KR102400074B1

KR102400074B1 - 내구성이 우수한 세라믹 타일 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102400074B1
Application number: KR1020200024825A
Authority: KR
Inventors: 김규희
Original assignee: (주)다대메이커스
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2022-05-23
Also published as: KR20210109792A

Abstract

본 발명은 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세라믹잉크를 제조하는 세라믹잉크제조단계, 세라믹타일 표면을 전처리하는 전처리단계, 상기 세라믹잉크제조단계를 통해 제조된 세라믹잉크를 상기 전처리단계를 통해 전처리된 세라믹타일에 도포하는 세라믹잉크도포단계 및 상기 세라믹잉크도포단계를 통해 세라믹잉크가 도포된 세라믹타일을 소성하는 소성단계로 이루어진다.
상기의 과정을 통해 제조되는 세라믹 타일은 흡방습성 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 표면에 다양한 무늬가 선명하게 인쇄되어 우수한 상품성을 나타낸다.

Description

내구성이 우수한 세라믹 타일 및 그 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF DURABLE CERAMIC TILE}

본 발명은 내구성이 우수한 세라믹 타일 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡방습성 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 표면에 다양한 무늬가 선명하게 인쇄되어 우수한 상품성을 나타내는 세라믹 타일을 제공하는 내구성이 우수한 세라믹 타일 및 그 제조방법에 관한 것이다.

세라믹 제품은 그 표면에 라벨링이나 또는 로고 등을 표기하는데, 일반적으로 세라믹 표면에 로고 등을 표기하기 위한 장식방법은 세라믹 잉크를 스크린 인쇄방법에 의해 2 내지 3회 반복하여 도장한 후에, 세라믹 도막을 가열하여 용해시키고 세라믹 제품의 릴리프 장식을 하거나 인쇄 전 세라믹 소재의 표면을 주물 적용이나 레이져 가공, 압출 성형 등의 요철 방식으로 가공하고, 그 위에 세라믹 도료를 도장하는 방법 등을 이용하여 라벨링이나 로고 등을 표시하였다.

그러나, 상기의 방법들은 공정이 복잡하고, 비용이 과다 소요되며, 특히 도장한 도막의 품질 손상 유발, 색상발현 제한 등의 문제점이 있었다. 특히, 세라믹 제품의 표면에 유기 변성 실리콘 수지 도료를 바인더로 한 도료를 도장하면, 세라믹 표면에 형성된 도막은 표면에 위치한 활성 에너지가 낮은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 등과 같은 탄소수 1 내지 4의 알킬기에 의해 낮은 표면 활성도가 형성되는 문제점이 있었다.

한편, 실내 벽 및 바닥에 사용되는 세라믹 타일은 통상적으로 사용되는 무기질 원료 즉, 점토, 고령토, 장석, 도석 등을 이용하여 소지 표면에 유약을 도포하고 디자인을 가미하여 제조된다.

최근에는 소비자들의 기호도 향상을 위해 단색의 타일을 탈피하여 다양한 색상이나 무늬가 인쇄된 세라믹 타일이 제조되고 있는데, 세라믹 타일의 특성상 일반잉크로는 인쇄가 불가능하기 때문에, 프라이머(primer)를 도포한 후에 인쇄를 실시하는 방법이 이용되고 있다. 그러나, 상기와 같이 프라이머를 이용한 인쇄의 경우 부착력의 부족으로 수분과의 접촉이나 스크래치(scratch) 등으로 인해 박리현상이나 변색 및 탈색이 쉽게 발생하여 수명이 1년 내지 2년 사이를 나타내는 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해소하기 위해 세라믹 안료를 이용하여 세라믹 타일의 표면에 다양한 색상 및 무늬를 인쇄하는 방법이 시도되고 있으나, 세라믹 안료를 이용한 인쇄시에는 선명한 인쇄가 어렵고, 소성 과정에서 색상이 왜곡되는 문제점이 있었다.

