 부산물인 제강슬래그를 이용하여 저렴하고 강도 및 밀도가 우수한 인조대리석을 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 인조대리석에 관 한 것이다.

또한, 제강슬래그를 이용하여 제조되는 인조대리석은 그 색상이 검은색임으로 그 용도를 확대적용하기 위해 그 표면에 다양한 색상의 화장층을 갖는 복층 인조대리석 제조방법 및 이에 따라 제조된 복층 인조대리석에 관한 것이다.

본 발명에서 인조대리석 제조에 슬래그로는 조립 제강슬래그와 이보다 미립인 제강슬래그의 혼합 슬래그가 무기충진제로 사용된다.

조립 제강슬래그로는 입자크기가 1.18∼3.35㎜이고 철성분이 제거된 제강슬래그가 사용된다. 예를들면, 3.35㎜체를 통과하고 1.18㎜체를 통과하지 않는 입도 분포를 갖는 미끄럼 방지용 슬래그가 사용될 수 있다. 미끄럼 방지용 제강슬래그는 입도가 균일하고 철과립과 같은 불순물의 혼입이 가장 적어서 충진재로써 가장 바람직한 것이다.

충진율을 조절하기 위해 입자크기가 1.18㎜미만인 미립 제강슬래그가 조립 제강슬래그와 함께 사용된다. 즉, 조립 제강슬래그 보다 입자크기가 작은 미립 제강슬래그를 사용함으로써 슬래그의 충진율이 증대된다.

상기 조립 제강슬래그 70∼85중량%와 입경이 1.18㎜미만인 미립 제강슬래그 15∼30중량%가 혼합된다. 조립 제강슬래그는 기공율이 46.2%이며, 여기에 미립 제강슬래그의 첨가량을 최대 30중량%까지 증가됨에 따라, 기공율이 최대 약 36%까지 감소된다. 그러나, 미립 제강슬래그의 함량이 30중량%를 초과하더라도 기공율 감소 효과가 더 이상 증대되지 않으며, 기공율 감소분에 비하여, 미립슬래그가 다량 존재함으로 인하여 고분자 수지의 사용량이 증대됨으로 바람직하지 않다. 미립 제강 슬래그의 함량이 15중량%미만이면, 기공율 감소 효과가 미비하다.

상기 혼합 슬래그에 고분자 수지를 혼합한 후 열간가압성형하고 경화시켜 인조대리석을 제조한다. 고분자 수지로는 어떠한 종류의 열경화성 수지가 사용될 수 있으며, 그 예로는 불포화 폴리에스테르를 포함한다.

상기 혼합 슬래그 100중량부당 열경화성 고분자 수지는 35∼45중량부로 혼합된다. 열경화성 고분자수지의 함량이 35중량부 미만이면 슬래그 제조시 표면이 거칠어지며, 45중량부를 초과하면 슬래그 함량이 적어 외관이 미려하지 않을뿐만 아니라 강도가 저조하다.

제강슬래그로는 전로슬래그, 탈인슬래그, 탈규슬래그, 스테인레스 슬래그, 전기로산화기 슬래그, 전기로환원기 슬래그 및 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

열간 가압 성형은 약 200℃이하의 온도에서 필요로하는 시간에 따라 일반적으로 행하여지는 방법으로 적합한 조건하에서 행한다. 그 후, 경화시켜 인조대리석을 제조한다. 이때 인조대리석의 형태는 원하는 어떠한 형태로 성형할 수 있으며, 예를들어, 판재등으로 제작될 수 있다.

상기 제작된 슬래그 인조 대리석은 고강도 슬래그-고분자 복합체로서 검은색은 띤다. 제작된 슬래그 인조 대리석은 또한 표면을 연마하여 광택을 낼 수도 있으며, 다양한 색상을 부여하기 위해 화장층을 갖는 복층 인조대리석으로 제조할 수도 있다.

복층 인조 대리성은 먼저, 상기한 비율로 상기 조립 제강슬래그와 미립 제강슬래그의 혼합 슬래그와 열경화성 고분자수지를 혼합하고 이 혼합물(이하, "기층 형성 혼합물"이라 한다.)을 사용하여 기층을 형성한다. 상기 기층 형성 혼합물을 금형에 장입하고, 평탄하게한 다음, 표면이 완전히 경화되기 전(약간 경화된)에 기층 표면위에 화장층 배합물을 장입하고 열간 가압 성형하여 일체로된 복층 인조대리석을 제조한다.

"완전히 경화되기 전" 혹은 "약간 경화"란, 기층에서 화장층 배합물이 떨어지지 않고, 일체로 될 수 있는 정도를 말한다.

