KR101508737B1 - 폐유리가 함유된 점토벽돌 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점토 20-70중량%과 석분 30-80중량%을 혼합하여 분쇄한 벽돌 원료를 수분함량을 19±2%로 조정하여 성형물로 제조하는 단계; 입경 1-5mm로 분쇄된 폐유리가루를 상기 벽돌 원료 중량 대비 5-10중량%의 함량으로 상기 성형물의 상부 및 측면에 분사하는 단계; 상기 폐유리가루가 분사된 성형물을 50-100℃의 온도에서 50-60시간 동안 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 성형물을 소성로에 넣고 800-850℃에서 12-15시간 동안 예열한 후 1,050~1,100℃에서 15~20시간 동안 소성한 후 130-150℃에서 15-20시간 냉각하는 단계를 포함하는 표면에 반점이 형성된 점토벽돌의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폐유리가 함유된 점토벽돌 및 그의 제조방법{CLAY BRICKS COMPRISING RECYCLING GLASSES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 폐유리가 함유된 점토벽돌 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 점토 및 석분에 폐유리가루를 첨가한 점토벽돌 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 건축용 벽돌은 벽돌원료로서 점토와 보명토를 사용하는 것이 일반적이고 이렇게 제조된 벽돌은 적색의 단일 색상을 가지므로 색상이 단조롭고, 원하는 강도 및 흡수율을 얻기 위해서는 소성온도가 1150℃ 이상이어야 하므로 에너지 비용이 많이 드는 단점이 있었다.

또한, 여러 색상을 내기 위해 제올라이트, 장석, 점토를 원료로 하는 유색벽돌의 제조방법이 개발된 바 있으나 이 방법은 고가의 제올라이트나 장석을 사용하기 때문에 제조원가 상승의 단점이 있고 제올라이트의 경우는 내화도가 높은 관계로 인해 1200℃ 이상의 고온에서 소성을 시켜야 하는 제한이 있었다.

나아가, 종래 벽돌의 제조방법 중에는 점토를 고온 소성하여 점토벽돌을 제조하되 두 가지 이상의 색상이 하나의 벽돌에 구분되어 발색되도록 한 다중색 점토벽돌의 제조방법이 공지되어 있으나, 이 제조방법은 점토와 규사를 주원료로 하여 기초소지를 수득하는 단계와 점토와 규사 및 안료를 혼합하여 색상소지를 수득하는 단계로 구분하고 이들 소지들을 각각 진공토련시켜서 일정한 크기로 구분하는 1차 성형단계와 벽돌형상으로 성형하는 2차 성형단계를 거친 후 표면을 박리해내는 박리단계들을 포함하여 제조하는 등 공정이 매우 까다롭고 성형절차가 복잡하여 제조비용이 높아지고 유색모양이 기하학적으로 구성되어 자연스럽지 못하다는 점 등의 문제점이 있었다.

이에, 본 발명자는 벽돌제조시 폐자원을 활용하고 제조공정이 복잡하지 않으며, 우수한 물성 또한 확보할 수 있으면서도 자연스러운 색상의 무늬를 발현시킬 수 있는 점토벽돌의 제조방법을 찾기 위해 예의 노력한 결과, 점토 및 석분에 폐유리가루를 첨가하면 소결과정 중 폐유리가 자화되어 압축강도, 흡수율, 휨강도 등의 물성이 개선되며 폐유리가루의 조성비와 입경을 조절하여 제조시 표면에 점무늬를 형성하게 되어 적은 비용으로 자연스럽고 특이한 유색 무늬를 갖는 점토벽돌을 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

대한민국 등록실용신안 제20-0461160호 대한민국 등록특허 제10-0400634호

본 발명의 목적은 점토, 석분, 및 폐유리가루를 함유한, 표면에 반점이 형성된 점토벽돌의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 따라 제조된 표면에 반점이 형성된 점토벽돌을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 점토 20-70중량%과 석분 30-80중량%를 혼합하여 분쇄한 벽돌 원료에 폐유리분말을 벽돌 원료 중량 대비 5-10중량%로 추가하여 혼합하고 수분함량을 19±2%로 조정하여 성형물로 제조하고, 상기 성형물을 50-100℃의 온도에서 50-60시간 동안 건조시킨 후 소성로에 넣고 800-850℃에서 12-15시간 동안 예열한 후 1,050-1,100℃에서 15~20시간 동안 소성한 후 130-150℃에서 15-20시간 동안 냉각하는 단계를 포함하는, 폐유리를 활용한 점토벽돌의 제조방법을 제공한다.

