KR102359563B1 - 건조속도 및 내충격성이 향상된 경량 인공 세라믹 점토 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건조속도 및 내충격성이 향상된 경량 인공 세라믹 점토 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물은 글라스파우더 등의 성분을 포함한 최적의 조성으로 배합되어 가볍고 건조가 빠르며 내충격성, 내수성, 내화성, 단열성 등이 향상되기 때문에, 미술용, 공예용, 교육용, 건축용, 의료용, 산업디자인용 등의 다양한 용도로 사용되기 매우 적합하다.
Description
본 발명은 건조속도 및 내충격성이 향상된 경량 인공 세라믹 점토 조성물에 관한 것으로서, 글라스파우더 등의 성분을 포함한 최적의 조성으로 배합되어 가볍고 건조가 빠르며 내충격성, 내수성, 내화성, 단열성 등이 향상되기 때문에, 미술용, 공예용, 교육용, 건축용, 의료용, 산업디자인용 등의 다양한 용도로 사용되기 매우 적합한 인공 세라믹 점토 조성물에 관한 것이다.
점토 제품은 지점토 또는 찰흙이라고도 불리며 천연흙, 펄프, 합성수지 등 다양한 성분과 조성으로 제조되고 있다. 점토 제품은 영유아들의 놀이 또는 교육용으로 사용되거나 미술 또는 공예용으로 많이 사용되고 있으며, 최근에는 자동차 관련 기업들에서 콘셉트카(concept car)의 외형을 제작하는 데에도 사용되고 있다.
그러나 종래의 점토 제품들 중에서는 밀도가 높아 무겁기 때문에 사용하기 불편한 제품들이 많았고, 그렇지 않더라도 점도나 접착력이 적절하지 않아 소성이 용이하지 않거나 건조에 시간이 오래 소요되고 내충격성이 떨어지는 제품들이 대부분이었다. 특히, 이러한 점토 제품은 용도가 다양한 만큼 다양한 물성이나 기능들이 요구되는데, 종래에는 특정 용도에 적합한 기능만을 갖도록 특화된 제품만이 존재하였다.
즉, 다양한 용도에 동시에 사용될 수 있는 기계적 물성과 여러가지 기능성이 부여된 점토 제품이 필요한 실정이었다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가볍고 건조가 빠르며 내충격성, 내수성, 내화성, 단열성 등이 향상되기 때문에, 미술용, 공예용, 교육용, 건축용, 의료용, 산업디자인용 등의 다양한 용도로 사용되기 매우 적합한 인공 세라믹 점토 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물은 글라스파우더 15-40 wt%; 아크릴계 수지 10-40 wt%; 실리카 10-50 wt%; 계면활성제 0.5-8 wt%; 석고 1-10 wt%; 탈크 1-10 wt%; 및 정제수 잔량을 포함한다.
상기 인공 세라믹 점토 조성물은 하기 (1) 내지 (3) 중 하나 이상을 만족할 수 있다.
(1) 밀도(상온에서 24시간 건조 후)(g/cm3): 0.5 이하
(2) 압축강도(상온에서 24시간 건조 후)(MPa): 0.1 이상
(3) 압축강도(30 ℃에서 3시간 건조 후)(MPa): 0.07 이상
상기 인공 세라믹 점토 조성물을 글라스파우더 15-40 중량부; 아크릴계 수지 10-40 중량부; 실리카 10-50 중량부; 계면활성제 0.5-8 중량부; 석고 1-10 중량부; 및 탈크 1-10 중량부를 포함할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 세라믹 점토 조형물은 상기 인공 세라믹 점토 조성물이 소성 후 상온에서 24시간 이상 건조되거나 30 ℃에서 3시간 이상 건조된 것일 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 인공 세라믹 점토 조성물은 글라스파우더 등의 성분을 포함한 최적의 조성으로 배합되어 가볍고 건조가 빠르며 내충격성, 내수성, 내화성, 단열성 등이 향상되기 때문에, 미술용, 공예용, 교육용, 건축용, 의료용, 산업디자인용 등의 다양한 용도로 사용되기 매우 적합하다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 우수한 가소성 및 조색용이성과 내장재 삽입 시 크랙이 발생하지 않는 것을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 결로성능시험 성적서이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 내수성시험 성적서이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 중금속 검출시험 성적서이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 품질시험 성적서이다.