한국특허등록 제10-1913590호(2018.10.25) 한국특허등록 제10-1711253호(2017.02.22)

본 발명의 목적은 흡방습성 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 표면에 다양한 무늬가 선명하게 인쇄되어 우수한 상품성을 나타내는 세라믹 타일을 제공하는 내구성이 우수한 세라믹 타일 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 세라믹잉크를 제조하는 세라믹잉크제조단계, 세라믹타일 표면을 전처리하는 전처리단계, 상기 세라믹잉크제조단계를 통해 제조된 세라믹잉크를 상기 전처리단계를 통해 전처리된 세라믹타일에 도포하는 세라믹잉크도포단계, 및 상기 세라믹잉크도포단계를 통해 세라믹잉크가 도포된 세라믹타일을 소성하는 소성단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 세라믹잉크는 변성 실리콘 100 중량부, 내열안료 50 내지 200 중량부, 산화알루미늄 2.5 내지 50 중량부, 실리카 퓸 2.5 내지 25 중량부 및 용제 75 내지 150 중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 세라믹타일은 γ-산화알루미늄 및 유리프리트를 포함하며, 표면에 미세기공이 형성된 것으로 한다.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 γ-산화알루미늄은 질화알루미늄, 탄산알루미늄, 염화알루미늄, 염화알루미늄 이수화물, 수산화알루미늄, 알루미늄클로라이드 및 알루미늄 나이트레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나가 상변이된 것으로 한다.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 전처리단계는 세라믹타일 표면에 1200℃ 내지 2000℃의 화염을 5 내지 10초 동안 방사하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 세라믹잉크도포단계는 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 및 그린으로 이루어진 5컬러 채널이 구비된 리프린팅 방식의 잉크젯 프린터를 이용하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 소성단계는 1차 히팅존, 2차 히팅존 및 3차 히팅존이 구비된 가마에서 이루어지되, 상기 1차 히팅존에서 590 내지 610℃의 온도로 3 내지 10분 동안 1차 소성하며, 상기 2차 히팅존에서 630 내지 650℃의 온도로 3 내지 10분 동안 2차 소성하고, 상기 3차 히팅존에서 670 내지 690℃의 온도로 3 내지 10분 동안 3차 소성하여 이루어지는 것으로 한다.

본 발명에 따라 제조된 세라믹 타일은 흡방습성 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 표면에 다양한 무늬가 선명하게 인쇄되어 우수한 상품성을 나타내는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1을 통해 제조된 타일의 외관을 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 2 내지 4를 통해 제조된 타일의 외관을 촬영하여 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 소성단계에서 사용되는 가마를 촬영하여 나타낸 사진이다.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명에 따른 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법은 세라믹잉크를 제조하는 세라믹잉크제조단계(S101), 세라믹타일 표면을 전처리하는 전처리단계(S101-1), 상기 세라믹잉크제조단계(S101)를 통해 제조된 세라믹잉크를 상기 전처리단계(S101-1)를 통해 전처리된 세라믹타일에 도포하는 세라믹잉크도포단계(S103) 및 상기 세라믹잉크도포단계(S103)를 통해 세라믹잉크가 도포된 세라믹타일을 소성하는 소성단계(S105)로 이루어진다.

상기 세라믹잉크제조단계(S101)는 세라믹잉크를 제조하는 단계로, 변성 실리콘, 내열안료, 산화알루미늄, 실리카 퓸 및 용제를 혼합하여 이루어지며, 변성 실리콘 100 중량부, 내열안료 50 내지 200 중량부, 산화알루미늄 2.5 내지 50 중량부, 실리카 퓸 2.5 내지 25 중량부 및 용제 75 내지 150 중량부를 교반기가 구비된 혼합장치에 투입하고 100 내지 200rpm의 속도로 5 내지 10분 동안 혼합하는 과정으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 변성 실리콘은 바인더의 역할을 하며, 폴리에스터 수지에 실리콘 수지를 중합시켜 제조되는데, 통상의 도료에 흔히 적용되는, 실리콘 수지의 함량이 40~90 중량%인 변성 실리콘 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 내열안료는 50 내지 200 중량부가 혼합되며, 내열성(700℃ 이상)을 가지는 안료로써, 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 및 그린의 색상을 낼 수 있는 무기 유색안료를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 내열안료의 함량이 50 중량부 미만인 경우에는 해당 색상을 발현하지 못할 수 있으며, 상기 내열안료의 함량이 200 중량부를 초과하는 경우에는 상대적으로 기타 다른 혼합물의 함량이 줄어들어 세라믹잉크의 기능이 저하될 수 있다.

상기 산화알루미늄은 2.5 내지 50 중량부가 함유되며 분말형태의 것을 사용하는 것이 바람직한데, 세라믹잉크로 형성된 도막의 치밀성을 향상시켜 내마모성 등을 향상시키는 역할을 한다.