상기 폐유리 분말은 50㎛ 이상 1,000㎛ 미만의 입도 범위를 가질 수 있다.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 (a) 점토 20-70중량%과 석분 30-80중량%를 혼합하여 분쇄한 벽돌 원료를 수분함량을 19±2%로 조정하여 성형물로 제조하는 단계; (b) 입경 1-5mm로 분쇄된 폐유리가루를 상기 벽돌 원료 중량 대비 5-10중량%의 함량으로 상기 성형물의 상부 및 측면에 분사하는 단계; (c) 상기 폐유리가루가 분사된 성형물을 50-100℃의 온도에서 50-60시간 동안 건조시키는 단계; 및 (d) 상기 건조된 성형물을 소성로에 넣고 800-850℃에서 12-15시간 동안 예열한 후 1,050-1,100℃에서 15~20시간 동안 소성한 후 130-150℃에서 15-20시간 동안 냉각하는 단계를 포함하는, 표면에 반점이 형성된 점토벽돌의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서 상기 "점토"는 미세한 함수 규산염 광물의 집합체로서 점력을 지니고 있어서 물을 가하면 점성이 생기고 건조하면 강성을 띠는 성질이 있어서 도자기, 내화물 또는 건축재료의 원료로 사용된다.

본 발명에서 상기 "석분"은 암석을 쇄석으로 만들면서 발생한 부산물과 자연암석에서 발생되는 부스러기인 점토로서 석분의 실리카 성분이 벽돌의 뼈대 역할을 하고 알루미나 성분은 내화성을 부여하여 소성 범위를 넓게 하는 작용하여 내화성을 부여할 뿐만 아니라, 화학 작용, 마모 및 열충격에 대한 저항성이 우수한 성격이 있다.

본 발명에서 상기 "폐유리가루"는 지방자치단체의 재활용 선별장 및 개인수집상이 수집한 유리병을 파유리화하여 분쇄한 것을 사용할 수 있으며, 갈색, 흰색, 또는 녹색의 병유리를 분쇄한 것이 바람직하나 이에 제한되지 않는다.

일반적으로 품질등급 1종의 점토벽돌의 소성온도는 1,150℃이상이다(표 1 참조). 1,100℃이하에서도 벽돌생산은 가능하나 낮은 온도에서 소성되기 때문에 생산된 벽돌은 압축강도가 감소하고 흡수율은 증가하게 되어 외장용으로 사용시 동파 등의 발생 우려가 있어서 내장용으로만 사용할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 점토와 석분을 혼합한 벽돌제조용 원료에 무기물인 폐유리가루를 첨가함으로써 종래의 1종 점토벽돌의 소성온도보다 낮은 1,050-1,100℃에서 소성을 시켜도 종래 1종의 강도나 흡수율보다 더 우수한 물성을 확보할 수 있다.

또한, 폐유리가루의 입경을 1-5mm로 분쇄하여 사용할 경우 벽돌의 표면에 점무늬를 형성하게 되어 자연스럽고 특이한 모양의 유색벽돌을 제조할 수 있다. 상기 범위의 입경을 가질 때 폐유리가루가 성형물의 표면에 골고루 분산될 수 있고 추후 제조된 벽돌의 표면에 균일한 색상과 반점을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 입도보다 작게 할 경우 제품의 표면에 점 무늬가 두드러지지 않을 수 있으며(실시예 1 및 도 1 참조), 반대로 상기 입경보다 큰 경우 표면 무늬의 편차가 크게 나타나며 규격에 맞는 크기로 절단하기 어려운 문제점이 나타날 수 있다.