도 7은 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 우수한 난연성(상: 연소시험, 하: 연소물 세척시험)을 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 우수한 건조 후 가공성을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 결로성능시험 성적서이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 내수성시험 성적서이다.
도 5는 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 중금속 검출시험 성적서이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 품질시험 성적서이다.
도 7은 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 우수한 난연성(상: 연소시험, 하: 연소물 세척시험)을 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물의 우수한 건조 후 가공성을 나타낸 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '-' 또는 '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 다른 언급이 없는 한 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
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. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
그리고 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물은 글라스파우더 15-40 wt%; 아크릴계 수지 10-40 wt%; 실리카 10-50 wt%; 계면활성제 0.5-8 wt%; 석고 1-10 wt%; 탈크 1-10 wt%; 및 정제수 잔량을 포함한다. 정제수는 바람직하게는 10-60 wt%, 보다 바람직하게는 10-40 wt%, 보다 바람직하게는 10-30 wt%를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인공 세라믹 점토 조성물은 글라스파우더 15-40 중량부; 아크릴계 수지 10-40 중량부; 실리카 10-50 중량부; 계면활성제 0.5-8 중량부; 석고 1-10 중량부; 및 탈크 1-10 중량부를 포함할 수 있다. 정제수는 10-60 중량부, 바람직하게는 10-40 중량부, 보다 바람직하게는 10-30 중량부를 포함할 수 있다.
글라스파우더
글라스파우더는 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물의 주요 성분으로서, 낮은 밀도, 우수한 단열성능과 발림성, 빠른 건조시간, 난연성 등을 부여할 수 있다.
글라스파우더는 None Akali-Aluminium Silicate Glass, Soda lime Glass, Borosilicate Glass 및 Bismuth Silicate Glass 중 하나 이상의 파우더를 포함할 수 있다. 또한, 글라스파우더의 평균 입도는 50-350 메쉬일 수 있다.
글라스파우더는 글라스버블 또는 유리섬유와 같은 글라스 중공체로 조성된 파우더일 수 있다. 글라스 중공체와 같은 클로즈드셀은 종래의 세라믹 재료인 에어로겔과 같은 오픈셀과 달리 다른 재료들과 혼합되더라도 단열성능이 저하되지 않으며, 에어로겔보다 훨씬 저렴하여 원가경쟁력이 높다는 장점이 있다.
또한, 글라스버블의 밀도는 0.12-0.60 g/cc로서 다른 종래의 재료인 탈크(2.7 g/cc)에 비해 훨씬 가볍기 때문에 접착력, 발림성, 교반성 등이 크게 향상될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 글라스버블은 하기 (1) 내지 (3) 중 하나 이상, 바람직하게는 둘 이상, 보다 바람직하게는 모두 만족하는 것을 사용할 수 있다.
(1) 밀도: 0.12-0.60 g/cc, 바람직하게는 0.4-0.6 g/cc
(2) 충격강도: 200-27,000 psi, 바람직하게는 5,000-20,000 psi
(3) 평균입도: 15-65 μm, 바람직하게는 33-55 μm
글라스파우더는 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물에 15-40 wt%, 바람직하게는 20-35 wt%, 보다 바람직하게는 20-30 wt%로 포함될 수 있다. 글라스파우더의 함량이 상기 범위 미만이면 밀도, 단열성능, 난연성 등이 열화될 수 있고, 상기 범위를 초과하면 가소성, 압축강도 등이 떨어질 수 있다.
아크릴계 수지
아크릴계 수지는 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물에 우수한 가소성, 알칼리성, 경도, 내식성 등을 부여할 수 있다.