화장층 배합물을 투입하기 전에 기층 배합물을 약간 경화시키는 이유는 화장층 배합물을 투입한 후 열간 가압 경화시킬 때 기층 배합물과 화장층 배합물이 서로 확산하여 섞이는 것을 방지하고 기층과 화장층이 일체로 형성되도록하기 위함이다. 상기 경화는 표면에 열풍을 불어서 약간 경화시키는 정도로 행할 수 있다.

화장층 배합물은 화장층 형성에 사용되는 장식용 칩과 고분자 수지의 혼합물을 말하며, 입도 1∼10㎜의 장식용 칩 60~80중량%와 열경화성 고분자 수지 20∼40중량%를 혼합물로 구성된다. 열경화성 고분자 수지는 장식용 칩사이의 공극이 모두 채워질 수 있는 양보다 조금 많은 양으로 사용된다.

공극이 채워질 수 있는 양만으로 사용되며, 표면이 거칠어지게 되기 때문이며, 이를 고려하여 열경화성 고분자 수지는 20∼40중량%로 사용된다.

장식용 칩의 입도는 특별히 한정하는 것은 아니나, 미관을 고려하여 입도를 약 1∼10㎜로 하여 상용할 수 있다.

장식용 칩으로는 유색 천연석을 분쇄하여 사용하거나 혹은 탄산칼슘 분말, 원하는 색상의 안료 및 열경화성 고분자 수지를 혼합 경화시킨 후, 원하는 크기로 분쇄하여 사용할 수 있다.

탄산칼슘 분말, 원하는 색상의 안료 및 열경화성 고분자 수지를 혼합 경화시킨 후, 분쇄하여 사용하는 경우, 전체 중량을 100으로 했을 때, 탄산칼슘 분말을 30∼70%와 열경화성 고분자 수지 70∼30%로 혼합하고, 안료는 사용된 열경화성 고분자 수지의 0.1∼5중량%의 범위에서 목적에 따라 적당량을 혼합하여 사용할 수 있다. 탄산칼슘, 열경화성 고분자 수지 및 안료는 화장층의 색상을 고려하여 원하는 색상을 나타내도록 상기 범위로 혼합되며, 원하는 색상으로 제조하기 위해 경우에 따라서는 탄산칼슘 분말이 사용되지 않을 수도 있다.

상기 열경화성 고분자수지로는 상기 기층 제조에 사용된 것과 동일한 수지가 사용될 수 있다. 안료는 원하는 색상에 따라 일반적으로 사용되는 어떠한 안료가 사용될 수 있다.

장식용 칩 제조시 안료의 색깔이 잘 발현될 수 있는 백색 분말을 또한 사용가능하나, 가능하나 탄산칼슘이 비교적 저렴하고 질감 또한 우수함으로 화장용 칩 제조에 바람직한 것이다. 분쇄시 색상별 칩의 입도 및 분포, 다른 색상의 칩과 혼합할 때 각 색상별 칩의 입도 및 그 분포 및 상대량에 따라 질감이 달라질 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

<실시예 1>

입도가 1.18∼3.35㎜의 조립 미끄럼 방지용 제강슬래그와 입도가 1.18mm 미만인 미립 제강슬래그의 혼합비를 다음과 같이 변화시키면서 충진율 변화를 측정하였다. 미립 제강슬래그는 미끄럼 방지제 제조공정에서 1.18mm 체를 통과하여 분리된 슬래그를 사용하였다.

조립 미끄럼 방지용 슬래그의 기공율은 46.2%이었다. 여기에 미립 제강 슬래그의 함량을 5, 10, 15, 20, 25 및 30중량%로 첨가하면서 기공율 변화를 측정하였다. 슬래그는 용기에 슬래그를 채운 다음 물을 채워서 물이 채워질 수 있는 함량으로서 슬래그중의 기공율을 측정하였다. 기공율은 슬래그를 20중량%까지 첨가할 경우 기공율이 36.4%로 약 10% 감소하였고, 25중량% 첨가의 경우 기공율 36.3%, 30중량%첨가의 경우에도 기공율 36.5%로 20% 이상에서는 기공율 감소가 거의 일어나지 않았다.

<실시예 2>

조립슬래그, 미립슬래그 및 폴리에스테르 수지를 하기 표 2에 나타낸 함량으로 혼합한 후, 가압 프레스에서 80℃에서 30분간 80Kg/cm²로 열간 성형 및 경화하여 평판 형태의 기층 판재를 제조하였다.

기공율을 조립슬래그와 미립슬래그를 혼합하여 실시예 1에서와 같이 측정하였으며, 평탄도 육안 및 손의 느낌으로 평가하였다. 손으로 만져서 까칠까칠하면 불량으로 매끈하면 양호로 평가하였다. 강도는 압축강도기를 이용하여 측정하였다. 측정한 기공율, 평탄도 및 강도를 하기 표 2에 나타내었다.