상기 폐유리가루는 단색으로 이루어진 것이거나 서로 다른 색을 가지는 폐유리가루를 둘 이상 혼합한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 폐유리가루는 갈색, 흰색, 또는 녹색의 단색으로 된 것을 사용할 수도 있고 이들 가루를 혼합하여 사용할 수도 있으며, 그 밖의 다양한 색의 폐유리가루를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, 벽돌표면에서 원하는 점무늬의 색깔에 맞추어 상기 성형물에 분사하는 폐유리가루의 색깔을 하나 또는 그 이상으로 선정하여 분사하면 여러가지 색깔을 갖는 점토벽돌을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 점토벽돌은 벽돌 원료 중량 대비 1.9-3.7 중량%의 Fe₂O₃와 0.8-1.8 중량%의 K₂O를 함유하고 있는 특징이 있다. 이들 Fe₂O₃와 K₂O 성분은 소성과정 중 서로 융제가 되어 낮은 온도에서 벽돌원료를 소결시키는 역할을 하는 것으로 판단된다.

또한, 본 발명의 같은 조성으로 혼합하여 사용할 경우 각 원료 간의 우수한 응집력이 나타나며, 벽돌로 제조시 우수한 압축강도 및 흡수율을 나타낼 수 있으며, 벽돌의 표면에 다양한 색의 점 무늬를 구현하고 매끄러운 점토벽돌을 형성할 수 있다 (도 1 및 표 2 참조).

본 발명의 제조방법을 구체적으로 살펴보면, 상기 (a) 공정은 분쇄된 벽돌원료를 성형하기 전에 사이로에서 숙성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이렇게 원료를 숙성시키는 이유는 서로 다른 원재료의 수분 함유량이 다르므로 숙성시키는 공정을 통해 재료들 간에서 수분이 확산되도록 함으로써 전체 수분 함유량이 골고루 유지될 수 있게 하기 위함이다. 숙성시간은 통상 7-20일로 할 수 있다. 이와 같이 일정기간의 숙성이 완료된 후 혼합물은 스크린믹스기 또는 더블사프트믹스기에서 혼합 및 수분 조절을 하는 단계를 거칠 수 있다. 여기서 원재료의 수분함량을 19±2%로 조절하면 충분한 점도가 유지되는 형태로 반죽이 이루어질 수 있다.

다음으로, (b)의 분사 단계에서는 통상적으로 사용하는 분사기를 이용하여 분사할 수 있다. 또한, (c) 단계에서 상기 성형물은 소성전 수분 조절을 위해 터널식 건조로에 요입되어 50-100℃로 50-60시간 동안 건조될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 성형물은 터널식 건조로에 요입될 때에는 50℃의 온도와 습도 90-100%의 범위가 유지되며 50-60시간의 건조시간이 경과된 뒤 요출될 때에는 80℃의 온도와 4% 미만의 습도 상태로 소성대차에 적재하는 과정을 거칠 수 있다.

그런 다음, 터널식 소성로에서 건조된 성형물을 800-850℃의 온도에서 12-15시간 동안 예열한 후 성형물을 1050-1100℃에서 15-20시간 동안 소성하고 130-150℃에서 15-20시간 냉각시켜서 점토벽돌을 제조할 수 있다. 상기 소성온도는 점토질 벽돌원료일 경우 1050℃가 바람직하며, 석분질 벽돌원료인 경우 1100℃가 바람직하다.

또한, 상기 제조방법은 벽돌의 물성을 향상시키기 위해 첨가제를 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 무기가소제로서 도석, 세리사이트, 벤토나이트 및 버미큐라이트로 구성되는 군으로부터 선택된 것을 사용할 수 있다. 상기 첨가제는 벽돌 원료 중량 대비 1 내지 10중량%로 포함될 수 있다.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된, 표면에 반점이 형성된 점토벽돌을 제공한다.