아크릴계 수지는 (메타)아크릴레이트 단량체 및 비닐 단량체를 중합하여 제조된 것일 수 있다. (메타)아크릴레이트 단량체의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 N-메틸올 아크릴아미드, 2-히드록시프로필 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, t-부틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디사이클로펜테닐 옥시에틸 메타크릴레이트, 아크릴산 다이머, 헥산디올 디아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, 트리이소프로필실릴 아크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트 프탈레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 디아세톤 아크릴아미드, 이소부틸 메타크릴레이트, 히드록시이소프로필 메타크릴레이트, 이소프로필 메타크릴레이트, 사이클로헥실 메타크릴레이트, 트리이소프로필 실릴 메타크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, t-부틸사이클로헥실 메타크릴레이트, 트리메틸사이클로헥실 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴, 메틸 메타크릴레이트, 아크릴산, t-부틸 메타크릴레이트, 이소보닐 메타크릴레이트, 메타크릴로니트릴, 메타크릴산, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 클로로스티렌, 사이클로헥실비닐에테르에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
비닐 단량체의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 스티렌, 메틸스티렌, 디메틸스티렌, 플루오로스티렌, 에톡시스티렌, 메톡시스티렌, 페닐렌 비닐 케톤, 비닐 t-부틸 벤조에이트, 비닐 사이클로 헥사노에이트, 비닐 아세테이트, 비닐 피롤리돈, 비닐 클로라이드, 비닐 알코올, 아세톡시스티렌, t-부틸스티렌 및 비닐톨루엔 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 수지의 고형분 함량(NV)은 25 내지 55%, 예를 들어 35 내지 45%일 수 있고, 유리전이온도(Tg)는 70 내지 100 ℃, 예를 들어 80 내지 90 ℃일 수 있고, 산가는 -10 내지 10 mgKOH/g, 예를 들어 -5 내지 2 mgKOH/g일 수 있고, 수평균분자량은 10,000 내지 50,000 g/mol, 예를 들어 25,000 내지 35,000 g/mol일 수 있다.
상기 아크릴 수지의 유리전이온도(Tg)가 70 ℃ 미만일 경우 내열성 및 경도가 저하될 수 있고, 100 ℃ 초과일 경우 내약품성 및 내식성이 저하될 수 있다. 상기 아크릴 수지의 산가가 -10 mgKOH/g 미만일 경우 내약품성 및 내후성이 저하될 수 있고, 10 mgKOH/g 초과일 경우 내약품성 및 내식성이 저하될 수 있다. 상기 아크릴 수지의 수평균분자량이 10,000 g/mol 미만일 경우 외관 및 경도가 저하될 수 있고, 50,000 g/mol 초과일 경우 내약품성 및 내식성이 저하될 수 있다.
아크릴계 수지는 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물에 10-40 wt%, 바람직하게는 15-35 wt%, 보다 바람직하게는 20-30 wt%로 포함될 수 있다. 아크릴계 수지의 함량이 상기 범위 미만이면 혼화성, 접착력, 질감 등이 약화될 수 있고, 상기 범위를 초과하면 단열성능, 밀도 등이 열화될 수 있다.