상기 산화알루미늄의 함량이 2.5 중량부 미만이면 도막의 치밀성이 미비하여 상기 소성단계(S105)나 경화 후에 균열이 발생할 수 있으며, 상기 산화알루미늄의 함량이 50 중량부를 초과하게 되면 기타 다른 혼합물의 부족으로 잉크의 기능이 저하될 우려가 있다.

상기 실리카 퓸은 2.5 내지 25 중량부가 함유되며 세라믹잉크를 구성하는 각 성분의 분산성을 향상시키며 점도를 조절하는 역할을 하는데, 상기 실리카 퓸의 함량이 2.5 중량부 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 실리카 퓸의 함량이 25 중량부를 초과하게 되면 세라믹잉크의 점도가 지나치게 낮아져 바람직하지 못하다.

상기 용제는 75 내지 150 중량부가 함유되며, 세라믹잉크의 저장성과 작업성을 향상시키는 역할을 하는데, 프로필렌글리콜 메틸에테를아세테이트(Propyleneglycol Methyl ether Acetate, PMA), 이소프로필알코올(Iso Propyl Alcohol, IPA), 부틸아세테이트(Butyl Acetate, BA) 또는 코코졸#150(Kocosol#150, SK사)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 용제의 함량이 75 중량부 미만이면 세라믹잉크의 저장성 및 작업성이 저하될 수 있으며, 상기 용제의 함량이 150 중량부를 초과하게 되면 인쇄도막의 불량을 발생시키거나 잔류 용제로 인해 인쇄도막의 물성이 저하될 수 있다.

상기 전처리단계는(S101-1) 세라믹타일 표면을 전처리하는 단계로, 세라믹타일 표면에 1200℃ 내지 2000℃의 화염을 5 내지 10초 동안 방사하는 과정으로 이루어지는데, 더욱 상세하게는 연료가스(프로판, 부탄, LPG, LNG 등)에 토치(torch)를 장착한 통상의 화염 방사수단을 이용하여 1200 내지 2000℃의 온도를 나타내는 화염을 형성시킨 후에 이를 세라믹 타일의 표면에 5 내지 10초 동안 방사하는 과정으로 이루어진다.

이때, 상기 세라믹타일은 γ-산화알루미늄 및 유리프리트를 포함하며, γ-알루미나 15 내지 60중량% 및 유리프리트 5 내지 20중량%를 포함하여 이루어지는데, 표면에 미세기공이 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 γ-산화알루미늄은 질화알루미늄, 탄산알루미늄, 염화알루미늄, 염화알루미늄 이수화물, 수산화알루미늄, 알루미늄클로라이드 및 알루미늄 나이트레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나가 상변이된 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

일반적으로, 다공성 세라믹 타일은 제작하는데 있어서 소성과정이 필요한데 소성온도 영역에 따라 타일을 분류할 수 있다. 보통 약 1300℃이상의 온도에서 소성되어 형성되는 폴리싱 타일, 약 1300℃미만의 온도에서 소성되어 형성되는 자기질 타일, 그리고 약 800℃의 온도에서 소성되어 형성되는 도기질 타일로 분류되는데 상기 소성온도가 높을수록 조직이 치밀하며 높은 굽힘 강도를 나타낸 것이 일반적이다.

종래의 다공성 세라믹 타일은 공기의 입출을 원활하게 하기 위한 열린기공을 만들기 위하여 소성과정이 약 1000℃이하에서 이루어졌고, 이로 인해 일반 자기 및 폴리싱 타일에 비하여 조직이 치밀하지 못하고 강도가 약한 문제점이 있었다.

따라서, 이를 보완하기 위해 바인더 역할을 할 수 있는 유리질 물질을 일정량 첨가시켰으나, 유리질 물질의 함량을 증가할수록 공기가 드나드는 기공을 막고, 조습기능을 발휘하는 핵심물질의 미세기공을 막아 흡방습성이 저하될 우려가 있었다.

이에, 본 발명에서는 흡방습성의 저하없이 조습타일의 굽힘 강도를 향상시키기 위하여, 다공성 세라믹 타일 조성물 내에 조습기능을 하는 γ-알루미나 및 바인더 역할을 하는 유리프리트의 함유 비율을 조절하였으며, 상기 다공성 세라믹 타일은 γ-알루미나 15 중량% 내지 60 중량% 및 유리프리트 5 중량% 내지 약 20 중량% 포함할 수 있다.