또한, 시판되고 있는 기존의 인조대리석 판재의 강도를 측정하여 비교하였다.

[표 2]

구분	조립슬래그 (중량%)	미립슬래그 (중량%)	수지 (중량%)	기공율 (%)	평탄도	강도 (㎏/㎠)
시편 1	100	0	48	46.2	불량	425
시편 2	95	5	45	43.5	불량	523
시편 3	90	10	42	39.5	불량	850
시편 4	85	15	40	37.3	다소 거침	980
시편 5	80	20	38	36.4	양호	995
시편 6	75	25	38	36.3	양호	1014
시편 7	70	30	38	36.5	양호	1010
기존 인조 대리석						320

표 2의 결과에서, 시편 1∼3의 경우 표면 평탄도는 양호했으나, 골재간 공극이 커서 색상이 고르지 못했으며, 시편 1의 경우 양호한 평탄도를 내기 위한 수지 첨가량이 45중량부를 초과하는 것으로 실제로 제품화될 경우 가격이 상승될 우려가 있는 것으로 적합하지 못하였다.

<실시예 3>

상기 실시예 2중의 시편 2의 배합으로된 기층 형성 혼합물을 80∼90℃로 예열한 금형에 장입하고 평탄작업을 한 후 표면에 열풍을 불어 약간 경화시켰다. 약간 경화된 기층 표면위에 화장층 배합물을 장입하고 압축 성형 및 경화시켜 일체로된 복층 인조대리석을 제조하였다. 압축성형은 상기 실시예 2와 동일한 조건으로 행하였다.

화장층 배합물중 장식용 칩은 불포화 폴리에스테르 70중량%, 탄산칼슘 분말 30중량% 및 불포화 폴리에스테르 수지 중량의 0.3중량%의 안료를 혼합하여 경화시킨 후, 5~10mm 크기로 파쇄하여 제조하였다. 안료로는 신형(주)에서 판매되는 녹색 및 붉은색 안료를 구입하여 사용하였다. 장식용 칩 60중량%와 폴리에스테르 40중량%를 혼합하여 화장층 형성에 사용하였다.

본 실시예에서 제조된 적색 복층 대리석과 녹색 복층 대리석의 표면 및 측단면의 사진을 각각 도 1a 및 1b에 나타내었다.

본 발명의 방법에 의해 외관이 미려하고 강도가 우수한 인조 대리석 및 복층형 인조대리석이 저렴하게 제조된다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 입도 1.18∼3.35㎜의 제강슬래그 70∼85중량% 및 입경이 1.18㎜미만인 미립 제강슬래그 15∼30중량%로된 혼합슬래그 100중량부당 열경화성 수지 35∼45중량부의 혼합물을 금형에 장입하고 평탄하게 한 후, 완전히 경화되기 전에 그 위에 화장층으로 입도 1∼10㎜인 장식용 칩 60~80중량%와 열경화성수지 20∼40중량%의 혼합물을 장입하고 열간 가압성형하여 화장층을 갖는 복층 인조대리석을 제조하는 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제강슬래그는 전로슬래그, 탈인슬래그, 탈규슬래그, 스테인레스 슬래그, 전기로산화기 슬래그, 전기로환원기 슬래그 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 복층 인조대리석을 제조하는 방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 장식용 칩은 유색 천연석 분쇄물 혹은 탄산칼슘 분말, 안료 및 열경화성 고분자 수지 혼합물을 경화시킨 후 분쇄한 분쇄물임을 특징으로 하는 복층 인조대리석을 제조하는 방법.
5. 제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 폴리에스테르임을 특징으로 하는 복층 인조대리석을 제조하는 방법.
6. 입도 1.18∼3.35mm의 제강 슬래그 70~85% 및 입경이 1.18mm미만인 미립 제강슬래그 15∼30중량%로 된 혼합슬래그와 상기 혼합슬래그 100 중량부당 열경화성 수지 35∼45 중량부를 혼합하여 형성된 기층; 및

   입도 1∼10mm인 장식용 칩 60∼80중량%와 열경화성수지 20∼40중량%를 혼합하여 형성된 화장층

   을 포함하는 복층 인조대리석.
7. 제 6항에 있어서, 상기 제강슬래그는 전로슬래그, 탈인슬래그, 탈규슬래그, 스테인레스 슬래그, 전기로산화기 슬래그, 전기로환원기 슬래그 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 복층 인조대리석.
8. 제 6항에 있어서, 상기 장식용 칩은 유색 천연석 분쇄물 혹은 탄산칼슘 분말, 안료 및 열경화성 고분자 수지 혼합물을 경화시킨 후 분쇄한 분쇄물임을 특징으로 하는 복층 인조대리석.
9. 제 6항 또는 제 8항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 폴리에스테르임을 특징으로 하는 복층 인조대리석.

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