계면활성제
계면활성제는 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물의 혼화성, 가소성 등을 향상시킬 수 있다. 계면활성제는 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 양쪽성 계면활성제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 음이온성 계면활성제는 알킬 에테르 설페이트 또는 알케닐 에테르 설페이트일 수 있다. 구체적으로는, 암모늄 라우릴 설페이트, 암모늄 라우레스 설페이트, 트리에틸아민 라우릴 설페이트, 트리에틸아민 라우레스 설페이트, 트리에탄올아민 라우릴 설페이트, 트리에탄올아민 라우레스 설페이트, 모노에탄올아민 라우릴 설페이트, 모노에탄올아민 라우레스 설페이트, 디에탄올아민 라우릴 설페이트, 디에탄올아민 라우레스 설페이트, 라우릭 모노글리세라이드 나트륨 설페이트, 나트륨 라우릴 설페이트, 나트륨 라우로일 사르코시네이트, 라우릴 사르코신, 코코일 사르코신, 암모늄 코코일 설페이트, 암모늄 라우로일 설페이트, 나트륨 코코일 설페이트, 나트륨 라우로일 설페이트, 칼륨 코코일 설페이트, 칼륨 라우릴 설페이트, 모노에탄올아민 코코일 셀페이트, 나트륨 트리데실 벤젠 설포네이트, 나트륨 도데실 벤젠 설포네이트, 나트륨 파레스 설페이트의 나트륨 또는 칼륨염, 또는 나트륨 파레스 에테르 설페이트의 나트륨 또는 칼륨염일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 양쪽성 계면활성제는 아미도베타인, 아미도설포베타인, 코코 디메틸 카복시메틸 베타인, 코코아미도프로필 베타인, 코코베타인, 라우릴 아미도프로필 베타인, 올레일 베타인, 라우릴 디메틸 카복시메틸 베타인, 라우릴 디메틸 알파카복시에틸 베타인, 세틸 디메틸 카복시메틸 베타인, 라우릴 비스-(2-하이드록시에틸) 카복시메틸 베타인, 스테아릴 비스-(2-하이드록시프로필) 카복시메틸 베타인, 올레일 디메틸 감마-카복시프로필 베타인, 및 라우릴 비스-(2-하이드록시프로필) 알파-카복스-예틸 베타인, 코코 디메틸 설포프로필 베타인, 스테아릴 디메틸 설포프로필 베타인, 라우릴 디메틸 설포에틸 베타인, 또는 라우릴 비스-(2-하이드록시에틸) 설포프로필 베타인일 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 계면활성제는 폴리옥시에틸렌, 알킬페닐에테르, 폴리옥시에텔렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 또는 폴리스틸페닐에테르일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 계면활성제는 폴리알킬렌글리콜 또는 알킬 폴리알킬렌글리콜 에테르 계열의 물질일 수 있다. 알킬 폴리알킬렌글리콜 에테르는 구체적으로, 메틸 폴리에틸렌글리콜 에테르, 다이메틸 폴리에틸렌글리콜 에테르, 에틸 폴리에틸렌글리콜 에테르, 다이에틸 폴리에틸렌글리콜 에테르, 프로필 폴리에틸렌글리콜 에테르, 다이프로필 폴리에틸렌글리콜 에테르, 메틸 폴리프로필렌글리콜 에테르, 다이메틸 폴리프로필렌글리콜 에테르, 에틸 폴리프로필렌글리콜 에테르, 다이에틸 폴리프로필렌글리콜 에테르, 프로필 폴리프로필렌글리콜 에테르, 또는 다이프로필 폴리프로필렌글리콜 에테르일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 계면활성제는 알킬 폴리에틸렌글리콜 에테르 및 40 몰 에틸렌 옥사이드(Alkyl polyethylene glycol ether with 40 mole ethylene oxide)를 포함할 수 있다. 다만 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
계면활성제는 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물에 0.5-8 wt%, 바람직하게는 1-6 wt%, 보다 바람직하게는 2-6 wt%로 포함될 수 있다. 계면활성제의 함량이 상기 범위 미만이면 혼화성, 가소성 등이 약화될 수 있고, 상기 범위를 초과하면 압축강도 등이 약화될 수 있다.
실리카
실리카(silica, SiO2)는 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물의 압축강도, 밀도, 내화성, 내수성 등에 영향을 미칠 수 있다. 실리카의 평균 입도는 10-250 메쉬일 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
실리카는 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물에 10-50 wt%, 바람직하게는 15-40 wt%, 보다 바람직하게는 20-35 wt%로 포함될 수 있다. 실리카의 함량이 상기 범위 미만이면 압축강도, 내화성 등이 약화될 수 있고, 상기 범위를 초과하면 가소성 등이 악화될 수 있다.
석고, 탈크
석고와 탈크(talc)는 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물의 가소성, 건조속도, 단열성능, 내화성 등에 영향을 미칠 수 있다. 석고 및/또는 탈크는 분말 형태로 포함될 수 있으며, 이 경우 평균 입도는 50-300 메쉬일 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
석고는 반수석고(CaSO4. 1/2H2O), 이수석고(CaSO4. 2H2O) 또는 이들이 혼합된 석고를 사용할 수 있으며, 단열성능 및 방음성 등을 향상시킬 수 있다. 석고는 석고 분말의 형태로 사용할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
석고와 탈크는 각각 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물에 1-10 wt%, 바람직하게는 2-8 wt%, 보다 바람직하게는 3-6 wt%로 포함될 수 있다.