상기 γ-알루미나는 전이상태의 알루미나로써 조습기능을 부여할 수 있다. 알루미늄 소스를 열처리함으로써 다른 구조상으로 변이가 가능하고, 넓은 비표면적과 미세한 기공 홀을 가지고 있어서 분리막, 촉매, 촉매 담체 및 흡착제로서 우수한 특성을 나타낼 수 있는 물질이다.

상기 γ-알루미나는 다공성 세라믹 타일 형성 입자가 포함하는 기공 표면에 형성되어 우수한 조습 및 탈취 기능을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 γ-알루미나는 습도가 높을 때에 상기 기공을 통하여 습기를 흡수하여 실내의 습도를 낮추는 기능을 하고, 반대로 습도가 낮을 때에는 상기 기공 내에 저장되어 있던 습기를 방출하여 실내 습도를 높이는 기능을 한다. 또한, 상기 γ-알루미나는 상용 γ-알루미나를 사용할 수도 있으나, 비용절감 및 효율성의 측면에서, 구체적으로는 저가의 알루미늄 소스를 열처리에 의하여 상 변이시킨 γ-알루미나를 사용할 수 있다.

상기 γ-알루미나는 약 15중량% 내지 약 60중량%, 구체적으로 약 10 중량% 내지 35 중량%를 포함할 수 있는데, 상기 γ-알루미나가 15 중량% 미만인 경우, 충분한 조습 기능을 나타내기 어려워질 우려가 있으며, 60 중량%를 초과하는 경우, 다공성 세라믹 타일의 소결성이 저하됨에 따라 타일의 강도가 저하될 우려가 있다.

또한, 상기 유리프리트는 5 내지 20 중량%가 함유되며, 상기 유리프리트가 5중량% 미만인 경우 소성강도가 약해질 수 있고, 상기 유리프리트가 20 중량%를 초과하게 되면 제조비용이 지나치게 증가하게 된다.

상기 유리프리트는 저융점 유리로써 일반적인 타일의 소성온도보다 낮은 약 700℃정도의 온도에서 녹기 시작하여 타일 소성과정에서 입자간에 이동이 용이하게 하며 접착제, 즉 바인더 역할을 하여 다공성 세라믹 타일의 강도를 높이는 역할을 한다.

상기 유리 프리트는 바인더 역할로 인하여, 다공성 세라믹 타일 형성입자 사이에 공기의 입출입 통로인 기공을 작게하고 γ-알루미나에 의해 다공성 세라믹 타일 형성입자 표면에서 흡방습성을 발휘하는 기공을 막게 되어 흡방습성을 저하할 수 있다. 그러나, 상기의 함량범위로 유리프리트의 함량을 조절함으로써, 유리프리트에 의해 다공성 세라믹타일 형성입자 사이의 기공이 작아지고, 다공성 세라믹 타일 형성 입자 표면의 기공이 막혀 발생하는 흡방습성 저하현상을 억제시킬 수 있다.

또한, 세라믹타일은 γ-알루미나 및 유리프리트 외에, 모물질을 잔량으로 포함할 수 있는데, 상기 모물질은 상기 다공성 세라믹 타일을 구성하는 기초 모재가 되는 물질, 즉 타일 내에서 뼈대 역할을 하는 물질로서, 구체적으로는 점토, 백토 및 황토로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 세라믹타일에는 규조토, 장석, 도석, 석회 및 유백제로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상으로 이루어진 첨가제가 더 함유될 수도 있는데, 상기 세라믹타일을 구성하는 성분 100 중량부 대비 2 내지 5 중량부로 함유되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 성분으로 이루어지는 첨가제를 포함함으로써 γ-알루미나, 유리프리트 및 모물질의 함량을 적절하게 조절할 수 있어, 상기 다공성 세라믹 타일의 성형강도, 소성강도 등의 물리적 안정성 및 흡방습성의 기능을 일정수준으로 유지할 수 있게 된다.

상기의 과정으로 이루어지는 전처리단계(S101-1)를 거치면 세라믹타일의 표면에 잔존하는 불순물이나 습기 등이 제거되며 세라믹타일이 높은 표면 에너지(물 접촉각 30°이하)를 나타내어 상기 세라믹잉크와의 부착력을 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 화염의 방사시간이 5초 미만이면 상기의 효과가 미미하며, 상기 화염의 방사시간이 10초를 초과하게 되면 세라믹타일의 표면에 그을림이 형성되거나 균열이 발생할 수 있다.