본 발명의 점토벽돌은 다양한 색의 점 무늬를 구현하고 매끄러운 표면 느낌과 압축강도와 흡수율이 우수하여, 토목 내지 건축 공사 재료용으로 사용될 수 있으며, 구체적으로, 건축 실내·외 마감재와 보도, 차도, 광장, 주차장의 포장에 사용될 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법에 의할 때 폐유리는 소성과정 중 점토와 석분 간의 융제역할을 하고 이에 의해 제조된 벽돌은 종래보다 우수한 물성과 색도를 가지며 나아가 폐유리가루의 함량과 입도를 조절함으로써 벽돌표면에 다양한 생상의 점 무늬를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1 및 2와 비교예 1에 따라 제조한 점토벽돌을 비교하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 점토벽돌의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 폐유리분말을 이용한 점토벽돌의 제조

점토 60중량%와 석분 40중량%를 혼합하여 분쇄한 점토질 벽돌 원료와, 점토 40중량%와 석분 60중량%를 혼합하여 분쇄한 석분질 벽돌 원료를 준비하고, 각각의 원료에 50㎛-500㎛의 입도 범위를 갖는 폐유리분말을 벽돌 원료 중량 대비 7중량%로 추가하여 혼합한 후 사이로(silo)에 일주일간 숙성시켰다. 숙성시킨 원료들을 수분함량 19±2%로 조정하여 진공사출성형기로 성형하고, 성형된 물체를 80℃의 온도에서 55시간 동안 터널식 건조로에서 건조시킨 후 터널식 소성로에 요입시켜서 850℃에서 15시간 예열하고 벽돌 원료에 따라 1,050-1,100℃에서 20시간 동안 소성한 후 150℃에서 20시간 냉각시켜서 적갈색 및 아이보리 색상의 점토벽돌을 제조하였다(도 1 참조).

실시예 2: 폐유리분쇄분을 이용한 점토벽돌의 제조

점토 60중량%와 석분 40중량%를 혼합하여 분쇄한 점토질 벽돌 원료와, 점토 40중량%와 석분 60중량%를 혼합하여 분쇄한 석분질 벽돌 원료를 준비하여 사이로에 일주일간 숙성시켰다. 숙성시킨 원료들을 수분함량 19±2%로 조정하여 진공사출성형기로 성형하여 성형물을 제조하였다. 한편, 폐유리를 입경 1-5mm 범위로 분쇄하여 벽돌 원료 중량 대비 폐유리가루 7중량%를 준비하였다. 그런 다음 상기 폐유리가루를 성형시 성형물의 상부 및 측면에 분사하였다. 그런 다음 폐유리가루가 분사된 성형물을 80℃의 온도에서 55시간 동안 터널식 건조로에서 건조시킨 후 터널식 소성로에 요입시켜서 850℃에서 15시간 예열하고 벽돌 원료에 따라 1,050-1,100℃에서 20시간 동안 소성한 후 150℃에서 20시간 냉각시켜서 적갈색 및 아이보리 색상의 바탕색 표면에 반점이 형성된 점토벽돌을 제조하였다(도 1 참조).

비교예 1

점토 60중량%와 석분 40중량%를 혼합하여 분쇄한 점토질 벽돌 원료와, 점토 40중량%와 석분 60중량%를 혼합하여 분쇄한 석분질 벽돌 원료를 준비하여 사이로에 일주일간 숙성시켰다. 숙성시킨 원료들을 수분함량 19±2%로 조정하여 진공사출성형기로 성형하여 80℃의 온도에서 55시간 동안 터널식 건조로에서 건조시킨 후 터널식 소성로에 요입시켜서 850℃에서 15시간 예열하고 1,150-1,200℃에서 20시간 동안 소성한 후 150℃에서 20시간 냉각시켜서 적갈색 및 아이보리 색상의 점토벽돌을 제조하였다(도 1 참조).

본 발명에 따른 점토벽돌의 물성 조사

실시예 1-2와 비교예 1에 따라 제조된 점토벽돌을 한국산업규격인 KSL 4201의 시험방법에 따라 흡수율 및 압축강도를 조사하였으며, 상기 제조된 점토벽돌을 길이 190㎜, 너비 90㎜, 두께 57㎜로 제조하여 흡수율 및 압축강도에 대해 5회 시험 후 평균값을 산출하였다. KSL 4201 점토벽돌의 제품품질 및 적정 소성온도별 구분을 하기 표 1에 나타내었으며, 압축강도 및 흡수율에 대한 시험 결과는 하기 표 2에 나타내었다. 또한 본 발명에 따른 점토벽돌의 화학성분을 표 3에 표시하였다.