기타 첨가제
본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물은 용도, 목적 등에 따라 고유 특성을 해하지 않는 범위 내에서 통상적으로 사용되는 첨가제를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 비제한적인 예로는 분산제, 소포제, 탈포제, 레벨링제, 가소제, 조색제, 자외선 흡수제, 표면 조정제, 유연제, 부착증진제, 습윤제 또는 이들의 혼합물 등이 있다.
분산제는 조성물을 구성하는 각 재료들을 분산시키고 거리 유지를 통해 재응집을 막아, 균일한 물성이 발현되도록 하는 역할을 한다. 상기 분산제로는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있으며, 일례로, 고분자량의 블록 공중합체 타입의 분산제 등을 사용할 수 있다.
소포제는 기포를 억제함으로써 도막의 외관 특성을 높여주는 역할을 하는 것으로서, 당 분야에 알려진 통상적인 소포제를 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리콘계 또는 비실리콘계 소포제를 사용할 수 있고, 일례로 폴리실록산 타입의 소포제를 사용할 수 있다.
레벨링제는 평탄하고 매끄럽게 코팅되도록 레벨링함으로써 조성물 내의 접착력을 증진시키면서 외관 특성을 향상시키기 위한 것이다. 상기 레벨링제로는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로, 아크릴계, 실리콘계, 폴리에스테르계, 아민계 레벨링제 등이 있다.
가소제는 점도를 조절하고 저장안정성을 개선시키는 역할을 한다. 상기 가소제로는 당 분야에 알려진 통상적인 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로, 아크릴계 또는 폴리에스테르계 가소제를 사용할 수 있다.
조색제로서 당 분야에 알려진 통상적인 체질 안료, 유색 안료 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 인공 세라믹 점토 조성물은 하기 (1) 내지 (3) 중 하나 이상, 바람직하게는 둘 이상, 보다 바람직하게는 모두 만족할 수 있다.
(1) 밀도(상온에서 24시간 건조 후)(g/cm3): 0.5 이하, 바람직하게는 0.4 이하, 보다 바람직하게는 0.3 이하
(2) 압축강도(상온에서 24시간 건조 후)(MPa): 0.1 이상, 바람직하게는 0.15 이상, 보다 바람직하게는 0.2 이상
(3) 압축강도(30 ℃에서 3시간 건조 후)(MPa): 0.07 이상, 바람직하게는 0.08 이상, 보다 바람직하게는 0.1 이상
이러한 인공 세라믹 점토 조성물은 사용자에 의해 원하는 형상으로 소성된 후, 건조 단계를 거쳐 경화된 인공 세라믹 점토 조형물이 될 수 있다.
상기 건조 단계는 구체적으로, 소성된 인공 세라믹 점토 조성물이 상온에서 24시간 이상 (바람직하게는 24-72시간) 건조되거나, 30 ℃에서 3시간 이상 (바람직하게는 3-8시간) 건조되는 단계일 수 있다.