상기 세라믹잉크도포단계(S103)는 상기 세라믹잉크제조단계(S101)를 통해 제조된 세라믹잉크를 상기 전처리단계(S101-1)를 통해 전처리된 세라믹타일에 도포하는 단계로, 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 및 그린으로 이루어진 5컬러 채널이 구비된 리프린팅 방식의 잉크젯 프린터를 이용하여 이루어진다.

일반적으로, 리프린팅 방식의 잉크젯 프린터를 이용한 디지털 세라믹 프린팅의 색채관리는 4단계( Create a New Mode → Ink Restriction → Linearization → Ink Limit )의 과정을 거쳐 최적의 색조합을 제시하게 되는데, 첫 단계인 잉크 채널 구축(Create a New Mode)을 위해 본 발명에서는 상기에 기재된 바와 같이 변성 실리콘, 내열안료, 산화알루미늄, 실리카 퓸 및 용제를 혼합하여 이루어지는 세라믹 잉크를 적용하며, 교정 장치에서 프로파일을 적용하기 전 단계로 잉크젯 프린터에서 컬러를 재현을 확인하기 위해 잉크 출력량을 100%-0% 범위로 단일채널의 출력 테스트를 진행하는 방법을 이용한다. 잉크 출력 테스트는 각 단일 채널에서 54개의 잉크 밀도에 따른 색상 단계를 진행하고, 단일 채널 출력 테스트는 프린팅 과정에서 컬러칩의 번짐 현상, 선명도, 잉크 밀도에 따른 색상의 재현성을 확인하는 과정을 진행한다.

또한, 종래에는 오버프린팅 방식으로 세라믹잉크를 출력하였는데, 오버프린팅으로 한 출력의 경우 색번짐이 발생하며, 컬러칩의 선명도가 낮게 나타나며, 잉크 출력량이 증가함에 따라 거의 모든 컬러에서 크랙(Crack)과 잉크 역전현상 발생하였으나, 본 발명과 같이 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 및 그린으로 이루어진 5컬러 채널이 구비된 리프린팅 방식의 잉크젯 프린터를 사용하여 세라믹잉크를 도포하게 되면 상기와 같은 문제점이 없이 선명도가 우수한 세라믹타일을 제조할 수 있다.

상기 소성단계(S105)는 상기 세라믹잉크도포단계(S103)를 통해 세라믹잉크가 도포된 세라믹타일을 소성하는 단계로, 1차 히팅존, 2차 히팅존 및 3차 히팅존이 구비된 가마에서 이루어지되, 상기 1차 히팅존에서 590 내지 610℃의 온도로 3 내지 10분 동안 1차 소성하며, 상기 2차 히팅존에서 630 내지 650℃의 온도로 3 내지 10분 동안 2차 소성하고, 상기 3차 히팅존에서 670 내지 690℃의 온도로 3 내지 10분 동안 3차 소성하여 이루어지는 것이 바람직하다.

고선명 이미지를 출력하는 잉크젯 프린팅 공정의 경우 설비(프린팅 시스템)와 소재(세라믹잉크), 운영 프로그램(토파즈립) 뿐만 아니라 후 제작 공정에 대한 관리도 최종 제품의 품질에 큰 영향을 미칠 수 있는데, 소성과정에서 가마의 온도가 낮아지는 증상으로 인한 변색문제가 발생하거나, 적절한 온도 셋팅이 되지 못해서 안료가 녹지 못하거나 탄화되는 현상 등이 발생할 수 있다.

상기의 문제점은 세라믹 타일에 표면 유약 시유 전 붉은색(Magenta)의 온도 차이에 따른 것으로, 온도 편차에 따라 표면 유약층에서의 세라믹잉크의 망점의 크기 및 발색 농도에 큰 차이를 보이게 된다. 또한, 세라믹잉크 침투 깊이 또한 온도 편차에 큰 영향을 받는데, 붉은색(Magenta) 온도 편차에 따라 세라믹 잉크의 프린팅 특성이 다른 원인은 유약의 시유 과정에서 붉은색(Magenta)의 온도 차이에 의해 표면 잔존 수분량과 증발 속도에 의해 발생한 미세 핀홀이 세라믹잉크의 망점 형상과 침투 깊이에 영향을 주기 때문이다.