[표 1]

벽돌의 품질 및 적정 소성온도별 구분

[표 2]

본 발명에 따른 점토벽돌의 실시예에 따른 물성

[표 3]

본 발명에 따른 점토벽돌 원료의 화학성분(단위: 중량%)

도 1에서 보듯이, 실시예 1의 경우 폐유리가루를 첨가하지 않은 비교예 1에 비해 더 진한 색상의 매끄러운 질감을 갖는 벽돌을 얻을 수 있었고, 실시예 2의 방법에 의해 제조한 경우 비교예 1의 벽돌보다 더 진한 적색과 갈색의 표면에 흰색 및 갈색의 점 무늬가 형성된 매끄러운 질감의 벽돌을 얻을 수 있었다.

물성의 측면에서 볼 때, 상기 표 2에서 보듯이 본 발명의 실시예에 따른 점토벽돌의 압축강도는 KSL 4201(점토벽돌) 1종 기준인 250Kgf/cm²을 훨씬 상회하는 우수한 강도를 나타냈으며, 폐유리가루를 함유하지 않은 비교예 1과 비교하여 압축강도 16%, 휨강도 23% 이상 증가되었고, 흡수율의 경우도 7 미만의 낮은 흡수율을 나타내어 비교예 1과 비교하여 9.3% 이상이 증가되었다.

또한, 본 발명에 따른 점토벽돌의 화학성분을 분석해 본 결과, 표 3에서 보듯이 벽돌 원료 중량 대비 1.9-3.7 중량%의 Fe₂O₃와 0.8-1.8 중량%의 K₂O가 함유된 것을 알 수 있었다. 이들 Fe₂O₃와 K₂O 성분은 소성과정 중 서로 융제가 되어 낮은 온도에서 벽돌원료를 소결시키는 역할을 하는 것으로 판단된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 점토벽돌은 폐유리가루를 사용하여 그 함량과 입도를 조절함으로써 종래보다 낮은 소성온도에서 제조가 가능하므로 제조비용을 낮출 수 있고, 낮은 소성온도에서도 종래보다 더 나은 물성을 나타낼 뿐만 아니라 표면에 자연스럽고 다양한 색상의 점 무늬를 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (4)

1. (a) 점토 20-70중량%과 석분 30-80중량%를 혼합하여 분쇄한 벽돌 원료를 수분함량을 19±2%로 조정하여 성형물로 제조하는 단계;
   (b) 입경 1-5mm로 분쇄된 폐유리가루를 상기 벽돌 원료 중량 대비 5-10중량%의 함량으로 상기 성형물의 상부 및 측면에 분사하는 단계;
   (c) 상기 폐유리가루가 분사된 성형물을 50-100℃의 온도에서 50-60시간 동안 건조시키는 단계; 및
   (d) 상기 건조된 성형물을 소성로에 넣고 800-850℃에서 12-15시간 동안 예열한 후 1,050~1,100℃에서 15~20시간 동안 소성한 후 130-150℃에서 15-20시간 동안 냉각하는 단계를 포함하는, 압축강도 및 휨강도가 우수하고 표면에 반점이 형성된 점토벽돌의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 벽돌 원료에는 원료 중량 대비 1.9-3.7 중량%의 Fe₂O₃와 0.8-1.8 중량%의 K₂O가 함유된 것을 특징으로 하는, 압축강도 및 휨강도가 우수하고 표면에 반점이 형성된 점토벽돌의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 폐유리가루는 단색으로 이루어진 것이거나 서로 다른 색을 가지는 폐유리가루가 둘 이상 혼합된 것임을 특징으로 하는, 압축강도 및 휨강도가 우수하고 표면에 반점이 형성된 점토벽돌의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된, 압축강도 및 휨강도가 우수하고 표면에 반점이 형성된 점토벽돌.

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