상기 인공 세라믹 점토 조형물은 글라스파우더 15-40 중량부; 아크릴계 수지 10-40 중량부; 실리카 10-50 중량부; 계면활성제 0.5-8 중량부; 석고 1-10 중량부; 및 탈크 1-10 중량부를 포함할 수 있다. 정제수는 10-60 중량부, 바람직하게는 10-40 중량부, 보다 바람직하게는 10-30 중량부를 포함할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물은 경량이면서도 건조 전 가소성이 종래 제품과 동등 이상으로 우수하고, 건조가 빠르기 때문에 상온에서 24시간 또는 30 ℃에서 3시간만에 경화될 수 있다. 또한, 내장재를 삽입해도 크랙이 발생하지 않으며 내충격성, 내수성, 내화성, 단열성, 조색성, 건조 후 가공성 등도 우수하다. 따라서, 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물은 미술용, 공예용 또는 교육용 뿐만 아니라 산업현장에서의 디자인(예를 들어, 콘셉트카, 로봇, 시제품 등)용으로도 사용될 수 있으며, 단열성능(결로성능)과 내수성이 요구되는 배관 동파방지용 스티로폼을 대체할 수도 있다. 이에 더하여, 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물은 경량이기 때문에 단열타일과 같은 건축용 자재로 사용될 경우 원가가 절감되고 시공이 용이하며 부상위험을 낮출 수 있다. 또한, 가볍고 건조가 빠르며 독성물질이 없기 때문에 깁스, 부목과 같은 의료용으로도 활용될 수 있고, 단열성능이 우수하면서도 내화성이 강하기 때문에 화로, 난로, 화구 등의 하우징으로 활용될 수도 있다.
이에 더하여, 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물은 밀도가 낮으면서도 친환경적인 소재를 사용하기 때문에, 해상에서 사용되는 스티로폼 부표를 대체하여 플라스틱 폐기물 문제를 경감할 수도 있다.
이하에서는 제조예 및 실험예를 통해 본 발명에 대하여 설명하나, 본 발명의 효과가 하기 실험예에 의해 제한되지 아니함은 자명하다.
제조예 1
하기 표 1과 같이 아크릴계 수지(메타크릴산 수지, PMMA), 실리카, 계면활성제(Alkyl polyethylene glycol ether), 석고, 탈크, 글라스파우더(None Akali-Aluminium Silicate Glass; 50-350 메쉬) 및 정제수를 혼합하여 인공 세라믹 점토 조성물을 제조하였다. (실시예 1 내지 3)
| 실시예 1 (g) | 실시예 2 (g) | 실시예 3 (g) | |
| 아크릴계 수지 | 25 | 25 | 30 |
| 실리카 | 30 | 25 | 20 |
| 계면활성제 | 3 | 5 | 5 |
| 석고 | 5 | 5 | 3 |
| 탈크 | 5 | 5 | 3 |
| 글라스파우더 | 20 | 20 | 25 |
| 정제수 | 12 | 15 | 14 |
| 총량 | 100 | 100 | 100 |
실험예 1
제조된 실시예 1 내지 3의 인공 세라믹 점토 조성물에 대하여 아래와 같은 항목을 평가하였다. 비교를 위해 시중에서 판매되는 옹기토(비교예 1), T사 지점토(비교예 2) 및 D사 천사점토(비교예 3)도 함께 평가하였다. 비교예 1의 주성분은 천연흙, 비교예 2의 주성분은 종이펄프, 물 및 증점제, 비교예 3의 주성분은 합성수지로 확인되었다.
- 가소성: 건조 전 점토 조성물을 원하는 형상으로 소성 시 용이성을 관능평가하였다.
- 밀도: 점토 조성물을 상온에서 24시간 건조 후 밀도를 측정하였다.
- 압축강도(상온, 24시간 건조): 점토 조성물을 상온에서 24시간 건조 후 압축강도를 측정하였다. 구체적으로, UTM(universal testing machine)에 압축용 지그(jig)를 장착하고 10 mm/min의 속도로 압축시켜 점토 조성물이 받는 힘을 측정하여 10% 변형 시의 응력(stress) 값을 압축강도로 정의하였다.
- 압축강도(30 ℃, 3시간 건조): 점토 조성물을 30 ℃에서 3시간 건조 후 상기와 동일한 방법으로 압축강도를 측정하였다.
- 압축강도(상온, 72시간 건조): 점토 조성물을 상온에서 72시간 건조 후 상기와 동일한 방법으로 압축강도를 측정하였다.
- 크랙: 점토 조성물 내에 내장재를 삽입하고 상온에서 24시간 건조 후 표면 크랙 발생 여부를 육안으로 관찰하였다.
- 내수성: 점토 조성물을 상온에서 24시간 건조 후 물에 24시간 방치한 후의 변화를 관찰하였다.