소성시 최대 온도가 높을수록 안료가 타일에 융착되는 값이 높아지지만, 소성온도가 지나치게 높은 경우에는 안료가 탄화되는 경우가 발생하기 때문에 최초 히팅존 진입값 및 적절한 온도 셋팅이 중요하다.

따라서, 본원발명에서는 아래 도 4에 나타낸 바와 같이 1차 히팅존, 2차 히팅존 및 3차 히팅존이 구비된 가마를 이용하여 소성을 진행하게 되며, 상기 소성단계(S105)에서 1차 히팅존의 온도가 590℃ 미만인 경우나, 3차 히팅존의 온도가 650℃를 초과하게 되면 세라믹 타일에 인쇄된 세라믹잉크의 백화현상 및 변색이 발생된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 세라믹 타일의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.

<제조예 1> 세라믹잉크의 제조

변성 실리콘 100 중량부, 내열안료(시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 및 그린 각각 혼합) 125 중량부, 산화알루미늄 25 중량부, 실리카 퓸 12 중량부 및 용제 110 중량부를 교반기가 구비된 혼합장치에 투입하고 150rpm의 속도로 8분 동안 혼합하여 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 및 그린을 나타내는 세라믹잉크를 각각 제조하였다.

<제조예 2> 세라믹타일의 제조

수산화알루미늄 100 중량부, 유리프리트 46.6 중량부, 백토 30 중량부 및 규조토 4 중량부 및 물 80 중량부를 볼밀 장치에 투입하여 평균입도가 300㎛를 나타내도록 분쇄하여 제조된 슬러리를 건식 프레스 성형기에 투입하고 가로 10cm×세로 10cm×두께 0.6cm인 성형물을 제조한 후에, 전기 가열로(Furnace)에 투입하여 850℃의 온도로 5분 동안 소성하여 다공성 세라믹 타일을 제조하였다.

<실시예 1>

상기 제조예 1을 통해 제조된 세라믹잉크를 상기 제조예 2를 통해 제조된 세라믹 타일의 표면에 도포하되, 세라믹타일 표면에 1200 내지 2000℃의 화염을 5 내지 10초 동안 방사하여 전처리하고, 전처리된 세라믹타일의 표면에 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 및 그린으로 이루어진 5컬러 채널이 구비된 리프린팅 방식의 잉크젯 프린터를 이용하여 세라믹잉크를 도포하고, 세라믹잉크가 도포된 세라믹타일을 1차 히팅존, 2차 히팅존 및 3차 히팅존이 구비된 가마에 투입하고, 상기 1차 히팅존에서 600℃의 온도로 5분 동안 1차 소성하며, 상기 2차 히팅존에서 640℃의 온도로 5분 동안 2차 소성하고, 상기 3차 히팅존에서 680℃의 온도로 5분 동안 3차 소성하여 내구성이 우수한 세라믹 타일을 제조하였다.

<비교예 1>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 리프린팅 방식의 잉크젯 프린터 대신 오버프린팅 방식의 잉크젯 프린터를 사용하여 내구성이 우수한 세라믹 타일을 제조하였다.

<비교예 2>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 1차 히팅존에서 450℃의 온도로 5분 동안 1차 소성하며, 상기 2차 히팅존에서 600℃의 온도로 5분 동안 2차 소성하고, 상기 3차 히팅존에서 720℃의 온도로 5분 동안 3차 소성하여 내구성이 우수한 세라믹 타일을 제조하였다.

<비교예 3>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 1차 히팅존에서 500℃의 온도로 5분 동안 1차 소성하며, 상기 2차 히팅존에서 570℃의 온도로 5분 동안 2차 소성하고, 상기 3차 히팅존에서 640℃의 온도로 5분 동안 3차 소성하여 내구성이 우수한 세라믹 타일을 제조하였다.

<비교예 4>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 1차 히팅존에서 550℃의 온도로 5분 동안 1차 소성하며, 상기 2차 히팅존에서 600℃의 온도로 5분 동안 2차 소성하고, 상기 3차 히팅존에서 650℃의 온도로 5분 동안 3차 소성하여 내구성이 우수한 세라믹 타일을 제조하였다.

상기 실시예 1을 통해 제조된 내구성이 우수한 세라믹 타일의 흡방습량 및 굴곡강도를 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.