- 내화성: 점토 조성물을 상온에서 24시간 건조 후 1000 ℃의 토치로 10초 동안 불을 가하여 연소 정도 평가하였다.
- 결로성능(단열성능): 점토 조성물을 상온에서 24시간 건조 후 LH 전문시방서(32700):2011 방법을 준용하여 결로성능시험을 실시하였다.
- 중금속: KS C IEC 62321:2014에 의거하여 시험하였다.
- 품질시험: 저온 안정성, 초기 건조에 따른 내잔갈림성, 부착강도(표준상태), 내세척성 및 내충격성을 KS F 4715 : 2007에 의거하여 시험하였다.
- 건조 후 가공성: 점토 조성물을 상온에서 24시간 건조 후 드릴, 실톱, 커터칼 및 사포로 가공 시 가공용이성을 평가하였다.
- 충격강도: 점토 조성물을 상온에서 24시간 건조 후 상기와 동일한 방법으로 압축강도를 측정하되, 크랙 발생 시의 응력(stress) 값을 충격강도로 정의하였다.
실시예와 비교예의 평가 결과는 하기 표 2 및 도 1 내지 5와 같았다. 도 1 및 2는 실시예의 우수한 가소성 및 조색용이성과 내장재 삽입 시 크랙이 발생하지 않는 것을 나타낸 사진이고, 도 3은 실시예의 결로성능시험 성적서이며, 도 4는 실시예의 내수성시험 성적서이고, 도 5는 실시예의 중금속 검출시험 성적서이며, 도 6은 실시예의 품질시험 성적서이고, 도 7은 실시예의 우수한 난연성(상: 연소시험, 하: 연소물 세척시험)을 나타낸 사진이며, 도 8은 실시예의 우수한 건조 후 가공성을 나타낸 사진이다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| 가소성 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 밀도 (g/cm3) | 0.24 | 0.21 | 0.25 | 2 | 0.98 | 0.08 |
| 압축강도(상온, 24시간 건조)(MPa) | 0.21 | 0.24 | 0.22 | 0.09 | 0.16 | 0.12 |
| 압축강도(30 ℃, 3시간 건조)(MPa) | 0.14 | 0.11 | 0.12 | 0.05 | 0.07 | 0.08 |
| 압축강도(상온, 72시간 건조)(MPa) | 0.23 | 0.26 | 0.23 | 0.21 | 0.19 | 0.16 |
| 크랙 | 크랙없음 | 크랙없음 | 크랙없음 | 크랙발생 | 크랙발생 | 크랙발생 |
| 내수성 | 문제없음 | 문제없음 | 문제없음 | 물에녹음 | 물에녹음 | 물에녹음 |
| 내화성 | 문제없음 | 문제없음 | 문제없음 | - | - | - |
| 결로성능 | 이상없음 | 이상없음 | 이상없음 | - | - | - |
| 중금속Pb (mg/kg) Cd (mg/kg) Hg (mg/kg) Cr6+ (mg/kg) |
불검출 | 불검출 | 불검출 | - | - | - |
| 저온 안정성 | 이상없음 | 이상없음 | 이상없음 | - | - | - |
| 초기 건조에 따른 내잔갈림성 | 이상없음 | 이상없음 | 이상없음 | - | - | - |
| 부착강도(N/mm2) | 1.3 | 1.3 | 1.3 | - | - | - |
| 내세척성 | 이상없음 | 이상없음 | 이상없음 | - | - | - |
| 내충격성 | 이상없음 | 이상없음 | 이상없음 | - | - | - |
| 건조 후 가공성 | ◎ | ◎ | ◎ | △ | △ | ○ |
| 충격강도 (MPa) | 0.36 | 0.41 | 0.39 | 0.25 | 0.29 | 0.23 |
| ◎: 용이, ○: 보통, △: 비용이 |
||||||
상기 표 2 및 도 1 내지 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물은 시중 점토 제품에 비해 밀도가 낮아 경량이고, 내장재를 삽입하더라도 크랙이 발생하지 않으며, 내수성, 내화성, 내충격성 및 결로성능(단열성) 등이 우수하였다. 또한, 본 발명의 점토 조성물은 건조 후의 경화 수준이 적절하여 드릴 등으로 가공 시 원하는 형상으로 성형이 용이한 반면, 시중 점토 제품은 경도나 점도가 적절하지 않아 뭉개지거나 부서지는 등 가공이 어려웠다. 특히, 본 발명의 인공 세라믹 점토 조성물은 시중 점토 제품보다 건조속도가 빨라 상온에서 24시간 건조시킨 경우 또는 30 ℃에서 3시간 건조시킨 경우에도 상당한 수준의 경화가 일어난 반면, 시중 점토 제품은 같은 조건에서 경화가 불충분하여 압축강도가 낮게 측정되었다.
제조예 2
다양한 조성의 인공 세라믹 점토 조성물을 평가하기 위해, 하기 표 3과 같이 인공 세라믹 점토 조성물들을 제조하였다.
| (단위: g) | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 | 실시예 8 | 실시예 9 | 실시예 10 |
| 아크릴계 수지 | 35 | 35 | 10 | 35 | 35 | 55 | 25 |
| 실리카 | 40 | 35 | 15 | 0 | 5 | 15 | 30 |
| 계면활성제 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 2 | 0 |
| 석고 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 3 | 5 |
| 탈크 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 3 | 5 |
| 글라스파우더 | 0 | 5 | 45 | 35 | 35 | 15 | 25 |
| 정제수 | 12 | 12 | 17 | 17 | 12 | 7 | 10 |
| 총량 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
실험예 2
제조된 실시예들의 점토 조성물에 대하여 상기 실험예 1과 같은 방법으로 가소성, 밀도, 압축강도(상온, 24시간 건조) 및 크랙을 평가하였다. 평가 결과는 하기 표 4와 같았다.
| 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 | 실시예 8 | 실시예 9 | 실시예 10 | |
| 가소성 | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ◎ | ○ |
| 밀도 (g/cm3) | 0.46 | 0.27 | 0.19 | 0.20 | 0.21 | 0.19 | 0.22 |
| 압축강도 (MPa) | 0.21 | 0.22 | 0.17 | 0.15 | 0.17 | 0.19 | 0.18 |
| 크랙 | 크랙없음 | 크랙없음 | 크랙발생 | 크랙없음 | 크랙없음 | 크랙없음 | 크랙발생 |
| ◎: 소성 용이, ○: 보통, △: 소성 비용이 | |||||||
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 일부 성분이 생략 또는 미량으로 사용되거나 과도하게 사용된 경우, 가소성, 밀도 또는 압축강도가 저하되거나 크랙이 발생하였다.이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (4)
- 글라스파우더 15-40 wt%;
아크릴계 수지 10-40 wt%;
실리카 10-50 wt%;
계면활성제 0.5-8 wt%;
석고 1-10 wt%;
탈크 1-10 wt%; 및
정제수 잔량을 포함하는
인공 세라믹 점토 조성물. - 청구항 1에 있어서,
하기 (1) 내지 (3) 중 하나 이상을 만족하는
인공 세라믹 점토 조성물.
(1) 밀도(상온에서 24시간 건조 후)(g/cm3): 0.5 이하
(2) 압축강도(상온에서 24시간 건조 후)(MPa): 0.1 이상
(3) 압축강도(30 ℃에서 3시간 건조 후)(MPa): 0.07 이상 - 글라스파우더 15-40 중량부;
아크릴계 수지 10-40 중량부;
실리카 10-50 중량부;
계면활성제 0.5-8 중량부;
석고 1-10 중량부; 및
탈크 1-10 중량부를 포함하는
인공 세라믹 점토 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항의 인공 세라믹 점토 조성물이 소성 후 상온에서 24시간 이상 건조되거나 30 ℃에서 3시간 이상 건조된
인공 세라믹 점토 조형물.
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|---|---|---|---|
| KR1020210155363A KR102359563B1 (ko) | 2021-11-12 | 2021-11-12 | 건조속도 및 내충격성이 향상된 경량 인공 세라믹 점토 조성물 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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