(단, 흡방습량은 25℃의 온도 및 상대습도(Relative Humidity, RH) 50%의 조건에서 24시간 동안 세라믹 타일을 방치한 후, 다시 25℃의 온도 및 RH 75%의 조건에서 12시간 동안 유지하여 무게 차이를 측정하고, 다시 25℃의 온도 및 RH 50%의 조건에서 12시간 동안 유지한 후, 무게차이를 측정하여 그 평균값을 단위 면적으로 환산하여 계산하는 방법을 이용하였다.

또한, 굴곡강도는 3점 굽힘 강도법을 이용하여 측정하였는데, 가로, 세로가 각각 5cm, 5cm, 높이가 0.5cm인 직육면체 모양의 타일을 3개씩 제조한 후에 파괴가 일어날 때까지 힘을 가하여 굽힘 강도를 측정하였는 방법을 이용하였으며, 상기 굽힘 강도는 (3PL)/(2wt^2)에 의해 계산되고, 이때, P는 타일이 파괴되었을 때의 최대 하중, L은외부간격, w는 타일의 폭, t는 타일의 두께이다.)

<표 1>

상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 내구성이 우수한 세라믹 타일은 흡방습량과 굴곡강도가 우수한 것을 알 수 있다.

또한, 상기 실시예 1 및 비교예 1을 통해 제조된 타일의 외관을 촬영하여 아래 도 2에 나타내었다.

아래 도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1과 같이 리프린팅 방식의 잉크젯 프린터를 사용하여 제조된 세라믹타일은 무늬가 선명하게 인쇄된 반면, 비교예 1을 통해 오버프린팅 방식의 잉크젯 프린터를 사용하여 제조된 세라믹타일은 색번짐 현상이 발생된 것을 알 수 있다.

또한, 상기 실시예 1 및 비교예 2 내지 4를 통해 제조된 타일의 외관을 촬영하여 아래 도 3에 나타내었다.

아래 도 3에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1과 같은 소성온도가 적용된 세라믹 타일은 무늬가 선명하게 인쇄된 반면, 비교예 2 내지 4를 통해 제조된 세라믹 타일은 변색이 발생한 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법은 흡방습성 및 내구성이 우수할 뿐만 아니라, 표면에 다양한 무늬가 선명하게 인쇄되어 우수한 상품성을 나타내는 세라믹 타일을 제공한다.

S101 ; 세라믹잉크제조단계
S101-1 ; 전처리단계
S103 ; 세라믹잉크도포단계
S105 ; 소성단계

Claims

세라믹잉크를 제조하는 세라믹잉크제조단계;
세라믹타일 표면을 전처리하는 전처리단계;
상기 세라믹잉크제조단계를 통해 제조된 세라믹잉크를 상기 전처리단계를 통해 전처리된 세라믹타일에 도포하는 세라믹잉크도포단계; 및
상기 세라믹잉크도포단계를 통해 세라믹잉크가 도포된 세라믹타일을 소성하는 소성단계;로 이루어지며,
상기 소성단계는 1차 히팅존, 2차 히팅존 및 3차 히팅존이 구비된 가마에서 이루어지되,
상기 1차 히팅존에서 590 내지 610℃의 온도로 3 내지 10분 동안 1차 소성하며,
상기 2차 히팅존에서 630 내지 650℃의 온도로 3 내지 10분 동안 2차 소성하고,
상기 3차 히팅존에서 670 내지 690℃의 온도로 3 내지 10분 동안 3차 소성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 세라믹잉크는 변성 실리콘 100 중량부, 내열안료 50 내지 200 중량부, 산화알루미늄 2.5 내지 50 중량부, 실리카 퓸 2.5 내지 25 중량부 및 용제 75 내지 150 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 세라믹타일은 γ-산화알루미늄 및 유리프리트를 포함하며,
표면에 미세기공이 형성된 것을 특징으로 하는 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법.
청구항 3에 있어서,
상기 γ-산화알루미늄은 질화알루미늄, 탄산알루미늄, 염화알루미늄, 염화알루미늄 이수화물, 수산화알루미늄, 알루미늄클로라이드 및 알루미늄 나이트레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나가 상변이된 것을 특징으로 하는 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전처리단계는 세라믹타일 표면에 1200℃ 내지 2000℃의 화염을 5 내지 10초 동안 방사하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 세라믹잉크도포단계는 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙 및 그린으로 이루어진 5컬러 채널이 구비된 리프린팅 방식의 잉크젯 프린터를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내구성이 우수한 세라믹 타일의 제조방법.
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